JP2613402B2 - 炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法Info
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Description
（産業上の利用分野） 本発明は炭化珪素ウィスカーを用いて強化した窒化珪
素系複合材料に関し、特に高温での強度および耐クリー
プ性に優れた窒化珪素質焼結体とその製造方法に関し、
セラミックロータやセラミックバルブ等の自動車エンジ
ン部材やガスタービンロータ等の高温構造部材に広く有
用な複合材料とその製造方法を提供するのである。 （従来の技術） 炭化珪素焼結体や窒化珪素（Si3N4）を主成分とする
窒化珪素質焼結体は、原子の結合様式が共有結合を主体
としており、機械的強度、耐酸化性、耐摩耗性、耐衝撃
性、耐食性等の特性に優れているため、特に自動車エン
ジン部品やガスタービンロータ等の高温構造部材や切削
工具材料として実用化が始まっている。 しかしこのような優れた特徴をもっているにもかかわ
らず、金属と比較すると品質安定性や均質性に乏しく、
信頼性の向上や高特性という視点から、窒化珪素系セラ
ミックに於いても一層の高靱性化が望まれている。 ところで、窒化珪素や炭化珪素はともに共有結合を主
体とした化合物であって難焼結材とされている。従っ
て、窒化珪素や炭化珪素はそれ単独に焼結させるのでは
なく、通常焼結助剤を数％乃至数十％添加することによ
り、低融点化合物を形成させ焼結を促進しており、添加
した焼結助剤は粒界のガラス相あるいは結晶相として焼
結後に残存するか、窒化珪素の結晶中に固溶し残存す
る。 しかしながら、このようにして得られる焼結体は、焼
結助剤として添加したAl2O3,Y2O3,La2O3,MgO,CaO,希土
類元素酸化物などが、前記したように低融点化合物を形
成して焼結を促進せしめるという利点がある反面、この
低融点化合物が原因となり焼結体の高温における機械的
強度が低下するという欠点があることから、焼結助剤の
種類の検討やその量を出来るだけ少なくするなどの検討
がなされているが、高温時の機械的強度低下の欠点は未
だ解決されていないのが現状である。 この対策としてセラミックにSiCウィスカーを複合化
して改良されたセラミック焼結体を得る各種の試みが行
われている。 例えば特公昭58−51911号はSi3N4とSiCウィスカー混
合物のペーストを用いて板状に成形したものを積層し、
加圧焼結する製造方法であり、粉末状態で焼結する方法
を示唆していない。 特公昭60−35316号はSi3N4中に導電性のある繊維状Si
Cを分散させることにより高い電気伝導性を与え、放電
加工可能なSi3N4焼結体を提供するものであるが、SiC繊
維は10〜500μｍ程度の比較的長繊維のものを均一に分
散させる必要のあるところから、混合技術上SiC繊維の
集塊に留意しなければならず、集塊に基づく焼結不良、
延いては信頼性の低下のおそれがあり、かつ又、室温強
度、高温強度に一層の改善が求められるところである。 又、特開昭59−102862号は前記した特公昭60−35316
号の延長線上の発明で、Si3N4中に導電性のある繊維状S
iCとともに特定の導電性を有する無機粉末を分散させ、
電気伝導性を高めるものであるが、特公昭60−35316号
同様な問題を有し、特に高温強度は改善の余地のあるも
のと考えられる。 特開昭60−200863号はSiCウィスカーと、4a族、5a族
の炭化物並びに窒化物を含有し、残りがSi3N4からなる
組成のセラミックであって、鉄との親和性を低下し、鉄
との摩擦を生じる用途での摩耗の進行を防止できるもの
であるが、高温1200℃の抗析力は50kg/mm2内外に留まる
ために、なお一層の向上が求められるものである。 特公昭60−55469号は窒化珪素粉末の分散液と繊維状
炭化珪素結晶の分散液とを、それぞれフィルターを通過
させた後、前者に対し後者が５〜50重量％となるように
混合し、成形、焼結する方法であり、粉末を成形焼結す
るのに比して手数がかかり面倒である。 特開昭60−246268号および特開昭61−291463号はサイ
アロン系母材にSiCウィスカー等を加えたもので前者は
β−サイアロン、後者はα−サイアロンであり窒化珪素
系母材にSiCウィスカーを加えた焼結体に関するもので
はない。 （発明が解決すべき問題点） 上記の如くSi3N4系のセラミックにSiCウィスカーを分
散した複合材は未だ十分に実用化できるまでに至らず、
なお一層の高靱性化が期待されるとともに1000℃以上の
高温下での使用にはいまだ不十分なものであった。即
ち、上記においてサイアロン基セラミックは高靱性であ
るものの、1000℃以上の高温では強度劣化や耐酸化性が
悪く、又窒化珪素（サイアロンを除く）基セラミックは
高温特性がサイアロン基セラミックに比べて優れている
ものの靱性が低い等高温構造材料として使用するには問
題があった。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らはこの点について鋭意検討の結果窒化珪素
質焼結体の高温時における機械的特性が、その結晶相、
粒界相の形態によることが大きく、特に靱性や高温にお
ける強度を高めるには特定のSiCウィスカーが焼結体の
中で相当の長さを有したまゝ、均一に分散することと、
Si3N4中のα−Si3N4の割合即ちα率がある値以下である
場合に好ましい特性の焼結体が得られるとの地見に基い
たものであり、その概要は以下のとおりである。 即ち第１の発明は平均長さ５〜30μｍのSiCウィスカ
ー５〜40重量％、少なくともセリウム族元素の酸化物の
１種以上を含む希土類元素の酸化物５〜30重量％、残部
が窒化珪素とからなる配合組成物を成形し焼結された窒
化珪素質焼結体であって、焼結体中のSi3N4のα率が40
重量％以下であることを特徴とする炭化珪素ウィスカー
強化窒化珪素質焼結体にして、第２の発明は上記焼結体
を製造するために平均長さ30μｍ以下のSiCウィスカー
５〜40重量％と、少なくともセリウム族元素の酸化物の
１種以上を含む希土類元素の酸化物の粉末５〜30重量
％、残部がα率90重量％以上のSi3N4粉末とを、該SiCウ
ィスカーの平均長さが５〜30μｍの範囲で均一に分散す
るように粉砕混合し成形した後、非酸化性雰囲気下で16
50〜1850℃の温度で、Si3N4のα率が40重量％以下にな
るまで焼結することを特徴とする炭化珪素ウィスカー強
化窒化珪素質焼結体の製造方法である。なお成形焼結に
あたっては所定の配合組成物を必要に応じ金型成形、静
水圧成形および射出成形した後還元または不活性ガス雰
囲気中でホットプレス、常圧焼結、ガス圧焼結及び熱間
静水圧焼結することによって行うことができる。 なお本発明で用いられるSiCウィスカーはそれ自体常
温から高温まで硬度や強度が高く、焼結後もウィスカー
の形状のまま組織内に均一に分散していることによって
セラミックの高温強度を向上し、破壊靱性を大きくし、
かつ、硬くするものである。 本発明で用いられる出発原料としてのSiCウィスカー
としては平均直径0.2〜５μｍ、平均長さ５〜30μｍの
アスペクト比２〜150のものが望ましい。又、このウィ
スカーは、Al,Ca,Mg,Ni,Fe,Mn,Co,Cr等のカチオン不純
物やSiO2含有量が1.0重量％以下で、クビレや枝分れお
よび面欠陥等が少ないヒゲ状結晶のものが高靱性の緻密
な焼結体を得る上で好ましい。 SiCウィスカーの添加量を５〜40重量％とする理由
は、SiCウィスカーが５重量％より少ない場合はセラミ
ック焼結体にウィスカー添加の効果が殆どないため、強
度、靱性の向上が見られず、逆に40重量％を越える場合
はウィスカーの異方性によって均一分散性が低下し焼結
性も著しく低下するためであり、より好ましくは10〜30
重量％添加するのがよい。なお、本発明で使用するSiC
ウィスカーは焼結後もウィスカー形状で焼結耐中に残留
するものである。 又SiCウィスカーは粉砕、混合、成形、焼結後も平均
長さが５〜30μｍであることが必要であり、その理由
は、平均長さが５μｍより短い場合はウィスカーの添加
効果が見られず、強度や靭性の向上が認められないため
であり、30μｍより長い場合は、焼結性の低下やウィス
カー同士の凝集が著しくなり、焼結体中に生成する凝集
部分が欠陥となって強度の低下をもたらすためであり、
更に好ましくは５〜20μｍであることがより高靭性、高
強度を保持する点で好ましい。 少なくともセリウム族元素の酸化物の１種以上を含む
希土類元素の酸化物は焼結助剤として働くとともに、焼
結体中でガラス相を形成し、緻密体を構成する添加量は
５〜30重量％である。 少なくともセリウム族元素の酸化物の１種以上を含む
希土類元素の酸化物が５重量％未満では生成するガラス
相（液相）が少な過ぎるため、焼結助剤としての効果が
なく緻密化されず、又、30重量％を超える場合は過度に
窒化珪素が粒成長して却って焼結性が阻害され強度劣化
を招いたり、ガラス相の生成量の増大に伴い、高温での
機械的強度や耐酸化性等の高温特性が劣化するため上記
範囲が好ましい。より好ましくは10〜25重量％である。 焼結体中のSi3N4のα率を40重量％以下とする理由
は、α率が40重量％より多い焼結体は強度や靭性が低い
為であり、高強度、高靭性な焼結体を得るためにはα率
が40重量％以下が好ましく、更に好ましくはα率が20重
量％以下の焼結体である。 （実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 平均粒径0.6μｍ α率90重量％のSi3N4粉末64重量％
と、平均粒径1.2μｍのY2O3粉末6.4重量％と、平均粒径
２μｍのLa2O3粉末9.6重量％に、平均直径0.5μｍで平
均長さの異なる市販のSiCウィスカー20重量％を加え、
エタノール溶媒中でスターラーで撹拌しながら１時間超
音波照射して混合した後、乾燥し、造粒して素地粉末を
得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度1800℃，圧力
200kg/cm2,1時間ホットプレスし焼結体を得た。 得られた焼結体は4mm×3mm×40mmの寸法の試験片に研
磨加工した後、密度およびJIS−R 1601により抗析強度
を測定した。 また、焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察するこ
とにより、すべての配合組成物において添加したSiCウ
ィスカーは配合時の形状が変わることなく存在している
ことを確認した。一方得られた焼結体のＸ線回折や、化
学分析及びカーボン定量を行うことによりSiCウィスカ
ーは殆ど配合組成のまま存在していることも確認した。
本実施例によって得られた焼結体の結果を第１表に示
すが、添加するSiCウィスカーの平均長さが30μｍより
長いとウィスカー同士の凝集が著しくなり焼結体中での
均一分散性が悪化して焼結性の低下および凝集部分が欠
陥となるため強度の低下を招くことが判った。また第１
表には得られた焼結体の比抵抗を測定した結果も併記し
た。 実施例２ 平均長さ30μｍのSiCウィスカーをあらかじめ粉砕し
て、平均長さを第２表に示す様に変えたウィスカーを用
いる以外は実施例１と同様にして素地粉末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度1800℃,200kg
/cm2の圧力で、１時間ホットプレスして十分に緻密な焼
結体を得た。 得られた焼結体については実施例１と同様にして抗析
強度を測定し、さらに押し込み荷重30kgでのインデンテ
ィション・マイクロフラクシャー法（IM法）により破壊
靱性値を測定した。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第３表に示
すが、得られた焼結体中に分散して存在するウィスカー
の平均長さは５μｍでないとその添加効果はなく、強度
および破壊靭性は向上しないことが判った。 実施例１および２の結果より焼結体に存在すべきウィ
スカーの平均長さは５〜30μｍの範囲でなければその添
加効果がないことが判る。 実施例３ 平均長さ30μｍのSiCウィスカーと、平均粒径0.6μｍ
のSi3N4粉末と、平均粒径２μｍ以下のLa2O3,CeO2,Nd2O
3,Sm2O3から選ばれたセリウム族元素の酸化物の１種以
上およびこれとY2O3を含めた希土類元素の酸化物及び比
較実験として平均粒径１μｍのα−Al2O3と平均粒径0.5
μｍのAlNを第４表に示す様な組成に配合したものを各
々エタノール溶媒中で16時間ボールミルで粉砕し混合し
た後、乾燥、造粒して素地粉末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で第４表に示すような焼
結条件でホットプレスして焼結体を得た。 得られた焼結体は実施例２と同様にして室温での抗析
強度と破壊靱性値を測定した。さらに、1300℃大気中に
おける抗析強度と1300℃大気中で100時間酸化させた時
の重量変化から耐酸化性を評価した。また焼結体中のα
−Si3N4含有量については便宜的にＸ線回折による回折
ピーク高さ（α相ピーク高さＩα、β相ピーク高さＩ
β）から以下の式によって求めた。
素系複合材料に関し、特に高温での強度および耐クリー
プ性に優れた窒化珪素質焼結体とその製造方法に関し、
セラミックロータやセラミックバルブ等の自動車エンジ
ン部材やガスタービンロータ等の高温構造部材に広く有
用な複合材料とその製造方法を提供するのである。 （従来の技術） 炭化珪素焼結体や窒化珪素（Si3N4）を主成分とする
窒化珪素質焼結体は、原子の結合様式が共有結合を主体
としており、機械的強度、耐酸化性、耐摩耗性、耐衝撃
性、耐食性等の特性に優れているため、特に自動車エン
ジン部品やガスタービンロータ等の高温構造部材や切削
工具材料として実用化が始まっている。 しかしこのような優れた特徴をもっているにもかかわ
らず、金属と比較すると品質安定性や均質性に乏しく、
信頼性の向上や高特性という視点から、窒化珪素系セラ
ミックに於いても一層の高靱性化が望まれている。 ところで、窒化珪素や炭化珪素はともに共有結合を主
体とした化合物であって難焼結材とされている。従っ
て、窒化珪素や炭化珪素はそれ単独に焼結させるのでは
なく、通常焼結助剤を数％乃至数十％添加することによ
り、低融点化合物を形成させ焼結を促進しており、添加
した焼結助剤は粒界のガラス相あるいは結晶相として焼
結後に残存するか、窒化珪素の結晶中に固溶し残存す
る。 しかしながら、このようにして得られる焼結体は、焼
結助剤として添加したAl2O3,Y2O3,La2O3,MgO,CaO,希土
類元素酸化物などが、前記したように低融点化合物を形
成して焼結を促進せしめるという利点がある反面、この
低融点化合物が原因となり焼結体の高温における機械的
強度が低下するという欠点があることから、焼結助剤の
種類の検討やその量を出来るだけ少なくするなどの検討
がなされているが、高温時の機械的強度低下の欠点は未
だ解決されていないのが現状である。 この対策としてセラミックにSiCウィスカーを複合化
して改良されたセラミック焼結体を得る各種の試みが行
われている。 例えば特公昭58−51911号はSi3N4とSiCウィスカー混
合物のペーストを用いて板状に成形したものを積層し、
加圧焼結する製造方法であり、粉末状態で焼結する方法
を示唆していない。 特公昭60−35316号はSi3N4中に導電性のある繊維状Si
Cを分散させることにより高い電気伝導性を与え、放電
加工可能なSi3N4焼結体を提供するものであるが、SiC繊
維は10〜500μｍ程度の比較的長繊維のものを均一に分
散させる必要のあるところから、混合技術上SiC繊維の
集塊に留意しなければならず、集塊に基づく焼結不良、
延いては信頼性の低下のおそれがあり、かつ又、室温強
度、高温強度に一層の改善が求められるところである。 又、特開昭59−102862号は前記した特公昭60−35316
号の延長線上の発明で、Si3N4中に導電性のある繊維状S
iCとともに特定の導電性を有する無機粉末を分散させ、
電気伝導性を高めるものであるが、特公昭60−35316号
同様な問題を有し、特に高温強度は改善の余地のあるも
のと考えられる。 特開昭60−200863号はSiCウィスカーと、4a族、5a族
の炭化物並びに窒化物を含有し、残りがSi3N4からなる
組成のセラミックであって、鉄との親和性を低下し、鉄
との摩擦を生じる用途での摩耗の進行を防止できるもの
であるが、高温1200℃の抗析力は50kg/mm2内外に留まる
ために、なお一層の向上が求められるものである。 特公昭60−55469号は窒化珪素粉末の分散液と繊維状
炭化珪素結晶の分散液とを、それぞれフィルターを通過
させた後、前者に対し後者が５〜50重量％となるように
混合し、成形、焼結する方法であり、粉末を成形焼結す
るのに比して手数がかかり面倒である。 特開昭60−246268号および特開昭61−291463号はサイ
アロン系母材にSiCウィスカー等を加えたもので前者は
β−サイアロン、後者はα−サイアロンであり窒化珪素
系母材にSiCウィスカーを加えた焼結体に関するもので
はない。 （発明が解決すべき問題点） 上記の如くSi3N4系のセラミックにSiCウィスカーを分
散した複合材は未だ十分に実用化できるまでに至らず、
なお一層の高靱性化が期待されるとともに1000℃以上の
高温下での使用にはいまだ不十分なものであった。即
ち、上記においてサイアロン基セラミックは高靱性であ
るものの、1000℃以上の高温では強度劣化や耐酸化性が
悪く、又窒化珪素（サイアロンを除く）基セラミックは
高温特性がサイアロン基セラミックに比べて優れている
ものの靱性が低い等高温構造材料として使用するには問
題があった。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らはこの点について鋭意検討の結果窒化珪素
質焼結体の高温時における機械的特性が、その結晶相、
粒界相の形態によることが大きく、特に靱性や高温にお
ける強度を高めるには特定のSiCウィスカーが焼結体の
中で相当の長さを有したまゝ、均一に分散することと、
Si3N4中のα−Si3N4の割合即ちα率がある値以下である
場合に好ましい特性の焼結体が得られるとの地見に基い
たものであり、その概要は以下のとおりである。 即ち第１の発明は平均長さ５〜30μｍのSiCウィスカ
ー５〜40重量％、少なくともセリウム族元素の酸化物の
１種以上を含む希土類元素の酸化物５〜30重量％、残部
が窒化珪素とからなる配合組成物を成形し焼結された窒
化珪素質焼結体であって、焼結体中のSi3N4のα率が40
重量％以下であることを特徴とする炭化珪素ウィスカー
強化窒化珪素質焼結体にして、第２の発明は上記焼結体
を製造するために平均長さ30μｍ以下のSiCウィスカー
５〜40重量％と、少なくともセリウム族元素の酸化物の
１種以上を含む希土類元素の酸化物の粉末５〜30重量
％、残部がα率90重量％以上のSi3N4粉末とを、該SiCウ
ィスカーの平均長さが５〜30μｍの範囲で均一に分散す
るように粉砕混合し成形した後、非酸化性雰囲気下で16
50〜1850℃の温度で、Si3N4のα率が40重量％以下にな
るまで焼結することを特徴とする炭化珪素ウィスカー強
化窒化珪素質焼結体の製造方法である。なお成形焼結に
あたっては所定の配合組成物を必要に応じ金型成形、静
水圧成形および射出成形した後還元または不活性ガス雰
囲気中でホットプレス、常圧焼結、ガス圧焼結及び熱間
静水圧焼結することによって行うことができる。 なお本発明で用いられるSiCウィスカーはそれ自体常
温から高温まで硬度や強度が高く、焼結後もウィスカー
の形状のまま組織内に均一に分散していることによって
セラミックの高温強度を向上し、破壊靱性を大きくし、
かつ、硬くするものである。 本発明で用いられる出発原料としてのSiCウィスカー
としては平均直径0.2〜５μｍ、平均長さ５〜30μｍの
アスペクト比２〜150のものが望ましい。又、このウィ
スカーは、Al,Ca,Mg,Ni,Fe,Mn,Co,Cr等のカチオン不純
物やSiO2含有量が1.0重量％以下で、クビレや枝分れお
よび面欠陥等が少ないヒゲ状結晶のものが高靱性の緻密
な焼結体を得る上で好ましい。 SiCウィスカーの添加量を５〜40重量％とする理由
は、SiCウィスカーが５重量％より少ない場合はセラミ
ック焼結体にウィスカー添加の効果が殆どないため、強
度、靱性の向上が見られず、逆に40重量％を越える場合
はウィスカーの異方性によって均一分散性が低下し焼結
性も著しく低下するためであり、より好ましくは10〜30
重量％添加するのがよい。なお、本発明で使用するSiC
ウィスカーは焼結後もウィスカー形状で焼結耐中に残留
するものである。 又SiCウィスカーは粉砕、混合、成形、焼結後も平均
長さが５〜30μｍであることが必要であり、その理由
は、平均長さが５μｍより短い場合はウィスカーの添加
効果が見られず、強度や靭性の向上が認められないため
であり、30μｍより長い場合は、焼結性の低下やウィス
カー同士の凝集が著しくなり、焼結体中に生成する凝集
部分が欠陥となって強度の低下をもたらすためであり、
更に好ましくは５〜20μｍであることがより高靭性、高
強度を保持する点で好ましい。 少なくともセリウム族元素の酸化物の１種以上を含む
希土類元素の酸化物は焼結助剤として働くとともに、焼
結体中でガラス相を形成し、緻密体を構成する添加量は
５〜30重量％である。 少なくともセリウム族元素の酸化物の１種以上を含む
希土類元素の酸化物が５重量％未満では生成するガラス
相（液相）が少な過ぎるため、焼結助剤としての効果が
なく緻密化されず、又、30重量％を超える場合は過度に
窒化珪素が粒成長して却って焼結性が阻害され強度劣化
を招いたり、ガラス相の生成量の増大に伴い、高温での
機械的強度や耐酸化性等の高温特性が劣化するため上記
範囲が好ましい。より好ましくは10〜25重量％である。 焼結体中のSi3N4のα率を40重量％以下とする理由
は、α率が40重量％より多い焼結体は強度や靭性が低い
為であり、高強度、高靭性な焼結体を得るためにはα率
が40重量％以下が好ましく、更に好ましくはα率が20重
量％以下の焼結体である。 （実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 平均粒径0.6μｍ α率90重量％のSi3N4粉末64重量％
と、平均粒径1.2μｍのY2O3粉末6.4重量％と、平均粒径
２μｍのLa2O3粉末9.6重量％に、平均直径0.5μｍで平
均長さの異なる市販のSiCウィスカー20重量％を加え、
エタノール溶媒中でスターラーで撹拌しながら１時間超
音波照射して混合した後、乾燥し、造粒して素地粉末を
得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度1800℃，圧力
200kg/cm2,1時間ホットプレスし焼結体を得た。 得られた焼結体は4mm×3mm×40mmの寸法の試験片に研
磨加工した後、密度およびJIS−R 1601により抗析強度
を測定した。 また、焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察するこ
とにより、すべての配合組成物において添加したSiCウ
ィスカーは配合時の形状が変わることなく存在している
ことを確認した。一方得られた焼結体のＸ線回折や、化
学分析及びカーボン定量を行うことによりSiCウィスカ
ーは殆ど配合組成のまま存在していることも確認した。
本実施例によって得られた焼結体の結果を第１表に示
すが、添加するSiCウィスカーの平均長さが30μｍより
長いとウィスカー同士の凝集が著しくなり焼結体中での
均一分散性が悪化して焼結性の低下および凝集部分が欠
陥となるため強度の低下を招くことが判った。また第１
表には得られた焼結体の比抵抗を測定した結果も併記し
た。 実施例２ 平均長さ30μｍのSiCウィスカーをあらかじめ粉砕し
て、平均長さを第２表に示す様に変えたウィスカーを用
いる以外は実施例１と同様にして素地粉末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度1800℃,200kg
/cm2の圧力で、１時間ホットプレスして十分に緻密な焼
結体を得た。 得られた焼結体については実施例１と同様にして抗析
強度を測定し、さらに押し込み荷重30kgでのインデンテ
ィション・マイクロフラクシャー法（IM法）により破壊
靱性値を測定した。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第３表に示
すが、得られた焼結体中に分散して存在するウィスカー
の平均長さは５μｍでないとその添加効果はなく、強度
および破壊靭性は向上しないことが判った。 実施例１および２の結果より焼結体に存在すべきウィ
スカーの平均長さは５〜30μｍの範囲でなければその添
加効果がないことが判る。 実施例３ 平均長さ30μｍのSiCウィスカーと、平均粒径0.6μｍ
のSi3N4粉末と、平均粒径２μｍ以下のLa2O3,CeO2,Nd2O
3,Sm2O3から選ばれたセリウム族元素の酸化物の１種以
上およびこれとY2O3を含めた希土類元素の酸化物及び比
較実験として平均粒径１μｍのα−Al2O3と平均粒径0.5
μｍのAlNを第４表に示す様な組成に配合したものを各
々エタノール溶媒中で16時間ボールミルで粉砕し混合し
た後、乾燥、造粒して素地粉末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で第４表に示すような焼
結条件でホットプレスして焼結体を得た。 得られた焼結体は実施例２と同様にして室温での抗析
強度と破壊靱性値を測定した。さらに、1300℃大気中に
おける抗析強度と1300℃大気中で100時間酸化させた時
の重量変化から耐酸化性を評価した。また焼結体中のα
−Si3N4含有量については便宜的にＸ線回折による回折
ピーク高さ（α相ピーク高さＩα、β相ピーク高さＩ
β）から以下の式によって求めた。
【名工試：鈴木，菅野；Ｓｉ３Ｎ４中のα分率簡易定量
法（窯業協会誌；９２〔８〕１９８４）参照】 また得られた焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察
した結果、すべての焼結体中に存在するSiCウィスカー
の平均長さは５〜15μｍであることが判った。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第４表に示
すが、これらの結果から焼結体中のα−Si3N4が40重量
％以下でSiCウィスカーを５〜40重量％含有した炭化珪
素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体は靱性が高く、かつ
1300℃の高温においてもサイアロンを母材とする焼結体
に比べて強度や耐酸化性に優れた材料であり、高温構造
材料として十分に満足できる特性を有していることが判
った。 （発明の効果） 本発明は前記実施例の内容から明らかなとおり抗析強
度（常温、高温）、破壊靱性および耐酸化性、硬度など
の特性に優れた焼結体とその製造方法を提供するもので
あり、自動車エンジン部材や高温構造部材に広く有用な
材料を提供するものである。
法（窯業協会誌；９２〔８〕１９８４）参照】 また得られた焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察
した結果、すべての焼結体中に存在するSiCウィスカー
の平均長さは５〜15μｍであることが判った。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第４表に示
すが、これらの結果から焼結体中のα−Si3N4が40重量
％以下でSiCウィスカーを５〜40重量％含有した炭化珪
素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体は靱性が高く、かつ
1300℃の高温においてもサイアロンを母材とする焼結体
に比べて強度や耐酸化性に優れた材料であり、高温構造
材料として十分に満足できる特性を有していることが判
った。 （発明の効果） 本発明は前記実施例の内容から明らかなとおり抗析強
度（常温、高温）、破壊靱性および耐酸化性、硬度など
の特性に優れた焼結体とその製造方法を提供するもので
あり、自動車エンジン部材や高温構造部材に広く有用な
材料を提供するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正一 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊陶業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−144171（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】平均長さ５〜30μｍのSiCウィスカー:5〜4
0重量％と、少なくともセリウム族元素の酸化物の一種
以上を含む希土類元素の酸化物:5〜30重量％と、残部が
窒化珪素とからなる配合組成物を成形し焼結された窒化
珪素質焼結体であって、焼結体中のSi3N4のα率が40重
量％以下であることを特徴とする炭化珪素ウィスカー強
化窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】平均長さ５〜20μｍのSiCウィスカーが10
〜30重量％であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体。 - 【請求項３】少なくともセリウム族元素の酸化物の一種
以上を含む希土類元素の酸化物の合計量が10〜25重量％
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
２項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体。 - 【請求項４】焼結体中のSi3N4のα率が20重量％以下で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第３
項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体。 - 【請求項５】平均長さ30μｍ以下のSiCウィスカー:5〜4
0重量％と、少なくともセリウム族元素の酸化物の一種
以上を含む希土類元素の酸化物の粉末５〜30重量％と、
残部がα率90重量％以上のSi3N4粉末とを、該SiCウィス
カーの平均長さが５〜30μｍの範囲で均一に分散するま
で粉砕混合し、成形した後、非酸化性雰囲気下で1650℃
〜1850℃の温度でSi3N4のα率が40重量％以下になるま
で焼結することを特徴とする炭化珪素ウィスカー強化窒
化珪素質焼結体の製造方法。 - 【請求項６】平均長さが30μｍ以下のSiCウィスカー10
〜30重量％と、少なくともセリウム族元素の酸化物の一
種以上を含む希土類元素の酸化物の粉末:10〜25重量％
と、残部がα率90重量％以上のSi3N4粉末とを、該SiCウ
ィスカーの平均長さが５〜20μｍの範囲で均一に分散す
るまで粉砕混合することを特徴とする特許請求の範囲第
５項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体の
製造方法。 - 【請求項７】焼結体中のSi3N4のα率が20重量％以下に
なるまで焼結することを特徴とする特許請求の範囲第５
項または第６項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素
質焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258106A JP2613402B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258106A JP2613402B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100065A JPH01100065A (ja) | 1989-04-18 |
| JP2613402B2 true JP2613402B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=17315583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62258106A Expired - Lifetime JP2613402B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2613402B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3516931A1 (de) * | 1985-05-10 | 1986-11-13 | Dragoco Gerberding & Co Gmbh, 3450 Holzminden | Verfahren zur herstellung von 4,4,7-trimethyl-3,4,7,8-tetra-hydro-2(6h)-naphthalin-on in gereinigter form oder im gemisch mit 3,5,5-trimethyl-4-butenyliden-cyclo-hex-2-en-1-onen, dabei erhaltene produkte und verwendung derselben als riech- und aromastoffe |
-
1987
- 1987-10-13 JP JP62258106A patent/JP2613402B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01100065A (ja) | 1989-04-18 |
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