JP3211908B2 - 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体及びその製造方法Info
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- JP3211908B2 JP3211908B2 JP34162892A JP34162892A JP3211908B2 JP 3211908 B2 JP3211908 B2 JP 3211908B2 JP 34162892 A JP34162892 A JP 34162892A JP 34162892 A JP34162892 A JP 34162892A JP 3211908 B2 JP3211908 B2 JP 3211908B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高靱性・高強度で耐疲
労抵抗性に優れる構造材料用の窒化珪素質焼結体に関す
るものである。
労抵抗性に優れる構造材料用の窒化珪素質焼結体に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素質焼結体は、抗折強度、特に高
温強度に優れているものの、ジルコニア焼結体に比して
靱性に劣るという問題があった。従って、その靱性を高
めようとする手段は、種々提案されている。これら提案
の多くは、原料組成または添加成分に着目したものであ
るが、靱性は、焼結体としての特性であるから、原料等
の如何にかかわらず焼結体の微視的構造を制御すること
は、重要である。
温強度に優れているものの、ジルコニア焼結体に比して
靱性に劣るという問題があった。従って、その靱性を高
めようとする手段は、種々提案されている。これら提案
の多くは、原料組成または添加成分に着目したものであ
るが、靱性は、焼結体としての特性であるから、原料等
の如何にかかわらず焼結体の微視的構造を制御すること
は、重要である。
【０００３】微視的構造に着目した発明として、数ナノ
メータから数百ナノメータの大きさの炭化珪素の微細粒
子を窒化珪素粒子内に分散させて窒化珪素粒子の結晶構
造に歪を与え、焼結体の弾性率を下げる技術（特開平２
−１６０６６９号公報）が知られている。
メータから数百ナノメータの大きさの炭化珪素の微細粒
子を窒化珪素粒子内に分散させて窒化珪素粒子の結晶構
造に歪を与え、焼結体の弾性率を下げる技術（特開平２
−１６０６６９号公報）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平２−１
６０６６９号公報に記載された窒化珪素質焼結体のよう
に窒化珪素粒子内にＳｉＣを含んだものの場合、これら
窒化珪素材料ではＳｉＣ化合物によって焼結性が著しく
低下し、焼結温度が高くなったり、常圧焼結できないな
ど焼結条件において問題が多い。
６０６６９号公報に記載された窒化珪素質焼結体のよう
に窒化珪素粒子内にＳｉＣを含んだものの場合、これら
窒化珪素材料ではＳｉＣ化合物によって焼結性が著しく
低下し、焼結温度が高くなったり、常圧焼結できないな
ど焼結条件において問題が多い。
【０００５】そこで、本発明者らが研究をしたところ、
窒化珪素粉末にＺｒ化合物を添加した場合、常圧もしく
は常圧に近い雰囲気で、しかも通常の温度で焼結して
も、焼結に至るまでの温度を急速昇温させることによ
り、窒化珪素質焼結体の窒化珪素粒子内にＺｒ、Ｓｉ元
素からなる粒子あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒
子を複合化させうること、並びに従来と異なる性質を発
揮することを見いだした。
窒化珪素粉末にＺｒ化合物を添加した場合、常圧もしく
は常圧に近い雰囲気で、しかも通常の温度で焼結して
も、焼結に至るまでの温度を急速昇温させることによ
り、窒化珪素質焼結体の窒化珪素粒子内にＺｒ、Ｓｉ元
素からなる粒子あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒
子を複合化させうること、並びに従来と異なる性質を発
揮することを見いだした。
【０００６】本発明は、このような知見にもとづいてな
されたものであり、その目的は、常圧もしくは常圧に近
い雰囲気で、しかも通常の焼結温度で、高強度・高靱性
に優れ、かつ疲労抵抗に優れる焼結体を得ることにあ
る。
されたものであり、その目的は、常圧もしくは常圧に近
い雰囲気で、しかも通常の焼結温度で、高強度・高靱性
に優れ、かつ疲労抵抗に優れる焼結体を得ることにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】その手段は、Ｓｉ３Ｎ４
もしくはＳｉａｌｏｎ粒子と粒界相からなる窒化珪素質
焼結体において、窒化珪素粉末に焼結助剤とジルコニウ
ムの酸化物、水酸化物、硝酸塩及びアルコキシドのうち
少なくとも１種類の化合物とを混合し成形して成形体を
得た後、該成形体を１３００℃から１６００℃の間を昇
温速度１５℃／ｍｉｎ．以上で加熱し、次いで焼結させ
ることにより、Ｚｒ元素を酸化物換算で１〜３０重量％
含み、粒径１μｍ以下の粒内分散粒子が内部に少なくと
も１個以上分散した窒化珪素粒子もしくはＳｉａｌｏｎ
粒子を１体積％以上含有する焼結体であって、前記粒内
分散粒子が少なくともＺｒ元素及びＯ元素を含むことを
特徴とする窒化珪素質焼結体にある。なお、粒内分散粒
子にはＺｒ元素及びＯ元素のほかにＳｉやＮが含まれて
いてもよい。
もしくはＳｉａｌｏｎ粒子と粒界相からなる窒化珪素質
焼結体において、窒化珪素粉末に焼結助剤とジルコニウ
ムの酸化物、水酸化物、硝酸塩及びアルコキシドのうち
少なくとも１種類の化合物とを混合し成形して成形体を
得た後、該成形体を１３００℃から１６００℃の間を昇
温速度１５℃／ｍｉｎ．以上で加熱し、次いで焼結させ
ることにより、Ｚｒ元素を酸化物換算で１〜３０重量％
含み、粒径１μｍ以下の粒内分散粒子が内部に少なくと
も１個以上分散した窒化珪素粒子もしくはＳｉａｌｏｎ
粒子を１体積％以上含有する焼結体であって、前記粒内
分散粒子が少なくともＺｒ元素及びＯ元素を含むことを
特徴とする窒化珪素質焼結体にある。なお、粒内分散粒
子にはＺｒ元素及びＯ元素のほかにＳｉやＮが含まれて
いてもよい。
【０００８】上記窒化珪素質焼結体において望ましいの
は、粒内分散粒子が結晶相となっているものである。
は、粒内分散粒子が結晶相となっているものである。
【０００９】また、その製造手段は、窒化珪素粉末に焼
結助剤とジルコニウムの酸化物、水酸化物、硝酸塩及び
アルコキシドのうち少なくとも１種類の化合物とを混合
し成形して成形体を得た後、該成形体を１３００℃から
１６００℃の間を昇温速度１５℃／ｍｉｎ．以上で加熱
し、次いで焼結させることを特徴とする窒化珪素質焼結
体の製造方法にある。
結助剤とジルコニウムの酸化物、水酸化物、硝酸塩及び
アルコキシドのうち少なくとも１種類の化合物とを混合
し成形して成形体を得た後、該成形体を１３００℃から
１６００℃の間を昇温速度１５℃／ｍｉｎ．以上で加熱
し、次いで焼結させることを特徴とする窒化珪素質焼結
体の製造方法にある。
【００１０】
【作用】本発明において、Ｚｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、
Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子が内部に分散して含まれる窒
化珪素粒子が存在すると、破壊靱性値及び強度が向上
し、さらには繰り返し応力による疲労特性も向上する。
これは、Ｚｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素から
なる粒子が窒化珪素粒内に取り込まれると窒化珪素粒内
の結晶構造に歪が生じ、その結果窒化珪素粒子の周りに
応力が発現される。この残留応力によって破壊靱性値、
強度及び繰り返し応力による疲労抵抗性を格段に向上さ
せることができるものと考えられる。従来の高靱性窒化
珪素材料では粒子架橋による高靱性化が主たる機構であ
るため繰り返し応力による疲労劣化を生じるが本発明で
は残留応力が高靱化機構となっているため疲労劣化が少
ない。
Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子が内部に分散して含まれる窒
化珪素粒子が存在すると、破壊靱性値及び強度が向上
し、さらには繰り返し応力による疲労特性も向上する。
これは、Ｚｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素から
なる粒子が窒化珪素粒内に取り込まれると窒化珪素粒内
の結晶構造に歪が生じ、その結果窒化珪素粒子の周りに
応力が発現される。この残留応力によって破壊靱性値、
強度及び繰り返し応力による疲労抵抗性を格段に向上さ
せることができるものと考えられる。従来の高靱性窒化
珪素材料では粒子架橋による高靱性化が主たる機構であ
るため繰り返し応力による疲労劣化を生じるが本発明で
は残留応力が高靱化機構となっているため疲労劣化が少
ない。
【００１１】また、このＺｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、Ｓ
ｉ、Ｏ元素からなる粒子は結晶化した方がより好まし
い。結晶化したＺｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元
素からなる粒子は高温まで軟化せず残留応力の維持率が
よく、より高温まで高靱化・高強度化が保たれるためで
ある。結晶相としては、例えば単斜晶、正方晶、立方晶
のＺｒＯ2やＺｒＯ2・ＳｉＯ2等が上げられるがこれに
限定されない。
ｉ、Ｏ元素からなる粒子は結晶化した方がより好まし
い。結晶化したＺｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元
素からなる粒子は高温まで軟化せず残留応力の維持率が
よく、より高温まで高靱化・高強度化が保たれるためで
ある。結晶相としては、例えば単斜晶、正方晶、立方晶
のＺｒＯ2やＺｒＯ2・ＳｉＯ2等が上げられるがこれに
限定されない。
【００１２】このような粒内分散粒子の大きさを１μｍ
以下と限定する理由は、１μｍを越えると窒化珪素粒子
内の残留歪が大きくなりすぎて窒化珪素粒子が破壊し、
欠陥となって作用し強度劣化を生じさせるためである。
以下と限定する理由は、１μｍを越えると窒化珪素粒子
内の残留歪が大きくなりすぎて窒化珪素粒子が破壊し、
欠陥となって作用し強度劣化を生じさせるためである。
【００１３】そして、粒内分散粒子を分散した窒化珪素
あるいはＳｉａｌｏｎ粒子を１体積％以上必要とする理
由は、これ未満では残留応力による効果が少なく、高強
度化・高靱性化が達成されないからである。
あるいはＳｉａｌｏｎ粒子を１体積％以上必要とする理
由は、これ未満では残留応力による効果が少なく、高強
度化・高靱性化が達成されないからである。
【００１４】本発明の焼結体を製造するにあたっては、
Ｚｒ元素は酸化物換算で１から３０重量％の範囲である
必要がある。この限定理由は、酸化物換算で１重量％未
満ではＺｒ元素が窒化珪素あるいはＳｉａｌｏｎ粒内に
分散することができないからであり、一方３０重量％を
越えると粒界相の量が多くなり過ぎて強度劣化を生じさ
せるからである。
Ｚｒ元素は酸化物換算で１から３０重量％の範囲である
必要がある。この限定理由は、酸化物換算で１重量％未
満ではＺｒ元素が窒化珪素あるいはＳｉａｌｏｎ粒内に
分散することができないからであり、一方３０重量％を
越えると粒界相の量が多くなり過ぎて強度劣化を生じさ
せるからである。
【００１５】本発明の焼結体は、例えば窒化珪素粉末と
希土類酸化物等の焼結助剤となる金属酸化物粉末とジル
コニウムの酸化物・水酸化物・硝酸塩及びアルコキシド
のうち少なくとも１種類の粉末あるいは溶液とを混合し
成形して成形体を得た後、成形体を窒素雰囲気下１３０
０℃〜１９００℃の温度で焼成し、しかも成形体の温度
が１３００℃から１６００℃の間を昇温速度１５℃／ｍ
ｉｎ．以上で焼結させることにより得られる。この理由
は加熱により添加物が軟化し液相に変化する温度におい
て、昇温速度を速くすることにより窒化珪素粒子の溶解
・析出機構が急速に進行しＺｒ，Ｏ元素あるいはＺｒ，
Ｏ，Ｓｉからなる粒子を窒化珪素粒子内に取り込むこと
ができるからであると推定される。
希土類酸化物等の焼結助剤となる金属酸化物粉末とジル
コニウムの酸化物・水酸化物・硝酸塩及びアルコキシド
のうち少なくとも１種類の粉末あるいは溶液とを混合し
成形して成形体を得た後、成形体を窒素雰囲気下１３０
０℃〜１９００℃の温度で焼成し、しかも成形体の温度
が１３００℃から１６００℃の間を昇温速度１５℃／ｍ
ｉｎ．以上で焼結させることにより得られる。この理由
は加熱により添加物が軟化し液相に変化する温度におい
て、昇温速度を速くすることにより窒化珪素粒子の溶解
・析出機構が急速に進行しＺｒ，Ｏ元素あるいはＺｒ，
Ｏ，Ｓｉからなる粒子を窒化珪素粒子内に取り込むこと
ができるからであると推定される。
【００１６】さらに、製造工程の冷却過程において１４
００から１６００℃の温度範囲で２時間以上の温度保持
をすることはより好ましい。温度保持によりＺｒ、Ｏ元
素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子が結晶化
し、その効果がより向上されるためである。
００から１６００℃の温度範囲で２時間以上の温度保持
をすることはより好ましい。温度保持によりＺｒ、Ｏ元
素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子が結晶化
し、その効果がより向上されるためである。
【００１７】ここでＺｒ成分の原料としては、酸化物、
水酸化物、硝酸塩、アルコキシドなどの焼成中に酸化物
に変化する全てのものを使用することができるが、中で
も未安定化の酸化物、水酸化物あるいはオキシ塩化ジル
コニウムであることがより好ましい。この理由は、Ｚｒ
元素が窒化珪素粒内に分散するためにはＺｒ元素が焼結
中に粒界相と容易に固溶し、ガラス相を形成する必要が
あるためである。
水酸化物、硝酸塩、アルコキシドなどの焼成中に酸化物
に変化する全てのものを使用することができるが、中で
も未安定化の酸化物、水酸化物あるいはオキシ塩化ジル
コニウムであることがより好ましい。この理由は、Ｚｒ
元素が窒化珪素粒内に分散するためにはＺｒ元素が焼結
中に粒界相と容易に固溶し、ガラス相を形成する必要が
あるためである。
【００１８】焼結助剤としては、希土類酸化物のほか、
酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどがある。以
上、本発明の窒化珪素質焼結体の製造方法を記載したが
本特許はこれらに限定されない。
酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどがある。以
上、本発明の窒化珪素質焼結体の製造方法を記載したが
本特許はこれらに限定されない。
【００１９】このような方法によって得られる本発明の
焼結体は透過式電子顕微鏡の写真によっても確認され
る。図１は本発明に係る窒化珪素質焼結体（後述の実施
例Ｎｏ．４）の微細構造を示す透過式電子顕微鏡写真で
ある。図１において比較的白く見える部分が窒化珪素で
あり、この中に丸く黒く見えるものがＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元
素からなる粒子である。一方、図２において粒界部分に
認められる黒い粒子は本焼結体中に存在するＺｒ−Ｏ−
Ｎ−Ｃ系固溶体粒子であり、上記粒内分散したＺｒ、Ｓ
ｉ、Ｏ元素とは異なる粒子であることが認められる。
焼結体は透過式電子顕微鏡の写真によっても確認され
る。図１は本発明に係る窒化珪素質焼結体（後述の実施
例Ｎｏ．４）の微細構造を示す透過式電子顕微鏡写真で
ある。図１において比較的白く見える部分が窒化珪素で
あり、この中に丸く黒く見えるものがＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元
素からなる粒子である。一方、図２において粒界部分に
認められる黒い粒子は本焼結体中に存在するＺｒ−Ｏ−
Ｎ−Ｃ系固溶体粒子であり、上記粒内分散したＺｒ、Ｓ
ｉ、Ｏ元素とは異なる粒子であることが認められる。
【００２０】
【実施例】表１または表２に示す焼結助剤とＺｒ化合物
をＢＥＴ比表面積１０ｍ2／ｇの窒化珪素粉末に添加し
エタノ−ルで湿式混合した。乾燥した配合粉末を１．５
ton/cm2静水圧プレス成形し、表１または表２に示す条
件で焼成を行ない窒化珪素質焼結体を得た。尚、表中、
降温時の温度保持の有無とは降温時に１６００℃で２時
間温度保持の有無を示す。これら焼結体につき、各種特
性を測定した結果を表１または表２に併記する。測定方
法は、次の通りである。
をＢＥＴ比表面積１０ｍ2／ｇの窒化珪素粉末に添加し
エタノ−ルで湿式混合した。乾燥した配合粉末を１．５
ton/cm2静水圧プレス成形し、表１または表２に示す条
件で焼成を行ない窒化珪素質焼結体を得た。尚、表中、
降温時の温度保持の有無とは降温時に１６００℃で２時
間温度保持の有無を示す。これら焼結体につき、各種特
性を測定した結果を表１または表２に併記する。測定方
法は、次の通りである。
【００２１】材料強度は、ＪＩＳＲ１６０１に準じ３点
曲げ試験により測定した。破壊靱性値は、ＪＩＳＲ１６
０７のＳＥＰＢ法によって測定した。
曲げ試験により測定した。破壊靱性値は、ＪＩＳＲ１６
０７のＳＥＰＢ法によって測定した。
【００２２】疲労亀裂進展速度は、４mm×３mm×４０mm
の試験片の中央にビッカ−ス圧痕を４９Ｎで圧入したも
のを用いて計測した。この試験片を材料試験機により３
点曲げ法（スパン３０ｍｍ）で所定の繰返し応力を負荷
し、所定数繰り返した後に亀裂進展量を測定し、亀裂進
展速度を求めた。繰返し応力は、ｓｉｎ波で応力比０．
１の条件で行った。表において亀裂進展速度は、繰り返
し応力場の最大値が応力拡大係数でＫ＝６MPam0.5の時
の値を示す。この応力拡大係数の計算には圧子圧入によ
る残留応力を考慮するため以下の式を用いて計算した。 Ｋ＝χ・Ｐind・ｃ-1.5＋Ｙ・σapp・ａ-0.5 −−−(1) ここで、χは残留応力定数，Ｐindは圧入荷重(N)，ｃが
表面亀裂長さ（m）、ａが亀裂深さ（m）であり、ａ＝ｃ
×０．８で与えられる。χは次式で与えられる。 χ＝ξ・（Ｅ／Ｈ）0.5 −−−(2) ここで、ξは定数で０．００９である。Ｅはヤング率
（Pa）、Ｈはビッカ−ス硬度（Pa）である。Ｙは形状係
数であり１．２５の定数とするかあるいはRaju-Newman
の式で求められる。σappは負荷応力（Pa）である。次
に粒内分散粒子の存在の確認及びその体積割合は焼結体
をラップ研磨により鏡面とした後、ＳＥＭ装置を用いて
観察し、その写真より画像解析にて測定した。解析した
面積は１０００μｍ2である。尚、粒内分散粒子がＺ
ｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子で
あることは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の特性Ｘ線の
エネルギー分析（ＥＤＳ）から同定した。また、同粒子
がガラス相（表中「Ｇ」で示す）か結晶相（表中「Ｃ」
で示す）であるかは、ＴＥＭの電子線回折で判別した。
の試験片の中央にビッカ−ス圧痕を４９Ｎで圧入したも
のを用いて計測した。この試験片を材料試験機により３
点曲げ法（スパン３０ｍｍ）で所定の繰返し応力を負荷
し、所定数繰り返した後に亀裂進展量を測定し、亀裂進
展速度を求めた。繰返し応力は、ｓｉｎ波で応力比０．
１の条件で行った。表において亀裂進展速度は、繰り返
し応力場の最大値が応力拡大係数でＫ＝６MPam0.5の時
の値を示す。この応力拡大係数の計算には圧子圧入によ
る残留応力を考慮するため以下の式を用いて計算した。 Ｋ＝χ・Ｐind・ｃ-1.5＋Ｙ・σapp・ａ-0.5 −−−(1) ここで、χは残留応力定数，Ｐindは圧入荷重(N)，ｃが
表面亀裂長さ（m）、ａが亀裂深さ（m）であり、ａ＝ｃ
×０．８で与えられる。χは次式で与えられる。 χ＝ξ・（Ｅ／Ｈ）0.5 −−−(2) ここで、ξは定数で０．００９である。Ｅはヤング率
（Pa）、Ｈはビッカ−ス硬度（Pa）である。Ｙは形状係
数であり１．２５の定数とするかあるいはRaju-Newman
の式で求められる。σappは負荷応力（Pa）である。次
に粒内分散粒子の存在の確認及びその体積割合は焼結体
をラップ研磨により鏡面とした後、ＳＥＭ装置を用いて
観察し、その写真より画像解析にて測定した。解析した
面積は１０００μｍ2である。尚、粒内分散粒子がＺ
ｒ、Ｏ元素あるいはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子で
あることは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の特性Ｘ線の
エネルギー分析（ＥＤＳ）から同定した。また、同粒子
がガラス相（表中「Ｇ」で示す）か結晶相（表中「Ｃ」
で示す）であるかは、ＴＥＭの電子線回折で判別した。
【００２３】分散粒子の体積割合とはＺｒ、Ｏ元素ある
いはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子が粒子内に分散し
た窒化珪素もしくはＳｉａｌｏｎ粒子の体積をＡ、全窒
化珪素もしくはＳｉａｌｏｎ粒子の体積をＢとすると
き、（Ａ／Ｂ）×１００を示す。
いはＺｒ、Ｓｉ、Ｏ元素からなる粒子が粒子内に分散し
た窒化珪素もしくはＳｉａｌｏｎ粒子の体積をＡ、全窒
化珪素もしくはＳｉａｌｏｎ粒子の体積をＢとすると
き、（Ａ／Ｂ）×１００を示す。
【００２４】
【表１】
【表２】 表から示されるように、本発明範囲に属する焼結体Ｎ
ｏ．１〜７は、破壊靱性値が９MPam0.5以上で且つ強度
が９００ＭＰａ以上であり、かつ繰り返し応力による亀
裂進展速度が応力拡大係数値６MPam0.5において１×１
０ー9m/cycle以下であった。特に粒内分散粒子が結晶化
していた焼結体Ｎｏ．１〜３，６，７は、破壊靱性値が
１０MPam0.5以上であった。
ｏ．１〜７は、破壊靱性値が９MPam0.5以上で且つ強度
が９００ＭＰａ以上であり、かつ繰り返し応力による亀
裂進展速度が応力拡大係数値６MPam0.5において１×１
０ー9m/cycle以下であった。特に粒内分散粒子が結晶化
していた焼結体Ｎｏ．１〜３，６，７は、破壊靱性値が
１０MPam0.5以上であった。
【００２５】これに対して、比較例の焼結体Ｎｏ．８
は、破壊靱性値及び抗折強度については、本発明実施例
に近い値を示したが、粒内分散粒子を備えていないため
に亀裂進展速度が２×１０ー9m/cycleと速く、繰返し疲
労抵抗性に劣るものであった。同じく焼結体Ｎｏ．１１
は、亀裂進展速度が３０×１０ー9m/cycleと著しく速い
のみならず、破壊靱性値もかなり低かった。また、焼結
体Ｎｏ．９，１０は、粒内分散粒子を有しているため、
亀裂進展速度は、本発明実施例に近い値を示したが、焼
結体中のＺｒ化合物の全量が過剰であることから粒界相
の量が多くなり過ぎたらしく、抗折強度が７００ＭＰａ
以下と低いものであった。
は、破壊靱性値及び抗折強度については、本発明実施例
に近い値を示したが、粒内分散粒子を備えていないため
に亀裂進展速度が２×１０ー9m/cycleと速く、繰返し疲
労抵抗性に劣るものであった。同じく焼結体Ｎｏ．１１
は、亀裂進展速度が３０×１０ー9m/cycleと著しく速い
のみならず、破壊靱性値もかなり低かった。また、焼結
体Ｎｏ．９，１０は、粒内分散粒子を有しているため、
亀裂進展速度は、本発明実施例に近い値を示したが、焼
結体中のＺｒ化合物の全量が過剰であることから粒界相
の量が多くなり過ぎたらしく、抗折強度が７００ＭＰａ
以下と低いものであった。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化珪素
質焼結体は、実施例に示されるように他の焼結体に比べ
強度、破壊靱性値が高く、さらに亀裂進展速度が遅いの
で繰返し疲労抵抗性に優れている。従って、切削工具、
ガスタ−ビン翼等の構造用耐熱材料として信頼性や寿命
を大幅に向上させることができる。
質焼結体は、実施例に示されるように他の焼結体に比べ
強度、破壊靱性値が高く、さらに亀裂進展速度が遅いの
で繰返し疲労抵抗性に優れている。従って、切削工具、
ガスタ−ビン翼等の構造用耐熱材料として信頼性や寿命
を大幅に向上させることができる。
【図１】窒化珪素質焼結体の組織を示す写真である。
【図２】窒化珪素質焼結体の組織を示す写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−40768（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−260670（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−202059（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50167（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/584 - 35/599
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｉ３Ｎ４もしくはＳｉａｌｏｎ粒子と
粒界相からなる窒化珪素質焼結体において、窒化珪素粉
末に焼結助剤とジルコニウムの酸化物、水酸化物、硝酸
塩及びアルコキシドのうち少なくとも１種類の化合物と
を混合し成形して成形体を得た後、該成形体を１３００
℃から１６００℃の間を昇温速度１５℃／ｍｉｎ．以上
で加熱し、次いで焼結させることにより、Ｚｒ元素を酸
化物換算で１〜３０重量％含み、粒径１μｍ以下の粒内
分散粒子が内部に少なくとも１個以上分散した窒化珪素
粒子もしくはＳｉａｌｏｎ粒子を１体積％以上含有する
焼結体であって、前記粒内分散粒子が少なくともＺｒ元
素及びＯ元素を含むことを特徴とする窒化珪素質焼結
体。 - 【請求項２】 粒内分散粒子が結晶相となっていること
を特徴とする請求項１記載の窒化珪素質焼結体。 - 【請求項３】 窒化珪素粉末に焼結助剤とジルコニウム
の酸化物、水酸化物、硝酸塩及びアルコキシドのうち少
なくとも１種類の化合物とを混合し成形して成形体を得
た後、該成形体を１３００℃から１６００℃の間を昇温
速度１５℃／ｍｉｎ．以上で加熱し、次いで焼結させる
ことを特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方法。 - 【請求項４】 窒化珪素粉末に焼結助剤とジルコニウム
の酸化物、水酸化物、硝酸塩及びアルコキシドのうち少
なくとも１種類の化合物とを、当該化合物が酸化物換算
で１〜３０重量％となるように混合し成形して成形体を
得た後、該成形体を１３００℃から１６００℃の間を昇
温速度１５℃／ｍｉｎ．以上で加熱し、次いで焼結させ
ることにより、粒径１μｍ以下の粒内分散粒子が内部に
少なくとも１個以上分散した窒化珪素粒子もしくはＳｉ
ａｌｏｎ粒子を１体積％以上含有し、前記粒内分散粒子
が少なくともＺｒ元素及びＯ元素を含む窒化珪素質焼結
体を得ることを特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34162892A JP3211908B2 (ja) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34162892A JP3211908B2 (ja) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06166570A JPH06166570A (ja) | 1994-06-14 |
| JP3211908B2 true JP3211908B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=18347566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34162892A Expired - Lifetime JP3211908B2 (ja) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3211908B2 (ja) |
-
1992
- 1992-11-26 JP JP34162892A patent/JP3211908B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06166570A (ja) | 1994-06-14 |
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