JPS63274665A - 多結晶質セラミックス - Google Patents

多結晶質セラミックス

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JPS63274665A
JPS63274665A JP62108468A JP10846887A JPS63274665A JP S63274665 A JPS63274665 A JP S63274665A JP 62108468 A JP62108468 A JP 62108468A JP 10846887 A JP10846887 A JP 10846887A JP S63274665 A JPS63274665 A JP S63274665A
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polycrystalline
polycrystalline ceramics
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halogenated
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Toshio Hirai
平井 敏雄
Takashi Goto
孝 後藤
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 セラミックスは一般に、金属材料より高硬度で、耐食性
、耐摩耗性に優れているが、常温ではり性交形を示さす
脆性である。このため、金属材料と比較すると機械部品
や構造材料としての用途では制約が大きく、工具材やI
C基板等の極めて限られたものを用いられているに過ぎ
ない。
本発明は従来のセラミックス材料の欠点であった、ごく
わずかの変形によって破壊してしまうという脆性を著し
く改良し、常温においても塑性変形性を有する新たな多
結晶質セラミックス材料に関するものである。
本発明によるセラミックスは、単体として耐熱性、耐食
性、耐酸化性が要求される各種の機械部品や容器、金型
、シール材料として用いられているのみならず、他の材
料の表面にコーティングして同様な用途に用いることも
できる。特に相手材料と密接させて用いる必要がある機
械部品、シール材料等では機械的な変形に対して破壊し
難い特徴を有するため好適である。
〔従来の技術〕
従来のセラミックス材料の中で、耐食性や耐酸化性等の
特性を有しながら、かつ低硬度の材料として代表的なも
のは六方晶BNである。六方晶BNは黒鉛と同様の層状
構造を有し、固体潤滑材としても用いられている。しか
し、六方晶BNは機械部品として用いるにはあまりに低
硬度(Hv100以下、)である。その他の低硬度のセ
ラミックスとしては、硫化物、Se化合物等があるが、
これ等は耐食性、耐酸化性の点で劣っている。
本発明のTi−5iC=からなる多結晶質セラミックス
は、鋼に匹敵する硬度を有し、かつ耐食性や耐酸化性に
優れたセラミックスの特徴を有する。
このTiaSICzについては、既にJeitschk
oとNowotny(11,Jeitschko an
d H,Nowotny 、 Mh、Chem 、 9
8 。
329 (1967)やN1ckl1等(J、J  N
1ckj!、 K、に、 Schweitgerand
 P、Luxenburg J、Less −Comm
on 14etals、  26゜335 (1972
)によって数10μmの小さな単結晶が合成されている
しかし、現在まで実質的にTl5S+C2相のみからな
る多結晶質セラミックス合成された事が無く、特性も充
分測定されていなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は従来のセラミックス材料の脆性を著しく改善し
、セラミックスの特徴である耐食性、耐酸化性等の特徴
を有する材料を提供せんとするものである。
また機械部品として用いるためには微細な単結晶ではな
く、一定の大きさを持つ多結晶質の材料を製造する事が
可能とならねばならない。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は、CVD法によって5iC−TiC複合セ
ラミックスを合成する研究を行なって来た。
CVD法では反応炉内圧力を1〜760Torrに保持
して、Tiの塩化物 (Tici、等) 、Siのハロ
ゲン化物(S+Cj!<、5AP4等)水素化物(Si
n、等)、ハロゲン化水素化物(SiHCls、 5i
HBrs等)、およびハロゲン化水素化物(Si(C1
ls)−1CHsSiCj!−等)のうちの1種以上と
炭素のハロゲン化物(CCj!n)、水素化物(CH,
、C2L、 CI 、等)およびハロゲン化水素化物(
CH,cl、 C1,P等)のうち1種以上と、水素か
らなる反応ガス、あるいはT1塩化物と、Siのハロゲ
ン化炭水化物と、水素からなる反応ガスを導入し、10
00〜1700℃に加熱された基体上に5i−Ti−C
系の各種の化合物もしくはそれ等の混合物を合成する事
ができる。それ等の化合物はTiC,5iCTisiz
、Ti5SiCz等である。
合成条件に応じて種々の共析出物からなる複合体セラミ
ックス、例えはTiC+ Ti3SiC* 、 SiC
+ Ti5SiCa。
SiC+ Ti5izが得られる。
発明者等は合成条件を種々変えて検討した結果、本発明
のTi=SiCz単相からなる多結晶質のセラミックス
が得られる事を見出した。またこのセラミックスの硬度
はTiCやSiCもしくはこれ等の混合物または更にT
i5isやT+sS+C2とTiC、SiCを含む混合
相からなるものが高い硬度を有するのに比較して、著し
く低硬度で常温下でも塑性変形性を有する事を確認した
実質的に単相のTi−5iC−からなる多結晶体を得る
には、CVD合或条件を適切な範囲に選択する事が必須
である。以下実施例により説明する。
実施例1 原料ガスとして、5i(Jn、TiC1<、 CC1a
、及びH。
ガスを用いた。基体としては黒鉛を用い、反応温度を1
200〜1600℃に変化させ、H,ガス及び[C14
の流量を各々1800及び17.5cj / winに
保ち、S+CC/ (S+ cji! 4 + TiC
1−)比を0〜1の範囲で変えて実験した。炉内ガス全
圧力は300Torr一定とした。
合成時間は2時間である。
黒鉛基体上に合成されたSi −Ti −C系の化合物
をX線回析により同定した結果を図1に示した。
本実験条件下では、図の斜線部の基体温度及びSiC1
a /  (S+CI!a + T+C1a>比の範囲
でのみTi−5iC−単相からなる多結晶体が得られた
。基体温度1300℃5IC1s /  (SiCj!
 a + TiC1a) = 0.42で得られた多結
晶体のサイズは60alX 40m5X 0141であ
った。
またX線回析による格子定数は a=3.064 人、    C=17.650人の六
方晶化合物であった。アルキメデス法による密度は4.
53g/ catである。なお、X線回折強度比からこ
の多結晶体はC軸が基体に平行に生成しており、(11
0面)に強い配向性を示すことが明らかにtlっだ。上
記した多結晶体の硬度をビッカース硬度計で荷重500
gで測定した結果HV = 600kg/ll1m2と
大変柔らかい多結晶体である。
また、ビッカース圧痕の周辺には多数のすべり線が観察
され、この多結晶体が優れた塑性変形性を有する事が判
明した。
実施例2 ホットプレスにより製造した5IJ4 a!Iの先端半
径511IIlのビンを基体として用い、実施例1と同
様の原料ガスを用い、全ガス圧100Torr 、基体
、@度1250℃ Si C1a / (Si C1a
  + T+c1a) = 0.3 で30分間処理し
た。尚、Ccl</Hzの流量比は0.01とした。
Si、N、ビン上に膜厚20μmのTi、5icj’−
単相からなるコーティング層が得られた。
比較の為にCclla/Hxの流量比を0.05とし、
他は同一の条件でコーティング層を形成させた。この場
合の膜はX線回折の結果SiCとTiCの混合物からな
る事が判った。
両者ニラいてビッカース硬度を測定したところ、本発明
のTi3SiCzからなる膜テハ7ookg/llll
112テ、比較材は3.000kg/ ll1ts2と
極めて高い値を示した。
MIJs’Aの円板を周速50o/ sin ’?’ 
回err、 サf、荷重100gでコーティングしたビ
ンを円板に押しつけて5分間保持した。本発明のT+s
S+c1zをコーティングしたSi3N、ビンでは膜及
びM 、0.円板の変化は見られなかった。
一方比較材は、接触点の膜が剥離しており、またA1.
0.円板に条痕が見られた。このことから、特にセラミ
ックス同士が接触して摺動する様な機械部品や、相手材
が焼入れ鋼等の金属である場合のI!動部材として本発
明の多結晶質セラミックスを用いると相手材を傷つける
事が無く、また塑性変形性に富むため、不均一な接触圧
が加わった場合に変形によって応力の集中が緩和され、
自体が脆性破壊しないといった優れた特性を有する事が
判る。
〔発明の効果〕
従来のセラミックスの最大の欠点は、その脆性にある。
機械部品や構造材料としてセラミックスを用いる場合、
必要以上の硬度があるため、加工性が悪く、また摺動材
等として用いると相手材を傷つける事もその用途を制約
するものであった。
本発明のセラミックスは、従来のセラミックスのこの様
な欠点を一挙に解決したもので、優れた塑性変形性を有
し、かつ、硬度が焼入れ鋼と同等であるため相手材を傷
つける事も大巾に軽減されている。更に、高温下でも表
面にT+0. SiOtといった安定な酸化膜が形成さ
れる事により、耐熱性や耐酸化性、耐食性、といった金
属材料と比較した場合のセラミックスの特徴を合せ持っ
ている。
上述のように、本発明による多結晶質セラミックスは、
従来のセラミックスでは用いる事が出来なかった機械部
品、耐食性容器、構造材料として広範囲な用途に適した
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、X線回析による生成相と合成条件の関係、い
わゆるCVD相図を示す。 尚、5icjl!4/ (SiC14+TiCj!<)
は原料ガス流量比を示す。 図1 S・        Si     +  ’C手続補
正書 昭和62年06月2ぶ日 昭和62年 特許願 第108468号2、発明の名称 塑性変形性を有する多結晶質セラミックス3、補正をす
る者 事件との関係   特 許 出 願 人任  所   
大阪市東区北浜5丁目15番地名 称(213)住友電
気工業株式会社社  長    川 上 哲 部 4、代 理 人 住  所   大阪市此花区島屋1丁目1番3号住友電
気工業株式会社内 (電話06−461−1031) 氏  名(7881)弁理士  上 代 哲 司゛ご:
5、補正命令の日付 6、補正の対象 霊曾すすで明細書中、発明の名称の欄及び明細書中、発
明の詳細な説明の欄及び委任状。 7、補正の内容 「多結晶質セラミックス」と訂正する。 (4=)明ms中、第5頁第4〜第5行目、r本発明者
等は、−m−を行って来た。」を削除する。 (’L)委任状、3通を別紙の通り提出する。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)実質的にTi_3SiC_2単相から成り、常温
    下で塑性変形性を有することを特徴とする多結晶質セラ
    ミックス。
  2. (2)常温下でのビッカース硬度が測定荷重100g以
    上で800kg/mm^2以下である事を特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載の多結晶質セラミックス。
  3. (3)融点が1000℃以上の金属、無機化合物もしく
    はこれ等の複合体が、炭素からなる基体の表面に被覆さ
    れてなる事を特徴とする特許請求の範囲第(1)、(2
    )項記載の多結晶質セラミックス。
  4. (4)Tiの塩化物とSiのハロゲン化物、ハロゲン化
    水素化物、およびハロゲン化炭水素化物のうち1種以上
    と、炭素のハロゲン化物、水素化物、およびハロゲン化
    水素化物のうちの1種以上と、からなる反応ガス、ある
    いは、Tiの塩化物とSiのハロゲン化炭水素化物と、
    水素、からなる反応ガスを用いて、CVD法によって合
    成される事を特徴とする特許請求の範囲第(1)、(2
    )、(3)項記載の多結晶質セラミックス。
  5. (5)歪み方向と直角に結晶のC軸方向が選択配向して
    いる事を特徴とする特許請求の範囲第(1)、(2)、
    (3)、(4)項記載の多結晶質セラミックス。
  6. (6)原料ガスとしてSiCl_4、TiCl_4、C
    Cl_4及びH_2ガスを用い、合成温度が1200〜
    1400℃、反応ガス全圧が1〜760Torrで合成
    される事を特徴とする特許請求の範囲第(1)、(2)
    、(3)、(4)、(5)項記載の多結晶質セラミック
    ス。
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