JPH0848563A - 二珪化モリブデン系複合セラミックス及びその製造方法 - Google Patents
二珪化モリブデン系複合セラミックス及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0848563A JPH0848563A JP6184621A JP18462194A JPH0848563A JP H0848563 A JPH0848563 A JP H0848563A JP 6184621 A JP6184621 A JP 6184621A JP 18462194 A JP18462194 A JP 18462194A JP H0848563 A JPH0848563 A JP H0848563A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sic
- molybdenum disilicide
- whiskers
- based composite
- mosi2
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 1000℃以上の高温で十分な耐変形性をも
ち、耐酸化性に優れた二珪化モリブデン系複合セラミッ
クスを提供する。 【構成】 MoSi2 マトリックスに、平均直径及び平
均長さがそれぞれ0.2〜1.0μm及び2〜50μm
であるSiCウィスカーを3〜40容量%複合してなる
とともに、前記SiCウィスカーの50重量%以上がα
型結晶構造をもつ第1SiC、あるいはβ型結晶構造を
もつSiCであってX線回折パターンで2θ=33.6
°のピークが現れ2θ=41.4°のピークが現れない
第2SiCの1種又は2種である二珪化モリブデン系複
合セラミックス。
ち、耐酸化性に優れた二珪化モリブデン系複合セラミッ
クスを提供する。 【構成】 MoSi2 マトリックスに、平均直径及び平
均長さがそれぞれ0.2〜1.0μm及び2〜50μm
であるSiCウィスカーを3〜40容量%複合してなる
とともに、前記SiCウィスカーの50重量%以上がα
型結晶構造をもつ第1SiC、あるいはβ型結晶構造を
もつSiCであってX線回折パターンで2θ=33.6
°のピークが現れ2θ=41.4°のピークが現れない
第2SiCの1種又は2種である二珪化モリブデン系複
合セラミックス。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、改善された機械的強度
をもち耐酸化性に優れた二珪化モリブデン系複合セラミ
ックス及びその製造方法に関し、詳しくは室温での改善
された機械的強度と破壊靭性をもち、且つ高温で耐変形
性に優れた炭化珪素ウィスカーで強化した二珪化モリブ
デン系複合セラミックス及びその製造方法に関する。
をもち耐酸化性に優れた二珪化モリブデン系複合セラミ
ックス及びその製造方法に関し、詳しくは室温での改善
された機械的強度と破壊靭性をもち、且つ高温で耐変形
性に優れた炭化珪素ウィスカーで強化した二珪化モリブ
デン系複合セラミックス及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】二珪化モリブデンは、大気中でシリカ保
護皮膜が生成する能力が高いために、優れた耐酸化性を
示すので、大気中での高温炉用ヒーターとして例えば1
750℃までの加熱に利用されている。このように二珪
化モリブデンは優れた高温特性をもつためにガスタービ
ン部材等の高温構造材料としても注目され、材料評価さ
れている。
護皮膜が生成する能力が高いために、優れた耐酸化性を
示すので、大気中での高温炉用ヒーターとして例えば1
750℃までの加熱に利用されている。このように二珪
化モリブデンは優れた高温特性をもつためにガスタービ
ン部材等の高温構造材料としても注目され、材料評価さ
れている。
【0003】しかしながら、二珪化モリブデンは室温で
脆性でありかつ高温で低強度であるために機械的負荷が
かかる構造材料として使用できないのが実状である。
脆性でありかつ高温で低強度であるために機械的負荷が
かかる構造材料として使用できないのが実状である。
【0004】そこで、二珪化モリブデンの靭性改善や高
温での強度改善を目的に様々の第2相を複合する試みが
行われている。古くは特開昭60−195061号公報
に見られるようにホウ化物を複合する系に始まり、特開
平1−115876号公報に開示されているように、第
2相としてMo及びWのホウ化物を複合した系により1
600℃以上でも十分な耐酸化性を達成している。
温での強度改善を目的に様々の第2相を複合する試みが
行われている。古くは特開昭60−195061号公報
に見られるようにホウ化物を複合する系に始まり、特開
平1−115876号公報に開示されているように、第
2相としてMo及びWのホウ化物を複合した系により1
600℃以上でも十分な耐酸化性を達成している。
【0005】D.H.CarterらはCeramic Engineering & S
cience Proceedings Vol. 10, No.9-10, pp. 1121-112
9, 1989 において炭化珪素ウィスカーを複合した二珪化
モリブデンを加圧焼結した材料は、室温曲げ強度が15
0MPaから約300MPaに、1300℃での曲げ強
度も70MPaから170MPaに改善されると報告し
ている。ここで、炭化珪素ウィスカーは Los Alamos Na
tional Laboratory,Los Alamos, NM, USAで作製されたV
APOR −LIQUID−SOLID (VLS )炭化珪素ウィスカー、
あるいは、Fuber Corporation のVAPOR −SOLID (VS)
炭化珪素ウィスカーで、VLS ,SiC ウィスカーはβ型結
晶で直径5μm、長さ100〜200μm、VS SiCウィ
スカーは直径0.1μm、長さ1〜5μmであった。
cience Proceedings Vol. 10, No.9-10, pp. 1121-112
9, 1989 において炭化珪素ウィスカーを複合した二珪化
モリブデンを加圧焼結した材料は、室温曲げ強度が15
0MPaから約300MPaに、1300℃での曲げ強
度も70MPaから170MPaに改善されると報告し
ている。ここで、炭化珪素ウィスカーは Los Alamos Na
tional Laboratory,Los Alamos, NM, USAで作製されたV
APOR −LIQUID−SOLID (VLS )炭化珪素ウィスカー、
あるいは、Fuber Corporation のVAPOR −SOLID (VS)
炭化珪素ウィスカーで、VLS ,SiC ウィスカーはβ型結
晶で直径5μm、長さ100〜200μm、VS SiCウィ
スカーは直径0.1μm、長さ1〜5μmであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように炭化珪素ウ
ィスカーを複合した二珪化モリブデンの機械的強度はマ
トリックス単体の機械的強度に比べ大幅に改善されてい
るが、まだ実際に構造部材として利用するには絶対強度
が不足しており十分でないというのが現実である。
ィスカーを複合した二珪化モリブデンの機械的強度はマ
トリックス単体の機械的強度に比べ大幅に改善されてい
るが、まだ実際に構造部材として利用するには絶対強度
が不足しており十分でないというのが現実である。
【0007】したがって、本発明の目的は、室温で十分
な機械的強度と破壊靭性をもち、且つ1000℃以上の
高温で十分な耐変形性をもち、耐酸化性に優れた二珪化
モリブデン系複合セラミックス、及びその製造方法を提
供することである。
な機械的強度と破壊靭性をもち、且つ1000℃以上の
高温で十分な耐変形性をもち、耐酸化性に優れた二珪化
モリブデン系複合セラミックス、及びその製造方法を提
供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る二珪化モリ
ブデン系複合セラミックスは、MoSi2 及びSiCウ
ィスカーからなる実質的になる複合セラミックにおい
て、MoSi2 マトリックスに、平均直径及び平均長さ
がそれぞれ0.2〜1.0μm及び2〜50μmである
SiCウィスカーを3〜40容量%複合してなるととも
に、前記SiCウィスカーの50重量%以上がα型の結
晶構造をもつ第1SiC、あるいはβ型の結晶構造をも
つSiCであってX線回折パターンで2θ=33.6°
のピークが現れ2θ=41.4°のピークが現れない第
2SiCの1種又は2種であることを特徴とするもので
ある。
ブデン系複合セラミックスは、MoSi2 及びSiCウ
ィスカーからなる実質的になる複合セラミックにおい
て、MoSi2 マトリックスに、平均直径及び平均長さ
がそれぞれ0.2〜1.0μm及び2〜50μmである
SiCウィスカーを3〜40容量%複合してなるととも
に、前記SiCウィスカーの50重量%以上がα型の結
晶構造をもつ第1SiC、あるいはβ型の結晶構造をも
つSiCであってX線回折パターンで2θ=33.6°
のピークが現れ2θ=41.4°のピークが現れない第
2SiCの1種又は2種であることを特徴とするもので
ある。
【0009】本発明の好ましい実施態様に係る二珪化モ
リブデン系複合セラミックスは、(イ)SiCウィスカ
ーの平均直径及び平均長さがそれぞれ0.4〜0.9μ
m、及び10〜40μmであり、(ロ)SiCウィスカ
ーの80重量%以上が第1SiCあるいは第2SiCの
1種又は2種であり、(ハ)MoSi2 マトリックス
に、さらに、Si3 N4 ,TiC,ZrC,HfC,T
iB,TiB2 ,ZrB2 ,HfB2 ,ZrO2 ,Hf
O2 ,SiC,MoB,Mo2 B,MoB2 ,Mo2 B
5 ,WB,W2 B,WB2 ,W2 B5 からなる群より選
択される1種又は2種以上の化合物を複合し、(ニ)前
記1種又は2種以上の化合物をMoSi2とSiCの合
計容量を100容量%として30容量%以下複合し、
(ホ)前記1種又は2種以上の化合物がMoBあるいは
WBであり、(ヘ)前記1種又は2種以上の化合物が1
0容量%以下複合されている二珪化モリブデン系複合セ
ラミックスに関する。
リブデン系複合セラミックスは、(イ)SiCウィスカ
ーの平均直径及び平均長さがそれぞれ0.4〜0.9μ
m、及び10〜40μmであり、(ロ)SiCウィスカ
ーの80重量%以上が第1SiCあるいは第2SiCの
1種又は2種であり、(ハ)MoSi2 マトリックス
に、さらに、Si3 N4 ,TiC,ZrC,HfC,T
iB,TiB2 ,ZrB2 ,HfB2 ,ZrO2 ,Hf
O2 ,SiC,MoB,Mo2 B,MoB2 ,Mo2 B
5 ,WB,W2 B,WB2 ,W2 B5 からなる群より選
択される1種又は2種以上の化合物を複合し、(ニ)前
記1種又は2種以上の化合物をMoSi2とSiCの合
計容量を100容量%として30容量%以下複合し、
(ホ)前記1種又は2種以上の化合物がMoBあるいは
WBであり、(ヘ)前記1種又は2種以上の化合物が1
0容量%以下複合されている二珪化モリブデン系複合セ
ラミックスに関する。
【0010】本発明に係る二珪化モリブデン系複合セラ
ミックスの製造方法は、(a)平均粒径2μm以下のM
oSi2 粉末と、(b)平均直径及び平均長さがそれぞ
れ0.2〜1.0μm、及び2〜50μmであるSiC
ウィスカーであって、該SiCウィスカーの50重量%
以上がα型結晶構造をもつ第1SiC、あるいはβ型結
晶構造をもつSiCであってX線回折パターンで2θ=
33.6°のピークが現れ2θ=41.4°のピークが
現れない第2SiCの1種又は2種であるウィスカーと
を含有する原料粉末を用い、1400〜1850℃で、
50〜500kg/cm2 の圧力で、10分〜5時間の
加圧焼結を行うことを特徴とする方法である。
ミックスの製造方法は、(a)平均粒径2μm以下のM
oSi2 粉末と、(b)平均直径及び平均長さがそれぞ
れ0.2〜1.0μm、及び2〜50μmであるSiC
ウィスカーであって、該SiCウィスカーの50重量%
以上がα型結晶構造をもつ第1SiC、あるいはβ型結
晶構造をもつSiCであってX線回折パターンで2θ=
33.6°のピークが現れ2θ=41.4°のピークが
現れない第2SiCの1種又は2種であるウィスカーと
を含有する原料粉末を用い、1400〜1850℃で、
50〜500kg/cm2 の圧力で、10分〜5時間の
加圧焼結を行うことを特徴とする方法である。
【0011】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
は、MoSi2 マトリックスをウィスカー強化するため
に平均直径が0.2〜1.0μmで、平均長さが2〜5
0μmのSiCウィスカーを用いる。SiCウィスカー
の平均直径が0.2μm未満では、靭性と強度の向上が
十分でなく、また1.0μmより大きいSiCウィスカ
ーは導入される欠陥密度が高くなり強度が劣るようにな
る。また、SiCウィスカーの平均長さ、すなわち各ウ
ィスカーの最大長さを全ウィスカーにつき平均した長
さ、が2μm未満であるとウィスカーによる強度の向上
が十分とならない。一方、平均長さが50μmを越える
SiCウィスカーは焼結体中に欠陥を導入する確率が高
くなり、その結果複合体の強度が低下する。好ましく
は、平均直径が0.4〜0.9μm程度で、平均長さが
10〜40μm程度のSiCウィスカーを用いる。
は、MoSi2 マトリックスをウィスカー強化するため
に平均直径が0.2〜1.0μmで、平均長さが2〜5
0μmのSiCウィスカーを用いる。SiCウィスカー
の平均直径が0.2μm未満では、靭性と強度の向上が
十分でなく、また1.0μmより大きいSiCウィスカ
ーは導入される欠陥密度が高くなり強度が劣るようにな
る。また、SiCウィスカーの平均長さ、すなわち各ウ
ィスカーの最大長さを全ウィスカーにつき平均した長
さ、が2μm未満であるとウィスカーによる強度の向上
が十分とならない。一方、平均長さが50μmを越える
SiCウィスカーは焼結体中に欠陥を導入する確率が高
くなり、その結果複合体の強度が低下する。好ましく
は、平均直径が0.4〜0.9μm程度で、平均長さが
10〜40μm程度のSiCウィスカーを用いる。
【0012】また本発明では、強化に用いるSiCウィ
スカーのうち、少なくとも50重量%以上が前記第1及
び/又は第2ウィスカーであることが必要である。第1
ウィスカーとはα型の結晶構造すなわち六方晶構造をも
つSiCである。第2ウィスカーは立方晶SiCであっ
てCuKα−X線回折パターンにおいて2θ=33.6
°のピークが現れ、2θ=41.4°のピークが現れな
い結晶構造からなるものとする。第1SiC及び第2S
iCのX線回折パターンの例をそれぞれ図1及び図2に
示し、さらに通常のβSiCウィスカーのX線回折パタ
ーンを図3に示す。回折条件は40KVA−30mAの
CuKα線で速度4°/minであった。
スカーのうち、少なくとも50重量%以上が前記第1及
び/又は第2ウィスカーであることが必要である。第1
ウィスカーとはα型の結晶構造すなわち六方晶構造をも
つSiCである。第2ウィスカーは立方晶SiCであっ
てCuKα−X線回折パターンにおいて2θ=33.6
°のピークが現れ、2θ=41.4°のピークが現れな
い結晶構造からなるものとする。第1SiC及び第2S
iCのX線回折パターンの例をそれぞれ図1及び図2に
示し、さらに通常のβSiCウィスカーのX線回折パタ
ーンを図3に示す。回折条件は40KVA−30mAの
CuKα線で速度4°/minであった。
【0013】第1及び/又は第2ウィスカーが50重量
%未満であると、複合セラミックスの靭性及び強度の向
上が見られない。好ましくはSiCウィスカーの80重
量%以上を第1及び/又は第2ウィスカーとする。
%未満であると、複合セラミックスの靭性及び強度の向
上が見られない。好ましくはSiCウィスカーの80重
量%以上を第1及び/又は第2ウィスカーとする。
【0014】本発明においてはSiCウィスカーの効果
を妨げない範囲でMoSi2 マトリックスに、さらに、
Si3 N4 ,TiC,ZrC,HfC,TiB,TiB
2 ,ZrB2 ,HfB2 ,ZrO2 ,HfO2 ,Si
C,MoB,Mo2 B,MoB2 ,Mo2 B5 ,WB,
W2 B,WB2 ,W2 B5 からなる群より選択される1
種又は2種以上の化合物を複合することができる。これ
らの化合物中ホウ化物は耐酸化性を向上させ、特にMo
BあるいはWBはその作用が顕著である。これら1種又
は2種以上の化合物をMoSi2 とSiCの合計容量を
100%として30容量%以下、特に10容量%以下複
合することが好ましい。
を妨げない範囲でMoSi2 マトリックスに、さらに、
Si3 N4 ,TiC,ZrC,HfC,TiB,TiB
2 ,ZrB2 ,HfB2 ,ZrO2 ,HfO2 ,Si
C,MoB,Mo2 B,MoB2 ,Mo2 B5 ,WB,
W2 B,WB2 ,W2 B5 からなる群より選択される1
種又は2種以上の化合物を複合することができる。これ
らの化合物中ホウ化物は耐酸化性を向上させ、特にMo
BあるいはWBはその作用が顕著である。これら1種又
は2種以上の化合物をMoSi2 とSiCの合計容量を
100%として30容量%以下、特に10容量%以下複
合することが好ましい。
【0015】上記の化合物として2μm以上の原料粉末
を用いると、複合セラミックスは焼結で緻密化する前に
粒成長し機械的強度に劣るようになる。好ましくは、特
にMoSi2 において平均粒径1μm以下の原料粉末を
用いる。各成分の配合は以下の通りとする。即ち、Mo
Si2 系セラミックス及びSiCウィスカーの合計を1
00容量%としてSiC3〜40容量%、残部MoSi
2 系セラミックスとする。SiCウィスカーの量が3%
未満では、複合セラミックスの靭性及び強度の向上が十
分とならない。一方、40容量%を越す量SiCウィス
カーを配合すると、逆に焼結体中に欠陥を導入し強度が
低下する。好ましくは、10〜30容量%とする。な
お、焼結体の密度は相対密度で92%以上特に97%以
上とすることが機械的強度の面から好ましい。
を用いると、複合セラミックスは焼結で緻密化する前に
粒成長し機械的強度に劣るようになる。好ましくは、特
にMoSi2 において平均粒径1μm以下の原料粉末を
用いる。各成分の配合は以下の通りとする。即ち、Mo
Si2 系セラミックス及びSiCウィスカーの合計を1
00容量%としてSiC3〜40容量%、残部MoSi
2 系セラミックスとする。SiCウィスカーの量が3%
未満では、複合セラミックスの靭性及び強度の向上が十
分とならない。一方、40容量%を越す量SiCウィス
カーを配合すると、逆に焼結体中に欠陥を導入し強度が
低下する。好ましくは、10〜30容量%とする。な
お、焼結体の密度は相対密度で92%以上特に97%以
上とすることが機械的強度の面から好ましい。
【0016】次に、MoSi2 −SiCウィスカー複合
セラミックスの製造方法について説明する。まず、原料
となるMoSi2 及び第2〜n相を同時に複合する場合
は、Si3N4 ,TiC,ZrC,HfC,TiB,T
iB2 ,ZrB2 ,HfB2 ,ZrO2 ,HfO2 ,S
iC,MoB,Mo2 B,MoB2, Mo2 B5 ,W
B,W2 B,WB2 ,W2 B5 等の粒子と上述の寸法、
構造のSiCウィスカーを所定量秤量し、これらを混合
する。この混合をボールミルなどにより十分に、例えば
48時間以上行うのがよい。平均粒径が2μm以上ある
原料粉から始める時は、最初にこれらの原料粉末をアト
ライタなどで十分粉砕し、その後SiCウィスカーを加
え、ボールミルで混合してもよい。
セラミックスの製造方法について説明する。まず、原料
となるMoSi2 及び第2〜n相を同時に複合する場合
は、Si3N4 ,TiC,ZrC,HfC,TiB,T
iB2 ,ZrB2 ,HfB2 ,ZrO2 ,HfO2 ,S
iC,MoB,Mo2 B,MoB2, Mo2 B5 ,W
B,W2 B,WB2 ,W2 B5 等の粒子と上述の寸法、
構造のSiCウィスカーを所定量秤量し、これらを混合
する。この混合をボールミルなどにより十分に、例えば
48時間以上行うのがよい。平均粒径が2μm以上ある
原料粉から始める時は、最初にこれらの原料粉末をアト
ライタなどで十分粉砕し、その後SiCウィスカーを加
え、ボールミルで混合してもよい。
【0017】得られた混合粉を乾燥後、所望の形状の型
に入れ、50〜500kg/cm2の圧力を加えなが
ら、1400〜1850℃で、10分〜5時間の加圧焼
結を行う。ここで、焼結時の圧力が50kg/cm2 未
満であると、焼結体は十分緻密化せず向上した機械的強
度が得られない。また、圧力は500kg/cm2 を超
えても効果に差がでないので上限を500kg/cm2
とする。一方、焼結温度については、1400℃未満と
すると複合セラミックスの緻密化が達成できない。ま
た、1850℃を超える温度で焼結すると、MoSi2
が避けられない不純物と反応して融点を下げ、バブリン
グ現象を起こし緻密な焼結体を得ることができない。ま
た、焼結時間を10分未満とすると、複合セラミックス
の緻密化が達成できない。一方、5時間を越す焼結時間
は実用的ではないので上限を5時間とする。
に入れ、50〜500kg/cm2の圧力を加えなが
ら、1400〜1850℃で、10分〜5時間の加圧焼
結を行う。ここで、焼結時の圧力が50kg/cm2 未
満であると、焼結体は十分緻密化せず向上した機械的強
度が得られない。また、圧力は500kg/cm2 を超
えても効果に差がでないので上限を500kg/cm2
とする。一方、焼結温度については、1400℃未満と
すると複合セラミックスの緻密化が達成できない。ま
た、1850℃を超える温度で焼結すると、MoSi2
が避けられない不純物と反応して融点を下げ、バブリン
グ現象を起こし緻密な焼結体を得ることができない。ま
た、焼結時間を10分未満とすると、複合セラミックス
の緻密化が達成できない。一方、5時間を越す焼結時間
は実用的ではないので上限を5時間とする。
【0018】
【作用】P.F. Becher らがウィスカー強化メカニズムの
観点で、Journal of AmericanCeramic Society, Vo. 7
1, No. 12, pp. 1051 −1061, 1988に報告しているよう
に、ウィスカー強化セラミックス(複合体)の破壊靭性
の増加ΔKは、一般に ΔK=σf[Vf・r・Ec・Gm/6(l−ν2 )E
w・Gi]1/2 で表すことができる。ここで、σfはウィスカーの破壊
強度であり、Vfはウィスカーの体積率であり、rはウ
ィスカーの半径であり、Ecは複合体のヤング率であ
り、Gmはマトリックスの歪エネルギー解放速度であ
り、νは複合体のポアソン比であり、Ewはウィスカー
のヤング率であり、そしてGiはウィスカー/マトリッ
クス界面の歪エネルギー解放速度である。
観点で、Journal of AmericanCeramic Society, Vo. 7
1, No. 12, pp. 1051 −1061, 1988に報告しているよう
に、ウィスカー強化セラミックス(複合体)の破壊靭性
の増加ΔKは、一般に ΔK=σf[Vf・r・Ec・Gm/6(l−ν2 )E
w・Gi]1/2 で表すことができる。ここで、σfはウィスカーの破壊
強度であり、Vfはウィスカーの体積率であり、rはウ
ィスカーの半径であり、Ecは複合体のヤング率であ
り、Gmはマトリックスの歪エネルギー解放速度であ
り、νは複合体のポアソン比であり、Ewはウィスカー
のヤング率であり、そしてGiはウィスカー/マトリッ
クス界面の歪エネルギー解放速度である。
【0019】この式によれば、ウィスカーの配合量を体
積率で同一とすれば、ウィスカーの破壊強度が高く、ま
たウィスカー径が大きい程セラミックス複合体の破壊靭
性が向上することになる。ところが、実際にはウィスカ
ー内部には欠陥が存在することがあるので、A.Kelly の
“Strong Solids",Oxford University Press, 1966,に
も述べられているように、径の小さなウィスカーほど内
部に欠陥を有する確率が小さく、もって強度も大きいこ
とが期待される。また、上記の書にあるように、高強度
のウィスカーは本質的に表面が平滑である。SiCウィ
スカーにおけるα型(六方晶)、β型(立方晶)の2結
晶型を比較すると、c軸方向に成長するα型ウィスカー
の方が表面が平滑になる傾向が強い。また、β型でも成
長方向にたくさんの積層欠陥(不整)を持つもの(X線
回折パターンでは通常のβ型結晶で現れる2θ=41.
4°のピークが現れず2θ=33.6°のピークが現れ
る)も真直性に優れ表面が平滑になることが観察されて
いる。このようなウィスカーは、通常のβ型結晶構造を
有するウィスカーより高強度である。
積率で同一とすれば、ウィスカーの破壊強度が高く、ま
たウィスカー径が大きい程セラミックス複合体の破壊靭
性が向上することになる。ところが、実際にはウィスカ
ー内部には欠陥が存在することがあるので、A.Kelly の
“Strong Solids",Oxford University Press, 1966,に
も述べられているように、径の小さなウィスカーほど内
部に欠陥を有する確率が小さく、もって強度も大きいこ
とが期待される。また、上記の書にあるように、高強度
のウィスカーは本質的に表面が平滑である。SiCウィ
スカーにおけるα型(六方晶)、β型(立方晶)の2結
晶型を比較すると、c軸方向に成長するα型ウィスカー
の方が表面が平滑になる傾向が強い。また、β型でも成
長方向にたくさんの積層欠陥(不整)を持つもの(X線
回折パターンでは通常のβ型結晶で現れる2θ=41.
4°のピークが現れず2θ=33.6°のピークが現れ
る)も真直性に優れ表面が平滑になることが観察されて
いる。このようなウィスカーは、通常のβ型結晶構造を
有するウィスカーより高強度である。
【0020】以上の点を考慮して鋭意研究の結果、本発
明者らは、二珪化モリブデン系セラミックスの中にSi
Cウィスカーを導入する系を選択し、SiCウィスカー
としては、ウィスカー強化の観点からSiCウィスカー
自身の破壊強度が高いもの、即ち基本的にはα型結晶の
ものか、あるいはβ型でも多数の不整合等をもつものを
選択し、また、ウィスカー径も破壊靭性向上の観点と内
部の欠陥確率の観点から0.2−1.0μmを選択し
た。
明者らは、二珪化モリブデン系セラミックスの中にSi
Cウィスカーを導入する系を選択し、SiCウィスカー
としては、ウィスカー強化の観点からSiCウィスカー
自身の破壊強度が高いもの、即ち基本的にはα型結晶の
ものか、あるいはβ型でも多数の不整合等をもつものを
選択し、また、ウィスカー径も破壊靭性向上の観点と内
部の欠陥確率の観点から0.2−1.0μmを選択し
た。
【0021】さらに、二珪化モリブデン系セラミックス
の製造に当っては、焼結の条件を精密に制御して緻密な
セラミックス組織とすれば、機械的強度に優れた二珪化
モリブデン複合セラミックスを得ることができることを
発見し、本発明方法に想到した。以下の具体的実施例に
より、本発明をさらに詳細に説明する。
の製造に当っては、焼結の条件を精密に制御して緻密な
セラミックス組織とすれば、機械的強度に優れた二珪化
モリブデン複合セラミックスを得ることができることを
発見し、本発明方法に想到した。以下の具体的実施例に
より、本発明をさらに詳細に説明する。
【0022】
実施例1(jl) 純度99%、平均粒径0.8μmのMoSi2 粉末が7
5容量%、平均直径0.5μm、平均長さ30μm、α
型の結晶の比率(α/(α+β))が85重量%のSi
Cウィスカー(SiCw )が25容量%となるように配
合した混合粉をボールミルで72時間湿式混合し、これ
を乾燥させた。
5容量%、平均直径0.5μm、平均長さ30μm、α
型の結晶の比率(α/(α+β))が85重量%のSi
Cウィスカー(SiCw )が25容量%となるように配
合した混合粉をボールミルで72時間湿式混合し、これ
を乾燥させた。
【0023】得られた混合粉を用い、アルゴンガス気流
中、300kg/cm2 の圧力をかけながら1700℃
で1時間加圧焼結し、50φ×5mmの焼結体を得た。
得られた焼結体から、3×4×40mmの試験片、及び
1.5×4×25mmの試験片を採取し、3×4×40
mmの試験片では、3点曲げ試験(スパン30mm、ク
ロスヘッド速度0.5mm/min)及び破壊靭性試験
(新原の式によるインデンテーション法)を、1.5×
4×25mmの試験片では、0.1μmまで測定できる
歪計を用い、0.03mm/minのクロスヘッド速
度、上スパン10mm,下スパン20mmの4点曲げ試
験を室温、1000℃、及び1300℃で行い、荷重/
変位曲線から荷重5Nでの変位量とヤング率を測定し
た。結果を表1に示す。
中、300kg/cm2 の圧力をかけながら1700℃
で1時間加圧焼結し、50φ×5mmの焼結体を得た。
得られた焼結体から、3×4×40mmの試験片、及び
1.5×4×25mmの試験片を採取し、3×4×40
mmの試験片では、3点曲げ試験(スパン30mm、ク
ロスヘッド速度0.5mm/min)及び破壊靭性試験
(新原の式によるインデンテーション法)を、1.5×
4×25mmの試験片では、0.1μmまで測定できる
歪計を用い、0.03mm/minのクロスヘッド速
度、上スパン10mm,下スパン20mmの4点曲げ試
験を室温、1000℃、及び1300℃で行い、荷重/
変位曲線から荷重5Nでの変位量とヤング率を測定し
た。結果を表1に示す。
【0024】
【表1】 実施例 3点 破壊 変位量 ヤング率 (J) 曲強度 靭性 (荷重/5N) GPa μm MPa MPam1/2 R.T. 1000℃ 1300 ℃ R.T. 1000℃ 1300 ℃ Jl. MoSi2 670 4.8 2.0 2.8 6.3 338 196 104 /25SiCw
【0025】実施例2(J2) 平均直径0.8μm、平均長さ20μmであり、X線回
折パターンにおいて2θ=33.6°のピークが現れ2
θ=41.4°のピークが現れないβ型の結晶構造を有
するSiCウィスカー(第2SiC)を用いた以外は、
実施例1と同様にして複合セラミックスを作製した。こ
の複合セラミックスに対し、実施例1と同様に強度、破
壊靭性、変位量、ヤング率の測定を行った。結果を表2
に示す。
折パターンにおいて2θ=33.6°のピークが現れ2
θ=41.4°のピークが現れないβ型の結晶構造を有
するSiCウィスカー(第2SiC)を用いた以外は、
実施例1と同様にして複合セラミックスを作製した。こ
の複合セラミックスに対し、実施例1と同様に強度、破
壊靭性、変位量、ヤング率の測定を行った。結果を表2
に示す。
【0026】
【表2】 実施例 3点 破壊 変位量 ヤング率 曲強度 靭性 (荷重/5N) GPa μm MPa MPam1/2 R.T. 1000℃ 1300 ℃ R.T. 1000℃ 1300 ℃ J2. MoSi2 590 4.5 1.8 3.0 5.8 356 210 112 /25SiCw
【0027】比較例1(Hl) 比較のために純度99%、平均粒径0.8μmのMoS
i2 粉末のみで、実施例1と同様にして焼結体を作製
し、強度、破壊靭性、変位量、ヤング率の測定を行っ
た。結果を表3に示す。
i2 粉末のみで、実施例1と同様にして焼結体を作製
し、強度、破壊靭性、変位量、ヤング率の測定を行っ
た。結果を表3に示す。
【0028】
【表3】 比較例 3点 破壊 変位量 ヤング率 (H) 曲強度 靭性 (荷重/5N) GPa μm MPa MPam1/2 R.T. 1000℃ 1300 ℃ R.T. 1000℃ 1300 ℃ Hl. MoSi2 240 1.7 2.1 3.9 13.5 290 146 38
【0029】実施例3〜4(J3〜J4)及び比較例2〜3
(H2〜H3) 純度98%、平均粒径1.2μmのMoB粉末、あるい
は純度99%、平均粒径0.9μmのWB粉末を用いて
粒子分散強化したMoSi2 マトリックスについても、
実施例1と同様にしてSiCウィスカー強化複合セラミ
ックスを作製した。ここで、MoBあるいはWBの配合
量はそれぞれ10容量%、SiCウィスカーは25容量
%とした。従ってMoSi2 は65容量%となる。特性
値も実施例1と同様、強度、破壊靭性、変位量、ヤング
率の測定を行った。また比較のためにSiCウィスカー
を配合しない粒子分散強化したMoSi2複合セラミッ
クスについても同様に作製し、同様な特性評価を行っ
た。結果を表4に示す。
(H2〜H3) 純度98%、平均粒径1.2μmのMoB粉末、あるい
は純度99%、平均粒径0.9μmのWB粉末を用いて
粒子分散強化したMoSi2 マトリックスについても、
実施例1と同様にしてSiCウィスカー強化複合セラミ
ックスを作製した。ここで、MoBあるいはWBの配合
量はそれぞれ10容量%、SiCウィスカーは25容量
%とした。従ってMoSi2 は65容量%となる。特性
値も実施例1と同様、強度、破壊靭性、変位量、ヤング
率の測定を行った。また比較のためにSiCウィスカー
を配合しない粒子分散強化したMoSi2複合セラミッ
クスについても同様に作製し、同様な特性評価を行っ
た。結果を表4に示す。
【0030】
【表4】 実施例、 3点 破壊 変位量 ヤング率 比較例 曲強度 靭性 (荷重/5N) GPa μm MPa MPam1/2 R.T. 1000℃ 1300 ℃ R.T. 1000℃ 1300 ℃ J3. MoSi2 700 5.5 1.9 2.4 3.6 370 225 126 /MoBi /SiCw J4. MoSi2 650 5.2 2.0 2.5 3.9 410 240 135 /WB /SiCw H2. MoSi2 530 3.9 1.8 2.9 10.2 375 204 54 /MoB H3. MoSi2 490 3.5 2.1 3.1 9.5 403 210 69 /WB
【0031】実施例5〜7(J5〜J7)及び比較例4〜9
(H4〜H9) 用いたSiCウィスカーの平均直径、結晶型の比率、及
びSiCウィスカーの配合量を表5に示すようにした以
外は、実施例3と同様にしてMoSi2 /MoB/Si
Cウィスカー複合セラミックスを作製した。
(H4〜H9) 用いたSiCウィスカーの平均直径、結晶型の比率、及
びSiCウィスカーの配合量を表5に示すようにした以
外は、実施例3と同様にしてMoSi2 /MoB/Si
Cウィスカー複合セラミックスを作製した。
【0032】
【表5】 例 MoSi2 MoB SiCウィスカー 配合 配合 配合 平均直径 α/(α+β) (容量%) (容量%) (容量%) (μm) (%) J5 80 10 10 0.5 85 J6 70 10 20 0.5 85 J7 60 10 30 0.5 85 H4 88 10 2 0.5 85 H5 45 10 45 0.5 85 H6 65 10 25 1.5 90 H7 65 10 25 0.6 0 H8 65 10 25 1.8 0 H9 65 10 25 0.4 30
【0033】得られた複合セラミックスについて、実施
例1の3点曲げ試験と破壊靭性試験を行った。結果を表
6に示す。
例1の3点曲げ試験と破壊靭性試験を行った。結果を表
6に示す。
【0034】
【表6】 例 3点曲強度 破壊靭性 備 考 MPa MPam1/2 J5 584 5.1 − J6 650 5.4 − J7 720 5.8 − H4 512 4.0 SiC配合量が少ない H5 550 6.0 SiC配合量が多い H6 560 6.2 SiCの平均直径が大きい H7 620 4.6 SiCがβ構造のみ H8 490 4.8 SiCがβ構造のみ H9 605 4.2 β比率が高い、α比率が小
【0035】実施例8〜10(J8〜J10 )及び比較例1
0〜15(H10 〜H15 ) 表7に示す条件の加圧焼結とした以外は、実施例1と同
一の組成かつ条件で複合セラミックスを作製した。得ら
れた複合セラミックスについて、実施例1の3点曲げ試
験と破壊靭性試験を行った。結果を表7に合わせて示
す。
0〜15(H10 〜H15 ) 表7に示す条件の加圧焼結とした以外は、実施例1と同
一の組成かつ条件で複合セラミックスを作製した。得ら
れた複合セラミックスについて、実施例1の3点曲げ試
験と破壊靭性試験を行った。結果を表7に合わせて示
す。
【0036】
【表7】 例 加圧焼結 機械的性質 温 度 圧 力 時 間 3点曲強度 破壊靭性 備考 (℃) (kg/cm2 )(時) MPa MPam1/2 J8 1450 450 1 595 4.9 − J9 1600 200 1 650 5.1 − J10 1800 450 1 686 4.7 − H10 1350 450 1 220 1.5 低温焼結 H11 1900 450 1 137 1.1 高温焼結 H12 1700 450 0.05 380 3.9 短時間焼結 H13 1700 450 6 574 4.8 長時間焼結 H14 1700 30 1 290 3.4 低圧焼結 H15 1700 600 1 699 5.0 高圧焼 結
【0037】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明による二珪化
モリブデン系複合セラミックスは室温での機械的強度及
び高温での耐変形性に優れており、高温構造部材として
使用できる。
モリブデン系複合セラミックスは室温での機械的強度及
び高温での耐変形性に優れており、高温構造部材として
使用できる。
【図1】 α型結晶構造をもつSiCのX線回折パター
ン図である。
ン図である。
【図2】 2θ=33.6°のピークが現れ、2θ=4
1.4°のピークが現れないβ結晶構造をもつSiCの
X線回折パターン図である。
1.4°のピークが現れないβ結晶構造をもつSiCの
X線回折パターン図である。
【図3】 通常のβ型結晶構造をもつSiCのX線回折
パターン図である。
パターン図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 洋市 埼玉県熊谷市末広4丁目14番1号 株式会 社リケン熊谷事業所内
Claims (9)
- 【請求項1】 MoSi2 及びSiCウィスカーから実
質的になる複合セラミックスにおいて、MoSi2 マト
リックスに、平均直径及び平均長さがそれぞれ0.2〜
1.0μm及び2〜50μmであるSiCウィスカーを
3〜40容量%複合してなるとともに、前記SiCウィ
スカーの50重量%以上がα型結晶構造をもつ第1Si
C、あるいはβ型結晶構造をもつSiCであってX線回
折パターンで2θ=33.6°のピークが現れ2θ=4
1.4°のピークが現れない第2SiCの1種又は2種
であることを特徴とする二珪化モリブデン系複合セラミ
ックス。 - 【請求項2】 前記SiCウィスカーの平均直径及び平
均長さがそれぞれ0.4〜0.9μm、及び10〜40
μmであることを特徴とする請求項1記載の二珪化モリ
ブデン系複合セラミックス。 - 【請求項3】 前記SiCウィスカーの80重量%以上
が第1SiCあるいは第2SiCの1種又は2種である
請求項1記載又は2記載の二珪化モリブデン系複合セラ
ミックス。 - 【請求項4】 MoSi2 マトリックスに、さらに、S
i3 N4 ,TiC,ZrC,HfC,TiB,TiB2
,ZrB2 ,HfB2 ,ZrO2 ,HfO2,SiC,
MoB,Mo2 B,MoB2 ,Mo2 B5 ,WB,W2
B,WB2 ,W2 B5 からなる群より選択される1種又
は2種以上の化合物を複合したことを特徴とする請求項
1から3までのいずれか1項記載の二珪化モリブデン系
複合セラミックス。 - 【請求項5】 前記MoSi2 及びSiCの合計を10
0容量%として、前記1種又は2種以上の化合物を30
容量%以下複合したことを特徴とする請求項4記載の二
珪化モリブデン系複合セラミックス。 - 【請求項6】 前記1種又は2種以上の化合物がMoB
あるいはWBであることを特徴とする請求項5記載の二
珪化モリブデン系複合セラミックス。 - 【請求項7】 前記1種又は2種以上の化合物が10容
量%以下複合されていることを特徴とする請求項5又は
6記載の二珪化モリブデン系複合セラミックス。 - 【請求項8】 (a)平均粒径2μm以下のMoSi2
粉末と、(b)平均直径及び平均長さがそれぞれ0.2
〜1.0μm、及び2〜50μmであるSiCウィスカ
ーであって、該SiCウィスカーの50重量%以上がα
型結晶構造をもつ第1SiC、あるいはβ型結晶構造を
もつSiCであってX線回折パターン2θ=33.6°
のピークが現れ2θ=41.4°のピークが現れない第
2SiCの1種又は2種であるウィスカーと、を含有す
る原料粉末を用い、1400〜1850℃で、50〜5
00kg/cm2 の圧力で、10分〜5時間の加圧焼結
を行うことを特徴とする二珪化モリブデン系複合セラミ
ックスの製造方法。 - 【請求項9】 前記原料粉末がさらに(c)Si3 N4
,TiC,ZrC,HfC,TiB,TiB2 ,Zr
B2 ,HfB2 ,ZrO2 ,HfO2 ,SiC,Mo
B,Mo2 B,MoB2,Mo2 B5 ,WB,W2 B,W
B2 ,W2 B5 からなる群より選択される1種又は2種
以上を含有することを特徴とする請求項8記載の二珪化
モリブデン系複合セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6184621A JP2687972B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 二珪化モリブデン系複合セラミックス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6184621A JP2687972B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 二珪化モリブデン系複合セラミックス及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0848563A true JPH0848563A (ja) | 1996-02-20 |
| JP2687972B2 JP2687972B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=16156443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6184621A Expired - Lifetime JP2687972B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 二珪化モリブデン系複合セラミックス及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687972B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5965051A (en) * | 1995-01-24 | 1999-10-12 | Fuji Electric Co., Ltd. | Ceramic heating element made of molybdenum disilicide and silicon carbide whiskers |
| US5990025A (en) * | 1996-03-29 | 1999-11-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic matrix composite and method of manufacturing the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2819018B2 (ja) | 1996-11-18 | 1998-10-30 | 日本ピラー工業株式会社 | 抵抗発熱ヒータ |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP6184621A patent/JP2687972B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5965051A (en) * | 1995-01-24 | 1999-10-12 | Fuji Electric Co., Ltd. | Ceramic heating element made of molybdenum disilicide and silicon carbide whiskers |
| US5990025A (en) * | 1996-03-29 | 1999-11-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ceramic matrix composite and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2687972B2 (ja) | 1997-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5656218A (en) | Method for making high performance self-reinforced silicon carbide using a pressureless sintering process | |
| US5637269A (en) | Process for forming a sintered composite boron carbide body | |
| JPH06100370A (ja) | 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法 | |
| JP2687972B2 (ja) | 二珪化モリブデン系複合セラミックス及びその製造方法 | |
| JPH01188454A (ja) | 高強度複合セラミック焼結体 | |
| US6288000B1 (en) | Pest resistant MoSi2-based materials containing in-situ grown β-Si3N4whiskers | |
| WO2006074595A1 (en) | Eutectic powders for ceramics production and weld and method of producing the same | |
| JPH07109175A (ja) | 高温で且つ苛酷な熱衝撃条件下での工業的な用途用の複合セラミック材料及びその製造方法 | |
| US5759933A (en) | Gas pressure sintered silicon nitride having high strength and stress rupture resistance | |
| JPH0753256A (ja) | アルミナ質複合焼結体及びその製造方法 | |
| JP2652046B2 (ja) | 繊維強化型複合焼結体 | |
| JP3001130B2 (ja) | アルミナ系無機繊維強化セラミックス複合材料 | |
| JPH0450167A (ja) | 分散強化型複合セラミックス及び分散強化型複合セラミックス製造用複合粒子の製造方法 | |
| JPH03109269A (ja) | 炭素繊維強化サイアロン基セラミックス複合材料 | |
| JP2985512B2 (ja) | 粒子分散型ZrO2系セラミックス材料及びその製造方法 | |
| CA1336101C (en) | Silicon aluminum oxynitride based article with improved fracture toughness and strength | |
| JP2726694B2 (ja) | 導電性炭化珪素焼結体及びその製造方法 | |
| JP2976534B2 (ja) | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 | |
| JP2534214B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JPH01203260A (ja) | 炭化珪素ウィスカー強化セラミックスの製造方法 | |
| JPH07115927B2 (ja) | SiC基セラミツクスとその製造方法 | |
| JPS63162583A (ja) | 繊維強化セラミツクスの製造方法 | |
| CA1336102C (en) | Silicon nitride based article with improved fracture toughness and strength | |
| JP2742621B2 (ja) | 高靭性窒化珪素質焼結体 | |
| JP2687633B2 (ja) | 窒化珪素焼結体の製造方法 |