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炭化ホウ素セラミックス及びその作製法 NEW コモンズ

国内特許コード P170014629
整理番号 DP1579-B
掲載日 2017年10月24日
出願番号 特願2015-530876
出願日 平成26年8月4日(2014.8.4)
国際出願番号 JP2014070456
国際公開番号 WO2015019992
国際出願日 平成26年8月4日(2014.8.4)
国際公開日 平成27年2月12日(2015.2.12)
優先権データ
  • 特願2013-162479 (2013.8.5) JP
発明者
  • 廣田 健
  • 松田 洋幸
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 炭化ホウ素セラミックス及びその作製法 NEW コモンズ
発明の概要 高温下での機械的特性に優れた炭化ホウ素セラミックス及びその作製法を提供する。
非晶質ホウ素と非晶質炭素をB:C=4:1のモル比となるように秤量し、湿式混合を行ない、非晶質ホウ素と非晶質炭素とから成る出発原料を調製する工程と、前記出発原料から合成される炭化ホウ素に対して内割りで5~15 vol%(好ましくは10~12.5 vol%)のカーボンナノファイバーを、水またはアルコール中にて分散処理を行った後、前記出発原料に添加し、さらに分散処理を行った後、乾燥を行い、混合粉を得る工程と、前記混合粉を用いて金型成形を行うことにより成形体を得、当該成形体を静水圧プレス処理した後、パルス通電加圧焼結法により加圧しながら加熱昇温し、炭化ホウ素セラミックスを合成同時焼結する工程を含む。
従来技術、競合技術の概要


炭化ホウ素(B4C)は、軽量(理論密度Dx=2.515 Mg・m-3)、高融点(Tm=2450℃)の物質で、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素(c-BN)に次ぐ高硬度(ビッカース硬度Hv:29~33 GPa)や、高い熱伝導性(κ=82.5 W・m-1・K-1 at 425℃)、低電気抵抗率(ρ=3.0~8.0X10-3Ω・m)を示すため、耐摩耗性材料や変形しにくい軽量部材として注目されている。しかし、炭化ホウ素は、非常に脆く、難焼結性であるため、高密度焼結体を作製することが困難であり、焼結性を改善するために、焼結助材としてアルミナ(Al2O3)等が添加される。
又、カーボンナノファイバー(CNF)は、優れた特性から他の素材への強化添加材として期待されるが、高凝集性CNFの分散性の悪さや濡れ性の低さが問題とされている。



本願発明者は、下記の特許文献1において、焼結時に、炭化ホウ素粉体を焼結する際に通常添加されている焼結助材のアルミナを2.5 vol%添加し、且つ、高引張り強度(σt~2.20 GPa)・高弾性率(E~100-300 GPa)のCNFを15 vol%添加した炭化ホウ素コンポジットが1600℃で高い曲げ強度(σb~550 MPa)を示すことを報告したが、さらに高温での高強度(550 MPaを越える曲げ強度)が求められている。

産業上の利用分野


本発明は、高温構造材料として使用される高強度強靭性の炭化ホウ素セラミックス及びその作製法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
炭化ホウ素と、当該炭化ホウ素中に分散されたカーボンナノファイバーのみからなる炭化ホウ素セラミックスであって、該炭化ホウ素セラミックスの1300~1500℃における曲げ強度(σb)が450~900 MPaであることを特徴とする炭化ホウ素セラミックス。

【請求項2】
前記カーボンナノファイバーの添加量が、炭化ホウ素に対して内割りで5~15 vol%であることを特徴とする請求項1に記載の炭化ホウ素セラミックス。

【請求項3】
前記カーボンナノファイバーの添加量が、炭化ホウ素に対して内割りで10~12.5 vol%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化ホウ素セラミックス。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の炭化ホウ素セラミックスの作製方法であって、
非晶質ホウ素と非晶質炭素をB:C=4:1のモル比となるように秤量し、湿式混合を行ない、非晶質ホウ素と非晶質炭素とから成る出発原料を調製する工程と、
前記出発原料から合成される炭化ホウ素に対して内割りで5~15 vol%のカーボンナノファイバーを準備し、当該カーボンナノファイバーを水またはアルコール中にて分散処理した後、得られた分散液を前記出発原料に添加して、さらに分散処理し、乾燥を行なって混合粉を得る工程と、
前記混合粉を用いて金型成形を行い、所望の形状を有した成形体を得、得られた成形体を冷間静水圧プレス処理した後、アルミナ焼結助剤不存在下でパルス通電加圧焼結して炭化ホウ素セラミックスを合成同時焼結する工程
を含むことを特徴とする炭化ホウ素セラミックスの作製法。

【請求項5】
前記のパルス通電加圧焼結が、10 Pa以下の真空中で、10~100 MPaの圧力、1700~1900℃の焼結温度、および5~30分の保持時間の条件にて行なわれることを特徴とする請求項4に記載の炭化ホウ素セラミックスの作製法。

【請求項6】
前記カーボンナノファイバーの、炭化ホウ素に対する添加量が、内割りで10~12.5 vol%であることを特徴とする請求項4又は5に記載の炭化ホウ素セラミックスの作製法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015530876thum.jpg
出願権利状態 公開
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