JPS6360165A - Manufacture of fiber reinforced ceramics - Google Patents

Manufacture of fiber reinforced ceramics

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Publication number
JPS6360165A
JPS6360165A JP61199957A JP19995786A JPS6360165A JP S6360165 A JPS6360165 A JP S6360165A JP 61199957 A JP61199957 A JP 61199957A JP 19995786 A JP19995786 A JP 19995786A JP S6360165 A JPS6360165 A JP S6360165A
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JP
Japan
Prior art keywords
whiskers
fiber
fibers
carbon
manufacture
Prior art date
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Pending
Application number
JP61199957A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
佳之 大沼
米澤 武之
康広 五戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6360165A publication Critical patent/JPS6360165A/en
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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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は高靭性セラミックス材料の製造方法に関し、更
に詳しくは繊維強化型セラミックス材料を製造する際、
ゾルゲル法をもちいた処理を施すことで、より高靭化し
たセラミックス材料が得られる事を特徴とする。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing a high-toughness ceramic material, and more specifically, when producing a fiber-reinforced ceramic material,
It is characterized by the ability to obtain ceramic materials with even higher toughness by processing using the sol-gel method.

(従来の技術) S13N4(窒化ケイ素)及びSiC(炭化ケイ素)に
代表されるファインセラミックス材料は、結合強度が高
く耐熱性に優れているので、高温環境で使用する強度材
料若しくは耐摩もう材料としてその用途が期待されてお
り、その一部はすでにエンジンのターボローター等に使
用され始めている。しかし。
(Prior art) Fine ceramic materials represented by S13N4 (silicon nitride) and SiC (silicon carbide) have high bonding strength and excellent heat resistance, so they are used as strength materials or wear-resistant materials used in high-temperature environments. Applications are expected, and some of them have already begun to be used in engine turbo rotors, etc. but.

セラミックスは脆性材料であり、その信頼性を高めるた
めにはその脆さを克服する必要がある。すなわち、高靭
化という事が、今昔もセラミックス材料に求められてい
る特性である。
Ceramics are brittle materials, and in order to increase their reliability, it is necessary to overcome their brittleness. In other words, high toughness is a characteristic that has always been sought after in ceramic materials.

(発明が解決しようとする問題点) 最近このセラミックス材料の高靭化をはかる目的で、様
々な方法が考案されているが、その一つとしてセラミッ
クスファイバーまたはウィスカーとマトリックスとのコ
ンポジット化が注目されている。これらのコンポジット
の場合、その強度特性及び破壊機構は非常に複雑であり
一概には言えないが、一般にセラミックス材料強度は、
材料自体の緻密性により大きく左右され、材料内部に存
在する欠陥空孔の大きさ、数を減少させる事で向上する
。この緻密化をコンポジット材料において達成するため
には、ファイバーまたはウィスカーとマトリックスとの
均一な分散が第一条件となるが、従来のファイバーまた
はウィスカーとの混合ではファイバーどうしのからみ等
によりその内部にまで均一にマトリックスを分散させる
事が困難であり、ti密かつ均質な粗性を持つ焼結体を
得る事は非常に困難である。またファイバーまたはウィ
スカーとマトリックスとの界面状態を制御したい場合に
おいても従来の方法では困難を伴う事が考えられ、結果
的に上記コンポジットの緻密化焼結体が容易に得られな
いのが現状である。
(Problem to be solved by the invention) Recently, various methods have been devised for the purpose of increasing the toughness of this ceramic material, and one of the methods that has attracted attention is the composite of ceramic fibers or whiskers and a matrix. ing. In the case of these composites, their strength characteristics and fracture mechanisms are very complex and cannot be generalized, but in general, the strength of ceramic materials is
It is greatly influenced by the density of the material itself, and can be improved by reducing the size and number of defective pores existing inside the material. In order to achieve this densification in a composite material, the first condition is uniform dispersion of the fibers or whiskers and the matrix, but when conventionally mixed with fibers or whiskers, the fibers are entangled with each other and the inside of the matrix is dispersed. It is difficult to uniformly disperse the matrix, and it is very difficult to obtain a sintered body that is dense and homogeneous in roughness. Furthermore, when it is desired to control the interface state between fibers or whiskers and the matrix, conventional methods may be difficult, and as a result, it is currently difficult to obtain a densified sintered body of the above-mentioned composite. .

本発明者等は、上記問題の改良を重ねる中で、ゾルゲル
法を用いる事で上記コンポジット材料の均質な緻密化焼
結体が得られる事を見出した0本発明は、セラミックス
ファイバーまたはウィスカー及びマトリックスに関して
ゾルゲル法を用いた処理を施す事により、高靭性を有す
る繊維強化型セラミックス材料を提供する事を目的とす
る6〔発明の構成〕 (問題点を解決するための手段) 本発明者等は、シリコンアルコキシドとカーボン混合物
の加水分解生成物をSiCファイバーまたはウィスカー
にコーティングしたものを、窒素雰囲気中で加熱反応さ
せることにより、ファイバーまたはウィスカー上にSi
3N4 を析出させ、これらを焼結する事により上記目
標が達成される事を見出した。すなわち、本発明方法は
シリコンアル:jキシドとしてのシリコンエトキシド、
シリコンプロポキシド等にカーボンを混合する。こま際
、シリコンアルフキシトの加水分解により生成するSi
n、の量はカーボン18重量部に対して、0.4〜1重
量部とする事が好ましい、この混合液中にSiCファイ
バーまたはウィスカーを浸し、酸性もしくはアルカリ性
溶液にして加水分解したあと乾燥する事により、ファイ
バーまたはウィスカー表面に均一に510.とカーボン
がコーティングされる。これらを窒素気流中で窒化還元
し、SiCファイバーまたはウィスカー表面に均一にS
i3N、を析出させる。また必要に応じて、焼結助剤と
なるアルコキシド等を加えておく事により、これらも均
一にコーティングされる事になる。これらを形成焼結さ
せる事により、ファイバーまたはウィスカーがマトリッ
クス中に均一に分散した緻密化焼結体が得られ、かつ靭
性が向上する事がわかった。またカーボンは炭素粉末に
限らず、焼成により炭素を生ずる炭素化合物を混合して
も良い。
The present inventors have repeatedly made improvements to solve the above problems, and have discovered that a homogeneous densified sintered body of the above composite material can be obtained by using the sol-gel method. 6 [Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present inventors have , SiC fibers or whiskers are coated with a hydrolysis product of silicon alkoxide and carbon mixture, and Si is coated on the fibers or whiskers by heating and reacting in a nitrogen atmosphere.
It has been found that the above objective can be achieved by precipitating 3N4 and sintering them. That is, the method of the present invention uses silicon ethoxide as silicon alkoxide,
Mix carbon with silicon propoxide, etc. At the edge of the frame, Si produced by hydrolysis of silicon alphoxide
The amount of n is preferably 0.4 to 1 part by weight per 18 parts by weight of carbon. SiC fibers or whiskers are immersed in this mixed solution, hydrolyzed in an acidic or alkaline solution, and then dried. In some cases, the fiber or whisker surface may be uniformly coated with 510. and carbon is coated. These are nitrided and reduced in a nitrogen stream, and S is uniformly distributed on the SiC fiber or whisker surface.
i3N is precipitated. Furthermore, if necessary, by adding an alkoxide or the like as a sintering aid, these can also be coated uniformly. It has been found that by forming and sintering these, a densified sintered body in which fibers or whiskers are uniformly dispersed in the matrix can be obtained, and the toughness can be improved. Further, the carbon is not limited to carbon powder, and a carbon compound that produces carbon upon firing may be mixed.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

(実施例) ビーカーにシリコンテトラエトキシド100g、イツト
リウムエトキシド4.5.、エタノール30−、カーボ
ン源20H,Sj、Cファイバー10gを加え、攪拌し
ながら30℃に保つ。尚PHはI(C1!により約1に
保った。
(Example) 100 g of silicon tetraethoxide and 4.5 g of yttrium ethoxide were placed in a beaker. , ethanol 30-, carbon source 20H, Sj, and 10 g of C fiber were added and kept at 30° C. while stirring. The pH was maintained at approximately 1 using I(C1!).

次に蒸溜水22gを徐々に加えて70時間加水分解反応
をおこなう1反応後これらをビーカーから取り出し、1
10℃で乾燥後、窒素雰囲気中1450℃で10時間窒
化還元する。これらを成形した後、1780℃−400
kg/cd −1時間の条件下でHOT −PIIES
S したものを5ENB法を用いて破壊靭性値〔にIe
(MN−m−”))を測定したところ、 10.1を得
た。
Next, 22g of distilled water was gradually added to carry out a hydrolysis reaction for 70 hours.After one reaction, these were taken out from the beaker and
After drying at 10°C, it is nitrided and reduced at 1450°C for 10 hours in a nitrogen atmosphere. After molding these, 1780℃-400
HOT-PIIES under kg/cd -1 hour condition
Using the 5ENB method, the fracture toughness value [Ie
(MN-m-'')) was measured and found to be 10.1.

従来のS13 N493 K T AQ2032 g 
+ ”z 035gの各粉末をボールミルを用いてブタ
ノール中で混合し。
Conventional S13 N493 K T AQ2032 g
35 g of each powder were mixed in butanol using a ball mill.

乾燥成形後、1780℃−400驕/−一1時間の条件
下でll0T  PRESS したものを5ENB法を
用いて破壊靭性値(KIc)を測定した場合、7〜8程
度の値を♀;)る。
After dry molding, when the fracture toughness value (KIc) of the product was measured using the 5ENB method under the conditions of 1780℃-400℃/-11 hours, the value was about 7 to 8. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、機械的特性にすぐれた高靭性セラミッ
クス材料を提供することができる。
According to the present invention, a highly tough ceramic material with excellent mechanical properties can be provided.

代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  竹花河久男Agent: Patent Attorney Noriyuki Chika Same as Hisao Takehanakawa

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  Si_3N_4(マトリックス)−SiC(ファイバ
ーまたはウィスカー)系繊維強化型セラミックスを製造
する際、シリコンを含有するアルコキシドの加水分解(
ゾルゲル法)生成物とカーボンとの混合物をSiCファ
イバーまたはウィスカーにコーティングし、これらを窒
素雰囲気中で加熱処理することにより、SiCファイバ
ーまたはウィスカー表面にマトリックス成分を析出させ
ることを特徴とする繊維強化型セラミックスの製造方法
When producing Si_3N_4 (matrix)-SiC (fiber or whisker) based fiber-reinforced ceramics, hydrolysis of alkoxides containing silicon (
Sol-gel method) A fiber-reinforced type characterized by coating SiC fibers or whiskers with a mixture of the product and carbon and heating them in a nitrogen atmosphere to precipitate matrix components on the surface of the SiC fibers or whiskers. Ceramics manufacturing method.
JP61199957A 1986-08-28 1986-08-28 Manufacture of fiber reinforced ceramics Pending JPS6360165A (en)

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JP61199957A JPS6360165A (en) 1986-08-28 1986-08-28 Manufacture of fiber reinforced ceramics

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63277566A (en) * 1987-05-08 1988-11-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Fiber-reinforced silicon carbide ceramics and production thereof
JPH01115877A (en) * 1987-10-29 1989-05-09 Tokai Carbon Co Ltd Production of sic whisker-reinforced ceramics
CN112030544A (en) * 2020-08-31 2020-12-04 北京航空航天大学 Method for in-situ growth of silicon carbide nanowires on surface of silicon carbide fiber

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