JPH06321620A

JPH06321620A - 高靱性セラミック材料

Info

Publication number: JPH06321620A
Application number: JP5135046A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tomita; 秀幸富田; Tsuguhisa Itou; 承央伊藤; Masahiko Saito; 政彦齋藤; Seiji Shimanoue; 誠司島ノ上; Misao Iwata; 美佐男岩田
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-22

Abstract

(57)【要約】【構成】直径が３μｍ以下で球形の気孔をセラミック焼
結体全体に対し体積比で１〜３％の割合で分散させる。【効果】強化成分を添加することなく単一材料で高靱化
が可能で、かつ従来のセラミック製造プロセスをそのま
ま用いることができるので製造が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高靱性セラミック材料
に係り、特にセラミックス中に偏析や結晶成長に由来す
る強度に影響を与えない程度の形状、大きさをもつ気孔
を適当量生成させることにより、従来のセラミックスに
比べて破壊靱性値を大幅に向上させた高靱性セラミック
材料に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
科学技術の進歩につれて、より苛酷な環境下で使用でき
る材料が必要になってきた。

【０００３】セラミックスは高温耐熱、耐蝕、耐摩耗性
等、優れた機能と特性から注目され、これまでに勢力的
に研究されており、特に、高強度を有し、耐熱性に非常
に優れるセラミックス材料は、金属材料に代って、車載
用エンジン部品及び部材をはじめ、各分野で徐々に使用
されつつある。

【０００４】しかしながら、セラミックスは金属に比べ
破壊靱性値が非常に低く、破壊が脆性的であり、一旦ど
こかで破壊が始まればそれは止まることなく破滅的に進
行してしまう。すなわち、セラミックスは脆性材料であ
るため、信頼性、安全性に欠ける。セラミックスの最大
の問題はここにあり、多くの研究者によってセラミック
スの高靱化が試みられ、粒子分散型、ウィスカー強
化型、長繊維強化型、等による高靱性材料の研究が行
なわれてきた。

【０００５】例えばではＡｌ₂Ｏ₃／ＺｒＯ₂、ＺｎＯ
／ＺｒＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄／ＳｉＣ（富田、粒子分散による
セラミックスの高靱化、セラミックス、２１、１９８
６）、ではＳｉ₃Ｎ₄／ＳｉＣ_(W)、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＣ
_(W)、Ａｌ₂Ｏ₃／ＺｒＯ₂／ＳｉＣ_(W)（井上他、ウィス
カーによるセラミックスの高靱化、セラミックス、２
１、１９８６）又、においてはＳｉＣ／ＳｉＣ繊維、
ＳｉＣ／炭素繊維、Ｓｉ₃Ｎ₄／炭素繊維（新原、スーパ
ーファインセラミックス制御技術ハンドブック、サイエ
ンスフォーラム）等によって高靱化がなされてきた。

【０００６】しかしながら、上記の各方法では強化成分
を添加するため、場合によっては従来のセラミックスの
特性を損なう可能性があり、また単一材料ではないため
製造が容易でないという欠点があった。

【０００７】一方、従来のセラミックスの焼結において
は焼結体中に残存する気孔は欠陥と見なされ、いかにし
て気孔率を低下させ、緻密な焼結体を得るかということ
を念頭に研究開発が進められてきた。そのため、単一の
セラミック材料では、緻密で高強度な焼結体は得られる
反面、破壊靱性値が上がらないというのが現状であっ
た。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、高靱性材の様な強化成分を添加することなく単一
材料で高靱化が可能で、製造が極めて容易な高靱性セラ
ミック材料を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の高靱性セラミッ
ク材料では、直径が３μｍ以下で球形の気孔をセラミッ
ク焼成体全体に対し体積比で１〜３％の割合で分散させ
ることを特徴とする（請求項１）。

【００１０】本発明のセラミック材料としては、従来よ
り利用されているセラミック構造材料であれば種類を問
わないが、特に、シリコンナイトライド（Ｓｉ₃Ｎ₄）、
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓｉ
Ｏ₂）であることが好ましい（請求項３〜５）。

【００１１】また、上記セラミック焼結体の結晶粒径
は、Ｓｉ₃Ｎ₄では０．３〜２．７μｍ、Ａｌ₂Ｏ₃では
２．０〜６．５μｍ、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂では１．
５〜７．２μｍの範囲であることが望ましく、特にＳｉ
₃Ｎ₄が０．５〜０．９μｍ、Ａｌ₂Ｏ₃が３．３〜５．８
μｍ、３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂が３．２〜６．４μｍの
範囲であることが強度面からより望ましい。

【００１２】本発明の高靱性セラミック材料は、従来の
セラミック材料を緻密化して製造するプロセスにおい
て、焼成温度を従来より２０〜５０℃程度低くする、焼
成時間を従来より０．５〜４．５時間程度短くするだけ
で、従来の製造方法と全く同様に製造することが可能で
ある。

【００１３】また、焼結方法でホットプレス焼結、ＨＩ
Ｐ焼結を用いる場合には、圧力条件を従来より３〜１０
％程度低めに設定することでも同様に製造可能である。

【００１４】また、本発明の高靱性セラミック材料にお
ける気孔の分布状態としては、セラミック焼結体中に不
均一に分布している方が、クラックのピン止め効果が働
くため好ましい（請求項２）。

【００１５】気孔をセラミック焼結体中に不均一に分布
させるには、高融点の焼結助剤を添加することによって
局所的に焼結の進行の速い部分と遅い部分とを形成し、
気孔が排出移動する状況を局部的に変えることによって
達成可能である。具体的に、高融点の焼結助剤として
は、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃
等があるが特にＮｄ₂Ｏ₃やＬａ₂Ｏ₃が好ましく、その添
加量としては全体量に対し８〜１２ｗｔ％程度が望まし
い。

【００１６】

【作用】本発明者らは、従来より欠陥とみなされてき
た、セラミックス焼結体中に残存する気孔の大きさ、
形、量を制御することにより、逆に破壊靱性値を高める
事ができるという事実を見い出し、本発明を想到したも
のである。すなわち、今までなされてこなかった、偏析
や結晶成長に由来する強度に影響を与えない程度の形
状、大きさをもつ気孔を意図的に適当量生成させること
により、破壊靱性値を向上させるものである。

【００１７】本発明において生成される気孔は、i）強
度に影響を与えない程度の形状で、ii）強度に影響を与
えない程度の大きさを持ち、なおかつiii）強度に影響
を与えない程度の量の範囲でなければならない。

【００１８】以下、上記のi）〜iii）について説明す
る。

【００１９】i）強度に影響を与えない程度の気孔形状図１において、気孔径状が球状の場合、応力が等方的に
分散されるのに対し、球形でない場合は、曲率の小さい
部分に応力が集中し、より破壊に至る可能性が高い。従
って強度に影響を与えない程度の形状とは、球形である
ことが必要である。

【００２０】ii）強度に影響を与えない程度の気孔の大
きさ線形破壊力学において、図２に示すような半無限媒体に
２ａの長さの亀裂が存在する時、この材料を破壊をする
のに必要な応力σ_fは次式で与えられる。

【００２１】

【数１】

【００２２】上記の式より、従来の代表的なセラミック
構造材料の破壊靱性値（Ｋ_IC）、曲げ強度、２ａの値は
表１のようになる。

【００２３】

【表１】表１より、曲げ強度に影響を与えない程度の気孔サイズ
は３μｍ以下が好ましいことが分かる。

【００２４】iii）強度に影響を与えない程度の気孔量
（気孔率）の範囲気孔率とセラミックスの強度の関係は経験的に次式で与
えられる。 Δｆ＝Δｆ₀ｅｘｐ［−ｋｐ］Ｖは気孔率、ｋは無次元の定数である。

【００２５】上式より、気孔率と強度の関係は図３の様
になる。

【００２６】図３のグラフより、気孔率が０％の状態か
ら急激に強度は低下をし、その低下率は徐々に小さくな
り、ある一定の気孔率（グラフ−Ａ）を超えるとほとん
ど強度の低下はなくなって収束する。

【００２７】しかしながら、気孔率０％とは単結晶の状
態のことを指しているため多結晶体のセラミックスにお
いてはあり得ず、１％程度の気孔は免れない。又実際、
多くの多結晶体では１〜３％程度の気孔率があっても強
度的にはそれほど大きくは低下しないことが経験上明ら
かであり、図３のグラフにおいてＡ点の強度よりも十分
大きいと思われる。

【００２８】以上i）〜iii）の条件を満たすような気孔
であれは、セラミックス中に存在していても強度には全
く影響がないことが分る。本発明ではこの様な気孔の生
成を特にその量（気孔率）を制御することにより、セラ
ミックスの高靱化を達成するものである。

【００２９】次に、破壊靱性値を向上させる要因は下記
の２つに大別することができる。（１）主クラックと分散粒子との直接的な相互作用（２）主クラック先端付近にプロセスゾーンを形成する
機構

【００３０】（１）としては主クラック前縁の湾曲、主
クラック面の偏向、クラックのピン止め作用等があり、
（２）ではマイクロクラッキング、応力誘起相転移、破
面架橋等がある。

【００３１】本発明の、セラミックス中に偏析や結晶成
長に由来する強度に影響を与えない程度の形状、大きさ
をもつ気孔を適当量生成させたセラミックスにおいて、
その破壊靱性向上に寄与する要因は気孔によるクラック
のピン止めと偏向であると推定される。

【００３２】次に、気孔率と強度、破壊靱性値との関係
を図４に示す。ここで、図４における気孔率とは上記の
iii）に定義した範囲の気孔率である。

【００３３】セラミックス中における気孔は欠陥の一種
と捕えることができる。従って従来の焼結技術はいかに
して緻密な焼結体を得るかということを念頭に進歩して
きた。しかしながら、上述したように、セラミックス中
に残存する気孔が強度に影響を与えない形状と大きさで
あれば一定範囲内の気孔は強度に影響を与えない。

【００３４】一方、破壊靱性値も緻密化するに従い上昇
するが、気孔を一定以下にしてしまうと逆に低下してし
まう。（図−Ｃ点）何故なら適当量の気孔が存在してい
るとクラックはそこでピン止めされ、更には偏向しなが
ら進行するが、気孔が少すぎるとクラックは停止させる
ことなく脆性的に破壊に至るからである。したがって、
強度の低下を最小限に抑え、破壊靱性値が最も高くなる
気孔率の範囲が存在する。（図Ａ〜Ｂ点）

【００３５】本発明では焼結条件を制御することによ
り、セラミックス中に強度に影響を与えない程度の形
状、大きさをもつ気孔を適当量意図的に生成することに
より、高靱化を達成した。

【００３６】

【実施例１】Ｓｉ₃Ｎ₄−１Ｓｉ₃Ｎ₄原料は宇部興産（株）製ＳＮ−Ｅ１０（中心粒
径0.79μｍ、α分率＞９５％）と電気化学（株）製ＳＮ
−Ｐ２１Ｃ（中心粒径0.69μｍ、α分率93.1％）を使用
した。

【００３７】焼結助剤はＥ１０にはＡｌ₂Ｏ₃（住友化学
（株）製ＡＫＰ−３０、中心粒径0.37μｍ）とＹ₂Ｏ
₃（三菱化成（株）製ＹＦ、中心粒径1.46μｍ）をそれ
ぞれ３ｍｏｌ％、５ｍｏｌ％添加、或いはＮｄ₂Ｏ₃（日
産希元素化学（株））とＹ₂Ｏ₃（ＹＦ）をそれぞれ５ｍ
ｏｌ％、３ｍｏｌ％づつ添加し、Ｐ２１Ｃには、ＣｅＯ
₂（日産希元素化学（株）製）とＹ₂Ｏ₃（ＹＦ）をそれ
ぞれ５ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％添加、あるいはＬａ₂Ｏ
₃（日本イットリウム（株）製）とＹ₂Ｏ₃（ＹＦ）をそ
れぞれ４ｍｏｌ％、４ｍｏｌ％づつ添加した。

【００３８】上記原料を表２に示すように所定量秤量し
た後、トリクレン（東亜合成（株）、トリクレンＲ）に
て湿式混合を１６時間行った。この際、分散剤としてＡ
Ｌ−Ｍ（味の素（株))を使用し、玉石はＳｉ₃Ｎ₄製、φ
１５ｍｍ（ニッカトー（株))、玉石比を1.5とした。

【００３９】

【表２】

【００４０】湿式混合後１００℃のオーブン中で１８時
間乾燥し、その後乾式粉砕を４８時間行った。この時湿
式混合時に使用した玉石を同一比にて使用した。更に目
開き５００μｍのステンレス製の篩を通し、これを坏土
とした。

【００４１】得られた坏土は温度１７５０℃、圧力３３
０ｋｇ／ｃｍ²、時間１時間（Ｎｄ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃系）或
いは２時間（Ａｌ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃、Ｃ
ｅＯ₂−Ｙ₂Ｏ₃系）ＨＰ焼結を行った（Ｎｏ．１〜
４）。

【００４２】なお、比較例として、温度１８００℃、圧
力３３０ｋｇ／ｃｍ²、時間２時間（Ｎｄ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃
系）或いは３時間（Ａｌ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃−Ｙ₂
Ｏ₃、ＣｅＯ₂−Ｙ₂Ｏ₃系）の条件でＨＰ焼結して、気孔
率を１％未満にしたもの（Ｎｏ．５〜８）、温度１７５
０℃、圧力３３０ｋｇ／ｃｍ²、時間４５分（Ｎｄ₂Ｏ₃
−Ｙ₂Ｏ₃系）或いは９０分（Ａｌ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂
Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂−Ｙ₂Ｏ₃系）の条件でＨＰ焼結を
行い気孔率を４％以上にしたもの（Ｎｏ．９〜１２）も
併せて製造した。

【００４３】得られた焼結体は走査型電子顕微鏡（日立
製作所（株）製、Ｓ−４５０）にて１００個の気孔形
状、大きさを評価し、気孔率は画像処理装置（オリンパ
ス光学工業（株）、ＸＬ−５００）を用いて気孔部と緻
密部との面積比により算出した。更に、３点曲げ強度
（ＪＩＳＲ１６０１）と破壊靱性値（ＪＩＳＲ１６
０７）の測定を行った。

【００４４】以下、表３に本実施例のＳｉ₃Ｎ₄と従来Ｓ
ｉ₃Ｎ₄の特性比較を示す。

【００４５】

【表３】

【００４６】ここで、気孔率はアルキメデス法による
気孔率、気孔率は画像解析装置を使用した測定値であ
る。気孔率が気孔率に比べ約１／１０程度にすぎな
いのはアルキメデス法では開気孔を全体積中のポアと想
定するのに対し、画像処理装置を用いた測定法は閉気孔
をも含めた気孔率を算出できるためである。以後、セラ
ミックスの特性表にはアルキメデス法による気孔率を気
孔率、画像処理装置を用いた気孔率を気孔率として
付記する。（なお、本発明で規定する気孔率１〜３％は
画像処理装置を用いた気孔率を意味する。）

【００４７】１〜４は本実施例によって得られたＳｉ₃
Ｎ₄であり、５〜８は従来の気孔率が１％未満のＳｉ₃Ｎ
₄である。表３より本実施例のものでは、曲げ強度はほ
ぼ同程度でありながら破壊靱性値が大幅に向上した。特
にＮｄ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃系、Ｌａ₂Ｏ₃−Ｙ₂Ｏ₃系の焼結助剤
系を利用したＳｉ₃Ｎ₄はその向上が著しい。

【００４８】１〜４のＳｉ₃Ｎ₄と５〜８のＳｉ₃Ｎ₄を比
較すると、気孔径は２〜３μｍ程度で一致しているのに
対し、気孔率は１〜４のＳｉ₃Ｎ₄の方がわずかながら高
いこと（１．８〜２．４％）が特徴的である。

【００４９】また、９〜１２は、気孔率が３％を超える
ものであり、曲げ強度、破壊靱性値が本実施例のものに
比べて共に低下していることが分かる。

【００５０】従って本実施例のＳｉ₃Ｎ₄では、従来の緻
密化Ｓｉ₃Ｎ₄の焼成条件と比較して焼成温度を５０℃低
下させ、焼成時間を１時間低下させて気孔率を１〜３％
にすることにより高靱化を達成できることが判明した。

【００５１】以下、本発明による気孔生成のプロセス
と、高靱化のプロセスを示す。 (i) Ｓｉ₃Ｎ₄を焼結する場合、Ｓｉ₃Ｎ₄のＳｉと焼結助
剤中のＯとが反応してＳｉＯ₂を生成し、液相となる。
気孔は液相を通して系外へ排出されるが、完全に緻密化
する前に焼結を止めれば気孔は残る。そこで焼結条件を
制御することで適当量の気孔を残存させることができ
る。

【００５２】このような気孔が残存した焼結体におい
て、クラックは図５に示す様に気孔にぶつかって停止
し、（ピン止め効果）偏向しながら進行するため、破壊
靱性値を向上できる。

【００５３】(ii)表４にＳｉ₃Ｎ₄の焼結に使用した焼結
助剤のおおよその融点を示した。

【００５４】

【表４】

【００５５】Ｎｄ₂Ｏ₃とＬａ₂Ｏ₃の２つはＳｉ₃Ｎ₄の焼
結温度１７５０℃に比べ、かなり高い融点をもつ。Ｓｉ
₃Ｎ₄の焼結はＳｉ₃Ｎ₄と焼結助剤の表面が十分活性化さ
れなければならない。Ａｌ₂Ｏ₃やＣｅＯ₂は融点が焼結
温度に近いため、十分活性化され、一様に焼結が進行
する。それに対し、Ｎｄ₂Ｏ₃やＬａ₂Ｏ₃は融点がかなり
高いため、局所的に焼結の進行の早い部分と遅い部分が
現われる。気孔は液相を通して排出されるため、進行の
早い部分から先に排出され、遅い部分へ追い出される。
したがって焼結体の気孔の分布が不均一になる。

【００５６】図６に、気孔を不均一に分布させたＳｉ₃
Ｎ₄と均一に分散させたＳｉ₃Ｎ₄のクラックの進展状況
を示す。

【００５７】図６より気孔が均一に分布しているＳｉ₃
Ｎ₄においてはクラックはほぼ直線的に進行しているの
に対し（図６（ｂ））、不均一に分布させたＳｉ₃Ｎ₄で
はクラックは偏向を起こしている（図６（ａ））。

【００５８】これは、図７（ａ），（ｂ）に示すよう
に、気孔の多い部分（Ｂ）を進行するクラックは緻密な
部分（Ａ）にぶつかると停止し（ピン止め効果）、更に
負荷が加わると偏向して進むためと考えられる。

【００５９】従って融点の高い焼結助剤を使用し、焼結
条件を制御することによって気孔を不均一に分散させる
ことによっても、マクロ的にもミクロ的にも破壊靱性値
の向上に効果がある。

【００６０】

【実施例２】Ｓｉ₃Ｎ₄−鋳込み成形品Ｓｉ₃Ｎ₄原料は宇部興産（株）製ＳＮ−ＥＳＰ（中心粒
径0.75μｍ、α分布率＞９５％）とＳＮ−Ｅ１０を使用
した。

【００６１】焼結助剤はＡｌ₂Ｏ₃（ＡＫＰ−３０）とＹ
₂Ｏ₃（ＹＦ）を５ｍｏｌ％：３ｍｏｌ％にて添加した。

【００６２】上記原料を表５に示すように所定量秤量し
た後、有機バインダー（中京油脂（株）、バインドセラ
ム）を添加し、水中にて湿式混合を１６時間行った。こ
の際玉石はＡｌ₂Ｏ₃製、φ１２×13.5ｌのシリンダー形
状の物（日本化学陶業）を使用し、玉石比は１とした。

【００６３】

【表５】

【００６４】得られた泥漿は石膏型（日東石膏製、特級
石膏）へ流し込み、成形、乾燥後、温度５５０℃にて２
時間脱脂を行った

【００６５】脱脂済の成形体は温度１７５０℃、Ｎ₂雰
囲気下で1.5時間常圧焼結した（Ｎｏ．１，２）。

【００６６】なお、比較例として温度１７５０℃、Ｎ₂
雰囲気下で６時間常圧焼結して緻密化させた従来のＳｉ
₃Ｎ₄も併せて製造した（Ｎｏ．３、４）。

【００６７】焼結体の評価方法は実施例の場合と同様
にした。表６に本実施例により得られたＳｉ₃Ｎ₄（１〜
２）と従来Ｓｉ₃Ｎ₄（３〜４）の特性表を示す。尚、
１、３はＥＳＰ、２、４はＥ１０使用。

【００６８】

【表６】

【００６９】本焼結体の高靱化のメカニズムは実施例
の(i)と同様である。

【００７０】

【実施例３】Ａｌ₂Ｏ₃ Ａｌ₂Ｏ₃粉末は昭和電工（株）製ＡＣ１６０（中心粒径
0.41μｍ）を用いた。

【００７１】Ａｌ₂Ｏ₃粉末を２５×６０×１５ｍｍ形状
になる様に２００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で金型を用いて成
形し、更に、冷間静水圧プレスで１５００ｋｇ／ｃｍ²
の圧力を加え、成形体とした。

【００７２】成形体は４００℃にて２時間脱脂した後、
大気雰囲気下で１６５０℃、１時間常圧焼結を行った。

【００７３】なお、比較例として大気雰囲気下で１６７
０℃、２時間常圧焼結を行った従来Ａｌ₂Ｏ₃も併せて製
造した。

【００７４】得られた焼結体は実施例と同様の評価方
法を用いて評価した。

【００７５】表７に、本実施例のＡｌ₂Ｏ₃（１）と比較
例のＡｌ₂Ｏ₃（２）の特性表を示す。

【００７６】

【表７】

【００７７】Ａｌ₂Ｏ₃の様な酸化物セラミックスの場
合、焼結の過程で粒成長が起こり、気孔は粒界へ排出さ
れる。粒界の気孔は容易に拡散して網の目の様になって
粒界を通路として焼結体の外へ拡散され、結果として無
気孔の焼結体が得られる。

【００７８】焼結条件を制御し（本実施例では焼成温度
を２０℃低下させ、かつ焼成時間を１時間減少させた）
完全に緻密化する前に、適当量の気孔を残して焼結を完
了すれば気孔によってクラックはピン止め、偏向の効果
を受けて破壊靱性値は向上する。

【００７９】

【実施例４】３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂ ３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂原料は秩父セメント（株）製Ｍ
Ｐ４０（中心粒径1.54μｍ、Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂モル比
＝1.50）を用いた。

【００８０】３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂粉末を２５×６０
×１５ｍｍ形状になる様に２００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で
金型を用いて成形し、更に冷間静水圧プレスで１５００
ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加え、成形体とした。

【００８１】成形体は４００℃にて２時間脱脂した後、
大気雰囲気下で１６５０℃、１時間常圧焼結を行った。

【００８２】得られた焼結体は実施例と同様の評価方
法を用いて評価した。

【００８３】表８に、本実施例の３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂（１）と従来３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂（２）（大気雰
囲気下で１６５０℃、９０分常圧焼結を行ったもの）の
特性表を示す。

【００８４】

【表８】

【００８５】本焼結体の破壊靱性向上のメカニズムは実
施例と同様である。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれは、偏析による強度に影響
を与えない程度の気孔を生成することにより高靱性のセ
ラミックスが得られる。このセラミックスは強度や耐熱
性等従来のセラミックスの持っていた特性を損ねること
はないので、その用途は車載用エンジン部品をはじめ多
岐にわたると考えられる。

【００８７】更に、本発明により得られたセラミックス
は、その構造からＫ_ICの向上以外に次の様な効果が得ら
れる。

【００８８】耐摩耗性の向上本発明によって得られたセラミックスには数μｍ程度の
気孔が存在している。こうした材料を潤滑剤と共に摺動
部材として使用した場合、気孔中に潤滑剤が保存され
る。この潤滑剤は部品の摺動中に極微量ずつ気孔より供
給され、その結果セラミック部品の耐摩耗性が向上す
る。

【００８９】耐熱衝撃性の向上本発明によって生成された気孔は応力に対して最も効果
的にそれを分散させ得る形状を持っている。したがって
熱衝撃による応力が発生した場合、気孔が応力を分散、
吸収し破壊に至りにくい。

【００９０】この様な特性を生かし、構造材料を始め、
加工用超硬工具、摺動部材、溶融金属用ダイカスト部材
等の用途展開が可能である。

【００９１】また本発明の高靱性セラミック材料は、焼
結条件をのみを制御することにより容易に得られるた
め、従来のホットプレス焼結、ＨＩＰ焼結、常圧焼結等
の焼結方法を利用して容易に製造することができる。さ
らにプレス成形、鋳込み成形等の成形プロセスも、成形
体中に気孔が存在していれば利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】気孔形状と強度との関係を説明するための図で
ある。

【図２】気孔の大きさと強度との関係を説明するための
図である。

【図３】気孔率と強度との関係を示すグラフである。

【図４】気孔率と強度、破壊靱性値との関係を示すグラ
フである。

【図５】気孔によるクラックの進行方向を示す図であ
る。

【図６】Ｓｉ₃Ｎ₄のクラック進展状況を示す組織写真で
あり、（ａ）は気孔を不均一に分布させたＳｉ₃Ｎ₄、
（ｂ）は気孔を均一に分散させたＳｉ₃Ｎ₄である。

【図７】（ａ）は気孔の多い部分と緻密な部分とが有る
場合のクラックの進展状況を示す図であり、（ｂ）は
（ａ）のＣ部分の拡大図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤承央愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者齋藤政彦愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者島ノ上誠司愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者岩田美佐男愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径が３μｍ以下で球形の気孔がセラミッ
ク焼結体全体に対し体積比で１〜３％の割合で分散して
いることを特徴とする高靱性セラミック材料。
【請求項２】上記気孔がセラミック焼結体中に不均一に
分散していることを特徴とする請求項１記載の高靱性セ
ラミック材料。
【請求項３】上記セラミック焼結体がシリコンナイトラ
イド（Ｓｉ₃Ｎ₄）であることを特徴とする請求項１又は
２記載の高靱性セラミック材料。
【請求項４】上記セラミック焼結体がアルミナ（Ａｌ₂
Ｏ₃）であることを特徴とする請求項１又は２記載の高
靱性セラミック材料。
【請求項５】上記セラミック焼結体がムライト（３Ａｌ
₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）であることを特徴とする請求項１又
は２記載の高靱性セラミック材料。