JP2001146480A - Silicon nitride sintered member, ceramic ball and ceramic ball bearing - Google Patents

Silicon nitride sintered member, ceramic ball and ceramic ball bearing

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JP2001146480A
JP2001146480A JP2000271915A JP2000271915A JP2001146480A JP 2001146480 A JP2001146480 A JP 2001146480A JP 2000271915 A JP2000271915 A JP 2000271915A JP 2000271915 A JP2000271915 A JP 2000271915A JP 2001146480 A JP2001146480 A JP 2001146480A
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JP
Japan
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silicon nitride
color
sintered member
carbon
appearance
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Application number
JP2000271915A
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Japanese (ja)
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Tomonori Niwa
倫規 丹羽
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain both a silicon nitride sintered member capable of readily distinguishing defects of different appearance color and foreign matters and increasing examination accuracy and a ceramic ball using the silicon nitride sintered member. SOLUTION: The appearance brightness VS on the surface of the silicon nitride sintered member is made to have 3.0-9.0 so that in examination of the surface, especially the polished surface, a background color readily distinguishable from both defects such as pore, chip, cut, etc., and foreign matters having a background color different from those of the defects is actualized and examination accuracy by an automatic testing machine, etc., can be improved. After abrasion processing of ceramic part, when a metal foreign matter and defects such as pore, etc., on the surface are examined, a parent material constituting the background is distinguished from the foreign matter, the pore, etc., by color difference or brightness difference. The metal foreign matter is observed in an appearance color close to black by polarized light observation of a stereoscopic microscope or a metallurgical microscope and the internal pore and cut are observed in an appearance color close to white. When the appearance brightness VS of the background part is 3.0-9.0, at a part in which the metal foreign matter, the pore, etc., exist, the background color approaches their intermediate color, produces a clear contrast to the foreign matter, the pore, etc., having the appearance color different from the intermediate color and a discrimination test can be readily carried out.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化珪素質焼結部
材とそれを用いて構成されるセラミックボールに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon nitride sintered member and a ceramic ball using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化珪素質セラミック部品は高強度で耐
摩耗製に優れていることから、近年、工作機械やコンピ
ュータのハードディスクのベアリングに採用されたり、
あるいは高温耐食性を利用して半導体装置の駆動部な
ど、高温かつ腐食性の特殊環境中で使用されるベアリン
グや摺動部品、あるいはタペットなどの自動車用摺動部
品等に使用されたりしている。
2. Description of the Related Art Silicon nitride ceramic parts have been used in bearings of hard disks of machine tools and computers in recent years because of their high strength and excellent wear resistance.
Also, they are used for bearings and sliding parts used in high-temperature and corrosive special environments, such as driving parts of semiconductor devices by utilizing high-temperature corrosion resistance, and sliding parts for automobiles such as tappets.

【0003】ところで、上記のようなセラミック部品に
おいては精密な研磨加工が行われ、異物やポア等の素材
欠陥あるいは研磨加工時のキズ、キレおよびカケ等の欠
陥の有無を、その研磨加工後に検査している。この検査
は、実体顕微鏡あるいは金属顕微鏡等を用いて行うこと
もあるが、最近は大量生産およびコストダウンに対応す
るため、自動外観検査機等で行うこともある。具体的に
は、研磨表面異物やポア等の欠陥部は、研磨表面を画像
撮影し、背景部との色あるいは濃淡のコントラストによ
り欠陥部を識別する形で行っている。
[0003] By the way, in the above-mentioned ceramic parts, precise polishing is performed, and after the polishing, the presence or absence of material defects such as foreign matters and pores or defects such as scratches, nicks and chips during the polishing is inspected. are doing. This inspection may be performed using a stereoscopic microscope or a metallographic microscope, but recently, it may be performed using an automatic appearance inspection machine or the like in order to cope with mass production and cost reduction. Specifically, for a defective portion such as a polished surface foreign matter or a pore, an image is taken of the polished surface, and the defective portion is identified based on the color or contrast between the background and the background.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、窒化珪素質
焼結体の外観色は、一般には白色あるいは明るい灰色な
どを呈することが多いが、例えばポアや欠け等の欠陥は
同様に明るい外観色で表れるため、欠陥と背景との間に
コントラストがつきにくく、識別精度があまり確保でき
ない問題があった。特に、自動外観検査機では、背景と
欠陥部との色差及び/又は明度差によるデータ処理によ
り欠陥検査を行っているため、検査精度の低下に直結す
る。一方、特開平04−254471号公報あるいは特
開平04−254473号公報には、炭素源を含有した
成形体を焼成したり、あるいは多孔質体に炭素を含浸さ
せることにより、焼結体を意図的に黒色あるいは濃い灰
色に着色し、焼結体の色ムラを軽減したりする方法が開
示されている。しかしながら、黒色あるいは濃い灰色の
背景色の場合、比較的明るい外観色で表れるポアや欠け
等の欠陥は識別しやすくなるが、逆に黒あるいはそれに
近い灰色で表れる異物、特に金属系の異物等の識別が困
難になってしまう難点がある。
In general, the appearance of a silicon nitride-based sintered body is generally white or light gray, but defects such as pores and chips are similarly bright in appearance. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain contrast between the defect and the background, and the identification accuracy cannot be sufficiently secured. In particular, in the automatic appearance inspection machine, the defect inspection is performed by the data processing based on the color difference and / or the lightness difference between the background and the defective portion, which directly leads to a decrease in the inspection accuracy. On the other hand, JP-A-04-254471 or JP-A-04-254473 discloses that a sintered body is intentionally prepared by firing a molded body containing a carbon source or impregnating a porous body with carbon. A method of reducing the unevenness of the color of a sintered body by discoloring the sintered body to black or dark gray is disclosed. However, in the case of a black or dark gray background color, defects such as pores and chips that appear in a relatively bright appearance color are easy to identify, but conversely, foreign matter that appears in black or a gray color close to it, particularly metallic foreign matter, etc. There is a drawback that identification becomes difficult.

【0005】本発明の課題は、外観色の異なる欠陥や異
物の識別が容易であり、検査精度を高めることができる
窒化珪素質焼結部材と、それを用いたセラミックボール
とを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a silicon nitride-based sintered member capable of easily identifying defects and foreign matters having different appearance colors and improving inspection accuracy, and a ceramic ball using the same. is there.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明の窒化珪素質焼結部材は、
窒化珪素を主成分に構成され、かつJISZ8721に
規定された色の表示方法における明度をVSとしたとき
に、表面の外観明度VSが3.0〜9.0となっている
ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a silicon nitride based sintered member of the present invention is
It is composed mainly of silicon nitride and has a surface appearance lightness VS of 3.0 to 9.0 when the lightness in the color display method defined in JISZ8721 is VS. .

【0007】なお、本発明において、「主成分」(「主
体」あるいは「主に」等も同義)とは、特に断りがない
限り、着目している物質において含有率が50重量%以
上であることを意味する。
In the present invention, the term "main component" (also synonymous with "main component" or "mainly") refers to a substance of interest having a content of 50% by weight or more, unless otherwise specified. Means that.

【0008】本発明においては、窒化珪素質焼結部材の
表面の外観明度VSを3.0〜9.0とすることで、そ
の表面、特に研磨表面の検査を行う際に、ポアやカケあ
るいはキレなどの欠陥と、これとは外観色の異なる異物
等とのいずれに対しても識別しやすい背景色が実現さ
れ、自動外観検査機等による検査精度を向上させること
ができる。なお、本明細書にて「色」とは有彩色のみで
なく、彩度がゼロの無彩色も概念として包含する。ま
た、「色が異なる」とは、明度、彩度及び色相のいずれ
かにおいて、識別可能な程度に相違していることを意味
する。
In the present invention, by setting the appearance lightness VS of the surface of the silicon nitride-based sintered member to 3.0 to 9.0, when inspecting the surface, particularly the polished surface, the pores, chips, It is possible to realize a background color that can be easily identified for both defects such as sharpness and foreign matters having different appearance colors, and it is possible to improve inspection accuracy by an automatic appearance inspection machine or the like. In this specification, the term “color” includes not only a chromatic color but also an achromatic color having a saturation of zero as a concept. Further, "different colors" means that any of lightness, saturation, and hue is different enough to be distinguished.

【0009】すなわち、セラミックス部品の研磨加工後
表面において、金属異物やポア、キレ及び欠け等(これ
らを総称してポア等という)の欠陥を検査する際には、
背景をなす母材と異物あるいはポア等の色差あるいは明
度差により、これを識別することになる。具体的には、
金属異物は実体顕微鏡あるいは金属顕微鏡の偏向観察等
で黒色に近い外観色にて観察され、また内部ポアおよび
キレは白色に近い外観色にて観察される。しかし、背景
部分の外観明度VSが3.0〜9.0であれば、金属異
物やポア等が存在する部分において、背景色がそれらの
中間色に近くなり、これとは外観色の異なる異物及びポ
ア等のいずれに対しても明確なコントラストが生ずるか
ら、実体顕微鏡あるいは金属顕微鏡の偏向観察等により
容易に判別検査することができる。
In other words, when inspecting the surface of a ceramic component after polishing for defects such as metal foreign matter, pores, cracks, and chips (collectively referred to as pores),
This is identified by the color difference or lightness difference between the base material forming the background and the foreign material or pore. In particular,
The metallic foreign matter is observed with a stereoscopic microscope or a deflection observation with a metal microscope with an appearance color close to black, and the internal pores and sharpness are observed with an appearance color close to white. However, if the appearance lightness VS of the background portion is 3.0 to 9.0, the background color is close to the intermediate color of the portion where metal foreign matter, pores and the like exist, and foreign matter having a different appearance color from the background color. Since a clear contrast is generated for any of the pores and the like, the discrimination inspection can be easily performed by deflection observation of a stereoscopic microscope or a metal microscope.

【0010】母材の明度が3.0未満すなわち濃い黒色
では、金属異物は黒色に観察されることから、判別が困
難となる。同様に、母材の明度が9.0よりも大きい場
合には母材が白色に近くなり、ポア等は白色に観察され
ることから判別が困難となる。なお、上記の明度VS
は、望ましくは4.0〜8.5、より望ましくは4.5
〜8.0であることが望ましい。また、窒化珪素質焼結
部材の外観は、異物あるいはポア等とのコントラストを
より明確にする観点において、前記JISに規定された
彩度CSが3.0以下となっていること、望ましくは
2.0以下、より望ましくは1.0以下となっているの
がよい。
[0010] When the brightness of the base material is less than 3.0, that is, dark black, the metallic foreign matter is observed in black, making it difficult to determine. Similarly, when the lightness of the base material is larger than 9.0, the base material is close to white and pores and the like are observed in white, making it difficult to determine. Note that the above lightness VS
Is preferably 4.0 to 8.5, more preferably 4.5.
It is desirably ~ 8.0. In addition, the appearance of the silicon nitride-based sintered member is preferably such that the saturation CS specified in the JIS is 3.0 or less, and more preferably 2 from the viewpoint of further clarifying the contrast with foreign substances or pores. 0.0 or less, more preferably 1.0 or less.

【0011】ここで、明度VS及び彩度CSの測定方法に
ついては、JIS−Z8722「色の測定方法」におい
て、「4.分光測色方法」の「4.3反射物体の測定方
法」に規定された方法を用いるものとする。なお、該
4.3に規定された条件a〜dは、被測定面の形状に応
じて最適のものを適宜選択する。例えば、後述するセラ
ミックボールの研磨表面を測定面とする場合は、条件d
(試料面の法線に対して光軸のなす角度が10°を超え
ない1つの光線束で試料を照明し、あらゆる方向へ反射
する光を集積して受光する)を採用することが望まし
い。ただし、簡略な方法として、JIS−Z8721に
準拠して作成された標準色票との目視比較により、明度
及び彩度を知ることもできる。
Here, the method of measuring the lightness VS and the saturation CS is defined in "4. Spectral colorimetric method" and "4.3. Reflective object measuring method" in JIS-Z8722 "Color measuring method". The method used shall be used. The conditions a to d defined in 4.3 are appropriately selected as appropriate according to the shape of the surface to be measured. For example, when a polished surface of a ceramic ball described later is used as a measurement surface, the condition d
(It is desirable to illuminate the sample with a single light beam whose angle between the optical axis and the normal to the sample surface does not exceed 10 °, and to collectively receive light reflected in all directions.) However, as a simple method, it is also possible to know the lightness and the saturation by visual comparison with a standard color chart prepared in accordance with JIS-Z8721.

【0012】なお、本発明の窒化珪素質焼結部材の代表
的な適用分野は、ベアリングボール、例えば工作機械や
コンピュータのハードディスクのベアリング、あるいは
高温耐食性を利用して半導体装置の駆動部など、高温か
つ腐食性の特殊環境中で使用されるベアリングのボール
等として使用されるセラミックボールである。また、自
動車用タペットなど、ベアリング以外の機械摺動部品に
も適用が可能であるが、これらに限られるものではな
い。例えばベアリングボールに適用する場合、その外径
は1〜30mm程度である。また、ベアリングやタペッ
トなどの摺動部品に適用する場合、その摺動面を含む部
分が少なくとも本発明の窒化珪素質焼結部材として構成
されるが、その摺動面は通常、鏡面研磨面とされること
が多い。そして、その鏡面研磨面の外観明度ないし彩度
が前記した範囲となっていることで、該鏡面研磨面にお
ける前記した欠陥あるいは異物の検査・識別を一層確実
に行うことができるようになる。なお、鏡面研磨面と
は、例えばその算術平均粗さRaが0.10μm以下と
なっている研磨面である。また、本発明でいう算術平均
粗さRaは、JIS−B0601(1994)に規定さ
れた方法により測定された算術平均粗さをいう。なお、
測定に使用するカットオフ値と評価長さとは、測定する
粗さレベルに応じて該JISにて推奨されている値を採
用するものとする。
The typical application field of the silicon nitride based sintered member of the present invention is a bearing ball, for example, a bearing of a hard disk of a machine tool or a computer, or a driving part of a semiconductor device utilizing high-temperature corrosion resistance. It is a ceramic ball used as a bearing ball used in a corrosive special environment. Further, the present invention can be applied to mechanical sliding parts other than bearings, such as tappets for automobiles, but is not limited thereto. For example, when applied to a bearing ball, its outer diameter is about 1 to 30 mm. Further, when applied to sliding parts such as bearings and tappets, a portion including the sliding surface is configured as at least the silicon nitride-based sintered member of the present invention, and the sliding surface is usually a mirror-polished surface. Often done. When the appearance brightness or chroma of the mirror-polished surface is in the above-described range, the above-described defect or foreign matter on the mirror-polished surface can be more reliably inspected and identified. The mirror polished surface is, for example, a polished surface having an arithmetic average roughness Ra of 0.10 μm or less. The arithmetic average roughness Ra in the present invention refers to an arithmetic average roughness measured by a method specified in JIS-B0601 (1994). In addition,
The cut-off value and the evaluation length used for the measurement adopt the values recommended by the JIS according to the roughness level to be measured.

【0013】本発明の窒化珪素質焼結部材は、窒化珪素
を主体とするものであるが、その残余の成分としては焼
結助剤成分があり、周期律表の3A、4A、5A、3B
(例えばAl)及び4B(例えばSi)の各族の元素群
及びMgから選ばれる少なくとも1種を、酸化物換算で
1〜10重量%含有させることができる。これらは焼結
体中では主に酸化物状態にて存在する。焼結助剤成分が
1重量%未満では緻密な焼結体が得にくくなり、10重
量%を超えると強度や靭性あるいは耐熱性の不足を招く
ほか、摺動部品の場合には耐摩耗性の低下にもつなが
る。焼結助剤成分の含有量は、望ましくは2〜8重量%
とするのがよい。
[0013] The silicon nitride based sintered member of the present invention is mainly composed of silicon nitride, and the remaining component is a sintering aid component, which is 3A, 4A, 5A, 3B in the periodic table.
At least one element selected from the group consisting of elements (for example, Al) and 4B (for example, Si) and Mg can be contained in an amount of 1 to 10% by weight in terms of oxide. These exist mainly in the oxide state in the sintered body. If the sintering aid component is less than 1% by weight, it is difficult to obtain a dense sintered body, and if it exceeds 10% by weight, insufficient strength, toughness or heat resistance is caused. It also leads to a decline. The content of the sintering aid component is desirably 2 to 8% by weight.
It is good to do.

【0014】なお、3A族の焼結助剤成分としては、S
c、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luが一般的に
用いられる。これらの元素Rの含有量は、CeのみRO
、他はR型酸化物にて換算する。これらのうち
でもY、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Ybの各重希
土類元素の酸化物は、窒化珪素質焼結体の強度、靭性及
び耐摩耗性を向上させる効果があるので好適に使用され
る。
The sintering aid component of Group 3A includes S
c, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu are generally used. The content of these elements R is RO only for Ce.
2 and others are calculated using R 3 O 3 type oxide. Of these, oxides of heavy rare earth elements of Y, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, and Yb are preferably used because they have the effect of improving the strength, toughness, and wear resistance of the silicon nitride sintered body. used.

【0015】また、窒化珪素質焼結部材の組織は、窒化
珪素を主成分とする主相結晶粒子が、ガラス質及び/又
は結晶質の結合相にて結合した形態のものとなる。な
お、主相は、β化率が70体積%以上(望ましくは90
体積%以上)のSi相を主体とするものであるの
がよい。この場合、Si相は、SiあるいはNの
一部が、Alあるいは酸素で置換されたもの、さらに
は、相中にLi、Ca、Mg、Y等の金属原子が固溶し
たものであってもよい。例えば、つぎの一般式にて表さ
れるサイアロンを例示することができる; β−サイアロン:Si6−zAl8−z(z=
0〜4.2) α−サイアロン:M(Si,Al)12(O,N)
16(x=0〜2) M:Li,Mg,Ca,Y,R(RはLa,Ceを除く
希土類元素)。
The structure of the silicon nitride-based sintered member has a form in which main phase crystal grains containing silicon nitride as a main component are bonded by vitreous and / or crystalline binder phases. The main phase has a β conversion of 70% by volume or more (preferably 90% by volume).
(% By volume or more) of Si 3 N 4 phase. In this case, the Si 3 N 4 phase is a phase in which a part of Si or N is substituted by Al or oxygen, and a phase in which metal atoms such as Li, Ca, Mg, and Y are solid-dissolved. There may be. For example, it can be exemplified Sialon which is expressed by the following general formula; beta-sialon: Si 6-z Al z O z N 8-z (z =
0-4.2) α-sialon: M x (Si, Al) 12 (O, N)
16 (x = 0 to 2) M: Li, Mg, Ca, Y, R (R is a rare earth element excluding La and Ce).

【0016】また、前記した焼結助剤成分は、主に結合
相を構成するが、一部が主相中に取り込まれることもあ
りえる。なお、結合相中には、焼結助剤として意図的に
添加した成分のほか、不可避不純物、例えば窒化珪素原
料粉末に含有されている酸化珪素などが含有されること
がある。
The above-mentioned sintering aid component mainly constitutes a binder phase, but a part thereof may be taken into the main phase. The binder phase may contain unavoidable impurities, for example, silicon oxide contained in the silicon nitride raw material powder, in addition to components intentionally added as a sintering aid.

【0017】次に、本発明の窒化珪素質焼結部材の少な
くとも表層部の色を、上記の明度VS(あるいは彩度C
S)の範囲となるように調整する具体的な方法として、
遷移金属カチオンを0.1〜3重量%の範囲にて含有さ
せる方法を例示できる。遷移金属カチオンは、多くのセ
ラミックス材料中にて色中心としてふるまうため、着色
剤として機能する。遷移金属カチオンが0.1重量%未
満では着色効果が不足する一方、3重量%を超えると逆
に着色の度合いが強すぎ、いずれも明度VSが前記の範
囲を外れてしまう不具合につながる場合がある。なお、
本明細書において、「表層部」とは、部材表面からの厚
さ(後述の鏡面研磨を行った後の状態が問題になる場合
は、その鏡面研磨面からの厚さ)が500μmまでの領
域をいう。
Next, the color of at least the surface layer of the silicon nitride sintered member of the present invention is determined by comparing the lightness VS (or the saturation C).
S) As a specific method of adjusting to be within the range,
A method of containing a transition metal cation in the range of 0.1 to 3% by weight can be exemplified. Transition metal cations function as colorants because they behave as color centers in many ceramic materials. When the content of the transition metal cation is less than 0.1% by weight, the coloring effect is insufficient. On the other hand, when the content is more than 3% by weight, the degree of coloring is too strong, and in either case, the lightness VS may be out of the above range. is there. In addition,
In the present specification, the “surface layer portion” refers to a region having a thickness from the member surface (when the state after mirror polishing described below becomes a problem, the thickness from the mirror polished surface) up to 500 μm. Say.

【0018】遷移金属カチオンとしては、Ta、Co、
Ti及びFeから選ばれる1種又は2種以上のイオンを
使用することが特に望ましい。これらは、窒化珪素質焼
結材料中にて、灰色系の彩度の小さい着色を生ずる成分
としてふるまいやすく、ポア等や異物と背景母材との識
別性を高める上で効果的である。この場合、Ta、C
o、Ti及びFeから選ばれる1種又は2種以上を、T
aはTa換算にて、CoはCoO換算にて、Ti
はTiO換算にて、FeはFe換算にて、合計
で0.1〜3重量%の範囲で含有させることが、前記し
た明度VSのレベルを確保する上で望ましい。
The transition metal cations include Ta, Co,
It is particularly desirable to use one or more ions selected from Ti and Fe. These are apt to behave as components that generate a grayish color with low saturation in the silicon nitride-based sintered material, and are effective in improving the discriminability between pores and other foreign substances and the background base material. In this case, Ta, C
o, one or more selected from Ti and Fe,
a is Ta 2 O 5 conversion, Co is CoO conversion, Ti
Later terms of TiO 2, Fe is in terms of Fe 2 O 3, it is contained in a range of 0.1 to 3 wt% in total, preferably in ensuring the level of lightness VS described above.

【0019】上記Ta、Co、Ti及びFe等の、着色
成分としての遷移金属カチオンは、例えば酸化物の形で
添加できる。酸化物として添加した場合は、焼結体中で
は多くが酸化物形態にて前記の結合相中に取り込まれ
る。これらは、焼結助剤成分としての機能を果たすこと
もありえる。ただし、含有量があまり多くなり過ぎる
と、明度レベルが低くなり過ぎる不具合のほか、結合相
の強度低下を招き、焼結体の靭性や耐摩耗性の不足につ
ながる場合がある。
The transition metal cation as a coloring component such as Ta, Co, Ti and Fe can be added, for example, in the form of an oxide. When added as an oxide, most of them are taken in the binder phase in the form of oxide in the sintered body. These may function as a sintering aid component. However, if the content is too large, in addition to the problem that the lightness level becomes too low, the strength of the binder phase may be reduced, and the toughness and wear resistance of the sintered body may be insufficient.

【0020】一方、上記の着色成分としての遷移金属カ
チオンの添加形態は、要は着色性能を発現する色中心等
としてふるまうことができるのであれば、窒化珪素焼結
体中での存在状態は酸化物状態に限られるものではな
い。そして、当然に酸化物以外での添加形態、例えば窒
化物(例えば窒化チタン)等の形態での添加も可能であ
る。なお、窒化物形態で添加した場合は、焼結体中では
窒化物形態で存在する場合もあるし、過剰酸素等の影響
により酸化物に転化することもありうる。いずれにし
ろ、本明細書では、着色成分としての遷移金属カチオン
の含有量は、添加形態によらず前記した酸化物換算にて
表示するものとする。なお、Ta、Co、Ti及びFe
等の、着色成分となりうる元素成分がカチオン状態にて
存在するか否かは、例えばX線光電子分光(XPSある
いはESCA)により簡単に確認することができる。具
体的には、XPSあるいはESCAにより分析したとき
に得られる光電子スペクトルにおいて、着目している元
素の結合エネルギーピークに、イオン価数が正となる向
きの化学シフトが生じている場合に、その元素はカチオ
ン状態で存在していると見ることができる。
On the other hand, as for the form of addition of the transition metal cation as a coloring component, if it can behave as a color center or the like exhibiting coloring performance, the presence state in the silicon nitride sintered body is oxidized. It is not limited to the physical state. And, of course, it is also possible to add in a form other than the oxide, such as a nitride (for example, titanium nitride). When added in the form of nitride, it may be present in the form of nitride in the sintered body, or may be converted to oxide under the influence of excess oxygen or the like. In any case, in the present specification, the content of the transition metal cation as the coloring component is expressed in terms of the above-mentioned oxide regardless of the addition form. Note that Ta, Co, Ti and Fe
Whether or not an element component that can be a coloring component exists in a cationic state, for example, can be easily confirmed by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS or ESCA). Specifically, in a photoelectron spectrum obtained by analysis by XPS or ESCA, when a chemical shift in a direction in which the ionic valence becomes positive occurs in the binding energy peak of the element of interest, Can be seen to exist in a cationic state.

【0021】次に、焼結体表層部を着色する別の方法と
しては、その表層部に、内層部よりも炭素濃度の高い炭
素濃化層が形成する方法を例示できる。この場合、炭素
濃化層は、前記した明度VSの範囲(3.0〜9.0)
を達成するためには、ここで存在する炭素はごく微量で
あることが望ましい。例えば、炭素が多量に存在する場
合には、焼結体の外観色が黒色となり、自動外観検査等
では欠陥検査が不可能となってしまうからである。
Next, as another method of coloring the surface layer portion of the sintered body, a method of forming a carbon-enriched layer having a higher carbon concentration than the inner layer portion on the surface layer portion can be exemplified. In this case, the carbon-enriched layer has the lightness VS in the range (3.0 to 9.0).
In order to achieve the above, it is desirable that the amount of carbon present is very small. For example, when a large amount of carbon is present, the appearance color of the sintered body becomes black, and a defect inspection cannot be performed by an automatic appearance inspection or the like.

【0022】このような微量な炭素の存在は、ラマン分
光分析法により検出可能であり、本発明では、ラマン分
光分析結果において特定のレベルで炭素が存在すること
が、明度VSを上記範囲に調整する観点において重要で
ある。それは、具体的には、部材表面のラマン分光分析
を行ったときに、206±10cm−1に存在するピー
ク(β−窒化珪素に帰着されると推定される:以下、β
窒化珪素系ピークという)の強度をX1、1584±2
0cm−1(グラファイトに帰着されると推定される:
以下、グラファイト系ピークという)に存在するピーク
の強度をX2として、X2/X1で表されるピーク比が
0.001〜0.5であることが望ましい。このピーク
比が0.2を越えると、焼結体の外観色が黒色となり、
前記した異物等の検出が困難になってしまう場合があ
る。一方、0.001未満では、焼結体の外観色が白色
に近くなり、前記したポア等の検出が困難になってしま
う場合がある。
The presence of such a trace amount of carbon can be detected by Raman spectroscopy. In the present invention, the presence of carbon at a specific level in the Raman spectroscopy results in adjusting the lightness VS to the above range. It is important from the viewpoint of doing. Specifically, when the surface of the member is subjected to Raman spectroscopic analysis, it is estimated that the peak existing at 206 ± 10 cm −1 (resulting in β-silicon nitride:
X1, 1584 ± 2
0 cm -1 (estimated to be reduced to graphite:
The peak ratio represented by X2 / X1 is desirably 0.001 to 0.5, where X2 is the intensity of the peak present in the graphite-based peak. If this peak ratio exceeds 0.2, the appearance color of the sintered body becomes black,
In some cases, it is difficult to detect the above-described foreign matter or the like. On the other hand, if it is less than 0.001, the appearance color of the sintered body becomes close to white, and it may be difficult to detect the above-mentioned pores and the like.

【0023】ラマン分光分析にて、β−窒化珪素系ピー
クとグラファイト系ピークとが同時に観測され、しかも
グラファイト系ピーク強度X2が、β−窒化珪素系ピー
ク強度X1に対する比率で0.5程度となることは、炭
素の含有量がごく微量であることを意味している。炭素
が多量に存在する場合には、焼結体の外観色が黒色とな
り、自動外観検査等では欠陥検査が不可能となってしま
うからである。そして、前記ピーク比X2/X1が0.
5を越える程度に炭素の含有量が多くなると、焼結体の
外観色が黒色に近くなり、前記した異物等の検出が困難
になる。一方、0.001未満では、焼結体の外観色が
白色に近くなり、前記したポア等の検出が困難になる。
ここで、ピーク強度は、いずれもバックグラウンドレベ
ルからのピーク高さとして測定するものとする。ピーク
比X2/X1は、望ましくは0.2以下となっているの
がよい。なお、炭素成分は、無定形炭素のほか、多結晶
グラファイトの形で存在することもあるが、後者の場合
は、ラマン分光分析法により検出されるピーク通常、1
350±20cm−1、1584±20cm−1及び2
710±20cm−1の3カ所に現われる。この場合、
最も強度の高いピークをX2として採用するものとす
る。
In Raman spectroscopy, a β-silicon nitride-based peak and a graphite-based peak are simultaneously observed, and the ratio of graphite-based peak intensity X2 to β-silicon nitride-based peak intensity X1 is about 0.5. This means that the carbon content is very small. This is because when a large amount of carbon is present, the appearance color of the sintered body becomes black, and it becomes impossible to perform a defect inspection by an automatic appearance inspection or the like. Then, when the peak ratio X2 / X1 is 0.
When the carbon content is increased to an extent exceeding 5, the appearance color of the sintered body becomes close to black, and it becomes difficult to detect the above-mentioned foreign substances and the like. On the other hand, if it is less than 0.001, the appearance color of the sintered body becomes close to white, and it becomes difficult to detect the above-mentioned pores and the like.
Here, each of the peak intensities is measured as a peak height from a background level. The peak ratio X2 / X1 is desirably 0.2 or less. The carbon component may be present in the form of polycrystalline graphite in addition to amorphous carbon. In the latter case, the peak usually detected by Raman spectroscopy is usually one peak.
350 ± 20 cm −1 , 1584 ± 20 cm −1 and 2
Appears at three places of 710 ± 20 cm −1 . in this case,
The peak with the highest intensity is adopted as X2.

【0024】なお、焼結体の外観明度VSを3.0〜
9.0に着色する方法としては、着色成分としての遷移
金属カチオンを配合する方法、及び炭素濃化層を表層部
に形成する方法を例示したが、あくまでもこれは外観明
度調整の具体的手法の一例に過ぎず、これに限られるも
のではない。例えば焼結助剤成分の配合比率や焼成条件
との調整等により上記明度範囲の外観色を得ることも可
能である。
The appearance lightness VS of the sintered body was 3.0 to 3.0.
As a method of coloring to 9.0, a method of blending a transition metal cation as a coloring component and a method of forming a carbon-concentrated layer on the surface layer are exemplified, but this is only a specific method of adjusting the appearance brightness. This is merely an example, and the present invention is not limited to this. For example, it is also possible to obtain an appearance color in the above lightness range by adjusting the mixing ratio of the sintering aid components and the firing conditions.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る窒化珪素質焼
結部材の実施の形態を、その製造方法の一例をとともに
説明する。まず、原料となる窒化珪素粉末はα率が70
%以上のものを使用することが望ましく、これに焼結助
剤として、希土類元素、3A、4A、5A、3Bおよび
4B族の元素群から選ばれる少なくとも1種を酸化物換
算で1〜10重量%、好ましくは2〜8重量%の割合で
混合する。なお、原料配合時においては、これら元素の
酸化物のほか、焼結により酸化物に転化しうる化合物、
例えば炭酸塩や水酸化物等の形で配合してもよい。配合
された原料粉末の成形は、金型プレス等の加圧成形法を
利用して行うことができ、所望の形状を得ることができ
る。なお、着色剤となるTa、Co、TiあるいはFe
等を添加する場合、TaはTa換算にて、Coは
CoO換算にて、TiはTiO換算にて、FeはFe
換算にて、合計で0.1〜3重量%の範囲で上記
原料粉末中に配合する。この場合も、これら元素の酸化
物粉末のほか、焼結により酸化物に転化しうる化合物、
例えば炭酸塩(例えばCoCO)や水酸化物等の形で
配合してもよい。また、TiNなど、窒化物等の形での
配合も可能である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a silicon nitride based sintered member according to the present invention will be described together with an example of a method of manufacturing the same. First, the silicon nitride powder as a raw material has an α ratio of 70.
% Or more, and as a sintering aid, at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, 3A, 4A, 5A, 3B and 4B elements, in an amount of 1 to 10 wt. %, Preferably 2 to 8% by weight. At the time of compounding the raw materials, in addition to oxides of these elements, compounds that can be converted to oxides by sintering,
For example, you may mix | blend in the form of a carbonate, a hydroxide, etc. Molding of the compounded raw material powder can be performed using a pressure molding method such as a mold press, and a desired shape can be obtained. In addition, Ta, Co, Ti or Fe
When Ta is added, Ta is converted to Ta 2 O 5 , Co is converted to CoO, Ti is converted to TiO 2 , and Fe is Fe.
It is blended in the raw material powder in a total of 0.1 to 3% by weight in terms of 2 O 3 . Also in this case, in addition to oxide powders of these elements, compounds that can be converted to oxides by sintering,
For example, it may be blended in the form of a carbonate (for example, CoCO 3 ) or a hydroxide. It is also possible to mix in the form of a nitride such as TiN.

【0026】例えば、ベアリングボール等のセラミック
ボールを製造する場合は、図9(a)に示すように、成
形ダイ101のダイ孔102に挿入される上下のプレス
パンチ103,103の各先端面に半球状の凹部103
a,103aをそれぞれ形成し、両パンチ103,10
3間で粉末を圧縮することにより、球形のセラミック成
形体104を得ることができる。
For example, when a ceramic ball such as a bearing ball is manufactured, as shown in FIG. 9A, the upper and lower press punches 103, 103 inserted into the die hole 102 of the forming die 101 are provided with respective tip surfaces. Hemispherical recess 103
a, 103a are formed respectively, and both punches 103, 10 are formed.
By compressing the powder between the three, a spherical ceramic molded body 104 can be obtained.

【0027】一方、上記ダイプレス法においては、半球
状の凹部103a,103aの外周縁部にてプレスパン
チ103,103からの加圧力が不足してセラミック成
形体104の密度が不均一化し、例えば凹部103a,
103aの合わせ位置付近で成形体に割れや欠け等の欠
陥が発生する場合がある。この場合、図9(b)に示す
ように、プレスパンチ103,103のパンチ面外周縁
部を平坦化し、当該領域のプレス圧を増加させる方法を
採用することができる。ただし、この方法では、プレス
パンチ103,103の平坦化部分103b,103b
に対応して、成形体104には必然的に鍔状の不要部分
104が形成される。この不要部分104は、焼成前な
いしは後に研磨等により除去する必要がある。
On the other hand, in the above-mentioned die press method, the pressing force from the press punches 103, 103 is insufficient at the outer peripheral edge of the hemispherical concave portions 103a, 103a, so that the density of the ceramic molded body 104 becomes non-uniform. 103a,
Defects such as cracks and chips may occur in the molded body near the alignment position of 103a. In this case, as shown in FIG. 9B, a method of flattening the outer peripheral edge of the punch surface of the press punches 103, 103 and increasing the press pressure in the area can be adopted. However, in this method, the flattened portions 103b, 103b of the press punches 103, 103
Correspondingly, the molded body 104 necessarily has a flange-shaped unnecessary portion 104. This unnecessary portion 104 needs to be removed by polishing or the like before or after firing.

【0028】また、金型プレスのほか、冷間静水圧プレ
ス(CIP)法を採用することも可能である。
In addition to the die press, a cold isostatic press (CIP) method can be employed.

【0029】金型成形法以外では、原料粉末を熱可塑性
バインダーに分散させてスラリーとし、このスラリーを
ノズルから自由落下させて表面張力により球状とし、空
気中で冷却・固化させる方法(例えば、特開昭63−2
29137号公報に開示されている)、あるいは、原料
粉末とモノマー(あるいはプレポリマー)及び分散溶媒
からなるスラリーを、該スラリー混和しない液体中に液
滴として分散させ、その状態でモノマーあるいはプレポ
リマーを重合させることにより球状成形体を得る方法
(例えば、特開平8−52712号公報に開示されてい
る)等を例示することができる。
Except for the molding method, a method in which the raw material powder is dispersed in a thermoplastic binder to form a slurry, the slurry is allowed to freely fall from a nozzle into a spherical shape by surface tension, and is cooled and solidified in air (for example, 63-2
No. 29137), or a slurry comprising a raw material powder, a monomer (or a prepolymer) and a dispersion solvent is dispersed as droplets in a liquid that is immiscible with the slurry, and the monomer or prepolymer is dispersed in that state. Examples of the method include a method of obtaining a spherical molded body by polymerization (for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-52712).

【0030】他方、さらに望ましい方法として、以下の
ようなものを例示できる。図1はその原料粉末調製工程
に使用される装置の一実施例である。該装置において、
熱風流通路1は縦に配置された熱風ダクト4を含んで形
成され、その熱風ダクト4の中間には、熱風の通過を許
容し乾燥メディア2の通過は許容しない気体流通体、例
えば網や穴開き板等の構成されたメディア保持部5が形
成されている。そして、そのメディア保持部5上には、
アルミナ、ジルコニア、及びそれらの混合セラミックの
いずれかを主体とするセラミック球からなる乾燥メディ
ア2が集積され、層状の乾燥メディア集積体3が形成さ
れている。
On the other hand, the following can be exemplified as more desirable methods. FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus used in the raw material powder preparation step. In the device,
The hot air flow passage 1 is formed to include a vertically arranged hot air duct 4, and a gas circulating body, such as a net or a hole, which allows the passage of hot air but does not allow the drying medium 2 to pass between the hot air ducts 4. A medium holding portion 5 such as an opening plate is formed. Then, on the media holding unit 5,
Dry media 2 composed of ceramic spheres mainly composed of one of alumina, zirconia, and a mixed ceramic thereof are stacked to form a layered dry media integrated body 3.

【0031】他方、原料は、窒化珪素粉末と焼結助剤粉
末との配合物に、水系溶媒を加えてボールミルやアトラ
イターにより湿式混合(あるいは湿式混合・粉砕)して
得られる泥漿の形で準備される。この場合、その一次粒
子の大きさは、BET比表面積値が5〜13m/gと
なるように調整される。
On the other hand, the raw material is in the form of a slurry obtained by adding a water-based solvent to a blend of silicon nitride powder and sintering aid powder and wet-mixing (or wet-mixing / grinding) with a ball mill or an attritor. Be prepared. In this case, the size of the primary particles is adjusted so that the BET specific surface area value is 5 to 13 m 2 / g.

【0032】図2に示すように、乾燥メディア集積体3
に対し、熱風が熱風ダクト4内においてメディア保持部
5の下側から乾燥メディア2を躍動させつつ上側に抜け
るように流通される。他方、図1に示すように、泥漿6
は泥漿タンク20からポンプPにより汲み上げられ、該
乾燥メディア集積体3に対して上方から落下供給され
る。これにより、図3に示すように、泥漿が熱風により
乾燥されて乾燥メディア2の表面に粉末凝集層PLの形
で付着する。
As shown in FIG.
On the other hand, the hot air is circulated in the hot air duct 4 so as to move upward from the lower side of the medium holding portion 5 while moving the drying medium 2 up. On the other hand, as shown in FIG.
Is pumped up from the slurry tank 20 by the pump P, and is dropped and supplied to the dry media assembly 3 from above. Thereby, as shown in FIG. 3, the slurry is dried by hot air and adheres to the surface of the drying medium 2 in the form of the powder aggregation layer PL.

【0033】そして、熱風の流通により、乾燥メディア
2は躍動・落下を繰り返して相互に打撃を加え合い、さ
らにその打撃による擦れ合いにより、粉末凝集層PLは
原料粉末粒子9に粉砕される。この解砕された原料粉末
粒子9は、孤立した一次粒子形態のものも含んでいる
が、多くは一次粒子が凝集した二次粒子となっている。
該原料粉末粒子9は、一定以下の粒径のものが熱風とと
もに下流側に流れていく(図1)。他方、ある程度以上
に大きい解砕粒子は、熱風で飛ばされずに再び乾燥メデ
ィア集積体3に落下して、メディア間でさらに粉砕され
る。
Then, by the flow of hot air, the dry medium 2 repeatedly hits and falls and strikes each other, and the powder agglomeration layer PL is pulverized into raw powder particles 9 by rubbing by the strike. The crushed raw material powder particles 9 include those in the form of isolated primary particles, but are mostly secondary particles in which the primary particles are aggregated.
The raw material powder particles 9 having a particle size of a certain size or less flow downstream along with the hot air (FIG. 1). On the other hand, the crushed particles larger than a certain size are not blown off by the hot air but fall again to the dry media assembly 3 and are further crushed between the media.

【0034】こうして、熱風とともに下流側に流された
原料粉末粒子9は、サイクロンSを経て回収部21に原
料粉末10として回収されている。回収される原料粉末
10は、レーザー回折式粒度計にて測定された平均粒子
径が0.3〜2μm、同じく90%粒子径が0.7〜
3.5μm、さらにBET比表面積値が5〜13m
gのものとされる。
In this way, the raw material powder particles 9 that have flowed to the downstream side together with the hot air are recovered as the raw material powder 10 in the recovery unit 21 via the cyclone S. The recovered raw material powder 10 has an average particle diameter of 0.3 to 2 μm measured by a laser diffraction type particle sizer, and also has a 90% particle diameter of 0.7 to 2 μm.
3.5 μm, and a BET specific surface area value of 5 to 13 m 2 /
g.

【0035】図1において、乾燥メディア2の直径は、
熱風ダクト4の流通断面積に応じて適宜設定する。該直
径が不足すると、メディア上に形成される粉末凝集層へ
の打撃力が不足し、所期の範囲の粒子径を有した原料粉
末が得られない場合がある。他方、直径が大きくなり過
ぎると、熱風を流通しても乾燥メディア2の躍動が起こ
りにくくなるので同様に打撃力が不足し、所期の範囲の
粒子径を有した原料粉末が得られない場合がある。な
お、乾燥メディア2は、なるべく大きさの揃ったものを
使用することが、メディア間に適度な隙間を形成して、
熱風流通時のメディアの運動を促進する上で望ましい。
In FIG. 1, the diameter of the drying medium 2 is
It is set appropriately according to the flow cross-sectional area of the hot air duct 4. If the diameter is insufficient, the impact force on the powder agglomeration layer formed on the medium is insufficient, and a raw material powder having a particle diameter within an intended range may not be obtained. On the other hand, if the diameter is too large, the turbulence of the drying medium 2 is unlikely to occur even when hot air is circulated, so that the impact force is also insufficient, and a raw material powder having a particle diameter within the intended range cannot be obtained. There is. It should be noted that it is preferable to use the same size as the drying medium 2 by forming an appropriate gap between the media,
This is desirable in promoting the movement of the media during hot air circulation.

【0036】また、乾燥メディア集積体3における乾燥
メディア2の充填深さt1は、熱風の流速に応じて、メ
ディア2の流動が過不足なく生ずる範囲にて適宜設定さ
れる。充填深さt1が大きくなり過ぎると、乾燥メディ
ア2の流動が困難となり、打撃力が不足して所期の範囲
の粒子径を有した原料粉末が得られない場合がある。ま
た、充填深さt1が小さくなり過ぎると、乾燥メディア
2が少なすぎて打撃頻度が低下し、処理能率低下につな
がる。
The filling depth t1 of the drying medium 2 in the drying medium assembly 3 is appropriately set within a range in which the flow of the medium 2 occurs without excess or shortage according to the flow rate of the hot air. If the filling depth t1 is too large, the flow of the dry medium 2 becomes difficult, and the impact power is insufficient, so that a raw material powder having a particle diameter within a desired range may not be obtained. On the other hand, if the filling depth t1 is too small, the amount of the dry medium 2 is too small, and the frequency of impact is reduced, leading to a reduction in processing efficiency.

【0037】次に、熱風の温度は、泥漿の乾燥が十分に
進み、かつ粉末に熱変質等の不具合が生じない範囲にて
適宜設定される。例えば泥漿の溶媒が水を主体とするも
のである場合、熱風温度が100℃未満になると、供給
される泥漿の乾燥が十分進まず、得られる原料粉末の水
分含有量が高くなり過ぎて凝集を起こしやすくなり、所
期の粒子径の粉末が得られなくなる場合がある。
Next, the temperature of the hot air is appropriately set within a range in which the drying of the slurry proceeds sufficiently and no problems such as thermal deterioration occur in the powder. For example, when the solvent of the slurry is mainly water, when the temperature of the hot air is lower than 100 ° C., the supplied slurry does not sufficiently dry, and the water content of the obtained raw material powder becomes too high to cause agglomeration. In some cases, powder having the desired particle size cannot be obtained.

【0038】さらに、熱風の流速は、乾燥メディア3を
回収部21へ飛ばさない範囲にて適宜設定する。流速が
小さくなり過ぎると、乾燥メディア2の流動が困難とな
り、打撃力が不足して所期の範囲の粒子径を有した原料
粉末が得られない場合がある。また、流速が大きくなり
過ぎると、乾燥メディア2が高く舞い上がり過ぎて却っ
て衝突頻度が低下し、処理能率の低下につながる。
Further, the flow velocity of the hot air is appropriately set within a range in which the drying medium 3 is not blown to the collecting section 21. If the flow velocity is too low, the flow of the drying medium 2 becomes difficult, and the impact power is insufficient, so that a raw material powder having a particle diameter within an intended range may not be obtained. On the other hand, if the flow velocity is too high, the drying medium 2 rises too high and the collision frequency is rather reduced, leading to a reduction in processing efficiency.

【0039】こうして得られた原料粉末10は、図4
(a)に示す転動造粒装置30により球状に成形され
る。転動造粒装置30は公知のものが使用でき、例えば
やや平たい円筒状をなして上面側が開放した造粒容器3
2を有し、その底部下面中央に一端がほぼ直交形態で結
合された回転軸32を介して図示しない回転駆動部によ
り回転駆動されるようになっている。
The raw material powder 10 thus obtained is shown in FIG.
The sphere is formed by the rolling granulator 30 shown in FIG. As the tumbling granulation apparatus 30, a known one can be used. For example, a granulation vessel 3 having a somewhat flat cylindrical shape and an open upper side is used.
2, which is rotatably driven by a rotation drive unit (not shown) via a rotation shaft 32 having one end coupled to the center of the bottom surface of the bottom in a substantially orthogonal manner.

【0040】そして、造粒容器32は一定の周速にて回
転駆動され、そこに原料粉末が水分(例えばスプレー噴
霧等による)とともに供給される。図4(b)に示すよ
うに、投入された原料粉末Pは、回転する造粒容器32
内に形成される傾斜した粉末層の上を転がりながら球状
に凝集して成形体Gとなる。転動造粒装置30の運転条
件は、得られる成形体Gの径が5mm以下となり、相対
密度が61%以上となるように調整される。具体的に
は、造粒容器32の回転速度は10〜200rpmにて
調整され、水分供給量は、最終的に得られる成形体中の
含水率が10〜20重量%となるように調整される。こ
の成形体Gを後述の方法により焼成すれば、直径4.5
mm以下の球状窒化珪素焼結体を得ることができる。
Then, the granulation container 32 is driven to rotate at a constant peripheral speed, and the raw material powder is supplied thereto together with water (for example, by spraying). As shown in FIG. 4 (b), the charged raw material powder P is supplied to the rotating granulation container 32.
Rolling on the inclined powder layer formed therein forms a compact G by spherical aggregation. The operating conditions of the tumbling granulator 30 are adjusted so that the diameter of the obtained compact G is 5 mm or less and the relative density is 61% or more. Specifically, the rotation speed of the granulation container 32 is adjusted at 10 to 200 rpm, and the water supply amount is adjusted so that the moisture content in the finally obtained molded body is 10 to 20% by weight. . If this formed body G is fired by the method described below, the diameter is 4.5.
mm or less can be obtained.

【0041】上記のようにして得られた成形体の焼成
は、一次焼成および二次焼成の2段階焼成によって行う
ことができる。一次焼成は、窒素を含む1〜10気圧以
下の非酸化性雰囲気下にて1900℃以下で行い、一次
焼成後の焼結体相対密度を78%以上、好ましくは90
%以上となるように行うことが望ましい。一次焼成後の
焼結体相対密度が78%未満では、二次焼成後にポア等
の欠陥が多く残る傾向があるため、好ましくない。ま
た、二次焼成は、窒素を含む10〜1000気圧の非酸
化性雰囲気にて、1600から1950℃で行うことが
できる。焼成の圧力が10気圧未満では、窒化珪素の分
解が抑えられず、この圧力が1000気圧を超える圧力
であっても何ら効果に変化はなく、また、コスト面でも
不利である。また、焼成温度が1600℃未満では、ポ
ア等の欠陥を消滅させることができず強度が低下する一
方、この温度が1950℃を越える場合には、粒成長に
よって焼結体の強度が低下するため好ましくない。
The molded body obtained as described above can be fired by two-stage firing of primary firing and secondary firing. The primary firing is performed at 1900 ° C. or less in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen at 1 to 10 atm or less, and the relative density of the sintered body after the primary firing is 78% or more, preferably 90% or more.
% Is desirable. If the relative density of the sintered body after the primary firing is less than 78%, many defects such as pores tend to remain after the secondary firing, which is not preferable. The secondary firing can be performed at 1600 to 1950 ° C. in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen at 10 to 1000 atm. If the firing pressure is less than 10 atm, decomposition of silicon nitride cannot be suppressed, and even if the pressure exceeds 1,000 atm, there is no change in the effect, and there is a disadvantage in cost. If the firing temperature is lower than 1600 ° C., defects such as pores cannot be eliminated and the strength decreases. On the other hand, if the firing temperature exceeds 1950 ° C., the strength of the sintered body decreases due to grain growth. Not preferred.

【0042】図5に示すように、上記のようにして焼結
後、表面を精密研磨したセラミックボール43を、金属
あるいはセラミック製の内輪42及び外輪41の間に組
み込めば、ボールベアリング40が得られる。ボールベ
アリング40の内輪42内面に軸SHを固定すれば、セ
ラミックボール43は、外輪41または内輪42に対し
て回転又は摺動可能に保持される。また、本発明はボー
ルベアリングに限らず、他の摺動部品、例えば図6に示
すようにセラミックタペット50等に適用することも可
能である。図6では、本発明の窒化珪素質焼結部材とし
て構成されたセラミック板53を、金属製の本体部51
の端面にろう材層52を介して接合した構造を有してい
る。セラミック板53の接合面と反対側に摺動面53a
が形成されている。この摺動面の外観色を少なくとも、
明度VSが3.0〜9.0となるように調整することと
なる。
As shown in FIG. 5, after the sintering as described above, a ceramic ball 43 whose surface is precisely polished is incorporated between an inner ring 42 and an outer ring 41 made of metal or ceramic, whereby a ball bearing 40 is obtained. Can be If the shaft SH is fixed to the inner surface of the inner ring 42 of the ball bearing 40, the ceramic ball 43 is held rotatably or slidably with respect to the outer ring 41 or the inner ring 42. Further, the present invention is not limited to the ball bearing, but can be applied to other sliding parts, for example, the ceramic tappet 50 as shown in FIG. In FIG. 6, a ceramic plate 53 configured as a silicon nitride based sintered member of the present invention is replaced with a metal main body 51.
Has a structure joined to the end face via a brazing material layer 52. A sliding surface 53a is provided on the side opposite to the joining surface of the ceramic plate 53.
Are formed. At least the appearance color of this sliding surface
The lightness VS is adjusted so as to be 3.0 to 9.0.

【0043】これらの窒化珪素質焼結体(セラミックボ
ール43,セラミック板53等)の外観色について、そ
の明度VSが3.0〜9.0となるように調整するた
め、焼結体の主成分(Si粉末)と、焼結助剤成
分(Y、Al又はMgOの各粉末)と、着
色剤成分(Ta,Co,Ti又はFeの酸化物もしくは
炭酸塩の各粉末)とを、例えば下記のように配合して焼
成することができる。 (1)93重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−1重量%Ta (2)92重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−2重量%Ta (3)93重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−1重量%CoCO (4)93.7重量%Si−3重量%Y−3
重量%Al−0.3重量%CoCO (5)93重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−1重量%TiO (6)93重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−1重量%Fe (7)93重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−0.5重量%CoCO−0.5重量%
Fe (8)93重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−0.5重量%TiO−0.5重量%F
(9)93重量%Si−3重量%Y−3重量
%Al−0.5重量%Ta−0.5重量%
Fe (10)97重量%Si−1重量%MgO−1重量%
Al−0.5重量%TiO−0.5重量%Fe
(11)96.5重量%Si−2重量%MgO−1重
量%Al−0.5重量%TiO (12)96.5重量%Si−2重量%MgO−1重
量%Al−0.5重量%Fe
In order to adjust the appearance color of these silicon nitride-based sintered bodies (ceramic balls 43, ceramic plates 53, etc.) so that the lightness VS becomes 3.0 to 9.0, the main colors of the sintered bodies are controlled. Component (Si 3 N 4 powder), sintering aid component (Y 2 O 3 , Al 2 O 3 or MgO powder), and colorant component (Ta, Co, Ti or Fe oxide or carbonate) Can be mixed and fired, for example, as described below. (1) 93 wt% Si 3 N 4 -3 wt% Y 2 O 3 -3 wt% Al 2 O 3 -1 wt% Ta 2 O 5 (2) 92 wt% Si 3 N 4 -3 wt% Y 2 O 3 -3 wt% Al 2 O 3 -2 wt% Ta 2 O 5 (3) 93 wt% Si 3 N 4 -3 wt% Y 2 O 3 -3 wt% Al 2 O 3 -1 wt% CoCO 3 (4) 93.7% by weight Si 3 N 4 -3% by weight Y 2 O 3 -3
Wt% Al 2 O 3 -0.3 wt% CoCO 3 (5) 93 wt% Si 3 N 4 -3 wt% Y 2 O 3 -3 wt% Al 2 O 3 -1 wt% TiO 2 (6) 93 Weight% Si 3 N 4 -3 weight% Y 2 O 3 -3 weight% Al 2 O 3 -1 weight% Fe 2 O 3 (7) 93 weight% Si 3 N 4 -3 weight% Y 2 O 3 -3 % By weight Al 2 O 3 -0.5% by weight CoCO 3 -0.5% by weight
Fe 2 O 3 (8) 93% by weight Si 3 N 4 -3% by weight Y 2 O 3 -3% by weight Al 2 O 3 -0.5% by weight TiO 2 -0.5% by weight F
e 2 O 3 (9) 93 wt% Si 3 N 4 -3 wt% Y 2 O 3 -3 wt% Al 2 O 3 -0.5 wt% Ta 2 O 5 -0.5 wt%
Fe 2 O 3 (10) 97% by weight Si 3 N 4 -1% by weight MgO -1% by weight
Al 2 O 3 -0.5% by weight TiO 2 -0.5% by weight Fe
2 O 3 (11) 96.5 wt% Si 3 N 4 -2 wt% MgO-1 wt% Al 2 O 3 -0.5 wt% TiO 2 (12) 96.5 wt% Si 3 N 4 -2 wt% MgO-1 wt% Al 2 O 3 -0.5 wt% Fe 2 O 3

【0044】なお、焼結体の表層部に炭素濃化層を形成
する別の方法としては、焼結体の表面を炭素成分源物質
にて覆い、その状態で加熱することにより炭素成分源物
質の炭素成分を焼結体表面に拡散させる浸炭熱処理工程
を行う方法を例示できる。この浸炭熱処理工程は、焼結
が終了した後に別途行ってもよいし、焼結を2段階にて
行う場合には、一次焼成が終了後に焼結体の表面を炭素
成分源物質により覆い、次いで浸炭熱処理を兼ねる二次
焼成を行うようにしてもよい。特に、均一でむらがな
く、かつ明度VSを前述の範囲に調整しやすい観点にお
いて、後者の工程を採用することが望ましい。なお、こ
の方法を、前記の着色剤を配合する方法と組み合わせる
ことも可能である。
As another method for forming a carbon-enriched layer on the surface layer of the sintered body, the surface of the sintered body is covered with a carbon component source material, and the sintered body is heated in that state to thereby form a carbon component source material. A method of performing a carburizing heat treatment step of diffusing the carbon component of the above into the surface of the sintered body. This carburizing heat treatment step may be performed separately after sintering is completed, or when sintering is performed in two stages, the surface of the sintered body is covered with a carbon component source material after the primary sintering is completed, Secondary baking, which also serves as a carburizing heat treatment, may be performed. In particular, it is desirable to adopt the latter step from the viewpoint of uniformity and uniformity and easy adjustment of the brightness VS to the above-mentioned range. In addition, this method can be combined with the above-described method of blending the coloring agent.

【0045】炭素成分源物質としては、黒鉛や無定形の
カーボンブラック等の炭素単体粉末を採用できるが、こ
のほかに、炭素を主体とする高分子材料粉末を使用して
もよい。炭素成分源分粉末を使用する場合は、これを単
独で、あるいは窒化硼素(BN)粉末等の助剤粉末と複
合させて有機溶媒を配合し、ペーストとする。なお、有
機溶媒としては、例えばアルコール類、ケトン類あるい
はハロゲン化炭化水素等を使用でき、特に、炭素原子数
2〜3の低分子溶媒、例えばエチルアルコール、プロピ
ルアルコール、アセトンあるいはトリクロロエタンを用
いることができる。
As the carbon component source material, a simple carbon powder such as graphite or amorphous carbon black can be employed, but a polymer material powder mainly composed of carbon may also be used. When a carbon component source powder is used, it is used alone or in combination with an auxiliary powder such as boron nitride (BN) powder to mix an organic solvent to form a paste. In addition, as the organic solvent, for example, alcohols, ketones, halogenated hydrocarbons, and the like can be used. In particular, a low-molecular solvent having 2 to 3 carbon atoms, for example, ethyl alcohol, propyl alcohol, acetone, or trichloroethane can be used. it can.

【0046】そして、このようなペーストを焼結体の表
面に塗布し、前記した浸炭熱処理を行うことで、ペース
トに含有される炭素成分源粉末からの炭素が焼成体表面
に拡散し、炭素濃化層が形成される。なお、上記のよう
なペーストを塗布する代わりに、炭素成分源分粉末を静
電粉体塗装法等により一次焼成体表面に直接堆積させる
方法もある。また、炭素成分源物質の形態は粉末状のも
のに限られないことはいうまでもなく、例えばカーボン
ファイバー等の炭素成分源繊維により一次焼成体を覆っ
てもよい。
Then, by applying such a paste to the surface of the sintered body and performing the above-mentioned carburizing heat treatment, carbon from the carbon component source powder contained in the paste is diffused to the surface of the sintered body, and the carbon concentration is increased. An oxide layer is formed. Instead of applying the above paste, there is also a method of directly depositing the carbon component source powder on the surface of the primary fired body by an electrostatic powder coating method or the like. Needless to say, the form of the carbon component source material is not limited to a powdery material, and the primary fired body may be covered with a carbon component source fiber such as carbon fiber.

【0047】上記のような炭素濃化層の色(すなわち、
炭素含有量)と厚みとは、焼結体表面を覆う炭素成分源
の量と、浸炭熱処理の温度、時間及び圧力、さらには浸
炭熱処理する焼結体の密度によっても影響を受ける。い
ずれにせよ重要な点は、炭素濃化層の表面をラマン分光
分析したときに、得られるラマン散乱スペクトルのプロ
ファイルにおいて、206±10cm−1に存在するピ
ーク(β−窒化珪素系ピーク)の強度をX1、1584
±20cm−1に存在するピーク(グラファイト系ピー
ク)の強度をX2として、X2/X1で表されるピーク
比が0.001〜0.5となるような、炭素濃化層中の
炭素含有量がごく微量となる処理条件選定することであ
る。また、最終的な炭素濃化層の外観明度VSは3.0
〜9.0の範囲内のものとなる。
The color of the carbon-enriched layer as described above (ie,
The carbon content) and the thickness are affected by the amount of the carbon component source covering the surface of the sintered body, the temperature, time and pressure of the carburizing heat treatment, and also the density of the sintered body to be carburized. In any case, what is important is that when the surface of the carbon-enriched layer is subjected to Raman spectroscopic analysis, the intensity of the peak (β-silicon nitride-based peak) existing at 206 ± 10 cm −1 in the profile of the obtained Raman scattering spectrum. X1, 1584
Assuming that the intensity of the peak (graphite peak) existing at ± 20 cm -1 is X2, the carbon content in the carbon-enriched layer is such that the peak ratio represented by X2 / X1 is 0.001 to 0.5. Is to select the processing conditions that make the amount very small. The appearance lightness VS of the final carbon-enriched layer is 3.0.
99.0.

【0048】例えば、一次焼成体の表面を炭素成分源物
質により覆い、浸炭熱処理を兼ねた二次焼成を行う場合
には、一次焼成体の密度は97%より小さく抑えておく
ことが望ましい。これは、二次焼成後の焼結体の表層部
に含まれる炭素量が多くなり、明度VSが3.0以上を
クリアできなくなる場合があるためである。また、炭素
成分源分粉末の塗布量は、炭素単体重量換算にて、一次
焼成体の単位表面積あたりに50〜800g/mとす
ることが好ましい。炭素成分源分粉末の塗布量が炭素単
体重量換算にて50g/m未満になると、焼結体表面
の色ムラが生じ欠陥の判別が困難となるとともに、焼結
体中のポアが大きくなり、かつ多くなる傾向がある。ま
た、炭素成分源分粉末の塗布量が炭素単体重量換算にて
800g/m以上になると、炭素濃化層中の炭素量が
多くなりすぎ、明度VS3.0以上を確保できなくなる
場合がある。これらの条件を採用しつつ、前述の条件に
て二次焼成を行うことで、二次焼成後の焼結体の表面に
所期の明度の炭素濃化層を形成することができる。
For example, in the case where the surface of the primary fired body is covered with the carbon component source material and the secondary firing is performed together with the carburizing heat treatment, the density of the primary fired body is desirably kept to less than 97%. This is because the amount of carbon contained in the surface layer portion of the sintered body after the secondary firing becomes large, and the brightness VS may not be able to clear 3.0 or more. Further, the coating amount of the carbon component source powder is preferably from 50 to 800 g / m 2 per unit surface area of the primary fired body in terms of the weight of carbon alone. If the coating amount of the carbon component source powder is less than 50 g / m 2 in terms of the carbon simple substance weight, color unevenness occurs on the surface of the sintered body, making it difficult to determine a defect and increasing the pores in the sintered body. , And tend to increase. Further, when the coating amount of the carbon component source powder is 800 g / m 2 or more in terms of the carbon simple substance weight, the amount of carbon in the carbon-enriched layer becomes too large, and it may be impossible to secure lightness VS of 3.0 or more. . By performing the secondary firing under the above-mentioned conditions while employing these conditions, a carbon-enriched layer having the desired brightness can be formed on the surface of the sintered body after the secondary firing.

【0049】また、ベアリングボール等の場合は、焼結
後に真球度等を向上させるために表面を精密鏡面研磨す
ることとなる。この研磨は、炭素濃化層を残留させる形
で行う場合と、内部の層が研磨面に現われるように炭素
濃化層を除去る場合との2通りがありえる。
In the case of a bearing ball or the like, the surface is precisely mirror-polished after sintering in order to improve sphericity and the like. This polishing can be performed in two ways: a case where the carbon-enriched layer is left, and a case where the carbon-enriched layer is removed so that the inner layer appears on the polished surface.

【0050】前者においては、部材表面の外観色調整の
役割を主として炭素濃化層が担うこととなる。この場
合、炭素濃化層の厚みも研磨とともに減ずることとなる
ので、研磨代を考慮して研磨前の段階にて形成すべき炭
素濃化層の厚みを十分に確保しておく必要がある。ただ
し、炭素濃化層の厚みを極度に厚くすることは、浸炭熱
処理の大幅な長大化を招くことになるので、例えば1m
m以下に留めることが望ましい。なお、炭素濃化層の厚
さは、焼結体の断面を拡大し、その厚さ方向の明度変化
から特定することが可能であるが、厳密な厚さ特定が必
要となる場合は、最表層部の明度をV0としたときに、
その明度V0が60%まで減少する深さ位置をもって炭
素濃化層の境界位置と定める。
In the former case, the carbon-concentrated layer mainly plays the role of adjusting the appearance color of the member surface. In this case, since the thickness of the carbon-enriched layer also decreases with polishing, it is necessary to secure a sufficient thickness of the carbon-enriched layer to be formed at the stage before polishing in consideration of the polishing allowance. However, if the thickness of the carbon-enriched layer is extremely increased, the carburizing heat treatment will be significantly lengthened.
m or less. Note that the thickness of the carbon-enriched layer can be determined by enlarging the cross-section of the sintered body and changing the brightness in the thickness direction. When the brightness of the surface layer is V0,
The depth position where the brightness V0 decreases to 60% is determined as the boundary position of the carbon-enriched layer.

【0051】一方、後者においては、研磨により部材表
面に現われる内部の層が部材表面の外観色調整の役割を
担うこととなる。この態様においては、炭素濃化層の役
割は以下のようになる。すなわち、上記のように炭素濃
化層と内部の層との境界を定めるとき、炭素濃化層の明
度がより小さくなるように浸炭処理を進めると、該炭素
濃化層側からの浸炭の進行により、内部の層の浸炭濃度
を均質化させることができる。そして、これを研磨によ
り表面に出すことによって、より色むらの少ない安定し
た外観色を得ることが可能となる。この場合、その研磨
後の表面においてラマン分光分析したときに、得られる
ラマン散乱スペクトルのプロファイルにおいて、前記の
X2/X1で表されるピーク比が0.001〜0.5と
なっていることが望ましく、これにより外観明度VSを
3.0〜9.0の範囲内とすることができる。
On the other hand, in the latter, an inner layer appearing on the member surface by polishing plays a role of adjusting the appearance color of the member surface. In this embodiment, the role of the carbon-enriched layer is as follows. That is, when the boundary between the carbon-enriched layer and the inner layer is determined as described above, if the carburizing treatment is performed so that the lightness of the carbon-enriched layer becomes smaller, the progress of carburization from the carbon-enriched layer side Thereby, the carburizing concentration of the inner layer can be homogenized. Then, by exposing this to the surface by polishing, it is possible to obtain a stable appearance color with less color unevenness. In this case, when Raman spectroscopic analysis is performed on the polished surface, the peak ratio represented by X2 / X1 in the profile of the obtained Raman scattering spectrum is 0.001 to 0.5. Desirably, this allows the appearance lightness VS to be in the range of 3.0 to 9.0.

【0052】ここで、炭素濃化層中の炭素は、炭素濃化
層の明度調整以外に、炭素濃化層の固体潤滑性能を高
め、部材の耐摩耗性向上に寄与する場合がある。この効
果は、炭素が特に多結晶グラファイト状態で存在する場
合に顕著となる。なお、炭素が多結晶グラファイトの形
で存在するか否かは、ラマン分光分析法により検出され
るピークが通常、1350±20cm−1、1584±
20cm−1及び2710±20cm−1の3カ所に現
われることから確認できる。
Here, the carbon in the carbon-enriched layer may contribute to improving the solid lubrication performance of the carbon-enriched layer and improving the wear resistance of the member, in addition to adjusting the lightness of the carbon-enriched layer. This effect is remarkable when carbon exists particularly in a polycrystalline graphite state. It should be noted that whether carbon is present in the form of polycrystalline graphite is usually determined by peaks detected by Raman spectroscopy at 1350 ± 20 cm −1 and 1584 ± 1 .
It can be confirmed by appearing at three places of 20 cm −1 and 2710 ± 20 cm −1 .

【0053】なお、焼結体の外観色を調整するための、
上記説明した着色剤を配合する方法及び浸炭熱処理によ
り炭素濃化層を形成する方法は、互いに単独で実施する
こともできるし、両者を複合させて実施することもでき
る。例えば着色剤配合のみで所期の表面外観色が達成さ
れる場合は炭素濃化層の形成を行う必要はもちろんない
し、逆に炭素濃化層の形成により所期の表面外観色が達
成される場合は、着色剤の配合を省略することもでき
る。また、着色剤配合により所期の表面外観色が達成さ
れる場合でも、部材表面に色むらが発生しやすい場合
は、これを防止するために浸炭熱処理による炭素濃化層
形成を複合させることが有効となる。すなわち、炭素濃
化層の形成を、色むら除去のために従属的に用いること
も可能である。
Incidentally, in order to adjust the appearance color of the sintered body,
The method of blending the coloring agent and the method of forming the carbon-concentrated layer by the carburizing heat treatment described above can be performed independently of each other, or can be performed by combining both. For example, when the desired surface appearance color is achieved only by blending the colorant, it is not necessary to form the carbon-enriched layer, and conversely, the intended surface appearance color is achieved by forming the carbon-enriched layer. In this case, the coloring agent may be omitted. Also, even when the desired surface appearance color is achieved by the colorant compounding, if color unevenness is likely to occur on the member surface, in order to prevent this, it is possible to combine the formation of a carbon-concentrated layer by carburizing heat treatment. Becomes effective. That is, it is also possible to use the formation of the carbon-concentrated layer subordinately to remove color unevenness.

【0054】また、表面のラマン分光分析を行ったとき
に、X2/X1で表される前記のピーク比が0.001
〜0.5であることは、その表面を含む部分すなわち表
層部が少なくとも、X2/X1で表されるピーク比が
0.001〜0.5となる濃度の炭素を含有しているこ
とを意味する。このことは、焼結体内部の炭素濃度を何
ら限定するものではなく、表層部よりも内部の炭素濃度
が低くなる構成、表層部と内部の炭素濃度がほぼ同じと
なる構成及び表層部よりも内部の炭素濃度が高くなる構
成のいずれであってもよいのである。例えば、焼結体の
硬度等を高める目的で最終的に得られるセラミック中の
平均炭素濃度を高くすることが考えられるが、この場合
セラミック内部の外観色は当然に暗くなる。しかし、微
量の酸素を導入する等により若干の酸化性を付与した雰
囲気にて焼結を行えば、焼結体の表層部は逆に脱炭が進
行して内部よりも炭素濃度が低くなり、結果として表層
部の明度を内部よりも高める形にて、所期の明度にこれ
を調整する方法も可能である。
When the surface was subjected to Raman spectroscopy, the peak ratio represented by X2 / X1 was 0.001
The fact that it is 0.5 means that the portion including the surface, that is, the surface layer portion contains at least the concentration of carbon at which the peak ratio represented by X2 / X1 is 0.001 to 0.5. I do. This does not limit the carbon concentration inside the sintered body at all, and the structure in which the carbon concentration in the inside is lower than the surface layer, the structure in which the carbon concentration in the surface layer and the inside are almost the same, and the surface layer Any configuration that increases the internal carbon concentration may be used. For example, it is conceivable to increase the average carbon concentration in the finally obtained ceramic for the purpose of increasing the hardness and the like of the sintered body, but in this case, the appearance color inside the ceramic naturally becomes dark. However, if sintering is performed in an atmosphere that imparts a slight oxidizing property by introducing a small amount of oxygen or the like, the surface layer of the sintered body reversely decarburizes and the carbon concentration becomes lower than the inside, As a result, it is also possible to adjust the brightness to a desired value by increasing the brightness of the surface layer from the inside.

【0055】[0055]

【実験例】本発明の効果を確認するために、以下の実験
を行った。 (実験例1)焼結体の主成分として平均粒径0.5μm
の窒化珪素(Si)粉末(窒化珪素純度90重量
%)、焼結助剤成分として平均粒径1.5μmのイット
リア(Y)粉末、平均粒径1μmのアルミナ(A
)粉末及び平均粒径0.5μmのマグネシア
(MgO)粉末を用意した。また、着色剤成分として、
Ta,Co,Ti及びFeの酸化物又は炭酸塩及び窒化
物の各粉末を準備した。そして、焼結助剤成分の合計が
酸化物換算で1〜10重量%、着色剤成分の合計が酸化
物換算で0.1〜3重量%、残余が窒化珪素成分となる
ように、試験用配合物を調製した。表1にこれら配合物
の組成及び配合量を示す。なお、番号5〜9については
着色剤成分を配合していない。
[Experimental Examples] In order to confirm the effects of the present invention, the following experiments were conducted. (Experimental example 1) As a main component of a sintered body, an average particle diameter is 0.5 μm.
Silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder (silicon nitride purity 90% by weight), yttria (Y 2 O 3 ) powder having an average particle diameter of 1.5 μm as a sintering aid component, and alumina (A) having an average particle diameter of 1 μm
1 2 O 3 ) powder and magnesia (MgO) powder having an average particle size of 0.5 μm were prepared. Also, as a colorant component,
Powders of oxides or carbonates and nitrides of Ta, Co, Ti and Fe were prepared. The test was conducted so that the total of the sintering aid components was 1 to 10% by weight in terms of oxide, the total of the colorant components was 0.1 to 3% by weight in terms of oxide, and the remainder was a silicon nitride component. A formulation was prepared. Table 1 shows the compositions and amounts of these compounds. In addition, the coloring agent components are not blended for Nos. 5 to 9.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】これらの配合物に水又は有機溶剤を加えて
ボールミルで湿式混合・粉砕を30時間行った。こうし
て得られた原料の泥漿を、図1の乾燥調整装置で乾燥さ
せて素地粉末を得た。次に、この素地粉末を水分ととも
に図4(a)に示す転動造粒装置30の造粒容器32に
いれ、球状の成形体Gを製作した。このときの造粒容器
32の回転数は、球の大きさによって5〜30rpmの
範囲で変化させた。得られた成形体を、窒素ガス1気圧
の下、1500〜1700℃で一次焼成した後、窒素ガ
ス75気圧の下、カーボン質の鞘に収納して1750℃
で二次焼成し、焼結体を得た。なお、番号5と6につい
ては、カーボン粉末(製品名:EG−120(東洋炭素
(株)製))700gに、エチルアルコール900ml
を配合・混練したペーストを用いて、前者については3
90g/m、後者については150g/mの各塗布
量となるように一次焼成後の焼結体表面にコーティング
した後、二次焼成を行った。
Water or an organic solvent was added to these compounds, and the mixture was wet-mixed and pulverized by a ball mill for 30 hours. The raw material slurry thus obtained was dried by the drying adjustment device in FIG. 1 to obtain a base powder. Next, the base powder was put into a granulating container 32 of a tumbling granulator 30 shown in FIG. The rotation speed of the granulation container 32 at this time was changed in the range of 5 to 30 rpm depending on the size of the sphere. The obtained molded body is primarily fired at 1500 to 1700 ° C. under 1 atm of nitrogen gas, and then housed in a carbonaceous sheath under 1 atm of nitrogen gas at 1750 ° C.
To obtain a sintered body. In addition, about Nos. 5 and 6, 700 g of carbon powder (product name: EG-120 (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.)) was added to 900 ml of ethyl alcohol.
Using a paste in which kneaded and kneaded
The surface of the sintered body after the primary firing was coated so as to have an application amount of 90 g / m 2 and the latter of 150 g / m 2 , respectively, and then the secondary firing was performed.

【0058】次に、焼結体の表面を鏡面研磨し、各焼結
体の研磨面の外観色を、JIS−Z8721に準拠して
作成された標準色票との目視比較により、色相、明度及
び彩度を測定した。また、各焼結体の研磨面を、10倍
から200倍の実体顕微鏡及び金属顕微鏡にて観察を行
い、金属異物及びポア等が背景母材に対して判別可能か
否か目視確認した。以上の結果を表2に示す。
Next, the surface of the sintered body was mirror-polished, and the appearance color of the polished surface of each sintered body was visually compared with a standard color chart prepared in accordance with JIS-Z8721. And chroma. Further, the polished surface of each sintered body was observed with a stereoscopic microscope and a metallographic microscope of 10 to 200 times magnification, and it was visually confirmed whether or not metal foreign matter, pores, and the like could be distinguished from the background base material. Table 2 shows the above results.

【0059】[0059]

【表2】 [Table 2]

【0060】さらに、表2の試料番号5の焼結体につい
て、研磨面で観察された金属異物及び内部ポアの拡大写
真を図7に示す。金属異物(同図(a))は黒色に近い
外観色にて観察され、また内部ポア(同図(b))は白
色に近い外観色にて観察される。しかし、試料番号5の
背景部分の外観明度VSが6.0であるため、背景色が
それらの中間色に近くなり、これとは異なる外観色を呈
する金属異物及び内部ポアのいずれに対しても明確なコ
ントラストが生ずる。したがって、実体顕微鏡あるいは
金属顕微鏡の偏向観察等により金属異物及びポア等は容
易に判別検査することができるようになる。なお、図7
(c)は、表2に示される試料番号3,5,8,10,
12の焼結体の外観色を表す拡大写真である。色は以下
の通りである。 番号3:明度4、無彩色 番号5:明度6、無彩色 番号8:明度8.5、無彩色 番号10:色相5PB、明度4、彩度1 番号12:色相5Y、明度6、彩度3
Further, FIG. 7 shows an enlarged photograph of metal foreign matters and internal pores observed on the polished surface of the sintered body of sample No. 5 in Table 2. Metallic foreign matter (FIG. (A)) is observed with an appearance color close to black, and internal pores (FIG. (B)) are observed with an appearance color close to white. However, since the appearance lightness VS of the background portion of Sample No. 5 was 6.0, the background color was close to the intermediate color between them, and it was clear for both the metallic foreign matter and the internal pores having different appearance colors. High contrast occurs. Therefore, it is possible to easily discriminate and inspect metal foreign matter, pores, and the like by deflection observation of a stereoscopic microscope or a metallographic microscope. FIG.
(C) shows sample numbers 3, 5, 8, 10, and 10 shown in Table 2.
12 is an enlarged photograph showing the appearance color of a sintered body No. 12. The colors are as follows: No. 3: Lightness 4, achromatic color No. 5: Lightness 6, achromatic color No. 8: Lightness 8.5, achromatic color No. 10: Hue 5PB, lightness 4, saturation 1 No. 12: Hue 5Y, lightness 6, saturation 3

【0061】このように、表1、表2及び図7から、T
a、Co、Ti及びFeから選ばれる着色剤成分の合計
が酸化物換算で0.1〜3重量%の範囲において、焼結
体の研磨面の明度VSが3.0〜9.0となり、金属異
物及びポア等の検出が可能であることがわかる。
As described above, from Tables 1 and 2 and FIG.
When the total of the colorant components selected from a, Co, Ti and Fe is in the range of 0.1 to 3% by weight in terms of oxide, the lightness VS of the polished surface of the sintered body becomes 3.0 to 9.0, It can be seen that detection of metal foreign matter and pores is possible.

【0062】(実験例2)原料粉末として、平均粒径
0.7μmの窒化珪素粉末(窒化珪素純度99.1重量
%)を94重量%と、平均粒径1.5μmのY
末3重量%、平均粒径1μmのAl粉末3重量%
を配合し、水を用いてボールミルによる混合・粉砕を3
0時間行い、図1に示す装置を用いて乾燥させることに
より素地粉末を得た。次いで、素地粉末を図4に示す転
動造粒法にて成型し、球状の成形体Gを製作した。な
お、造粒容器32の回転数は、球の大きさによって5〜
30rpmの範囲で変化させた。また、成形体は各条件
につき100個ずつ作成したが、その数量の1割(10
個)のものに、200μm程度のステンレス片および5
00μm程度の樹脂製ビーズを埋め込み、故意的に異物
を導入した。
(Experimental Example 2) As a raw material powder, 94% by weight of silicon nitride powder having an average particle diameter of 0.7 μm (purity of silicon nitride: 99.1% by weight) and Y 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1.5 μm were used. 3% by weight, Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1 μm 3% by weight
Is mixed and pulverized with water using a ball mill.
This was performed for 0 hour, and dried using the apparatus shown in FIG. 1 to obtain a base powder. Next, the base powder was molded by the rolling granulation method shown in FIG. The number of rotations of the granulation container 32 is 5 to 5 depending on the size of the sphere.
It was changed in the range of 30 rpm. In addition, 100 compacts were prepared for each condition, but 10% (10
Pieces), a stainless steel piece of about 200 μm and 5
Resin beads having a size of about 00 μm were embedded, and foreign substances were intentionally introduced.

【0063】得られた成形体を、窒素ガス1気圧の下、
1700℃で一次焼成した後、アルキメデス法により密
度を測定した。次いで、カーボン粉末(製品名:EG−
120(東洋炭素(株)製))700gに、エチルアル
コール900mlを配合・混練したペーストを用いて、
各種の塗布量となるように一次焼成後の焼結体表面にコ
ーティングし、これをカーボン質の鞘に収納して、窒素
ガス75気圧の下、1750℃で二次焼成した。得られ
た焼結体は、再びアルキメデス法により、密度を測定し
たところ、全て99%以上となっていた。
The obtained molded body was placed under one atmosphere of nitrogen gas.
After primary firing at 1700 ° C., the density was measured by the Archimedes method. Then, carbon powder (product name: EG-
Using a paste obtained by mixing and kneading 900 ml of ethyl alcohol with 700 g of 120 (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.),
The surface of the sintered body after the primary firing was coated so as to have various coating amounts, and this was housed in a carbon sheath, and then fired at 1750 ° C. under 75 atm of nitrogen gas. When the density of the obtained sintered body was measured again by the Archimedes method, it was found to be 99% or more in all cases.

【0064】次に、焼結体の表面を鏡面研磨し、ポア観
察を顕微鏡および走査型電子顕微鏡(SEM)にて行
い、1mm当たりの最大ポアの径を10カ所測定し
た。最大ポアが3μm以上の場合に不可(×)、それ以
下の場合に可(○)とした。他方、研磨後の焼結体表面
を、ラマン分光分析器(フランスISA社製、Labr
am、Arレーザー(波長:514.5nm)、スポッ
ト径10μm)を用いて、206±10cm−1のピー
ク強度(β−窒化珪素系ピーク強度)X1と、1584
±20cm−1のピーク強度(グラファイト系ピーク強
度)X2との比(X2/X1)を求めた。
Next, the surface of the sintered body was mirror-polished, and pore observation was performed with a microscope and a scanning electron microscope (SEM), and the diameter of the maximum pore per 1 mm 2 was measured at 10 places. When the maximum pore size was 3 μm or more, it was judged as unacceptable (x), and when it was less than 3 μm, it was judged as acceptable (o). On the other hand, the surface of the sintered body after polishing is treated with a Raman spectrometer (Labr, manufactured by ISA of France, Labr.
am, an Ar laser (wavelength: 514.5 nm), spot diameter 10 μm), a peak intensity (β-silicon nitride-based peak intensity) X1 of 206 ± 10 cm −1 and 1584.
The ratio (X2 / X1) to the peak intensity (graphite peak intensity) X2 of ± 20 cm −1 was determined.

【0065】なお、図8(a)は、試料番号5のラマン
散乱スペクトルのプロファイルを示し、(b)は206
±10cm−1のピーク(β−窒化珪素系ピーク)付近
を、(c)は1584±20cm−1のピーク(グラフ
ァイト系ピーク)付近を、それぞれ拡大して示すもので
ある。なお、ピーク高さ、得られたスペクトルプロファ
イルはデジタルローパスフィルタ処理により波長300
cm−1以下の成分をカットしてバックグラウンド曲線
を生成し、そのバックグラウンド曲線からの突出高さに
て求めている。
FIG. 8A shows the profile of the Raman scattering spectrum of Sample No. 5, and FIG.
The peak near ± 10 cm −1 (β-silicon nitride-based peak) and the peak near 1584 ± 20 cm −1 (graphite-based peak) are enlarged and shown, respectively. Note that the peak height and the obtained spectrum profile were converted to a wavelength of 300 by digital low-pass filter processing.
A component below cm −1 is cut to generate a background curve, and the height is calculated from the height of protrusion from the background curve.

【0066】また、各焼結体の研磨面の外観色を、JI
S−Z8721に準拠して作成された標準色票との目視
比較により、色相、明度及び彩度を測定した。また、各
焼結体の研磨面を、10倍から200倍の実体顕微鏡及
び金属顕微鏡にて観察を行い、故意的に導入した異物が
正確に確認できた割合(10個全てが確認できれば10
0%である)を求めた。また、ポアについては、全数量
中にてポアが目視確認できたものの割合を求めた。以上
の結果を表3に示す。
The appearance color of the polished surface of each sintered body was determined by JI
Hue, lightness, and chroma were measured by visual comparison with a standard color chart prepared based on S-Z8721. Further, the polished surface of each sintered body was observed with a stereoscopic microscope and a metallographic microscope at a magnification of 10 to 200 times, and the ratio of intentionally introduced foreign matter was accurately confirmed (10% if all 10 were confirmed).
0%). As for the pores, the proportion of the pores that could be visually confirmed in all the quantities was determined. Table 3 shows the above results.

【0067】[0067]

【表3】 [Table 3]

【0068】このように、ラマン強度比X2/X1が
0.001〜0.5の範囲にて、焼結体の研磨面の明度
VSが3.0〜9.0となり、異物あるいはポアの検出
も正確に行うことができていることがわかる。
As described above, when the Raman intensity ratio X2 / X1 is in the range of 0.001 to 0.5, the brightness VS of the polished surface of the sintered body becomes 3.0 to 9.0, and the detection of foreign matter or pores It can be seen that the operation can be performed accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】原料粉末の製造装置の一例を概念的に示す縦断
面図。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view conceptually showing an example of an apparatus for producing a raw material powder.

【図2】図1の装置の作用説明図FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. 1;

【図3】図2に続く作用説明図。FIG. 3 is an operation explanatory view following FIG. 2;

【図4】転動造粒装置の斜視図及び作用説明図。FIG. 4 is a perspective view and an operation explanatory view of a rolling granulator.

【図5】本発明のセラミックボールを用いたボールベア
リングの模式図。
FIG. 5 is a schematic view of a ball bearing using the ceramic ball of the present invention.

【図6】本発明の窒化珪素質焼結体として構成されたセ
ラミック板を用いたタペットの一例を示す正面図。
FIG. 6 is a front view showing an example of a tappet using a ceramic plate configured as a silicon nitride-based sintered body of the present invention.

【図7】実験例1の試料番号5の研磨面で観察された金
属異物及び内部ポアの拡大写真、並びに試料番号3,
5,8,10,12の焼結体の外観色を表す拡大写真。
FIG. 7 is an enlarged photograph of metal foreign matter and internal pores observed on the polished surface of Sample No. 5 of Experimental Example 1;
The enlarged photograph showing the appearance color of 5, 8, 10, and 12 sintered compacts.

【図8】実験例2における試料番号5のラマン散乱スペ
クトルのプロファイル。
FIG. 8 is a profile of a Raman scattering spectrum of Sample No. 5 in Experimental Example 2.

【図9】プレスによる球状成形体の製造方法の例を示す
工程説明図。
FIG. 9 is a process explanatory view showing an example of a method for producing a spherical molded body by pressing.

【符号の説明】 40 ボールベアリング 43 セラミックボール(窒化珪素質焼結部材) 50 タペット 53 セラミック板(窒化珪素質焼結部材)[Description of References] 40 Ball bearing 43 Ceramic ball (silicon nitride sintered member) 50 Tappet 53 Ceramic plate (silicon nitride sintered member)

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化珪素を主成分に構成され、かつJI
S−Z8721に規定された色の表示方法における明度
をVSとしたときに、少なくとも表面の外観明度VSが
3.0〜9.0となっていることを特徴とする窒化珪素
質焼結部材。
1. A semiconductor comprising silicon nitride as a main component and JI
A silicon nitride based sintered member characterized in that at least the surface appearance lightness VS is 3.0 to 9.0 when the lightness in the color display method defined in S-Z8721 is VS.
【請求項2】 JIS−Z8721に規定された色の表
示方法における彩度をCSとしたときに、少なくとも表
面の外観彩度CSが3.0以下となっている請求項1記
載の窒化珪素質焼結部材。
2. The silicon nitride material according to claim 1, wherein, when the saturation in the color display method defined in JIS-Z8721 is CS, at least the surface appearance saturation CS is 3.0 or less. Sintered members.
【請求項3】 部材表面が鏡面研磨面とされている請求
項1又は2に記載の窒化珪素質焼結部材。
3. The silicon nitride based sintered member according to claim 1, wherein the member surface is a mirror-polished surface.
【請求項4】 前記鏡面研磨面の算術平均粗さRaが
0.10μm以下である請求項3記載の窒化珪素質焼結
部材。
4. The silicon nitride sintered member according to claim 3, wherein said mirror-polished surface has an arithmetic average roughness Ra of 0.10 μm or less.
【請求項5】 少なくとも表層部において、遷移金属カ
チオンが0.1〜3重量%の範囲にて含有されている請
求項1ないし4のいずれかに記載の窒化珪素質焼結部
材。
5. The silicon nitride based sintered member according to claim 1, wherein at least a surface layer portion contains transition metal cations in a range of 0.1 to 3% by weight.
【請求項6】 前記遷移金属カチオンは、Ta、Co、
Ti及びFeから選ばれる1種又は2種以上のイオンを
含有するものである請求項5記載の窒化珪素質焼結部
材。
6. The transition metal cation is Ta, Co,
6. The silicon nitride based sintered member according to claim 5, wherein the silicon nitride based sintered member contains one or more ions selected from Ti and Fe.
【請求項7】 Ta、Co、Ti及びFeから選ばれる
1種又は2種以上を、TaはTa換算にて、Co
はCoO換算にて、TiはTiO換算にて、FeはF
換算にて、合計で0.1〜3重量%の範囲で含
有する請求項6記載の窒化珪素質焼結部材。
7. One or more kinds selected from Ta, Co, Ti and Fe, and Ta is Co in terms of Ta 2 O 5.
Is converted to CoO, Ti is converted to TiO 2 , and Fe is F
At e 2 O 3 in terms of, silicon nitride sintered member according to claim 6 wherein the content in the range of 0.1 to 3 wt% in total.
【請求項8】 着色成分として窒化チタンを含有する請
求項1ないし7のいずれかに記載の窒化珪素質焼結部
材。
8. The silicon nitride based sintered member according to claim 1, further comprising titanium nitride as a coloring component.
【請求項9】 焼結体表層部に、内層部よりも炭素濃度
の高い炭素濃化層が形成されている請求項1ないし8の
いずれかに記載の窒化珪素質焼結部材。
9. The silicon nitride-based sintered member according to claim 1, wherein a carbon-enriched layer having a higher carbon concentration than the inner layer is formed on the surface layer of the sintered body.
【請求項10】 部材表面のラマン分光分析を行ったと
きに、206±10cm−1に存在するピークの強度を
X1、1584±20cm−1に存在するピークの強度
をX2として、X2/X1で表されるピーク比が0.0
01〜0.5である請求項1ないし9のいずれかに記載
の窒化珪素質焼結部材。
10. When Raman spectroscopic analysis of the member surface is performed, the intensity of a peak existing at 206 ± 10 cm −1 is defined as X1, and the intensity of a peak existing at 1584 ± 20 cm −1 is defined as X2, where X2 / X1. The peak ratio expressed is 0.0
The silicon nitride-based sintered member according to any one of claims 1 to 9, wherein the number is from 01 to 0.5.
【請求項11】 請求項1ないし10のいずれかに記載
の窒化珪素質焼結部材として構成されたことを特徴とす
るセラミックボール。
11. A ceramic ball formed as the silicon nitride-based sintered member according to any one of claims 1 to 10.
【請求項12】 請求項11に記載のセラミックボール
を、金属あるいはセラミック製の内輪及び外輪の間に組
み込んだことを特徴とするボールベアリング。
12. A ball bearing wherein the ceramic ball according to claim 11 is incorporated between an inner ring and an outer ring made of metal or ceramic.
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