JP3419495B2 - 複合セラミックス - Google Patents
複合セラミックスInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新規な複合セラミックス
に関し、特に耐熱衝撃性が必要とされる部分に用いる構
造材料に関するものである。
に関し、特に耐熱衝撃性が必要とされる部分に用いる構
造材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より耐熱衝撃性に優れたセラミック
スとしては、コーディエライト、チタン酸アルミニウム
等が一般的である。コーディエライトとは、ＭｇＯ−Ａ
ｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系からなるセラミックスのことであ
る。（特公昭５４−１５６４号公報）これらは耐熱衝撃
温度差としては充分であるが、機会的強度に劣るため耐
熱衝撃性が必要とされる部分に用いる場合、利用分野が
限定される。他に耐熱衝撃性に優れたセラミックスとし
ては窒化ホウ素（ＢＮ）や窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）焼結
体が知られている。しかし、前者は耐熱衝撃性に優れる
が機械的強度及び耐摩耗性に劣り、後者は耐摩耗性に優
れるが耐熱衝撃性に劣るという欠点を有していた。
スとしては、コーディエライト、チタン酸アルミニウム
等が一般的である。コーディエライトとは、ＭｇＯ−Ａ
ｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系からなるセラミックスのことであ
る。（特公昭５４−１５６４号公報）これらは耐熱衝撃
温度差としては充分であるが、機会的強度に劣るため耐
熱衝撃性が必要とされる部分に用いる場合、利用分野が
限定される。他に耐熱衝撃性に優れたセラミックスとし
ては窒化ホウ素（ＢＮ）や窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）焼結
体が知られている。しかし、前者は耐熱衝撃性に優れる
が機械的強度及び耐摩耗性に劣り、後者は耐摩耗性に優
れるが耐熱衝撃性に劣るという欠点を有していた。
【０００３】このためＢＮとＳｉ3Ｎ4を複合化させて両
者の欠点を補う努力がなされている。例えば、窒化ホウ
素と窒化珪素からなる複合セラミックス（特開昭５６−
１２０５７５号公報）、βーサイアロンと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス（特開昭６０−１４５９６３号
公報）、βーサイアロンと電融アルミナと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス（特開平２−２５５２４７号公
報）、βーサイアロンと酸化ジルコニウムと窒化ホウ素
からなる複合セラミックス（特開平２−２５５２４８号
公報）等が提案されている。しかし、Ｓｉ3Ｎ4には溶鋼
と接触すると化学的に反応し溶損するという欠点があ
る。
者の欠点を補う努力がなされている。例えば、窒化ホウ
素と窒化珪素からなる複合セラミックス（特開昭５６−
１２０５７５号公報）、βーサイアロンと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス（特開昭６０−１４５９６３号
公報）、βーサイアロンと電融アルミナと窒化ホウ素か
らなる複合セラミックス（特開平２−２５５２４７号公
報）、βーサイアロンと酸化ジルコニウムと窒化ホウ素
からなる複合セラミックス（特開平２−２５５２４８号
公報）等が提案されている。しかし、Ｓｉ3Ｎ4には溶鋼
と接触すると化学的に反応し溶損するという欠点があ
る。
【０００４】そこで、溶融金属に対し化学的に安定な窒
化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ホウ素とを複合化し耐
溶損性を改良したセラミックスが提案されている。例え
ば、窒化ホウ素と窒化アルミニウムと窒化ケイ素からな
る複合セラミックス（特開昭５６−１２９６６６号公
報、特開昭６０−５１６６９号公報）である。しかしな
がらこれらも１０ｗｔ％以上の窒化珪素を含んでいるた
め、充分な耐溶損性は得られていない。そこで最近で
は、窒化ケイ素を含まず窒化ホウ素と窒化アルミニウム
からなる複合セラミックスも提案されている。例えば、
窒化ホウ素と窒化アルミニウムとＹ2Ｏ3からなる複合セ
ラミックス（特開平１−２４６１７８号公報）、窒化ホ
ウ素と窒化アルミニウムとＣａ化合物からなる複合セラ
ミックス（特開平１−２６１２７９号公報）、窒化ホウ
素と窒化アルミニウムとＣａＯ、Ｙ2Ｏ3からなる複合セ
ラミックス（特開平１−２６１２７９号公報）、窒化ア
ルミニウムと窒化ホウ素と３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3からなる
複合セラミックス（特開平３−２５２３６７号公報）な
どがある。窒化アルミニウムは高熱伝導性材料として知
られているように、構造材料としての特性の内、耐摩耗
性には優れるが機械的強度が劣り、かつ耐熱衝撃性が劣
る。そのためこれらの複合セラミックスは耐溶損性は改
善されるが機械的強度が低下し、特に熱衝撃後の機械的
強度に問題が生じる。また、このように種々のセラミッ
クスが耐熱衝撃性に優れるセラミックスとして開示され
ているが、熱衝撃後の機械的強度である曲げ強さに関す
る記載はない。
化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ホウ素とを複合化し耐
溶損性を改良したセラミックスが提案されている。例え
ば、窒化ホウ素と窒化アルミニウムと窒化ケイ素からな
る複合セラミックス（特開昭５６−１２９６６６号公
報、特開昭６０−５１６６９号公報）である。しかしな
がらこれらも１０ｗｔ％以上の窒化珪素を含んでいるた
め、充分な耐溶損性は得られていない。そこで最近で
は、窒化ケイ素を含まず窒化ホウ素と窒化アルミニウム
からなる複合セラミックスも提案されている。例えば、
窒化ホウ素と窒化アルミニウムとＹ2Ｏ3からなる複合セ
ラミックス（特開平１−２４６１７８号公報）、窒化ホ
ウ素と窒化アルミニウムとＣａ化合物からなる複合セラ
ミックス（特開平１−２６１２７９号公報）、窒化ホウ
素と窒化アルミニウムとＣａＯ、Ｙ2Ｏ3からなる複合セ
ラミックス（特開平１−２６１２７９号公報）、窒化ア
ルミニウムと窒化ホウ素と３ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3からなる
複合セラミックス（特開平３−２５２３６７号公報）な
どがある。窒化アルミニウムは高熱伝導性材料として知
られているように、構造材料としての特性の内、耐摩耗
性には優れるが機械的強度が劣り、かつ耐熱衝撃性が劣
る。そのためこれらの複合セラミックスは耐溶損性は改
善されるが機械的強度が低下し、特に熱衝撃後の機械的
強度に問題が生じる。また、このように種々のセラミッ
クスが耐熱衝撃性に優れるセラミックスとして開示され
ているが、熱衝撃後の機械的強度である曲げ強さに関す
る記載はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は窒化アルミニ
ウムと窒化ホウ素からなる複合セラミックスにおいて、
耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性に優れる、具体的には
熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度を有する複合セラ
ミックスを提供することを目的とするものである。
ウムと窒化ホウ素からなる複合セラミックスにおいて、
耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性に優れる、具体的には
熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度を有する複合セラ
ミックスを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、耐熱衝撃性に
優れ、具体的には熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度
を有する複合セラミックスとするために、窒化アルミニ
ウムが３５〜８０ｗｔ％、窒化ホウ素が２〜３０ｗｔ
％、酸化マグネシウムが０．５〜２５ｗｔ％、Ｙを含む
希土類酸化物の一種または２種以上が０．５〜２０ｗｔ
％からなる構成とした。また、前記複合セラミックスの
内の希土類酸化物が酸化ディスプロシウムであることが
特に好ましい。前記複合セラミックスの耐熱衝撃性とし
て、温度差１０００℃の熱衝撃後においても曲げ強さが
１５ＭＰａ以上を得ることができる。そのためには、非
酸化性雰囲気中において１６００℃〜２１００℃で焼結
することが好ましい。
優れ、具体的には熱衝撃が加えられた後も高い曲げ強度
を有する複合セラミックスとするために、窒化アルミニ
ウムが３５〜８０ｗｔ％、窒化ホウ素が２〜３０ｗｔ
％、酸化マグネシウムが０．５〜２５ｗｔ％、Ｙを含む
希土類酸化物の一種または２種以上が０．５〜２０ｗｔ
％からなる構成とした。また、前記複合セラミックスの
内の希土類酸化物が酸化ディスプロシウムであることが
特に好ましい。前記複合セラミックスの耐熱衝撃性とし
て、温度差１０００℃の熱衝撃後においても曲げ強さが
１５ＭＰａ以上を得ることができる。そのためには、非
酸化性雰囲気中において１６００℃〜２１００℃で焼結
することが好ましい。
【０００７】
【作用】本発明において、窒化アルミニウムは耐摩耗性
および耐溶損性の向上効果を有する。窒化アルミニウム
が３５ｗｔ％より少ないと耐摩耗性および耐溶損性向上
効果が充分でなく、また８０ｗｔ％を越えると充分な耐
熱衝撃性が得られない。したがって、３５〜８０ｗｔ％
とする。
および耐溶損性の向上効果を有する。窒化アルミニウム
が３５ｗｔ％より少ないと耐摩耗性および耐溶損性向上
効果が充分でなく、また８０ｗｔ％を越えると充分な耐
熱衝撃性が得られない。したがって、３５〜８０ｗｔ％
とする。
【０００８】窒化ホウ素は耐熱衝撃性向上のために添加
される。しかし、２ｗｔ％より少ないと充分な耐熱衝撃
性が得られず、また４５ｗｔ％より多いと温度差１００
０℃の熱衝撃後の曲げ強さが１５ＭＰａより小さくな
り、構造部材としての使用が限定される。したがって、
窒化ホウ素は２〜４５ｗｔ％とする。なお、窒化ホウ素
は、炭化ホウ素として添加し、窒素中雰囲気などの焼結
によって窒化ホウ素としてもよい。
される。しかし、２ｗｔ％より少ないと充分な耐熱衝撃
性が得られず、また４５ｗｔ％より多いと温度差１００
０℃の熱衝撃後の曲げ強さが１５ＭＰａより小さくな
り、構造部材としての使用が限定される。したがって、
窒化ホウ素は２〜４５ｗｔ％とする。なお、窒化ホウ素
は、炭化ホウ素として添加し、窒素中雰囲気などの焼結
によって窒化ホウ素としてもよい。
【０００９】酸化マグネシウムは耐溶損性向上のためと
耐熱衝撃性及び緻密化を助けるために添加される。酸化
マグネシウムが０．５ｗｔ％より少ないと耐溶損性の向
上及び緻密化に効果がなく、また２５ｗｔ％より多いと
耐熱衝撃性が低下する。したがって、０．５〜２５ｗｔ
％とする。
耐熱衝撃性及び緻密化を助けるために添加される。酸化
マグネシウムが０．５ｗｔ％より少ないと耐溶損性の向
上及び緻密化に効果がなく、また２５ｗｔ％より多いと
耐熱衝撃性が低下する。したがって、０．５〜２５ｗｔ
％とする。
【００１０】Ｙを含む希土類酸化物は焼結助剤である。
Ｙを含む希土類酸化物が０．５ｗｔ％より少ないと焼結
助剤としての効果が得られない。２０ｗｔ％より多いと
耐熱衝撃性に問題が生じる。したがって、Ｙを含む希土
類酸化物の１種または２種以上で０．５〜２０ｗｔ％と
する。なお、緻密化を促進させ、より耐溶損性を向上さ
せるためには酸化ディスプロシウムを使用することがよ
り好ましい。以上の構成からなる複合セラミックスは、
温度差１０００℃の熱衝撃を加えられた後の曲げ強さが
１５ＭＰａ以上の耐熱衝撃性を有し、熱衝撃を受ける構
造部材としての使用が可能である。
Ｙを含む希土類酸化物が０．５ｗｔ％より少ないと焼結
助剤としての効果が得られない。２０ｗｔ％より多いと
耐熱衝撃性に問題が生じる。したがって、Ｙを含む希土
類酸化物の１種または２種以上で０．５〜２０ｗｔ％と
する。なお、緻密化を促進させ、より耐溶損性を向上さ
せるためには酸化ディスプロシウムを使用することがよ
り好ましい。以上の構成からなる複合セラミックスは、
温度差１０００℃の熱衝撃を加えられた後の曲げ強さが
１５ＭＰａ以上の耐熱衝撃性を有し、熱衝撃を受ける構
造部材としての使用が可能である。
【００１１】
【実施例】本発明を実施例をあげてさらに具体的に説明
する。窒化アルミニウムを３５〜８０ｗｔ％、窒化ホウ
素が２〜１５ｗｔ％、酸化マグネシウムが０．５〜２５
ｗｔ％、Ｙを含む希土類酸化物が０．５〜２０ｗｔ％の
範囲内において配合した原料粉末を、エタノールを分散
媒としてボールミルで混合し、得られた混合粉を成形
後、焼結した。焼結は窒素雰囲気中、１８００℃の温度
にて１時間保持することによって行った。各焼結体の組
成を表１〜４に示す。得られた焼結体から曲げ試験片を
作製した。熱衝撃後の曲げ強さは、曲げ試験片を１００
０℃に加熱後、０℃の水中に投下急冷した後に測定し
た。比較のために前記範囲外の組成による焼結体を作製
し同様に評価した。曲げ強さの試験方法はＪＩＳ Ｒ
１６０１に記載されている方法に基づいて４点曲げにて
測定した。以上の結果を表１〜４にあわせて示す。表１
〜４から、本発明の複合セラミックスは温度差１０００
℃の熱衝撃が加えられた後も曲げ強さが１５ＭＰａ以上
であることがわかる。また、希土類酸化物として酸化デ
ィスプロシウムを用いた場合特に高い耐熱衝撃性が得ら
れることがわかる。
する。窒化アルミニウムを３５〜８０ｗｔ％、窒化ホウ
素が２〜１５ｗｔ％、酸化マグネシウムが０．５〜２５
ｗｔ％、Ｙを含む希土類酸化物が０．５〜２０ｗｔ％の
範囲内において配合した原料粉末を、エタノールを分散
媒としてボールミルで混合し、得られた混合粉を成形
後、焼結した。焼結は窒素雰囲気中、１８００℃の温度
にて１時間保持することによって行った。各焼結体の組
成を表１〜４に示す。得られた焼結体から曲げ試験片を
作製した。熱衝撃後の曲げ強さは、曲げ試験片を１００
０℃に加熱後、０℃の水中に投下急冷した後に測定し
た。比較のために前記範囲外の組成による焼結体を作製
し同様に評価した。曲げ強さの試験方法はＪＩＳ Ｒ
１６０１に記載されている方法に基づいて４点曲げにて
測定した。以上の結果を表１〜４にあわせて示す。表１
〜４から、本発明の複合セラミックスは温度差１０００
℃の熱衝撃が加えられた後も曲げ強さが１５ＭＰａ以上
であることがわかる。また、希土類酸化物として酸化デ
ィスプロシウムを用いた場合特に高い耐熱衝撃性が得ら
れることがわかる。
【００１２】さらに、得られた焼結体の耐酸化性、耐溶
融鉄性を評価した。評価方法は、耐酸化性の場合、焼結
体を１４００℃×２０ｈ、大気中にて熱処理した時の焼
結体表面積に対する酸化増量（ｍｇ／ｃｍ2）とした。
耐溶融鉄性の場合、５×５×５ｍｍに切り出したＳＳ４
１を焼結体の上に置き、１５００℃×１ｈ、真空中の条
件にて熱処理し、焼結体上に広がったＳＳ４１の形状を
高さ／幅で整理した。この値が大きいほど溶融鉄が濡れ
にくく耐溶融鉄性が高いことを示す。以上の結果を表５
に示す。表５から本発明の複合セラミックスは耐酸化
性、耐溶融鉄性にも優れることが明かとなった。
融鉄性を評価した。評価方法は、耐酸化性の場合、焼結
体を１４００℃×２０ｈ、大気中にて熱処理した時の焼
結体表面積に対する酸化増量（ｍｇ／ｃｍ2）とした。
耐溶融鉄性の場合、５×５×５ｍｍに切り出したＳＳ４
１を焼結体の上に置き、１５００℃×１ｈ、真空中の条
件にて熱処理し、焼結体上に広がったＳＳ４１の形状を
高さ／幅で整理した。この値が大きいほど溶融鉄が濡れ
にくく耐溶融鉄性が高いことを示す。以上の結果を表５
に示す。表５から本発明の複合セラミックスは耐酸化
性、耐溶融鉄性にも優れることが明かとなった。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【００１３】
【発明の効果】以上説明のように、本発明複合セラミッ
クスは、耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性にも優れる。
クスは、耐溶損性に優れ、かつ耐熱衝撃性にも優れる。
Claims (3)
- 【請求項１】 窒化アルミニウムが３５〜８０ｗｔ％、
窒化ホウ素が２〜４５ｗｔ％、酸化マグネシウムが０．
５〜２５ｗｔ％、Ｙを含む希土類元素の酸化物が一種ま
たは２種以上が０．５〜２０ｗｔ％からなるこを特徴と
する複合セラミックス。 - 【請求項２】 前記希土類酸化物が酸化ディスプロシウ
ムである請求項１記載の複合セラミックス。 - 【請求項３】 前記複合セラミックスが温度差１０００
℃の熱衝撃において、曲げ強さが１５ＭＰａ以上である
請求項１または２に記載の複合セラミックス。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10905193A JP3419495B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 複合セラミックス |
| US08/241,331 US5457075A (en) | 1993-05-11 | 1994-05-11 | Sintered ceramic composite and molten metal contact member produced therefrom |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10905193A JP3419495B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 複合セラミックス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06321641A JPH06321641A (ja) | 1994-11-22 |
| JP3419495B2 true JP3419495B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=14500368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10905193A Expired - Fee Related JP3419495B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | 複合セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3419495B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100917778B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2009-09-21 | 주식회사 코미코 | 치밀질 질화알루미늄 소결체, 그 제조 방법 및 상기소결체를 이용한 반도체 제조용 부재 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6667263B1 (en) * | 1998-11-19 | 2003-12-23 | Vesuvius Crucible Company | Composite material |
| KR100918190B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2009-09-22 | 주식회사 코미코 | 치밀질 질화알루미늄 소결체, 그 제조 방법 및 상기소결체를 이용한 반도체 제조용 부재 |
| CN113929469B (zh) * | 2021-11-15 | 2022-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种抗摔陶瓷材料及其制备方法 |
-
1993
- 1993-05-11 JP JP10905193A patent/JP3419495B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100917778B1 (ko) * | 2005-04-22 | 2009-09-21 | 주식회사 코미코 | 치밀질 질화알루미늄 소결체, 그 제조 방법 및 상기소결체를 이용한 반도체 제조용 부재 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06321641A (ja) | 1994-11-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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