JPH0517199B2 - - Google Patents
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- JPH0517199B2 JPH0517199B2 JP27569689A JP27569689A JPH0517199B2 JP H0517199 B2 JPH0517199 B2 JP H0517199B2 JP 27569689 A JP27569689 A JP 27569689A JP 27569689 A JP27569689 A JP 27569689A JP H0517199 B2 JPH0517199 B2 JP H0517199B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sic whiskers
- sic
- whiskers
- solution
- boron oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、セラミツクス材料を複合強化する際
に有効なSiCウイスカーの表面改質方法に関す
る。 〔従来の技術〕 セラミツクス材料は、耐熱性、高温強度、化学
的安定性などに優れているため、エンジン部品を
はじめ高温下で用いられる各種構造部材として有
用されている。ところが、セラミツクス材料は一
般に破壊靭性に乏しく、微小な傷や内部欠陥によ
つても応力が集中して破壊し易い固有の欠点があ
る。 近年、セラミツクス材料の破壊靭性を向上させ
る方法が広く研究されており、SiCウイスカーを
セラミツクス材料に複合化することによつて靭性
改善を図る試みも数多く提案されている。この目
的は、高弾性を有するSiCウイスカーを分散複合
化することで、セラミツクス中におけるクラツク
成長の停止あるいは抑制、クラツク進行方向の屈
曲化による応力集中の緩和、ウイスカーの引き抜
き効果によるクラツク先端でのエネルギー吸収な
どの機能を介して破壊靭性を向上させようとする
点にある。しかし、この場合の複合効果は、SiC
ウイスカーとセラミツクス母材との界面結合の状
態に影響される度合が大きく、界面結合が強いと
前記した靭性向上機能が十分に発揮されず、逆に
界面結合力が小さいとクラツクの発生起点となる
問題が残る。 本来、SiCウイスカーと母材となるセラミツク
ス材料間の界面結合が過大となる主因は、焼結
時、相互の界面において化学反応を生じることに
ある。したつて、予めSiCウイスカーの表面を化
学反応し難い状態に改質しておけば界面結合力が
緩和され、前記した靭性向上の機能が有効に達成
されることになる。 このような理由から、表面を種々の非反応性物
質で被覆したSiCウイスカーを強化材としたセラ
ミツクス複合材の製造方法が開発されている（例
えば特開昭62−12671号公報、同63−277566号公
報、同64−3081号公報、特開平１−115877号公報
参照）。 〔発明が解決しようとする課題〕 表面改質したSiCウイスカーを用いて破壊靭性
を効果的に向上させるためには、被覆物質がセラ
ミツクス母材との非反応性に加えて引き抜き効果
を得るための界面滑り性を備えることが無視でき
ない要素となる。この両要素を満たす最も適格な
物質は、BNである。 SiCウイスカー表面にBNの被覆層を形成する
ことについては、上記した先行技術のうち特開昭
62−12671号および同63−277566号公報に記載が
あるが、具体的に示されている表面改質手段は前
者がB2H6＋NH3の混合ガス、後者が金属塩化物
＋NH3＋H2の混合ガスによるCVD法によるもの
である、このため、操作が煩雑となるうえにBN
層の膜厚制御が難しい問題点がある。 本発明の目的は、比較的簡単な工程操作により
10〜100Å範囲の均一なBN薄膜を形成すること
ができるSiCウイスカーの表面改質方法を提供す
るにある。 〔課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するための本発明によるSiC
ウイスカーの表面改質方法は、ほう素酸化物を水
または有機溶媒に溶解した濃度３％以下の溶液に
SiCウイスカーを分散させ、濾過・乾燥したのち
還元窒化処理を施してBNの表面層を形成するこ
とを構成的特徴とするものである。 表面改質の対象となるSiCウイスカーは、直径
0.1〜2μｍ、長さ30〜100μｍの針状単結晶からな
るもので、必要により表面精製をおこなつて使用
される。 まず、H3BO3、B2O3のような溶解度の大きな
ほう素酸化物を水または有機溶媒に溶解して濃度
２％以下の溶液を調製する。有機溶媒としては、
メタノール、エタノール等のアルコール類が有効
に用いられる。溶液の濃度を２％以下に設定する
理由は、２％を越す濃度になると形成されるBN
層の厚さが100Åを上廻るうえ、層厚が不均一と
なるためである。 SiCウイスカーは上記の溶液に50〜200ｇ／
の範囲で分散させる。この分散濃度が前記範囲を
外れる場合には、複合化に好適な15〜100Åの層
厚を均一に形成することができなくなる。分散は
撹拌手段を用いてSiCウイスカーの表面が溶液に
十分濡れる状態になるまでおこない、引き続き濾
過して溶媒を除去したのち乾燥してほう素酸化物
を固定する。 SiCウイスカー表面に固定化したほう素酸化物
の還元窒化処理は、例えばH2、CO2などのガス
により気相還元するか、表面にフラン系、フエノ
ール系もしくはポリイミド系の樹脂還元剤を付着
させた状態で、N2、NH3のような窒化性ガスを
吹きつけながら1000℃以上の温度に加熱する工程
でおこなうことができる。 樹脂系の還元剤を使用する場合には、予め溶液
処理の過程でフラン系、フエノール系、ポリイミ
ド系の樹脂をほう素酸化物の溶液に同時に溶解さ
せておくことができ、工程的に有利となる。 なお、窒化に際しては、Fe、Co、Ni、Cr、
Ca、Ｋ、Al、Na、Ｐなどの成分を触媒として用
いると反応速度が促進される。 このようにしてSiCウイスカー表面に形成され
たBN層は、厚さ15〜100Åの範囲にある均一な
薄膜である。 本発明で表面改質したSiCウイスカーを強化材
としてセラミツクス複合材料を得るには、該SiC
ウイスカーを所定量の母材セラミツクス粉末およ
びY2O5など焼結助剤とともに水中で混合分散し、
濾過・乾燥して均一な混合粉体としてのち、常法
に従つて不活性雰囲気もしくは真空中でホツトプ
レスにより焼結する。この方法で、SiC、TiC、
Si3N4、TiN、Al2O3、ZrO2などの各種炭化物、
窒化物または酸化物系セラミツクスを母材とする
SiCウイスカー強化セラミツクス材を製造するこ
とができる。 〔作用〕 本発明によれば、調製された濃度のほう素酸化
物溶液と一定濃度範囲によるSiCウイスカーの分
散化が、還元窒化処理の過程で均一なBN薄膜を
形成する作用をなし、簡単な工程で15〜100Å範
囲の表面改質をおこなうことが可能となる。 表面改質で形成されたBN層は、焼成時、複合
母材となるセラミツクス材との界面で化学反応を
起こすことはなく、界面間の滑り性にも優れてい
るため、SiCウイスカーの破壊靭性および強度を
効果的に向上させることができる。 〔実施例〕 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 B2O550ｇと還元剤としての水溶性フエノール
樹脂〔住友デユレズ(株)製、PR−50781〕20ｇを
5000mlの水に撹拌溶解し、７日間静置して均一な
溶液を作製した。この溶液中に直径0.5〜2μｍ、
長さ30〜100μｍのβ型SiCウイスカー500ｇを投
入し、十分に撹拌混合して分散させた。分散液を
濾過したのち、170℃の温度で２時間乾燥して
SiCウイスカーの表面にB2O3とフエノール樹脂を
固定化した。 ついで、固定化処理したSiCウイスカーをN2気
流中で1500℃の温度に２時間保持して還元窒化処
理を施した。 このように処理されたSiCウイスカーの表面を
透過型電子顕微鏡（TEM）で観察してところ平
均膜厚50Åの均一な層に改質していることが確認
された。また、膜層を電子線回折で分析した結
果、微結晶のBNであつた。 比較例 １ ポリカルボシラン（Mark）75ｇをベンゼン
5000mlに溶解した溶液を用い、これに実施例１と
同様にSiCウイスカーを分散、濾過乾燥、窒化処
理して、Si3N4被膜を形成したSiCウイスカーを
作製した。 比較例 ２ 水溶性フエノール樹脂20ｇを5000mlの水に溶解
した溶液を用いた外は、実施例１と同一の操作に
より、表面にＣの薄膜を形成したSiCウイスカー
を作製した。 実施例 ２ 実施例１、比較例１および２でそれぞれ表面改
質したSiCウイスカー20ｇと平均粒度0.3μｍの
Al2O3粉末15.96ｇおよび焼結助剤として2.82ｇの
部分安定化ZrO2（ZrO297wt％、Y2O33wt％）を
水中で分散混合したのち、濾過乾燥して均質な混
合粉末を得た。この混合粉末を真空中、1600℃、
50MPaの条件でホツトプレスして直径40mm、厚
さ５mm、Vf25％のSiCウイスカー強化Al2O3材を
作製した。 このようにして作製した各複合材料の破壊靭性
および曲げ強度を測定し、表１に示した。
に有効なSiCウイスカーの表面改質方法に関す
る。 〔従来の技術〕 セラミツクス材料は、耐熱性、高温強度、化学
的安定性などに優れているため、エンジン部品を
はじめ高温下で用いられる各種構造部材として有
用されている。ところが、セラミツクス材料は一
般に破壊靭性に乏しく、微小な傷や内部欠陥によ
つても応力が集中して破壊し易い固有の欠点があ
る。 近年、セラミツクス材料の破壊靭性を向上させ
る方法が広く研究されており、SiCウイスカーを
セラミツクス材料に複合化することによつて靭性
改善を図る試みも数多く提案されている。この目
的は、高弾性を有するSiCウイスカーを分散複合
化することで、セラミツクス中におけるクラツク
成長の停止あるいは抑制、クラツク進行方向の屈
曲化による応力集中の緩和、ウイスカーの引き抜
き効果によるクラツク先端でのエネルギー吸収な
どの機能を介して破壊靭性を向上させようとする
点にある。しかし、この場合の複合効果は、SiC
ウイスカーとセラミツクス母材との界面結合の状
態に影響される度合が大きく、界面結合が強いと
前記した靭性向上機能が十分に発揮されず、逆に
界面結合力が小さいとクラツクの発生起点となる
問題が残る。 本来、SiCウイスカーと母材となるセラミツク
ス材料間の界面結合が過大となる主因は、焼結
時、相互の界面において化学反応を生じることに
ある。したつて、予めSiCウイスカーの表面を化
学反応し難い状態に改質しておけば界面結合力が
緩和され、前記した靭性向上の機能が有効に達成
されることになる。 このような理由から、表面を種々の非反応性物
質で被覆したSiCウイスカーを強化材としたセラ
ミツクス複合材の製造方法が開発されている（例
えば特開昭62−12671号公報、同63−277566号公
報、同64−3081号公報、特開平１−115877号公報
参照）。 〔発明が解決しようとする課題〕 表面改質したSiCウイスカーを用いて破壊靭性
を効果的に向上させるためには、被覆物質がセラ
ミツクス母材との非反応性に加えて引き抜き効果
を得るための界面滑り性を備えることが無視でき
ない要素となる。この両要素を満たす最も適格な
物質は、BNである。 SiCウイスカー表面にBNの被覆層を形成する
ことについては、上記した先行技術のうち特開昭
62−12671号および同63−277566号公報に記載が
あるが、具体的に示されている表面改質手段は前
者がB2H6＋NH3の混合ガス、後者が金属塩化物
＋NH3＋H2の混合ガスによるCVD法によるもの
である、このため、操作が煩雑となるうえにBN
層の膜厚制御が難しい問題点がある。 本発明の目的は、比較的簡単な工程操作により
10〜100Å範囲の均一なBN薄膜を形成すること
ができるSiCウイスカーの表面改質方法を提供す
るにある。 〔課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するための本発明によるSiC
ウイスカーの表面改質方法は、ほう素酸化物を水
または有機溶媒に溶解した濃度３％以下の溶液に
SiCウイスカーを分散させ、濾過・乾燥したのち
還元窒化処理を施してBNの表面層を形成するこ
とを構成的特徴とするものである。 表面改質の対象となるSiCウイスカーは、直径
0.1〜2μｍ、長さ30〜100μｍの針状単結晶からな
るもので、必要により表面精製をおこなつて使用
される。 まず、H3BO3、B2O3のような溶解度の大きな
ほう素酸化物を水または有機溶媒に溶解して濃度
２％以下の溶液を調製する。有機溶媒としては、
メタノール、エタノール等のアルコール類が有効
に用いられる。溶液の濃度を２％以下に設定する
理由は、２％を越す濃度になると形成されるBN
層の厚さが100Åを上廻るうえ、層厚が不均一と
なるためである。 SiCウイスカーは上記の溶液に50〜200ｇ／
の範囲で分散させる。この分散濃度が前記範囲を
外れる場合には、複合化に好適な15〜100Åの層
厚を均一に形成することができなくなる。分散は
撹拌手段を用いてSiCウイスカーの表面が溶液に
十分濡れる状態になるまでおこない、引き続き濾
過して溶媒を除去したのち乾燥してほう素酸化物
を固定する。 SiCウイスカー表面に固定化したほう素酸化物
の還元窒化処理は、例えばH2、CO2などのガス
により気相還元するか、表面にフラン系、フエノ
ール系もしくはポリイミド系の樹脂還元剤を付着
させた状態で、N2、NH3のような窒化性ガスを
吹きつけながら1000℃以上の温度に加熱する工程
でおこなうことができる。 樹脂系の還元剤を使用する場合には、予め溶液
処理の過程でフラン系、フエノール系、ポリイミ
ド系の樹脂をほう素酸化物の溶液に同時に溶解さ
せておくことができ、工程的に有利となる。 なお、窒化に際しては、Fe、Co、Ni、Cr、
Ca、Ｋ、Al、Na、Ｐなどの成分を触媒として用
いると反応速度が促進される。 このようにしてSiCウイスカー表面に形成され
たBN層は、厚さ15〜100Åの範囲にある均一な
薄膜である。 本発明で表面改質したSiCウイスカーを強化材
としてセラミツクス複合材料を得るには、該SiC
ウイスカーを所定量の母材セラミツクス粉末およ
びY2O5など焼結助剤とともに水中で混合分散し、
濾過・乾燥して均一な混合粉体としてのち、常法
に従つて不活性雰囲気もしくは真空中でホツトプ
レスにより焼結する。この方法で、SiC、TiC、
Si3N4、TiN、Al2O3、ZrO2などの各種炭化物、
窒化物または酸化物系セラミツクスを母材とする
SiCウイスカー強化セラミツクス材を製造するこ
とができる。 〔作用〕 本発明によれば、調製された濃度のほう素酸化
物溶液と一定濃度範囲によるSiCウイスカーの分
散化が、還元窒化処理の過程で均一なBN薄膜を
形成する作用をなし、簡単な工程で15〜100Å範
囲の表面改質をおこなうことが可能となる。 表面改質で形成されたBN層は、焼成時、複合
母材となるセラミツクス材との界面で化学反応を
起こすことはなく、界面間の滑り性にも優れてい
るため、SiCウイスカーの破壊靭性および強度を
効果的に向上させることができる。 〔実施例〕 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 B2O550ｇと還元剤としての水溶性フエノール
樹脂〔住友デユレズ(株)製、PR−50781〕20ｇを
5000mlの水に撹拌溶解し、７日間静置して均一な
溶液を作製した。この溶液中に直径0.5〜2μｍ、
長さ30〜100μｍのβ型SiCウイスカー500ｇを投
入し、十分に撹拌混合して分散させた。分散液を
濾過したのち、170℃の温度で２時間乾燥して
SiCウイスカーの表面にB2O3とフエノール樹脂を
固定化した。 ついで、固定化処理したSiCウイスカーをN2気
流中で1500℃の温度に２時間保持して還元窒化処
理を施した。 このように処理されたSiCウイスカーの表面を
透過型電子顕微鏡（TEM）で観察してところ平
均膜厚50Åの均一な層に改質していることが確認
された。また、膜層を電子線回折で分析した結
果、微結晶のBNであつた。 比較例 １ ポリカルボシラン（Mark）75ｇをベンゼン
5000mlに溶解した溶液を用い、これに実施例１と
同様にSiCウイスカーを分散、濾過乾燥、窒化処
理して、Si3N4被膜を形成したSiCウイスカーを
作製した。 比較例 ２ 水溶性フエノール樹脂20ｇを5000mlの水に溶解
した溶液を用いた外は、実施例１と同一の操作に
より、表面にＣの薄膜を形成したSiCウイスカー
を作製した。 実施例 ２ 実施例１、比較例１および２でそれぞれ表面改
質したSiCウイスカー20ｇと平均粒度0.3μｍの
Al2O3粉末15.96ｇおよび焼結助剤として2.82ｇの
部分安定化ZrO2（ZrO297wt％、Y2O33wt％）を
水中で分散混合したのち、濾過乾燥して均質な混
合粉末を得た。この混合粉末を真空中、1600℃、
50MPaの条件でホツトプレスして直径40mm、厚
さ５mm、Vf25％のSiCウイスカー強化Al2O3材を
作製した。 このようにして作製した各複合材料の破壊靭性
および曲げ強度を測定し、表１に示した。
以上のとおり、本発明によれば比較的簡単なプ
ロセスによりSiCウイスカーの表面を15〜100Å
範囲の均一なBN薄膜で改質することができる。
したがつて、各種セラミツクス材料に複合化して
効率よく破壊靭性および強度の向上が図れる。
ロセスによりSiCウイスカーの表面を15〜100Å
範囲の均一なBN薄膜で改質することができる。
したがつて、各種セラミツクス材料に複合化して
効率よく破壊靭性および強度の向上が図れる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ほう素酸化物を水または有機溶媒に溶解した
濃度２％以下の溶液にSiCウイスカーを50〜200
ｇ／の範囲で分散させ、濾過・乾燥したのち還
元窒化処理を施してBNの表面層を形成すること
を特徴とするSiCウイスカーの表面改質方法。 ２ ほう素酸化物の溶液に還元剤としてのフラン
系、フエノール系もしくはポリイミド系の樹脂を
同時に溶解する請求項１記載のSiCウイスカーの
表面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27569689A JPH03137099A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | ＳｉＣウイスカーの表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27569689A JPH03137099A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | ＳｉＣウイスカーの表面改質方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137099A JPH03137099A (ja) | 1991-06-11 |
| JPH0517199B2 true JPH0517199B2 (ja) | 1993-03-08 |
Family
ID=17559085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27569689A Granted JPH03137099A (ja) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | ＳｉＣウイスカーの表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03137099A (ja) |
-
1989
- 1989-10-23 JP JP27569689A patent/JPH03137099A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03137099A (ja) | 1991-06-11 |
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