JPS5954680A - 繊維強化型窒化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents

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ｐｉｆｉ明ｉ：株絹４強化型窒化ケイ素焼結体の駒造
方法に関し、その目的とするところは１０００℃以上の
高温においてもイーれた強反合有し且つ品！ｉ′ｆ安定
性及び均τ（性に優れた告１化ケイ素焼結体を躯供する
ことにある。　　　　　　　　□ （１′（化ケイ素（ＳＬ３Ｎ４）を主成分とする窒化ゲ
イ素系セラミクスｔよ、強（Ｈｙ１ｉｉｉ＋酸化性、耐
摩耗性、耐熱碇撃ｆｌ在性等にイｊＬれて・いるづで）
３スダ□−ビシ用ＩＩＩＩ蔀部＊（、廊交換□器用相科
として、また耐摩耗性に優れてい□るので各種形態のタ
イｊＪスト型材やノズル等の材料として注目されている
。

しかしこのシコミな多□くの伏れた特徴を持つにもかか
わらず、５ｔ＝ｓ　７Ｖ’ｕセラミクスの広汎な応用を
阻害している一つの大きな要素は、材料的□に金属う〕
１と比較して品質安定性及び均質性に極めて乏しいこと
であるみと１れはセラエクスが一般に脆性月料であり、
微少な加エイ１７Ｉや内□部□におる不＃（ＩＩ物、組
織の不均一によシ容□易に応力集中が起こり、低荷重で
破断し身しまヂためである。このため材料として優れた
品質安定性及び均質性、が要求さｔＬ′：る１肛山車、
航空機あるいはＪｉ５（子炉などのシステムに対してこ
状である。　　　　　　　　　　□ 一般に、脆性セラミクスに材料としての粘、りを付与し
品質安定性及び均質性を向」ニさせる一つ？、。

方法として、脆４゛ｉ−セラミクスに一、（，１劃（４
度の繊維牟配。

合する）Ｓ　’ｊｌ’ｌれｌ維強化法が賜られている。

こ□の分法　□は、高強度繊Ｋａをせラミラス。材料内
部に分散させること１ｃより、微少な亀裂の成長を妨害
し、残留気孔や不純物の影響を減少させて、品質安定性
及び均質性を向上させようとするものである。しかしな
がら、本う６明者らの研究によれば、Ｓｔ　３　＃ｕセ
ラ三クりに対しては、炭←心旧■窒化ケイ素、糖化ボウ
素、アル三す等のセラミクス繊維を高強度繊維として配
合した場合においても、品質！ゲ定性及び均質性に優れ
たセラミクス相料は得られず、また該材料はり・１１度
的にも不充分τあることが判明した。

本発明は］ｉ；「かる現状に釘１みてなされたものであ
り、従来全く得られなかった、金恒ｉ　＞＋Ｉｉに匹敵
する極めて高い品質安定性及び均質性を有し、しかも１
　’０００℃以上の高温に卦いても代れた強度を有、す
るＳｉ、Ｎ、、　）：；：・；粘体の五・、ＩＪ　１ｌ
ｌｉ法を提供するものである０１：１ 即ち本発明は、窒化ケイ、寓粉末の水及び／又は、−１
：。

□有機溶剤分散ｄ２とｔ、ｊＲ＃：Ｉｉ状炭化ケイ素結
晶の水及びｊン又は有機’＋１１＋　’７１１分散液と
をそれぞれフィルターを通過させて後、窒化ケイ素４ノ
）末に対しｔ１シ維状炭化ケイ素結晶が５〜５０重Ｇ：
：、　、ｉ、となるように混合し、次いで成形、ハ′１
；結することを竹ｆ；１１．とするＢｔ維強化７ζＩ！
窒化ケイ素焼４＋’４体の６・シ造方法に係る。

奉り・）明キ用調られる１′督化ケイ素粉シーににおい
て、その粒径としてはｌ（・１１に限定がな〈従来公知
のものを広く使用できる。木つ′１；明においては、平
均粒径が０．１〜ＩＯμｍ程度のものを使用するのがよ
く、特に平均粒径が０．１〜３μｍ程度のものを使７１
Ｎするのが好ましい。咬た本発明で用いられる繊維状炭
化ケイ氷結晶（以下これを［Ｓｔ、Ｃ’ウィスカー」と
いう）の長さや太さについては何ら限定されないが、通
常長さ１１０−５００ｔｉ、太さ０．１〜５μ７ｎ程度
のものが使用される。

本発明では窒化ケイ素粉末とＳｔＣ、ウィスカーをそれ
ぞれ水及び／又は有ＲＧ　ＩＪ剤に分散せしめる。

有様溶媒としてはヒラミクスの分野において通常使用さ
れているものを広く使用でき、例えばメタノール、エタ
ノール等のアＪレコール＜Ｈ１自、アセトル等のケトシ
ｐ：１１、ベン１クン、トルニジ、士、シレシ等゛の芳
香族炭化水免類、へ士サン、石油エーテル等の脂肪族炭
化水素’：ｉＱ、四塩化炭素、トリクロＤエタシ等のハ
ロゲン化炭化水素類等を誉げることができる。水及び／
又は有ｆｊ、（溶要２に分散させる窒化ケイ素粉末又は
ＳｔＣウィスカーのり、：・とじては特に限定されない
が、通常鷺化ケイ素粉末やＳｉ、Ｃウィスカーを体積に
して５０倍以上、好１しくけ１００倍以上の水乃至有Ｊ
ｔ”、　Ｙ？’ｒ　ｉｊ’Ｈ”、’に分、散させるのが
よい。

分散さぜるべきｈ′ｉ化ケイ素粉、末やＳｔ、Ｃウィス
カーの５，１が多５・ｈぎるど、スラリー薗度浄高くな
υ、そのため分ｉｊｋが均一になりＦｉＡ　＜なシ、′
また後の混合操作上も不イ、ニー合になる。分散方法と
してはｔ１５′に限定がなく、この分野で従来公知の方
法を広く適用でき、例えば（幾械的４１１拌による方法
、振動による方法、超音波＋！＜を射による方法等を牟
げることができる。分１１に操作を長時間ｔ；＋’、ｒ
−）るとＳｔＣウィスカーにｔｔ傷を−りえる恐れがイ
）るため、通常１時間以内、好ましくは２０分以内に分
散操作を完了するのが望ましい。

次に木元明では、窒化ケイ素粉末の分１１に液とＳｉＣ
ウィスカーの分１孜ｉ？Ｖとをそれぞれフィルターに通
過させる。これは分１；χ７′１に中に含まれる不純物
粒子やＳｔＣウィスカーの４’−’ｔ　、！ｆｓ塊を除
去するために行なわれるものである。フィルターの開［
］径としては用いられる蟹化ケイ素イ分末やＳｒ、Ｃウ
ィスカーのｆ、１．Ｒｇ；（ｊ　６１εにより異なり−
（ＨＢＴ、には首えないが、通常開口径が２０〜１００
μｍ程度、好ましくは２０〜７　Ｑ　）ｔ　ｍ程度のフ
イ）１ツタ−を使用するのがよい。

フィルターの開口径が太きＪ（、Ｈぎると分散液から不
純物粒子やＳｉＣウィスカーの（ぞｔ集塊を除去しをｊ
ｔくなる傾向となる。寸だフィルターの開口径が小さ；
’ｊ４ｉぎると窒化ケイ素粉末やＳｉ、Ｃウィスカー１
でもが分散液から除去される恐れが生ずる。　。

本発明では次に≦（化ケイ素粉末の分散液とｓＬｃウィ
スカーの分散液とを混合する。両者の□混合割合として
は、窒化ケイ素粉末に対してＳｔ、Ｃ’ウィスカーが正
月で５〜５０５１．となるように混合することが必要で
ある。嘴：化ケイ素粉末と混合されるＳｉＣウィスカー
のｌｊが５重−ｆＡｌ、係に満たないＪμ合及び５０　
」７丈：　−ＪｌｉＨ％をｊ：之える」２１）合のいず
れにおいても、ハ［舅のｌ；ｌ’７’、給体を得ること
ができない。本発明においては、窒化りイ素粉末に対し
てＳＬｃウィスカーがＭ：ｐ＋：で１０〜４０％となる
ように混、合するのが（ｔｊｒに好咬しい。窒化ケイ素
粉末やＳｔ、Ｃウィスカーが分１ｙ液中に十分に分ハス
している状態でない」↓）合には、両者の分散液の混合
後も両者は均一に混じらず、その結呆得られる焼結体に
２層外ＦｔｉＡ　ｔ、て残り、所望の粒粘体が得られな
い恐れもち、る。このため上８１７　’　２種の分散液
を混合するに当っては、フィルターを通Ｊさせた後なる
べく釦時間内に両者を混合するのが望゛まし・い。

本発明ではこのように窒化ケイ素粉末の分散液と、Ｓｖ
Ｃ「）イスカーの分１１に液とをそれぞれフィルターを
通過させ、その後にこれらの分散液を混合することを必
須としている。仮に窒化ケイ素の分散ン１にとＳｔ、Ｃ
ウィスカーの分子ｉ２７１’ｉとをンｊ込合し、この混
合液をフィルター；ｌｉ’ｉｌ　Ｊｌさせたとしても、
所望の焼結体を得ることは不可能である。

・本発明の、５１．３Ｎ４焼結体をｔｉミソするに当９
、粘結剤や更に必要に応じて焼結助剤を配合するのがよ
い。粘結剤及び焼結助剤としてＶ、１．この分野で□従
来公知のものを広２く使Ｊ−１１できる。粘結剤として
は、例えばポリビニルアルコール、アクリル（＋’＋Ｉ
Ｊｌｒｒ、セルロース、アル甲ン酸ソータ吟を２許げる
ことができる。ｉたツ、１νｊ結助剤としでは、（（’
！ｌえばＡ（グ０１Ａｔ２０．．１ｒ０２、Ｙ２Ｏ３、
Ｌａ２Ｏ３等の酸化物、ｙｉｔＮ　ｓ　ＢｅＮ２等の窒
化物等を誉げることができる。粘結剤の使用Ｊ・１とし
てはｌ）は制限がなくＷ回内から適宜選−Ｊ、Ｉ’ｙ”
できるが、通常窒化ケイ素粉末とＳｔ、Ｃウイスノ〕−
との総部に対して０．１〜２重■ｔ￥−程度、好ましく
は０．５〜１．５重−）ｉ’ｒ、　％の割合で使用する
のがよい。

またシ１１（結助剤の使用’Ｌｉとしても特に限定され
ないが、；：ｒｌｌ常住化ケイ素粉末対して３〜３０重
量係、好ましくは１０〜３０重量％の割合で使用するの
がよい。またＪ！Ｉ［かる４１’Ｉｔ結助剤を使用１し
なくても本発明の所期の効果が発］５：ｉされることは
勿ｎａのこと・である。粘結剤やす９°、・；結助剤の
添加１に５°期としてはＩ待Ｋ　ｌ！ｌ（Ｓｉがなく、
予め窒化ケイ；咎粉末の分散液又はＳｉＣウィスカーの
分散液に添加しておいてもよいし、これらの分”＋ｆｔ
　ＲＥを混合した後渭１合液に添加してもよい。

窒化ケイ素粉末１．ＳｖＣウィスカー、°粘結剤及び焼
結助剤からなるペーストは、従来公知の成形方法、例え
は射出成形、坤出し成形等により所定形状に１Ｍ形され
、得られｈ−成形体は、加ｆ□′ム又は減圧下に予１’
！’ｊ　Ｊ：’ン１．・■とされ、次いで＋５００℃以
下に加熱して粘結剤が除去される。更に乾煙した成形体
は加圧又は非加圧下通’Ｍ１６００〜！８５０℃程度、
ｌｊ了まし、１にＩ　　７００−１８０　（１℃１．ｊ
ｌ！［ＯｎＡ度゛で焼結される。）’＋ｆ［＜　して木
う・”１“、明のメ？′と糾り（ｑ化Ｊ〜２Ｓ１３Ｎ４
カニ・；２（１“７体が１・、１！つ告される。

本）Ｔ１：明の方法（・てよれｆ、Ｉ：、品シバ（安冗
性及び均質性に優れると共に、１０００℃以工の高温に
おいてもイ湘れた一１！）１度を有する。”　ｔ３Ｎ（
４’）３：”：　Ｉ？＋古（４”ｆ　Ｚ＃　；７Ｚ　Ｌ
／　（４，）　ル。

それ−１１本づ＋’ｉ　Ｑｌで行られる１賓３’％ヅ、
１１：結休は、高温下で用いられる機拡部品のり（“！
造を可能とするばがりてなく、イソれた品ｌ）ｊ安＞妃
性、均り・１゛性を有しているために各１・：Ｘの枯造
月］４；］月として広範な応用を可ｆｊＬｌとするもの
である。

以下にワユ施例及び比較ｉ’ｉ’）ｌを・昂ける。

実／１ｌＩｉ例　１ ＳＬ　３　＃４０末（０，５〜２　Ｌｍ　）１００’ｆ
ｉｉ　ｙ’Ｊ部に、焼結Ｊｌ／ｌ　’ｎｉｌ　ト（／　
”ＴＺ　Ｙ２（Ｊ３１０　ｆｆｌ　Ｍ　（Ｓｌ−及びＬ
ｃｔ２０３１５ｊ１（（ｉｉ’　＋’＋Ｂを加え、体積
にして５０倍の水中′にて超音波を５分間照射して３ｌ
−ｔ−に分子ｆｋさぜる。ｓｒ、３ｎ、、　粉末に対し
て３０元、４□：、’　ｉ’、ｉ＜相当の・Ｓｔ、Ｃウ
ィスカー（大さ０−ｌ　〜５　μｍ　、長さ５０〜５０
０μｍ）を体４．′ｔにしてＩＣ）０倍の水中に１１′
を拌（より分散させる。分散状態で、Ｓ　ｔ　３Ｎ７４
粉末及びＳｖＣウイスカーイそれぞれ開口径１００μｍ
のフィルターを通過させ１αちＶこ両者を混合する。そ
の後、２ｍ（お部のア［（りじニルア１１ノコールを加
え、十分に混合してペーストとした。イ４／られたペー
ストを減圧θ３過法により薄板状に〕ＪＶ、形（７，１
３０℃でＩ　ＯｆＩｊｒ１間乾ｉ！’ｆ’：　した後、
４００　Ｋ”ｉ／　ｃｒｌの加圧下１８００℃で焼結し
て１００係相対密度の焼結体をイ；また。

イ（）られたＩ）２’、Ｉ：粘体の室温曲げ強度、高幅
、（１３００℃）曲げ強１ｉｌｙ、室ｖ１・１１強度測
定値に基づく、旧Ｊｉ）の信％ｉ　ｆＥの尺度であるワ
イプル数（７７１）及び室温強度６・ＩＩ定値□のバラ
つきの４′：、Ｉ錫イ１ｔｉｌ’　；’、−を１１０表
に示す。□ワイづル截展は大きいλ１ｔ１強度のバラつ
きは、ｌ］＼さい。

尚室温曲げ強度はＪＩ’Ｓ　Ｒ１６０１−１９８１によ
り、’ｉ　／ｃ高温曲けｊｉ、＋、ハシ、はこれに（〜
へじて１ｌｉｌ定した。

′Ｗこ語例　２ フィルターとして開ロイイミ５３μｍを用いた以外（ま
り５が１例１と同様にして５３’、（粘体を得た。イ（
）らオｔた焼Ａ：１”１体の！１；ノ１性を第１表に併
せてボす。

比軟例　１ ＳｉＣ’ウィスカーをイ更用しない以外は実ｉ１０：イ
＋ｌｌ　Ｉと同様にして缶、粘体をイりた。焼結体の′
初代はｊ：ｉｓ　１表に示す通りである。

；゛ｒン１表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■　窒化ケイ素粉末の水及び／又は有機溶剤分散液ｚ液
   と繊維状炭化ケイ累結晶の水及び／又は有機溶剤分散液
   とをそれぞれフィルタ］を通過させてＹを、窒化ケイ素
   粉末に対し繊維状炭化ケイ素結晶が５〜５０重、）１；
   φとなる□ように混合し、次いで成形、焼結す□ること
   を特徴とする村、ｕ１１□強化型瞥凌化ケイ素焼結体の
   製造方法。　′　　　□