JP2776471B2 - 窒化珪素系複合焼結体 - Google Patents
窒化珪素系複合焼結体Info
- Publication number
- JP2776471B2 JP2776471B2 JP2330280A JP33028090A JP2776471B2 JP 2776471 B2 JP2776471 B2 JP 2776471B2 JP 2330280 A JP2330280 A JP 2330280A JP 33028090 A JP33028090 A JP 33028090A JP 2776471 B2 JP2776471 B2 JP 2776471B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- sintered body
- based composite
- composite sintered
- strength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車部品や耐摩工具等に使用される構造
用セラミックス材料に関し、特にこの分野において優れ
た機能を有する窒化珪素セラミックスの高強度・高靭性
化に関するものである。
用セラミックス材料に関し、特にこの分野において優れ
た機能を有する窒化珪素セラミックスの高強度・高靭性
化に関するものである。
［従来の技術］ 窒化珪素は、強度（曲げ強度）、破壊靭性、耐食性、
耐摩耗性、耐熱衝撃性、耐酸化性等においてバランスの
とれた材料であり、室温さらに高温における構造部材用
エンジニアリングセラミックスとして最近注目を集めて
いる。しかしながら、自動車部品等のように材料に対し
高い信頼性と安定性が要求される分野に窒化珪素セラミ
ックスを使用して行くには、破壊靭性をさらに向上させ
てその脆さを克服し、かつ強度向上を図ることが必要不
可欠である。従来破壊靭性を向上させる技術として、た
とえば特公昭62−265173号公報に示されるように、窒化
珪素マトリックスに炭化珪素ウィスカーによってディフ
レクションしたり、ウィスカーの引き抜きや架橋を起こ
させることにより、破壊靭性が向上すると考えられてい
る。しかしウィスカー複合により破壊靭性は向上する
が、その一方で添加したウィスカーとサイズが１〜10μ
ｍのオーダーである上に、その凝集を機械的に完全に取
り除くことが事実上困難であるため、これが粗大粒とし
て働いて破壊起点となり、その結果逆にその材料強度を
低下させることになるという問題がある。
耐摩耗性、耐熱衝撃性、耐酸化性等においてバランスの
とれた材料であり、室温さらに高温における構造部材用
エンジニアリングセラミックスとして最近注目を集めて
いる。しかしながら、自動車部品等のように材料に対し
高い信頼性と安定性が要求される分野に窒化珪素セラミ
ックスを使用して行くには、破壊靭性をさらに向上させ
てその脆さを克服し、かつ強度向上を図ることが必要不
可欠である。従来破壊靭性を向上させる技術として、た
とえば特公昭62−265173号公報に示されるように、窒化
珪素マトリックスに炭化珪素ウィスカーによってディフ
レクションしたり、ウィスカーの引き抜きや架橋を起こ
させることにより、破壊靭性が向上すると考えられてい
る。しかしウィスカー複合により破壊靭性は向上する
が、その一方で添加したウィスカーとサイズが１〜10μ
ｍのオーダーである上に、その凝集を機械的に完全に取
り除くことが事実上困難であるため、これが粗大粒とし
て働いて破壊起点となり、その結果逆にその材料強度を
低下させることになるという問題がある。
［発明が解決しようとする課題］ したがって、従来はウィスカーを添加したり窒化珪素
を粒成長させて大きな柱状晶を形成し、それらの存在に
よって破壊靭性を向上させており、その結果事実上欠陥
サイズを大きくしてしまうために強度が低下し、強度・
靭性を同時に向上させることは困難であった。そのた
め、窒化珪素マトリックスが粗大粒を含まない均一微細
粒で構成された組織において、強度・靭性とも向上させ
その両立を図ることが課題であった。
を粒成長させて大きな柱状晶を形成し、それらの存在に
よって破壊靭性を向上させており、その結果事実上欠陥
サイズを大きくしてしまうために強度が低下し、強度・
靭性を同時に向上させることは困難であった。そのた
め、窒化珪素マトリックスが粗大粒を含まない均一微細
粒で構成された組織において、強度・靭性とも向上させ
その両立を図ることが課題であった。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、Ｙ及びAl元素を含む窒化珪素系複合焼結体
であって、平均短軸径が0.05〜３μｍ、アスペクト比が
10以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内及び粒
界相に、熱膨張係数が５×10-6/℃以上で平均粒径が１
〜500nmの周期律表IV a,V a族の酸化物又は窒化物であ
る異種粒子が、0.5〜５体積％分散しており、その４点
曲げ強度が140kg/mm2以上であることを特徴とする窒化
珪素系複合焼結体である。すなわち本発明は、欠陥サイ
ズの小さな組織とすることによって強度低下の原因とな
る因子を抑え、かつナノメーターサイズの微細な上記異
種粒子をこれに複合分散させることによって、結晶粒内
及び粒界相に残留応力を発生させて強度と靭性とをとも
に向上させるものである。なお本発明の窒化珪素及び／
又はサイアロン結晶粒内の柱状晶の長軸径は30μｍ以下
とするのがより好ましい。
であって、平均短軸径が0.05〜３μｍ、アスペクト比が
10以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内及び粒
界相に、熱膨張係数が５×10-6/℃以上で平均粒径が１
〜500nmの周期律表IV a,V a族の酸化物又は窒化物であ
る異種粒子が、0.5〜５体積％分散しており、その４点
曲げ強度が140kg/mm2以上であることを特徴とする窒化
珪素系複合焼結体である。すなわち本発明は、欠陥サイ
ズの小さな組織とすることによって強度低下の原因とな
る因子を抑え、かつナノメーターサイズの微細な上記異
種粒子をこれに複合分散させることによって、結晶粒内
及び粒界相に残留応力を発生させて強度と靭性とをとも
に向上させるものである。なお本発明の窒化珪素及び／
又はサイアロン結晶粒内の柱状晶の長軸径は30μｍ以下
とするのがより好ましい。
［作用］ 本発明によれば、窒化珪素及び／又はサイアロン結晶
粒内及び粒界相（以下これを単にマトリックスと言
う。）に熱膨張係数の大きな上記異種粒子を分散させる
ことにより、焼結温度から室温への冷却時にマトリック
ス中に、これらと分散粒子との熱膨張係数のミスマッチ
による残留圧縮応力が発生する。破壊の際、亀裂先部分
にこの応力場がかかることにより、亀裂発生及びその進
展抵抗が増大し破壊靭性が向上する。このためマトリッ
クスと異種粒子との熱膨張係数の差は大きいほど良い。
すなわちマトリックスの熱膨張係数は、通常３×10-6/
℃程度であるので、異種粒子の熱膨張係数は５×10-6/
℃以上とするのが良い。しかしながら20×10-6/℃以上
になるとマトリックスのそれとの差が大きすぎて、窒化
珪素及び／又はサイアロン結晶粒（以下単に結晶粒とも
言う）内に亀裂が発生してしまうので好ましくない。ま
た結晶粒内及び粒界には異種粒子がナノメーターオーダ
ーの粒子サイズで分散しているので、欠陥の進展がそれ
によって抑えられて欠陥サイズが増大せず、破壊靭性の
向上は同時に強度の向上にも反映される。さらに粒内に
分散された微細な異種粒子の周りの応力場によって、歪
みが発生するため結晶粒内の転位の移動が促進され、そ
の転位面がサブ粒界を形成し、見かけ上マトリックス粒
子が微細化して強度が向上する。結晶粒の平均短軸径
が、３μｍを越える、すなわち同長軸径が30μｍを越え
ると、これが欠陥となり強度を低下させるので好ましく
ない。また平均短軸径が0.05μｍ未満になると、マトリ
ック組織が細かくなりすぎて、小さな応力で塑性変形し
てしまい、逆に強度が低下する。分散する異種粒子の粒
径は大きすぎると、残留圧縮応力場による前述の効果が
低下するので500nm以下とし、またその下限は原子状で
格子間に固溶している状態になる手前の1nmとする。そ
の分散量は、少なすぎると得られる複合効果が発揮され
ず、多すぎても異種粒子同士の合体が起きてしまうので
0.5〜５体積％とする。このように本発明は、ナノメー
ターオーダーサイズの異種分散粒子のマトリックスへの
分散による複合効果により、窒化珪素及び／又はサイア
ロン焼結体の強度及び破壊靭性を同時に向上させること
ができる。
粒内及び粒界相（以下これを単にマトリックスと言
う。）に熱膨張係数の大きな上記異種粒子を分散させる
ことにより、焼結温度から室温への冷却時にマトリック
ス中に、これらと分散粒子との熱膨張係数のミスマッチ
による残留圧縮応力が発生する。破壊の際、亀裂先部分
にこの応力場がかかることにより、亀裂発生及びその進
展抵抗が増大し破壊靭性が向上する。このためマトリッ
クスと異種粒子との熱膨張係数の差は大きいほど良い。
すなわちマトリックスの熱膨張係数は、通常３×10-6/
℃程度であるので、異種粒子の熱膨張係数は５×10-6/
℃以上とするのが良い。しかしながら20×10-6/℃以上
になるとマトリックスのそれとの差が大きすぎて、窒化
珪素及び／又はサイアロン結晶粒（以下単に結晶粒とも
言う）内に亀裂が発生してしまうので好ましくない。ま
た結晶粒内及び粒界には異種粒子がナノメーターオーダ
ーの粒子サイズで分散しているので、欠陥の進展がそれ
によって抑えられて欠陥サイズが増大せず、破壊靭性の
向上は同時に強度の向上にも反映される。さらに粒内に
分散された微細な異種粒子の周りの応力場によって、歪
みが発生するため結晶粒内の転位の移動が促進され、そ
の転位面がサブ粒界を形成し、見かけ上マトリックス粒
子が微細化して強度が向上する。結晶粒の平均短軸径
が、３μｍを越える、すなわち同長軸径が30μｍを越え
ると、これが欠陥となり強度を低下させるので好ましく
ない。また平均短軸径が0.05μｍ未満になると、マトリ
ック組織が細かくなりすぎて、小さな応力で塑性変形し
てしまい、逆に強度が低下する。分散する異種粒子の粒
径は大きすぎると、残留圧縮応力場による前述の効果が
低下するので500nm以下とし、またその下限は原子状で
格子間に固溶している状態になる手前の1nmとする。そ
の分散量は、少なすぎると得られる複合効果が発揮され
ず、多すぎても異種粒子同士の合体が起きてしまうので
0.5〜５体積％とする。このように本発明は、ナノメー
ターオーダーサイズの異種分散粒子のマトリックスへの
分散による複合効果により、窒化珪素及び／又はサイア
ロン焼結体の強度及び破壊靭性を同時に向上させること
ができる。
［実施例］ 窒化珪素粉末100gに対し表１のように、各種異種粒子
粉末をそれぞれの分散量に応じて配合し、さらに焼助剤
（Y2O3 5wt％−Al203 5wt％）を加えて湿式混合し
た。これらの複合粉末を1.5t/cm2の圧力で冷間静水圧プ
レス成形した後、窒素中1850℃で10時間常圧焼結した。
表１に分散異種粒子種とその熱膨張係数・平均粒径・分
散量、ならびに得られた焼結体の柱状粒子の平均短軸径
とそのアスペクト比・機械的特性値を示した。
粉末をそれぞれの分散量に応じて配合し、さらに焼助剤
（Y2O3 5wt％−Al203 5wt％）を加えて湿式混合し
た。これらの複合粉末を1.5t/cm2の圧力で冷間静水圧プ
レス成形した後、窒素中1850℃で10時間常圧焼結した。
表１に分散異種粒子種とその熱膨張係数・平均粒径・分
散量、ならびに得られた焼結体の柱状粒子の平均短軸径
とそのアスペクト比・機械的特性値を示した。
［発明の効果］ 本発明により、強度・破壊靭性ともに優れた窒化珪素
系セミックスを得ることができ、高強度・高靭性が要求
される自動車部品を始めとする各種構造用部材への利用
が期待できる。
系セミックスを得ることができ、高強度・高靭性が要求
される自動車部品を始めとする各種構造用部材への利用
が期待できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 雅也 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平２−212346（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−40768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−156070（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159259（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50167（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/58 102
Claims (1)
- 【請求項１】ＹおよびAl元素を含む窒化珪素系複合焼結
体であって、平均短軸径が0.05〜３μｍ、アスペクト比
が10以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内及び
粒界相に、熱膨張係数が５×10-6/℃以上で平均粒径が
１〜500nmの、周期律表IV a、V a族の酸化物又は窒素物
である異種粒子が、0.5〜５体積％分散しており、その
４点曲げ強度が140kg/mm2以上であることを特徴とする
窒化珪素系複合焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2330280A JP2776471B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2330280A JP2776471B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04202059A JPH04202059A (ja) | 1992-07-22 |
| JP2776471B2 true JP2776471B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=18230887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2330280A Expired - Lifetime JP2776471B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2776471B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7829491B2 (en) | 2004-11-26 | 2010-11-09 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and manufacturing method thereof, member for molten metal, member for hot working, and member for digging |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5424256A (en) * | 1993-03-17 | 1995-06-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride sintered body |
| JPH0848564A (ja) * | 1994-04-05 | 1996-02-20 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素質焼結体及びその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6340768A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-22 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素系セラミツクス |
| JP2518630B2 (ja) * | 1986-12-17 | 1996-07-24 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体及びその製法 |
| JPS63159259A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性窒化珪素質焼結体 |
| JP2573230B2 (ja) * | 1987-06-23 | 1997-01-22 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素系セラミックス |
| JP2651935B2 (ja) * | 1989-02-10 | 1997-09-10 | 株式会社豊田中央研究所 | 複合材料の製造方法および原料組成物 |
| JP2988690B2 (ja) * | 1990-06-15 | 1999-12-13 | 株式会社東芝 | 分散強化型複合セラミックス及び分散強化型複合セラミックス製造用複合粒子の製造方法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2330280A patent/JP2776471B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7829491B2 (en) | 2004-11-26 | 2010-11-09 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and manufacturing method thereof, member for molten metal, member for hot working, and member for digging |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04202059A (ja) | 1992-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3198662B2 (ja) | 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法 | |
| JP3228517B2 (ja) | 炭化ホウ素系複合焼結体 | |
| EP0552381A1 (en) | Composite silicon nitride sinter and production thereof | |
| US5384292A (en) | Silicon nitride composite sintered body and process for producing the same | |
| JP2776471B2 (ja) | 窒化珪素系複合焼結体 | |
| JP3617076B2 (ja) | 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法 | |
| JP2641993B2 (ja) | 窒化珪素系複合焼結体の製造方法 | |
| JP2680938B2 (ja) | 窒化珪素系複合焼結体の製造方法 | |
| JPH07223865A (ja) | 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法 | |
| US5637540A (en) | Sintered silicon nitride of high toughness, strength and reliability | |
| JP3045366B2 (ja) | 高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JP2723170B2 (ja) | 超塑性窒化ケイ素焼結体 | |
| JP3045367B2 (ja) | 高強度高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JPH04202058A (ja) | 窒化珪素系複合焼結体 | |
| JP3328280B2 (ja) | 高い靭性、強度及び信頼性を有する焼結窒化ケイ素 | |
| JP3152558B2 (ja) | 粒子分散窒化珪素質焼結体及びその製造方法 | |
| JP2743638B2 (ja) | 高靭性窒化珪素系複合焼結体およびその製造方法 | |
| JP2695070B2 (ja) | 窒化珪素−炭化珪素複合焼結体の製造方法 | |
| JP2985519B2 (ja) | 粒子分散型ＺｒＯ２系セラミックス材料及びその製造方法 | |
| JPH0543325A (ja) | 窒化珪素系複合焼結体 | |
| JPH05178668A (ja) | 窒化ケイ素−窒化チタン複合焼結体及びその製造方法 | |
| JP2657979B2 (ja) | 複合セラミックスの成形加工法 | |
| JP3045370B2 (ja) | 高強度高靱性セラミックス複合材料及びセラミックス複合粉末並びにそれらの製造方法 | |
| JP3044287B2 (ja) | 窒化ケイ素質複合焼結体およびその製造方法 | |
| JP2600116B2 (ja) | 超塑性窒化ケイ素焼結体とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090501 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090501 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100501 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110501 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110501 Year of fee payment: 13 |