JPS62226854A - 単相または多相のセラミツク成形体の製造法 - 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 本発明は、元素アルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコ
ニウム、ニオブ、タンタル、タングステンおよびモリブ
デンの酸化物、炭化物および／または窒化物からなる単
相または多相のセラミック成形体を、相応する粉末をプ
レスし、プレス加工物を１０００℃よりも高い温度で焼
結することにより製造する方法に関する。

従来の技術 たとえば高温度使用におけるセラミック成形体には、熱
安定性および等方性熱的特性の他に、特に成形体の６つ
の輪金てにおける機械的強度、たとえば曲げ強さおよび
亀裂靭性にとくに高度の要求が課せられる。この場合に
、殊に微少亀裂ならびに粉末の粒子境界面における結合
力がこれらの特性に対して極めて重要である。ふつう、
かかる成形体を装造するためには、特定の粒度ないしは
粒度分布および特定のＢＥＴ表面積のセラミック粉末を
、結合剤を用いるかまたは結合剤なしで圧縮し、次にプ
レス加工物を焼結し、その際焼結工程の際にプレス加工
物の収縮は、ＢＥＴ表面表面域少下に行われ、かつ同時
に粒子成長が生じる。ｇ８結の間のプレス加工物の収縮
は、好ましくない微少亀裂の形成ｆｔｘ起しうる、セラ
ミック成形体中の許容できない高い応力の原因の１つで
ある。その他に、多くの場合に焼結工程の後に粉末相互
の粒子境界面が鮮明であることが、常法で製造されたセ
ラミック成形体の１つの判断基準である。しかし、これ
らの組織構造は、全く明瞭に、成形体の機械的特性に、
しかもこれらが常に低い特性値を生じるような影＃を及
ぼす。

発明が解決しようとする問題点 したがって、本発明の課題は、焼結の−にできるだけ僅
かの微少亀裂が生じ、できるだけ僅かの粒子成長が行わ
れ、かつ鮮明な粒子境界面ができるだけ除かれるような
、元素アルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、
ニオブ、タンタル、タングステンおよびモリブデンの酸
化物、炭化物および／または菫化物からなる単相または
多相のセラミック成形体を、相応する粉末をプレスし、
プレス加工物を１０００℃よりも高い温度で焼結するこ
とにより製造する方法を開発することであった。

問題点を解決するための手段 かかるｌｌＡ題は、本発明によれば、粉末をプレスの前
に〉１ＱｃｅＶのエネルギーを有する高エネルギー放射
線に暴露することにより解決される。

好ましくは、粉末はイオンビームに暴露され、その際と
りわけ元素窒素、ケイ素、鉄、ニッケルおよびクロムの
イオンが有利であることが立証された。粉末’ｆｔ　１
０１６〜１０１８粒子／ｃＩｒＬ２の１址で照射し、そ
の際放射線のエネルギーが好ましくはｉｏｏ〜１５　Ｑ
　ｋｅＶである場合が、特に有利であることが判明した
。

粉末は、プレスする前に高エネルギー放射線で処理する
ことにより、活性化される。この場合に、高密度の（す
なわち実際には死焼結された）セラミック粉末も、重い
イオン、たとえば窒素イオンで衝撃することにより表面
帯域において約０．１μｍの侵入深さで欠陥を生じさせ
るか活性化することができ、その結果この縁部分におゆ
るｆｉｌｆｉｆは高められた内部エネルギーを有する十
分に非晶質の構造に変えられる。

上 これにより、既に半焼結された蕾な粉末をも、成形体の
製造のために使用することができる。

照射されたセラミック粉末はよりち密に圧縮することが
できるので、通常の方法では５０チまで達し５る焼結の
際の収縮が著しく減少する。

これにより、実際に微少亀裂は出現しない。活性化され
た粒子表面は一緒に焼結され、鮮明な粒子境界面はもは
や認めることができない。これにより、過度の粒子成長
は抑圧される。さもに、通常２０　ｍ２／Ｉよりも大き
いＢＥＴ表面積を有する活性化された表面は、焼結温度
の低下を可能にする。

イオンビームの他に、レーデ−ビームまたはその他の高
エネルギー放射線１たとえば電子ビームも、セラミック
粉末の活性化のために使用することができる。

多相のセラミック成形体の場合、活性化表面のため焼結
の際に混晶または新しい相が形成しうる・同様の効果は
、適当なイオンの打込みにより得ることもできる。

本発明による方法を用いると、機械的特性力ζ常法忙従
い製造された製品よりも十分にすぐれている、強力切削
分野のセラミック成形体が得られる。

本発明による方法を、次の実施例により詳説する： 実施例 例　　１ 酸化イツトリウム５ｎＣｆ％と均一に混合された、ＢＥ
Ｔ表面積１５　ｍ”／、！ｉ’の酸化ジルコニウム粉宋
音１ダイ中で７００　ｍｐａの圧力を用いて、Ω＝　１
０ｉｉｃ、）ｉ＝ａ　１２ｒｓｗの寸法を有する円筒に
圧縮し、その際材料の理論密度の６０％の圧縮体の未処
理密度が得られた。引き続きこのプレス加工物を、温度
１５００℃および焼結時間４時間で空気中で焼結した。

例　　２ これに対して平行して、例１による出発粉末を先行する
圧、縮なしに１５００°０で死焼し、次に加速器中で約
５　Ｑ　ｋｅＶの窒素イオンを用いて活性化し、その際
２・１７”１ｉｌＡイオン／ｃｒｎ”の用ｉｔ適用した
。その後に粉末をダイ中で同様に７００　ＭＰａで圧縮
し、その際理論値の８０チのプレス加工物の未処理音度
が得られた。引き続きこの圧縮体を前記のように焼結し
た。焼結の際にこの成形体はわずか１６容量チだけ、ｆ
Ｍ理論密度９６チの密度に収縮した。

破砕靭性、曲げ強さおよび弾性率に関する２つの成形体
の機械的特性の試験により、次の値が得られた： 例　　３ 酸化アルミニウム粉末および炭化チタン粉末を、例２に
記載したように、８・１０１６イオン／　ｃＩＬ”の用
１ｋを有する約４０　ｋｅＶのニアケルイオンで衝撃し
た。次に２つの粉末を混合し、圧縮し、１３００℃で焼
結し、その際イオン照射された層中で炭化チタンと酸化
アルミニウムとの移行部なしの結合が行われた。

例　　４ 例３と同様に、酸化アルミニウム粉末をニッケルイオン
で、炭化チタン粉末をクロムイオンでそれぞれ衝撃し、
そのｖＡｆａ量は５・１０１１粒子／ｃｒＩＬ２であっ
た。２つの粉末を混合し、混合物を圧縮し、次に焼結し
た。金属組織検査により、ニッケルおよびクロムが境界
Ｉ―で拡散により混晶を形成したことを明白に検出する
ことができた。

例　　５ 例６と同様に、酸化アルミニウム粉末に鉄を、炭化チタ
ン粉末にクロムをそれぞれ打込んだ。

この打込みの後に、２つの粉末を酸化処理したので、鉄
は酸化鉄に変えられ、クロルは酸化クロムに変換された
。プレスおよび焼結した後に、酸化アルミニウムと炭化
チタンとの間の相境界ニ、鉄−クロム−スピネルの構造
による明白に強固な結合が検出された。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、元素アルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム
   、ニオブ、タンタル、タングステンおよびモリブデンの
   酸化物、炭化物および／または窒化物からなる単相また
   は多相のセラミック成形体を、相応する粉末をプレスし
   、プレス加工物を１０００℃よりも高い温度で焼結する
   ことによ製造する方法において、 粉末をプレスの前に≧１０ＫｅＶのエネルギーを有する
   高エネルギー放射線に暴露することを特徴とする単相ま
   たは多相のセラミック成形体の製造法。 ２、粉末を、イオンビームに暴露する特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３、元素窒素、ケイ素、鉄、ニッケルおよびクロムのイ
   オンビームを使用する特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の方法。 ４、粉末を１０＾１＾６〜１０＾１＾８粒子／ｃｍ＾２
   の澱量で照射する特許請求の範囲第１項から第３項まで
   のいずれか１項記載の方法。 ５、放射線のエネルギーが１００〜１５０ＫｅＶである
   特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項記
   載の方法。