JPS61266531A - Al2o3-al-si-type composite material - Google Patents
Al2o3-al-si-type composite materialInfo
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- JPS61266531A JPS61266531A JP60106935A JP10693585A JPS61266531A JP S61266531 A JPS61266531 A JP S61266531A JP 60106935 A JP60106935 A JP 60106935A JP 10693585 A JP10693585 A JP 10693585A JP S61266531 A JPS61266531 A JP S61266531A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
−の ！
この発明は、ＡｌｚＯ３−Ａｎ−８ｉ系の複合材に関す
る。[Detailed Description of the Invention] - of! The present invention relates to an AlzO3-An-8i based composite material.
１１二炎艶
アルミナ系セラミック材料は硬さ、機械的強度、耐熱性
、化学的安定性等に優れており、またＳｉＣやＳｔ ３
Ｎａのセラミック材料と比較しても耐熱性が劣ってお
らず、しかも安価に得られることから、工業用セラミッ
ク材料として広く用いられている。11 Dual flame gloss alumina ceramic materials have excellent hardness, mechanical strength, heat resistance, chemical stability, etc.
It is widely used as an industrial ceramic material because it has no inferior heat resistance compared to Na ceramic materials and can be obtained at low cost.
従来、アルミナ系セラミック製品は、単結晶ファイバー
を除き、粉体を所定形状に成形したのちに焼成するか、
あるいは成形と焼成を同時に行うことによって製造して
いた。Traditionally, alumina-based ceramic products, except for single crystal fibers, have been made by molding powder into a predetermined shape and then firing it, or
Alternatively, they were manufactured by molding and firing at the same time.
第１図に示すように、従来のアルミナ系セラミック材料
は、単純形状をした粒状体１がマトリックスを構成して
いる。As shown in FIG. 1, in the conventional alumina ceramic material, simple-shaped granules 1 constitute a matrix.
ｌ゛シよ−と・る口
従来のアルミナ系セラミック材料には次のような欠点が
あった。Conventional alumina ceramic materials have the following drawbacks.
（１）硬いため加工性が劣る。(1) It is hard and has poor workability.
（２）脆性の強い材料であるため衝撃に弱い。(2) Being a highly brittle material, it is susceptible to impact.
一般的にいって、セラミック材料は破壊靭性値が金属に
比べ大１Ｊに劣っている。Generally speaking, the fracture toughness value of ceramic materials is inferior to that of metals by about 1 J.
（３）複雑形状の製品を精密に成形加工するのが困難で
ある。(3) It is difficult to precisely mold products with complex shapes.
（４）焼成温度が１５００〜１９００℃と高い。(4) The firing temperature is as high as 1500-1900°C.
（５〉焼成収縮が大きい。(5> Large firing shrinkage.
（６）耐熱衝撃性が小さい。(6) Low thermal shock resistance.
（７）金属に比べて潤滑性が劣っている。(7) Lubricity is inferior to metal.
このような欠点があるため、アルミナ系セラミック製品
は、多くの優れた基本的特性を有しながら、強度特性と
か機械的な信頼性が厳しく要求される構造材としては使
用が困難であった。Due to these drawbacks, although alumina ceramic products have many excellent basic properties, it has been difficult to use them as structural materials that require strict strength properties and mechanical reliability.
３岨
この発明は、前述のような従来技術の欠点を解消して、
強度特性や機械的な信頼性を低下させずに、しかも安価
に製造できるＡ Ｑ２０３−ＡＵ−８ｉ系の複合材を提
供することを目的としている。3. This invention solves the drawbacks of the prior art as described above, and
The object of the present invention is to provide an AQ203-AU-8i-based composite material that can be manufactured at low cost without deteriorating strength properties or mechanical reliability.
（７）ｕＬ
このような目的を達成するために、この発明は、ＳｉＯ
２を主成分とするガラス質ファイバーからなるプリフォ
ーム成形体を高１４ｉ麿のＡＩ！融液中に浸漬して、ｌ
）とＳｉＯ２を反応させてなるＡ９２０３−１！−８ｉ
系の複合材を要旨としている。(7) uL In order to achieve such an objective, this invention
A preform molded body made of glass fiber whose main component is AI! immersed in the melt, l
) and SiO2 are reacted to form A9203-1! -8i
The main focus is on composite materials of the system.
ロ するための
第２図は、この発明によるＡｌ２０ｓ −Ａ（！−３ｉ
系複合拐の微細構造を示す断面図で、第３図はその複合
材の切断面（ダイヤモンドペーストによる研磨面）を示
す倍率８００倍の顕微鏡写真である。B) Figure 2 shows the Al20s-A(!-3i
This is a cross-sectional view showing the microstructure of the composite material, and FIG. 3 is a micrograph at a magnification of 800 times showing the cut surface (polished surface with diamond paste) of the composite material.
第２〜３図からも明らかなように、この発明によるＡｉ
ｚＯ３−Ａｌ−８ｉ系の複合材は、Ａ ｂ Ｏ３の複雑
形状の長尺体３が互いに連結されて連続することにより
全体として７１−リックスを構成し、そのマトリックス
にＡｌとＳｌの固溶体４が密に設けられている。As is clear from FIGS. 2 and 3, Ai according to the present invention
The zO3-Al-8i-based composite material constitutes a 71-lix as a whole by connecting and continuous A b O3 long bodies 3 with a complex shape, and a solid solution 4 of Al and Sl in the matrix. It is set up closely.
第４〜６図は、それぞれ、本発明による複合材からＡｌ
とＳｉの固溶体４を完全に除去してＡ ９２０３のマト
リックスのみを示す倍率１０００倍、２０００倍および
７０００倍の顕微鏡写真である。Figures 4-6 respectively show Al from the composite according to the present invention.
These are micrographs at magnifications of 1000x, 2000x, and 7000x showing only the matrix of A 9203 with the solid solution 4 of Si and Si completely removed.
第４〜６図からも明白なように、Ａ Ｑ２０３の長尺体
３からなる７トリツクスは、全体として三次元網状にな
っている。Ａ Ｑ２０ ｇの長尺体３が種々の三次元方
向にランダムに向くように不規則に配置されている。し
かも、Ａ９２０３の長尺体３は規則的な一定形状でなく
不規則な形状をしていて、各々が比較的偏平になってい
る。As is clear from FIGS. 4 to 6, the seven trixes made up of the elongated bodies 3 of AQ203 form a three-dimensional network as a whole. A Q20 g elongated bodies 3 are irregularly arranged so as to be randomly oriented in various three-dimensional directions. Moreover, the elongated bodies 3 of A9203 have irregular shapes rather than regular shapes, and are each relatively flat.
なお、この明細書ではｒ Ａ １１２０３−Δ９−８ｉ
系」という表現は最も広義に使用しており、ＡｈＯｇ、
Ａｌおよび３ｉが主成分であることを意味し、主成分以
外の未反応のＳｉｏ２を含むこともありうるものであり
、すべて本発明の範囲に入る。In addition, in this specification, r A 11203-Δ9-8i
The expression "system" is used in the broadest sense, and AhOg,
This means that Al and 3i are the main components, and unreacted Sio2 other than the main components may be included, all of which are within the scope of the present invention.
この発明による複合材の製造方法について述べると、ま
ずＳｉＯ２を主成分とするガラス質ファイバーを所望の
形状に成形して、プリフォーム成形体をつくる。必要に
応じて所望の形状に加工する。そして、そのようなプリ
フォーム成形体を減圧下または不活性雰囲気下で高純度
のへ９融液中に浸漬し、
４Ａｌ ＋３Ｓｉ ０２→２Ａ９２０３＋３Ｓｉの式に
従ってＡｌとＳｉＯ２を反応させ、プリフォーム成形体
中のＳｉＯ２をＡ ９２０３に置換する。その結果、複
合体ができる。その後、Ａ９融液から複合体を取り出し
、さらに、Ａｌ＠液の温度よりも３０〜２００℃高い湿
度（たとえば７８０〜９５０℃）で減圧中に加熱処理す
る。それにより、複合体に付着している過剰のＡ９融液
を揮散させるとともに、未反応のＳｉＯ２をＡｌと反応
させる。しかも、複合体中に残留している歪みを除去す
る。To describe the method for manufacturing a composite material according to the present invention, first, a glass fiber containing SiO2 as a main component is molded into a desired shape to produce a preform molded body. Process into desired shape as necessary. Then, such a preform molded body is immersed in a high-purity He9 melt under reduced pressure or an inert atmosphere, and Al and SiO2 are reacted according to the formula 4Al + 3Si 02 → 2A9203 + 3Si, and the preform molded body is heated. of SiO2 is replaced with A9203. The result is a complex. Thereafter, the composite is taken out from the A9 melt and further heat-treated under reduced pressure at a humidity 30 to 200° C. higher than the temperature of the Al@ liquid (for example, 780 to 950° C.). As a result, excess A9 melt adhering to the composite is volatilized, and unreacted SiO2 is reacted with Al. Furthermore, any remaining distortion in the composite is removed.
以上の製法で得られたＡｆｆｚＯｓ −Ａｌ −８ｉ系
複合材の組成は、プリフォーム成形体のＡ９融液での浸
漬時間を変化させることによって調節することができる
。たとえば、浸漬時間が経過するとともにＡｌによって
還元生成した３ｉがＡ９溶融液に溶けるので、浸漬時間
が長くなると、それだけＳｉの含有量が減少するのであ
る。The composition of the AffzOs-Al-8i composite material obtained by the above manufacturing method can be adjusted by changing the immersion time of the preform molded body in the A9 melt. For example, as the immersion time elapses, 3i produced by reduction by Al dissolves in the A9 melt, so the longer the immersion time, the more the Si content decreases.
支ｉ九
第７図はこの発明によるＡｆｆｚＯｓ −Ａｌ −８：
系の複合材を製造するための反応炉の一例の概略を示し
ている。Figure 7 shows AffzOs-Al-8 according to the present invention:
1 schematically shows an example of a reactor for producing a composite material of the system.
石英ガラス製の反応容器１は上部が開放されていて、下
方部が閉じられている。その内部には高純度カーボン製
のルツボ２が配置しである。反応容器１の上部にはシャ
ッター３が設けである。シャッター３の上部には出入れ
部分４が設けである。出入れ部分４の側部には別のシャ
ッター５が設けである。出入れ部分４とシャッター３を
貫通して線状の保持器６が垂直に配装できるようになっ
ている。The reaction vessel 1 made of quartz glass is open at the top and closed at the bottom. A crucible 2 made of high-purity carbon is arranged inside it. A shutter 3 is provided at the top of the reaction vessel 1. An entry/exit portion 4 is provided at the upper part of the shutter 3. Another shutter 5 is provided on the side of the access section 4. A linear retainer 6 can be vertically disposed by penetrating the access portion 4 and the shutter 3.
保持器６の上部は上下駆動機構１３に連結されていて、
昇降可能になっている。保持器６の下方部はプリフォー
ム成形体７を保持するようになっている。The upper part of the retainer 6 is connected to the vertical drive mechanism 13,
It is possible to go up and down. The lower part of the holder 6 is adapted to hold a preform molded body 7.
また、反応容器１の上方側部には排気口８が形成してあ
って、真空ポンプ９に接続しである。Further, an exhaust port 8 is formed in the upper side of the reaction vessel 1 and is connected to a vacuum pump 9.
さらに、反応容器１の外側にはヒータ１０が螺旋状に配
置しである。ヒータ１０は、ルツボ２付近に比較して、
そこよりも上方のところで密に配装して、ルツボ２の上
方でより高温に加熱しろるようになっている。その高温
加熱領域に高純度カーボン製のバイブ１１が配置しであ
る。Furthermore, a heater 10 is arranged spirally outside the reaction vessel 1. Compared to the vicinity of the crucible 2, the heater 10 is
The crucible 2 is densely arranged above that point so that it can be heated to a higher temperature above the crucible 2. A vibrator 11 made of high-purity carbon is placed in the high-temperature heating region.
符号１２はルツボ２に収容されている純度９９．９％の
Ａ９融液を示している。Reference numeral 12 indicates an A9 melt with a purity of 99.9% housed in the crucible 2.
なお、ルツボ２やバイブ１１を支持するための手段は図
の簡略をはかるため図示を省略している。Note that means for supporting the crucible 2 and the vibrator 11 are not shown in order to simplify the drawing.
製造にあたっては、まず円筒状のプリフォーム成形体７
をつくる。すなわち、ＳｉＯ２を主成分とするガラス質
ファイバー（たとえば石英ガラス製のファイバー束）に
よって円筒状のプリフォーム成形体７をつくる。そのあ
と、シャッター５を開けて、そのプリフォーム成形体７
を保持器６の下端に取りつけ、しかるのちシャッター５
を閉じる。つぎはシャッター３を開けて、保持器６の下
端を下降させることにより、そのようなプリフォーム成
形体７を１０〜１５Ｔｏｒｒの減圧下又は不活性雰囲気
下で８度９９．９％のＡｌ融液１２中に２０分だけ７５
０℃で浸漬し、
４Ａｌ ＋３Ｓｉ ０２→２Ａ！１ｌｚｏ３＋３８ｉの
式にしたがってＡ９とＳｉＯ２を反応させ、プリフォー
ム成形体７中のＳｉＯ２を△９２０３に置換し、複合体
を得る。その後、保持器６の下端を上昇させて、Ａｌ融
液１２から複合体を取り出し、さらに、バイブ１１のと
ころまで上界させて、そこでＡ９融液１２の温度よりも
３０〜２００℃高い温度（つまり７８０〜９５０℃）で
前述の減圧下で加熱処理する。In manufacturing, first a cylindrical preform molded body 7
Create. That is, a cylindrical preform molded body 7 is made from glass fibers containing SiO2 as a main component (for example, a fiber bundle made of quartz glass). After that, the shutter 5 is opened and the preform molded body 7 is opened.
is attached to the lower end of the retainer 6, and then the shutter 5
Close. Next, by opening the shutter 3 and lowering the lower end of the retainer 6, the preform molded body 7 is heated to an 8°C 99.9% Al melt under a reduced pressure of 10 to 15 Torr or under an inert atmosphere. 75 for just 20 minutes during 12
Immersed at 0℃, 4Al +3Si 02→2A! A9 and SiO2 are reacted according to the formula 1lzo3+38i, and SiO2 in the preform molded body 7 is replaced with Δ9203 to obtain a composite. Thereafter, the lower end of the retainer 6 is raised to take out the composite from the Al melt 12, and the temperature is further raised to the vibrator 11, where the temperature is 30 to 200°C higher than the temperature of the A9 melt 12 ( In other words, the heat treatment is performed at a temperature of 780 to 950° C. under the aforementioned reduced pressure.
そのあと、保持器６の下端をさらに上昇させることによ
り複合体を出入れ部分４まで上昇させ、シャッター３を
閉じる。そのあと、シャッター５を開け、複合体を保持
器６から除去する。Thereafter, by further raising the lower end of the holder 6, the composite is raised to the loading/unloading section 4, and the shutter 3 is closed. Thereafter, the shutter 5 is opened and the composite is removed from the holder 6.
１ｉ九Ｌ
プリフォーム成形体７をローラによってプレート状に加
圧成形してつくり、そのあとは実施例１と同様にして処
理する。1i9L The preform molded body 7 is pressure-molded into a plate shape using a roller, and then processed in the same manner as in Example 1.
Ｒ」し１カ」Ｌ
本発明によるＡｕｚＯａ −Ａｌ−８ｉ系の複合材は、
機械的強度、耐摩耗性が高いとともに、従来のセラミッ
ク材料に比較して靭性や潤滑性を大巾に向上させること
ができる。したがって、製品の大型化をはかつても、割
れの心配がなくなった。R"shi1ka"L The AuzOa-Al-8i based composite material according to the present invention is
It has high mechanical strength and wear resistance, and can greatly improve toughness and lubricity compared to conventional ceramic materials. Therefore, even if the product is made larger, there is no need to worry about cracking.
また、金属と比較すると、この発明によるＡ！２２０３
−Ａｌ−８ｉ系複合材の比重は大巾に小さい。Also, compared to metals, A! 2203
-The specific gravity of the Al-8i composite material is extremely small.
ｉｌ九
本発明によるＡｕｚＯａ−Ａｌｌ −８ｉ 系（１）複
合材は、靭性および軽微を必要とする航空機の構造材、
防弾チョッキ、戦車のそう甲板、ゴルフクラブのフェー
ス、バイオセラミックス等に最適である。The AuzOa-All-8i-based (1) composite material according to the present invention is a structural material for aircraft that requires toughness and light weight.
It is ideal for bulletproof vests, tank decks, golf club faces, bioceramics, etc.
また、本発明によるＡｌ２０３−Ａｌ −８ｔ系複合材
は、潤滑性と耐摩耗性がよいので、メカニカルシールや
、つり糸リングとしても最適である。Furthermore, the Al203-Al-8t composite material according to the present invention has good lubricity and wear resistance, so it is ideal for mechanical seals and suspension rings.
また、本発明（１）Ａｌ２０ｓ −Ａｌ −８ｉ 系複
合材は、Ａ９とＳｉを含有しているので、発熱体として
も使用可能である。Furthermore, since the Al20s-Al-8i composite material of the present invention (1) contains A9 and Si, it can also be used as a heat generating element.
第１図は従来のアルミナ系セラミック材料の微細構造を
示す断面図、第２図はこの発明によルＡｌ１２０３−Ａ
ｌ −８ｉ 系複合材（Ｄ微１１１Ｊ構造を示す断面図
、第３図はこの発明によるＡｂＯ３−Ａｌ−８ｉ系複合
材の微細構造の断面を示す顕微鏡写真、第４〜６図は第
３図に示した複合材のＡ Ｌｙ Ｏ３マトリツクスのみ
を示す互に倍率の異なる顕微鏡写真、第７図は本発明方
法を実施するための反応炉の一例を示す概略説明図であ
る。
１、、、、、反応容器
２、、、、、ルツボ
３．５０９．シャッター
４、、、、、出入れ部分
７、、、、、プリフォーム成形体
１２、、、、ＡＩｌ融液
第１図
第２図
ａｌろｊ′１４
第 ） 図
第、〜、 ｌ？４
公ｊ ６ ｆｆｉ、１１Fig. 1 is a cross-sectional view showing the microstructure of a conventional alumina ceramic material, and Fig. 2 is a cross-sectional view showing the microstructure of a conventional alumina ceramic material.
l-8i based composite material (A cross-sectional view showing the D micro 111J structure, FIG. 3 is a micrograph showing a cross section of the microstructure of the AbO3-Al-8i based composite material according to the present invention, and FIGS. 4 to 6 are FIG. FIG. 7 is a schematic explanatory diagram showing an example of a reactor for carrying out the method of the present invention. , Reaction vessel 2 , Crucible 3. 509. Shutter 4 , Input/output portion 7 , Preform molded body 12 , Al melt Figure 1 Figure 2 Al filter j'14th) Figure No., ~, l? 4 public j 6 ffi, 11
Claims (1)
らなるプリフォーム成形体を高純度のＡｌ融液中に浸漬
して、ＡｌとＳｉＯ＿２を反応させてなるＡｌ＿２Ｏ＿
３−Ａｌ−Ｓｉ系の複合材。(1) Al_2O_ which is formed by immersing a preform molded body made of glass fibers mainly composed of SiO_2 in a high-purity Al melt and causing Al and SiO_2 to react.
3-Al-Si composite material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106935A JPH0657860B2 (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Method for manufacturing Al2O3-Al-Si composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60106935A JPH0657860B2 (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Method for manufacturing Al2O3-Al-Si composite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61266531A true JPS61266531A (en) | 1986-11-26 |
| JPH0657860B2 JPH0657860B2 (en) | 1994-08-03 |
Family
ID=14446250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60106935A Expired - Lifetime JPH0657860B2 (en) | 1985-05-21 | 1985-05-21 | Method for manufacturing Al2O3-Al-Si composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0657860B2 (en) |
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