JPS5891073A - 窒化珪素質セラミツクス - Google Patents
窒化珪素質セラミツクスInfo
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- JPS5891073A JPS5891073A JP56188382A JP18838281A JPS5891073A JP S5891073 A JPS5891073 A JP S5891073A JP 56188382 A JP56188382 A JP 56188382A JP 18838281 A JP18838281 A JP 18838281A JP S5891073 A JPS5891073 A JP S5891073A
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- fibers
- strength
- ceramic
- sintered
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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。
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、高強度の窒化珪素質セラミックスに関するも
のである。
のである。
セラミ、クス材料を高温で使用する機械部品例えばガス
タービン部品や軸受、ベアリング、高温搬送用ローラー
などとして使用する上で最大の障害となっているのは、
セラミックス材料が脆性材料であることからくる信頼性
の欠如である。
タービン部品や軸受、ベアリング、高温搬送用ローラー
などとして使用する上で最大の障害となっているのは、
セラミックス材料が脆性材料であることからくる信頼性
の欠如である。
この信頼性を向上せしめる方法とり、では、材料の平均
的強度水準を向」−せしめる他、％に脆注拐刺であるセ
ラミックスの場合には応力の集中の原因となる欠へ（亀
裂、低強度の異物）を少なくすると同時に、相対的に大
きい欠点を有する部分を除くことが必要となる。捷だ効
果のある別の手段としては、応力の集中を何らかの方法
で防ぎ靭性材料に近つけることであり、ンルコニア系セ
ラミックスにおいて検討がなされている。
的強度水準を向」−せしめる他、％に脆注拐刺であるセ
ラミックスの場合には応力の集中の原因となる欠へ（亀
裂、低強度の異物）を少なくすると同時に、相対的に大
きい欠点を有する部分を除くことが必要となる。捷だ効
果のある別の手段としては、応力の集中を何らかの方法
で防ぎ靭性材料に近つけることであり、ンルコニア系セ
ラミックスにおいて検討がなされている。
さらに高信頼性のセラミックス材料を実現するものもう
一つの可能性と１２で、セラミックスファイバーで複合
強化するということがあるが、製造上段つかの困難があ
り、現在のところホットプレスのような生産性の悪い作
り方でしかつくられていない。さらに極めて高強度のセ
ラミックス側材は例外なく緻密であり、この１Ｍ密な（
２） 焼結体の製造に際しては例外なく焼成収縮を伴うので、
このようなセラミックスを目的とした生素地の中に強化
材料としてのセラミックスファイバーを混入すると、焼
成収縮を阻害し、緻密なセラミックスにならないので高
強度のものが得られない。
一つの可能性と１２で、セラミックスファイバーで複合
強化するということがあるが、製造上段つかの困難があ
り、現在のところホットプレスのような生産性の悪い作
り方でしかつくられていない。さらに極めて高強度のセ
ラミックス側材は例外なく緻密であり、この１Ｍ密な（
２） 焼結体の製造に際しては例外なく焼成収縮を伴うので、
このようなセラミックスを目的とした生素地の中に強化
材料としてのセラミックスファイバーを混入すると、焼
成収縮を阻害し、緻密なセラミックスにならないので高
強度のものが得られない。
尚、ホットプレスのような方法で一方向から加圧しなが
ら焼結すれば緻密化が可能であるが量産には向かない。
ら焼結すれば緻密化が可能であるが量産には向かない。
本発明は、これらの問題を種々検削した結果として見い
出されたもので、その骨子は、焼成収縮を伴わない特徴
を有している反応焼結（自己結合型）セラミックスに、
セラミックスファイバーを糾合わせることにより、優れ
た高強度と、寸法安定性、信頼性を改善したセラミック
スを実現することに成功し、たものである。
出されたもので、その骨子は、焼成収縮を伴わない特徴
を有している反応焼結（自己結合型）セラミックスに、
セラミックスファイバーを糾合わせることにより、優れ
た高強度と、寸法安定性、信頼性を改善したセラミック
スを実現することに成功し、たものである。
即ち、本発明（ハ、炭化珪素ファイバー及び／又は窒化
珪素ファイバーで強化されており、常温及び１２００℃
での曲は強度が２５Ｋｙ／＋ｕｊ以トを有する反応焼結
型の窒化珪素質セラミック（６） スを要旨とするものである。
珪素ファイバーで強化されており、常温及び１２００℃
での曲は強度が２５Ｋｙ／＋ｕｊ以トを有する反応焼結
型の窒化珪素質セラミック（６） スを要旨とするものである。
窒化珪素質セラミックスは、１２００℃程度までの高温
強度において特に優れ、耐熱衝撃性及び面］食性などが
優れており、近年附熱金属が機械的強度を失うような高
温で使用される部拐、面１摩耗性、溶融金属との接触部
材、高温構造部材などに広く使用されるようになり、特
に製造技術の向」−により、より高強度のものが得られ
るようになったことも一つの大きな背景になっている。
強度において特に優れ、耐熱衝撃性及び面］食性などが
優れており、近年附熱金属が機械的強度を失うような高
温で使用される部拐、面１摩耗性、溶融金属との接触部
材、高温構造部材などに広く使用されるようになり、特
に製造技術の向」−により、より高強度のものが得られ
るようになったことも一つの大きな背景になっている。
高強度を目的としたこの種窒化珪素質のセラミックス焼
結体としては、一般にホットプレス品、無加圧焼結晶及
び反応焼結晶があり、それぞれの特徴全有している。
結体としては、一般にホットプレス品、無加圧焼結晶及
び反応焼結晶があり、それぞれの特徴全有している。
なかでも反応焼結により得られる窒化珪素質セラミック
スは、焼き上がり寸法精度が極めて優れている（焼成収
縮が殆んどない。）のであるが、他の製造法によるもの
に較べて強度がやや不足するため、その使用が制限され
ている。
スは、焼き上がり寸法精度が極めて優れている（焼成収
縮が殆んどない。）のであるが、他の製造法によるもの
に較べて強度がやや不足するため、その使用が制限され
ている。
本発明は、強度的に十分なものとし、反応焼（４）
結晶の特徴をそのまま備えているものである。
本発明のセラミックスは、一般の反応焼結による製造法
をその！、ま適用してつくることができる。
をその！、ま適用してつくることができる。
即ち、金属シリコン微粉末を主体とする成形体を高温下
で窒化することにより、シリコンと窒素の反応を起こさ
ると同時に焼結されたセラミックスとして得ることがで
きるものである。
で窒化することにより、シリコンと窒素の反応を起こさ
ると同時に焼結されたセラミックスとして得ることがで
きるものである。
本発明で使用するシリコン粉末としては、できるだけ高
純度で微粉であることが望ましく、一般には９９％以上
の純度で、２００メツシユ以下の粉末が適当である。
純度で微粉であることが望ましく、一般には９９％以上
の純度で、２００メツシユ以下の粉末が適当である。
このようなシリコン微粉末のみを原料とすることも適当
であるが、これと窒化珪素（ＳｉａＮ４１粉末の混合物
全原料とすることも適当である。
であるが、これと窒化珪素（ＳｉａＮ４１粉末の混合物
全原料とすることも適当である。
この場合に使用するに適した窒化珪素粉末はやはりでき
るだけ高純度で微粉末であるのがよく、一般には、９９
％以上の純度と０．５ｍ’／ｇ以上の比表面＠をもつも
のが適当である。
るだけ高純度で微粉末であるのがよく、一般には、９９
％以上の純度と０．５ｍ’／ｇ以上の比表面＠をもつも
のが適当である。
これらの粉末原料全結合剤とともに十分混合（５）
するわけであるが、結合剤とし、ではポリビニルアルコ
ール、メチルセルロースなど通常よく使われる有機質の
ものが適当である。
ール、メチルセルロースなど通常よく使われる有機質の
ものが適当である。
これらに対して成形法により適当１の水を加えることが
多く、例えば鋳込み成形する場合には多量必要とする。
多く、例えば鋳込み成形する場合には多量必要とする。
尚、成形法としては鋳込み成形に限らずプレス成形、押
出し成形など普通のセラミックスの成形法が使用できる
。
出し成形など普通のセラミックスの成形法が使用できる
。
本発明によるセラミックスを得るには成形に先立って強
化用ファイバーが配合される。
化用ファイバーが配合される。
この強化用ファイバーの配合形態とＬ７ては、原料粉末
混合物のなかに短繊維として予め十分混合せし７めてお
く場合と織布状又は長繊維として成形体の所定部位に位
置せしめるようにすることができる。
混合物のなかに短繊維として予め十分混合せし７めてお
く場合と織布状又は長繊維として成形体の所定部位に位
置せしめるようにすることができる。
前者の場合の好ましい態様は、ファイバー径は５〜２０
μ程度で、長さ２０闘程度までのものであり、引張り強
度が２００Ｋｇ／−以上のものである。
μ程度で、長さ２０闘程度までのものであり、引張り強
度が２００Ｋｇ／−以上のものである。
（６）
また後者の場合は、目的によって種々の態様が可能であ
り、繊維の長さ、径、集束数など或は織り方、織目の粗
さ、使用繊維の番手など目的に合ったものとして選択で
きる。このような織布状とし２ての使用（は、成形体の
一部例えば特に表面部のみ全強化しまたいときや特定の
方向に特に強度ケ大きくしたいときなどに、型内の所定
ｒ４置に配ｌ〜でおくことで可能であり、反応焼結法で
はこのような使用が伺ら支障にならないことも利点の一
つである。
り、繊維の長さ、径、集束数など或は織り方、織目の粗
さ、使用繊維の番手など目的に合ったものとして選択で
きる。このような織布状とし２ての使用（は、成形体の
一部例えば特に表面部のみ全強化しまたいときや特定の
方向に特に強度ケ大きくしたいときなどに、型内の所定
ｒ４置に配ｌ〜でおくことで可能であり、反応焼結法で
はこのような使用が伺ら支障にならないことも利点の一
つである。
尚、短繊維として均一に原料粉末と混合する場合の、フ
ァイバーの配合量としては、焼結セラミックス中におけ
る重量係として５〜６５％程度となる量が適当であり、
通常より好捷しい範囲は１０〜２５％程度のようである
。
ァイバーの配合量としては、焼結セラミックス中におけ
る重量係として５〜６５％程度となる量が適当であり、
通常より好捷しい範囲は１０〜２５％程度のようである
。
これは少なすぎるとそれなりの強度向上が十分でないし
、多すぎるとファイバー間の隙間の充填が困１′Ｍ１と
なって強度の向上効果が得られなかったり、高価なファ
イバーを使用する場合には性能向上の程度以りにコスト
高になる欠点が（７） 生しる等のためである。
、多すぎるとファイバー間の隙間の充填が困１′Ｍ１と
なって強度の向上効果が得られなかったり、高価なファ
イバーを使用する場合には性能向上の程度以りにコスト
高になる欠点が（７） 生しる等のためである。
本発明において使用されるこのようなファイバーは、母
体である窒化珪素と同じか極めて近い熱膨張率をもつと
ともに、母体セラミックス以上の度を備えているもので
なければならない。
体である窒化珪素と同じか極めて近い熱膨張率をもつと
ともに、母体セラミックス以上の度を備えているもので
なければならない。
このようなファイバーさしては炭化珪素質ファイバーが
最適である。捷た窒化珪素質ファイバーも」二記性質を
満載できるものであるが、工業的に大量生産が難かし７
いのでコストが高いものとなってしまう。
最適である。捷た窒化珪素質ファイバーも」二記性質を
満載できるものであるが、工業的に大量生産が難かし７
いのでコストが高いものとなってしまう。
同、炭化珪素ファイバーの結晶形態としては、多結晶状
のものでも、或は単結晶（ウィスカー）状のものであっ
てもよく、捷だ結晶形状はα型であってもβ型であって
もよい。
のものでも、或は単結晶（ウィスカー）状のものであっ
てもよく、捷だ結晶形状はα型であってもβ型であって
もよい。
本発明では、このようなファイバーを含む成形体ケつい
で加熱し、で、含捷れている結合剤を分解除去するわけ
であるが、この温度は４００〜１０００℃程度が適当で
あり、この場合の雰囲気としては、アルゴンなどの不活
性中が望ましいが、温度が高くなければ空気中であって
も（８） よい。
で加熱し、で、含捷れている結合剤を分解除去するわけ
であるが、この温度は４００〜１０００℃程度が適当で
あり、この場合の雰囲気としては、アルゴンなどの不活
性中が望ましいが、温度が高くなければ空気中であって
も（８） よい。
このようにして得られた未焼結の成形体は、一般ＶＣｌ
５〜３０％８度の気孔率をもつ多孔体であり、これを窒
化処理すると同時に焼結すると本発明のセラミックスが
得られる。
５〜３０％８度の気孔率をもつ多孔体であり、これを窒
化処理すると同時に焼結すると本発明のセラミックスが
得られる。
窒化処理の条件としては、窒化炉中に成形体を入れ、窒
素又は窒素とアンモニア雰囲気中で１１００〜１４５０
℃程度の高温焼結をすることが適当である。
素又は窒素とアンモニア雰囲気中で１１００〜１４５０
℃程度の高温焼結をすることが適当である。
このようにして得られる窒化珪素質焼結セラミックスは
、通常曲げ強度として常温及び１２００℃の高温のいず
れにおいても２５Ｋｇ／ｍＡ以上のものが容易に可能で
あり、熱衝撃性も通常の反応焼結晶より優れたものが可
能である。
、通常曲げ強度として常温及び１２００℃の高温のいず
れにおいても２５Ｋｇ／ｍＡ以上のものが容易に可能で
あり、熱衝撃性も通常の反応焼結晶より優れたものが可
能である。
このように本発明は、高強度の反応焼結型窒化珪素質セ
ラミックスを提供しつるのであり、その実用的な価値は
多大である。
ラミックスを提供しつるのであり、その実用的な価値は
多大である。
実施例
ろ２５メツ／ユ以下の金槙シリコン微粉末９０重量部に
β炭化珪素多結晶ファイバー（日（９） 本カーボン株氏会社二カロンＮＬＭ−１０２；径約１５
μ、平均長さ５ｗ１１０重量部と水７０重量部及び少量
のポリビニルアルコールを混合したものを石膏型に鋳込
んで成形し、断面２０ Ｘ ５ ｍｙｎ、長さ１００ｍ
ａの棒状体ケつくった。
β炭化珪素多結晶ファイバー（日（９） 本カーボン株氏会社二カロンＮＬＭ−１０２；径約１５
μ、平均長さ５ｗ１１０重量部と水７０重量部及び少量
のポリビニルアルコールを混合したものを石膏型に鋳込
んで成形し、断面２０ Ｘ ５ ｍｙｎ、長さ１００ｍ
ａの棒状体ケつくった。
この棒状体を空気中で加熱してバインダーを除いてから
、ついで窒化炉に入れ、窒素とアンモニアを導入しつつ
、１４００℃で１２０分間窒化処理した。
、ついで窒化炉に入れ、窒素とアンモニアを導入しつつ
、１４００℃で１２０分間窒化処理した。
このよつ１／Ｃシて得られた焼結体は、炭化珪素ファイ
バーが約８．５重量係官み、残部が実質的に窒化珪素か
らなる気孔率約１９係の反応・焼結型セラミックスであ
った。
バーが約８．５重量係官み、残部が実質的に窒化珪素か
らなる気孔率約１９係の反応・焼結型セラミックスであ
った。
この焼結体を６×ろ×ろ０ｒｕＲの棒状体に加工し５た
ものについて測定した。曲げ強度及び耐熱衝撃温度を第
１表に示す。
ものについて測定した。曲げ強度及び耐熱衝撃温度を第
１表に示す。
比較例
実施例と同様ではあるが、炭化珪素ファイバーに添加し
ないでつくった焼結体は、気孔率が１８％であり、測定
した曲げ強度及び耐熱衝撃（１０） 温度を第１表に示す。
ないでつくった焼結体は、気孔率が１８％であり、測定
した曲げ強度及び耐熱衝撃（１０） 温度を第１表に示す。
第１表
尚、耐熱衝撃温度差とは、予め電気炉中で加熱した曲げ
強度測定試料を水中に急冷したとき、強度の低下が生ず
る温度差を測定したものである。
強度測定試料を水中に急冷したとき、強度の低下が生ず
る温度差を測定したものである。
手続補正書傳式）
％式％
１、事件の表示
昭和５６年特許願第］ ８８３８２号
２、発明の名称
窒化珪素質セラミックス
３、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住所 東京都千代田区丸の内二丁目１番２号氏名 （
ＯＯ４）旭硝子株式会社 ４、代理人 第二岡１１ビル
ＯＯ４）旭硝子株式会社 ４、代理人 第二岡１１ビル
Claims (3)
- （１） 炭化珪素ファイバー及び／又は窒化珪素ファ
イバーで強化されており、常温及び１２００℃での曲げ
強度が２５Ｋｑ／−以上を有する反応焼結型の窒化珪素
質セラミックス - （２） ファイバーの含有量が重量類で５〜３５％で
ある特許請求の範囲第１項記載の窒化珪素質セラミック
ス - （３） ファイバーが炭化珪素ファイバーである特許
請求の範囲第１項又は第２項記載の窒化珪素質セラミッ
クス
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188382A JPS5891073A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 窒化珪素質セラミツクス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188382A JPS5891073A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 窒化珪素質セラミツクス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891073A true JPS5891073A (ja) | 1983-05-30 |
Family
ID=16222640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56188382A Pending JPS5891073A (ja) | 1981-11-26 | 1981-11-26 | 窒化珪素質セラミツクス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5891073A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6178657A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-22 | Toshiba Corp | プリンタ用ガイド部材 |
| EP0188270A2 (en) * | 1985-01-17 | 1986-07-23 | Norton Company | Fibre-reinforced ceramic and process therefor |
| JPS61291463A (ja) * | 1985-06-17 | 1986-12-22 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク工具用材料 |
| JPS6278159A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | 日本特殊陶業株式会社 | 複合焼結体の製造法 |
| JPS6283377A (ja) * | 1985-10-04 | 1987-04-16 | 日本特殊陶業株式会社 | 複合焼結体の製造法 |
| JPS62216969A (ja) * | 1986-03-17 | 1987-09-24 | 住友電気工業株式会社 | 繊維強化Ｓｉ３Ｎ４セラミツクス及びその製造方法 |
| JPS6432003A (en) * | 1987-07-28 | 1989-02-02 | Mazda Motor | Apex seal of rotary piston engine and manufacture thereof |
| US5449647A (en) * | 1994-01-21 | 1995-09-12 | Sandvik Ab | Silicon carbide whisker reinforced cutting tool material |
-
1981
- 1981-11-26 JP JP56188382A patent/JPS5891073A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6178657A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-22 | Toshiba Corp | プリンタ用ガイド部材 |
| JPH0257778B2 (ja) * | 1984-09-27 | 1990-12-05 | Tokyo Shibaura Electric Co | |
| EP0188270A2 (en) * | 1985-01-17 | 1986-07-23 | Norton Company | Fibre-reinforced ceramic and process therefor |
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| JPH042544B2 (ja) * | 1985-01-17 | 1992-01-20 | ||
| JPS61291463A (ja) * | 1985-06-17 | 1986-12-22 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク工具用材料 |
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| JPS6278159A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | 日本特殊陶業株式会社 | 複合焼結体の製造法 |
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