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JPS59116178A - 高密度セラミツク焼結体の製造法 - Google Patents

高密度セラミツク焼結体の製造法

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Publication number
JPS59116178A
JPS59116178A JP57231678A JP23167882A JPS59116178A JP S59116178 A JPS59116178 A JP S59116178A JP 57231678 A JP57231678 A JP 57231678A JP 23167882 A JP23167882 A JP 23167882A JP S59116178 A JPS59116178 A JP S59116178A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
porous
ceramic
gas
sintered body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP57231678A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5941954B2 (ja
Inventor
樋端 保夫
江口 清久
木下 実
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP57231678A priority Critical patent/JPS5941954B2/ja
Publication of JPS59116178A publication Critical patent/JPS59116178A/ja
Publication of JPS5941954B2 publication Critical patent/JPS5941954B2/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高密度tう三ツク焼結体の製造に関し、更に
詳しくは高温静水圧下(以下If IPという)で多孔
質tラミックス体を焼結して高密度セラミック焼結体を
得る新規な製造法に関する。
最近、セラミックスは極めて高い温度、高度の真空、大
きな応力、高腐食性などの苛酷な環境で使用される唯一
の材料として各種の難焼結性tう三ツク材料について開
発研究が盛んである。特に省エネルf−を目的とした各
種熱機関の熱効率改善のためには熱機関の入口温度を飛
躍的に向上させることが求められ、その熱を失わないた
めの効率のよい高温構造材料が検討されてきている。と
ころが、かかる高温下で使用される材料は従来の耐熱合
金では満足な熱的、機械的強度が得られず、資源的にも
多量に産出するセラミックスの金属代替材料としての期
待は大きいものになりつつある現状である。寸だ、かか
るtラミ・ツク材料は、耐摩耗性にも優れているので、
各種のシイカスト型材やノズル等の材料としても注目さ
れている。
かかるt5三ツク焼結体の製造としては、一般に熱間加
圧成形法いわゆるホットプレス法が好ましいとされてい
るが、この方法においてはセラミック素材を比較的単純
な形状の挿し型内で熱間加圧成形するため、例えばガス
ターじン用翼車や機械用歯車などの複雑な形状部品を成
形製造することは困難であり、また用いる型材が黒鉛製
、アル三す製などのため、熱間加圧上方はせいぜい数r
気圧であって各種のセラミック焼結体製品製造には大き
な技術的制約となっている。ととろが、最近セラミック
成形において、セラミック粉末を所定形状に冷間加圧成
形して得られる成形体又は該成形体を予備焼結して得ら
れる予備焼結体に、アルゴンガス(Arガス)、窒素ガ
ス(w2ガス)@の高温高圧ガス媒体を作用させて高密
度化焼結させるHIP法が提案されている。即ちHIP
法はセラミック成形体もしくは予備焼結体を高温高圧を
加えることが可能な高圧容器内に入れ、500−300
0気圧のガス圧と1300=2500°Cまでの温度を
作用させ、高圧力、高温度の作用でセラミックスをより
等方的に加圧焼結するものである。
かかるHIP法は圧媒体としてArガスあるいはN2ガ
スを使用するため、予備成形体もしくは予備焼結体の表
面がガス不透過性であることが必3− 須とされている。そのためセラミックへのHIP法の使
用に当っては、■予備成形体もしくは予備にHIP法を
作用させてより高密度化させる、■予備成形体もl〜く
け予備焼結体の密度が93%以下の場合にはガス不透過
性の力′JJセルに封入し、核力づtル外部から高温高
圧ガス圧を作用させて高密度化させる、■前記■におけ
る力づセルの代りにガス不透過性膜、例えばガラス状物
質で被覆シールし、If IP処理して高密度化させる
等の公知の方法がある。
しかしながらこれらの方法にはいずれも難点がある。即
ち、前記■の方法では、セラミック素材を比較的高温で
2回焼結させることが必要であり、その結果セラミック
成形に関しては相当高価となシ、高付加価値のあるセラ
ミック素材に対してのみ利用価値が見い出されるに過ぎ
ない。また前記4− ■の方法は、一度の高温処理で焼結が可能であるため、
前記■の方法に比し安価にtう三ツク成形体の高密度化
焼結が可能であるが、■の方法における力づtル化によ
るHIP処理では複雑な形状を有する焼結体を得ること
は困難である。この点前記■の方法は、最終形状に近い
状態でシール材膜を形成し得るシール材としてパイレッ
クスガラス、石英ガラス及びバイコールガラス(高ケイ
酸素材には焼結温度1500°C以上を必要とするもの
が多く、それ故今日までに知られているシール材はいず
れも不適当である。例えば、パイレックスガラスはアル
カリ分を4%程度含んでいるので、高温では粘度が低く
、セラミック多孔体への被覆は簡単であるが、多孔体内
部へのガラスの侵入が著しくHIP処理後のセラミック
焼結体の機能が著しく阻害されるという欠点を有してい
る。また石英ガラスやバイコールガラスは、高温でも粘
性が非常に高く、パイレックスガラスの如き欠点を有し
ていないが、ガラス膜の形成には1500°C以上の高
温が必要であ、す、しかも該ガラスは1200−130
0’Cで結晶化が進み失透するので、HIP処理が可能
なガス不透過性石英ガラス及びバイコールガラス膜の被
覆は困難であるという欠点を有している。
本発明者らは、斯かる現状に鑑み従来のシール材の如き
欠点を有しない新規なシール材を開発すべく鋭意研究を
重ねた結果、高ケイ酸質多孔性ガラス又はその窒化物ガ
ラスが所望のシール材になり得ることを見い出した。本
発明は斯かる知見に基づき完成されたものである。
即ち本発明は、予備成形もしくは予備焼結したセラミッ
ク多孔体をシール材で被覆し、高温静水圧下に焼結処理
して高密度セラミック焼結体を製造する方法において、
シール材として高ケイ酸質多孔性ガラス又はその窒化物
ガうスを使用することを特徴とする高密度tう三ツク焼
結体の製造法に係る。
本発明で用いられる高ケイ酸質多孔性ガラスは、110
0−1200°Cという比較的低温でガうス化し、かつ
一度無乳化すると石英と同じか又はそれ以上の高粘性を
示すため、t5三ツク多孔体表面に簡単にガス不透過性
被膜を形成することが可能であり、またセラミック多孔
体の内部にガラスが侵入してIf I P処理後のセラ
ミック焼結体の機能を著しく阻害する恐れもない。それ
数本発明の方法によれば、セラミック体を最終成形品形
状に近い状態でHI P処理して#易に高密度焼結体を
得ることができる1゜ 本発明において、予備成形もしくはこれを予備焼結した
セラミック多孔体とは、■、階、■族元7− 未酸化物、炭化物、壺化物又はほう化物を母材とするも
のである限りなんら特定されるものではなく、例えばこ
れを一般公知の成形法、即ち金型成形、ラバープレス成
形、挿し出し成形、射出成形等によって所定形状に成形
したもの又はこれを通常のホットプレス法、常圧焼結法
、窒化物や炭化物においでは反応焼結法等によって予備
焼結して得られる多孔質のセラミック成形体を広く使用
できる。また必要に応じこれらの成形工程中に加えられ
る各種バインターの添加や焼結助剤として公知の添加物
等の予めの混合は、本発明ではなんら差し支えない。ま
た本発明で用いられるtラミ・ツク多孔体は、密度が9
3%以下のもので良く、これ以上の高密度予備成形体で
は本発明の方法を使用しなくてもa r p処理が可能
である。密度が93%以下のセラ三・ツク多孔体であっ
てそのあとの処理中破損しない強度を保持できる成形体
であれば本発明の方法を適用できるが、密度が93%8
− 以上のせ5ミック多孔体であっても本発明の方法を適用
することは勿論可能である。
本発明で用いられる高ケイ酸質多孔性ガラスはホウケイ
酸塩ガラスを熱処理してNa 20、B2O3相とS+
 02相に分相させ、可溶性(7) Ha20 、 B
2O3分を酸によって溶出させて作られるガラスである
このガラスの化学組成は5in294−98%、B20
30.5−5%、A12030−2%、N a 20Q
 、Q1%である。その細孔径は40−2000 Ao
、細孔容積Q、3−1cc/g、細孔表面積50−60
0ゴ/yのものであって、大きな比表面をもつ反応性に
富んだガラス素材である。このものは1000−120
0°Cに加熱すると無孔化して均一なガラスとなる。
本発明では上記ガラスをセうミック予備成形体もしくは
予備焼結した前記セラミック多孔体の表面に塗布する。
塗布法としては、水またはアルコールなどの溶媒中でス
ラリー状とし、この中へのド″j漬け、吹付け、へケに
よる塗布等何れの方法でも良い。この際スラリー中へ醋
酸セル0−ズ、PVAなどの各種の糊を0.1 ” 2
 tIl)添加すると塗布後の性状を良くすることがで
きる。塗布すべき厚さとしては約10μ以上、好ましく
は100μ以上塗布するのがよいが、数渭以」二厚くす
る必要はない。
ガラス粉を塗布したセラミック多孔体は複雑形状のもの
でもよく、これを自営900°C以上、望ましくは10
00−1200°Cで焼成すれば該セラミック多孔体表
面にガス不透過性ガうス膜シールができHIP処理が可
能となる。本焼成の際の雰囲気は何れの雰囲気でもよい
が、大気中又は不活性雰囲気で焼成すれば高ケイ酸質ガ
ラスとなりまた窒素雰囲気又はアン上雰囲気囲完及びそ
の混合雰囲気で焼成すると当該高ケイ酸質多孔性ガラス
は無孔化するときに容易に窒化物ガラスとなる。
これらのガラスは、石英ガラス、パイコールガラスより
も粘度が高くなり、セラミック多孔体内部へのガラス分
の浸入量が低減され、表面層のみにガス不透過性シール
が可能となる。石英ガラスでは、反応性が低くζ前記処
理では窒化物ガラスとなり難い。また本発明では、高ケ
イ酸質多孔質ガラス粉末を、塗布するよりも、予め該ガ
ラスを窒化し、窒化物ガラスとして粉末を作り、前記方
法でt5ミック多孔体表面に塗布して加熱処理し、表面
被覆シールすることによっても、同様のHIP処理は可
能である。またガラス粉末をスラリー状として塗布後焼
成してガス不透過性ガラス被覆シールする方法では、H
IP高圧容器中でガラスによる被覆と焼結処理とを同時
に行うことも可能で工程は非常に簡単となる。このほか
高ケイ酸質多孔性ガラスもしくはそれを窒化した窒化物
ガラス粉末中にセラミック多孔体を埋没し、80〇−1
100°Cで多孔体が破損しない程度の加圧でホットプ
レスし、ガス不透過性ガラス被覆シールを行う方法も使
用できる。
下記第1表に主なガラスの軟化点と高温粘性とを示す。
第1表 本発明においてII I P処理の際の焼成条件として
は特に制限がなく広い範囲内で適宜選択することができ
るが、通常1300°C以上の温度で、500−300
0気圧のガス圧の下にHIP処理するのがよい。
この高ケイ酸質多孔性ガラスを窒化して得られるガラス
被覆シール材は、HIP処理条件でも失透することがな
く、石英ガラス(1300°C以上で失透する)以上の
粘性をもち、高温焼結の必要な窒化物系、炭化物系、は
う化物系セラミック材料のHIP処理には最適のシール
材であり、セラミック多孔体からIf I P処理して
高密度焼結体、特に最終成品形状にとられれない被覆シ
ールが可能であるだめ、最終成形形状に近い状態の//
 I P焼結成形体が得られる特徴がある。
以下に実施例及び比較例を挙げる。
実施例 I S;J4粉末(,5tar4社[LC−10)にY2O
3−Al2O3系焼結助剤を8重量%添加し、十分混合
後3000気圧でラバプレス成形した。これによって得
られた嵩密度は63%、気孔率37%である。
これを高ケイ酸質多孔質ガラス粉末(細孔容積) 0.3 cc/ f 、平均細孔径150 、細孔表面
積180777′/y、平均粒径0.1羽)と醋酸上ル
O−ズ1%含有アルコール溶液で作ったスラリーにドづ
漬けし、表面に1謂厚さの塗膜をつけだ。乾燥後とのも
のをアン七ニア浴を通し九■2ガス流(流速50CC/
−1n)中1200°C30分処理した。処理した素材
をHIP装置に入れ、第1図に示した昇温スケジュール
でHIP処理した。最終\ HIP条件は1800″Cの温度、60分間、2000
気圧Arガス圧である。得られた結果を第2表に記す。
比較例 1 前記実施例1に記載した条件のセうミック多孔体を石英
ガラス粉末スラリーで塗布し、1300℃30分熱処理
した素材を実施例1と同様II I P処理した。結果
を第2表に記す。得られる焼結体は緻密化が進行してい
ないことが第2表かられかる。
実施例 2 SiC粉末(不二見製 +8000 )を前記実施例1
と同様ラバープレス成形した1、嵩密度は58%である
。これに高ケイ酸質多孔質ガうス粉末より作ったスラリ
ーをへケを用いて塗布し、乾燥後N113浴を通したN
2ガス(流速50CC/m1n) W囲気中、1200
°Cで処理して得た素材を第2図で示すHIPスケジュ
ールで焼結した。結果を第2表に示す。この表には石英
ガラス粉末で同様処理を行ったものも併記した。
実施例 3 Si、N4粉末に前記実施例1と同様Y2O3−”20
3系助剤を12重量%加え、ラバプレス後、9.8気圧
N2下1800°Cで1時間常)E焼結した。成形密度
は91%相対密度であった。この表面に一つは前記実施
例1と同様の方法で高ケイ酸質多孔質カラス粉末中塗布
し熱処理したもの、もう一つはホット’)L、Iス型中
で高ケイ酸質多孔質カラス粉末中に埋没させ1000°
C110分間100にσ/2で加圧してガラスシールし
たものを作った。これを実施例1と同様のH−IP処理
スケジュールでII I P焼結した。その結果を第2
表に示しだ。同時に常圧焼結体でガラスシールしていな
いHIP処理結果も示した。
実施例 4 ZrC、ZrB (何れもCtrae社製)の1600
°C10分 200kq/cdの条件下ホットプレス成
形したものはそれぞれ相対密度は77%、83%である
。実施例1と同様の処理によって得られた結果を第2表
に示しである。
第2表
【図面の簡単な説明】
第1図はSi3N4系tラミツクスのHIP焼戊スケジ
ュー;bを示したものであり、第2図はSiC系セラミ
ックスのII I P焼成スケジュールを示したもので
ある。 (以 上)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ■ 予備成形もしくは予備焼結したセラミック多孔体を
    シール材で被覆し、高温静水圧下に焼結処理して高密度
    セラミック焼結体を製造する方法において、シール材と
    して高ケイ酸質多孔性ガうス又はその窒化物ガラスを使
    用することを特徴とする高密度t−5Eツク焼結体の製
    造法。
JP57231678A 1982-12-22 1982-12-22 高密度セラミツク焼結体の製造法 Expired JPS5941954B2 (ja)

Priority Applications (1)

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JP57231678A JPS5941954B2 (ja) 1982-12-22 1982-12-22 高密度セラミツク焼結体の製造法

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JP57231678A JPS5941954B2 (ja) 1982-12-22 1982-12-22 高密度セラミツク焼結体の製造法

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JPS59116178A true JPS59116178A (ja) 1984-07-04
JPS5941954B2 JPS5941954B2 (ja) 1984-10-11

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ID=16927266

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JP57231678A Expired JPS5941954B2 (ja) 1982-12-22 1982-12-22 高密度セラミツク焼結体の製造法

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4605428A (en) * 1984-08-03 1986-08-12 At&T Bell Laboratories Sintered high-silica glass and articles comprising same
US4843043A (en) * 1987-03-10 1989-06-27 Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Method for manufacturing a sintered body with high density
US4938788A (en) * 1987-12-28 1990-07-03 Tosoh Corporation Method of producing uniform silica glass block

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US4938788A (en) * 1987-12-28 1990-07-03 Tosoh Corporation Method of producing uniform silica glass block

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