JPS62216970A - 繊維強化Ｓｉ３Ｎ４セラミツクスの製造方法 - Google Patents
繊維強化Ｓｉ３Ｎ４セラミツクスの製造方法Info
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- JPS62216970A JPS62216970A JP61057060A JP5706086A JPS62216970A JP S62216970 A JPS62216970 A JP S62216970A JP 61057060 A JP61057060 A JP 61057060A JP 5706086 A JP5706086 A JP 5706086A JP S62216970 A JPS62216970 A JP S62216970A
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- Ceramic Products (AREA)
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。
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〕
本発明はセラミック繊維を含有した強度及び靭性に秀れ
たセラミックス成形体の製造方法に関する。
たセラミックス成形体の製造方法に関する。
セラミックスはその秀れた特性を利用し、電気的機能材
料、機械的構造材料として使用されている。ところが、
機械的特性を利用する場合、セラミックスのもつぜい性
のゆえに、突発的な破壊あるいは強度バラツキが大きい
といった問題があり、広く実用化されるには至っていな
い。
料、機械的構造材料として使用されている。ところが、
機械的特性を利用する場合、セラミックスのもつぜい性
のゆえに、突発的な破壊あるいは強度バラツキが大きい
といった問題があり、広く実用化されるには至っていな
い。
そのため、セラミックスの信頼性向上あるいは強度向上
のために種々の試みがなされてきた。
のために種々の試みがなされてきた。
特にＡＩｔ０３ 、ＺｒＯ，、ＳｉＯ，Ｂ１３Ｎ４を対
象として、成分をはじめ製造条件が詳細に検討されてい
る。さらに、繊維を含有させることで、強度向上を達成
することが試みられ、金属繊維、セラミックス繊維が検
討された。さらにまた、繊維種としては、セラミックウ
ィスカーを含有したセラミックスも検討されている。例
えば、特開昭５８−１０４０／１９号公報には、繊維状
炭化ケイ素を分散させた窒化ケイ素焼結体が提案されて
いる。
象として、成分をはじめ製造条件が詳細に検討されてい
る。さらに、繊維を含有させることで、強度向上を達成
することが試みられ、金属繊維、セラミックス繊維が検
討された。さらにまた、繊維種としては、セラミックウ
ィスカーを含有したセラミックスも検討されている。例
えば、特開昭５８−１０４０／１９号公報には、繊維状
炭化ケイ素を分散させた窒化ケイ素焼結体が提案されて
いる。
しかしながら、これらの試みも、成分製造条件の検討で
は未だ十分な成果が得られておらず、まだ繊維の複合化
についてもコストが高く、均一分散が難しいといった問
題が指摘されている。
は未だ十分な成果が得られておらず、まだ繊維の複合化
についてもコストが高く、均一分散が難しいといった問
題が指摘されている。
さらに繊維の存在は緻密化を阻害することが指摘されて
いる。
いる。
本発明はこのような従来法の問題点を解決し、高温強度
、靭性、信頼性に秀れたセラミック複合体を、効率良く
生産可能とする新規な製造方法の提供を目的として、な
されたものである。
、靭性、信頼性に秀れたセラミック複合体を、効率良く
生産可能とする新規な製造方法の提供を目的として、な
されたものである。
本発明者らは上記の状況に鑑みて、高温強度、靭性、信
頼性に秀れたセラミックスを得るために種々検討した結
果、セラミックス繊維を均一に分散した複合組成物が極
めて秀れた性能を示し、特にＳｉ３Ｎ、をマトリックス
とし、セラミックス繊維の組み合わせで秀れた性能を得
ること、またセラミックス繊維を分散させるために、Ｓ
ｉとセラミック繊維全分散させ、Ｓｉを窒化することで
Ｓ ｉ、Ｎ、 とする方法がより緻密な焼結体を得る
に効果が大きいことを見出した。
頼性に秀れたセラミックスを得るために種々検討した結
果、セラミックス繊維を均一に分散した複合組成物が極
めて秀れた性能を示し、特にＳｉ３Ｎ、をマトリックス
とし、セラミックス繊維の組み合わせで秀れた性能を得
ること、またセラミックス繊維を分散させるために、Ｓ
ｉとセラミック繊維全分散させ、Ｓｉを窒化することで
Ｓ ｉ、Ｎ、 とする方法がより緻密な焼結体を得る
に効果が大きいことを見出した。
すなわち本発明はセラミックス繊維を均一に分散したＳ
ｉの成形体を得、次に該成形体を窒素雰囲気中で加熱窒
化することを特徴とする繊維強化Ｅｌ １３Ｎ４焼結体
の製造方法である。本発明の特に好ましい実施態様とし
ては、セラミック繊維がウィスカーである上記方法及び
、Ｅｌｉ粉末とセラミックス繊維とを、溶媒中に分散さ
せることによシ得たスラリーを、該溶媒のみを透過する
型に入れ、遠心力を作用させることによって、上記型内
面に平行に繊維の配向したＳｉ成形体を得る上記方法が
挙げられる。
ｉの成形体を得、次に該成形体を窒素雰囲気中で加熱窒
化することを特徴とする繊維強化Ｅｌ １３Ｎ４焼結体
の製造方法である。本発明の特に好ましい実施態様とし
ては、セラミック繊維がウィスカーである上記方法及び
、Ｅｌｉ粉末とセラミックス繊維とを、溶媒中に分散さ
せることによシ得たスラリーを、該溶媒のみを透過する
型に入れ、遠心力を作用させることによって、上記型内
面に平行に繊維の配向したＳｉ成形体を得る上記方法が
挙げられる。
本発明のセラミックス成形体は実質上、セラミックスマ
トリックスと該マトリックス中に一定の方向性をもち、
均一に分散分布したセラミックス繊維からなる。
トリックスと該マトリックス中に一定の方向性をもち、
均一に分散分布したセラミックス繊維からなる。
本発明においてセラミックスマトリックスは、Ｂ ｉｓ
Ｎ、 を主成分とするが、まずＳｉ とセラミックス繊
維の混合成分体を得たのち、Ｓｉの窒化によってＳｉ、
Ｎ、とする。公知の方法では、Ｓｉ、Ｎ、 とセラミ
ックス繊維の混合した成形体を得た後、緻密化が行われ
るが、本発明においては、上記緻密化時の体積収縮をさ
けるために、Ｉ３１の窒化によって緻密化するのでるる
。すなわち、繊維の存在した成形体は繊維の寸法変化が
ないため緻密化し難いため、本発明は成形体の寸法変化
なしで緻密化するのである。
Ｎ、 を主成分とするが、まずＳｉ とセラミックス繊
維の混合成分体を得たのち、Ｓｉの窒化によってＳｉ、
Ｎ、とする。公知の方法では、Ｓｉ、Ｎ、 とセラミ
ックス繊維の混合した成形体を得た後、緻密化が行われ
るが、本発明においては、上記緻密化時の体積収縮をさ
けるために、Ｉ３１の窒化によって緻密化するのでるる
。すなわち、繊維の存在した成形体は繊維の寸法変化が
ないため緻密化し難いため、本発明は成形体の寸法変化
なしで緻密化するのである。
本発明において、セラミックス繊維としては、長線路も
しくは短繊維のいずれであっても適用できるが、特にウ
ィスカーが混合性の点から好ましい。また、ウィスカー
は十分に分散されたものを使用する必要がある。セラミ
ックス繊維としては、例えばＩｈ１ｚＯＢ 、 ５ｉＪ
４ 、 ＳｉＯ、Ｏ、チタン酸カリウムｒ ＺｒＯ２等
が挙げられるが、特にＳｉＯウィスカーは、Ｓｉｉ、Ｎ
、マトリックスに対しなじみが良く、最も秀れた結果が
得られ好ましい。また、セラミックス繊維の量としては
、Ｑ、１体積パーセントから４５体積パーセントが必要
である。
しくは短繊維のいずれであっても適用できるが、特にウ
ィスカーが混合性の点から好ましい。また、ウィスカー
は十分に分散されたものを使用する必要がある。セラミ
ックス繊維としては、例えばＩｈ１ｚＯＢ 、 ５ｉＪ
４ 、 ＳｉＯ、Ｏ、チタン酸カリウムｒ ＺｒＯ２等
が挙げられるが、特にＳｉＯウィスカーは、Ｓｉｉ、Ｎ
、マトリックスに対しなじみが良く、最も秀れた結果が
得られ好ましい。また、セラミックス繊維の量としては
、Ｑ、１体積パーセントから４５体積パーセントが必要
である。
すなわち［ｌＬ１体積パーセント未満では添加効果がみ
られず、４５体積パーセントを越えると繊維鎗が多くて
均一な分散を得ることが困難なためである。
られず、４５体積パーセントを越えると繊維鎗が多くて
均一な分散を得ることが困難なためである。
次に成形体の作製方法としては、例えば、Ｓｉ粉末とセ
ラミックス繊維の混合はスラリー状態で行ない、該スラ
リーを型内に遠心鋳込みすることにより成形する方法が
挙げられる。この方法は、セラミックス繊維、維を均一
に分散させ、配向性を与え、また高能率に成形すること
が可能である。なお、Ｓｉ粉末とセラミックス繊維を混
合してスラリーとする溶媒は、例えば水、アルコール、
アセトン、ヘキサン等が挙げられる。
ラミックス繊維の混合はスラリー状態で行ない、該スラ
リーを型内に遠心鋳込みすることにより成形する方法が
挙げられる。この方法は、セラミックス繊維、維を均一
に分散させ、配向性を与え、また高能率に成形すること
が可能である。なお、Ｓｉ粉末とセラミックス繊維を混
合してスラリーとする溶媒は、例えば水、アルコール、
アセトン、ヘキサン等が挙げられる。
第１図は遠心鋳込み成形装置の１例の概略図であり、密
閉容器１の内部に、回転部ｍ装置２にて回転可能な鋳型
５が設けられており、上記容器１内部は、配管４全通し
て、図示てれていない真空ポンプにより、真空吸引する
ことができる。上記鋳型３としては４焼結体材料５乙含
有するスラリー６の溶媒のみが透過可能な素材、例えば
、石こう、ろ紙等により構成され、特にこれら石こうや
ろ紙については、鋳型製造が容易であり、しかも価格も
安価であることから好適である。鋳込みに際し、減圧雰
囲気を利用することも好ましい結果を得ることができる
。なお第１図は遠心力によりミスラリ−６から焼結体材
料５が鋳型Ｓ内壁に成形されつつある状態を示している
。
閉容器１の内部に、回転部ｍ装置２にて回転可能な鋳型
５が設けられており、上記容器１内部は、配管４全通し
て、図示てれていない真空ポンプにより、真空吸引する
ことができる。上記鋳型３としては４焼結体材料５乙含
有するスラリー６の溶媒のみが透過可能な素材、例えば
、石こう、ろ紙等により構成され、特にこれら石こうや
ろ紙については、鋳型製造が容易であり、しかも価格も
安価であることから好適である。鋳込みに際し、減圧雰
囲気を利用することも好ましい結果を得ることができる
。なお第１図は遠心力によりミスラリ−６から焼結体材
料５が鋳型Ｓ内壁に成形されつつある状態を示している
。
しかしながら、本発明においてセラミックス繊維が均一
に分散分布したＳｉの成形体を得る方法は、上記遠心鋳
込み成形法に限定されるものではなく、常法の泥しよう
鋳込み成形法あるいは乾式型押成形法等による成形も可
能である。
に分散分布したＳｉの成形体を得る方法は、上記遠心鋳
込み成形法に限定されるものではなく、常法の泥しよう
鋳込み成形法あるいは乾式型押成形法等による成形も可
能である。
以上のようにして得られた該成形体は、通常のＥｌ ｉ
、Ｎ４ 反応焼結条件によって焼結されるが、好ましく
は、温度１５００〜１４５０℃にて窒素ガス雰囲気中で
反応焼結する。
、Ｎ４ 反応焼結条件によって焼結されるが、好ましく
は、温度１５００〜１４５０℃にて窒素ガス雰囲気中で
反応焼結する。
実施例１゜
平均粒径が０５μ、長さ５０μのＥｌｉＯウィスカーを
１５重量バーセント、モ均粒径０．５μの８１粉末に添
加し、水を溶媒として８時間混合し、ＳｉとＳｉＣウイ
スカーからなるスラリーを作成した。得られたスラリー
は、石こう型を用いた遠心鋳込み成形を行って、外径３
０瓢、内径２０鱈、長さ６０箇の成形体を得た。該成形
体を４００℃にて３日間乾燥し、さらに１５５０℃、窒
素気流中にて、８時間反応焼結し、密度２．９０の焼結
体を得た。
１５重量バーセント、モ均粒径０．５μの８１粉末に添
加し、水を溶媒として８時間混合し、ＳｉとＳｉＣウイ
スカーからなるスラリーを作成した。得られたスラリー
は、石こう型を用いた遠心鋳込み成形を行って、外径３
０瓢、内径２０鱈、長さ６０箇の成形体を得た。該成形
体を４００℃にて３日間乾燥し、さらに１５５０℃、窒
素気流中にて、８時間反応焼結し、密度２．９０の焼結
体を得た。
該焼結体はＳｉＯウィスカーが層状に配向した組織を有
し、室温曲げ強度が６０ ｋｇ ／ ｗ ”、１２００
℃曲げ強度が’１５ｋｇ／ｗ” と秀れた高温強度が達
成された。また、シャルピー衝撃値０．５ゆ／（＝ と
、ウィスカーを含まないＥｌ ｉ、Ｎ。
し、室温曲げ強度が６０ ｋｇ ／ ｗ ”、１２００
℃曲げ強度が’１５ｋｇ／ｗ” と秀れた高温強度が達
成された。また、シャルピー衝撃値０．５ゆ／（＝ と
、ウィスカーを含まないＥｌ ｉ、Ｎ。
０５倍以上の値を得た。なお、Ｓｉ、Ｎ、 の通常焼
結体は密度工１５、室温曲げ強度７５に９／ｍ”、１２
００℃曲げ強度５５に９／、２であり、これと比較する
と、本発明により得られた複合セラミックスの特性の秀
れていることが明らかに理解できる。
結体は密度工１５、室温曲げ強度７５に９／ｍ”、１２
００℃曲げ強度５５に９／、２であり、これと比較する
と、本発明により得られた複合セラミックスの特性の秀
れていることが明らかに理解できる。
実施例λ
実施例１にて得たスラリーを乾燥後、機械プレスで型押
し、幅５０−１長さ５０■、高さ２０憾の成形体を得た
。該成形体は密度２．８５、室温曲げ強度５０ゆ／ ｙ
Ｂ” 、１２００℃曲げ強度６５ｋｇ／鱈！、シャルピ
ー衝撃値［１５ｋｇ／ ｃｍ ”と、やはり通常の５１
３Ｎ４焼結体に比し秀れた高温強度を達成していた。
し、幅５０−１長さ５０■、高さ２０憾の成形体を得た
。該成形体は密度２．８５、室温曲げ強度５０ゆ／ ｙ
Ｂ” 、１２００℃曲げ強度６５ｋｇ／鱈！、シャルピ
ー衝撃値［１５ｋｇ／ ｃｍ ”と、やはり通常の５１
３Ｎ４焼結体に比し秀れた高温強度を達成していた。
以上説明したとおり、本発明は強度の大きいセラミック
ス繊維を均一に分散し、かつ成形体作製後に８１ を反
応焼結してＳ ｉ、Ｎ、として緻密な焼結体を得ること
により、高温強度と靭性、衝撃値の高い繊維強化８１３
Ｎ４焼結体を得るという効果を奏する。本発明による該
焼結体（セラミック成形体）は、特に高温強度と靭性が
要求される例えばエンジン部材等の高温構造材料として
非常に有用なものであり、従来のセラミックスでは高温
性能が不十分なため実用化不能であった用途にも、その
適用の可能性を拡げるものである。
ス繊維を均一に分散し、かつ成形体作製後に８１ を反
応焼結してＳ ｉ、Ｎ、として緻密な焼結体を得ること
により、高温強度と靭性、衝撃値の高い繊維強化８１３
Ｎ４焼結体を得るという効果を奏する。本発明による該
焼結体（セラミック成形体）は、特に高温強度と靭性が
要求される例えばエンジン部材等の高温構造材料として
非常に有用なものであり、従来のセラミックスでは高温
性能が不十分なため実用化不能であった用途にも、その
適用の可能性を拡げるものである。
第１図は遠心鋳込成形装置の１例を概略説明する断面図
である。
である。
Claims (3)
- （１）セラミックス繊維を均一に分散したＳｉの成形体
を得、次に該成形体を窒素雰囲気中で加熱窒化すること
を特徴とする繊維強化Ｓｉ＿３Ｎ＿４焼結体の製造方法
。 - （２）Ｓｉ粉末とセラミックス繊維とを溶媒中に分散さ
せることにより得たスラリーを、該溶媒のみを透過する
型に入れ、遠心力を作用させることによつて上記型内面
に平行に繊維の配向したＳｉ成形体を得る特許請求の範
囲第（１）項記載の繊維強化Ｓｉ＿３Ｎ＿４焼結体の製
造方法。 - （３）セラミックス繊維がウィスカーである特許請求の
範囲第（１）項又は第（２）項のいずれかに記載の繊維
強化Ｓｉ＿３Ｎ＿４焼結体の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61057060A JPH0617269B2 (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 繊維強化Ｓｉ▼下３▲Ｎ▼下４▲焼結体の製造方法 |
| EP92106058A EP0494706B1 (en) | 1986-03-17 | 1987-03-05 | A process for the production of a fibre or whisker reinforced ceramic compact |
| DE3751385T DE3751385T2 (de) | 1986-03-17 | 1987-03-05 | Verfahren zur Herstellung eines mit Fasern oder Whiskern verstärkten, keramischen Körpers. |
| DE8787301911T DE3786105T2 (de) | 1986-03-17 | 1987-03-05 | Kompakter keramischer koerper, insbesondere auf basis von siliciumnitrid und keramischen fasern und sein herstellungsverfahren. |
| EP87301911A EP0240177B1 (en) | 1986-03-17 | 1987-03-05 | Ceramic compact, in particular based on silicon nitride and ceramic fibres and process for its production |
| KR1019870002333A KR890002247B1 (ko) | 1986-03-17 | 1987-03-16 | 세라믹 소결체 및 그 제조방법 |
| US07/453,158 US4994418A (en) | 1986-03-17 | 1989-12-18 | Ceramic compact and a process for the production of the same |
| US07/602,851 US5262366A (en) | 1986-03-17 | 1990-10-26 | Formation of a ceramic composite by centrifugal casting |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61057060A JPH0617269B2 (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 繊維強化Ｓｉ▼下３▲Ｎ▼下４▲焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62216970A true JPS62216970A (ja) | 1987-09-24 |
| JPH0617269B2 JPH0617269B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=13044898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61057060A Expired - Lifetime JPH0617269B2 (ja) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | 繊維強化Ｓｉ▼下３▲Ｎ▼下４▲焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0617269B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62226862A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-05 | 株式会社 香蘭社 | 繊維強化セラミツク |
| US5141579A (en) * | 1990-01-31 | 1992-08-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ProducingSi3 N4 composite by sheeting a mixture of Si3 N.sub. |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56169166A (en) * | 1980-05-26 | 1981-12-25 | Toshiba Ceramics Co | Manufacture of porous refractories for gas blowing in |
| JPS5861073A (ja) * | 1981-09-08 | 1983-04-11 | ロ−ベルト・ボツシユ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 固定連結された車輪を有する車輛を操縦するための方法および装置 |
-
1986
- 1986-03-17 JP JP61057060A patent/JPH0617269B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56169166A (en) * | 1980-05-26 | 1981-12-25 | Toshiba Ceramics Co | Manufacture of porous refractories for gas blowing in |
| JPS5861073A (ja) * | 1981-09-08 | 1983-04-11 | ロ−ベルト・ボツシユ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング | 固定連結された車輪を有する車輛を操縦するための方法および装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62226862A (ja) * | 1986-03-27 | 1987-10-05 | 株式会社 香蘭社 | 繊維強化セラミツク |
| US5141579A (en) * | 1990-01-31 | 1992-08-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ProducingSi3 N4 composite by sheeting a mixture of Si3 N.sub. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0617269B2 (ja) | 1994-03-09 |
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