JP2000233974A - 耐摩耗性・摺動特性等に優れた窒化けい素焼結体およびその製造方法 - Google Patents
耐摩耗性・摺動特性等に優れた窒化けい素焼結体およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高強度・高靭性等の機械的特性を有すると共
に、軸受け，バルブ等の摺動部材料としての適用を可能
とする良好な摺動特性を有する窒化けい素焼結体とその
製造方法を提供する。 【解決手段】この焼結体は、窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）粉
末に、焼結助剤として、スピネル／ジルコニア（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4／ＺｒＯ2）粉末３〜２０重量％、および分散相
成分として、粒径１μm以下の炭化けい素（ＳｉＣ）粉
末１〜４０重量％を配合された粉末混合物を焼結してな
り、マトリックス（Ｓｉ3Ｎ4）の粒内および粒界にＳｉ
Ｃの微細粒子が分布した組織を有している。この焼結体
は、常圧焼結（処理温度：１５００〜１９００℃）を適
用して製造することができる。
に、軸受け，バルブ等の摺動部材料としての適用を可能
とする良好な摺動特性を有する窒化けい素焼結体とその
製造方法を提供する。 【解決手段】この焼結体は、窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）粉
末に、焼結助剤として、スピネル／ジルコニア（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4／ＺｒＯ2）粉末３〜２０重量％、および分散相
成分として、粒径１μm以下の炭化けい素（ＳｉＣ）粉
末１〜４０重量％を配合された粉末混合物を焼結してな
り、マトリックス（Ｓｉ3Ｎ4）の粒内および粒界にＳｉ
Ｃの微細粒子が分布した組織を有している。この焼結体
は、常圧焼結（処理温度：１５００〜１９００℃）を適
用して製造することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造材料、特に軸
受け、バルブ、ノズル等の構成材料として有用な耐摩耗
性及び摺動・潤滑特性に優れた窒化けい素焼結体及びそ
の製造方法に関する。
受け、バルブ、ノズル等の構成材料として有用な耐摩耗
性及び摺動・潤滑特性に優れた窒化けい素焼結体及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化けい素（Si3N4）は、高温強度、耐
熱衝撃性等の卓抜した機械的性質を有すると共に、耐摩
耗性，化学的安定性等に優れたセラミックス材料であ
り、各種分野における工学的応用が期待されている。窒
化けい素は、自己焼結性に乏しいので、高緻密質の焼結
体を得るための手当てとして、その焼結原料に焼結反応
を促進するための助剤を配合するのが一般であり、例え
ばマグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、スピ
ネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、希土類酸化物（Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2
Ｏ3等）などの酸化物系化合物を助剤として配合するこ
とが行われている。
熱衝撃性等の卓抜した機械的性質を有すると共に、耐摩
耗性，化学的安定性等に優れたセラミックス材料であ
り、各種分野における工学的応用が期待されている。窒
化けい素は、自己焼結性に乏しいので、高緻密質の焼結
体を得るための手当てとして、その焼結原料に焼結反応
を促進するための助剤を配合するのが一般であり、例え
ばマグネシア（ＭｇＯ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、スピ
ネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、希土類酸化物（Ｙ2Ｏ3，Ｌａ2
Ｏ3等）などの酸化物系化合物を助剤として配合するこ
とが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】窒化けい素焼結体の工
業的用途として、軸受，バルブ，ノズル等の摺動部材へ
の適用が種々試みられているが、この場合に問題となる
のは、その摩擦係数が高く、摺動性に劣ることである。
例えば、窒化けい素焼結体を軸受け面として金属軸体を
支承するすべり軸受構造においては、その摺動界面に所
謂「共摺り」現象を生じ易く、軸体の回転がステップ・
スリップ状態となり、摺動痕による損傷などのトラブル
を生じ易い。その改善手段として、窒化けい素焼結体の
表面に、窒化ほう素（ＢＮ）からなる潤滑性の被膜を塗
布して摺動・潤滑性を高める方法、あるいは窒化けい素
粉末と焼結助剤粉末との混合物に、窒化ほう素（ＢＮ）
粉末を配合し、ＢＮ粒子の分散効果により、焼結体の摺
動・潤滑特性を高める、という方法などが知られてい
る。
業的用途として、軸受，バルブ，ノズル等の摺動部材へ
の適用が種々試みられているが、この場合に問題となる
のは、その摩擦係数が高く、摺動性に劣ることである。
例えば、窒化けい素焼結体を軸受け面として金属軸体を
支承するすべり軸受構造においては、その摺動界面に所
謂「共摺り」現象を生じ易く、軸体の回転がステップ・
スリップ状態となり、摺動痕による損傷などのトラブル
を生じ易い。その改善手段として、窒化けい素焼結体の
表面に、窒化ほう素（ＢＮ）からなる潤滑性の被膜を塗
布して摺動・潤滑性を高める方法、あるいは窒化けい素
粉末と焼結助剤粉末との混合物に、窒化ほう素（ＢＮ）
粉末を配合し、ＢＮ粒子の分散効果により、焼結体の摺
動・潤滑特性を高める、という方法などが知られてい
る。
【０００４】しかし、焼結体の表面に潤滑性の被膜を塗
設したものにおいては、使用過程で被膜の摩滅・剥離な
どの損傷を生じ易く、被膜効果の耐久性・安定性に乏し
い。他方、焼結原料粉末中に窒化ほう素等の潤滑助剤を
第三成分として配合して焼結体を製造する方法では、そ
の配合に付随して焼結助剤の配合効果が弱められること
により、製品焼結体の緻密性の低下をきたし、強度等の
機械性質の確保が困難になるという難点を付随する。
設したものにおいては、使用過程で被膜の摩滅・剥離な
どの損傷を生じ易く、被膜効果の耐久性・安定性に乏し
い。他方、焼結原料粉末中に窒化ほう素等の潤滑助剤を
第三成分として配合して焼結体を製造する方法では、そ
の配合に付随して焼結助剤の配合効果が弱められること
により、製品焼結体の緻密性の低下をきたし、強度等の
機械性質の確保が困難になるという難点を付随する。
【０００５】また、窒化けい素の焼結手法として、その
難焼結性に対処するために、ホットプレス、熱間静水圧
加圧焼結（ＨＩＰ）などの加圧焼結法が適用されている
が、複雑形状・大型製品の製造が困難であり、製造コス
トも高く付く等の問題がある。工業的実用性の点から、
製品形状の多様性に対応でき、コスト面でも有利な常圧
焼結法による製造が重要である。本発明は、上記問題を
解消することを課題とし、軸受等の摺動部材料として有
用な、良好な摺動・潤滑特性を有し、耐摩耗性，機械強
度等にすぐれた窒化けい素焼結体とその製造方法を提供
するものである。
難焼結性に対処するために、ホットプレス、熱間静水圧
加圧焼結（ＨＩＰ）などの加圧焼結法が適用されている
が、複雑形状・大型製品の製造が困難であり、製造コス
トも高く付く等の問題がある。工業的実用性の点から、
製品形状の多様性に対応でき、コスト面でも有利な常圧
焼結法による製造が重要である。本発明は、上記問題を
解消することを課題とし、軸受等の摺動部材料として有
用な、良好な摺動・潤滑特性を有し、耐摩耗性，機械強
度等にすぐれた窒化けい素焼結体とその製造方法を提供
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化けい素焼結
体は、窒化けい素粉末に、スピネル／ジルコニア粉末：
３〜２０重量％、および粒径１μｍ以下の炭化けい素粉
末：１〜４０重量％を配合された粉末混合物を焼結して
なり、窒化けい素粒子の粒界および粒内に炭化けい素粒
子が分布した組織を有している。
体は、窒化けい素粉末に、スピネル／ジルコニア粉末：
３〜２０重量％、および粒径１μｍ以下の炭化けい素粉
末：１〜４０重量％を配合された粉末混合物を焼結して
なり、窒化けい素粒子の粒界および粒内に炭化けい素粒
子が分布した組織を有している。
【０００７】本発明の焼結体は、その焼結手法として、
焼結原料の加圧成形体を、不活性雰囲気下に加熱保持し
て焼結反応を行わせる常圧焼結法を適用して製造するこ
とができる。常圧焼結により得られる焼結体は、所望に
より熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ）を施され、より高い
緻密性と機械的性質が付与される。
焼結原料の加圧成形体を、不活性雰囲気下に加熱保持し
て焼結反応を行わせる常圧焼結法を適用して製造するこ
とができる。常圧焼結により得られる焼結体は、所望に
より熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ）を施され、より高い
緻密性と機械的性質が付与される。
【０００８】本発明の焼結体のマトリックスを形成する
窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）および分散相であるＳｉＣは、
いずれも難焼結性物質であるが、ＳｉＣの配合量を一定
範囲に規制すると共に、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）とジ
ルコニア（ＺｒＯ2）からなる混合物を焼結助剤として
適量配合している効果として、焼結の困難が解消され、
常圧焼結により緻密質の焼結体として得ることができ
る。
窒化けい素（Ｓｉ3Ｎ4）および分散相であるＳｉＣは、
いずれも難焼結性物質であるが、ＳｉＣの配合量を一定
範囲に規制すると共に、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）とジ
ルコニア（ＺｒＯ2）からなる混合物を焼結助剤として
適量配合している効果として、焼結の困難が解消され、
常圧焼結により緻密質の焼結体として得ることができ
る。
【０００９】分散相成分として配合されるナノメータサ
イズを含む微細なＳｉＣ粒子（粒径：１μm以下）は、
マトリックス（Ｓｉ3Ｎ4）の形態およびその材料特性に
重要な影響を及ぼす。ＳｉＣ微細粒子は、焼結過程にお
いてＳｉ3Ｎ4粒に対するピンニング作用および粒界移動
の緩慢化の効果として、Ｓｉ3Ｎ4の粒成長を抑制し、焼
結体のミクロ組織を微細化する。また、Ｓｉ3Ｎ4の粒内
および粒界に分布して粒界を強化すると共にクラックに
対する架橋として働く。これらの効果として、本発明の
窒化けい素焼結体は、高強度と高靭性の相反する両特性
を具備し、かつ耐摩耗性にもすぐれている。
イズを含む微細なＳｉＣ粒子（粒径：１μm以下）は、
マトリックス（Ｓｉ3Ｎ4）の形態およびその材料特性に
重要な影響を及ぼす。ＳｉＣ微細粒子は、焼結過程にお
いてＳｉ3Ｎ4粒に対するピンニング作用および粒界移動
の緩慢化の効果として、Ｓｉ3Ｎ4の粒成長を抑制し、焼
結体のミクロ組織を微細化する。また、Ｓｉ3Ｎ4の粒内
および粒界に分布して粒界を強化すると共にクラックに
対する架橋として働く。これらの効果として、本発明の
窒化けい素焼結体は、高強度と高靭性の相反する両特性
を具備し、かつ耐摩耗性にもすぐれている。
【００１０】更に、本発明の焼結体は、強度，靭性，耐
摩耗性等の改良された機械的性質を有すると同時に、良
好な摺動特性を備えている。この摺動特性は、マトリッ
クスの粒内・粒界に分布するＳｉＣ微細粒子により、マ
トリックス粒子の靭性が高められる効果として、摺動面
からの粒子の剥離・脱落が抑制防止されること、および
ＳｉＣの摩擦係数（μ）がＳｉ3Ｎ4のそれに比し小さく
（例えば、ＳｉＣ：０．２〜０．４，Ｓｉ3Ｎ4：０．５
〜０．６、相手材 炭化タングステン焼結体）、その混
在効果として摺動抵抗が減じること等に依拠するものと
考えられる。
摩耗性等の改良された機械的性質を有すると同時に、良
好な摺動特性を備えている。この摺動特性は、マトリッ
クスの粒内・粒界に分布するＳｉＣ微細粒子により、マ
トリックス粒子の靭性が高められる効果として、摺動面
からの粒子の剥離・脱落が抑制防止されること、および
ＳｉＣの摩擦係数（μ）がＳｉ3Ｎ4のそれに比し小さく
（例えば、ＳｉＣ：０．２〜０．４，Ｓｉ3Ｎ4：０．５
〜０．６、相手材 炭化タングステン焼結体）、その混
在効果として摺動抵抗が減じること等に依拠するものと
考えられる。
【００１１】また、ＳｉＣは、Ｓｉ3Ｎ4に比し著しく硬
質（ＳｉＣ：Ｈｖ２２００〜２４００，Ｓｉ3Ｎ4：Ｈｖ
１２００〜１４００）であり、その微細粒子の分散は焼
結体の耐摩耗性の増強に寄与する。しかも、ＳｉＣは、
その熱伝導率が、Ｓｉ3Ｎ4に比べて著しく大きい（Ｓｉ
Ｃ：０．１５cal/sec℃，25℃、Ｓｉ3Ｎ4：0.03 cal/se
c℃，25℃）。このため、ＳｉＣ粒子が分布しているこ
とにより、焼結体の熱伝導性が高められ、このことは、
摺動部材の実使用時における摺動面からの熱拡散を助長
し、摺動部材の昇温とそれに付随する不具合の抑制防止
に奏効する。
質（ＳｉＣ：Ｈｖ２２００〜２４００，Ｓｉ3Ｎ4：Ｈｖ
１２００〜１４００）であり、その微細粒子の分散は焼
結体の耐摩耗性の増強に寄与する。しかも、ＳｉＣは、
その熱伝導率が、Ｓｉ3Ｎ4に比べて著しく大きい（Ｓｉ
Ｃ：０．１５cal/sec℃，25℃、Ｓｉ3Ｎ4：0.03 cal/se
c℃，25℃）。このため、ＳｉＣ粒子が分布しているこ
とにより、焼結体の熱伝導性が高められ、このことは、
摺動部材の実使用時における摺動面からの熱拡散を助長
し、摺動部材の昇温とそれに付随する不具合の抑制防止
に奏効する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の焼結体は、主成分原料で
ある窒化けい素(Ｓｉ3Ｎ4)粉末に、焼結助剤成分として
スピネル／ジルコニア（ＭｇＡｌ2Ｏ4／ＺｒＯ2）粉
末、および摺動特性を高めるための助剤成分として炭化
けい素（ＳｉＣ）粉末を、それぞれ適量配合して調製さ
れた混合物を焼結原料として製造される。窒化けい素粉
末は、市販品として入手容易なα型Ｓｉ3Ｎ4粉末（平均
粒径約０．５〜５μm）等が適宜使用される。
ある窒化けい素(Ｓｉ3Ｎ4)粉末に、焼結助剤成分として
スピネル／ジルコニア（ＭｇＡｌ2Ｏ4／ＺｒＯ2）粉
末、および摺動特性を高めるための助剤成分として炭化
けい素（ＳｉＣ）粉末を、それぞれ適量配合して調製さ
れた混合物を焼結原料として製造される。窒化けい素粉
末は、市販品として入手容易なα型Ｓｉ3Ｎ4粉末（平均
粒径約０．５〜５μm）等が適宜使用される。
【００１３】焼結原料中に占める焼結助剤（スピネル／
ジルコニア）の配合量は、３〜２０重量％に調節され
る。その配合量が少ないと、焼結反応を効率的に進める
ことができず、焼結体の緻密化の不足をきたすことにな
り、他方過度に配合すると、マトリックス粒界の残留ガ
ラス相の増量とそれに伴う強度・靭性等の機械性質の低
下を招くからである。より好ましくは、５〜１５重量％
である。
ジルコニア）の配合量は、３〜２０重量％に調節され
る。その配合量が少ないと、焼結反応を効率的に進める
ことができず、焼結体の緻密化の不足をきたすことにな
り、他方過度に配合すると、マトリックス粒界の残留ガ
ラス相の増量とそれに伴う強度・靭性等の機械性質の低
下を招くからである。より好ましくは、５〜１５重量％
である。
【００１４】なお、焼結助剤を構成するスピネル（Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4）とジルコニア（ＺｒＯ2）の２成分の量比
は、その助剤効果をより効果的に発現させるために、ス
ピネル／ジルコニア＝１／２〜２／１（重量比）である
のが好ましい。また、ジルコニアは、相転移とそれに付
随する焼結助剤効果の低下を抑制防止するために、約１
〜２．８mol％のイットリア（Ｙ2Ｏ3）を含有する、所
謂部分安定化ジルコニアが好ましく使用される。
Ａｌ2Ｏ4）とジルコニア（ＺｒＯ2）の２成分の量比
は、その助剤効果をより効果的に発現させるために、ス
ピネル／ジルコニア＝１／２〜２／１（重量比）である
のが好ましい。また、ジルコニアは、相転移とそれに付
随する焼結助剤効果の低下を抑制防止するために、約１
〜２．８mol％のイットリア（Ｙ2Ｏ3）を含有する、所
謂部分安定化ジルコニアが好ましく使用される。
【００１５】分散相成分であるＳｉＣは、粒径１μｍ以
下の微細粒径を有するものが使用される。このようなナ
ノメータレベルを含むの微粒粉末を適用するのは、マト
リックス粒子の粒内・粒界にＳｉＣ粒子が分布した組織
を形成せしめ、その分散効果として前述のように材料特
性の顕著な改善効果を発現させることを可能にするため
である。
下の微細粒径を有するものが使用される。このようなナ
ノメータレベルを含むの微粒粉末を適用するのは、マト
リックス粒子の粒内・粒界にＳｉＣ粒子が分布した組織
を形成せしめ、その分散効果として前述のように材料特
性の顕著な改善効果を発現させることを可能にするため
である。
【００１６】上記ＳｉＣ粉末の焼結原料に占める配合量
は、１〜４０重量％の範囲に調節される。配合量の下限
を１重量％とするのは、分散相としての前記効果を十分
ならしめるためであり、４０重量％を上限量とするの
は、これを越えると、ＳｉＣ粒子の凝集や残留ポロシテ
ィの増加を招き、結果として焼結体の特性改善効果を確
保できなくなるからである。好ましくは、５〜３０重量
％の範囲に調節される。
は、１〜４０重量％の範囲に調節される。配合量の下限
を１重量％とするのは、分散相としての前記効果を十分
ならしめるためであり、４０重量％を上限量とするの
は、これを越えると、ＳｉＣ粒子の凝集や残留ポロシテ
ィの増加を招き、結果として焼結体の特性改善効果を確
保できなくなるからである。好ましくは、５〜３０重量
％の範囲に調節される。
【００１７】焼結原料（混合物）の調製は、上記各粉末
を所定の量比に配合し、湿式ないし乾式ボールミル等で
均一な混合物となし、所望によりこれをスプレードライ
ヤーで処理（湿式噴霧乾燥処理）することにより行われ
る。スプレードライヤーで適宜粒径の造粒粉とすること
は、比重，粒径等が異なる複数種の粉末からなる混合物
の均一な混合状態を確保するのに有利である。
を所定の量比に配合し、湿式ないし乾式ボールミル等で
均一な混合物となし、所望によりこれをスプレードライ
ヤーで処理（湿式噴霧乾燥処理）することにより行われ
る。スプレードライヤーで適宜粒径の造粒粉とすること
は、比重，粒径等が異なる複数種の粉末からなる混合物
の均一な混合状態を確保するのに有利である。
【００１８】本発明の焼結体は、上記焼結原料を加圧成
形（一軸プレス，冷間静水圧加圧成形など）に付して所
要形状の成形体となし、ついでこれを常圧焼結すること
により製造される。常圧焼結処理は、不活性雰囲気（真
空、窒素ガス等）中、温度：１５００〜１９００℃に適
当時間（例えば０．５〜１０Hr）、加熱保持することに
より達成される。処理温度を１５００℃以上とするの
は、これより低温域では、焼結反応の進みが遅く、効率
よく緻密化を達成することが困難となるからであり、１
９００℃を上限とするのは、Ｓｉ3Ｎ4結晶粒の成長粗大
化とそれに付随する焼結体の材料特性の低下を回避する
ためである。
形（一軸プレス，冷間静水圧加圧成形など）に付して所
要形状の成形体となし、ついでこれを常圧焼結すること
により製造される。常圧焼結処理は、不活性雰囲気（真
空、窒素ガス等）中、温度：１５００〜１９００℃に適
当時間（例えば０．５〜１０Hr）、加熱保持することに
より達成される。処理温度を１５００℃以上とするの
は、これより低温域では、焼結反応の進みが遅く、効率
よく緻密化を達成することが困難となるからであり、１
９００℃を上限とするのは、Ｓｉ3Ｎ4結晶粒の成長粗大
化とそれに付随する焼結体の材料特性の低下を回避する
ためである。
【００１９】本発明の窒化けい素焼結体は、上記のよう
に常圧焼結法により製造することができる。このこと
は、ホットプレス法等の加圧焼結手法に比し、コスト的
に有利であると共に、加圧焼結法では困難な複雑形状・
大型製品の製造およびその量産を容易化する。もっと
も、本発明は、加圧焼結の適用を排除するものではな
い。所望により、常圧焼結処理の後、その焼結体を熱間
静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）することにより、焼結体
をより緻密質化し強度，靭性，耐摩耗性等を更に高める
ことができる。
に常圧焼結法により製造することができる。このこと
は、ホットプレス法等の加圧焼結手法に比し、コスト的
に有利であると共に、加圧焼結法では困難な複雑形状・
大型製品の製造およびその量産を容易化する。もっと
も、本発明は、加圧焼結の適用を排除するものではな
い。所望により、常圧焼結処理の後、その焼結体を熱間
静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）することにより、焼結体
をより緻密質化し強度，靭性，耐摩耗性等を更に高める
ことができる。
【００２０】常圧焼結で得られた焼結体を、後処理とし
てＨＩＰ処理に供する場合において、その焼結体の表面
は開気孔が消去されているので、カプセル封入などの煩
瑣な手間を必要とせず、そのままＨＩＰ処理に付すこと
もできる。ＨＩＰ処理は、温度：１６００〜２０００
℃、加圧力：５０〜１２０ＭＰａの処理条件下、約０．
５〜１０Ｈｒを要して、首尾よく達成することができ
る。
てＨＩＰ処理に供する場合において、その焼結体の表面
は開気孔が消去されているので、カプセル封入などの煩
瑣な手間を必要とせず、そのままＨＩＰ処理に付すこと
もできる。ＨＩＰ処理は、温度：１６００〜２０００
℃、加圧力：５０〜１２０ＭＰａの処理条件下、約０．
５〜１０Ｈｒを要して、首尾よく達成することができ
る。
【００２１】
【実施例】窒化けい素粉末に、焼結助剤としてスピネル
／ジルコニア粉末、分散相成分として炭化けい素粉末を
配合し、ボールミルで均一に混合した後、スプレードラ
イヤで造粒粉（粒径：３０μｍ）とし、予備成形（金型
による一軸プレス）と冷間静水圧加圧成形（加圧力：１
５０ＭＰａ）に付して、円盤状成形体（サイズ：６０φ
×１０ｔ，mm）とする。ついで成形体を常圧焼結（１７
５０℃×８Hr、窒素ガス雰囲気圧５ａｔｍ）に付して供
試焼結体を得る。比較例として、炭化けい素粉末の添加
を省略し、または比較的粗粒の炭化けい素粉末を使用し
た点を除いて、上記と同様の工程に従って焼結体を得
た。
／ジルコニア粉末、分散相成分として炭化けい素粉末を
配合し、ボールミルで均一に混合した後、スプレードラ
イヤで造粒粉（粒径：３０μｍ）とし、予備成形（金型
による一軸プレス）と冷間静水圧加圧成形（加圧力：１
５０ＭＰａ）に付して、円盤状成形体（サイズ：６０φ
×１０ｔ，mm）とする。ついで成形体を常圧焼結（１７
５０℃×８Hr、窒素ガス雰囲気圧５ａｔｍ）に付して供
試焼結体を得る。比較例として、炭化けい素粉末の添加
を省略し、または比較的粗粒の炭化けい素粉末を使用し
た点を除いて、上記と同様の工程に従って焼結体を得
た。
【００２２】 ［原料粉末］ ・窒化けい素粉末：平均粒径１μｍ ・焼結助剤粉末 ：ＭｇＡｌ2Ｏ4／ＺｒＯ2量比＝１／１（重量） ・炭化けい素粉末：粒径１μｍ以下（平均粒径０．３μｍ）
【００２３】各供試焼結体について、諸特性の測定・評
価を行う。一部の供試材については、更にＨＩＰ処理を
施したうえ、同様の測定を行った。 [曲げ強度] ・ＪＩＳ Ｒ１６０１に依拠 ・試験条件：荷重速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ，スパン距離
３０ｍｍ
価を行う。一部の供試材については、更にＨＩＰ処理を
施したうえ、同様の測定を行った。 [曲げ強度] ・ＪＩＳ Ｒ１６０１に依拠 ・試験条件：荷重速度０．５ｍｍ／ｍｉｎ，スパン距離
３０ｍｍ
【００２４】[摺動試験］ （図１参照） ・試験機：乾式回転摺動試験機（東洋ボールトウィン
（株）製「ピンディスク式摩擦摩耗試験機」） ・試験条件： 相手材 炭化タングステン焼結体 面 圧 １〜１０ ｋｇｆ／cm2 周速度 ０．１ｍ／ｓｅｃ
（株）製「ピンディスク式摩擦摩耗試験機」） ・試験条件： 相手材 炭化タングステン焼結体 面 圧 １〜１０ ｋｇｆ／cm2 周速度 ０．１ｍ／ｓｅｃ
【００２５】表１に各供試焼結体の焼結原料配合組成
（重量％）および焼結処理条件、表２に各供試焼結体の
諸特性の測定結果を示す。表中、Ｎｏ．１〜５は発明
例、Ｎｏ．６および７は比較例であり、比較例Ｎｏ.６
はＳｉＣ粒子を含有しない例、同Ｎｏ.７は、比較的粗
粒のＳｉＣ粒子（平均粒径１．５μｍ）を使用した例で
ある。発明例のものは、緻密質で、高強度，高硬度を有
していると共に、摩擦係数が低く摺動特性にすぐれ、ま
た熱伝導性も良好である。
（重量％）および焼結処理条件、表２に各供試焼結体の
諸特性の測定結果を示す。表中、Ｎｏ．１〜５は発明
例、Ｎｏ．６および７は比較例であり、比較例Ｎｏ.６
はＳｉＣ粒子を含有しない例、同Ｎｏ.７は、比較的粗
粒のＳｉＣ粒子（平均粒径１．５μｍ）を使用した例で
ある。発明例のものは、緻密質で、高強度，高硬度を有
していると共に、摩擦係数が低く摺動特性にすぐれ、ま
た熱伝導性も良好である。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
【発明の効果】本発明の窒化けい素焼結体は、高緻密性
を有すると共に、炭化けい素の微細粒子を分散相としマ
トリックスの粒内・粒界に分布させた微細組織を有する
ことにより、高強度と高靭性の相反する特性、および高
耐摩耗性を具備する同時に、良好な摺動特性を備え、構
造部材料、殊に摺動部材、例えば軸受け、バルブ、ノズ
ル等として好適であり、耐久性・安定性の向上、メンテ
ナンスの軽減等に寄与するものである。また本発明の焼
結体は、常圧焼結法により製造することができ、複雑形
状・大型製品等の製造が容易化されると共に、コスト的
にも有利であり、工業的実用性にすぐれるものである。
を有すると共に、炭化けい素の微細粒子を分散相としマ
トリックスの粒内・粒界に分布させた微細組織を有する
ことにより、高強度と高靭性の相反する特性、および高
耐摩耗性を具備する同時に、良好な摺動特性を備え、構
造部材料、殊に摺動部材、例えば軸受け、バルブ、ノズ
ル等として好適であり、耐久性・安定性の向上、メンテ
ナンスの軽減等に寄与するものである。また本発明の焼
結体は、常圧焼結法により製造することができ、複雑形
状・大型製品等の製造が容易化されると共に、コスト的
にも有利であり、工業的実用性にすぐれるものである。
【図１】実施例欄の摺動試験要領の説明図である。
１：試験材 ２：相手材 ３：回転軸心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒石 農士 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 三橋 剛 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 山口 宏 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 蒲 隆弘 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 土田 二朗 大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号 株 式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者 新原 晧一 大阪府吹田市山田東３−18−１−608 Ｆターム(参考） 4G001 BA01 BA14 BA22 BA32 BB01 BB14 BB22 BB32 BC13 BC23 BC43 BC52 BC56 BC57 BD03 BD12 BD14 BE13 BE26
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化けい素粉末に、スピネル／ジルコニ
ア粉末３〜２０重量％、および粒径１μｍ以下の炭化け
い素粉末１〜４０重量％を配合された粉末混合物を焼結
してなり、窒化けい素粒子の粒内および粒界に炭化けい
素粒子が分散した組織を有する耐摩耗性・摺動特性等に
優れた窒化けい素焼結体。 - 【請求項２】 スピネル：ジルコニアの量比は、１：２
〜２：１（重量）である請求項１に記載の窒化けい焼結
体。 - 【請求項３】 窒化けい素粉末に、スピネル／ジルコニ
ア粉末３〜２０重量％、および粒径１μｍ以下の炭化け
い素粉末１〜４０重量％を配合した粉末混合物を冷間加
圧成形し、不活性雰囲気下、１５００〜１９００℃の温
度域に加熱保持することからなる耐摩耗性・摺動性に優
れた窒化けい素焼結体の製造方法。 - 【請求項４】 窒化けい素粉末に、スピネル／ジルコニ
ア粉末３〜２０重量％、および粒径１μｍ以下の炭化け
い素粉末１〜４０重量％を配合した粉末混合物を冷間加
圧成形し、不活性雰囲気下、１５００〜１９００℃の温
度域に加熱保持する常圧焼結を行い、ついでその焼結体
を、温度１６００〜２０００℃、加圧力５０〜１２０MP
ａの熱間静水圧加圧処理することからなる耐摩耗性・摺
動性に優れた窒化けい素焼結体の製造方法。 - 【請求項５】 スピネル：ジルコニアの量比は、１：２
〜２：１（重量）である請求項３または請求項４に記載
の窒化けい焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11037054A JP2000233974A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 耐摩耗性・摺動特性等に優れた窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11037054A JP2000233974A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 耐摩耗性・摺動特性等に優れた窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000233974A true JP2000233974A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=12486870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11037054A Pending JP2000233974A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 耐摩耗性・摺動特性等に優れた窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000233974A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7056850B2 (en) * | 2001-07-24 | 2006-06-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wear-resistant silicon nitride member and method of manufacture thereof |
| JP2007308368A (ja) * | 2007-07-13 | 2007-11-29 | Toshiba Corp | 窒化けい素製耐摩耗性部材の製造方法 |
-
1999
- 1999-02-16 JP JP11037054A patent/JP2000233974A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7056850B2 (en) * | 2001-07-24 | 2006-06-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wear-resistant silicon nitride member and method of manufacture thereof |
| JP2007308368A (ja) * | 2007-07-13 | 2007-11-29 | Toshiba Corp | 窒化けい素製耐摩耗性部材の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050712 |
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| A02 | Decision of refusal |
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