JPS6287471A - セラミツクス成形品の製造方法 - Google Patents

セラミツクス成形品の製造方法

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JPS6287471A
JPS6287471A JP61241192A JP24119286A JPS6287471A JP S6287471 A JPS6287471 A JP S6287471A JP 61241192 A JP61241192 A JP 61241192A JP 24119286 A JP24119286 A JP 24119286A JP S6287471 A JPS6287471 A JP S6287471A
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gas
ceramic
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ions
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ラム・バジャジ
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、粉末冶金技術によって、破砕強度特性が改善
されたセラミックス成形品を製造する方法に関する。
[従来の技術] 窒化珪素、炭化珪素、部分安定化ジルコニア、部分安定
化アルミナ等の構造セラミックス製品は、高温度におけ
る強度が高く、耐侵蝕性及び耐腐蝕性が良好であるため
、種々の型の熱機関(自動車、ガス・タービンなど)、
工具類、成形用ダイその他の部材として利用されている
。しかしながら、セラミックスに固有の脆弱性(破砕に
対する強度が低い)ために、その潜在的な応用分野は破
砕強度及び延性が改善された場合に予想される程広くな
いという問題がある。
セラミックスの破砕強度は次式で表される。
δf−K(C) −1/2 式中、Kcは破砕強度(クラックの伝播に対する抵抗性
)、Cは破損を招くクラックの限界寸法である。
上式かられかるように、割れ目の寸法分布が一定である
と、強度は破砕強度によって定まる。特に繰り返し熱処
理が望まれる場合には、破砕強度が改良されると、セラ
ミックスの使用が増えることは疑いがない。
エフ・エフ・ランデ(F、F、 Lange)  によ
りフィロソフィカル・マガジン (Philosophical Magazine)の
第22巻(1970年)、第983乃至992頁に「ク
ラック前面と二次相分散との相互作用」と題する和文で
提案され、ニー・ジー・エバンス(A、G。
Evans)によって開発され、フィロソフィカル・マ
ガジンにも第26巻(1972年)、 第1327乃至
1344頁に「二次相分散を持つ脆弱な材料の強度」と
題する和文で報告されているように、二次相の分散粒子
によりクラックをビン止め(pinning)すること
により、セラミックスの強度(硬度)及び破砕強度を増
すことがで籾る。このような技術思想は、クラック前面
が2種またはそれ以上の非同質物と作用を及ぼし合うと
、クラックの前面(即ち、クラックの伝播波動の先端部
)の長さが増すという観察結果に基づくものである。エ
バンスによって更に発展された理論の示すところによれ
ば、間隔をつめて配置された二次相粒子の存在によって
、破砕エネルギー(強度)は大幅に大きくなる。
中実の材料中に多数の空隙部を分散させることにより破
砕強度が改良されることは、ジー・エフ・バーレイ及び
エフ・ダブリュ・クリナート・ジュニア(G、F、 1
(urley and F、W。
C11nard Jr、)により、DOE/ER−00
48/1 (1981年)の第51頁〜57頁に「中性
子を照射したAl2O,、Mg八へ204及びY3Al
5O12の破砕強度及び硬度」と題する和文に報告され
ている。
彼等は、中性子を照射した単結晶アルミナ中では、破砕
強度が2倍に増大することを観察している。中性子照射
によって、列状に空隙部が形成される。彼等は、空隙部
が侵入不能な妨害物であると仮定した場合に予想される
破砕強度の予測値と実際の測定値とが良く一致すること
を確かめている。強靭性の高いセラミックスを製造する
技術として、中性子照射は、空隙部か形成されるためセ
ラミックスの破砕強度を増大させる方法として有用なも
のであるが、幾つかの欠点を持っている。即ち、費用か
嵩み、異方性の空隙部を形成し、材料を放射性にする。
[発明が解決しようとする問題点及び問題点解決のため
の手段] 従って、本発明は、粉末冶金法により破砕強度特性が向
上したセラミックス成形品を製造する方法であって、粒
子直径0.5乃至5マイクロメータのセラミックス粒子
を供給し、加速されたガス・イオンのビームを供給され
たセラミックス粒子に衝突させることによりセラミック
ス粒子にガス・イオンを打ち込んでガス・イオン含有セ
ラミックス粒子を形成させ、ガス・イオン含有セラミッ
クス粒子の周囲に圧力を加えて一定の形状にし、一定の
形状の形成物を少なくともaoo ’cの温度に加熱し
てガス・イオンからガスの泡を形成させ全体にほぼ均一
に分布したガスの泡を持つセラミックス成形品を得るこ
とを特徴とする方法に関する。
ガス・イオンは好ましくは炭化珪素、窒化珪素、安定化
ジルコニアまたは安定化アルミナ等のようなセラミック
ス粒子に衝突しセラミックス粒子に侵入する不活性ガス
(たとえばヘリウム)のイオンである。冷間均衡プレス
法(cold 1sostatic pressing
)によって安定化された形態にし、次いで結晶または熱
間均衡プレス法によってセラミックス成形品にするのが
よい。
セラミックス粒子は、珪素、ジルコニウム、アルミニウ
ム、マグネシウム及びイツトリウムの酸化物、窒化物、
硼化物及び炭化物またはSi八へONのようなその他の
複合セラミックス化合物であるのが望ましい。この種の
セラミックス組成物の側としては、窒化珪素、炭化珪素
、部分安定化ジルコニア、アルミナ、SiAl0N等を
挙げることができる。
セラミックス組成物は、粒子直径0.5乃至5マイクロ
メータ(μm)の粉砕された形で供給される。小さな固
体粒子の大きさは、はどほどのイオン・エネルギーで粒
子にガス・イオンを侵入させることができる大ぎさにす
る。
たとえばヘリウム、アルゴン、ネオンまたはクリプトン
等の不活性ガスを用いて粒子との化学反応が起こらない
よう予防するのが好ましいが、侵入または浸透させるガ
ス・イオンはセラミックス粒子に応じて変えることがで
きる。しかしながら、窒化物セラミックスを使用する場
合にはガス・イオン源として窒素を使用し、酸化物セラ
ミックスを使用する場合には、ガス・イオン源として酸
素を使用するようにするのがよい。真空下、室温で、好
ましくは粒子を揺動させながら、高エネルギーのガス・
イオンのビームを粒子に衝突させることにより、ガスイ
オンをセラミックス粒子に浸透させるのがよい。通常は
、数百にeVのガスイオンの加速ビームを用いて、セラ
ミックス粉末のイオン衝撃を行う。セラミックス材料の
粒度及び使用する加速ガスの種類に応じて、ビームのエ
ネルギーを変えることができるけれども、1501fe
Vのイオン・ビームを使用するのが好ましい。衝撃中、
公知の加速器を用い、回転カップ等の真空揺動装置を用
いて粒子を絶えず振り動かして全ての粉末粒子にイオン
・ビームが均一にあたるようにする。このために使用す
る回転カップは、たとえば、エル・アール・フライシャ
ー、ジエイ・ニー・スピッツナーゲル及びダブリュ・ジ
ェイ・チョイク(L、R,Flejscher、 J、
A。
Spjtznagel and W、J、 Choyk
e)により、C0NF−750989,第1I巻(19
76年)、第372頁〜386頁に「金属粉末のイオン
打ち込み及び熱間均衡プレスによる疑似CRT材料のヘ
リウム脆化」と題する和文中に記載されている。
ガス・イオンによるセラミックス粒子の衝撃は、製造さ
れるセラミックス成形品中に所望量のがスの泡か生ずる
に充分な量のイオンが粒子中に供給される時間続ける。
次に、望ましくは、最初は冷間圧縮により粒子を安定化
させ、次いで熱間圧縮または焼結を行うことにより、ガ
ス・イオン含有粒子を圧縮してセラミックス成形体にす
る。冷間圧縮工程では、供給されたガス・イオン含有粒
子の周囲に均等な圧力を印加することにより、室温でガ
ス・イオン含有粒子を圧縮成形する。ガス・イオン含有
粒子の冷間均等プレス加工によって、一様な形状に形成
され、これを引き続き熱間で圧縮する。好ましくは、理
論密度の65乃至80パーセントの密度に粒子を圧縮す
るに充分な圧力で冷間圧縮を行い、次の熱間プレス加工
を行う形にする。
次に、加圧しまたは圧力は加えずに、ガス・イオン含有
セラミックス粒子の熱間圧縮を行い、はぼ粒子の最大密
度に近くする。大気圧以上の圧力での熱間均衡プレス加
工または大気圧下での焼結は、高温度、即ち少なくとも
800℃の温度で行う。ガス・イオン含有粒子の成形体
の加熱及び圧縮により、成形品全体でガス・イオンによ
ってガスの泡が形成され、ガスの泡はセラミックス成形
品の全体に均一に分布する。
セラミックス成形品全体に均一に形成される不活性ガス
の泡のC/r。比は低くなければならない。ここで、2
Cは気泡と気泡との間の間隔であり、2r、)は気泡の
直径である。C/ro比が、0.1乃至5であるのが好
ましい。時間、温度及びセラミックス粒子中に存在する
ガス1ト イオンの量などの処理工程条件によってセラミックス物
品成形時の気泡の大ぎさを制御することができる。セラ
ミックス成形体中に分散しているガスの泡の大きさは、
直径約1マイクロメータ未満でなければならず、もっと
小さな気泡であるのが好ましく、直径100乃至400
オングストロームの大粗さの気泡であるのがよい。
本発明の工程の概略を添付の図面に示すが、直径0.5
乃至5マイクロメータのセラミックス粒子を供給しく工
程1)、それにガス・イオンを注入する(工程2)。 
ガス・イオン含有セラミックス粒子供給物を冷間圧縮し
て粒子を安定化させた形状にしく工程3)、次に加圧下
または圧力は印加しないで工程3の圧縮成形品を加熱し
てガスの泡(気泡)を含有するセラミックス成形品を得
る(工程4)。製品成形品(工程5として図示しである
)は、成形品全体にほぼ均一に分散し破砕強度を増大さ
せる不活性ガスの泡を含有するセラミックス成形品であ
る。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は、本発明方法の工程を示す工程図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、粉末冶金法により破砕強度特性が向上したセラミッ
    クス成形品を製造する方法であつて、粒子直径0.5乃
    至5マイクロメータのセラミックス粒子を供給し、加速
    されたガス・イオンのビームを供給されたセラミックス
    粒子に衝突させることによりセラミックス粒子にガス・
    イオンを打ち込んでガス・イオン含有セラミックス粒子
    を形成させ、ガス・イオン含有セラミックス粒子の周囲
    に圧力を加えて一定の形状にし、一定の形状の形成物を
    少なくとも800℃の温度に加熱してガス・イオンから
    ガスの泡を形成させ全体にほぼ均一に分布したガスの泡
    を持つセラミックス成形品を得ることを特徴とする方法
    。 2、ガス・イオンが、ヘリウム、アルゴン、ネオンまた
    はクリプトンのイオンであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の方法。 3、加圧下で加熱することにより、C/r_0比(2C
    が泡と泡との間の間隔、2r_0が泡の直径である)が
    0.1乃至5.0のセラミックス成形品を製造すること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項に記載
    の方法。 4、セラミックス粒子が、珪素、ジルコニウム、アルミ
    ニウム、マグネシウムまたはイットリウムの酸化物、窒
    化物、硼化物及び炭化物、並びにSiAlONの粒子ま
    たはこれらの混合物から成ることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項、第2項または第3項に記載の方 法。 5、セラミックス粒子が窒化珪素から成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第4項に記載の方法。 6、セラミックス粒子が炭化珪素から成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第4項に記載の方法。 7、セラミックス粒子が部分安定化ジルコニアから成る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の方法。 8、セラミックス粒子がアルミナから成ることを特徴と
    する特許請求の範囲第4項に記載の方法。 9、セラミックス粒子がSiAlONから成ることを特
    徴とする特許請求の範囲第4項に記載の方法。 10、成形体を大気圧以上の圧力で加熱することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項乃至第9項の何れかに記載
    の方法。 11、ガス・イオン含有セラミックス粒子の圧縮により
    、理論密度の65乃至80パーセントの密度を持つ成形
    体を形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項乃
    至第10項の何れかに記載の方法。 12、ガスの泡の直径が1マイクロメータ未満であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第11項の何
    れかに記載の方法。 13、ガスの泡の直径が100乃至400オングストロ
    ームであることを特徴とする特許請求の範囲第12項に
    記載の方法。
JP61241192A 1985-10-09 1986-10-09 セラミツクス成形品の製造方法 Pending JPS6287471A (ja)

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US785811 1985-10-09

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