JPH02164770A - セラミックス複合材の製造方法 - Google Patents
セラミックス複合材の製造方法Info
- Publication number
- JPH02164770A JPH02164770A JP63320148A JP32014888A JPH02164770A JP H02164770 A JPH02164770 A JP H02164770A JP 63320148 A JP63320148 A JP 63320148A JP 32014888 A JP32014888 A JP 32014888A JP H02164770 A JPH02164770 A JP H02164770A
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- Japan
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- carbide powder
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- powder
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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。
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、周期律表第Ｖａ族に属する金属炭化物を母材
とし優れた強度、硬度ならびに靭性を備えるセラミック
ス複合材の製造方法に関する。
とし優れた強度、硬度ならびに靭性を備えるセラミック
ス複合材の製造方法に関する。
セラミックス材料は本来的に高度の耐熱性、耐食性なら
びに高温強度等の材質特性を有しているため、すでに各
種の構造材、超硬材あるいは耐摩耗材などの部材に実用
されており、また現在、より優れた要求性能を追求する
ための研究も盛んにおこなわれている。
びに高温強度等の材質特性を有しているため、すでに各
種の構造材、超硬材あるいは耐摩耗材などの部材に実用
されており、また現在、より優れた要求性能を追求する
ための研究も盛んにおこなわれている。
これらの研究は、母材物質の選択、焼結助材の検討を含
む焼結条件の検討、靭性の改善など材料性能を支配する
要因に絡む課題をテーマとするものが多いが、周期律表
第Ｖａ族に属するＶ、Ｎｂ、Ｔａの炭化物を母材対象と
して研究された例はこれまで知られていない。
む焼結条件の検討、靭性の改善など材料性能を支配する
要因に絡む課題をテーマとするものが多いが、周期律表
第Ｖａ族に属するＶ、Ｎｂ、Ｔａの炭化物を母材対象と
して研究された例はこれまで知られていない。
上記Ｖ、ＮｂまたはＴａなどの炭化物は、本質的に融点
が高いために焼結し難く、また靭性も低い。このため、
他の炭化物や金属の複合強化材として用いられることは
あっても、母材としての利用は注目されていなかった。
が高いために焼結し難く、また靭性も低い。このため、
他の炭化物や金属の複合強化材として用いられることは
あっても、母材としての利用は注目されていなかった。
同様にセラミックス材料の強靭化について盛んに進めら
れている繊維複合強化の開発研究も、Ｓｉｓ Ｎ４ 、
Ａｊ！ｚ ０３ 、ＭｇＡＮ２０４などの母材に関して
の報告はあるが、ＶＣ，ＮｂＣおよびＴａＣを母材とし
た例は見当らない。
れている繊維複合強化の開発研究も、Ｓｉｓ Ｎ４ 、
Ａｊ！ｚ ０３ 、ＭｇＡＮ２０４などの母材に関して
の報告はあるが、ＶＣ，ＮｂＣおよびＴａＣを母材とし
た例は見当らない。
（発明が解決しようとする課題〕
本発明は、これまで母材物質として対象とされていなか
ったＶＣ，ＮｂＣ５ＴａＣに着目し、焼結助剤、靭性向
上強化材等の選定ならびにプロセス条件につき鋭意研究
を重ねた結果、開発に至ったものである。
ったＶＣ，ＮｂＣ５ＴａＣに着目し、焼結助剤、靭性向
上強化材等の選定ならびにプロセス条件につき鋭意研究
を重ねた結果、開発に至ったものである。
すなわち、本発明の目的は、周期律表第Ｖａ族に属する
炭化物を母材として優れた強度、硬度ならびに靭性を備
える易加工性のセラミックス複合材を製造する方法を提
供するところ□にある。
炭化物を母材として優れた強度、硬度ならびに靭性を備
える易加工性のセラミックス複合材を製造する方法を提
供するところ□にある。
上記の目的を達成するための本発明によるセラミックス
複合材の製造方法は、周期律表第Ｖａ族に属する金属の
炭化物粉末にＣｒ７Ｃ３および／またはＣｒ３Ｃ，の粉
末を混合し、もしくは更にＳｉＣウィスカーを混合した
のち１４５０〜１８００°Ｃの温度域で焼結することを
構成的特徴とする。
複合材の製造方法は、周期律表第Ｖａ族に属する金属の
炭化物粉末にＣｒ７Ｃ３および／またはＣｒ３Ｃ，の粉
末を混合し、もしくは更にＳｉＣウィスカーを混合した
のち１４５０〜１８００°Ｃの温度域で焼結することを
構成的特徴とする。
周期律表第Ｖａ族に属する金属の炭化物は母材を構成す
る原料成分で、ＶＣ，ＮｂＣまたはＴａＣの平均粒径１
０−以下の粉末が通用される。
る原料成分で、ＶＣ，ＮｂＣまたはＴａＣの平均粒径１
０−以下の粉末が通用される。
Ｃｒ７Ｃ＝およびＣｒ３Ｃ２は焼結助剤として機能する
ものであり、平均粒径８ｐ１以下の粉末状態で単独ある
いは混合して使用に供される。
ものであり、平均粒径８ｐ１以下の粉末状態で単独ある
いは混合して使用に供される。
この焼結助剤となるＣｒ、Ｃ３および／またはＣｒ７Ｃ
３の配合比は、母材成分に対し０．０５〜５０ｗｔ％、
好ましくは０．５〜３０−ｔ％の範囲に設定する。
３の配合比は、母材成分に対し０．０５〜５０ｗｔ％、
好ましくは０．５〜３０−ｔ％の範囲に設定する。
この理由は、０．０５ｉ＜Ｌ％未満では焼結助剤として
の機能を果さず、一方、５０−ｔ％を越す多量配合では
母材成分の材質特性が減殺されてしまうからである。
の機能を果さず、一方、５０−ｔ％を越す多量配合では
母材成分の材質特性が減殺されてしまうからである。
ＳｉＣウィスカーの混合は、焼結材に靭性および強度を
向上させるための繊維強化材として複合化される成分で
、直径０．１〜２．５ｐ１１．長さ１０〜５００ｐｍの
性状を有するＳｉＣ針状単結晶が有効に用いられる。
向上させるための繊維強化材として複合化される成分で
、直径０．１〜２．５ｐ１１．長さ１０〜５００ｐｍの
性状を有するＳｉＣ針状単結晶が有効に用いられる。
ＳｉＣウィスカーの配合量は、母材と焼結助剤の配合成
分に対して５５ｖｏ１％以下、望ましくは５〜４０ｖｏ
Ｈ（７）体積含有率（以下、ｒＶｆＪという、）となる
ように混合される。この際の配合量がＶｆ５５％を上潮
ると焼結組織の緻密化が困難となる。
分に対して５５ｖｏ１％以下、望ましくは５〜４０ｖｏ
Ｈ（７）体積含有率（以下、ｒＶｆＪという、）となる
ように混合される。この際の配合量がＶｆ５５％を上潮
ると焼結組織の緻密化が困難となる。
上記の母材、焼結助剤、繊維強化材などの成分は、ボー
ルミルのような通常の物理的混合手段を用いて均質に混
合したのち、焼結する。
ルミルのような通常の物理的混合手段を用いて均質に混
合したのち、焼結する。
焼結処理は、Ｎ！、Ａｒ、Ｈｅなどのガスまたは真空に
保持した非酸化性雰囲気系において１４５０〜１８００
°Ｃの温度と１００ｋｇｆ／ｃ−以上の圧力を通用して
おこなわれる。
保持した非酸化性雰囲気系において１４５０〜１８００
°Ｃの温度と１００ｋｇｆ／ｃ−以上の圧力を通用して
おこなわれる。
本発明の母材を構成する第Ｖａ族金属炭化物はいずれも
融点が高イ（Ｖ Ｃ： ２６４８℃、ＮｂＣ：３６００
”Ｃ，Ｔ ａ Ｃ：３９８３℃）ため単独成分としての
焼結化は難しいが、Ｃｒ７Ｃ１および／またはＣｒ。
融点が高イ（Ｖ Ｃ： ２６４８℃、ＮｂＣ：３６００
”Ｃ，Ｔ ａ Ｃ：３９８３℃）ため単独成分としての
焼結化は難しいが、Ｃｒ７Ｃ１および／またはＣｒ。
Ｃ２からなる焼結助剤は次のような作用に基づき母材の
もつ高硬度特性などの固有性能を劣化させることなく比
較的低温域での緻密焼結化を実現する。
もつ高硬度特性などの固有性能を劣化させることなく比
較的低温域での緻密焼結化を実現する。
すなわち、（１）ＶＣＳＮｂＣおよびＴａＣに比べＣｒ
炭化物の融点は低い（ＣｒアＣｘ ：１７２６±８°
Ｃ−Ｃｒ＝ Ｃｔ ：１８１０±１２°Ｃ）ため、融
点附近の焼結温度で容易に液相に転移して焼結に有効に
作用し、（２）第Ｖａ族金属炭化物の結晶形は多くの場
合立方晶系であるのに対し、Ｃｒ炭化物は斜方晶系で結
晶構造が近似しているために母材成分と固溶化すること
ができ、焼結過程で母材結晶格子中に原子として入り込
んで焼結化を促進する機能を営み、また（３）焼結助剤
成分が固溶しきれずに結晶として組織内に存在したとし
ても、それ自体十分な硬度を有しているため母材の基本
特性に害を与えることはない。
炭化物の融点は低い（ＣｒアＣｘ ：１７２６±８°
Ｃ−Ｃｒ＝ Ｃｔ ：１８１０±１２°Ｃ）ため、融
点附近の焼結温度で容易に液相に転移して焼結に有効に
作用し、（２）第Ｖａ族金属炭化物の結晶形は多くの場
合立方晶系であるのに対し、Ｃｒ炭化物は斜方晶系で結
晶構造が近似しているために母材成分と固溶化すること
ができ、焼結過程で母材結晶格子中に原子として入り込
んで焼結化を促進する機能を営み、また（３）焼結助剤
成分が固溶しきれずに結晶として組織内に存在したとし
ても、それ自体十分な硬度を有しているため母材の基本
特性に害を与えることはない。
一方、繊維強化材として用いるＳｉＣウィスカーが焼結
体の靭性ならびに強度の改善にどの程度寄与するかは、
主としてＳｉＣウィスカーと母材との相互作用に支配さ
れる。この相互作用には、化学反応性に基づくものと熱
膨張差に基因する残留応力による力学性のものとがあり
、これら両者の兼ね合いによって焼結体の性状が決定づ
けられる。したがって、例えば繊維強化材と母材との化
学反応性が極めて高く、焼結体中に強度の低い別の化合
物を生成するような場合には特性向上効果を期待するこ
とはできない。
体の靭性ならびに強度の改善にどの程度寄与するかは、
主としてＳｉＣウィスカーと母材との相互作用に支配さ
れる。この相互作用には、化学反応性に基づくものと熱
膨張差に基因する残留応力による力学性のものとがあり
、これら両者の兼ね合いによって焼結体の性状が決定づ
けられる。したがって、例えば繊維強化材と母材との化
学反応性が極めて高く、焼結体中に強度の低い別の化合
物を生成するような場合には特性向上効果を期待するこ
とはできない。
本発明の母材となるＶＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ等は上記の相
互作用の点でＳｉＣウィスカーとの間に最適な関係をも
たらし、繊維強化セラミックス材の高靭化機構であるク
ラックディフレクションおよびプルアウトによって靭性
が大幅に向上していることが実験的に確認された。
互作用の点でＳｉＣウィスカーとの間に最適な関係をも
たらし、繊維強化セラミックス材の高靭化機構であるク
ラックディフレクションおよびプルアウトによって靭性
が大幅に向上していることが実験的に確認された。
更に、本発明で得られるセラミックス複合材は母材成分
が金属結合性の炭化物系セラミックス物質で構成されて
いるため、通常の金属加工で用いられる放電加工法がそ
のまま適用することが可能となる。したがって、酸化物
系、窒化物系等を母材とするセラミックス複合材では付
与することができない易加工性を保有させることができ
る。
が金属結合性の炭化物系セラミックス物質で構成されて
いるため、通常の金属加工で用いられる放電加工法がそ
のまま適用することが可能となる。したがって、酸化物
系、窒化物系等を母材とするセラミックス複合材では付
与することができない易加工性を保有させることができ
る。
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１〜４、比較例１
平均粒径１．ｌＯｐｍのＮｂＣ粉末〔日本新金属■製〕
を母材、平均粒径７−のＣｒ７Ｃ３またはＣｒ＝０２粉
末（Ｃｅｒａｃ社製）を焼結助剤、平均粒径０．５ｐｍ
、長さｌＯ〜２００−のβ−３ｉＣウイスカー〔東海カ
ーボン■製、′トーカウィスカー〇〕を繊維強化材とし
、これら成分の組成および配合比を変えてエタノールに
分散し、これをポリエチレン容器とナイロンボールを用
いて２０時間ボールミル混合した。
を母材、平均粒径７−のＣｒ７Ｃ３またはＣｒ＝０２粉
末（Ｃｅｒａｃ社製）を焼結助剤、平均粒径０．５ｐｍ
、長さｌＯ〜２００−のβ−３ｉＣウイスカー〔東海カ
ーボン■製、′トーカウィスカー〇〕を繊維強化材とし
、これら成分の組成および配合比を変えてエタノールに
分散し、これをポリエチレン容器とナイロンボールを用
いて２０時間ボールミル混合した。
ついで、混合スラリーを乾燥して６０メツシユの篩を通
過させたのち、Ａｒ雰囲気で温度１６００〜１８ｓｏ’
ｃ、圧力３３０ｋｇ／ｃｄの条件で１時間に亘り焼結処
理した。
過させたのち、Ａｒ雰囲気で温度１６００〜１８ｓｏ’
ｃ、圧力３３０ｋｇ／ｃｄの条件で１時間に亘り焼結処
理した。
このようにして得られた各焼結体につき各種特性を測定
し、その結果を成分組成および配合比などと対比して第
１表に示した。
し、その結果を成分組成および配合比などと対比して第
１表に示した。
なお、比重測定はアルキメデス法、ＪＩＳ Ｉ？１６０
１に準じた３点曲げ強度および破壊靭性値を５ＥＮＢ法
（Ｓｉｎｇｌｅ Ｂｄｇｅ Ｎｏｃｈｅｄ Ｂｅａｍ）
によって測定した。
１に準じた３点曲げ強度および破壊靭性値を５ＥＮＢ法
（Ｓｉｎｇｌｅ Ｂｄｇｅ Ｎｏｃｈｅｄ Ｂｅａｍ）
によって測定した。
実施例５〜６、比較例２
実施例１〜４のＮｂＣを平均粒径２Ｉｌｒ＠のＴａＣ粉
末に代え、その他は同一の条件で焼結体を製造した。
末に代え、その他は同一の条件で焼結体を製造した。
得られた各焼結体の各種特性を成分組成および配合比な
どと対比して第１表に併せて示した。
どと対比して第１表に併せて示した。
実施例７
平均粒径２−のＶＣ粉末を母材とし、これに平均粒径７
μ−のＣｒｙＣｔ粉とＳｉＣウィスカーを配合して実施
例１〜４と同様に処理して焼結体を得た。
μ−のＣｒｙＣｔ粉とＳｉＣウィスカーを配合して実施
例１〜４と同様に処理して焼結体を得た。
得られた焼結体の各種特性を成分組成等と対比して第１
表に併載した。
表に併載した。
第１表の結果から、本発明の実施例によるセラミックス
複合材は焼結温度が低いにも拘らず高水準の相対密度、
硬度、強度および破壊靭性を示しており、この様子は特
に同一母材を用いた比較例の特性値と比較すれば明確に
認められる。
複合材は焼結温度が低いにも拘らず高水準の相対密度、
硬度、強度および破壊靭性を示しており、この様子は特
に同一母材を用いた比較例の特性値と比較すれば明確に
認められる。
以上のとおり、本発明によれば周期律表第Ｖａ族に属す
る金属の炭化物を母材として比較的低温度の焼結処理に
より優れた強度、硬度ならびに靭性を備える高性能のセ
ラミックス複合材を製造することができる。
る金属の炭化物を母材として比較的低温度の焼結処理に
より優れた強度、硬度ならびに靭性を備える高性能のセ
ラミックス複合材を製造することができる。
そのうえ、得られるセラミックス複合材は放電加工を用
いて容易に所望の寸法形状に加工することが可能である
から、広範囲の用途分野に対する部材として適応性が大
いに期待できる。
いて容易に所望の寸法形状に加工することが可能である
から、広範囲の用途分野に対する部材として適応性が大
いに期待できる。
特許出願人 工 業 技 術 院 長東海カーボン株
式会社
式会社
Claims (2)
- １．周期律表第Ｖａ族に属する金属の炭化物粉末にＣｒ
＿７Ｃ＿３および／またはＣｒ＿３Ｃ＿２の粉末を混合
し、もしくは更にＳｉＣウィスカーを混合したのち１４
５０〜１８００℃の温度域で焼結することを特徴とする
セラミックス複合材の製造方法。 - ２．周期律表第Ｖａ族に属する金属の炭化物粉末に対し
Ｃｒ＿７Ｃ＿３および／またはＣｒ＿３Ｃ＿２の粉末を
０．０５〜５０ｗｔ％の割合で配合し、もしくは更にこ
の配合成分に対しＳｉＣウィスカーを５５ｖｏｌ％以下
の体積含有率に混合する請求項１記載のセラミックス複
合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63320148A JPH02164770A (ja) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | セラミックス複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63320148A JPH02164770A (ja) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | セラミックス複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02164770A true JPH02164770A (ja) | 1990-06-25 |
| JPH0585501B2 JPH0585501B2 (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=18118243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63320148A Granted JPH02164770A (ja) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | セラミックス複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02164770A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4827891A (ja) * | 1971-08-12 | 1973-04-12 | ||
| JPS59107970A (ja) * | 1982-12-09 | 1984-06-22 | 株式会社クボタ | 耐熱用セラミツク材料 |
| JPS6136173A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | 工業技術院長 | 高温固体潤滑性セラミツクス |
-
1988
- 1988-12-19 JP JP63320148A patent/JPH02164770A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4827891A (ja) * | 1971-08-12 | 1973-04-12 | ||
| JPS59107970A (ja) * | 1982-12-09 | 1984-06-22 | 株式会社クボタ | 耐熱用セラミツク材料 |
| JPS6136173A (ja) * | 1984-07-27 | 1986-02-20 | 工業技術院長 | 高温固体潤滑性セラミツクス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0585501B2 (ja) | 1993-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |