JPH0987012A - マルテンサイト変態型セラミック化合物およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 - Google Patents
マルテンサイト変態型セラミック化合物およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料Info
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- JPH0987012A JPH0987012A JP7262020A JP26202095A JPH0987012A JP H0987012 A JPH0987012 A JP H0987012A JP 7262020 A JP7262020 A JP 7262020A JP 26202095 A JP26202095 A JP 26202095A JP H0987012 A JPH0987012 A JP H0987012A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マルテンサイト変態をして高靱化する、もし
くはさせる新しいセラミック化合物（固溶体）を開発す
ること。 【解決手段】Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の示性式で示さ
れるマルテンサイト変態型セラミック化合物および、こ
の化合物を、Ln2O3, 3Al2O3, 1/3Ln´2O3, Si3N4 の混
合粉体、1/2Ln4Al2O3, 5/2Al2O3, 1/3Ln´2O3, Si3N4の
混合粉体、もしくは Ln2O3・Si3N4, 3Al2O3 , 1/3Ln´
2O3 の混合粉体を出発原料として焼成することにより製
造する。
くはさせる新しいセラミック化合物（固溶体）を開発す
ること。 【解決手段】Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の示性式で示さ
れるマルテンサイト変態型セラミック化合物および、こ
の化合物を、Ln2O3, 3Al2O3, 1/3Ln´2O3, Si3N4 の混
合粉体、1/2Ln4Al2O3, 5/2Al2O3, 1/3Ln´2O3, Si3N4の
混合粉体、もしくは Ln2O3・Si3N4, 3Al2O3 , 1/3Ln´
2O3 の混合粉体を出発原料として焼成することにより製
造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルテンサイト変
態型セラミック化合物およびその製造方法, ならびに複
合材料に関し、無機材料の分野、特にはセラミックスの
分野において、マルテンサイト変態をすることによって
高靱性を示す新規なセラミック化合物（固溶体）および
高靱性複合材料に関しての提案である。
態型セラミック化合物およびその製造方法, ならびに複
合材料に関し、無機材料の分野、特にはセラミックスの
分野において、マルテンサイト変態をすることによって
高靱性を示す新規なセラミック化合物（固溶体）および
高靱性複合材料に関しての提案である。
【０００２】本発明にかかるセラミック化合物およびこ
れを利用した複合材料は、エンジン部品、ガスタ−ビン
翼、ガスタ−ビン用部品、耐腐食性装置部品、坩堝、ボ
−ルミル用部品、高温炉用熱交換器、耐熱材料、高空飛
翔体用耐熱材、燃焼管、ダイカスト用部品、絶縁材料、
核融合炉材料、原子炉用材料、太陽炉材料、工具、熱遮
断材料、電子回路用基板、シ−ル材、継手やバルブ用部
品、ポンプ、ノズル、ロ−ラ、ガイド、フェル−ル、軸
受その他の広い分野で有効に用いられるものである。
れを利用した複合材料は、エンジン部品、ガスタ−ビン
翼、ガスタ−ビン用部品、耐腐食性装置部品、坩堝、ボ
−ルミル用部品、高温炉用熱交換器、耐熱材料、高空飛
翔体用耐熱材、燃焼管、ダイカスト用部品、絶縁材料、
核融合炉材料、原子炉用材料、太陽炉材料、工具、熱遮
断材料、電子回路用基板、シ−ル材、継手やバルブ用部
品、ポンプ、ノズル、ロ−ラ、ガイド、フェル−ル、軸
受その他の広い分野で有効に用いられるものである。
【０００３】
【従来の技術】一般に、セラミックスは多くの長所を具
えているが、大きな欠点は靱性が低く脆いことである。
この欠点を克服するものとして従来、マルテンサイト変
態を利用した正方晶ジルコニアが提案されており、セラ
ミックス材料の中では最も靱性の高いものの１つであ
る。この高靱性ジルコニアの高靱化の機構は、高温で安
定な正方晶が、添加化合物であるCaO 、MgO 、Y2O3、Ce
O2等の作用により室温まで安定化され、その正方晶が応
力により単斜晶に相変態する応力誘起相変態に起因する
ものと考えられている。
えているが、大きな欠点は靱性が低く脆いことである。
この欠点を克服するものとして従来、マルテンサイト変
態を利用した正方晶ジルコニアが提案されており、セラ
ミックス材料の中では最も靱性の高いものの１つであ
る。この高靱性ジルコニアの高靱化の機構は、高温で安
定な正方晶が、添加化合物であるCaO 、MgO 、Y2O3、Ce
O2等の作用により室温まで安定化され、その正方晶が応
力により単斜晶に相変態する応力誘起相変態に起因する
ものと考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上掲の高靱性セラミッ
クスとしての安定化, 部分安定化ジルコニアの例で明ら
かなように、マルテンサイト変態というのはセラミック
化合物の高靱化には極めて有効なメカニズムである。し
かしながら、これまで、こうした特性を示す化合物は、
正方晶ジルコニア以外には知られておらず、また、この
ジルコニアを使ってのセラミックスの高靱化も、Al2O3
については成功しているものの、高温材料として重要な
窒化けい素、炭化けい素あるいはその他のセラミックス
については十分な成果が得られていないのが実情であ
る。（「NATURE」(London) 258〔557 〕p703〜704 〔19
75〕R.C.Garvie, R.H.J. Hannink and R.T.Pascoe )
クスとしての安定化, 部分安定化ジルコニアの例で明ら
かなように、マルテンサイト変態というのはセラミック
化合物の高靱化には極めて有効なメカニズムである。し
かしながら、これまで、こうした特性を示す化合物は、
正方晶ジルコニア以外には知られておらず、また、この
ジルコニアを使ってのセラミックスの高靱化も、Al2O3
については成功しているものの、高温材料として重要な
窒化けい素、炭化けい素あるいはその他のセラミックス
については十分な成果が得られていないのが実情であ
る。（「NATURE」(London) 258〔557 〕p703〜704 〔19
75〕R.C.Garvie, R.H.J. Hannink and R.T.Pascoe )
【０００５】本発明の主たる目的は、マルテンサイト変
態をして高靱化するもしくはさせる新しいセラミック化
合物（固溶体）を開発することにある。本発明の具体的
な目的は、靱性ならびに強度に優れたセラミックスおよ
び複合材料を提供することにある。本発明の他の目的
は、上記のセラミック化合物および複合材料の有効な製
造方法を提案するところにある。
態をして高靱化するもしくはさせる新しいセラミック化
合物（固溶体）を開発することにある。本発明の具体的
な目的は、靱性ならびに強度に優れたセラミックスおよ
び複合材料を提供することにある。本発明の他の目的
は、上記のセラミック化合物および複合材料の有効な製
造方法を提案するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を克服すべ
く鋭意研究した結果、発明者らは、ジルコニアの高靱化
機構を究明する中で、応力誘起相変態による正方晶から
単斜晶への変化の課程で生じる体積増加が、クラック進
展を阻止することで靱性を発現することの他に、もう一
つのマルテンサイト変態による高靱化の機構のあること
を解明した。とくに、超弾性あるいは擬弾性といわれる
現象は、マルテンサイト変態する化合物が、マルテンサ
イト変態後に双晶を生成し、この双晶が応力によって双
晶面ですべる動きをすることにより高靱化の機構が発現
するのである。従って、もしこのようなマルテンサイト
変態する化合物が存在すれば、高靱性セラミックスの製
造に広く利用することが可能になる筈である。
く鋭意研究した結果、発明者らは、ジルコニアの高靱化
機構を究明する中で、応力誘起相変態による正方晶から
単斜晶への変化の課程で生じる体積増加が、クラック進
展を阻止することで靱性を発現することの他に、もう一
つのマルテンサイト変態による高靱化の機構のあること
を解明した。とくに、超弾性あるいは擬弾性といわれる
現象は、マルテンサイト変態する化合物が、マルテンサ
イト変態後に双晶を生成し、この双晶が応力によって双
晶面ですべる動きをすることにより高靱化の機構が発現
するのである。従って、もしこのようなマルテンサイト
変態する化合物が存在すれば、高靱性セラミックスの製
造に広く利用することが可能になる筈である。
【０００７】こうした要請に応えられるものとして開発
したのが、下記のマルテンサイト変態する新規な化合物
である。即ち、本発明は、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の
示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミック化合
物である。
したのが、下記のマルテンサイト変態する新規な化合物
である。即ち、本発明は、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の
示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミック化合
物である。
【０００８】また、本発明は、上記化合物（Ln2Al6Ln´
2/3 Si3O13+xN4) を、 (a) Ln2O3 、３Al2O3 、2/3CeO2 、 1/3Ln´2O3 の混合
粉体； (b) 1/2 Ln4Al2O9、5/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 の
混合粉体；および (c) Ln2O3・Si3N4 、３Al2O3 、 1/3Ln´2O3 の混合粉
体； を、いずれも非酸化性ガス雰囲気中において1350〜1700
℃の温度で、1 〜150 分間焼成することにより製造する
方法である。
2/3 Si3O13+xN4) を、 (a) Ln2O3 、３Al2O3 、2/3CeO2 、 1/3Ln´2O3 の混合
粉体； (b) 1/2 Ln4Al2O9、5/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 の
混合粉体；および (c) Ln2O3・Si3N4 、３Al2O3 、 1/3Ln´2O3 の混合粉
体； を、いずれも非酸化性ガス雰囲気中において1350〜1700
℃の温度で、1 〜150 分間焼成することにより製造する
方法である。
【０００９】また、本発明は、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+x
N4の示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミック
化合物に、Al2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複合
酸化物、複合ビスマス酸化物、フェライト、ガーネッ
ト、希土類遷移金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸
塩、チタン酸塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物
のいずれか１種以上を混合し、焼成して複合化させたこ
とを特徴とする高靱性複合材料である。
N4の示性式で示されるマルテンサイト変態型セラミック
化合物に、Al2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複合
酸化物、複合ビスマス酸化物、フェライト、ガーネッ
ト、希土類遷移金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸
塩、チタン酸塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物
のいずれか１種以上を混合し、焼成して複合化させたこ
とを特徴とする高靱性複合材料である。
【００１０】
【発明の実施の形態】発明者らは、マルテンサイト変態
して超弾性効果をもつ新しい化合物を見つけるため、種
々の酸化物および窒化物系のセラミック化合物を合成
し、その性質を調べてきた。その結果、上記Ln2Al6Ln´
2/3 Si3O13+xN4の示性式で示されるセラミック化合物を
新しく合成することに成功した。なお、この示性式にお
いて、LnとLn´は Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, E
u, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb,Luの各希土類元素を示
し、これらの２種の組合わせである。ただし、このLnと
Ln´とは同一元素でもよいが、高靱化の効果の点ではイ
オン半径の異なる元素を組合わせる方がよい。示性式の
ｘの値が変化するのはCe元素のような価数が３価から４
価に変化するためであり、最大値はｘ＝1.3 となるが、
ほとんどの場合、ｘ＝０である。
して超弾性効果をもつ新しい化合物を見つけるため、種
々の酸化物および窒化物系のセラミック化合物を合成
し、その性質を調べてきた。その結果、上記Ln2Al6Ln´
2/3 Si3O13+xN4の示性式で示されるセラミック化合物を
新しく合成することに成功した。なお、この示性式にお
いて、LnとLn´は Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, E
u, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb,Luの各希土類元素を示
し、これらの２種の組合わせである。ただし、このLnと
Ln´とは同一元素でもよいが、高靱化の効果の点ではイ
オン半径の異なる元素を組合わせる方がよい。示性式の
ｘの値が変化するのはCe元素のような価数が３価から４
価に変化するためであり、最大値はｘ＝1.3 となるが、
ほとんどの場合、ｘ＝０である。
【００１１】本発明にかかる上記セラミック化合物の１
つであるY4Al6Ce2/3Si3O13N4のＸ線回折図を図２に示す
が、単一の化合物を形成していることが明白である。ま
た、図１には、この化合物についての熱膨張を、室温か
ら1500℃まで窒素ガス中で測定した結果を示す。この図
１に示すように、この化合物は、890 ℃から1039℃にか
けて熱膨張が急激に大きくなる。そして、1300℃から急
激に収縮している。即ち、このような急激な体積変化
は、上記の化合物がマルテンサイト変態することを示す
ものである。
つであるY4Al6Ce2/3Si3O13N4のＸ線回折図を図２に示す
が、単一の化合物を形成していることが明白である。ま
た、図１には、この化合物についての熱膨張を、室温か
ら1500℃まで窒素ガス中で測定した結果を示す。この図
１に示すように、この化合物は、890 ℃から1039℃にか
けて熱膨張が急激に大きくなる。そして、1300℃から急
激に収縮している。即ち、このような急激な体積変化
は、上記の化合物がマルテンサイト変態することを示す
ものである。
【００１２】Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4化合物が高靱性
セラミックスであるためには、軟らかい熱弾性型マルテ
ンサイトを形成していると共に、マルテンサイト変態の
発生によって双晶を生成していることが必要である。そ
して、粒径は50μｍ以下にすることが望ましい。
セラミックスであるためには、軟らかい熱弾性型マルテ
ンサイトを形成していると共に、マルテンサイト変態の
発生によって双晶を生成していることが必要である。そ
して、粒径は50μｍ以下にすることが望ましい。
【００１３】本発明にかかる上記セラミック化合物はそ
れ自身高靱性を示すが、さらに他の化合物、例えば、Al
2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複合酸化物、複合
ビスマス酸化物、フェライト、ガーネット、希土類遷移
金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸塩、チタン酸
塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物のいずれか１
種以上を混合し、焼成して複合化させた複合材料として
も、これらの材料の靱性を向上させることができる。こ
うして得られた複合材料は、２つの原料の熱膨張差によ
り化合物内に残留応力が発生し、その残留応力によって
も、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4に双晶を生成させること
ができる。即ち、本発明にかかる上記セラミック化合物
および複合材料は、双晶に伴う超弾性効果により、クラ
ックの進行エネルギーが吸収され、クラックの進行が阻
止されて高靱化を達成するのである。
れ自身高靱性を示すが、さらに他の化合物、例えば、Al
2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複合酸化物、複合
ビスマス酸化物、フェライト、ガーネット、希土類遷移
金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸塩、チタン酸
塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物のいずれか１
種以上を混合し、焼成して複合化させた複合材料として
も、これらの材料の靱性を向上させることができる。こ
うして得られた複合材料は、２つの原料の熱膨張差によ
り化合物内に残留応力が発生し、その残留応力によって
も、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4に双晶を生成させること
ができる。即ち、本発明にかかる上記セラミック化合物
および複合材料は、双晶に伴う超弾性効果により、クラ
ックの進行エネルギーが吸収され、クラックの進行が阻
止されて高靱化を達成するのである。
【００１４】また、本発明は、高靱化のために双晶を生
成させる他の方法としては、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4
のみからなる焼結体あるいはこれを含む複合材料に、機
械的衝撃あるいは急冷による熱衝撃を与えることによ
り、双晶を生成させたものであっても、上記と同じ超弾
性効果をもっている。
成させる他の方法としては、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4
のみからなる焼結体あるいはこれを含む複合材料に、機
械的衝撃あるいは急冷による熱衝撃を与えることによ
り、双晶を生成させたものであっても、上記と同じ超弾
性効果をもっている。
【００１５】次に、本発明のLn2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4
の示性式で示されるセラミック化合物の製造方法につい
て述べる。まず、原料として Ln2O3 、3Al2O3、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 1/2 Ln4Al2O9、5/2 Al2O3 、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 Ln2O3 ・Si3N4 、３Al2O3 、 1/3Ln´2O3 を用いる。上記各原料は、ボールミル、ロッドミル、ダ
ブルコートブレンダー、Ｖ型混合機等の混合法を適用す
ることで粉砕混合する。ただし、出発原料として、上記
, のように、Ln4Al2O9や Ln2O3・Si3N4 などの化合
物を利用すると、生成物中に不純物が混入しにくく好都
合である。
の示性式で示されるセラミック化合物の製造方法につい
て述べる。まず、原料として Ln2O3 、3Al2O3、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 1/2 Ln4Al2O9、5/2 Al2O3 、 1/3Ln´2O3 、Si3N4 Ln2O3 ・Si3N4 、３Al2O3 、 1/3Ln´2O3 を用いる。上記各原料は、ボールミル、ロッドミル、ダ
ブルコートブレンダー、Ｖ型混合機等の混合法を適用す
ることで粉砕混合する。ただし、出発原料として、上記
, のように、Ln4Al2O9や Ln2O3・Si3N4 などの化合
物を利用すると、生成物中に不純物が混入しにくく好都
合である。
【００１６】次に、上記混合原料を高温炉を用いて焼成
する。炉の雰囲気は生成物の酸化を防ぐため、真空中,
窒素ガスあるいは不活性ガスなどの非酸化性ガスとする
必要がある。なかでも窒素ガス雰囲気が最適である。焼
結の温度は、1350〜1700℃の範囲が最適である。それ
は、1350℃以下では生成反応がおきず、1700℃以上では
化合物が溶解し、一部は分解するからである。好適には
1400〜1650℃の範囲がよい。かかる焼成時の保持時間
は、１分から150 分が適当である。それは、１分以下で
は時間が短すぎて反応が均一に起きないし、150 分以上
では長すぎてコストが高くなる。好適には、１〜120 分
の範囲で良い結果が得られる。なお、ここで用いられる
高温炉とは、1000℃以上の高温を発生できる炉を言う。
その具体的例としては、タングステン、モリブデン、白
金あるいは黒鉛を発熱体とする雰囲気炉、ホットプレ
ス、熱間静水圧プレス、放電プラズマ焼結機などの加圧
式焼結機である。特に放電プラズマ焼結機を用いると、
保持時間が数分でも反応を完了させることができる。
する。炉の雰囲気は生成物の酸化を防ぐため、真空中,
窒素ガスあるいは不活性ガスなどの非酸化性ガスとする
必要がある。なかでも窒素ガス雰囲気が最適である。焼
結の温度は、1350〜1700℃の範囲が最適である。それ
は、1350℃以下では生成反応がおきず、1700℃以上では
化合物が溶解し、一部は分解するからである。好適には
1400〜1650℃の範囲がよい。かかる焼成時の保持時間
は、１分から150 分が適当である。それは、１分以下で
は時間が短すぎて反応が均一に起きないし、150 分以上
では長すぎてコストが高くなる。好適には、１〜120 分
の範囲で良い結果が得られる。なお、ここで用いられる
高温炉とは、1000℃以上の高温を発生できる炉を言う。
その具体的例としては、タングステン、モリブデン、白
金あるいは黒鉛を発熱体とする雰囲気炉、ホットプレ
ス、熱間静水圧プレス、放電プラズマ焼結機などの加圧
式焼結機である。特に放電プラズマ焼結機を用いると、
保持時間が数分でも反応を完了させることができる。
【００１７】
実施例１ 表１に、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4を製造するための、
原料の種類、混モル数、焼成雰囲気、焼成温度、焼成時
間の条件を示した。焼成には非酸化性ガス雰囲気炉を使
用し、圧力は１気圧とした。焼成温度までは60分かけて
昇温した。
原料の種類、混モル数、焼成雰囲気、焼成温度、焼成時
間の条件を示した。焼成には非酸化性ガス雰囲気炉を使
用し、圧力は１気圧とした。焼成温度までは60分かけて
昇温した。
【００１８】
【表１】
【００１９】表１に示すNo.1からNo.6の製造実験のう
ち、No.6の生成物のＸ線回析図が図２に示すものであ
る。その他のNo.1, No.2, No.3, No.5, No.6のＸ線回析
図は図２とほとんど同じで、原料の種類と希土類酸化物
を変えても同じ結晶構造のLn2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4型
化合物が生成する。
ち、No.6の生成物のＸ線回析図が図２に示すものであ
る。その他のNo.1, No.2, No.3, No.5, No.6のＸ線回析
図は図２とほとんど同じで、原料の種類と希土類酸化物
を変えても同じ結晶構造のLn2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4型
化合物が生成する。
【００２０】上記 Y2Al6Ce2/3Si3O13N4 化合物（No.6)
を粉砕し、窒素ガス中で放電プラズマ焼結機を用い、50
MPa の加圧下で1350℃まで20分間で昇温し、1350℃に１
分間保持して焼成体を得た。この焼結体の曲げ強度は11
00MPa であり、破壊靱性値は10MPam1/2 であった。
を粉砕し、窒素ガス中で放電プラズマ焼結機を用い、50
MPa の加圧下で1350℃まで20分間で昇温し、1350℃に１
分間保持して焼成体を得た。この焼結体の曲げ強度は11
00MPa であり、破壊靱性値は10MPam1/2 であった。
【００２１】なお、本発明にかかる化合物は、セラミッ
クスの中で最も靱性の大きい高靱性ジルコニアに匹敵す
るものである。さらにこの焼結体の特長は、表面を、例
えば110 μｍのダイヤモンドで研磨したときの強度が10
50MPa と少し大きくなる。これは、研磨により表面に双
晶が生成したことによるものである。一般にセラミック
スの強度は、表面をこのように大きいダイヤモンドで研
磨すると小さくなる。特にジルコニアは、このような研
磨により表面から正方晶から単斜晶への変態が進行し、
強度の低下が著しくなる。
クスの中で最も靱性の大きい高靱性ジルコニアに匹敵す
るものである。さらにこの焼結体の特長は、表面を、例
えば110 μｍのダイヤモンドで研磨したときの強度が10
50MPa と少し大きくなる。これは、研磨により表面に双
晶が生成したことによるものである。一般にセラミック
スの強度は、表面をこのように大きいダイヤモンドで研
磨すると小さくなる。特にジルコニアは、このような研
磨により表面から正方晶から単斜晶への変態が進行し、
強度の低下が著しくなる。
【００２２】実施例２ 本発明にかかる Y2Al6Ce2/3Si3O13N4 化合物の焼成体(N
o.10) およびこれを各種のセラミックスに加えて混合し
た複合材料(No.11〜18) の原料を放電プラズマ焼結機を
使って製造した時の条件を表２に示す。加圧力は29.4MP
a とすべての試料で均一である。また、この表２には、
比較例として、ホットプレスSiC , 焼結SiC , ホットプ
レスSi3N4, 焼結Al2O3 , ホットプレスZrO2の特性を対
比して示す。このように本発明の化合物の靱性値が大き
いのは、マルテンサイト変態によるものである。
o.10) およびこれを各種のセラミックスに加えて混合し
た複合材料(No.11〜18) の原料を放電プラズマ焼結機を
使って製造した時の条件を表２に示す。加圧力は29.4MP
a とすべての試料で均一である。また、この表２には、
比較例として、ホットプレスSiC , 焼結SiC , ホットプ
レスSi3N4, 焼結Al2O3 , ホットプレスZrO2の特性を対
比して示す。このように本発明の化合物の靱性値が大き
いのは、マルテンサイト変態によるものである。
【００２３】市販のセラミックスの靱性値はホットプレ
スZrO2で一番大きく、ホットプレスSi3N4 がＫc ＝ 7.0
MPa・m1/2と二番の大きさであり、それ以外はＫc ＝
5.0 MPa・m1/2以下と小さい。本発明の化合物を添加し
た複合材料は、ホットプレスZrO2の靱性値となってお
り、その靱性向上の効果の大きいことがわかる。
スZrO2で一番大きく、ホットプレスSi3N4 がＫc ＝ 7.0
MPa・m1/2と二番の大きさであり、それ以外はＫc ＝
5.0 MPa・m1/2以下と小さい。本発明の化合物を添加し
た複合材料は、ホットプレスZrO2の靱性値となってお
り、その靱性向上の効果の大きいことがわかる。
【００２４】
【表２】
【００２５】焼結温度までの昇温は10〜20分の範囲の短
時間である。得られた焼結体および複合材料はポアのな
い緻密なものであった。また、組織を透過電子顕微鏡で
観察した一例として、No.11 の20% Y2Al6Ce2/3Si3O13N4
と 80% Al2O3からなる複合材料の写真を図３に示す。こ
の図に示すように、この材料はAl2O3 粒子の境界にY2Al
6Ce2/3Si3O13N4化合物が集まり、その一部には２つの原
料の熱膨張差による残留応力および電子顕微鏡試料作製
時の外部応力により、双晶が生成している。この双晶が
動くため、本発明のセラミック化合物を含む複合材料の
曲げ強度と破壊靱性は大きくなっている。
時間である。得られた焼結体および複合材料はポアのな
い緻密なものであった。また、組織を透過電子顕微鏡で
観察した一例として、No.11 の20% Y2Al6Ce2/3Si3O13N4
と 80% Al2O3からなる複合材料の写真を図３に示す。こ
の図に示すように、この材料はAl2O3 粒子の境界にY2Al
6Ce2/3Si3O13N4化合物が集まり、その一部には２つの原
料の熱膨張差による残留応力および電子顕微鏡試料作製
時の外部応力により、双晶が生成している。この双晶が
動くため、本発明のセラミック化合物を含む複合材料の
曲げ強度と破壊靱性は大きくなっている。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、新し
く開発されたLn2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4化合物はマルテ
ンサイト変態し、それのみから得られたセラミックス材
料、あるいは他のセラミックスと混合して得られた複合
材料とも靱性と強度とは大きく、靱性の最も大きい従来
の高靱性ジルコニアに匹敵するものになっている。
く開発されたLn2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4化合物はマルテ
ンサイト変態し、それのみから得られたセラミックス材
料、あるいは他のセラミックスと混合して得られた複合
材料とも靱性と強度とは大きく、靱性の最も大きい従来
の高靱性ジルコニアに匹敵するものになっている。
【図１】本発明にかかるセラミック化合物の線膨張曲線
とその微分曲線の図である。
とその微分曲線の図である。
【図２】本発明にかかるセラミック化合物のＸ線回折図
である。
である。
【図３】本発明にかかる複合材料の結晶構造を示す電子
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/581 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｂ 35/58 １０５ 35/56 １０１Ｊ １０６ 35/58 １０４Ｊ 35/599 ３０２Ｇ
Claims (5)
- 【請求項１】Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の示性式で示さ
れるマルテンサイト変態型セラミック化合物。 - 【請求項２】Ln2O3 、３Al2O3 、 1/3Ln´2O3 、Si3N4
の各粉体を混合し、その混合粉を非酸化性ガス雰囲気中
において1350〜1700℃の温度で、１〜150 分間焼成し、
Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の示性式で示される化合物を
得ることを特徴とするマルテンサイト変態型セラミック
化合物の製造方法。 - 【請求項３】1/2 Ln4Al2O9、5/2Al2O3、 1/3Ln´2O3 、
Si3N4 の各粉体を混合し、その混合粉を非酸化性ガス雰
囲気中において1350〜1700℃の温度で、1 〜150 分間焼
成し、Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の示性式で示される化
合物を得ることを特徴とするマルテンサイト変態型セラ
ミック化合物の製造方法。 - 【請求項４】Ln2O3・Si3N4 、３Al2O3 、 1/3Ln´2O3
の各粉体を混合し、その混合粉を非酸化性ガス雰囲気中
において1350〜1700℃の温度で、1 〜150 分間焼成し、
Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の示性式で示される化合物を
得ることを特徴とするマルテンサイト変態型セラミック
化合物の製造方法。 - 【請求項５】Ln2Al6Ln´2/3 Si3O13+xN4の示性式で示さ
れるマルテンサイト変態型セラミック化合物に、Al
2O3 、C-ZrO2、ペロブスカイトABO3型複合酸化物、複合
ビスマス酸化物、フェライト、ガーネット、希土類遷移
金属複合酸化物、ゲルマン酸塩、リン酸塩、チタン酸
塩、窒化物、炭化物、ホウ化物、ケイ化物のいずれか１
種以上を混合し、焼成して複合化させたことを特徴とす
る高靱性複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7262020A JPH0987012A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | マルテンサイト変態型セラミック化合物およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7262020A JPH0987012A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | マルテンサイト変態型セラミック化合物およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0987012A true JPH0987012A (ja) | 1997-03-31 |
Family
ID=17369910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7262020A Pending JPH0987012A (ja) | 1995-09-18 | 1995-09-18 | マルテンサイト変態型セラミック化合物およびその製造方法、ならびに高靱性複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0987012A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6789498B2 (en) * | 2002-02-27 | 2004-09-14 | Applied Materials, Inc. | Elements having erosion resistance |
| JP5710982B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2015-04-30 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 透光性多結晶材料及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-09-18 JP JP7262020A patent/JPH0987012A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6789498B2 (en) * | 2002-02-27 | 2004-09-14 | Applied Materials, Inc. | Elements having erosion resistance |
| JP5710982B2 (ja) * | 2008-12-25 | 2015-04-30 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 透光性多結晶材料及びその製造方法 |
| US9384888B2 (en) | 2008-12-25 | 2016-07-05 | Inter-University Research Institute Corporation, National Institutes Of Natural Sciences | Transparent polycrystalline material and production process for the same |
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