JPH0655515A - 繊維強化セラミックスの製造方法および製造装置 - Google Patents
繊維強化セラミックスの製造方法および製造装置Info
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- JPH0655515A JPH0655515A JP4206609A JP20660992A JPH0655515A JP H0655515 A JPH0655515 A JP H0655515A JP 4206609 A JP4206609 A JP 4206609A JP 20660992 A JP20660992 A JP 20660992A JP H0655515 A JPH0655515 A JP H0655515A
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- ceramics
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 成形体の緻密化を図りながら、曲げ強度，破
壊靱性に対する異方性を改善して、機械部品，構造用材
料への用途を拡大できる繊維強化セラミックスの製造方
法及び装置を提供する。 【構成】 セラミックス粉末７に無機質繊維８を配合し
てなる混練物９をシリンダ２内に充填し、該混練物９を
加圧しつつシリンダ２の押出しノズル４から押し出して
セラミックス成形体１０を形成する場合に、上記押出し
ノズル４の内周壁４ａに、例えば軸方向に螺旋状に延び
る突条５を凸設し、このノズル４を通過する際に上記混
練物９に捩じりを付与する。これにより上記無機質繊維
８が一方向に、かつ螺旋状に配列された成形体１０を得
る。
壊靱性に対する異方性を改善して、機械部品，構造用材
料への用途を拡大できる繊維強化セラミックスの製造方
法及び装置を提供する。 【構成】 セラミックス粉末７に無機質繊維８を配合し
てなる混練物９をシリンダ２内に充填し、該混練物９を
加圧しつつシリンダ２の押出しノズル４から押し出して
セラミックス成形体１０を形成する場合に、上記押出し
ノズル４の内周壁４ａに、例えば軸方向に螺旋状に延び
る突条５を凸設し、このノズル４を通過する際に上記混
練物９に捩じりを付与する。これにより上記無機質繊維
８が一方向に、かつ螺旋状に配列された成形体１０を得
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスマトリッ
ク中に無機質繊維を配合してなる繊維強化セラミックス
成形体の製造方法，装置に関し、詳細には成形体の緻密
化を図りながら、曲げ強度，破壊靱性の異方性を改善し
て、用途を拡大できるようにした製造方法及び装置に関
する。
ク中に無機質繊維を配合してなる繊維強化セラミックス
成形体の製造方法，装置に関し、詳細には成形体の緻密
化を図りながら、曲げ強度，破壊靱性の異方性を改善し
て、用途を拡大できるようにした製造方法及び装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス中に無機質繊維を混入して
なる繊維強化セラミックスは、強度，靱性，耐摩耗性等
の機械的性質に優れた特性を有しており、各種の機械部
品，構造用材料として注目されている。この繊維強化セ
ラミックスの製造方法として、従来からセラミックス材
料中に無機質繊維を配合して混練物を形成し、この混練
物を金型，ＣＩＰ，押出し等により成形する方法等があ
る。しかし、これにより得られた成形体は、無機質繊維
がランダムに配列されていることから、焼結時にセラミ
ックスの収縮が阻害され、その結果焼結体の緻密化を困
難にしている。このため無機質繊維の配合量を少量に限
定している。このようなセラミックスの収縮性を向上す
るために、従来、ＨＩＰやホットプレス等により成形体
を高温，高圧下で焼結して緻密体を得る方法がある。ま
た、特開昭62-270470 号公報, 特開平２-263768 号公報
には、無機質繊維を一方向に配列して焼結性を改善し、
これにより緻密化を図るとともに、無機質繊維の配合量
を増大できるようにした方法，装置が提案されている。
これは、図２に示すように、セラミックス材料１１と無
機質繊維１２との混練物１３をシリンダ１４内に充填
し、この混練物１３を加圧パンチ１５で加圧しつつシリ
ンダ１４の押出しノズル１６から押し出すように構成さ
れている。上記押し出しの際にランダムに配列していた
各繊維１２は徐々に押出し方向に配向し、これにより無
機質繊維１２が一方向に配列した細径状の中間成形体１
７が得られる。この後、中間成形体１７を積層したり，
束ねたりした後、金型，ＣＩＰ等で加圧成形し、これに
より所定の大きさ，形状の一体成形体を形成し、この後
ＨＩＰやホットプレス等で高温，高圧焼結するようにし
ている。またロール等による圧延により緻密体を得る方
法もある。
なる繊維強化セラミックスは、強度，靱性，耐摩耗性等
の機械的性質に優れた特性を有しており、各種の機械部
品，構造用材料として注目されている。この繊維強化セ
ラミックスの製造方法として、従来からセラミックス材
料中に無機質繊維を配合して混練物を形成し、この混練
物を金型，ＣＩＰ，押出し等により成形する方法等があ
る。しかし、これにより得られた成形体は、無機質繊維
がランダムに配列されていることから、焼結時にセラミ
ックスの収縮が阻害され、その結果焼結体の緻密化を困
難にしている。このため無機質繊維の配合量を少量に限
定している。このようなセラミックスの収縮性を向上す
るために、従来、ＨＩＰやホットプレス等により成形体
を高温，高圧下で焼結して緻密体を得る方法がある。ま
た、特開昭62-270470 号公報, 特開平２-263768 号公報
には、無機質繊維を一方向に配列して焼結性を改善し、
これにより緻密化を図るとともに、無機質繊維の配合量
を増大できるようにした方法，装置が提案されている。
これは、図２に示すように、セラミックス材料１１と無
機質繊維１２との混練物１３をシリンダ１４内に充填
し、この混練物１３を加圧パンチ１５で加圧しつつシリ
ンダ１４の押出しノズル１６から押し出すように構成さ
れている。上記押し出しの際にランダムに配列していた
各繊維１２は徐々に押出し方向に配向し、これにより無
機質繊維１２が一方向に配列した細径状の中間成形体１
７が得られる。この後、中間成形体１７を積層したり，
束ねたりした後、金型，ＣＩＰ等で加圧成形し、これに
より所定の大きさ，形状の一体成形体を形成し、この後
ＨＩＰやホットプレス等で高温，高圧焼結するようにし
ている。またロール等による圧延により緻密体を得る方
法もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
各公報による製造方法は、緻密な成形体を得るには有効
であるものの、無機質繊維が軸方向に配列した構造であ
るから、曲げ強度，破壊靱性等に異方性が生じ、その結
果機械部品，構造用材料への用途が限られるという問題
がある。
各公報による製造方法は、緻密な成形体を得るには有効
であるものの、無機質繊維が軸方向に配列した構造であ
るから、曲げ強度，破壊靱性等に異方性が生じ、その結
果機械部品，構造用材料への用途が限られるという問題
がある。
【０００４】本発明の目的は、成形体の緻密化を図りな
がら、曲げ強度，破壊靱性に対する異方性を改善するこ
とにより、機械的性質を向上でき、ひいては用途を拡大
できる繊維強化セラミックスの製造方法及び装置を提供
することにある。
がら、曲げ強度，破壊靱性に対する異方性を改善するこ
とにより、機械的性質を向上でき、ひいては用途を拡大
できる繊維強化セラミックスの製造方法及び装置を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本件発明者らは、成形体
の緻密化を図りながら異方性を改善するために検討した
ところ、押出し成形時に無機質繊維が押し出し方向に配
向する点に着目し、この繊維を押し出し方向に対して螺
旋状に配向させることによって異方性を改善できること
を見出し、本発明を成したものである。
の緻密化を図りながら異方性を改善するために検討した
ところ、押出し成形時に無機質繊維が押し出し方向に配
向する点に着目し、この繊維を押し出し方向に対して螺
旋状に配向させることによって異方性を改善できること
を見出し、本発明を成したものである。
【０００６】そこで請求項１の発明は、セラミックス粉
末に無機質繊維を配合してなる混練物をシリンダ内に充
填し、該混練物を加圧しつつシリンダの押出しノズルか
ら押し出してセラミックス成形体を形成するようにした
繊維強化セラミックスの製造方法において、上記混練物
に捩じりを付与しながら押し出し、これにより上記無機
質繊維が一方向に、かつ螺旋状に配列された成形体を得
ることを特徴としている。また請求項２の発明は、上記
方法を実施するための装置であり、押出しノズルの内面
に螺旋状の凸条を形成したことを特徴としている。
末に無機質繊維を配合してなる混練物をシリンダ内に充
填し、該混練物を加圧しつつシリンダの押出しノズルか
ら押し出してセラミックス成形体を形成するようにした
繊維強化セラミックスの製造方法において、上記混練物
に捩じりを付与しながら押し出し、これにより上記無機
質繊維が一方向に、かつ螺旋状に配列された成形体を得
ることを特徴としている。また請求項２の発明は、上記
方法を実施するための装置であり、押出しノズルの内面
に螺旋状の凸条を形成したことを特徴としている。
【０００７】ここで、上記セラミックス粉末には、Ａｌ
2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ等の酸化物，窒
化物，炭化物が採用できる。さらに上記無機質繊維に
は、短繊維状の酸化物，窒化物，炭化物が採用でき、こ
れの配合量は10〜20wt％の範囲が望ましい。
2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＣ等の酸化物，窒
化物，炭化物が採用できる。さらに上記無機質繊維に
は、短繊維状の酸化物，窒化物，炭化物が採用でき、こ
れの配合量は10〜20wt％の範囲が望ましい。
【０００８】
【作用】本発明に係る繊維強化セラミックスの製造方法
によれば、押出しノズルで混練物に捩じりを付与したの
で、ランダムに配列した無機質繊維は上記押出しノズル
を通過する際に一方向に、かつ所定の角度でもって螺旋
状に配列することとなり、これにより緻密で、かつ異方
性を持たない成形体を製造できる。その結果、曲げ強
度，破壊靱性等の機械的特性に優れた繊維強化セラミッ
クスを得ることができ、機械部品，構造用材料への用途
を拡大できる。
によれば、押出しノズルで混練物に捩じりを付与したの
で、ランダムに配列した無機質繊維は上記押出しノズル
を通過する際に一方向に、かつ所定の角度でもって螺旋
状に配列することとなり、これにより緻密で、かつ異方
性を持たない成形体を製造できる。その結果、曲げ強
度，破壊靱性等の機械的特性に優れた繊維強化セラミッ
クスを得ることができ、機械部品，構造用材料への用途
を拡大できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１は、本発明の一実施例による繊維強化セラミッ
クスの製造方法を説明するための図である。図におい
て、１は本実施例方法の実施に採用される押出し装置で
ある。この装置１は、シリンダ２内に加圧パンチ３を進
退自在に挿入するとともに、シリンダ２の先端部に押出
しノズル４を接続形成して構成されている。
る。図１は、本発明の一実施例による繊維強化セラミッ
クスの製造方法を説明するための図である。図におい
て、１は本実施例方法の実施に採用される押出し装置で
ある。この装置１は、シリンダ２内に加圧パンチ３を進
退自在に挿入するとともに、シリンダ２の先端部に押出
しノズル４を接続形成して構成されている。
【００１０】上記押出しノズル４の内周壁４ａには、軸
方向に螺旋状に延びる複数本の突条５が凸設されてお
り、この各突条５の傾斜角度は約45度に設定されてい
る。これにより混練物に捩じりを付与し、あるいはこれ
を回転させながら捩じりを付与するように構成されてい
る。
方向に螺旋状に延びる複数本の突条５が凸設されてお
り、この各突条５の傾斜角度は約45度に設定されてい
る。これにより混練物に捩じりを付与し、あるいはこれ
を回転させながら捩じりを付与するように構成されてい
る。
【００１１】次に、上記押出し装置１による繊維強化セ
ラミックスの一製造方法を説明する。まず、アルミナ粉
末７に、短繊維状のＳｉＣウィスカ８を10〜20wt％の範
囲で配合し、これに結合剤，可塑剤を添加して所定硬さ
の混練物９を形成する。この混練物９を真空，又は減圧
容器内で再混練して十分脱気処理する。これによりマト
リックスとなるアルミナ粉末７中にＳｉＣウィスカ８が
ランダムに配列された混練物９を形成する。
ラミックスの一製造方法を説明する。まず、アルミナ粉
末７に、短繊維状のＳｉＣウィスカ８を10〜20wt％の範
囲で配合し、これに結合剤，可塑剤を添加して所定硬さ
の混練物９を形成する。この混練物９を真空，又は減圧
容器内で再混練して十分脱気処理する。これによりマト
リックスとなるアルミナ粉末７中にＳｉＣウィスカ８が
ランダムに配列された混練物９を形成する。
【００１２】次に、上記混練物９をシリンダ２内に充填
し、この状態で加圧パンチ３を下降させて混練物９を加
圧する。すると混練物９は押出しノズル４の各突条５に
沿って回転しながら捩じれた状態で押し出される。これ
によりＳｉＣウィスカ８が押し出し方向に傾斜し、かつ
螺旋状に均一に配列されたセラミックス成形体１０が得
られる。ここで、この成形体１０の外周面には、上記突
起部５による溝状の凹部が形成されることとなるが、こ
の凹部は上記成形体１０表面を削り取ることにより除去
する。
し、この状態で加圧パンチ３を下降させて混練物９を加
圧する。すると混練物９は押出しノズル４の各突条５に
沿って回転しながら捩じれた状態で押し出される。これ
によりＳｉＣウィスカ８が押し出し方向に傾斜し、かつ
螺旋状に均一に配列されたセラミックス成形体１０が得
られる。ここで、この成形体１０の外周面には、上記突
起部５による溝状の凹部が形成されることとなるが、こ
の凹部は上記成形体１０表面を削り取ることにより除去
する。
【００１３】このようにして得られた成形体１０を、不
活性ガス雰囲気中にて500 ℃に加熱して結合剤等を除去
した後、続いて1800℃程度に昇温加熱して常圧焼結す
る。これにより本実施例の繊維強化セラミックスが製造
される。
活性ガス雰囲気中にて500 ℃に加熱して結合剤等を除去
した後、続いて1800℃程度に昇温加熱して常圧焼結す
る。これにより本実施例の繊維強化セラミックスが製造
される。
【００１４】このように本実施例によれば、押出しノズ
ル４の内周壁４ａに螺旋状に延びる突条５を形成し、該
突条５で混練物９に捩じりを付与したので、ランダムに
配列したＳｉＣウィスカ８は押し出される際に所定の角
度でもって螺旋状に配列することとなる。これにより緻
密で、かつ異方性の少ない成形体１０を得ることがで
き、曲げ強度，破壊靱性等の機械的特性に優れた繊維強
化セラミックスを製造でき、軸用部品，構造用材料への
用途を大幅に拡大できる。
ル４の内周壁４ａに螺旋状に延びる突条５を形成し、該
突条５で混練物９に捩じりを付与したので、ランダムに
配列したＳｉＣウィスカ８は押し出される際に所定の角
度でもって螺旋状に配列することとなる。これにより緻
密で、かつ異方性の少ない成形体１０を得ることがで
き、曲げ強度，破壊靱性等の機械的特性に優れた繊維強
化セラミックスを製造でき、軸用部品，構造用材料への
用途を大幅に拡大できる。
【００１５】また、本実施例方法は、混練物９に捩じり
を付与するだけで緻密な成形体１０を得るという方法で
あることから、常圧焼結を行ってもセラミックスの収縮
性を向上でき、従来のＨＩＰやホットプレス等による高
温，高圧焼結を不要にできる。
を付与するだけで緻密な成形体１０を得るという方法で
あることから、常圧焼結を行ってもセラミックスの収縮
性を向上でき、従来のＨＩＰやホットプレス等による高
温，高圧焼結を不要にできる。
【００１６】次に、本実施例による製造方法の効果を確
認するために行った試験について説明する。この試験
は、上述した本実施例の製造方法により、３mm×４mm×
40mmの３点曲げ試験片を作成し、この試験片の常温での
曲げ試験, 及びマイクロビッカース（荷重50Kg/mm2) に
よる破壊靱性値を測定した。また、比較するために、図
２に示す従来の押出し装置で、ＳｉＣウィスカを一軸方
向に配列してなる成形体を製造し、同様の測定を行っ
た。なお、上記各試験片のＳｉＣウィスカの配合量は10
wt％とした。
認するために行った試験について説明する。この試験
は、上述した本実施例の製造方法により、３mm×４mm×
40mmの３点曲げ試験片を作成し、この試験片の常温での
曲げ試験, 及びマイクロビッカース（荷重50Kg/mm2) に
よる破壊靱性値を測定した。また、比較するために、図
２に示す従来の押出し装置で、ＳｉＣウィスカを一軸方
向に配列してなる成形体を製造し、同様の測定を行っ
た。なお、上記各試験片のＳｉＣウィスカの配合量は10
wt％とした。
【００１７】
【表１】
【００１８】表１からも明らかなように、ＳｉＣウィス
カを一軸方向に配列してなる従来試料の場合（第１欄)
、曲げ強度は80Kg/cm2と高く、また破壊靱性値は軸直
角方向で7.3MPam1/2と高いものの、軸方向では3.5MPam
1/2と低く、両者に２倍以上の差があり、異方性が生じ
ている。これに対して螺旋状に配列してなる本実施例試
料の場合（第２欄）、曲げ強度は73Kg/cm2と若干低いも
のの、破壊靱性値は軸直角方向，軸方向とも6.7,5.9MPa
m1/2となっており、異方性が改善されていることがわか
る。また、上記本実施例試料の軸方向縦断面を光学顕微
鏡で観察したところ、ＳｉＣウィスカが押し出し方向に
対して約35〜40度に傾斜していることが確認できた。さ
らに、上記本実施例試料の焼結後の相対密度を測定した
ところ100 ％に達しており、しかも割れ, 剥離等は全く
生じていなかった。
カを一軸方向に配列してなる従来試料の場合（第１欄)
、曲げ強度は80Kg/cm2と高く、また破壊靱性値は軸直
角方向で7.3MPam1/2と高いものの、軸方向では3.5MPam
1/2と低く、両者に２倍以上の差があり、異方性が生じ
ている。これに対して螺旋状に配列してなる本実施例試
料の場合（第２欄）、曲げ強度は73Kg/cm2と若干低いも
のの、破壊靱性値は軸直角方向，軸方向とも6.7,5.9MPa
m1/2となっており、異方性が改善されていることがわか
る。また、上記本実施例試料の軸方向縦断面を光学顕微
鏡で観察したところ、ＳｉＣウィスカが押し出し方向に
対して約35〜40度に傾斜していることが確認できた。さ
らに、上記本実施例試料の焼結後の相対密度を測定した
ところ100 ％に達しており、しかも割れ, 剥離等は全く
生じていなかった。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明に係る繊維強化セラ
ミックスの製造方法によれば、混練物を押し出す際にこ
れに捩じりを付与したので、これにより無機質繊維が一
方向に、かつ螺旋状に配列された成形体を形成でき、緻
密で、かつ曲げ強度，破壊靱性に対する異方性を持たな
い成形体を製造することができ、その結果強度，靱性を
向上できることから、軸物切削工具機械部品，構造用材
料への用途を拡大できる効果がある。
ミックスの製造方法によれば、混練物を押し出す際にこ
れに捩じりを付与したので、これにより無機質繊維が一
方向に、かつ螺旋状に配列された成形体を形成でき、緻
密で、かつ曲げ強度，破壊靱性に対する異方性を持たな
い成形体を製造することができ、その結果強度，靱性を
向上できることから、軸物切削工具機械部品，構造用材
料への用途を拡大できる効果がある。
【図１】本発明の一実施例による繊維強化セラミックス
の製造方法を実施するための押出し装置を示す図であ
る。
の製造方法を実施するための押出し装置を示す図であ
る。
【図２】従来の押出し成形方法を示す図である。
２ シリンダ ４ 押出しノズル ７ アルミナ粉末（セラミックス粉末） ８ ＳｉＣウィスカ（無機質繊維） ９ 混練物 １０ 成形体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 和彦 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179番１ 株式会社神戸製鋼所明石工場内
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミックス粉末に無機質繊維を配合し
てなる混練物をシリンダ内に充填し、該混練物を加圧し
つつシリンダの押出しノズルから押し出してセラミック
ス成形体を形成するようにした繊維強化セラミックスの
製造方法において、上記混練物に捩じりを付与しながら
押し出し、これにより上記無機質繊維が一方向に、かつ
螺旋状に配列された成形体を得ることを特徴とする繊維
強化セラミックスの製造方法。 - 【請求項２】 セラミックス粉末に無機質繊維を配合し
てなる混練物をシリンダ内に充填し、該混練物を加圧し
つつシリンダの押出しノズルから押し出してセラミック
ス成形体を形成するようにした繊維強化セラミックスの
製造装置において、上記押出しノズルの内面に螺旋状の
凸条を形成したことを特徴とする繊維強化セラミックス
の製造方法及び製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4206609A JPH0655515A (ja) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | 繊維強化セラミックスの製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4206609A JPH0655515A (ja) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | 繊維強化セラミックスの製造方法および製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0655515A true JPH0655515A (ja) | 1994-03-01 |
Family
ID=16526222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4206609A Withdrawn JPH0655515A (ja) | 1992-08-03 | 1992-08-03 | 繊維強化セラミックスの製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0655515A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013111727A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Kyocera Corp | 切削工具 |
| KR20200017926A (ko) * | 2018-08-10 | 2020-02-19 | 대구대학교 산학협력단 | 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐 |
-
1992
- 1992-08-03 JP JP4206609A patent/JPH0655515A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013111727A (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-10 | Kyocera Corp | 切削工具 |
| KR20200017926A (ko) * | 2018-08-10 | 2020-02-19 | 대구대학교 산학협력단 | 섬유보강 시멘트복합재료의 방향성 제어 및 분산성 향상을 위한 탈부착식 블레이드형 타설노즐 |
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