JPS5940788B2 - 複合材料 - Google Patents
複合材料Info
- Publication number
- JPS5940788B2 JPS5940788B2 JP52160064A JP16006477A JPS5940788B2 JP S5940788 B2 JPS5940788 B2 JP S5940788B2 JP 52160064 A JP52160064 A JP 52160064A JP 16006477 A JP16006477 A JP 16006477A JP S5940788 B2 JPS5940788 B2 JP S5940788B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- sintered body
- magnesium oxide
- sintering
- oxide
- Prior art date
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- Expired
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、窒化珪素系焼結体、特に窒化珪素、窒化硼素
、酸化マグネシウム及びランタン族元素の酸化物からな
る粉末混合物を焼結した耐熱衝撃性の優れた複合材料に
関するものである。
、酸化マグネシウム及びランタン族元素の酸化物からな
る粉末混合物を焼結した耐熱衝撃性の優れた複合材料に
関するものである。
窒化珪素系焼結体は酸化アルミニウム等の酸化物糸セラ
ミックスに比較し、優れた耐熱衝撃性を有することから
、激しい熱衝撃を発生するガスタービン、エンジン等に
利用する提案がある。
ミックスに比較し、優れた耐熱衝撃性を有することから
、激しい熱衝撃を発生するガスタービン、エンジン等に
利用する提案がある。
しかし、このような構造材料用窒化珪素焼結体は、窒化
珪素が極めて焼結体の悪い材料であるため、焼結促進剤
を加えて加圧焼結する方法しか無かった。
珪素が極めて焼結体の悪い材料であるため、焼結促進剤
を加えて加圧焼結する方法しか無かった。
本発明者等は、先に窒化珪素に酸化マグネシウムとラン
タン族元素酸化物を添加する方法を提案した。
タン族元素酸化物を添加する方法を提案した。
これは温度550℃以下の焼結体を直接水中に投入して
も亀裂を発生しないという効果があるが、しかし、さら
に高温の焼結体の状態で直接水中に投入した場合には、
熱応力によって亀裂が発生し、急激に強度低下を生じ、
耐熱衝撃性に問題があることが分った。
も亀裂を発生しないという効果があるが、しかし、さら
に高温の焼結体の状態で直接水中に投入した場合には、
熱応力によって亀裂が発生し、急激に強度低下を生じ、
耐熱衝撃性に問題があることが分った。
1 本発明は、これを解決するため窒化珪素を主成分
とする糸に窒化硼素を加え焼結体とすることにより、高
温の耐熱衝撃性を改善し、しかも焼結体の緻密さも保持
する優れた複合材料を提供することを目的とするもので
ある。
とする糸に窒化硼素を加え焼結体とすることにより、高
温の耐熱衝撃性を改善し、しかも焼結体の緻密さも保持
する優れた複合材料を提供することを目的とするもので
ある。
すなわち本発明は、体積比で、窒化珪素50〜99.9
%含有する窒化硼素との混合物70〜99.8%、ラン
タン族元糸の酸化物0.1〜29.9%及び酸化マグネ
シウム0.1〜29,9%からなる粉末混合物を焼結し
てなる複合材料である。
%含有する窒化硼素との混合物70〜99.8%、ラン
タン族元糸の酸化物0.1〜29.9%及び酸化マグネ
シウム0.1〜29,9%からなる粉末混合物を焼結し
てなる複合材料である。
1 以下、さらに本発明について詳しく説明する。
本発明品の構成成分は体積比で窒化珪素
(Si3N、) 50〜99.9%含有する窒化硼素
(BN)との混合物70〜99.8%に、ランタン族元
素酸化物から選ばれた1種以上を0.1〜29.9、%
、及び酸化マグネシウム0.1〜29.9%からなり、
本発明はこれらの粉末混合物を焼結体としたものである
。
(BN)との混合物70〜99.8%に、ランタン族元
素酸化物から選ばれた1種以上を0.1〜29.9、%
、及び酸化マグネシウム0.1〜29.9%からなり、
本発明はこれらの粉末混合物を焼結体としたものである
。
以下これらの限定理由を順に説明する。
まず窒化珪素と窒化硼素(以下窒化物という)との粉末
混合物中の窒化硼素の割合は、窒化硼素: 添加による
耐熱衝撃性向上の効果を得るためには体積比で0.1%
以上を必要とし、又、使用に耐える強度を有した焼結体
を得るためには50%以下でなげればならない。
混合物中の窒化硼素の割合は、窒化硼素: 添加による
耐熱衝撃性向上の効果を得るためには体積比で0.1%
以上を必要とし、又、使用に耐える強度を有した焼結体
を得るためには50%以下でなげればならない。
又、窒化物の混合物とランク/族元素酸化物と酸化マグ
ネシウムからなる焼結促進剤との配合比は、窒化珪素と
窒化硼素が本来有している耐熱性、耐熱衝撃性を保持す
るためには窒化物の混合物は体積比で70%以上であり
、又、焼結促進剤の効果を発揮するためには99.8%
以下でなければならない。
ネシウムからなる焼結促進剤との配合比は、窒化珪素と
窒化硼素が本来有している耐熱性、耐熱衝撃性を保持す
るためには窒化物の混合物は体積比で70%以上であり
、又、焼結促進剤の効果を発揮するためには99.8%
以下でなければならない。
次にランタン族元素酸化物と酸化マグネシウムの配合比
は、焼結体の部分的な異常膨張を防ぐためにはランタン
族元素酸化物を体積比で0.1%以上、酸化マグネシウ
ムを29.9%以下とすることが必要であり、又、窒化
珪素の昇華分解が活発化する1800℃以下の温度で焼
結を進行させるためにはランタン族元素酸化物29,9
%以下、酸化マグネシウム0.1%以上でなげればなら
ない。
は、焼結体の部分的な異常膨張を防ぐためにはランタン
族元素酸化物を体積比で0.1%以上、酸化マグネシウ
ムを29.9%以下とすることが必要であり、又、窒化
珪素の昇華分解が活発化する1800℃以下の温度で焼
結を進行させるためにはランタン族元素酸化物29,9
%以下、酸化マグネシウム0.1%以上でなげればなら
ない。
本発明でいうランメン族元素とは原子番号57番から7
1番までの元素を意味するが、具体的にはLa、 Ce
1Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luである。
1番までの元素を意味するが、具体的にはLa、 Ce
1Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luである。
本発明に用いるランタン族元素酸化物はこれらの酸化物
であればよくこれらの酸化物は、一般式M2O5(但し
、MはLa1Nd、 Prn、Sm、Eu1Gd1Dy
、Ho1Er。
であればよくこれらの酸化物は、一般式M2O5(但し
、MはLa1Nd、 Prn、Sm、Eu1Gd1Dy
、Ho1Er。
Tm、 Yb、 Lu を表わす)の形で示される。
またこれらのランタン元素中のCa、Pr、、Tbの酸
化物は一般式MO1,5〜2.0(但し、MはCe、P
r、Tbを表わす)の形で示されるが、具体的にはCe
O2、P r 6011、Tb、0□の化合物があげら
れる。
化物は一般式MO1,5〜2.0(但し、MはCe、P
r、Tbを表わす)の形で示されるが、具体的にはCe
O2、P r 6011、Tb、0□の化合物があげら
れる。
又、これらを還元して得られるCe2O3、Pr2O3
、Tb2O3あるいは更に酸化して得られるPr 02
、TbO2を添加しても、その焼結促進効果はいずれも
変らないので、これらの中から1種以上選択して使用す
ることができる。
、Tb2O3あるいは更に酸化して得られるPr 02
、TbO2を添加しても、その焼結促進効果はいずれも
変らないので、これらの中から1種以上選択して使用す
ることができる。
本発明においては、窒化物の混合物と、ランタン族元素
酸化物と酸化マグネシウムとを原料とするが、これらの
中、酸化マグネシウム及びランタン族元素酸化物は、原
料混合時から酸化物である必要はなく、焼結物に酸化物
に変化するこれらの炭酸塩を用いてもよい。
酸化物と酸化マグネシウムとを原料とするが、これらの
中、酸化マグネシウム及びランタン族元素酸化物は、原
料混合時から酸化物である必要はなく、焼結物に酸化物
に変化するこれらの炭酸塩を用いてもよい。
本発明品を製造するにはまず前記の原料をよく混合した
後、常法によって加圧成形する。
後、常法によって加圧成形する。
次いで焼結するが、焼結温度は、1600〜1800℃
の範囲が好ましい。
の範囲が好ましい。
温度1600℃未満では十分焼結されず、1800°C
をこれると窒化珪素が昇華分解をするからである。
をこれると窒化珪素が昇華分解をするからである。
焼結雰囲気としては窒化珪素の酸化を防ぐため窒素やこ
れと水素との非酸化性雰囲気下で焼結すれば良い。
れと水素との非酸化性雰囲気下で焼結すれば良い。
焼結法としては加圧焼結、常圧焼結のいずれによっても
、気孔率2〜10%、曲げ強度10〜50kg/ma、
臨界温度差700〜1200℃程度の緻密で強度の高い
焼結体である窒化珪素糸の複合材料を得ることができる
。
、気孔率2〜10%、曲げ強度10〜50kg/ma、
臨界温度差700〜1200℃程度の緻密で強度の高い
焼結体である窒化珪素糸の複合材料を得ることができる
。
以下、実施例に従い本発明の詳細な説明する。
実施例 1
窒化珪素と窒化硼素の種々の配合比をもった窒化物の混
合物、酸化マグネシウム、酸化セリウムの配合比が体積
比で80/10/10となるように各原料粉末を秤量し
、この混合粉末をn−ブクノール溶媒とともに、アルミ
ナポット、アルミナボールを用いて4時間混合粉砕した
。
合物、酸化マグネシウム、酸化セリウムの配合比が体積
比で80/10/10となるように各原料粉末を秤量し
、この混合粉末をn−ブクノール溶媒とともに、アルミ
ナポット、アルミナボールを用いて4時間混合粉砕した
。
この後、溶媒を除去乾燥して混合粉末を回収し、常法に
より加圧成形して、40φX110mmの棒状成型体と
した。
より加圧成形して、40φX110mmの棒状成型体と
した。
該棒状成型体を窒化珪素粉末で破覆し、黒鉛容器に入れ
、窒素雰囲気中温度1700℃で1時間加熱焼結した。
、窒素雰囲気中温度1700℃で1時間加熱焼結した。
得られた焼結体よりダイヤモンドカッターで4×3×4
01n71Lの角材を切り出し、気孔率、曲げ強度、耐
熱衝撃性を測定した。
01n71Lの角材を切り出し、気孔率、曲げ強度、耐
熱衝撃性を測定した。
曲げ強度は、スパン30mm、クロスヘッドスピード0
.5 mm 7分の条件で3点法で測定した。
.5 mm 7分の条件で3点法で測定した。
又、耐熱衝撃性は、焼結体より切り出した試料を一定温
度に加熱、保持した後、該試料を約20℃の水中に投入
急冷して熱衝撃を与えた急冷後の該試材の曲げ強度を測
定して、急激な曲げ強度の低下がおき始める臨界温度差
(△Tc )を求めることにより測定した。
度に加熱、保持した後、該試料を約20℃の水中に投入
急冷して熱衝撃を与えた急冷後の該試材の曲げ強度を測
定して、急激な曲げ強度の低下がおき始める臨界温度差
(△Tc )を求めることにより測定した。
第1表に、窒化物の混合物の組成と測定結果を示した。
又、比較のために、窒化硼素を添加しなかった場合、及
び窒化珪素と窒化硼素の配合比を本発明の範囲外とした
場合についても同様の試験を行った結果もあわせて示し
た。
び窒化珪素と窒化硼素の配合比を本発明の範囲外とした
場合についても同様の試験を行った結果もあわせて示し
た。
実施例 2
窒化硼素と窒化珪素の配合比が体積比で10/90であ
る窒化物の混合物、酸化マグネシウム、ランタン族元素
酸化物の配合比が体積比で80/10/10とした以外
は実施例1と同様の方法で行った。
る窒化物の混合物、酸化マグネシウム、ランタン族元素
酸化物の配合比が体積比で80/10/10とした以外
は実施例1と同様の方法で行った。
該焼結体より4X3X40mmの角材を切り出し、気孔
率、曲げ強度、耐熱衝撃性を測定した。
率、曲げ強度、耐熱衝撃性を測定した。
結果を第2表に示す。
実施例 3
窒化硼素と窒化珪素の配合比が体積比で20/80であ
る窒化物の混合物、酸イしマグネシウム、酸化セリウム
(Ce2O3)を種々の配合比となるように原料粉末を
秤量し、実施例1と同様の方法で焼結体となし、更に同
様の寸法に切り出した角材を用いて気孔率、曲げ強度、
耐熱衝撃性を測定した。
る窒化物の混合物、酸イしマグネシウム、酸化セリウム
(Ce2O3)を種々の配合比となるように原料粉末を
秤量し、実施例1と同様の方法で焼結体となし、更に同
様の寸法に切り出した角材を用いて気孔率、曲げ強度、
耐熱衝撃性を測定した。
結果を第3表に示す。
又、比較のために、焼結促進剤を酸化マグネシウムもし
くは、酸化セリウム(Ce203)のみとした場合の結
果もあわせて示した。
くは、酸化セリウム(Ce203)のみとした場合の結
果もあわせて示した。
実施例 4
窒化硼素と窒化珪素の配合比が体積比で5/95である
窒化物の混合物、酸化マグネシウム、酸化セリウム(C
e02)の配合比が体積比で95/2/3となるよう・
に各原料粉末を秤量し、実施例1と同様の方法で混合し
、得られた混合粉末を内径50φの黒鉛ダイスに充填し
て、窒素雰囲気中で、温度1650℃、圧力150 k
g/iの条件で熱圧成型して、50φ×80r/Lr/
Lの焼結体を得た。
窒化物の混合物、酸化マグネシウム、酸化セリウム(C
e02)の配合比が体積比で95/2/3となるよう・
に各原料粉末を秤量し、実施例1と同様の方法で混合し
、得られた混合粉末を内径50φの黒鉛ダイスに充填し
て、窒素雰囲気中で、温度1650℃、圧力150 k
g/iの条件で熱圧成型して、50φ×80r/Lr/
Lの焼結体を得た。
実施例1と同様の寸法の角材を切り出し、気孔率、曲げ
強度、熱衝撃性を測定した。
強度、熱衝撃性を測定した。
該焼結体の気孔率は2.9%で、曲げ強度、臨界温度差
はそれぞれ39.6kg/ma、 875℃であった。
はそれぞれ39.6kg/ma、 875℃であった。
Claims (1)
- 1 体積比で、窒化珪素50〜99.9%含有する窒化
硼素との混合物70〜99.8%、ランタン族元素酸化
物0.1〜29.9%及び酸化マグネシウム0.1〜2
9.9%からなる粉末混合物を焼結してなる複合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52160064A JPS5940788B2 (ja) | 1977-12-29 | 1977-12-29 | 複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP52160064A JPS5940788B2 (ja) | 1977-12-29 | 1977-12-29 | 複合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5493011A JPS5493011A (en) | 1979-07-23 |
JPS5940788B2 true JPS5940788B2 (ja) | 1984-10-02 |
Family
ID=15707108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP52160064A Expired JPS5940788B2 (ja) | 1977-12-29 | 1977-12-29 | 複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5940788B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6022676B2 (ja) * | 1980-02-23 | 1985-06-03 | 日本鋼管株式会社 | 窒化硅素・窒化硼素複合焼結体及びその製造方法 |
JPS57205377A (en) * | 1981-06-09 | 1982-12-16 | Toshiba Ceramics Co | Nitride refractories |
JPS61219761A (ja) * | 1985-03-26 | 1986-09-30 | 宇部興産株式会社 | 窒化珪素質焼結体の製法 |
JPH01131062A (ja) * | 1987-11-14 | 1989-05-23 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 複合常圧焼結成形体 |
-
1977
- 1977-12-29 JP JP52160064A patent/JPS5940788B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5493011A (en) | 1979-07-23 |
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