JPS63282131A - ウイスカ−強化ガラスの製造方法 - Google Patents
ウイスカ−強化ガラスの製造方法Info
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- JPS63282131A JPS63282131A JP11375887A JP11375887A JPS63282131A JP S63282131 A JPS63282131 A JP S63282131A JP 11375887 A JP11375887 A JP 11375887A JP 11375887 A JP11375887 A JP 11375887A JP S63282131 A JPS63282131 A JP S63282131A
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- whisker
- glass
- sol
- glass powder
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/06—Whiskers ss
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
- C03C2214/32—Nature of the non-vitreous component comprising a sol-gel process
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Melting And Manufacturing (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、ウィスカー強化ガラスの製造方法に関する
ものである。
ものである。
ガラスをウィスカーで強化した複合材料は、ガラスのみ
からなる材料に比較して弾性率９強度。
からなる材料に比較して弾性率９強度。
破壊靭性などの機械的特性や熱膨張率、熱伝導率などの
熱的特性が改善されるためにいろいろな分野で注目され
ている。
熱的特性が改善されるためにいろいろな分野で注目され
ている。
そのような複合材料を製造する方法としては。
ライス男−とガラス粉末を混合した後にホットプレスす
る方法が通常用いられている。例えば、刊行物（Ｆｒａ
ｎｋ Ｄ 、ＧＢｃら、Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ａｎｄ Ｒｅａｅ４ｒｃｈ Ｇ
ｒａｄｅ ＳｉＯＷｈｉｓｋｅｒｓｉｎ ａ Ｂｏｒｏ
ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ Ｍａｔｒｉｘ ”Ｃｅ
ｒａｍｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ５ｃｉ
ｅｎｃｅ ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＶｏ７？ 、７．Ｃ
７−８〕、（１９８６）、ＰＰ９７８〜９８２）にはウ
ィスカーとガラス粉末とをボールミル法で混合し、ホッ
トプレスすることによシ９１Ｇウィスカー強化ガラスを
製造する方法が記載されている。しかしながら、かかる
従来の方法には、以下に述べるような欠点がある。
る方法が通常用いられている。例えば、刊行物（Ｆｒａ
ｎｋ Ｄ 、ＧＢｃら、Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ａｎｄ Ｒｅａｅ４ｒｃｈ Ｇ
ｒａｄｅ ＳｉＯＷｈｉｓｋｅｒｓｉｎ ａ Ｂｏｒｏ
ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ Ｍａｔｒｉｘ ”Ｃｅ
ｒａｍｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ５ｃｉ
ｅｎｃｅ ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＶｏ７？ 、７．Ｃ
７−８〕、（１９８６）、ＰＰ９７８〜９８２）にはウ
ィスカーとガラス粉末とをボールミル法で混合し、ホッ
トプレスすることによシ９１Ｇウィスカー強化ガラスを
製造する方法が記載されている。しかしながら、かかる
従来の方法には、以下に述べるような欠点がある。
すなわち、上記従来の方法では、ウィスカーとガラス粉
末を混合するための工程でウィスカーの損傷を生じやす
（そのために複合化後に、マトリックス中でウィスカー
の持つ本来の特性を発揮できないという欠点がある。
末を混合するための工程でウィスカーの損傷を生じやす
（そのために複合化後に、マトリックス中でウィスカー
の持つ本来の特性を発揮できないという欠点がある。
このような製造過程中に生じる強化態勢、すなわちウィ
スカーの損傷を防止するために、最近。
スカーの損傷を防止するために、最近。
ゾルΦゲル法を用いてウィスカー強化セラミックスを製
造することも試みられている。例えば、刊行物（Ｊ 、
Ｊ 、 Ｌ５１ｎｎｕｔｔｉとＤ 、Ｒ，０１ａｒｋ
の報告” Ｓｏｌ −Ｇｅｍ Ｄｅｒｉｒｅｄ Ｃｏａ
ｔｉｎｇｓ Ｏｎ ５ｉＣａｎｄ ５ｉｌｉｃａｔｅ
Ｆｉｂｅｒｓ″、 Ｃｅｒａｍｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇａｎｄ ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
、 Ｖｏｌｌ 、 ５ 、 ［７−８〕。
造することも試みられている。例えば、刊行物（Ｊ 、
Ｊ 、 Ｌ５１ｎｎｕｔｔｉとＤ 、Ｒ，０１ａｒｋ
の報告” Ｓｏｌ −Ｇｅｍ Ｄｅｒｉｒｅｄ Ｃｏａ
ｔｉｎｇｓ Ｏｎ ５ｉＣａｎｄ ５ｉｌｉｃａｔｅ
Ｆｉｂｅｒｓ″、 Ｃｅｒａｍｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇａｎｄ ＳｃｉｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
、 Ｖｏｌｌ 、 ５ 、 ［７−８〕。
１（１９８６）、ＰＰ５７４〜５８２）にはＳｉＣウィ
スカーとＡｌ２Ｏ２をフリージング（Ｆｒｅｅｚｉｎｇ
）法により複合化することが報告されており、ゾルの原
料としてｈｚ２ｏ５ のかわりに５ｌｏ２を用いれば
ウィスカー強化ガラスを容易に製造することが出来る可
能性を持っている。
スカーとＡｌ２Ｏ２をフリージング（Ｆｒｅｅｚｉｎｇ
）法により複合化することが報告されており、ゾルの原
料としてｈｚ２ｏ５ のかわりに５ｌｏ２を用いれば
ウィスカー強化ガラスを容易に製造することが出来る可
能性を持っている。
上記ゾル・ゲル法を用いた方法では、ウィスカーを含む
ゾル液がウェットゲル複合体を経てドライゲル化する過
程でゾルの収縮が大きく、たとえば、ゾルの出発原料と
してケイ酸エチル（Ｓｉ（Ｃ！２Ｈ５０）４）を用いた
場合には数１０％の体積収縮を生じ、収縮のないウィス
カーとの間に大きな引張応力を生じ、ガラスストリンク
スにクランクを生じてしまうという欠点かメジ、大きな
バルク状の複合材料が得られないという致命的な欠点を
持っていた。
ゾル液がウェットゲル複合体を経てドライゲル化する過
程でゾルの収縮が大きく、たとえば、ゾルの出発原料と
してケイ酸エチル（Ｓｉ（Ｃ！２Ｈ５０）４）を用いた
場合には数１０％の体積収縮を生じ、収縮のないウィス
カーとの間に大きな引張応力を生じ、ガラスストリンク
スにクランクを生じてしまうという欠点かメジ、大きな
バルク状の複合材料が得られないという致命的な欠点を
持っていた。
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、ウィスカーの損傷を最小限とし。
ので、ウィスカーの損傷を最小限とし。
強化効果が高（、大きなバルク状の成形物も容易に得ら
れるウィスカー強化ガラスの製造方法を得ることを目的
とする。
れるウィスカー強化ガラスの製造方法を得ることを目的
とする。
この発明のウィスカー強化ガラスの製造方法は。
シリカゾル液の粘度を０．０５〜２．０ポアズにする粘
度調整工程、粘度調整されたシリカゾル液に。
度調整工程、粘度調整されたシリカゾル液に。
ウィスカーおよびガラス粉末を混合する混合工程。
混合液をウェットゲル化するウェットゲル化工程。
ウェットゲルを昇温し、ドライゲル複合体を得るドライ
ゲル化工程、およびドライゲル複合体を不活性雰囲気中
で焼結する焼結工程を施すものである。
ゲル化工程、およびドライゲル複合体を不活性雰囲気中
で焼結する焼結工程を施すものである。
この発明において、低粘度のゾル状態にあるシリカゾル
液中に強化素材のウィスカーとマトリックスの一部とな
るガラス粉末を同時に添加して。
液中に強化素材のウィスカーとマトリックスの一部とな
るガラス粉末を同時に添加して。
混合攪拌しウィスカーを分散させるために、ウィスカー
の損傷を最小限にできる。ま念ガラス粉末を添加したた
めにウィスカーとガラス粉末を含むシリカゾル液をウェ
ットグルからドライグルへ乾燥させる過程での収縮率を
小さくすることが可能となり、また、添加したガラス粉
末は、乾燥収縮時に、添加されたウィスカーとともにド
ライゲル自体を強化する作用をも持つのでクランクを含
まないドライゲル複合体を得ることができ、大きな複合
体も亀裂が生じに（い。さらに、このような効果は、ド
ライゲル複合体を最終焼結する過程まで持続する効果が
るシ、優れた機械的特性を持つウィスカー強化ガラスの
大きなパルグ状成形体をも容易に製造することができる
。
の損傷を最小限にできる。ま念ガラス粉末を添加したた
めにウィスカーとガラス粉末を含むシリカゾル液をウェ
ットグルからドライグルへ乾燥させる過程での収縮率を
小さくすることが可能となり、また、添加したガラス粉
末は、乾燥収縮時に、添加されたウィスカーとともにド
ライゲル自体を強化する作用をも持つのでクランクを含
まないドライゲル複合体を得ることができ、大きな複合
体も亀裂が生じに（い。さらに、このような効果は、ド
ライゲル複合体を最終焼結する過程まで持続する効果が
るシ、優れた機械的特性を持つウィスカー強化ガラスの
大きなパルグ状成形体をも容易に製造することができる
。
第１図はこの発明の実施例のウィスカー強化ガラスの製
造方法の工程を示す工程図である。
造方法の工程を示す工程図である。
この発明に係わるシリカゾル液は、シリカ成分を２０重
量％以上含むものを用いるのが望ましい。
量％以上含むものを用いるのが望ましい。
このシリカゾルは、オルトケイ酸（Ｈ２Ｓ１０ａ）を水
やエタノール、イソプロパツール、エチルセロソルブお
よびこれらのアルコール類の混合物で加水分解し、溶液
中に８１０２ をコロイド状としたものを含むものが
用いられる。また、前記オルトケイ酸を部分加水分解し
て水溶液中のシリカ成分を４０重量％とじたものを上記
の方法で加水分解し水溶液中に８１０２ のコロイド
粒子を含むようにしたものを用いてもよい。さらに、コ
ロイダルシリカを水溶液中に含む形で調整されたコロイ
ダルシリカ水溶液を用いても良い。このようなコロイダ
ルシリカを含む水溶液はたとえば米国デュポン社からＬ
ｕｃＬｏｘ■ という商品名で市販されているものが用
いられても良い。
やエタノール、イソプロパツール、エチルセロソルブお
よびこれらのアルコール類の混合物で加水分解し、溶液
中に８１０２ をコロイド状としたものを含むものが
用いられる。また、前記オルトケイ酸を部分加水分解し
て水溶液中のシリカ成分を４０重量％とじたものを上記
の方法で加水分解し水溶液中に８１０２ のコロイド
粒子を含むようにしたものを用いてもよい。さらに、コ
ロイダルシリカを水溶液中に含む形で調整されたコロイ
ダルシリカ水溶液を用いても良い。このようなコロイダ
ルシリカを含む水溶液はたとえば米国デュポン社からＬ
ｕｃＬｏｘ■ という商品名で市販されているものが用
いられても良い。
ウィスカーとガラス粉末を混合するためのコロイダルシ
リカ水溶液は、前記の加水分解されたコロイダルシリカ
を含むシリカゾル溶液やデュポン社などから販売されて
いるコロイダルシリカ水溶液をそのまま用いても良いが
、ウィスカーとガラス粉末を混合し、均一な分散を得る
ためや、ゲル化速度を調整するためには、前記コロイダ
ルシリカを含む水溶液にＨＣＩ 、 Ｈ２ＳＯ４などの
酸性水溶液やＮａＣＡＴ のような塩酸又はその水溶
液がさらに加えられＰＨ調整される。このときの酸、塩
の水溶液の濃度やコロイダルシリカを含む水溶液への添
加量は、製造時の温度やゲル化の時間を考慮して適当に
決定される。
リカ水溶液は、前記の加水分解されたコロイダルシリカ
を含むシリカゾル溶液やデュポン社などから販売されて
いるコロイダルシリカ水溶液をそのまま用いても良いが
、ウィスカーとガラス粉末を混合し、均一な分散を得る
ためや、ゲル化速度を調整するためには、前記コロイダ
ルシリカを含む水溶液にＨＣＩ 、 Ｈ２ＳＯ４などの
酸性水溶液やＮａＣＡＴ のような塩酸又はその水溶
液がさらに加えられＰＨ調整される。このときの酸、塩
の水溶液の濃度やコロイダルシリカを含む水溶液への添
加量は、製造時の温度やゲル化の時間を考慮して適当に
決定される。
コロイダルシリカのゾル水溶液の粘度が０．０５〜２．
０ポアズ望ましくｄ、０．１〜１．０ポアズの範囲にな
った時点でウィスカーとガラス粉末がコロイダルシリカ
のゾル液中に添加され混合攪拌される。
０ポアズ望ましくｄ、０．１〜１．０ポアズの範囲にな
った時点でウィスカーとガラス粉末がコロイダルシリカ
のゾル液中に添加され混合攪拌される。
このとき、ライスカーとコロイダルシリカのゾル液との
ぬれ性を改善するために、ゾル液中にウィスカーとガラ
ス粉末を添加する前あるいは添加時に界面活性材として
アニオン系あるいはノニオン系の界面活性材が添加され
ても良い。また、界面活性材の添加によシリカゾル液が
発泡する場合には消泡剤を同時に用いても良い。なお、
ウィスカーとガラス粉末のコロイダルシリカのゾル液中
への添加は、ゾル粘度が０．０５〜２．０ポアズの範囲
であれば、ウィスカーとガラス粉末を別々に加えても良
（、この場合にはウィスカー、ガラス粉末のいずれか先
に添加されても良い。また、ウィスカーとガラス粉末が
同時に加えられても良い。
ぬれ性を改善するために、ゾル液中にウィスカーとガラ
ス粉末を添加する前あるいは添加時に界面活性材として
アニオン系あるいはノニオン系の界面活性材が添加され
ても良い。また、界面活性材の添加によシリカゾル液が
発泡する場合には消泡剤を同時に用いても良い。なお、
ウィスカーとガラス粉末のコロイダルシリカのゾル液中
への添加は、ゾル粘度が０．０５〜２．０ポアズの範囲
であれば、ウィスカーとガラス粉末を別々に加えても良
（、この場合にはウィスカー、ガラス粉末のいずれか先
に添加されても良い。また、ウィスカーとガラス粉末が
同時に加えられても良い。
コロイダルシリカのゾル液の粘度が０．０５ポアズ以下
の場合にはウィスカーとガラス粉末を添加後にゾルをゲ
ル化するまでに長時間を要し、ウィスカーとガラス粉末
がゾル液中で、沈殿を生じ易（なる。さらに沈殿を防止
するために攪拌し続けるとウィスカーに損傷を生じやす
い欠点がある。またゾルの粘度が２．０ポアズ以上とな
るとウィスカーとガラス粉末の混合攪拌時にウィスカー
に大きな力が働き、ウィスカーの破損が生じやす（なる
。
の場合にはウィスカーとガラス粉末を添加後にゾルをゲ
ル化するまでに長時間を要し、ウィスカーとガラス粉末
がゾル液中で、沈殿を生じ易（なる。さらに沈殿を防止
するために攪拌し続けるとウィスカーに損傷を生じやす
い欠点がある。またゾルの粘度が２．０ポアズ以上とな
るとウィスカーとガラス粉末の混合攪拌時にウィスカー
に大きな力が働き、ウィスカーの破損が生じやす（なる
。
したがって、ウィスカーとガラス粉末をゾルに混合する
時点でのゾル水溶液の粘度ｉｏ、０５〜２．０ポアズ特
に０．１〜１，０ポアズの範囲の低粘度が好ましい。
時点でのゾル水溶液の粘度ｉｏ、０５〜２．０ポアズ特
に０．１〜１，０ポアズの範囲の低粘度が好ましい。
この発明に係わる強化用に用いられるウィスカーｉ Ｓ
ｉＣ、５ｉ３Ｎ４ 、 Ａｚ２ｏ３ 、炭素などの無機
質系のものならばいずれのものが用いられても良（。
ｉＣ、５ｉ３Ｎ４ 、 Ａｚ２ｏ３ 、炭素などの無機
質系のものならばいずれのものが用いられても良（。
これらの無機質系のウィスカーを２種類以上組み合せて
も良い。ウィスカーのガラスマトリックス中での総体積
率は、最終焼結後のウィスカー強化ガラス中の体積％に
して５〜４５％の間に設定されるのが望ましい。ウィス
カーの総体積率が５％よりも小さいとウィスカー添加に
よる複合効果が得難い。またウィスカーの総体積率が４
５％を越エルトガラスマトリックス中でウィスカー同志
の接触が生じゃすくなシ最終的な複合体中でガラスマト
リックスとの十分な複合化が困難で微少な空孔を生じた
りする。また、ウィスカーの総体積が大きな場合にはゾ
ル液中にウィスカーとガラス粉末を添加したものの混合
攪拌に大きな力が必要でウィスカーが均一に分散しに（
（なるとともにウィスカーの損傷も大きくなる。したが
ってウィスカーのガラスマトリックス中での総体積率は
５％から４５％の間に設定するのが望ましい。
も良い。ウィスカーのガラスマトリックス中での総体積
率は、最終焼結後のウィスカー強化ガラス中の体積％に
して５〜４５％の間に設定されるのが望ましい。ウィス
カーの総体積率が５％よりも小さいとウィスカー添加に
よる複合効果が得難い。またウィスカーの総体積率が４
５％を越エルトガラスマトリックス中でウィスカー同志
の接触が生じゃすくなシ最終的な複合体中でガラスマト
リックスとの十分な複合化が困難で微少な空孔を生じた
りする。また、ウィスカーの総体積が大きな場合にはゾ
ル液中にウィスカーとガラス粉末を添加したものの混合
攪拌に大きな力が必要でウィスカーが均一に分散しに（
（なるとともにウィスカーの損傷も大きくなる。したが
ってウィスカーのガラスマトリックス中での総体積率は
５％から４５％の間に設定するのが望ましい。
この発明に係わるガラス粉末としては、平均粒度が３μ
ｍ〜２００μｍのものが用いられるのが望ましい。ガラ
ス粉末の平均粒度が２００μｍ以上の場合には、ウィス
カーに比較して寸法が大きいためにウィスカーとガラス
粉末を混合する場合に均一な分散を得ることが困難であ
り、ウィスカーに対して損傷を与えやす（なる。ガラス
粒子の平均粒度が３μｍ以下では、ウィスカーとゾル液
中で混合した場合に均一な分散が得られるが、単位体積
あたシのゾルの体積に換算した場合、ガラス粒子の総表
面積が著しく大きくなシ、この発明で対象にしているよ
うなゾル会ゲルの反応過程に太き（影響し、ウィスカー
とガラス粉末を混合するのに適したゾル液の状態を安定
に保つことが難しくなり、工業化も困難でるる。
ｍ〜２００μｍのものが用いられるのが望ましい。ガラ
ス粉末の平均粒度が２００μｍ以上の場合には、ウィス
カーに比較して寸法が大きいためにウィスカーとガラス
粉末を混合する場合に均一な分散を得ることが困難であ
り、ウィスカーに対して損傷を与えやす（なる。ガラス
粒子の平均粒度が３μｍ以下では、ウィスカーとゾル液
中で混合した場合に均一な分散が得られるが、単位体積
あたシのゾルの体積に換算した場合、ガラス粒子の総表
面積が著しく大きくなシ、この発明で対象にしているよ
うなゾル会ゲルの反応過程に太き（影響し、ウィスカー
とガラス粉末を混合するのに適したゾル液の状態を安定
に保つことが難しくなり、工業化も困難でるる。
又、ガラス粉末としては、非晶質および結晶質のものが
用いられて良（、また、その化学組成は望ましくはＳｉ
Ｏ２ を４５重量％以上含むものが用いられる。たと
えば粉末ガラスとしては１石英ガラス、はうけい酸ガラ
ス、アルミノ珪酸ガラスやβ−ユークリプタイトやβ−
スポジュメンなどのりチウムアルミノ珪酸ガラス、コー
ジライト（マグネシウムアルミノ珪酸ガラス）粉末が用
いられる。
用いられて良（、また、その化学組成は望ましくはＳｉ
Ｏ２ を４５重量％以上含むものが用いられる。たと
えば粉末ガラスとしては１石英ガラス、はうけい酸ガラ
ス、アルミノ珪酸ガラスやβ−ユークリプタイトやβ−
スポジュメンなどのりチウムアルミノ珪酸ガラス、コー
ジライト（マグネシウムアルミノ珪酸ガラス）粉末が用
いられる。
ガラス粉末のコロイダルシリカのゾル液に添加される量
は、最終的に得られるウィスカー強化ガラス中のガラス
マトリックスに占める添加ガラス粉末の体積率で規定さ
れる。したがってウィスカーの体積率によらず前記添加
ガラス粉末体積率は５％から７０％が望ましい。ガラス
粉末の体積率が５％以下では、ウェットケール複合体を
乾燥しドライゲルを得る段階でガラス粉末添加の効果が
明白でｒｒｙｘ＜、ウィスカーの体積率によらずドライ
ゲル複合体中にクランクを生じることが多（なる。ガラ
ス粉末の体積率が７０％を越えるとウィスカーとガラス
粉末を含むコロイダルシリカのゾルを攪拌することが難
しく、ウィスカーの均一な分散が得難（、ウィスカーの
損傷の防止が困難となる。
は、最終的に得られるウィスカー強化ガラス中のガラス
マトリックスに占める添加ガラス粉末の体積率で規定さ
れる。したがってウィスカーの体積率によらず前記添加
ガラス粉末体積率は５％から７０％が望ましい。ガラス
粉末の体積率が５％以下では、ウェットケール複合体を
乾燥しドライゲルを得る段階でガラス粉末添加の効果が
明白でｒｒｙｘ＜、ウィスカーの体積率によらずドライ
ゲル複合体中にクランクを生じることが多（なる。ガラ
ス粉末の体積率が７０％を越えるとウィスカーとガラス
粉末を含むコロイダルシリカのゾルを攪拌することが難
しく、ウィスカーの均一な分散が得難（、ウィスカーの
損傷の防止が困難となる。
上記の方法にて得られたこの発明に係わるドライゲル化
した複合体は１例えば通常のガラス粉末が焼結される温
度又はそれ以下の温度で焼結し。
した複合体は１例えば通常のガラス粉末が焼結される温
度又はそれ以下の温度で焼結し。
緻密化される。焼結に際したとえばホントプレス。
熱間静水圧加圧装置にて加圧し、高温高圧？で焼結して
もよ（この場合さらに緻密化が促進される。
もよ（この場合さらに緻密化が促進される。
以下、この発明を実施例により説明する。
強化用材料としてタテホ化学（株ン製の５ｉｓＮ４ウイ
スカーおよびＳｉＣウィスカーを用いた。径ｕｏ、ｏｓ
〜５μｍ、アスペクト比は５〜１００である。ゾルとし
てはＳｉＯ２を４０重量％含むコロイダルシリカ（Ｄｕ
ｐｏｎ’ｔ ＬｕａｏＦ Ｉ’ｌ Ｓ −４Ｃ１）を用
いた。このコロイダルシリカは１５６℃において１．２
９ｇ／ｃ！Ｉの密度のものでるる。ガラス粉末としては
９６重量％の珪酸ガラス（コーニング社。
スカーおよびＳｉＣウィスカーを用いた。径ｕｏ、ｏｓ
〜５μｍ、アスペクト比は５〜１００である。ゾルとし
てはＳｉＯ２を４０重量％含むコロイダルシリカ（Ｄｕ
ｐｏｎ’ｔ ＬｕａｏＦ Ｉ’ｌ Ｓ −４Ｃ１）を用
いた。このコロイダルシリカは１５６℃において１．２
９ｇ／ｃ！Ｉの密度のものでるる。ガラス粉末としては
９６重量％の珪酸ガラス（コーニング社。
コード番号７９１３）を３２５メツシユ以下の粒度とし
たものを用いた。
たものを用いた。
コロイダルシリカ（Ｌｕｄｏｘ” 、 ＨＳ −４０）
にｏ、ｏ １Ｎ。
にｏ、ｏ １Ｎ。
ＨＣｌ水溶液を２０°Ｃにて加え、コロイダルシリカに
ＨＯＡ’を加えた水溶液の粘度が０．２ポアズ以上とな
った時点で、ウィスカーとガラス粉末とを混合水溶液中
に入れ十分に攪拌した。このとき、最終的に得られるウ
ィスカー強化ガラス複合態勢のガラスマトリックス中で
ウィスカーの体積率が０．０５． ０．１． ０．１５
． ０．２． ０．２５． ０．３となるように添加す
るウィスカーの重量％を調整するとともに、マトリック
スのガラス総体積に占める添加ガラス粉末の体積％がゼ
ロ（０）から０．７となるように添加するガラス粉末の
重量を調整した。
ＨＯＡ’を加えた水溶液の粘度が０．２ポアズ以上とな
った時点で、ウィスカーとガラス粉末とを混合水溶液中
に入れ十分に攪拌した。このとき、最終的に得られるウ
ィスカー強化ガラス複合態勢のガラスマトリックス中で
ウィスカーの体積率が０．０５． ０．１． ０．１５
． ０．２． ０．２５． ０．３となるように添加す
るウィスカーの重量％を調整するとともに、マトリック
スのガラス総体積に占める添加ガラス粉末の体積％がゼ
ロ（０）から０．７となるように添加するガラス粉末の
重量を調整した。
ウィスカーとガラス粉末を含むコロイダルシリ力混合水
溶液をゲル化させてウィスカーを含むウェットゲルを得
るために、上記混合溶液を５０℃のウォーターバス中で
ウィスカーの損傷が生じないように細心の注意を払いな
がら静かに攪拌し。
溶液をゲル化させてウィスカーを含むウェットゲルを得
るために、上記混合溶液を５０℃のウォーターバス中で
ウィスカーの損傷が生じないように細心の注意を払いな
がら静かに攪拌し。
混合溶液の粘度が１．０ポアズとなるまでコロイダルシ
リカ溶液のゲル化反応゛を進行させた。
リカ溶液のゲル化反応゛を進行させた。
その後、混合溶液の攪拌を中止し、混合溶液を１．２５
℃／時間の昇温速度で５０°Ｃから１８０°Ｃまで徐々
に昇温し、ウィスカーを含むドライゲル複合体を得た。
℃／時間の昇温速度で５０°Ｃから１８０°Ｃまで徐々
に昇温し、ウィスカーを含むドライゲル複合体を得た。
徐々に昇温したのはクランクの発生を抑制する目的であ
り、１０〜ｂ とが好ましい。
り、１０〜ｂ とが好ましい。
ついて、ウィスカーを含むドライゲル複合体をＮ２ 雰
囲気中で１５５０°Ｃの温度にて１時間焼結し、最終的
なウィスカー強化ガラスを得た。また。
囲気中で１５５０°Ｃの温度にて１時間焼結し、最終的
なウィスカー強化ガラスを得た。また。
ドライゲル複合体の一部は、１５５０℃の湿度にて１に
９／−の加圧力下でホットプレスして最終的なウィスカ
ー強化ガラスを得た。
９／−の加圧力下でホットプレスして最終的なウィスカ
ー強化ガラスを得た。
第２図はこの発明の実施例に係わる焼結前のウィスカー
を含むガラスのドライグル複合体の部分的外観図である
。第２図は、 Ｓｉ３Ｎ４ウィスカーを複合体中に体
積％にして２０％含み、全ガラスマトリックス体積に対
するガラス粉末の添加体積％が２０％の場合である。
を含むガラスのドライグル複合体の部分的外観図である
。第２図は、 Ｓｉ３Ｎ４ウィスカーを複合体中に体
積％にして２０％含み、全ガラスマトリックス体積に対
するガラス粉末の添加体積％が２０％の場合である。
ウィスカーを含むドライゲル中にはクランクの発生もな
い複合体が得られているっ 第３図は、第２図に示したＳｉＣウィスカーを含むドラ
イゲル複合体をＮ２ 雰囲気中、ｔｓｓ。
い複合体が得られているっ 第３図は、第２図に示したＳｉＣウィスカーを含むドラ
イゲル複合体をＮ２ 雰囲気中、ｔｓｓ。
℃の温度で１時間焼結したものから曲げ試験片を切り出
し１曲げ破壊した後の破面の組織状態を示す走査型電子
顕微鏡写真である。
し１曲げ破壊した後の破面の組織状態を示す走査型電子
顕微鏡写真である。
ＳＩＣウィスカーがガラスマトリックス中で三次元的に
ランダムにかつほぼ均一な間隔で分散している。
ランダムにかつほぼ均一な間隔で分散している。
第４図は第２図に示した８１５Ｎ４ウイスカーを含むド
ライゲル複合体をＮ２ 雰囲気中、ｔｓｓｏ℃で１ｋ
ｇ／ｌ１１１の加圧力下でホットプレスしたものの断面
の組織状態を示す光学顕微鏡写真であるっホントプレス
の加圧方向に垂直な面ではＳｉ３Ｎ４ウィスカーが二次
元ランダムに配列している。
ライゲル複合体をＮ２ 雰囲気中、ｔｓｓｏ℃で１ｋ
ｇ／ｌ１１１の加圧力下でホットプレスしたものの断面
の組織状態を示す光学顕微鏡写真であるっホントプレス
の加圧方向に垂直な面ではＳｉ３Ｎ４ウィスカーが二次
元ランダムに配列している。
このように、最終焼結をホットプレス法にて行った５１
ＳＮ４ウイス力−強化ガラスについて代表的な機械的特
性である強度と破壊靭性を調べた。第５図および第６図
は、これらの測定結果を示したものでるる。なお、第５
図および第６図は各々この発明の実施例によるウィスカ
ー強化ガラスのウィスカ一体積率による曲げ強度変化を
示す特性図およびウィスカ一体積率による臨界応力拡大
係数変化を示す特性図であるう各図中、 （ＡＩ）〜
（Ａ６）。
ＳＮ４ウイス力−強化ガラスについて代表的な機械的特
性である強度と破壊靭性を調べた。第５図および第６図
は、これらの測定結果を示したものでるる。なお、第５
図および第６図は各々この発明の実施例によるウィスカ
ー強化ガラスのウィスカ一体積率による曲げ強度変化を
示す特性図およびウィスカ一体積率による臨界応力拡大
係数変化を示す特性図であるう各図中、 （ＡＩ）〜
（Ａ６）。
（Ｂす〜（Ｂ６）はこの発明の実施例によるウィスカー
強化ガラスの各１５本の試験片の上記特性の測定結果の
平均値を示したものである。又、 （Ｘ）、 （Ｙ）は
比較のために、この発明におけるウィスカーを含まない
他はこの発明の実施例と同様にして得たガラスマトリッ
クス単体の上記と同様の測定結果を示す、これらの図か
ら明らかなように、この発明の実施例によるウィスカー
強化ガラスにウィスカー未強化のガラスに比較してはる
かに優れた機械的性質を示している。
強化ガラスの各１５本の試験片の上記特性の測定結果の
平均値を示したものである。又、 （Ｘ）、 （Ｙ）は
比較のために、この発明におけるウィスカーを含まない
他はこの発明の実施例と同様にして得たガラスマトリッ
クス単体の上記と同様の測定結果を示す、これらの図か
ら明らかなように、この発明の実施例によるウィスカー
強化ガラスにウィスカー未強化のガラスに比較してはる
かに優れた機械的性質を示している。
以上、実施例をもって説明したがこの発明の実施例によ
れば、Ｗに、最終的な複合材料中でのウィスカーが総体
積％が５％から４５％の範囲にあシ、また。最終的な複
合体側斜中のガラスマトリックス総体積に対する添加ガ
ラス粉末の体積率が５％から７０％の範囲であれば、良
好な状態のウィスカーを含む亀裂の生じに（い、バルク
のドライゲル複合体が得られ易（、またこのようにして
得られたウィスカーを含むドライゲル複合体は。
れば、Ｗに、最終的な複合材料中でのウィスカーが総体
積％が５％から４５％の範囲にあシ、また。最終的な複
合体側斜中のガラスマトリックス総体積に対する添加ガ
ラス粉末の体積率が５％から７０％の範囲であれば、良
好な状態のウィスカーを含む亀裂の生じに（い、バルク
のドライゲル複合体が得られ易（、またこのようにして
得られたウィスカーを含むドライゲル複合体は。
焼結後にも劉れを生じることもないことが確かめらねた
。
。
以上説明したとおり、この発明はシリカゾル液の粘度を
０．０５〜２．０ポアズにする粘度調整工程。
０．０５〜２．０ポアズにする粘度調整工程。
粘度調整されたシリカゾル液にウィスカーおよびガラス
粉末を混合する混合工程、混合液をウェットゲル化する
ウェットゲル化工程、ウェットゲルを昇温し、ドライゲ
ル複合体を得るドライゲル化工程、およびドライゲル複
合体を不活性雰囲気中で焼結する焼結工程を施すことに
より、ウイスカ−の損傷を最小限とし９強化効果が高く
、大きなバルク状の成形物も容易に得られるウィスカー
強化ガラスの製造方法を得ることができる。
粉末を混合する混合工程、混合液をウェットゲル化する
ウェットゲル化工程、ウェットゲルを昇温し、ドライゲ
ル複合体を得るドライゲル化工程、およびドライゲル複
合体を不活性雰囲気中で焼結する焼結工程を施すことに
より、ウイスカ−の損傷を最小限とし９強化効果が高く
、大きなバルク状の成形物も容易に得られるウィスカー
強化ガラスの製造方法を得ることができる。
Claims (9)
- （１）シリカゾル液の粘度を０．０５〜２．０ポアズに
する粘度調整工程、粘度調整されたシリカゾル液に、ウ
ィスカーおよびガラス粉末を混合する混合工程、混合液
をウェットゲル化するウェットゲル化工程、ウェットゲ
ルを昇温し、ドライゲル複合体を得るドライゲル化工程
、およびドライゲル複合体を不活性雰囲気中で焼結する
焼結工程を施すウィスカー強化ガラスの製造方法。 - （２）シリカゾル液はシリカ成分を２０重量％以上含む
特許請求の範囲第１項記載のウィスカー強化ガラスの製
造方法。 - （３）ウィスカー強化ガラスに対するウィスカーの総体
積率が５〜４５％の範囲である特許請求の範囲第１項又
は第２項記載のウィスカー強化ガラスの製造方法。 - （４）ウィスカーはＳｉＣ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２
Ｏ＿３および炭素の内の少なくとも１種である特許請求
の範囲第１項ないし第３項の何れかに記載のウィスカー
強化ガラスの製造方法。 - （５）ガラス粉末は平均粒度が３〜２００μｍの範囲に
ある特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れかに記載
の強化ガラスの製造方法。 - （６）ガラス粉末の体積率は、ウィスカー強化ガラス中
におけるガラスマトリックスに対する割合として、５％
から７０％である特許請求の範囲第１項ないし第５項の
何れかに記載のウィスカー強化ガラスの製造方法。 - （７）ガラス粉末としてＳｉＯ＿２を４５重量％以上含
む組成のガラスを用いる特許請求の範囲第１項ないし第
６項の何れかに記載のウィスカー強化ガラスの製造方法
。 - （８）混合したシリカゾル液を１０〜１００℃／日の割
合で徐々に昇温しながらドライゲル化させる特許請求の
範囲第１項ないし第７項の何れかに記載のウィスカー強
化ガラスの製造方法。 - （９）ドライゲル化した複合体を高温高圧下で焼結する
特許請求の範囲第１項ないし第８項の何れかに記載のウ
ィスカー強化ガラスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11375887A JPS63282131A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | ウイスカ−強化ガラスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11375887A JPS63282131A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | ウイスカ−強化ガラスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63282131A true JPS63282131A (ja) | 1988-11-18 |
Family
ID=14620394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11375887A Pending JPS63282131A (ja) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | ウイスカ−強化ガラスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63282131A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5391213A (en) * | 1991-12-03 | 1995-02-21 | Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. | Method for manufacturing fibre-reinforced structures with a glass matrix |
| US5512351A (en) * | 1993-12-28 | 1996-04-30 | Nikkiso Company Limited | Prepreg, process for preparation of prepreg, and products derived therefrom |
| CN105621896A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-01 | 常州聚和新材料股份有限公司 | 用于太阳能电池背面电极浆料的玻璃粉及其制备方法 |
-
1987
- 1987-05-11 JP JP11375887A patent/JPS63282131A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5391213A (en) * | 1991-12-03 | 1995-02-21 | Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. | Method for manufacturing fibre-reinforced structures with a glass matrix |
| US5512351A (en) * | 1993-12-28 | 1996-04-30 | Nikkiso Company Limited | Prepreg, process for preparation of prepreg, and products derived therefrom |
| CN105621896A (zh) * | 2015-12-30 | 2016-06-01 | 常州聚和新材料股份有限公司 | 用于太阳能电池背面电极浆料的玻璃粉及其制备方法 |
| CN105621896B (zh) * | 2015-12-30 | 2017-10-31 | 常州聚和新材料股份有限公司 | 用于太阳能电池背面电极浆料的玻璃粉及其制备方法 |
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