JPS589882A - 超硬耐熱セラミックスの製造方法 - Google Patents

超硬耐熱セラミックスの製造方法

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JPS589882A
JPS589882A JP56108466A JP10846681A JPS589882A JP S589882 A JPS589882 A JP S589882A JP 56108466 A JP56108466 A JP 56108466A JP 10846681 A JP10846681 A JP 10846681A JP S589882 A JPS589882 A JP S589882A
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JP56108466A
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岸和司
山崎龍夫
小林和夫
大谷勝
谷口泰造
梅林正気
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Taiko Refractories Co Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
Taiko Refractories Co 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、優れた超硬耐熱セラミックス及びその製造方
法に関し、さらに詳しくは、高温における改善された強
度を有するサイアロン系超硬耐熱セラミックス焼結体及
びその製造方法に関するものであ、る。
サイアロンは、81.A’l、 OおよびNからなる高
温強度及び高温耐食性に優れたセラミックスで、阻SN
4型結晶形態又はAIM型結晶形態を有毛、それらの焼
結体祉、例えば高温熱機関用部品材料として注目され期
待されているものである。
一般的にサイアロンは1,8i5.N4 、 AINお
よびAl2O3の混合粉末、あるい紘日io、2 、5
i5N4およびAINの混合粉末を1700℃ないし1
900℃の温度で焼結させることによシ製造される。一
本発明者らは、サイアロンの研究過程において、酸化ケ
イ素(5io2 )およびアルミニウム(AI)。
又紘8102 、 AIおよびケイ素(Sl)を原料と
して効果的にサイアロンを製造することができることを
見出し、−さきに提案した(特公昭53−47245号
および特願昭51−78426号)。この提案法によれ
ば、−5般的方法と同様に、最終的には1700〜19
00℃の高温で焼結させ、気孔率の小さい緻密化された
焼結体を効果的に製造することが+きる。とくに、緻密
化は上記高温焼結条件下で液相が一部生成し易いような
原料組成が配慮され選択される。その結果、焼結の際に
生成した液相がサイアロン構成粒子間の境界部および気
孔部に充てんされ、低気孔率で機械的強度のよい焼結体
を得ることができるというものである。
しかし、との5io2を液相として積極的に生成させる
上記提案法では、高温焼結した焼結体を室温にもどすと
き、高温で生成した液相はガラス相として残存し、サイ
アロン結晶粒子の各境界面にガラス相が存在するので、
焼結体の高温における強度の低下は避けることができな
い。またガラス相が存在する焼結体は腐食性環境にさら
すとき、ガラス相が選択的に浸され易く、焼結体として
の耐食性が低下する原因とな兎ので、ガラス相の存在は
好ましくないことである。
そこで本発明者らは、このような不都合゛・なくし、改
善された高温強度及び耐食性を有し、し゛か−も気孔率
の小さい緻密なサイアロンを得る方法についてさらに研
究を重ねた結果、極めて有効な方法を見出した。
すなわち、本発明は、5io2粉末とA1粉末、または
5102粉末、A1粉末とs1粉末の混合物100重量
部にカーボン粉末0.5〜15重量部を添加して粉砕し
たものを成形し、得られた成形体を窒素雰囲気中で1’
400〜1500℃の温度で窒化し、次いで1700〜
2000℃の温度で焼成することを特徴とする超硬耐熱
セラミックスの製造方法、及びそのような方法で効果的
に得ることができるサイアロン結晶粒子相及びその各境
界面に存在する炭化ケイ素相から成る超硬耐熱セラミッ
クスを要旨とするものである。
本発明の方法において、原料として用いる5io2は石
英粉末、あるいはシリカ粉末いずれでも良いが、純度は
できるだ峠高いことが望ましい・不純     □物が
多いと融点の低いガラス相を形成する原因となり易い。
また粒度はとくに細かいことを必要とするものではなく
、8102原料粒子の平均径は1鴫以下であれば十分で
ある。それは、粉砕混合過程において約15μm以下に
微粉化され、さらにA1との反応および窒化反応によシ
一層微細化され、最終的にはミクロンサイズの粒子構成
になるからである。原料A1および原料s1はできるだ
け高純度、かつ微粉であることが望ましい。添加するカ
ーボン粉末としては、カーボンブラック、あるいはコー
クス粉末でも・よく、とくに種類は限定されないが、微
粉であるこ諸が極めて望ましい。
本発明の方法において、カーボン粉末が添加される粉末
原料組成物が5102とA1よシなる場合には、通常5
io2 : AXは80 : 20〜20 : 80の
重量範囲で用いられ、また5io2 、 AI及びSl
の3成分の場合には、5102とA1の上記混合量io
o部に対し、Slの使用割合は15〜270゛部の重量
範囲割合で有利に用いられる。
本発明においては、上記サイアロン系原料粉末混合物に
゛カーボン粉末が添加使用され、望ましくは可及的微細
かつ均一に粉砕混合される。添加されるカーボン粉末は
サイアロン系原料混合物100重量部に対し0.5〜1
5重量部の範囲で用いられる。0.5重量部未満であれ
ばsicの生成が不十分となシ、15重量部を超えると
カーボンが焼結体中に残存する恐れがあ暮ので好ましく
ない。ついで、これら粉砕混合粉末は成形される。この
成形体は形を保持する程度で十分であり、次の工程の窒
化反応で成形体の内部まで十分に窒化反応を進行せしめ
ることが重要である。また原料混合粉末に少量のパイイ
ダーを添加して成形を容易にすることもできる。つぎに
、これら成形体を窒化炉中に入れ、1400〜1500
℃の温度に窒素雰囲気中で加熱し、この温度範囲に5〜
lO時間保持することにより窒化反応を完了させる。窒
素ガスは炉中に送入する前にあらかじめ不純物ガスを除
去しておくことが望ましい。 、 この1400〜1500℃の温度での窒化焼成により、
焼結体が得られるが、この温度領域では、まだ、十分緻
密化が進行せず気孔率もB0憾前後の焼結体である。ま
た組成もβ−B15N、結晶構造をもつサイアロン、あ
るいはAIN型結晶構造をもつサイアロンのほかAl2
O3およびAINなども混在する複合焼結体である。つ
ぎに、この焼結体をさ゛らに1700〜2000℃の温
度範囲で焼結および緻密化させるとともにAl2O3お
よびAINをサイアゾンに固溶せしめ、同時に、反応過
程で生じた境界液相成分と添加したカーボンとを反応さ
せ8i0を生成させることができる。所定温度までの昇
温はできるだけ急速であることが望ましい。813N4
型サイアロンあるいはAll型サイアロンのいずれを主
成分とするかは、原料粉末の混合比によって決定される
。Si3N4型サイアロンの場合は、高温処理が170
0〜1850℃の範囲、All型サイアロンの場合は1
800〜2000℃の温度範囲が好ましい。
この高温での焼結緻密化は、常圧焼結法、加圧焼結法あ
るいはガス圧力下焼結法のいずれの方法を採用してもよ
い。上記温度範囲に30〜60分間保持後、室温まで冷
却することによシ、緻密な81、−AI−0−N系サイ
アロ、ン結晶相とsicを主成とする相から成る焼結体
が得られる。
上記の方法により得られる5i−AI−0−11J系サ
イアロン結晶相とSiC相とからなる焼結体は、高密度
、高強度、高硬度で、特に高温耐食性にすぐれており熱
機関用構造材料、機械用部品、保護管、ルツボなどを始
め、種々の耐熱材料などとして、その用途が期待できる
以下に、本発明が一層よく理解できるように実゛施例を
挙げて具体的に説明する。
実施例1 SiC260重量係とA140140重量部粉末にその
100重量部に対しカーボンブラック10重量部を添加
し、十分混合粉砕したのち混合粉末を径30■グのベレ
ット状に400Kg/c+Jの加圧力で成形した。つい
でこの成形物を焼成炉に入れ、N2ガスを流し、140
0℃まで昇温し、同温度で10時間保持して窒化させた
のち、室温まで冷却した。
つぎに、この窒化焼成体をそのまま黒鉛製ダイス中に入
れ上下よシ黒鉛パンチ棒をさしこみ200Kf/cI/
iの加圧下に1900℃の温度でホットプレスした。1
900℃で30分間焼成し、β−8i5N4型サイアロ
ン、All型サイアロンおよびα−8ICとからなる、
粒子境界にガラス相のない緻密な焼結体を得た。また、
比較のために上記方法と同条件、同一原料組成でカーボ
ンを添加しない場合の焼結体を製造し、それらの特性を
あわせて下表に示した。
表1 壷l焼結体試片5X5’X5mを1200℃の空気中で
12hrさらし、表面積あたりの増量で示した。
120屯Alの溶融メタルにどぶづけし、5hr放置後
表面観察を行った。
実施例2 Si0240重量%とA160重量%の混合粉末に、そ
の100重量部に対し石油コークス粉末5重量部を添加
し、十分混合粉砕したのち、混合粉末を径30埠のペレ
ット状に4oo11n/dの加圧力で成形スを流し14
00℃まで昇温し、同温度で10時間保持して窒化させ
た後室温まで冷却した。つぎに°、この窒化焼成体を2
00〜/cvIの加圧下1800 ℃の温度でホットプ
レスした。1800 ’Cで30分間焼成後、AIN型
サ型子イアロンびα−5icとからなる粒子境界にガラ
ス相のない緻密な焼結体を得た。比較のだめに、上記と
同条件、同一原料組成でカーボ/のみを添加しない焼結
体を製造した。それらの緒特性を測定した結果を下表に
示す。
表2 ’III、※2芙験方法は実施例1と同じ5i0216
.6重量%、A113.6重量%および5i69.8重
量%の混合粉末に、該粉末合計重量の10重量%のカー
ボンブラックを添加し、十分混合粉砕したのち、混合粉
末を径30mのベレット状に400 Kg/cdの加圧
力で成形した。ついで成形物を焼成炉に入れ、N2ガス
を流し1400℃まで昇温し、同温度で10時間保持し
て窒化させた後、室温まで冷却した。この窒化焼成体を
200Kti/c4の加圧下1800℃の温度でホット
プレスした。1800℃でない緻密な焼結体を得た。本
実施例3と、実施例3と同条件、同一原料組成でカーボ
ンのみを添加しない比較焼結体を製造して、それぞれの
焼結体の特性を測定した。その結果を下表に示す。
表3 ※l、※2実験方法は実施例1と同じ 実施例4 8i0232.7重量%、A126.8重量%および6
140.5重量%の混合粉末に、これら粉末合計量10
0重量部に対し10重量部の石油コークス粉末を添加し
、十分混合粉砕したのち、混合粉末を径30m、高さ3
0+a+、”内径20mのルツボ状に成形した。ついで
得られた成形物を焼成炉に入れ、N2ガスを流し150
0℃まで昇温し、同温度で10時間保持して窒化させた
のち、室温まで冷却した。つぎに、この窒化焼成体を1
800℃の高温でさらに焼成緻密化させたa −180
0℃での焼成時間は2時間とした。この結果、β−81
3N4型サイアロンとα−8iCを主成分とする緻密な
焼結体を得た。表4に本実施例4と実施例4と同条件、
同一原料組成でカーボンのみを添加しない焼結体につい
ての特性をも併記した0表4 ※1.壷2実験方法は実施例1と同じ 特許出願人 工業技術院長 ほか1名

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 サイアロン結晶粒子相及びその各境界面に存在する
    炭化ケイ素相から成る超硬耐熱セラミックス。 2 酸化ケイ素粉末・とアルミニウム粉末または酸化ケ
    イ素粉末、アルミニウム粉末とケイ素の混合物100重
    量部にカーボン粉末0.5〜15重量部を添加して粉砕
    したものを成形し、得られた成形体を窒素雰囲気中で1
    400〜1500℃の温度で窒化し、次いで1700〜
    2000℃の温度で焼成することを特徴とする超硬耐熱
    セラミックスの製造方法0
JP56108466A 1981-07-09 1981-07-09 超硬耐熱セラミックスの製造方法 Expired JPS5855110B2 (ja)

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JPS5855110B2 JPS5855110B2 (ja) 1983-12-08

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5712208A (en) * 1980-06-03 1982-01-22 Westinghouse Electric Corp Fluidized bed combustor
JPS60133206A (ja) * 1983-12-20 1985-07-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 流動床炉の運転方法
JPS62148370A (ja) * 1985-12-23 1987-07-02 工業技術院長 高耐酸化性窒化ケイ素系セラミツクスの製造方法
US4816428A (en) * 1985-02-14 1989-03-28 Agency Of Industrial Science And Technology Process for producing high strength βsialon-silicon carbide composite

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