JPS62202872A - セラミツクス成形体およびその製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、セラミックスｍ維を含有したセラミックス
成形体と、その製造方法に関する。

〈従来の技術〉 従来より、セラミックスは、その優れた緒特性を利用し
て、電気的機能材料、機械構造材料等とし゛て広く使用
されている。

ところが、セラミックスは、硬度が高く非常に脆いので
、突発的に破壊したり、或いは強度のバラツキが大きい
という欠点があり、広く普及するまでには至っていない
。このため、セラミックスの信頼性向上、強度向上を目
的とした、種々の試みがなされている。

例えば、Ａｌ２ｏ３、ＺｒＯ３，ＳｉＣ。

Ｓｉ３Ｎ４等にて構成されるセラミックスについては、
成分、製造条件等の改良が試みられている。

また、ａＨを含有させることにより、強度の向上を図る
ことも試みられており、該セラミックスとして、金Ｂ’
ａＮセラミックスが検討されている。

さらに具体的には、繊維状ＳｉＣを分散させたＳｉ３Ｎ
４焼結体が提案されている（特開昭５８−１０４０６９
号公報参照）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、成分、製造条件の改良については、未だ充分な
成果が得られておらず、また、繊維の複合化については
、均７分散が困難であるとともに、コストが高くつくと
いう問題がある。−く目的〉 この光間は上記問題点に鑑みてなされたものであり、高
温強度、靭性、信頼性等の緒特性に優れるセラミックス
を得るのに好適なセラミックス成形体およびその製造方
法を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、第１の発明としてのセラ
ミックス成形体は、セラミックス繊維が含有されたセラ
ミックス盛形体であって、上記セラミックス繊維が、成
形体の外形に沿った一方向に配向されているものである
。ただし、上記セラミックス繊維としては、０．１〜５
０体積％含有されているものが好ましく、また、セラミ
ックス繊維としては、ウィスカーが好適である。

また、第２の発明としてのセラミックス成形体の製造方
法は、マトリックス成分としての粉末と、セラミックス
繊維とを、溶媒中に分散させてなるスラリーを、溶媒の
みが透過可能な鋳型とともに回転させて、セラミックス
繊維を軸方向に配向させた成形体を青るものである。

〈作用および発明の効果〉 上記の構成のセラミックス成形体によれば、セラミック
ス４１雑が、成形体の外形に沿った一方向に配向されて
いるので、これを常法によって焼結させることにより、
極めて高い高温強度と靭性とを具有する、優れた特性の
セラミックスを得ることができる。特に、セラミックス
繊維が、０．１〜５０体積％含有されているものについ
ては、緻密なセラミックス成形体を構成することができ
、さらに、セラミックス繊維としてウィスカーを採用す
る場合には、これを均一に分散させたセラミックス成形
体を構成することができる。

また、この発明のセラミックス成形体の製造方法によれ
ば、スラリーに遠心力を作用させて、鋳型を通して溶媒
を排出させるとともに、セラミックス４１維を、軸方向
に配向させて、所定形状のセラミックス成形体を成形す
ることができる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は、この考案のセラミックス成形体（１）を示す
断面図である。上記セラミックス成形体（１）は、実質
上セラミックスマトリックス（２）と、該マトリックス
【２）中に、一定の方向でもって均一に分散させたセラ
ミックスｍＮ（３１からなるものであり、図の場合、筒
状に形成されたセラミックス成形体（１）を示している
。

上記したセラミックスマトリックス（２］としては、Ａ
ｔ２０３、ＺｒＯ３、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４等のうちの１
＄ｊまたは２種以上の材料にて構成されており、しかも
、平均粒径が５μｎ以下の微粒子でもって構成されてい
る。このマトリックス（２は、目的に応じて適宜選択さ
れるが、特に、Ｓｉ３Ｎ４を選択した場合には、広範囲
の用途に適用することができる。なお、マトリックス（
２）として、Ａ１□０３、ＺｒＯ３、ＳｉＣを採用する
場合には、これら単体ではｌｌｌ密化し難いので、通常
、焼結助剤を添加しておく。

また、セラミックス繊維（３）については、セラミック
ス成形体（１）と同様、Ａ１□０３、ＺｒＯ３、Ｓ　ｉ
　Ｃ１Ｓ　ｒ　３　Ｎ４等にて構成されている。さらに
、セラミックス成形体（１）のうちのセラミックス繊維
（３）の占める体積比率としては、０．１〜５０％に設
定されている。これは、０．１％未満であると、その添
加効果が得られず、５０％を超えると、セラミックス成
形体（１）の緻密化が困難であるからである。そして、
上記セラミックスｇｉ維（３）の配向方向は、軸方向に
てセラミックス成形体（１）の外周部と平行となるよう
に設定されており、緻密なセラミックス成形体（１）と
して構成されている。即ち、この配向が不揃いであると
、緻密なセラミックス成形体（１）が得られず、しかも
強度も低いものとなる。

なお、セラミックス繊維（３）としては、長１１ｉ１ま
たはウィスカー等の短繊維が採用され、特にウィスカー
を採用する場合には、製造時においてセラミックス！１
１１（３１を、容易に分散させることができる。

そして、上記の構成のセラミックス成形体（１）を、常
法によって焼結させると、一定方向にセラミックス繊Ｈ
（３）が配列されているので、極めて高い高温強度と靭
性とを具有する、優れた特性のセラミックス焼結体を得
ることができる。

上記セラミックス成形体（１）は、セラミックスの製造
方法において般的に採用されているスリップキャスト法
を応用することにより、製造することができる。第２図
を参照してさらに詳述すると、第２図は、上記セラミッ
クス成形体（１）を製造するために使用される装置の概
略図であり、密閉容器（１０）の内部に、回転駆動装置
（１１）にて回転可能なな鋳型（１２）が設けられてお
り、上記容器（１０）内部は、配管（１２ａ）を通して
真空ポンプ（図示せず）により、真空吸引されている。

上記鋳型（１２）としては、後述するスラリー（１３）
の溶媒のみが透過可能な素材、例えば、石膏、ろ紙等に
より構成されており、特にこれら石膏やろ紙については
、鋳型製造が容易であり、しかも価格も姿価で済むこと
から好適である。

以上の構成の製造装置を使用してこの発明のセラミック
ス成形体（１）を製造するには、セラミックス成形体（
１）のマトリックス成分としての粉末と、上記したセラ
ミックス繊維（３）とを溶媒に分散させて僻られたスラ
リー（１３）を、鋳型（１２）の内部に注入し、該スラ
リー（１３）を、鋳型（１２）とともに回転させればよ
く、スラリー（１３）に対して遠心力を作用させること
により、鋳型（１２）を透して溶媒のみを外部へ排出さ
せるとともに、セラミックス繊維（３）を、軸方向に配
向させた状態で均一に分散させることができる。このよ
うに、セラミックス繊維（３）を、軸方向に配向させる
とともに、均一に分散させるには、スラリー（１３）に
遠心力を作用さぜることが不可欠である。なお、上記製
造方法においては、密閉容器（１０）内部を真空吸引し
ているので、より緻密なセラミックス成形体（１）を得
ることができる。

上記により得られたセラミックス成形体（１）は、焼結
されてさらに緻密化が達成されるが、特に熱間静圧プレ
ス等を使用する加圧焼結を行なうことによって、優れた
特性のセラミックス焼結体を得ることができる。また、
この発明のセラミックス成形体（１）を焼結して得られ
るセラミックスは、優れた強度と、靭性を具有する点で
、高温構造材料としての用途、例えばガスタービン構造
材等の用途に好適に使用することができる。

この発明のセラミックス成形体（１）としては、上記実
施例に限定されるものでなく、例えば、セラミックス繊
維（３）については、製造時における遠心力の作用方向
により、他の方向に配向させることも可能であり、また
、外形形状については、図示した円筒形状以外の種々の
形状で実施することができる。

く具体例１〉 α形５１３Ｎ４粉末を７５重咄％（平均粒径０．３岬、
焼結助剤としてＹ２Ｏ３を４重量％、ＭＣＪＯを１重量
％含有）、ＳｉＣウィスカー（直径０．３ｐ１長さ６０
声、アスベスト比２００）を２５重量％をそれぞれ水に
分散させて、第２図に示す装置を用いて、遠心力を作用
させた鋳込み成形を行ない、外径３０關、内径２０ｍｍ
、長さ６０ｎ＋ｍのセラミックス成形体（１）を得た。

このセラミックス成形体の断面を観察したところ、ウィ
スカーが軸方向に配向されていることが確認された。

上記セラミックス成形体を室温で３日間乾燥させた後、
１８００℃のチッ素ガス雰囲気中で、２時間焼結させた
。得られた焼結体から、３Ｘ４Ｘ４０ｍのテストピース
を切り出して、特性を測定したところ、 ■密度　　　３．０５　（１４ ■　室温三点曲げ強度　８０１１１Ｊ着■　１２００℃
曲げ強度　　７５に９台、■　破壊靭性Ｋ　Ｉ　Ｃ１２
８Ｎ／ｍ３／２と、従来では得られない高強度、高靭性
のセラミックスが得られた。なお、三点曲げは、３０ｍ
ｍスパンで行ない、破壊靭性は、）−１ｖ圧子圧入法（
荷重１０Ｋ（＋＞で行なった。

く具体例２〉 表に示す粗合せにて、セラミックスマトリックスとセラ
ミックスｍ維とを混合し、遠心力を作用させた鋳込み成
形を行なった。得られた各セラミックス成形体を、同表
に示す温度でそれぞれ焼結し、その特性を測定したとこ
ろ、いずれのセラミックスについても、優れた靭性を具
有するとともに、高温域においても優れた強度を発揮し
得ることが確認された。なお、比較のために、従来品に
ついての特性も、同表に示しである（試料陽６参照）。

ただし、表中の各マトリックスおよびウィスカーについ
ては、以下の通りである。

マトリックス ｉ３Ｎ４ α形Ｓｉ３Ｎ４粉、平均粒径０．３郷、Ｙ２Ｏ３を４１
ｆｉ＞％、ＭＣｌ０を１重量％含有。

ＳｉＣ β形ＳｉＣ粉、平均粒径０．５／／Ｉ、８１をそれぞれ
２．０重量％含有。

　　ｐｓｚ ＺｒＯ２−３モルＹ２Ｏ３粉。

Ｉ２Ｏ３ α形Ａ■２０３粉、平均粒径０．５μｍ、Ｍ（ｊＯを０
．２重石％含有。

ウィスカー ＳｉＣウィスカー 直径０．３μｍ、長さ６０＃ｌ１１ アスベスト比２００ Ｓｉ３Ｎ４ウィスカー 直径０．３μｍ、長さ６０μｍ、 アスベスト比２００゜ ＳｉＣ長繊維 直径０．５μめ、長さ１０００μｍ、 アスベスト比２０００゜ 〈発明の効果〉 以上のように、この発明のセラミックス成形体によれば
、セラミックス繊維が一方向に配向されているので、優
れた強度と靭性とを具有し、しかも高温強度が非常に強
く、高温構造材料として特に好適なものを提供できるこ
とになる。

また、上記セラミックス成形体の製造方法としても、遠
心力を利用するものであり、セラミックス繊維を一定方
向へ容易かつ均一に配向させ得るとともに、製造コスト
も安価で済むという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、セラミックス成形体の断面図、第２図は、製
造装置を示す概略図。 （１）・・・セラミックス成形体　（２）・・・マトリ
ックス（３）・・・セラミックス繊維

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セラミックス繊維が含有されたセラミックス成形体
   であつて、上記セラミックス繊維が、成形体の外形に沿
   った一方向に配向されていることを特徴とするセラミッ
   クス成形体。 ２、セラミックス繊維が、０．１〜５０体積％含有され
   ている上記特許請求の範囲第１項記載のセラミックス成
   形体。 ３、セラミックス繊維がウィスカーである上記特許請求
   の範囲第１項記載のセラミックス成形体。 ４、マトリックス成分としての粉末と、セラミックス繊
   維とを、溶媒中に分散させてなるスラリーを、溶媒のみ
   が透過可能な鋳型とともに回転させて、セラミックス繊
   維を軸方向に配向させた成形体を得ることを特徴とする
   セラミックス成形体の製造方法。 ５、溶媒のみが透過可能な鋳型として、石膏またはろ紙
   により構成された鋳型を用いる上記特許請求の範囲第４
   項記載のセラミックス成形体の製造方法。