JPH10139548A - Molybdenum disilicide-base composite material and its production - Google Patents

Molybdenum disilicide-base composite material and its production

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JPH10139548A
JPH10139548A JP8292645A JP29264596A JPH10139548A JP H10139548 A JPH10139548 A JP H10139548A JP 8292645 A JP8292645 A JP 8292645A JP 29264596 A JP29264596 A JP 29264596A JP H10139548 A JPH10139548 A JP H10139548A
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JP
Japan
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molybdenum disilicide
phase
composite material
powder
sintering
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JP8292645A
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Japanese (ja)
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Koichi Niihara
晧一 新原
Yoshikazu Suzuki
義和 鈴木
Atsushi Kuroishi
農士 黒石
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Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molybdenum disilicide-base composite material (sintered compact) having improved characteristics at room temp. and high temp. and useful as a superheat resistant structural material. SOLUTION: This composite material is a sintered compact with a composite structure having a matrix made of Mo(Si, Al)2 [the pref. atomic ratio of Si:Al is (1-x):x (0.03<=x<=0.20)] as a molybdenum disilicide-base intermetallic compd. and a grain boundary phase based on α-Al2 O3 crystals and contg. 5-20vol% uniformly dispersed β-SiC particles of nm size as a dispresed phase in the grains and grain boundaries. the sintered compact is produced by adding about 0.1-10wt.% sintering and such as boron oxide to a mixture of Mo(Si, Al)2 powder with 5-20vol% SiC powder of nm size, preferably 50-200nm size, subjecting the resultant starting material to be sintered to pressureless sintering at about 1,500-1,750 deg.C and subjecting a formed grain boundary phase to crystallization heat treatment at about 1,200-1,350 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、二珪化モリブデン
系複合材料、詳しくはマトリックスを構成する二珪化モ
リブデンのアルミニウムによる合金化と粒界相の結晶
化、およびナノメータサイズの炭化珪素粒子を分散相と
するマトリックス粒内・粒界相の分散強化に基づく改良
された室温・高温特性を有する、超高温構造部材等とし
て有用な二珪化モリブデン系複合材料およびその製造方
法に関する。
The present invention relates to a molybdenum disilicide-based composite material, and more particularly, to the alloying of molybdenum disilicide forming a matrix with aluminum, the crystallization of a grain boundary phase, and the dispersion of nanometer-sized silicon carbide particles. The present invention relates to a molybdenum disilicide composite material having improved room temperature and high temperature characteristics based on dispersion strengthening of matrix intragranular and intergranular phases and useful as an ultra-high temperature structural member and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】二珪化モリブデン〔MoSi2 〕は、高
融点(約2030℃) を有し、高温下で表面にSiO2 被膜
を形成して卓抜した耐酸化性を示す金属間化合物であ
り、かつ導電性を有し、放射率も比較的高いことなどか
ら、酸素および空気雰囲気中での発熱体として広く利用
されている。また、その密度は、6.27g/cm3 と比較的低
密度であり、1500℃付近の高温環境に供される超高
温構造材料としての応用が期待されている。しかし、航
空機部材などの構造材料としての応用を可能とするに
は、破壊靱性,破壊強度,信頼性などが十分でなく、こ
れらの特性の更なる改善が必要である。その特性改善策
として、セラミックスや金属との複合化が多くの分野で
試みられている。複合化技術は、マトリックス中に粒状
ないし繊維形状を有する種々の第2相を分散させて微細
な混相組織を形成し、分散強化作用として改良された特
性を実現しようとするものである。
2. Description of the Related Art Molybdenum disilicide [MoSi 2 ] is an intermetallic compound having a high melting point (about 2030 ° C.), forming an SiO 2 film on the surface at a high temperature, and exhibiting excellent oxidation resistance. Further, since it has conductivity and relatively high emissivity, it is widely used as a heating element in an atmosphere of oxygen and air. Further, its density is relatively low at 6.27 g / cm 3, and it is expected to be applied as an ultra-high temperature structural material used in a high temperature environment around 1500 ° C. However, the fracture toughness, the fracture strength, the reliability, and the like are not sufficient to enable application as a structural material such as an aircraft member, and further improvement in these properties is required. As a measure for improving the characteristics, composites with ceramics and metals have been attempted in many fields. The compounding technique is intended to disperse various second phases having a granular or fibrous shape in a matrix to form a fine mixed phase structure, thereby realizing improved properties as a dispersion strengthening action.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の複合化
による二珪化モリブデンの特性改善の試みは、ミクロン
サイズの第2相による組織制御と分散強化作用に依存し
た相補的効果の付与が主流であり、その特性改善効果
は、線形的に予測し得る範囲内にとどまるものである。
二珪化モリブデンのより一層の特性向上を実現するに
は、これまでの複合化技術とは異なる材料設計の考えが
必要である。また、二珪化モリブデンの実用部材の製造
に当たっては、粉末冶金的手法が不可欠と考えられる。
この場合、焼結原料として使用される二珪化モリブデン
粉末は、粒子の表面酸化物(主としてSiO2 )を不可
避的に付随する。表面酸化物に由来するSiO2 は、焼
結過程で液相を形成し焼結反応を促進する働きをなすも
のの、得られる焼結体は、粒界にSiO2 ガラス相が多
く介在した組織となる。この粒界SiO2 ガラス相は、
焼結体の高温特性を大きく低下させる。焼結原料として
粗大粒径の粉末(比表面積が小さい)を使用することに
より、焼結体の粒界SiO2 ガラス相を低減することは
できるが、その反面十分な焼結反応を達成させることが
困難となる。このため、焼結体の室温強度は約200M
Pa程度の低いレベルのものとなり、室温および高温特
性を高いレベルでバランスよく具備させることができな
くなる。
However, the conventional attempts to improve the properties of molybdenum disilicide by compounding have mainly been to provide a micron-sized second phase to control the structure and to provide a complementary effect dependent on the dispersion strengthening action. There is a characteristic improvement effect within a range that can be linearly predicted.
In order to further improve the characteristics of molybdenum disilicide, it is necessary to consider a material design different from the conventional composite technology. Further, in the production of molybdenum disilicide practical members, powder metallurgy is considered indispensable.
In this case, the molybdenum disilicide powder used as a sintering raw material inevitably accompanies the surface oxide (mainly SiO 2 ) of the particles. Although SiO 2 derived from the surface oxide forms a liquid phase in the sintering process and promotes the sintering reaction, the resulting sintered body has a structure in which a large amount of SiO 2 glass phase is interposed at the grain boundaries. Become. This grain boundary SiO 2 glass phase is
High temperature characteristics of the sintered body are greatly reduced. By using a powder having a large particle size (small specific surface area) as a sintering raw material, the grain boundary SiO 2 glass phase of the sintered body can be reduced, but a sufficient sintering reaction is achieved. Becomes difficult. Therefore, the room temperature strength of the sintered body is about 200M.
It will be at a low level of about Pa, and it will not be possible to provide room temperature and high temperature characteristics at a high level in a well-balanced manner.

【0004】更に、焼結体の製造プロセスとして、常圧
焼結法は、ホットプレス法や熱間静水加圧焼結法などに
比べコスト的に極めて有利であるが、二珪化モリブデン
は難焼結材であるため、常圧焼結法を適用する場合は、
原料粉末中のSiO2 含有量を多くして焼結性を高める
ことが必要となる。しかし、上述のように焼結原料粉末
のSiO2 を増量することは、得られる焼結体の粒界S
iO2 ガラス相の増加と高温強度の低下に帰結する。す
なわち、工業的製法としてコスト的に有利な常圧焼結を
適用して室温・高温特性にすぐれた二珪化モリブデン焼
結体を製造することは従来の技術では実質的に不可能で
ある。本発明は、上記に鑑み、改良された室温・高温特
性を有する二珪化モリブデン系分散強化型複合材料、お
よびこれを工業的製造プロセスとしてコスト的に有利な
常圧焼結法を適用して製造する方法を提供するものであ
る。
Further, as a process for producing a sintered body, the normal pressure sintering method is extremely advantageous in terms of cost as compared with a hot press method or a hot isostatic pressing method, but molybdenum disilicide is difficult to burn. Because it is a binder, when applying the normal pressure sintering method,
It is necessary to increase the content of SiO 2 in the raw material powder to enhance the sinterability. However, as described above, increasing the amount of SiO 2 in the sintering raw material powder requires a grain boundary S
This results in an increase in the iO 2 glass phase and a decrease in the high-temperature strength. That is, it is practically impossible to produce a molybdenum disilicide sintered body excellent in room temperature and high temperature characteristics by applying atmospheric pressure sintering which is economically advantageous as an industrial production method by conventional techniques. In view of the above, the present invention provides a molybdenum disilicide-based dispersion-strengthened composite material having improved room temperature and high temperature properties, and a pressure-sensitive sintering method which is economically advantageous as an industrial production process. It provides a way to:

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の二珪化モリブデ
ン系複合材料は、アルミニウム置換二珪化モリブデン金
属間化合物〔Mo(Si,Al)2 〕をマトリックス相
とし、粒界相はAl23 結晶を主相とすると共に、マ
トリックスの粒内および粒界に、分散相として、5〜2
0体積%を占めるナノメータサイズのSiC粒子が均一
に分散した複合組織を有する焼結体であることを特徴と
している。上記二珪化モリブデン基複合材料は、アルミ
ニウム置換二珪化モリブデン金属間化合物〔Mo(S
i,Al)2 〕の粉末に、ナノメータサイズの炭化珪素
粉末を5〜20体積%添加すると共に、その合計量に対
し0.1〜10重量%の焼結助剤を混合し、得られた混
合粉末を所望形状に成形したのち、非酸化性雰囲気中、
1500〜1750℃の温度で常圧焼結し、ついで粒界
相の結晶化処理として、1200〜1350℃での熱処
理を施す工程により製造される。
The molybdenum disilicide composite material of the present invention has an aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo (Si, Al) 2 ] as a matrix phase and a grain boundary phase of Al 2 O 3. The main phase of the crystal is 5 to 2 as a disperse phase within and at the grain boundaries of the matrix.
It is characterized by being a sintered body having a composite structure in which nanometer-sized SiC particles occupying 0% by volume are uniformly dispersed. The molybdenum disilicide-based composite material is an aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo (S
i, Al) 2 ] powder was added with 5 to 20% by volume of silicon carbide powder having a nanometer size, and 0.1 to 10% by weight of a sintering aid based on the total amount was mixed. After molding the mixed powder into a desired shape, in a non-oxidizing atmosphere,
It is manufactured by a normal pressure sintering at a temperature of 1500 to 1750 ° C., and then a heat treatment at 1200 to 1350 ° C. as a crystallization treatment of a grain boundary phase.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明の二珪化モリブデン系複合
材料は、二珪化モリブデンのSiの一部がAlで置換さ
れた金属間化合物〔Mo(Si,Al)2 〕をマトリッ
クス構成相とし、そのマトリックス粒界は、α−Al2
3 結晶リッチの粒界相を呈する。粒界には、SiO2
ガラス相は実質的に存在しないか、存在してもその量は
微量である。そして、マトリックス〔Mo(Si,A
l)2 〕の粒内およびAl2 3を主相とする粒界に、
分散相としてナノメータサイズのSiC粒子(5〜20
重量%)が均一に分散した微細複合組織を有する。マト
リックスは、正方晶のMoSi2 と滑り系の少ない六方
晶のMo(Si,Al)2 との2相構造を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The molybdenum disilicide composite material of the present invention comprises, as a matrix constituent phase, an intermetallic compound [Mo (Si, Al) 2 ] in which a part of Si of molybdenum disilicide is substituted by Al. The matrix grain boundary is α-Al 2
It exhibits a grain boundary phase rich in O 3 crystals. SiO 2 at the grain boundaries
The glass phase is substantially absent or, if present, in very small amounts. Then, the matrix [Mo (Si, A
1) In the grain boundaries of 2 ] and at the grain boundaries having Al 2 O 3 as a main phase,
Nanometer-sized SiC particles (5-20
% By weight) having a fine composite structure uniformly dispersed. The matrix has a two-phase structure of tetragonal MoSi 2 and hexagonal Mo (Si, Al) 2 having few slip systems.

【0007】粒界相のAl2 3 結晶は、原料粉末に付
随するアルミニウム酸化物のほか、焼結過程で生じるマ
トリックス中のAlの優先酸化(原料粉末の表面酸化物
であるSiO2 等と反応)により与えられる。原料粉末
が微細粒径(比表面積が大きく、表面酸化物の持ち込み
量が多くなる)であっても、Alの優先酸化反応によ
り、焼結体内のSiO2 の殆どが粒界から消失し、Al
2 3 結晶リッチの粒界相が形成される。分散相である
SiC粒子は、高耐熱性であると共に、熱力学的にMo
Si2 やSiO2 に対する高い安定性を有する。ナノメ
ータサイズの微細SiC粒子は、焼結過程におけるマト
リックスの粒成長を効果的に抑制してマトリックスに微
細粒組織(平均粒径: 約2〜5μm)を与え、またマト
リックス粒内および粒界に取り込まれ均一に分散する。
[0007] The Al 2 O 3 crystal in the grain boundary phase includes aluminum oxide accompanying the raw material powder and preferential oxidation of Al in the matrix generated during the sintering process (such as SiO 2 which is a surface oxide of the raw material powder). Reaction). Even if the raw material powder has a fine particle size (has a large specific surface area and a large amount of surface oxide brought in), most of the SiO 2 in the sintered body disappears from the grain boundaries due to the preferential oxidation reaction of Al,
A grain boundary phase rich in 2 O 3 crystals is formed. The SiC particles, which are a dispersed phase, have high heat resistance and are thermodynamically Mo
It has high stability to Si 2 and SiO 2 . The nanometer-sized fine SiC particles effectively suppress the grain growth of the matrix during the sintering process to give the matrix a fine grain structure (average grain size: about 2 to 5 μm), and are incorporated into the matrix grains and into the grain boundaries. And uniformly dispersed.

【0008】このように本発明の複合材料は、マトリッ
クスの合金化,粒界相のSiO2 ガラス相からAl2
3 結晶相への変化,およびナノメータサイズのSiC粒
子を分散相とするマトリックス粒内・粒界の分散強化等
による特性改善を実現したものであり、 (1) マトリックス粒界の酸化物相が、Al2 3 結晶相
であることにより、SiO2 ガラス相に比べて粒界相が
強化され、高温での強度低下が抑制され、硬度も高くな
る。その破壊モードは、粒界強度の低い二珪化モリブデ
ン焼結体に見られる粒界破壊から、粒内破壊に変化す
る。 (2) マトリックスが、正方晶のMoSi2 と滑り系の少
ない六方晶のMo(Si,Al)2 との2相からなる相
構造の制御効果として、マトリックス自体の耐クリープ
特性が高められる。 (3) アルミニウムの合金化の効果として、表面の酸化被
膜の剥離抵抗性が強化され、高温環境における繰り返し
耐酸化性が向上し、また500 ℃付近での粉体化現象が抑
制防止される。
[0008] As described above, the composite material of the present invention is composed of a matrix alloy, a SiO 2 glass phase as a grain boundary phase and an Al 2 O phase.
Change to 3 crystal phase, and the SiC particles of nanometer is obtained by realizing the characteristics improvement by the matrix grains, the grain boundary dispersion strengthening of the disperse phase, the oxide phase (1) matrix grain boundaries, The Al 2 O 3 crystal phase strengthens the grain boundary phase as compared with the SiO 2 glass phase, suppresses a decrease in strength at high temperatures, and increases hardness. The fracture mode changes from intergranular fracture seen in a molybdenum disilicide sintered body having low grain boundary strength to intragranular fracture. (2) The creep resistance of the matrix itself is enhanced as a control effect of a phase structure in which the matrix is composed of two phases of tetragonal MoSi 2 and hexagonal Mo (Si, Al) 2 having a small slip system. (3) As an effect of alloying aluminum, the peeling resistance of the oxide film on the surface is strengthened, the repeated oxidation resistance in a high-temperature environment is improved, and the powdering phenomenon at around 500 ° C. is suppressed and prevented.

【0009】(4) 分散相であるナノメータサイズのSi
C粒子は、マトリックスの微細組織を形成すると共に、
マトリックス中では、MoSi2 −Mo(Si,Al)
2 /SiC複合体、粒界相では、Al2 3 /SiC複
合体を形成し、室温・高温強度を高める。 (5) SiC粒子は、マトリックスと直接結合し強い界面
を形成することによる粒内・粒界の構造制御効果とし
て、高温での粒界の滑り,スロークラックグロース等を
抑制し、高温まで高い機械強度を保持することを可能と
する。 (6) SiCの熱膨張係数は、マトリックスの構成相であ
るMoSi2 のそれより小さく(SiC:3.3×10-6K
-1, MoSi2 :6.8×10-6K -1)、残留応力による高
靱性化機構として、高温特性を高める効果が得られる。
(4) Nanometer-sized Si as a dispersed phase
C particles form the microstructure of the matrix,
In the matrix, MoSi 2 -Mo (Si, Al )
In the 2 / SiC composite and the grain boundary phase, an Al 2 O 3 / SiC composite is formed to increase the room temperature and high temperature strength. (5) SiC particles directly bond with the matrix to form a strong interface, and as a structural control effect of intragranular and intergranular boundaries, control of grain boundary sliding and slow crack growth at high temperatures, etc. It is possible to maintain strength. (6) The thermal expansion coefficient of SiC is smaller than that of MoSi 2 which is a constituent phase of the matrix (SiC: 3.3 × 10 −6 K
−1 , MoSi 2 : 6.8 × 10 −6 K −1 ), and as a mechanism for increasing toughness due to residual stress, an effect of enhancing high-temperature characteristics can be obtained.

【0010】本発明の複合材料のマトリックス相である
アルミニウム置換二珪化モリブデン〔Mo(Si,A
l)2 〕の化学組成は、Si: Al(原子比)=1−
X: Xとするとき、Xが0.03〜0.20の範囲の組
成であるのが好ましい。Xの値がこれに満たないと、A
lの置換固溶効果(マトリックスの2相構造制御および
Alの優先酸化反応による粒界相制御等)を十分に確保
することが困難であり、他方Xの値が上記範囲を超える
と、マトリックス中の六方晶の占める比率が必要以上に
増大し、焼結体の脆化を招くほか、共有結合性の低下と
金属結合の増大による融点の低下により、高温特性が損
なわれることになるからである。分散相であるSiC粒
子は、ナノメータサイズの極微細粒子であることによ
り、マトリックス粒界および粒界を効果的に分散強化す
る。その粒径の選択は任意であるが、微細過ぎると、焼
結処理条件により、焼結反応過程でマトリックス中に固
溶消失し、分散相としての作用が失なわれる場合があ
り、このため約50nm以上であるのが好ましく、また
分散強化作用をより効果的に発現させるために、約50
0nm以下であるのが好ましい。より好ましくは約50
〜200nmである。SiC粒子の含有量を、5〜20
体積%の範囲に限定したのは、5体積%に満たないと、
分散効果が不十分となり、他方20体積%を超えると、
粒子同士の凝集を生じ易く、均一分散が困難となるほ
か、焼結性が低下し、緻密質の焼結体を常圧焼結法で製
造することが困難となるからである。
The aluminum-substituted molybdenum disilicide [Mo (Si, A)
l) 2 ] has a chemical composition of Si: Al (atomic ratio) = 1−
X: When X, it is preferable that X has a composition in the range of 0.03 to 0.20. If the value of X is less than this, A
It is difficult to sufficiently secure the substitution solid solution effect of 1 (such as control of the two-phase structure of the matrix and control of the grain boundary phase by preferential oxidation reaction of Al). This is because the ratio of the hexagonal crystal of the alloy increases more than necessary, causing the sintered body to be embrittled, and the high-temperature characteristics are impaired due to a decrease in the melting point due to a decrease in the covalent bondability and an increase in the metal bond. . The SiC particles that are the dispersed phase are nanometer-sized ultrafine particles, so that the matrix grain boundaries and the grain boundaries are effectively dispersed and strengthened. The selection of the particle size is arbitrary, but if it is too fine, solid solution disappears in the matrix during the sintering reaction process depending on the sintering treatment conditions, and the function as a dispersed phase may be lost. The thickness is preferably 50 nm or more.
It is preferably 0 nm or less. More preferably about 50
200200 nm. When the content of the SiC particles is 5 to 20
Limited to the range of volume%, less than 5% by volume,
If the dispersing effect becomes insufficient, and if it exceeds 20% by volume,
This is because the particles are likely to agglomerate and difficult to uniformly disperse, and the sinterability is reduced, making it difficult to produce a dense sintered body by the normal pressure sintering method.

【0011】次に、本発明の複合材料の製造法について
説明する。本発明の複合材料は、二珪化モリブデン〔M
oSi2 〕の珪素の一部をアルミニウムで置換した金属
間化合物〔Mo(Si,Al)2 〕粉末と、ナノメータ
サイズのSiC粉末とを混合し、これに焼結助剤を適量
添加した混合物を焼結原料とし、焼結処理および粒界相
の制御(結晶化)のための熱処理工程を経て製造され
る。焼結プロセスには、ホットプレス,熱間静水圧焼結
法等の加圧焼結法を適用し得ることはむろんであるが、
原料粉末の粒度調整、および焼結助剤の適切な選択によ
り、常圧焼結法を用いて実用部材として望まれる改良さ
れた諸特性を確保することが可能となる。
Next, a method for producing the composite material of the present invention will be described. The composite material of the present invention comprises molybdenum disilicide [M
oSi 2 ], an intermetallic compound [Mo (Si, Al) 2 ] powder in which silicon is partially substituted with aluminum, and a nanometer-sized SiC powder, and a mixture obtained by adding an appropriate amount of a sintering aid to the mixture. It is manufactured as a sintering raw material through a sintering process and a heat treatment step for controlling (crystallizing) a grain boundary phase. It is a matter of course that pressure sintering methods such as hot pressing and hot isostatic pressing can be applied to the sintering process.
By adjusting the particle size of the raw material powder and selecting an appropriate sintering aid, it is possible to secure improved properties desired as a practical member by using a normal pressure sintering method.

【0012】マトリックス形成原料であるアルミニウム
置換二珪化モリブデン金属間化合物〔Mo(Si,A
l)2 〕は、Mo: Si: Al(原子比)=1: 2(1
−X): 2X〔Xは、0.03〜0.20〕である組成
に調整されたものが好ましく使用される。この組成を有
する粉末を使用することにより、目的物である複合材料
の粒界相の制御(Al2 3 結晶リッチ相の形成),マ
トリックス結晶構造〔正方晶MoSi2 と六方晶Mo
(Si,Al)2 の2相構成と2相量比のバランス〕の
制御を首尾よく達成することができる。粉末粒径は、約
0.5〜2.0μm(平均粒径)が適当であり、常圧焼
結法を適用する場合は、焼結性を高めるために、平均粒
径: 0.5〜1.0μmの微細粉末を使用するのが好ま
しい。
An aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo (Si, A
l) 2 ] is Mo: Si: Al (atomic ratio) = 1: 2 (1
-X): A composition adjusted to 2X [X is 0.03 to 0.20] is preferably used. By using a powder having this composition, the control of the grain boundary phase (formation of an Al 2 O 3 crystal rich phase) and the matrix crystal structure [tetragonal MoSi 2 and hexagonal Mo
(The balance between the two-phase constitution of (Si, Al) 2 and the ratio of the two phases)] can be achieved successfully. The powder particle size is suitably about 0.5 to 2.0 μm (average particle size). When the normal pressure sintering method is applied, the average particle size is 0.5 to 2.0 μm to enhance sinterability. It is preferred to use a 1.0 μm fine powder.

【0013】上記アルミニウム置換二珪化モリブデン金
属間化合物粉末は、例えば燃焼合成反応による生成物と
して入手することができる。すなわち、モリブデン粉
末,珪素粉末およびアルミニウム粉末を混合し、粉末の
まま又は適宜形状の粉末成形体としたうえ、制御された
雰囲気(好ましくは、Arガスまたは真空雰囲気)中
で、着火して燃焼反応を行わせることにより、マトリッ
クス原料として好適な上記アルミニウム置換二珪化モリ
ブデン金属間化合物が得られる。なお、マトリックス形
成原料として、アルミニウム置換二珪化モリブデン金属
間化合物〔Mo(Si,Al)2 〕に代え、MoSi2
粉末とアルミニウム金属粉末の混合物を使用して反応焼
結を行わせる方法を適用することも考えられるが、この
場合は、焼結中、約660 ℃付近の比較的低温域で、アル
ミニウム金属を主成分とする液相を生じ、粒成長が助長
されるため、得られる焼結体は粗大な組織となり、また
未反応アルミニウムの残留による高温特性の低下,アル
ミニウムの蒸発による組成変動等の問題を付随する。ア
ルミニウム置換二珪化モリブデン金属間化合物〔Mo
(Si,Al)2 〕粉末を使用する場合は、このような
不具合を回避し、微細均質な組織を確保することができ
る。
The aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound powder can be obtained, for example, as a product of a combustion synthesis reaction. That is, molybdenum powder, silicon powder and aluminum powder are mixed to form a powder compact as it is or in an appropriately shaped form, and then ignited in a controlled atmosphere (preferably Ar gas or vacuum atmosphere) to cause a combustion reaction. Is carried out to obtain the aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound suitable as a matrix material. As a matrix forming raw material, instead of the aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo (Si, Al) 2 ], MoSi 2
It is conceivable to apply a method of performing reaction sintering using a mixture of powder and aluminum metal powder, but in this case, aluminum metal is mainly used at a relatively low temperature range of about 660 ° C during sintering. A liquid phase is formed as a component, and grain growth is promoted. The resulting sintered body has a coarse structure, and is accompanied by problems such as a decrease in high-temperature characteristics due to residual unreacted aluminum and a change in composition due to evaporation of aluminum. I do. Aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo
When (Si, Al) 2 ] powder is used, such problems can be avoided and a fine and uniform structure can be ensured.

【0014】上記アルミニウム置換二珪化モリブデン金
属間化合物粉末〔Mo(Si,Al)2 〕に分散相とな
るSiC粉末および焼結助剤成分を配合する。SiC粉
末は、前記のようにナノメータサイズの極微細粒子であ
り、配合量は5〜20体積%に調整される。焼結助剤成
分の選択は重要である。その好適な助剤として、酸化硼
素(B2 3 ),酸化イットリウム(Y2 3 ),酸化
イッテルビウム(Yb2 3 )等が挙げられる。これら
の助剤の適量配合によりより、コスト的に有利な常圧焼
結法を用いて、改良された室温・高温特性を有する複合
焼結体を得ることが可能となる。助剤の配合量は、焼結
での液相を過不足なく生成させるために、アルミニウム
置換二珪化モリブデン金属間化合物粉末とSiC粉末の
混合物に対し、0.1〜10重量%(複数種併用の場合
は、合計量)の範囲が適当である。0.1%に満たない
と、焼結性改善効果が不足し、10重量%を超えて多量
に配合すると、粒界相が脆化し、焼結体の室温・高温靱
性の低下を招くからである。
The above-mentioned aluminum-substituted molybdenum disilicide gold
Intergeneric compound powder [Mo (Si, Al)TwoIs a dispersed phase
And a sintering aid component. SiC powder
The powder is nanometer-sized ultrafine particles as described above.
The amount is adjusted to 5 to 20% by volume. Sintering aid
The choice of minutes is important. As a suitable auxiliary, boron oxide
Elementary (BTwoO Three), Yttrium oxide (YTwoOThree), Oxidation
Ytterbium (YbTwoOThree) And the like. these
Atmospheric pressure baking is more cost-effective by adding the appropriate amount of
Composites with improved room and high temperature properties using the knotting method
A sintered body can be obtained. The amount of the auxiliary
Aluminum to ensure that the liquid phase in the
Of substituted molybdenum disilicide intermetallic compound powder and SiC powder
0.1 to 10% by weight based on the mixture (when multiple types are used in combination)
Is the total amount). Less than 0.1%
Insufficient sinterability improving effect, large amount exceeding 10% by weight
When blended in a grain boundary phase, the grain boundary phase becomes brittle,
This is because the property is lowered.

【0015】焼結処理は、適用される焼結手法に応じた
温度域で行われる。ホットプレス法における焼結処理温
度は約1450〜1600℃である。常圧焼結法を適用
する場合の焼結温度は、約1500〜1750℃の範囲
が適当である。1500℃より低い温度では、焼結反応
の不足をきたし、焼結体の緻密化を十分に進めることが
困難となり、他方1750℃を超えると、マトリックス
の粒成長により、組織が粗大化し、焼結体の特性の低下
を招くからである。焼結温度は、得られる複合焼結体の
特性に大きな影響を与える。焼結原料におけるSiC粉
末の配合量比が比較的低い場合の焼結温度は、上記温度
範囲内で低温側に設定し、その配合量比の増加に応じて
高温側に設定するのがよく、焼結原料の配合組成に応じ
た焼結温度の設定により複合材料の特性改善効果は最大
限に発揮される。焼結過程において、SiC粒子の一部
はマトリックス粒子内に捕捉され、残余は粒界相内に取
り込まれる。また、焼結中、Al2 3 ,SiO2 およ
び焼結助剤成分からなる3元系共晶反応〔焼結助剤が酸
化硼素である場合は、Al2 3−SiO2 −B2 3
3元系共晶反応〕により、粒界に液相が生成する。液相
生成温度は、焼結助剤の配合量により容易に制御するこ
とができる。SiC粒子がマトリックス粒子内に取り込
まれる温度では、ガラス相はすでに粒子境界に排出さ
れ、マトリックスとSiC粒子との界面にガラス相は殆
ど存在せず、両者は直接結合して強い界面を形成する。
The sintering process is performed in a temperature range according to the sintering method applied. The sintering temperature in the hot press method is about 1450 to 1600 ° C. The sintering temperature in the case of applying the normal pressure sintering method is suitably in the range of about 1500 to 1750 ° C. At a temperature lower than 1500 ° C., the sintering reaction becomes insufficient, and it becomes difficult to sufficiently advance the densification of the sintered body. On the other hand, at a temperature higher than 1750 ° C., the structure becomes coarse due to the growth of the matrix grains, and This is because the properties of the body are reduced. The sintering temperature greatly affects the properties of the obtained composite sintered body. The sintering temperature when the compounding ratio of the SiC powder in the sintering raw material is relatively low is preferably set to a lower temperature within the above temperature range, and set to a higher temperature in accordance with the increase in the compounding ratio. By setting the sintering temperature according to the composition of the sintering raw material, the effect of improving the properties of the composite material is maximized. During the sintering process, some of the SiC particles are trapped in the matrix particles, and the remainder is incorporated in the grain boundary phase. During the sintering, a ternary eutectic reaction composed of Al 2 O 3 , SiO 2 and a sintering aid component (when the sintering aid is boron oxide, Al 2 O 3 —SiO 2 —B 2 O 3
Ternary eutectic reaction], a liquid phase is formed at the grain boundary. The liquid phase generation temperature can be easily controlled by the amount of the sintering aid. At the temperature at which the SiC particles are incorporated into the matrix particles, the glass phase has already been exhausted to the particle boundaries, there is almost no glass phase at the interface between the matrix and the SiC particles, and the two directly bond to form a strong interface.

【0016】焼結処理を終えた後、温度約1200℃〜
1350℃での熱処理を行う。処理時間は約4〜7Hr
程度である。この熱処理において、マトリックス中のA
l原子が粒界に拡散移動し、粒界相のSiO2 およびB
2 3 を還元する。処理温度を1200℃以上とするの
は、それより低い温度では、Alの拡散および粒界酸化
物の還元反応を十分に達成することができず、他方13
50℃を上限とするのは、それを超えると、マトリック
スの粒成長により、組織の粗大化をきたすからである。
この熱処理により、SiO2 は殆ど消失し、粒界相はA
2 3 結晶リッチ相となる。B2 3 からは硼化モリ
ブデン〔MoB,Mo2 B〕が形成され、その粒子は分
散強化相として働く。
After completion of the sintering process, the temperature is about 1200 ° C.
Heat treatment at 1350 ° C. is performed. Processing time is about 4-7Hr
It is about. In this heat treatment, A in the matrix
1 atom diffuses and moves to the grain boundary, and SiO 2 and B
2 O 3 is reduced. The reason why the treatment temperature is set to 1200 ° C. or higher is that at lower temperatures, the diffusion of Al and the reduction reaction of the grain boundary oxide cannot be sufficiently achieved.
The reason why the upper limit is set to 50 ° C. is that if the temperature exceeds 50 ° C., the structure becomes coarse due to the grain growth of the matrix.
By this heat treatment, SiO 2 almost disappears and the grain boundary phase becomes A
It becomes a l 2 O 3 crystal rich phase. Molybdenum boride [MoB, Mo 2 B] is formed from B 2 O 3 , and the particles serve as a dispersion strengthening phase.

【0017】かくして得られる本発明の複合材料は、M
oSi2 −Mo(Si,Al)2 /SiCからなる微細
な粒径を有する複合体をマトリックスとし、粒界相はS
iO 2 ガラス相が殆どなく、Al2 3 結晶を主相とす
るα−Al2 3 /SiC複合体からなり、この粒内・
粒界の組織・性質を同時に制御された粒内・粒界強化型
複合材として、前述のように改良された室温・高温特性
を具現する。
The composite material of the present invention thus obtained has a M
oSiTwo-Mo (Si, Al)Two/ SiC fine
The composite having a large particle size is used as a matrix, and the grain boundary phase is S
iO TwoAlmost no glass phase, AlTwoOThreeCrystal as main phase
Α-AlTwoOThree/ SiC composite, and this
Intra- and intergranular strengthening type with simultaneously controlled grain boundary structure and properties
Improved room temperature and high temperature characteristics as described above as a composite material
To embody.

【0018】[0018]

【実施例】【Example】

〔1〕供試焼結体の作製 (1)焼結原料の調製 〔マトリックス形成原料〔Mo-Si-Al系金属間化合物〕の
化学組成〕 Mo:63.39 (33.15), Si:31.15 (55.64), Al:4.41 (8.2
0), O:0.82 (2.57), C:0.09 (0.38), Fe:0.08 (0.07),
重量%(原子%)。 〔分散相形成原料〔SiC 〕の化学組成〕 SiC:> 99wt%, SiO 2:0.15wt%, free C:0.10wt%, Fe:120
ppm, Al:48ppm, Ca:40ppm, Mg:10ppm. Cr:30ppm, Ni:20
ppm 。 上記金属間化合物〔Mo(Si,Al)2 〕と炭化珪素
〔SiC〕の混合粉末に、焼結助剤成分として酸化硼素
〔B2 3 〕を添加し、1−ブタノールを分散媒として
湿式ボールミル混合を行う。エバポレータ乾燥し、乾式
ボールミルで処理した後、分級して出発原料とする。出
発原料粉末中のMo-Si-Al系金属間化合物の平均粒径は
1.3μm,炭化珪素粒子の平均粒径は 150 nm である。
[1] Preparation of sample sintered body (1) Preparation of sintering raw material [Chemical composition of matrix forming raw material [Mo-Si-Al intermetallic compound]] Mo: 63.39 (33.15), Si: 31.15 (55.64) , Al: 4.41 (8.2
0), O: 0.82 (2.57), C: 0.09 (0.38), Fe: 0.08 (0.07),
% By weight (atomic%). [Chemical composition of the dispersed phase-forming material [SiC]] SiC:> 99wt%, SiO 2 : 0.15wt%, free C: 0.10wt%, Fe: 120
ppm, Al: 48ppm, Ca: 40ppm, Mg: 10ppm. Cr: 30ppm, Ni: 20
ppm. The mixed powder of the intermetallic compound [Mo (Si, Al) 2] and silicon carbide [SiC], boron oxide [B 2 O 3] were added as sintering aid ingredients, wet 1-butanol as a dispersion medium Perform ball mill mixing. After drying with an evaporator and treatment with a dry ball mill, the mixture is classified and used as a starting material. The average particle size of the Mo-Si-Al intermetallic compound in the starting material powder is
1.3 μm, the average particle size of the silicon carbide particles is 150 nm.

【0019】(2)圧粉体の成形:金型による予備成形(加
圧力: 24MPa)により一軸成形体(6.4 ×4.5 ×5
3, mm) を得、プラスチックフィルム袋に減圧封入した
後、冷間静水圧加圧成形(加圧力: 300MPa)に付
して圧粉体を得る。 (3)焼結処理:圧粉体を焼結炉に装入し、アルゴン雰囲気
中で常圧焼結処理(雰囲気圧: 0.1MPa)を施す。 (4)熱処理:焼結処理の後、炉中で1200℃まで徐冷
し、所定温度に加熱保持して焼結体の粒界相を結晶化す
る。 上記工程により、供試焼結体No.1〜7(発明例)を得
る。
(2) Compacting: A single-shaft compact (6.4 × 4.5 × 5) is obtained by preforming with a mold (pressing force: 24 MPa).
3 mm), sealed in a plastic film bag under reduced pressure, and then subjected to cold isostatic pressing (pressure: 300 MPa) to obtain a green compact. (3) Sintering: The green compact is placed in a sintering furnace and subjected to normal pressure sintering (atmospheric pressure: 0.1 MPa) in an argon atmosphere. (4) Heat treatment: After the sintering treatment, the temperature is gradually lowered to 1200 ° C. in a furnace, and the temperature is maintained at a predetermined temperature to crystallize the grain boundary phase of the sintered body. Through the above steps, sample sintered bodies Nos. 1 to 7 (inventive examples) are obtained.

【0020】比較例として、下記の供試焼結体を前記と
同様の工程に従って作製した。二珪化モリブデン〔Mo
Si2 〕の粉末(平均粒径: 1.0 μm)を焼結原料とす
る単相焼結体(供試材No.11 )、アルミニウム置換二珪
化モリブデン〔Mo(Si,Al)2 〕(化学組成およ
び粒径は前記と同一)を焼結原料とする単相焼結体(供
試材No.12 )。 二珪化モリブデン〔MoSi2 〕の粉末(平均粒径: 1.
0 μm)と炭化珪素〔SiC〕粉末(平均粒径: 150 n
m)との混合粉末を焼結原料とする複合焼結体(供試材
No.13 )、アルミニウム置換二珪化モリブデン〔Mo
(Si,Al)2 〕とSiC粉末との粉末混合物〔それ
ぞれの化学組成および粒径は前記発明例と同一, 但しS
iC粉末の配合量が本発明の規定から逸脱〕を焼結原料
とする複合焼結体(供試材No.14, No.15)。
As a comparative example, the following test sintered bodies were produced according to the same steps as described above. Molybdenum disilicide [Mo
Si 2 ] powder (average particle size: 1.0 μm) as a sintering material, a single-phase sintered body (sample No. 11), aluminum-substituted molybdenum disilicide [Mo (Si, Al) 2 ] (chemical composition And a single-phase sintered body (sample material No. 12) using the same sintering raw material as described above. Molybdenum disilicide [MoSi 2 ] powder (average particle size: 1.
0 μm) and silicon carbide [SiC] powder (average particle size: 150 n
composite sintered body (sample material)
No. 13), aluminum-substituted molybdenum disilicide [Mo
(Si, Al) 2 ] and a powder mixture of SiC powder [each having the same chemical composition and particle size as the above-mentioned invention,
composite material (sample materials No. 14 and No. 15) using iC powder as a sintering raw material.

【0021】表1は、各供試焼結体の原料配合,焼結条
件・熱処理条件、および得られた製品焼結体の室温諸特
性として、硬度(ビッカース硬さ)〔荷重: 98 N, 保持
時間: 15s 〕、曲げ強度〔3点曲げ試験, 試験片:JIS R
1601 , 荷重速度: 0.5 mm/min,スパン距離: 30 mm
〕、および破壊靱性値〔IF法により算定〕を示して
いる。
Table 1 shows the hardness (Vickers hardness) [load: 98 N, as the raw material composition of each test sintered body, sintering conditions and heat treatment conditions, and various room temperature characteristics of the obtained product sintered body. Holding time: 15s], bending strength [3-point bending test, test piece: JIS R
1601,, Loading speed: 0.5 mm / min, Span distance: 30 mm
] And fracture toughness [calculated by IF method].

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】表中、発明例(No.1〜7)と、供試材 No.11
〔MoSi2 単相材〕, 供試材No.12 〔Mo (Si,Al) 2 単相
材〕とを対比すると、供試材 No.11, No.12 のいずれ
も、マトリックスの粒成長がはげしく粗大な組織を呈し
ているのに対し、発明例のものは、著しく微細化された
組織を有し、硬さ, 破壊強度, および破壊靱性等の諸特
性が大きく高められている。また、発明例(No.1〜7)の
相互の比較にみられるように、本発明の複合材料は、分
散相成分(ナノメータサイズのSiC粒子)の配合量に
応じた適切な焼結温度の調節により、その複合効果が最
大限に発揮される。供試材 No.1, No.2 のように分散相
成分の配合量を比較的少量とした場合は、約1600℃付近
の温度域、供試材 No.3 〜5 のように配合量が中程度の
場合は、約1650℃前後の中間温度域、また供試材 No.6,
No.7 のように高い配合量とした場合は、約1700℃付近
の高温域が適当であり、このような分散相成分量に応じ
た温度調節により、常圧焼結における焼結反応を過不足
なく達成させ、分散相成分の配合効果として高度に改良
された材料特性を帯有する焼結品を得ることができる。
In the table, the invention examples (Nos. 1 to 7) and the test material No. 11
Compared to (MoSi 2 single phase material) and test material No. 12 (Mo (Si, Al) 2 single phase material), matrix grain growth of both test material No. 11 and No. 12 While the structure of the invention example has a remarkably fine structure while exhibiting a vigorous and coarse structure, various properties such as hardness, fracture strength, and fracture toughness are greatly enhanced. Further, as can be seen from the mutual comparison of the invention examples (Nos. 1 to 7), the composite material of the present invention has an appropriate sintering temperature depending on the blending amount of the dispersed phase component (nanometer-sized SiC particles). Adjustment maximizes the combined effect. When the amount of the dispersed phase component is relatively small, as in Test Material Nos. 1 and 2, the mixing amount is as shown in Test Material Nos. In the case of medium, the intermediate temperature range of about 1650 ° C
When a high blending amount is used, as in No. 7, a high temperature range around 1700 ° C is appropriate, and the sintering reaction in normal-pressure sintering is performed by controlling the temperature according to the amount of the dispersed phase components. It is possible to obtain a sintered product having a material characteristic which is achieved without any shortcomings and has highly improved material properties as a compounding effect of the dispersed phase component.

【0024】また、供試材 No.13〔MoSi2 - SiC 複合
材〕は、分散相成分の配合効果として発明例(No.1〜7)
と同等の微細組織を有し、硬さ, 靱性も比較的高いレベ
ルを示してはいるが、その強度は低く、発明例のものと
は大きく隔たっている。供試材 No.14、および No.15
〔いずれも発明例と同じく Mo (Si,Al) 2 -SiC複合材で
ある〕は、微細組織を有すると共に、高度の硬さおよび
靱性を備えてはいるが、いずれも強度の改善効果は少な
い。これは、分散相成分の配合量が30vol %と過剰で
あるため、焼結反応の不足をきたし、緻密化が十分に達
成されなかったことによる。この緻密化の不足は、供試
材 No.15のように、1800℃の高温焼結を適用しても、十
分に解消することができない。このような分散相成分の
過度の配合は避けるべきであり、常圧焼結法による工業
的な製造条件下に、複合効果として高度に改良された材
料特性を確保するには、その配合量は20vol %までと
すべきことがわかる。
Further, the test material No. 13 [MoSi 2 -SiC composite material] was used as an example of the invention (Nos. 1 to 7) as the effect of compounding the dispersed phase component.
It has a microstructure equivalent to that of, and shows relatively high levels of hardness and toughness, but its strength is low, and it is greatly different from those of the invention examples. Test material No.14 and No.15
[All are Mo (Si, Al) 2 -SiC composite materials as in the invention examples] have a fine structure and high hardness and toughness, but none of them have a small effect of improving strength. . This is because the sintering reaction was insufficient due to the excessive amount of the dispersed phase component of 30 vol%, and the densification was not sufficiently achieved. This insufficiency of densification cannot be sufficiently solved even by applying high-temperature sintering at 1800 ° C., as in Test Material No. 15. Excessive blending of such dispersed phase components should be avoided, and in order to ensure highly improved material properties as a combined effect under industrial manufacturing conditions by the normal pressure sintering method, the blending amount is It can be seen that it should be up to 20 vol%.

【0025】図1は、X線回折パターン〔図中,a: M
o (Si,Al) 2 金属間化合物粉末、b: 供試材 No.12、
c: 供試材 No.3〕、図2〜図4は、供試焼結体の微細
組織を示す走査型電子顕微鏡像〔図2: 供試材 No.11、
図3: 供試材No.12 、図4: 供試材 No.3〕、図5は、
各供試焼結体の曲げ強度の温度による変化、図6および
図7は、供試焼結体の破断面を示す走査型電子顕微鏡像
〔図6: 供試材 No.3, 図7: 供試材 No.12〕、をそれ
ぞれ示している。
FIG. 1 shows an X-ray diffraction pattern [a, M:
o (Si, Al) 2 intermetallic compound powder, b: Test material No. 12,
c: Test material No. 3], and FIGS. 2 to 4 are scanning electron microscope images showing the microstructure of the test sintered body [FIG. 2: Test material No. 11,
Fig. 3: Test material No. 12, Fig. 4: Test material No. 3], Fig. 5
FIGS. 6 and 7 show the change in bending strength of each sample sintered body with temperature, and FIGS. 6 and 7 show scanning electron microscope images showing the fracture surface of the sample sintered body [FIG. 6: Sample No. 3, FIG. Specimen No. 12].

【0026】図1に示したように、X線回折で観察され
る発明例の複合焼結体の主たる構成相は、正方晶のMo
Si2 ,六方晶のMo(Si, Al)2 、Al2 3 ,
Mo <5Si3 <1、およびSiCである。SiO2 ガラ
ス相の実質的な存在量は検出されない。Al2 3
は、焼結過程で、マトリックスのAlの優先酸化反応に
より生成したものであり、Mo<5Si3 <1相(Nowotn
y 相) は、出発原料粉末に由来するC(および焼結体製
造工程中に混入したC)との反応により生成したもので
ある。発明例の複合焼結体において、六方晶Mo(S
i, Al)2 に対する正方晶MoSi2 の比率が、原料
粉末におけるそれに比し高くなっているのは、焼結過程
で生じたAlの優先酸化によるAl濃度の変化によるも
のである。
As shown in FIG. 1, X-ray diffraction
The main constituent phase of the composite sintered body of the invention example is tetragonal Mo.
SiTwo, Hexagonal Mo (Si, Al)Two, AlTwoOThree,
Mo <5SiThreeC<1, And SiC. SiOTwoGala
No substantial abundance of the water phase is detected. AlTwoOThreephase
Is used for the preferential oxidation reaction of Al in the matrix during the sintering process.
Generated from Mo<5SiThreeC<1Phase (Nowotn
y phase) is the C (and sintered
Produced by the reaction with C) mixed during the manufacturing process
is there. In the composite sintered body of the invention example, hexagonal Mo (S
i, Al)TwoMoSi forTwoThe ratio of raw materials
What is higher than that of the powder is the sintering process
Change in Al concentration due to preferential oxidation of Al
It is.

【0027】図2〜図4において、図2の供試焼結体N
o.11 〔焼結原料: MoSi 2粉末〕は、不規則 形状を有
するSiO2 ガラス相が分散し、図3の供試焼結体No.1
2 〔焼結原料: Mo (Si,Al) 2粉末〕は、Al2 3 結晶
相が分散した組織を呈している。これに対し、図4の発
明例のものは、微細なSiC粒子, Al2 3 −SiC
粒子が均一に分散した組織を有している。
2 to 4, the test sintered body N of FIG.
o.11 [Sintering raw material: MoSi 2 powder] was obtained by dispersing SiO 2 glass phase having irregular shape,
2 [Sintering raw material: Mo (Si, Al) 2 powder] has a structure in which Al 2 O 3 crystal phase is dispersed. On the other hand, the example of the invention of FIG. 4 has fine SiC particles, Al 2 O 3 —SiC.
It has a structure in which particles are uniformly dispersed.

【0028】図5に示したように、発明材の焼結体〔Mo
(Si,Al) 2 -SiC複合材〕は、室温および高温域において
供試材 No.11〔MoSi2 単相材〕や供試材 No.12〔 Mo (S
i,Al) 2 単相材〕を大きく凌ぐ曲げ強度を有している。
また、供試材 No.13〔MoSi2- SiC 複合材料〕と比較す
ると、供試材 No.13は、約1100℃より低い温度域
で、発明材を凌ぐ高い強度を示しているが、それを超え
る高温域になると、両者の強度は逆転する。すなわち、
発明材は、約1100℃を超える高温域でも高い強度を
保持しており、供試材 No.13との差異は歴然である。ま
た、図6および図7の供試焼結体の破断面(図6: 発明
材, 図7: 供試材 No.12)の比較から明らかなように、
供試材 No.12〔 Mo (Si,Al) 2 単相材〕は、比較的フラ
ットな破断面を呈しているのに対し、発明材は、微細な
凹凸を有する複雑な破断面を有しており、ナノメータサ
イズのSiC粒子が、その分散効果としてマトリックス
の粒内および粒界を強化している構造が観察される。
As shown in FIG. 5, the sintered material of the invention material [Mo
(Si, Al) 2 -SiC composite material) was used at room temperature and high temperature range for test material No. 11 (MoSi 2 single phase material) and test material No. 12 (Mo (S
i, Al) 2 single phase material].
In addition, when compared with the test material No. 13 [MoSi 2 -SiC composite material], the test material No. 13 showed higher strength than the invented material in a temperature range lower than about 1100 ° C. , The strengths of the two are reversed. That is,
The invented material has high strength even in a high temperature region exceeding about 1100 ° C., and the difference from the test material No. 13 is obvious. In addition, as is clear from the comparison of the fractured surfaces (FIG. 6: invention material, FIG. 7: test material No. 12) of the test sintered bodies in FIGS.
Test material No. 12 (Mo (Si, Al) 2 single phase material) has a relatively flat fracture surface, while the invention material has a complex fracture surface with fine irregularities. Thus, a structure in which nanometer-sized SiC particles strengthen the intragranular and grain boundaries of the matrix as a dispersing effect is observed.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明の二珪化モリブデン系複合材料
は、マトリックス粒内・粒界の組成・結晶構造の制御、
およびナノメータサイズの分散相粒子による粒内・粒界
の分散強化に基づく効果として改良された室温・高温特
性を備え、一般高温構造材料はもとより、航空機部材,
その他の超高温構造部材として有用であり、また本発明
によれば、この難焼結性材料を、常圧焼結法によりコス
ト的に有利に製造することができ、多方面の工学的応用
を可能にするものである。
According to the present invention, the molybdenum disilicide-based composite material of the present invention can control the composition and crystal structure of matrix grains and grain boundaries,
It has improved room temperature and high temperature characteristics as an effect based on dispersion strengthening of intragranular and grain boundaries by dispersed phase particles of nanometer size, and it is used not only for general high temperature structural materials but also for aircraft components,
It is useful as other ultra-high temperature structural members, and according to the present invention, this hardly sinterable material can be produced cost-effectively by the normal pressure sintering method, and can be applied to various engineering applications. Is what makes it possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】焼結体のX線回折パターンを示す図である。FIG. 1 is a view showing an X-ray diffraction pattern of a sintered body.

【図2】焼結体の微細組織を示す図面代用顕微鏡写真
(倍率×4000)である。
FIG. 2 is a photomicrograph (magnification: 4000) showing a microstructure of a sintered body.

【図3】焼結体の微細組織を示す図面代用顕微鏡写真
(倍率×4000)である。
FIG. 3 is a photomicrograph (magnification: 4000) showing a microstructure of a sintered body instead of a drawing.

【図4】焼結体の微細組織を示す図面代用顕微鏡写真
(倍率×4000)である。
FIG. 4 is a micrograph (magnification × 4000) showing a microstructure of a sintered body, which is a drawing substitute.

【図5】焼結体の曲げ強度の温度変化を示すグラスであ
る。
FIG. 5 is a glass showing a change in temperature of bending strength of a sintered body.

【図6】焼結体の破断面を示す図面代用顕微鏡写真(倍
率×4000)である。
FIG. 6 is a photomicrograph (magnification: 4000) showing a fractured surface of a sintered body.

【図7】焼結体の破断面を示す図面代用顕微鏡写真(倍
率×4000)である。
FIG. 7 is a photomicrograph (magnification: 4000) showing a fractured surface of a sintered body.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年11月6日[Submission date] November 6, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図2[Correction target item name] Figure 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図2】 FIG. 2

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図3[Correction target item name] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図3】 FIG. 3

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図4[Correction target item name] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図4】 FIG. 4

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図6[Correction target item name] Fig. 6

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図6】 FIG. 6

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図7[Correction target item name] Fig. 7

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図7】 FIG. 7

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム置換二珪化モリブデン金属
間化合物〔Mo(Si,Al)2 〕をマトリックス相と
し、粒界相はAl2 3 結晶を主相とすると共に、マト
リックスの粒内および粒界に、分散相として、5〜20
体積%を占めるナノメータサイズのSiC粒子が均一に
分散した複合組織を有する焼結体であることを特徴とす
る二珪化モリブデン系複合材料。
1. An aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo (Si, Al) 2 ] is used as a matrix phase, and a grain boundary phase is made mainly of Al 2 O 3 crystals, and is composed of intragranular and grain boundaries of the matrix. And 5 to 20 as a disperse phase
A molybdenum disilicide-based composite material, which is a sintered body having a composite structure in which nanometer-sized SiC particles occupying volume% are uniformly dispersed.
【請求項2】 マトリックス相であるアルミニウム置換
二珪化モリブデン金属間化合物〔Mo(Si,A
l)2 〕が、 Si: Al(原子比)=1−X: X〔但し,X=0.0
3〜0.20〕 である組成を有することを特徴とする請求項1に記載の
二珪化モリブデン系複合材料。
2. An aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo (Si, A
l) 2 ] is Si: Al (atomic ratio) = 1−X: X [where X = 0.0
3. The molybdenum disilicide-based composite material according to claim 1, wherein the composite material has a composition of 3 to 0.20].
【請求項3】 アルミニウム置換二珪化モリブデン金属
間化合物粉末〔Mo(Si,Al)2 〕に、ナノメータ
サイズの炭化珪素粉末を5〜20体積%添加すると共
に、その合計量に対し0.1〜10重量%の焼結助剤を
混合し、得られた混合粉末を所望形状に成形したのち、
非酸化性雰囲気中、1500〜1750℃の温度で常圧
焼結し、ついで粒界相の結晶化処理として、1200〜
1350℃での熱処理を施すことを特徴とする請求項1
に記載の二珪化モリブデン系複合材料の製造方法。
3. A nanometer-sized silicon carbide powder is added to the aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound powder [Mo (Si, Al) 2 ] in an amount of 5 to 20% by volume, and 0.1 to 10% by volume based on the total amount. After mixing 10% by weight of a sintering aid and molding the resulting mixed powder into a desired shape,
In a non-oxidizing atmosphere, normal pressure sintering is performed at a temperature of 1500 to 1750 ° C.
2. A heat treatment at 1350 ° C.
3. The method for producing a molybdenum disilicide-based composite material according to item 1.
【請求項4】 請求項3におけるアルミニウム置換二珪
化モリブデン金属間化合物〔Mo(Si,Al)2 〕と
して、Mo: Si: Al(原子比)=1: 2(1−
X): 2X〔但し,X=0.03〜0.20〕である粉
末を使用することを特徴とする請求項2に記載の二珪化
モリブデン系複合材料の製造方法。
4. An aluminum-substituted molybdenum disilicide intermetallic compound [Mo (Si, Al) 2 ] according to claim 3, wherein Mo: Si: Al (atomic ratio) = 1: 2 (1-
X): The method for producing a molybdenum disilicide-based composite material according to claim 2, wherein a powder having 2X (where X = 0.03 to 0.20) is used.
【請求項5】 焼結助剤として、酸化硼素,酸化イット
リウム,または酸化イッテルビウムから選ばれる1種な
いし2種以上の酸化物を使用することを特徴とする請求
項3ないし請求項4のいずれか1項に記載の二珪化モリ
ブデン系複合材料の製造方法。
5. The method according to claim 3, wherein one or more oxides selected from boron oxide, yttrium oxide, and ytterbium oxide are used as the sintering aid. 2. The method for producing a molybdenum disilicide-based composite material according to item 1.
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