JPS6321256A - 繊維強化セラミツクスの製造方法 - Google Patents
繊維強化セラミツクスの製造方法Info
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- JPS6321256A JPS6321256A JP61165784A JP16578486A JPS6321256A JP S6321256 A JPS6321256 A JP S6321256A JP 61165784 A JP61165784 A JP 61165784A JP 16578486 A JP16578486 A JP 16578486A JP S6321256 A JPS6321256 A JP S6321256A
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Landscapes
- 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、繊維強化セラミックスの製造方法に関する。
本発明は、例えば、内燃機関の構造部材の製造に適用さ
れる。
れる。
［従来の技術］
近年、金属に代わる材料として、耐熱性に優れたセラミ
ックスが、例えばディーゼルエンジンなどの熱機関の効
率化のため、構造部材として用いられつつある。
ックスが、例えばディーゼルエンジンなどの熱機関の効
率化のため、構造部材として用いられつつある。
しかしセラミックスは微小な傷に敏感であり、応力集中
が容易に起こり、急速な破壊へ進みやすい。この性質を
改善し、破壊靭性（材料の内部の亀裂から、荷重増加を
伴わずに破壊が急速に進行する際の、材料の示す亀裂拡
大に対する抵抗）の向上を図るために、セラミックス母
材粒子にセラミックス繊維を混入した繊維強化セラミッ
クス（ＦＲＣ）が知られている。
が容易に起こり、急速な破壊へ進みやすい。この性質を
改善し、破壊靭性（材料の内部の亀裂から、荷重増加を
伴わずに破壊が急速に進行する際の、材料の示す亀裂拡
大に対する抵抗）の向上を図るために、セラミックス母
材粒子にセラミックス繊維を混入した繊維強化セラミッ
クス（ＦＲＣ）が知られている。
この繊維強化セラミックスを製造するには、例えば、窒
化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ
（△１ｚｏ３）などのセラミックス母材粒子と窒化珪素
ウィスカー、炭化珪素ウィスカー等のセラミックス繊維
との混合物を所望の形状に成形後、ホットプレス、或い
は熱間等方加圧（１−１１Ｐ）により、加圧焼結を行っ
ている。
化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、アルミナ
（△１ｚｏ３）などのセラミックス母材粒子と窒化珪素
ウィスカー、炭化珪素ウィスカー等のセラミックス繊維
との混合物を所望の形状に成形後、ホットプレス、或い
は熱間等方加圧（１−１１Ｐ）により、加圧焼結を行っ
ている。
［発明が解決しようとする問題点］
上記従来の製造方法のうち、焼結工程でホットプレスを
用いる場合、このホットプレス装置は加圧に方向性があ
るため、複雑形状の焼結処理が困難であること、装置自
体、設備として非常に高価であること、又、ｌ−１１Ｐ
装置については、装置が大型で高価であり、セラミック
スを量産化しコスト低減を図ることが困難であるなどの
問題がある。
用いる場合、このホットプレス装置は加圧に方向性があ
るため、複雑形状の焼結処理が困難であること、装置自
体、設備として非常に高価であること、又、ｌ−１１Ｐ
装置については、装置が大型で高価であり、セラミック
スを量産化しコスト低減を図ることが困難であるなどの
問題がある。
本発明は上記問題点を解決するものであり、焼結体の密
度、強度を高めて、破壊靭性を向上させる一方、安価な
設備で複雑形状の繊維強化セラミックスを量産すること
ができる繊維強化セラミックスの製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。
度、強度を高めて、破壊靭性を向上させる一方、安価な
設備で複雑形状の繊維強化セラミックスを量産すること
ができる繊維強化セラミックスの製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。
［問題点を解決プるための手段及び作用］本発明にがか
るｍ＊強化セラミックスの！１１造方法は、セラミック
ス母材粒子とセラミックス繊維とを混練し、混合物をつ
くる混合工程と、該混合物を、型内に入れて加圧成形し
て成形体を得る成形工程と、 該成形体を等方的に加圧して、相対かさ密度を６０％以
上とする緻密化工程と 該緻密化した成形体を常圧焼結して、常圧焼結体を得る
焼結工程と、 を実施することを特徴とするものである。
るｍ＊強化セラミックスの！１１造方法は、セラミック
ス母材粒子とセラミックス繊維とを混練し、混合物をつ
くる混合工程と、該混合物を、型内に入れて加圧成形し
て成形体を得る成形工程と、 該成形体を等方的に加圧して、相対かさ密度を６０％以
上とする緻密化工程と 該緻密化した成形体を常圧焼結して、常圧焼結体を得る
焼結工程と、 を実施することを特徴とするものである。
以下、各構成要素を説明する。
セラミックス母材粒子は、通常使用される酸化物系、窒
化物系、炭化物系等のセラミックス材料を使用すること
が出来る。例えば、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素
（ＳｉＣ）、酸化チタン（Ｔｉ１２）、窒化アルミニウ
ム（ＡＩＮ＞、アルミナ（Ａｌ２Ｏ２＞等を使用するこ
とができる。
化物系、炭化物系等のセラミックス材料を使用すること
が出来る。例えば、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素
（ＳｉＣ）、酸化チタン（Ｔｉ１２）、窒化アルミニウ
ム（ＡＩＮ＞、アルミナ（Ａｌ２Ｏ２＞等を使用するこ
とができる。
一般には平均粒径が０．０５μｍ〜５０μｍであること
が望ましく、特に１μｍ前後およびそれより細かいもの
がよい。
が望ましく、特に１μｍ前後およびそれより細かいもの
がよい。
セラミックス繊維は、セラミックス特有の性質を補強し
、その破壊靭性を向上させるものである。
、その破壊靭性を向上させるものである。
このセラミックス繊維としては、従来より使用されてい
る種々の材料のウィスカー、あるいは炭化珪素（Ｓ ｉ
Ｃ） 、窒化珪素（Ｓ ｌ ３Ｎ ＜ ） 、酸化ジ
ルコニウム（ＺｒＯｚ）等の短繊維を使用することがで
きる。特に、強度や弾性率の高いウィスカーを使用する
のが好ましい。
る種々の材料のウィスカー、あるいは炭化珪素（Ｓ ｉ
Ｃ） 、窒化珪素（Ｓ ｌ ３Ｎ ＜ ） 、酸化ジ
ルコニウム（ＺｒＯｚ）等の短繊維を使用することがで
きる。特に、強度や弾性率の高いウィスカーを使用する
のが好ましい。
本発明の製造方法では、上記セラミックス繊維の所定量
と、セラミックス母材粒子とを、例えばボールミル等に
より湿式混合する。このようにして得られた混合物を型
内に入れて加圧成形して成形体とする。さらにこの成形
体を静水圧加圧等により等方的に加圧して相対かさ密度
が６０％以上になるようにする。ここに、相対かさ密度
とは、（成形体の密度／セラミックス混合物の密度）を
いう。このように緻密化された成形体を常圧で焼結して
所望の繊維強化セラミックスが製造される。
と、セラミックス母材粒子とを、例えばボールミル等に
より湿式混合する。このようにして得られた混合物を型
内に入れて加圧成形して成形体とする。さらにこの成形
体を静水圧加圧等により等方的に加圧して相対かさ密度
が６０％以上になるようにする。ここに、相対かさ密度
とは、（成形体の密度／セラミックス混合物の密度）を
いう。このように緻密化された成形体を常圧で焼結して
所望の繊維強化セラミックスが製造される。
以上説明した製造方法は、従来法と異なり、金型で成形
された、−機成形体を、更に静水圧加圧等の方法により
等方的に加圧してかさ密度を高め緻密化した上で、常圧
焼結する。従って従来のように焼結時に高価なホットプ
レスや、熱間等方加圧（ＨＩ Ｐ）によらずして、相対
かさ密度、曲げ強度などの緒特性に優れた繊維強化セラ
ミックスを安価に量産することができる。
された、−機成形体を、更に静水圧加圧等の方法により
等方的に加圧してかさ密度を高め緻密化した上で、常圧
焼結する。従って従来のように焼結時に高価なホットプ
レスや、熱間等方加圧（ＨＩ Ｐ）によらずして、相対
かさ密度、曲げ強度などの緒特性に優れた繊維強化セラ
ミックスを安価に量産することができる。
［実施例］
以下、本発明を具体的な一実施例に基づいて説明する。
本実施例では混合工程において、セラミックス母材粒子
として窒化珪素（ＳｉｉＮ４）９５ｗｔ％、酸化イツト
リウム（ＹｔＯｘ）５ｗｔ％から成る粉末を、また、セ
ラミックス繊維として炭化珪素（Ｓ ｉ Ｃ）ウィスカ
ーを上記混合粉末に対しＩて２０ＶＯ１％加えて用い、
これらにエタノールを加え、ボールミルに投入し、湿式
混合して混合物を作った。
として窒化珪素（ＳｉｉＮ４）９５ｗｔ％、酸化イツト
リウム（ＹｔＯｘ）５ｗｔ％から成る粉末を、また、セ
ラミックス繊維として炭化珪素（Ｓ ｉ Ｃ）ウィスカ
ーを上記混合粉末に対しＩて２０ＶＯ１％加えて用い、
これらにエタノールを加え、ボールミルに投入し、湿式
混合して混合物を作った。
この混合物を乾燥させた後、成形工程に移り乾燥して得
られた粉末を金型に入れ、４００ｋｑ／Ｃ１の圧力で加
圧して、５ Ｘ ４ Ｘ ４ Ｑ Ｉｍの試験用成形体
を得た。
られた粉末を金型に入れ、４００ｋｑ／Ｃ１の圧力で加
圧して、５ Ｘ ４ Ｘ ４ Ｑ Ｉｍの試験用成形体
を得た。
この成形体を緻密化工程において静水圧加圧（０，ＩＰ
）により等方的に加圧した。なお、圧力としては１〜１
５ ｔ ｏ ｎ７ｃｍ２の範囲で２ｔｏｎ／Ｃｌｌ１２
の間隔で代えた複数のサンプルを得た。
）により等方的に加圧した。なお、圧力としては１〜１
５ ｔ ｏ ｎ７ｃｍ２の範囲で２ｔｏｎ／Ｃｌｌ１２
の間隔で代えた複数のサンプルを得た。
次いで、焼結工程に移り、上記した、それぞれ異なる圧
力で緻密化された成形体を、それぞれ窒素ガス雰囲気中
で１７００℃で４時間常圧焼結させ、それぞれ焼結体を
得た。
力で緻密化された成形体を、それぞれ窒素ガス雰囲気中
で１７００℃で４時間常圧焼結させ、それぞれ焼結体を
得た。
なお、比較のために、ＳｉＣウィスカーを含まないもの
にっていも、上記と同様の処理を施して、焼結体を得た
。
にっていも、上記と同様の処理を施して、焼結体を得た
。
（評価）
上記静水圧加圧（ＣＩＰ）処理後の試験用成形体のそれ
ぞれについてＣＩＰの圧力と相対かさ密度（成形体の密
度／セラミックス粉末の密度）との関係を評価した。ま
た、ウィスカーを含まないものについても評価した。結
果を第１図に示す。
ぞれについてＣＩＰの圧力と相対かさ密度（成形体の密
度／セラミックス粉末の密度）との関係を評価した。ま
た、ウィスカーを含まないものについても評価した。結
果を第１図に示す。
第１図に示すように、ウィスカーを含まない窒化珪素（
Ｓ＋３Ｎ４）単味（ただし、酸化イツトリウムＹ２０ａ
５ｗｔ％は含有）は、ＣＩＰ圧２〜３ｔｏｎ／ｃｍ２で
飽和したのに対し、ウィスカー添加量（炭化珪素ウィス
カー→−窒化珪素）は５〜１５ｔｏｎ／ｃｒｒ＋２で飽
和し、成形体の相対かさ密度は６０％を超えた。
Ｓ＋３Ｎ４）単味（ただし、酸化イツトリウムＹ２０ａ
５ｗｔ％は含有）は、ＣＩＰ圧２〜３ｔｏｎ／ｃｍ２で
飽和したのに対し、ウィスカー添加量（炭化珪素ウィス
カー→−窒化珪素）は５〜１５ｔｏｎ／ｃｒｒ＋２で飽
和し、成形体の相対かさ密度は６０％を超えた。
また、焼結体について、同様にウィスカー添加量とウィ
スカーを含まないものについて、密度及び３点曲げ強度
とＣＩＰ圧力との関係を評価した。
スカーを含まないものについて、密度及び３点曲げ強度
とＣＩＰ圧力との関係を評価した。
結果を第２図に示す。ウィスカー添加量（炭化珪素ウィ
スカー十窒化珪素）はＣＩＰ圧５ｔｏｎ／Ｃ１以上で高
い密度、及び強度を示した。即ち、焼結体の相対密度は
ＣＩＰ圧５〜１５ ｔ ｏ ｎ７ｃｍ２で飽和し、一方
３点曲げ強度はＣＩＰ圧５〜１５ｔｏｎ／ｃｍ２近辺で
６０〜６５ｋｇ／Ｃｌ１１２であった。
スカー十窒化珪素）はＣＩＰ圧５ｔｏｎ／Ｃ１以上で高
い密度、及び強度を示した。即ち、焼結体の相対密度は
ＣＩＰ圧５〜１５ ｔ ｏ ｎ７ｃｍ２で飽和し、一方
３点曲げ強度はＣＩＰ圧５〜１５ｔｏｎ／ｃｍ２近辺で
６０〜６５ｋｇ／Ｃｌ１１２であった。
ウィスカーを含まない窒化珪素（Ｓｉ３Ｎａ＞単味はＣ
ＩＰ圧１ｔｏｎ／ａｍ２ですでに飽和した。
ＩＰ圧１ｔｏｎ／ａｍ２ですでに飽和した。
第１図、及び第２図から明らかなように、本発明の製造
方法によって製造された繊維強化セラミックスは、優れ
た特性を有する。
方法によって製造された繊維強化セラミックスは、優れ
た特性を有する。
［発明の効果］
本発明によれば、セラミックス成形体を静水圧加圧等に
より等方的に加圧する緻密化工程を介して成形体のかさ
密度を６０％以上にして緻密化している。これにより、
従来法では焼結時に大部分行っていた緻密化の割合を低
減させることが出来る。したがって、焼結法も高価なホ
ットプレスや熱間等方加圧（）ＩＪＰ＞を用いる必要が
なくなり、常圧焼結を行うことが出来るため、従来法で
は困難であった複雑形状の材料を製造することも出来、
又量産化も可能で製造コストの低減を実現することが出
来る。
より等方的に加圧する緻密化工程を介して成形体のかさ
密度を６０％以上にして緻密化している。これにより、
従来法では焼結時に大部分行っていた緻密化の割合を低
減させることが出来る。したがって、焼結法も高価なホ
ットプレスや熱間等方加圧（）ＩＪＰ＞を用いる必要が
なくなり、常圧焼結を行うことが出来るため、従来法で
は困難であった複雑形状の材料を製造することも出来、
又量産化も可能で製造コストの低減を実現することが出
来る。
第１図は本発明の実施例により製造された成形体の相対
かさ密度と静水圧加圧との関係を、セラミックス粉末単
味の場合と比較して示すグラフであり、第２図は、同じ
く本発明の実施例により製置 造された焼結体の相対俗塵、３点曲げ強度と静水圧加圧
との関係を、セラミックス粉末重味の場合と比べて示す
グラフである。
かさ密度と静水圧加圧との関係を、セラミックス粉末単
味の場合と比較して示すグラフであり、第２図は、同じ
く本発明の実施例により製置 造された焼結体の相対俗塵、３点曲げ強度と静水圧加圧
との関係を、セラミックス粉末重味の場合と比べて示す
グラフである。
Claims (4)
- （１）セラミックス母材粒子とセラミックス繊維とを混
練し、混合物をつくる混合工程と、 該混合物を、型内に入れて加圧成形して成形体を得る成
形工程と、 該成形体を等方的に加圧して、相対かさ密度を６０％以
上とする緻密化工程と 該緻密化した成形体を常圧焼結して、常圧焼結体を得る
焼結工程と、 を実施することを特徴とする繊維強化セラミックスの製
造方法。 - （２）等方的な加圧の圧力は、５〜１５ｔｏｎ／ｃｍ＾
２である特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 - （３）等方的な加圧は静水圧加圧である特許請求の範囲
第１項記載の製造方法。 - （４）セラミックス繊維は炭化珪素、窒化珪素、酸化ジ
ルコニウムより選ばれた材料のウィスカーである特許請
求の範囲第１項記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165784A JPS6321256A (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 繊維強化セラミツクスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61165784A JPS6321256A (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 繊維強化セラミツクスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6321256A true JPS6321256A (ja) | 1988-01-28 |
Family
ID=15818943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61165784A Pending JPS6321256A (ja) | 1986-07-15 | 1986-07-15 | 繊維強化セラミツクスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6321256A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0312370A (ja) * | 1989-06-08 | 1991-01-21 | Sumitomo Coal Mining Co Ltd | ウィスカー強化セラミック焼結体の製造方法 |
-
1986
- 1986-07-15 JP JP61165784A patent/JPS6321256A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0312370A (ja) * | 1989-06-08 | 1991-01-21 | Sumitomo Coal Mining Co Ltd | ウィスカー強化セラミック焼結体の製造方法 |
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