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JP2972836B2 - Forming method of composite ceramics - Google Patents

Forming method of composite ceramics

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Publication number
JP2972836B2
JP2972836B2 JP1335063A JP33506389A JP2972836B2 JP 2972836 B2 JP2972836 B2 JP 2972836B2 JP 1335063 A JP1335063 A JP 1335063A JP 33506389 A JP33506389 A JP 33506389A JP 2972836 B2 JP2972836 B2 JP 2972836B2
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JP
Japan
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sintered body
silicon carbide
silicon nitride
sintering
molding
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JP1335063A
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Japanese (ja)
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史博 若井
泰治 児玉
寛正 伊崎
殷正 川上
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to EP19900123858 priority patent/EP0435064B1/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複合セラミックスの成形法に関し、さらに
詳しくは窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体の超塑性を
利用した成形法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a composite ceramic, and more particularly to a method for forming a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body using superplasticity.

〔従来技術およびその課題〕[Conventional technology and its problems]

窒化ケイ素や炭化ケイ素はいわゆる非酸化物系の構造
材料用セラミックスとして、近年とみに注目を集め様々
の分野で使用されている。
Silicon nitride and silicon carbide have recently attracted attention and are used in various fields as so-called non-oxide ceramics for structural materials.

こうした窒化ケイ素や炭化ケイ素は、耐熱性、耐熱衝
撃性、耐摩耗性あるいは耐食性を生かして利用がはじま
っているが、いわゆる脆性材料であるため材料の加工性
がきわめて悪く、通常、窒化ケイ素や炭化ケイ素の部材
は原料粉末を鋳込成形、金型成形、射出成形等によって
成形し、焼結後加工して製造している。また、従来の成
形法ではかなり複雑な形状を付与できるものの、焼結時
に寸法収縮が起こるために、精度を要求される部材にお
いては、この成形品を1次焼結、切削加工、2次焼結し
た後、研削・研磨によって最終製品を得なければならな
かった。このようにセラミックスの本来の長所であるは
ずの、硬いあるいは脆性を示すという性質は、セラミッ
クスの製造にとって成形、加工工程に多大の労力を要す
るという結果をもたらしている。また、こうした加工効
率の悪さは製造コストの上昇を引き起こし、セラミック
ス部材の量産化に大きな障害となっている。
Such silicon nitride and silicon carbide have begun to be used due to their heat resistance, thermal shock resistance, abrasion resistance, and corrosion resistance. However, since they are so-called brittle materials, their workability is extremely poor. The silicon member is manufactured by molding a raw material powder by casting, die molding, injection molding, or the like, and after sintering. In addition, although a conventional molding method can give a considerably complicated shape, dimensional shrinkage occurs at the time of sintering. Therefore, in a member requiring accuracy, this molded product is subjected to primary sintering, cutting, and secondary sintering. After tying, the final product had to be obtained by grinding and polishing. The property of being hard or brittle, which should be the original advantage of ceramics, has resulted in the production of ceramics requiring a great deal of labor in molding and processing steps. In addition, such inferior processing efficiency causes an increase in manufacturing cost, and is a major obstacle to mass production of ceramic members.

一方、大きな延性を示す金属材料においては、いわゆ
る塑性加工によって効率的かつ安価に製造されており、
この加工性の良さが金属材料を広く普及させる大きな要
因となっている。このような塑性加工が窒化ケイ素や炭
化ケイ素などの非酸化物系セラミックスに適用できれ
ば、製造コストは従来の製造に比べて格段に下がり、構
造材料用セラミックスの量産化あるいは用途の飛躍的な
拡大が見込まれる。
On the other hand, in the case of metal materials that exhibit large ductility, they are manufactured efficiently and inexpensively by so-called plastic working.
This good workability is a major factor in widespread use of metal materials. If such plastic working can be applied to non-oxide ceramics such as silicon nitride and silicon carbide, the production cost will be much lower than in conventional production, and the mass production of ceramics for structural materials or the dramatic expansion of applications will increase. Expected.

しかしながら、従来の窒化ケイ素や炭化ケイ素は室温
においては脆性破壊を示し、1200℃以上の高温域におい
ては、例えば、一軸引っ張りクリープ試験におけるクリ
ープ破断までの変形量がホットプレス窒化ケイ素で0.8
%、常圧焼結窒化ケイ素で3%以下であり、安定な変形
がおきずに破断してしまう。このため塑性加工を窒化ケ
イ素や炭化ケイ素に適用することが不可能であった。
However, conventional silicon nitride and silicon carbide show brittle fracture at room temperature, and in a high temperature region of 1200 ° C. or more, for example, the deformation amount until creep rupture in a uniaxial tensile creep test is 0.8% in hot-pressed silicon nitride.
%, 3% or less in normal pressure sintered silicon nitride, and breaks without stable deformation. For this reason, it was impossible to apply plastic working to silicon nitride or silicon carbide.

ところで、ある種の金属合金は塑性加工が困難であ
り、こうした金属材料では制御された歪速度と温度域に
おいて微細な結晶粒を生成させ、いわゆる超塑性変形を
おこさせて成形・加工することが行われている。この超
塑性変形はくびれを生ずることなく通常の降伏点よりは
るかに低い応力下で変形を起こし、材料の種類によって
は数百%にも及び変形が可能である。このような方法に
より、塑性加工が困難な金属合金であっても、複雑形状
を持つ部材が比較的安価に製造できることが知られてい
る。
By the way, it is difficult to plastically process certain metal alloys, and in such metal materials, it is possible to generate fine crystal grains at a controlled strain rate and temperature range, and to form and process by causing so-called superplastic deformation. Is being done. This superplastic deformation causes deformation under stress much lower than the normal yield point without causing constriction, and can be as much as several hundred percent depending on the kind of material. It is known that a member having a complicated shape can be manufactured relatively inexpensively by such a method, even if the metal alloy is difficult to plastically process.

この超塑性変形の現象は、窒化ケイ素や炭化ケイ素と
いった非酸化物系セラミックスにはいまだに見い出され
ていなかった。
This phenomenon of superplastic deformation has not yet been found in non-oxide ceramics such as silicon nitride and silicon carbide.

本発明者らは、このような超塑性変形が窒化ケイ素や
炭化ケイ素などの非酸化物系セラミックスにも必ず存在
すると考え鋭意検討を重ねた結果、微細かつ等軸状の粒
を持つ窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体が制御された
温度と歪速度の一軸引っ張り試験において、くびれを生
成することなく大きな延性を示す、すなわち超塑性を示
すことを見いだした。本発明の目的は、超塑性変形を利
用して、従来知られていなかった非酸化物系セラミック
スを成形する方法を提供することにある。
The present inventors have thought that such superplastic deformation is necessarily present in non-oxide ceramics such as silicon nitride and silicon carbide, and as a result of intensive studies, as a result, silicon nitride having fine and equiaxed grains- In a uniaxial tensile test at a controlled temperature and strain rate, the silicon carbide composite sintered body was found to exhibit large ductility without forming necking, that is, exhibit superplasticity. An object of the present invention is to provide a method for forming a non-oxide ceramic which has not been known hitherto, by utilizing superplastic deformation.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体を超塑
性温度域において応力作用下で変形させ、成形すること
を特徴とする複合セラミックスの成形法に関し、詳しく
は、液相焼結によって製造される平均粒径2μm以下の
微細組織からなる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体で
あって、炭化ケイ素が主としてβ相からなり、その含有
量が10〜50体積%であり、窒化ケイ素は少なくともβ相
を40%以上含有し、焼結体の平均粒径が2μm以下の主
として等軸状粒子からなる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体を、超塑性温度域1400℃〜1700℃において応用作
用下10-1sec-1以下の歪速度で変形させ成形する複合セ
ラミックスの成形法に関する。
The present invention relates to a method for forming a composite ceramics characterized by deforming a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body under a stress action in a superplastic temperature range, and forming the composite ceramics. Silicon nitride-silicon carbide composite sintered body having a microstructure having an average particle size of 2 μm or less, wherein silicon carbide is mainly composed of β phase, the content thereof is 10 to 50% by volume, and silicon nitride has at least β phase A silicon nitride-silicon carbide composite sintered body mainly containing equiaxed particles having a phase of 40% or more and an average particle diameter of 2 µm or less is applied in a superplastic temperature range of 1400 ° C to 1700 ° C. The present invention relates to a method for forming a composite ceramic which is deformed and formed at a strain rate of 10 -1 sec -1 or less.

本発明に使用される窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結
体の粒径が2μm以上の粒径であり、粒径が等軸状でな
く、たとえば柱状粒子が絡み合ったような構造をしてい
る場合は、本発明の成形法を適用することができない。
これは、変形が起こる温度域において応力を作用させた
場合にキャビテーが生成し、得られる成形体の強度や他
の機械的物性が著しく劣化するためである。たとえば、
従来から用いられている窒化ケイ素では粒径が大きく柱
状粒子が絡み合った組織をしているため、高温域におい
てもその変形量は小さく、安定な変形が起きずに破断し
たりキャビテーを生成して機械的物性の著しい劣化を引
き起こすことになる。
When the particle size of the silicon nitride-silicon carbide composite sintered body used in the present invention is 2 μm or more, and the particle size is not equiaxed, and has a structure in which, for example, columnar particles are intertwined. Cannot apply the molding method of the present invention.
This is because cavities are formed when a stress is applied in a temperature range where deformation occurs, and the strength and other mechanical properties of the obtained molded body are significantly deteriorated. For example,
Conventionally used silicon nitride has a large particle size and a structure in which columnar particles are entangled, so the amount of deformation is small even at high temperatures, and it breaks without stable deformation and generates cavities This will cause significant deterioration of mechanical properties.

また、炭化ケイ素の含有量は10〜50体積%が適当であ
り、これより量が少ない場合には、変形過程において粒
成長がおきて変形を阻害したり、また逆に炭化ケイ素量
が多い場合には、緻密な焼結体を得ることが困難にな
る。さらに、窒化ケイ素の生成相は少なくともβ相が40
%以上である必要がある。β相が少ない場合には、本発
明の成形過程においてα−β転移が起こり、粒成長や柱
状化が促進されるため安定な変形を起こさせることがで
きない。
Further, the content of silicon carbide is suitably from 10 to 50% by volume, and if the content is less than this, grain growth occurs in the deformation process to hinder deformation, or conversely, if the amount of silicon carbide is large, In such a case, it becomes difficult to obtain a dense sintered body. Furthermore, at least the β phase of the silicon nitride formation phase is 40
%. When the β phase is small, α-β transition occurs in the molding process of the present invention, and grain growth and columnarization are promoted, so that stable deformation cannot be caused.

本発明の成形法に適した窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体は、ケイ素、炭素、窒素および酸素からなる組成
を有し、炭素含有量が3.0〜15.0重量%で、かつ平均粒
径が1μm以下の非晶質粉末に、焼結過程において液相
を生成する焼結助剤を混合し、焼結温度1500〜2000℃で
焼結することにより得られる。
The silicon nitride-silicon carbide composite sintered body suitable for the molding method of the present invention has a composition comprising silicon, carbon, nitrogen and oxygen, has a carbon content of 3.0 to 15.0% by weight, and has an average particle size of 1 μm. It is obtained by mixing the following amorphous powder with a sintering aid that generates a liquid phase in the sintering process, and sintering at a sintering temperature of 1500 to 2000 ° C.

上記のごとき組成を有する非晶質粉末は、たとえば特
開昭60−200812号公報、特開昭60−20013号公報、特開
昭60−221311号公報、特開昭60−235707号公報、特開昭
61−117108号公報等に示される方法により得られる非晶
質のケイ素、炭素、窒素および酸素からなる粉末が用い
られる。この粉末は原料段階ですでに炭化ケイ素と窒化
ケイ素がよく混じり合う様になっており、炭化ケイ素を
均一に分散させ本発明に適した均一な微構造を有する焼
結体を得るのに好適である。この原料粉末に存在する炭
化ケイ素は焼結過程において窒化ケイ素の結晶化の核と
なったり、窒化ケイ素の粒成長を抑制するなどの働きが
あるため、原料中の炭化ケイ素の量によって生成する窒
化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体の微構造は異なったも
のになる。
The amorphous powder having the above composition is disclosed in, for example, JP-A-60-200812, JP-A-60-20013, JP-A-60-221311, JP-A-60-235707, Kaisho
A powder comprising amorphous silicon, carbon, nitrogen and oxygen obtained by a method disclosed in JP-A-61-117108 or the like is used. This powder already has silicon carbide and silicon nitride well mixed at the raw material stage, and is suitable for obtaining a sintered body having a uniform microstructure suitable for the present invention by uniformly dispersing silicon carbide. is there. The silicon carbide present in the raw material powder serves as a nucleus for crystallization of silicon nitride during the sintering process and acts to suppress the growth of silicon nitride grains. The microstructure of the silicon-silicon carbide composite sintered body will be different.

すなわち、炭化ケイ素の量が少ない場合には、窒素ケ
イ素は柱状粒子の多い構造になり、炭化ケイ素の量が多
い場合には、窒化ケイ素は粒成長が抑制されるために等
軸状の粒子が多い構造になりやすい。
That is, when the amount of silicon carbide is small, nitrogen silicon has a structure with many columnar particles, and when the amount of silicon carbide is large, silicon nitride suppresses grain growth, so that equiaxed particles are formed. Easy to have many structures.

したがって、本発明の成長法に適した焼結体を得るに
は、原料粉末の炭素量が3.0〜15.0重量%であることが
必要である。炭素量がこれより少ない場合には、窒化ケ
イ素の柱状化と粒成長がおこり、本発明の成形法が適用
できない。また、炭素量がこれよりも多い場合には、緻
密な焼結体を得ることが困難となる。
Therefore, in order to obtain a sintered body suitable for the growth method of the present invention, the carbon content of the raw material powder needs to be 3.0 to 15.0% by weight. If the carbon content is less than this, columnarization and grain growth of silicon nitride occur, and the molding method of the present invention cannot be applied. If the amount of carbon is larger than this, it is difficult to obtain a dense sintered body.

炭素含有量の適切な本発明の原料粉末を焼結中に液相
を生成する焼結助剤、あるいは成形を行う場合には成形
用バインダーも添加し良く混合する。
A sintering aid that generates a liquid phase during sintering of the raw material powder of the present invention having an appropriate carbon content, or a molding binder when molding is performed, is added and mixed well.

本発明に使用する焼結体を得るのに使用される焼結助
剤は、従来から窒化ケイ素、炭化ケイ素に用いられてい
るいずれのものも使用することができる。たとえばMg
O、Al2O3、Y2O3、AlN、SiO3やランタン系の酸化物等が
例示され、これらは単独でもしくは混合して使用するこ
とができる。
As the sintering aid used to obtain the sintered body used in the present invention, any of those conventionally used for silicon nitride and silicon carbide can be used. For example, Mg
O, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , AlN, SiO 3 and lanthanum-based oxides are exemplified, and these can be used alone or in combination.

これら焼結助剤の使用量は通常0.1〜20重量%の範囲
である。この混合方法は従来から行われている乾式ある
いは湿式混合法のいずれの方法でも構わない。
The amount of these sintering aids used is usually in the range of 0.1 to 20% by weight. This mixing method may be any of the conventional dry or wet mixing methods.

次に、ホットプレスやHIPのように粉末から直接焼結
する場合以外は、金型成形、鋳込み成形あるいは射出成
形などの方法によりあらかじめ所定の形状を付与する。
Next, except for the case of directly sintering from powder such as hot pressing or HIP, a predetermined shape is given in advance by a method such as mold molding, casting molding or injection molding.

その焼結方法は、通常の常圧焼結、ホットプレス、ガ
ス圧焼結、あるいはHIP等の従来から実施されている方
法がそのまま適用できる。焼結の温度はその焼結方法に
もよるが、1500〜2000℃が適当であり、通常は、組成の
粒成長を抑え、窒化ケイ素の柱状化が進行しない温度と
時間が選ばれる。この焼結条件は、用いる原料粉末の組
成によっても影響される。例えば、原料粉末に炭素を10
重量%含有している粉末を代表的なホットプレス法で焼
結する場合には、1600〜1750℃、200〜400Kg/cm2、1〜
3hrsの条件で焼結される。
As the sintering method, a conventional method such as ordinary atmospheric sintering, hot pressing, gas pressure sintering, or HIP can be applied as it is. The sintering temperature depends on the sintering method, but is suitably 1500 to 2000 ° C. Usually, the temperature and time during which the grain growth of the composition is suppressed and the columnarization of silicon nitride does not progress are selected. The sintering conditions are also affected by the composition of the raw material powder used. For example, if 10
In the case of sintering the powder containing weight% by a typical hot press method, 1600 to 1750 ° C, 200 to 400 Kg / cm 2 , 1 to 1
Sintered for 3hrs.

また、炭素量が6重量%含有の粉末を原料とした場合
には、1500〜1700℃、200〜400Kg/cm2、0.5〜5.0hrsが
適当な条件となる。なお、このような条件は用いられ焼
結助剤によっても影響されることは言うまでもない。
When a powder having a carbon content of 6% by weight is used as a raw material, suitable conditions are 1500-1700 ° C., 200-400 kg / cm 2 , and 0.5-5.0 hrs. It goes without saying that such conditions are used and are affected by the sintering aid.

このようにして得られる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体は、炭化ケイ素が主としてβ相からなり窒化ケイ
素は少なくともβ相が40%以上含有した焼結体であり、
その構成粒子は平均粒径が2μm以下で主として等軸状
からなる。またその相対密度は少なくとも90%以上が必
要である。
The silicon nitride-silicon carbide composite sintered body thus obtained is a sintered body in which silicon carbide is mainly composed of a β phase and silicon nitride contains at least a β phase of 40% or more,
The constituent particles have an average particle size of 2 μm or less and are mainly equiaxed. The relative density must be at least 90% or more.

一方、HIPやガス圧焼結による場合には、窒化ケイ素
の分解温度を上げることができるため、焼結温度を高く
することができる。このような焼結法によって、窒化ケ
イ素−炭化ケイ素複合焼結体中の炭化ケイ素をα相に富
む相へ変えることも可能である。
On the other hand, in the case of HIP or gas pressure sintering, the decomposition temperature of silicon nitride can be increased, so that the sintering temperature can be increased. By such a sintering method, it is also possible to change silicon carbide in the silicon nitride-silicon carbide composite sintered body into a phase rich in α phase.

次に本発明の成形法を具体的に述べる。 Next, the molding method of the present invention will be specifically described.

以上のように製造された窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体を、超塑性を示す温度域において応力を作用させ
て所定形状の成形を行う。この温度域は通常1400〜1700
℃、好ましくは1450〜1650℃である。これ以上の温度域
では窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体の熱変質が起
き、得られる成形体の物性が低下する。また、これ以下
の温度域では成形速度が遅くなり、経済的に好ましくな
い。歪速度は、成形する温度により最適化されるが、過
度に速度を上げて成形すると粒界すべりに起因するキャ
ビティーが材料中に生成し、これらが連結して大きな欠
陥となって成形体の強度を低下させたり、あるいは多孔
質になるほど機械的物性に悪影響を及ぼすことがある。
したがって、成形に際しての歪速度は10-1sec-1以下、
好ましくは10-3sec-1以下で実施することが好ましい。
The silicon nitride-silicon carbide composite sintered body manufactured as described above is formed into a predetermined shape by applying a stress in a temperature range showing superplasticity. This temperature range is usually 1400-1700
° C, preferably 1450-1650 ° C. In a temperature range higher than this, thermal deterioration of the silicon nitride-silicon carbide composite sintered body occurs, and the physical properties of the obtained molded body deteriorate. Further, in the temperature range below this, the molding speed becomes slow, which is not economically preferable. The strain rate is optimized by the molding temperature.However, if molding is performed at an excessively high rate, cavities due to grain boundary sliding are generated in the material, and these are connected to form a large defect, resulting in a large defect. The strength may be reduced or the mechanical properties may be adversely affected as the material becomes more porous.
Therefore, the strain rate during molding is 10 -1 sec -1 or less,
It is preferable to carry out at 10 −3 sec −1 or less.

形成時の雰囲気は大気中あるいは非酸化雰囲気のいず
れでもよいが、好ましくは非酸化雰囲気で実施するのが
好ましい。これは使用する窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体が酸化によって変質を受けないようにするためで
あり、短時間で成形を終了する場合には酸化雰囲気でも
かまわないが、長時間になる場合には非酸化雰囲気で行
うのがよい。
The atmosphere at the time of formation may be either air or non-oxidizing atmosphere, but it is preferable to carry out in a non-oxidizing atmosphere. This is to prevent the silicon nitride-silicon carbide composite sintered body from being deteriorated by oxidation due to oxidation.When molding is completed in a short time, an oxidizing atmosphere may be used. Is preferably performed in a non-oxidizing atmosphere.

また、この成形に使用される治具は、セラミックス
製、黒鉛製、超耐熱合金製であり、成形時の雰囲気と成
形温度に応じて選択される。
The jig used for this molding is made of ceramics, graphite, or a super heat-resistant alloy, and is selected according to the atmosphere during molding and the molding temperature.

このような超塑性温度域で成形することにより、例え
ば、圧縮によって薄板を成形したり、薄板を曲げ成形し
たり、あるいは所定の形状に加工された精密な型中で精
密成形を行うことができる。また、この成形法により特
に精度が要求される特定の部分だけを加工し、製造効率
やコストの向上を計ることができる。このように、本発
明によれば単純形状の焼結体から複雑形状をもつ焼結体
へと誘導できる。
By molding in such a superplastic temperature range, for example, a thin plate can be formed by compression, a thin plate can be bent, or precision molding can be performed in a precision mold processed into a predetermined shape. . In addition, this molding method can process only a specific portion that requires particularly high accuracy, and can improve manufacturing efficiency and cost. As described above, according to the present invention, it is possible to guide from a sintered body having a simple shape to a sintered body having a complicated shape.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

このように液相焼結によって製造される平均粒径2μ
m以下の微細組織からなる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体を、超塑性温度域において応力作用下で変形させ
成形することにより、従来のような複雑な成形や加工工
程を経ることなく所定の形状に精密成形を行うことがで
きる。
The average particle size of 2μ thus produced by liquid phase sintering
m, a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body having a microstructure of not more than m is deformed under the action of stress in a superplastic temperature range and molded, thereby performing a predetermined molding without complicated molding and processing steps as in the prior art. Precision molding can be performed on the shape.

また、超塑性変形による本発明により単純形状の窒化
ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体から複雑な形状を付与す
ることができる。さらに本発明は同一形状の成形におい
ては使用する型を多く用いることによってセラミックス
部材の量産化を達成することも可能である。
Further, according to the present invention by superplastic deformation, a complicated shape can be provided from a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body having a simple shape. Further, in the present invention, it is possible to achieve mass production of ceramic members by using many molds to be used in molding of the same shape.

したがって、本発明によって寸法精度の要求されるガ
スタービンやエンジン等の高温高強度部材や断熱部材、
あるいは耐摩耗材や切削工具を効率よく製造することが
可能にである。
Therefore, high-temperature high-strength members and heat insulating members such as gas turbines and engines required for dimensional accuracy by the present invention,
Alternatively, it is possible to efficiently produce wear-resistant materials and cutting tools.

次に本発明の実施例を比較例と共に示す。以下に示す
実施例は本発明の一例を示すものであって本発明の要旨
を超えない限り、これに限定されるものでない。
Next, examples of the present invention are shown together with comparative examples. The embodiments described below are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto without departing from the gist of the present invention.

実施例 1、2 炭素を9.6重量%含量するケイ素、炭素、窒素および
酸素からなる平均粒径が1μm以下の非晶質粉末に、Y2
O3、6wt%、Al2O3 2wt%を加えエタノール中で湿式混合
を行い乾燥した後、直径50mmの黒鉛ダイスに充填し、窒
素ガス中350Kg/cm3の圧力で1700℃、1hrのホットプレス
焼結を行った。得られた焼結体は密度が3.28g/cm3であ
り、窒素ケイ素のβ化率は96%で、平均粒径1μm以下
の主として等軸状粒子からなる窒化ケイ素−炭化ケイ素
複合焼結体であった。
Examples 1 and 2 An amorphous powder composed of silicon, carbon, nitrogen and oxygen containing 9.6% by weight of carbon and having an average particle size of 1 μm or less was mixed with Y 2
After adding O 3 , 6 wt% and Al 2 O 3 2 wt%, wet-mixing in ethanol and drying, filling in a graphite die with a diameter of 50 mm, hot pressing at 1700 ° C. for 1 hr at 350 kg / cm 3 in nitrogen gas Press sintering was performed. The obtained sintered body has a density of 3.28 g / cm 3 , a β conversion rate of nitrogen silicon of 96%, and a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body mainly composed of equiaxed particles having an average particle diameter of 1 μm or less. Met.

この焼結体より、直径3mm、長さ10mmの円柱部を有す
る供試体を作成し、窒素雰囲気中1650℃に設定された高
温炉中において、歪速度8×10-5sec-1および4×10-5s
ec-1で引張り変形させた。変形抵抗は20〜50MPaであ
り、変形後の公称歪はいずれも110%であった。また、
変形に伴うくびれは認められず、均一な伸びが観察され
た。
From this sintered body, a specimen having a cylindrical portion having a diameter of 3 mm and a length of 10 mm was prepared, and in a high-temperature furnace set at 1650 ° C. in a nitrogen atmosphere, a strain rate of 8 × 10 -5 sec -1 and 4 × 10 -5 s
Tensile deformation was performed at ec -1 . The deformation resistance was 20 to 50 MPa, and the nominal strain after deformation was 110% in each case. Also,
No constriction due to deformation was observed, and uniform elongation was observed.

実施例 3 実施例1,2と同一の焼結体(5×5×3mm)をアルゴン
中、1650℃において、黒鉛板を介して設置した。これを
8×10-5sec-1で圧縮変形させ、厚さ2mmの薄板を得た。
この薄板には亀裂や変質は認められなかった。
Example 3 The same sintered body (5 × 5 × 3 mm) as in Examples 1 and 2 was set in argon at 1650 ° C. via a graphite plate. This was compression-deformed at 8 × 10 −5 sec −1 to obtain a thin plate having a thickness of 2 mm.
No cracks or alteration were found in this sheet.

実施例 4〜6 炭素含有量6.2重量%のケイ素、炭素、窒素および酸
素からなる1μm以下の非晶質粉末に、Y2O3 6wt%、Al
2O3 2wt%を加えエタノール中で湿式混合を行い乾燥し
た後、直径50mmの黒鉛ダイスに充填し、窒素ガス中350K
g/cm3の圧力で1650℃、1hrのホットプレス焼結を行っ
た。
Examples 4 to 6 An amorphous powder having a carbon content of 6.2% by weight consisting of silicon, carbon, nitrogen and oxygen having a particle size of 1 μm or less was mixed with 6% by weight of Y 2 O 3 and Al.
2 O 3 2wt% was added, wet-mixed in ethanol and dried, then filled into a 50mm diameter graphite die, 350K in nitrogen gas
Hot press sintering was performed at 1650 ° C. for 1 hour under a pressure of g / cm 3 .

得られた焼結体は密度が3.29g/cm3であり、窒素ケイ
素のβ化率は73%で、平均粒径1μm以下の主として等
軸状粒子からなる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体で
あった。
The obtained sintered body has a density of 3.29 g / cm 3 , a β conversion ratio of nitrogen silicon of 73%, and a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body mainly composed of equiaxed particles having an average particle diameter of 1 μm or less. Met.

この焼結体から実施例1、2と同様の供試体を作成
し、1600℃において歪速度8×10-5sec-1、4×10-5sec
-1および2×10-5sec-1の条件で引張試験を実施した結
果、変形後の公称歪はそれぞれ56%、105%および210%
であった。
Specimens similar to those of Examples 1 and 2 were prepared from this sintered body, and the strain rate was 8 × 10 −5 sec −1 and 4 × 10 −5 sec at 1600 ° C.
As a result of conducting a tensile test under the conditions of -1 and 2 × 10 -5 sec -1 , the nominal strains after deformation were 56%, 105% and 210%, respectively.
Met.

実施例 7〜9 実施例4〜6と同一の原料粉末からホットプレス焼結
によって表1に示す平均粒径2μm以下の主として等軸
状からなる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体を得た。
Examples 7 to 9 From the same raw material powders as in Examples 4 to 6, a predominantly equiaxed silicon nitride-silicon carbide composite sintered body having an average particle size of 2 µm or less shown in Table 1 was obtained by hot press sintering.

この焼結体から実施例1、2と同様の供試体を作成
し、歪速度8×10-5sec-1で種々の温度条件で引張り試
験を行い、表−1の結果を得た。
Specimens similar to those of Examples 1 and 2 were prepared from this sintered body, and subjected to tensile tests under various temperature conditions at a strain rate of 8 × 10 −5 sec −1 , and the results shown in Table 1 were obtained.

比較例 1 市販の柱状粒子が絡み合った窒化ケイ素焼結体を、実
施例4と同様に歪速度8×10-5sec-1、変形温度1600℃
で引張り試験を行ったところ5%の歪で破断した。
Comparative Example 1 A commercially available silicon nitride sintered body in which columnar particles were entangled was subjected to a strain rate of 8 × 10 −5 sec −1 and a deformation temperature of 1600 ° C. in the same manner as in Example 4.
When a tensile test was performed, the sample was broken at a strain of 5%.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川上 殷正 新潟県新潟市太夫浜字新割182番地 三 菱瓦斯化学株式会社新潟研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−278169(JP,A) 特開 昭62−52191(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/56 - 35/58 C04B 41/80 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Yinmasa Kawakami Niigata City Niigata City Niigata 182 Shinwari Sanritsu Gas Chemical Co., Ltd. Niigata Research Laboratories (56) References JP-A-62-278169 (JP, A JP, A 62-52191 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C04B 35/56-35/58 C04B 41/80

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】液相焼結によって製造される平均粒径2μ
m以下の微細組織からなる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体であって、炭化ケイ素が主としてβ相からなりそ
の含有量は10〜50体積%であり、窒化ケイ素は少なくと
もβ相を40%以上含有し、焼結体を構成する粒子の平均
粒径が2μm以下の主として等軸状粒子からなる窒化ケ
イ素−炭化ケイ素複合焼結体を、超塑性温度域1400〜17
00℃において引張り応力あるいは圧縮応力の作用下10-1
sec-1以下の歪速度で変形させ成形することを特徴とす
る複合セラミックスの成形法。
1. An average particle size of 2 μm produced by liquid phase sintering.
m, a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body having a microstructure of not more than m, wherein silicon carbide is mainly composed of a β phase and the content thereof is 10 to 50% by volume. Containing, the average particle diameter of the particles constituting the sintered body is 2μm or less mainly silicon nitride-silicon carbide composite sintered body consisting of equiaxed particles, superplastic temperature range 1400 ~ 17
10 -1 under the action of tensile or compressive stress at 00 ° C
A forming method of a composite ceramics, characterized by forming by deforming at a strain rate of sec -1 or less.
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