JPS61104036A - セラミツクスと金属との複合焼結体の製造法 - Google Patents

セラミツクスと金属との複合焼結体の製造法

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JPS61104036A
JPS61104036A JP59222113A JP22211384A JPS61104036A JP S61104036 A JPS61104036 A JP S61104036A JP 59222113 A JP59222113 A JP 59222113A JP 22211384 A JP22211384 A JP 22211384A JP S61104036 A JPS61104036 A JP S61104036A
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JP
Japan
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metal
powder
sintered body
composite sintered
ceramic
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Pending
Application number
JP59222113A
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English (en)
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Mitsuo Chikazaki
充夫 近崎
Kiyoshi Otaka
大高 清
Hiroshi Watanabe
宏 渡辺
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン、酸化
ケイ素などのケイ素を含有するセラミックスと金属との
複合焼結体の製造法に関するものである。
〔発明の背景〕
炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロンなどの耐熱性セラ
ミックスは、高硬度、高融点を有し、耐酸化性、耐食性
にも優れているために、高温材料として期待され、ター
ビンエンジンのブレード。
ノズル、自動車エンジン部品、熱交換器などの耐熱部品
への応用が試みられている。しかし、これらのセラミッ
クスは、とくに延性が著しく劣っており、実用材料と1
1.で使用するには信相性に欠ける。
そこで、これらのセラミックスに金11ケ冷加して、耐
熱性はある程度犠牲に・してでも、延性を改善しようと
する試みが数多くなされている。その場合、セラミック
ス粉末と金属粉末とを混合し、成型後、加圧焼結あるい
は常圧焼結する方法が一般に行われる。この方法によれ
は、セラミックス粉末と金属粉末とを、あらかじめ均一
に攪拌混合した後に焼結する必要があるが、多くの場合
、セラミックス原料粉末の粒径は1pm前後であるのに
対し、金属粉末は、微細粉に介るJ二活性になり爆発の
危険があるために、10〜100 pm程度となってい
る。粒径が約10〜100倍も異なるセラミックス粉末
と金属粉末との均一混合fl一般にかなり困難であるた
めに、成型、焼結優のセラミツクス−金属複合体中にお
ける金属元素の分散が不均一となり、特性のバラツキ、
延性の低下の原因となっていた。
すなわち、セラミックス−金属複合焼結体の作製にあた
っては、複合焼結体中にいかに金属元素を均一に分散さ
せるかが重要なポイントとなり、金属元素の均一分散技
術が要求されていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン
、酸化ケイ素などのケイ素を含有するセラミックス中に
、T 1.Tas Cr* Mob Ws Cu5B、
AIなどの金属元素を均一に分散させ、強靭性に優れた
セラミックスと金属との複合焼結体の製造法を提供する
ことにある。
〔発明の概要〕
本発明の要点は、セラミックスと金属の複合焼結体を作
成するにあたり、あらかじめ原料のセラミックス粉末を
、金属粉末及θ・・ロゲン化合物粉末と混合し、高温の
非酸化性雰囲気中で加熱処理することにより、セラミッ
クス原料粉末表面に金属元素に富んだ4情層を形成し、
このセラミックス粉末を用いて焼結することにより、金
績元素が均一に分散したセラミックス−4桝複合焼結体
を得ることにある。
ハロゲン化合物としては、NH4F 、 N H4CI
などのハロゲン化アンモニウム、あるいi’1NaF。
NaCl  などのアルカリ金属のハロゲン化物などが
有効で、これら2棟以上の混合粉末を用いることもでき
る。
金属粉末の種順については、とくに限ずするものではな
いが、T r t T as Cr、MOlW、Cu 
HB、AIなどが有効で、これらについて(c糺とくに
良好な被覆層を得ることができ、また得られた複合焼結
体中特性も良好である。2種以上の金属粉末あるいは合
金粉末を用いることにより、合金被覆層を、捷た鼠なっ
た金属粉末を用いて複数回処理することにより多層の金
属被覆も可能である。     ′□なお、混合粉末中
のハロゲン化合物の量は1〜10重t%が適当で、1%
以下の場合には金、(/@被覆層がほとんど形成されず
、10チを越對−ると、ハロゲン化合物中に含有される
アルカリ金属や窒素の混入が著しく、最終的に得られた
複合焼結体の機械的性質が劣化する。また、金属粉末の
量は1・〜30重量%が適当で、1゛チ以下になると金
属元素の混入が不十分で、焼結庫の延性も十分でない。
また30チを越えると、焼結体の機械的強度が低下する
セラミックス原料粉末表面に金属被覆層を形成させるた
めには、上記1〜10%のハロゲン化合物粉末と1〜3
0%の金属粉末及び残部セラミックス原料粉末を混合し
、非酸化性雰囲気中例えばArガス雰凹気中で加熱する
必要がある。H意ガスのような還元性雰囲気中での加熱
を行っても良い。加熱温度は800〜1500tll’
が適当で、800C以下になるとセラミックス粉末表面
に金属被覆層がほとんど形成されない。一方、加熱温度
が150Orを越えると、金属粉末同志の焼結が進行し
、最終的に得られる複合焼結体中の金属元素の分散が不
均一になるという欠点がある。
なお、本発明におけるハロゲン化合物粉末と金属粉末及
びセラミックス粉末の混合は、通常のらいかい機などで
行えば十分で、粉末の混合が必ずしも均一に行われてい
なくとも、セラミックス粉末表面への金属被覆層は比較
的均一に行われることを確認している。
セラミックス−金属複合焼結体は、−上記の方法であら
かじめ表面に金属被覆層を形成さ゛せたセラミックス粉
末を通常の方法で焼結して作製する。
ハロゲン化合物は上記800〜1500 Cへの加熱中
、あるいはその後の焼結過程でほとんどが飛散するだめ
に、焼結に先立ち、とくに除去する必要はない。しかし
、ハロゲン化合物の混入を最小限におさえたい場合には
、上記800〜1500Cへの加熱処理後に水または熱
湯にて、十分洗浄する方法が有効である。
また、上記800〜1500Cへの加熱中に、セラミッ
クス粉末表面への金属被覆層が形成烙れるため、金属粉
末は800〜1500Cへの加熱処理後には消失あるい
は微粒化する。微粒化した金属粉末と、金属被接された
セラミックス粉末とを分離する処理は煩雑−1実用的で
ないので、あらかじめ(800〜1500C加熱前に)
温合する金属粉末とセラミックス粉末の割合を、最終的
に目的とするセラミックス−金属複合焼結体におけるセ
ラミックスと金属の割合に一致させて配合し、800〜
1500C加熱後に、微細化した金属粉末と金被覆され
たセラミックス粉末とを分離せずに。
そのまま焼結原料として使用する方法も有効である。こ
の方法によれば、従来の方法と同じく金属粉末を焼結原
料として使用することになるが、セラミックス粉末表面
にはすでに金属被覆層が形成されていること、及びこの
段階における金属粉末の粒径は初期の状態に比較してか
なり小さくなっていることなどの理由−より、得られた
セラミックス−金属複合焼結体中における金属元素の分
散は、従来の方法に比較して著しく均一になる。
〔発明の実施例〕
実施例(1) 炭化ケイ素とCrの複合焼結体の作製を試みた。
炭化ケイ素粉末の粒径は約0.5μm、一方金属Cr粉
末は約20pmである。
贅ずCr粉末、N H4Cl粉末、及び炭化ケイ素粉末
を重量比で15:5:80の割付て秤堆し混合した。さ
らにこれらの混合粉末を、らいかい磯にかけ、約1h混
合した。次いで、A1103製容器中に混合粉末を入れ
、密封した。
次に、上記Al103容器を、あらかじめ1150Cに
設定された環状電気炉に入れ、・Arガス券四囲気中約
5h加熱した。その後、Al*Ch容器を電気炉から取
り出し、放冷した。室温まで冷却後、混合粉末を容器か
ら取り出し、熱湯にて洗浄した。
処理後の炭化ケイ素粉末表面のXMA分析を行ったとこ
ろ、Crの強いXMA強度が認められ、上記処理により
、炭化ケイ素試料表面へのCr被覆がなされていること
を確認した。なお、熱湯で洗浄後の混合粉末中には省F
MOr粉末も検出されたが、粒径は、初期の約20μm
から、約10pm       cへと微粒化していた
。また、混合粉末中には、NH4Cl粉末は検出されな
かった。
次に、熱湯にて洗浄した混合粉末を十分に乾燥後、らい
かい機にて約ih、さらに遠心ボールミルで約10h混
合した。成型は金型プレスにて2Ton/cm”の加圧
力で行い、黒鉛製ホットプレス型に入れ、アルゴンガス
1気圧の雰囲気中で、200 kg/cm”ノ圧力を加
えツツ、1300Cで。
1hのホットプレスを行った。
このようにして本発明の方法で得られた炭化ケイ素−C
「複合焼結体と、原料の炭化ケイ素粉末に対するCr被
憶処理を行わずに、単にCr粉末と炭化ケイ素粉末とを
重量比で15:80の割合で秤量し、上記条件で攪拌混
合後ホントプレスして得られた従来の方法による炭化ケ
イ素−Cr複合焼結体との抗折力の比較を行った。その
結果、本発明の方法で得られた複合焼結体の抗折力は2
10 kg/mm”であるのに対し、従来の方法で得ら
れた複合焼結体の抗折力は180 kg/mm”であり
1本発明の方法で得た複合焼結体の強度が優れているこ
とが明らかとなった。
実施例(2) 炭化ケイ素とWの複合焼結体の作製を試みた。
炭化ケイ素粉末は、実施例(1)と同一のものである。
一方、金属W粉末の粒径は約5μmである。
W粉末、NH4Cl粉末、及び炭化ケイ素粉末ケ15:
5:80の割合で秤量し、その佐実流側(1)と同様の
工程により、1150G、5hの加熱処理、及び131
10C,lhのホットプレスを行った。
このようにして本発明の方法でイ好られた炭化ケイ素−
W複合焼結体と、単にW粉末と炭化り一イ素粉末とを重
量比でis:soの割合で秤量し、実施例(1)と同様
の工程により、1300C’、1hのホットプレスを行
って得られた従来の方法による複合焼結体との抗折力の
比較を行った。その結果、本発明の方法による複合焼結
体の抗折力が205kg/mm′cあるのに対し、従来
の方法で得られた複合焼結体の抗折力は170kg/m
m”であり、本発明の方法によるものが優れていること
が明らかとなった。
なお、焼結法としては、ホットプレス以外に、常圧焼結
法なども用いることができる。まだ、焼結はAr雰囲気
中以外にも、真空中、水素ガス、COガス、N雪ガスな
どの通常用いられる各糧の雰囲気中で行うことができる
実施例(3) 次に窒化ケイ素とAIの複合焼結体の作製を試みた。窒
化ケイ素粒径は約0.5μm、一方AI粉末の粒径は約
50μmでおる。
AIl粉末N Ha Cl粉末、及び窒化ケイ素粉末を
重量比で10:5二85の割合で秤蕾し、らいかい機に
て混合した。次いで、混合粉末をAl−0s製容器中に
密封し、1150t:’のAr雰囲気中で約5h加熱し
た。室温に放冷後、混合粉末を熱湯で十分洗浄した。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、炭化ケイ素、窒化ケイ素、サイアロン、酸化ケイ素
    などのケイ素を含有するセラミックスと金属との複合焼
    結体の製造法において、あらかじめ表面に該金属元素を
    被覆させたセラミックス粉末を用いて焼結することを特
    徴とするセラミックスと金属との複合焼結体の製造法。
JP59222113A 1984-10-24 1984-10-24 セラミツクスと金属との複合焼結体の製造法 Pending JPS61104036A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0421739A (ja) * 1989-06-09 1992-01-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 複合材料及びその製造方法
WO1995008654A1 (fr) * 1993-09-24 1995-03-30 The Ishizuka Research Institute, Ltd. Materiau composite et procede pour sa production
US5656217A (en) * 1994-09-13 1997-08-12 Advanced Composite Materials Corporation Pressureless sintering of whisker reinforced alumina composites
JP2011157233A (ja) * 2010-02-01 2011-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd 焼結体、焼結体を用いた切削工具および焼結体の製造方法
CN102373357A (zh) * 2010-08-19 2012-03-14 比亚迪股份有限公司 一种金属陶瓷组合物及其制备方法、一种金属陶瓷和一种雷蒙磨
CN107584125A (zh) * 2017-08-31 2018-01-16 中国科学院兰州化学物理研究所 一种高韧自润滑赛隆基复合材料的制备方法

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