JP2883248B2 - 窒化珪素質焼結体およびその製法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体およびその製法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンなどの熱
機関や、その他の構造用部品に好適な高強度、高靱性の
窒化珪素質焼結体およびその製法に関するものである。
機関や、その他の構造用部品に好適な高強度、高靱性の
窒化珪素質焼結体およびその製法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】窒化珪素質焼結体は、従来からその強度、
高度および熱的科学的安定性に優れた材料として注目さ
れ、各種の機械的部品等への応用が進められているが、
窒化珪素質焼結体は抗折強度には優れるものの靱性が低
いという問題があった。
高度および熱的科学的安定性に優れた材料として注目さ
れ、各種の機械的部品等への応用が進められているが、
窒化珪素質焼結体は抗折強度には優れるものの靱性が低
いという問題があった。
【０００３】そこで、従来からこの窒化珪素質焼結体の
靱性をより高め、その利用分野をさらに拡大しようとす
る試みがなされている。これまで、窒化珪素質焼結体の
靱性化に対しては、一次原料中にα−Ｓｉ3 Ｎ4 を多量
に存在せしめることにより焼成中にアスペクト比の大き
い針状の結晶を積極的に生成させることが行われてい
る。また、他の方法として、窒化珪素に周期律表第４
Ａ、５Ａ、６Ａ族金属の炭化物、珪化物または硼化物等
の硬質粒子を焼結体中に分散させ、硬質粒子によってク
ラックを偏向させようとする方法が採用されている。
靱性をより高め、その利用分野をさらに拡大しようとす
る試みがなされている。これまで、窒化珪素質焼結体の
靱性化に対しては、一次原料中にα−Ｓｉ3 Ｎ4 を多量
に存在せしめることにより焼成中にアスペクト比の大き
い針状の結晶を積極的に生成させることが行われてい
る。また、他の方法として、窒化珪素に周期律表第４
Ａ、５Ａ、６Ａ族金属の炭化物、珪化物または硼化物等
の硬質粒子を焼結体中に分散させ、硬質粒子によってク
ラックを偏向させようとする方法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようする問題点】しかしながら、結晶を
針状化して高靱性化する方法によれば、靱性の向上効果
にも限界があり、せいぜい７．０ＭＰａ・ｍ1/2 程度で
ある。また硬質粒子を分散する方法によれば、全く分散
しないものに比較すると靱性の向上効果は認められるが
添加された硬質粒子により窒化珪素結晶、粒界相以外に
第三相が形成され、これが破壊源となるために、靱性が
向上しても強度が低下する傾向にあり、硬質粒子の添加
効果が充分に発揮されないのが現状である。
針状化して高靱性化する方法によれば、靱性の向上効果
にも限界があり、せいぜい７．０ＭＰａ・ｍ1/2 程度で
ある。また硬質粒子を分散する方法によれば、全く分散
しないものに比較すると靱性の向上効果は認められるが
添加された硬質粒子により窒化珪素結晶、粒界相以外に
第三相が形成され、これが破壊源となるために、靱性が
向上しても強度が低下する傾向にあり、硬質粒子の添加
効果が充分に発揮されないのが現状である。
【０００５】本発明は、上記の問題点を解決することを
主たる目的とするものであり、これまでの方法とは異な
り、格別な添加物を添加することなく、焼結体の靱性お
よび強度に優れた焼結体を提供することを目的とするも
のである。さらに、かかる焼結体を簡単な処理ににより
製造することのできる窒化珪素質焼結体を製法を提供す
ることを目的とするものである。
主たる目的とするものであり、これまでの方法とは異な
り、格別な添加物を添加することなく、焼結体の靱性お
よび強度に優れた焼結体を提供することを目的とするも
のである。さらに、かかる焼結体を簡単な処理ににより
製造することのできる窒化珪素質焼結体を製法を提供す
ることを目的とするものである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記目
的に対して検討を重ねた結果、焼結体の靱性値が窒化珪
素結晶粒子にかかる圧縮応力によって決定され、この圧
縮応力が粒界の酸化による結晶相の変化によって大きく
左右されること、さらに焼結体のクラックの進行が表面
の靱性を高めることにより効果的に抑制できることを知
見した。本発明は、これらの知見に基づき、焼結体の粒
界に存在する結晶相を選択的な酸化処理、即ち、窒化珪
素結晶を酸化することなく、粒界のみを酸化することに
より粒界の結晶相を変化させ、それに伴う体積変化によ
り圧縮応力を誘起させることにより焼結体の表層部の高
靱性化が達成されることを見出し、本発明に到った。
的に対して検討を重ねた結果、焼結体の靱性値が窒化珪
素結晶粒子にかかる圧縮応力によって決定され、この圧
縮応力が粒界の酸化による結晶相の変化によって大きく
左右されること、さらに焼結体のクラックの進行が表面
の靱性を高めることにより効果的に抑制できることを知
見した。本発明は、これらの知見に基づき、焼結体の粒
界に存在する結晶相を選択的な酸化処理、即ち、窒化珪
素結晶を酸化することなく、粒界のみを酸化することに
より粒界の結晶相を変化させ、それに伴う体積変化によ
り圧縮応力を誘起させることにより焼結体の表層部の高
靱性化が達成されることを見出し、本発明に到った。
【０００７】即ち、本発明の窒化珪素質焼結体は、その
組成が、周期律表第３Ａ族元素酸化物を１〜１０モル
％、ＳｉＯ2 を１〜２５モル％の割合で含み、前記Ｓｉ
Ｏ2 の前記周期律表第３Ａ族元素酸化物に対するモル比
が０．２５〜２．５であって、焼結体の中心部の粒界に
ＹＡＭ相、アパタイト相およびワラストナイト相から選
ばれる少なくとも１種が主体の結晶相が存在し、且つ表
層部の粒界にダイシリケート結晶相が析出してなるとと
もに、該焼結体の残留応力が８０ＭＰａ以上であり、且
つ表層部が中心部よりも高靱性であることを特徴とする
ものである。
組成が、周期律表第３Ａ族元素酸化物を１〜１０モル
％、ＳｉＯ2 を１〜２５モル％の割合で含み、前記Ｓｉ
Ｏ2 の前記周期律表第３Ａ族元素酸化物に対するモル比
が０．２５〜２．５であって、焼結体の中心部の粒界に
ＹＡＭ相、アパタイト相およびワラストナイト相から選
ばれる少なくとも１種が主体の結晶相が存在し、且つ表
層部の粒界にダイシリケート結晶相が析出してなるとと
もに、該焼結体の残留応力が８０ＭＰａ以上であり、且
つ表層部が中心部よりも高靱性であることを特徴とする
ものである。
【０００８】また、かかる焼結体を製造する方法とし
て、周期律表第３Ａ族元素酸化物を１〜１０モル％、Ｓ
ｉＯ2 を１〜２５モル％の割合で含み、前記ＳｉＯ2 の
前記周期律表第３Ａ族元素酸化物に対するモル比が０．
２５〜２．５であり、且つ粒界にＹＡＭ相、アパタイト
相およびワラストナイト相から選ばれる少なくとも１種
が主体の結晶相が存在する窒化珪素質焼結体を、酸化性
雰囲気中で７００〜９５０℃にて酸化重量増が０．１０
〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲となるように熱処理し
て、該焼結体の表層部の粒界にダイシリケート結晶相を
析出させたことを特徴とするものである。
て、周期律表第３Ａ族元素酸化物を１〜１０モル％、Ｓ
ｉＯ2 を１〜２５モル％の割合で含み、前記ＳｉＯ2 の
前記周期律表第３Ａ族元素酸化物に対するモル比が０．
２５〜２．５であり、且つ粒界にＹＡＭ相、アパタイト
相およびワラストナイト相から選ばれる少なくとも１種
が主体の結晶相が存在する窒化珪素質焼結体を、酸化性
雰囲気中で７００〜９５０℃にて酸化重量増が０．１０
〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲となるように熱処理し
て、該焼結体の表層部の粒界にダイシリケート結晶相を
析出させたことを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】本発明によれば、粒界相がＹＡＭ相、アパタイ
ト相およびワラストナイト相から選ばれる少なくとも１
種を主体してなる窒化珪素質焼結体を、表層部分の酸化
重量増が０．１０〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲となる
ようなレベルで酸化処理することによって、焼結体の表
層部の粒界結晶相をダイシリケート相に相変化させるこ
とができる。この相変化により、粒界相が体積膨張を起
こすために窒化珪素結晶に対して圧縮応力が誘起され、
これにより焼結体の表層部のみが高靱性化する。
ト相およびワラストナイト相から選ばれる少なくとも１
種を主体してなる窒化珪素質焼結体を、表層部分の酸化
重量増が０．１０〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲となる
ようなレベルで酸化処理することによって、焼結体の表
層部の粒界結晶相をダイシリケート相に相変化させるこ
とができる。この相変化により、粒界相が体積膨張を起
こすために窒化珪素結晶に対して圧縮応力が誘起され、
これにより焼結体の表層部のみが高靱性化する。
【００１０】また、焼結体の表層部の靱性を高めること
により、焼結体の表面に発生したクラックの内部への進
行を有効に抑制することができるために、焼結体の強度
をも高めることができる。
により、焼結体の表面に発生したクラックの内部への進
行を有効に抑制することができるために、焼結体の強度
をも高めることができる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明をより詳細に説明する。本発明
によれば、まず、組成が第３Ａ族酸化物とＳｉＯ2 を含
有する窒化珪素質焼結体を作成する。この焼結体は、周
知の方法により作成することができ、具体的には、窒化
珪素粉末、第３Ａ族酸化物粉末およびＳｉＯ2 粉末を用
いて、第３Ａ族酸化物が全量中１〜１０モル％、特に
３．０〜６．５モル％、ＳｉＯ2 が１〜２５モル％、特
に３．０〜１３．０モル％、且つＳｉＯ2 の第３Ａ族酸
化物に対するモル比（ＲＥ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ）が０．２
５〜２．５、特に１．０〜２．０となるように秤量混合
する。
によれば、まず、組成が第３Ａ族酸化物とＳｉＯ2 を含
有する窒化珪素質焼結体を作成する。この焼結体は、周
知の方法により作成することができ、具体的には、窒化
珪素粉末、第３Ａ族酸化物粉末およびＳｉＯ2 粉末を用
いて、第３Ａ族酸化物が全量中１〜１０モル％、特に
３．０〜６．５モル％、ＳｉＯ2 が１〜２５モル％、特
に３．０〜１３．０モル％、且つＳｉＯ2 の第３Ａ族酸
化物に対するモル比（ＲＥ2 Ｏ3 ／ＳｉＯ2 ）が０．２
５〜２．５、特に１．０〜２．０となるように秤量混合
する。
【００１２】この混合物を所望の成形手段、例えば、金
型プレス，冷間静水圧プレス，押出し成形等により任意
の形状に成形後、焼成する。焼成は、１７５０〜１９５
０℃の窒素を含有する雰囲気中で普通焼成法，ホットプ
レス法、窒素ガス圧力焼成法および熱間静水圧焼成法等
が適用される。この焼成により相対密度９８％以上の高
密度焼結体を得る。さらに焼結体の粒界にはＹＡＭ相
（ＲＥ4 Ｓｉ2 Ｏ7 Ｎ2）；アパタイト相（ＲＥ5 Ｓｉ
3 Ｏ12Ｎ）；ワラストナイト相（ＲＥＳｉＯ2 Ｎ）（Ｒ
Ｅはいずれも第３Ａ族元素）から選ばれる少なくとも１
種を主体とする結晶相を析出させる。粒界は焼成終了後
で結晶化するが、場合によっては、１３００〜１７００
℃での熱処理によりさらに結晶化を図ることもできる。
製品化に際しては、上記の後に研削加工を施し、その
後、後述する酸化処理を施す。
型プレス，冷間静水圧プレス，押出し成形等により任意
の形状に成形後、焼成する。焼成は、１７５０〜１９５
０℃の窒素を含有する雰囲気中で普通焼成法，ホットプ
レス法、窒素ガス圧力焼成法および熱間静水圧焼成法等
が適用される。この焼成により相対密度９８％以上の高
密度焼結体を得る。さらに焼結体の粒界にはＹＡＭ相
（ＲＥ4 Ｓｉ2 Ｏ7 Ｎ2）；アパタイト相（ＲＥ5 Ｓｉ
3 Ｏ12Ｎ）；ワラストナイト相（ＲＥＳｉＯ2 Ｎ）（Ｒ
Ｅはいずれも第３Ａ族元素）から選ばれる少なくとも１
種を主体とする結晶相を析出させる。粒界は焼成終了後
で結晶化するが、場合によっては、１３００〜１７００
℃での熱処理によりさらに結晶化を図ることもできる。
製品化に際しては、上記の後に研削加工を施し、その
後、後述する酸化処理を施す。
【００１３】本発明によれば、上記のような粒界に特定
の結晶相が析出した焼結体を酸化処理することにより粒
界の結晶相をダイシリケート結晶相に相変化させる。具
体的には、大気などの酸素を含有する雰囲気中で行う
が、この時、この酸化反応は粒界部のみに生じさせ、窒
化珪素結晶自体は酸化しない条件で行うことが重要であ
る。これは窒化珪素結晶が酸化するとクリストバライト
（ＳｉＯ2 ）相が生成し、これが酸化被膜となり粒界部
の相変化を阻害するためである。窒化珪素は通常１１０
０℃以上で酸化反応が生じ、前述したＹＡＭ相、アパタ
イト相、ワラストナイト相などの結晶相は６００℃以上
で酸化反応が生じる。よって、本発明によれば、７００
〜９５０℃の温度範囲で酸化処理を行うことがよい。
の結晶相が析出した焼結体を酸化処理することにより粒
界の結晶相をダイシリケート結晶相に相変化させる。具
体的には、大気などの酸素を含有する雰囲気中で行う
が、この時、この酸化反応は粒界部のみに生じさせ、窒
化珪素結晶自体は酸化しない条件で行うことが重要であ
る。これは窒化珪素結晶が酸化するとクリストバライト
（ＳｉＯ2 ）相が生成し、これが酸化被膜となり粒界部
の相変化を阻害するためである。窒化珪素は通常１１０
０℃以上で酸化反応が生じ、前述したＹＡＭ相、アパタ
イト相、ワラストナイト相などの結晶相は６００℃以上
で酸化反応が生じる。よって、本発明によれば、７００
〜９５０℃の温度範囲で酸化処理を行うことがよい。
【００１４】また、この酸化処理による酸化反応は、焼
結体の表層部のみ生じるが、そのレベルは酸化重量増が
０．１０〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2 、特に０．１５〜０．
４０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲となるように酸化処理すること
が必要である。この酸化重量増が０．１０ｍｇ／ｃｍ2
より小さいとダイシリケート相への相変化が不十分とな
り相変化による圧縮応力も小さく、０．５０ｍｇ／ｃｍ
2 を越えると、ダイシリケート結晶相への相変化により
生じる窒化珪素結晶に作用する圧縮応力が窒化珪素結晶
粒子自体の強度を越えてしまうために、焼結体中にクラ
ックが発生してしまう。
結体の表層部のみ生じるが、そのレベルは酸化重量増が
０．１０〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2 、特に０．１５〜０．
４０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲となるように酸化処理すること
が必要である。この酸化重量増が０．１０ｍｇ／ｃｍ2
より小さいとダイシリケート相への相変化が不十分とな
り相変化による圧縮応力も小さく、０．５０ｍｇ／ｃｍ
2 を越えると、ダイシリケート結晶相への相変化により
生じる窒化珪素結晶に作用する圧縮応力が窒化珪素結晶
粒子自体の強度を越えてしまうために、焼結体中にクラ
ックが発生してしまう。
【００１５】この酸化処理後の焼結体は、粒界に第３Ａ
族酸化物およびＳｉＯ2 が全量中前述した割合で存在す
るとともに、その焼結体の表層部の粒界にはダイシリケ
ート結晶相が主体として存在し、また内部の粒界にはＹ
ＡＭ相、アパタイト相、ワラストナイト相の少なくとも
いずれかが主体として存在する。本発明によれば、上述
した相変化による圧縮応力の作用により焼結体の表層部
の破壊靱性値が７．０ＭＰａ・ｍ1/2 以上、特に９．０
ＭＰａ・ｍ1/2 以上となるように制御することにより、
焼結体全体としての靱性を高めることができる。この破
壊靱性値を上記の範囲に限定したのは、靱性値が７．０
ＭＰａ・ｍ1/2 より小さいと焼結体全体としての靱性の
向上が見られない。
族酸化物およびＳｉＯ2 が全量中前述した割合で存在す
るとともに、その焼結体の表層部の粒界にはダイシリケ
ート結晶相が主体として存在し、また内部の粒界にはＹ
ＡＭ相、アパタイト相、ワラストナイト相の少なくとも
いずれかが主体として存在する。本発明によれば、上述
した相変化による圧縮応力の作用により焼結体の表層部
の破壊靱性値が７．０ＭＰａ・ｍ1/2 以上、特に９．０
ＭＰａ・ｍ1/2 以上となるように制御することにより、
焼結体全体としての靱性を高めることができる。この破
壊靱性値を上記の範囲に限定したのは、靱性値が７．０
ＭＰａ・ｍ1/2 より小さいと焼結体全体としての靱性の
向上が見られない。
【００１６】また、本発明において、よって、第３Ａ族
元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）およびＳｉＯ2 を前述した範
囲に限定したのは、第３Ａ族酸化物量が１モル％未満、
またはＳｉＯ2 が１モル％未満では、いずれも焼結性が
低下するために実用的な焼結体を得ることができない。
また、第３Ａ族酸化物量が１０モル％を越えるか、また
はＳｉＯ2 量が２５モル％を越えると、粒界相の絶対量
が多くなり、高温における強度が低下する。
元素酸化物（ＲＥ2 Ｏ3 ）およびＳｉＯ2 を前述した範
囲に限定したのは、第３Ａ族酸化物量が１モル％未満、
またはＳｉＯ2 が１モル％未満では、いずれも焼結性が
低下するために実用的な焼結体を得ることができない。
また、第３Ａ族酸化物量が１０モル％を越えるか、また
はＳｉＯ2 量が２５モル％を越えると、粒界相の絶対量
が多くなり、高温における強度が低下する。
【００１７】また、ＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 比が０．２５
より小さいとメリライト（ＲＥ2 Ｓｉ3 Ｏ3 Ｎ4 ）相の
生成により焼結体の耐酸化性が著しく劣化し、２．５を
越えると、シリコンオキシナイトライド相（Ｓｉ2 Ｎ2
Ｏ）や、モノシリケート相（ＲＥ2 ＳｉＯ5 ）などが析
出しやすくなるが、これらの結晶相を酸化させるために
は１１００℃以上必要とし、窒化珪素結晶相が酸化され
てしまうために、選択的な酸化処理を行うことができな
い。
より小さいとメリライト（ＲＥ2 Ｓｉ3 Ｏ3 Ｎ4 ）相の
生成により焼結体の耐酸化性が著しく劣化し、２．５を
越えると、シリコンオキシナイトライド相（Ｓｉ2 Ｎ2
Ｏ）や、モノシリケート相（ＲＥ2 ＳｉＯ5 ）などが析
出しやすくなるが、これらの結晶相を酸化させるために
は１１００℃以上必要とし、窒化珪素結晶相が酸化され
てしまうために、選択的な酸化処理を行うことができな
い。
【００１８】なお、本発明において用いられる第３Ａ族
元素としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏなどが好適に使用される。
元素としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏなどが好適に使用される。
【００１９】さらに、本発明によれば、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｍ
ｇＯ、ＲＥ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 等を助剤として用いた場
合、焼結体中に存在する粒界自体の融点が比較的低く、
特に酸化処理温度域では表面にガラス膜を形成し、酸素
の拡散を律速するために窒化珪素結晶粒子に対して圧縮
応力を付与することができない。よって、これらの酸化
物は不純物として不可避的に混入する場合を除き、実質
的に存在しないことが望ましく、その量は、焼結体中の
ＡｌおよびＭｇの酸化物換算量の合量で０．５重量％以
下、特に０．１重量％未満であることが望ましい。
ｇＯ、ＲＥ2 Ｏ3 −Ａｌ2 Ｏ3 等を助剤として用いた場
合、焼結体中に存在する粒界自体の融点が比較的低く、
特に酸化処理温度域では表面にガラス膜を形成し、酸素
の拡散を律速するために窒化珪素結晶粒子に対して圧縮
応力を付与することができない。よって、これらの酸化
物は不純物として不可避的に混入する場合を除き、実質
的に存在しないことが望ましく、その量は、焼結体中の
ＡｌおよびＭｇの酸化物換算量の合量で０．５重量％以
下、特に０．１重量％未満であることが望ましい。
【００２０】以下に具体的な実施例により説明する。 実施例 原料粉末として酸素量１．０重量％、平均粒径が０．６
μｍ、α化率９２％の窒化珪素粉末と、平均粒径が１．
０〜１．５μｍの第３Ａ族酸化物粉末およびＳｉＯ2 粉
末を用いて、表１に示す割合で秤量混合した。
μｍ、α化率９２％の窒化珪素粉末と、平均粒径が１．
０〜１．５μｍの第３Ａ族酸化物粉末およびＳｉＯ2 粉
末を用いて、表１に示す割合で秤量混合した。
【００２１】この混合物をプレス成形により３×４×４
０ｍｍの形状に成形後、表１の条件で焼成し、さらに得
られた焼結体を１４００℃の窒素雰囲気中で５時間熱処
理した。得られた焼結体に対して、Ｘ線回折測定を行
い、β−Ｓｉ3 Ｎ4 やα−Ｓｉ3 Ｎ4 以外の結晶相を同
定した。また、焼結体の特性として焼結体を１００μｍ
程度鏡面研磨し、ダイヤモンド圧子による圧痕に基づき
周知のＩＦ法により靱性（Ｋ1c）を、またＪＩＳＲ１６
０１に基づき３点曲げ強度を測定した。
０ｍｍの形状に成形後、表１の条件で焼成し、さらに得
られた焼結体を１４００℃の窒素雰囲気中で５時間熱処
理した。得られた焼結体に対して、Ｘ線回折測定を行
い、β−Ｓｉ3 Ｎ4 やα−Ｓｉ3 Ｎ4 以外の結晶相を同
定した。また、焼結体の特性として焼結体を１００μｍ
程度鏡面研磨し、ダイヤモンド圧子による圧痕に基づき
周知のＩＦ法により靱性（Ｋ1c）を、またＪＩＳＲ１６
０１に基づき３点曲げ強度を測定した。
【００２２】次に、かかる焼結体を表１の条件で酸化処
理し、処理による焼結体の酸化重量増、および処理後の
焼結体の結晶相を同定し、前記と同様にして靱性および
強度を測定した。また、焼結体の残留応力をＸ線残留応
力測定機により測定した。
理し、処理による焼結体の酸化重量増、および処理後の
焼結体の結晶相を同定し、前記と同様にして靱性および
強度を測定した。また、焼結体の残留応力をＸ線残留応
力測定機により測定した。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】表１、表２および表３によれば、試料Ｎo,
１とＮo,２との比較において、処理時間が１０時間から
５０時間に延びることにより酸化重量増も０．１７ｍｇ
／ｃｍ2 から０．３３ｍｇ／ｃｍ2 に大きくなるととも
に、圧縮応力も８０ＭＰａから１０３ＭＰａと増大し
た。処理前７．２ＭＰａ・ｍ1/2 から１０時間で２８
％、５０時間で２００％向上した。同様な傾向はＮo,３
〜Ｎo,５からも見られる。
１とＮo,２との比較において、処理時間が１０時間から
５０時間に延びることにより酸化重量増も０．１７ｍｇ
／ｃｍ2 から０．３３ｍｇ／ｃｍ2 に大きくなるととも
に、圧縮応力も８０ＭＰａから１０３ＭＰａと増大し
た。処理前７．２ＭＰａ・ｍ1/2 から１０時間で２８
％、５０時間で２００％向上した。同様な傾向はＮo,３
〜Ｎo,５からも見られる。
【００２７】また、Ｎo.６〜Ｎo.１１において、９００
℃の酸化処理では残留応力を８０ＭＰａ以上が達成され
たが、１０００℃では残留応力が小さく、また１１００
℃、１３００℃に上昇するとダイシリケートに加え、ク
リストバライト相の生成が観察され、粒界相と同時に窒
化珪素結晶粒子も酸化していることがわかる。このよう
なクリストバライト相が析出すると残留応力が小さく、
本発明の目的が達成されなかった。さらに、酸化処理温
度が低い場合、６００℃では残留応力が低く、４００℃
ではダイシリケート相の生成は認められず、高靱性化効
果は発現しなかった。
℃の酸化処理では残留応力を８０ＭＰａ以上が達成され
たが、１０００℃では残留応力が小さく、また１１００
℃、１３００℃に上昇するとダイシリケートに加え、ク
リストバライト相の生成が観察され、粒界相と同時に窒
化珪素結晶粒子も酸化していることがわかる。このよう
なクリストバライト相が析出すると残留応力が小さく、
本発明の目的が達成されなかった。さらに、酸化処理温
度が低い場合、６００℃では残留応力が低く、４００℃
ではダイシリケート相の生成は認められず、高靱性化効
果は発現しなかった。
【００２８】Ｎo,１８およびＮo,１９ではＡｌ2 Ｏ3 、
ＭｇＯを添加したが、酸化処理後、粒界はいずれもアモ
ルファス相が生成しており圧縮応力も小さいものであっ
た。
ＭｇＯを添加したが、酸化処理後、粒界はいずれもアモ
ルファス相が生成しており圧縮応力も小さいものであっ
た。
【００２９】Ｎo,１２では、ＳｉＯ2 ／ＲＥ2 Ｏ3 の比
率が２．５を越えるものであるが、結晶相としてシリコ
ンオキシナイトナイド相の析出が認められ、９００℃、
５０時間の酸化処理では粒界相の相変化は生じなかっ
た。
率が２．５を越えるものであるが、結晶相としてシリコ
ンオキシナイトナイド相の析出が認められ、９００℃、
５０時間の酸化処理では粒界相の相変化は生じなかっ
た。
【００３０】これに対して、本発明は、いずれも高い圧
縮応力が生じ、これにより高靱性化を達成することがで
き、しかも強度の向上も見られた。
縮応力が生じ、これにより高靱性化を達成することがで
き、しかも強度の向上も見られた。
【００３１】
【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明によれば、
粒界相の相変化に伴う体積膨張により窒化珪素結晶に対
して圧縮応力を付与することができ、これにより強度を
低下させることなく、焼結体の高靱性化を図ることがで
きる。これにより、窒化珪素質焼結体の高強度が要求さ
れる熱機関や機械部品に加え、靱性が要求される構造用
の各種の部品への応用も可能になるとともに、焼結体自
体の機械的特性に対する信頼性を高めることができる。
粒界相の相変化に伴う体積膨張により窒化珪素結晶に対
して圧縮応力を付与することができ、これにより強度を
低下させることなく、焼結体の高靱性化を図ることがで
きる。これにより、窒化珪素質焼結体の高強度が要求さ
れる熱機関や機械部品に加え、靱性が要求される構造用
の各種の部品への応用も可能になるとともに、焼結体自
体の機械的特性に対する信頼性を高めることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−56368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−61357（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−154666（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/584 C04B 35/587
Claims (2)
- 【請求項１】周期律表第３Ａ族元素酸化物を１〜１０モ
ル％、ＳｉＯ2 を１〜２５モル％の割合で含み、前記Ｓ
ｉＯ2 の前記周期律表第３Ａ族元素酸化物に対するモル
比が０．２５〜２．５である窒化珪素質焼結体であっ
て、該焼結体の中心部の粒界にＹＡＭ相、アパタイト相
およびワラストナイト相から選ばれる少なくとも１種が
主体の結晶相が存在し、且つ表層部の粒界にダイシリケ
ート結晶相が析出してなるとともに、該焼結体の残留応
力が８０ＭＰａ以上であり、且つ表層部が中心部よりも
高靱性であることを特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】周期律表第３Ａ族元素酸化物を１〜１０モ
ル％、ＳｉＯ2 を１〜２５モル％の割合で含み、前記Ｓ
ｉＯ2 の前記周期律表第３Ａ族元素酸化物に対するモル
比が０．２５〜２．５であり、且つ粒界にＹＡＭ相、ア
パタイト相およびワラストナイト相から選ばれる少なく
とも１種が主体の結晶相が存在する窒化珪素質焼結体
を、酸化性雰囲気中で７００〜９５０℃にて酸化重量増
が０．１０〜０．５０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲となるように
熱処理して、該焼結体の表層部の粒界にダイシリケート
結晶相を析出させたことを特徴とする窒化珪素質焼結体
の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4230995A JP2883248B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 窒化珪素質焼結体およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4230995A JP2883248B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 窒化珪素質焼結体およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0680469A JPH0680469A (ja) | 1994-03-22 |
| JP2883248B2 true JP2883248B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=16916588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4230995A Expired - Fee Related JP2883248B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 窒化珪素質焼結体およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2883248B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002029849A (ja) * | 2000-07-14 | 2002-01-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化ケイ素質焼結体とその製造方法及びそれを用いた回路基板 |
-
1992
- 1992-08-31 JP JP4230995A patent/JP2883248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0680469A (ja) | 1994-03-22 |
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|---|---|---|---|
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