JPH08104560A - 炭化珪素ウイスカー・シリケート系耐酸化性セラミックス複合材料 - Google Patents
炭化珪素ウイスカー・シリケート系耐酸化性セラミックス複合材料Info
- Publication number
- JPH08104560A JPH08104560A JP7269018A JP26901895A JPH08104560A JP H08104560 A JPH08104560 A JP H08104560A JP 7269018 A JP7269018 A JP 7269018A JP 26901895 A JP26901895 A JP 26901895A JP H08104560 A JPH08104560 A JP H08104560A
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- silicon carbide
- oxide
- carbide whisker
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 非酸化物系セラミックスと酸化物系セラミッ
クスを複合させることにより酸化性雰囲気で酸化されが
たく、特に高温耐酸化性に優れたセラミックス複合材料
を得ること。 【解決手段】 炭化珪素ウイスカーと、シリケート系セ
ラミックスとから実質的になる炭化珪素ウイスカー・シ
リケート系セラミックスの複合材料において、特定元素
の不純物合計を１重量％以下にする。
クスを複合させることにより酸化性雰囲気で酸化されが
たく、特に高温耐酸化性に優れたセラミックス複合材料
を得ること。 【解決手段】 炭化珪素ウイスカーと、シリケート系セ
ラミックスとから実質的になる炭化珪素ウイスカー・シ
リケート系セラミックスの複合材料において、特定元素
の不純物合計を１重量％以下にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化珪素ウイスカ
ーとジルコン、イットリウムシリケート（Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ
7 ）等のシリケート系セラミックスとからなる複合材料
に関し、特にガスタービン部品、ディーゼルエンジン部
品、切削工具等の各種高温構造部品、特に耐酸化性に優
れた高温構造部材に関するものである。
ーとジルコン、イットリウムシリケート（Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ
7 ）等のシリケート系セラミックスとからなる複合材料
に関し、特にガスタービン部品、ディーゼルエンジン部
品、切削工具等の各種高温構造部品、特に耐酸化性に優
れた高温構造部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高強度化、高靭性化あるいは高硬
度化を目的として種々のセラミックスの複合化が検討さ
れている。そしてそれらは多くの場合Ｓｉの非酸化物系
セラミックスと金属元素酸化物との組み合わせになって
いる。例えば、アルミナセラミックスの靭性や高温強度
を改善することを目的として炭化珪素ウィスカーとの複
合化が検討されていて、比較的良好な結果が得られてい
る（特開昭６２−２３５２６５）。
度化を目的として種々のセラミックスの複合化が検討さ
れている。そしてそれらは多くの場合Ｓｉの非酸化物系
セラミックスと金属元素酸化物との組み合わせになって
いる。例えば、アルミナセラミックスの靭性や高温強度
を改善することを目的として炭化珪素ウィスカーとの複
合化が検討されていて、比較的良好な結果が得られてい
る（特開昭６２−２３５２６５）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
Ｓｉの非酸化物と金属元素酸化物を複合化した材料を高
温構造部材として用いようとした場合、非酸化物（例え
ば炭化珪素) および金属元素酸化物各々単独での耐酸化
性は比較的良好であるにもかかわらず、それらを組み合
わせた材料は高温の酸化性雰囲気中で酸化され、強度、
靭性等の性能劣化が生じる傾向がある。そこで本発明
は、上記の如き実情に鑑み、Ｓｉ系非酸化物（炭化珪素
ウイスカー）と金属元素酸化物とからなる複合材料の耐
酸化性を向上させるべく鋭意研究を行った結果なされた
ものであり、Ｓｉ系非酸化物の酸化によって生成するシ
リカ（ＳｉＯ2 ）が、Ｓｉ系非酸化物単独の場合は、該
シリカが酸化を防ぐ層として働くにもかかわらず、該複
合材料の場合は該シリカが保護層とならず酸化物と反応
してシリケートを生成しながら、酸化が進行していくこ
とが判った。そこで本発明者らは、酸化物としてはシリ
カと反応しにくい物を選択し、かつシリカと反応しやす
い不純物を含ませないか又はかかる不純物含有量を一定
量以下に押さえることにより、この酸化反応が進行しに
くくなり、耐酸化性に優れたＳｉＣウイスカー酸化物系
セラミックス複合材料となることを見いだし本発明を完
成した。
Ｓｉの非酸化物と金属元素酸化物を複合化した材料を高
温構造部材として用いようとした場合、非酸化物（例え
ば炭化珪素) および金属元素酸化物各々単独での耐酸化
性は比較的良好であるにもかかわらず、それらを組み合
わせた材料は高温の酸化性雰囲気中で酸化され、強度、
靭性等の性能劣化が生じる傾向がある。そこで本発明
は、上記の如き実情に鑑み、Ｓｉ系非酸化物（炭化珪素
ウイスカー）と金属元素酸化物とからなる複合材料の耐
酸化性を向上させるべく鋭意研究を行った結果なされた
ものであり、Ｓｉ系非酸化物の酸化によって生成するシ
リカ（ＳｉＯ2 ）が、Ｓｉ系非酸化物単独の場合は、該
シリカが酸化を防ぐ層として働くにもかかわらず、該複
合材料の場合は該シリカが保護層とならず酸化物と反応
してシリケートを生成しながら、酸化が進行していくこ
とが判った。そこで本発明者らは、酸化物としてはシリ
カと反応しにくい物を選択し、かつシリカと反応しやす
い不純物を含ませないか又はかかる不純物含有量を一定
量以下に押さえることにより、この酸化反応が進行しに
くくなり、耐酸化性に優れたＳｉＣウイスカー酸化物系
セラミックス複合材料となることを見いだし本発明を完
成した。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、炭化珪
素ウイスカー５〜４０重量％と、周期表ＩＶａ族元素の
シリケート（ＭＳｉＯ4 、ただしＭはＩＶａ族元素）、
希土類元素のシリケート（Ｒ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、ただしＲは
希土類元素）、ムライト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）
の群から選択された少なくとも一種以上とからなる酸化
物セラミックス（シリケート系セラミックス）６０〜９
５重量％とを組み合わせ、また前記セラミックス複合材
料を構成する非酸化物系セラミックスと酸化物系セラミ
ックス中のアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、
周期表ＩＶａ族元素、希土類元素およびアルミニウムの
酸化物の群から選ばれる少なくとも１種以上の不純物を
合計量が１重量％以下にしたことにある。これにより、
大気中１３００℃の条件下で本発明のセラミックス複合
材料を放置しても酸化による重量増加を１ｍｇ／ｃｍ2
以下に抑制することができる。なお、希土類元素とはＳ
ｃ，Ｙおよび原子番号５７のＬａから７１のＬｕの元素
を指す。
素ウイスカー５〜４０重量％と、周期表ＩＶａ族元素の
シリケート（ＭＳｉＯ4 、ただしＭはＩＶａ族元素）、
希土類元素のシリケート（Ｒ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、ただしＲは
希土類元素）、ムライト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）
の群から選択された少なくとも一種以上とからなる酸化
物セラミックス（シリケート系セラミックス）６０〜９
５重量％とを組み合わせ、また前記セラミックス複合材
料を構成する非酸化物系セラミックスと酸化物系セラミ
ックス中のアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、
周期表ＩＶａ族元素、希土類元素およびアルミニウムの
酸化物の群から選ばれる少なくとも１種以上の不純物を
合計量が１重量％以下にしたことにある。これにより、
大気中１３００℃の条件下で本発明のセラミックス複合
材料を放置しても酸化による重量増加を１ｍｇ／ｃｍ2
以下に抑制することができる。なお、希土類元素とはＳ
ｃ，Ｙおよび原子番号５７のＬａから７１のＬｕの元素
を指す。
【０００５】
【作用】本発明では非酸化物系セラミックスとしてのＳ
ｉＣウイスカーは強度、靭性を高め、酸化物系セラミッ
クスは耐酸化性を高める作用をする。本発明においては
シリカと反応しにくい酸化物としては、希土類元素のシ
リケート（Ｒ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ｒは希土類元素）、周期表
ＩＶａ族元素のシリケート（ＭＳｉＯ4 、ＭはＩＶａ族
元素）、ムライトをあげることができる。これらは既に
安定なシリケート化合物となっているかあるいはシリケ
ートを生成しない酸化物である。逆にアルカリ金属元
素、アルカリ土類金属元素、ＩＶａ族元素、希土類元素
及びアルミニウムの酸化物はシリカと反応してシリケー
トを生成する酸化物であり、含有しないのが望ましい
が、含むとすればそれら不純物の許容できる含有量は最
大１重量％である。これら不純物の含有量が１重量％を
越えると上記反応により酸化が進行するため耐酸化性に
劣った非酸化物−酸化物系セラミックス複合材料とな
る。なお、本発明のＳｉＣウイスカーとシリケート系セ
ラミックスの組成比については、それぞれの成分の特長
が生かされた特性を有する非酸化物−酸化物系セラミッ
クス複合材料を得るには、ＳｉＣウイスカーの含有量を
５〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％、シリケ
ート系セラミックスの含有量を６０〜９５重量％好まし
くは８０〜７０重量％の範囲とするのが耐酸化性、高温
強度を得るのに大きく寄与することができる。
ｉＣウイスカーは強度、靭性を高め、酸化物系セラミッ
クスは耐酸化性を高める作用をする。本発明においては
シリカと反応しにくい酸化物としては、希土類元素のシ
リケート（Ｒ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ｒは希土類元素）、周期表
ＩＶａ族元素のシリケート（ＭＳｉＯ4 、ＭはＩＶａ族
元素）、ムライトをあげることができる。これらは既に
安定なシリケート化合物となっているかあるいはシリケ
ートを生成しない酸化物である。逆にアルカリ金属元
素、アルカリ土類金属元素、ＩＶａ族元素、希土類元素
及びアルミニウムの酸化物はシリカと反応してシリケー
トを生成する酸化物であり、含有しないのが望ましい
が、含むとすればそれら不純物の許容できる含有量は最
大１重量％である。これら不純物の含有量が１重量％を
越えると上記反応により酸化が進行するため耐酸化性に
劣った非酸化物−酸化物系セラミックス複合材料とな
る。なお、本発明のＳｉＣウイスカーとシリケート系セ
ラミックスの組成比については、それぞれの成分の特長
が生かされた特性を有する非酸化物−酸化物系セラミッ
クス複合材料を得るには、ＳｉＣウイスカーの含有量を
５〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％、シリケ
ート系セラミックスの含有量を６０〜９５重量％好まし
くは８０〜７０重量％の範囲とするのが耐酸化性、高温
強度を得るのに大きく寄与することができる。
【０００６】
実施例１．非酸化物として表１に示した特性を有するβ
型炭化珪素ウィスカー（東海カーボン社製トーカイウィ
スカー）２０重量％と、シリケートとしてムライト（３
Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）粉末 (純度９９％、平均粒径
１μｍ）８０重量％とを用い、エタノール中で湿式混合
後、乾燥し、素地粉末とした。この素地粉末をＢＮコー
トしたカーボン型に充填し、１７００℃−２０ＭＰａで
ホットプレス法により約１時間焼成した。焼成後、焼結
体を３×４×４０ｍｍに切断研磨し表２に示す諸特性を
測定した。なお、表２に示す曲げ強度、破壊靭性及び耐
酸化抵抗は後述に記載の方法により測定した。これによ
れば諸特性特に耐酸化抵抗が優れていることがわかる。
型炭化珪素ウィスカー（東海カーボン社製トーカイウィ
スカー）２０重量％と、シリケートとしてムライト（３
Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）粉末 (純度９９％、平均粒径
１μｍ）８０重量％とを用い、エタノール中で湿式混合
後、乾燥し、素地粉末とした。この素地粉末をＢＮコー
トしたカーボン型に充填し、１７００℃−２０ＭＰａで
ホットプレス法により約１時間焼成した。焼成後、焼結
体を３×４×４０ｍｍに切断研磨し表２に示す諸特性を
測定した。なお、表２に示す曲げ強度、破壊靭性及び耐
酸化抵抗は後述に記載の方法により測定した。これによ
れば諸特性特に耐酸化抵抗が優れていることがわかる。
【０００７】実施例２．シリケートとしてムライトに代
えてジルコン（ＺｒＳｉＯ4 ）粉末（純度９９％、平均
粒径１μm ) を用い１６００℃−４０ＭＰａでホットプ
レスした外は実施例１と同様にして試料を作成し、諸特
性を調べた。この特性は表２に示すとおりで、実施例１
同様に満足すべきものであった。
えてジルコン（ＺｒＳｉＯ4 ）粉末（純度９９％、平均
粒径１μm ) を用い１６００℃−４０ＭＰａでホットプ
レスした外は実施例１と同様にして試料を作成し、諸特
性を調べた。この特性は表２に示すとおりで、実施例１
同様に満足すべきものであった。
【０００８】比較例１．酸化物としてムライトに代えて
アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末（純度９９％、平均粒径１
μm ) を用い１８５０℃−２０ＭＰａでホットプレスし
た外は実施例１と同様にして試料を作成し、諸特性を調
べた。その特性は表２に示すとおりで、耐酸化性が不十
分であった。
アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末（純度９９％、平均粒径１
μm ) を用い１８５０℃−２０ＭＰａでホットプレスし
た外は実施例１と同様にして試料を作成し、諸特性を調
べた。その特性は表２に示すとおりで、耐酸化性が不十
分であった。
【０００９】比較例２．酸化物としてムライトに代えて
Ｙ−ＴＺＰ〔２．６モル％イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）含有
共沈ジルコニア（ＺｒＯ2 ）〕粉末（純度９９％、平均
粒径０．５μｍ) を用い１５００℃−２０ＭＰａでホッ
トプレスした外は実施例１と同様にして試料を作成し、
諸特性を調べた。その特性は表２に示すとおりで、耐酸
化性が不十分であった。
Ｙ−ＴＺＰ〔２．６モル％イットリア（Ｙ2 Ｏ3 ）含有
共沈ジルコニア（ＺｒＯ2 ）〕粉末（純度９９％、平均
粒径０．５μｍ) を用い１５００℃−２０ＭＰａでホッ
トプレスした外は実施例１と同様にして試料を作成し、
諸特性を調べた。その特性は表２に示すとおりで、耐酸
化性が不十分であった。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】なお、特性の測定方法は下記のとおりであ
る。 曲げ強度測定法 曲げ強度はＪＩＳ規格Ｒ１６０１に従ってスパン３０ｍ
ｍで大気中３点曲げ強度を測定した。 破壊靭性測定方法 破壊靭性値はインデンテイション・マイクロフラクチャ
ー法によって測定した。 耐酸化抵抗測定方法 大気中１３００℃の条件で１００時間保持し保持後の単
位表面積当たりの重量増加を測定した。また比較試験の
結果は下記のとおりである。表２より明らかなように酸
化物としてシリカと反応しやすい物を用いた場合、シリ
ケートを生成しながら酸化が進行していくが、本発明の
ように安定なシリケート化合物を酸化物として用いる
と、曲げ強度や破壊靱性に一定の強度を持ちながら、耐
酸化性に優れたものとなっていることが判る。
る。 曲げ強度測定法 曲げ強度はＪＩＳ規格Ｒ１６０１に従ってスパン３０ｍ
ｍで大気中３点曲げ強度を測定した。 破壊靭性測定方法 破壊靭性値はインデンテイション・マイクロフラクチャ
ー法によって測定した。 耐酸化抵抗測定方法 大気中１３００℃の条件で１００時間保持し保持後の単
位表面積当たりの重量増加を測定した。また比較試験の
結果は下記のとおりである。表２より明らかなように酸
化物としてシリカと反応しやすい物を用いた場合、シリ
ケートを生成しながら酸化が進行していくが、本発明の
ように安定なシリケート化合物を酸化物として用いる
と、曲げ強度や破壊靱性に一定の強度を持ちながら、耐
酸化性に優れたものとなっていることが判る。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、曲げ強度や破壊靱性に優れた
非酸化物−酸化物系セラミックス複合材料の一種である
炭化珪素ウイスカー含有セラミックスにおいて、耐酸化
性に優れた炭化珪素ウイスカー・シリケートセラミック
スの複合材料を提供するものであり、工業的に極めて有
用である。
非酸化物−酸化物系セラミックス複合材料の一種である
炭化珪素ウイスカー含有セラミックスにおいて、耐酸化
性に優れた炭化珪素ウイスカー・シリケートセラミック
スの複合材料を提供するものであり、工業的に極めて有
用である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 35/80 Ｍ
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化珪素ウイスカー５〜４０重量％と、
周期表ＩＶａ族元素のシリケート（ＭＳｉＯ4 、ただし
ＭはＩＶａ族元素）、希土類元素のシリケート（Ｒ2 Ｓ
ｉＯ7 、ただしＲは希土類元素）、ムライト（３Ａｌ2
Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）の群から選択されたシリケート系セ
ラミックス６０〜９５重量％とから実質的になる、炭化
珪素ウイスカー・シリケート系セラミックス複合材料で
あって、前記複合材料は、アルカリ金属元素、アルカリ
土類金属元素、周期表ＩＶａ族元素、希土類元素および
アルミニウムの酸化物の群から選ばれる少なくとも１種
以上の不純物が合計で１重量％以下であり、かつ大気中
１３００℃の条件下で１００時間保持した後の単位面積
当たりの重量増加が１ｍｇ／ｃｍ2 以下であることを特
徴とする炭化珪素ウイスカー・シリケート系耐酸化性セ
ラミックス複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269018A JPH08104560A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 炭化珪素ウイスカー・シリケート系耐酸化性セラミックス複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7269018A JPH08104560A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 炭化珪素ウイスカー・シリケート系耐酸化性セラミックス複合材料 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1117542A Division JPH02296770A (ja) | 1989-05-12 | 1989-05-12 | 高温耐酸化性セラミックス複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08104560A true JPH08104560A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17466538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7269018A Pending JPH08104560A (ja) | 1995-09-25 | 1995-09-25 | 炭化珪素ウイスカー・シリケート系耐酸化性セラミックス複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08104560A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472961A (en) * | 1987-09-16 | 1989-03-17 | Nihon Cement | Production of ceramic sintered body |
-
1995
- 1995-09-25 JP JP7269018A patent/JPH08104560A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6472961A (en) * | 1987-09-16 | 1989-03-17 | Nihon Cement | Production of ceramic sintered body |
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