JPH0477353A - セラミックス複合材料及びその製造方法 - Google Patents
セラミックス複合材料及びその製造方法Info
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- JPH0477353A JPH0477353A JP2190841A JP19084190A JPH0477353A JP H0477353 A JPH0477353 A JP H0477353A JP 2190841 A JP2190841 A JP 2190841A JP 19084190 A JP19084190 A JP 19084190A JP H0477353 A JPH0477353 A JP H0477353A
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- Japan
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- tic
- sic whiskers
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- Compositions Of Oxide Ceramics (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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、特殊構造のセラミックス材料及びその製法に
関する。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。
関する。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。
［従来の技術］
Ａ１．０．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。
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。
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（Ｔ ｉ Ｃ１Ｓｉ、Ｎ、等
）を分散し、焼結することで、大幅な物理的緒特性を改
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。これらの報告で
は、ＳｉＣによる複合化に伴うＡ １１０ ｍの強度増
加は、ＳｉＣ微粒子が、Ａｌ２Ｏ３粒界に偏在するため
に、生じるクラックデフラクションによるクラックの進
展の妨害が、寄与していると結論ずけている。
中）に第２相として微粒子（Ｔ ｉ Ｃ１Ｓｉ、Ｎ、等
）を分散し、焼結することで、大幅な物理的緒特性を改
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。これらの報告で
は、ＳｉＣによる複合化に伴うＡ １１０ ｍの強度増
加は、ＳｉＣ微粒子が、Ａｌ２Ｏ３粒界に偏在するため
に、生じるクラックデフラクションによるクラックの進
展の妨害が、寄与していると結論ずけている。
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、粒界が破壊源となり、強度低下になることが
周知である。
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、粒界が破壊源となり、強度低下になることが
周知である。
このように、マトリックス中に、粒子を分散した場合、
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
る粒界の欠陥は、変化がなく、その欠点は、残存してい
るため、強度の大きな向上は、望めなかった。
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
る粒界の欠陥は、変化がなく、その欠点は、残存してい
るため、強度の大きな向上は、望めなかった。
［発明が解決しようとする間組点〕
本発明は、上記のような欠点を解消するため、Ａ Ｉ
ｓ Ｏｓマトリックス粒子中にＴｉＣ微粒子及びＳｉＣ
ウィスカーを複合化した構造セラミックス材料として、
高い強度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、Ａ１＝Ｏｓ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、耐火、耐熱材料、電子セラミックス材料に
おいては、Ａ ］ ｔ Ｏｓ粒成長を制御し、耐熱衝撃
性のある、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。
ｓ Ｏｓマトリックス粒子中にＴｉＣ微粒子及びＳｉＣ
ウィスカーを複合化した構造セラミックス材料として、
高い強度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、Ａ１＝Ｏｓ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、耐火、耐熱材料、電子セラミックス材料に
おいては、Ａ ］ ｔ Ｏｓ粒成長を制御し、耐熱衝撃
性のある、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。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、０．５μｍ−１００μｍの結晶粒子を有する
ＡＩ、０．マトリックスの結晶粒内に粒子径２．０μｍ
以下のＴｉＣ微粒子３〜４０重量％及び００Ｑ５−２μ
ｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重量％を分散させたこと
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以下の粒子径のＡＩｔｏ、及び２．０
μｍ以下の粒子径のＴｉＣ３〜４０重量％を混合し、更
に、０．０５−２．ｕｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重
量％を混合し、成形した後、１５００℃以上で焼成する
こと、又はホットプレス、ＨＩＰ （熱間等方性圧プレ
ス）で作製するものである。
ＡＩ、０．マトリックスの結晶粒内に粒子径２．０μｍ
以下のＴｉＣ微粒子３〜４０重量％及び００Ｑ５−２μ
ｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重量％を分散させたこと
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以下の粒子径のＡＩｔｏ、及び２．０
μｍ以下の粒子径のＴｉＣ３〜４０重量％を混合し、更
に、０．０５−２．ｕｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重
量％を混合し、成形した後、１５００℃以上で焼成する
こと、又はホットプレス、ＨＩＰ （熱間等方性圧プレ
ス）で作製するものである。
［作用コ
本発明によるセラミックスコンポジットは、ＡＩ ｚ
Ｏｓマトリックスゲレーン中に、ＴｉＣ微粒子及びＳｉ
Ｃウィスカーを分散した、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。
Ｏｓマトリックスゲレーン中に、ＴｉＣ微粒子及びＳｉ
Ｃウィスカーを分散した、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。
即ち、個々のＡ Ｉ ｓ Ｏｓ結晶粒子内に、ＴｉＣ微
粒子を分散することで、Ａ ｌ ｘＯｓとＴｉＣの熱膨
張係数の差による残留応力を生じさせる。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トラップした
り、デフラクションすることにより、クラックの進展を
防止するものである。
粒子を分散することで、Ａ ｌ ｘＯｓとＴｉＣの熱膨
張係数の差による残留応力を生じさせる。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トラップした
り、デフラクションすることにより、クラックの進展を
防止するものである。
更に、ＳｉＣウィスカーによる引き抜き効果やクラック
デフラクション効果により、高靭性化が一層向上する。
デフラクション効果により、高靭性化が一層向上する。
ＴｉＣ及び０．０５−２μｍのＳｉＣウィスカーを用い
て、これらを混合し、成形、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。
て、これらを混合し、成形、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。
セラミックス複合体中のＡｌ＊Ｏ＋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、ＴｉＣ微粒子を
、粒子径１．０μｍ以下にする理由は、Ａ１．Ｏ，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。
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、ＴｉＣ微粒子を
、粒子径１．０μｍ以下にする理由は、Ａ１．Ｏ，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。
本発明は、マトリックスとしてＡ ｌ ＊ ＯＩ、分散
粒子としてＴｉＣ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ＡＩ。
粒子としてＴｉＣ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ＡＩ。
０、マトリックス粒子径は、０．５μｍ−１００μｍで
あり、Ｔ ｉ Ｃ微粒子は、粒子径１．０μｍ以下、Ｓ
ｉＣウィスカーは径０．０５〜２μｍをＡ１．０．マト
リックス中に均一にを分散させた構造のものである。そ
の原料としては、５μｍ以下の粒子径のＡ １ ｍ Ｏ
ｓ及び２μｍ以下の粒子径のまた、その原料として用い
るＡ１．０．を、５μｍ以下の粒子径にする理由は、焼
結し易いためであり、原料ＴｉＣを２．０μｍ以下の粒
子径のものを用いる理由は、２．０μｍ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Ｔｉ
Ｃ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ウィスカーは、現在工業的に製
造されているものを用いることができる。
あり、Ｔ ｉ Ｃ微粒子は、粒子径１．０μｍ以下、Ｓ
ｉＣウィスカーは径０．０５〜２μｍをＡ１．０．マト
リックス中に均一にを分散させた構造のものである。そ
の原料としては、５μｍ以下の粒子径のＡ １ ｍ Ｏ
ｓ及び２μｍ以下の粒子径のまた、その原料として用い
るＡ１．０．を、５μｍ以下の粒子径にする理由は、焼
結し易いためであり、原料ＴｉＣを２．０μｍ以下の粒
子径のものを用いる理由は、２．０μｍ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Ｔｉ
Ｃ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ウィスカーは、現在工業的に製
造されているものを用いることができる。
本発明によるマトリックスＡ］＊Ｏｓ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Ｔ
ｉＣ及びＳｉＣウィスカーが、均一に分散されているこ
とが、必要である。
緻密に焼結される必要があり、この粒子内に分散相のＴ
ｉＣ及びＳｉＣウィスカーが、均一に分散されているこ
とが、必要である。
また、焼結過程で、マトリックス粒子内に取り込まれる
ものでなければならない。
ものでなければならない。
焼結温度については、１５００℃以上の焼成が望ましい
。また、ＨＩＰ処理、ホットプレスによる焼結処理が好
適である。
。また、ＨＩＰ処理、ホットプレスによる焼結処理が好
適である。
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、１食、熱間高強度、耐熱衝撃性等の耐
火材として、特に、好適である。
として、その他、１食、熱間高強度、耐熱衝撃性等の耐
火材として、特に、好適である。
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。
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。
［実施例］
［試料粉末の調製］
マトリックスには、昭和軽金属株式会社製ＡｌｔＯｓＵ
Ａ−５１０５（平均粒径０．２５μ、純度９９．９９％
）を用い、添加するＴｉＣとしては、日本新金属株式会
社製のＴｉＣ（＃０Ｏ７）を用いて、マトリックス材料
に対して、３重量％〜４０重量％の割合で添加し、更に
タテホ化学社製のＳｉＣウィスカー（ＳＣＷ）を３〜４
０重量％添加混合し、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解砕混合を５時間行なったものを
、試料粉砕して使用した。
Ａ−５１０５（平均粒径０．２５μ、純度９９．９９％
）を用い、添加するＴｉＣとしては、日本新金属株式会
社製のＴｉＣ（＃０Ｏ７）を用いて、マトリックス材料
に対して、３重量％〜４０重量％の割合で添加し、更に
タテホ化学社製のＳｉＣウィスカー（ＳＣＷ）を３〜４
０重量％添加混合し、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解砕混合を５時間行なったものを
、試料粉砕して使用した。
［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試料粉末的３
５ｇを黒鉛ダイス（内径５５Ｍ）に充填し、１０ＭＰａ
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、パンチ捧のプレス面に直接接触し
、反応しないように、これらの面にＢＮパウダーをコー
ティングし、更にこの上にグラファイトホイル（厚さ０
．３８ｍｍ）を置き、この中に試料を充填した。
工業製）を用いた。前記のように調製した試料粉末的３
５ｇを黒鉛ダイス（内径５５Ｍ）に充填し、１０ＭＰａ
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、パンチ捧のプレス面に直接接触し
、反応しないように、これらの面にＢＮパウダーをコー
ティングし、更にこの上にグラファイトホイル（厚さ０
．３８ｍｍ）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、３０ＭＰａで、雰囲気ガスには
アルゴンガスを用いた。
間保持し、プレス圧は、３０ＭＰａで、雰囲気ガスには
アルゴンガスを用いた。
「νり曽已咋〕乍」Ｋコ
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、３Ｘ４Ｍ角長さ３６ｍｏ程度に
し、３点曲げ試験片の大きさとした。
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、３Ｘ４Ｍ角長さ３６ｍｏ程度に
し、３点曲げ試験片の大きさとした。
［賞ユ里淀］
曲げ強度は、３点曲げ試験法により、荷重速度０．５ｍ
ｍ／分、スパン長さ３Ｑｍｍ、室温で、強度を測定した
。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、エツジ部分を４５°の角
度で約０．１ｍｍの幅で面取り加工したものについて、
測定した。
ｍ／分、スパン長さ３Ｑｍｍ、室温で、強度を測定した
。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、エツジ部分を４５°の角
度で約０．１ｍｍの幅で面取り加工したものについて、
測定した。
破壊靭性は、荷重１ ｋｇで、保持時ｒＩＩＪ］Ｏ秒間
で、１Ｍ法により測定した。
で、１Ｍ法により測定した。
［測定結果の説明］
第１表に、３点曲げ強度とＴｉＣ及びＳｉＣウィスカー
添加量との関係を示す。この測定値から、Ａ １ ｔＯ
、Ｔ ｉＣ２成分系での１７００℃焼結体では、平均９
００ＭＰａ程度の強度であった。それに対して、ＳｉＣ
ウィスカー添加（３成分系）５重量％から３０重量％で
は、大きな強度の向上が見られた。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
、ＡＩｔｏ、が高い強度になったことは、ＴｉＣ及びＳ
ｉＣ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、靭性強度が改善されたものと考えられる。
添加量との関係を示す。この測定値から、Ａ １ ｔＯ
、Ｔ ｉＣ２成分系での１７００℃焼結体では、平均９
００ＭＰａ程度の強度であった。それに対して、ＳｉＣ
ウィスカー添加（３成分系）５重量％から３０重量％で
は、大きな強度の向上が見られた。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
、ＡＩｔｏ、が高い強度になったことは、ＴｉＣ及びＳ
ｉＣ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、靭性強度が改善されたものと考えられる。
［発明の効果］
本発明によるＴｉＣ３〜４０重量％及び０．０５〜２μ
ｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重量％を添加したＡ ］
ｔ Ｏ＊複合マトリックスは、次のような顕著な技術
的な効果が得られるものである。
ｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重量％を添加したＡ ］
ｔ Ｏ＊複合マトリックスは、次のような顕著な技術
的な効果が得られるものである。
第１に、以上の説明で明らかなように、構造材料として
利用性を有するＡ Ｉ ＊Ｏｓ／ Ｔ ｉ Ｃ／ Ｓ
ｉＣウィスカーの複合体材料を提供できる。
利用性を有するＡ Ｉ ＊Ｏｓ／ Ｔ ｉ Ｃ／ Ｓ
ｉＣウィスカーの複合体材料を提供できる。
第２に、本発明の製造方法で得られたＡ ｌ ＊Ｏｓ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。
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。
第３に、本発明のセラミックス複合体は、Ａｌ２Ｏ３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。
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。
特許出願人 三菱鉱業セメント株式会社（外１名）代理
人 弁理士 倉 持 裕
人 弁理士 倉 持 裕
Claims (2)
- （１）０．５μｍ〜１００μｍの結晶粒子を有するＡｌ
＿２Ｏ＿３マトリックスの結晶粒内に粒子径２．０μｍ
以下のＴｉＣ微粒子３〜４０重量％及び０．０５〜２μ
ｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重量％を分散させたこと
を特徴とするセラミックス複合材料。 - （２）５μｍ以下の粒子径のＡｌ＿２Ｏ＿３及び２．０
μｍ以下の粒子径のＴｉＣ３〜４０重量％を混合し、更
に、０．０５〜２μｍのＳｉＣウィスカー３〜４０重量
％を混合し、成形した後、 １５００℃以上で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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2190841A JPH0477353A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2190841A JPH0477353A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0477353A true JPH0477353A (ja) | 1992-03-11 |
Family
ID=16264665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2190841A Pending JPH0477353A (ja) | 1990-07-20 | 1990-07-20 | セラミックス複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0477353A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112341164A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-09 | 福耀玻璃工业集团股份有限公司 | 一种用于玻璃热弯成型的陶瓷模具及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174165A (ja) * | 1985-01-25 | 1986-08-05 | 株式会社 リケン | 切削工具用チップ及びその製造方法 |
| JPH01188454A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Koichi Niihara | 高強度複合セラミック焼結体 |
-
1990
- 1990-07-20 JP JP2190841A patent/JPH0477353A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61174165A (ja) * | 1985-01-25 | 1986-08-05 | 株式会社 リケン | 切削工具用チップ及びその製造方法 |
| JPH01188454A (ja) * | 1988-01-22 | 1989-07-27 | Koichi Niihara | 高強度複合セラミック焼結体 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112341164A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-09 | 福耀玻璃工业集团股份有限公司 | 一种用于玻璃热弯成型的陶瓷模具及其制备方法 |
| CN112341164B (zh) * | 2020-10-27 | 2021-12-21 | 福耀玻璃工业集团股份有限公司 | 一种用于玻璃热弯成型的陶瓷模具及其制备方法 |
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