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JP3251937B2 - Manufacturing method of sintered ceramic compact - Google Patents

Manufacturing method of sintered ceramic compact

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Publication number
JP3251937B2
JP3251937B2 JP20593290A JP20593290A JP3251937B2 JP 3251937 B2 JP3251937 B2 JP 3251937B2 JP 20593290 A JP20593290 A JP 20593290A JP 20593290 A JP20593290 A JP 20593290A JP 3251937 B2 JP3251937 B2 JP 3251937B2
Authority
JP
Japan
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ceramic
powder
mixture
ceramic precursor
precursor
Prior art date
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JP20593290A
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Japanese (ja)
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Inventor
アレキサンダー・ルカクス・ザ・サード
Original Assignee
ランクサイド・テクノロジー・カンパニー・エルピー
ランクサイド株式会社
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Publication date
Application filed by ランクサイド・テクノロジー・カンパニー・エルピー, ランクサイド株式会社 filed Critical ランクサイド・テクノロジー・カンパニー・エルピー
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミックの成形方法に関する。The present invention relates to a method for forming a ceramic.

セラミック材料は例えばエンジン部品、ガスタービン
のような、多くの高温、高性能用途に非常に重要であ
る。これらの用途は例えば高い比強度、高温での機械的
性質の保持、低い伝熱性と導電性、硬度と耐摩耗性、及
び化学的不活性のような性質の特有の組合せを必要とす
る。しかし、経済的な製造方法を用いて、高い寸法精度
と充分な強度を有する複雑な形状を製造できないこと
が、セラミック材料がこれらの用途にそれらの可能性を
果たすことを妨げていた。
Ceramic materials are very important for many high temperature, high performance applications such as, for example, engine components and gas turbines. These applications require a specific combination of properties such as, for example, high specific strength, retention of mechanical properties at elevated temperatures, low heat and electrical conductivity, hardness and wear resistance, and chemical inertness. However, the inability to produce complex shapes with high dimensional accuracy and sufficient strength using economical manufacturing methods has prevented ceramic materials from fulfilling their potential for these applications.

セラミック体を成形しようと試みて、幾つかのプロセ
スが用いられている。このようなプロセスには、セラミ
ック粉末の未加工体(green body)への圧縮成形、これ
に続く焼結または熱間圧縮、次の焼結体の成形または機
械加工による完成品の製造がある。他の方法はスリップ
注入成形(slip casting)であり、セラミック粒子を水
中に分散させ、スラリーを型に入れ、水を除去して、未
加工体すなわち未焼成体を形成する。圧縮成形方法は特
定の設計仕様を満たさなければならない、複雑な形状の
セラミック製品の形成には不適切であると判明してい
る。スリップ注入成形法は時間を要し、充分な強度の未
加工体を形成していない。先行技術に関連した問題を考
慮して、セラミック製品の成形には射出成形法の使用が
増加している。射出成形法は成形可能な組成物を型また
はダイに押し入れるプロセスである。射出成形法は精密
な寸法許容差を有する複数の成形体の迅速な反復成形を
容易にする。射出成形法は完成品の製造に必要な成形量
または機械加工量を最小にする。
Several processes have been used to attempt to form ceramic bodies. Such processes include compression molding of a ceramic powder into a green body, followed by sintering or hot pressing, and subsequent molding or machining of the sintered body to produce a finished product. Another method is slip casting, in which the ceramic particles are dispersed in water, the slurry is placed in a mold, and the water is removed to form a green or green body. Compression molding methods have proven inadequate for forming ceramic articles of complex shapes, which must meet certain design specifications. The slip casting process is time consuming and does not form a green body of sufficient strength. In view of the problems associated with the prior art, the use of injection molding methods for molding ceramic articles is increasing. Injection molding is a process of pressing a moldable composition into a mold or die. Injection molding facilitates rapid, repetitive molding of multiple compacts having precise dimensional tolerances. Injection molding minimizes the amount of molding or machining required to produce the finished product.

米国特許第4,906,424号は、結合剤とセラミックの加
熱されない液状混合物を加熱した型に注入して、そこで
反応させる反応射出成形法を、高温の成形組成物を低温
の型に注入し、そこで組成物を冷却、凝固させる慣習的
な射出成形法に比べた利点を述べている。米国特許第4,
904,424号に述べられた反応射出成形法はセラミックの
慣習的な射出成形に比べた改良であるが、この方法は型
から硬化成形体を取出した後の結合剤の除去工程をまだ
必要とする。
U.S. Pat.No. 4,906,424 discloses a reaction injection molding process in which an unheated liquid mixture of a binder and ceramic is injected into a heated mold and reacted there. The advantages over the conventional injection molding method of cooling and solidifying are described. U.S. Patent 4,
Although the reaction injection molding method described in 904,424 is an improvement over conventional injection molding of ceramics, this method still requires a binder removal step after removal of the cured molding from the mold.

焼成工程に結合剤を除去する必要性を除いた反応射出
成形法が、依然として必要とされている。このような方
法は残留炭素と不純物が生成した焼結セラミック成形体
の高温強度に対する不利な影響を避ける。
There remains a need for a reaction injection molding process that eliminates the need to remove the binder in the firing step. Such a method avoids the adverse effect on the high-temperature strength of the sintered ceramic compact in which residual carbon and impurities have been formed.

本発明によると、液状結合剤とセラミック及び/また
は金属粉末の混合物を加熱した型に注入し、混合物を硬
化して、成形体を製造し、次に成形体を望ましい密度に
まで焼結することによる焼結セラミック成形体の製造法
において、 (a) 硬化温度より低温では液体である硬化可能なセ
ラミック先駆体を結合剤として用いること; (b) セラミック先駆体を硬化させること;及び (c) 焼結前に強化成形体を、適当な雰囲気下で硬化
セラミック先駆体をセラミックに転化させるために充分
な温度に加熱すること を特徴とする方法を提供する。
According to the present invention, a mixture of a liquid binder and ceramic and / or metal powder is poured into a heated mold, the mixture is cured, a compact is produced, and then the compact is sintered to a desired density. (A) using a curable ceramic precursor that is liquid below the curing temperature as a binder; (b) curing the ceramic precursor; and (c) Prior to sintering, the method comprises heating the reinforced compact to a temperature sufficient to convert the cured ceramic precursor to ceramic under a suitable atmosphere.

本発明による方法は、セラミックと金属粉末を反応射
出成形して強靭で強固な未加工体を形成し、次にこれを
焼成して、時間を要しエネルギーを大きく消耗する結合
剤除去工程なしに焼結品を得る方法を提供する。
The method according to the present invention involves the reaction injection molding of ceramic and metal powders to form a tough and strong green body, which is then fired without the time consuming and energy consuming binder removal step. A method for obtaining a sintered product is provided.

本発明の方法には、如何なるセラミック粉末も用いる
ことができる。窒化ケイ素、炭化ケイ素及びアルミナが
好ましい。適当な金属粉末には例えばケイ素、アルミニ
ウム、遷移金属がある。セラミック及び/または金属粉
末は混合物の少なくとも40容量%、特に少なくとも50%
を成すことが好ましい。容量%は充てん剤の密度に応じ
て変化する。金属とセラミックの物理的状態はこの明細
書を通して「粉末」として表されるが、セラミックまた
は金属が例えば繊維、ホイスカーまたは小片のような種
々な他の形状でも存在しうることを理解すべきである。
Any ceramic powder can be used in the method of the present invention. Silicon nitride, silicon carbide and alumina are preferred. Suitable metal powders include, for example, silicon, aluminum, transition metals. The ceramic and / or metal powder is at least 40% by volume of the mixture, especially at least 50%
It is preferred that The volume percentage varies depending on the density of the filler. Although the physical state of the metal and ceramic is referred to throughout this specification as "powder", it should be understood that the ceramic or metal can also exist in various other forms, such as, for example, fibers, whiskers or small pieces. .

本発明の方法に用いるセラミック先駆体はその硬化温
度未満の温度では液体であり、多量のセラミック及び/
または金属粉末を分散させうるが、セラミック粉末とセ
ラミック先駆体の混合物が流動性であるほど低い粘度を
まだ有する。粉末と先駆体の混合物が膨張性でない、す
なわち材料にせん断力を加えた時に粘度が増加しないほ
ど、先駆体の分子量が低いことが好ましい。
The ceramic precursor used in the method of the present invention is liquid at temperatures below its curing temperature, and has a large amount of ceramic and / or
Alternatively, the metal powder can be dispersed, but the mixture of the ceramic powder and the ceramic precursor still has such a low viscosity that it is fluid. It is preferred that the precursor have a low molecular weight so that the mixture of the powder and the precursor is not swellable, ie, does not increase in viscosity when shearing the material.

セラミック先駆体はモノマーまたはポリマーであり、
例えばポリシラザン、ポリ尿素シラザン、ポリチオ尿素
シラザン、ポリカルボシラザン、ポリシロキサンであ
る。これらの先駆体はアルケニル、アルキニル、エポキ
シ、アクリレートまたはメタクリレート置換基を含み、
フリーラジカルまたはイオン機構による硬化を容易にす
ることが好ましい。セラミック先駆体の特別な例には、
ポリ(アクリルオキシプロピルメチル)シロキサン、グ
リシドオキシプロピルメチルジメチルシロキサンコポリ
マー、ポリビニルメチルシロキサン、ポリ(メチルビニ
ル)シラザン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリビニル
トリシラザン、1,3,5,7−テトラビニルテトラ−1,3,5,7
−テトラビニルテトラシラザン、1,3,5,7−テトラビニ
ルテトラメチルシクロテトラシロキサン、トリス(ビニ
ルジメチルシロキシ)メチルシラン、トリビニルメチル
シランがある。
Ceramic precursors are monomers or polymers,
For example, polysilazane, polyurea silazane, polythiourea silazane, polycarbosilazane, polysiloxane. These precursors contain alkenyl, alkynyl, epoxy, acrylate or methacrylate substituents,
It is preferred to facilitate curing by free radical or ionic mechanisms. Special examples of ceramic precursors include:
Poly (acryloxypropylmethyl) siloxane, glycidoxypropylmethyldimethylsiloxane copolymer, polyvinylmethylsiloxane, poly (methylvinyl) silazane, 1,3,5-trimethyl-1,3,5-trivinyltrisilazane, 3,5,7-tetravinyltetra-1,3,5,7
-Tetravinyltetrasilazane, 1,3,5,7-tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxane, tris (vinyldimethylsiloxy) methylsilane and trivinylmethylsilane.

セラミック先駆体とセラミック及び/または金属粉末
は微粉砕(milling)によって混合することができるか
または微粉砕せずに混合することもできる。例えば分散
剤、レオロジー調節剤、焼結助剤、滑沢剤のような加工
助剤を混合物に加えることもできる。
The ceramic precursor and the ceramic and / or metal powder can be mixed by milling or can be mixed without milling. Processing aids such as, for example, dispersants, rheology modifiers, sintering aids, lubricants can also be added to the mixture.

セラミック先駆体は、例えば加熱によって、または紫
外線、電子ビーム線またはガンマー線の照射による、技
術上周知の方法によって型の中で硬化される。硬化に要
する時間は一般に5分間未満であり、1分間未満でもよ
い場合もある。硬化に要する時間と方法は用いる先駆体
の種類に依存するが、当業者によって容易に定められ
る。加熱によって硬化を実施する場合には、セラミック
先駆体とセラミック及び/または金属粉末の混合物に、
使用する先駆体の種類に応じて、フリーラジカル発生
源、硬化剤または触媒を含めることもできる。ポリシラ
ザンセラミック先駆体の硬化によって形成される未加工
体は普通でない強固性と強靭性を有する、すなわちこの
未加工体はコンクリート床に対して投げつけても目視で
きる損傷は生じない。この未加工体の曲げ強さは細いバ
ー・サンプルに対する四点曲げ法によって測定して、一
般に1.0MPaより大きい。
The ceramic precursor is cured in the mold by methods well known in the art, for example, by heating or by irradiation with ultraviolet, electron beam or gamma radiation. The time required for curing is generally less than 5 minutes, and in some cases less than 1 minute. The time and method required for curing depends on the type of precursor used, but is readily determined by one skilled in the art. When curing by heating, the mixture of ceramic precursor and ceramic and / or metal powders,
Depending on the type of precursor used, a free radical generator, a curing agent or a catalyst can also be included. The green body formed by curing the polysilazane ceramic precursor has unusual toughness and toughness, i.e., the green body does not cause visible damage when thrown against a concrete floor. The flexural strength of the green body is generally greater than 1.0 MPa as measured by the four-point bending method on thin bar samples.

セラミック先駆体を硬化した後に、成形体を型から取
り出し、適当な雰囲気下で加熱して、セラミック先駆体
をセラミックに転化させ、次に適当な雰囲気下で成形体
を緻密化させるために充分な温度に加熱する。この緻密
化成形体は焼成後もそれらの正味の形状を保持する。緻
密化なる用語は固相焼結、液相焼結、反応結合を含む意
味である。これらの各工程に選択した雰囲気は同じまた
は異なる雰囲気であり、最終生成物中の好ましいセラミ
ックの種類に依存する。例えば、窒化ケイ素生成物が望
ましい場合には、セラミック収量を最大にするために、
ポリシラザンをアンモニア雰囲気下で熱分解し、アンモ
ニアよりも安価で、使用の危険性が低い窒素雰囲気下で
焼結する。この代りに、炭化ケイ素生成物はポリシラザ
ンセラミック先駆体を使用し、両工程に対してアルゴン
雰囲気下で処理することによって得られる。他の例とし
て、二酸化ケイ素生成物はポリシラザンセラミック先駆
体を使用し、両工程において空気または酸素の雰囲気下
で処理することによって得られる。
After the ceramic precursor is cured, the compact is removed from the mold and heated in a suitable atmosphere to convert the ceramic precursor to ceramic, and then sufficient to densify the compact in a suitable atmosphere. Heat to temperature. The densified compacts retain their net shape after firing. The term densified is meant to include solid phase sintering, liquid phase sintering, and reaction bonding. The atmosphere selected for each of these steps is the same or a different atmosphere, depending on the type of ceramic preferred in the final product. For example, if a silicon nitride product is desired, to maximize ceramic yield,
Polysilazane is thermally decomposed in an ammonia atmosphere, and is sintered under a nitrogen atmosphere, which is less expensive than ammonia and has a low risk of use. Alternatively, the silicon carbide product is obtained by using a polysilazane ceramic precursor and treating both steps under an argon atmosphere. As another example, the silicon dioxide product is obtained by using a polysilazane ceramic precursor and treating in both steps under an atmosphere of air or oxygen.

窒化ケイ素生成物はケイ素金属とポリシラザンセラミ
ック先駆体との混合物から、アンモニア中でポリシラザ
ンを熱分解し、次に水素、ヘリウム及び窒素の混合物か
ら成る雰囲気下でケイ素金属を窒化し、成形体を緻密化
させることによっても得られる。
The silicon nitride product is obtained by thermally decomposing polysilazane in ammonia from a mixture of silicon metal and a polysilazane ceramic precursor and then nitriding the silicon metal in an atmosphere consisting of a mixture of hydrogen, helium and nitrogen, and compacting the compact. It can also be obtained by

例 1 ポリ(メチルビニル)シラザンは次のように製造す
る。
Example 1 Poly (methylvinyl) silazane is prepared as follows.

5−三つ口フラスコにオーバーヘッドメカニカルス
ターラー(overhead mechanical stirrer)、ドライア
イス/アセトン冷却器(−78℃)、アンモニア/窒素供
給管及び温度計を装備する。この装置に窒素をスパージ
し、ヘキサン(1760ml,4Aモレキュラーシーブ上で乾燥
したもの)、メチルジクロロシラン(209ml,230.9g,2.0
モル)及びビニルメチルジクロロシラン(64ml,69.6g,
0.5モル)を装入する。アンモニアを3.5/分(9.37モ
ル)の速度で1時間にわたって加える。添加中に、反応
速度は25℃から69℃に上昇する。1時間後に、アンモニ
ア流を停止し、反応混合物を室温に冷却する。反応混合
物をガラス過器で過して、沈殿した塩化アンモニウ
ムを過する。ヘキサンを減圧(28mmHg,60℃)下で
液から除去すると、透明な油状物(150.76g,2.34モル,9
4%収量)として(CH3SiHNH)0.8(CH3SiCH=CH2NH)
0.2が得られる。油状物は25℃において43cpsの粘度と56
0g/モルの分子量を有する。
A 5-neck flask is equipped with an overhead mechanical stirrer, a dry ice / acetone cooler (-78 ° C), an ammonia / nitrogen supply tube and a thermometer. This apparatus was sparged with nitrogen, and hexane (1760 ml, dried on a 4A molecular sieve) and methyldichlorosilane (209 ml, 230.9 g, 2.0
Mol) and vinylmethyldichlorosilane (64 ml, 69.6 g,
0.5 mol). Ammonia is added at a rate of 3.5 / min (9.37 mol) over 1 hour. During the addition, the reaction rate increases from 25 ° C to 69 ° C. After 1 hour, the ammonia flow is stopped and the reaction mixture is cooled to room temperature. The reaction mixture is passed through a glass filter to remove the precipitated ammonium chloride. The hexane was removed from the liquid under reduced pressure (28 mmHg, 60 ° C.) to give a clear oil (150.76 g, 2.34 mol, 9
(CH 3 SiHNH) 0.8 (CH 3 SiCH = CH 2 NH)
0.2 is obtained. The oil had a viscosity of 43 cps at 25 ° C and 56
It has a molecular weight of 0 g / mol.

ケイ素粉末80g、ポリ(メチルビニル)シラザン25g、
ジクミルペルオキシド0.15g及び1,1,1−トリクロロエタ
ン100mlの混合物をジャケット付き樹脂反応器内で撹拌
ブレードによって混合する。溶剤を減圧下でスチームの
熱によってストリップする。このブレンドを射出ラム上
に800psi(56kg/cm2)の圧力を用いて、スチールダイ中
に射出成形する。次に、充てんしたダイを150℃に加熱
して、ポリシラザンを硬化させる。ダイから取出した後
に、成形部品をコンクリート床に力強く投げつけても、
目視できる損傷は生じない。部品を混合窒素−水素雰囲
気下で55℃/時で1000℃まで、100℃/時で1350℃まで
加熱して、ポリ(メチルビニル)シラザンを窒化ケイ素
に転化させ、成形体を緻密化させる。緻密化後に成形体
の正味形状は保有される。
80 g of silicon powder, 25 g of poly (methylvinyl) silazane,
A mixture of 0.15 g of dicumyl peroxide and 100 ml of 1,1,1-trichloroethane is mixed in a jacketed resin reactor by means of a stirring blade. The solvent is stripped under reduced pressure by the heat of steam. The blend is injection molded into a steel die using 800 psi (56 kg / cm 2 ) pressure on an injection ram. Next, the filled die is heated to 150 ° C. to cure the polysilazane. After removing from the die, even if the molded part is strongly thrown on the concrete floor,
No visible damage occurs. The part is heated in a mixed nitrogen-hydrogen atmosphere at 55 ° C./hour to 1000 ° C. and at 100 ° C./hour to 1350 ° C. to convert the poly (methylvinyl) silazane to silicon nitride and densify the compact. After densification, the net shape of the compact is retained.

例 2 窒化ケイ素粉末454g、アルミナ粉末23g、イットリア
粉末23g、例1で述べたように製造したポリ(メチルビ
ニル)シラザン5g及び1,1,1−トリクロロエタンの混合
物を窒化ケイ素粉砕媒体を用いる振動ミル中で粉砕す
る。混合物から溶剤をストリップする。混合物の一部
(380g)にポリ(メチルビニル)シラザン145g、ジクミ
ルペルオキシド1g、グリセロールモノオレート1.0g、及
び1,1,1−トリクロロエタン250mlをブレンドする。溶剤
をストリップし、ブレンドをダイ温度150℃、ラム上に6
00psi(42kg/cm2)を用いて射出成形する。成形部品を
窒素雰囲気下で55℃/時で1000℃まで、次に、100℃/
時で1600℃まで加熱して、ポリ(メチルビニル)シラザ
ンを窒化ケイ素に転化し、成形体を緻密化させる。成形
体の正味形状は緻密化後も保有される。
Example 2 Vibration mill using 454 g of silicon nitride powder, 23 g of alumina powder, 23 g of yttria powder, 5 g of poly (methylvinyl) silazane prepared as described in Example 1 and 1,1,1-trichloroethane using a silicon nitride grinding medium. Crush in. Strip the solvent from the mixture. A portion (380 g) of the mixture is blended with 145 g of poly (methylvinyl) silazane, 1 g of dicumyl peroxide, 1.0 g of glycerol monooleate and 250 ml of 1,1,1-trichloroethane. Strip solvent and blend at 6 ° C on die with 150 ° C die temperature.
Injection molding using 00 psi (42 kg / cm 2 ). The molded part is heated up to 1000 ° C at 55 ° C / hour in a nitrogen atmosphere, then to 100 ° C / hour.
In some cases, heating to 1600 ° C. converts poly (methylvinyl) silazane to silicon nitride and densifies the compact. The net shape of the compact remains after densification.

例 3 ケイ素粉末52gを窒化ケイ素30gと混合する。この混合
物の一部78gに例1に述べたように製造したポリ(メチ
ルビニル)シラザン30g、ジクミルペルオキシド0.2g、
及び1,1,1−トリクロロエタン100mlをブレンドする。溶
剤をストリップした後に、ブレンドを射出成形し、ラム
上に800psi(56kg/cm2)の圧力及びダイ温度150℃を用
いて硬化する。強靭で強固な未加工体が得られる。この
成形部品を窒素雰囲気下で、ポリ(メチルビニル)シラ
ザンを窒化ケイ素含有セラミックに転化させるために充
分な、1000℃より高い温度に加熱し、成形体を緻密化さ
せる。緻密化後に成形体の正味形状は保有される。
Example 3 52 g of silicon powder are mixed with 30 g of silicon nitride. To a portion of 78 g of this mixture, 30 g of poly (methylvinyl) silazane prepared as described in Example 1, 0.2 g of dicumyl peroxide,
And 100 ml of 1,1,1-trichloroethane. After stripping the solvent, the blend is injection molded and cured using 800 psi (56 kg / cm 2 ) pressure on a ram and a die temperature of 150 ° C. A tough and strong green body is obtained. The molded part is heated under a nitrogen atmosphere to a temperature above 1000 ° C., sufficient to convert the poly (methylvinyl) silazane to a silicon nitride-containing ceramic, thereby densifying the molded body. After densification, the net shape of the compact is retained.

例 4 炭化ケイ素粉末50g、例1に述べたように製造したポ
リ(メチルビニル)シラザン50g、ジクミルペルオキシ
ド0.4g、及び1,1,1−トリクロロエタン100mlの混合物を
ジャケット付き樹脂反応器内で反応する。溶媒をストリ
ップし、混合物を射出成形し、次に150℃において硬化
する。成形部品をアルゴン雰囲気下で1600℃に加熱し
て、ポリ(メチルビニル)シラザンを炭化ケイ素に転化
させる。成形体の正味形状は保有される。
Example 4 A mixture of 50 g of silicon carbide powder, 50 g of poly (methylvinyl) silazane prepared as described in Example 1, 0.4 g of dicumyl peroxide and 100 ml of 1,1,1-trichloroethane is reacted in a jacketed resin reactor. I do. The solvent is stripped, the mixture is injection molded and then cured at 150 ° C. The molded part is heated to 1600 ° C. under an argon atmosphere to convert the poly (methyl vinyl) silazane to silicon carbide. The net shape of the compact is retained.

例 5 炭化ケイ素ホイスカー4.5gに例1に述べたように製造
したポリ(メチルビニル)シラザン6.7g、ジクミルペル
オキシド0.05gと共に混合する。混合物を射出成形し、1
50℃において硬化する。成形部品をアルゴン雰囲気下で
1600℃に加熱して、ポリ(メチルビニル)シラザンを炭
化ケイ素に転化させる。成形体の正味形状は保有され
る。
Example 5 4.5 g of silicon carbide whiskers are mixed with 6.7 g of poly (methylvinyl) silazane prepared as described in Example 1 and 0.05 g of dicumyl peroxide. Injection molding the mixture, 1
Cures at 50 ° C. Molded parts under argon atmosphere
Heat to 1600 ° C. to convert poly (methylvinyl) silazane to silicon carbide. The net shape of the compact is retained.

例 6 ジャーに撹拌バーを装備し、窒化ケイ素粉末1.5g、1,
3,5,7−テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキ
サン5.0g及びジクミルペルオキシド0.01gを装入する。
完全に混合した後に、反応混合物を射出成形し、次に15
分間にわたって170℃に加熱する。170℃において、流体
混合物は硬化して、固体成形体になる。これは室温に冷
却した後に取扱いやすい。この成形部品をシクロシロキ
サンをセラミックに転化させるために、充分な1000℃よ
り高い温度に加熱した成形体を緻密化させる。
Example 6 A jar was equipped with a stirring bar, and 1.5 g of silicon nitride powder, 1,
5.0 g of 3,5,7-tetramethyltetravinylcyclotetrasiloxane and 0.01 g of dicumyl peroxide are charged.
After thorough mixing, the reaction mixture is injection molded and then 15
Heat to 170 ° C. for minutes. At 170 ° C., the fluid mixture cures to a solid compact. It is easy to handle after cooling to room temperature. The compact, heated to a temperature above 1000 ° C., is densified enough to convert the cyclosiloxane into a ceramic.

例 7 ポリ尿素シラザンを次のように製造する。Example 7 A polyureasilazane is prepared as follows.

100ml一口フラスコに撹拌バーと隔壁を装備し、窒素
をスパージする。次にフラスコに例1で述べたように調
製したポリ(メチルビニル)シラザンとフェニルイソシ
アネート0.1重量%を装入する。反応装置を撹拌装置/
ホットプレート上の油路に入れ、隔壁の代りに、隔壁を
頂部に有する水コンデンサーを用いる。窒素供給ニード
ルと油バブラー出口とを隔壁に挿入する。反応混合物を
110℃に20分間加熱する。1298cpsの粘度を有する黄色粘
稠な油状物が得られる。
A 100 ml one-necked flask is equipped with a stir bar and septum and sparged with nitrogen. The flask is then charged with poly (methylvinyl) silazane prepared as described in Example 1 and 0.1% by weight of phenylisocyanate. Stirring the reactor /
Place in the oil path on the hot plate and use a water condenser with a septum at the top instead of a septum. Insert the nitrogen supply needle and oil bubbler outlet into the septum. The reaction mixture
Heat to 110 ° C for 20 minutes. A yellow viscous oil having a viscosity of 1298 cps is obtained.

上記のように製造したポリ尿素シラザン5.0gをジクミ
ルペルオキシド0.05g、窒化ケイ素粉末15.0g及び塩化メ
チレン15.0mlと共に、均質な混合物が得られるまで撹拌
する。窒素下で溶剤をストリップする。生成した混合物
を射出成形し、150℃で硬化して、強固で硬質の未加工
体を得る。ポリ尿素シラザンをセラミックに転化させる
ために充分な、1000℃より高い温度に成形部分を加熱
し、成形体を緻密化させる。
5.0 g of the polyureasilazane prepared as described above is stirred with 0.05 g of dicumyl peroxide, 15.0 g of silicon nitride powder and 15.0 ml of methylene chloride until a homogeneous mixture is obtained. Strip the solvent under nitrogen. The resulting mixture is injection molded and cured at 150 ° C. to obtain a strong and hard green body. The molded part is heated to a temperature above 1000 ° C., sufficient to convert the polyurea silazane to ceramic, to densify the molded body.

例 8 ジャーに撹拌バーを装備し、窒化ケイ素粉末2.06g、
1,3,5−トリメチルトリビニルシクロトリシラザンと1,
3,5,7−テトラメチルテトラビニルシクロテトラシラザ
ンの混合物(70:30モル比、メチルビニルジクロロシラ
ンのアンモノリシスによって製造)4.01g及びジクミル
ペルオキシド0.01gを装入する。反応混合物を射出成形
し、次に30分間にわたって185℃に加熱する。185℃にお
いて、流体スラリーは固体成形体に硬化し、これは室温
に冷却した後に、取扱いやすくなる。シクロシラザンを
窒化ケイ素含有セラミックに転化させるために充分な、
1000℃より高い温度に、成形部品を窒素雰囲気下で加熱
し、成形体を緻密化させる。
Example 8 A jar equipped with a stir bar, 2.06 g of silicon nitride powder,
1,3,5-trimethyltrivinylcyclotrisilazane and 1,
4.01 g of a mixture of 3,5,7-tetramethyltetravinylcyclotetrasilazane (70:30 molar ratio, prepared by ammonolysis of methylvinyldichlorosilane) and 0.01 g of dicumyl peroxide are charged. The reaction mixture is injection molded and then heated to 185 ° C. for 30 minutes. At 185 ° C., the fluid slurry hardens into a solid compact, which after cooling to room temperature, becomes easier to handle. Sufficient to convert the cyclosilazane to a silicon nitride-containing ceramic,
The molded part is heated under a nitrogen atmosphere to a temperature higher than 1000 ° C. to densify the molded body.

例 9 アルミナ粉末50g、例1に述べたように調製したポリ
(メチルビニル)シラザン15.0g、ジクミルペルオキシ
ド0.2g及び1,1,1−トリクロロエタン75gを混合し、溶剤
をストリップする。生成した混合物を射出成形し、150
℃に加熱する。硬化した成形部品を空気中で60℃/時に
よって1600℃までに加熱し、ポリ(メチルビニル)シラ
ザンをシリカに転化させて、アルミナ/シリカ含有セラ
ミック材料を得る。
Example 9 50 g of alumina powder, 15.0 g of poly (methylvinyl) silazane prepared as described in Example 1, 0.2 g of dicumyl peroxide and 75 g of 1,1,1-trichloroethane are mixed and the solvent is stripped. The resulting mixture is injection molded and 150
Heat to ° C. The cured molded part is heated in air at 60 ° C./hour up to 1600 ° C. to convert the poly (methylvinyl) silazane to silica and obtain an alumina / silica containing ceramic material.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 594142403 1300 Marrows Road,Ne wark,Delaware 19714− 6077,United States o f America (72)発明者 アレキサンダー・ルカクス・ザ・サード アメリカ合衆国デラウェア州19810,ウ ィルミントン市 マークリン・コート 5 (56)参考文献 特開 昭61−203135(JP,A) 特開 平1−317169(JP,A) 特開 平3−52287(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/622 - 35/64 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (73) Patent holder 594142403 1300 Marrows Road, New work, Delaware 19714-6077, United States of America (72) Inventor Alexander Lukax the Third Wilmington, Delaware, USA City Marklin Court 5 (56) References JP-A-61-203135 (JP, A) JP-A-1-317169 (JP, A) JP-A-3-52287 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C04B 35/622-35/64

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】液体結合剤及びフリーラジカル発生源とセ
ラミック及び/または金属粉末との混合物を加熱した型
に注入して、混合物を硬化して、成形体を得、次に成形
体を望ましい密度になるまで焼結することによる焼結セ
ラミック成形体の製造方法において、 (a)結合剤としてその硬化温度未満では液体であるラ
ジカル硬化可能なセラミック先駆体を用いること; (b)セラミック先駆体を硬化すること;及び焼結前
に、 (c)硬化成形体を適当な雰囲気下で硬化セラミック先
駆体をセラミックに転化させるために充分な温度に加熱
すること を特徴とする方法。
1. A mixture of a liquid binder and a source of free radicals and a ceramic and / or metal powder is poured into a heated mold, the mixture is cured and a molded body is obtained, and the molded body is then cooled to a desired density. (A) using a radically curable ceramic precursor that is liquid below its curing temperature as a binder; and (b) using the ceramic precursor as a binder. Curing; and prior to sintering, (c) heating the cured compact in a suitable atmosphere to a temperature sufficient to convert the cured ceramic precursor to ceramic.
【請求項2】粉末が少なくとも40容量%の量で存在する
ことをさらに特徴とする請求項1記載の方法。
2. The method of claim 1 wherein the powder is present in an amount of at least 40% by volume.
【請求項3】セラミック先駆体を加熱によって硬化する
ことをさらに特徴とする請求項1または2に記載の方
法。
3. The method according to claim 1, further comprising curing the ceramic precursor by heating.
【請求項4】セラミック粉末が窒化ケイ素であることを
さらに特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方
法。
4. The method according to claim 1, wherein the ceramic powder is silicon nitride.
【請求項5】粉末がケイ素金属と窒化ケイ素であること
をさらに特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方
法。
5. The method according to claim 1, wherein the powder is silicon metal and silicon nitride.
【請求項6】セラミック粉末が炭化ケイ素であることを
さらに特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方
法。
6. The method according to claim 1, wherein the ceramic powder is silicon carbide.
【請求項7】セラミック粉末がアルミナであることをさ
らに特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the ceramic powder is alumina.
【請求項8】粉末がケイ素金属であり、工程(c)と焼
結工程で用いた雰囲気が窒素含有雰囲気であることをさ
らに特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
8. The method according to claim 1, wherein the powder is silicon metal, and the atmosphere used in the step (c) and the sintering step is a nitrogen-containing atmosphere.
【請求項9】セラミック先駆体がポリ(メチルビニル)
シラザンであることをさらに特徴とする請求項1〜8の
いずれかに記載の方法。
9. The ceramic precursor is poly (methyl vinyl).
The method according to any one of claims 1 to 8, further comprising silazane.
【請求項10】セラミック先駆体がポリ尿素シラザンま
たはポリチオ尿素シラザンであることをさらに特徴とす
る請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
10. The method according to claim 1, wherein the ceramic precursor is polyureasilazane or polythioureasilazane.
【請求項11】セラミック先駆体が非ダイラタント液体
である請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
11. The method according to claim 1, wherein the ceramic precursor is a non-dilatant liquid.
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