JPH0987005A - マルテンサイト変態型セラミック固溶体およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 - Google Patents
マルテンサイト変態型セラミック固溶体およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マルテンサイト変態をして高靱化する、もし
くはさせる新しいセラミック化合物（固溶体）を開発す
ること。 【解決手段】( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N
4Ox の示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミッ
ク固溶体および、この固溶体を、 Ln2O3, Ln´2O3, Al2
O3,Si3N4 の混合粉体、1/2Ln4Al2O9, 1/3Ln´2O3, Si3N
4の混合粉体、もしくは Ln2Si3O3N4, 1/2Al2O3, 1/3Ln
´2O3 の混合粉体を出発原料として焼成することにより
製造する。
くはさせる新しいセラミック化合物（固溶体）を開発す
ること。 【解決手段】( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N
4Ox の示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミッ
ク固溶体および、この固溶体を、 Ln2O3, Ln´2O3, Al2
O3,Si3N4 の混合粉体、1/2Ln4Al2O9, 1/3Ln´2O3, Si3N
4の混合粉体、もしくは Ln2Si3O3N4, 1/2Al2O3, 1/3Ln
´2O3 の混合粉体を出発原料として焼成することにより
製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルテンサイト変
態型セラミック化合物およびその製造方法ならびに高靱
性複合材料に関し、無機材料の分野、特にはセラミック
スの分野において、マルテンサイト変態をすることによ
って高靱性を示す新規なセラミック化合物（固溶体）お
よび高靱性複合材料に関しての提案である。
態型セラミック化合物およびその製造方法ならびに高靱
性複合材料に関し、無機材料の分野、特にはセラミック
スの分野において、マルテンサイト変態をすることによ
って高靱性を示す新規なセラミック化合物（固溶体）お
よび高靱性複合材料に関しての提案である。
【０００２】本発明にかかるセラミック化合物およびこ
れを利用した複合材料は、エンジン部品、ガスタ−ビン
翼、ガスタ−ビン用部品、耐腐食性装置部品、坩堝、ボ
−ルミル用部品、高温炉用熱交換器、耐熱材料、高空飛
翔体用耐熱材、燃焼管、ダイカスト用部品、絶縁材料、
核融合炉材料、原子炉用材料、太陽炉材料、工具、熱遮
断材料、電子回路用基板、シ−ル材、継手やバルブ用部
品、ポンプ、ノズル、ロ−ラ、ガイド、フェル−ル、軸
受その他の広い分野で有効に用いられるものである。
れを利用した複合材料は、エンジン部品、ガスタ−ビン
翼、ガスタ−ビン用部品、耐腐食性装置部品、坩堝、ボ
−ルミル用部品、高温炉用熱交換器、耐熱材料、高空飛
翔体用耐熱材、燃焼管、ダイカスト用部品、絶縁材料、
核融合炉材料、原子炉用材料、太陽炉材料、工具、熱遮
断材料、電子回路用基板、シ−ル材、継手やバルブ用部
品、ポンプ、ノズル、ロ−ラ、ガイド、フェル−ル、軸
受その他の広い分野で有効に用いられるものである。
【０００３】
【従来の技術】一般に、セラミックスは多くの長所を具
えているが、大きな欠点は靱性が低く脆いことである。
この欠点を克服するものとして従来、マルテンサイト変
態を利用した正方晶ジルコニアが提案されており、セラ
ミックス材料の中では最も靱性の高いものの１つであ
る。この高靱性ジルコニアの高靱化の機構は、高温で安
定な正方晶が、添加化合物であるCaO 、MgO 、Y2O3、Ce
O2等の作用により室温まで安定化され、その正方晶が応
力により単斜晶に相変態する応力誘起相変態に起因する
ものと考えられている。
えているが、大きな欠点は靱性が低く脆いことである。
この欠点を克服するものとして従来、マルテンサイト変
態を利用した正方晶ジルコニアが提案されており、セラ
ミックス材料の中では最も靱性の高いものの１つであ
る。この高靱性ジルコニアの高靱化の機構は、高温で安
定な正方晶が、添加化合物であるCaO 、MgO 、Y2O3、Ce
O2等の作用により室温まで安定化され、その正方晶が応
力により単斜晶に相変態する応力誘起相変態に起因する
ものと考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上掲の高靱性セラミッ
クスとしての安定化, 部分安定化ジルコニアの例で明ら
かなように、マルテンサイト変態というのはセラミック
化合物の高靱化には極めて有効なメカニズムである。し
かしながら、これまで、こうした特性を示す化合物は、
正方晶ジルコニア以外には知られておらず、また、この
ジルコニアを使ってのセラミックスの高靱化も、Al2O3
については成功しているものの、高温材料として重要な
窒化けい素、炭化けい素あるいはその他のセラミックス
については十分な成果が得られていないのが実情であ
る。（「NATURE」(London) 258〔557 〕p703〜704 〔19
75〕R.C.Garvie, R.H.J. Hannink and R.T.Pascoe )
クスとしての安定化, 部分安定化ジルコニアの例で明ら
かなように、マルテンサイト変態というのはセラミック
化合物の高靱化には極めて有効なメカニズムである。し
かしながら、これまで、こうした特性を示す化合物は、
正方晶ジルコニア以外には知られておらず、また、この
ジルコニアを使ってのセラミックスの高靱化も、Al2O3
については成功しているものの、高温材料として重要な
窒化けい素、炭化けい素あるいはその他のセラミックス
については十分な成果が得られていないのが実情であ
る。（「NATURE」(London) 258〔557 〕p703〜704 〔19
75〕R.C.Garvie, R.H.J. Hannink and R.T.Pascoe )
【０００５】本発明の主たる目的は、マルテンサイト変
態をして高靱化するもしくはさせる新しいセラミック化
合物（固溶体）を開発することにある。本発明の具体的
な目的は、靱性ならびに強度に優れたセラミックスおよ
び複合材料を提供することにある。本発明の他の目的
は、上記のセラミック化合物の有効な製造方法を提案す
るところにある。
態をして高靱化するもしくはさせる新しいセラミック化
合物（固溶体）を開発することにある。本発明の具体的
な目的は、靱性ならびに強度に優れたセラミックスおよ
び複合材料を提供することにある。本発明の他の目的
は、上記のセラミック化合物の有効な製造方法を提案す
るところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を克服すべ
く鋭意研究した結果、発明者らは、ジルコニアの高靱化
機構を究明する中で、応力誘起相変態による正方晶から
単斜晶への変化の課程で生じる体積増加が、クラック進
展を阻止することで靱性を発現することの他に、もう１
つのマルテンサイト変態による高靱化の機構のあること
を解明した。とくに、超弾性あるいは擬弾性といわれる
現象は、マルテンサイト変態する化合物が、マルテンサ
イト変態後に双晶を生成、この双晶が応力によって双晶
面ですべる動きをすることにより高靱化の機構が発現す
るのである。従って、もしこのようなマルテンサイト変
態する化合物が存在すれば、高靱性セラミックスの製造
に広く利用することが可能になる筈である。
く鋭意研究した結果、発明者らは、ジルコニアの高靱化
機構を究明する中で、応力誘起相変態による正方晶から
単斜晶への変化の課程で生じる体積増加が、クラック進
展を阻止することで靱性を発現することの他に、もう１
つのマルテンサイト変態による高靱化の機構のあること
を解明した。とくに、超弾性あるいは擬弾性といわれる
現象は、マルテンサイト変態する化合物が、マルテンサ
イト変態後に双晶を生成、この双晶が応力によって双晶
面ですべる動きをすることにより高靱化の機構が発現す
るのである。従って、もしこのようなマルテンサイト変
態する化合物が存在すれば、高靱性セラミックスの製造
に広く利用することが可能になる筈である。
【０００７】こうした要請に応えられるものとして開発
したのが、下記のマルテンサイト変態する新規な化合物
である。即ち、本発明は、( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,A
l0.05-0.5)3N4O xの示性式で示されるマルテンサイト変
態型セラミック固溶体である。
したのが、下記のマルテンサイト変態する新規な化合物
である。即ち、本発明は、( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,A
l0.05-0.5)3N4O xの示性式で示されるマルテンサイト変
態型セラミック固溶体である。
【０００８】また本発明は、上記化合物, 例えば (Ln,
Ln1/3)2 (Si,Al1/3)3N4Ox などを、 (a) Ln2O3 、Ln´2O3 、Al2O3 、Si3N4 の混合粉体； (b) 1/2Ln4Al2O9 、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 の混合粉体；
および (c) Ln2Si3O3N4、1/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 の混合粉体； を、いずれも非酸化性ガス雰囲気中において1400〜1800
℃の温度で、1 〜150 分間焼成することにより製造する
方法である。
Ln1/3)2 (Si,Al1/3)3N4Ox などを、 (a) Ln2O3 、Ln´2O3 、Al2O3 、Si3N4 の混合粉体； (b) 1/2Ln4Al2O9 、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 の混合粉体；
および (c) Ln2Si3O3N4、1/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 の混合粉体； を、いずれも非酸化性ガス雰囲気中において1400〜1800
℃の温度で、1 〜150 分間焼成することにより製造する
方法である。
【０００９】また、本発明は、( Ln, Ln´0.05-0.5)2
(Si,Al0.05-0.5)3N4O xの示性式で示されるマルテンサ
イト変態型セラミック固溶体に、Al2O3 、ZrO2、ペロブ
スカイトABO3型複合酸化物、複合ビスマス酸化物、フェ
ライト、ガーネット、希土類遷移金属複合酸化物、ゲル
マン酸塩、リン酸塩、チタン酸塩、窒化物、炭化物、ホ
ウ化物、ケイ化物のいずれか１種以上を混合し、焼成し
て複合化させたことを特徴とする高靱性複合材料であ
る。
(Si,Al0.05-0.5)3N4O xの示性式で示されるマルテンサ
イト変態型セラミック固溶体に、Al2O3 、ZrO2、ペロブ
スカイトABO3型複合酸化物、複合ビスマス酸化物、フェ
ライト、ガーネット、希土類遷移金属複合酸化物、ゲル
マン酸塩、リン酸塩、チタン酸塩、窒化物、炭化物、ホ
ウ化物、ケイ化物のいずれか１種以上を混合し、焼成し
て複合化させたことを特徴とする高靱性複合材料であ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】発明者らは、マルテンサイト変態
して超弾性効果をもつ新しい化合物を見つけるため、種
々の酸化物および窒化物系のセラミック化合物を合成
し、その性質を調べてきた。その結果、 Ln2O3・Si3N4
化合物がマルテンサイト変態することを見つけた。しか
し、その高靱化の効果は不十分であったので、( Ln, Ln
´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4Ox の示性式で示され
る固溶体を合成したところ、大きい高靱化の効果を得る
ことができた。ここで、Ln´とAlとが0.05以下では、高
靱化の効果がほとんどなく、Ln´とAlが0.5 以上では不
純物を生成するため、0.05〜0.5 の範囲とする。なお、
この示性式において、LnとLn´は Sc, Y, La, Ce, Pr,
Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luの各
希土類元素を示し、それらの２種の組合わせである。な
お、Ln´とAlは常に同等の原子量として固溶体中に存在
する。従って、このLn´は Ln と同じ元素であってもさ
しつかえない。ｘは陽イオンの量によって変化し、ｘ＝
3.38〜7.3 のような値となる。
して超弾性効果をもつ新しい化合物を見つけるため、種
々の酸化物および窒化物系のセラミック化合物を合成
し、その性質を調べてきた。その結果、 Ln2O3・Si3N4
化合物がマルテンサイト変態することを見つけた。しか
し、その高靱化の効果は不十分であったので、( Ln, Ln
´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4Ox の示性式で示され
る固溶体を合成したところ、大きい高靱化の効果を得る
ことができた。ここで、Ln´とAlとが0.05以下では、高
靱化の効果がほとんどなく、Ln´とAlが0.5 以上では不
純物を生成するため、0.05〜0.5 の範囲とする。なお、
この示性式において、LnとLn´は Sc, Y, La, Ce, Pr,
Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Luの各
希土類元素を示し、それらの２種の組合わせである。な
お、Ln´とAlは常に同等の原子量として固溶体中に存在
する。従って、このLn´は Ln と同じ元素であってもさ
しつかえない。ｘは陽イオンの量によって変化し、ｘ＝
3.38〜7.3 のような値となる。
【００１１】本発明にかかる上記セラミック化合物の１
つであるY2AlCe2/3O5.5N4 のＸ線回折図を図２に示す
が、単一のY2O3・Si3N4 型の固溶体を形成していること
が明白である。また、図１には、この化合物についての
熱膨張を、室温から1500℃まで窒素ガス中で測定した結
果を示す。この図１に示すように、この化合物は、1000
℃より熱膨張が急激に大きくなり、それが1100℃でピ−
クになり1240℃から再び急激に膨張し、1325℃でピ−ク
となり収縮している。即ち、上述した２つの急激な体積
変化は、上記の化合物がマルテンサイト変態することを
示すものである。
つであるY2AlCe2/3O5.5N4 のＸ線回折図を図２に示す
が、単一のY2O3・Si3N4 型の固溶体を形成していること
が明白である。また、図１には、この化合物についての
熱膨張を、室温から1500℃まで窒素ガス中で測定した結
果を示す。この図１に示すように、この化合物は、1000
℃より熱膨張が急激に大きくなり、それが1100℃でピ−
クになり1240℃から再び急激に膨張し、1325℃でピ−ク
となり収縮している。即ち、上述した２つの急激な体積
変化は、上記の化合物がマルテンサイト変態することを
示すものである。
【００１２】( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N
4Ox 固溶体が高靱性セラミックスであるためには、軟ら
かい熱弾性型マルテンサイトを形成していると共に、マ
ルテンサイト変態の発生によって双晶を生成しているこ
とが必要である。そして、粒径は50μｍ以下にすること
が望ましい。
4Ox 固溶体が高靱性セラミックスであるためには、軟ら
かい熱弾性型マルテンサイトを形成していると共に、マ
ルテンサイト変態の発生によって双晶を生成しているこ
とが必要である。そして、粒径は50μｍ以下にすること
が望ましい。
【００１３】本発明にかかる上記セラミック化合物はそ
れ自身高靱性を示すが、さらに他の化合物、例えば、Al
2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複合酸化物、複合
ビスマス酸化物、フェライト、ガーネット、希土類遷移
金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸塩、チタン酸
塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物のいずれか１
種以上を混合し、焼成して複合化させた複合材料として
も、これらの材料の靱性を向上させることができる。こ
うして得られた複合材料は、２つの原料の熱膨張差によ
り化合物内に残留応力が発生し、その残留応力によって
も、( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4Ox に双
晶を生成させることができる。即ち、本発明にかかる上
記セラミック化合物および複合材料は、双晶に伴う超弾
性効果により、クラックの進行エネルギ−が吸収され、
クラックの進行が阻止されて高靱化を達成するのであ
る。
れ自身高靱性を示すが、さらに他の化合物、例えば、Al
2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複合酸化物、複合
ビスマス酸化物、フェライト、ガーネット、希土類遷移
金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸塩、チタン酸
塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物のいずれか１
種以上を混合し、焼成して複合化させた複合材料として
も、これらの材料の靱性を向上させることができる。こ
うして得られた複合材料は、２つの原料の熱膨張差によ
り化合物内に残留応力が発生し、その残留応力によって
も、( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4Ox に双
晶を生成させることができる。即ち、本発明にかかる上
記セラミック化合物および複合材料は、双晶に伴う超弾
性効果により、クラックの進行エネルギ−が吸収され、
クラックの進行が阻止されて高靱化を達成するのであ
る。
【００１４】また、本発明は、高靱化のために双晶を生
成させる他の方法としては、( Ln,Ln´0.05-0.5)2 (Si,
Al0.05-0.5)3N4Ox のみからなる焼結体あるいはこれを
含む複合材料に、機械的衝撃あるいは急冷による熱衝撃
を与えることにより、双晶を生成させたものであって
も、上記と同じ超弾性効果をもっている。
成させる他の方法としては、( Ln,Ln´0.05-0.5)2 (Si,
Al0.05-0.5)3N4Ox のみからなる焼結体あるいはこれを
含む複合材料に、機械的衝撃あるいは急冷による熱衝撃
を与えることにより、双晶を生成させたものであって
も、上記と同じ超弾性効果をもっている。
【００１５】次に、本発明の( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (S
i,Al0.05-0.5)3N4Ox の示性式で示されるセラミック固
溶体の製造方法について述べる。まず、原料として Ln2O3 、Ln´2O3 、Al2O3 、Si3N4 1/2 LnAl2O9 、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 Ln2Si3O3N4、1/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 を用いる。上記各原料は、ボールミル、ロッドミル、ダ
ブルコートブレンダー、Ｖ型混合機等の混合法を適用す
ることで混合する。ただし、出発原料として、上記,
のように、 Ln2Si3O3N4 や Ln4Al2O9 などの化合物を
利用すると、生成物中に不純物が混入しにくく好都合で
ある。
i,Al0.05-0.5)3N4Ox の示性式で示されるセラミック固
溶体の製造方法について述べる。まず、原料として Ln2O3 、Ln´2O3 、Al2O3 、Si3N4 1/2 LnAl2O9 、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 Ln2Si3O3N4、1/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 を用いる。上記各原料は、ボールミル、ロッドミル、ダ
ブルコートブレンダー、Ｖ型混合機等の混合法を適用す
ることで混合する。ただし、出発原料として、上記,
のように、 Ln2Si3O3N4 や Ln4Al2O9 などの化合物を
利用すると、生成物中に不純物が混入しにくく好都合で
ある。
【００１６】次に、上記混合原料を高温炉を用いて焼成
する。炉の雰囲気は生成物の酸化を防ぐため、真空中,
窒素ガスあるいは不活性ガスなどの非酸化性ガスとする
必要がある。なかでも窒素ガス雰囲気が最適である。焼
結の温度は、1350〜1700℃の範囲が最適である。それ
は、1350℃以下では生成反応がおきず、1700℃以上では
化合物が溶解し、一部は分解するからである。好適には
1400〜1650℃の範囲がよい。かかる焼成時の保持時間
は、１分から150 分が適当である。それは、１分以下で
は時間が短すぎて反応が均一に起きないし、150 分以上
では長すぎてコストが高くなる。好適には、１〜120 分
の範囲で良い結果が得られる。なお、ここで用いられる
高温炉とは、1000℃以上の高温を発生できる炉を言う。
その具体的例としては、タングステン、モリブデン、白
金あるいは黒鉛を発熱体とする雰囲気炉、ホットプレ
ス、熱間静水圧プレス、放電プラズマ焼結機などの加圧
式焼結機である。特に放電プラズマ焼結機を用いると、
保持時間が数分でも反応を完了させることができる。
する。炉の雰囲気は生成物の酸化を防ぐため、真空中,
窒素ガスあるいは不活性ガスなどの非酸化性ガスとする
必要がある。なかでも窒素ガス雰囲気が最適である。焼
結の温度は、1350〜1700℃の範囲が最適である。それ
は、1350℃以下では生成反応がおきず、1700℃以上では
化合物が溶解し、一部は分解するからである。好適には
1400〜1650℃の範囲がよい。かかる焼成時の保持時間
は、１分から150 分が適当である。それは、１分以下で
は時間が短すぎて反応が均一に起きないし、150 分以上
では長すぎてコストが高くなる。好適には、１〜120 分
の範囲で良い結果が得られる。なお、ここで用いられる
高温炉とは、1000℃以上の高温を発生できる炉を言う。
その具体的例としては、タングステン、モリブデン、白
金あるいは黒鉛を発熱体とする雰囲気炉、ホットプレ
ス、熱間静水圧プレス、放電プラズマ焼結機などの加圧
式焼結機である。特に放電プラズマ焼結機を用いると、
保持時間が数分でも反応を完了させることができる。
【００１７】
実施例１ 表１に、( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4Ox
を製造するための、原料の種類、混モル数、焼成雰囲
気、焼成温度、焼成時間の条件を示した。焼成には非酸
化性ガス雰囲気炉を使用し、圧力は１気圧とした。焼成
温度までは60分かけて昇温した。
を製造するための、原料の種類、混モル数、焼成雰囲
気、焼成温度、焼成時間の条件を示した。焼成には非酸
化性ガス雰囲気炉を使用し、圧力は１気圧とした。焼成
温度までは60分かけて昇温した。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１に示すNo.1からNo.6の製造実験のう
ち、No.4の生成物のＸ線回析図が図２に示すものであ
る。その他のNo.1, No.2, No.3, No.5, No.6のＸ線回析
図は図２とほとんど同じで、原料の種類と希土類酸化物
を変えても同じ結晶構造の( Ln,Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al
0.05-0.5)3N4Ox 固溶体が生成する。
ち、No.4の生成物のＸ線回析図が図２に示すものであ
る。その他のNo.1, No.2, No.3, No.5, No.6のＸ線回析
図は図２とほとんど同じで、原料の種類と希土類酸化物
を変えても同じ結晶構造の( Ln,Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al
0.05-0.5)3N4Ox 固溶体が生成する。
【００２０】上記 Y2AlCe2/3Si3N4Ox 化合物（No.4) を
粉砕し、窒素ガス中で放電プラズマ焼結機を用い、20MP
a の加圧下で1400℃に１分間保持して焼成体を得た。こ
の焼結体の曲げ強度は1000MPa であり、破壊靱性値は10
MPam1/2 であった。
粉砕し、窒素ガス中で放電プラズマ焼結機を用い、20MP
a の加圧下で1400℃に１分間保持して焼成体を得た。こ
の焼結体の曲げ強度は1000MPa であり、破壊靱性値は10
MPam1/2 であった。
【００２１】なお、本発明にかかる化合物は、セラミッ
クスの中で最も靱性の大きい高靱性ジルコニアに匹敵す
るものである。さらにこの焼結体の特長は、表面を、例
えば110 μｍのダイヤモンドで研磨したときの強度が10
50MPa と少し大きくなる。これは、研磨により表面に双
晶が生成したことによるものである。一般にセラミック
スの強度は表面をこのように大きいダイヤモンドで研磨
すると小さくなる。特に、ジルコニアは、このような研
磨により表面から正方晶から単斜晶への変態が進行し、
強度の低下が著しくなる。
クスの中で最も靱性の大きい高靱性ジルコニアに匹敵す
るものである。さらにこの焼結体の特長は、表面を、例
えば110 μｍのダイヤモンドで研磨したときの強度が10
50MPa と少し大きくなる。これは、研磨により表面に双
晶が生成したことによるものである。一般にセラミック
スの強度は表面をこのように大きいダイヤモンドで研磨
すると小さくなる。特に、ジルコニアは、このような研
磨により表面から正方晶から単斜晶への変態が進行し、
強度の低下が著しくなる。
【００２２】実施例２ 本発明にかかる Y2AlCe2/3Si3O5.5N4 化合物の焼成体(N
o.11) およびこれを各種のセラミックスに加えて混合し
た複合材料(No.12〜19) の原料を、放電プラズマ焼結機
を使って製造した時の条件を表２に示す。加圧力は29.4
MPa とすべての試料で均一である。また、この表２に
は、比較例として、ホットプレスSiC , 焼結SiC , ホッ
トプレスSi3N4, 焼結Al2O3 , ホットプレスZrO2の特性
を対比して示す。このように本発明の化合物の靱性値が
大きいのは、マルテンサイト変態によるものである。
o.11) およびこれを各種のセラミックスに加えて混合し
た複合材料(No.12〜19) の原料を、放電プラズマ焼結機
を使って製造した時の条件を表２に示す。加圧力は29.4
MPa とすべての試料で均一である。また、この表２に
は、比較例として、ホットプレスSiC , 焼結SiC , ホッ
トプレスSi3N4, 焼結Al2O3 , ホットプレスZrO2の特性
を対比して示す。このように本発明の化合物の靱性値が
大きいのは、マルテンサイト変態によるものである。
【００２３】市販のセラミックスの靱性値はホットプレ
スZrO2で一番大きく、ホットプレスSi3N4 がＫc ＝ 7.0
MPa・m1/2と二番の大きさであり、それ以外はＫc ＝
5.0 MPa・m1/2以下と小さい。本発明の化合物を添加し
た複合材料は、ホットプレスZrO2の靱性値となってお
り、その靱性向上の効果の大きいことがわかる。焼結温
度までの昇温は10〜20分の範囲の短時間である。得られ
た焼結体および複合材料はポアのない緻密なものであっ
た。
スZrO2で一番大きく、ホットプレスSi3N4 がＫc ＝ 7.0
MPa・m1/2と二番の大きさであり、それ以外はＫc ＝
5.0 MPa・m1/2以下と小さい。本発明の化合物を添加し
た複合材料は、ホットプレスZrO2の靱性値となってお
り、その靱性向上の効果の大きいことがわかる。焼結温
度までの昇温は10〜20分の範囲の短時間である。得られ
た焼結体および複合材料はポアのない緻密なものであっ
た。
【００２４】
【表２】
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、新し
く開発された( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N
4Ox 固溶体はマルテンサイト変態し、それのみから得ら
れたセラミックス材料、あるいは他のセラミックスと混
合して得られた複合材料とも靱性と強度とは大きく、靱
性の最も大きい従来の高靱性ジルコニアに匹敵するもの
になっている。それゆえ本発明の化合物は複合材料の原
料としても非常に有用である。
く開発された( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N
4Ox 固溶体はマルテンサイト変態し、それのみから得ら
れたセラミックス材料、あるいは他のセラミックスと混
合して得られた複合材料とも靱性と強度とは大きく、靱
性の最も大きい従来の高靱性ジルコニアに匹敵するもの
になっている。それゆえ本発明の化合物は複合材料の原
料としても非常に有用である。
【図１】本発明にかかるセラミック化合物の線膨張曲線
とその微分曲線の図である。
とその微分曲線の図である。
【図２】本発明にかかるセラミック化合物のＸ線回折図
である。
である。
Claims (5)
- 【請求項１】( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N
4O xの示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミッ
ク固溶体。 - 【請求項２】Ln2O3 、Ln´2O3 、Al2O3 、Si3N4 の各粉
体を混合し、その混合粉を非酸化性ガス雰囲気中におい
て1400〜1800℃の温度で、１〜150 分間焼成し、( Ln,
Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4Ox の示性式で示さ
れる固溶体を得ることを特徴とするマルテンサイト変態
型セラミック固溶体の製造方法。 - 【請求項３】Ln4Al2O9、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 の各粉体
を混合し、その混合粉を非酸化性ガス雰囲気中において
1350〜1700℃の温度で、1 〜150 分間焼成し、( Ln, Ln
´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4O xの示性式で示され
る固溶体を得ることを特徴とするマルテンサイト変態型
セラミック固溶体の製造方法。 - 【請求項４】Ln2Si3O3N4、1/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 の各
粉体を混合し、その混合粉を非酸化性ガス雰囲気中にお
いて1350〜1700℃の温度で、1 〜150 分間焼成し、( L
n, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N4O xの示性式で
示される固溶体を得ることを特徴とするマルテンサイト
変態型セラミック固溶体の製造方法。 - 【請求項５】( Ln, Ln´0.05-0.5)2 (Si,Al0.05-0.5)3N
4O xの示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミッ
ク固溶体に、Al2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複
合酸化物、複合ビスマス酸化物、フェライト、ガーネッ
ト、希土類遷移金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸
塩、チタン酸塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物
のいずれか１種以上を混合し、焼成して複合化させたこ
とを特徴とする高靱性複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7262019A JPH0987005A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | マルテンサイト変態型セラミック固溶体およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7262019A JPH0987005A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | マルテンサイト変態型セラミック固溶体およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0987005A true JPH0987005A (ja) | 1997-03-31 |
Family
ID=17369894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7262019A Pending JPH0987005A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | マルテンサイト変態型セラミック固溶体およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0987005A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100495881B1 (ko) * | 2003-01-24 | 2005-06-16 | 한국야금 주식회사 | 방전 플라스마 소결법에 의한 알루미늄 마그네슘보라이드의 제조 방법 |
-
1995
- 1995-09-18 JP JP7262019A patent/JPH0987005A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100495881B1 (ko) * | 2003-01-24 | 2005-06-16 | 한국야금 주식회사 | 방전 플라스마 소결법에 의한 알루미늄 마그네슘보라이드의 제조 방법 |
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