JPH0769732A - High-tenacity ceramic and its production - Google Patents
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、高靱性セラミックスと
その製造方法に関する。一般に、セラミックス材料は、
金属材料やプラスチック材料にはない優れた特性を有す
ることから、近年、その重要性が再認識されつつある。
特に、酸化性雰囲気中において1000℃以上の温度に加熱
されたものであっても使用が可能であることから、現在
では、高効率ガスタービンエンジン用材料その他の高温
用材料として不可欠のものとなっている。ところで、こ
のセラミックスの最大の欠点は靱性が低いことであり、
これを改善していくことがセラミックス材料発展の鍵と
なっている。本発明は、高温用材料として優れた特性を
有する非酸化物セラミックスを、新しい機構で強靱化し
た高靱性セラミックスと、その製造方法を提案する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to high toughness ceramics and a method for producing the same. Generally, ceramic materials are
In recent years, its importance is being re-recognized because it has excellent properties that metal materials and plastic materials do not have.
In particular, since it can be used even if it is heated to a temperature of 1000 ° C or higher in an oxidizing atmosphere, it is now indispensable as a material for high efficiency gas turbine engines and other high temperature materials. ing. By the way, the biggest drawback of this ceramic is low toughness,
Improving this is the key to the development of ceramic materials. The present invention proposes a high toughness ceramic obtained by toughening a non-oxide ceramic having excellent properties as a high temperature material by a new mechanism, and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】非酸化物系セラミックスを緻密な焼結体
とするためには、従来、酸化物系の焼結助剤, 例えば、
Al2O3 , Y2O3などを添加することが普通である。それ
は、これらの焼結助剤の添加により、非酸化物系セラミ
ックスの靱性をある程度、改善することができるからで
ある。しかし、この従来の焼結助剤の添加だけでは、と
くに靱性の改善に対してはなお不十分であった。2. Description of the Related Art In order to make non-oxide ceramics into a dense sintered body, conventionally, oxide-based sintering aids such as
It is common to add Al 2 O 3 , Y 2 O 3, etc. This is because the toughness of the non-oxide ceramics can be improved to some extent by adding these sintering aids. However, the addition of this conventional sintering aid is still insufficient for improving the toughness.
【0003】セラミックスの中で最も靱性に優れている
ものは、マルテンサイト変態するジルコニアであること
がよく知られている。このジルコニアの強靱化機構は、
応力誘起変態機構によるものとされている。このことか
ら、非酸化物系セラミックスの靱性値を高くするために
は、まず、ジルコニアの添加が有効であると考えられ
る。しかしながら、このジルコニアは非酸化物系セラミ
ックスとは焼結し合わないため、このジルコニアを強靱
化添加剤として使うことはできない。このことに加え
て、ジルコニアは、 700℃以上の温度域では靱性が著し
く小さくなる傾向があるため、高温用材料の強靱化添加
物としてはむしろ適当とは言い難いものであった。It is well known that among the ceramics, the one having the highest toughness is zirconia which undergoes martensitic transformation. The toughening mechanism of this zirconia is
It is believed to be due to the stress-induced transformation mechanism. From this, it is considered that the addition of zirconia is effective for increasing the toughness value of the non-oxide ceramics. However, since this zirconia does not sinter with non-oxide ceramics, this zirconia cannot be used as a toughening additive. In addition to this, since zirconia tends to have a significantly low toughness in the temperature range of 700 ° C. or higher, it is rather difficult to say that it is suitable as a toughening additive for high temperature materials.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般に、非酸化物系セ
ラミックスは、焼結助剤を添加することにより、緻密化
の促進を通じて強度の向上を達成し、同時にまた、単相
状態のものよりも靱性の向上を図ることができる。しか
し、現在までに使用されている既知の添加剤について
は、ジルコニアのような強靱化機構が存在しないため、
目立った靱性の向上は期待することはできない。Generally, non-oxide ceramics achieve an improvement in strength through the promotion of densification by adding a sintering aid, and, at the same time, are more advantageous than those in a single-phase state. The toughness can be improved. However, regarding the known additives that have been used to date, since there is no toughening mechanism like zirconia,
A remarkable improvement in toughness cannot be expected.
【0005】本発明の目的は、上述した従来技術が抱え
ている問題を克服できる技術の確立にあり、とくに非酸
化物系セラミックスの焼結助剤としての通常の作用を具
えるのみならず、強靱化機構をも併せもつ新規な焼結助
剤を採用することにより、高靱性セラミックスとそれの
有利な製造方法を提供することにある。The object of the present invention is to establish a technique capable of overcoming the problems of the above-mentioned conventional techniques. In particular, it not only has a normal action as a sintering aid for non-oxide ceramics, It is an object of the present invention to provide a high toughness ceramics and an advantageous manufacturing method thereof by adopting a novel sintering aid also having a toughening mechanism.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上掲の目的を達成するべ
く鋭意研究した結果、発明者らは、強弾性相転移するLn
4Al2O9 (ただし、Lnは、 Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho,
Er, YbおよびLuの中から選ばれたいずれか1種または2
種以上からなるもの)化合物が、非酸化物系セラミック
スであるSiC, Si3N4, AlN, ZrSi2, VSi2, NbSi2, TaSi
2 , CrSi2 およびMoSi2 などの焼成に対して、極めて有
効に作用することを突き止めて本発明を完成した。ただ
し、この化合物(Ln4Al2O9 ) は、上記非酸化物系セラミ
ックスと反応しやすいため、焼成温度と時間の制御が非
常に難しいという問題がある。この問題に対して、発明
者らは、さらに研究を進めた結果、非酸化物系セラミッ
クスと反応しにくい化合物;即ち、ジルコニアおよび希
土類酸化物(Sc2O3, Y2O3, La2O3, CeO2 , Pr2O3 , Nd2O
3 , Sm2O3 , Eu2O3 , Gd2O3 , Tb4O9 , Dy2O3 , Ho2O3,
Er2O3, Tm2O3 , Yb2O3 , Lu2O3 ) を合わせて添加する
ことにより、解消することができることを知見した。[Means for Solving the Problems] As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the inventors have found that Ln undergoing a ferroelastic phase transition.
4 Al 2 O 9 (However, Ln is Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho,
Any one or two selected from Er, Yb and Lu
(Comprising more than one kind) compounds are non-oxide ceramics such as SiC, Si 3 N 4 , AlN, ZrSi 2 , VSi 2 , NbSi 2 , TaSi
The present invention has been completed by finding that it acts extremely effectively for firing of 2 , CrSi 2 and MoSi 2 . However, since this compound (Ln 4 Al 2 O 9 ) easily reacts with the non-oxide ceramics, there is a problem that it is very difficult to control the firing temperature and time. As a result of further research on the problem, the inventors of the present invention have found that compounds that are difficult to react with non-oxide ceramics; that is, zirconia and rare earth oxides (Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O). 3 , CeO 2 , Pr 2 O 3 , Nd 2 O
3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 4 O 9 , Dy 2 O 3 ,, Ho 2 O 3 ,
It was found that this can be solved by adding Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and Lu 2 O 3 ) together.
【0007】すなわち、本発明は、SiC, Si3N4, AlN, Z
rSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2, CrSi2およびMoSi2 のうち
から選ばれたいずれか1種または2種以上の非酸化物系
セラミックス:20〜96wt%(好適には20〜80wt%) 、ジ
ルコニアおよび希土類酸化物のうちのいずれか1種また
は2種の粉体:1〜40wt%、およびLn4Al2O9 (ただし、
Lnは Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, YbおよびLuのう
ちから選ばれたいずれか1種または2種以上)の粉体:
3〜79wt%( 好適には19〜79wt%) を混合し、その混合
粉体を、非酸化性雰囲気中で1300〜1900℃の温度に加熱
して 0.1〜2000分間保持して焼成することを特徴とする
高靱性セラミックスの製造方法と、この製造方法によっ
て合成された高靱性セラミックス;即ち、SiC, Si3N4,
AlN, ZrSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2, CrSi2 およびMoSi2
の中から選ばれるいずれか1種または2種以上の非酸化
物系セラミックスを20〜96wt% (好適には20〜80wt%)
、ジルコニアおよび希土類酸化物のうちから選ばれた
いずれか1種または2種以上を1〜40wt%、および、Ln
4Al2O9 (ただし、Lnは Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, E
r, YbおよびLuのうちから選ばれたいずれか1種または
2種以上)を3〜79wt% (好適には19〜79wt%) 、から
なる高靱性セラミックス、である。That is, the present invention relates to SiC, Si 3 N 4 , AlN, Z
rSi 2, VSi 2, NbSi 2 , TaSi 2, CrSi 2 and MoSi non-oxide selected of one kind or two or more kinds from among 2 Ceramics: 20~96wt% (preferably 20 to 80 wt% ), Powder of one or two of zirconia and rare earth oxides: 1 to 40 wt%, and Ln 4 Al 2 O 9 (however,
Ln is any one or more selected from Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb and Lu) powder:
3 to 79 wt% (preferably 19 to 79 wt%) is mixed, and the mixed powder is heated to a temperature of 1300 to 1900 ° C in a non-oxidizing atmosphere and held for 0.1 to 2000 minutes for firing. A method for producing a characteristic high toughness ceramics, and a high toughness ceramics synthesized by this production method; namely, SiC, Si 3 N 4 ,
AlN, ZrSi 2, VSi 2, NbSi 2, TaSi 2, CrSi 2 and MoSi 2
20 to 96 wt% (preferably 20 to 80 wt%) of any one or more non-oxide ceramics selected from among
, 1 to 40 wt% of any one or more selected from zirconia and rare earth oxides, and Ln
4 Al 2 O 9 (However, Ln is Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, E
High toughness ceramics comprising 3 to 79 wt% (preferably 19 to 79 wt%) of any one or more selected from r, Yb and Lu).
【0008】[0008]
【作用】この発明において、非酸化物系セラミックスの
焼結助剤として注目したLn4Al2O9は、1000℃以上で強弾
性相転移し、そこで急激な体積変化を示す強弾性化合物
である。この化合物の相転移の温度は、この化合物中に
含有される希土類酸化物によって異なるが、例えばY4Al
2O9 の場合は約1400℃, Gd4Al2O9の場合は約1150℃で相
転移し、この相転移温度以下において複数のドメインを
生成する。一方、生成したそのドメインは、応力によっ
て遷移する作用を持っているため、応力のエネルギーを
吸収することができる特徴がある。従って、該強弾性化
合物を含む焼結体は、この焼結体中のクラック進展エネ
ルギーがこのドメイン遷移によって吸収され、その進展
を阻止する作用が強くなり、その結果として焼結体の靱
性が大きくなるのである。In the present invention, Ln 4 Al 2 O 9 which has attracted attention as a sintering aid for non-oxide ceramics is a ferroelastic compound which undergoes a ferroelastic phase transition at 1000 ° C. or higher and exhibits a rapid volume change there. . The temperature of the phase transition of this compound varies depending on the rare earth oxide contained in this compound, and is, for example, Y 4 Al.
For 2 O 9 to about 1400 ° C., a phase transition at about 1150 ° C. For Gd 4 Al 2 O 9, and generates a plurality of domains in the phase transition temperature or less. On the other hand, the generated domain has a characteristic of being capable of absorbing stress energy because it has a function of transition due to stress. Therefore, in the sintered body containing the ferroelastic compound, the crack propagation energy in the sintered body is absorbed by the domain transition, and the effect of inhibiting the development becomes strong, and as a result, the toughness of the sintered body becomes large. It will be.
【0009】このような強弾性化合物を使ったセラミッ
クス材料の靱性は、強弾性相転移温度以下で大きくなる
ので、例えばY4Al2O9 を用いたものでは1400℃以下の温
度範囲で靱性が大きくなる。それ故に、室温から高温ま
で破壊されにくくなり、信頼性の大きい材料として使う
ことが可能である。Since the toughness of a ceramic material using such a ferroelastic compound becomes large at a temperature below the ferroelastic phase transition temperature, for example, one using Y 4 Al 2 O 9 has a toughness in a temperature range of 1400 ° C. or lower. growing. Therefore, it is less likely to be destroyed from room temperature to high temperature, and can be used as a highly reliable material.
【0010】本発明者らの実験によると、非酸化物系セ
ラミックスに、ジルコニア, 希土類酸化物およびLn4Al2
O9を複合添加して焼結体を合成したところ、得られた焼
結体の靱性は約1.5 倍以上も向上することを確かめた。
そして、この靱性向上が、Ln 4Al2O9焼結助剤の強弾性相
転移作用によるものであることを解明した。According to the experiments conducted by the present inventors, a non-oxide type cell
Lamix, zirconia, rare earth oxides and LnFourAl2
O9Was added to synthesize a sintered body,
It was confirmed that the toughness of the knot was improved about 1.5 times or more.
And this improvement in toughness is FourAl2O9Ferroelastic phase of sintering aid
It was clarified that it was due to the transposition effect.
【0011】本発明にかかるセラミックスは、SiC, Si3
N4, AlN, ZrSi2, VSi2, NbSi2, TaSi2 , CrSi2 および
MoSi2 のうちから選ばれるいずれか1種または2種以上
の非酸化物系セラミックスを20〜96wt%含有するもので
ある。この非酸化物系セラミックスを20wt%以上含有さ
せる理由は、20wt%未満では非酸化物としての特性が失
われるからであり、一方、96wt%以下に限定する理由
は、これを超えて多量に含有させると靱性の低下を招く
ためである。なお、信頼性の高い、靱性の大きい材料と
するためには、20〜80wt%にするのがよい。The ceramics according to the present invention are SiC, Si 3
N 4 , AlN, ZrSi 2 , VSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , CrSi 2 and
It contains 20 to 96 wt% of one or more non-oxide ceramics selected from MoSi 2 . The reason for including this non-oxide ceramics in an amount of 20 wt% or more is that if it is less than 20 wt%, the properties as a non-oxide are lost, while the reason for limiting it to 96 wt% or less is that it contains a large amount. This is because the toughness is deteriorated. In addition, in order to obtain a highly reliable material having high toughness, it is preferable to set it to 20 to 80 wt%.
【0012】次に、焼結助剤として用いるLn4Al2O9とし
て10種類の希土類元素( Ln:Y, Sm,Eu, Gd, Tb, Dy, H
o, Er, Yb およびLu)に限定する理由は、これ以外の希
土類元素では安定なLn4Al2O9を作らないためである。そ
して、このLn4Al2O9の含有量3wt%以下に限定する理由
は、3wt%未満では靱性を大きくするのにほとんど効果
がなく、一方79wt%を超えて含有させると非酸化物とし
てのセラミックスの特性が減殺されてしまう。なお、好
適には20〜79wt%とすると、高い信頼性のあるセラミッ
クスが得られる。Next, 10 kinds of rare earth elements (Ln: Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H) were used as Ln 4 Al 2 O 9 used as a sintering aid.
The reason for limiting to O, Er, Yb and Lu) is that other rare earth elements do not form stable Ln 4 Al 2 O 9 . And, the reason for limiting the content of Ln 4 Al 2 O 9 to 3 wt% or less is that when it is less than 3 wt%, it has almost no effect on increasing the toughness, while when it exceeds 79 wt%, it is regarded as a non-oxide. The characteristics of ceramics are diminished. In addition, if it is preferably 20 to 79 wt%, highly reliable ceramics can be obtained.
【0013】次に、本発明において、Ln4Al2O9とともに
ジルコニアと希土類酸化物を添加するが、これらの量が
1%未満では非酸化物系セラミックスとLn4Al2O9とが反
応するのを効果的に抑制できないし、一方、40%を超え
て多量に含有させたとしても抑制効果が飽和に達するか
らである。Next, in the present invention, zirconia and a rare earth oxide are added together with Ln 4 Al 2 O 9 , but if these amounts are less than 1%, the non-oxide ceramics react with Ln 4 Al 2 O 9. This is because it is not possible to effectively suppress this, and on the other hand, the suppression effect reaches saturation even if it is contained in a large amount exceeding 40%.
【0014】次に、本発明の製造方法について説明す
る。本発明の製造方法は、 まず、上述のような原料粉の配合割合で、非酸化物
系セラミックスの SiC,Si3N4, AlN, ZrSi2, VSi2, NbSi
2, TaSi2 , CrSi2およびMoSi2 のうちから選ばれるい
ずれか1種または2種以上の粉体と、ジルコニアおよび
希土類酸化物の中から選ばれるいずれか1種または2種
以上の粉体と、Ln4Al2O9のうちから選ばれるいずれか1
種または2種以上の粉体とを混合し成形する。なお、こ
の工程において、その後に無加圧焼結を行う場合には、
成形が必要となるが、ホットプレス焼結法、HIP焼結
法、放電プラズマ焼結法ではこの成形工程は不要であ
る。Next, the manufacturing method of the present invention will be described. The manufacturing method of the present invention is as follows.First, in the mixing ratio of the raw material powder as described above, the non-oxide ceramics SiC, Si 3 N 4 , AlN, ZrSi 2 , VSi 2 , NbSi
2, one or a more of the powder either selected from among TaSi 2, CrSi 2 and MoSi 2, and any one or more of powders selected from among zirconia and rare earth oxides , Any one selected from Ln 4 Al 2 O 9
One kind or two or more kinds of powders are mixed and molded. In this step, if pressureless sintering is performed thereafter,
Although molding is required, this molding step is not necessary in the hot press sintering method, HIP sintering method, and discharge plasma sintering method.
【0015】 次に、上記混合成形体は、焼成する。
この焼成は調整雰囲気中において1300〜1900℃の温度
で、0.1 〜2000分間の条件で行う。それは、この焼成の
温度が1300℃より低いと、緻密な焼結体が得られない
し、1900℃を超えるとLn4Al2O9が溶融し、かつ非酸化物
系セラミックスとの反応が激しくなるからである。上記
の焼成時間は、焼結方法によっても異なる。例えば、焼
結温度に数分で到達し、その焼結温度に保持する時間は
1分以下でも充分な場合がある。しかし、焼結時間が0.
1 分よりも短いと、緻密な試料が得られない。一方、焼
結時間を2000分以上に長くしても、一定以上の緻密化の
向上は期待できないばかりでなく、コスト高となる。ま
た、焼成の雰囲気は、非酸化物系セラミックスが酸化さ
れない非酸化性雰囲気が好ましく、不活性ガス中あるい
は真空中としなければならない。さらに焼結温度に到達
する速度は、焼結方法によっても異なるが、放電プラズ
マ焼結機ならびにマイクロウェーブ焼結機を使う場合、
数分と短い。Next, the mixed molded body is fired.
This firing is performed in a controlled atmosphere at a temperature of 1300 to 1900 ° C. for 0.1 to 2000 minutes. If the firing temperature is lower than 1300 ° C, a dense sintered body cannot be obtained, and if it exceeds 1900 ° C, Ln 4 Al 2 O 9 melts and the reaction with non-oxide ceramics becomes violent. Because. The firing time varies depending on the sintering method. For example, it may be sufficient that the sintering temperature is reached in a few minutes and the sintering temperature is maintained for 1 minute or less. However, the sintering time is 0.
If it is shorter than 1 minute, a dense sample cannot be obtained. On the other hand, even if the sintering time is increased to 2000 minutes or more, not only improvement in densification above a certain level cannot be expected, but also the cost becomes high. Moreover, the firing atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere in which the non-oxide ceramics are not oxidized, and it must be in an inert gas or in a vacuum. Furthermore, the speed of reaching the sintering temperature varies depending on the sintering method, but when using a discharge plasma sintering machine and a microwave sintering machine,
Short as a few minutes.
【0016】なお、この焼結工程において、無加圧焼結
法を採用する場合、ホットゾーンに試料を送るという方
法をとれば、1分という短い時間で所定の温度に到達さ
せることが可能である。また、非酸化物系セラミックス
とLn4Al2O9との反応を避けるためには、昇温速度は短い
方が好ましいときもある。In this sintering process, when the pressureless sintering method is adopted, if the sample is sent to the hot zone, it is possible to reach a predetermined temperature in a short time of 1 minute. is there. Further, in order to avoid the reaction between the non-oxide ceramics and Ln 4 Al 2 O 9 , it is sometimes preferable that the temperature rising rate is short.
【0017】[0017]
実施例1 Si3N4 粉40gと、Y4Al2O9 粉30gおよびCeO2粉60gと
を、アルコールを用いボールミルで24時間混合した。混
合後、加熱してアルコールを除去し、50mmφの黒鉛製の
型に充填し、放電プラズマ焼結機を用い、真空中で1500
℃まで5分で昇温し、その温度に1分間保持して、Si3N
4 焼結体を得た。この焼結体の曲げ強度は、1500MPa で
あり、室温での破壊靱性値は、12 MPa・m1/2であり、10
00℃では11 MPa・m1/2であった。Example 1 40 g of Si 3 N 4 powder, 30 g of Y 4 Al 2 O 9 powder and 60 g of CeO 2 powder were mixed with alcohol in a ball mill for 24 hours. After mixing, heat to remove alcohol, fill in a graphite mold of 50 mmφ, and use a spark plasma sintering machine to 1500
℃ until the temperature was raised at 5 minutes, 1 minute hold at that temperature, Si 3 N
4 sintered bodies were obtained. Flexural strength of the sintered body is 1500 MPa, the fracture toughness value at room temperature is 12 MPa · m 1/2, 10
It was 11 MPa · m 1/2 at 00 ° C.
【0018】実施例2 SiC 粉50gと、Y4Al2O9 粉38gおよびCeO2粉11gおよび
La2O3 粉1gとを、アルコールを用いて ボールミルで
24時間混合した。混合終了後アルコールを除去し、4×
20×40mm3 に成形した。この生成形体をアルゴンガス中
で1700℃まで5分で温度を上げ、その温度に5分間保持
し、SiC 焼結体を得た。この焼結体の曲げ強度は1200 M
Paであり、室温での破壊靱性値は 9 MPa・m1/2である。
また、1000℃の曲げ強度は900 MPa であり、破壊靱性値
は 8 MPa・m1/2であった。Example 2 50 g of SiC powder, 38 g of Y 4 Al 2 O 9 powder and 11 g of CeO 2 powder and
1g of La 2 O 3 powder and alcohol in a ball mill
Mix for 24 hours. After mixing, remove alcohol and 4x
Molded to 20 x 40 mm 3 . The temperature of this green body was raised to 1700 ° C. in 5 minutes in argon gas and kept at that temperature for 5 minutes to obtain a SiC sintered body. The bending strength of this sintered body is 1200 M
Pa and the fracture toughness value at room temperature is 9 MPa · m 1/2 .
The bending strength at 1000 ° C was 900 MPa, and the fracture toughness value was 8 MPa · m 1/2 .
【0019】実施例3 AlN 粉30gと、ZrO2(3Y)粉2gおよびYb4Al2O9粉15g
とを、メノー製乳鉢を用いて1時間混合した。この混合
粉体を成形し、これをアルゴンガス中で1500℃まで2時
間で昇温し、その温度に30分間保持して焼結体を得た。
この焼結体の曲げ強度は900 MPa であり、室温での破壊
靱性値は 9 MPa・m1/2であった。また、1000℃での破壊
靱性値は 7 MPa・m1/2であった。Example 3 30 g of AlN powder, 2 g of ZrO 2 (3Y) powder and 15 g of Yb 4 Al 2 O 9 powder
And were mixed for 1 hour using a Menor mortar. This mixed powder was molded, heated to 1500 ° C. in argon gas for 2 hours, and kept at that temperature for 30 minutes to obtain a sintered body.
The bending strength of this sintered body was 900 MPa, and the fracture toughness value at room temperature was 9 MPa · m 1/2 . The fracture toughness value at 1000 ° C was 7 MPa · m 1/2 .
【0020】実施例4 SiC 粉70gと、Y4Al2O9 粉20gおよびZrO2(3Y)粉10g
を、アルコールを溶媒に用いてボールミルで24時間混合
した。混合終了後アルコールを除去し、この混合粉体を
黒鉛製の型に埋め、ホットプレス装置を用い、アルゴン
ガス中で1700℃まで30分間で昇温し、その温度に15分間
保持して焼結体を得た。この焼結体の曲げ強度は1500MP
a であり、室温での破壊靱性値は 10MPa・m1/2、1000℃
における破壊靱性値は7 MPa・m1/2であった。Example 4 70 g of SiC powder, 20 g of Y 4 Al 2 O 9 powder and 10 g of ZrO 2 (3Y) powder
Was mixed on a ball mill for 24 hours using alcohol as the solvent. After mixing, remove alcohol, bury this mixed powder in a graphite mold, use a hot press machine to raise the temperature to 1700 ° C in argon gas for 30 minutes, hold at that temperature for 15 minutes and sinter. Got the body The bending strength of this sintered body is 1500MP
The fracture toughness value at room temperature is 10 MPa · m 1/2 , 1000 ° C.
The fracture toughness value at was 7 MPa · m 1/2 .
【0021】実施例5 Si3N4 粉10gと、Ho4Al2O9粉35gおよびZrO2(3Y)粉5g
とを、エタノールを溶媒に用いてボールミルで24時間混
合した。混合終了後エタノールを除去して生成形体を得
た。この生成形体を、窒素ガス中で10℃/分の昇温速度
で1650℃まで昇温し、この温度に400 分間保持し、Si3N
4 焼結体を得た。この焼結体の曲げ強度は1400 MPaであ
り、室温での破壊靱性値は12 MPa・m1/2であった。ま
た、1000℃の破壊靱性値は 9 MPa・m1/2であった。Example 5 Si 3 N 4 powder 10 g, Ho 4 Al 2 O 9 powder 35 g and ZrO 2 (3Y) powder 5 g
And were mixed in a ball mill for 24 hours using ethanol as a solvent. After completion of mixing, ethanol was removed to obtain a green product. The product form, in nitrogen gas was heated to 10 ° C. / min 1650 ° C. at a heating rate of, and held at this temperature for 400 minutes, Si 3 N
4 sintered bodies were obtained. The bending strength of this sintered body was 1400 MPa, and the fracture toughness value at room temperature was 12 MPa · m 1/2 . The fracture toughness value at 1000 ° C was 9 MPa · m 1/2 .
【0022】実施例6 SiC 粉20gと、Si3N4 粉30gおよびYb4Al2O9粉40gおよ
びCeO2粉10gとを、アルコールを溶媒に用いてボールミ
ルで24時間混合した。混合終了後アルコールを除去して
生成形体を得た。この生成形体を、窒素ガス中で1700℃
に加熱したホットゾーンに2分間で送り込み、この温度
に2分間保持して焼結体を得た。この焼結体の曲げ強度
は1600 MPaであり、室温での破壊靱性値は12 MPa・m1/2
であり、1000℃における破壊靱性値は 9 MPa・m1/2であ
った。Example 6 20 g of SiC powder, 30 g of Si 3 N 4 powder, 40 g of Yb 4 Al 2 O 9 powder and 10 g of CeO 2 powder were mixed with alcohol as a solvent in a ball mill for 24 hours. After the mixing was completed, the alcohol was removed to obtain a green product. This green body was heated at 1700 ° C in nitrogen gas.
It was fed into the hot zone heated to 2 minutes in 2 minutes and kept at this temperature for 2 minutes to obtain a sintered body. The bending strength of this sintered body is 1600 MPa, and the fracture toughness value at room temperature is 12 MPa ・ m 1/2
The fracture toughness value at 1000 ° C. was 9 MPa · m 1/2 .
【0023】以上の実施例ならびに比較例につき次表に
まとめて表示する。The above examples and comparative examples are summarized in the following table.
【表1】 [Table 1]
【0024】[0024]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ln
4Al2O9の強弾性相転移を利用することで、緻密で強度の
大きい、室温でもまた高温においても靱性の大きい非酸
化物セラミックスを得ることができる。かくして本発明
は、エンジン部品、ガスタービン翼、ガスタービン用部
品、耐腐食装置部品、坩堝、ボールミル部品、絶縁材
料、IC基板、核融合炉材料、原子炉用材料、ダイカス
ト用部品、燃焼管、発熱体、高空飛翔体用耐熱材、熱交
換器、耐熱材料、電子回路用基体、シール材、継手およ
びバルブ用部品、熱遮蔽材料、人工骨および人工歯根等
の生体材料、誘電材料、刃物やカッター刃、工具、スポ
ーツ用品、ポンプ、ノズル、ローラー、ガイド、軸受、
フェルールその他の広い分野で有効に用いられる高靱性
セラミックスを有利に提供できる。As described above, according to the present invention, Ln
By utilizing the ferroelastic phase transition of 4 Al 2 O 9 , it is possible to obtain a dense non-oxide ceramic having high strength and high toughness at room temperature and high temperature. Thus, the present invention provides engine parts, gas turbine blades, gas turbine parts, corrosion resistant device parts, crucibles, ball mill parts, insulating materials, IC substrates, fusion reactor materials, nuclear reactor materials, die casting parts, combustion tubes, Heating elements, heat-resistant materials for high-flying objects, heat exchangers, heat-resistant materials, electronic circuit substrates, sealing materials, joint and valve parts, heat shield materials, biomaterials such as artificial bones and artificial roots, dielectric materials, blades, Cutter blade, tool, sports equipment, pump, nozzle, roller, guide, bearing,
It is possible to advantageously provide a high toughness ceramic that is effectively used in a wide range of fields such as ferrules.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 35/565 35/584 35/581 C04B 35/56 101 K 35/58 102 D 102 H 104 B ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical display location C04B 35/565 35/584 35/581 C04B 35/56 101 K 35/58 102 D 102 H 104 B
Claims (2)
aSi2, CrSi2 およびMoSi2 の中から選ばれるいずれか1
種または2種以上の非酸化物系セラミックスを20〜96wt
%、 ジルコニアおよび希土類酸化物のうちから選ばれたいず
れか1種または2種以上を1〜40wt%、および、 Ln4Al2O9 (ただし、Lnは Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho,
Er, YbおよびLuのうちから選ばれたいずれか1種または
2種以上)を3〜79wt%、からなる高靱性セラミック
ス。1. SiC, Si 3 N 4 , AlN, ZrSi 2 , VSi 2 , NbSi 2 , T
Any one selected from aSi 2 , CrSi 2 and MoSi 2
20-96wt of one or more non-oxide ceramics
%, 1 to 40 wt% of one or more selected from zirconia and rare earth oxides, and Ln 4 Al 2 O 9 (where Ln is Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho,
A high toughness ceramic containing 3 to 79 wt% of any one or more selected from Er, Yb and Lu).
aSi2, CrSi2 およびMoSi2 の中から選ばれたいずれか1
種または2種以上の非酸化物系セラミックス:20〜96wt
%、 ジルコニアおよび希土類酸化物のうちのいずれか1種ま
たは2種以上の粉体:1〜40wt%、および Ln4Al2O9 (ただし、Lnは Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho,
Er, YbおよびLuのうちから選ばれたいずれか1種または
2種以上)の粉体:3〜79wt%を混合し、 その混合粉体を、非酸化性雰囲気中で1300〜1900℃の温
度に加熱して 0.1〜2000分間保持して焼成することを特
徴とする高靱性セラミックスの製造方法。2. SiC, Si 3 N 4 , AlN, ZrSi 2 , VSi 2 , NbSi 2 , T
Any one selected from aSi 2 , CrSi 2 and MoSi 2
Type or 2 or more types of non-oxide ceramics: 20 ~ 96wt
%, Powder of one or more of zirconia and rare earth oxides: 1 to 40 wt%, and Ln 4 Al 2 O 9 (where Ln is Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy , Ho,
Powder of any one or more selected from Er, Yb and Lu): 3 to 79 wt% is mixed, and the mixed powder is heated to a temperature of 1300 to 1900 ° C in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing a high-toughness ceramics, which comprises heating to a temperature of 0.1 to 2000 minutes and then firing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5215863A JPH0769732A (en) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | High-tenacity ceramic and its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5215863A JPH0769732A (en) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | High-tenacity ceramic and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0769732A true JPH0769732A (en) | 1995-03-14 |
Family
ID=16679524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5215863A Pending JPH0769732A (en) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | High-tenacity ceramic and its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769732A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10101432A (en) * | 1996-08-05 | 1998-04-21 | Bridgestone Corp | Part for dry etching device |
| US6953761B2 (en) | 2002-12-27 | 2005-10-11 | Hitachi, Ltd. | Aluminum nitride sintered body and substrate for electronic devices |
| CN104876584A (en) * | 2015-04-15 | 2015-09-02 | 苏州维泰生物技术有限公司 | Zirconium silicide based composite ceramic material and preparation method thereof |
| CN120229949A (en) * | 2025-03-27 | 2025-07-01 | 湖南宥臻新材料科技有限公司 | A high temperature resistant composite ceramic material and preparation method thereof |
-
1993
- 1993-08-31 JP JP5215863A patent/JPH0769732A/en active Pending
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