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JPS5848621B2 - Silicon carbide technology - Google Patents
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JPS5848621B2 - Silicon carbide technology - Google Patents

Silicon carbide technology

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Publication number
JPS5848621B2
JPS5848621B2 JP50154507A JP15450775A JPS5848621B2 JP S5848621 B2 JPS5848621 B2 JP S5848621B2 JP 50154507 A JP50154507 A JP 50154507A JP 15450775 A JP15450775 A JP 15450775A JP S5848621 B2 JPS5848621 B2 JP S5848621B2
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Japan
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silicon carbide
ultra
fibers
polymer compound
carbide fibers
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JP50154507A
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Japanese (ja)
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秀夫 茅野
守 大森
聖使 矢島
丈三郎 林
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TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
Original Assignee
TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シリコンカーバイド繊維をもって補強してな
る超硬質複合材料の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing an ultra-hard composite material reinforced with silicon carbide fibers.

従来、超硬合金は主成成分の一つであるWCが比較的低
温で酸化分解し易いため、高速切削あるいは激しく発熱
する重切削に耐えられないという宿命的な欠陥を有する
上、WCが比較的低温で鋼との間に溶着現象を起し易い
性質を有するところから、低速切削域においてもいわゆ
る「構或刃先」を生或し、切削面精度を著るしく害し、
刃具寿命を低下させることが多い。
Conventionally, cemented carbide has the fatal flaw that it cannot withstand high-speed cutting or heavy cutting that generates intense heat because WC, which is one of the main components, is easily oxidized and decomposed at relatively low temperatures. Because it has the property of easily causing welding with steel at low temperatures, it produces a so-called "structured cutting edge" even in low-speed cutting ranges, which significantly impairs the precision of the cutting surface.
Often reduces tool life.

さらに近年TiCを主体としたサーメットが開発され実
用に供されているが、抗折力と靭性に問題があるため、
その活用範囲は極く限られた一部にとどまっている。
Furthermore, in recent years, TiC-based cermets have been developed and put into practical use, but they have problems with transverse rupture strength and toughness.
Its scope of use remains extremely limited.

本発明は以上述べた超硬質炭化物の欠陥をなくした超硬
質複合材刺及びその製造を目的とするものであり、本発
明者等がすでに特許出願した特開昭51−126300
号、特開昭51−130324号、特開昭51−130
325号、特開昭51149925号、特開昭51−1
49926号、特開昭51−147623号、特開昭5
1−147624号、特開昭52−1136号、特開昭
52−5321号、特開昭52−31126号の明細書
に示される如く、有機ケイ素化合物から有機ケイ素高分
子化合物を合成し、該有機ケイ素高分子化合物を紡糸し
、該紡糸を低温加熱した後、700〜2000℃の温度
範囲で焼成してなるシリコンカーバイド繊維を超硬質炭
化物と結合金属との混和物の集積体内に配設し、必要に
応じて加圧しながら成形し、必要に応じて加圧下で10
00℃以上の温度で焼結し、前記シリコンカーバイド繊
維中の遊離炭素と結合金属とを反応させ、前記繊維と結
合金属との結合性を良くしたシリコンカーバイド繊維を
もって補強してなる超硬質複合材刺の製造方法を提供す
ることによりその目的を達成することができる。
The purpose of the present invention is to produce an ultra-hard composite material that eliminates the defects of ultra-hard carbide as described above, and to manufacture the same.
No., JP-A-51-130324, JP-A-51-130
No. 325, JP 51149925, JP 51-1
No. 49926, JP-A-51-147623, JP-A-5
As shown in the specifications of JP-A-1-147624, JP-A-52-1136, JP-A-52-5321, and JP-A-52-31126, organosilicon polymer compounds are synthesized from organosilicon compounds, and A silicon carbide fiber obtained by spinning an organosilicon polymer compound, heating the spun fiber at a low temperature, and then firing it in a temperature range of 700 to 2000°C is arranged in an aggregate of a mixture of ultrahard carbide and a binding metal. , mold while applying pressure as necessary, and mold under pressure as necessary.
An ultra-hard composite material reinforced with silicon carbide fibers that are sintered at a temperature of 00° C. or higher, allowing the free carbon in the silicon carbide fibers to react with the bonding metal, and improving the bonding properties between the fibers and the bonding metal. This objective can be achieved by providing a method for manufacturing thorns.

次に本発明を詳細に説明する。Next, the present invention will be explained in detail.

本発明において使用される有機ケイ素高分子比合物より
なる紡糸を低温加熱の後、700〜2000℃の温度範
囲で焼威して得られるシリコンカーバイド繊維は下記の
方法で製造される。
The silicon carbide fiber obtained by heating the spun yarn made of the organosilicon polymer compound used in the present invention at a low temperature and then firing it at a temperature in the range of 700 to 2000 DEG C. is produced by the following method.

本発明において有機ケイ素高分子比合物の原刺として使
用することのできる有機ケイ素化合物は下記(1)〜(
IO)の型式に分類される。
In the present invention, the organosilicon compounds that can be used as the base material of the organosilicon polymer compound are the following (1) to (
IO).

(1)Si−C結合のみをふくむ化合物。(1) Compounds containing only Si-C bonds.

(2)SI一〇結合のほかにSi−H結合をふくむ化合
物。
(2) Compounds containing Si-H bonds in addition to SI10 bonds.

(3) S i − Hal結合を有する化合物。(3) Compound having Si-Hal bond.

(4)Si−N結合を有する化合物。(4) Compounds having Si-N bonds.

(5) Si −OR ( R−アルキル、アリール
)結合を有する化合物。
(5) A compound having a Si-OR (R-alkyl, aryl) bond.

(6) S i − OH結合を有する化合物。(6) A compound having an Si-OH bond.

(7) Si−Si結合をふくむ化合物。(7) Compounds containing Si-Si bonds.

(8) Si −0−Si結合をふくむ化合物。(8) A compound containing a Si-0-Si bond.

(9)有機ケイ素化合物エステル類。(9) Organosilicon compound esters.

(10)有機ケイ素化合物過酸化物。(10) Organosilicon compound peroxide.

前記(1)〜α0)の型式に属する少なくとも1種以上
の有機ケイ素化合物から、照射、加熱、重縮合用触媒添
加の少なくとも何れか1つを用いた重縮合反応により、
ケイ素と炭素とを主な骨格成分とする有機ケイ素高分子
化合物、例えば下記の如き分子構造を有する化合物を生
威させる。
From at least one organosilicon compound belonging to the types (1) to α0), a polycondensation reaction using at least one of irradiation, heating, and addition of a polycondensation catalyst,
Organosilicon polymer compounds whose main skeleton components are silicon and carbon, such as compounds having the following molecular structure, are produced.

(ニ)前記(イ)〜(/→記載の骨格成分を鎖状及び三
次元構造のうち少なくとも一つの部分構造として含むも
の又は(イ),(口),(/→の混合物。
(d) A substance containing the skeleton components described in (i) to (/→ as at least one partial structure of a chain or three-dimensional structure, or a mixture of (i), (i), and (/→).

前記の分子構造を有する化合物には例えば次の如きもの
がある。
Examples of compounds having the above molecular structure include the following.

(ニ)前記(イ)〜(ハ)記載の骨格成分を鎖状、環状
及び三次元構造のうち少なくとも一つの部分構造として
含むもの、又は(イ),(口),(/iの混合物。
(d) Those containing the skeleton components described in (a) to (c) above as at least one partial structure among chain, cyclic, and three-dimensional structures, or a mixture of (i), (i), and (/i).

前記有機ケイ素高分子化合物を紡糸し、酸化性雰囲気中
で50〜400’Cの温度範囲で低温加熱した後、真空
中あるいは不活性ガス、COガス、水素ガスのうちから
選ばれるいづれか1種以上の雰囲気中で700〜200
0℃の温度範囲で焼成してシリコンカーバイド繊維とす
る。
After spinning the organosilicon polymer compound and heating it at a low temperature in an oxidizing atmosphere in a temperature range of 50 to 400'C, the organosilicon polymer compound is spun and then heated in a vacuum or one or more selected from inert gas, CO gas, and hydrogen gas. 700-200 in an atmosphere of
It is fired at a temperature range of 0°C to obtain silicon carbide fibers.

前記シリコンカーバイド繊維を700〜2000°Cの
温度範囲とする理由は、700℃以下では有機ケイ素高
分子化合物が分解してSiCの生或反応が生起しておら
ず、2000℃以上の焼威ではシリコンカーバイド繊維
の分解が激しいため、焼成温度は700〜2000℃の
温度範囲が良い。
The reason why the temperature range for the silicon carbide fibers is 700 to 2000°C is that at temperatures below 700°C, the organosilicon polymer compound decomposes and no SiC production or reaction occurs, and when burned at temperatures above 2000°C, Since silicon carbide fibers are violently decomposed, the firing temperature is preferably in the range of 700 to 2000°C.

前記有機ケイ素高分子化合物中には、前記(イ)〜(ニ
)の構造式で示される如く、1モルのケイ素に対して少
なくとも2モルの炭素が存在しており、側鎖の炭素の多
くはガスとなって揮散するものの、一部分の側鎖の炭素
と大部分の骨格成分の炭素は焼成しても残るため、シリ
コンカーバイド繊維中には1モルのケイ素に対して1モ
ル以上の炭素を含有させて、遊離炭素0.01%以上を
含有するシリコンカーバイド繊維とすることができる。
In the organosilicon polymer compound, as shown in the structural formulas (a) to (d) above, at least 2 mol of carbon exists per 1 mol of silicon, and most of the carbon in the side chain Although it evaporates as a gas, some of the side chain carbon and most of the carbon in the skeleton remain even after firing, so silicon carbide fibers contain more than 1 mol of carbon per 1 mol of silicon. The silicon carbide fiber can be made to contain 0.01% or more of free carbon.

また必要に応じて、酸fヒ性雰囲気で焼或することによ
り、前記遊離炭素を除き、SICのみからなるシリコン
カーバイド繊維とすることもできる。
Furthermore, if necessary, the free carbon can be removed by firing in an acidic or arsenic atmosphere to obtain a silicon carbide fiber consisting only of SIC.

前記シリコンカーバイド繊維中のSiO結晶は、焼成温
度が1000℃以上になると発達が著るしくなり、前記
シリコンカーバイド繊維の強度と硬度が大きくなり、耐
熱性もよくなってゆく。
The SiO crystals in the silicon carbide fibers develop significantly when the firing temperature is 1000° C. or higher, and the strength and hardness of the silicon carbide fibers increase, and the heat resistance also improves.

1例として真空中で1300’Cの温度で焼成したシリ
コンカーバイド繊維は第1表に示される如く、弓張強度
と弾性率は極めて高く、耐熱性もあり、かつ耐酸化性、
耐食性、耐摩耗性においても優れたものとなる。
As an example, silicon carbide fibers fired at a temperature of 1300'C in vacuum have extremely high bow tensile strength and elastic modulus, are heat resistant, and have oxidation resistance, as shown in Table 1.
It also has excellent corrosion resistance and wear resistance.

本発明の方法においてHfC , TaC , NbC
,Ta20 , TiC , ZrC , VC ,
WC, W20 , MoC! ,Mo2C,Cr3
C2,SICなどの超硬質炭化物のうちから選ばれるい
づれか1種以上の粉末と前記シリコンカーバイド繊維を
Co , Ni , Mo , Cu , Fe tA
Aおよびその他の金属元素のうちから選ばれるいづれか
1種以上を添加して加圧戒型し、1000゜C以上の温
度で焼結して、前記シリコンカーバイド繊維を補強材と
なす超硬質複合材料を製造することができる。
In the method of the present invention, HfC, TaC, NbC
, Ta20, TiC, ZrC, VC,
WC, W20, MoC! , Mo2C, Cr3
Co, Ni, Mo, Cu, Fe tA and the silicon carbide fiber are combined with one or more powders selected from ultra-hard carbides such as C2 and SIC.
An ultra-hard composite material which is made by adding one or more selected from A and other metal elements, pressurized and sintered at a temperature of 1000°C or higher to use the silicon carbide fiber as a reinforcing material. can be manufactured.

前記シリコンカーバイド繊維はβ−SiC結晶より形威
されている。
The silicon carbide fibers are formed from β-SiC crystals.

このβ−SiCと超硬質炭化物の硬度を比較すると、第
2表に示される如く、β−SiCが最も硬く、超硬質炭
化物と結合金属とからなる超硬質複合材刺をシリコンカ
ーバイド繊維で補強して、強度と硬度の大きい複合材料
とすることができる。
Comparing the hardness of this β-SiC and ultra-hard carbide, as shown in Table 2, β-SiC is the hardest, and the ultra-hard composite material made of ultra-hard carbide and bonding metal is reinforced with silicon carbide fibers. As a result, a composite material with high strength and hardness can be obtained.

また前記複合材料において、遊離炭素o.oi%以上を
含有するシリコンカーバイド繊維を使用すると、前記遊
離炭素は結合金属と反応してシリコンカーバイド繊維と
結合金属との結合性を良くする働きが生ずる。
Furthermore, in the composite material, free carbon o. When silicon carbide fibers containing oi% or more are used, the free carbon reacts with the bonding metal to improve the bonding properties between the silicon carbide fibers and the bonding metal.

すなわち、遊離炭素0.01%以上を含有するシリコン
カーバイド繊維を使用した場合、例えば第1〜4図の状
態図で示す如く、前記遊離炭素はCo ,Ni , M
o , Or金属中に溶け込む。
That is, when silicon carbide fibers containing 0.01% or more of free carbon are used, the free carbon may be Co, Ni, M, etc., as shown in the phase diagrams of FIGS. 1 to 4, for example.
o, Or Dissolves in metal.

高温で金属に溶け込んだ炭素の一部は冷却される間に超
硬質炭化物およびシリコンカーバイド連続繊維の界面に
金属炭化物として析出する。
A part of the carbon dissolved in the metal at high temperature is precipitated as metal carbide at the interface between the ultra-hard carbide and silicon carbide continuous fibers while being cooled.

前記金属炭化物は超硬質炭化物およびシリコンカーバイ
ド繊維と結合金属とを強固に結合接着するため、シリコ
ンカーバイド繊維を含む超硬質材料の強度は大きくなり
、その上前記バインダー金属に溶解した炭素により、バ
インダー金属は硬くなり、強度と硬度とが大きくなる。
The metal carbide strongly binds and bonds the ultra-hard carbide and silicon carbide fibers with the binding metal, so the strength of the ultra-hard material containing the silicon carbide fibers is increased.Furthermore, the carbon dissolved in the binder metal strengthens the binder metal. becomes harder, and its strength and hardness increase.

本発明において使用されるシリコンカーバイド繊維のう
ち、700〜1000℃で焼成して得られた予備加熱繊
維は第5図に示す如く、易揮発性の低分子量炭化水素、
低分子量有機ケイ素化合物等がわずかではあるが含まれ
ている。
Among the silicon carbide fibers used in the present invention, the preheated fibers obtained by firing at 700 to 1000°C contain easily volatile low molecular weight hydrocarbons, as shown in FIG.
Contains a small amount of low molecular weight organosilicon compounds.

そのため、超硬質炭化物と予備加熱繊維とをCo,Ni
,Mo,Or , Fe , klおよびその他の結合
金属合金によって結合させるに際し、予備加熱繊維より
発生する易揮発性成分が分離して生成する炭素元素は、
前記遊離炭素と同様の働きをするため、予備加熱繊維は
複合材料の補強材刺として、1000’C以上の温度で
焼成したシリコンカーバイド繊維より効果的な場合もあ
る。
Therefore, the ultra-hard carbide and preheated fibers are made of Co, Ni.
, Mo, Or, Fe, Kl, and other bonding metal alloys, the easily volatile components generated from the preheated fibers are separated and the carbon element is generated.
Preheated fibers may be more effective as reinforcing bars in composite materials than silicon carbide fibers fired at temperatures above 1000'C because they act similarly to the free carbon.

また本発明のシリコンカーバイド繊維は、12000C
以上の温度に焼或するとSiC結晶が発達してくる。
Moreover, the silicon carbide fiber of the present invention is 12000C
When fired at a temperature above, SiC crystals develop.

従って1200゜C以下の温度で焼或して得られたシリ
コンカーバイド繊維は非晶質性である。
Therefore, silicon carbide fibers obtained by firing at temperatures below 1200°C are amorphous.

非晶質性シリコンカーバイド繊維を超硬質複合材利の補
強材利として使用し、1200℃以上の温度で焼結し結
晶性シリコンカーバイド繊維とした場合、複合材刺中の
シリコンカーバイドと結合金属との結合性は、結晶性シ
リコンカーバイドを使用したときより良くなるため、超
硬質複合材利の強度が大きくなる。
When amorphous silicon carbide fiber is used as a reinforcing material for an ultra-hard composite material and sintered at a temperature of 1200°C or higher to form crystalline silicon carbide fiber, the silicon carbide in the composite material and the bonding metal The bonding properties are better than when using crystalline silicon carbide, which increases the strength of the ultra-hard composite material.

本発明の超硬質複合材刺の製造方法には従来の超硬質合
金もしくはサーメットの製造方法をそのまま応用できる
利点を有し、混和物集積体内にシリコンカーバイド繊維
を配設する場合には、繊維を一方向にあるいは経緯状に
立体的に揃えることにより、超硬質複合材料の強度に方
向性を与えたり、あるいは方向性をなくすることなども
できる。
The method for manufacturing ultra-hard composite material barbs of the present invention has the advantage that conventional methods for manufacturing ultra-hard alloys or cermets can be directly applied. By arranging them three-dimensionally in one direction or along the warp and warp, it is possible to impart directionality to the strength of the ultra-hard composite material, or to eliminate directionality.

前記複合材料の製造方法の1例として炭化チタンから超
硬質複合材料を製造する工程を第6図に示す。
As an example of the method for manufacturing the composite material, FIG. 6 shows a process for manufacturing an ultra-hard composite material from titanium carbide.

5μ以下の炭化チタン粉末とCo,Ni,Or,MO,
Fe,Atおよびその他の結合金属のうちから選ばれる
1種又は二種以上の金属粉末とをメタノール、ベンゼン
、四塩化炭素等の溶媒を添加し混合する。
Titanium carbide powder of 5μ or less and Co, Ni, Or, MO,
One or more metal powders selected from Fe, At, and other binding metals are mixed with a solvent such as methanol, benzene, carbon tetrachloride, or the like.

シリコンカーバイド繊維を積層配列し、前記混合物で繊
維の間隙を充填し、加圧成形しながら減圧乾燥して成形
体となす。
Silicon carbide fibers are arranged in layers, the gaps between the fibers are filled with the mixture, and the mixture is dried under reduced pressure while being press-molded to form a molded body.

前記成形体を800〜1100℃の温度範囲で約1時間
真空中あるいは水素ガス雰囲気中で一次焼威し、これを
成形し、該戊形体を真空中で1200〜1500℃の温
度範囲で二次焼結を1〜3時間行ない、前記二次焼結体
をダイヤモンド等で機械仕上し、検査して製品となす。
The molded body is first fired in a vacuum or hydrogen gas atmosphere for about 1 hour at a temperature range of 800 to 1100°C, then molded, and the rounded body is fired for a second time in a vacuum at a temperature of 1200 to 1500°C. Sintering is performed for 1 to 3 hours, and the secondary sintered body is mechanically finished with diamond or the like and inspected to produce a product.

あるいは、前記二次焼結体に有機ケイ素高分子化合物を
含浸させた後、真空中あるいは不活性ガス、水素ガス、
COガスのうち選ばれるいづれか1種以上の雰囲気中で
焼成し、次いで前記三次焼結体をダイヤモンド等で機械
仕上し、検査して製品となす。
Alternatively, after impregnating the secondary sintered body with an organosilicon polymer compound,
The tertiary sintered body is fired in an atmosphere of one or more selected CO gases, and then the tertiary sintered body is mechanically finished with diamond or the like and inspected to produce a product.

本発明の超硬質複合材料の抗折力と硬度とはシリコンカ
ーバイド繊維の添加量によって異なる。
The transverse rupture strength and hardness of the ultra-hard composite material of the present invention vary depending on the amount of silicon carbide fiber added.

その1例として超硬合金KIOに対して複合させる遊離
炭素5%を含有するシリコンカーバイド繊維の量を変え
た場合、前記超硬合金KIOの坑折力と硬度とは第7図
の如く変化する。
As an example, when the amount of silicon carbide fibers containing 5% free carbon to be composited with the cemented carbide KIO is changed, the rupture strength and hardness of the cemented carbide KIO change as shown in Figure 7. .

同図において抗折力とビツカース硬度とはシリコンカー
バイド繊維の量が増大するに従って大きくなっている。
In the figure, the transverse rupture strength and Vickers hardness increase as the amount of silicon carbide fiber increases.

しかしながら硬度はシリコンカーバイド繊維の量が14
%以上になると低下し、20%以上では繊維で補強され
ない超硬合金KIOの硬度よりも小さくなることから、
シリコンカーバイド繊維の量20%以下とするのが好ま
しく、1%以下では繊維による補強効果が極めて小さい
ため、シリコンカーバイド繊維の量は1〜20%の範囲
内が好ましい。
However, the hardness is 14 due to the amount of silicon carbide fibers.
% or more, the hardness decreases, and if it is 20% or more, it becomes smaller than the hardness of cemented carbide KIO, which is not reinforced with fibers.
The amount of silicon carbide fibers is preferably 20% or less, and since the reinforcing effect of the fibers is extremely small if it is less than 1%, the amount of silicon carbide fibers is preferably within the range of 1 to 20%.

本発明の超硬質複合材料の製造において、二次焼結した
後、紡糸用原刺であるケイ素と炭素とを主な骨格成分と
する有機ケイ素高分子化合物を含浸させた後、非酸化性
雰囲気中で800℃以上の温度で焼成することにより、
二次焼結により生或した開孔をシリコンカーバイドで充
填することができる。
In the production of the ultra-hard composite material of the present invention, after secondary sintering, it is impregnated with an organosilicon polymer compound whose main skeleton components are silicon and carbon, which is the original material for spinning, and then in a non-oxidizing atmosphere. By firing at a temperature of 800℃ or higher,
Openings created by secondary sintering can be filled with silicon carbide.

二次焼結体を前記有機ケイ素高分子化合物をもって含没
するには、前記有機ケイ素高分子化合物を例えばベンゼ
ン、トルエン、キシレン、ヘキサン、エーテル、テトラ
ヒド口フラン、ジオキサン、クロロホルム、メチレンク
ロライド、その他有機ケイ素高分子化合物を可溶する溶
媒に溶解させた溶液、あるいは加熱溶融した溶液を例え
ば下記の方法によって炭素製品を含没することができる
In order to impregnate the secondary sintered body with the organosilicon polymer compound, the organosilicon polymer compound may be impregnated with, for example, benzene, toluene, xylene, hexane, ether, tetrahydrofuran, dioxane, chloroform, methylene chloride, or other organic A carbon product can be impregnated with a solution obtained by dissolving a silicon polymer compound in a solvent, or a solution obtained by heating and melting the silicon polymer compound, for example, by the method described below.

(1) 密封可能な容器の中に二次焼結体を入れ、常
温あるいは高温下で真空にして脱気し次いで前記有機ケ
イ素高分子化合物の溶融物又は溶媒に溶解した溶液を前
記容器に注入して、充分に前記有機ケイ素高分子化合物
中に二次焼結体を浸漬して含浸させる。
(1) Place the secondary sintered body in a sealable container, degas it by evacuating it at room temperature or high temperature, and then inject the melt of the organosilicon polymer compound or a solution dissolved in a solvent into the container. Then, the secondary sintered body is sufficiently immersed in the organosilicon polymer compound to impregnate it.

なお必要に応じ含没後加圧することもできる。Note that pressure can be applied after impregnation if necessary.

(2)常温あるいは高温の二次焼結体の表面に、有機ケ
イ素高分子化合物溶液をスプレー、刷毛等で塗布する。
(2) Apply an organosilicon polymer compound solution to the surface of the secondary sintered body at room temperature or high temperature by spraying, brushing, or the like.

(3)開放容器の有機ケイ素高分子化合物廐液中に炭素
製品を浸漬して含没する。
(3) The carbon product is immersed in the organosilicon polymer compound liquid in an open container.

前記諸方法の倒れかにより得られた含浸体を800℃以
上の温度で焼或すると、有機ケイ素高分子化合物を分解
し7てSiCを生成させることができる。
When the impregnated body obtained by the above methods is calcined at a temperature of 800° C. or higher, the organosilicon polymer compound can be decomposed and SiC can be produced.

前記焼或を行う雰囲気としては、酸化性雰囲気中では酸
化反応が生起して、ケイ素は8102となりSiOが生
成しないから不適当であり、非酸化性の雰囲気が必要で
ある。
An oxidizing atmosphere is not suitable for the calcination because an oxidizing reaction occurs and silicon becomes 8102 and no SiO is produced, and a non-oxidizing atmosphere is required.

即ち雰囲気としては、真空中、不活性ガス、COガス、
水素ガスのうちから選ばれる何れか1種又は二種以上の
雰囲気中で焼威することが好ましい。
That is, the atmosphere includes vacuum, inert gas, CO gas,
It is preferable to incinerate in an atmosphere of one or more hydrogen gases selected from hydrogen gas.

この含浸と焼戊の工程を数回繰り返して行なうことによ
り、超硬質複合材刺の比重、強度と硬度が大きく、耐熱
性、耐食性、耐摩耗性に優れ、かつ耐クレーター性に優
れたものとすることができる。
By repeating this impregnation and burning process several times, the ultra-hard composite barb has high specific gravity, strength and hardness, and has excellent heat resistance, corrosion resistance, abrasion resistance, and crater resistance. can do.

1例として超硬合金WZ−1bに遊離炭素3%を含有す
るシリコンカーバイドを積層配列した超硬合金複合材刺
(TIC55、シリコンカーバイド繊維5、Ni 3
2、Cr8、比重5.90)に有機ケイ素高分子化合物
を含浸させた回数と比重および抗折力との関係は第8図
に示す如く、比重は含浸回数を多くしてもさほど大きく
ならないが、抗折力の方は回数が多くなるに従って急激
に大きくなり含浸の効果が著るしいことがわかる。
As an example, a cemented carbide composite material (TIC55, silicon carbide fiber 5, Ni 3
As shown in Figure 8, the relationship between the number of impregnations of 2, Cr8, specific gravity 5.90) with an organosilicon polymer compound, specific gravity, and transverse rupture strength is as shown in Figure 8. It can be seen that the transverse rupture strength increases rapidly as the number of times increases, indicating that the effect of impregnation is significant.

次に本発明を実施例について説明する。Next, the present invention will be explained with reference to examples.

実施例 1 重量%でW094%,Ta(Nb)CI%,Oo5%か
らなり、KIO(JIS)に相当する超硬合金の原刺を
ボールに入れ、湿式法で約100時間混合した後、通常
の超硬合金の製法に準じて乾燥、加圧或形して戒形体と
した。
Example 1 A cemented carbide material consisting of 94% W0, 5% Ta(Nb)CI, and 5% Oo by weight and corresponding to KIO (JIS) was placed in a bowl, mixed by a wet method for about 100 hours, and then It was dried, pressurized, or shaped into a pre-shaped body according to the manufacturing method of cemented carbide.

またsoo’cに予備加熱したシリコンカーバイド繊維
を積層配列し、そこへWC90、5%,Ta0.8%,
Co 5%をベンゼンと一緒に混合して加え、加圧成
形しながら減圧乾燥して戒形体を得た。
In addition, preheated silicon carbide fibers were layered and arranged in soo'c, and WC90, 5%, Ta 0.8%,
5% Co was mixed together with benzene, and the mixture was dried under reduced pressure while being press-molded to obtain a shaped body.

前記2つの戒形体を加圧しながら水素雰囲気中において
900℃で1時間一次焼成し、次いで真空中1400℃
で1.5時間二次焼結して超硬合金KIOとシリコンカ
ーバイド繊維で補強した超硬合金KIOとを得た。
The two precipitated bodies were first fired at 900°C for 1 hour in a hydrogen atmosphere under pressure, and then fired at 1400°C in vacuum.
After secondary sintering for 1.5 hours, a cemented carbide KIO and a cemented carbide KIO reinforced with silicon carbide fibers were obtained.

それぞれの抗折力とビツカース硬度とは第3表に示す。The transverse rupture strength and Vickers hardness of each are shown in Table 3.

同表によればシリコンカーバイド繊維を添加すると抗折
力は4割も大きくなり、硬度もほぼ1.4倍大きくなっ
た。
According to the same table, when silicon carbide fibers were added, the transverse rupture strength increased by 40%, and the hardness also increased by approximately 1.4 times.

またこのシリコンカーバイド連続繊維からなる超硬合金
KIOを使用し、鋳鉄Fe 2 0の切削試験を行なっ
たところ、無添加の超硬合金KIOに比較して、約1、
8倍寿命が長くなり、シリコンカーバイド連続繊維を複
合させた効果が認められた。
In addition, when we conducted a cutting test on cast iron Fe20 using this cemented carbide KIO made of silicon carbide continuous fibers, we found that it was approximately 1.
The lifespan was 8 times longer, demonstrating the effect of combining silicon carbide continuous fibers.

実施例 2 重量%でW0912%,Ta01.9%,TiC0.4
% ,Co 6. 5%の超硬合金と、WC 8 8.
0%,TaC1.5%,TiC0.7%,Oo6.8
%と750°Cで予備加熱したシリコンカーバイド繊維
(3.0%)とからなる超硬合金を実施例1と同じ方法
で製造した。
Example 2 W0912%, Ta01.9%, TiC0.4 in weight%
%, Co6. 5% cemented carbide and WC 8 8.
0%, TaC1.5%, TiC0.7%, Oo6.8
% and silicon carbide fibers (3.0%) preheated at 750°C were produced in the same manner as in Example 1.

この2種類の超硬合金を用いて自動旋盤用バイトを製作
し、1.30%φの13Orマルテンサイト系快削ステ
ンレス鋼を切削速度V −20 m/m i n 1切
り込みt=0.02〜0.03朋/片肉、送りS=0−
0 0 3 mm/revの切削条件で切削油を循環さ
せた自動旋盤による切削作業を実施したところ、無添加
の超硬合金の平均寿命は28時間であったが、シリコン
カーバイド連続繊維で補強された超硬合金の平均寿命は
81時間とほぼ3倍近くも大きくなった。
A cutting tool for an automatic lathe was manufactured using these two types of cemented carbide, and a 1.30%φ 13Or martensitic free-cutting stainless steel was cut at a cutting speed of V -20 m/min 1 depth of cut t = 0.02. ~0.03 tomo/piece of meat, feed S=0-
When cutting work was carried out using an automatic lathe with cutting oil circulating under cutting conditions of 0 0 3 mm/rev, the average life of additive-free cemented carbide was 28 hours, but the average life of cemented carbide reinforced with silicon carbide continuous fibers was 28 hours. The average lifespan of cemented carbide has increased by almost three times to 81 hours.

実施例 3 重量%でTi06 0%,Ni24%, Co 8%,
Or 8%からなるサーメットWZ12bをTi0 5
5%,Ni24%,Co8%,Cr8%,800℃で
予備加熱したシリコンカーバイド繊維5%からなるサー
メットを実施例1と同一の方法で製造し第4表に示す如
き特性を有するサーメットを得た。
Example 3 Ti06 0%, Ni 24%, Co 8%,
Cermet WZ12b consisting of Or 8% Ti0 5
A cermet consisting of 5% Ni, 24% Ni, 8% Co, 8% Cr, and 5% silicon carbide fibers preheated at 800°C was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a cermet having the properties shown in Table 4. .

この2種類のサーメットから製造した工具20ケを用い
180rのステンレス鋼を切削速度■一30m/min
%切込み0.1mm/片肉、送りS一0. 0 2mn
/ revの切削条件で切削作業を実施した結果、従来
品は破損事故が数件あったが、シリコンカーバイド連続
繊維からなるサーメットでは1件もなく、かつこのサー
メットの平均寿命は従来品の平均寿命の約3倍となった
Cutting speed of 180r stainless steel using 20 tools made from these two types of cermets - 30m/min
% cut depth 0.1mm/one piece, feed S-0. 0 2mn
As a result of cutting work performed under the cutting conditions of / rev, there were several breakage accidents with the conventional product, but none with the cermet made of silicon carbide continuous fibers, and the average life of this cermet is the same as the average life of the conventional product. It was about three times as much.

さらに熱衝撃試験をこの2種類のサーメットについて、
1320℃の温度において破損するまでのサイクル数で
おこなったところ、シリコンカーバイド連続繊維からな
るサーメットが無添加サーメットのそれに比較して2.
1倍よくなった。
Furthermore, thermal shock tests were conducted on these two types of cermets.
When tested at a temperature of 1320°C and the number of cycles required to break, the cermet made of continuous silicon carbide fibers showed a 2.
It got 1x better.

実施例 4 重量%でW082%,TiC5%, ゜Co 9%,1
300’C処理シリコンカーバイド繊維4%を使用して
複合材刺の製造をおこなった。
Example 4 W082%, TiC5%, ゜Co 9%, 1 in weight%
Composite barbs were manufactured using 4% 300'C treated silicon carbide fibers.

すなわち1 20X 1 2X 1 0myttの型を
縦にして、シリコンカーバイド繊維を一様に分散するよ
う、数本づつ、325メッシュの網目をとおして前記型
に配設した。
That is, a 120 x 12 x 10 mytt mold was held vertically, and several silicon carbide fibers were placed in the mold through a 325 mesh mesh so that the silicon carbide fibers were uniformly dispersed.

WCとTiCおよびCoの粉末をn−へキサン湿潤させ
、前記シリコンカーバイドを配設した型に入れた後、核
型を横方向から加圧して成型し、そのまま数日放置して
乾燥した。
WC, TiC, and Co powders were wetted with n-hexane and placed in a mold provided with silicon carbide, and then the core mold was molded by applying pressure from the side, and was left to dry for several days.

前記乾燥体を900℃まで水素雰囲気中で焼威し、12
0X10×10朋に整形した後、オートクレープ中で3
50゜Cに溶融したポリ力ルボシラン(平均分子量約2
000)を含浸させた後、さらに水素雰囲気中で130
0℃まで焼威した。
The dried body was incinerated to 900°C in a hydrogen atmosphere for 12
After shaping into 0x10x10 size, 3
Polysilane (average molecular weight approx. 2) melted at 50°C
After impregnating with 000), 130
It was incinerated to 0℃.

前記含浸と焼或(1300℃)までを2回繰り返した後
、表面をエメリー紙で紙で仕上げて複合材料とした。
After repeating the impregnation and baking (1300° C.) twice, the surface was finished with emery paper to obtain a composite material.

同時にW086%,Ti05%, C3o 9%からな
る超硬合金の従来品を製造して、複合材料との比較を行
い、その結果を第5表に示す。
At the same time, a conventional cemented carbide made of 86% W0, 5% Ti, and 9% C3o was manufactured and compared with the composite material. The results are shown in Table 5.

複合材料の抗折力は従来品の1.3倍以上になっている
The transverse rupture strength of the composite material is more than 1.3 times that of conventional products.

本発明品を使用して、鋳鉄の切削を行なったところ、破
損がきわめて少くなり従来品に比較して消耗は5割も小
さくなった。
When the product of the present invention was used to cut cast iron, damage was extremely reduced and wear was reduced by 50% compared to conventional products.

以上本発明の製造方法により製造されたシリコンカーバ
イド繊維で補強された超硬質複合材料は、強度が高く、
硬度が小さく、耐熱性、耐摩耗性、耐酸性、耐食性、耐
熱衝撃性、耐クレーター性、耐溶着性に優れているため
、切削工具、プレス工具、綿引ダイス、紡織用糸道、ジ
ェットノズル、ロケットノズル、航空機用ジェットおよ
びロケットエンジン、タービン翼、高温ガス炉用材料、
原子炉用材利、火力発電用材刺、耐熱材料、耐摩部品等
、その他今日既に超硬合金およびサーメットが用いられ
ている全ての分野をはじめ、耐熱性、耐酸化性、耐食性
が要求される全ての分野においても十分なる効果が期待
できるものである。
The ultra-hard composite material reinforced with silicon carbide fibers manufactured by the manufacturing method of the present invention has high strength and
It has low hardness and excellent heat resistance, abrasion resistance, acid resistance, corrosion resistance, thermal shock resistance, crater resistance, and welding resistance, making it suitable for cutting tools, press tools, cotton drawing dies, textile thread guides, jet nozzles, Rocket nozzles, aircraft jet and rocket engines, turbine blades, materials for high temperature gas reactors,
Nuclear reactor materials, thermal power generation materials, heat-resistant materials, wear-resistant parts, and all other fields where cemented carbide and cermet are already used today, as well as all other fields that require heat resistance, oxidation resistance, and corrosion resistance. It can be expected to have sufficient effects in the field as well.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は有機ケイ素高分子化合物からなる紡糸を低温加
熱の後、室温から1200℃まで真空中で加熱した場合
、繊維の残留重量と加熱温度との関係を示す図、第2図
はCo−Cの状態図、第3図はNi−Cの状態図、第4
図はMo−Cの状態図、第5図はCr−Cの状態図、第
6図は炭化チタンから超硬質複合材料を製造する工程図
、第7図はシリコンカーバイド繊維で補強された超硬合
金KIOにおいて、シリコンカーバイド予備加熱繊維の
添加量と前記超硬合金KIOの抗折力とビツカース硬度
との関係を示す図、第8図は超硬合金材料に有機ケイ素
高分子化合物を含浸させた回数と、比重および抗折力と
の関係を示す図である。
Figure 1 shows the relationship between the residual weight of the fiber and the heating temperature when spun yarn made of an organosilicon polymer compound is heated at a low temperature and then heated in vacuum from room temperature to 1200°C. Figure 2 shows the relationship between the residual weight of the fiber and the heating temperature. The phase diagram of C, Figure 3 is the phase diagram of Ni-C, Figure 4.
Figure 5 is a phase diagram of Mo-C, Figure 5 is a phase diagram of Cr-C, Figure 6 is a process diagram for producing an ultra-hard composite material from titanium carbide, and Figure 7 is a super-hard composite material reinforced with silicon carbide fibers. Figure 8 shows the relationship between the amount of silicon carbide preheated fiber added and the transverse rupture strength and Bitkers hardness of the cemented carbide KIO in the alloy KIO. It is a figure showing the relationship between the number of times, specific gravity, and transverse rupture strength.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超硬質炭化物と結合金属との混和物の集積体内に、
有機ケイ素高分子化合物よりなる紡糸を700〜200
0℃の温度範囲内で焼威して得られたシリコンカーバイ
ド繊維を配設した後、この集積体を焼結して焼結体とな
すことを特徴とするシリコンカーバイド繊維をもって補
強してなる超硬質複合材刺の製造方法。 2 超硬質炭化物と結合金属との混和物の集積体内に、
有機ケイ素高分子化合物よりなる紡糸を700〜200
0℃の温度範囲内で焼成して得られたシリコンカーバイ
ド繊維を配設した後、この集積体を焼結して焼結体とな
し、該焼結体に前記有機ケイ素高分子化合物を含浸させ
た後、再焼成する含浸・焼成工程を少なくとも1回施す
ことを特徴とするシリコンカーバイド繊維をもって補強
してなる超硬質複合材料の製造方法。
[Claims] 1. In the aggregate of the mixture of ultra-hard carbide and binding metal,
700 to 200 spinning made of organosilicon polymer compound
A superstructure reinforced with silicon carbide fibers, characterized in that silicon carbide fibers obtained by firing within a temperature range of 0°C are arranged, and then the aggregate is sintered to form a sintered body. Method for manufacturing rigid composite barbs. 2 In the aggregate of the mixture of ultra-hard carbide and bonding metal,
700 to 200 spinning made of organosilicon polymer compound
After disposing silicon carbide fibers obtained by firing within a temperature range of 0°C, this aggregate is sintered to form a sintered body, and the sintered body is impregnated with the organosilicon polymer compound. 1. A method for producing an ultra-hard composite material reinforced with silicon carbide fibers, the method comprising performing an impregnation/firing step at least once, followed by re-baking.
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