JPH02307900A - ＳｉＣウイスカーにＳ１↓３Ｎ↓４被膜を形成する方法 - Google Patents
ＳｉＣウイスカーにＳ１↓３Ｎ↓４被膜を形成する方法Info
- Publication number
- JPH02307900A JPH02307900A JP12542789A JP12542789A JPH02307900A JP H02307900 A JPH02307900 A JP H02307900A JP 12542789 A JP12542789 A JP 12542789A JP 12542789 A JP12542789 A JP 12542789A JP H02307900 A JPH02307900 A JP H02307900A
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- Japan
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- whiskers
- silane coupling
- coupling agent
- treated
- sic
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- Pending
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- 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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
-
- 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
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/4584—Coating or impregnating of particulate or fibrous ceramic material
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (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ＳｉＣウィスカーの表面処理に関し、とくにセ
ラミックス材料を複合強化する目的に有効なＳｉ３Ｎ４
被膜を形成する方法に関する。
ラミックス材料を複合強化する目的に有効なＳｉ３Ｎ４
被膜を形成する方法に関する。
セラミックス材料は、耐熱性や化学的安定性に優れてい
るため、エンジン部材をはじめ高温下で用いられる各種
の構造部材として有用されている。
るため、エンジン部材をはじめ高温下で用いられる各種
の構造部材として有用されている。
ところが、七うッミックス材料は一般に破壊靭性に対す
る抵抗力が十分でな（、微小な傷や内部欠陥によっても
大きな応力の集中を生じて容易に組織破壊に至る材質上
の欠点がある。
る抵抗力が十分でな（、微小な傷や内部欠陥によっても
大きな応力の集中を生じて容易に組織破壊に至る材質上
の欠点がある。
このため、近時、セラミックス材料の靭性改善を対象と
した研究が盛んにおこなわれており、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ
４のようなセラミック系のウィスカーを複合化する試み
なども提案されている。ウィスカーの複合化による破壊
靭性の向上は、セラミックス組織中に分散した高弾性率
のウィスカーがクラックの成長を停止、抑制もしくはク
シツクの進行方向を屈曲させて応力集中を緩和し、同時
にウィスカーの引き抜き作用によってクラック先端での
エネルギーを吸収する機能を果たすことによて発現する
ものとされている。したがって、マトリックスとなるセ
ラミックス組織と複合化するウィスカーの界面における
結合力が高過ぎると、上記の機能が減殺されて破壊靭性
の改善が円滑に進行しない結果を招く。
した研究が盛んにおこなわれており、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ
４のようなセラミック系のウィスカーを複合化する試み
なども提案されている。ウィスカーの複合化による破壊
靭性の向上は、セラミックス組織中に分散した高弾性率
のウィスカーがクラックの成長を停止、抑制もしくはク
シツクの進行方向を屈曲させて応力集中を緩和し、同時
にウィスカーの引き抜き作用によってクラック先端での
エネルギーを吸収する機能を果たすことによて発現する
ものとされている。したがって、マトリックスとなるセ
ラミックス組織と複合化するウィスカーの界面における
結合力が高過ぎると、上記の機能が減殺されて破壊靭性
の改善が円滑に進行しない結果を招く。
各種のセラミック系ウィスカーのうらＳｉＣウィスカー
は複合強化材として卓越した性能を有しているが、高温
時の反応性があるため焼結過程でマトリックス物質と反
応して強固な結合状態を形成するケースが多く、そのま
まではセラミックス材料の高靭化目的には不足面がある
。このための対応策としては、ＳｉＣウィスカーの表面
を非反応性の状態に改質する方法が考えられ、既に表面
層を反応性の小さい炭素あるいはＳｉ３Ｎ４などの物質
で被覆する方法が提案されている。
は複合強化材として卓越した性能を有しているが、高温
時の反応性があるため焼結過程でマトリックス物質と反
応して強固な結合状態を形成するケースが多く、そのま
まではセラミックス材料の高靭化目的には不足面がある
。このための対応策としては、ＳｉＣウィスカーの表面
を非反応性の状態に改質する方法が考えられ、既に表面
層を反応性の小さい炭素あるいはＳｉ３Ｎ４などの物質
で被覆する方法が提案されている。
出願人は前記対応策の１つとして、表面に有機ケイ素ポ
リマーを被着したのち窒化性雰囲気下で焼成することに
よってＳｉ：＋Ｎａの被膜層を形成したＳｉＣウィスカ
ーを用い、これをセラミックス材料に複合化する高靭性
ＳｉＣウィスカー強化セラミックスの製造方法を先に提
案した（特願昭６２−２７１６４４毎）。
リマーを被着したのち窒化性雰囲気下で焼成することに
よってＳｉ：＋Ｎａの被膜層を形成したＳｉＣウィスカ
ーを用い、これをセラミックス材料に複合化する高靭性
ＳｉＣウィスカー強化セラミックスの製造方法を先に提
案した（特願昭６２−２７１６４４毎）。
しかし、上記の先願技術で用いる有機ケイ素ポリマーは
造膜性に乏しいうえに、成分中に５ｉ−Ｃの結合が多量
に存在する関係で最終的にＳｉＣとして残留することが
多く、均質で平滑なＳｉ３Ｎ４被膜を再現性よく形成す
ることができない難点がある。本発明は、ＳｉＣウィス
カーの表面に膜厚の制御が容易で、常に均質かつ平滑な
Ｓｉ。
造膜性に乏しいうえに、成分中に５ｉ−Ｃの結合が多量
に存在する関係で最終的にＳｉＣとして残留することが
多く、均質で平滑なＳｉ３Ｎ４被膜を再現性よく形成す
ることができない難点がある。本発明は、ＳｉＣウィス
カーの表面に膜厚の制御が容易で、常に均質かつ平滑な
Ｓｉ。
Ｎ４被膜を形成することができる方法を提供するもので
ある。
ある。
すなわち、本発明によるＳｉＣウィスカーにＳｉ３Ｎ４
被膜を形成する方法は、ＳｉＣウィスカーをシランカッ
プリング剤溶液で表面処理し、ついでその表面に還元成
分としての熱硬化性樹脂を被着した状態で窒化性ガス雰
囲気中１２００〜１６００°Ｃの温度に熱処理すること
を構成上の特徴としている。
被膜を形成する方法は、ＳｉＣウィスカーをシランカッ
プリング剤溶液で表面処理し、ついでその表面に還元成
分としての熱硬化性樹脂を被着した状態で窒化性ガス雰
囲気中１２００〜１６００°Ｃの温度に熱処理すること
を構成上の特徴としている。
ＳｉＣウィスカーには、直径０．１〜５μｍ、長さ３０
〜ｌＯＯμ−のアスペクト性状を有する針状単結晶が用
いられる。
〜ｌＯＯμ−のアスペクト性状を有する針状単結晶が用
いられる。
シランカップリング剤溶液による表面処理は、シランカ
ップリング剤を濃度０．０５〜０．５％の範囲で有機溶
媒に溶解し、この溶液中にＳｉＣウィスカーを投入し１
００°Ｃ前後に加熱しながら還流分散する方法によりお
こなわれる。この際、ＳｉＣウィスカーの分散濃度を余
り高くすると表面の濡れが不均一になるため、１５重量
％以下、望ましくは約ｌＯ重量％に設定することが適切
である。
ップリング剤を濃度０．０５〜０．５％の範囲で有機溶
媒に溶解し、この溶液中にＳｉＣウィスカーを投入し１
００°Ｃ前後に加熱しながら還流分散する方法によりお
こなわれる。この際、ＳｉＣウィスカーの分散濃度を余
り高くすると表面の濡れが不均一になるため、１５重量
％以下、望ましくは約ｌＯ重量％に設定することが適切
である。
ついで、表面処理を施したＳｉＣウィスカーを、還元成
分としての熱硬化性樹脂溶液に浸漬する。
分としての熱硬化性樹脂溶液に浸漬する。
還元剤にはＨ，、Ｃｏといったガス成分あるいはＭｇ、
Ａ１などの金属類も対象になるが、上記のようなシラン
カップリング処理を施したＳｉＣウィスカーとの濡れ性
を考慮した場合には熱硬化性樹脂の溶液を用いることが
最適である。
Ａ１などの金属類も対象になるが、上記のようなシラン
カップリング処理を施したＳｉＣウィスカーとの濡れ性
を考慮した場合には熱硬化性樹脂の溶液を用いることが
最適である。
熱硬化性樹脂としては、フラン系樹脂、フェノール系樹
脂、あるいはポリイミド系樹脂などが有効に用いられ、
適宜な有機溶媒に溶解した０、５％以下あ希薄な溶液と
して使用される。
脂、あるいはポリイミド系樹脂などが有効に用いられ、
適宜な有機溶媒に溶解した０、５％以下あ希薄な溶液と
して使用される。
ＳｉＣウィスカーはこの樹脂溶液に１０重量％前後の分
散濃度になるように添加し、攪拌して十分に分散させた
のち濾過・乾湿する。
散濃度になるように添加し、攪拌して十分に分散させた
のち濾過・乾湿する。
このようにしてシランカップリング剤と熱硬化性樹脂を
被着したＳｉＣウィスカーを、Ｎ２、ＮＨ３などの窒化
性ガス雰囲気中で１２００−１６００″Ｃの温度で熱処
理する。この際、４００〜６００°Ｃの温度域でシラン
カップリング剤はＳｉＯ□に転化し、引続き１２００〜
１６００°Ｃで５ｉＯｚ層はＳｉ３Ｎ４に還元・窒化さ
れる。
被着したＳｉＣウィスカーを、Ｎ２、ＮＨ３などの窒化
性ガス雰囲気中で１２００−１６００″Ｃの温度で熱処
理する。この際、４００〜６００°Ｃの温度域でシラン
カップリング剤はＳｉＯ□に転化し、引続き１２００〜
１６００°Ｃで５ｉＯｚ層はＳｉ３Ｎ４に還元・窒化さ
れる。
上記の還元・窒化過程で、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃ
ａ、に、ＡＩあるいはＮａなどから選ばれた金属触媒を
少量添加すると反応速度を増大させることができる。
ａ、に、ＡＩあるいはＮａなどから選ばれた金属触媒を
少量添加すると反応速度を増大させることができる。
形成するＳｉ３Ｎ４被膜の厚さは１５〜１００人範囲の
薄膜で十分の効果が発揮されるが、この膜厚の制御はシ
ランカップリング剤溶液の濃度を調整することで容易に
おこなうことができる。
薄膜で十分の効果が発揮されるが、この膜厚の制御はシ
ランカップリング剤溶液の濃度を調整することで容易に
おこなうことができる。
上記のプロセスに従えば、シランカップリング剤の選択
がその優れた造膜性と５ｉＯｚへの転化容易性の作用に
より純度の高いＳｉＯ□層を所望の膜厚で形成化するこ
とが可能となり、さらに還元成分としての熱硬化性樹脂
の使用がその濡れ性の機能を介して均質なＳｉ、Ｎｍ被
膜の形成化に寄与する。これらの作用が相乗的に働いて
、常にばらつきのない均質厚さのＳ ｉ ３ Ｎ４ 薄
膜の形成が実現する。
がその優れた造膜性と５ｉＯｚへの転化容易性の作用に
より純度の高いＳｉＯ□層を所望の膜厚で形成化するこ
とが可能となり、さらに還元成分としての熱硬化性樹脂
の使用がその濡れ性の機能を介して均質なＳｉ、Ｎｍ被
膜の形成化に寄与する。これらの作用が相乗的に働いて
、常にばらつきのない均質厚さのＳ ｉ ３ Ｎ４ 薄
膜の形成が実現する。
トルエン１０２にシランカップリング剤〔チッソ■製、
５３３０ ）を５ｇ 、 １０ｇ 、 １５ｇおよび２
０ｇの割合で溶解した。各溶液中にＳｉＣウィスカー−
（直径０．５〜２μ閣、長さ３Ｏ−１ｏｏμ＋ｍ） １
０００ｇを投入し、１１０°Ｃの温度で１時間に亘り還
流処理をおこなったのち同温度でトルエンを揮散除去し
た。
５３３０ ）を５ｇ 、 １０ｇ 、 １５ｇおよび２
０ｇの割合で溶解した。各溶液中にＳｉＣウィスカー−
（直径０．５〜２μ閣、長さ３Ｏ−１ｏｏμ＋ｍ） １
０００ｇを投入し、１１０°Ｃの温度で１時間に亘り還
流処理をおこなったのち同温度でトルエンを揮散除去し
た。
次に処理されたＳｉＣウィスカーをエチルアルコール１
０２にフェノール樹脂（Ｊ［化学■製、レジトップＰＧ
Ａ−４５０８）を１０〜４０ｇの範囲で溶解した樹脂溶
液中に入れ、十分に撹拌して分散させた。
０２にフェノール樹脂（Ｊ［化学■製、レジトップＰＧ
Ａ−４５０８）を１０〜４０ｇの範囲で溶解した樹脂溶
液中に入れ、十分に撹拌して分散させた。
分散液を加圧濾過し、風乾により溶媒成分を除去したの
ち、温度１７０℃、時間２時間の条件で樹脂成分を硬化
した。
ち、温度１７０℃、時間２時間の条件で樹脂成分を硬化
した。
このようにして熱硬化性樹脂を被着したＳｉ０ｇ層を有
するＳｉＣウィスカーを、Ｎ２ガスを５２／ｓｉｎの流
速で送入している炉に移し１４００’Ｃで２時間還元・
窒化処理した。
するＳｉＣウィスカーを、Ｎ２ガスを５２／ｓｉｎの流
速で送入している炉に移し１４００’Ｃで２時間還元・
窒化処理した。
得られた被膜につき電子線回折により分析した結果、５
ｉｚＮａであることが確認された。
ｉｚＮａであることが確認された。
また、処理後のＳｉＣウィスカー表面を透過型電子顕微
鏡（ＴＥＮ）で観察したところ、下表のとおりシランカ
ップリング剤量（溶液濃度）に応した膜厚のばらつきの
少ない５ｉｉＮａの被膜であることが判明した。
鏡（ＴＥＮ）で観察したところ、下表のとおりシランカ
ップリング剤量（溶液濃度）に応した膜厚のばらつきの
少ない５ｉｉＮａの被膜であることが判明した。
シランカップ フェノール Ｓｉ：＋Ｎａ 膜厚−Ｇ
り一リング （） ２月８・（） ばらつき 平旦
、イーＸ−５１０１５〜２５２０ １０ ２０ ３２〜４８４３１５
３０ ５４〜６５５８２０
４０ ７９〜８Ｂ Ｊト−く表注〉測定点は
３０箇所とした。
り一リング （） ２月８・（） ばらつき 平旦
、イーＸ−５１０１５〜２５２０ １０ ２０ ３２〜４８４３１５
３０ ５４〜６５５８２０
４０ ７９〜８Ｂ Ｊト−く表注〉測定点は
３０箇所とした。
以上のとおり、本発明によればＳｉＣウィスカーの表面
に膜厚の制御が容易で常にばらつきの少ない均質かつ平
滑な５ｉｚＮ４被膜の形成ができるから、セラミックス
材料の破壊靭性を高める複合強化材として極めて有用で
ある。
に膜厚の制御が容易で常にばらつきの少ない均質かつ平
滑な５ｉｚＮ４被膜の形成ができるから、セラミックス
材料の破壊靭性を高める複合強化材として極めて有用で
ある。
Claims (1)
- １、ＳｉＣウィスカーをシランカップリング剤溶液で表
面処理し、ついでその表面に還元成分としての熱硬化性
樹脂を被着した状態で窒化性ガス雰囲気中１２００〜１
６００℃の温度に熱処理することを特徴とするＳｉＣウ
ィスカーにＳｉ＿３Ｎ＿４被膜を形成する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12542789A JPH02307900A (ja) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | ＳｉＣウイスカーにＳ１↓３Ｎ↓４被膜を形成する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12542789A JPH02307900A (ja) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | ＳｉＣウイスカーにＳ１↓３Ｎ↓４被膜を形成する方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02307900A true JPH02307900A (ja) | 1990-12-21 |
Family
ID=14909830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12542789A Pending JPH02307900A (ja) | 1989-05-18 | 1989-05-18 | ＳｉＣウイスカーにＳ１↓３Ｎ↓４被膜を形成する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02307900A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5231061A (en) * | 1991-06-10 | 1993-07-27 | The Dow Chemical Company | Process for making coated ceramic reinforcement whiskers |
| CN110078480A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-08-02 | 常州华森医疗器械有限公司 | 一种人工关节用陶瓷复合材料及其制备方法 |
-
1989
- 1989-05-18 JP JP12542789A patent/JPH02307900A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5231061A (en) * | 1991-06-10 | 1993-07-27 | The Dow Chemical Company | Process for making coated ceramic reinforcement whiskers |
| CN110078480A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-08-02 | 常州华森医疗器械有限公司 | 一种人工关节用陶瓷复合材料及其制备方法 |
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