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JP2747630B2 - Fiber reinforced ceramic molding - Google Patents
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JP2747630B2 - Fiber reinforced ceramic molding - Google Patents

Fiber reinforced ceramic molding

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JP2747630B2
JP2747630B2 JP4119911A JP11991192A JP2747630B2 JP 2747630 B2 JP2747630 B2 JP 2747630B2 JP 4119911 A JP4119911 A JP 4119911A JP 11991192 A JP11991192 A JP 11991192A JP 2747630 B2 JP2747630 B2 JP 2747630B2
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strength
sio
ceramic
sintered body
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景久 濱崎
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化した窒化珪素系
セラミック成形体に関し、さらに詳しくは、Al2 3
維を配合しグリーン強度を向上しているとともに、それ
から得られる焼結体が良好な強度を有するようなセラミ
ック成形体に関する。
The present invention relates to an silicon nitride ceramic body reinforced fibers, and more particularly, Al 2 O 3 fibers together has improved the blended and green strength, sintered body excellent obtained therefrom The present invention relates to a ceramic molded body having high strength.

【0002】[0002]

【従来の技術】セラミック焼結体は一般にセラミック粉
末を一定の形に成形して成形体(グリーン)とした後、
焼結させることにより得られる。セラミックスは一旦焼
結すると加工が困難であるので、焼結前に所望の形状に
成形する。このようなセラミック成形体の製造方法とし
ては、金型を用いてプレスする方法、射出成形法、セラ
ミックスの泥漿を石膏型に鋳込むことによるスリップキ
ャスト法、ラバープレスによる冷間静水圧プレス法等が
あるが、薄肉のものや複雑な形状の成形体を得るには、
セラミックスの泥漿(又は樹脂等の混練物)を所定の形
状の型に注入することにより成形するスリップキャスト
法、射出成形法、又はドクターブレードによる成形法等
が好ましい。
2. Description of the Related Art In general, a ceramic sintered body is formed by molding a ceramic powder into a predetermined shape to form a green body.
Obtained by sintering. Ceramics are difficult to process once sintered, so they are formed into a desired shape before sintering. Examples of the method for producing such a ceramic molded body include a method of pressing using a mold, an injection molding method, a slip casting method by casting ceramic slurry into a gypsum mold, a cold isostatic pressing method by a rubber press, and the like. However, in order to obtain a molded product with a thin wall or a complicated shape,
A slip casting method, an injection molding method, a molding method using a doctor blade, or the like, in which a ceramic slurry (or a kneaded product of a resin or the like) is injected into a mold having a predetermined shape to form the molding, is preferable.

【0003】スリップキャスト法においては、セラミッ
ク原料を粉末状にして水等の媒体に分散させ、得られた
泥漿を石膏型に入れ、水分を吸収透過させる。これによ
りセラミック粉末が固まった状態の成形体(グリーン)
が得られる。
In the slip casting method, a ceramic raw material is powdered and dispersed in a medium such as water, and the obtained slurry is put into a gypsum mold to absorb and transmit moisture. A green compact with the ceramic powder solidified by this
Is obtained.

【0004】ところで、窒化珪素系セラミックスは耐熱
性に優れ、高強度、高硬度であり、また比較的軽量でも
あるので、金属材料に代わる材料としてクローズアップ
されてきた。この窒化珪素系セラミックスは一般に難焼
結性であるために、窒化珪素粉末にY2 3 やAl2 3
等の焼結助剤やその他の添加剤の粉末を加えて上述のス
リップキャスト法等により成形体をまず製造し、これを
焼結していた。
Since silicon nitride ceramics have excellent heat resistance, high strength, high hardness, and are relatively lightweight, they have been spotlighted as alternatives to metal materials. Since this silicon nitride ceramic is generally difficult to be sintered, Y 2 O 3 or Al 2 O 3
Powders of sintering aids and other additives are added, and a molded body is first manufactured by the above-described slip casting method and the like, and this is sintered.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
スリップキャスト法等でセラミック成形体を作った場
合、セラミック粉末にバインダー等を配合してあるとし
てもセラミック粉末粒子間の結合力は必ずしも大きくな
いので、成形体の機械的強度は大きくなく、破損するお
それが大きい。また石膏型中での脱水乾燥によりセラミ
ック成形体は収縮し、亀裂が生じやすい。このため薄肉
成形体や複雑形状の成形体を破損や亀裂のおそれなく製
造することは困難であった。
However, when a ceramic molded body is made by the above-described slip casting method or the like, the bonding force between the ceramic powder particles is not necessarily large even if a binder or the like is mixed with the ceramic powder. In addition, the mechanical strength of the molded article is not large, and the molded article is likely to be broken. Further, the ceramic molded body shrinks due to dehydration and drying in a gypsum mold, and cracks are likely to occur. For this reason, it has been difficult to produce a thin-walled molded article or a molded article having a complicated shape without fear of breakage or cracking.

【0006】そこで、たとえば窒化珪素系セラミックス
の製造においては、Al2 3 等の焼結助剤を繊維化して
原料に加え、これによって成形体(グリーン)の強度を
上げる等の提案(たとえば特開平2−9777号)がなされ
ている。
Therefore, in the production of silicon nitride ceramics, for example, proposals have been made (for example, to increase the strength of a green body) by adding sintering aids such as Al 2 O 3 to fibers and adding them to raw materials. No. 2-9777).

【0007】ところで、Al2 3 繊維にはその製造上の
理由から不可避的にSiO2 が含まれるが、一般に、Al2
3 繊維に含まれるSiO2 の量の多いほうがAl2 3
維自体の強度(引張強度)が大きくなることが知られて
いる。Al2 3 繊維に含まれているSiO2 量と、その繊
維の引張強度との関係を調べた実験結果の例を図2に示
すが、図2に示すグラフからわかるように、SiO2 量が
3重量%程度まではSiO2 量が多くなるにしたがってAl
2 3 繊維の引張強度は急激に大きくなる。また、SiO
2 の量が3重量%程度以上では、SiO2 量の増加に対す
る引張強度の増大の度合いが徐々に小さくはなるが、そ
れでもSiO2 量の増加に伴いAl2 3 繊維の引張強度は
大きくなる。したがって、SiO2 の含有量が多いAl2
3 繊維を用いると、成形体の強度は向上すると言える。
By the way, although the Al 2 O 3 fibers includes unavoidably SiO 2 reasons manufacturing, generally, Al 2
It is known that the greater the amount of SiO 2 contained in the O 3 fiber, the greater the strength (tensile strength) of the Al 2 O 3 fiber itself. And SiO 2 amount contained in al 2 O 3 fibers, an example of the experimental result of examining the relationship between the tensile strength of the fiber is shown in Figure 2, as can be seen from the graph shown in FIG. 2, SiO 2 amount Al accordance There SiO 2 amount increases up to about 3 wt%
The tensile strength of the 2 O 3 fiber increases rapidly. In addition, SiO
When the amount of 2 is about 3% by weight or more, the degree of increase in the tensile strength with respect to the increase in the amount of SiO 2 gradually decreases, but the tensile strength of the Al 2 O 3 fiber increases with the increase in the amount of SiO 2. . Therefore, Al 2 O having a high content of SiO 2
When three fibers are used, it can be said that the strength of the molded body is improved.

【0008】しかしながら、本発明者等の研究による
と、SiO2 の含有量が多いAl2 3 繊維を用いた成形体
を焼結してなる焼結体は、機械的強度が大きく低下し、
良好なセラミック部材として使用することができないこ
とがわかった。
However, according to the study of the present inventors, a sintered body obtained by sintering a molded body using Al 2 O 3 fiber having a large content of SiO 2 has a great decrease in mechanical strength,
It turned out that it cannot be used as a good ceramic member.

【0009】従って本発明の目的は、上述した従来技術
の問題点を解消し、窒化珪素系セラミック成形体に十分
な機械的強度を与えてその破損や亀裂を防止し、さらに
はそれを焼成して得られるセラミック焼結体の強度が低
下しないような窒化珪素系セラミック成形体を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to provide a silicon nitride-based ceramic molded body with sufficient mechanical strength to prevent its breakage and cracking, and to further bake it. It is an object of the present invention to provide a silicon nitride-based ceramic molded body in which the strength of the ceramic sintered body obtained by the above method does not decrease.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究の結果、成形体の強化用に繊維状
で配合する焼結助剤成分のAl2 3 において、その中に
含まれているSiO2 成分の量を特定量以下に限定すれ
ば、得られる焼結体の室温及び高温における強度に実質
的な低下がみられず、良好な機械的強度を有するように
なることを発見し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, in Al 2 O 3 as a sintering aid component to be compounded in a fibrous form for reinforcing a molded product, If the amount of the SiO 2 component contained therein is limited to a specific amount or less, the strength of the obtained sintered body at room temperature and high temperature is not substantially reduced, so that it has good mechanical strength. And completed the present invention.

【0011】すなわち、窒化珪素を主体とするセラミッ
ク粉末にAl2 3 繊維を配合してなる本発明の繊維強化
セラミック成形体は、前記Al2 3 繊維に含まれている
SiO2 の量が前記Al2 3 繊維全体の5重量%以下であ
ることを特徴とする。
That is, the fiber-reinforced ceramic molded body of the present invention in which Al 2 O 3 fibers are blended with ceramic powder mainly composed of silicon nitride is contained in the Al 2 O 3 fibers.
The amount of SiO 2 is not more than 5% by weight of the whole Al 2 O 3 fiber.

【0012】以下、本発明を詳細に説明する。窒化珪素
を主体とするセラミックスを製造する場合、用いる窒化
珪素粉末としてはα型及びβ型のいずれも使用すること
ができる。また、その製造法としては、Siの直接窒化
法、シリカの還元・窒化法、シリコンジイミドの熱分解
法、SiH4 +NH3 +N2 の気相反応法等がある。窒化珪
素粉末は平均粒径が0.01〜3μmのものが好ましく、よ
り好ましくは0.1 〜 1.5μmである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. When producing ceramics mainly composed of silicon nitride, both α-type and β-type can be used as silicon nitride powder to be used. Examples of the production method include a direct nitridation method of Si, a reduction / nitridation method of silica, a thermal decomposition method of silicon diimide, and a gas phase reaction method of SiH 4 + NH 3 + N 2 . The silicon nitride powder preferably has an average particle size of 0.01 to 3 μm, more preferably 0.1 to 1.5 μm.

【0013】窒化珪素粉末には、不可避的な成分として
SiO2 が含まれるが、本発明において、窒化珪素粉末に
由来するSiO2 の量は、窒化珪素粉末に対して3.0 〜7.
5 重量%程度とするのがよい。
In silicon nitride powder, as an inevitable component
Although SiO 2 is contained, in the present invention, the amount of SiO 2 derived from the silicon nitride powder is 3.0 to 7.
It is better to be about 5% by weight.

【0014】上述の通り窒化珪素はそれ自体では焼結し
にくく、通常は、焼結助剤を添加して焼結される。本発
明では、その焼結助剤として、以下に詳述するAl2 3
繊維を用いるが、さらに、周期律表のIIIa族元素の単体
もしくは化合物などを焼結助剤成分として添加してもよ
い。
As described above, silicon nitride is not easily sintered by itself, and is usually sintered by adding a sintering aid. In the present invention, as the sintering aid, Al 2 O 3
Although fibers are used, a simple substance or a compound of Group IIIa element of the periodic table may be further added as a sintering aid component.

【0015】本発明で焼結助剤として用いるAl2 3
繊維状のものである。繊維状のAl23 を用いることに
より成形体(グリーン)が補強され、その強度が向上す
る。
Al 2 O 3 used as a sintering aid in the present invention is fibrous. By using fibrous Al 2 O 3 , the molded body (green) is reinforced and its strength is improved.

【0016】Al2 3 繊維の平均直径は10μm以下、特
に0.5 〜5μm、繊維長は10〜500μm、特に 100〜300
μmであることが望ましい。平均直径及び繊維長が大
きくなりすぎるとAl2 3 繊維の分散性が低下し、焼結
後の成形品に欠陥が生じるおそれが大きく、また焼結密
度が低下する。一方、平均直径や繊維長が小さすぎる
と、Al2 3 繊維の添加による成形体の補強効果が十分
に得られない。
The average diameter of the Al 2 O 3 fiber is 10 μm or less, especially 0.5 to 5 μm, and the fiber length is 10 to 500 μm, especially 100 to 300 μm.
μm is desirable. If the average diameter and the fiber length are too large, the dispersibility of the Al 2 O 3 fiber is reduced, and there is a large possibility that a molded article after sintering will have a defect, and the sintered density will be reduced. On the other hand, if the average diameter and the fiber length are too small, the effect of adding the Al 2 O 3 fiber to the molded article cannot be sufficiently obtained.

【0017】上述した通り、Al2 3 繊維には、その製
造上の理由から不可避的にSiO2 が含まれる。本発明で
は、Al2 3 繊維に含まれるSiO2 の量を(SiO2 を含
んだAl2 3 繊維全体に対して)5重量%以下に限定す
る。Al2 3 繊維に含まれるSiO2 の量が5重量%を超
すと、得られる焼結体の強度が大きく低下する。好まし
くは、Al2 3 繊維に含まれるSiO2 の量を3〜5重量
%とする。
As described above, Al 2 O 3 fibers inevitably contain SiO 2 for reasons of production. In the present invention, the amount of SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fibers (relative to Al 2 O 3 total fiber containing SiO 2) to limit the 5 wt% or less. When the amount of SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fiber exceeds 5% by weight, the strength of the obtained sintered body is greatly reduced. Preferably, the amount of SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fiber is 3 to 5% by weight.

【0018】なお、成形体中には、窒化珪素粉末に由来
するSiO2 成分も含まれることになるが、窒化珪素粉末
由来のSiO2 成分の量は、上述した範囲にあれば焼結体
の高温強度は実質的に低下しない。本発明者等の研究に
よれば、Al2 3 繊維に含まれるSiO2 の量の多少が焼
結体の強度を大きく左右する。すなわち、Al2 3 繊維
にSiO2 が多く含まれている場合、焼結工程の加熱時に
おいて、窒化珪素成分の焼結開始温度より低い温度でAl
2 3 繊維の軟化が起こり、Al2 3 繊維の成分(Al2
3 にSiO2 が加わった成分)が周囲に拡散してしま
い、そのため元来Al2 3 繊維が存在していた位置が空
隙(欠陥)となりやすい。したがって、Al2 3 繊維に
含まれるSiO2 の量を上述の通りに少なく限定すれば、
低温でのAl2 3 繊維の軟化及びその成分の拡散が防止
でき、欠陥の生成を阻止できる。
[0018] Incidentally, in the green body, but will also include SiO 2 component derived from the silicon nitride powder, the amount of SiO 2 component from the silicon nitride powder, the sintered body if the range mentioned above The high temperature strength does not substantially decrease. According to the study of the present inventors, the amount of SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fiber largely affects the strength of the sintered body. That is, when the Al 2 O 3 fiber contains a large amount of SiO 2 , the Al 2 O 3 fiber is heated at a temperature lower than the sintering start temperature of the silicon nitride component during heating in the sintering step.
The softening of the 2 O 3 fiber occurs, and the components of the Al 2 O 3 fiber (Al 2 O 3
O 3 SiO 2 is added ingredients) ends up spread around in, therefore had originally exist Al 2 O 3 fibers position tends to become voids (defects). Therefore, if the amount of SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fiber is limited as described above,
The softening of the Al 2 O 3 fiber and the diffusion of its components at a low temperature can be prevented, and the generation of defects can be prevented.

【0019】成形体中のAl2 3 繊維の配合割合は、Al
2 3 繊維にY2 3 を併用して用いる場合、Al2 3
繊維を0.5 〜5.5 重量%、Y2 3 を1.5 〜3.5 重量%
(共に成形体に対して)とするのが好ましい。Al2 3
繊維が上記した下限値より少ないと、Al2 3 繊維によ
る成形体の補強作用が十分でなく、セラミック成形体に
破損や亀裂が起こりやすくなる。また、Al2 3 繊維が
上記した上限値より多いと、得られる焼結体の強度が低
下する。なお、焼結助剤として、(Al2 3 繊維と)Y
2 3 のほかに他の酸化物を添加することもできる。
The compounding ratio of the Al 2 O 3 fiber in the compact is
When Y 2 O 3 is used in combination with 2 O 3 fiber, Al 2 O 3
Fibers from 0.5 to 5.5 wt%, a Y 2 O 3 1.5 ~3.5 wt%
(Both with respect to the molded body). Al 2 O 3
If the fiber content is less than the lower limit described above, the reinforcing effect of the Al 2 O 3 fiber on the molded body is not sufficient, and the ceramic molded body is likely to be damaged or cracked. On the other hand, when the Al 2 O 3 fiber content is larger than the above upper limit, the strength of the obtained sintered body decreases. As a sintering aid, Y (with Al 2 O 3 fiber)
Other oxides can be added in addition to 2 O 3 .

【0020】本発明のセラミック成形体は、所望により
上記成分の他に少量のワックスもしくは樹脂等の有機バ
インダーや有機物又は金属繊維等を含有してもよい。
The ceramic molded body of the present invention may optionally contain a small amount of an organic binder such as wax or resin, an organic substance, metal fibers, and the like, in addition to the above components.

【0021】次に本発明のセラミック成形体を製造する
方法について説明する。まず主成分となる窒化珪素粉
末、Al2 3 繊維、及び必要に応じて他のセラミック添
加物(Y2 3 等の他の焼結助剤も含む)を水又は有機
溶媒からなる分散媒に均一に分散させ、泥漿とする。
Next, a method for producing the ceramic molded body of the present invention will be described. First, a dispersion medium composed of water or an organic solvent containing silicon nitride powder as a main component, Al 2 O 3 fibers, and, if necessary, other ceramic additives (including other sintering aids such as Y 2 O 3 ). And uniformly disperse into a slurry.

【0022】分散媒として水を使用する場合、アンモニ
ア水を加えるのが好ましい。NH4OHは分散性が良い
ため、高濃度、低粘度のセラミックスラリーを調製する
ことができ、乾燥後、高密度の成形体を得ることができ
る。また、焼結後の成形品にナトリウム、カルシウム等
の不純物が残らず、高純度の焼結体を得ることができ、
更には粒界のガラス相を減少できるので、焼結体の高温
強度を高く保持することができる。なお、粒界のガラス
相が増加すると、焼結体の高温での強度が低下する。ま
た分散媒として、ホルムアミドのような極性の高い有機
溶媒を使用すると、窒化珪素の酸化を防止でき、焼結体
の高温強度を高く保つうえで好適である。
When water is used as the dispersion medium, it is preferable to add aqueous ammonia. Since NH 4 OH has good dispersibility, a ceramic slurry having a high concentration and a low viscosity can be prepared, and after drying, a high-density compact can be obtained. In addition, impurities such as sodium and calcium do not remain in the molded product after sintering, and a high-purity sintered body can be obtained.
Further, since the glass phase at the grain boundaries can be reduced, the high-temperature strength of the sintered body can be kept high. When the glass phase at the grain boundaries increases, the strength of the sintered body at high temperatures decreases. When a highly polar organic solvent such as formamide is used as the dispersion medium, oxidation of silicon nitride can be prevented, which is suitable for keeping the high-temperature strength of the sintered body high.

【0023】また上記成分の他に所望によりバインダー
等を少量添加してもよい。
In addition to the above components, a small amount of a binder or the like may be added as required.

【0024】本発明において特に制限はないが、成形性
の観点から泥漿の濃度は40〜60体積%とするのが好まし
い。
Although not particularly limited in the present invention, the concentration of the slurry is preferably from 40 to 60% by volume from the viewpoint of moldability.

【0025】成形体を成形するには、射出成形、スリッ
プキャスト成形、ドクターブレードによる成形等が適用
されるが、特にスリップキャスト成形の場合に良好な結
果が得られる。
In order to mold the molded article, injection molding, slip casting, molding with a doctor blade, and the like are applied. In particular, good results are obtained in the case of slip casting.

【0026】スリップキャスト法の場合、この泥漿を石
膏のように吸水性、透水性を有する材質からなる型に鋳
込む。分散媒は型を通って分散されるので、泥漿は脱水
される。その後脱型し、十分に乾燥する。この脱水乾燥
工程において成形体には破損や亀裂の危険があるが、均
一に分散しセラミックファイバーにより補強されている
か、又はセラミック粉末がバインダーとして良好に働い
ているので、破損や亀裂を十分に防止することができ
る。
In the case of the slip casting method, the slurry is cast into a mold made of a material having water absorption and permeability, such as gypsum. As the dispersion medium is dispersed through the mold, the slurry is dewatered. Thereafter, it is released from the mold and dried sufficiently. In the dehydration and drying process, there is a danger of breakage or cracking of the molded product, but it is uniformly dispersed and reinforced by ceramic fibers, or the ceramic powder works well as a binder, so that breakage and cracking are sufficiently prevented. can do.

【0027】以上の工程によりAl2 3 繊維を均一に分
散してなる窒化珪素系のセラミック成形体が得られる。
なお、この成形体を公知の方法により焼結して焼結体を
得るが、この焼結工程において、成形体中のAl2 3
維は窒化珪素粒子の焼結温度に近い温度において溶融流
動化して繊維形状を失い、均一なセラミックスが形成さ
れる。これにより機械的特性及び耐熱性に良好な焼結体
が得られる。
Through the above steps, a silicon nitride-based ceramic molded body in which Al 2 O 3 fibers are uniformly dispersed can be obtained.
The compact is sintered by a known method to obtain a sintered body. In this sintering step, the Al 2 O 3 fibers in the compact are melted and flown at a temperature close to the sintering temperature of the silicon nitride particles. To lose the fiber shape and form a uniform ceramic. As a result, a sintered body having excellent mechanical properties and heat resistance can be obtained.

【0028】[0028]

【作用】本発明によれば、セラミック粉末を固めてなる
非常に破損し易い成形体中に、その成形体の焼結助剤成
分の一つであるAl2 3 を繊維状にして導入し、これに
より成形体を補強したので、セラミック成形体の機械的
強度、伸び、耐歪性等を大幅に向上させることができ、
その結果、成形体の破損や亀裂が大幅に減少する。
According to the present invention, Al 2 O 3 , which is one of the sintering aid components of the compact, is introduced into a very fragile compact formed by solidifying the ceramic powder. Since the molded body was reinforced by this, the mechanical strength, elongation, distortion resistance, etc. of the ceramic molded body can be greatly improved,
As a result, breakage and cracking of the molded article are greatly reduced.

【0029】また、このAl2 3 繊維に含まれるSiO2
成分の量を5重量%以下に規定しているので、焼結工程
における加熱において、Al2 3 繊維がそれほど低温で
軟化することはなく、焼結温度よりはるかに低い温度で
のAl2 3 繊維成分の周囲への拡散が防止でき、もっ
て、元来Al2 3 繊維が位置した部分に空隙等の欠陥が
生じることはない。したがって、得られる焼結体の強度
の低下は防止される。
The SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fiber
Because defines the amounts of ingredients to 5 wt% or less, in the heating in the sintering step, Al 2 O 3 fibers are not able to soften so much at low temperatures, Al 2 O at much lower temperatures than the sintering temperature The diffusion of the three- fiber component to the surroundings can be prevented, so that defects such as voids do not occur in the portion where the Al 2 O 3 fiber was originally located. Therefore, a decrease in strength of the obtained sintered body is prevented.

【0030】[0030]

【実施例】本発明を以下の実施例により更に詳細に説明
する。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

【0031】実施例1 窒化珪素粉末(平均粒径 0.3μm、酸素含有量1.10%)
96.5重量部と、Y2 3 粉末(平均粒径1.4 μm)2.5
重量部とをボールミルにより均一に混合した。なお、分
散媒体としては蒸留水を用いた。
Example 1 Silicon nitride powder (average particle size 0.3 μm, oxygen content 1.10%)
96.5 parts by weight and Y 2 O 3 powder (average particle size 1.4 μm) 2.5
Parts by weight were uniformly mixed with a ball mill. In addition, distilled water was used as a dispersion medium.

【0032】ボールミルにより13時間混合して得られた
スリップに、SiO2 含有量が5重量%のAl2 3 繊維
(平均直径3μm、平均繊維長 100μm)1重量部を添
加し、さらに3時間混合した。
To a slip obtained by mixing for 13 hours by a ball mill, 1 part by weight of Al 2 O 3 fiber (average diameter 3 μm, average fiber length 100 μm) having an SiO 2 content of 5% by weight was added, and further 3 hours. Mixed.

【0033】上記の通り、ボールミルにより合計16時
間混合して得られたスリップを石膏型に注入し、スリッ
プキャスト成形法により35mm×55mm×7mmの大きさ
の直方体状の成形体を形成した。成形体を石膏型から取
り出した後、室温からゆっくり温度を上昇させ 180℃で
1時間乾燥した。
As described above, the slip obtained by mixing by a ball mill for a total of 16 hours was poured into a gypsum mold, and a rectangular parallelepiped shaped body having a size of 35 mm × 55 mm × 7 mm was formed by a slip casting method. After removing the molded body from the gypsum mold, the temperature was gradually increased from room temperature and dried at 180 ° C. for 1 hour.

【0034】この成形体は取り扱い中に破損したり、ヒ
ビが入ったりするようなことがなく、また乾燥後の収縮
も小さかった。
The molded product did not break or crack during handling, and shrinkage after drying was small.

【0035】次いで、この成形体を窒素ガス中で1950℃
の温度にて4時間焼結した。得られた焼結体の密度は9
7%以上であり、形状精度の良好なものであった。ま
た、得られた焼結体の断面を走査型電子顕微鏡により観
察したところ、焼結体の組織は緻密なものであり、欠陥
となる空隙はみられなかった。
Next, the compact was heated at 1950 ° C. in nitrogen gas.
For 4 hours. The density of the obtained sintered body is 9
It was 7% or more, and the shape accuracy was good. When the cross section of the obtained sintered body was observed with a scanning electron microscope, the structure of the sintered body was dense, and no void serving as a defect was observed.

【0036】次に、この焼結体について、JIS K 1602に
準拠して3点曲げ試験を行い、室温、及び1300℃におけ
る曲げ強度を測定した。結果を図1に示す。なお、図1
に示すグラフにおいては、横軸に成形体中の総酸素量の
割合(重量%)をとっており、成形体中のセラミック成
分の配合比から換算して曲げ強度の値をプロットしてい
る。以下の比較例、及び参考例についても同様である。
Next, the sintered body was subjected to a three-point bending test in accordance with JIS K 1602, and the bending strength at room temperature and at 1300 ° C. was measured. The results are shown in FIG. FIG.
In the graph shown in (1), the horizontal axis represents the ratio (% by weight) of the total amount of oxygen in the molded body, and the bending strength value is plotted in terms of the mixing ratio of the ceramic component in the molded body. The same applies to the following comparative examples and reference examples.

【0037】比較例1、2 窒化珪素粉末(平均粒径 0.3μm、酸素含有量1.10%)
96.5重量部と、Y2 3 粉末(平均粒径1.4 μm)2.5
重量部と、SiO2 含有量が15重量%(比較例1)又は28
重量%(比較例2)のAl2 3 繊維(平均直径3μm、
平均繊維長 100μm)1.0 重量部を用いた以外は、実施
例1と同様にしてそれぞれ成形体を作製し、さらに実施
例1と同様にして焼結体を製造した。これらの焼結体に
対して実施例1と同様にして室温、及び1300℃における
強度を測定した。結果を図1に合わせて示す。また、実
施例1と同様に、これら2つの焼結体の断面を走査型電
子顕微鏡により観察したが、比較例1及び2の焼結体に
は、Al2 3 繊維が溶融拡散してできたと思われる空隙
部がみられた。
Comparative Examples 1 and 2 Silicon nitride powder (average particle size 0.3 μm, oxygen content 1.10%)
96.5 parts by weight and Y 2 O 3 powder (average particle size 1.4 μm) 2.5
Parts by weight and the content of SiO 2 is 15% by weight (Comparative Example 1) or 28
% (Comparative Example 2) Al 2 O 3 fiber (average diameter 3 μm,
Except for using 1.0 part by weight of an average fiber length of 100 μm, a molded body was produced in the same manner as in Example 1, and a sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The strength at room temperature and 1300 ° C. of these sintered bodies was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. As in Example 1, the cross sections of these two sintered bodies were observed with a scanning electron microscope. However, in the sintered bodies of Comparative Examples 1 and 2, Al 2 O 3 fibers were melted and diffused. Some voids were considered.

【0038】参考例1〜3 Al2 3 繊維に由来しないSiO2 成分が焼結体の強度に
及ぼす影響を調べるために、以下の3種の焼結体を作製
した。
Reference Examples 1 to 3 The following three types of sintered bodies were produced in order to examine the effect of the SiO 2 component not derived from the Al 2 O 3 fiber on the strength of the sintered body.

【0039】まず、参考例1として、酸素含有量が1.09
%の窒化珪素粉末(平均粒径0.3 μm)96.5重量部と、
2 3 粉末(平均粒径1.4 μm)2.5 重量部と、純度
が99.9重量%以上のAl2 3 粉末(平均粒径1.2 μm)
1重量部とを取り、実施例1と同様にして成形体を作製
した。さらに実施例1と同様にして焼結体を製造し、得
られた焼結体について実施例1と同様にして室温、及び
1300℃における強度を測定した。
First, as Reference Example 1, the oxygen content was 1.09.
% Silicon nitride powder (average particle size 0.3 μm) 96.5 parts by weight,
2.5 parts by weight of Y 2 O 3 powder (average particle size 1.4 μm) and Al 2 O 3 powder with purity of 99.9% by weight or more (average particle size 1.2 μm)
1 part by weight, and a molded article was produced in the same manner as in Example 1. Further, a sintered body was manufactured in the same manner as in Example 1, and the obtained sintered body was treated at room temperature and in the same manner as in Example 1.
The strength at 1300 ° C. was measured.

【0040】また、参考例2及び3では、酸素含有量が
1.13%、1.15%の窒化珪素粉末(平均粒径0.3 μm)を
使用し、他は参考例1と同様にして焼結体を作製した。
そして、やはり実施例1と同様にして室温、及び1300℃
における強度を測定した。参考例1〜3の強度試験結果
を図1に合わせて示す。
In Reference Examples 2 and 3, the oxygen content was
A sintered body was produced in the same manner as in Reference Example 1, except that silicon nitride powders (average particle diameter: 0.3 μm) of 1.13% and 1.15% were used.
Then, as in Example 1, room temperature and 1300 ° C.
Was measured for strength. The strength test results of Reference Examples 1 to 3 are also shown in FIG.

【0041】以上からわかるように、本実施例における
焼結体は、室温及び1300℃においてそれぞれ良好な強度
を有する。一方、各比較例の焼結体においては強度が小
さい。また、Al2 3 繊維の添加量が多いほど強度の低
下が大きくなる。
As can be seen from the above, the sintered body in this example has good strength at room temperature and at 1300 ° C., respectively. On the other hand, the strength of the sintered body of each comparative example is small. In addition, the greater the amount of Al 2 O 3 fiber added, the greater the decrease in strength.

【0042】比較例及び参考例との対比により、焼結体
中に含まれるSiO2 の絶対量の多少が直接的に焼結体の
強度を左右するのではなく、Al2 3 繊維に付随して系
内に導入されるSiO2 の量が焼結体の強度を左右し、Al
2 3 繊維に含まれるSiO2量が多いほど焼結体の強度
が低下することがわかる。
In comparison with the comparative example and the reference example, the absolute amount of SiO 2 contained in the sintered body does not directly affect the strength of the sintered body, but is attached to the Al 2 O 3 fiber. The amount of SiO 2 introduced into the system affects the strength of the sintered body,
It can be seen that the greater the amount of SiO 2 contained in the 2 O 3 fiber, the lower the strength of the sintered body.

【0043】[0043]

【発明の効果】上記の通り、本発明の窒化珪素系セラミ
ック成形体はAl2 3 繊維を含んでおり、その強度を向
上している。そのため、本発明による窒化珪素系セラミ
ック成形体は薄物や複雑形状にしても破損や亀裂のおそ
れがない。また、このAl2 3繊維に含まれるSiO2
を少なく限定しており、上述した理由により、得られる
焼結体の強度の低下もみられない。
As described above, the silicon nitride-based ceramic compact of the present invention contains Al 2 O 3 fibers, and has an improved strength. Therefore, the silicon nitride-based ceramic molded body according to the present invention has no risk of breakage or cracking even if the molded body is thin or has a complicated shape. Further, the amount of SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fiber is limited to a small amount, and the strength of the obtained sintered body does not decrease for the above-mentioned reason.

【0044】本発明のセラミック成形体から得られた焼
結体は、良好な機械的強度及び耐熱性を有し、ターボチ
ャージャのロータブレードのような自動車部品等に使用
するのに適する。
The sintered body obtained from the ceramic molded body of the present invention has good mechanical strength and heat resistance, and is suitable for use in automobile parts such as turbocharger rotor blades.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例、比較例、及び参考例における各焼結体
の室温、及び1300℃での強度を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the strength at room temperature and 1300 ° C. of each sintered body in Examples, Comparative Examples, and Reference Examples.

【図2】Al2 3 繊維に含まれるSiO2 量と、Al2 3
繊維(単繊維)の引張強度との関係を示すグラフであ
る。
FIG. 2 shows the amount of SiO 2 contained in Al 2 O 3 fiber and the amount of Al 2 O 3
It is a graph which shows the relationship with the tensile strength of a fiber (single fiber).

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 窒化珪素を主体とするセラミック粉末に
Al2 3 繊維を配合してなる繊維強化セラミック成形体
において、前記Al2 3 繊維に含まれているSiO2 の量
が前記Al2 3 繊維全体の5重量%以下であることを特
徴とする繊維強化セラミック成形体。
1. A ceramic powder mainly composed of silicon nitride.
In the fiber-reinforced ceramic green body obtained by blending Al 2 O 3 fibers, wherein the amount of SiO 2 contained in the Al 2 O 3 fibers is less than 5 wt% of the Al 2 O 3 entire fiber Fiber-reinforced ceramic molded body.
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