JPS63274659A - 炭化ケイ素強化アルミナジルコニアセラミック複合体とその製法 - Google Patents
炭化ケイ素強化アルミナジルコニアセラミック複合体とその製法Info
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- JPS63274659A JPS63274659A JP63021428A JP2142888A JPS63274659A JP S63274659 A JPS63274659 A JP S63274659A JP 63021428 A JP63021428 A JP 63021428A JP 2142888 A JP2142888 A JP 2142888A JP S63274659 A JPS63274659 A JP S63274659A
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
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-
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の分野］
本発明は、マトリックス材料としてアルミナ（ＡΩ２０
３）を含み、マトリックス材料に微粒ジルコニア（Ｚｒ
０２）が加えられたセラミック複合体に関する。またセ
ラミック複合体内に炭化ケイ１（ＳｉＣ）ホイスカーが
含められている。靭性と硬さとが改善されたＳｉＣホイ
スカー強化セラミックを提供するために、凶がＤＩ ａ
ｌｌされたジルコニアと炭化ケイ素ホイスカーとが存在
する。
３）を含み、マトリックス材料に微粒ジルコニア（Ｚｒ
０２）が加えられたセラミック複合体に関する。またセ
ラミック複合体内に炭化ケイ１（ＳｉＣ）ホイスカーが
含められている。靭性と硬さとが改善されたＳｉＣホイ
スカー強化セラミックを提供するために、凶がＤＩ ａ
ｌｌされたジルコニアと炭化ケイ素ホイスカーとが存在
する。
［発明の背景１
基材として大苗のアルミナを使用したセラミック組成物
は技術上既知である。アルミナ・ベース組成物は、高温
強度と耐摩耗性にすぐれているので切削工具の製造に適
している。
は技術上既知である。アルミナ・ベース組成物は、高温
強度と耐摩耗性にすぐれているので切削工具の製造に適
している。
しかしながら、このような組成物は顕著な脆性を示す。
したがって、セラミック組成物の硬さと強度とを改善す
るために、アルミナに種々の添加剤を加えることに多く
の注意が向けられてきた。
るために、アルミナに種々の添加剤を加えることに多く
の注意が向けられてきた。
、 たとえば米国特許第４．２１８．２５３号は、靭
性を改善するために酸化アルミニウム基材に正方品系酸
化ジルコニウムの添加を開示する。
性を改善するために酸化アルミニウム基材に正方品系酸
化ジルコニウムの添加を開示する。
ごく最近に米国￥ＩｒＦ第４．４５２．９０６１’３は
、硬さと強度とを改善するために、ジルコニアと炭化タ
ングステンとを含む他種の耐火物材料とアルミナとの基
本的に均一な混合物からなるアルミナのセラミック組成
物を開示する。米国特許第４゜４５２．９０６号は、ジ
ルコニアのような添加剤を含むセラミック組成物の性質
改良は、多くの場合、他の性質への悪影響を伴うことを
指摘している。
、硬さと強度とを改善するために、ジルコニアと炭化タ
ングステンとを含む他種の耐火物材料とアルミナとの基
本的に均一な混合物からなるアルミナのセラミック組成
物を開示する。米国特許第４゜４５２．９０６号は、ジ
ルコニアのような添加剤を含むセラミック組成物の性質
改良は、多くの場合、他の性質への悪影響を伴うことを
指摘している。
したがって、アルミナ・ベース・セラミックスの硬さと
靭性との性質を最大化することにかなりの注意が向けら
れてきた。１つの方法は、アルミナ・ベース組成内に強
化剤として炭化ケイ素ホイスカーを加えることであった
。
靭性との性質を最大化することにかなりの注意が向けら
れてきた。１つの方法は、アルミナ・ベース組成内に強
化剤として炭化ケイ素ホイスカーを加えることであった
。
米国特許第４，５４３，３４５号は、５ないし６０容積
％のｍの単結晶構造炭化ケイ素ホイスカーで強化された
セラミック複合体を開示する。
％のｍの単結晶構造炭化ケイ素ホイスカーで強化された
セラミック複合体を開示する。
単結晶炭化ケイ素ホイスカーは破壊エネルギを吸 ′収
する能力があるので破１１靭性を改善するといわれてい
る。このような強度の改良を示すといわれるセラミック
材料は、アルミナと、ムライト（３ＡＤ２０：＋ ・
２Ｓｉ○２）と、８４Ｃならびにコーディライｌ−（２
Ｍ！１０・２Δ９２０３ ・５５１０ｗ１ ）とを含む
。
する能力があるので破１１靭性を改善するといわれてい
る。このような強度の改良を示すといわれるセラミック
材料は、アルミナと、ムライト（３ＡＤ２０：＋ ・
２Ｓｉ○２）と、８４Ｃならびにコーディライｌ−（２
Ｍ！１０・２Δ９２０３ ・５５１０ｗ１ ）とを含む
。
一方米国ｆｆ訂第４．５４３．３４５号は、アルミナと
ジルコニアとの両方を含むセラミック材料を含むある種
のセラミック材料の靭性は、炭化ケイ素ホイスカーを使
用しても改善しないことを示している。
ジルコニアとの両方を含むセラミック材料を含むある種
のセラミック材料の靭性は、炭化ケイ素ホイスカーを使
用しても改善しないことを示している。
本願発明者は、靭性と硬さとを改善したアルミナ・ベー
スのセラミック複合体材料の開発を試みてきた。この目
的のために本願発明者は、アルミナ・ベース・セラミッ
クスに、特定量のＳｉＣ炭化物ホイスカーの混入ととも
に特定量の微粒ジルコニアを添加することにより、技術
上既知であるセラミックスよりもすぐれた硬さと靭性と
の両方の性質を意外なほど示すセラミック複合体がえら
れることを発見した。
スのセラミック複合体材料の開発を試みてきた。この目
的のために本願発明者は、アルミナ・ベース・セラミッ
クスに、特定量のＳｉＣ炭化物ホイスカーの混入ととも
に特定量の微粒ジルコニアを添加することにより、技術
上既知であるセラミックスよりもすぐれた硬さと靭性と
の両方の性質を意外なほど示すセラミック複合体がえら
れることを発見した。
したがって、すぐれた耐摩耗性、破壊靭性および硬さを
示すセラミック複合体を提供することが本発明の目的で
ある。
示すセラミック複合体を提供することが本発明の目的で
ある。
アルミナとジルコニアとを含み、ｕＪ化ケイ索小イスカ
ーで強化されたセラミック組成物を製造７る方法を提供
することが、本発明の他の目的である。
ーで強化されたセラミック組成物を製造７る方法を提供
することが、本発明の他の目的である。
〔発明の概要］
本発明は、マトリックスがアルミナで、高い硬さと破壊
靭性とを得るのに十分なＧの単ｒ１品系または正方品系
のジルコニアを含み、炭化ケイ索車イスカーが約３５な
いし４５容梢％、とくに約３５ないし約４０容積％のω
で存在するようにした炭化ケイ素ホイスカー強化セラミ
ックス復合体に関する。炭化ケイ素ホイスカーはアルフ
ァおよびベータ型の単結晶構造をｎし、一般的には約０
゜３ないし２．０μｌの直径と、約２ないし４０μｍ、
好ましくは５ないし２５μｍの良さとを有する。
靭性とを得るのに十分なＧの単ｒ１品系または正方品系
のジルコニアを含み、炭化ケイ索車イスカーが約３５な
いし４５容梢％、とくに約３５ないし約４０容積％のω
で存在するようにした炭化ケイ素ホイスカー強化セラミ
ックス復合体に関する。炭化ケイ素ホイスカーはアルフ
ァおよびベータ型の単結晶構造をｎし、一般的には約０
゜３ないし２．０μｌの直径と、約２ないし４０μｍ、
好ましくは５ないし２５μｍの良さとを有する。
本発明の好ましい形状においては、複合体は、約５ない
し２１容積％のジルコニア、最も好ましくは約８ないし
１７容ω９６のジルコニアを含む。
し２１容積％のジルコニア、最も好ましくは約８ないし
１７容ω９６のジルコニアを含む。
本発明の他の形態においては、アルミブ・ベースのセラ
ミック復色（本の製造が、アＪレミナ、ジＪレコニアＪ
３よび炭化ケイ素ホイスカーとの混合物を形成し、次に
この混合物を約１，７００℃ないし約ｉ、ｓｏｏ℃、好
ましくは約１．７５０℃の温度で、かつ少なくとも約２
，０ＯＯｐｓｉ 、好ましくは約２，５００ｐｓｉない
し約４，０ＯＯｐｓｉの圧力で、約３０ないし１８０分
、好ましくは約４５ないし約９０分間、真空状態で、好
ましくは水銀柱３００μｍ未満または不活性雰囲気（た
とえばアルゴン）でホットプレスすることにより（ｊわ
れる。得られた製品は少なくとも理論密度の９４％、高
い場合は９９％以上もの密度を有する。
ミック復色（本の製造が、アＪレミナ、ジＪレコニアＪ
３よび炭化ケイ素ホイスカーとの混合物を形成し、次に
この混合物を約１，７００℃ないし約ｉ、ｓｏｏ℃、好
ましくは約１．７５０℃の温度で、かつ少なくとも約２
，０ＯＯｐｓｉ 、好ましくは約２，５００ｐｓｉない
し約４，０ＯＯｐｓｉの圧力で、約３０ないし１８０分
、好ましくは約４５ないし約９０分間、真空状態で、好
ましくは水銀柱３００μｍ未満または不活性雰囲気（た
とえばアルゴン）でホットプレスすることにより（ｊわ
れる。得られた製品は少なくとも理論密度の９４％、高
い場合は９９％以上もの密度を有する。
（実施例の説明１
本発明で使用されるジルコニアは、非安定化または部分
的にのみ安定化されているので、ジルコニアは甲斜晶系
または正方品系である。立方晶系に完全に安定化された
ジルコニアは、非安定化または部分的にのみ安定化され
た形状を用いて達成される硬さおよび靭性特性を達成し
ない。しだがって本発明によるセラミック材料は、イツ
トリア、カルシウムおよびマグネシアのような安定化促
進剤を大間に含まない。特に、約５ないし２１容（６％
、最も好ましくは約８ないし１７容（１１％の範囲のジ
ルコニアの山を用いることにより特に良好な硬さと靭性
との特性が（ｑられる。
的にのみ安定化されているので、ジルコニアは甲斜晶系
または正方品系である。立方晶系に完全に安定化された
ジルコニアは、非安定化または部分的にのみ安定化され
た形状を用いて達成される硬さおよび靭性特性を達成し
ない。しだがって本発明によるセラミック材料は、イツ
トリア、カルシウムおよびマグネシアのような安定化促
進剤を大間に含まない。特に、約５ないし２１容（６％
、最も好ましくは約８ないし１７容（１１％の範囲のジ
ルコニアの山を用いることにより特に良好な硬さと靭性
との特性が（ｑられる。
炭化ケイ素ホイスカーは、アルファ相および／よたはベ
ータ相の単結晶構造を有する。本発明で使用される炭化
ケイ素ホイスカーの量は、少なくとも部分的に、使用さ
れるジルコニアの吊に依存するようである。もし、ジル
コニアが最も好ましい約８ないし１７容ω％の範囲内で
使用されるならば、ＳｉＣホイスカー容Φ％が約３５な
いし４０容吊％の範囲内にあるときに、セラミック複合
体に対しとくに良好な硬さとのバランスが１９られる。
ータ相の単結晶構造を有する。本発明で使用される炭化
ケイ素ホイスカーの量は、少なくとも部分的に、使用さ
れるジルコニアの吊に依存するようである。もし、ジル
コニアが最も好ましい約８ないし１７容ω％の範囲内で
使用されるならば、ＳｉＣホイスカー容Φ％が約３５な
いし４０容吊％の範囲内にあるときに、セラミック複合
体に対しとくに良好な硬さとのバランスが１９られる。
セラミック複合体は一般に、アルミナ、ジルコニアおよ
びシリコンホイスカーを蒸器水内でボールミルより撹拌
して均一なスラリーを１りることにより製造される。次
にスラリーは炉内で空気乾燥されてからふるいで分級さ
れる。乾燥された材料は約１゜７５０℃の温度でグラフ
ァイト製モールド内でホラ１−プレスされ、水銀中３０
０μｍ未満の真空中または不活性雰囲気内で約３，００
０ｐｓｉの圧力で約６０分間保持される。
びシリコンホイスカーを蒸器水内でボールミルより撹拌
して均一なスラリーを１りることにより製造される。次
にスラリーは炉内で空気乾燥されてからふるいで分級さ
れる。乾燥された材料は約１゜７５０℃の温度でグラフ
ァイト製モールド内でホラ１−プレスされ、水銀中３０
０μｍ未満の真空中または不活性雰囲気内で約３，００
０ｐｓｉの圧力で約６０分間保持される。
以下に示す実施例はたんなる例示であって、本出願の一
部を形成する特許請求の範囲に記載の本発明を実施例で
限定することを意図しているのではない。
部を形成する特許請求の範囲に記載の本発明を実施例で
限定することを意図しているのではない。
（実施例１）
９．８容積％のジルコニア（ｌｌａｒｓｈａｗ Ｅ
Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｇ ｒａｄｅ） 匁と、３５容
積％の炭化ケイ素水 喚イスカー（Ｔｏｋａｉ Ｃａｒｏｂｏｎ Ｃｏ
、 、 Ｌ ｔｄ（東海カーボン株式会社）で製造した
Ｔｏｋａｉ Ｔｏｋａｗｈｉｓｋｃｒ）と、および残
りのアルミナ（Ａｌｃｏａ内で混合された。次にスラリ
ーは炉内で空気乾燥されてからふるいで分級された。
Ｉｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｇ ｒａｄｅ） 匁と、３５容
積％の炭化ケイ素水 喚イスカー（Ｔｏｋａｉ Ｃａｒｏｂｏｎ Ｃｏ
、 、 Ｌ ｔｄ（東海カーボン株式会社）で製造した
Ｔｏｋａｉ Ｔｏｋａｗｈｉｓｋｃｒ）と、および残
りのアルミナ（Ａｌｃｏａ内で混合された。次にスラリ
ーは炉内で空気乾燥されてからふるいで分級された。
乾燥された材料は、黒鉛モールド中において、１．７５
０℃に温度および、真空条件（たとえば水銀巾約１００
μｍ）の下で３．０００ｐｓｉの圧力で６０分間ホット
プレスされた。
０℃に温度および、真空条件（たとえば水銀巾約１００
μｍ）の下で３．０００ｐｓｉの圧力で６０分間ホット
プレスされた。
ホットプレスされた材料は、アルキメデスの原理を用い
てその密度が測定された。気孔率はＡｓＴＭｍ格Ｂ−２
７６−５４を用いて定ａされた。
てその密度が測定された。気孔率はＡｓＴＭｍ格Ｂ−２
７６−５４を用いて定ａされた。
ビッカース硬さと破壊靭性（ＫＩＣ）とは１８ｋ。
の押込み荷単を用いて測定された。その結果を第１表に
示す。（実施例２−５） セラミック材料の３個の試験片と第２表に示す組成を有
する１個の比較試験片とが製作され、実施例１と同様な
方法で実験された。結果を第２表に示す。
示す。（実施例２−５） セラミック材料の３個の試験片と第２表に示す組成を有
する１個の比較試験片とが製作され、実施例１と同様な
方法で実験された。結果を第２表に示す。
第１表および第２表かられかるように、ジルコニアと炭
化ケイ素ホイスカーとを含む本発明によるセラミック組
成物とくに試験片１および３は、ジルコニアを含まない
比較試験片と比較して、すぐれた硬さと靭性を示した。
化ケイ素ホイスカーとを含む本発明によるセラミック組
成物とくに試験片１および３は、ジルコニアを含まない
比較試験片と比較して、すぐれた硬さと靭性を示した。
（実施例５−７）
本発明によるセラミック材料の３個の試験片と第３表に
示す組成を有する２個の比較試験片（ＢおよびＣ）とが
作成され、実施例１と同様な方法で試験された。その結
果を第３表に示づ。
示す組成を有する２個の比較試験片（ＢおよびＣ）とが
作成され、実施例１と同様な方法で試験された。その結
果を第３表に示づ。
第３表に示すように、ジルコニアの黴が本発明で必要と
される量に満たない比較試験片は、高い硬さを示すが、
靭性は許容範囲にない。一方試験片５−７とくに５およ
び６は硬さと靭性の両方ですぐれた値を示した。
される量に満たない比較試験片は、高い硬さを示すが、
靭性は許容範囲にない。一方試験片５−７とくに５およ
び６は硬さと靭性の両方ですぐれた値を示した。
−Ｇ）が製作され、実施例１と同様な方法で試験された
。その結果を第４表に示す。
。その結果を第４表に示す。
第４表に示すように、ＳｉＣホイスカーの間が本発明で
必要とされる門に満たない比較試験片は、硬さと靭性と
の両方に良い値を示さなかった。具体的には、比較試験
片りは硬さはよい値を示すが靭性は許容値に満たない。
必要とされる門に満たない比較試験片は、硬さと靭性と
の両方に良い値を示さなかった。具体的には、比較試験
片りは硬さはよい値を示すが靭性は許容値に満たない。
他方比較試験片Ｅ−Ｇの靭性は良好であるが、硬さが不
足している。
足している。
代口人弁二±三好保男
Claims (19)
- （１）マトリックスがアルミナで、硬さと破壊靭性を増
大するのに充分な量である少なくとも約５容量％の単斜
晶系または正方晶系のジルコニアと、約３５ないし約４
５容積％の炭化ケイ素ホイスカーと、を含む炭化ケイ素
強化セラミック複合体。 - （２）ジルコニアの量は約５ないし約２１容積％である
ようにした特許請求の範囲第１項に記載の複合体。 - （３）ジルコニアの量が約８ないし約１７容積％である
ようにした特許請求の範囲第２項に記載の複合体。 - （４）炭化ケイ素ホイスカーの量が約３５ないし約４０
容積％であるようにした特許請求の範囲第１項に記載の
複合体。 - （５）炭化ケイ素ホイスカーの量が約３５ないし約４０
容積％であるようにした特許請求の範囲第２項に記載の
複合体。 - （６）炭化ケイ素ホイスカーの量は約３５ないし約４０
容積％であるようにした特許請求の範囲第３項に記載の
複合体。 - （７）炭化ケイ素ホイスカーの直径は約０．３ないし約
２．０μｍであり、長さが約２ないし４０μｍであるよ
うにした特許請求の範囲第１項に記載の複合体。 - （８）炭化ケイ素ホイスカーの長さが約５ないし約２５
μｍであるようにした特許請求の範囲第７項に記載の複
合体。 - （９）マトリックスがアルミナで、約８ないし約１７容
積％の単斜晶系または正方晶系のジルコニアと、約３５
ないし約４５容積％の炭化ケイ素ホイスカーと、を含み
、前記炭化ケイ素ホイスカーは約０．３ないし約２．０
μｍの直径と、約２ないし約４０μｍの長さと、を有す
る炭化ケイ素ホイスカー強化セラミック複合体。 - （１０）炭化ケイ素ホイスカーの量が約３５ないし約４
０容積％であるようにした特許請求の範囲第９項に記載
の複合体。 - （１１）混合物を形成し、前記混合物を約１，７００な
いし約１，８００℃の温度と少なくとも約２，０００ｐ
ｓｉの圧力でホットプレスを行なうことを特徴とする、
アルミナと、約５ないし２１容積％の単斜晶系または正
方晶系のジルコニアと、および約３５ないし４０容積％
の炭化ケイ素ホイスカーと、からなる、すぐれた破壊靭
性と硬さとを有するセラミック複合体の製造方法。 - （１２）圧力が２，５００ないし４，０００ｐｓｉであ
るようにした特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 - （１３）温度が約１，７５０℃であり、かつ圧力が約３
，０００℃であるようにした特許請求の範囲第１２項に
記載の方法。 - （１４）ジルコニアの量が約８ないし約１７容積％であ
るようにした特許請求の範囲第１１項の方法。 - （１５）炭化ケイ素ホイスカーの量が約３６ないし約４
０容積％であるようにした特許請求の範囲第１４項に記
載の方法。 - （１６）炭化ケイ素ホイスカーの直径は約０．３ないし
約２．０μｍでありかつ長さは約２ない約４０μｍであ
るようにした特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 - （１７）炭化ケイ素ホイスカーの長さが約５ないし約２
５μｍであるようにした特許請求の範囲第１６項に記載
の方法。 - （１８）ジルコニアの量が約８ないし１７容量％であり
、前記炭化ケイ素ホイスカーが約０．３ないし２．０μ
ｍの直径と、約２ない４０μｍの長さと、を有するよう
にした特許請求の範囲第１１項に記載の方法。 - （１９）炭化ケイ素ホイスカーの量が約３５ないし４０
容積％であるようにした特許請求の範囲第１８項に記載
の方法。
Applications Claiming Priority (3)
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