JPS59102862A - 複合焼結セラミクス - Google Patents
複合焼結セラミクスInfo
- Publication number
- JPS59102862A JPS59102862A JP57213027A JP21302782A JPS59102862A JP S59102862 A JPS59102862 A JP S59102862A JP 57213027 A JP57213027 A JP 57213027A JP 21302782 A JP21302782 A JP 21302782A JP S59102862 A JPS59102862 A JP S59102862A
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- JP
- Japan
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- powder
- ceramics
- sintered
- ceramic
- sintered body
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- Compositions Of Oxide Ceramics (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】
本発明は、複合焼結セラミクスに関し、更に詳しくは高
い電気伝導性を備えた放電加工可能な複合焼結セラミク
スに関する。
い電気伝導性を備えた放電加工可能な複合焼結セラミク
スに関する。
セラミクスは耐熱性や耐酸化性に優れているので、耐熱
部材や機械用構造材料として注目されている。一般に高
強度にして高密度の酸化物セラミクスを得るためには、
熱間加工成形法、いわゆるホットプレス法によることが
好ましいとされている。しかるに、この方法においては
、素材をIts的単純な形状の押し型内で加工するため
、複雑な形状の部品を成形製造することは困難であり、
こノ点がホットプレス法の大きな技術的制約となってい
る。また、ホットプレス法はど高強度焼結体は得られな
いが、セラミクスに対しては従来より広く用いられてい
る空気中もしくはその他の雰囲気中での焼成法がある。
部材や機械用構造材料として注目されている。一般に高
強度にして高密度の酸化物セラミクスを得るためには、
熱間加工成形法、いわゆるホットプレス法によることが
好ましいとされている。しかるに、この方法においては
、素材をIts的単純な形状の押し型内で加工するため
、複雑な形状の部品を成形製造することは困難であり、
こノ点がホットプレス法の大きな技術的制約となってい
る。また、ホットプレス法はど高強度焼結体は得られな
いが、セラミクスに対しては従来より広く用いられてい
る空気中もしくはその他の雰囲気中での焼成法がある。
しかし、この場合にも焼成にともなう収縮等の現象のた
め、高精度で部材寸法を一段の焼結で出すことは困難で
ある。
め、高精度で部材寸法を一段の焼結で出すことは困難で
ある。
従って最終的にはいずれの方法による場合にも焼結体の
高精度の加工が不可欠であるが、セラミクスは概して極
めてもろいという欠点がある。このためセラミクスの切
削加工は金属材料のそれとは異なり、加工速度も制限さ
れ、また高精度の寸法出しも困難であり、そのため時間
的にも費用的にも改良が望まれている。而してセラミク
スの種々の優れた特性を有効に利用し、これを各種の構
造材料として広範に使用する為には、金属材料と同様に
所望の形状に高精度に加工し得る技術及び/又は新規材
料の開発が必要である。例えば、熱交換器部材やバルブ
、歯車、あるいはガスタービン用翼車等の製造には単純
な切削加工のみならず三次元的加工も必要である。金属
材料による、これら複雑な形状の型材等の製造に際して
は、放電加工による高精度の曲面加工が可能であるが、
電気伝導性の低い多くのセラミクスについては放電加工
を行なうことは不可能であった。
高精度の加工が不可欠であるが、セラミクスは概して極
めてもろいという欠点がある。このためセラミクスの切
削加工は金属材料のそれとは異なり、加工速度も制限さ
れ、また高精度の寸法出しも困難であり、そのため時間
的にも費用的にも改良が望まれている。而してセラミク
スの種々の優れた特性を有効に利用し、これを各種の構
造材料として広範に使用する為には、金属材料と同様に
所望の形状に高精度に加工し得る技術及び/又は新規材
料の開発が必要である。例えば、熱交換器部材やバルブ
、歯車、あるいはガスタービン用翼車等の製造には単純
な切削加工のみならず三次元的加工も必要である。金属
材料による、これら複雑な形状の型材等の製造に際して
は、放電加工による高精度の曲面加工が可能であるが、
電気伝導性の低い多くのセラミクスについては放電加工
を行なうことは不可能であった。
本発明者は、公知のセラミクス材料の加工上の問題点を
解消もしくは軽減すべく種々研究を重ねた結果、セラミ
クス中に特定量の識別状炭化ケイ素結晶(通常ひげ結晶
あるいはウィスカーと呼ばれている)及び特定の導電性
を有する粉末を分散させてなる焼結材料が、その要求を
満足させることを見い出した。即ち本発明は、■族、■
族又はIV族元素の酸化物、窒化物又は炭化物を母相と
し、10Ω−cm以下の比抵抗を有するセラミクスであ
って、セラミクス中に全重量に対して5〜50%の範囲
内で繊維状炭化ケイ素結晶と2〜20%の範囲内で導電
性を有する炭化物、窒化物又はホウ化物の粉末とを分散
含有せしめたことを特徴とする複合焼結セラミクスに係
る。
解消もしくは軽減すべく種々研究を重ねた結果、セラミ
クス中に特定量の識別状炭化ケイ素結晶(通常ひげ結晶
あるいはウィスカーと呼ばれている)及び特定の導電性
を有する粉末を分散させてなる焼結材料が、その要求を
満足させることを見い出した。即ち本発明は、■族、■
族又はIV族元素の酸化物、窒化物又は炭化物を母相と
し、10Ω−cm以下の比抵抗を有するセラミクスであ
って、セラミクス中に全重量に対して5〜50%の範囲
内で繊維状炭化ケイ素結晶と2〜20%の範囲内で導電
性を有する炭化物、窒化物又はホウ化物の粉末とを分散
含有せしめたことを特徴とする複合焼結セラミクスに係
る。
本発明の複合焼結セラミクスは、高い電気伝導性を有し
ているので、放電加工性に優れている。
ているので、放電加工性に優れている。
殊に本複合セラミクスにおいては、単に繊維状炭化ケイ
素結晶のみを複合させた焼結セラミクスに比較し、導電
性の微粉末が焼結体組織中に均一に分散されているため
、より放電加工特性が向上する。具体的には、複合セラ
ミクスの電気伝導性がより高くなり、放電加工時に加工
速度の向上が可能となる。さらには、組織内での電気伝
導がより均一化するため、加工面の仕上げ精度が改良さ
れる。即ち、放電によりより均一な面もしくは線切側が
起こり、加工面の表面粗度がより小さくなる効果を有す
る。
素結晶のみを複合させた焼結セラミクスに比較し、導電
性の微粉末が焼結体組織中に均一に分散されているため
、より放電加工特性が向上する。具体的には、複合セラ
ミクスの電気伝導性がより高くなり、放電加工時に加工
速度の向上が可能となる。さらには、組織内での電気伝
導がより均一化するため、加工面の仕上げ精度が改良さ
れる。即ち、放電によりより均一な面もしくは線切側が
起こり、加工面の表面粗度がより小さくなる効果を有す
る。
本発明において用いられる繊維状炭化ケイ素(Si C
)結晶の長さや太さについては特に限定されないが、長
さが通常10〜500μm、好ましくは50〜500μ
川程度、太さが通常0.1〜10μ■、好ましくは0.
5〜3μm程度のものを使用するのがよい。長さが10
μmより#l端に短かくなると、粒状SiCを加え1成
形した場合と同様に、放電加工が可能な程度に電気伝導
性を高めるためには多量の添加が必要となり、セラミク
ス本来の特性が損われる傾向が生ずる。繊維状SiCの
太さが0.1μmより極端に細くなると、成形中にmN
が破断して、粒状SiCを使用する場合と同様の結果と
なる傾向が生ずる。一方太さが10μmより極端に太く
なると、繊維の剛性が高くなるため、焼結による緻密化
が困難となる傾向が生ずる。
)結晶の長さや太さについては特に限定されないが、長
さが通常10〜500μm、好ましくは50〜500μ
川程度、太さが通常0.1〜10μ■、好ましくは0.
5〜3μm程度のものを使用するのがよい。長さが10
μmより#l端に短かくなると、粒状SiCを加え1成
形した場合と同様に、放電加工が可能な程度に電気伝導
性を高めるためには多量の添加が必要となり、セラミク
ス本来の特性が損われる傾向が生ずる。繊維状SiCの
太さが0.1μmより極端に細くなると、成形中にmN
が破断して、粒状SiCを使用する場合と同様の結果と
なる傾向が生ずる。一方太さが10μmより極端に太く
なると、繊維の剛性が高くなるため、焼結による緻密化
が困難となる傾向が生ずる。
セラミクス中に分散含有せしめられる繊維状SiC結晶
の量としては、全重量に対して5〜50%とするのがよ
い。3iCm維の量が5%未満の場合には、焼結体の電
気伝導性が十分に改善されず、一方、50%を上回る場
合には焼結体の緻密化が低下する傾向にある。繊維状S
iC結晶の添加量は、全重量の10〜40%とすること
がより好ましい。
の量としては、全重量に対して5〜50%とするのがよ
い。3iCm維の量が5%未満の場合には、焼結体の電
気伝導性が十分に改善されず、一方、50%を上回る場
合には焼結体の緻密化が低下する傾向にある。繊維状S
iC結晶の添加量は、全重量の10〜40%とすること
がより好ましい。
放電加工性を向上させるために加えられる導電性粉末と
しては、炭化物、窒化物又はホウ化物が用いられる。斯
かる炭化物としては例えば3i C。
しては、炭化物、窒化物又はホウ化物が用いられる。斯
かる炭化物としては例えば3i C。
T! C,Zr C5B4 C5WC,Hf C,Ta
C1NbCなどを挙げることができ、窒化物としては
例えばTi N、Ta N、Zr N、Nb N、VN
等を挙げることができ、ホウ化物としては例えばT!
B2 、Zr B2 、Hf 82 、Ta 82等を
挙げることができる。これら導電性粉末の種類及びその
使用量は、加えられるべき繊維状SiC結晶の量、また
そのものの電気伝導性等を考慮して適宜決定覆ればよい
。ただし、SiC結晶および導電性粉末の両者の合計量
が全重量に対して70%を上回ると、複合されるべき母
相セラミクスの本来の特性が損われてしまうという不都
合が生ずる。
C1NbCなどを挙げることができ、窒化物としては
例えばTi N、Ta N、Zr N、Nb N、VN
等を挙げることができ、ホウ化物としては例えばT!
B2 、Zr B2 、Hf 82 、Ta 82等を
挙げることができる。これら導電性粉末の種類及びその
使用量は、加えられるべき繊維状SiC結晶の量、また
そのものの電気伝導性等を考慮して適宜決定覆ればよい
。ただし、SiC結晶および導電性粉末の両者の合計量
が全重量に対して70%を上回ると、複合されるべき母
相セラミクスの本来の特性が損われてしまうという不都
合が生ずる。
導電性粉末の添加量が2%以下の場合には放電加工特性
の向上が認められず、また20%以上の場合には母相セ
ラミクスの機械的特性の劣化が生じる(具体的には高温
(>800℃)での強度が低下する)という結果を招く
。また導電性粉末の粒径としては特に制限されないが、
通常2μm以下、好ましくは1μm以下であるのが好ま
しい。粒径が大きくなりすぎると、放電特性の向上が認
められなくなり、また強度も低下する傾向となる。
の向上が認められず、また20%以上の場合には母相セ
ラミクスの機械的特性の劣化が生じる(具体的には高温
(>800℃)での強度が低下する)という結果を招く
。また導電性粉末の粒径としては特に制限されないが、
通常2μm以下、好ましくは1μm以下であるのが好ま
しい。粒径が大きくなりすぎると、放電特性の向上が認
められなくなり、また強度も低下する傾向となる。
本発明において母相として用いられるのは■族、■族又
はIV族元素の酸化物、窒化物又は炭化物である。■族
、■族又は■族元素の酸化物、窒化物又は法化物として
は公知のものを広く使用できる。
はIV族元素の酸化物、窒化物又は炭化物である。■族
、■族又は■族元素の酸化物、窒化物又は法化物として
は公知のものを広く使用できる。
令
酸化物としては例えばアルミナ、ジルコニア、マグネシ
ア、Fe2O3などのフェライト、酸化ウラン、酸化ト
リウム等の単一酸化物の仙、MgAQ204、N! F
e O& 、N! Cr0A、M(l Fe 2Q、等
の各種スピネル型化合物、ペロブスカイト構造のla
Cr 03、 La Sr Cr O3,Sr Zr 03等の複合酸
化物を、窒化物としては例えば窒化ケイ素、窒化アルミ
、窒化ホウ素等を、炭化物としては例えば炭化ケイ素、
炭化ホウ素、炭化チタン等をそれぞれ挙げることができ
る。本発明では、放電加工特性を向上させるべく複合さ
れる導電性粉末と同じ母相を用いる場合には、導電性粉
末が焼結時に母相に吸収され、その有効性を失う結果を
招きやすいので、他の種類の導電性粉末を用いるのが好
ましい。
ア、Fe2O3などのフェライト、酸化ウラン、酸化ト
リウム等の単一酸化物の仙、MgAQ204、N! F
e O& 、N! Cr0A、M(l Fe 2Q、等
の各種スピネル型化合物、ペロブスカイト構造のla
Cr 03、 La Sr Cr O3,Sr Zr 03等の複合酸
化物を、窒化物としては例えば窒化ケイ素、窒化アルミ
、窒化ホウ素等を、炭化物としては例えば炭化ケイ素、
炭化ホウ素、炭化チタン等をそれぞれ挙げることができ
る。本発明では、放電加工特性を向上させるべく複合さ
れる導電性粉末と同じ母相を用いる場合には、導電性粉
末が焼結時に母相に吸収され、その有効性を失う結果を
招きやすいので、他の種類の導電性粉末を用いるのが好
ましい。
こうすることにより、母相結晶体の粒界に微粒子の導電
性物質が残留し、より放電特性が改善される。
性物質が残留し、より放電特性が改善される。
本発明の複合セラミクスは次の様に製造される。
即ち、母相となるべきセラミクス粉末に所定量の繊維状
SiC結晶および所定量の導電性粉末を添加混合し、均
一に分散させた後、混合物重量の0.1〜2%程度の粘
結剤を加え、成形及び乾燥後焼結して、所望の複合セラ
ミクスを得る。粘結剤としては好ましくはポリビニルア
ルコール、アクリル樹脂、セルロース、アルギン酸ソー
ダ等の水、アルコール或いはその他の有機溶剤溶液が使
用される。母相セラミクス粉末、SiC結晶粉末及び粘
結剤からなるペーストは射出成形、押出し成形等により
所定形状に成形され、得られた成耶体は、加熱又は減圧
下に予備乾燥され、次いで600℃以下に加熱して粘結
剤を除去される。次に乾燥した成形体を加圧下又は非加
圧下1200〜2000℃程度の温度で焼結する。
SiC結晶および所定量の導電性粉末を添加混合し、均
一に分散させた後、混合物重量の0.1〜2%程度の粘
結剤を加え、成形及び乾燥後焼結して、所望の複合セラ
ミクスを得る。粘結剤としては好ましくはポリビニルア
ルコール、アクリル樹脂、セルロース、アルギン酸ソー
ダ等の水、アルコール或いはその他の有機溶剤溶液が使
用される。母相セラミクス粉末、SiC結晶粉末及び粘
結剤からなるペーストは射出成形、押出し成形等により
所定形状に成形され、得られた成耶体は、加熱又は減圧
下に予備乾燥され、次いで600℃以下に加熱して粘結
剤を除去される。次に乾燥した成形体を加圧下又は非加
圧下1200〜2000℃程度の温度で焼結する。
尚、必要に応じ、AQ203に対して少量のMgO1或
いは513N4に対してMgo、Y203、AQ203
等の酸化物もしくは窒化物等の焼結助剤の併用を妨げな
い。
いは513N4に対してMgo、Y203、AQ203
等の酸化物もしくは窒化物等の焼結助剤の併用を妨げな
い。
この様な本発明の複合焼結セラミクスは、複雑な形状の
機械部品の製造を可能とし、また大型の焼結体から多量
の小型部品を効率よく製造することも可能とするばかり
でなく、さらに単にIN状SiC結晶のみを複合させた
ものに比較して、より放電加工速度が向上し、また高精
度で平滑性により優れた加工面を得ることが可能となる
。
機械部品の製造を可能とし、また大型の焼結体から多量
の小型部品を効率よく製造することも可能とするばかり
でなく、さらに単にIN状SiC結晶のみを複合させた
ものに比較して、より放電加工速度が向上し、また高精
度で平滑性により優れた加工面を得ることが可能となる
。
実施例1
SI3N&粉末(0,5〜2μm ) 100Ifi部
に焼結助剤としてのMg05重量部、よく分散したSi
Cウィスカー(太さ0.1〜5μm、長ざ50〜500
um )30重量部、導電性粉末とじSIC粉末(1μ
m以下>10重足部及び粘結剤としてポリビニルアルコ
ール2重量部を加え、十分に混合してペーストとした。
に焼結助剤としてのMg05重量部、よく分散したSi
Cウィスカー(太さ0.1〜5μm、長ざ50〜500
um )30重量部、導電性粉末とじSIC粉末(1μ
m以下>10重足部及び粘結剤としてポリビニルアルコ
ール2重量部を加え、十分に混合してペーストとした。
得られたペーストを減圧ろ適法により薄板状に成形し、
130℃で10時間乾燥した後、300 ka/ cm
2の加圧下1800’Cで焼結して100%相対密度の
焼結体を得た。
130℃で10時間乾燥した後、300 ka/ cm
2の加圧下1800’Cで焼結して100%相対密度の
焼結体を得た。
得られた焼結体の比抵抗、ワイヤーカット放電加工にお
ける線加工速度、加工面の而粗さ及び空温強度を第1表
に示す。ただし、ワイヤーカット放電加工は、放電パル
ス幅6μ5eC1放電体止時間20μ5eC1電流ピー
ク値3.5A、タップ電圧100V、ワイヤ径20μm
という条件で行なった。
ける線加工速度、加工面の而粗さ及び空温強度を第1表
に示す。ただし、ワイヤーカット放電加工は、放電パル
ス幅6μ5eC1放電体止時間20μ5eC1電流ピー
ク値3.5A、タップ電圧100V、ワイヤ径20μm
という条件で行なった。
比較例1
導電性粉末とし工のSiC粉末を添加複合しない以外は
実施例1と同様にして焼結体を得た。得られた焼結体の
物性を第1表に併せて示す。
実施例1と同様にして焼結体を得た。得られた焼結体の
物性を第1表に併せて示す。
比較例2
繊維状SiC結晶及びSiC粉末を添加複合しない以外
は実施例1と同様にして焼結体を得た。
は実施例1と同様にして焼結体を得た。
焼結体の物性は第1表に示す通りである。ただし、放電
加工は不可能であるので、加工速度及び加工而粗さは示
していない。
加工は不可能であるので、加工速度及び加工而粗さは示
していない。
第 1 表
実施例2
AQ203扮末(0,2〜1μn+ )100重量部に
焼結助剤としてのM(102重量部、よく分iB(I〕
k S i Cウィスカー(太さ0.1〜5μm。
焼結助剤としてのM(102重量部、よく分iB(I〕
k S i Cウィスカー(太さ0.1〜5μm。
長さ50〜500μm>10重半部、導電性粉末としT
iN粉末(0,2〜1.5μm )5重量部を加え、十
分に?合してのら、300 k(]/ cm2のカ1目
F下、1700℃で焼結して100%相対密度の焼結体
を得た。
iN粉末(0,2〜1.5μm )5重量部を加え、十
分に?合してのら、300 k(]/ cm2のカ1目
F下、1700℃で焼結して100%相対密度の焼結体
を得た。
得られた焼結体の比抵抗、ワイヤーカット放電加工にお
ける線加工速度、加工面の面粗さ及び室温強度を第2表
に示す。ただし、ワイヤーカット放電加工は、放電パル
ス幅8μsec 、放電体止時間15μsec 、電流
ピーク値8.5A、タップ電圧110v、ワイヤ径20
μmという条件で行なった。
ける線加工速度、加工面の面粗さ及び室温強度を第2表
に示す。ただし、ワイヤーカット放電加工は、放電パル
ス幅8μsec 、放電体止時間15μsec 、電流
ピーク値8.5A、タップ電圧110v、ワイヤ径20
μmという条件で行なった。
実施例3
導電性粉末としてのTiN粉末を20重量部複合させる
以外は実施例2と同様にして焼結体を得た。得られた焼
結体の物性を第2表に併せて示す。
以外は実施例2と同様にして焼結体を得た。得られた焼
結体の物性を第2表に併せて示す。
比較例3
繊維状SiC結晶及びTiN粉末を添加複合しない以外
は実施例2と同様にして焼結体を得た。
は実施例2と同様にして焼結体を得た。
焼結体の物性は第2表に示す通りである。
第 2 表
(以 上)
Claims (1)
- ■ ■族、■族又はIV族元素の酸化物、窒化物又は炭
化物を母相とし、10Ω−cm以下の比抵抗を有するセ
ラミクスであって、セラミクス中に全重量に対して5〜
50%の範囲内で繊維状炭化ケイ素結晶と2〜20%の
範囲内で導電性を有する炭化物、窒化物又はホウ化物の
粉末とを分散含有せしめたことを特徴とする複合焼結セ
ラミクス。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57213027A JPS59102862A (ja) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | 複合焼結セラミクス |
US06/556,551 US4507224A (en) | 1982-12-03 | 1983-11-30 | Ceramics containing fibers of silicon carbide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57213027A JPS59102862A (ja) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | 複合焼結セラミクス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59102862A true JPS59102862A (ja) | 1984-06-14 |
JPS6219396B2 JPS6219396B2 (ja) | 1987-04-28 |
Family
ID=16632291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57213027A Granted JPS59102862A (ja) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | 複合焼結セラミクス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59102862A (ja) |
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JPS6345173A (ja) * | 1986-08-08 | 1988-02-26 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク焼結体とその製造法 |
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JPS63225579A (ja) * | 1986-07-31 | 1988-09-20 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靱性を有するセラミック焼結体及びセラミック工具と焼結体の製造方法 |
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