KR920003029B1 - 고인성 질화규소 소결체(高靭性窒化珪素燒結體) 및 그 제조방법 - Google Patents

고인성 질화규소 소결체(高靭性窒化珪素燒結體) 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR920003029B1
KR920003029B1 KR1019850005327A KR850005327A KR920003029B1 KR 920003029 B1 KR920003029 B1 KR 920003029B1 KR 1019850005327 A KR1019850005327 A KR 1019850005327A KR 850005327 A KR850005327 A KR 850005327A KR 920003029 B1 KR920003029 B1 KR 920003029B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
plate
silicon nitride
particles
sintered body
toughness
Prior art date
Application number
KR1019850005327A
Other languages
English (en)
Other versions
KR860001772A (ko
Inventor
히로시 사까모또
다다히꼬 미요시
Original Assignee
가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼
미다 가쓰시게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼, 미다 가쓰시게 filed Critical 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼
Publication of KR860001772A publication Critical patent/KR860001772A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR920003029B1 publication Critical patent/KR920003029B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/593—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645—Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62665—Flame, plasma or melting treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3843—Titanium carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3839—Refractory metal carbides
    • C04B2235/3847—Tungsten carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3891—Silicides, e.g. molybdenum disilicide, iron silicide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5292—Flakes, platelets or plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

고인성 질화규소 소결체(高靭性窒化珪素燒結體) 및 그 제조방법
제1도는 본원 발명에 있어서의 판상의 입자구조를 나타낸 현미경 사진.
제2도는 본원 발명의 실시예에 있어서의 판상입자의 첨가량에 의한 파괴인성치의 변화를 나타낸 도면.
제3도는 실시예에 있어서의 판상입자의 입경에 의한 파괴인성치의 변화를 나타낸 도면.
제4도는 실시예에 있어서의 판상입자의 주면의 단경 d2과 판상입자의 두께와의 비에 의한 파괴인성치의 변화를 나타낸 도면.
본원 발명은 가스터어빈블레이드나 각종 엔진부품 등에 사용하는데 적합한 고인성(高靭性) 질화규소 소결체 및 그 제조법에 관한 것이다.
가스터어빈블레이드 등, 고온 또는 나쁜 환경에 노출되는 부분에는 종래부터 내열합금이 사용되어 왔다. 그러나, 근래 고성능화를 위해 더욱 고온의 사용이 요망되고 있으며, 내열합금의 사용한계에 달하고 있다. 그래서, 이들 내열합금에 대체되는 재료로서, 내열, 내산화성 및 열충격저항도 큰 질화규소 소결체가 주목되기 시작했다.
그러나, 질화규소 등의 세라믹스는 주지하는 바와 같이 취약하다고 하는 커다란 결점을 지니고 있으며, 현재까지 실용화에 이르지 못하고 있다.
세라믹스를 강인화한 재료로서는 세라믹스의 분말과 금속분말을 압축성형, 소결하여 내열재료로 한 예를 들어 세라믹회로(CERAMIC BULLETIN) 제60권 No. 11(1981)등의 서어미트(Cermet)가 잘 알려져 있다. 이들 서어미트는 세라믹의 취약성을 금속상으로 커버할 수 있기 때문에, 상온에 있어서의 강도나 인성은 개선되지만, 고온에서는 금속상을 포함하기 때문에 내열한도가 낮고, 고온역에서의 강도 및 경도가 저하한다. 또, 약간의 인성의 개선은 인정되지만 고온구조 재료용으로서 충분한 인성 개선에는 이르지 못하고 있다. 또한 JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE 7(1972) 663-675처럼 위스커, 화이버 등의 침상(針狀) 형태를 한 것을 첨가하는 방법도 제안되어 있다. 이들에 의하면 세라믹스중에 분산된 위스커 등에 의해 세라믹스중에 생긴 균열이 굽혀, 인성의 향상에 이바지하는 것이 알려져 있다. 그러나, 상기 침상의 것은 세라믹스중에 균일분산시키기는 곤란하다. 화이버 등에서는 세라믹스중에서 화이버끼리가 서로 얽혀, 덩어리진 상태로 존재하기 쉽기 때문이다.
본원 발명의 목적은 질화규소를 주체로 하는 세라믹스의 인성을 현저하게 개선한 질화규소 소결체를 제공하는데 있다.
바꾸어 말하면, 탄화규소나 질화규소에 각종 금속의 붕화물, 탄화물, 질화물, 규화물 등을 첨가한 세라믹스에 따라서는 약간의 인성의 개선을 볼 수 있을 뿐이며, 또 질화규소중에 W, Mo등의 분말을 혼합 성형하고, 고온소결에 의해 상기 금속성분을 질화물 등으로 변성시키는 따위의 궁리를 해도 실용에 견딜 수 있는 고인성 소결체를 얻을 수는 없었다. 그래서, 세라믹스중에 첨가물을 가하고, 이것에 의해 균열이 생겼을 경우의 균열의 굽힘효과를 발휘시킴으로써 세라믹스를 고인성화하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 첨가물이 위스커, 화이버 등의 침상의 것에서는 균일분산하지 않기 때문에 인성을 현저하게 개선한 질화규소 소결체를 얻을 수는 없었다.
Si3N4에 규화물 및 탄화물의 미립자를 첨가한 세라믹스는 공지되어 있다. 본원 발명자들은 이 계(系)의 세라믹스의 인성향상에 대해 검토했다.
그 결과, 분산 강화시키는 첨가분말의 형태를 적절히 선택함으로써 Si3N4의 인성을 개선할 수 있음을 발견했다. 즉 본원 발명의 특징은 질화규소중에 판상입자(주면에 장경을 d1, 단경을 d2로 했을 경우, d1/d2＜10의 관계에 있으며, 두께가 d2의 5분의 1이하인 입자)를 분산시키는데 있다.
상기 판상입자 외에는 세라믹스중에 분산시키기 어려운 위스커, 화이버형상의 입자를 제외한 모든 형상입자, 예를들어 원판형상, 구체형상(球體形狀)의 입자가 포함되어도 좋다. 즉, 첨가하는 입자중에 상기 원판형상, 구체형상의 입자가 혼입하고 있더라도 판상의 입자가 적당한 비율로 소결체중에 분산되면 소결체의 인성은 개선된다.
이 판상입자를 얻기 위해서는 원료를 아아크용해, 기계적 분쇄를 하여 제작하기 위해 일반적으로 금속, 예를들어 Fe, Ni, Co 등에서는 연성(延性)이 있어서 판상입자의 제작이 불가능하다. 한편, 본원 발명은 분쇄가 가능한 금속규화물 및 탄화물에는 용이하게 사용할 수 있으며, 인상향상에 유효한 형상(크기, 주면의 단경과 판의 두께와의 비)을 갖는 판상입자를 얻을 수 있다. 또 판상입자의 경우, 입자끼리가 얽히는 문제는 없으며, 모체로 되는 질화규소분말과 용이하게 균일혼합할 수 있다.
판상입자의 주면의 단경(短徑)과 판상입자의 두께와의 비율은 5이상의 것이 바람직하다. 이 비율이 지나치게 작으면 상술한 구상입자의 경우와 마찬가지로 인성(靭性)이 충분히 커지지 않는다. 또, 판상입자의 입경(주면의 장경)으로서는 소결체중의 다른 입자의 입경보다도 크고, 125μm보다 작은 범위, 특히 10∼100μm의 범위가 바람직하다. 이 범위보다 입경이 작으면 인성향상에 충분한 효과가 없으며, 또 입경이 지나치게 크면 첨가한 판상입자가 결함으로 되어 소결체의 강도가 저하되고, 동시에 인성도 저하되는 결점이 있다.
또, 판상입자의 함유량으로서는 2∼13체적 %의 범위가 바람직하다. 함유량이 지나치게 적거나 지나치게 많으면, 충분한 인성이 향상되지 않는다. 또 함유량이 너무 많으면 얻어지는 소결체의 고온에 있어서의 내산화성이 저하되는 결점이 생긴다.
본원 발명에 사용하는 첨가물로서는 융해, 분쇄 등에 의해 판상입자가 얻기 쉽다는 일, Si3N4의 소결후도 첨가한 입자의 판상형상이 유지도어 있을 것이 필요하다. 이를 위해서는 첨가물의 융점이 비교적 높을 것, 융해시에 분해하지 않을 것, 소결시에 Si3N4와 잘 반응되지 않을 것 등이 필요하다. 이들 요구로부터 첨가물로서는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W의 규화물 또는 탄화물이 바람직하며, 이들중에서도 특히 V, Nb, Ta의 규화물 및 탄화물과 Mo, W의 탄화물이 질화규소중에 안정하며, 초기의 입자형상을 유지하기 쉬운점에서 특히 바람직하다.
소결온도는 1550∼1900℃가 바람직하며, 특히 1700∼1800℃가 바람직하다. 소결시간은 30분∼2시간이 바람직하며, 특히 30분∼1시간이 바람직하다.
소결온도 및 시간을 조정하여 질화규소와 판상입자와의 반응을 극력작게 하는 것이 필요하다. P={소결온도(℃)+400}×(logt+20)에 의해 구해지는 값은 44.5∼45×103가 바람직하다. t : 소결시간(h).
질화규소분말은 5μm이하의 입경이 바람직하며, 특히 1∼3μm이 바람직하다.
세라믹스에 균열이 생겼을 때, 분산되어 있는 입자가 구상(球狀)일 경우는 그 진행을 방해하는 힘이 약하기 때문에 인성을 대폭 향상시키는 것은 곤란하다. 그러나, 판상입자이면, 그 진행을 막는 힘이 크며 인성을 대폭 향상시킬 수 있다. 즉, 질화규소 소결체에 균열이 생겼을 경우, 그 균열의 진행이 소결체중의 판상입자에 의해 방해되어 굽혀짐으로써 인성이 높여진다. 소결시에 있어서 혼합분말은 가압생성형되지만 가압됨으로써 판상입자가 가압면으로 눕는 방향으로 이동하며, 그 때문에 굽힘에 대해 저항을 갖게끔 된다.
[실시예 1]
본원 발명에 의하면 용이하게 판상형태의 입자를 제조할 수 있고 또한 용이하게 세라믹스중에 균일분산시킬 수 있다. 먼저 기계적으로 분쇄가 가능한 곳의 금속규화물 및 탄화물을 용해하여 덩어리 형상의 것을 제작한다. 용해의 방법은 본 실시예에서는 비소모 아아크용해법에 의해 행했지만, 예를들어 고주파용해 등으로도 똑같은 결과가 얻어진다는 것도 확인했다. 이어서 경합금제의 금속도가니 및 망치를 사용하여 분쇄했다. 즉 도가니를 고정하고 망치를 기계적으로 상하의 반복운동을 시켜 분쇄한다. 이때, 규화물 및 탄화물은 벽개(劈開)하여, 태반이 판주면의 단경과 판두께의 비율이 5이상의 판상입자로 된다. 이것을 채질해서 분별하여, 100μm이상의 입자는 재차 분쇄, 그리고 분별을 반복해서 실사하여 소정입경의 입자를 제작한다. 제1도에 분쇄한 입자형태의 일례를 나타냈지만 평탄한 판상을 이루고 있으며, 판주면의 단경은 약 20μm, 판두께는 2μm의 크기를 갖고 있다.
혼합법의 검토결과에서는 뇌괴기(磊塊機) 및 보올밀 혼합을 장시간하면 판상입자의 형태가 구상으로 되어 버리므로, 바람직하게는 V형믹 서로 장시간 혼합하는 편이 좋다. 그러나 뇌괴기 및 보올밀혼합에 있어서도 단시간의 경우는 판상입자의 형태변화의 가능성은 적으며 그 효과는 상실되지 않는다. 본 실시예에서는 Si2N4, 소결조제 및 판상입자를 V형믹서로 24시간 혼합했다.
그리고 금속규화물은 단체금속과 규소를 칭량, 배합하여 용해, 자연 냉각했지만, 탄화물의 경우에는 시판의 분말을 5mmt×200mmø로 완성하고, 가소결한 다음 용해, 자연냉각했다.
[실시예 2]
금속 Ta 및 Si를 TaSi2의 조성으로 되도록 칭량하고, 비소모 아아크 용해법으로 용해했다. 이것을 실시예 1에서 기술한 것처럼 기계적으로 분쇄하여 입경이 다른 10μm보다 작은 것, 10∼50μm, 50∼100μm 및 100∼150μm의 4종류의 판상입자를 작성했다. 전자현미경관찰의 결과, 이들 입자의 태반은 모두 판주면의 단경과 판두께의 비율이 5이상의 판상을 나타내고 있었다. 그리고 TaSi2인 것도 X선 회절에 의해 확인했다. 이판상입자를 시판의 평균입경 0.5∼3μm의 Si3N4에 V형 믹서에 의해 혼합했다. 이것을 5% 폴리비닐알코올을 가하여 성형한 다음, N2 가스분위기중에서 호트프레스에 의해 1800℃, 1시간 가열하여 Si3N4-TaSi2복합소결체를 얻었다. 그리고, 소결조제는 공지인 Al2O3및 Y2O3를 각기 2.5체적%, 4.5체적%를 첨가했다. 또 비교를 위해 단체의 Si3N4및 시판의 평균입경 10∼50μm의 입상 TaSi2(판주면의 단경과 판두께와의 비 : 1∼4)를 가한 것에 대해서도 마찬가지로 소결했다. 이들 소결체에 대해 파괴인성치(Klc)를 구했다. K1c의 측정은 다이어몬드제 커터에 의해 소결체에 0.1mm의 절삭을 넣고, SENB법(Single Edge Notched Beam)의 시험편을 제작하여 행했다. 그 결과를 제2도 및 제3도에 나타냈지만, 본원 발명에 의한 복합소결체는 뛰어난 파괴인성치를 나타냈다. 제2도는 TaSi210∼15μm 판상입자의 첨가량에 의한 K1c를 나타낸다. 제2도에서 1.5체적% 이하의 첨가로는 인성의 개선에 그다지 기여하지 못하며, 또 15체적%를 첨가하면 반대로 저하하는 경향을 나타낸다. 이와같은 일로해서 Si3N4에 첨가하는 판상입자는 2∼13체적%가 적당하며, 이때 K1c는 8.4MN/m3/2이상과, 무첨가의 Si3N4의 1.4배 이상으로 향상한다. 제3도는 첨가량 10체적%의 TaSi2판상입자의 입경에 의한 K1c측정결과이다. 제3도에서 Si3N4에 첨가하는 판상분말입경은 10∼100μm이 적당하다. 즉 10μm보다 작으면 구상의 경우와 마찬가지로 그 효과가 없으며, 100μm보다 크면 인성은 저하한다. 제4도는 첨가량 10체적 %, 입경 10∼50μm의 판상입자의 판주면의 단경 d2과 판두께와의 비에 의한 K1c를 나타낸다. (1)은 구상의 입자임을 나타낸다. 제4도에서 그 비가 5이상으로 되면 인성의 향상은 현저하다. 즉 판상입자에 의한 세라믹스의 인성의 개선은 현저하게 볼 수 있다.
[실시예 3]
실시예 1과 마찬가지로 용해해서 분쇄한 입자를 Si3N4중에 분산시킨 복합소결체를 제작하여 K1c를 측정했다. 결과를 제1표에 나타낸다. 비교재의 단체, Si3N4와 비교하여 본원 발명의 복합소결체는 뛰어난 파괴인성치를 나타냈다. 이 표에서 V, Nb, Ta의 규화물과 탄화물 및 Mo, W의 탄화물의 첨가가 특히 유효하다는 것을 알 수 있다.
그리고, 이들 분말은 판상입자를 다량으로 포함하며 그 판주면을 형성하는 변의 길이와 판두께와의 비는 5∼9의 범위였다.
[표 1]
Figure kpo00001
*모재 Si3N4
비교재 : Si3N4, K1c5.7MN/m3/2

Claims (4)

  1. 질화규소를 주성분으로 하고, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W에서 선정되는 금속의 규화물 및/또는 탄화물의 판상입자의 1종 이상으로 이루어지며, 판상입자의 두께가 상기 판상입자의 단경의 5분의 1이하임을 특징으로 하는 고인성 질화규소 소결체.
  2. 상기 단경 d2이 소결체중의 다른 입자의 입경보다 크고 100μm보다 작으며, 또한 소결체 체적의 2∼13체적 %가 상기 판상입자로 이루어진 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 1기재의 고인성 질화규소 소결체.
  3. 상기 판상입자는 그 주면의 장경 d1과 단경 d2과의 비(d1/d2)가 10이하인 것을 특징으로 하는 특허청구의 범위 1기재의 고인성 질화규소 소결체.
  4. Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W의 규화물 및/또는 탄화물을 용융하고, 냉각하며 기계분쇄하여 판상의 분말을 얻는 일과, 얻어진 분말의 두께가 상기 분말의 단경의 5분의 1이하인 판상입자를 선별하는 일과, 상기 선별된 판상입자와 소결조제 및 질화규소분말과의 혼합물을, 가압성형하여 얻은 성형체를 성형체중의 판상입자가 실질적으로 용해, 반응, 변질하지 않는 온도에서 소결하는 것을 특징으로 하는 질화규소 소결체의 제조방법.
KR1019850005327A 1984-08-22 1985-07-25 고인성 질화규소 소결체(高靭性窒化珪素燒結體) 및 그 제조방법 KR920003029B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59173289A JPS6153167A (ja) 1984-08-22 1984-08-22 高靭性窒化珪素焼結体およびその製造方法
JP84-173289 1984-08-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR860001772A KR860001772A (ko) 1986-03-22
KR920003029B1 true KR920003029B1 (ko) 1992-04-13

Family

ID=15957682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019850005327A KR920003029B1 (ko) 1984-08-22 1985-07-25 고인성 질화규소 소결체(高靭性窒化珪素燒結體) 및 그 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4612296A (ko)
EP (1) EP0171819B1 (ko)
JP (1) JPS6153167A (ko)
KR (1) KR920003029B1 (ko)
DE (1) DE3572469D1 (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6330369A (ja) * 1986-07-21 1988-02-09 日立造船株式会社 耐熱衝撃、耐食性セラミツクス
US5002905A (en) * 1986-08-22 1991-03-26 Stemcor Corporation Hexagonal silicon carbide platelets and preforms and methods for making and using same
US4756895A (en) * 1986-08-22 1988-07-12 Stemcor Corporation Hexagonal silicon carbide platelets and preforms and methods for making and using same
US4981665A (en) * 1986-08-22 1991-01-01 Stemcor Corporation Hexagonal silicon carbide platelets and preforms and methods for making and using same
US4814581A (en) * 1986-10-09 1989-03-21 Nippondenso Co., Ltd. Electrically insulating ceramic sintered body
US5356869A (en) * 1987-09-28 1994-10-18 Arch Development Corporation Metal oxide superconducting powder comprised of flake-like single crystal particles
JPH01115872A (ja) * 1987-10-29 1989-05-09 Kurasawa Opt Ind Co Ltd 窒化ケイ素セラミックス
US4870036A (en) * 1988-03-08 1989-09-26 Allied-Signal Inc. High strength silicon nitride
US4994219A (en) * 1988-03-08 1991-02-19 Allied-Signal Inc. Method for forming a high strength silicon nitride
US5214007A (en) * 1988-03-31 1993-05-25 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Production process for silicon nitride sintered body
US5217932A (en) * 1989-09-18 1993-06-08 The Tokyo Electric Power Co., Ltd. Sintered ceramic composite body and method of manufacturing same
US5196386A (en) * 1989-09-18 1993-03-23 The Tokyo Electric Power Company, Incorporated Sintered ceramic composite body and method of manufacturing same
US5177037A (en) * 1991-05-21 1993-01-05 Industrial Ceramic Technology, Inc. High fracture toughness electro-discharge machineable ceramic whisker reinforced ceramic composites and tooling made therefrom
US5445887A (en) * 1991-12-27 1995-08-29 Casti; Thomas E. Diamond coated microcomposite sintered body
US5234643A (en) * 1992-01-27 1993-08-10 Matsumoto Roger L K Silicon nitride ceramics containing crystallized grain boundary phases
JPH06151084A (ja) * 1992-11-11 1994-05-31 Asahi Glass Co Ltd 帯電除去用セラミックスおよびその製造用組成物
JP3411498B2 (ja) * 1997-04-23 2003-06-03 日本特殊陶業株式会社 セラミックヒータ、その製造方法、及びセラミックグロープラグ
JPH11308961A (ja) * 1998-04-28 1999-11-09 Rheon Autom Mach Co Ltd パン生地等の延展装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5751174A (en) * 1980-09-11 1982-03-25 Sumitomo Electric Industries Sintered body for si3n4 cutting tool
JPS5841770A (ja) * 1981-09-01 1983-03-11 株式会社東芝 セラミツクス焼結体及びその製造方法
JPS5860677A (ja) * 1981-09-30 1983-04-11 日本特殊陶業株式会社 高靭性窒化珪素焼結体の製造法
US4753764A (en) * 1982-09-24 1988-06-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Manufacturing method for fiber reinforced silicon ceramics sintered body
JPS6051668A (ja) * 1983-07-29 1985-03-23 株式会社東芝 耐摩耗性部材
US4521525A (en) * 1984-05-29 1985-06-04 Gte Products Corporation Silicon nitride bodies

Also Published As

Publication number Publication date
EP0171819B1 (en) 1989-08-23
US4612296A (en) 1986-09-16
JPS6362474B2 (ko) 1988-12-02
JPS6153167A (ja) 1986-03-17
EP0171819A2 (en) 1986-02-19
DE3572469D1 (en) 1989-09-28
EP0171819A3 (en) 1987-04-01
KR860001772A (ko) 1986-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR920003029B1 (ko) 고인성 질화규소 소결체(高靭性窒化珪素燒結體) 및 그 제조방법
US4595663A (en) Sintered ceramic shaped article wholly or predominantly of eutectic microstructure constituents
JP2629151B2 (ja) 圧縮態物品及びその製造方法
JP2005132654A (ja) セラミックス複合材料及びその製造方法
EP0392381B1 (en) Silicon nitride ceramics containing a metal silicide phase
EP1314498B1 (en) Method for producing a composite material
EP1160343B1 (en) Process for production of intermetallic compound-based composite material
JPS63225579A (ja) 高靱性を有するセラミック焼結体及びセラミック工具と焼結体の製造方法
Chen et al. Oxidation of Ti 3 SiC 2 composites in air
JPH083601A (ja) アルミニウムー窒化アルミニウム複合材料およびその製造方法
JPS60100646A (ja) 高靭性セラミツクス焼結体
JP2773976B2 (ja) 超靭性モノリシック窒化ケイ素
JPS5957964A (ja) 繊維強化型窒化硅素焼結体の製造法
JPS5957965A (ja) 繊維強化型窒化硅素焼結体の製造法
JPH11139882A (ja) 窒化ケイ素複合粉末及びその製造方法
AU2575499A (en) Iron aluminide composite and method of manufacture thereof
JP4165850B2 (ja) 板状晶炭化タングステン含有粉末およびその製造方法
Chen et al. Effect of titanium content on microstructure and mechanical properties of PcBN synthesized in cBN‐Si3N4‐Ti system
JPH0478713B2 (ko)
JPH055150A (ja) 炭化ホウ素−反応性金属サーメツト
JP2720093B2 (ja) 繊維強化セラミックス
JPH0364469B2 (ko)
JPS61261268A (ja) 耐熱性を有する高じん性セラミツクス焼結体
JPS5957961A (ja) 繊維強化型炭化硅素焼結体の製造法
JPS63203743A (ja) 耐摩耗性窒化チタン系サーメットの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 19970331

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee