JPH02164779A - Ceramic composite material and its production - Google Patents
Ceramic composite material and its productionInfo
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- JPH02164779A JPH02164779A JP63318570A JP31857088A JPH02164779A JP H02164779 A JPH02164779 A JP H02164779A JP 63318570 A JP63318570 A JP 63318570A JP 31857088 A JP31857088 A JP 31857088A JP H02164779 A JPH02164779 A JP H02164779A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、特殊構造のセラミックス材料及びその製法に
閏する。更に、詳しくは、特殊な構造を有し、高強度、
耐熱性の高性能の複合セラミックス材料及びその製法に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a ceramic material with a special structure and a method for producing the same. Furthermore, in detail, it has a special structure, high strength,
This article relates to a heat-resistant, high-performance composite ceramic material and its manufacturing method.
[従来の技術]
MgOは、すぐれた耐熱性、耐食性、電気絶縁性を有す
るが、高温強度、破壊靭性、耐熱衝撃性は乏しく、構造
材料として使用するには、強度面において、不十分であ
る。[Prior Art] Although MgO has excellent heat resistance, corrosion resistance, and electrical insulation, it has poor high-temperature strength, fracture toughness, and thermal shock resistance, and is insufficient in terms of strength to be used as a structural material. .
一般に、材料のマトリックス中(例えば、アルミナ粒子
中)に第2相として微粒子(SiC,5IjN4等)を
分散し、焼結することで、大幅な物理的諸特性を改善す
ること、特に、高い強度を得ることが、可能になること
が、文献等で多く報告されている。その中でも、MgO
−3iC系は、大工式報告に、報告されており、その強
度が著しく上がり、MgO特性改善が可能であることが
報告されている。この報告では、SiCの複合化に伴う
MgOの強度増加は、SiC微粒子が、MgO粒界に偏
在4“るために、生じるクラックデフラクンコンによる
クラックの進展の妨害が、寄与しでいると結論づけてい
る。Generally, fine particles (SiC, 5IjN4, etc.) are dispersed as a second phase in a material matrix (e.g. in alumina particles) and sintered to significantly improve physical properties, especially high strength. There are many reports in the literature that it is possible to obtain the following. Among them, MgO
The -3iC system has been reported in the Daiku Shiki report, and it has been reported that its strength is significantly increased and that it is possible to improve the MgO properties. In this report, it was concluded that the increase in strength of MgO due to SiC compounding is due to the obstruction of crack growth caused by crack defraction caused by the uneven distribution of SiC particles at MgO grain boundaries. ing.
また、アルミナのようなセラミックス焼結体では、異方
性粒子で、マトリックスが形成されており、そのため、
粒子境界で隣接粒子の熱膨張差により歪みが発生し、こ
のために、粒界が破壊源きなり、強度低下になることが
周知である。また、高い強度にするため、ウィスカー等
を分散したセラミックスコンポジットも多いが、多くの
場合は、ウィスカーの引き抜き効果による高い靭性を得
ることが目的であり、本質的に高い強度にすることは、
困難である。このように、セラミックスマトリックス中
に、粒子或いはウィスカーを分散することにより、クラ
ックの進展が阻止され、このため、靭性の向上が期待さ
れるものである。この考えでは、破壊の発生源である粒
界の欠陥には変化がなく、その欠点は、そのまま残存し
ているため、強度の大きな向−りは望めなかった。In addition, in ceramic sintered bodies such as alumina, a matrix is formed of anisotropic particles, so
It is well known that distortion occurs at grain boundaries due to the difference in thermal expansion between adjacent grains, and for this reason, the grain boundaries become a source of fracture, resulting in a decrease in strength. In addition, there are many ceramic composites in which whiskers are dispersed in order to achieve high strength, but in most cases, the purpose is to obtain high toughness due to the pull-out effect of the whiskers.
Have difficulty. As described above, by dispersing particles or whiskers in the ceramic matrix, the propagation of cracks is inhibited, and therefore, it is expected that toughness will be improved. According to this idea, there is no change in the grain boundary defects that are the source of fractures, and the defects remain as they are, so no significant improvement in strength could be expected.
[発明が解決しようとする問題点]
本発明は、上記のような欠点を解消するため、MgOマ
トリックス中にSIC微粒子を複合化した構造セラミッ
クス材料として、高強度で高靭性のセラミックスコンポ
ジットを提供することを目的とする。従って、本発明は
、MgOの特性の改善を試みたセラミックス複合体を提
供することを目的にする。更に、通常の耐火、耐熱材料
、電子セラミックス材料においては、それほど、結晶を
大きく成長させなくても、耐熱衝撃性が得られ、また、
使用中の破壊特性が著しく改善された材料を提供するこ
とを目的にする。[Problems to be Solved by the Invention] In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, the present invention provides a ceramic composite with high strength and high toughness as a structural ceramic material in which SIC fine particles are composited in an MgO matrix. The purpose is to Therefore, an object of the present invention is to provide a ceramic composite in which the characteristics of MgO are improved. Furthermore, in ordinary fire-resistant, heat-resistant materials, and electronic ceramic materials, thermal shock resistance can be obtained without growing crystals to a large size, and
The object is to provide a material with significantly improved fracture properties during use.
[問題点を解決するための手段]
本発明は、0.5μm〜1100aの結晶粒子を有する
MgOマトリックス中に粒子径1.0μm以下のSiC
微粒子及び直径3μm以下のSICICライスカル散さ
せたことを特徴とするセラミックス複合材料である。そ
して、その製法は、5μm以下の粒子径に微粉砕したM
gO及び1゜0Bm以下の粒子径に微粉砕したSiC及
び直径3ttm以下のSiCウィスカーを混合し、焼成
することによるものである。[Means for solving the problems] The present invention provides SiC with a particle size of 1.0 μm or less in an MgO matrix having crystal grains of 0.5 μm to 1100 μm.
This is a ceramic composite material characterized by dispersing fine particles and SICIC rice skulls with a diameter of 3 μm or less. The manufacturing method involves finely pulverizing M to a particle size of 5 μm or less.
This is done by mixing gO, SiC finely pulverized to a particle size of 1°0 Bm or less, and SiC whiskers having a diameter of 3 ttm or less, and firing the mixture.
[作用]
本発明によるセラミックスコンポジットは、Mg0t=
ラミツクスコンボジツト材料の結晶内、そのものに、S
iC微粒子を分散される、所謂、ナノオーダーの複合化
を行なうことにより、セラミックス体の特性の強化、改
善を得ようとするものである。[Function] The ceramic composite according to the present invention has Mg0t=
In the crystals of the lamic composite material itself, S
The aim is to strengthen and improve the characteristics of a ceramic body by performing so-called nano-order composites in which iC fine particles are dispersed.
即ち、個々のMgO結晶粒子内に、S%C微粒子を分散
1°ることで、MgOと5iCO熱膨張係数の差による
残留応力を生じ許せる。この残留応力により、隣接する
粒子の粒界に、圧縮応力場を生じさせておき、進行しよ
うとするクラック先端をピンニングしたり、デフラクシ
ョンすることにより、クラックの進展を防止しようとす
る考えである。That is, by dispersing S%C fine particles by 1 degree in each MgO crystal grain, it is possible to generate residual stress due to the difference in thermal expansion coefficients of MgO and 5iCO. The idea is to use this residual stress to generate a compressive stress field at the grain boundaries of adjacent grains, and to prevent the propagation of cracks by pinning or defraction at the tips of cracks that are about to propagate. .
このような機構について、第1図を参照して、更に、詳
細に論じる。IZgも、本発明のセラミックス複合体は
、第1図の模式図に示すように、MgOマトリックスの
各粒子内に微粒子SiCが分散されている構造のもので
ある0個々のMgO結晶粒内にSiC微粒子を分散する
ことで、MgOとSiCとの熱膨張係数の差番こよる残
留応力を生じさける。この応力により隣接するMgO粒
子の粒界に圧縮応力場を生じさけておき、進行しようと
4°るクラック先端をその応力場にピンニング(又はデ
イフラクション)することにより、クラック進展を防止
するものである。Such a mechanism will be discussed in further detail with reference to FIG. As for IZg, the ceramic composite of the present invention has a structure in which fine particles of SiC are dispersed within each grain of an MgO matrix, as shown in the schematic diagram of FIG. By dispersing the fine particles, residual stress due to the difference in thermal expansion coefficient between MgO and SiC is avoided. This stress causes a compressive stress field to be generated at the grain boundaries of adjacent MgO particles, and by pinning (or diffraction) the tip of a crack that is about to propagate by 4 degrees to that stress field, crack propagation is prevented. be.
つまり、この応力によって、MgOの高温強度低ドの大
きな原因であるMgO結晶粒界のすべり及びキヤビテー
シヨンが抑制きれるため、高温強度が改善される。更に
分散したSiC粒子は高温におけるMgO中の転移移動
を阻害し、MgO自身の高温変形をも抑制する。このた
め、高強度、高靭性が得られるものである。また、本複
合体の靭性を更に高めるために、SiCウィスカーを添
加す°ると外部応力場で、ウィスカーの引き抜き効果が
同時に発生ずるため、更に大きな靭性を得ることができ
る。当然のことながら、クラックデイフラクションによ
るクラック進展を防止することになり、高強度、高靭性
が得られるものである。In other words, this stress suppresses slippage and cavitation at MgO grain boundaries, which are major causes of low high-temperature strength of MgO, and thus improves high-temperature strength. Furthermore, the dispersed SiC particles inhibit dislocation movement in MgO at high temperatures, and also suppress high-temperature deformation of MgO itself. Therefore, high strength and high toughness can be obtained. Furthermore, in order to further increase the toughness of the present composite, when SiC whiskers are added, the external stress field simultaneously causes a pull-out effect of the whiskers, so that even greater toughness can be obtained. Naturally, crack propagation due to crack diffraction is prevented, and high strength and toughness can be obtained.
本発明は、マトリックスとしてMgO5分散粒子−とじ
てSiC微粒子及びSiCウィスカーを用いることが、
特長である。そして、そのMgOマトリックス粒子径は
、0.5μm〜1100aであり、SiC微粒子は、粒
子径1.011m以下、SiCウィスカーは直径3μm
以下で、MgOマトリックス中にSiC簀粒子粒子Si
Cウィスカを分散させた構造のものである。その原料と
しては、5μm以下の粒子径に微粉砕したMgO及び0
.3μm以下の粒子径に微粉砕したSiC及び直径3μ
m以下のSiCウィスカーを用いて、混合し、焼成する
ことにより、前記のセラミックス複合材料が製造される
。In the present invention, using MgO5 dispersed particles, SiC fine particles and SiC whiskers as a matrix,
This is a feature. The MgO matrix particle size is 0.5 μm to 1100 μm, the SiC fine particles have a particle size of 1.011 m or less, and the SiC whiskers have a diameter of 3 μm.
In the following, SiC filter particles Si in the MgO matrix
It has a structure in which C whiskers are dispersed. The raw materials include MgO finely ground to a particle size of 5 μm or less and
.. SiC finely ground to a particle size of 3μm or less and a diameter of 3μm
The above-mentioned ceramic composite material is manufactured by mixing and firing SiC whiskers having a diameter of less than m.
セラミックス複合体中のMgOマトリックス粒子径は、
0.5μm〜100μmとする理由は、焼結体の強度が
最大となる範囲であるためであり、SiC微粒子を、粒
子径1.0μm以下にする理由は、MgOマトリックス
結晶粒子内に取り込まれる最適の粒度範囲であるためで
ある。The MgO matrix particle size in the ceramic composite is
The reason why the diameter is set to 0.5 μm to 100 μm is that this is the range where the strength of the sintered body is maximized, and the reason why the particle size of the SiC fine particles is set to 1.0 μm or less is because the optimum size is incorporated into the MgO matrix crystal grains. This is because the particle size range is .
また、その原料として用いるMgOを、511m以下の
粒子径に微粉砕したものとする理由は、焼結し易いため
であり、原料SiCを1.0μm以下の粒子径に微粉砕
したものを用いる理由は、1.0μmを超えるとマイク
ロクラックが発生すること、マトリックス粒内にSiC
が取り込まれ易いこと、そして、残留応力がある限界以
上になってもマイクロクラックが発生しない範囲である
こと等である。SiCウィスカーを用いる理由は、ウィ
スカーの引き抜き効果によるクラック進展防1Fに関す
る高靭性化が主である。The reason why the MgO used as the raw material is finely pulverized to a particle size of 511 m or less is because it is easy to sinter, and the reason why the raw material SiC is pulverized to a particle size of 1.0 μm or less. If the thickness exceeds 1.0 μm, microcracks will occur, and SiC in the matrix grains.
and that microcracks do not occur even if the residual stress exceeds a certain limit. The main reason for using SiC whiskers is to improve the toughness in terms of crack growth prevention 1F due to the pull-out effect of the whiskers.
本発明によるマトリックスMgOは、焼結工程で、緻密
に焼結される必要があり、この粒子内に分散相のSiC
が、均一に微粒子分散されていることが、必要である。The matrix MgO according to the present invention needs to be sintered densely in the sintering process, and the dispersed phase of SiC
It is necessary that the particles be uniformly dispersed.
この分散相は、マトリックスより、熱膨張係数が低いこ
とが必要であり、更に、高温時でマトリックスより高強
度、高硬度を維持していることが必要である。また、焼
結過程で、マトリックス粒子内(こ取り込まれるもので
なければならない、また、SiCウィスカーは、Mgo
マトリックス中に均一に分散している必要がある。This dispersed phase needs to have a lower coefficient of thermal expansion than the matrix, and further needs to maintain higher strength and hardness than the matrix at high temperatures. In addition, the SiC whiskers must be incorporated into the matrix particles during the sintering process.
Must be uniformly dispersed in the matrix.
そのために更に、焼結温度を十分に高くしなけれならな
い、1300°C焼結温度も可能であるが、再加熱収縮
等を考慮すると、1400°C以上の焼成が望ましい。For this purpose, the sintering temperature must be made sufficiently high; a sintering temperature of 1300°C is also possible, but in consideration of reheating shrinkage, etc., it is desirable to sinter at a temperature of 1400°C or higher.
本発明により得られるセラミックス複合体は、耐熱材料
として、その他、耐食、熱間高強度、耐熱衝撃性、高靭
性等の耐火材として、特に、好適である。The ceramic composite obtained by the present invention is particularly suitable as a heat-resistant material and as a refractory material having corrosion resistance, high hot strength, thermal shock resistance, and high toughness.
次に、本発明のセラミックス複合体の製造とその得られ
る特性を測定した結果について説明するが、本発明は、
次の実施例に限定されるものではない。Next, the results of manufacturing the ceramic composite of the present invention and measuring its obtained properties will be explained.
The present invention is not limited to the following examples.
[実施例]
[入且星玉LII]
マトリックスには、ウベ株式会社製MgO#1o o
o (v均粒径0.1μ、純度99.99%)を用い、
添加するSiCとしては、イビデン株式会社製の5jC
(β−ランダム・ウルトラファイン)及びタテホ化学社
製のSiCウィスカー(SCW)を用いて、マトリック
ス材料に対して、SIC粒子が、10容量%に固定して
、SiCウィスカーが5〜30容量%の割合で添加混合
した。[Example] [Irukashidadama LII] The matrix includes MgO #1 o o manufactured by Ube Co., Ltd.
o (v average particle size 0.1μ, purity 99.99%),
As the SiC to be added, 5jC manufactured by IBIDEN Co., Ltd.
(β-Random Ultra Fine) and SiC whiskers (SCW) manufactured by Tateho Chemical Co., Ltd., the SIC particles were fixed at 10% by volume with respect to the matrix material, and the SiC whiskers were fixed at 5 to 30% by volume. They were added and mixed in proportion.
この混合粉末にエチルアルコールを分散媒として、加え
、湿式混合し、アルミナボールミルで、12時間粉砕混
合を行なった。これを十分に乾燥した後に、アルミナボ
ールミルで乾式混合を24時間行なったものを、試料粉
砕して使用した。Ethyl alcohol was added as a dispersion medium to this mixed powder, wet-mixed, and pulverized and mixed in an alumina ball mill for 12 hours. After sufficiently drying this, dry mixing was performed for 24 hours in an alumina ball mill, and the sample was ground and used.
[焼結処理]
焼結処理には、誘導加熱式ホットプレス装置(富士電波
工業製)を用いた。前記のように調製したAICIC米
粉末約32g鉛ダイス(内径55■)に充填し、10M
Paに予備圧縮した後に焼結処理した。このとき、充填
した試料が、ダイス内壁、パンチ棒のプレス而に直接接
触し、反応しないように、これらの而にBNパウダーを
コーティングし、更にこの−Lにグラファイトホイル(
厚さ0 、38all)を置き、この中に試料を充填し
た。 ホットプレス条件は、焼結温度まで昇温させた後
、1時間保持し、プレス圧は、30 M P aで、雰
囲気ガスにはアルゴンガスを用いた。得られた焼結体は
、約5041111X 4閣であった。[Sintering Treatment] For the sintering treatment, an induction heating hot press device (manufactured by Fuji Denpa Kogyo) was used. Approximately 32 g of the AICIC rice powder prepared as described above was filled into a lead die (inner diameter 55 mm), and a 10 M
After pre-compression to Pa, sintering treatment was performed. At this time, in order to prevent the filled sample from coming into direct contact with the inner wall of the die and the pressing area of the punch rod and reacting, these areas were coated with BN powder, and this -L was further coated with graphite foil (
The sample was filled into the sample. The hot pressing conditions were such that the temperature was raised to the sintering temperature and then held for 1 hour, the pressing pressure was 30 MPa, and argon gas was used as the atmospheric gas. The obtained sintered body had a size of about 5041111×4.
[区菓及止1]
得られた焼結体のプレス両面をダイヤモンドホイールで
研削し、#1000の粗さに仕上げ、これをダイヤモン
ドカッターで直方体に切り出した。試料はJIS R
1601規定に準じて、3x4膿角長さ36■程度にし
、3点曲げ試験片の大きさとした。[Ku Ka and To 1] Both surfaces of the obtained sintered body were ground with a diamond wheel to a roughness of #1000, and this was cut into a rectangular parallelepiped with a diamond cutter. The sample is JIS R
In accordance with the 1601 regulations, the length of the 3x4 pustules was approximately 36 cm, which was the size of the 3-point bending test piece.
[蜜U定]
密度はアルキメデス法を用いて、トルエン溶液中で測定
した。試料は上記の曲げ試験片3本以上を用いて測定し
た。[Honey U constant] Density was measured in a toluene solution using the Archimedes method. The samples were measured using three or more of the above bending test pieces.
[1払量産fi1
曲げ強度は、3点曲げ試験法により、荷重速度0.5■
/分、スパン長さ30■、室温及び高温酸化雰囲気(最
高1400°C)で、強度を測定した。但し、高温強度
は、一部試験片のみで測定した。試験片はダイヤモンド
ペースト(3μ)を用いて、引張面を鏡面仕上げし、そ
して、工・7ジ部分を45°の角度で約0.1−の幅で
面取り加工したものについて、測定した。[1 payment mass production fi1 bending strength is determined by 3-point bending test method at a loading rate of 0.5■
The strength was measured at room temperature and a high temperature oxidizing atmosphere (up to 1400°C) at a span length of 30cm/min. However, the high temperature strength was measured only on some test pieces. The tensile surface of the test piece was polished to a mirror finish using diamond paste (3μ), and the cut and 7-edge portions were chamfered at an angle of 45° to a width of approximately 0.1, and the measurements were taken.
[ビッカース硬 及び破壊靭 の測 ]マイク【1ピン
力−ス硬度計を用いてビッカース硬度及び破壊靭性を測
定した。破壊靭性は、荷重1kgで、保持時間10秒間
で、1M法により測定した。[Measurement of Vickers hardness and fracture toughness] Vickers hardness and fracture toughness were measured using a microphone [1 pin force-force hardness meter]. Fracture toughness was measured by the 1M method under a load of 1 kg and a holding time of 10 seconds.
[添加SiC量と密 の関係]
前記のような構造の複合体を作製したことにより、マト
リックスMgOは緻密化されることが、密度測定により
、明らかにされた。即ち、第2図に、焼結温度とSiC
ウィスカー添加量に対する相対密度の変化を示す、Si
C粒子の添加量は、10容量%で一定である。[Relationship between amount of added SiC and density] Density measurements revealed that the matrix MgO was made dense by producing a composite with the above structure. That is, FIG. 2 shows the relationship between sintering temperature and SiC
Si showing the change in relative density with respect to whisker addition amount
The amount of C particles added is constant at 10% by volume.
X線回折の結果からは、1900″Cまでの焼結温度で
は、M g O/ S i C相互の反応は、認められ
なかったが、このときの理論密度は、MgO−3、58
g /as”、S i C−3、21170m”とし、
各々を単純比率で混合したとして計算したものを、10
0%として、相対密度を求めた。From the results of X-ray diffraction, no mutual reaction between MgO/SiC was observed at sintering temperatures up to 1900''C, but the theoretical density at this time was MgO-3,58
g/as", S i C-3, 21170m",
Calculated by mixing each in a simple ratio, 10
The relative density was determined by setting it to 0%.
SiC無添加のMgOは、1300℃以上の焼結温度で
は、相対密度は100%となる。然し乍ら、SiC添加
量の増加に伴いマトリックスの焼結は著しく抑制され、
MgOの緻密化には、高い焼結温度を必要とする。MgO without SiC addition has a relative density of 100% at a sintering temperature of 1300° C. or higher. However, as the amount of SiC added increased, the sintering of the matrix was significantly suppressed.
Densification of MgO requires high sintering temperatures.
SiCウィスカー添加量20容量%までの1900℃焼
成の焼結体の相対密度は、はぼ100%であった。Si
Cウィスカー添加量が20容量%以−トになると、相対
密度は97%以下となり、緻密化が困難であった。これ
は、SiCウィスカーの混入がマトリックスMgOの焼
結による緻密化を阻害し、即ち、MgO粒子相互間にS
iCウィスカーが存在することでMに0粒子間の緻密化
、焼結が抑制され、そのため、焼結時の空隙の減少が不
十分になり、この部分に残存気孔が残ったものと考えら
れる。SiCウィスカーの添加量増加は、この空隙を増
やすjlX囚になると思われる。The relative density of the sintered body fired at 1900° C. with an added amount of SiC whiskers up to 20% by volume was almost 100%. Si
When the amount of C whisker added exceeds 20% by volume, the relative density becomes 97% or less, making it difficult to achieve densification. This is because the inclusion of SiC whiskers inhibits the densification of the matrix MgO by sintering, that is, the S
It is thought that the presence of iC whiskers suppressed the densification and sintering between the zero particles in M, and as a result, the reduction of voids during sintering was insufficient, and residual pores remained in these areas. It is thought that increasing the amount of SiC whiskers added increases the number of voids.
[1仏員皇二五崖1]
第3図に、3点曲げ強度とSiCウィスカー添加暖との
関係を示す、この測定値から、MgO単体での1300
℃焼結体では、最大値430MPaで、平均300MP
a程度の強度であった。それに対して、SiCウィスカ
ー添加5容量%から30容量%では、およそ600〜7
50MPmにまで強度の向−Fが見られた。これらの試
料の破断面を観察すると、非常に複雑な面を呈していた
ことから、MgOが高い強度になったことは、SICウ
ィスカー添加によるクラックデフラクションが発生し、
靭性が改善されたものと考えられる。[1 Buddhist Emperor 2 Five Cliffs 1] Figure 3 shows the relationship between the three-point bending strength and the SiC whisker addition temperature. From this measured value, 1300
℃ sintered body, maximum value 430MPa, average 300MPa
The strength was about a. On the other hand, when SiC whiskers are added from 5% to 30% by volume, approximately 600 to 70%
A -F direction of strength was observed up to 50 MPm. Observation of the fracture surfaces of these samples revealed that they were very complex, indicating that the high strength of MgO was due to crack defraction caused by the addition of SIC whiskers.
It is thought that the toughness has been improved.
w1密化が、不十分な焼結体(相対密度95%以下)で
は、100前後の密度のものと比較して、大幅な強度低
下が見られた。これらは、試料加工41に崩壊すること
が多かった。これは焼結が不十分であり、存在する残留
気孔がマトリックス破壊源となるためと考えられる。In sintered bodies with insufficient w1 density (relative density of 95% or less), a significant decrease in strength was observed compared to those with a density of around 100. These often collapsed during sample processing 41. This is thought to be due to insufficient sintering and the residual pores that are present become a source of matrix destruction.
[硬度と破壊 性へのSiCウィスカー添加の 響]第
4図及び第5図は、SiCウィスカー添加量とビッカー
ス硬度及び破壊靭性の関係を示すグラフである。[Effect of SiC whisker addition on hardness and fracture toughness] Figures 4 and 5 are graphs showing the relationship between the amount of SiC whisker added and Vickers hardness and fracture toughness.
これは、MgO単体(1300℃焼結体)に比べ、約2
倍の硬度:約10GPaと大幅な硬度の向上が見られた
。そして、更に添加量を増加すると、硬度は単調に増加
する傾向が見られた。SiCウィスカー添加量30容量
%まででは、約12GPaにまで硬度が向上した。This is about 2
A significant improvement in hardness was observed, with double hardness: approximately 10 GPa. When the amount added was further increased, the hardness tended to increase monotonically. When the amount of SiC whiskers added was up to 30% by volume, the hardness improved to about 12 GPa.
破壊靭性についても、同様な傾向が見られた。A similar trend was observed for fracture toughness.
即し、SiCウィスカー添加値の増加につれ、靭性の向
上が見られ、SiCウィスカー添加量30容量%では、
MgO単体(1300°C焼結体)の約2.5倍の4.
8MPa・lll1/fiにまで靭性値が増加した。S
iC粒子及びウィスカー無添加では、ビッカース圧痕か
らのクラック進展の形状は、直線的なものであった。こ
れに対して、SiC粒子、ウィスカー添加のものは、ク
ラック進展の形状にデイフラクション発生によると思わ
れる顕著な湾曲面が見られた。このデイフラクション発
生により、靭性が向上され、その結果、強度が改善され
たものと考えられる。Therefore, as the SiC whisker addition value increases, the toughness improves, and when the SiC whisker addition amount is 30% by volume,
4. Approximately 2.5 times that of MgO alone (1300°C sintered body).
The toughness value increased to 8 MPa·ll1/fi. S
When no iC particles or whiskers were added, the shape of crack growth from the Vickers indentation was linear. On the other hand, in the case where SiC particles and whiskers were added, a remarkable curved surface was observed in the shape of crack growth, which was thought to be due to the occurrence of diffraction. It is thought that the occurrence of this diffraction improved the toughness and, as a result, the strength.
[SiC添加の高温曲げ強度に対する影vg]第6図は
、焼結温度1900℃で作製した、SiC粒子及びウィ
スカーの添加量が各々10容量%のMgO焼結体の高温
酸化雰囲気中における曲げ強度を測定し、その結果を示
すグラフである。[Effect of SiC addition on high-temperature bending strength vg] Figure 6 shows the bending strength in a high-temperature oxidizing atmosphere of an MgO sintered body produced at a sintering temperature of 1900°C and containing 10% by volume of each of SiC particles and whiskers. This is a graph showing the results.
M g Orlt体では高温になると著しい強度低下が
生じることが、知られている。SiC粒子、ウィスカー
添加のものでは、常温から1400℃まで強度の低下が
見られず、室温なみの強度が維持された。そして、Si
C添加量10容量%のものでは、1000℃前後におい
て顕著な強度増加が認められた。特に、1400℃前後
に加熱した試料では、表面が白く変色していた。これは
SiCの酸化が原因であり、またこの酸化が生じると強
度紙Fが引き起こされるものと思われる。従って、Si
C添加により、高温での強度が大幅に向上することがで
きることが示された。It is known that a significant decrease in strength occurs in M g Orlt bodies at high temperatures. In the case where SiC particles and whiskers were added, no decrease in strength was observed from room temperature to 1400°C, and the strength was maintained at the same level as room temperature. And Si
In the case where the amount of C added was 10% by volume, a remarkable increase in strength was observed at around 1000°C. In particular, the surface of the sample heated to around 1400° C. turned white. This is thought to be caused by the oxidation of SiC, and the occurrence of this oxidation causes the strength paper F. Therefore, Si
It has been shown that the strength at high temperatures can be significantly improved by adding C.
[発明の効果]
本発明によるSiC添加したMgOマトリックスは、次
のような顕著な技術的な効果が得られるものである。[Effects of the Invention] The SiC-added MgO matrix according to the present invention provides the following remarkable technical effects.
第1に、以上の説明で明らかなように、高温で使用可能
な構造材料として利用性を有するMgO/SiC複合体
材料を提供できる。First, as is clear from the above description, it is possible to provide an MgO/SiC composite material that has utility as a structural material that can be used at high temperatures.
第2に、本発明の製造方法で得られたMgOマトリック
スセラミックス複合体は、大幅な特性改善と、高い強度
にすることのできるものである。Second, the MgO matrix ceramic composite obtained by the manufacturing method of the present invention can have significantly improved properties and high strength.
第3に、本発明のセラミックス複合体は、MgOの特性
をそのまま生かして、且つ高強度、高靭性の特性を有す
る材料を提供することができたものである。Thirdly, the ceramic composite of the present invention makes use of the characteristics of MgO and can provide a material having high strength and high toughness.
第1図は、本発明のセラミックス複合体の構造を模式的
に示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the structure of the ceramic composite of the present invention.
第2図は、本発明によるMgOマトリックス焼結体緻密
化とSICウィスカー添加量との関係を示すために、相
対密度を、SiCウィスカー含有量に対してブ「1・/
トしたグラフである。FIG. 2 shows the relationship between the densification of the MgO matrix sintered body according to the present invention and the amount of SIC whiskers added.
This is a graph.
第3図は、本発明によるMgOマトリ/クス焼結体の曲
げ強度とSiCウィスカー添加量との関係を示すために
、測定曲げ強度を、SiCウィスカー含有含有対してプ
11ットしたグラフである。FIG. 3 is a graph in which the measured bending strength is plotted against the content of SiC whiskers, in order to show the relationship between the bending strength of the MgO matrix/customer sintered body according to the present invention and the amount of SiC whiskers added. .
第4図は、本発明によるMgOマトリックス焼結体のビ
ッカース硬度とSiCウィスカー添加量との関係を示す
ために、測定ビッカース硬度を、SiCウィスカー含有
量に対してプロットしたグラフである。FIG. 4 is a graph in which the measured Vickers hardness is plotted against the SiC whisker content in order to show the relationship between the Vickers hardness of the MgO matrix sintered body according to the present invention and the amount of SiC whiskers added.
第5図は、本発明によるMgOマトリックス焼結体の破
壊靭性とSiCウィスカー添加量との関係を示すために
、測定破壊靭性を、SiCウィスカー含有量に対してプ
ロットしたグラフである。FIG. 5 is a graph in which the measured fracture toughness is plotted against the SiC whisker content in order to show the relationship between the fracture toughness of the MgO matrix sintered body according to the present invention and the amount of SiC whisker added.
第6図は、本発明によるMgOマトリックスとSiCウ
ィスカー複合体の焼結体の高温での曲げ強度を示すため
に、測定高温曲げ強度を、温度に対してプ【」ットした
グラフである。FIG. 6 is a graph plotting the measured high temperature bending strength against temperature to show the bending strength at high temperatures of the sintered body of the MgO matrix and SiC whisker composite according to the present invention.
特許出願人 三fff、業セメント株式会社(外1名)
代理人 弁理上 倉 持 裕
第3図
第4図Patent applicant: 3FFF, Gyo Cement Co., Ltd. (1 other person)
Attorney Hiroshi Kuramochi Figure 3 Figure 4
Claims (2)
Oマトリックスの結晶粒内に粒子径1.0μm以下のS
iC微粒子及び直径3μm以下のSiCウィスカーを分
散させたことを特徴とするセラミックス複合材料。(1) Mg with crystal grains of 0.5 μm to 100 μm
S with a particle size of 1.0 μm or less in the crystal grains of the O matrix
A ceramic composite material characterized by dispersing iC fine particles and SiC whiskers with a diameter of 3 μm or less.
0μm以下の粒子径に微粉砕したSiC及び直径3μm
以下のSiCウィスカーを混合し、焼成することを特徴
とする請求項1記載のセラミックス複合材料の製法。(2) MgO finely ground to a particle size of 5 μm or less and 1.
SiC finely ground to a particle size of 0 μm or less and a diameter of 3 μm
The method for producing a ceramic composite material according to claim 1, characterized in that the following SiC whiskers are mixed and fired.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63318570A JPH02164779A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Ceramic composite material and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63318570A JPH02164779A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Ceramic composite material and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02164779A true JPH02164779A (en) | 1990-06-25 |
Family
ID=18100610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63318570A Pending JPH02164779A (en) | 1988-12-19 | 1988-12-19 | Ceramic composite material and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02164779A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2674407A1 (en) * | 2012-06-15 | 2013-12-18 | Refractory Intellectual Property GmbH & Co. KG | Refractory ceramic formulation and brick formed therefrom |
| CN108440009A (en) * | 2018-05-10 | 2018-08-24 | 苏州佳耐材料科技有限公司 | A method of addition silicon carbide whisker prepares high-performance magnesia carbon brick |
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| JPS61174165A (en) * | 1985-01-25 | 1986-08-05 | 株式会社 リケン | Alumina-silicon carbide heat-resistant composite sintered body and manufacture |
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| JPS63190752A (en) * | 1987-02-04 | 1988-08-08 | 関西窯業株式会社 | Manufacture of whisker-reinforced magnesia formed body |
-
1988
- 1988-12-19 JP JP63318570A patent/JPH02164779A/en active Pending
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