JPS5884713A - セラミツクスの熱間静水圧プレス処理方法 - Google Patents

セラミツクスの熱間静水圧プレス処理方法

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JPS5884713A
JPS5884713A JP56182735A JP18273581A JPS5884713A JP S5884713 A JPS5884713 A JP S5884713A JP 56182735 A JP56182735 A JP 56182735A JP 18273581 A JP18273581 A JP 18273581A JP S5884713 A JPS5884713 A JP S5884713A
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glass
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hip
ceramics
hot isostatic
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克彦 本間
立野 常男
岡田 広
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は離型性の改善されたセラミックスの熱間静水圧
プレス(以下I(IPと略記する)処理方法、特にガラ
スをカプセル材を含む二次圧力媒体として用いた前記H
IP処理方法に関するものである。
近年、熱効率の向上、燃料の節約、低公害、軽量化を口
折して高温ガスタービン、ディーゼルエンジン、MHD
発電など高温で稼動する機器の開発が盛んであり、高温
構造材料の形成が注目されており、従来の耐熱金属で満
足な機械的強度を得るに至らないことから資源の乏しい
耐熱金属材料の節約という観点もあって、地上に豊富な
セラミックスの利用が進められている。とりわけ、か\
るセラミックス高温材料の中で、高温下で充分な強度を
有し、化学的に安定で熱衝撃にも強い材料として窒化珪
素(Si3N4)、炭化珪素(Si)などは最も注目さ
れている。
従来、このようなSi3N4  焼結体等を製造する方
法としては、HIP処理によりSi3N4等を焼結させ
ることが知られており、例えば特開昭51−70208
号公報にSi3N4粉末もしくはその予備成形体をガラ
スカプセルに封入、密封してHI P処理を施す代表的
な方法が記載されている。
しかしながらこのようにガラスをカプセル材として使用
し、あるいは二次圧力媒体として使用するHIP処理に
おいては、HI−P処理時にガラスが焼結体表面へ浸透
し、表面附近に、Si3N4とガラスとの反応層が生成
すると共にSi3N4とガラスとの熱膨張係数の差によ
り焼結体角部が欠けたり、亀裂が発生する等の欠点があ
った。
そのため、か\る欠点を防止すべく、上記HIP処理に
おいて、Si3N4′fr、どセラミックス原料粉末を
予備成形し、表面にBN粉等の離型剤をコーティングし
た後、これをガラスカプセル中に封入、あるいはガラス
浴中に入れHIP処理することが行なわれているが、実
際、BNを十分に厚みをもち、かつ均一強固にコーティ
ングすることは難しく、特に異形品の場合には尚更で、
焼結体の変形や密度むらの原因となるのみならず、例え
ばスプレーによる吹きつけや、溶剤に混合して塗布して
も、その後の操作過程で剥れ落ちることが多く、塗布不
完全な部分でセラミックスとガラスが接触して反応し、
焼結体との接着が起り、処理後の離型が困難となり又、
ガラスが浸透する深さは、ガラスの種類と、HIP処理
の温度、圧力によっては、0.5〜1Mにも達するので
、コーティング層の厚さに少くとも1 mnr程度要す
るが、上記手段によってはか\る厚さのコーティングを
行なうことは極めて困難である。
そこで、か\る実情に対応し、本出願人は前記の如きセ
ラミックス予備成形体あるいは、予備焼結体をBN粉米
中に埋設し、これを加圧成形することによって単純形状
のブロックとなし、その後、該ブロックを覆うようにガ
ラスを配置して、これをルツボに入れ、しかる後、ガラ
スを軟化し、HIP処理する方法をさきに提案した。
しかしながら、この方法もガラスとBN粉末は一応別個
に配置され、結局BN粉末をコーティングした場合と同
様であり、処理後の離型に際し、ガラス層の除去に稍々
難があることが判明した。
かくて、本発明は、従来のガラスカプセル等を用いたH
IP処理によるセラミックス焼結体のHIP処理法の改
善を図ると共に前記提案を発展させBN粉末等、を特に
圧力媒体としてのガラス内に混合してガラスを脆化させ
、或は両者の熱膨張の差にもとづく効果により更に離型
性を向」二せしめるものであり、前記BN粉末等、ガラ
スと反応せず、かつHIP温度において同相で浮遊して
いる粉末を二次圧力媒体としてのガラスカプセル材又は
ガラス洛中に5〜30重量%添加混合し、か\る混合体
を被処理セラミックス成形体の周りに配してHIP処理
することを特徴とする。
以下、更に本発明の具体的な内容について詳細に説明す
る。
先ず、本発明方法の基本的な構成は、焼結助剤を含み又
は含まない513N4粉末又はSiC粉末子備成形体あ
るいはこれを予備焼結した予備焼結体等からなるセラミ
ックス粉末成形体をガラスカプセル中に封入し、あるい
はガラス洛中に入れ、該ガラスを二次圧力媒体としてH
IP処理を行なうことである。
こ\で、前記Si3N4粉末成形体等の作成は圧縮成形
、射出成形あるいはN2ガス雰囲気焼結法、ホットプレ
ス焼結法等既知の手段によって行なわれたものであり、
Y2O3粉、An203粉末、MgO粉末等の焼結助剤
を添加するときはこれら添加量はSi3N4粉末に対し
て10重量%以下であることが好ましく、又、成形体の
相対密度は特に高密度は必要なく、92%以下の開気孔
を有する成形体に適用できることは言うまでもない。
なお、前記セラミックス材としAl2O3、TiC−A
A’+03を用いることもある。
本発明で使用する前記ガラスとしては高温でのHIP処
理を行なうため高軟化点のシリケートガラス、例えばシ
リカガラス、パイコールガラス、パイレックスガラスあ
るいはこれらの混合物である。
そして、か\るガラスは第1図に図示する如く予め容器
状に形成されている所謂HIP用ガラスカプセル(1)
としてその内部に被処理成形体(2)を封入するように
してもよく、叉第2図に図示する如くグラファイトルツ
ボ(3)に収容されたガラス浴(4)としてその中の被
処理成形体(2)に対し二次圧力媒体の役割をもたせる
ようにしてもよいが、何れにしても該ガラスがHIP処
理時における二次圧力媒体をなし、被処理体(2)の周
りに存在していることが肝要である。
以上のような本発明の基本的構成において、本発明の特
徴は、前記ガラスに対しBN粉末、B4C粉末の如き、
ガラスと反応せず、かっHIP温度において固相状態で
浮遊している粉末を混合分散せしめることである。なお
、混合粉末として5iC1を使用することもできる。
か\る粉末は通常、ガラスとのぬれ性が悪いものであり
、かつガラスに対し熱膨張に差を有している。従ってH
IP処理後にその熱膨張差によりもろく、クランクが入
り易い一面を有し、ガラスの厚い層に比し外力によって
こわれ易く離型を容易ならしめる。
なお、BN等の粉末のガラスへの混合割合は5〜30容
量%、就中5〜20容量%が好ましく5容量%以下では
被処理成形体へのガラスの付着が避けられず、一方、3
0容量%以上では二次圧力媒体としての役割を阻害し、
被処理成形体の十分な緻密化を果せない結果を招く。
通常、BN粉末等は前述の如くガラスとのぬれ性が悪い
ので、HIP処理中にガラス中に分散し   ゛た該粉
末が成形体の周りに凝集し、離型剤として特に成形体に
塗布するまでもなく離型効果を達成する。そのためには
、前記混合割合は凝集による離型効果を満足するもので
ある。
しかし、勿論被処理成形体に薄いBN等の粉末層をスプ
レー等で塗布しておくことを妨げるものではなく、むし
ろ該粉末層は従来の厚い塗布層に比し極めて薄い層だけ
で十分その目的を達し得る利点がある。好ましいか\る
粉末の粒径としては、0.1〜10μであり、実用的に
は1〜5μである。
しかしてか\るHIP時、固相状態を保持し、不溶の粉
末のガラスへの混入時期は、ガラスカプセル作成前、又
はガラス浴作成前であることが、工業上有利であり、一
般的にはガラスピーズに対し添加し混合する。この場合
、この粉末混合がラスビーズは好ましい状態からすれば
一旦所要の温度、時間で例えばパイレックスガラスの場
合には1400°C,2時間で溶融し均一な粉末混合ガ
ラスインゴットに形成し、ボールミル等、既知の粉砕手
段で粉砕することによって粉末状混合ガラスとし、ガラ
スカプセルあるいは該混合ガラス粉末をグラファイトル
ツボ中に入れ、被処理成形体を埋め込み、ガラス浴形成
用ガラスとする。
なお、ガラス浴形成用ガラスは更に真空炉等で一旦、溶
融温度以上に加熱することによって被処理成形体の周り
を囲む浴を形成し、爾後のHIP処理工程へ移行する。
なお、叙上のようにしてBN粉末等を混合分散したガラ
スを被処理成形体の周りに配した後は、これは次いでH
IP炉に装入され、HIP処理に付されるがHIP処理
は他の多くのHIP処理と同様、Arガス、N2 ガス
等の不活性ガス雰囲気下で昇温、昇圧し所定の高温高圧
下で等方圧縮を行なう。
HIP温度としては、被処理成形体の種類により異なり
、1000℃以上の温度が可能であるが、セラミックス
は、焼結温度が高く、比較的高温で処理する必要がある
のでこれに合わせてガラスの種類が選ばれる。Si3N
4の場合HIP温度は通常は1400°C以上、好まし
くは1600〜1900°Cである。しかし被処理成形
体の種類により2000°C位も可能であるが当然、被
処理成形体の分解温度以下でなければならず、殊に分解
温度自体もHIP時の圧力の上昇と共に高くなるので少
くともそのHIP処理処理圧力における分解温度よりも
100°C低い温度よシ以下で行なうことが好適である
またHIP圧力は500気圧以上で行うのがよく、50
0気圧以下ではHI P処理に長時間を要すると共に、
513N4の分解反応量が時間に比例して大きくなるた
め焼結体の重量減少を招くのみならず、高密度化自体が
達成し難くなる。従ってHIP圧力は少くとも500気
圧、好ましくは700気圧以上にすることが望まれる。
しかし、HIP圧力は高ければ高い程、Si3N4の分
解反応が抑止され高密度化が達成され易いが、昇圧に時
間がかかり、かつ、昇圧用のコンプレッサをはじめ本体
圧力容器などHIP処理装置が大型化するので実用的で
なくなる。従って実用的には2500気圧までの圧力で
HIP処理することが望ましい。
またHIP処理時間は20分〜5時間の範囲で処理する
ことが好ましい。
第3図、第4図は前記HIP処理処理圧けるガラスとB
N粉末等とのぬれ性の悪さからくる粉末凝縮の状態を示
しており、HIP温度において前記ガラス部分は溶融す
るとしても、粉末はガラスと反応せず、かつHIP温度
において同相状態を保持していて成形体(2)の周りに
BN等の粉末層(5)として凝集し、層を形成して外殻
をなすガラスとBN粉末との混合部分(1)との間にガ
ラスのみによる部分(6)を介在せしめて、全体として
離型剤を特に塗布、吹付しないに拘らず離型を容易なら
しめる状態を現出している。
このようにしてHIP処理されたガラスカプセル又はグ
ラファイトルツボ中のガラスは緻密化された成形体と共
に取り出され、冷却されて次のガラス除去作業において
除去されるが、BN粉末等を混合した本発明ガラスにお
いては冷却時、両者の熱膨張の差によって微小なりラッ
クの発現があり両者ぬれ性が悪いため軽い衝撃を加える
だけで容易に離型し、簡単に処理済焼結体を分離する。
かくして本発明方法によればガラスを二次圧力媒体とし
て使用するにあたり、処理後の離型作業が簡易化され、
作業合理化を果すと共に、HIP処理には何らの障害は
なく処理済焼結体にあってもガラスのクラックによる除
去の容易さから通常のHIP処理焼結体に比し何ら遜色
なく充分高密度化が可能であり、高密度セラミックス焼
結体の製造時における作業工程の簡素化の一環としてそ
の実効性が期待される。
以下、本発明方法を実施例によって更に具体的に説明す
る。
(実施例1) 粒径1朋のパイレックスビーズ(軟化点820°C)に
平均粒径2μのBN粉末を15容量%添加混合したもの
を1400°C,2時間溶融し、均一なりN混合ガラス
インゴットを得た。このものはボールミルにより容易に
微粉石卆され粉末状のガラスとなった。
次に、とのBN混合ガラス粉末を第2図に示すようにグ
ラファイトルツボ中に入れその中に5isN4粉末成形
体を埋め込んだ。そして、これを真空炉で1200°C
,2時間の加熱を行ない埋設したSi3N、成形体がガ
ラスの連続体で覆われるようにした後、HIP炉内で1
700°C,11000at。
で1時間HIP処理した。かくして処理後取り出し、冷
却するとき、グラファイトルツボ中のガラスには微小な
りラックが多数認められ軽い衝撃を与えることによりS
i3N4とガラスの離型が容易にてき離型性は頗る良好
であった。又、処理後のSi3N4焼結体の表面粗さは
通常の焼結体に比べて遜色なく、むしろ非常に良好であ
った。
(実施例2〜8) 次に実施例1に準じ、夫々ガラスの種類、粉末の種類及
び添加量、被処理物を変え、これに合わせてHIP条件
を変えて離型性を調べた。その結果を次表に示す。
(以下、 卆′F3) 上記各実施例より本発明方法を実施する粉末混合ガラス
によるものは、所要の割合において十分所期の離型目的
を達し、かつHIP処理による緻密化が図られることが
理解される。
【図面の簡単な説明】
第1図はカプセル法による被処理成形体封入態様を、又
第2図はガラス浴法による同じく被処理成形体封入態様
を示す各概要図、第3図及び第4図は粉末層凝集状態を
示す図で第3図は全体図、第3図A部分拡大図である。 特許出願人 株式会社 神戸製鋼所 15− 16− 第2因 第4図 ら

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリケート系ガラスを二次圧力媒体としてセラミッ
    クス粉末成形体を熱間静水圧プレス処理する方法におい
    て、前記シリケート系ガラスに該ガラスと反応せず、か
    つ熱間静水圧プレス処理温度において同相で浮遊してい
    る粉末を5〜30容量%添加混合した混合体を前記被処
    理成形体の周りに配して前記熱間静水圧プレス処理を行
    うことを特徴とするセラミックスの熱間静水圧プレス処
    理方法 2、シリケート系ガラスがシリカガラス、バイコールガ
    ラス、パイレックスガラスから選ばれたガラスである特
    許請求の範囲第1項記載のセラミックスの熱間静水圧プ
    レス処理方法 3、添加粉末がBN粉末である特許請求の範囲第1項又
    は第2項記載のセラミックスの熱間静水圧プレス処理方
    法 4、添加粉末が炭化硼素(B4C)である特許請求の範
    囲第1項又は第2項記載のセラミックスの熱間静水圧プ
    レス処理方法 5、添加粉末の粒度が0.1〜10μである特許請求6
    被処理成形体カs i3N4 、SiC,AA’+Oa
     、Tic −AI!203から選ばれた粉末成形体で
    ある特許請求の
JP56182735A 1981-11-13 1981-11-13 セラミツクスの熱間静水圧プレス処理方法 Granted JPS5884713A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04346828A (ja) * 1991-05-22 1992-12-02 Kozo Ishizaki 見かけ無重量下での材料の処理方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04346828A (ja) * 1991-05-22 1992-12-02 Kozo Ishizaki 見かけ無重量下での材料の処理方法

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