JP2683268B2 - Ceramic sliding member and method of manufacturing the same - Google Patents

Ceramic sliding member and method of manufacturing the same

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JP2683268B2
JP2683268B2 JP1021343A JP2134389A JP2683268B2 JP 2683268 B2 JP2683268 B2 JP 2683268B2 JP 1021343 A JP1021343 A JP 1021343A JP 2134389 A JP2134389 A JP 2134389A JP 2683268 B2 JP2683268 B2 JP 2683268B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、機械的強度、耐摩耗性および耐焼付き性に
優れたセラミック摺動部材およびその製造方法に関する
ものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a ceramic sliding member having excellent mechanical strength, wear resistance and seizure resistance, and a method for manufacturing the same.

(従来技術) 一般に、摺動材料として期待されているセラミック材
料には、炭化ケイ素焼結体、窒化ケイ素焼結体等がある
が、炭化ケイ素焼結体は、耐焼付き性に優れているが、
破壊靭性、強度に劣るため部品の作動時、あるいは加
工、組付時に容易に欠け・割れが生じるという欠点を有
している。一方、窒化ケイ素焼結体は、耐熱性、耐熱衝
撃性、機械的強度、耐食性等に優れているところから、
金属材料では使用不能な厳しい条件下で作動する各種機
械部品への適用が考えられ、その用途開発が盛んに進め
られている。
(Prior Art) Generally, ceramic materials expected as a sliding material include a silicon carbide sintered body and a silicon nitride sintered body, but the silicon carbide sintered body has excellent seizure resistance. ,
Since it has poor fracture toughness and strength, it has the drawback that chips and cracks easily occur during operation of parts, or during processing and assembly. On the other hand, the silicon nitride sintered body is excellent in heat resistance, thermal shock resistance, mechanical strength, corrosion resistance, etc.
It is considered to be applied to various mechanical parts that operate under severe conditions where metallic materials cannot be used, and the development of its applications is being actively pursued.

ところで、窒化ケイ素焼結体の焼結には、Si3N4自体
が液相をとらないため、粒子間を強く結合させるための
助剤を必要とする。一般に、この種の助剤としては、そ
れ自体が溶融して液相を生成したり、あるいは材料中の
他成分と低融点化合物を生成するため、酸化物が多用さ
れてきている。これらの助剤は、Y2O3、Al2O3、BoO等に
代表されるものである。即ち、窒化ケイ素焼結体の特性
は、Si3N4の性状とともに、その粒界を構成する助剤の
特性によるところが大きい。従来の窒化ケイ素焼結体
は、主成分であるSi3N4にY2O3、Al2O3等を10重量%内外
加えて、不活性ガス雰囲気中で焼結せしめたものが良く
知られているが、焼結体においては避けられない幾つか
の問題、例えば、異物、気孔等に起因する欠陥に代表さ
れる信頼性不足、絶対的な強度不足が発生することが多
かった。
By the way, since sintering of the silicon nitride sintered body does not take a liquid phase of Si 3 N 4 itself, an auxiliary agent for strongly bonding the particles is required. In general, oxides have been widely used as this type of auxiliary agent because they themselves melt to form a liquid phase or form a low melting point compound with other components in the material. These auxiliaries are represented by Y 2 O 3 , Al 2 O 3 and BoO. That is, the characteristics of the silicon nitride sintered body largely depend on the characteristics of Si 3 N 4 and the characteristics of the auxiliary agent that constitutes the grain boundary. It is well known that the conventional silicon nitride sintered body is obtained by adding Y 2 O 3 , Al 2 O 3 and the like to the main component Si 3 N 4 inside and outside by 10 wt% and sintering it in an inert gas atmosphere. However, some problems that cannot be avoided in the sintered body, such as lack of reliability represented by defects caused by foreign matters and pores, and absolute lack of strength, often occur.

上記の如き観点から、機械的強度に優れた高密度の窒
化ケイ素焼結体を得るために、主成分であるSi3N4に対
して、所定量のY2O3、MgO、CeO2を加えて焼結せしめる
ようにしたものが特開昭61−68373号公報に開示されて
いる。
From the above viewpoint, in order to obtain a high-density silicon nitride sintered body having excellent mechanical strength, a predetermined amount of Y 2 O 3 , MgO, and CeO 2 is added to Si 3 N 4 as the main component. In addition, a sintered body is disclosed in JP-A-61-68373.

(発明が解決しようとする課題) 上記公知例における如く、焼結助剤としてY2O3、Mg
O、CeO2を用いた窒化ケイ素焼結体の場合、高強度で耐
衝撃性に優れた特性を有しているが、相手材としてCrメ
ッキ材料を用いた摺動テストを行ったところ、耐摩耗性
および耐焼付き性において稍劣っているという事実が分
かった。そこで、EPMA(エレクトロンプローブ微量分析
法)により摺動テスト前と摺動テスト後とにおいて、テ
ストピース断面におけるSi、Mg、Yの分布を調べたとこ
ろ、第1図(イ)、(ロ)の如き結果が得られた。第1
図において、縦軸は各元素の相対含有量、横軸はテスト
ピース断面における表面からの深さを示している。
(Problems to be Solved by the Invention) As in the above-mentioned known example, Y 2 O 3 , Mg as a sintering aid is used.
The silicon nitride sintered body using O and CeO 2 has high strength and excellent impact resistance, but a sliding test using a Cr plating material as the mating material showed that It was found that the wear resistance and seizure resistance were poor. Therefore, the distribution of Si, Mg, and Y in the cross section of the test piece was examined before and after the sliding test by EPMA (electron probe microanalysis method). The results are as follows. First
In the figure, the vertical axis represents the relative content of each element, and the horizontal axis represents the depth from the surface in the cross section of the test piece.

第1図の結果によれば、摺動テスト後のテストピース
におげる表面近くのMg量が極めて高くなっていることが
分かる。このことは、摺動テスト時においてテストピー
ス表面に発生する熱によって、内部のMg成分が溶出して
表層に浸透してきた結果によるものと思われる。かかる
Mgの表層への浸透によるテストピース表層におけるMg量
の増大が、耐摩耗性および耐焼付き性を損なう一因とな
っているものと推論できる。
From the results shown in FIG. 1, it can be seen that the amount of Mg near the surface of the test piece after the sliding test is extremely high. This is probably because the heat generated on the surface of the test piece during the sliding test elutes the internal Mg component and permeates the surface layer. Take
It can be inferred that the increase in the amount of Mg in the surface layer of the test piece due to the penetration of Mg into the surface layer is one of the causes of impairing the wear resistance and seizure resistance.

そこで、本発明者らは、焼結助剤として用いられるMg
Oの量を調節することにより、摺動テスト後におけるテ
ストピース表層へのMg溶出量を制御したところ、極めて
良好な耐摩耗性および耐焼付き性を確保することができ
るという事実を知認するに至ったのである。
Therefore, the present inventors have decided to use Mg used as a sintering aid.
By adjusting the amount of O, it is possible to confirm the fact that extremely good wear resistance and seizure resistance can be secured by controlling the amount of Mg elution to the surface layer of the test piece after the sliding test. It has arrived.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、窒化ケ
イ素焼結体におけるMg量を調節することにより、極めて
高い耐摩耗および耐焼付き性を有するセラミック摺動部
材を得んとすることを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above points, by adjusting the amount of Mg in the silicon nitride sintered body, to obtain a ceramic sliding member having extremely high wear resistance and seizure resistance. It is intended.

(課題を解決するための手段および作用) 請求項1の発明では、Si3N4を主成分とし、Y、Mgお
よびCeを含む焼結体によって構成されるセラミック摺動
部材において、Yの含有量がY2O3に換算して2〜20重量
%、Mgの含有量がMgOに換算して0.1〜0.9重量%、Ceの
含有量がCeO2に換算して1〜10重量%、残余がSi3N4
なしている。
(Means and Actions for Solving the Problems) According to the invention of claim 1, in a ceramic sliding member composed of a sintered body containing Si 3 N 4 as a main component and containing Y, Mg and Ce, Y is contained. The amount is 2 to 20% by weight in terms of Y 2 O 3 , the content of Mg is 0.1 to 0.9% by weight in terms of MgO, the content of Ce is 1 to 10% by weight in terms of CeO 2 , and the balance Says Si 3 N 4 .

上記の如くなしたことにより、セラミック摺動部材中
におけるMg量が少なく抑えられるところから、摺動熱に
よって表層側へ溶出浸透するMg量を少なく抑えられるこ
ととなるのである。なお、MgがMgOに換算して1重量%
以上となると、焼付き現象の発生が見られ、Mg量が増大
するに従って焼付き現象の発生も多くなり、一方、Mgが
MgOに換算して0.1重量%以下となると、強度面での劣化
が著しくなって実用に耐え得なくなるところから、上記
範囲とするのが望ましい。YおよびCeについては、上記
上限値(即ち、Y:20重量%、Ce:10重量%)以上となる
と、組織の成長が促進される結果、耐衝撃性の劣化が大
きくなり、また、下限値(即ち、Y:2重量%、Ce:1重量
%)以下となると、十分な焼結性が確保できず、強度に
問題が生じることとなるところから、上記範囲とするの
が望ましい。また、摺動特性を向上せしめるためには、
少量のSiC、TiC等の炭化物を含有せしめるようにするこ
とが望ましい。さらに、MgOは、低温で液相を生成する
のに有効な酸化物であり、少量であっても効果的ではあ
るが、極少量となった場合には、他の化合物(例えば、
Ce、Mgを除く周期律表第II a、III a、IV a、V a族元素
の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物およびこれらの複
合化合物を1種以上、場合によっては、ランタニド元素
の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物およびこれらの複
合化合物を15重量%以下含有せしめることが望ましく、
その他の不可避の不純物の含有量は、0.5重量%を超え
ないようにすることが望ましい。
By doing so, since the amount of Mg in the ceramic sliding member is suppressed to a small amount, the amount of Mg that elutes and permeates to the surface layer side due to the sliding heat can be suppressed to a small amount. In addition, 1% by weight of Mg converted to MgO
In the above cases, the seizure phenomenon was observed, and the seizure phenomenon increased as the amount of Mg increased.
If it is 0.1% by weight or less in terms of MgO, the deterioration in strength becomes remarkable and it becomes unusable for practical use, so the above range is preferable. Regarding Y and Ce, when the upper limit values (that is, Y: 20% by weight, Ce: 10% by weight) or more are promoted, the growth of the tissue is promoted, and the impact resistance is greatly deteriorated. If it is less than Y (2% by weight, Ce: 1% by weight) or less, sufficient sinterability cannot be ensured and a problem occurs in strength, so the above range is preferable. Also, in order to improve the sliding characteristics,
It is desirable to contain a small amount of carbides such as SiC and TiC. Furthermore, MgO is an oxide that is effective in forming a liquid phase at low temperatures, and although it is effective even in a small amount, when it becomes extremely small, other compounds (for example,
One or more oxides, nitrides, borides, and carbides of Group IIa, IIIa, IVa, and Va elements of the periodic table excluding Ce and Mg and, in some cases, lanthanide elements It is desirable to contain oxides, nitrides, borides, carbides and composite compounds thereof in an amount of 15% by weight or less,
It is desirable that the content of other unavoidable impurities does not exceed 0.5% by weight.

請求項2の発明では、Si3N4を主成分とし、Y、Mgお
よびCe等を含む焼結体であって、Yの含有量がY2O3に換
算して2〜20重量%、Mgの含有量がMgOに換算して0.1〜
0.9重量%、Ceの含有量がCeO2に換算して0.1〜0.9重量
%、Ce、Mgを除く周期律表第II a、III a、IV a、V a族
元素の1種以上の含有量が酸化物、窒化物、ホウ化物、
炭化物およびこれらの複合化合物に換算して15重量%以
下、残余がSi3N4となしている。
According to the invention of claim 2, a sintered body containing Si 3 N 4 as a main component and containing Y, Mg, Ce and the like, wherein the content of Y is 2 to 20% by weight in terms of Y 2 O 3 , Mg content converted to MgO 0.1 ~
0.9% by weight, the content of Ce is 0.1 to 0.9% by weight in terms of CeO 2, and the content of one or more elements of the IIa, IIIa, IVa and Va groups of the periodic table excluding Ce and Mg Are oxides, nitrides, borides,
It is 15% by weight or less in terms of carbides and their composite compounds, and the balance is Si 3 N 4 .

上記の如くなしたことにより、セラミック摺動部材中
におけるMg量が少なく抑えられるところから、摺動熱に
よって表層側へ溶出浸透するMg量が少なく抑えられるこ
ととなる点は、前記請求項1の発明の場合と同様である
が、本発明の場合、Ceについても、高温時において溶出
を起こすことに鑑みて、その含有量を低減せしめること
によって、表層への溶出浸透が抑制されることとなって
いるのである。また、MgおよびCeの含有量を上記した如
く低減せしめると、焼結助剤としての絶対量が不足する
こととなるところから、本発明では、Ce、Mgを除く周期
律表第II a、III a、IV a、V a族元素の1種以上の含有
量が酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物およびこれらの
複合化合物に換算して15重量%以下を含有せしめるよう
にしている。このことにより、焼結性の向上が図れると
ともに、得られた焼結体の強度が確保され得ることとな
っているのである。なお、Ce、Mgを除く周期律表第II
a、III a、IV a、V a族元素の1種以上の含有量が酸化
物、窒化物、ホウ化物、炭化物およびこれらの複合化合
物に換算して15時を超えると、組織の成長が促進される
結果、耐衝撃性の劣化が大きくなる。本発明の場合に
も、前述の請求項1の発明におけると同様に、MgOおよ
びCeO2が極少量となった場合には、他の化合物(例え
ば、ランタニド元素の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化
物およびこれらの複合化合物)を15重量%以下含有せし
めることが望ましく、その他の不可避の不純物の含有量
は、0.5重量%を超えないようにすることが望ましい。
By doing the above, since the amount of Mg in the ceramic sliding member is suppressed to a small amount, the amount of Mg eluted and permeated to the surface layer side by the sliding heat can be suppressed to a small amount. Although similar to the case of the invention, in the case of the present invention, Ce also, in view of causing elution at high temperature, by reducing its content, elution permeation into the surface layer will be suppressed. -ing Further, if the content of Mg and Ce is reduced as described above, the absolute amount as a sintering aid will be insufficient, so in the present invention, Ce, the periodic table IIa, III excluding Mg, III The content of at least one of the elements a, IVa, and Va is 15% by weight or less in terms of oxides, nitrides, borides, carbides, and composite compounds thereof. As a result, the sinterability can be improved and the strength of the obtained sintered body can be secured. In addition, the Periodic Table II excluding Ce and Mg
If the content of at least one of the elements a, IIIa, IVa, and Va is more than 15 hours when converted to oxides, nitrides, borides, carbides, and composite compounds thereof, the growth of the tissue is promoted. As a result, the impact resistance deteriorates significantly. Also in the case of the present invention, as in the case of the above-mentioned invention of claim 1, when MgO and CeO 2 become extremely small, other compounds (for example, oxides, nitrides, borides of lanthanide elements) are formed. , Carbides and their complex compounds) in an amount of 15% by weight or less, and the content of other unavoidable impurities is preferably not more than 0.5% by weight.

請求項3の発明では、主成分であるSi3N4と、Y2O3
2〜20重量%、1500Å以下の平均粒径を有するMgOを0.1
〜0.9重量%、CeO2を1〜10重量%を含む焼結助剤とを
混合粉砕して得られた調合粉末を成形し、次に不活性ガ
ス雰囲気中にて1600〜1850℃で焼成するようにしてい
る。
In the invention of claim 3, the main components are Si 3 N 4 , 2 to 20% by weight of Y 2 O 3 , and 0.1% of MgO having an average particle size of 1500Å or less.
To 0.9 wt% and a sintering aid containing 1 to 10 wt% CeO 2 are mixed and pulverized to form a powder mixture, which is then fired at 1600 to 1850 ° C. in an inert gas atmosphere. I am trying.

上記の如くして得られたセラミック摺動部材では、Mg
の含有量がMgOに換算して0.1〜0.9重量%となるところ
から、摺動熱によって表層側へ溶出浸透するMg量が少な
く抑えられることとなる。また、本発明方法では、焼結
助剤として加えられるMgOの平均粒径を1500Å以下とし
たことにより、主成分であるSi3N4と焼結助剤とを混合
粉砕する際に、MgOの微粒化が容易に行なわれることと
なり、焼結体中におけるMgOの分散性が極めて良好とな
るのである。特に、本発明方法における如く、MgOの量
を少なく制限した場合においては、その分散性が得られ
る焼結体の均質性および強度に大きな影響を及ぼすこと
となるところから、より効果的となる。ちなみに、焼結
助剤として加えられるMgOの平均粒径を変化させて、得
られた焼結体の強度(4点曲げ強度)を調べたところ、
第2図図示の如き得られた。これによれば、MgOの平均
粒径が1500Åを超えると、得られる焼結体の強度が低下
してしまうこととなることが分かる。このことは、本発
明方法におけるように平均粒径の小さな(例えば、1000
Å)MgOを用いて得られた焼結体の組織が、第3図
(イ)図示の如く、均質なものとなっているのに対し
て、平均粒径が大きな(例えば、2000Å)MgOを用いて
得られた焼結体における組織が、第3図(ロ)図示の如
く、不均質なものとなっていて、MgOの含有量の多い部
分(斜線図示部)とMgOの含有量が少ない部分(無模様
部)との境界から破損が起きることによるものと思われ
る。本発明方法における焼結は、ホットプレス法あるい
は熱間静水圧プレス法によるのが望ましいが、常圧焼結
法によっても構わない。但し、焼結体密度が95%以上は
ないと機械的特性が低下して実用に耐え得なくなる。ま
た、焼結時に使用される不活性ガスとしては、焼結時に
おけるSi3N4の分解を抑制するためにも窒素ガスが望ま
しい。さらに、焼結温度は、1600℃以下では焼成が不十
分となって組織が緻密化せず、1850℃以上ではSi3N4
分解蒸発が激しくなって緻密な焼結体が得られなくなる
ところから、1600〜1850℃とするのが望ましい。なお、
焼結後における降温時において1200〜1500℃で一旦保持
すると、生成した粒界のガラス相の結晶化が起きて、強
度向上に寄与するが、該結晶化は、粒界相の一部が結晶
化する程度とするのが望ましい。
In the ceramic sliding member obtained as described above, Mg
Since the content of is 0.1 to 0.9% by weight in terms of MgO, the amount of Mg eluted and permeated to the surface side by sliding heat can be suppressed to be small. Further, in the method of the present invention, the average particle size of MgO added as a sintering aid is set to 1500 Å or less, so that when Si 3 N 4 as the main component and the sintering aid are mixed and pulverized, MgO The atomization is facilitated, and the dispersibility of MgO in the sintered body becomes extremely good. In particular, as in the method of the present invention, when the amount of MgO is limited to a small amount, the dispersibility thereof has a great effect on the homogeneity and strength of the obtained sintered body, which is more effective. By the way, when the average particle size of MgO added as a sintering aid was changed and the strength (four-point bending strength) of the obtained sintered body was examined,
It was obtained as shown in FIG. According to this, when the average particle size of MgO exceeds 1500 Å, the strength of the obtained sintered body is reduced. This means that as in the method of the present invention, the average particle size is small (for example, 1000
Å) The structure of the sintered body obtained by using MgO is homogeneous as shown in Fig. 3 (a), while the average grain size is large (for example, 2000Å) As shown in Fig. 3 (b), the structure of the obtained sintered body is inhomogeneous, and the MgO content is high (the shaded area) and the MgO content is low. It seems that the damage occurs from the boundary with the part (unpatterned part). The sintering in the method of the present invention is preferably performed by a hot pressing method or a hot isostatic pressing method, but an atmospheric pressure sintering method may be used. However, if the density of the sintered body is less than 95%, the mechanical properties will deteriorate and it will not be practically applicable. Further, as the inert gas used during sintering, nitrogen gas is desirable in order to suppress decomposition of Si 3 N 4 during sintering. Further, when the sintering temperature is 1600 ° C. or lower, the firing is insufficient and the structure does not become dense, and at 1850 ° C. or higher, the decomposition and evaporation of Si 3 N 4 is so intense that a dense sintered body cannot be obtained. Therefore, it is desirable to set the temperature to 1600 to 1850 ° C. In addition,
Once held at 1200 to 1500 ° C during temperature reduction after sintering, crystallization of the glass phase of the generated grain boundary occurs, which contributes to strength improvement. It is desirable to set it to the extent that

請求項4の発明では、主成分である窒化ケイ素原料粉
末と、Y2O3を2〜20重量%、MgOを0.1〜0.9重量%、CeO
2を1〜10重量%を含む焼結助剤とを混合粉砕して得ら
れた調合粉末を成形し、次に不活性ガス雰囲気中にて16
00〜1850℃で焼成し、得られた焼結体に対して所定の機
械加工を施した後、1100〜1500℃の温度で1〜5時間熱
処理するようにしている。
In the invention of claim 4, the silicon nitride raw material powder as the main component, Y 2 O 3 2 to 20 wt%, the MgO 0.1 to 0.9 wt%, CeO
The compounding powder obtained by mixing and pulverizing 2 with 1 to 10% by weight of a sintering aid is molded, and then 16% in an inert gas atmosphere.
After firing at 00 to 1850 ° C and subjecting the obtained sintered body to predetermined machining, it is heat-treated at a temperature of 1100 to 1500 ° C for 1 to 5 hours.

上記の如くして得られたセラミック摺動部材では、Mg
の含有量がMgOに換算して0.1〜0.9重量%となるところ
から、摺動熱によって表層側へ溶出浸透するMg量が少な
く抑えられることとなる点は、前記請求項3の発明の場
合と同様であるが、機械加工を施した後、仕上げ加工前
に1100〜1500℃の温度で1〜5時間熱処理するようにし
たことにより、機械加工により生じたミクロクラックや
残留応力がガラス質の軟化に伴って緩和されるととも
に、粒界の結晶化が促進されることとなる。なお、熱処
理温度を1100℃以下とするとガラス質の軟化が不十分と
なり、1500℃以上とすると粒界の結晶化が進みすぎる。
In the ceramic sliding member obtained as described above, Mg
The content of Mg is 0.1 to 0.9% by weight in terms of MgO, so that the amount of Mg that elutes and permeates to the surface side due to sliding heat can be suppressed to a small level as in the case of the invention of claim 3. Although it is the same, the microcracks and residual stress generated by the machining process soften the vitreous material by applying a heat treatment at a temperature of 1100 to 1500 ° C for 1 to 5 hours after the machining process and before the finishing process. As a result, it is relaxed and the crystallization of grain boundaries is promoted. When the heat treatment temperature is 1100 ° C. or lower, the softening of the vitreous becomes insufficient, and when it is 1500 ° C. or higher, the crystallization of grain boundaries proceeds too much.

(発明の効果) 請求項1の発明によれば、Si3N4を主成分とし、Y、M
gおよびCeを含む焼結体によって構成されるセラミック
摺動部材において、Yの含有量がY2O3に換算して2〜20
重量%、Mgの含有量がMgOに換算して0.1〜0.9重量%、C
eの含有量がCeO2に換算して1〜10重量%、残余がSi3N4
となして、セラミック摺動部材中におけるMg量を少なく
抑えるようにしたので、摺動熱によって表層側へ溶出浸
透するMg量が少なく抑えられることとなり、機械的強度
等を低下させることなく、耐摩耗性および耐焼付き性を
向上せしめることができるという優れた効果がある。
(Effect of the Invention) According to the invention of claim 1, Si 3 N 4 as a main component, Y, M
In a ceramic sliding member composed of a sintered body containing g and Ce, the Y content is 2 to 20 in terms of Y 2 O 3.
% By weight, content of Mg converted to MgO 0.1-0.9% by weight, C
The content of e is 1 to 10% by weight calculated as CeO 2 , and the balance is Si 3 N 4
However, since the amount of Mg in the ceramic sliding member is kept small, the amount of Mg that elutes and permeates to the surface side due to sliding heat can be kept small, and the mechanical strength, etc. can be maintained without deterioration. There is an excellent effect that the wear resistance and the seizure resistance can be improved.

請求項2の発明によれば、Si3N4を主成分とし、Y、M
gおよびCe等を含む焼結体であって、Yの含有量がY2O3
に換算して2〜20重量%、Mgの含有量がMgOに換算して
0.1〜0.9重量%、Ceの含有量がCeO2に換算して0.1〜0.9
重量%、Ce、Mgを除く周期律表II a、III a、IV a、V a
族元素の1種以上の含有量が酸化物、窒化物、ホウ化
物、炭化物およびこれらの複合化合物に換算して15重量
%以下、残余がSi3N4となして、セラミック摺動部材中
におけるMg量およびCe量を少なく抑えるようにしたの
で、摺動熱によって表層側へ溶出浸透するMg量およびCe
量が少なく抑えられることとなり、機械的強度等を低下
させることなく、耐摩耗性および耐焼付き性をより一層
向上せしめることができるという優れた効果がある。な
お、Ce量の含有量減少により、焼結性低下および強度低
下の懸念があるが、Ce、Mgを除く周期律表第II a、III
a、IV a、V a族元素の1種以上の含有量が酸化物、窒化
物、ホウ化物、炭化物およびこれらの複合化合物に換算
して15重量%以下を含有せしめるようにしたことによ
り、前記懸念は解消されている。
According to the invention of claim 2, Si 3 N 4 is the main component, and Y, M
A sintered body containing g, Ce, etc., in which the Y content is Y 2 O 3
2 to 20% by weight in terms of Mg content converted to MgO
0.1 to 0.9 wt%, the content of Ce is in terms of CeO 2 0.1 to 0.9
Periodic Table IIa, IIIa, IVa, Va excluding wt%, Ce, Mg
The content of at least one group element is 15% by weight or less in terms of oxides, nitrides, borides, carbides and their composite compounds, and the balance is Si 3 N 4, and the content in the ceramic sliding member is Since the amounts of Mg and Ce are kept low, the amount of Mg and Ce that elute and penetrate to the surface side due to sliding heat
Since the amount is suppressed to be small, there is an excellent effect that the wear resistance and the seizure resistance can be further improved without lowering the mechanical strength and the like. Although there is a concern that the sinterability and strength may decrease due to the decrease in the content of Ce, the periodic table IIa, III excluding Ce and Mg
The content of at least one of the a, IV a, and V a group elements is set to 15% by weight or less in terms of oxide, nitride, boride, carbide, and composite compounds thereof. Concerns have been resolved.

請求項3の発明によれば、主成分であるSi3N4と、Y2O
3を2〜20重量%、1500Å以下の平均粒径を有するMgOを
0.1〜0.9重量%、CeO2を1〜10重量%を含む焼結助剤と
を混合粉砕して得られた調合粉末を成形し、次に不活性
ガス雰囲気中にて1600〜1850℃で焼成するようにしたの
で、得られたセラミック摺動部材では、Mgの含有量がMg
Oに換算して0.1〜0.9重量%となるところから、摺動熱
によって表層側へ溶出浸透するMg量が少なく抑えられる
こととなって、耐摩耗性および耐焼付き性が十分確保さ
れるとともに、焼結助剤として加えられるMgOの平均粒
径を1500Å以下としたことにより、主成分であるSi3N4
と焼結助剤とを混合粉砕する際に、MgOの微粒化が容易
に行なわれることとなり、焼結体中におけるMgOの分散
性が極めて良好となり、高強度のセラミック摺動部材が
得られるという優れた効果がある。
According to the invention of claim 3, Si 3 N 4 which is the main component and Y 2 O.
3 to 2 to 20% by weight, MgO having an average particle size of 1500 Å or less
Mix powder with 0.1 to 0.9 wt% and sintering aid containing 1 to 10 wt% of CeO 2 and pulverize it to form mixed powder, and then burn at 1600 to 1850 ℃ in inert gas atmosphere. Therefore, in the obtained ceramic sliding member, the content of Mg is Mg
From 0.1 to 0.9% by weight in terms of O, the amount of Mg that elutes and permeates to the surface side due to sliding heat is suppressed to a small amount, and abrasion resistance and seizure resistance are sufficiently secured, and By setting the average particle size of MgO added as a sintering aid to 1500 Å or less, the main component Si 3 N 4
When mixing and crushing and the sintering aid, MgO will be easily atomized, the dispersibility of MgO in the sintered body will be extremely good, and a high-strength ceramic sliding member will be obtained. It has an excellent effect.

請求項4の発明によれば、主成分であるSi3N4と、Y2O
3を2〜20重量%、MgOを0.1〜0.9重量%、CeO2を1〜10
重量%を含む焼結助剤とを混合粉砕して得られた調合粉
末を成形し、次に不活性ガス雰囲気中にて1600〜1850℃
で焼成し、得られた焼結体に対して所定の機械加工を施
した後、1100〜1500℃の温度で1〜5時間熱処理するよ
うにしたので、得られたセラミック摺動部材では、Mgの
含有量がMgOに換算して0.1〜0.9重量%となるところか
ら、摺動熱によって表層側へ溶出浸透するMg量が少なく
抑えられることとなって、耐摩耗性および耐焼付き性が
十分確保されるとともに、機械加工を施した後、1100〜
1500℃の温度で1〜5時間熱処理するようにしたことに
より、機械加工により生じたミクロクラックや残留応力
がガラス質の軟化に伴って緩和されるとともに、粒界の
結晶化が促進されることとなり、強度の信頼性が著しく
向上するという優れた効果がある。
According to the invention of claim 4, Si 3 N 4 which is a main component and Y 2 O.
3 to 2 to 20 wt%, MgO to 0.1 to 0.9 wt%, CeO 2 to 1 to 10
Molded powder obtained by mixing and pulverizing with a sintering aid containing 1 wt%, then in an inert gas atmosphere at 1600 ~ 1850 ℃
Since the obtained sintered body is fired at a temperature of 1100-1500 ° C. for 1-5 hours after being subjected to predetermined machining, the obtained ceramic sliding member is Since the content of Mg is 0.1 to 0.9 wt% when converted to MgO, the amount of Mg that elutes and permeates to the surface side due to sliding heat is suppressed to a small amount, and wear resistance and seizure resistance are sufficiently secured. 1100 ~ after being machined
By heat treatment at a temperature of 1500 ° C for 1 to 5 hours, microcracks and residual stress generated by machining are alleviated with the softening of the glass and the crystallization of grain boundaries is promoted. Therefore, there is an excellent effect that the reliability of strength is significantly improved.

(実施例) 以下、本発明の幾つかの実施例を説明する。(Examples) Hereinafter, some examples of the present invention will be described.

実施例1 平均粒径0.7μmのSi3N4、平均粒径0.4μmのY2O3
平均粒径0.4μmのCeO2、平均粒径0.1μmのMgOおよび
その他の添加物の各原料粉末を第1表記載の割合で調合
し、振動ミルを用いて混合粉砕を行った。かくして得ら
れた原料を乾燥して調合粉末とし、該調合粉末をホット
プレス装置あるいは熱間静水圧プレス装置を用いて、第
1表記載の温度条件および窒素ガス雰囲気下で焼結し、
その後所定の機械加工および仕上げ加工を施して、本発
明にかかるセラミック摺動部材NO1〜18を得た。また、
これとは別に本発明の組成限定範囲外のものを同一条件
で作成し比較例のセラミック摺動部材NO18〜26を得た。
これらセラミック摺動部材の化学分析の結果、セラミッ
ク摺動部材NO1〜26におけるY、CeおよびMgの組成は、
調合組成とほぼ一致した。また、これらのセラミック摺
動部材の強度(kgf/mm2)、衝撃値(kgfm)、摩耗量
(g)および摺動特性評価を第1表に示した。第1表に
示す本発明品の内、No12のみが熱間静水圧プレス装置に
より焼結されたものであり、その他はホットプレス装置
により焼結されたものである。また、本発明品No10,14,
16および比較例No20は、焼結後における降温時に1300℃
で一旦保持したものである。さらに、本発明品No12,16,
17および比較例NO25は、炭化物(本例では、TiC)を含
有せしめた例であり、本発明品NO9,10,11は、Ce、Mgを
除く周期律表第II a、III a、IV a、V a族の酸化物、窒
化物、ホウ化物、炭化物およびこれらの複合化合物を1
種以上含有せしめた例、本発明品NO15は、ランタニド元
素の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物およびこれらの
の複合化合物の1種以上を含有せしめた例である。
Example 1 Si 3 N 4 having an average particle size of 0.7 μm, Y 2 O 3 having an average particle size of 0.4 μm,
Raw material powders of CeO 2 having an average particle diameter of 0.4 μm, MgO having an average particle diameter of 0.1 μm, and other additives were mixed in the proportions shown in Table 1, and mixed and pulverized using a vibration mill. The raw material thus obtained is dried to prepare a compound powder, and the compound powder is sintered using a hot pressing device or a hot isostatic pressing device under the temperature conditions and nitrogen gas atmospheres shown in Table 1,
Then, predetermined machining and finishing were performed to obtain ceramic sliding members NO1-18 according to the present invention. Also,
Separately, a ceramic sliding member NO18-26 of a comparative example was prepared under the same conditions as above, except that the composition was out of the compositional range.
As a result of the chemical analysis of these ceramic sliding members, the composition of Y, Ce and Mg in the ceramic sliding members NO1 to 26 is
It almost agreed with the composition. Table 1 shows the strength (kgf / mm 2 ), impact value (kgfm), wear amount (g) and evaluation of sliding characteristics of these ceramic sliding members. Among the products of the present invention shown in Table 1, only No12 was sintered by the hot isostatic pressing apparatus, and the others were sintered by the hot pressing apparatus. Further, the present invention product No. 10, 14,
16 and Comparative Example No. 20 are 1300 ° C when the temperature is lowered after sintering.
It was once held in. Further, the present invention No. 12,16,
17 and Comparative Example NO25 are examples containing a carbide (TiC in this example), and the products of the present invention NO9, 10, 11 are the IIa, IIIa, IVa of the periodic table excluding Ce and Mg. , Group V a oxides, nitrides, borides, carbides and their composites 1
An example containing more than one kind, the product NO15 of the present invention is an example containing one or more kinds of oxides, nitrides, borides, carbides of lanthanide elements and composite compounds thereof.

この第1表によれば、本発明品のすべてが極めて良好
な摺動特性を示すのに対して、比較例では、良好な摺動
特性が得られていないことが分かる。例えば、比較例NO
18,22では摩耗量が大で、特にNO18では測定不能とな
り、比較例NO19,20,24では焼付き気味となり、比較例NO
21,23,25では相手攻撃性が見られた。
According to Table 1, it can be seen that all of the products of the present invention show extremely good sliding characteristics, whereas the comparative examples do not have good sliding characteristics. For example, Comparative Example NO
In 18,22, the amount of wear was large, and particularly in NO18, measurement became impossible, and in Comparative Examples NO19, 20, 24, seizure was observed.
At 21,23,25, opponent aggression was seen.

ちなみに、本発明品NO1と比較例NO19とを例にとって
摺動テストを行った結果を、第4図(イ)、(ロ)に示
す。これによれば、本発明品NO1では摩擦係数の急激な
上昇が見られなかったのに対して、比較例NO19では局部
的な摩擦係数の急上昇が見られた。このことは、摺動テ
スト中において焼付き現象が起こっていることを示して
いる。
By the way, the results of a sliding test using the product NO1 of the present invention and the comparative example NO19 as examples are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). According to this, in the product NO1 of the present invention, a sharp increase in the friction coefficient was not observed, whereas in the comparative example NO19, a local sharp increase in the friction coefficient was observed. This indicates that the seizure phenomenon occurred during the sliding test.

実施例2 本発明品NO1と同様な組成の調合粉末をラバー型に入
れ、加圧力3Ton/cmm2でラバープレスした後、窒素雰囲
気中(8atm)にて1800℃×3時間で焼結した。得られた
焼結体の相対密度は96%であった。該焼結体から作成さ
れたテストピースを用いて前記と同様な摺動テストを行
ったところ、自己摩耗性は若干多くなったが良好な摺動
特性を示した。
Example 2 A compounded powder having the same composition as that of the product NO1 of the present invention was placed in a rubber mold, rubber-pressed at a pressure of 3 Ton / cmm 2 , and then sintered in a nitrogen atmosphere (8 atm) at 1800 ° C. for 3 hours. The relative density of the obtained sintered body was 96%. When a sliding test similar to the above was conducted using a test piece prepared from the sintered body, the self-abrasion property was slightly increased, but good sliding property was exhibited.

実施例3 α化率90%のSi3N4:90.5重量%、Y2O3:7重量%、Ce
O2:2重量%、MgO:0.5重量%の組成となるように各材料
を調合した。この時、各々の平均粒径は、Si3N4:0.1μ
m、Y2O3:0.4μm、CeO2:0.4μmであった。なお、MgO
については、500Å、1000Å、1500Å、2000Å、4000Å
の5種類の材料を用い、振動ミルにて分散剤を適当に加
えた溶媒中で25時間混合粉砕した。得られたスラリーを
スプレードライヤーにて乾燥して試料1〜5とした。こ
れらの試料1〜5を予じめ金型で仮プレスした後、ホッ
トプレス装置を用いて窒素雰囲気中で1750℃×2時間焼
結した。得られた各焼結体をテストピースに加工して機
械特性を調査したところ、第2図図示の結果が得られ
た。
Example 3 Si 3 N 4 : 90.5 wt%, Y 2 O 3 : 7 wt%, Ce with 90% alpha conversion, Ce
Each material was compounded so as to have a composition of O 2 : 2 wt% and MgO: 0.5 wt%. At this time, the average particle size of each is Si 3 N 4 : 0.1μ
m, Y 2 O 3 : 0.4 μm and CeO 2 : 0.4 μm. In addition, MgO
About 500Å, 1000Å, 1500Å, 2000Å, 4000Å
The above five kinds of materials were mixed and pulverized for 25 hours in a solvent to which a dispersant was appropriately added using a vibration mill. The obtained slurry was dried with a spray dryer to obtain Samples 1 to 5. These samples 1 to 5 were preliminarily pressed with a die and then sintered in a nitrogen atmosphere at 1750 ° C. for 2 hours using a hot press machine. When each of the obtained sintered bodies was processed into a test piece and the mechanical properties were investigated, the results shown in FIG. 2 were obtained.

これによれば、平均粒径が2000Å以上のMgOを加えた
ものは、そうでないものに比べて2割近く強度が低下し
ていることが分かる。また、強度のバラツキについても
同様な傾向が見られた。平均粒径が2000ÅのMgOを加え
て得られた試料4のテストピースを観察したところ、第
3図(ロ)において斜線部で示すような斑点状のムラが
生じており、強度テストにおいてはその境界部に沿って
破断した。つまり、平均粒径の大きなMgOを加えた場
合、MgOの分散性が低下して不均質な焼結体が得られ、M
gOの含有量の多い部分(斜線部)と少ない部分(無模様
部)とにより強度に差が生じることとなって、破壊の際
には強度の弱い部分に支配されることとなるのである。
これに対して、MgOの平均粒径が1500Å以下のもの(例
えば、1000Å)により得られた試料2は、第3図(イ)
図示の如く均質なものとなっており、そのものが保有す
る機械的強度の限界において破断する。
According to this, it can be seen that the strength of MgO particles with an average particle size of 2000 Å or more is reduced by nearly 20% as compared with those without MgO particles. A similar tendency was observed in the variation in strength. Observation of the test piece of sample 4 obtained by adding MgO having an average particle size of 2000Å showed spot-like unevenness as shown by the shaded area in Fig. 3 (b), which was confirmed in the strength test. It fractured along the boundary. In other words, when MgO with a large average particle size is added, the dispersibility of MgO decreases and a non-homogeneous sintered body is obtained.
There is a difference in strength between a portion with a high gO content (hatched portion) and a portion with a low gO content (non-patterned portion), and when fractured, it is dominated by the weaker portion.
On the other hand, the sample 2 obtained by using MgO having an average particle size of 1500 Å or less (for example, 1000 Å) is shown in FIG.
As shown in the figure, it is homogeneous and breaks at the limit of its mechanical strength.

但し、この時、MgOの平均粒径があまり小さいと、分
子間力等の要因により粒が凝集したままとなり、結果的
に分散性が悪くなる。また、混合時間についても短時間
では十分ではなく、15時間以上混合するのが望ましい。
However, at this time, if the average particle size of MgO is too small, the particles remain aggregated due to factors such as intermolecular force, resulting in poor dispersibility. Also, as for the mixing time, a short time is not sufficient, and it is desirable to mix for 15 hours or more.

実施例4 平均粒径0.7μmのSi3N4を93.5重量%、平均粒径0.4
μmのY2O3を4重量%、平均粒径0.1μmのMgOを0.5重
量%、平均粒径0.4μmのCeO2を2重量%を混合粉砕し
て得られた調合粉末を成形し、次に窒素ガス雰囲気中に
て1700℃×1時間焼成し、得られた焼結体に対して所定
の機械加工を施した後、仕上げ加工前に1100〜1500℃の
温度で1〜5時間熱処理した。かくして得られたセラミ
ック摺動部材では、機械加工により生じたミクロクラッ
クや残留応力が加熱処理時におけるガラス質の軟化に伴
って緩和されるとともに、粒界の結晶化が促進されるこ
ととなる。なお、熱処理温度を1100℃以下とするとガラ
ス質の軟化が不十分となり、1500℃以上とすると粒界の
結晶化が進みすぎる。
Example 4 93.5% by weight of Si 3 N 4 having an average particle size of 0.7 μm and an average particle size of 0.4
4% by weight of Y 2 O 3 having a particle diameter of 0.5 μm, 0.5% by weight of MgO having an average particle diameter of 0.1 μm, and 2% by weight of CeO 2 having an average particle diameter of 0.4 μm were mixed and pulverized to form a mixed powder, Was fired in a nitrogen gas atmosphere at 1700 ° C. for 1 hour, the obtained sintered body was subjected to predetermined machining, and then heat-treated at a temperature of 1100 to 1500 ° C. for 1 to 5 hours before finishing. . In the ceramic sliding member thus obtained, microcracks and residual stress generated by machining are alleviated with the softening of the glassy material during the heat treatment, and crystallization of grain boundaries is promoted. When the heat treatment temperature is 1100 ° C. or lower, the softening of the vitreous becomes insufficient, and when it is 1500 ° C. or higher, the crystallization of grain boundaries proceeds too much.

実施例5 α化率91%、平均粒径0.4μmのSi3N4:91.5重量%、
平均粒径0.4μmのY2O3:6重量%、同じ平均粒径のCeO2:
2重量%、平均粒径0.1μmのMgO:0.5重量%に対し、SiC
ウィスカ(径0.1μm、長さ35μm)を外分で10重量%
加え、予じめ溶媒の中で超音波を用いて混合撹拌を行
い、次に、樹脂製ポットとSi3N4ボールを用いて混合粉
砕を行った。混合時間は、各々1時間、5時間、10時
間、30時間、75時間、150時間として6種類の調整粉末
試料を用意した。得られた各試料は、スプレードライヤ
ーを用いて乾燥した後、ホットプレス装置にて不活性ガ
ス雰囲気中で焼結(1800℃×1Hr)を行った。そして、
前記調整粉末試料は、電子顕微鏡で観察し、焼結試料
は、それぞれテストピースに加工して強度テストおよび
摺動テストを行った。それぞれの結果は、第5図、第6
図および第7図に示されている。ここで、第5図には、
原料粉末の混合時間に対する得られた調整粉末試料中に
おけるSiCウィスカの平均長さの変化が示され、第6図
には、焼結試料中におけるSiCウィスカの平均長さに対
する焼結試料の4点曲げ強度の変化が示され、第7図に
は、摺動テスト時間に対する摩擦係数の変化を、SiCウ
ィスカの入っているもの(即ち、本実施例のもの)とSi
Cウィスカが入っていないもの(即ち、比較例)とで対
比したものが示されている。
Example 5 Si 3 N 4 : 91.5% by weight having an α conversion of 91% and an average particle size of 0.4 μm,
Y 2 O 3 with an average particle size of 0.4 μm: 6% by weight, CeO 2 with the same average particle size:
2% by weight, MgO with an average particle size of 0.1 μm: 0.5% by weight, SiC
10% by weight of whiskers (0.1 μm diameter, 35 μm length)
In addition, ultrasonic waves were used for mixing and stirring in a predetermined solvent, and then mixed and pulverized using a resin pot and Si 3 N 4 balls. Mixing times were 1 hour, 5 hours, 10 hours, 30 hours, 75 hours, and 150 hours, respectively, and 6 types of adjusted powder samples were prepared. Each of the obtained samples was dried using a spray dryer and then sintered (1800 ° C. × 1 Hr) in an inert gas atmosphere with a hot press machine. And
The adjusted powder samples were observed with an electron microscope, and the sintered samples were processed into test pieces and subjected to a strength test and a sliding test. The respective results are shown in FIGS.
Shown in Figures and 7. Here, in FIG.
The change in the average length of the SiC whiskers in the prepared powder sample with respect to the mixing time of the raw material powder is shown. Fig. 6 shows the four points of the sintered sample with respect to the average length of the SiC whiskers in the sintered sample. The change in bending strength is shown in FIG. 7. The change in the friction coefficient with respect to the sliding test time is shown in FIG.
A comparison is made with the one without C whiskers (that is, the comparative example).

上記結果によれば、焼結試料中に含まれるSiCウィス
カの平均長さを5μm以下とすると、高強度が得られる
ことが分かり、このような平均長さのSiCウィスカを焼
結体中に生成させるためには、原料粉末の混合時間を少
なくとも75時間以上とするのが望ましい。また、摺動テ
ストの結果、SiCウィスカを含む焼結体の方が、SiCウィ
スカを含まない焼結体に比べて良好な摺動特性を発揮す
ることが認められた。
The above results show that high strength can be obtained when the average length of the SiC whiskers contained in the sintered sample is 5 μm or less, and SiC whiskers having such an average length are produced in the sintered body. To do so, it is desirable that the mixing time of the raw material powder is at least 75 hours or longer. As a result of a sliding test, it was confirmed that the sintered body containing the SiC whiskers exhibited better sliding characteristics than the sintered body containing no SiC whiskers.

実施例6 前記実施例2と同様な原料粉末を用いて、今度は、Y2
O3:5重量%、CeO2:2重量%、MgO:0.5重量%、ZrO2:1重
量%を混合し、さらにSiCウィスカ10重量%を加え、150
時間混合粉砕した後、乾燥させて焼結を行った。かくし
て得られた焼結体においても、前記実施例5におけると
同様な観察およびテストを行ったところ、実施例2のも
のと同等の結果が得られた。
Example 6 Using the same raw material powder as in Example 2, Y 2
O 3 : 5% by weight, CeO 2 : 2% by weight, MgO: 0.5% by weight, ZrO 2 : 1% by weight are mixed, and further 10% by weight of SiC whiskers are added,
After mixing and pulverizing for an hour, it was dried and sintered. When the thus obtained sintered body was observed and tested in the same manner as in Example 5, the same result as that of Example 2 was obtained.

実施例7 平均粒径0.1μmのSi3N4、平均粒径0.4μmのY2O3
平均粒径0.4μmのCeO2、平均粒径0.2μmのMgOおよび
その他の化合物の原料粉末を第2表記載の割合で調合
し、振動ミルを用いて約25時間混合粉砕を行った。かく
して得られた原料を乾燥して調合粉末とし、該調合粉末
をホットプレス装置あるいは熱間静水圧プレス装置を用
いて、第2表示記載の温度条件および窒素ガス雰囲気下
で焼結し、その後所定の機械加工および仕上げ加工を施
して、本発明にかかるセラミック摺動部材NO1〜11を得
た。また、これとは別に本発明の組成限定範囲外のもの
を同一条件で作成し比較例のセラミック摺動部材NO12〜
19を得た。これらセラミック摺動部材の化学分析の結
果、セラミック摺動部材NO1〜19におけるY、Ce、Mgお
よびCe、Mgを除く周期律表第II a、III a、IV a、V a族
の酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物およびこれらの複
合化合物を1種以上の組成は、調合組成とほぼ一致し
た。また、これらのセラミック摺動部材の強度(kgf/mm
2)、衝撃値(Kgfm)、摩耗量(g)および摺動特性評
価を第2表に示した。第2表に示す本発明品No3〜9お
よび比較例NO12〜17は熱間静水圧プレス装置により焼結
されたものであり、その他はホットプレス装置により焼
結されたものである。また、本発明品No6,11は、焼結後
における降温時に1300℃で一旦保持したものであり、比
較例NO17は、焼結後における降温時に1300℃で一旦保持
したものである。本発明品NO8,10は、ランタニド元素の
酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物およびこれらのの複
合化合物の1種以上を含有せしめた例である。
Example 7 Si 3 N 4 having an average particle size of 0.1 μm, Y 2 O 3 having an average particle size of 0.4 μm,
Raw material powders of CeO 2 having an average particle diameter of 0.4 μm, MgO having an average particle diameter of 0.2 μm and other compounds were mixed at the ratios shown in Table 2, and mixed and ground for about 25 hours using a vibration mill. The raw material thus obtained is dried to prepare a mixed powder, and the prepared powder is sintered using a hot pressing device or a hot isostatic pressing device under the temperature conditions and the nitrogen gas atmosphere described in the second indication, and then predetermined. The ceramic sliding members NO1 to NO11 according to the present invention were obtained by performing the mechanical processing and the finishing processing. Separately from this, a ceramic sliding member NO12 of a comparative example was prepared under the same conditions except that the composition limit range of the present invention was
I got 19. As a result of chemical analysis of these ceramic sliding members, Y, Ce, Mg and oxides of Group IIa, IIIa, IVa, Va of the periodic table excluding Ce, Mg in the ceramic sliding members NO1 to 19, Compositions of one or more of nitrides, borides, carbides, and composite compounds thereof were almost in agreement with the formulation composition. In addition, the strength of these ceramic sliding members (kgf / mm
2 ), impact value (Kgfm), wear amount (g) and evaluation of sliding characteristics are shown in Table 2. The products Nos. 3 to 9 of the present invention and the comparative examples Nos. 12 to 17 shown in Table 2 were sintered by a hot isostatic pressing device, and the others were sintered by a hot pressing device. Inventive products Nos. 6 and 11 were once held at 1300 ° C. after temperature reduction after sintering, and Comparative Example NO17 was once held at 1300 ° C. during temperature reduction after sintering. The products NO8 and 10 of the present invention are examples in which one or more kinds of oxides, nitrides, borides, carbides of lanthanide elements and composite compounds thereof are contained.

この第2表によれば、本発明品のすべてが極めて良好
な摺動特性を示すのに対して、比較例では、良好な摺動
特性が得られていないことが分かる。例えば、比較例NO
16,17,19では摩耗量が大となり、比較例NO13では焼付き
が大となって測定不能となり、比較例NO14,18では相手
攻撃性が見られ、比較例NO12,13では強度不足となり、N
O11では欠けが発生した。
According to this Table 2, it can be seen that all of the products of the present invention show extremely good sliding characteristics, whereas the comparative examples do not have good sliding characteristics. For example, Comparative Example NO
In 16,17,19, the wear amount was large, in Comparative Example NO13, seizure was large and measurement was impossible, and in Comparative Example NO14,18, the opponent's aggression was observed, and in Comparative Example NO12,13, the strength was insufficient, N
A chip occurred at O11.

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

第1図(イ)、(ロ)は窒化ケイ素焼結体の摺動テスト
前後におけるSi、MgおよびYの成分分布をEPMAによって
分析した結果を示す特性図、第2図は焼結助剤として用
いられるMgOの平均粒径に対する得られた焼結体の強度
の変化を示す特性図、第3図(イ)、(ロ)は、焼結助
剤として平均粒径1000Åおよび2000ÅのMgOを用いて得
られた焼結体の断面と破断状態とをそれぞれ示す図、第
4図(イ)、(ロ)は実施例1における本発明品NO1と
比較例NO19とにおける摺動テスト時の摩擦係数変化を示
す特性図、第5図は実施例5における料粉末の混合時間
に対する得られた調整粉末試料中におけるSiCウィスカ
の平均長さの変化を示す特性図、第6図は実施例5にお
ける焼結試料中のSiCウィスカ平均長さに対する焼結試
料の4点曲げ強度の変化を示す特性図、第7図は実施例
5における摺動テスト時間に対する摩擦係数の変化を、
SiCウィスカの入っているもの(即ち、本実施例のも
の)とSiCウィスカが入っていないもの(即ち、比較
例)とで対比して示した特性図である。
Fig. 1 (a) and (b) are characteristic diagrams showing the results of EPMA analysis of the Si, Mg and Y component distributions before and after the sliding test of the silicon nitride sintered body. Fig. 2 shows the sintering aid. The characteristic diagram showing the change of strength of the obtained sintered body with respect to the average particle size of MgO used, Fig. 3 (a) and (b), use MgO with an average particle size of 1000Å and 2000Å as a sintering aid. Fig. 4 (a) and Fig. 4 (b) showing a cross section and a fractured state of the obtained sintered body, respectively, show the friction coefficient in the sliding test between the product NO1 of the present invention in Example 1 and the comparative example NO19. FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes, FIG. 5 is a characteristic diagram showing changes in the average length of the SiC whiskers in the obtained adjusted powder sample with respect to the mixing time of the material powder in Example 5, and FIG. 6 is the baking in Example 5. Characteristics of changes in four-point bending strength of sintered samples with respect to the average length of SiC whiskers in sintered samples , FIG. 7 is a variation of the friction coefficient with respect to the sliding test time in Example 5,
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a comparison between a device containing SiC whiskers (that is, that of the present embodiment) and a device not containing SiC whiskers (that is, a comparative example).

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Si3N4を主成分とし、Y、MgおよびCeを含
む焼結体であって、Yの含有量がY2O3に換算して2〜20
重量%、Mgの含有量がMgOに換算して0.1〜0.9重量%、C
eの含有量がCeO2に換算して1〜10重量%、残余がSi3N4
であることを特徴とするセラミック摺動部材。
1. A sintered body containing Si 3 N 4 as a main component and containing Y, Mg and Ce, wherein the content of Y is 2 to 20 in terms of Y 2 O 3.
% By weight, content of Mg converted to MgO 0.1-0.9% by weight, C
The content of e is 1 to 10% by weight calculated as CeO 2 , and the balance is Si 3 N 4
The ceramic sliding member is characterized by:
【請求項2】Si3N4を主成分とし、Y、MgおよびCe等を
含む焼結体であって、Yの含有量がY2O3に換算して2〜
20重量%、Mgの含有量がMgOに換算して0.1〜0.9重量
%、Ceの含有量がCeO2に換算して0.1〜0.9重量%、Ce、
Mgを除く周期律表第II a、III a、IV a、V a族元素の1
種以上の含有量が酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物お
よびこれらの複合化合物に換算して15重量%以下、残余
がSi3N4であることを特徴とするセラミック摺動部材。
2. A sintered body containing Si 3 N 4 as a main component and containing Y, Mg, Ce, etc., wherein the content of Y is 2 to 3 in terms of Y 2 O 3.
20% by weight, the content of Mg is 0.1 to 0.9% by weight in terms of MgO, the content of Ce is 0.1 to 0.9% by weight in terms of CeO 2 , Ce,
1 of Group IIa, IIIa, IVa, Va elements of the Periodic Table excluding Mg
A ceramic sliding member having a content of at least 15% by weight in terms of oxides, nitrides, borides, carbides and composite compounds thereof, with the balance being Si 3 N 4 .
【請求項3】主成分であるSi3N4と、Y2O3を2〜20重量
%、1500Å以下の平均粒径を有するMgOを0.1〜0.9重量
%、CeO2を1〜10重量%を含む焼結助剤とを混合粉砕し
て得られた調合粉末を成形し、次に不活性ガス雰囲気中
にて1600〜1850℃で焼成したことを特徴とするセラミッ
ク摺動部材の製造方法。
3. Si 2 N 4 which is the main component, 2 to 20% by weight of Y 2 O 3 , 0.1 to 0.9% by weight of MgO having an average particle size of 1500Å or less, and 1 to 10% by weight of CeO 2. A method for producing a ceramic sliding member, comprising: mixing and pulverizing a sintering aid containing a mixture to obtain a powder mixture, and then firing the mixture at 1600 to 1850 ° C. in an inert gas atmosphere.
【請求項4】主成分であるSi3N4と、Y2O3を2〜20重量
%、MgOを0.1〜0.9重量%、CeO2を1〜10重量%を含む
焼結助剤とを混合粉砕して得られた調合粉末を成形し、
次に不活性ガス雰囲気中にて1600〜1850℃で焼成し、得
られた焼結体に対して所定の機械加工を施した後、1100
〜1500℃の温度で1〜5時間熱処理することを特徴とす
るセラミック摺動部材の製造方法。
4. A sintering aid containing Si 3 N 4 as a main component and 2 to 20% by weight of Y 2 O 3 , 0.1 to 0.9% by weight of MgO and 1 to 10% by weight of CeO 2. Mold the mixed powder obtained by mixing and crushing,
Next, after firing at 1600 to 1850 ° C in an inert gas atmosphere, and subjecting the obtained sintered body to predetermined machining, 1100
A method for manufacturing a ceramic sliding member, which comprises heat-treating at a temperature of -1500 ° C for 1-5 hours.
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