JPS61122164A - Silicon carbide-alumina composite sintered body and manufacture - Google Patents
Silicon carbide-alumina composite sintered body and manufactureInfo
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- JPS61122164A JPS61122164A JP59240992A JP24099284A JPS61122164A JP S61122164 A JPS61122164 A JP S61122164A JP 59240992 A JP59240992 A JP 59240992A JP 24099284 A JP24099284 A JP 24099284A JP S61122164 A JPS61122164 A JP S61122164A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
イ、産業上の利用分野
本発明は、炭化珪素−アルミナ複合焼結体及びその製造
方法に関し1、更に詳述すれば、特に1200℃以上の
高温での機械的強度と耐熱衝撃性とに優れた炭化珪素−
アルミナ複合焼結体及びその製造方法に関する。Detailed Description of the Invention A. Field of Industrial Application The present invention relates to a silicon carbide-alumina composite sintered body and a method for manufacturing the same. Silicon carbide with excellent thermal shock resistance
The present invention relates to an alumina composite sintered body and a method for manufacturing the same.
口、従来技術
近年、炭化珪素は窒化珪素やサイアロンと呼ばれる珪素
アルミニウム系酸窒化物と共に高温構造用材料としての
可能性が注目され、様々な応用が検討されている。しか
し、炭化珪素は信頼性を得るに充分の高温での機械的強
度と耐熱衝撃性を持っているとはいいがたい。BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, silicon carbide, together with silicon nitride and a silicon-aluminum oxynitride called Sialon, has attracted attention for its potential as a material for high-temperature structures, and various applications are being considered. However, silicon carbide cannot be said to have sufficient mechanical strength and thermal shock resistance at high temperatures to provide reliability.
アルミナ粒子を第2相として脆性材料中に分散させて機
械的強度を改善した例としては、LangeによってJ
ournal of American Cevami
c 5ociety54 412 614〜620.1
971に報告されているように、マトリックスがガラス
の場合に例が見られるが、この例は高温構造用材料を目
的としたものではない。An example of improving mechanical strength by dispersing alumina particles as a second phase in a brittle material is described by Lange in J.
our own of American Cevami
c 5ociety54 412 614-620.1
An example is found where the matrix is glass, as reported in 971, but this example is not intended for high temperature structural materials.
また、アルミナを炭化珪素焼結体の高密度化の丸めの焼
結助剤として用いることは、LangeによってJou
rnal of Materials 8cience
、 10.314〜320.1975 に報告され
ている。Langeのこの研究では、粒径3μm以下の
炭化珪素粉末と粒径0.05μmのアルミナ粉末を用い
、1950℃、1時間、275 KP/c−iの圧力の
ホットプレス条件、アルミナの配合2容積チ以下で、理
論密度の99チ以上の密度が得られている。このアルミ
ナの役割は、焼結温度で液相が形成され、この液相を介
しての溶解−再析出によって炭化珪素を緻密化させるこ
とにあると解釈されている。しかし、この場合、炭化珪
素の粒界に主としてアルミナが粒界相として連続したネ
ットワーク状に存在するため、1200℃以上の高温で
はアルミナ粒界相の軟化によって機械的強度が低下する
という問題がある。In addition, the use of alumina as a sintering aid for densification of silicon carbide sintered bodies was proposed by Lange in Jou.
rnal of Materials 8science
, 10.314-320.1975. In this study by Lange, silicon carbide powder with a particle size of 3 μm or less and alumina powder with a particle size of 0.05 μm were used, hot press conditions were set at 1950°C for 1 hour, and a pressure of 275 KP/c-i, and the alumina formulation was 2 volumes. A density higher than the theoretical density of 99 inches was obtained. The role of this alumina is interpreted to be that a liquid phase is formed at the sintering temperature, and silicon carbide is densified by dissolution and reprecipitation through this liquid phase. However, in this case, since alumina mainly exists as a grain boundary phase in a continuous network at the grain boundaries of silicon carbide, there is a problem that the mechanical strength decreases due to the softening of the alumina grain boundary phase at high temperatures of 1200°C or higher. .
原料粉にアルミナを配合して高温強度を改善した炭化珪
素焼結体としては、特開昭57−42577号公報に酸
化アルミニウム0.5〜35重量%、残部が実質的に炭
化珪素からなる混合物を成形後圧力な加えずに焼結して
得られた常温及び1400℃での曲げ強度が2511P
/−以上である高密度かつ高強度の炭化珪素質セラミッ
クス焼結体が提示されている。この焼結体は、高温での
曲げ強度はかなり高い値を示しているが、アルミナを分
解蒸発させて成形体から離脱させており、このような炭
化珪素焼結体では温度の急変に対する抵抗力、即ち耐熱
衝撃性の改善は期待できない。As a silicon carbide sintered body whose high-temperature strength is improved by blending alumina with raw material powder, JP-A-57-42577 discloses a mixture consisting of 0.5 to 35% by weight of aluminum oxide and the remainder substantially silicon carbide. The bending strength at room temperature and 1400℃ obtained by sintering without applying pressure after molding is 2511P.
A high-density and high-strength silicon carbide ceramic sintered body having a density of /- or more has been proposed. This sintered body exhibits a fairly high bending strength at high temperatures, but the alumina is decomposed and evaporated to separate from the molded body, and this type of silicon carbide sintered body has low resistance to sudden changes in temperature. In other words, no improvement in thermal shock resistance can be expected.
ハ、発明の目的
本発明は、上記のような従来の炭化珪素焼結体が有する
問題点を解消し、高温での機械的強度と耐熱衝撃性とに
優れた炭化珪素焼結体及びその製造方法を提供すること
を目的としている。C. Purpose of the Invention The present invention solves the problems of conventional silicon carbide sintered bodies as described above, and provides a silicon carbide sintered body that has excellent mechanical strength and thermal shock resistance at high temperatures, and its production. The purpose is to provide a method.
二、発明の構成
即ち、本発明の第1の発明は、平均粒径1μm以下の炭
化珪素粒子から実質的になるマトリックス中に、平均粒
径2〜25μmのアルミナ粒子が実質的に互いに分離し
て3〜30容積チ分散した組織を有し、高温での機械的
強度と耐熱衝撃性とに優れた炭化珪素−アルミナ複合焼
結体に係る。2. Structure of the invention, that is, the first aspect of the present invention is that alumina particles with an average particle size of 2 to 25 μm are substantially separated from each other in a matrix consisting essentially of silicon carbide particles with an average particle size of 1 μm or less. The present invention relates to a silicon carbide-alumina composite sintered body having a structure dispersed in 3 to 30 volumes and having excellent mechanical strength and thermal shock resistance at high temperatures.
本発明の第2の発明は、平均粒径1μm以下の炭化珪素
粉末に、平均粒径2〜25μmのアルミナ粉末を全体に
対して3〜30容積チになるように配合、混合し、この
混合粉を、成形温度1900〜2000℃の範囲内の温
度、成形圧100m1P/cIit以上でホットプレス
して固相焼結することを特徴とする、前記第1の発明に
係る炭化珪素−アルミナ複合焼結体の製造方法に係る。The second invention of the present invention is to blend and mix alumina powder with an average particle size of 2 to 25 μm to silicon carbide powder with an average particle size of 1 μm or less so that the total volume is 3 to 30 μm, and this mixture The silicon carbide-alumina composite sintering according to the first invention, characterized in that the powder is solid-phase sintered by hot pressing at a molding temperature within the range of 1900 to 2000°C and a molding pressure of 100 m1P/cIit or more. It pertains to a method for producing a solid.
まず、第1の発明の構成について説明する。First, the configuration of the first invention will be explained.
第1の発明は炭化珪素マトリックス中にアルミナ粒子を
分散させることにより、特に1200℃以上での機械的
強度と耐熱衝撃性の改善を図ったものである。The first invention aims to improve mechanical strength and thermal shock resistance, particularly at temperatures of 1200° C. or higher, by dispersing alumina particles in a silicon carbide matrix.
高温での機械的強度に関しては、マトリックスを構成す
る炭化珪素粒子間の粒界の状況が重要である。Regarding mechanical strength at high temperatures, the condition of grain boundaries between silicon carbide particles constituting the matrix is important.
本発明にあっては、マ) IJフックス構成する平均粒
径1μm以下(特に好ましくは0.1〜0.5μm)の
炭化珪素粒子に較べて充分に大きい平均粒径2〜5μm
のアルミナ粒子をマトリックス中に分散させ、アルミナ
の融点(2050℃)以下の1900〜2000℃の範
囲内の温度で焼結するので、本発明に基く焼結体は、前
述したアルミナを焼結助剤として使用しての液相焼結ホ
ットプレスによる焼結体とはその顕微鏡組織を全く異に
している。In the present invention, m) silicon carbide particles having an average particle size of 2 to 5 μm, which is sufficiently larger than the silicon carbide particles having an average particle size of 1 μm or less (particularly preferably 0.1 to 0.5 μm) constituting IJ Fuchs;
of alumina particles are dispersed in the matrix and sintered at a temperature within the range of 1900 to 2000°C below the melting point of alumina (2050°C). Its microscopic structure is completely different from that of a sintered body produced by liquid phase sintering and hot pressing, which is used as an agent.
本発明に基く焼結体は、結晶粒界にアルミナ粒界相が殆
どない炭化珪素マトリックス中にアルミナ粒子相が一つ
一つ独立して分散した顕微鏡組織を有していて、前述し
たアルミナを主体とした粒界相がネットワーク状に存在
する炭化珪素−アルることにより、1000℃以上の高
温では分散したアルミナ粒子が軟化してアルミナ粒子と
破壊に導びくクラック先端との相互作用の程度が室温に
おける上記相互作用に較べて大きくなり、その結果高温
で破壊靭性が増大して高温での機械的強度が改善される
ものと考えられる。The sintered body according to the present invention has a microscopic structure in which alumina grain phases are independently dispersed one by one in a silicon carbide matrix with almost no alumina grain boundary phase at the grain boundaries, and the above-mentioned alumina Due to silicon carbide, in which the main grain boundary phase exists in the form of a network, the dispersed alumina particles soften at high temperatures of 1000°C or higher, reducing the degree of interaction between the alumina particles and the crack tips that lead to fracture. It is thought that this interaction becomes larger than that at room temperature, and as a result, the fracture toughness increases at high temperatures and the mechanical strength at high temperatures is improved.
耐熱衝撃性に関しては、アルミナ粒子と炭化珪素マトリ
ックスとの界面の力学的状況が重要である。Regarding thermal shock resistance, the mechanical condition of the interface between the alumina particles and the silicon carbide matrix is important.
耐熱衝撃性は、LewisらによってCeramicE
ngineering 5cience Procee
ding 1 、634〜643 、 1982に報告
されているように、二つの表現法があり、その一つは熱
応力下でのクシツクの発生に対する抵抗(熱衝撃破壊抵
抗)で、他の一つはクラックの発生が避けられない場合
の熱衝撃前後での機械的強度の比(熱衝撃損傷抵抗)で
表わされる。Thermal shock resistance was determined by CeramicE by Lewis et al.
ngineering 5science Procee
ding 1, 634-643, 1982, there are two expression methods, one of which is the resistance to the occurrence of cracks under thermal stress (thermal shock fracture resistance), and the other is the resistance to the occurrence of cracks under thermal stress. It is expressed as the ratio of mechanical strength before and after thermal shock (thermal shock damage resistance) when cracking is unavoidable.
前者は 後者は σi σi2 と書ける。The former is The latter is σi σi2 It can be written as
ここで、jTcは水との温度差ΔTの高温から水中に焼
入れることによって機械的強度の低下を起す臨界の温度
差であって、クラックの発生に対する抵抗を示す値、σ
tは熱衝撃を受ける前の機械的強度、σrはΔT>jT
cである熱衝撃を受けた後の保持された機械的強度、E
はヤング率、Vはポアソン比、αは線膨張係数、rrc
は有効i壊エネルギー、kは熱伝導率、hは焼入におけ
る表面の熱伝達係数、bは試料寸法に関係する特有の長
さ、Nは熱応力によって発生したクラックの数の密度で
ある。Here, jTc is a critical temperature difference that causes a decrease in mechanical strength by quenching in water from a high temperature difference ΔT with water, and is a value indicating resistance to crack generation, σ
t is mechanical strength before thermal shock, σr is ΔT>jT
The retained mechanical strength after being subjected to a thermal shock, E
is Young's modulus, V is Poisson's ratio, α is linear expansion coefficient, rrc
is the effective fracture energy, k is the thermal conductivity, h is the heat transfer coefficient of the surface during quenching, b is the characteristic length related to the sample size, and N is the density of the number of cracks generated by thermal stress.
上記(2)式は、窯業協会編「セラミックスの機械的性
質」K記載されている破壊力学の基本式を用いて書きな
おすと、
となる。When the above equation (2) is rewritten using the basic equation of fracture mechanics described in "Mechanical Properties of Ceramics" K edited by Ceramics Association, it becomes as follows.
ここで、aは破壊に導ひくり2ツクの長さ、yはクラッ
クの幾何に関係する定数である。Here, a is the length of the crack that leads to fracture, and y is a constant related to the geometry of the crack.
上記の式(1)及び(2)/から、熱衝撃破壊抵抗は、
初期機械的強度σiを高く、ヤング率Eと線膨張係数α
を低くすることによって、熱衝撃損傷抵抗は、熱応力に
よって発生するクラックの数の密度を高くすることによ
って夫々高められると考えられる。From the above formulas (1) and (2)/, the thermal shock rupture resistance is:
High initial mechanical strength σi, Young's modulus E and linear expansion coefficient α
It is believed that by lowering the thermal shock damage resistance, the thermal shock damage resistance is increased by increasing the density of the number of cracks generated by thermal stress, respectively.
発明者&壬、鋭意研究の結果、平均粒径2〜25μmの
アルミナ粒子を第二相として炭化珪素マトリックス中に
一つ一つ独立して分散させることにより、焼結体中のア
ルミナ粒子と炭化珪素マトリックスとの界面にクラック
又はクラックの発生を容易にする残留応力を持たせ、熱
衝撃破壊抵抗と熱衝撃損傷抵抗との双方を改善すること
ができることを見出した。As a result of intensive research, the inventors & Jin discovered that by independently dispersing alumina particles with an average particle size of 2 to 25 μm in a silicon carbide matrix as a second phase, carbonization with the alumina particles in the sintered body was achieved. It has been found that both thermal shock fracture resistance and thermal shock damage resistance can be improved by providing cracks or residual stress that facilitates the generation of cracks at the interface with the silicon matrix.
即ち、熱衝撃破壊抵抗に関しては、アルミナ粒子と炭化
珪素マトリックスとの界面の独立した微細なりラックの
存在によって、前記(1)式の初期機械的強度を低下さ
せることなく主としてヤング率Eを下げて熱衝撃破壊抵
抗ΔTcが改善される。That is, regarding thermal shock fracture resistance, the presence of independent fine racks at the interface between the alumina particles and the silicon carbide matrix mainly reduces the Young's modulus E without reducing the initial mechanical strength in equation (1) above. Thermal shock breakdown resistance ΔTc is improved.
また、熱衝撃損傷抵抗に関しては、分散したアルミナ粒
子と炭化珪素マトリックスとの界面にクラックがある場
合には、熱衝撃によって発生したクラックの伝播におい
て上記界面でのクラックの分校などによってエネルギー
を吸収し、また、残留応力がある場合に(家、熱衝撃下
で上記界面に優先的にクラックを発生させ、アルミナ粒
子に対応する数多ぐの微細なりラックの発生によって、
即ち前記(2)7式のNを増加することによって熱衝撃
損傷抵抗が改善される。Regarding thermal shock damage resistance, if there is a crack at the interface between the dispersed alumina particles and the silicon carbide matrix, energy will be absorbed by crack branching at the interface during the propagation of the crack generated by thermal shock. In addition, when there is residual stress (home), cracks preferentially occur at the above interface under thermal shock, due to the generation of numerous fine cracks corresponding to the alumina particles.
That is, by increasing N in formula (2) 7, the thermal shock damage resistance is improved.
アルミナ粒子と炭化珪素マトリックスとの界面に上記の
クラック又は残留応力が生ずるのは、アルミナの熱膨張
係数と炭化珪素のそれとの差によっている。前者は後者
よりも大きい。なお、上記界面は、アルミナ粒子と炭化
珪素マトリックス間で反応生成物ができた場合には、ア
ルミナ粒子と反応生成物との界面、反応生成物そのもの
、反応 ′生成物と炭化珪素マトリックスとの界面の
いずれをも含むものである。The above cracks or residual stress occur at the interface between the alumina particles and the silicon carbide matrix due to the difference between the coefficient of thermal expansion of alumina and that of silicon carbide. The former is larger than the latter. In addition, when a reaction product is formed between the alumina particles and the silicon carbide matrix, the above interface is the interface between the alumina particles and the reaction product, the reaction product itself, and the interface between the reaction product and the silicon carbide matrix. It includes both.
次に焼結体を構成する各相について述べる。マトリック
スを構成する炭化珪素には結晶形がα型とβ型とがあり
、α型には多くの類似した型が発見されている。本発明
に基く焼結体は、後述するように、1900〜2000
℃という比較的低い温度で焼結されるので、β−αの変
態が起らず、いずれの結晶形のものでもよい。平均粒径
は1μm以下が好ましく、特に0.1〜0.5μmが好
ましい。 炭化珪素粒子の平均粒径は、マトリックス中
に分散させるアルミナ粒子の平均粒径よりも小さく、か
つこれと適度なバランスを持つ必要があり、後述するよ
うに、アルミナ粒子の平均粒径の下限を2μmとしてい
るので、炭化珪素粒子の平均粒径の上限は1μmとする
。これが1μmを越えて大きくなると、室温及び高温で
全体的に機械的強度のレベルが低くなる。Next, each phase constituting the sintered body will be described. Silicon carbide that constitutes the matrix has crystal forms of α type and β type, and many similar types of α type have been discovered. The sintered body based on the present invention has a temperature of 1900 to 2000, as described below.
Since it is sintered at a relatively low temperature of °C, no β-α transformation occurs, and any crystal form may be used. The average particle diameter is preferably 1 μm or less, particularly preferably 0.1 to 0.5 μm. The average particle size of the silicon carbide particles needs to be smaller than the average particle size of the alumina particles dispersed in the matrix and have an appropriate balance with this, and as described later, the lower limit of the average particle size of the alumina particles must be Since it is 2 μm, the upper limit of the average particle size of silicon carbide particles is 1 μm. When this becomes larger than 1 μm, the overall level of mechanical strength at room temperature and high temperature becomes low.
マトリックス中に分散させるアルミナ粒子は、α型の結
晶形のものでよいが、他の結晶形のものであってよいも
良い。また、その形状は、等軸形のもので良いが、板状
のものでも良い。但し、板状のアルミナ粒子の場合は、
アスペクト比が平均でm以下であることが好ましく、こ
れが田を越えるとアルミナ粒子同士が絡み合って独立し
て分散させることができず、その結果、室温及び高温で
の機械的強度を低下させるようになる。The alumina particles to be dispersed in the matrix may be of α type crystal form, but may also be of other crystal form. Moreover, the shape may be equiaxed, but it may also be plate-shaped. However, in the case of plate-shaped alumina particles,
It is preferable that the aspect ratio is on average less than m.If the aspect ratio exceeds the average, the alumina particles become entangled with each other and cannot be dispersed independently, resulting in a decrease in mechanical strength at room temperature and high temperature. Become.
アルミナ粒子の平均粒径は、マトリックスを構成する炭
化珪素粒子のそれよりも充分に大きくする必要があり、
2〜25μmとする。これが2μm未満であると、19
00〜2000℃の焼結温度で炭化不
珪素粒子に含有される成純物と反応して液相な生成する
化合物を作り易く、アルミナ粒子が互いに独立して分散
する組織が得られ難くな9、他方、これが6μmを越え
て粗大になると、応力集中が大きくな9、いずれの場合
でも室温及び高温での機械的強度が低下するようになる
。The average particle size of the alumina particles needs to be sufficiently larger than that of the silicon carbide particles constituting the matrix,
The thickness is 2 to 25 μm. If this is less than 2 μm, 19
At a sintering temperature of 00 to 2000°C, it is easy to react with the pure substances contained in the non-silicon carbide particles to form a liquid phase compound, and it is difficult to obtain a structure in which alumina particles are dispersed independently of each other9. On the other hand, if the thickness exceeds 6 μm and becomes coarse, stress concentration becomes large.9 In either case, the mechanical strength at room temperature and high temperature decreases.
アルミナ粒子のマトリックス中に占める割合は、3〜3
0容積チとする。これが3容積チ未満であると、焼結体
が充分には緻密にならず、機械的強度が低下し、これが
刃容積チを越えて多量になると、アルミナ粒子同士が互
いに接触する部分がでてきてアルミナ粒子が連続してネ
ットワーク状になし、高温での機械的強度が低下する。The proportion of alumina particles in the matrix is 3 to 3
Let the volume be 0. If it is less than 3 volumes, the sintered body will not be sufficiently dense and its mechanical strength will decrease, and if it exceeds the blade volume, there will be parts where the alumina particles come into contact with each other. The alumina particles form a continuous network, reducing mechanical strength at high temperatures.
アルミナ粒子が板状である場合には、分散量の上限は頷
容積チに低く抑えることが望ましい。When the alumina particles are plate-shaped, it is desirable to keep the upper limit of the amount of dispersion as low as possible.
本発明に基く焼結体は、炭化珪素とアルミナの2種類の
成分から構成されるが、原料中に不純物として含まれる
小量の他の成分が存在しても差支えない。Although the sintered body according to the present invention is composed of two types of components, silicon carbide and alumina, there is no problem even if small amounts of other components contained as impurities in the raw materials are present.
次に、第2の発明の構成について説明する。Next, the configuration of the second invention will be explained.
原料粉として使用する炭化珪素粉末及びアルミナ粉末の
粒子の平均粒径は、前記第1の発明におけるそれらと同
様であることはいうまでもない。It goes without saying that the average particle diameters of the silicon carbide powder and alumina powder particles used as the raw material powder are the same as those in the first invention.
純度は、炭化珪素粉末は95%以上であることが望まし
く、98チ以上であることが一層望ましく、アルミナ粉
末は98%以上であることが望ましい。The purity of silicon carbide powder is preferably 95% or more, more preferably 98% or more, and the purity of alumina powder is preferably 98% or more.
なお、アルミナ粉末に替えて、アルミナに変化する水酸
化アルミニウムや硫酸アルミニウムのようなアルミニウ
ム塩の粉末を使用することもできる。Note that instead of alumina powder, it is also possible to use powder of aluminum salt, such as aluminum hydroxide or aluminum sulfate, which converts into alumina.
原料粉の混合は、不活性ボールを使用する不活性ボール
ミル内で不活性混合液を使用して行うのが好適である。The raw material powders are preferably mixed using an inert mixed liquid in an inert ball mill using inert balls.
成形、焼結は、黒鉛型を使用し、非酸化性雰囲気中で、
温度1900〜2000℃、成形圧100KP/cI/
を以上で、ホットプレスによって行う。Molding and sintering are performed using a graphite mold in a non-oxidizing atmosphere.
Temperature 1900-2000℃, molding pressure 100KP/cI/
This is done using a hot press.
ホットプレスの温度が1900℃よりも低いと得られる
焼結体の密度が低下し、2000℃を越えるとアルミナ
粉末全体又はアルミナ粉末の一部が溶融してアルミナを
主体とするネットワーク状の粒界相が形成されるように
なり、いずれの場合も室温及び高温での機械的強度が低
下するようになる。If the hot press temperature is lower than 1,900°C, the density of the resulting sintered body will decrease, and if it exceeds 2,000°C, the entire alumina powder or a part of the alumina powder will melt, forming a network-like grain boundary mainly composed of alumina. Phases begin to form, and in both cases the mechanical strength at room and high temperatures decreases.
一
成形圧は、10011 /st未満では得られる焼結体
の密度が充分には高くならないので、100b/aA以
上とする。If the molding pressure is less than 10011 /st, the density of the obtained sintered body will not be sufficiently high, so the molding pressure is set to 100 b/aA or more.
ホ、実施例 以下、本発明の具体的実施例について説明する。E, Example Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
純度98%以上、平均粒径0.3μmのβ型炭化珪素粉
末に、下記表に示すようにアルミナ粉末を配合し、プラ
スチック容器とアルミナボールを使用するボールミル中
で、エチルアルコールを混合液として1時間湿式混合し
、乾燥して混合粉とした。Beta-type silicon carbide powder with a purity of 98% or more and an average particle size of 0.3 μm is mixed with alumina powder as shown in the table below, and ethyl alcohol is mixed as a mixed liquid in a ball mill using a plastic container and an alumina ball. The mixture was wet mixed for a period of time and dried to form a mixed powder.
これらの混合粉を、窒素ガス気流中で黒鉛型を使用し、
温度1950℃、成形圧280 KP/art?、圧縮
時間1時間でホットプレスし、直径501uIL、厚さ
5.5藤の円板状焼結体とした。These mixed powders are processed using a graphite mold in a nitrogen gas stream.
Temperature 1950℃, molding pressure 280 KP/art? The material was hot-pressed for 1 hour to obtain a disc-shaped sintered body with a diameter of 501 μL and a thickness of 5.5 μL.
これらの焼結体からダイヤモンド砥石とダイヤモンドブ
レードを使用して、3X4X38[の供試材を採取し、
200番のダイヤモンド研磨砥石で仕上げを施して試験
片とし、密度測定、曲げ試験及び熱衝撃試験に供した。From these sintered bodies, a 3X4X38 specimen was collected using a diamond grindstone and a diamond blade.
A test piece was finished with a No. 200 diamond abrasive grindstone and subjected to density measurement, bending test, and thermal shock test.
曲げ試験は、外側支点距離30fi、内側支点距離10
B、クロスヘッド速度0.5m/mの4点曲げ試験の方
法により、室温及び1400℃で行った。The bending test was performed using an outer fulcrum distance of 30 fi and an inner fulcrum distance of 10 fi.
B. It was carried out at room temperature and 1400° C. by the method of 4-point bending test with a crosshead speed of 0.5 m/m.
熱衝撃試験は、大気炉中に試験片をつるし、所定のΔT
を与える温度に昇温、10分間保持し次後に水中に焼入
れして熱衝撃を与え上記曲げ試験方法により曲げ強度を
測定し、強度−41図を求めてΔTcと−を得た。In the thermal shock test, the test piece is suspended in an atmospheric furnace and a predetermined ΔT is applied.
The temperature was raised to a temperature that gave , held for 10 minutes, and then quenched in water to give a thermal shock.The bending strength was measured by the above bending test method, and the -41 strength diagram was determined to obtain ΔTc and -.
σを 試験結果は下記第1表に示す通9である。σ The test results are as shown in Table 1 below.
(以下余白、次ページへ〕
第1表
焼結体の代表的なセラミックス組織を/fL6を例に挙
げて倍率200倍の顕微鏡写真で図面に示す。(See margin below, go to next page) Typical ceramic structures of the sintered bodies in Table 1 are shown in the drawings as micrographs at 200x magnification, taking /fL6 as an example.
図面には、微細な炭化珪素粒子からなるマトリックスl
中にアルミナ粒子2が互いに分離、独立して分散してい
るのが観察される。The drawing shows a matrix consisting of fine silicon carbide particles.
It is observed that the alumina particles 2 are separated from each other and dispersed independently.
上記表には比較のために、粒子平均粒径0.05μmの
等軸アルミナ粉末を2容積チ配合して同様の試験を行っ
た結果が併記しである。For comparison, the above table also shows the results of a similar test in which 2 volumes of equiaxed alumina powder with an average particle size of 0.05 μm were mixed.
表から、本発明に基く炭化珪素−アルミナ複合焼結体は
、従来のアルミナを焼結助剤として使っ九炭化珪素焼結
体に較べて高温での曲げ強度、耐熱衝撃性共に著しく改
善されていることが解る。From the table, the silicon carbide-alumina composite sintered body based on the present invention has significantly improved bending strength and thermal shock resistance at high temperatures compared to the conventional silicon carbide sintered body using alumina as a sintering aid. I understand that there is.
従って、本発明に基〈焼結体は、ガスタービン用部品な
ど高温構造材としての種々の用途に応用できる可能性が
高いということができる。Therefore, it can be said that the sintered body based on the present invention has a high possibility of being applied to various uses as a high-temperature structural material such as gas turbine parts.
へ、発明の詳細
な説明した↓うに、本発明の第1の発明は、平均粒径工
μm以下の炭化珪素粒子から実質的になるマトリックス
中忙、平均粒径2〜25μmのアルミナ粒子が実質的に
互いに分離して3〜30容積チ分散した組織を有する炭
化珪素−アルミナ複合焼結体であるので、高温での機械
的強度、耐熱衝撃性が極めて優れており、高温構造用材
料として高い信頼性を詩って使用できる。In the detailed description of the invention, the first aspect of the present invention is that the matrix consists essentially of silicon carbide particles with an average particle size of 2 to 25 μm, and the alumina particles with an average particle size of 2 to 25 μm are substantially formed in the matrix. Because it is a silicon carbide-alumina composite sintered body with a structure that is separated from each other and dispersed in 3 to 30 volumes, it has extremely excellent mechanical strength and thermal shock resistance at high temperatures, making it highly suitable as a material for high-temperature structures. It can be used to express reliability.
また、本発明の第2の発明は、平均粒径1μm以下の炭
化珪素粉末に、平均粒径2〜25μmのアルミナ粉末を
、全体に対して3〜30容積チになるように配合、混合
し、この混合粉を、成形温度1900〜2000℃の範
囲内の温度、成形圧100 Ff/cd以上でホットプ
レスして固相焼結することを特徴とする、炭化珪素−ア
ルミナ複合焼結体の製造方法であるので、特殊な設備を
要することなく、前記第1の発明に基く高温での機械的
強度と耐熱衝撃性とに優れた炭化珪素−アルミナ複合焼
結体を容易に製造することができる。Further, the second aspect of the present invention is to blend and mix alumina powder with an average particle size of 2 to 25 μm to silicon carbide powder with an average particle size of 1 μm or less so that the total volume is 3 to 30 μm. , a silicon carbide-alumina composite sintered body, characterized in that this mixed powder is hot-pressed and solid-phase sintered at a molding temperature within the range of 1900 to 2000°C and a molding pressure of 100 Ff/cd or more. Since this is a manufacturing method, the silicon carbide-alumina composite sintered body having excellent high-temperature mechanical strength and thermal shock resistance based on the first invention can be easily manufactured without requiring special equipment. can.
図面は本発明に基く炭化珪素−アルミナ複合焼結体のセ
ラミックス組織を示す倍率200倍の顕微鏡写真である
。
なお、図面に示された符号において、
l−φ・・炭化珪素マトリックス
2・・・・アルミナ粒子
である。The drawing is a micrograph at a magnification of 200 times showing the ceramic structure of the silicon carbide-alumina composite sintered body according to the present invention. In addition, in the symbols shown in the drawings, l-φ: silicon carbide matrix 2: alumina particles.
Claims (1)
るマトリックス中に、平均粒径2〜25μmのアルミナ
粒子が実質的に互に分離して3〜30容積%分散した組
織を有し、高温での機械的強度と耐熱衝撃性とに優れた
炭化珪素−アルミナ複合焼結体。 2 平均粒径1μm以下の炭化珪素粉末に平均粒径2〜
25μmのアルミナ粉末を全体に対して3〜30容積%
になるように配合、混合し、この混合粉を、成形温度1
900〜2000℃の範囲内の温度、成形圧100Kg
/cm^2以上でホットプレスして固相焼結することを
特徴とする、高温での機械的強度と耐熱衝撃性とに優れ
た炭化珪素−アルミナ複合焼結体の製造方法。[Scope of Claims] 1. Alumina particles having an average particle size of 2 to 25 μm are substantially separated from each other and dispersed in a volume % of 3 to 30% in a matrix consisting essentially of silicon carbide particles having an average particle size of 1 μm or less. A silicon carbide-alumina composite sintered body having a microstructure and excellent mechanical strength and thermal shock resistance at high temperatures. 2 Silicon carbide powder with an average particle size of 1 μm or less has an average particle size of 2~
25μm alumina powder 3-30% by volume of the whole
Blend and mix this mixed powder so that it becomes
Temperature within the range of 900-2000℃, molding pressure 100Kg
A method for producing a silicon carbide-alumina composite sintered body having excellent mechanical strength and thermal shock resistance at high temperatures, the method comprising hot pressing at a pressure of /cm^2 or higher and solid-phase sintering.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59240992A JPS61122164A (en) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | Silicon carbide-alumina composite sintered body and manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59240992A JPS61122164A (en) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | Silicon carbide-alumina composite sintered body and manufacture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61122164A true JPS61122164A (en) | 1986-06-10 |
JPH0535104B2 JPH0535104B2 (en) | 1993-05-25 |
Family
ID=17067709
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59240992A Granted JPS61122164A (en) | 1984-11-15 | 1984-11-15 | Silicon carbide-alumina composite sintered body and manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61122164A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6487552A (en) * | 1987-09-30 | 1989-03-31 | Koichi Niihara | Sic-al2o3 composite sintered body and its production thereof |
JP2012532823A (en) * | 2009-07-07 | 2012-12-20 | モーガン・アドヴァンスト・マテリアルズ・アンド・テクノロジー・インコーポレイテッド | Hard non-oxide or oxide ceramic / hard non-oxide or oxide ceramic composite hybrid article |
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-
1984
- 1984-11-15 JP JP59240992A patent/JPS61122164A/en active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0535104B2 (en) | 1993-05-25 |
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