JP2001130966A - 窒化珪素質焼結体とその製造方法およびこれを用いた窒化珪素質耐磨耗性部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】寿命が長く信頼性に富み、加工効率の良好な窒
化珪素質耐摩耗部材を提供する。 【解決手段】破壊靭性値が４．０〜５．４ＭＰａ√ｍで
あり、かつＨｖ１０硬度が１４．０〜１５．５であり、
かつ室温強度が８００〜１１００ＭＰａである窒化珪素
質焼結体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化珪素質焼結体
からなる耐磨耗性部材及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化珪素質焼結体は、耐熱性、耐熱衝撃
性および耐酸化性に優れることからエンジニアリングセ
ラミックス、特にターボローター等の熱機関用として応
用が進められ、またその耐摩耗性、高強度を利用してベ
アリングの転動体であるボールやローラーにも使用され
ている。

【０００３】上記窒化珪素質焼結体の焼結に際しては、
上記窒化珪素質焼結体の原材料である窒化珪素に自己焼
結性がないため焼結助剤を添加して焼成を行っている。
上記焼結助剤としては、一般にＹ₂Ｏ₃などの希土類元素
酸化物や、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯなどの酸化物が組
み合わされて用いられている。そして、窒化珪素粉末に
これらの焼結助剤を混合して成形した後、焼成を行うこ
とにより窒化珪素質焼結体を得ている。

【０００４】上記の焼成方法としては、常圧下で行う常
圧焼成や窒素等による雰囲気加圧焼成などがあり、さら
に、上記常圧焼成により得られる焼結体においては、焼
結体内部の残留機構を排除するために高温で高いガス圧
力で処理して機械的強度を向上させるために、ＨＩＰ
（熱間静水圧加圧）処理を行っている。近時、高密度で
高強度の焼結体を作製するために焼結助剤として希土類
元素酸化物やＡｌ₂Ｏ₃を添加することが特公昭５２−３
６４９号公報、特公昭５８−５１９１０号公報にて提案
されている。また緻密化を促進するため加圧焼成や、Ｈ
ＩＰ焼結の手法も行われている。また耐摩耗性を改善す
るために燃料噴射ポンプ用部品にセラミックスを用いる
事が特開平１０−５４３２１号公報や実開昭６３−１５
１９６７号公報にて提案されている。

【０００５】さらに、近年はセラミック軸受の主用途で
ある工作機械の高速化、及び、航空機、宇宙産業、ハー
ドディスクドライブ（ＨＤＤ）等への市場展開により、
セラミック軸受のニーズが高まっている。

【０００６】特に、軸受材料として用いる場合は、材料
に内在する微小な欠陥（気孔等）が転がり疲労によって
表面で剥離を起こす原因となるため、雰囲気加圧焼結や
ＨＩＰ処理が用いられている。このようにして得られた
焼結体は、製品として精密加工された後、軸受部品とし
て使用される。

【０００７】転動体は、表面ないしはその近傍の表層に
高い引っ張り応力を受けるために、表面ないしはその近
傍に欠陥が存在しないことが重要であり、軸受部品材料
として用いる焼結体には、特に、欠陥（気孔、介在物、
組織の異常など）がないことが要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにして得られる窒化珪素質焼結体を用いた軸受材料
は、高強度、高硬度で破壊靭性が高いため、非常に加工
し難いという問題があった。

【０００９】一般的なセラミック製構造部材は焼成後、
ダイヤモンドホイール等により機械加工を行うが、軸受
に用いられるボールやローラーは、その形状精度を満足
させるために最終加工段階でダイヤモンド砥粒等による
ラッピング、あるいはポリッシング加工を行わなければ
ならない。ラッピング加工やポリッシング加工はダイヤ
モンドホイール等で強制的に加工する方法と異なり、遊
離砥粒により加工を行うため、加工時間が非常に長くな
る。このため、製造コストが上がり実用化が妨げられて
いる。

【００１０】また、セラミックスの場合、焼結体中のボ
イドが破壊起点となりヘルツ応力により剥離が発生する
という問題もあった。従ってこれら問題を解決するため
にさらなる強度の改良、低ボイド化が要求される。

【００１１】このように窒化珪素焼結体は優れた特性を
有しながら、金属に比較し加工し難い性質から製造コス
ト高のために実用化が妨げられている。

【００１２】よって本発明の目的は、加工効率が良く、
安価な製造コストで優れた信頼性、耐久性、耐摩耗性を
もった窒化珪素質焼結体及び耐磨耗性部材を提供する点
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題点
に対し鋭意研究を重ねた結果、靱性などをコントロール
することで目的が達成できることを見出した。また、窒
化珪素への添加成分として希土類元素化合物と、Ａｌ化
合物、ＳｉＯ₂とを特定の割合で添加した成形体を、特
定の焼成条件で緻密化させる事によって、上記目的が達
成されることを知見し本発明に至った。

【００１４】即ち、本発明の窒化珪素焼結体は、破壊靭
性値（ＪＩＳ Ｒ１６０７）が４．０〜５．４ＭＰａ√
ｍであり、かつＨｖ１０硬度が１４．０〜１５．５、室
温強度が８００ＭＰａ〜１１００ＭＰａであることを特
性としている。

【００１５】このような窒化珪素質焼結体を得るには、
窒化珪素質焼結体の添加成分として少なくとも酸化物換
算で１〜３０重量％の希土類元素化合物を含み、ＳｉＯ
₂：希土類元素酸化物のモル比が１：０．０５〜１：
０．５、あるいは窒化珪素質焼結体の添加成分としてア
ルミニウム元素を含み、酸化物換算のアルミニウム化合
物：希土類元素酸化物の重量比が１：０．０５〜１：１
である成形体を、非酸化性雰囲気中で１６００℃〜２０
００℃の温度で焼成した後、粒界相の融点以上の温度で
ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理を行い、その冷却時に
１６００℃〜８００度の温度域を３時間以内で冷却させ
て、粒界相を非晶質化させることによって得られる。

【００１６】

【作用】本発明によれば助剤成分として希土類元素、ア
ルミニウム、シリカの化合物を特定の比率にし、特定の
焼成条件により焼成することにより、破壊靭性を４．０
MPａ√ｍ以上、５．４ＭＰａ√ｍ以下であり、かつＨｖ
１０硬度（ＪＩＳＢ ７７２５）が１４．０以上、１
５．５以下で室温強度が８００ＭＰａ〜１１００ＭＰａ
の特性をもつ窒化珪素質焼結体が得られる。この窒化珪
素焼結体は、硬度および硬度を低下させることなく破壊
靱性値を低くしたことが特徴であり、これによって、従
来に比較してラッピング加工や、ポリッシング加工にお
いて非常に加工効率が良く、短時間で要求される高精度
の加工が可能な焼結体が得られる。

【００１７】本発明の特徴は、従来の窒化珪素質焼結体
に較べ、ＳｉＯ₂含有量の多い組成にしている点にあ
る。高温強度を必要とする用途では、ＳｉＯ₂を増やす
ことは粒界層の融点を下げ、且つ粒界層の量を増やすこ
とになり好ましくないが、摺動部材のように比較的低温
で使用する材料については、影響がほとんどない。一
方、これにより上述したように窒化珪素の靱性を下げる
効果があるので、窒化珪素質焼結体の加工性を向上させ
ることになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に報告する。

【００１９】本発明の窒化珪素質焼結体は、破壊靭性値
を４．０〜５．４ＭＰａ√ｍ、Ｈｖ１０硬度が１４．０
〜１５．５、室温強度を８００〜１１００ＭＰａとする
ことにより、軸受用のボールやローラーの最終加工段階
であるラッピング加工やポリッシング加工の加工時間を
大幅に短縮し、製品としての品質特性を維持しつつ、加
工効率を上げることが可能となることを見出し、本発明
に至ったのである。

【００２０】本発明によれば、破壊靭性値およびＨｖ１
０硬度、室温強度を制御することにより、軸受部品とし
て用いられるボールやローラーの品質特性を劣化させる
ことなく、最終加工段階であるラッピング加工やポリッ
シング加工の時間を大幅に短縮できるのである。しか
し、破壊靭性値、及びＨｖ１０硬度、室温強度がこの範
囲を外れると、加工時間が極端に長くなったり、軸受部
品としての特性（転がり寿命、耐磨耗性、圧砕荷重等）
を満足できない。

【００２１】具体的には破壊靭性値を４．０〜５．４Ｍ
Ｐａ√ｍ、好ましくは４．５〜５．０ＭＰａ√ｍ、また
Ｈｖ１０硬度を１４．０〜１５．５、好ましくは１４．
５〜１５．０、室温強度を８００〜１１００ＭＰａ、好
ましくは９００〜１０００ＭＰａに制御することが必要
である。破壊靭性値が４．０ＭＰａ√ｍより低いと加工
時間は短くなるが、軸受としての転がり寿命が短くな
り、特性を満足できない。また５．４ＭＰａ√ｍを越え
ると加工時間が長くなる。またＨｖ１０硬度が１４．０
より低いと転がり寿命が短くなり、軸受としての特性を
満足しない。また１５．５を越えると削り難くなり加工
時間が長くなる。また強度が８００ＭＰａ未満では圧砕
荷重が低くなり、製品特性を満足できなくなり、１１０
０ＭＰａを越えると本発明の目的である加工効率が悪く
なり加工時間が長くなる。

【００２２】従来の窒化珪素質焼結体のＨｖ１０硬度は
１４．０〜１５．５、室温強度は６００〜１３００ＭＰ
ａと、本発明の窒化珪素焼結体と大きな差はないが、破
壊靱性値が５．７〜６．７ＭＰａ√ｍと高いため、加工
効率が悪い材料であった。これに対し、本発明の窒化珪
素焼結体の特徴は、硬度および強度を低下させることな
く破壊靱性値を４．０〜５．４ＭＰａ√ｍと下げ、加工
効率を向上させた点にある。

【００２３】このような破壊靭性、硬度、室温強度を達
成するには、窒化珪素質焼結体の添加成分として少なく
とも酸化物換算で１〜３０重量％の希土類元素化合物を
含み、酸化物換算した酸化ケイ素：希土類元素酸化物の
モル比が１：０．０５〜１：０．５、好ましくは１：
０．１５〜１：０．４とすることが好ましい。ここで、
酸化物換算した酸化ケイ素量は、窒化珪素質焼結体をを
分析する事によって求めた酸素量から、ＳｉＯ₂以外の
添加した酸化物の含有する酸素量を差し引き、残りの酸
素がＳｉＯ₂となっていると仮定して計算した。なお、
添加物を酸化物以外の形態で添加したものは、焼結体の
分析値に基づきその全量が焼成中に酸化物に変化したも
のとして酸化物換算の酸素量を差し引き計算した。

【００２４】これらの成分の含有量を上記のように限定
したのは、まず希土類元素化合物は焼結助剤として重要
であり、その量は１〜３０重量％が望ましい。この範囲
を選んだ理由は、１重量％未満では緻密化させるために
焼成温度を高温にする必要があるため機械的特性が低下
する傾向にあるからであり、また、３０重量％を越える
と窒化珪素の本来の特性、即ち機械的特性が低下する傾
向にあるからである。

【００２５】なお、本発明に用いられる希土類元素とし
ては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｍ等が挙げられる。こ
れらの間で特性に有意差は認められないが、鉱物中の存
在量から判断するとＹを使用することが好ましい。

【００２６】また、酸化ケイ素：希土類元素酸化物のモ
ル比について１：０．０５よりも酸化ケイ素が多いと、
粒界相がＳｉＯ₂に富んだ相を分離して破壊靭性が低く
なりすぎる傾向にあり、また、１：０．５よりも酸化ケ
イ素が少なきなると、酸化ケイ素−希土類元素酸化物の
反応による低融点組成から大幅に外れるため液相生成が
十分ではなく、焼結不良が発生して機械的特性の低い焼
結体になる傾向にあるためである。なお、ＳｉＯ₂は窒
化珪素原料中に最初から含まれていたものに加え、場合
によっては焼結助剤として加えても構わないし、製造工
程中で原料の酸化等による増加や焼成分解等による減少
が生じても構わない。

【００２７】また、本発明の窒化珪素焼結体は、副添加
成分としてさらにアルミニウム化合物を含み、酸化物換
算した酸化アルミニウム：希土類元素酸化物のモル比が
１：０．０５〜１：１、好ましくは１：０．２５〜１：
０．５５とすることが好ましい。

【００２８】副添加成分としてアルミニウム化合物、好
ましくは酸化アルミニウムを添加することにより焼結性
を向上し、破壊靭性値が高くなり過ぎることを防止し、
かつ粒界相を非晶質化する点で望ましい。これは、酸化
アルミニウムを含有することにより、粒界相が非晶質相
として安定になるからである。酸化アルミニウム：希土
類元素酸化物のモル比について１：０．０５よりも酸化
ケイ素が多くなると、粒界層の量が多くなり破壊靭性値
が低下する傾向になる。また、酸化アルミニウム：希土
類元素酸化物が１：１よりも酸化アルミニウムが少なく
なると、粒界相の非晶質化が不十分で焼結性が悪く、ボ
イドが発生し圧砕荷重が低くなる傾向にあり軸受として
の特性を満足できない。

【００２９】このような組成に調整した成形体を、詳細
を後述するように非酸化性雰囲気中で１６００〜２００
０℃、好ましくは１７５０〜１８５０℃の温度で０．５
時間から３時間、好ましくは１〜２時間保持し焼成した
後、粒界相の融点以上の温度でＨＩＰ（熱間静水圧加
圧）処理を行い、その冷却時に１６００〜８００℃の温
度域を３時間以内で冷却させて、粒界相を非晶質化させ
ることが必要である。

【００３０】さらに本発明の窒化珪素質焼結体におい
て、５μｍ以上の径のボイドが存在すると、そのボイド
が破壊起点となり、ヘルツ応力による剥離が生じ、転が
り寿命が短くなる。特にＨＤＤ用の軸受として用いられ
る場合、軸受にかかる荷重は工作機械等に用いられる軸
受と比較すると非常に小さいが、このような５μｍ以上
のボイドが存在すると、軸受として評価した場合に、ボ
イドを原因とする音が発生し音響試験をクリアーできな
い。したがって、ＨＩＰ（熱間静水圧加圧）処理を施す
等して最大ボイド径を５μｍ以下にすることが必要であ
る。

【００３１】次に、本発明の窒化珪素質焼結体を製造す
る方法について説明する。

【００３２】原料粉末を所定量秤量し、公知の混合方
法、例えば回転ミルや振動ミル、バレルミルでＩＰＡや
メタノール、水等を溶媒として混合する。場合によって
は、溶媒を使わない乾式混合でも構わない。

【００３３】できあがった混合粉末を所望の成形手段、
例えば、金型プレス、ＨＩＰ（冷間静水圧加圧）、押し
出し成形、射出成形、鋳込み成形等により任意の形状に
する。成型手段によっては、スプレードライ等による造
粒や、水、有機バインダーと共にある一定粘度の杯土を
作製するなどの準備も必要であるが、通常のセラッミク
スの成形手順に従えばよい。

【００３４】成形後、乾燥、脱脂が必要な場合、窒素中
や真空中、大気中で、５０〜１４００℃の温度で加熱処
理する。

【００３５】焼成は、窒素を含有した非酸化物雰囲気中
１６００℃〜２０００℃で行う。１８００℃以上で焼成
を行う場合は、窒化珪素の分解が生じるので、１気圧以
上の窒素分圧下で焼成する必要がある。さらにこれらの
焼成後、ＨＩＰ（熱間静水圧加圧）処理することにより
より緻密な焼結体を得る。焼成温度は、高すぎると主相
である窒化珪素結晶が粒成長し強度が低下するため、１
６５０〜１８５０℃で焼成することが望ましい。また、
ＨＩＰ温度は粒界層の融点以上の温度とし、好ましくは
１５００〜１７５０℃とするとよい。

【００３６】粒界層の融点以下の温度でＨＩＰ（熱間静
水圧加圧）処理しても、熱処理中の粒界滑りによる緻密
化が期待できないので好ましくない。また、焼成温度よ
り高い温度でＨＩＰ（熱間静水圧加圧）処理すると、緻
密化と同時に窒化ケイ素の粒成長が進むので好ましくな
い。

【００３７】また粒界相を非晶質化させるためには冷却
速度は速いほうが良く、特に１６００〜８００℃の温度
領域を３時間、望ましくは１時間、さらに望ましくは３
０分以内で冷却させる方がよい。粒界相の結晶化が起こ
ると、窒化珪素と粒界結晶相との熱膨張差に起因する数
μｍから１０μｍ程度のボイドが発生し、機械的特性お
よび軸受としての特性を満足できない。

【００３８】この焼成により窒化珪素は、原料がα、β
のいずれの場合においても主相β−Ｓｉ₃Ｎ₄となる。

【００３９】この焼成により最終的にはβ−窒化珪素主
結晶相と粒界相を含む焼結体が得られる。特に希土類元
素酸化物、酸化アルミニウムを焼結助剤として用いた場
合は、希土類元素、アルミニウム、酸素および窒素を含
む非晶質粒界相からなる焼結体を得ることができる。

【００４０】以上の本発明の窒化珪素質焼結体は種々の
セラミックス部品、特に、転動体、ピストンピン、ロー
ラーピン、ロッカーアームチップ、ローラーブッシュ、
カムローラー、バルブ等の耐摩耗性部品に使用する事が
可能である。

【００４１】

【実施例】実施例１ 窒化珪素粉末（ＢＥＴ比表面積９ｍ²／ｇ、α率９８
％、酸素量１．２重量％）と各種の希土類元素酸化物粉
末と各種の酸化アルミニウム粉末、酸化珪素粉末を用い
て、所望の組成になるように調合後、成形圧９８ＭＰａ
で金型成形した。

【００４２】次に、この成形体を１．３３×１０³Ｐａ
以下の減圧中８００〜１４００℃の温度域で加熱後、１
７５０〜１８５０℃で窒素雰囲気の下、相対比重９９％
以上まで緻密化させた。さらに、２０００気圧の加圧下
にて１６００℃でＨＩＰ（熱間静水圧加圧）処理を施
し、１６００〜８００℃までの冷却時間を１〜７時間と
して直径３／８インチ及び直径２．４ｍｍの球状セラミ
ックス焼結体および強度測定用試験片を得た。

【００４３】次に球状セラミックスの加工性を評価する
ため、岡部製作所製ボール研磨機ＢＯＹ-４００を用
い、直径２．４ｍｍ球状セラミック焼結体の加工時間の
比較を行った。加工条件（上定盤、下定盤回転数、上定
盤押し付け圧力、上定盤揺動回転数）はすべて同じ条件
で行い、加工砥粒はＧＣ＃１２０で２．４ｍｍ〜２．１
ｍｍまで加工し、ＧＣ＃２０００にて２．１ｍｍ〜２．
０ｍｍまで加工し、それぞれの加工時間を測定した。従
来品の加工時間を参考に１００時間より長いか短いか
を、加工時間の評価基準とした。

【００４４】球状セラミックスの圧砕荷重は、同じ寸法
の２個の球を重ねて圧縮荷重を加えるもので、ＪＩＳ−
Ｂ−１５０１に準じ、インストロン万能試験機によりク
ロスヘッドスピード５ｍｍ／分で測定した。圧砕荷重
は、１５ｋＮを越えるか否かを評価の基準とした。

【００４５】寿命（転がり疲労試験）はスラスト型軸受
試験機を用いて、ＳＵＪ板上で３個のセラミックス製ボ
ールを荷重３９２０Ｎ回転数１２００ｒｐｍで回転させ
試験した。転がり寿命は、２００時間を超えるか否かを
評価の基準とした。

【００４６】強度測定は、３×４×３５ｍｍの形状に加
工した試験片をＪＩＳ Ｒ１６０１に準じた四点曲げ試
験にて行った。またＪＩＳ Ｒ１６０７に準じＳＥＰＢ
法により破壊靭性値を求めた。

【００４７】また、Ｈｖ１０硬度の測定は、サンプル表
面を１μｍのダイヤモンドペーストを用いて鏡面研磨し
た後、ＪＩＳ Ｂ７７２５に準じて測定した。

【００４８】粒界相の非晶質化の判断は、焼結体を粉砕
した粉末のＸ線回折により判断し、さらに同一ロットの
球状セラミックス体を２０μｍに薄片加工し、偏光顕微
鏡によって非晶質化の確認を行った。

【００４９】これらの結果を表１にまとめた。

【００５０】

【表１】

【００５１】表１から明らかなように、破壊靱性値が４
ＭＰａ√ｍ未満、Ｈｖ１０硬度が１５未満かつ室温強度
が８００ＭＰａ未満であるＮｏ．１、２は、加工時間は
短くなるが、圧砕荷重が１５ｋＮ未満、且つ転がり寿命
が２００時間未満と低いレベルになってしまうので好ま
しくない。また、室温強度が１３００ＭＰａと高いＮ
ｏ．８、Ｈｖ１０硬度と室温強度が本発明の請求範囲よ
り大きいＮｏ．１０、破壊靱性値とＨｖ１０硬度が本発
明の請求範囲より大きいＮｏ．１１、１２は、圧砕強度
および転がり寿命は良好であるが、加工時間が長くなる
ので好ましくない。

【００５２】これに対し、破壊靭性値が４．０〜５．４
ＭＰａ√ｍであって、かつＨｖ１０硬度が１４．０以
上、１５．５以下、室温強度が８００ＭＰa以上１１０
０ＭＰa以下である資料３、４、５、６、７、９は加工
時間が短く、かつ圧砕荷重、転がり寿命共に優れてい
た。

【００５３】実施例２ 実施例１と同様の手法を用い、希土類元素酸化物として
Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌｕ₂Ｏ₃を用いて、酸化
珪素：希土類元素酸化物のモル比を１：０．０３から
１：３．０８に調整した焼結体を作製した。また、比較
例として焼結助剤としてＭｇＯ、ＣａＯを用いた焼結体
を作製した。これらの焼結体作製時の焼成温度、ＨＩＰ
温度、冷却時間は表２に示した。

【００５４】得られた焼結体を実施例１と同様な手法に
より評価した。

【００５５】磁器の組成は、原子吸光法により各金属成
分を、また別途磁器中の酸素量を定量し、Ａｌ、希土類
元素、不可避不純物元素についてはこれらを酸化物換算
して酸素量を差し引き、残りの酸素は全てＳｉＯ₂とな
っているとみなして、Ａｌ₂Ｏ ₃、ＳｉＯ₂量を換算し
た。

【００５６】磁器を粉砕した粉末のＸ線回折により検出
した窒化物、炭化物等については、それぞれの金属成分
を窒化物、炭化物等と換算して計算した。これらの評価
結果を表２にまとめた。

【００５７】

【表２】

【００５８】表２から明らかなように、焼結助剤として
ＭｇＯ、ＣａＯ等のアルカリ土類酸化物を用いたＮｏ．
２１は、室温強度が低いため圧砕強度および転がり寿命
が低い値となった。また、酸化珪素：希土類元素酸化物
のモル比が１：０．０３であるＮｏ．２２は、室温強度
及び破壊靱性値が本発明の請求範囲より小さくなるの
で、加工時間は短くなるものの圧砕荷重および転がり寿
命が低い値になった。また、該モル比が１：２．２９で
あるＮｏ．２５は、破壊靱性値が６．１と大きくなるた
め、加工時間が１００時間を越えてしまう。そして、前
記モル比が１：３．０５となるＮｏ．２６は、焼結不良
となり特性評価しなかった。

【００５９】これに対し、本発明の範囲内であるＮｏ．
２３、２４、２７、２８、２９は加工時間が短く、かつ
圧砕荷重、転がり寿命が優れていた。

【００６０】実施例３ 実施例１と同様の手法を用い、酸化アルミニウム：希土
類元素酸化物のモル比が１：６．７４から１：０．０３
となるように調整した焼結体を作製した。希土類元素酸
化物としては、Ｙ₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃を用いた。
焼結体作製時の焼成温度、ＨＩＰ温度、冷却時間は表３
に示した。

【００６１】得られた焼結体を実施例１と同様な手法に
より評価した。

【００６２】そして、これらの評価結果を表３にまとめ
た。

【００６３】

【表３】

【００６４】表３から明らかなように、酸化アルミニウ
ム：希土類元素酸化物のモル比が１：１より酸化アルミ
ニウムが多くなるＮｏ．３１、３３、３５は焼結不良と
なった。また、Ｎｏ．３２、３６、３７は、破壊靱性値
および室温強度が本発明の請求範囲以上に大きくなり、
加工時間が長くなってしまった。また、該モル比が１：
０．５より酸化アルミニウムが少なくなるＮｏ．４２
は、破壊靱性値とともに室温強度、Ｈｖ１０硬度が共に
低下し、加工時間は短縮できるものの圧砕荷重および転
がり寿命が悪化してしまう。これに対し、該モル比が本
発明の範囲内である資料３４、３８〜４１は加工時間が
短く、かつ圧砕荷重、転がり寿命が優れていた。さら
に、音響テスト不具合の原因となる5ミクロン以上のボ
イドも無かった。

【００６５】実施例 ４ 実施例１と同様の手法を用いて、ボイドの最大径を０．
６〜８μｍの範囲で調整した焼結体を作製した。焼成温
度、ＨＩＰ温度、冷却時間は表４に示した。

【００６６】得られた焼結体を実施例１と同様の手法に
より評価した。これらの評価結果を表４にまとめた。

【００６７】

【表４】

【００６８】表４から明らかなように、ボイドの最大径
が６〜８μｍと大きなＮｏ．５３、５４は、室温強度が
本発明の請求範囲より低くなり、圧砕荷重および転がり
試験寿命が低い値になった。これに対し、ボイドの最大
径が０．６〜１．０μｍと本発明の請求範囲内であるＮ
ｏ．５１、５２は、破壊靭性値が４．０〜５．４ＭＰａ
√ｍであって、かつＨｖ10硬度が１４．０〜１５．５、
室温強度が８００〜１１００ＭＰaであり、加工時間が
短く、かつ圧砕荷重、転がり寿命に優れていた。

【００６９】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、窒
化珪素質焼結体の破壊靭性値が４．０〜５．４ＭＰａ√
ｍ以下であり、かつＨｖ１０硬度が１４．０〜１５．５
であり、かつ室温強度が８００〜１１００ＭＰａである
ことを特徴とする窒化珪素質焼結体を用いることによ
り、耐磨耗性が良く、長寿命で加工効率の良好な耐摩耗
性部材を提供することができる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】破壊靭性値が４．０〜５．４ＭＰａ√ｍ以
   下、Ｈｖ１０硬度が１４．０〜１５．５であり、室温強
   度が８００〜１１００ＭＰａであることを特徴とする窒
   化珪素質焼結体。
2. 【請求項２】窒化珪素を主成分とし、酸化物換算で１〜
   ３０重量％の希土類元素化合物を含み、酸化物換算した
   酸化ケイ素：希土類元素酸化物のモル比が１：０．０５
   〜１：０．５であることを特徴とする請求項１記載の窒
   化珪素質焼結体。
3. 【請求項３】添加成分としてさらにアルミニウム化合物
   を含み、酸化物換算した酸化アルミニウム：希土類元素
   酸化物のモル比が１：０．０５〜１：１であることを特
   徴とする請求項２記載の窒化珪素質焼結体。
4. 【請求項４】最大ボイド径が５μｍ以下であることを特
   徴とする請求項１〜３記載の窒化珪素質焼結体。
5. 【請求項５】窒化珪素と焼結助剤の混合粉末を成形し、
   非酸化性雰囲気中１６００℃〜２０００℃の温度で焼成
   した後、上記焼結助剤からなる粒界相の融点以上の温度
   でＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理を行い、その冷却時
   に１６００℃〜８００℃の温度域を３時間以内で冷却さ
   せて、粒界相を非晶質化させることを特徴とする窒化珪
   素質焼結体の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１〜４記載の窒化珪素質焼結体から
   なることを特徴とする窒化珪素質耐磨耗性部材。