JP2005179176A - Molten-metal-resistant member and method for manufacturing the same - Google Patents

Molten-metal-resistant member and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems that cracks and fissures are liable to occur due to repeated use when a member to be exposed to molten metal is formed of a silicon nitride and that the oxide, dust, etc., in the metal element in the molten metal are liable to stick when the silicon nitride is used as a member to be immersed with the molten metal. <P>SOLUTION: The molten-metal-resistant member comprises a silicon nitride-based sintered material having crystals of the silicon nitride and a grain boundary layer containing at least one of a metal element of ≥1,000°C in melting point, wherein the concentration of the metal silicide on the surface of the silicon nitride-based sintered material is made lower than that of the interior thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、熱的特性と機械的特性に優れ、溶融金属中への不純物の混入を抑制したり、溶融金属の付着を抑制したりできる窒化珪素質焼結体からなる耐溶融金属用部材、特に金属溶湯用部材、例えばアルミニウム、亜鉛、銅およびこれらの各金属の合金の溶湯に直接浸漬することができる金属溶湯用部材、溶接用部材、例えば溶接用ノズルに関する。また、この耐溶融金属用部材の製造方法に関する。   The present invention is an excellent member for a molten metal comprising a silicon nitride-based sintered body that is excellent in thermal properties and mechanical properties, can suppress the mixing of impurities into the molten metal, or can suppress adhesion of the molten metal, In particular, the present invention relates to a member for molten metal, for example, a member for molten metal that can be directly immersed in a molten metal of aluminum, zinc, copper and alloys of these metals, a member for welding, for example, a nozzle for welding. Moreover, it is related with the manufacturing method of this member for molten metal.

従来より、各金属の合金の溶湯に直接浸漬する金属溶湯用部材や、溶接用ノズル等の溶接用部材等の耐溶融金属用部材として窒化珪素質焼結体やサイアロン系セラミックスが用いられている。   Conventionally, silicon nitride-based sintered bodies and sialon-based ceramics have been used as members for molten metal such as members for molten metal that are directly immersed in molten metal alloys and welding members such as welding nozzles. .

このような耐溶融金属用部材として、特許文献1には、内部が周期律表第3族元素酸化物および酸化アルミニウムを含有するサイアロン系セラミック焼結体であって、表面層がBN−SiO−Al−Yからなり、金属溶湯の温度を測定するための熱電対保護管が記載されている。この熱電対保護管は、サイアロン系セラミックスの前駆体である成形体表面にBN粉末とSiO粉末を塗布後、焼成することにより製造されている。また、特許文献2には、その表面のAl濃度が内部のAl濃度より高い表面層が形成されている窒化珪素質焼結体およびこれを用いた金属溶湯用部材と、Y濃度が内部よりもその表面において低く、Y以外の希土類元素の濃度がその内部よりも表面において高い窒化珪素質焼結体およびこれを用いた金属溶湯用部材とが記載されている。特許文献2の金属溶湯用部材は、窒化珪素質焼結体の前駆体である成形体に多量の酸化アルミニウムを含む粉体や、多量の酸化セリウムを含む粉末を塗布後、焼成することにより製造されている。さらに、特許文献3には、Al溶湯に直接浸漬する溶湯用部材として、窒化珪素粉末、酸化アルミニウム粉末および酸化マグネシウム粉末を含む混合物を成形、焼成することにより得られたMgを含有する窒化珪素質焼結体を用いることが提案されている。 As such a member for molten metal, Patent Document 1 discloses that a sialon-based ceramic sintered body containing a Group 3 element oxide and aluminum oxide in the periodic table and having a surface layer of BN—SiO 2. consists -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 , thermocouple protective tube for measuring the temperature of molten metal is described. This thermocouple protective tube is manufactured by applying BN powder and SiO 2 powder to the surface of a molded body, which is a precursor of sialon-based ceramics, and then firing. Further, Patent Document 2 discloses a silicon nitride sintered body in which a surface layer having a surface Al concentration higher than the internal Al concentration, a member for a molten metal using the same, and a Y concentration higher than the internal concentration. A silicon nitride sintered body that is low on the surface and has a higher concentration of rare earth elements other than Y on the surface than the inside thereof, and a member for molten metal using the same are described. The member for molten metal disclosed in Patent Document 2 is manufactured by applying a powder containing a large amount of aluminum oxide or a powder containing a large amount of cerium oxide to a molded body that is a precursor of a silicon nitride sintered body, followed by firing. Has been. Further, Patent Document 3 discloses a silicon nitride material containing Mg obtained by molding and firing a mixture containing silicon nitride powder, aluminum oxide powder and magnesium oxide powder as a member for molten metal to be directly immersed in Al molten metal. It has been proposed to use a sintered body.

このような耐溶融金属用部材には、高い耐熱衝撃性、金属溶湯への高い耐浸食性、さらには溶湯中に混在する不純物やゴミが固着しにくいことが求められ、これらの部材として用いられる窒化珪素質焼結体として、特許文献4には不純物としてFeを含み、さらにWを少量添加することにより、高強度で特性のばらつきを抑制した窒化珪素質焼結体が、また、特許文献5にはW、Mo、Cu、Mn、FeおよびNbのうち少なくとも1種の金属珪化物の結晶粒子を粒界層に分散させてなる窒化珪素質焼結体が、さらに、特許文献6には高融点金属−Fe−Si−Oからなる化合物を粒界層に形成させた窒化珪素質焼結体が記載されている。さらに、特許文献7には粒界層にW、Fe等の珪化物、Ti化合物(窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物)からなる粒子を含有し、W、Fe等の珪化物をTi化合物の周囲に凝集させた窒化珪素質焼結体がそれぞれ提案されている。
特開昭63−11574号公報 特開平8−73286号公報 特開平6−322457号公報 特開平5−148031号公報 特開2001−206774号公報 特開2001−106576号公報 特開平11−267538号公報
Such a member for molten metal is required to have high thermal shock resistance, high erosion resistance to molten metal, and to prevent impurities and dust mixed in the molten metal from being fixed, and is used as these members. As a silicon nitride-based sintered body, Patent Document 4 discloses a silicon nitride-based sintered body that contains Fe as an impurity and further suppresses variation in characteristics by adding a small amount of W. A silicon nitride sintered body in which crystal grains of at least one metal silicide of W, Mo, Cu, Mn, Fe and Nb are dispersed in a grain boundary layer is further disclosed in Patent Document 6. A silicon nitride-based sintered body is described in which a compound composed of a melting point metal—Fe—Si—O is formed in a grain boundary layer. Further, Patent Document 7 contains particles made of silicides such as W and Fe and Ti compounds (nitrides, carbonitrides, carbonitrides) in the grain boundary layer, and silicides such as W and Fe are converted into Ti compounds. A silicon nitride-based sintered body aggregated around each of the above has been proposed.
JP 63-11574 A JP-A-8-73286 JP-A-6-322457 Japanese Patent Laid-Open No. 5-148031 JP 2001-206774 A JP 2001-106576 A JP-A-11-267538

しかし、従来の耐溶融金属用部材として用いられる窒化珪素質焼結体には種々の問題点があった。   However, the silicon nitride sintered body used as a conventional member for molten metal has various problems.

上記特許文献1〜3の耐溶融金属用部材は、部材の表面にBNを塗布するとBNが脱離して金属溶湯に混入し、金属溶湯を用いて鋳造される金属の品質が低下するという問題があった。表面にAl化合物が多い部材をAl溶接用のノズルとして用いると、ノズルにAlが固着して溶接の精度が低下したりノズルが使用不能になったりするという問題があった。   The members for molten metal of Patent Documents 1 to 3 have a problem that when BN is applied to the surface of the member, BN is detached and mixed into the molten metal, and the quality of the metal cast using the molten metal is deteriorated. there were. When a member having a large amount of Al compound on the surface is used as a nozzle for Al welding, there is a problem that Al adheres to the nozzle and welding accuracy is lowered or the nozzle becomes unusable.

また、粒界層にMg化合物を多く含有する部材は、Pb、Cu、Mg、Zn、Sn等の溶湯とMg化合物が反応し、この反応によって、例えばAl溶湯の場合は酸化アルミニウムやAlなどの固着物が部材表面に固着するため、部材の寿命が短くなるという問題があった。   In addition, a member containing a large amount of Mg compound in the grain boundary layer reacts with molten Mg such as Pb, Cu, Mg, Zn, Sn and Mg compound. By this reaction, for example, in the case of Al molten metal, aluminum oxide, Al, etc. There is a problem that the life of the member is shortened because the fixed object is fixed to the surface of the member.

そのため、特許文献1〜3に記載されている以外の方法で、溶融金属への不純物の混入を抑制したり、溶融金属との反応を抑制したりすることが求められていた。   For this reason, it has been demanded to suppress the mixing of impurities into the molten metal or to suppress the reaction with the molten metal by a method other than those described in Patent Documents 1 to 3.

しかし、溶融金属との反応を抑制するための層(BN層やAl層等)を設けていない特許文献4〜7の窒化珪素質焼結体を耐溶融金属用部材、例えば金属溶湯用部材として用いた場合には、粒界層に存在する金属珪化物等の金属化合物に含まれる金属成分(Fe、W等)が、焼成中に表面の粒界層に拡散、移動しやすいため、この金属化合物が部材の内部より表面側に多く存在し、金属化合物の濃度勾配ができる。この金属化合物は窒化珪素の結晶に比べて金属溶湯と化学反応を起こしやすいため、金属溶湯と表面側の金属化合物が反応し、金属溶湯中に金属化合物が不純物となって多く混入することとなる。その結果、金属溶湯によって鋳造される金属の品質が低下するという問題があった。   However, the silicon nitride-based sintered bodies of Patent Documents 4 to 7 that are not provided with a layer (BN layer, Al layer, etc.) for suppressing reaction with the molten metal are used as a member for molten metal, for example, a member for molten metal. When used, the metal component (Fe, W, etc.) contained in the metal compound such as metal silicide existing in the grain boundary layer easily diffuses and moves to the grain boundary layer on the surface during firing. A large amount of the compound exists on the surface side from the inside of the member, and a concentration gradient of the metal compound is generated. Since this metal compound is more likely to cause a chemical reaction with the molten metal than silicon nitride crystals, the molten metal reacts with the metal compound on the surface side, and the metal compound becomes a large amount of impurities as an impurity in the molten metal. . As a result, there is a problem that the quality of the metal cast by the molten metal is deteriorated.

また、例えば溶接用ノズルとして用いた場合にも同様に、粒界層に存在する金属珪化物等が部材の表面に多く存在するため、溶融金属と反応してノズルに溶融金属が付着し、付着した金属が堆積して繰返しの使用にともなって溶接用ノズルが使用不能になるという問題があった。   Similarly, when used as a welding nozzle, for example, there are many metal silicides present in the grain boundary layer on the surface of the member, so that the molten metal reacts with the molten metal and adheres to the nozzle. There is a problem that the weld nozzle becomes unusable with repeated use due to the accumulated metal.

また、特許文献5〜7の窒化珪素質焼結体は、金属珪化物の原料である複数の金属化合物のみを製造過程で予備混合せずに製造されていたため、その粒界層にはFe珪化物やW珪化物等の珪化物が単独で存在していた。この窒化珪素質焼結体を耐溶融金属用部材として用いた場合、部材の表面に複数の金属珪化物が単独で多く存在することとなり、これら金属珪化物に機械的応力や熱応力が集中しやすく、この単独の金属珪化物が破壊源となって窒化珪素質の結晶と金属珪化物との間に亀裂が生じ、その結果、機械的強度が低下するという問題点や耐熱衝撃性が低下するという問題点も有していた。   In addition, since the silicon nitride sintered bodies of Patent Documents 5 to 7 were manufactured without premixing only a plurality of metal compounds as raw materials of metal silicide in the manufacturing process, Fe silicide is formed in the grain boundary layer. And silicide such as W silicide existed alone. When this silicon nitride sintered body is used as a member for molten metal, a large number of metal silicides exist on the surface of the member alone, and mechanical stress and thermal stress are concentrated on these metal silicides. This single metal silicide is a failure source, causing cracks between the silicon nitride crystal and the metal silicide, resulting in a decrease in mechanical strength and thermal shock resistance. It also had the problem of.

本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、機械的特性及び熱的特性、特に機械的強度及び耐熱衝撃性を向上させ、溶融金属中への不純物の混入を抑制したり、溶融金属の付着を抑制したりできる窒化珪素質焼結体からなる耐溶融金属用部材およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and improves mechanical characteristics and thermal characteristics, in particular mechanical strength and thermal shock resistance, and suppresses the incorporation of impurities into the molten metal. An object of the present invention is to provide a member for a molten metal made of a silicon nitride-based sintered body capable of suppressing adhesion of molten metal and a method for producing the member.

本発明の耐溶融金属用部材は、窒化珪素の結晶と、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素からなる金属珪化物を含む粒界層とを有した窒化珪素質焼結体からなる耐溶融金属用部材であって、前記窒化珪素質焼結体の表面における金属珪化物の濃度が内部より低いことを特徴とする。   The member for molten metal of the present invention comprises a silicon nitride sintered body having a silicon nitride crystal and a grain boundary layer containing a metal silicide composed of at least one metal element having a melting point of 1000 ° C. or higher. It is a member for molten metal, wherein the concentration of metal silicide on the surface of the silicon nitride sintered body is lower than the inside.

前記金属元素がFe、Cuのうち少なくとも1つであることを特徴とする。   The metal element is at least one of Fe and Cu.

前記金属珪化物をFe、Cuの合計換算で0.01〜10質量%含有することを特徴とする。   The metal silicide is contained in an amount of 0.01 to 10% by mass in terms of total Fe and Cu.

前記窒化珪素質焼結体の表面における金属珪化物の濃度が内部に比べて1/2以下であることを特徴とする。   The concentration of the metal silicide on the surface of the silicon nitride sintered body is ½ or less compared to the inside.

前記粒界層に周期律表第3族元素(RE)、AlおよびOからなる非晶質相を含有することを特徴とする。   The grain boundary layer contains an amorphous phase composed of Group 3 elements (RE), Al and O in the periodic table.

前記REがY、Er、Yb、Luのうち少なくとも1種であることを特徴とする。   The RE is at least one of Y, Er, Yb, and Lu.

前記粒界層に含まれるSiとREの比率が、SiO/REのモル比換算で0.2〜10であることを特徴とする。 The ratio of Si and RE contained in the grain boundary layer is 0.2 to 10 in terms of a molar ratio of SiO 2 / RE 2 O 3 .

前記粒界層に含まれるAlとREの比率が、Al/REのモル比換算で0.2〜5であることを特徴とする。 The ratio of Al and RE contained in the grain boundary layer is 0.2 to 5 in terms of a molar ratio of Al 2 O 3 / RE 2 O 3 .

前記窒化珪素の結晶が針状結晶からなり、該針状結晶の長径の平均粒径が30μm以下、前記針状結晶の短径の平均粒径が2μm以下であることを特徴とする。   The silicon nitride crystal is a needle crystal, and the needle crystal has a major axis having an average diameter of 30 μm or less and a needle crystal having a minor axis of 2 μm or less.

前記金属珪化物が、Fe、Cuのうち少なくとも1つを含む第1金属珪化物およびW、Moのうち少なくとも1つを含む第2金属珪化物を含有し、第1金属珪化物および第2金属珪化物が互いに接する隣接相を形成することを特徴とする。   The metal silicide contains a first metal silicide containing at least one of Fe and Cu and a second metal silicide containing at least one of W and Mo, and the first metal silicide and the second metal The silicide is characterized by forming adjacent phases in contact with each other.

本発明の耐溶融金属用部材の製造方法は、上記のいずれかに記載の耐溶融金属用部材の製造方法であって、所定の原料粉末を成形し、焼成した後、得られた焼結体をpH3以下の水溶液に浸漬するか、またはハロゲン化物からなる気体に暴露することを特徴とする。   The method for producing a member for molten metal according to the present invention is a method for producing a member for molten metal according to any one of the above, and the sintered body obtained after molding and firing a predetermined raw material powder Is immersed in an aqueous solution having a pH of 3 or less, or exposed to a gas comprising a halide.

本発明の耐溶融金属用部材によれば、窒化珪素の結晶と、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素からなる金属珪化物を含む粒界層とを有する窒化珪素質焼結体からなり、窒化珪素質焼結体の表面における金属珪化物の濃度が内部より低いため、耐熱性と機械的特性に優れ、溶融金属に曝された場合に、溶融金属が付着しにくく、かつ溶融金属への不純物の混入を抑制できるものとすることができる。   According to the member for a fusion resistant metal of the present invention, from a silicon nitride sintered body having a silicon nitride crystal and a grain boundary layer including a metal silicide composed of at least one metal element having a melting point of 1000 ° C. or higher. Since the concentration of the metal silicide on the surface of the silicon nitride sintered body is lower than the inside, it has excellent heat resistance and mechanical properties, and when exposed to molten metal, the molten metal is difficult to adhere and the molten metal It is possible to prevent contamination of impurities.

また、前記金属元素をFe、Cuのうち少なくとも1つとすることによって、機械的応力や熱応力によって耐溶融金属用部材全体に大きな歪が生じた場合でも粒界層での亀裂の発生を抑制でき、その結果耐溶融金属用部材が割れることを抑制することができる。   In addition, by using at least one of Fe and Cu as the metal element, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the grain boundary layer even when a large strain is generated in the entire member for molten metal due to mechanical stress or thermal stress. As a result, the molten metal member can be prevented from cracking.

さらに、前記金属珪化物をFe、Cuの合計換算で0.01〜10質量%含有することによって、より高温においても粒界層の破壊靱性を高くすることができるので、より一層高温で熱応力がかかった場合でも、耐溶融金属用部材が割れることを抑制することができる。   Furthermore, by containing 0.01 to 10% by mass of the metal silicide in terms of the total of Fe and Cu, the fracture toughness of the grain boundary layer can be increased even at higher temperatures. Even when applied, it is possible to prevent the molten metal member from cracking.

前記窒化珪素質焼結体の表面における金属珪化物の濃度を内部に比べて1/2以下とすることによって、溶融金属に曝された場合、さらに溶融金属が付着しにくく、溶融金属への不純物の混入をさらに抑制できる耐食性部材とすることができる。   When the concentration of the metal silicide on the surface of the silicon nitride sintered body is ½ or less compared to the inside, when exposed to molten metal, the molten metal is more difficult to adhere and impurities to the molten metal It can be set as the corrosion-resistant member which can further suppress mixing.

前記粒界層に周期律表第3族元素(RE)、AlおよびOからなる非晶質相を含有することによって、焼成中に液相が低温で生成するので、窒化珪素の結晶が微細で粒径が揃ったものとなり、その結果さらに耐熱衝撃性に優れ、機械的強度の高い耐溶融金属用部材を得ることができる。   By containing an amorphous phase composed of Group 3 elements (RE), Al and O in the periodic table in the grain boundary layer, a liquid phase is generated at a low temperature during firing, so that the crystal of silicon nitride is fine. As a result, it is possible to obtain a member for a molten metal having excellent thermal shock resistance and high mechanical strength.

前記REがY、Er、Yb、Luのうち少なくとも1種とすることによって、高温においても機械的強度を向上させることができる。   When the RE is at least one of Y, Er, Yb, and Lu, the mechanical strength can be improved even at a high temperature.

前記粒界層に含まれるSiとREの比率を、SiO/REのモル比換算で0.2〜10とすることによって耐溶融金属用部材の機械的特性をさらに向上させることができる。前記粒界層に含まれるAlとREの比率を、Al/REのモル比換算で0.2〜5とすることによって、耐溶融金属用部材の焼結性をさらに向上させ、かつ、破壊靱性を向上させることができる。 The mechanical characteristics of the member for molten metal can be further improved by setting the ratio of Si and RE contained in the grain boundary layer to 0.2 to 10 in terms of a molar ratio of SiO 2 / RE 2 O 3. it can. The ratio of Al and RE contained in the grain boundary layer is 0.2 to 5 in terms of the molar ratio of Al 2 O 3 / RE 2 O 3 , thereby further improving the sinterability of the member for molten metal. And the fracture toughness can be improved.

前記窒化珪素の結晶が針状結晶からなり、該針状結晶の長径の平均粒径が30μm以下、前記針状結晶の短径の平均粒径が2μm以下とすることによって、破壊靭性が向上し、機械的強度が向上した耐溶融金属用部材とすることができる。   Fracture toughness is improved by making the crystal of silicon nitride consist of needle-like crystals, the average diameter of the major axis of the needle-like crystals being 30 μm or less, and the average grain size of the minor axis of the needle-like crystals being 2 μm or less. Moreover, it can be set as the member for molten metal which improved mechanical strength.

前記金属珪化物が、Fe、Cuのうち少なくとも1つを含む第1金属珪化物およびW、Moのうち少なくとも1つを含む第2金属珪化物を含有し、第1金属珪化物および第2金属珪化物が互いに接する隣接相を形成することによって、第1、第2金属珪化物に機械的応力や熱応力が集中するのを抑制し、これにより、耐溶融金属用部材の機械的特性、耐熱衝撃性をさらに向上させることができる。   The metal silicide contains a first metal silicide containing at least one of Fe and Cu and a second metal silicide containing at least one of W and Mo, and the first metal silicide and the second metal By forming adjacent phases in which the silicides are in contact with each other, it is possible to suppress the concentration of mechanical stress and thermal stress on the first and second metal silicides. The impact property can be further improved.

上記のいずれかに記載の耐溶融金属用部材の製造方法であって、所定の原料粉末を成形し、焼成した後、得られた焼結体をpH3以下の水溶液に窒化珪素質焼結体を浸漬するか、またはハロゲン化物からなる気体に窒化珪素質焼結体を暴露する耐溶融金属用部材の製造方法とすることによって、その表面の金属珪化物の濃度を低くすることができるので、機械的特性と耐熱衝撃性を向上させたまま、溶融金属が付着しにくく、かつ溶融金属への不純物の混入を抑制できる耐溶融金属用部材を製造することができる。   A method for producing a member for fusion-resistant metal according to any one of the above, wherein a predetermined raw material powder is molded and fired, and then the obtained sintered body is put into an aqueous solution having a pH of 3 or less. By using a method for manufacturing a member for molten metal that is immersed or exposes a silicon nitride sintered body to a gas comprising a halide, the concentration of the metal silicide on the surface can be reduced. It is possible to produce a member for a molten metal that is difficult to adhere to the molten metal and that can prevent impurities from being mixed into the molten metal while improving the mechanical characteristics and the thermal shock resistance.

以下に本発明について詳述する。   The present invention is described in detail below.

本発明の耐溶融金属用部材は、窒化珪素の結晶と、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素からなる金属珪化物を含む粒界層とを有した窒化珪素質焼結体からなるものである。   The member for molten metal of the present invention comprises a silicon nitride sintered body having a silicon nitride crystal and a grain boundary layer containing a metal silicide composed of at least one metal element having a melting point of 1000 ° C. or higher. Is.

窒化珪素の結晶としては、主に針状に形成されたものであり、β型窒化珪素結晶、又はβ型窒化珪素と同じ結晶構造を有するβ’−サイアロン結晶がある。   Crystals of silicon nitride are mainly formed in a needle shape, and include β-type silicon nitride crystals or β′-sialon crystals having the same crystal structure as β-type silicon nitride.

また、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素からなる金属珪化物を含む粒界層としては、例えばCr、Co、Cu、Hf、Fe、Mn、Mo、Ni、Ru、Ta、Ti、W、Zrが好ましく、これらの金属元素からなる金属珪化物としては、例えば、CrSi、CrSi、CrSi、CoSi、CuSi、HfSi、FeSi、FeSi、FeSi、FeSi、MnSi、MoSi、NiSi、Ru、TaSi、SiTi、WSi、WSi、WSi、WSi、ZrSiがある。これらの金属珪化物は、融点を1000℃以上の金属元素からなるため、窒化珪素の結晶と特に強固に結合し、かつ溶融金属に曝されることにより高温となった場合でも熱力学的に安定であるので、溶融金属に曝されることによって部材に大きな熱応力がかかった場合でも、これらの金属珪化物を含む粒界層と窒化珪素の結晶の界面でマイクロクラックが進展することをさらに抑制する。その結果、耐熱衝撃性などの熱的特性をさらに優れたものとすることができる。 Examples of the grain boundary layer containing a metal silicide composed of at least one metal element having a melting point of 1000 ° C. or higher include, for example, Cr, Co, Cu, Hf, Fe, Mn, Mo, Ni, Ru, Ta, Ti, W and Zr are preferable, and examples of the metal silicide composed of these metal elements include CrSi 2 , CrSi 2 , Cr 3 Si 2 , CoSi, Cu 2 Si, HfSi 2 , FeSi 2 , FeSi, Fe 3 Si, Fe 5 Si 3, MnSi, MoSi 2 , NiSi, Ru, TaSi 2, SiTi 2, WSi 2, W 5 Si 3, WSi 3, W 2 Si 3, there is ZrSi 2. These metal silicides are composed of a metal element having a melting point of 1000 ° C. or higher, so that they are particularly strongly bonded to silicon nitride crystals and are thermodynamically stable even when exposed to molten metal. Therefore, even when a large thermal stress is applied to the member by exposure to molten metal, it is possible to further suppress the development of microcracks at the interface between the grain boundary layer containing these metal silicides and the silicon nitride crystal. To do. As a result, thermal characteristics such as thermal shock resistance can be further improved.

ここで、本発明の耐溶融金属用部材は、表面における金属珪化物の濃度を内部より低くすることを特徴とするものであり、溶融金属に曝された場合、部材の表面において金属珪化物を構成する金属元素と溶融金属との反応が抑制できるとともに、内部に多く含まれる金属珪化物によって、機械的特性と熱的特性を向上させることができる。このため、機械的特性と熱的特性に優れるとともに、耐溶融金属用部材の表面への溶融金属の付着が抑制され、金属珪化物と溶融金属との化学的反応が抑制されるので、金属珪化物に含まれる金属成分が不純物となって系外へ放出されにくくなり、その結果、不純物が溶融金属中に混入しにくいものとできる。なお、上記粒界層とは、窒化珪素の結晶間に囲まれる領域を示す。   Here, the member for resistance to molten metal according to the present invention is characterized in that the concentration of metal silicide on the surface is lower than the inside, and when exposed to molten metal, the metal silicide is removed on the surface of the member. The reaction between the constituent metal element and the molten metal can be suppressed, and the mechanical properties and thermal properties can be improved by the metal silicide contained in the interior. For this reason, it has excellent mechanical properties and thermal properties, and adhesion of molten metal to the surface of the member for molten metal is suppressed, and chemical reaction between the metal silicide and molten metal is suppressed. The metal component contained in the product becomes an impurity and is difficult to be released out of the system, and as a result, the impurity can hardly be mixed into the molten metal. The grain boundary layer refers to a region surrounded by silicon nitride crystals.

また、本発明の耐溶融金属用部材を構成する窒化珪素質焼結体は、焼成後のものであっても、焼結後に研磨等の加工を施したものでもよい。いずれの場合も表面の金属珪化物の濃度が内部よりも低ければよい。   Further, the silicon nitride sintered body constituting the member for resistance to molten metal according to the present invention may be one after firing or one subjected to processing such as polishing after sintering. In either case, the concentration of the metal silicide on the surface should be lower than that inside.

なお、本発明の耐溶融金属用部材の表面と内部の金属珪化物の濃度を比較する方法を金属珪化物がFe珪化物とCu珪化物を含む場合を例として説明する。   The method of comparing the concentration of the metal silicide inside the surface of the molten metal member of the present invention with the case where the metal silicide contains Fe silicide and Cu silicide will be described as an example.

例えば、耐溶融金属用部材の表面と内部の金属珪化物の濃度の比較は、蛍光X線分析装置により次のように行う。   For example, the comparison of the concentration of the metal silicide inside the surface of the member for resistance to molten metal and the internal metal silicide is performed as follows using a fluorescent X-ray analyzer.

先ず、耐溶融金属用部材の表面と、所定位置である内部を研磨した面とに各々、X線を照射し、これによって発生するFe、Cuの各元素の蛍光X線(特性X線)の強度を次のように測定する。Fe、Cuの各元素の蛍光X線(特性X線)を高分解能比例計数管に入射、プリアンプ等の増幅回路で増幅後、さらにマルチチャンネルアナライザーによってエネルギー毎に分解する。ここで、測定する元素(Fe、Cu)を指定し、これらの元素固有のエネルギー窓が設定され計数された蛍光X線のカウント数(強度)を出力する。測定条件を同一にするために試料の面積、照射するX線の強度、蛍光X線をカウントする時間等を同じとする。このように測定した表面のFe、Cuの各元素の蛍光X線のカウント数をCFe1、CCu1、内部のFe、Cuの各元素の蛍光X線のカウント数をCFe2、CCu2、とする。さらに、耐溶融金属用部材の内部に金属珪化物からなる結晶相が含まれていることをX線回折法、微小X線回折法、透過型電子顕微鏡等により分析する。耐溶融金属用部材の表面に金属珪化物が含まれている場合は、結晶相をX線回折法、微小部X線回折法、透過型電子顕微鏡等で分析することにより確認することができる。表面と内部の金属珪化物の濃度の比は、Fe珪化物についてはCFe1/CFe2、Cu珪化物についてはCCu1/CCu2により計算する。そして本発明の耐溶融金属用部材において、金属珪化物の表面における濃度が焼結体内部よりも低いということは、前記CFe1/CFe2、CCu1/CCu2のうち少なくとも一方が1よりも小さい場合と定義する。このように、金属珪化物が複数の金属元素を含む場合は、少なくとも1つの金属珪化物の濃度が表面で内部より低いときに、金属珪化物の耐溶融金属用部材の表面における濃度が内部よりも低いと定義する。また、前記金属珪化物の濃度が内部に比べて1/n(nは1よりも大きい任意の数値)であるとは、前記CFe1/CFe2、CCu1/CCu2のいずれか小さい方が1/n以下である場合と定義する。但し、金属珪化物からなる結晶相が耐溶融金属用部材表面に存在しない場合も本発明の好ましい形態のひとつであり、この場合CFe1/CFe2、CCu1/CCu2の値はゼロと定義する。 First, X-rays are irradiated on the surface of the member for molten metal and the polished surface at a predetermined position, respectively, and the fluorescent X-rays (characteristic X-rays) of each element of Fe and Cu generated thereby. Intensity is measured as follows. Fluorescent X-rays (characteristic X-rays) of each element of Fe and Cu are incident on a high-resolution proportional counter, amplified by an amplification circuit such as a preamplifier, and further decomposed for each energy by a multichannel analyzer. Here, the elements (Fe, Cu) to be measured are specified, and the count number (intensity) of fluorescent X-rays counted by setting the energy window specific to these elements is output. In order to make the measurement conditions the same, the area of the sample, the intensity of X-rays to be irradiated, the time for counting fluorescent X-rays, etc. are the same. The counts of the fluorescent X-rays of the elements Fe and Cu on the surface thus measured are C Fe1 and C Cu1 , and the counts of the fluorescent X-rays of the elements Fe and Cu inside are C Fe2 and C Cu2 . To do. Furthermore, it is analyzed by an X-ray diffraction method, a micro X-ray diffraction method, a transmission electron microscope, etc., that a crystalline phase made of a metal silicide is contained inside the member for molten metal. When metal silicide is contained on the surface of the member for molten metal, it can be confirmed by analyzing the crystal phase with an X-ray diffraction method, a micro X-ray diffraction method, a transmission electron microscope or the like. The ratio of the metal silicide concentration between the surface and the interior is calculated from C Fe1 / C Fe2 for Fe silicide and C Cu1 / C Cu2 for Cu silicide. In the molten metal member according to the present invention, the fact that the concentration on the surface of the metal silicide is lower than the inside of the sintered body means that at least one of C Fe1 / C Fe2 and C Cu1 / C Cu2 is more than 1. It is defined as a small case. Thus, when the metal silicide includes a plurality of metal elements, when the concentration of at least one metal silicide is lower than the inside at the surface, the concentration of the metal silicide at the surface of the member for resistance to molten metal is higher than the inside. Is also defined as low. Further, the concentration of the metal silicide is 1 / n (n is an arbitrary numerical value larger than 1) compared to the inside, which is smaller one of C Fe1 / C Fe2 and C Cu1 / C Cu2. It is defined as a case of 1 / n or less. However, a case where a crystal phase composed of a metal silicide is not present on the surface of the member for molten metal is also one of the preferred embodiments of the present invention. In this case, the values of C Fe1 / C Fe2 and C Cu1 / C Cu2 are defined as zero. To do.

また、耐溶融金属用部材の内部とは、耐溶融金属用部材の表面と表面近傍を除く部位である。具体的には、内部とは、耐溶融金属用部材が溶融金属に曝された場合、溶融金属が、耐溶融金属用部材表面の気孔から拡散等によって浸透しない部位までを示し、耐溶融金属用部材の表面から略0.2mm以上内部を言う。   Further, the inside of the member for molten metal is a portion excluding the surface of the member for molten metal and the vicinity of the surface. Specifically, the inside means that when a member for molten metal is exposed to the molten metal, the molten metal does not penetrate through the pores on the surface of the member for molten metal and does not penetrate by diffusion or the like. The inside of the member is approximately 0.2 mm or more.

なお、本発明の耐溶融金属用部材の表面における金属珪化物の濃度を制御するには、詳細は製造方法において後述するが、先ず、一般的な方法によって得られた窒化珪素を主成分とする焼結体を得た後、pH3以下の水溶液に浸漬するか、ハロゲン化物からなる気体に暴露することで表面の金属珪化物の濃度を小さくすることができる。水溶液に浸漬する場合は、そのpHと浸漬時間を変化させ、pHを小さくする程、また浸漬時間を長くする程、表面における金属珪化物の濃度は小さくなる傾向がある。ハロゲン化物からなる気体に暴露する場合は暴露時間を変化させ、暴露時間が長い程、表面における金属珪化物の濃度は小さくなる傾向がある。   In addition, in order to control the density | concentration of the metal silicide in the surface of the member for fusion-resistant metals of this invention, although details are mentioned later in a manufacturing method, first, the silicon nitride obtained by the general method is made into a main component. After obtaining the sintered body, the concentration of the metal silicide on the surface can be reduced by immersing in an aqueous solution having a pH of 3 or less or by exposing to a gas comprising a halide. When immersed in an aqueous solution, the pH and the immersion time are changed, and the lower the pH and the longer the immersion time, the lower the concentration of metal silicide on the surface. When exposed to a gas comprising a halide, the exposure time is changed, and the longer the exposure time, the smaller the concentration of metal silicide on the surface.

また、前記金属元素がFe、Cuのうち少なくとも1つであることが好ましい。   The metal element is preferably at least one of Fe and Cu.

これよって、優れた機械的特性、熱的特性を備えるのみならず、粒界層に破壊靱性の高い金属珪化物を生成させることができるので、耐溶融金属用部材に応力がかかった際、機械的応力や熱応力によって耐溶融金属用部材全体に大きな歪が生じた場合でも粒界層での亀裂の発生を抑制でき、その結果耐溶融金属用部材が割れることを抑制することができる。また、この耐溶融金属用部材を金属溶湯用部材として用いた場合、金属溶湯が酸素等と反応して生じる金属酸化物や金属溶湯中のゴミや不純物等の固着物が部材の表面に固着するのを抑制し、さらに脱離物の発生をも抑制することができる。これは、通常、AlやCu等の金属の溶融や、溶融した金属溶湯の鋳型への注入は空気中で行われる。金属溶湯用部材表面に金属珪化物が存在すると、この金属珪化物が空気中の酸素と反応して酸化物、例えばFeやCuOとなる。これらの酸化物は、金属溶湯が例えばAl溶湯の場合、Al溶湯とテルミット反応を引き起こしやすい。この反応式は、次式で表される。 As a result, not only has excellent mechanical and thermal properties, but also a metal silicide with high fracture toughness can be generated in the grain boundary layer, so when stress is applied to the member for molten metal, Even when a large strain is generated in the entire member for molten metal by mechanical stress or thermal stress, the occurrence of cracks in the grain boundary layer can be suppressed, and as a result, the member for molten metal can be prevented from cracking. In addition, when this molten metal member is used as a member for molten metal, metal oxides produced by the reaction of the molten metal with oxygen, etc., and sticking matters such as dust and impurities in the molten metal are fixed to the surface of the member. Can be suppressed, and the generation of desorbed substances can also be suppressed. In general, melting of a metal such as Al or Cu, or injection of a molten metal melt into a mold is performed in the air. When a metal silicide is present on the surface of the member for molten metal, the metal silicide reacts with oxygen in the air to become an oxide, for example, Fe 2 O 3 or CuO. These oxides tend to cause a thermite reaction with the molten Al when the molten metal is an Al molten metal, for example. This reaction formula is represented by the following formula.

Fe+2Al→Al+2Fe(式1)
3CuO+2Al→Al+3Cu(式2)
この式1、2の反応により生成したAlは、金属溶湯用部材の表面に固着する。金属溶湯用部材表面に一旦Alが固着してしまうと、固着したAlの上にさらに溶湯中の不純物やゴミが固着され易くなる。この固着物の固着を抑制するためには、金属溶湯用部材表面の金属珪化物の存在量を低減させる必要がある。本発明の耐溶融金属用部材は、機械的特性を向上させることができる金属珪化物を含有させ、金属酸化物等の不純物の固着の原因となる窒化珪素質焼結体表面の金属珪化物の濃度を内部よりも低くすることによって、機械的特性を向上させたまま、溶湯中の不純物やが固着しにくい金属溶湯用部材とすることができる。また、本発明の耐溶融金属用部材は、Al溶湯以外の金属溶湯、例えば、Pb、Cu、Mg、Zn、Sn等の金属溶湯用の部材として用いた場合でも固着物が固着しにくい。
Fe 2 O 3 + 2Al → Al 2 O 3 + 2Fe (Formula 1)
3CuO + 2Al → Al 2 O 3 + 3Cu (Formula 2)
Al 2 O 3 produced by the reactions of Formulas 1 and 2 adheres to the surface of the member for molten metal. Once Al 2 O 3 is fixed to the surface of the molten metal member, impurities and dust in the molten metal are more likely to be fixed on the fixed Al 2 O 3 . In order to suppress the sticking of the sticking matter, it is necessary to reduce the abundance of the metal silicide on the surface of the member for molten metal. The member for molten metal of the present invention contains a metal silicide capable of improving the mechanical characteristics, and is a metal silicide on the surface of the silicon nitride-based sintered body that causes adhesion of impurities such as a metal oxide. By making the concentration lower than the inside, it is possible to provide a metal melt member in which impurities in the melt are difficult to adhere while improving the mechanical characteristics. Moreover, even when the member for a molten metal of the present invention is used as a member for a molten metal other than an Al molten metal, for example, a molten metal such as Pb, Cu, Mg, Zn, Sn, etc., a fixed object is difficult to adhere.

また、金属珪化物をFe、Cuの合計換算で0.01〜10質量%含有することが好ましく、より高温の環境下でも粒界層の破壊靱性を高くすることができるので、さらに高温で熱応力がかかった場合でも、耐溶融金属用部材が割れることを抑制することができる。また、金属珪化物としては、FeSi、FeSi、FeSi、CuSiのうち少なくとも1種が選ばれる。特に、粒界層にFe珪化物を含有し、かつ耐溶融金属用部材表面におけるFe珪化物の濃度が焼結体内部のFe珪化物の濃度よりも低いことが好ましい。 Further, the metal silicide is preferably contained in an amount of 0.01 to 10% by mass in terms of the total of Fe and Cu, and the fracture toughness of the grain boundary layer can be increased even in a higher temperature environment. Even when stress is applied, it is possible to prevent the molten metal member from cracking. The metal silicide, FeSi 2, FeSi, at least one of Fe 2 Si, Cu 2 Si is selected. In particular, it is preferable that the grain boundary layer contains Fe silicide, and the concentration of Fe silicide on the surface of the member for molten metal is lower than the concentration of Fe silicide in the sintered body.

また、耐溶融金属用部材の表面における金属珪化物の濃度が内部に比べて1/2以下であることが好ましく、溶融金属に曝された場合、さらに溶融金属が付着しにくく、溶融金属への不純物の混入をさらに抑制することができる。特に、耐溶融金属用部材をAl溶湯用部材として用いた場合、上記(式1)、(式2)の反応をさらに抑制することができるので、固着物の固着をさらに抑制することができる。特に表面の金属珪化物の濃度が内部の1/4以下であることがさらに好ましい。金属溶湯用部材においては、金属珪化物が実質的に耐溶融金属用部材表面に存在しないことがあるが、この金属溶湯用部材は本発明の耐溶融金属用部材の好ましい実施形態の1つである。   Further, the concentration of the metal silicide on the surface of the member for resistance to molten metal is preferably ½ or less compared to the inside, and when exposed to the molten metal, the molten metal is more difficult to adhere, Impurity contamination can be further suppressed. In particular, when the molten metal member is used as an Al molten metal member, the reactions of the above (Formula 1) and (Formula 2) can be further suppressed, so that the fixation of the fixed object can be further suppressed. In particular, the concentration of the metal silicide on the surface is more preferably 1/4 or less of the inside. In the member for molten metal, metal silicide may not be substantially present on the surface of the member for molten metal, but this member for molten metal is one of the preferred embodiments of the member for molten metal of the present invention. is there.

なお、耐溶融金属用部材の表面における金属珪化物の濃度を内部の1/2以下にするためには、詳細は製造方法にておいて後述するが、窒化珪素を主成分とする焼結体をpH2.5以下の水溶液に10分以上浸漬させるか、フッ素、塩素の少なくとも1つを含む気体に20分以上暴露させる。   In addition, in order to make the concentration of metal silicide on the surface of the member for molten metal resistant to ½ or less of the inside, details will be described later in the manufacturing method, but a sintered body mainly composed of silicon nitride. Is immersed in an aqueous solution having a pH of 2.5 or lower for 10 minutes or more, or exposed to a gas containing at least one of fluorine and chlorine for 20 minutes or more.

また、前記粒界層に周期律表第3族元素(RE)、AlおよびOからなる非晶質相を含有することが好ましい。これによって、焼成中に液相が低温で生成するので、窒化珪素の結晶が微細で粒径が揃ったものとなり、その結果さらに耐熱衝撃性に優れ、機械的強度の高い耐溶融金属用部材を得ることができる。非晶質相は、例えば、周期律表第3族元素(以下REと称す)の酸化物と酸化アルミニウム粉を製造過程で添加後、成形、焼成することにより焼結体中に生成させることができる。好ましくは、本発明の耐溶融金属用部材にREをRE換算で1〜20質量%、AlをAl換算で0.1〜10質量%含有する。なお、この第3族元素とは、Sc、Y、ランタノイド元素、アクチノイド元素から選ばれるうち少なくとも1種の元素を意味する。 The grain boundary layer preferably contains an amorphous phase composed of Group 3 elements (RE), Al and O in the periodic table. As a result, the liquid phase is generated at low temperature during firing, so that the silicon nitride crystals are fine and uniform in particle size. As a result, a member for a molten metal with excellent thermal shock resistance and high mechanical strength is obtained. Can be obtained. The amorphous phase can be generated in the sintered body by, for example, adding an oxide of Group 3 element (hereinafter referred to as RE) of the periodic table and aluminum oxide powder in the manufacturing process, and then molding and firing. it can. Preferably, the molten metal member of the present invention contains 1 to 20% by mass of RE in terms of RE 2 O 3 and 0.1 to 10% by mass of Al in terms of Al 2 O 3 . The Group 3 element means at least one element selected from Sc, Y, lanthanoid elements, and actinoid elements.

また、前記REがY、Er、Yb、Luのうち少なくとも1種であることが好ましい。これにより、焼成中に液相が低温で生成すると共に、生じる非晶質相の熱膨張係数と窒化珪素の結晶との熱膨張の差を小さくできる傾向がある。このため、窒化珪素の結晶を微細で粒径が揃ったものとするだけでなく、高温で機械的応力や熱応力がかかった場合でも、窒化珪素と粒界層の熱膨張係数の違いによって粒界層でマイクロクラックが発生することを抑制できる。その結果、耐熱衝撃性を維持しつつ高温での機械的強度を向上させることができる。また、これにより、高温酸化雰囲気中での耐酸化性を向上させることもできる。REがYの場合には、REがY以外の場合よりも焼成中にREの蒸発を抑制できるため耐溶融金属用部材の材料組成を高精度に制御でき、これによって機械的特性のばらつきを低減させることができるため特に好ましい。   The RE is preferably at least one of Y, Er, Yb, and Lu. This tends to produce a liquid phase at a low temperature during firing and to reduce the difference between the thermal expansion coefficient of the resulting amorphous phase and the thermal expansion of the silicon nitride crystals. For this reason, not only the silicon nitride crystals are fine and uniform in particle size, but also when mechanical stress or thermal stress is applied at high temperatures, the difference in thermal expansion coefficient between silicon nitride and the grain boundary layer Generation of microcracks in the boundary layer can be suppressed. As a result, the mechanical strength at high temperature can be improved while maintaining the thermal shock resistance. Thereby, the oxidation resistance in a high-temperature oxidizing atmosphere can also be improved. When RE is Y, the evaporation of RE can be suppressed during firing than when RE is other than Y, so the material composition of the member for molten metal can be controlled with high accuracy, thereby reducing variations in mechanical properties. This is particularly preferable.

この粒界層にアパタイト相、ボラストナイト相およびダイシリケート相の少なくとも1種を含有することが好ましい。これにより耐溶融金属用部材の機械的強度をさらに向上させることができる。また、アパタイト相はRE(SiN、ボラストナイト相はRESiON、ダイシリケート相はRESiで表される化合物である。また、粒界層がアパタイト相またはボラストナイト相を含有する場合は、高温強度、耐高温クリープ特性、耐熱衝撃性が向上する。また、粒界層がダイシリケート相を含有する場合は、高温での耐酸化特性が向上する。 It is preferable that the grain boundary layer contains at least one of an apatite phase, a borastite phase, and a disilicate phase. Thereby, the mechanical strength of the member for molten metal can be further improved. The apatite phase is a compound represented by RE 5 (Si 4 ) 3 N, the borastite phase is represented by RESiO 2 N, and the disilicate phase is represented by RE 2 Si 2 O 7 . Further, when the grain boundary layer contains an apatite phase or a borastite phase, the high temperature strength, high temperature creep resistance, and thermal shock resistance are improved. Further, when the grain boundary layer contains a disilicate phase, the oxidation resistance at high temperatures is improved.

また、RE、Alを含む粒界層が耐溶融金属用部材内部よりも表面に少なく存在することが好ましい。これによって、本発明の耐溶融金属用部材を金属溶湯用部材として用いた場合、固着物の固着をさらに抑制できると共に、この粒界層が耐溶融金属用部材から金属溶湯へ脱離物となって混入しにくい金属溶湯用部材を得ることができる。好ましくは耐溶融金属用部材表面のRE、Alを含む粒界層の量は内部の1/2以下、特に好ましくは1/4以下である。   Moreover, it is preferable that the grain boundary layer containing RE and Al is present on the surface in a smaller amount than the inside of the member for molten metal. As a result, when the molten metal member of the present invention is used as a molten metal member, it is possible to further suppress the fixation of the fixed matter, and this grain boundary layer becomes a detachment from the molten metal member to the molten metal. It is possible to obtain a member for molten metal that is difficult to be mixed. Preferably, the amount of the grain boundary layer containing RE and Al on the surface of the molten metal member is ½ or less, particularly preferably ¼ or less of the inside.

RE、Alを含む耐溶融金属用部材内部の粒界相の量に対する耐溶融金属用部材表面の粒界相の量を測定するには、例えば、蛍光X線分析装置により次のように行う。   In order to measure the amount of the grain boundary phase on the surface of the molten metal member with respect to the amount of the grain boundary phase inside the molten metal member containing RE and Al, for example, the following is performed using a fluorescent X-ray analyzer.

耐溶融金属用部材の表面と、耐溶融金属用部材内部を研磨した面とに各々、X線を照射し、これによって発生するRE、Alの各元素の蛍光X線(特性X線)の強度を次のように測定する。RE、Alの各元素の蛍光X線(特性X線)を高分解能比例計数管に入射、プリアンプ等の増幅回路で増幅後、さらにマルチチャンネルアナライザーによってエネルギー毎に分解する。ここで、測定する元素(RE、Al)を指定し、これらの元素固有のエネルギー窓が設定され計数された蛍光X線のカウント数(強度)を出力する。測定条件を同一にするために試料の面積、照射するX線の強度、蛍光X線をカウントする時間等を同じとする。このように測定した耐溶融金属用部材表面のRE、Alの各元素の蛍光X線のカウント数をCRE1、CAl1、耐溶融金属用部材内部のRE、Alの各元素の蛍光X線のカウント数をCRE2、CAl2とする。但し、複数のREの蛍光X線が検出された場合は、複数のREの蛍光X線のカウント数の合計を耐溶融金属用部材表面、耐溶融金属用部材内部についてそれぞれCRE1、CRE2と定義する。RE、Alの各々についての耐溶融金属用部材の表面と内部の濃度の比は、REについてはCRE1/CRE2、AlについてはCAl1/CAl2により計算する。そして本発明の耐溶融金属用部材において、RE、Alを含む粒界層が耐溶融金属用部材内部よりも表面に少なく存在するということは、前記CRE1/CRE2、CAl1/CAl2のうち少なくとも一方が1よりも小さい場合と定義する。但し、RE、Alを含む粒界層が耐溶融金属用部材表面に存在しない場合は、CRE1/CRE2、CAl1/CAl2の値はゼロとする。 The surface of the molten metal member and the polished surface of the molten metal member are each irradiated with X-rays, and the intensity of the fluorescent X-rays (characteristic X-rays) of each element of RE and Al generated thereby. Is measured as follows. Fluorescent X-rays (characteristic X-rays) of each element of RE and Al are incident on a high-resolution proportional counter, amplified by an amplifier circuit such as a preamplifier, and further decomposed for each energy by a multichannel analyzer. Here, the elements (RE, Al) to be measured are designated, and the count number (intensity) of fluorescent X-rays counted by setting the energy window specific to these elements is output. In order to make the measurement conditions the same, the area of the sample, the intensity of X-rays to be irradiated, the time for counting fluorescent X-rays, etc. are the same. The counts of the fluorescent X-rays of each element of RE and Al on the surface of the molten metal member measured in this way are C RE1 and C Al1 , the RE inside the molten metal member and the fluorescent X-rays of each element of Al. The count numbers are C RE2 and C Al2 . However, when a plurality of fluorescent X-rays of RE are detected, the total number of fluorescent X-rays of the plurality of REs is calculated as C RE1 and C RE2 for the surface of the molten metal member and the inside of the molten metal member, respectively. Define. The ratio of the concentration of the surface and the interior of the member for molten metal for each of RE and Al is calculated by C RE1 / C RE2 for RE and C Al1 / C Al2 for Al . In the molten metal member of the present invention, the fact that the grain boundary layer containing RE and Al is present on the surface less than the inside of the molten metal member indicates that C RE1 / C RE2 and C Al1 / C Al2 It is defined that at least one of them is smaller than 1. However, when the grain boundary layer containing RE and Al does not exist on the surface of the member for molten metal, the values of C RE1 / C RE2 and C Al1 / C Al2 are set to zero.

また、前記粒界層に含まれるSiとREの比率が、SiO/REのモル比換算で0.2〜10であることが好ましい。これにより、耐溶融金属用部材の機械的特性をさらに向上させることができる。SiO/REのモル比換算で0.2〜4とすることが耐溶融金属用部材の焼結性を向上させるためにさらに好ましい。このモル比は、次のように求めることができる。上記の方法により体積%換算したREとAlに含まれる酸素量(質量%)の合計をG(質量%)とする。LECO社製酸素分析装置で耐溶融金属用部材中の全酸素含有量を測定し、全酸素含有量(質量%)からG(質量%)を差し引き、残りの酸素量(質量%)をSiO量(質量%)に換算する。このSiO量(質量%)と、REの質量換算での含有量(質量%)との比をSiO/REのモル比換算でのSiとREの比率とする。 The ratio of Si and RE contained in the grain boundary layer is preferably 0.2 to 10 in molar ratio terms of SiO 2 / RE 2 O 3. Thereby, the mechanical characteristics of the member for a molten metal can be further improved. It is more preferable that the molar ratio of SiO 2 / RE 2 O 3 is 0.2 to 4 in order to improve the sinterability of the molten metal member. This molar ratio can be determined as follows. Let G (mass%) be the total of the amount of oxygen (mass%) contained in RE 2 O 3 and Al 2 O 3 converted to volume% by the above method. The total oxygen content in the member for molten metal is measured with an oxygen analyzer manufactured by LECO, G (mass%) is subtracted from the total oxygen content (mass%), and the remaining oxygen content (mass%) is reduced to SiO 2. Convert to amount (mass%). The ratio of the amount of SiO 2 (% by mass) and the content (% by mass) of RE 2 O 3 in terms of mass is defined as the ratio of Si to RE in terms of the molar ratio of SiO 2 / RE 2 O 3 .

前記粒界層に含まれるAlとREの比率が、Al/REのモル比換算で0.2〜5であることが好ましい。これにより、耐溶融金属用部材の焼結性をさらに向上させ、かつ、破壊靱性を向上させることができるからである。さらに好ましくは、Al/REのモル比換算で0.4〜3である。AlとREのモル比は、次のようにICP発光分光分析により測定することができる。 It is preferable that the ratio of Al and RE contained in the grain boundary layer is 0.2 to 5 in terms of a molar ratio of Al 2 O 3 / RE 2 O 3 . Thereby, the sinterability of the member for molten metal can be further improved and the fracture toughness can be improved. More preferably, it is 0.4 to 3 in terms of a molar ratio of Al 2 O 3 / RE 2 O 3 . The molar ratio of Al to RE can be measured by ICP emission spectroscopic analysis as follows.

ICP発光分光分析により耐溶融金属用部材中のREおよびAlの含有量(質量%)を測定し、この含有量をREおよびAl換算での含有量(質量%)に換算する。さらにREおよびAlの質量換算での含有量と理論密度(例えばYは5.02g/cm、Alは3.98g/cm)を用いて、REおよびAlの体積%換算での含有量を求める。 The content (mass%) of RE and Al in the member for molten metal is measured by ICP emission spectroscopic analysis, and this content is converted into the content (mass%) in terms of RE 2 O 3 and Al 2 O 3 To do. Further, using the content and theoretical density of RE 2 O 3 and Al 2 O 3 in terms of mass (for example, Y 2 O 3 is 5.02 g / cm 3 , Al 2 O 3 is 3.98 g / cm 3 ), The content of RE 2 O 3 and Al 2 O 3 in terms of volume% is determined.

また、前記窒化珪素の結晶が針状結晶からなり、該針状結晶の長径の平均粒径が30μm以下、前記針状結晶の短径の平均粒径が2μm以下であることが好ましい。これによって、微細な亀裂の進展を該針状結晶がより効果的に抑制するので、破壊靭性が向上し、機械的強度が向上した耐溶融金属用部材とすることができる。特に、機械的特性、例えば、機械的強度をさらに向上するためには該針状結晶の長径の平均粒径を15μm以下とするのが好ましい。平均粒径が15μmを超えた場合には破壊靭性を著しく向上できないので、機械的強度を著しく向上できないからである。   Further, it is preferable that the silicon nitride crystal is a needle-like crystal, and the needle-like crystal has a major axis having an average diameter of 30 μm or less and a needle-like crystal having a minor axis of 2 μm or less. Thereby, since the acicular crystal suppresses the progress of fine cracks more effectively, it can be a member for molten metal having improved fracture toughness and improved mechanical strength. In particular, in order to further improve mechanical properties such as mechanical strength, it is preferable that the average diameter of the major axis of the needle-like crystal is 15 μm or less. This is because when the average particle size exceeds 15 μm, the fracture toughness cannot be remarkably improved, so that the mechanical strength cannot be remarkably improved.

なお、窒化珪素の結晶の平均粒径の測定には次のような種々の方法がある。即ち、耐溶融金属用部材の断面を鏡面研磨し、この鏡面をSEM(走査型電子顕微鏡)写真に撮り、SEM写真に写っている窒化珪素の結晶の長径を測定する方法、X線マイクロアナライザーを併用して窒化珪素の結晶を特定し、その結晶の長径を測定する方法、又は鏡面加工した耐溶融金属用部材の面にある粒界層を熱処理によるエッチングや化学的エッチング処理により表面から除去後に長径を測定する方法があり、いずれにしても、測定された複数の長径データを平均化して算出される。   There are the following various methods for measuring the average grain size of silicon nitride crystals. That is, a cross-section of a molten metal member is mirror-polished, the mirror surface is taken in a SEM (scanning electron microscope) photograph, and the long diameter of the silicon nitride crystal in the SEM photograph is measured. Use this method to identify the crystal of silicon nitride and measure the major axis of the crystal, or after removing the grain boundary layer on the surface of the mirror-finished member for molten metal from the surface by etching by heat treatment or chemical etching There is a method of measuring the long diameter, and in any case, the measurement is performed by averaging a plurality of measured long diameter data.

また、前記粒界層に融点が1400℃以上の金属元素のうち少なくとも1つの金属珪化物を含み、粒界層を20体積%未満含有することが好ましい。これにより、高温での耐クリープ特性に優れた金属珪化物が、耐溶融金属用部材を製造する過程で行う焼成中に粒界層に生成する。その結果、耐溶融金属用部材を製造する過程で行う焼成中で変形を抑制できるので、寸法精度の高い耐溶融金属用部材を得ることができる。粒界層の含有量が20体積%以上の場合は、焼成工程中に変形が起こりやすいため寸法精度の高い耐溶融金属用部材を作製することが困難となり好ましくない。また、粒界層が15体積%を越え20体積%未満の場合は、変形を著しく低減させることができない。また、粒界層が5体積%未満の場合、緻密な耐溶融金属用部材を得るために高温で焼成する必要があり、高温で焼成すると窒化珪素の結晶が一部粗大化するため、機械的強度や耐摩耗性を著しく向上させることができない。このため、粒界層の含有量は5〜15体積%であることが特に好ましい。   The grain boundary layer preferably contains at least one metal silicide of a metal element having a melting point of 1400 ° C. or higher and contains less than 20% by volume of the grain boundary layer. Thereby, the metal silicide excellent in the creep resistance at high temperature is generated in the grain boundary layer during firing performed in the process of manufacturing the member for molten metal. As a result, since deformation can be suppressed during firing in the process of manufacturing the member for molten metal, a member for molten metal with high dimensional accuracy can be obtained. When the content of the grain boundary layer is 20% by volume or more, deformation is likely to occur during the firing step, which makes it difficult to produce a member for molten metal with high dimensional accuracy, which is not preferable. Further, when the grain boundary layer exceeds 15% by volume and is less than 20% by volume, deformation cannot be significantly reduced. Further, when the grain boundary layer is less than 5% by volume, it is necessary to fire at a high temperature in order to obtain a dense member for fusion-resistant metal. Strength and wear resistance cannot be remarkably improved. For this reason, the content of the grain boundary layer is particularly preferably 5 to 15% by volume.

また、粒界層において金属珪化物が、Fe、Cuのうち少なくとも1つを含む第1金属珪化物およびW、Moのうち少なくとも1つを含む第2金属珪化物を含有し、第1金属珪化物および第2金属珪化物が互いに接する隣接相を形成することが好ましい。   In the grain boundary layer, the metal silicide contains a first metal silicide containing at least one of Fe and Cu and a second metal silicide containing at least one of W and Mo, and the first metal silicide. Preferably, the material and the second metal silicide form an adjacent phase in contact with each other.

ここで、隣接相とは、第1、第2金属珪化物のいずれかが一部で接している状態であればよく、これにより、第1、第2金属珪化物に機械的応力や熱応力が集中するのを抑制し、その結果、耐溶融金属用部材の機械的特性、耐熱衝撃性をさらに向上させることができ、
第1、第2金属珪化物の一方が他方の金属珪化物の一部又は全部を取り囲んでいる状態であるのがより好ましい。
Here, the adjacent phase only needs to be in a state in which one of the first and second metal silicides is in contact with a part thereof, whereby mechanical stress and thermal stress are applied to the first and second metal silicides. As a result, the mechanical properties and thermal shock resistance of the molten metal member can be further improved.
More preferably, one of the first and second metal silicides surrounds part or all of the other metal silicide.

さらに、この隣接相は、第1金属珪化物、第2金属珪化物の他にさらにこれら第1金属珪化物を成す金属元素と第2金属珪化物を成す金属元素を含む複数金属成分からなる第3金属珪化物を有することが好ましい。第3金属珪化物は、第1、第2金属珪化物と結晶構造が近似しているので、隣接相が形成されやすいだけでなく、隣接相が熱力学的に安定であるので、耐溶融金属用部材として高温で用いられた場合に、隣接相が相変態を起こしにくくなり、高温での機械的特性や耐熱衝撃性が向上するからである。   Further, the adjacent phase includes a first metal silicide, a second metal silicide, a metal element that includes the metal element that forms the first metal silicide, and a metal element that includes the metal element that forms the second metal silicide. It is preferable to have a trimetallic silicide. Since the third metal silicide is similar in crystal structure to the first and second metal silicides, not only the adjacent phase is easily formed but also the adjacent phase is thermodynamically stable. This is because, when used as a member for use at high temperatures, the adjacent phase is less likely to undergo phase transformation, and mechanical properties and thermal shock resistance at high temperatures are improved.

ここで、隣接相の構造を、図1を用いて具体的に説明する。   Here, the structure of the adjacent phase will be specifically described with reference to FIG.

図1は本発明の耐溶融金属用部材を構成する窒化珪素質焼結体の断面10の一例であり、断面10を鏡面研磨し、この鏡面をSEM(走査型電子顕微鏡)により観察した写真の模式図を示している。断面10は窒化珪素の結晶12間に粒界層20を有し、粒界層20中に第1金属珪化物16、第2金属珪化物18、第3金属珪化物22を含有しており、更に、隣接相14を具備している。この隣接相14は、第1金属珪化物16aと第2金属珪化物18aとが隣接して存在するもの、第1金属珪化物16bが第2金属珪化物18bを取り囲むもの、第1金属珪化物16cから第2金属珪化物18cの一部が露出しているものがある。   FIG. 1 is an example of a cross section 10 of a silicon nitride sintered body constituting a member for a fusion resistant metal of the present invention. A cross section 10 is mirror-polished, and this mirror surface is observed with a scanning electron microscope (SEM). A schematic diagram is shown. The cross section 10 has a grain boundary layer 20 between the silicon nitride crystals 12, and the grain boundary layer 20 contains a first metal silicide 16, a second metal silicide 18, and a third metal silicide 22. Furthermore, an adjacent phase 14 is provided. The adjacent phase 14 includes the first metal silicide 16a and the second metal silicide 18a adjacent to each other, the first metal silicide 16b surrounding the second metal silicide 18b, and the first metal silicide. Some of the second metal silicide 18c is exposed from 16c.

隣接相を有する耐溶融金属用部材は、第1〜第3金属珪化物に機械的応力や熱応力が集中するのがより効果的に抑制され、機械的特性、熱的特性をより向上させ、特に耐熱衝撃性をより一層向上させることができる。即ち、金属珪化物が隣接して存在すると粒界層全体に対して金属珪化物の占める割合が高くなるために隣接相に熱応力が加わった場合、その応力が集中し、単独の第1〜第3金属珪化物に対して機械的応力や熱応力がかかりにくくなるが、隣接相に応力が集中したとしても、第1〜第3金属珪化物は、窒化珪素に対してそれぞれヤング率が大きく、温度に対する熱膨張係数の変化率が小さいので、隣接相は耐溶融金属用部材の粒界層に熱応力が偏在することを抑制するものと考えられる。   The member for molten metal having an adjacent phase is more effectively suppressed from concentrating mechanical stress and thermal stress on the first to third metal silicides, further improving mechanical characteristics and thermal characteristics, In particular, the thermal shock resistance can be further improved. That is, when a metal silicide is present adjacently, the proportion of the metal silicide increases with respect to the entire grain boundary layer. Therefore, when thermal stress is applied to the adjacent phase, the stress is concentrated, and Although mechanical stress and thermal stress are less likely to be applied to the third metal silicide, the first to third metal silicides each have a higher Young's modulus than silicon nitride even if the stress is concentrated in the adjacent phase. Since the rate of change of the thermal expansion coefficient with respect to temperature is small, it is considered that the adjacent phase suppresses the uneven distribution of thermal stress in the grain boundary layer of the member for molten metal.

従って、耐溶融金属用部材に微細な亀裂が発生しても隣接相が窒化珪素の結晶の亀裂の進展を抑制したりでき、耐溶融金属用部材の割れやクラックの発生を抑制できるものである
特に、第1の金属元素がFe、第2の金属元素がWであることが好ましく、第1の金属元素からなる第1金属珪化物のうちFe珪化物と、第2の金属元素からなる第2金属珪化物のうち、W珪化物は結晶構造が近似しているので互いに隣接相を著しく形成しやすく、粒界層に対する隣接相の含有割合が増加し、その結果、耐熱衝撃性をさらに向上できるからである。
Therefore, even if a fine crack occurs in the member for molten metal, the adjacent phase can suppress the progress of the silicon nitride crystal crack, and the crack and crack of the member for molten metal can be suppressed. In particular, it is preferable that the first metal element is Fe and the second metal element is W. Among the first metal silicides made of the first metal element, Fe silicide and the second metal element made of the second metal element are used. Among the two metal silicides, W silicide has an approximate crystal structure, so it is easy to form adjacent phases remarkably, and the content ratio of adjacent phases to the grain boundary layer increases, and as a result, the thermal shock resistance is further improved. Because it can.

なお、第1金属珪化物の好ましい形態としては、FeSi、FeSi、FeSi、FeSi、CrSi、MnSiおよびCuSiのうち少なくとも1つから選ばれたものである。また、第2金属珪化物の好ましい形態としては、WSi、WSi、WSi、WSiおよびMoSiうち少なくとも1つから選ばれたものである。さらに、第3金属珪化物の好ましい形態としては、FeとWを含む複数金属成分(化合物)、例えば、固溶体からなるものである。これらの金属珪化物が選ばれる理由は、第1〜第3金属珪化物のうちでもこれらの金属珪化物が熱力学的な安定相であるため、機械的応力や熱応力がかかった場合でも相変態を起こしにくいので、相変態に伴う更なる機械的応力や熱応力の増大の恐れがないからである。 In addition, as a preferable form of the first metal silicide, at least one selected from FeSi 2 , FeSi, Fe 3 Si, Fe 5 Si 3 , Cr 3 Si 2 , MnSi, and Cu 2 Si is used. The preferred form of the second metal silicide is one selected from at least one of WSi 2 , W 5 Si 3 , WSi 3 , W 2 Si 3 and MoSi 2 . Furthermore, as a preferable form of the third metal silicide, a plurality of metal components (compounds) containing Fe and W, for example, a solid solution is used. The reason why these metal silicides are selected is that, among the first to third metal silicides, these metal silicides are thermodynamically stable phases, so even when mechanical stress or thermal stress is applied. This is because the transformation hardly occurs, and there is no fear of further increase in mechanical stress and thermal stress accompanying the phase transformation.

また、第1金属珪化物のFe珪化物としては、FeSi、FeSiのうち少なくとも1つから選ばれたものが好ましく、より好ましくは、FeSiとするのがよい。また、第2金属珪化物のW珪化物はWSiを含有することが好ましい。 Further, the Fe silicide of the first metal silicide is preferably selected from at least one of FeSi and FeSi 2 , and more preferably FeSi 2 . Moreover, it is preferable that the W silicide of the second metal silicide contains WSi 2 .

最も好ましい組み合わせは、第1金属珪化物としてFeSiと第2金属珪化物としてWSiがよい。この理由としては、WSiとFeSiは共に熱力学的に特に安定な相であり、また両者の結晶構造が特に近似しているために互いに隣接相を形成し易いため、耐熱衝撃をさらに向上させることができるからである。 The most preferred combination is FeSi 2 as the first metal silicide and WSi 2 as the second metal silicide. The reason for this is that WSi 2 and FeSi 2 are both thermodynamically particularly stable phases, and because their crystal structures are particularly close to each other, it is easy to form adjacent phases, thus further improving the thermal shock. It is because it can be made.

また、隣接相に第3金属珪化物が含まれる場合、第3金属珪化物はFeとWを含むことが好ましい。この理由は、FeとWを含む第3金属珪化物は第1、第2金属珪化物と強固に結合し、その結果、隣接相の破壊靱性が向上するので、熱衝撃が耐溶融金属用部材にかかった場合に隣接相がマイクロクラックの進展を抑制するので、耐熱衝撃性に優れた耐溶融金属用部材を得ることができる。   When the third metal silicide is contained in the adjacent phase, the third metal silicide preferably contains Fe and W. This is because the third metal silicide containing Fe and W is strongly bonded to the first and second metal silicides, and as a result, the fracture toughness of the adjacent phase is improved, so that the thermal shock is a member for a molten metal. In this case, the adjacent phase suppresses the development of microcracks, so that a molten metal member having excellent thermal shock resistance can be obtained.

また、隣接相の平均粒径は30μm以下が好ましく、特に好ましくは1〜5μmである。平均粒径が30μmより大きいと、機械的、熱応力を隣接相が十分緩和することができないため、耐熱衝撃性を著しく向上させることができないからである。この場合、隣接相の平均粒径は、焼結体を走査型電子顕微鏡(SEM)等で拡大して観察し、複数の隣接相の粒径を測定し平均した値であり、上述の窒化珪素の結晶の平均粒径を測定したのと同じように測定することができる。さらに、隣接相の含有量は0.01〜10体積%であることが耐熱衝撃性および機械的強度を特に向上させることができるので好ましく、特に好ましくは、0.1〜5体積%、最適は、0.1〜1体積%である。   The average particle size of the adjacent phase is preferably 30 μm or less, particularly preferably 1 to 5 μm. This is because if the average particle size is larger than 30 μm, the thermal shock resistance cannot be remarkably improved because the adjacent phase cannot sufficiently relax the mechanical and thermal stress. In this case, the average particle size of the adjacent phase is a value obtained by observing the sintered body by magnifying it with a scanning electron microscope (SEM) or the like, and measuring and averaging the particle sizes of a plurality of adjacent phases. It can be measured in the same manner as the average grain size of the crystals. Furthermore, the content of the adjacent phase is preferably 0.01 to 10% by volume since the thermal shock resistance and mechanical strength can be particularly improved, and particularly preferably 0.1 to 5% by volume. 0.1 to 1% by volume.

なお、第1〜第3金属珪化物、隣接相の存在およびそれらの含有量については以下のように測定する。図1に示す第1金属珪化物16、第2金属珪化物18、第3金属珪化物22、隣接相14の存在は、X線回折法、微小部X線回折法、X線マイクロアナライザー(例:波長分散型EPMA(Electron Probe Micro−Analyzer))、TEM(透過型電子顕微鏡)等により確認することができる。X線回折法を用いる場合は、X線マイクロアナライザーまたはTEMを併用して測定することが好ましい。TEMによる分析する場合は、耐溶融金属用部材を薄片に加工後に測定する。   In addition, about the 1st-3rd metal silicide, presence of an adjacent phase, and those content, it measures as follows. The presence of the first metal silicide 16, the second metal silicide 18, the third metal silicide 22, and the adjacent phase 14 shown in FIG. 1 is determined by the X-ray diffraction method, the micro X-ray diffraction method, the X-ray microanalyzer (example) : Wavelength dispersion type EPMA (Electron Probe Micro-Analyzer), TEM (transmission electron microscope), etc. In the case of using the X-ray diffraction method, it is preferable to perform measurement using an X-ray microanalyzer or TEM in combination. When analyzing by TEM, it measures after processing the member for a fusion-resistant metal into a thin piece.

隣接相14の含有量は、例えば、耐溶融金属用部材の断面を鏡面研磨し、この鏡面の500μm×500μm程度の部分(以下、この部分の面積を「面積A」という)にX線マイクロアナライザーを用いて電子ビームを照射し、焼結体から発生する特性X線の種類と強度を測定することによって、Si、第1、第2の金属元素(Fe、Cr、Mn、Cu、W、Mo)の各元素の強度をマッピングし、(1)Siを含有し、かつ、第2の金属元素のうち少なくとも1つがリッチな第1の部分(第2金属珪化物18)の面積、(2)Siを含有し、かつ、第1の金属元素のうち少なくとも1つがリッチな第2の部分(第1金属珪化物16)の面積、(3)Siと第1および第2の金属元素とを含有する部分(第3珪化物22)の面積をそれぞれ求め、(1)〜(3)の第1〜第3の部分のうち少なくとも2つが互いに接する部分の面積Bを測定し、面積Aに対する面積Bの割合を計算し、この割合を隣接相14の含有量(体積%)とする。面積Aは、第1〜第3珪化物、隣接相14が識別できる程度に測定の際の倍率を適宜変更しても良い。なお、X線マイクロアナライザーとTEMを併用して隣接相14に含まれる結晶相を確認することが好ましい。   The content of the adjacent phase 14 is, for example, an X-ray microanalyzer in a section of about 500 μm × 500 μm of the mirror surface (hereinafter, the area of this part is referred to as “area A”). Is used to irradiate an electron beam and measure the type and intensity of characteristic X-rays generated from the sintered body to obtain Si, first and second metal elements (Fe, Cr, Mn, Cu, W, Mo And (1) the area of the first portion (second metal silicide 18) containing Si and rich in at least one of the second metal elements, (2) The area of the second portion (first metal silicide 16) containing Si and at least one of the first metal elements being rich; (3) containing Si and the first and second metal elements Each area (third silicide 22) to be obtained The area B of the part where at least two of the first to third parts of (1) to (3) are in contact with each other is measured, the ratio of the area B to the area A is calculated, and this ratio is the content of the adjacent phase 14 (% By volume). For the area A, the magnification at the time of measurement may be changed as appropriate so that the first to third silicides and the adjacent phase 14 can be identified. In addition, it is preferable to confirm the crystal phase contained in the adjacent phase 14 using X-ray microanalyzer and TEM together.

かくして、本発明の耐溶融金属用部材は機械的強度が高く、また耐熱衝撃性にも優れているため冷熱サイクルが加わっても破損したり、亀裂が入ったりすることなく、さらに溶融金属の付着が抑制できるので、溶融金属を鋳造するために用いる容器、ラドル、ヒーターチューブ、ストーク、ダイカストスリーブ、溶鍛スリーブ、熱電対保護管、溶融金属に曝される溶接用のノズル部材としても好適に使用できる。特に、Al溶湯用部材として好適に用いることができる。   Thus, the molten metal member of the present invention has high mechanical strength and excellent thermal shock resistance, so that it does not break or crack even when subjected to a thermal cycle, and further adheres to the molten metal. Therefore, it is also suitable for use as a nozzle member for welding exposed to molten metal, containers used to cast molten metal, ladle, heater tube, stalk, die casting sleeve, welded sleeve, thermocouple protection tube it can. In particular, it can be suitably used as a member for molten Al.

次に本発明の耐溶融金属用部材の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the member for molten metal of this invention is demonstrated.

本発明の耐溶融金属用部材の製造方法は、原料粉末を成形し、焼成した後、得られた焼結体をpH3以下の水溶液に浸漬するか、またはハロゲン化物からなる気体に暴露するものである。   The method for producing a member for resistance to molten metal according to the present invention comprises forming a raw material powder and firing it, then immersing the obtained sintered body in an aqueous solution having a pH of 3 or less, or exposing to a gas comprising a halide. is there.

これによって、耐溶融金属用部材の表面の金属珪化物の濃度を内部より低くすることができる。これは、機械的特性と耐熱衝撃性を向上させたまま、溶融金属が付着しにくく、かつ溶融金属への不純物の混入を抑制できる耐溶融金属用部材を製造することができる。   Thereby, the density | concentration of the metal silicide of the surface of the member for a fusion-resistant metal can be made lower than an inside. This makes it possible to produce a molten metal member that is less likely to adhere to the molten metal while suppressing mechanical properties and thermal shock resistance, and that can prevent impurities from being mixed into the molten metal.

さらに、本発明の耐溶融金属用部材の製造方法を具体的に説明する。   Furthermore, the manufacturing method of the member for molten metal of this invention is demonstrated concretely.

先ず、公知の製造方法、例えば、窒化珪素粉末と、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素(Siを除く)からなる金属化合物とを混合して原料粉末を作製する原料作製工程と、前記原料粉末と有機結合剤とからなる成形体を作製する成形工程と、実質的に窒素ガス、アルゴンガス、またはこれらの混合ガスからなる雰囲気中で前記有機結合材を脱脂して脱脂体を作製する脱脂工程と、前記脱脂体を窒素ガスを含有する非酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程とを有する製造方法によって焼結体を作製する。この焼結体は、β型窒化珪素結晶、又はβ型窒化珪素と同じ結晶構造を有するβ’−サイアロン結晶を主成分とする窒化珪素質焼結体である。また、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素としては、上述した金属元素が選ばれることが好ましい。   First, a known production method, for example, a raw material production step of producing a raw material powder by mixing silicon nitride powder and a metal compound composed of at least one metal element (excluding Si) having a melting point of 1000 ° C. or higher, A molding step for producing a molded body composed of the raw material powder and the organic binder, and a degreased body is produced by degreasing the organic binder in an atmosphere substantially composed of nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas thereof. A sintered body is produced by a manufacturing method having a degreasing step for performing and a firing step for firing the degreased body in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen gas. This sintered body is a silicon nitride-based sintered body mainly composed of β-type silicon nitride crystal or β′-sialon crystal having the same crystal structure as β-type silicon nitride. Moreover, it is preferable that the metal element mentioned above is chosen as at least 1 metal element among melting | fusing point of 1000 degreeC or more.

次いで、得られた焼結体をpH3以下の水溶液に浸漬する浸漬工程、またはハロゲン化物からなる気体に暴露する暴露工程を経る。   Next, an immersion process in which the obtained sintered body is immersed in an aqueous solution having a pH of 3 or less, or an exposure process in which the sintered body is exposed to a gas composed of a halide.

浸漬工程としては、焼結体表面に存在する金属珪化物をpH3以下の水溶液と反応させて焼結体表面からその少なくとも一部を除去する。pH3以下の水溶液としては、HCl、HNO、HSO、HF、H、HClOの各々の水溶液およびこれらのうち少なくとも2種を混合した水溶液が挙げられる。前記水溶液の中でも、HCl水溶液単独、もしくは混酸水溶液としてHNO+HSO、HF+HNO+HSO、HF+H、HF+HNO、HNO+HF、HNO+HF+HSO、HNO+HF+HCl、HNO+HF+HClOのいずれかの水溶液を用いることが好ましい。焼結体を前記水溶液に浸漬することにより、金属珪化物が焼結体表面から除去される。前記水溶液のうち、経済性と製造過程における安全性を向上させることができるHCl水溶液が特に好ましい。なお、浸漬工程において用いるpH3以下の水溶液が例えばHClのみ(水を含まない)の場合でも、浸漬工程において焼結体表面の金属珪化物を除去できる。浸漬工程において用いるpH3以下の水溶液に水を含有するのは、経済性と製造過程における安全性を向上させるためである。また、焼結体をpH3以下の水溶液に暴露する時間は5分以上が好ましい。 In the dipping process, the metal silicide present on the surface of the sintered body is reacted with an aqueous solution having a pH of 3 or less to remove at least a part thereof from the surface of the sintered body. Examples of the aqueous solution having a pH of 3 or lower include aqueous solutions of HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 , HF, H 2 O 2 , and HClO 4 and aqueous solutions obtained by mixing at least two of them. Among the aqueous solutions, HCl aqueous solution alone or mixed acid aqueous solution as HNO 3 + H 2 SO 4 , HF + HNO 3 + H 2 SO 4 , HF + H 2 O 2 , HF + HNO 3 , HNO 3 + HF, HNO 3 + HF + H 2 SO 4 , HNO 3 + HF It is preferable to use any aqueous solution of HNO 3 + HF + HClO 4 . By immersing the sintered body in the aqueous solution, the metal silicide is removed from the surface of the sintered body. Among the aqueous solutions, an aqueous HCl solution that can improve economy and safety in the manufacturing process is particularly preferable. Even when the aqueous solution having a pH of 3 or less used in the dipping step is, for example, only HCl (not including water), the metal silicide on the surface of the sintered body can be removed in the dipping step. The reason why water is contained in the aqueous solution having a pH of 3 or less used in the dipping process is to improve the economy and safety in the production process. The time for exposing the sintered body to an aqueous solution having a pH of 3 or less is preferably 5 minutes or more.

暴露工程としては、焼結体をハロゲン化物に暴露するものであり、ハロゲン化物としては、フッ化物からなる気体が好ましく、特にClF、CFCl、CFCl、CFCl、CF、NF、SF、SiF、BF、PF、PFのいずれかを含む気体が好ましい。これにより、焼結体の表面に含まれる金属珪化物が除去される。特に、金属珪化物としてW、Moを含む金属珪化物を効率良く除去することができる。これらのハロゲン化物の気流を形成し、この気流に焼結体を1分以上暴露することがより好ましい。 In the exposure step, the sintered body is exposed to a halide. As the halide, a gas composed of fluoride is preferable. In particular, ClF 3 , CF 2 Cl 2 , CFCl 3 , CF 3 Cl, CF 4 , A gas containing any of NF 3 , SF 6 , SiF 4 , BF 3 , PF 3 , and PF 5 is preferable. Thereby, the metal silicide contained in the surface of the sintered body is removed. In particular, metal silicides containing W and Mo as metal silicides can be efficiently removed. More preferably, an air stream of these halides is formed, and the sintered body is exposed to the air stream for 1 minute or more.

また、焼結体表面の金属珪化物を低減させる方法として、前記浸漬工程または暴露工程が選ばれる理由について説明する。窒化珪素質焼結体表面の金属珪化物を低減する方法には多くの方法があり、その中でも前記浸漬工程、前記暴露工程を用いることが好ましい。窒化珪素質焼結体の表面に存在する金属珪化物を除去する他の方法としては、例えば酸化ナトリウムと焼結後の窒化珪素質焼結体とをAu、Fe、Ni、Ag、Zrのいずれかからなる金属容器に入れたまま500℃程度に加熱する方法がある。しかし、この方法は、容器が浸食されやすいという問題、容器に含まれる金属成分が窒化珪素質焼結体に固着するという問題、用いた酸化ナトリウムが窒化珪素質焼結体に固着するという問題等がある。このため、この方法は耐溶融金属用部材として用いるための窒化珪素質焼結体表面から金属珪化物を除去する方法として用いることはできない。   The reason why the immersion step or the exposure step is selected as a method for reducing the metal silicide on the surface of the sintered body will be described. There are many methods for reducing the metal silicide on the surface of the silicon nitride-based sintered body, and among these, it is preferable to use the immersion step and the exposure step. As another method for removing the metal silicide present on the surface of the silicon nitride sintered body, for example, sodium oxide and the sintered silicon nitride sintered body may be any one of Au, Fe, Ni, Ag, and Zr. There is a method of heating to about 500 ° C. in a metal container made of such. However, this method has a problem that the container is easily eroded, a problem that a metal component contained in the container is fixed to the silicon nitride sintered body, a problem that the sodium oxide used is fixed to the silicon nitride sintered body, and the like. There is. For this reason, this method cannot be used as a method of removing metal silicide from the surface of a silicon nitride-based sintered body for use as a member for molten metal.

また、表面における金属珪化物の濃度を内部に比べて1/2以下に制御するためには、例えば前記水溶液としてpH2.5以下の水溶液を用い、この溶液に焼結体を10分以上浸漬するか、またはフッ素、塩素の少なくとも1つを含む気体に20分以上暴露させる。   Further, in order to control the concentration of the metal silicide on the surface to ½ or less compared to the inside, for example, an aqueous solution having a pH of 2.5 or less is used as the aqueous solution, and the sintered body is immersed in this solution for 10 minutes or more. Or exposed to a gas containing at least one of fluorine and chlorine for 20 minutes or more.

さらに、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素(Siを除く)からなる金属化合物として、Fe、Cuのうち少なくとも1つの金属化合物を用いる際は、焼結体中にFe珪化物、Cu珪化物がFe、Cuの合計換算で0.01〜10質量%含有するように、Fe、Cuの含有量を制御することによって、さらに高温でも粒界層の破壊靱性を高くすることができるので、さらに高温で熱応力がかかった場合でも、割れにくい耐溶融金属用部材を製造することができる。   Furthermore, when using at least one metal compound of Fe and Cu as a metal compound composed of at least one metal element (excluding Si) having a melting point of 1000 ° C. or higher, Fe silicide, Cu is used in the sintered body. By controlling the content of Fe and Cu so that the silicide is contained in an amount of 0.01 to 10% by mass in terms of the total of Fe and Cu, the fracture toughness of the grain boundary layer can be increased even at higher temperatures. In addition, even when a thermal stress is applied at a higher temperature, it is possible to produce a member for molten metal that is difficult to break.

また、前記原料粉末に、さらに周期律表第3族元素(RE)の酸化物(RE)、酸化アルミニウムを添加することによって、焼成工程で液相が低温で生成し、粒界層にRE、AlおよびOからなる非晶質相を含有させることができる。その結果、窒化珪素の結晶が微細で粒径が揃い、さらに耐熱衝撃性に優れ、機械的強度の高い耐溶融金属用部材を製造することができる。また、粒界層に前記非晶質相を均一に分散させることにより、窒化珪素の結晶を焼結体全体に渡って微細で粒径の揃ったものとするためには、焼成工程で、最高温度を経た後、800℃までの降温速度を100℃/時間よりも大きくすることが好ましい。 Further, by adding an oxide (RE 2 O 3 ) of group 3 element (RE) of the periodic table and aluminum oxide to the raw material powder, a liquid phase is generated at a low temperature in the firing step, and the grain boundary layer Can contain an amorphous phase composed of RE, Al and O. As a result, it is possible to manufacture a molten metal member having a fine silicon nitride crystal, uniform particle size, excellent thermal shock resistance, and high mechanical strength. In addition, in order to make the silicon nitride crystals fine and uniform throughout the sintered body by uniformly dispersing the amorphous phase in the grain boundary layer, it is the highest in the firing step. After passing through the temperature, it is preferable that the rate of temperature decrease to 800 ° C. is greater than 100 ° C./hour.

さらに、前記REとしてY、Er、Yb、Luのうち少なくとも1種を用いることにより、高温での機械的強度と耐酸化性が向上した耐溶融金属用部材を製造することができる。さらに、焼成工程で、降温速度を200℃/時間よりも大きくすることにより、粒界層に含まれるSiとREの比率を、SiO/REのモル比換算で0.2〜10とすることができるので、機械的特性がさらに向上した耐溶融金属用部材を製造することができる。 Furthermore, by using at least one of Y 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3, Lu 2 O 3 as the RE 2 O 3, with improved mechanical strength and oxidation resistance at high temperatures A member for molten metal can be manufactured. Furthermore, in the firing step, the rate of temperature decrease is set to be greater than 200 ° C./hour, so that the ratio of Si and RE contained in the grain boundary layer is 0.2 to 10 in terms of the molar ratio of SiO 2 / RE 2 O 3. Therefore, it is possible to manufacture a molten metal member having further improved mechanical characteristics.

また焼結体中にAlとREの比率が、Al/REのモル比換算で0.2〜5となるよう、REと酸化アルミニウムを原料粉末に添加することによって、前記非晶質相を粒界層全体に渡って均一に形成させ、非晶質相の偏在を抑制することができるので焼結性が向上し、破壊靱性が向上した耐溶融金属用部材を製造することができる。 Further, RE 2 O 3 and aluminum oxide should be added to the raw material powder so that the ratio of Al to RE in the sintered body is 0.2 to 5 in terms of molar ratio of Al 2 O 3 / RE 2 O 3. Therefore, the amorphous phase can be uniformly formed over the entire grain boundary layer, and uneven distribution of the amorphous phase can be suppressed, so that the sinterability is improved and the fracture toughness is improved. Can be manufactured.

また、前記脱脂体の比表面積を1〜30m/gとすることによって、焼結体に含まれる窒化珪素の結晶を針状結晶からなり、該針状結晶の長径の平均粒径が30μm以下、前記針状結晶の短径の平均粒径が2μm以下とすることができる。その結果、破壊靭性が向上し、機械的強度がさらに向上した耐溶融金属用部材を製造することができる。 Further, by setting the specific surface area of the degreased body to 1 to 30 m 2 / g, the silicon nitride crystals contained in the sintered body are made of needle-like crystals, and the average diameter of the major axis of the needle-like crystals is 30 μm or less. The average particle diameter of the minor axis of the acicular crystal can be 2 μm or less. As a result, it is possible to produce a molten metal member having improved fracture toughness and further improved mechanical strength.

また、原料粉末中に含まれる窒化珪素以外の化合物の含有量を制御することにより、焼結体中に含まれる粒界層の含有量を20体積%未満に制御することが好ましく、焼成工程中での変形を抑制できるので、寸法精度の高い耐溶融金属用部材を製造することができる。   Further, it is preferable to control the content of the grain boundary layer contained in the sintered body to be less than 20% by volume by controlling the content of the compound other than silicon nitride contained in the raw material powder, Therefore, it is possible to manufacture a molten metal member with high dimensional accuracy.

また、前記脱脂工程、窒化工程、焼成工程を同一の炉内で連続して実施することが、窒化珪素質焼結体の製造コストを特に低減するので好ましい。   In addition, it is preferable to continuously perform the degreasing step, the nitriding step, and the firing step in the same furnace because the manufacturing cost of the silicon nitride sintered body is particularly reduced.

ここで、粒界層に隣接相を含有する耐溶融金属用部材を得るための製造方法について説明する。   Here, the manufacturing method for obtaining the member for molten metal which contains an adjacent phase in a grain boundary layer is demonstrated.

隣接相を有する耐溶融金属用部材は、Si粉末、もしくはSi粉末と窒化珪素粉末の混合粉末に、予め平均粒径0.1〜20μmのFe、Cr、MnおよびCuのうち少なくとも1つの第1の金属元素の化合物に、平均粒径0.1〜30μmのW、Moのうち少なくとも1つの第2の金属元素の化合物を湿式混合、乾燥して得られた予備混合粉末を混合して原料粉末を作製する原料作製工程と、前記原料粉末と有機結合剤とからなる成形体を作製する成形工程と、実質的に窒素ガス、アルゴンガス、またはこれらの混合ガスからなる雰囲気中で前記有機結合材を脱脂して脱脂体を作製する脱脂工程と、前記脱脂体を実質的に窒素ガス雰囲気中で窒化体に変換する窒化工程と、前記窒化体を窒素ガスを含有する非酸化性雰囲気中で焼成して焼結体を作製する焼成工程と、前記焼結体をpH3以下の水溶液に浸漬する浸漬工程、またはハロゲン化物からなる気体に暴露する暴露工程を有する。この製造方法において、焼成工程で得られる焼結体の粒界層中に隣接相を含有させるプロセスは次のようになる。   The member for molten metal having an adjacent phase is prepared by adding at least one of Fe, Cr, Mn and Cu having an average particle diameter of 0.1 to 20 μm in advance to Si powder or a mixed powder of Si powder and silicon nitride powder. The raw material powder obtained by mixing the compound of the metal element with a premixed powder obtained by wet-mixing and drying at least one second metal element compound of W and Mo having an average particle diameter of 0.1 to 30 μm A raw material manufacturing step, a molding step of manufacturing a molded body composed of the raw material powder and an organic binder, and the organic binder in an atmosphere substantially composed of nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas thereof. A degreasing process for producing a degreased body by degreasing, a nitriding step for substantially converting the degreased body into a nitride in a nitrogen gas atmosphere, and firing the nitride in a non-oxidizing atmosphere containing nitrogen gas Sintered body A firing step of immersing the sintered body, an immersion step of immersing the sintered body in an aqueous solution having a pH of 3 or less, or an exposure step of exposing to a gas comprising a halide. In this production method, the process of incorporating an adjacent phase into the grain boundary layer of the sintered body obtained in the firing step is as follows.

まず、上述のような湿式混合によって、第1、第2の金属元素の化合物が偏在することなく予備混合粉末中に均一分散させ、乾燥によって第1、第2の金属元素の化合物からなる粒子を互いに固着させた予備粉末を作成する。その結果、予備混合粉末は、第1、第2の金属元素の化合物がそれぞれ均一分散すると共に、互いの粒子が固着したものとなる。なお、この均一分散と固着を達成するために、湿式混合に用いる溶媒としては水、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノールのうち少なくとも1つが好適である。溶媒中に水を含有させることが、第1、第2の金属元素の化合物の粒子を、乾燥過程で互いに強固に固着させることができるのでさらに好ましい。   First, by wet mixing as described above, the first and second metal element compounds are uniformly dispersed in the premixed powder without uneven distribution, and the particles made of the first and second metal element compounds are dried to dry the particles. Preliminary powders fixed together are prepared. As a result, the premixed powder is one in which the compounds of the first and second metal elements are uniformly dispersed and the particles are fixed to each other. In order to achieve this uniform dispersion and fixation, at least one of water, isopropyl alcohol, ethanol, and methanol is suitable as a solvent used for wet mixing. It is more preferable to include water in the solvent because the particles of the first and second metal element compounds can be firmly fixed to each other during the drying process.

次に、Si粉末、もしくはSi粉末と窒化珪素粉末の混合粉末に、上述の予備混合粉末を混合することにより、第1、第2の金属元素の化合物の粒子が互いに固着し、均一分散した予備混合粉末が混合粉末中に分散した原料粉末を作製させることができる。   Next, by mixing the above-mentioned premixed powder with Si powder or a mixed powder of Si powder and silicon nitride powder, the particles of the first and second metal element compounds are fixed to each other and uniformly dispersed. The raw material powder in which the mixed powder is dispersed in the mixed powder can be produced.

そして、窒化工程中に、第1の金属元素の化合物、第2の金属元素の化合物、第1および第2の金属元素の化合物がそれぞれSi成分と反応し、それぞれ第1金属珪化物前駆体、第2金属珪化物前駆体、第3金属珪化物前駆体となり、さらに、それぞれの前駆体のうち少なくとも2つが互いに接した隣接相前駆体を形成する。ここで、第1〜第3金属珪化物前駆体、隣接相前駆体とは、非晶質あるいは一部結晶化していない物質を示している。窒化工程で、隣接相前駆体が形成されるのは、原料粉末中に、第1の金属元素の化合物からなる粒子と、第2の金属元素の化合物からなる粒子が互いに固着しているため、互いに固着した粒子が隣接しながら窒化されるからである。原料粉末中にSi粉末を含有させるのは、窒化工程において、第1、第2の金属元素とSiとの反応を促進して隣接相前駆体を形成させるためである。原料粉末にSi粉末を含まないと、第1、第2の金属元素とSiとの反応が促進されないので隣接相前駆体を含む窒化体を得ることができない。   Then, during the nitriding step, the first metal element compound, the second metal element compound, the first and second metal element compounds each react with the Si component, and the first metal silicide precursor, A second metal silicide precursor and a third metal silicide precursor are formed, and an adjacent phase precursor in which at least two of the precursors are in contact with each other is formed. Here, the first to third metal silicide precursors and the adjacent phase precursors indicate substances which are amorphous or partially not crystallized. In the nitriding step, the adjacent phase precursor is formed because the particles made of the compound of the first metal element and the particles made of the compound of the second metal element are fixed to each other in the raw material powder. This is because the particles fixed to each other are nitrided while adjoining. The reason why the Si powder is contained in the raw material powder is to promote the reaction between the first and second metal elements and Si in the nitriding step to form the adjacent phase precursor. If the raw material powder does not contain Si powder, the reaction between the first and second metal elements and Si is not promoted, so that a nitride containing the adjacent phase precursor cannot be obtained.

このような窒化体に含まれる隣接相前駆体は、焼成工程で結晶化し、隣接相となる。なお、耐溶融金属用部材中の第1、第2の金属元素の含有量が同じ場合でも、特に窒化工程の温度、保持時間を制御することにより隣接相の含有量を制御することができる。   The adjacent phase precursor contained in such a nitride is crystallized in the firing step to become an adjacent phase. Even when the contents of the first and second metal elements in the molten metal member are the same, the content of the adjacent phase can be controlled by controlling the temperature and holding time of the nitriding step.

本発明の耐溶融金属用部材の製造方法によれば、予備混合粉末に第1および第2の金属元素を共に含む化合物を用いなくても、第3金属珪化物を含む隣接相を形成させることができる。この隣接相の形成メカニズムは例えば次のようなものと考えられる。即ち、第1、第2の金属元素の化合物からなる粒子が互いに隣接しながら窒化されると、第1金属珪化物前駆体、第2金属珪化物前駆体のいずれか一方が他方に固溶した固溶体と、第1、第2の金属珪化物前駆体のいずれかとが隣接した隣接相前駆体が形成される。この隣接相前駆体は焼成工程で、第3金属珪化物と、第1または第2の金属珪化物とが隣接した隣接相となる。   According to the method for manufacturing a member for resistance to molten metal of the present invention, an adjacent phase containing a third metal silicide can be formed without using a compound containing both the first and second metal elements in the premixed powder. Can do. The formation mechanism of this adjacent phase is considered as follows, for example. That is, when the particles composed of the first and second metal element compounds are nitrided while adjoining each other, either the first metal silicide precursor or the second metal silicide precursor is dissolved in the other. An adjacent phase precursor is formed in which the solid solution is adjacent to one of the first and second metal silicide precursors. This adjacent phase precursor is an adjacent phase in which the third metal silicide and the first or second metal silicide are adjacent in the firing step.

上述のように第1の金属元素の化合物からなる平均粒径が0.1〜20μmの粉末と、第2の金属元素の化合物からなる平均粒径0.1〜30μmの粉末が用いられる。この理由としては、これらの粒径範囲とすることによって窒化工程での上述の隣接相前駆体の形成が促進され、第1〜第3金属珪化物のうちで隣接相の形成に寄与する割合を増加させることができるからであると考えられる。この割合は、上述の粉末混合工程において各粉末をより均一に混合する程増加させることができる。なお、予備混合粉末の比表面積は3〜30m/gの範囲内であることが好ましい。この理由は、これによって、窒化工程における窒化を促進させると共に、第1金属珪化物、第2金属珪化物、第3金属珪化物のうち少なくとも2つが隣接相の形成に寄与する割合を増加させることができるからである。 As described above, a powder having an average particle size of 0.1 to 20 μm made of the compound of the first metal element and a powder having an average particle size of 0.1 to 30 μm made of the compound of the second metal element are used. This is because the formation of the above-mentioned adjacent phase precursor in the nitriding step is promoted by setting the particle size range, and the proportion of the first to third metal silicides that contributes to the formation of the adjacent phase. This is thought to be because it can be increased. This ratio can be increased as the powders are mixed more uniformly in the above-described powder mixing step. In addition, it is preferable that the specific surface area of premixed powder exists in the range of 3-30 m < 2 > / g. The reason for this is to promote the nitriding in the nitriding step and increase the ratio of at least two of the first metal silicide, the second metal silicide and the third metal silicide contributing to the formation of the adjacent phase. Because you can.

また、出発原料として、Si粉末と窒化珪素粉末の両方を用いた場合、Si粉末と窒化珪素粉末の質量比(Si粉末の質量)/(Si粉末と窒化珪素粉末の質量の合計)が0.4〜0.95であることが好ましい。この比が0.4より小さいと第1〜第3金属珪化物前駆体および隣接相前駆体が生成しにくくなる恐れがあるからであり、また、得られる耐溶融金属用部材の寸法精度を高精度に制御することができなくなる。この比が0.95より大きいと肉厚の大きい脱脂体を窒化する場合、窒化時間が多大となり製造コストが増加するため、好ましくないからである。   When both Si powder and silicon nitride powder are used as starting materials, the mass ratio of Si powder to silicon nitride powder (mass of Si powder) / (total of mass of Si powder and silicon nitride powder) is 0. It is preferably 4 to 0.95. If this ratio is less than 0.4, the first to third metal silicide precursors and adjacent phase precursors may not be easily generated, and the dimensional accuracy of the resulting molten metal member is increased. It becomes impossible to control to accuracy. If this ratio is greater than 0.95, when nitriding a degreased body having a large thickness, the nitriding time is increased and the manufacturing cost increases, which is not preferable.

混合粉末と有機結合剤とからなる成形体を作製するのは、成形体を高密度にしかつ成形体内の密度のばらつきを小さくするためである。これによって、焼成中に窒化体の焼結が耐溶融金属用部材全体に渡って均一に進行するので、機械的強度、耐熱衝撃性を向上させることができる。   The reason why the molded body made of the mixed powder and the organic binder is prepared is to increase the density of the molded body and reduce the variation in density in the molded body. Thereby, since sintering of the nitride proceeds uniformly over the entire member for molten metal during firing, mechanical strength and thermal shock resistance can be improved.

実質的に窒素ガス、アルゴンガス、またはこれらの混合ガスからなる雰囲気中で有機結合材を脱脂して脱脂体を作製するのは、脱脂体に含まれる炭素を低減することにより、焼結性を向上させることができるからである。また、上述の脱脂は成形体を炉内へ載置して行う。   Degreasing the organic binder in an atmosphere consisting essentially of nitrogen gas, argon gas, or a mixed gas thereof to produce a degreased body is achieved by reducing the carbon contained in the degreased body and reducing the sinterability. This is because it can be improved. Further, the above degreasing is performed by placing the molded body in a furnace.

Si粉末を含む成形体は、窒化工程において成形体の表面のSi粉末から窒化が始まり、時間の経過と共に成形体のより内部に存在するSi粉末の窒化が進行する。したがって第1の窒化工程の途中または終了時には成形体表面よりも内部のSi量が多い状態が存在する。成形体をこの状態から完全に窒化させるには、低温での窒化(第1の窒化工程)の後、高温での窒化(第2の窒化工程)を行う必要がある。   Nitriding starts from the Si powder on the surface of the molded body in the nitriding step, and the nitriding of the Si powder existing inside the molded body proceeds with time. Therefore, there is a state in which the amount of Si inside is larger than that of the surface of the molded body during or after the first nitriding step. In order to completely nitride the molded body from this state, it is necessary to perform nitriding at a high temperature (second nitriding step) after nitriding at a low temperature (first nitriding step).

特に、第2の窒化工程の温度を制御することにより、隣接相の存在量(含有量)を制御することができる。すなわち、前記第2の窒化工程の温度を1200℃以上1400℃未満とすることにより、耐溶融金属用部材に隣接相を0.1〜5体積%含有させることができる。前記第2の窒化工程の温度が1100℃以上1200℃未満、または1400℃以上1500℃以下の場合は、前記隣接相が0.1体積%未満しか含有させることができないため、機械的特性の著しく優れた耐溶融金属用部材を製造することができず好ましくない。   In particular, the abundance (content) of the adjacent phase can be controlled by controlling the temperature of the second nitriding step. That is, by setting the temperature of the second nitriding step to 1200 ° C. or more and less than 1400 ° C., the molten metal member can contain 0.1 to 5% by volume of the adjacent phase. When the temperature of the second nitriding step is 1100 ° C. or more and less than 1200 ° C., or 1400 ° C. or more and 1500 ° C. or less, the adjacent phase can be contained only less than 0.1% by volume. It is not preferable because an excellent member for molten metal cannot be produced.

耐溶融金属用部材を致密化させることによって機械的特性を向上させるためには、前記焼成工程における最高温度が1600℃以上であることが好ましい。1600℃以上で焼成することにより、相対密度が97%以上の緻密な耐溶融金属用部材を作製することができ、機械的特性を向上させることができる。また、窒化珪素の結晶の異常粒成長を抑制することにより機械的強度の低下を抑制するためには、焼成の最高温度の上限を1850℃とすることが好ましい。   In order to improve mechanical properties by densifying the member for molten metal, it is preferable that the maximum temperature in the firing step is 1600 ° C. or higher. By firing at 1600 ° C. or higher, a dense member for molten metal having a relative density of 97% or higher can be produced, and the mechanical properties can be improved. In order to suppress the decrease in mechanical strength by suppressing abnormal grain growth of silicon nitride crystals, the upper limit of the maximum firing temperature is preferably set to 1850 ° C.

次に、第1金属珪化物が、第2金属珪化物または第3金属珪化物を取り囲むように形成されている隣接相とするには、第1の金属元素を第2の金属元素よりも多くし、かつ第1の金属元素を計0.2〜10質量%、第2の金属元素を計0.1〜3質量%耐溶融金属用部材中に含有させるよう、前記粉末混合工程における第1の金属元素の化合物および第2の金属元素の化合物の添加量を制御する。   Next, in order for the first metal silicide to be an adjacent phase formed so as to surround the second metal silicide or the third metal silicide, the first metal element is more than the second metal element. In the powder mixing step, the first metal element is contained in a total of 0.2 to 10% by mass, and the second metal element is contained in a total of 0.1 to 3% by mass in the member for molten metal. The addition amount of the metal element compound and the second metal element compound is controlled.

この製造方法によって、窒化工程で、第1金属珪化物前駆体が、第2金属珪化物前駆体または第3金属珪化物前駆体を取り囲むように形成された隣接相前駆体が生成されるからである。なお、第1、第2の金属元素が製造過程で不純物として混入する場合は、その不純物を除去する等して第1、第2の金属元素の含有量を制御してもよい。具体的には、例えば、粉末混合工程において使用する機械の摩耗によって金属のFe成分が原料粉末中に混入する場合、粉末混合工程の後、この粉末に磁場を印加してFe成分を吸着し、除去することにより、最終的に耐溶融金属用部材に含まれるFeの含有量を制御することができる。   In this nitriding step, an adjacent phase precursor formed so that the first metal silicide precursor surrounds the second metal silicide precursor or the third metal silicide precursor is generated in the nitriding step. is there. When the first and second metal elements are mixed as impurities during the manufacturing process, the contents of the first and second metal elements may be controlled by removing the impurities. Specifically, for example, when the metal Fe component is mixed in the raw material powder due to wear of the machine used in the powder mixing step, after the powder mixing step, a magnetic field is applied to the powder to adsorb the Fe component, By removing, the content of Fe finally contained in the member for molten metal can be controlled.

また、第1の金属元素の化合物からなる粉末の平均粒径を1〜20μm、第2の金属元素の化合物からなる粉末の平均粒径を0.1〜5μmとすることにより、取り囲む第1金属珪化物の含有量を増加させることができるので、さらに機械的特性に優れた耐溶融金属用部材を製造することができる。   Further, by setting the average particle size of the powder composed of the first metal element compound to 1 to 20 μm and the average particle size of the powder composed of the second metal element compound to 0.1 to 5 μm, the surrounding first metal Since the content of silicide can be increased, it is possible to produce a molten metal member having further excellent mechanical properties.

さらに好ましくは、出発原料であるSi粉末の平均粒径を2〜50μmとし、脱脂体の比表面積を2〜30m/gとすることにより、耐溶融金属用部材に含まれる窒化珪素の結晶の長径の平均粒径を15μm以下に制御する。Si粉末の平均粒径が2μm未満であると、窒化工程中のSi粉末の急激な窒化反応に伴う多量の発熱によって、窒化体の温度が急激に上昇し、窒化工程で大きな窒化珪素の結晶が生成する恐れがあり、その結果、この窒化珪素の結晶が焼成工程で異常粒成長するので平均粒径が15μmを超える恐れがある。また、Si粉末の平均粒径が50μmを超えると、窒化工程で大きなSi粒子が窒化されて大きな窒化珪素の結晶が生成し、この大きな窒化珪素の結晶が焼成工程でさらに異常粒成長し、平均粒径が15μmを超える恐れがある。脱脂体の比表面積を2〜30m/gとすることによって、窒化工程でSi粉末の急激な窒化反応に伴う多量の発熱を抑制できると共に、窒化工程で大きな窒化珪素の結晶が生成した場合でも、焼成時に窒化珪素の結晶の粒成長が抑制されるので、窒化珪素体の結晶の長径の平均粒径を15μm以下に制御することが可能となる。 More preferably, by setting the average particle size of the Si powder as a starting material to 2 to 50 μm and the specific surface area of the degreased body to 2 to 30 m 2 / g, the silicon nitride crystals contained in the member for molten metal The average particle diameter of the major axis is controlled to 15 μm or less. If the average particle size of the Si powder is less than 2 μm, a large amount of heat is generated due to the rapid nitridation reaction of the Si powder during the nitriding process, so that the temperature of the nitride rapidly increases, and large silicon nitride crystals are formed in the nitriding process. As a result, the silicon nitride crystal grows abnormally in the baking process, so that the average grain size may exceed 15 μm. Further, when the average particle diameter of the Si powder exceeds 50 μm, large Si particles are nitrided in the nitriding process to generate large silicon nitride crystals, and the large silicon nitride crystals further grow abnormally in the firing process. The particle size may exceed 15 μm. By setting the specific surface area of the degreased body to 2 to 30 m 2 / g, it is possible to suppress a large amount of heat generation due to the rapid nitriding reaction of the Si powder in the nitriding step, and even when large silicon nitride crystals are generated in the nitriding step. Since the grain growth of the silicon nitride crystal is suppressed during firing, it becomes possible to control the average grain size of the major axis of the silicon nitride body crystal to 15 μm or less.

次に、第2金属珪化物が、第1金属珪化物または第3金属珪化物を取り囲むように形成されている隣接相を含有する耐溶融金属用部材とするためには、第2の金属元素を第1の金属元素よりも多くし、かつ第1の金属元素を計0.01〜2質量%、第2の金属元素を計1〜10質量%耐溶融金属用部材中に含有させるよう、上述の粉末混合工程における第1の金属元素の化合物および第2の金属元素の化合物の添加量を制御する。   Next, in order to make the second metal silicide a member for a molten metal containing an adjacent phase formed so as to surround the first metal silicide or the third metal silicide, the second metal element More than the first metal element, and 0.01 to 2% by mass of the first metal element and 1 to 10% by mass of the second metal element in the member for molten metal, The addition amount of the first metal element compound and the second metal element compound in the powder mixing step is controlled.

この製造方法によって、窒化工程で、第2金属珪化物前駆体が、第1金属珪化物前駆体または第3金属珪化物前駆体を取り囲むように形成された隣接相前駆体を生成させることができる。なお、第1、第2の金属元素が製造過程で不純物として混入する場合は、上記と同様にしてその不純物を除去する等して第1、第2の金属元素の含有量を制御する。   By this manufacturing method, the adjacent phase precursor formed so that the second metal silicide precursor may surround the first metal silicide precursor or the third metal silicide precursor may be generated in the nitriding step. . When the first and second metal elements are mixed as impurities during the manufacturing process, the contents of the first and second metal elements are controlled by removing the impurities in the same manner as described above.

また、第1の金属元素の化合物からなる粉末の平均粒径を0.1〜5μm、第2の金属元素の化合物からなる粉末の平均粒径を1〜30μmとすることにより、取り囲む第2金属珪化物の含有量を増加させることができるので、さらに耐熱衝撃性に優れた耐溶融金属用部材を製造することができる。   In addition, by setting the average particle size of the powder made of the first metal element compound to 0.1 to 5 μm and the average particle size of the powder made of the second metal element compound to 1 to 30 μm, the surrounding second metal Since the content of silicide can be increased, it is possible to manufacture a member for a molten metal having further excellent thermal shock resistance.

この理由は次のように考えられる。即ち、第2の金属元素の化合物からなる粉末の平均粒径を1〜30μmに制御すると、焼成工程中の高温で第2金属珪化物は大きな結晶となって粒界層中に分散する。また、第1の金属元素の化合物からなる粉末の平均粒径を0.1〜5μmに制御すると、焼成工程中の高温で、第2金属珪化物よりも極めて小さな第1の金属元素または第1、第2の金属元素を含む液相または金属珪化物が粒界層に生成する。さらに、焼成工程での冷却過程で、第1金属珪化物または第3金属珪化物が大きな第2金属珪化物の結晶に隣接しながら結晶化するので、第2金属珪化物が、第1金属珪化物または第3金属珪化物を取り囲むように形成されている隣接相の含有量が増加する。   The reason is considered as follows. That is, when the average particle size of the powder composed of the second metal element compound is controlled to 1 to 30 μm, the second metal silicide becomes large crystals and is dispersed in the grain boundary layer at a high temperature during the firing step. Further, when the average particle diameter of the powder composed of the compound of the first metal element is controlled to 0.1 to 5 μm, the first metal element or the first metal which is extremely smaller than the second metal silicide at a high temperature during the firing step. Then, a liquid phase or metal silicide containing the second metal element is generated in the grain boundary layer. Furthermore, since the first metal silicide or the third metal silicide is crystallized while adjacent to the large second metal silicide crystal in the cooling process in the firing step, the second metal silicide is converted into the first metal silicide. The content of the adjacent phase formed so as to surround the material or the third metal silicide increases.

第1、第2の金属元素の化合物を構成する粒子の平均粒径は、それぞれ、例えばSEM写真により個々の粒子の粒径を測定し、これらの粒径を平均して求めることができる。   The average particle diameter of the particles constituting the compound of the first and second metal elements can be determined by measuring the particle diameter of each particle by, for example, SEM photographs and averaging these particle diameters.

また、前記浸漬工程または暴露工程によって得られる耐溶融金属用部材は、その表面の金属珪化物(第1〜第3のうち少なくとも1つの金属珪化物)の濃度が低いので、機械的特性と耐熱衝撃性を向上させたまま、固着物の固着、金属溶湯への脱離物の混入を抑制できる金属溶湯用部材となる。   Moreover, since the concentration of the metal silicide (at least one of the first to third metal silicides) on the surface of the molten metal member obtained by the dipping process or the exposure process is low, the mechanical characteristics and the heat resistance It becomes the member for molten metal which can suppress the adhering of a fixed substance and mixing of the detachment | desorption substance into a molten metal, improving impact property.

また、上述したように本発明の耐溶融金属用部材は、金属溶湯に曝される金属溶湯用部材として用いた場合、金属溶湯用部材に固着物が固着しにくい。しかしながら、この金属溶湯用部材は従来の金属溶湯用部材に比べて固着物が固着しにくいものの、例えばAl溶湯用ストーク等の金属溶湯用部材として使用すると、若干ではあるが固着物が固着する。このように固着した固着物は、前記浸漬工程による浸漬または前記暴露工程による暴露を行うことによって除去することができる。このように固着物が除去された金属溶湯用部材は、元々その表面の金属珪化物の濃度が内部よりも低いので、本発明の耐溶融金属用部材となり、繰り返し金属溶湯用部材として好適に使用することができる。   In addition, as described above, when the member for molten metal according to the present invention is used as a member for molten metal that is exposed to molten metal, it is difficult for a fixed object to adhere to the molten metal member. However, the molten metal member is less likely to adhere to the fixed metal member than the conventional molten metal member, but when used as a molten metal member such as a stalk for Al molten metal, for example, the fixed object is slightly fixed. The fixed matter fixed in this way can be removed by immersion in the immersion step or exposure in the exposure step. The member for molten metal from which the solid matter has been removed in this way is originally a metal silicide concentration on the surface lower than the inside, so that it becomes a member for molten metal of the present invention and is suitably used as a member for molten metal repeatedly. can do.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更は何等差し支えない。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

先ず、表1に示す如く種々の粒界層を有する窒化珪素質焼結体にて溶湯用部材であるストークを作製し、熱衝撃試験を行った。   First, as shown in Table 1, a stalk, which is a member for molten metal, was produced from a silicon nitride sintered body having various grain boundary layers, and a thermal shock test was performed.

表1に示す金属化合物粉末(粉末1、粉末2)と、原料粉末である高純度窒化珪素(Si)粉末(平均粒径1μm、α化率90%)、高純度Si粉末(平均粒径3μm)、平均粒径1μmのY粉末、平均粒径0.7μmのAl粉末とを混合して混合粉末を作製した。この際、金属化合物粉末である粉末1と粉末2とを水を用いて湿式粉砕し、湿式粉砕後の粉体の平均粒径を0.8〜1μmにした後、乾燥して予備混合粉末を作製後、予備混合粉末と原料粉末を作製する予備混合工程を経た試料も作製した。得られた混合粉末と、エタノールと、窒化珪素質粉砕用メディアとをバレルミルに投入して混合した。その後、得られたスラリーに、有機結合材としてポリビニルアルコール(PVA)を添加混合し、さらにスプレードライヤーで造粒後した。得られた造粒粉体を外径180mm、内径157mm、長さ1205mm程度の円筒状の成形体を複数得た後、成形体を窒素雰囲気中600℃で3時間保持することにより脱脂した。なお、表1で、金属化合物粉末の含有量は金属元素換算、Si粉末の質量比はSi換算である。また、脱脂体の比表面積をBET法により測定した所、10〜15m/gであった。 Metal compound powders (powder 1 and powder 2) shown in Table 1, high-purity silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder (average particle size 1 μm, α conversion 90%) as raw material powder, high-purity Si powder (average A mixed powder was prepared by mixing a Y 2 O 3 powder having a particle diameter of 3 μm, an average particle diameter of 1 μm, and an Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 0.7 μm. At this time, the powder 1 and the powder 2 which are metal compound powders are wet pulverized using water, the average particle size of the powder after the wet pulverization is set to 0.8 to 1 μm, and then dried to prepare a premixed powder. After the production, a sample that had undergone a premixing step for producing a premixed powder and a raw material powder was also produced. The obtained mixed powder, ethanol, and silicon nitride grinding media were put into a barrel mill and mixed. Thereafter, polyvinyl alcohol (PVA) was added and mixed as an organic binder to the obtained slurry, and granulated with a spray dryer. The obtained granulated powder was degreased by obtaining a plurality of cylindrical shaped bodies having an outer diameter of 180 mm, an inner diameter of 157 mm, and a length of about 1205 mm, and holding the shaped body at 600 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. In Table 1, the content of the metal compound powder is converted into a metal element, and the mass ratio of the Si powder is converted into Si 3 N 4 . Moreover, it was 10-15 m < 2 > / g when the specific surface area of the degreased body was measured by the BET method.

得られた脱脂体を、表面が窒化珪素質の焼結結晶粒子で覆われたカーボン製のこう鉢中に載置し、実質的に窒素からなる150kPaの窒素分圧中、1050℃で20時間、1250℃で10時間順次保持して窒化し、さらに昇温して120kPaの窒素分圧中1500℃で3時間、1770℃で10時間、200kPaの窒素分圧中1800℃で3時間、順次保持後、200℃/時間で降温して焼成し、β型窒化珪素質焼結体からなる焼結体を得た。作製した焼結体を表1に示す浸漬工程または暴露工程を用いて表面処理し、本発明の耐溶融金属用部材である円筒状ストーク(外径150mm、内径130mm、長さ1000m)を得た。浸漬工程は表1に示すpHの塩酸水溶液に所定時間浸漬し、水洗、乾燥する方法とした。暴露工程は、試料をチャンバーに入れ、このチャンバー中にCFガスを流しながら試料を所定時間暴露後、水洗、乾燥する方法とした。 The obtained degreased body was placed in a carbon mortar whose surface was covered with sintered silicon crystal particles of silicon nitride, and the nitrogen-containing partial pressure of 150 kPa consisting essentially of nitrogen was at 1050 ° C. for 20 hours. Nitriding is carried out by sequentially holding at 1250 ° C. for 10 hours, and further heating and holding for 3 hours at 1500 ° C. in a nitrogen partial pressure of 120 kPa, 10 hours at 1770 ° C., and 3 hours at 1800 ° C. in a nitrogen partial pressure of 200 kPa. Then, the temperature was lowered at 200 ° C./hour and fired to obtain a sintered body made of a β-type silicon nitride sintered body. The produced sintered body was surface-treated using the dipping process or the exposure process shown in Table 1 to obtain a cylindrical stalk (outer diameter 150 mm, inner diameter 130 mm, length 1000 m) which is a member for molten metal of the present invention. . The dipping process was a method of dipping in a hydrochloric acid aqueous solution having a pH shown in Table 1 for a predetermined time, washing with water, and drying. In the exposure step, the sample was placed in a chamber, and the sample was exposed for a predetermined time while flowing a CF 4 gas into the chamber, followed by washing with water and drying.

以上のようにして作製した本発明の試料であるストークを用いて次の評価を行った。   The following evaluation was performed using Stoke, which is a sample of the present invention produced as described above.

まず、試料中の粒界層の結晶相を調べ、粒界層に金属珪化物が含まれている場合、この結晶構造を同定した。すなわち、試料をTechnoorg− Linda製イオンシニング装置を用いて加工し、JEOL社の透過型電子顕微鏡JEM2010Fを用いて粒界層の電子線回折による格子像を観察し、この格子像を解析した。なお、1つの試料に複数の金属珪化物を含有する場合は、最も多く含まれている金属珪化物の結晶構造を同定した。   First, the crystal phase of the grain boundary layer in the sample was examined, and when the metal boundary was contained in the grain boundary layer, this crystal structure was identified. That is, a sample was processed using an ion thinning device manufactured by Technology-Linda, a lattice image by electron beam diffraction of the grain boundary layer was observed using a transmission electron microscope JEM2010F manufactured by JEOL, and the lattice image was analyzed. When a plurality of metal silicides were contained in one sample, the crystal structure of the metal silicide contained most was identified.

また、試料の表面と、試料の内部を鏡面研磨した面の金属珪化物の濃度をX線マイクロアナライザー(日本電子株式会社製JXA−8600M)を用いて、次のように測定した。   Moreover, the density | concentration of the metal silicide of the surface which mirror-polished the surface of the sample and the inside of the sample was measured as follows using the X-ray microanalyzer (JEOL Co., Ltd. JXA-8600M).

試料表面と、試料内部を鏡面研磨した面に各々、X線を照射し、これによって発生するFe、Cu等の金属元素(E)の蛍光X線(特性X線)の強度を次のように測定した。各金属元素(E)の蛍光X線(特性X線)を高分解能比例計数管に入射、プリアンプ等の増幅回路で増幅後、さらにマルチチャンネルアナライザーによってエネルギー毎に分解した。ここで、測定する元素(Fe、Cu等)を指定し、これらの元素固有のエネルギー窓が設定され計数された蛍光X線のカウント数(強度)を出力した。測定条件を同一にするために試料の面積、照射するX線の強度、蛍光X線をカウントする時間等を同じとした。このように測定した試料表面の各金属元素の蛍光X線のカウント数を例えばFe、CuについてCFe1、CCu1、焼結体内部のFe、Cuの各元素の蛍光X線のカウント数をCFe2、CCu2、とした。焼結体表面と内部の前記金属珪化物の濃度の比は、例えばFe珪化物についてはCFe1/CFe2、Cu珪化物についてはCCu1/CCu2により計算した。これら以外の金属珪化物についても同様に表面と内部の比を求めた。金属珪化物が複数の金属元素を含む場合は、少なくとも1つの金属珪化物の濃度が表面で内部より低いときに、金属珪化物の焼結体表面における濃度が焼結体内部よりも低い場合とした。また、前記金属珪化物の濃度が内部に比べて1/n(nは1よりも大きい任意の数値)であるとは、例えば前記CFe1/CFe2、CCu1/CCu2のいずれか小さい方が1/n以下である場合とした。 The intensity of fluorescent X-rays (characteristic X-rays) of metal elements (E M ) such as Fe and Cu generated by irradiating the sample surface and the mirror-polished surface of the sample respectively with X-rays as follows: Measured. Fluorescent X-rays (characteristic X-rays) of each metal element (E M ) were incident on a high-resolution proportional counter, amplified by an amplifier circuit such as a preamplifier, and further decomposed for each energy by a multichannel analyzer. Here, the elements (Fe, Cu, etc.) to be measured were designated, and the count number (intensity) of fluorescent X-rays counted by setting the energy window specific to these elements was output. In order to make the measurement conditions the same, the area of the sample, the intensity of the irradiated X-ray, the time for counting the fluorescent X-rays, and the like were the same. The count number of the fluorescent X-rays of each metal element on the sample surface measured in this way is, for example, C Fe1 and C Cu1 for Fe and Cu, and the count number of fluorescent X-rays of each element of Fe and Cu inside the sintered body is C. Fe2 and CCu2 were used. The ratio of the concentration of the metal silicide inside and on the surface of the sintered body was calculated by C Fe1 / C Fe2 for Fe silicide and C Cu1 / C Cu2 for Cu silicide, for example. The ratio between the surface and the interior was similarly determined for other metal silicides. When the metal silicide contains a plurality of metal elements, the concentration of the metal silicide on the sintered body surface is lower than the inside of the sintered body when the concentration of at least one metal silicide is lower than the inside on the surface. did. Further, the concentration of the metal silicide is 1 / n (n is an arbitrary numerical value larger than 1) compared to the inside, for example, the smaller one of C Fe1 / C Fe2 and C Cu1 / C Cu2 Was 1 / n or less.

また、窒化珪素の粒子径は、鏡面研磨した焼結体断面の任意の200μm×200μmの領域内の粒子の長径を測定し平均して求めた。   The particle diameter of silicon nitride was determined by measuring and averaging the long diameters of particles in an arbitrary 200 μm × 200 μm region of the mirror-polished sintered body cross section.

また、試料のストークを恒温槽に入れて25℃に保持した後、700℃、800℃のそれぞれのAl溶湯に投入して熱衝撃を与え、ストークの割れまたはクラックの有無を確認した。   Moreover, after putting the stalk of a sample into a thermostat and hold | maintaining at 25 degreeC, it injected into each Al molten metal of 700 degreeC and 800 degreeC, and gave the thermal shock, and confirmed the presence or absence of the stalk crack or the crack.

また、得られたストークを、それぞれAl溶湯に浸漬(溶湯液面とストークの長さ方向は垂直)しながら、ストークの内周を通して、ストークの上部に設けた鋳造用金型にAl溶湯を鋳込みする方法で1000回鋳込み後、ストークの内周を観察した。なお、鋳込みを開始する前、各試料のストークを200〜300℃まで徐々に加熱した後、鋳込み試験を行った。   In addition, while immersing the obtained stalks in the molten aluminum (the molten liquid surface and the stalk length direction are perpendicular), the molten aluminum is cast into the casting mold provided on the upper part of the stalk through the inner circumference of the stalk. After casting 1000 times, the inner circumference of the stalk was observed. Before starting casting, the stalk of each sample was gradually heated to 200 to 300 ° C., and then a casting test was performed.

また、試料からJIS R1601に準ずる試験片を切り出し、4点曲げ試験にて曲げ強度(7本平均)を測定した。また、SEPB(single edge pre-cracked beam)法により破壊靱性値を測定した。また次のように各試料の隣接相の有無を測定した。試料断面を鏡面研磨し、この鏡面の500μm×500μm程度の部分(「面積A」)にX線マイクロアナライザーを用いて電子ビームを照射し、試料から発生する特性X線の種類と強度を測定することによって、Si、第1、第2の金属元素(Fe、W)の各元素の強度をマッピングし、(1)Siを含有し、かつ、第2の金属元素Wがリッチな第1の部分(W珪化物)の面積、(2)Siを含有し、かつ、Feがリッチな第2の部分(Fe珪化物)の面積、(3)SiとFeおよびWの金属元素とを含有する部分(第3珪化物)の面積をそれぞれ求め、(1)〜(3)の第1〜第3の部分のうち少なくとも2つが互いに接する部分の面積Bを測定し、面積Aに対する面積Bの割合を計算し、この割合を隣接相の含有量(体積%)とした。   Further, a test piece according to JIS R1601 was cut out from the sample, and the bending strength (average of 7 pieces) was measured by a 4-point bending test. Moreover, the fracture toughness value was measured by the SEPB (single edge pre-cracked beam) method. Moreover, the presence or absence of the adjacent phase of each sample was measured as follows. The sample cross-section is mirror-polished, and an area of about 500 μm × 500 μm of the mirror surface (“area A”) is irradiated with an electron beam using an X-ray microanalyzer to measure the type and intensity of characteristic X-rays generated from the sample. Thus, the strength of each element of Si, the first and second metal elements (Fe, W) is mapped, and (1) the first portion containing Si and rich in the second metal element W The area of (W silicide), (2) The area of the second portion (Fe silicide) containing Si and rich in Fe, (3) The portion containing Si, Fe and W metal elements The area of (third silicide) is obtained, the area B of the part where at least two of the first to third parts (1) to (3) are in contact with each other is measured, and the ratio of the area B to the area A is determined. This ratio was calculated as the content (volume%) of the adjacent phase.

結果を表1、2に示す。   The results are shown in Tables 1 and 2.

本発明の試料であるストーク(試料No.1〜16)は、粒界層における金属珪化物の表面と内部との濃度比が0.7以下、平均粒径が23μm以下であり、曲げ強度が750MPa以上、破壊靱性値が5.5MPa・m1/2と高く、700℃のAl溶湯に投入しても割れやクラックが発生しなかった。特に、Fe珪化物、Cu珪化物のいずれかを含有する試料は800℃のAl溶湯に投入しても割れやクラックが発生しなかった。また、固着物が10〜25mmの厚みで形成されていたものの、まだストークとして十分使用可能であった。固着物の厚みは金属珪化物の濃度比が低い程小さくなった。また、隣接相を含有する試料は曲げ強度が840MPa以上、破壊靱性値が6.5MPa・m1/2以上と特に高くなった。また、表には示さないが、本発明の全ての試料の粒界層には、RE、Al、Oを含む非晶質相が存在した。 In the stalk (sample Nos. 1 to 16) which is a sample of the present invention, the concentration ratio between the surface and the inside of the metal silicide in the grain boundary layer is 0.7 or less, the average particle size is 23 μm or less, and the bending strength is The fracture toughness value was as high as 550 MPa or more and 5.5 MPa · m 1/2, and no cracks or cracks occurred even when charged in a 700 ° C. molten Al. In particular, a sample containing either Fe silicide or Cu silicide was not cracked or cracked even when it was put into an 800 ° C. molten Al. Moreover, although the fixed matter was formed with a thickness of 10 to 25 mm, it could still be used sufficiently as stalk. The thickness of the fixed material was smaller as the concentration ratio of the metal silicide was lower. In addition, the sample containing the adjacent phase had a particularly high bending strength of 840 MPa or more and a fracture toughness value of 6.5 MPa · m 1/2 or more. Although not shown in the table, an amorphous phase containing RE, Al, and O was present in the grain boundary layers of all the samples of the present invention.

一方、比較例として、金属珪化物の表面の濃度が内部より低いものの融点が1000℃未満の金属元素からなる金属化合物を用いた場合、金属珪化物を有していない場合(試料No.17〜19、20〜22)は、曲げ強度が650MPa以下、破壊靱性が4.8MPa・m1/2以下と低かった。また、厚み40〜65mmの固着物が固着したため、ストークの内側が固着物によってほぼ閉塞され、その結果これ以上ストークとして繰り返して使用することは不可能であることがわかった。また、Al溶湯に投入して行った熱衝撃試験では、全ての試料が割れたり、クラックが発生したりした。

Figure 2005179176
Figure 2005179176
On the other hand, as a comparative example, when a metal compound composed of a metal element having a metal silicide with a lower surface concentration than the inside but having a melting point of less than 1000 ° C. is used, no metal silicide is present (sample No. 17 to 19, 20-22) had a bending strength of 650 MPa or less and a fracture toughness of 4.8 MPa · m 1/2 or less. Further, it was found that because the fixed matter having a thickness of 40 to 65 mm was fixed, the inside of the stalk was almost blocked by the fixed matter, and as a result, it was impossible to repeatedly use it as stalk. Moreover, in the thermal shock test performed by throwing in Al molten metal, all the samples cracked or the crack generate | occur | produced.
Figure 2005179176
Figure 2005179176

平均粒径0.4μmの酸化鉄(Fe)粉末と平均粒径0.6μmのWO粉末をFeとWの質量換算比で3:1となるよう混合し、実施例1と同様に予備混合粉末を作製した。この予備混合粉末に、実施例1と同じ窒化珪素粉末、Si粉末を混合し、酸化鉄粉末、WO粉末、窒化珪素粉末、Si粉末(Si換算)を、それぞれ1.5質量%、0.5質量%、10質量%、70質量%(小計82質量%)秤量してベース組成とした。 An iron oxide (Fe 2 O 3 ) powder having an average particle size of 0.4 μm and a WO 3 powder having an average particle size of 0.6 μm are mixed so that the mass conversion ratio of Fe and W is 3: 1, and the same as in Example 1. A premixed powder was prepared. The same silicon nitride powder and Si powder as in Example 1 are mixed with this premixed powder, and iron oxide powder, WO 3 powder, silicon nitride powder, and Si powder (in terms of Si 3 N 4 ) are each 1.5% by mass. 0.5% by mass, 10% by mass, 70% by mass (subtotal 82% by mass) were used as base compositions.

次に、平均粒径0.5μmの第3族元素(RE)の酸化物からなる粉末、平均粒径3μmのAl粉末、平均粒径2μmのSiO粉末を小計18質量%となるように量を変更して添加し、全粉末(合計100質量%)をエタノール中で混合後、実施例1と同様にして造粒、成形、脱脂し、脱脂体を作製した。得られ脱脂体を窒化珪素質のこう鉢中に載置し、実質的に窒素からなる150kPaの窒素分圧中、1050℃で20時間、1120℃で10時間、1170℃で時間、1300℃で3時間の各ステップ(各ステップ間は昇温速度25℃/時間で昇温)で順次保持して、Siをα化率90%以上のSiに窒化後、さらに昇温して120kPaの窒素分圧中1500℃で3時間、1770℃で10時間、200kPaの窒素分圧中1800℃で3時間、順次保持後、降温速度200℃/時間で降温して焼成し、焼結体を得た。得られた焼結体をpH1.5の塩酸水溶液中に60分浸漬、水洗、乾燥し、本発明の試料であるストークを作製した。 Next, a total of 18 masses of a powder composed of an oxide of a Group 3 element (RE 2 O 3 ) having an average particle diameter of 0.5 μm, an Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 3 μm, and an SiO 2 powder having an average particle diameter of 2 μm. The total amount (100% by mass in total) was mixed in ethanol, and granulated, molded, and degreased in the same manner as in Example 1 to produce a degreased body. The obtained defatted body was placed in a silicon nitride-based mortar, and in a nitrogen partial pressure of 150 kPa consisting essentially of nitrogen, 1050 ° C for 20 hours, 1120 ° C for 10 hours, 1170 ° C for hours, 1300 ° C. Sequentially held at each step for 3 hours (the temperature was raised at a rate of temperature increase of 25 ° C./hour between each step), and after nitriding Si into Si 3 N 4 with an α conversion rate of 90% or more, the temperature was further raised to 120 kPa. 3 hours at 1500 ° C. in a nitrogen partial pressure, 10 hours at 1770 ° C., 3 hours at 1800 ° C. in a nitrogen partial pressure of 200 kPa, followed by lowering the temperature at a cooling rate of 200 ° C./hour and firing. Obtained. The obtained sintered body was immersed in an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of 1.5 for 60 minutes, washed with water, and dried to produce stalk, which is a sample of the present invention.

実施例1と同様に、得られた試料から試験片を切り出し、曲げ強度、破壊靱性を測定した。また、1000℃での曲げ強度を測定した。   In the same manner as in Example 1, a test piece was cut out from the obtained sample, and bending strength and fracture toughness were measured. Further, the bending strength at 1000 ° C. was measured.

RE、Alの含有量は、RE含有量、Al含有量をICP発光分光分析にて定量分析し、さらにRE、Alに換算した(こうして換算したREとAlの含有量の合計をGとする)。SiO含有量は、LECO社製酸素分析装置で全酸素含有量を測定し、全酸素含有量からREとAlの含有量の合計Gに含まれる酸素量を除外した残部の酸素量を、SiOに換算して求めた。 The contents of RE 2 O 3 and Al 2 O 3 were quantitatively analyzed by ICP emission spectroscopic analysis of the RE content and Al content, and further converted into RE 2 O 3 and Al 2 O 3 (the RE thus converted). The total content of 2 O 3 and Al 2 O 3 is G). The SiO 2 content is the remainder obtained by measuring the total oxygen content with an oxygen analyzer manufactured by LECO and excluding the oxygen content contained in the total G of RE 2 O 3 and Al 2 O 3 from the total oxygen content. The amount of oxygen was calculated in terms of SiO 2 .

また実施例1と同様にして隣接相の有無を調べた。   Further, the presence or absence of an adjacent phase was examined in the same manner as in Example 1.

結果を表3に示す。全ての試料は隣接相を含んでいた。また、室温での強度が780MPa以上、1000℃での曲げ強度が690MPa以上、破壊靱性値が6MPa・m1/2以上と優れていた。特に、REとして、Y、Er、Yb、Luを用いた試料は室温での曲げ強度が830MPa以上、1000℃での曲げ強度が800MPa以上、破壊靱性値が6.5MPa・m1/2以上と特に優れていた。

Figure 2005179176
The results are shown in Table 3. All samples contained an adjacent phase. Further, the strength at room temperature was 780 MPa or more, the bending strength at 1000 ° C. was 690 MPa or more, and the fracture toughness value was 6 MPa · m 1/2 or more. In particular, as RE, samples using Y, Er, Yb, and Lu have a bending strength at room temperature of 830 MPa or more, a bending strength at 1000 ° C. of 800 MPa or more, and a fracture toughness value of 6.5 MPa · m 1/2 or more. Especially excellent.
Figure 2005179176

Fe粉末(平均粒径1μm)、WO粉末(平均粒径1μm)を水で湿式で予備粉砕、乾燥して、平均粒径0.6μmの予備混合粉末を作製した。ここで、Fe粉末、WO粉末の比率は、FeとWに換算した質量比で10:70とした。また、窒化珪素粉末(平均粒径1μm、α化率90%、Fe不純物含有量200ppm)と、Si粉末(平均粒径3μm、Fe不純物含有量300ppm)を準備した。得られた予備混合粉末を用いて、Fe粉末、WO粉末、窒化珪素粉末、Si粉末をそれぞれ質量比で10:70:1:1(酸化鉄粉末の質量比はFe換算、WO粉末の質量比はW換算、Si粉末の質量比はSi換算での質量比)に秤量した粉末100質量部に対して、平均粒径0.5μmのY粉末を15重量部、平均粒径0.7μmのAl粉末を7重量部、平均粒径2μmのSiO粉末を1重量部添加し、混合、造粒した。得られた造粒体を用いて、成形圧力80MPaにて長さ200mm、外径150mm、内径130mmの円筒形状の成形体を作製した。得られた成形体を、実施例1と同様に脱脂、実施例1と同様にして窒化、焼成した。なお、成形体は、成形体の円筒形状の同心軸が横たわる状態で炉内に載置して焼成した。 Fe 2 O 3 powder (average particle size 1 μm) and WO 3 powder (average particle size 1 μm) were pre-pulverized with water and dried to prepare a pre-mixed powder having an average particle size of 0.6 μm. Here, the ratio of Fe 2 O 3 powder and WO 3 powder was 10:70 in terms of mass ratio converted to Fe and W. In addition, silicon nitride powder (average particle size 1 μm, pregelatinization rate 90%, Fe impurity content 200 ppm) and Si powder (average particle size 3 μm, Fe impurity content 300 ppm) were prepared. Using the obtained premixed powder, Fe 2 O 3 powder, WO 3 powder, silicon nitride powder, and Si powder were each in a mass ratio of 10: 70: 1: 1 (the mass ratio of the iron oxide powder was converted to Fe, WO 3 powder mass ratio of W in terms, the mass ratio of Si powder for the powder 100 parts by mass were weighed mass ratio) in the Si 3 N 4 basis, Y 2 O 3 powder having an average particle diameter of 0.5μm to 15 7 parts by weight of Al 2 O 3 powder having an average particle diameter of 0.7 μm and 1 part by weight of SiO 2 powder having an average particle diameter of 2 μm were added, mixed and granulated. Using the obtained granulated body, a cylindrical shaped body having a length of 200 mm, an outer diameter of 150 mm, and an inner diameter of 130 mm was produced at a molding pressure of 80 MPa. The obtained molded body was degreased in the same manner as in Example 1, and nitrided and fired in the same manner as in Example 1. The molded body was placed in a furnace and fired in a state where the cylindrical concentric shaft of the molded body lay down.

得られた焼結体を実施例1と同様にしてpH2の塩酸水溶液に60分浸漬、水洗、乾燥後、ストークを作製した。このストークはAl溶湯用に使用することが可能であった。これらの試料は、自重により径方向が潰れた形状をしており、変形率(%)を100×{(最大外径部)−(最小外径部)}/(最大外径部)により求めた。また、得られた試料断面を鏡面研磨し、この鏡面の任意の200μm×200μm(面積40000μm)の領域内から窒化珪素の結晶を除外して粒界層部分の面積を測定し、この粒界層部分の面積を40000μmで割ることにより粒界層の面積比率を求め、この面積比率を100倍して粒界層の含有量(体積%)とした。 The obtained sintered body was immersed in an aqueous hydrochloric acid solution having a pH of 2 for 60 minutes, washed with water and dried in the same manner as in Example 1 to prepare stalks. This stalk could be used for molten Al. These samples have a shape in which the radial direction is crushed by their own weight, and the deformation rate (%) is obtained by 100 × {(maximum outer diameter portion) − (minimum outer diameter portion)} / (maximum outer diameter portion). It was. Further, the obtained sample cross-section is mirror-polished, and the area of the grain boundary layer portion is measured by excluding silicon nitride crystals from an arbitrary 200 μm × 200 μm (area 40000 μm 2 ) region of the mirror surface. The area ratio of the grain boundary layer was determined by dividing the area of the layer portion by 40000 μm 2 , and this area ratio was multiplied by 100 to obtain the content (volume%) of the grain boundary layer.

表4に示すように、粒界層の含有量が20体積%を超える試料は変形率が極端に大きくなる傾向があったが、粒界層の含有量が20体積%以下の試料は変形率が小さくなることが確認された。

Figure 2005179176
As shown in Table 4, the sample having a grain boundary layer content exceeding 20% by volume tended to have an extremely large deformation rate, but the sample having a grain boundary layer content of 20% by volume or less had a deformation rate. Was confirmed to be small.
Figure 2005179176

本発明の耐溶融金属用部材のSEM写真の模式図である。It is a schematic diagram of the SEM photograph of the member for fusion-resistant metals of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10:耐溶融金属用部材の断面
12:窒化珪素の結晶
14:隣接相
16、16a、16b、16c:第1金属珪化物
18、18a、18b、18c:第2金属珪化物
20:粒界層
22:第3金属珪化物
10: Cross section of member for molten metal 12: Crystal of silicon nitride 14: Adjacent phases 16, 16a, 16b, 16c: First metal silicide 18, 18a, 18b, 18c: Second metal silicide 20: Grain boundary layer 22: Third metal silicide

Claims (11)

窒化珪素の結晶と、融点が1000℃以上のうち少なくとも1つの金属元素からなる金属珪化物を含む粒界層とを有した窒化珪素質焼結体からなる耐溶融金属用部材であって、前記窒化珪素質焼結体の表面における金属珪化物の濃度が内部より低いことを特徴とする耐溶融金属用部材。 A member for a fusion-resistant metal comprising a silicon nitride sintered body having a crystal of silicon nitride and a grain boundary layer containing a metal silicide composed of at least one metal element having a melting point of 1000 ° C. or higher, A member for a fusion resistant metal, characterized in that the concentration of metal silicide on the surface of the silicon nitride sintered body is lower than the inside. 前記金属元素がFe、Cuのうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項1に記載の耐溶融金属用部材。 The member for molten metal according to claim 1, wherein the metal element is at least one of Fe and Cu. 前記金属珪化物をFe、Cuの合計換算で0.01〜10質量%含有することを特徴とする請求項2に記載の耐溶融金属用部材。 The member for molten metal according to claim 2, wherein the metal silicide is contained in an amount of 0.01 to 10% by mass in terms of total Fe and Cu. 前記窒化珪素質焼結体の表面における金属珪化物の濃度が内部に比べて1/2以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の耐溶融金属用部材。 The member for a fusion resistant metal according to any one of claims 1 to 3, wherein a concentration of the metal silicide on the surface of the silicon nitride sintered body is ½ or less compared to the inside. 前記粒界層に周期律表第3族元素(RE)、AlおよびOからなる非晶質相を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の耐溶融金属用部材。 The member for molten metal according to any one of claims 1 to 4, wherein the grain boundary layer contains an amorphous phase composed of Group 3 elements (RE), Al and O in the periodic table. 前記REがY、Er、Yb、Luのうち少なくとも1種であることを特徴とする請求項5に記載の耐溶融金属用部材。 The molten metal member according to claim 5, wherein the RE is at least one of Y, Er, Yb, and Lu. 前記粒界層に含まれるSiとREの比率が、SiO/REのモル比換算で0.2〜10であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の耐溶融金属用部材。 The resistance ratio according to claim 1, wherein the ratio of Si and RE contained in the grain boundary layer is 0.2 to 10 in terms of a molar ratio of SiO 2 / RE 2 O 3. Molten metal parts. 前記粒界層に含まれるAlとREの比率が、Al/REのモル比換算で0.2〜5であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の耐溶融金属用部材。 According to claim 1, wherein the ratio of Al and RE contained in the grain boundary layer, characterized in that a 0.2 to 5 molar ratio in terms of Al 2 O 3 / RE 2 O 3 A member for anti-melting metal. 前記窒化珪素の結晶が針状結晶からなり、該針状結晶の長径の平均粒径が30μm以下、前記針状結晶の短径の平均粒径が2μm以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の耐溶融金属用部材。 2. The silicon nitride crystal is a needle crystal, wherein the needle crystal has a major axis having an average diameter of 30 μm or less and a needle crystal having a minor axis of 2 μm or less. The member for molten metal according to any one of -8. 前記金属珪化物が、Fe、Cuのうち少なくとも1つを含む金属元素からなる第1金属珪化物およびW、Moのうち少なくとも1つを含む金属元素からなる第2金属珪化物を含有するとともに、前記第1金属珪化物および第2金属珪化物が互いに接する隣接相を形成することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の耐溶融金属用部材。 The metal silicide contains a first metal silicide made of a metal element containing at least one of Fe and Cu, and a second metal silicide made of a metal element containing at least one of W and Mo, The member for molten metal according to any one of claims 1 to 9, wherein the first metal silicide and the second metal silicide form an adjacent phase in contact with each other. 請求項1〜10のいずれかに記載の耐溶融金属用部材の製造方法であって、所定の原料粉末を成形し、焼成した後、得られた焼結体をpH3以下の水溶液に浸漬するか、またはハロゲン化物からなる気体に暴露することを特徴とする耐溶融金属用部材の製造方法。 It is a manufacturing method of the member for fusion-resistant metals in any one of Claims 1-10, Comprising: After shape | molding and baking a predetermined | prescribed raw material powder, the obtained sintered compact is immersed in aqueous solution below pH3? Or a method for producing a member for a molten metal which is exposed to a gas comprising a halide.
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