JP3445345B2 - High heat-resistant water sialon-based sintered body - Google Patents

High heat-resistant water sialon-based sintered body

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JP3445345B2
JP3445345B2 JP35235293A JP35235293A JP3445345B2 JP 3445345 B2 JP3445345 B2 JP 3445345B2 JP 35235293 A JP35235293 A JP 35235293A JP 35235293 A JP35235293 A JP 35235293A JP 3445345 B2 JP3445345 B2 JP 3445345B2
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sintered body
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高耐熱水性のサイアロ
ン基焼結体に関し、特に高温、高圧下での熱水中の苛酷
な環境下でも使用可能な高耐熱水性サイアロン基焼結体
に関する。
The present invention relates to relates to a high withstand heat water of the sialon-based sintered body, especially at high temperatures, harsh that can be used in environments high resistance to heat water resistance Sialon based heat in water under high pressure Regarding a sintered body.

【0002】[0002]

【従来の技術】高温構造材料として有望な窒化ケイ素系
焼結体は、難焼結性であり、従来Y2O3、Al2O3等の酸化
物を焼結助剤として用いることが一般的である。これら
の焼結助剤を用いることにより常圧焼結での緻密化が達
成され、複雑形状部品への適用が可能となっている。一
方、焼結助剤を用いない場合、ガラスカプセルHIP法に
より緻密な焼結体を得ることができる。
2. Description of the Related Art Silicon nitride sintered bodies, which are promising as high-temperature structural materials, are difficult to sinter, and it has been common to use oxides such as Y 2 O 3 and Al 2 O 3 as sintering aids. Target. By using these sintering aids, densification by atmospheric pressure sintering has been achieved, and application to complex shaped parts is possible. On the other hand, when the sintering aid is not used, a dense sintered body can be obtained by the glass capsule HIP method.

【0003】ところで、このような窒化ケイ素系焼結体
において特に焼結助剤を用いた場合、それらは粒界相と
して焼結体内に残留することが多い。これらの粒界相の
存在は、高温での強度特性の低下や耐酸化性、耐熱水性
などの耐食性の低下をもたらす要因の一つとなってい
る。
By the way, when such a sintering aid is used in such a silicon nitride sintered body, they often remain in the sintered body as a grain boundary phase. The presence of these grain boundary phases is one of the factors that cause deterioration of strength characteristics at high temperatures and deterioration of corrosion resistance such as oxidation resistance and hot water resistance.

【0004】その解決のため、添加する焼結助剤量の低
減化や粒界の結晶化処理等の検討が従来よりなされてい
る。また、α-サイアロン、β-サイアロン等のサイアロ
ン基焼結体にすることにより、粒界相を減少させ、特性
を向上させる試みもなされている。
In order to solve the problem, the reduction of the amount of the sintering aid to be added and the crystallization treatment of grain boundaries have been studied. Attempts have also been made to reduce the grain boundary phase and improve the properties by using sialon-based sintered bodies such as α-sialon and β-sialon.

【0005】更に、各種化合物を添加することによる耐
食性向上に関する報告もなされている。例えば特開昭62
−128969号公報には、Y2O3、B、B4C、BN、IIIa族ホウ
化物を含有する窒化ケイ素焼結体は、高温での耐酸化性
にすぐれているということが示されている。また、特開
昭62−252388号公報には、窒化ケイ素焼結体の表面がホ
ウケイ酸塩を含む表面層で構成されていることからな
る、耐酸化性にすぐれた窒化ケイ素焼結体について開示
されている。
Further, it has been reported that the corrosion resistance is improved by adding various compounds. For example, JP-A-62
-128969 discloses that a silicon nitride sintered body containing Y 2 O 3 , B, B 4 C, BN and a group IIIa boride has excellent oxidation resistance at high temperatures. There is. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-252388 discloses a silicon nitride sintered body having excellent oxidation resistance, which is formed by the surface of the silicon nitride sintered body being composed of a surface layer containing borosilicate. Has been done.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記のような検討にもかかわらず、窒化ケイ素系焼結体
の耐食性は未だ充分とはいえない。特に、熱水中やアル
カリ、酸を含む溶液中での耐食性は、焼結助剤を添加し
た焼結体について高いものではなく、また、焼結助剤無
添加の焼結体においても熱水中において腐食が著しい。
However, in spite of the above-mentioned conventional studies, the corrosion resistance of silicon nitride-based sintered bodies is still insufficient. In particular, the corrosion resistance in hot water or in a solution containing alkali or acid is not high in the sintered body to which the sintering aid is added, and even in the sintered body without the sintering aid, hot water Corrosion is remarkable inside.

【0007】近年、火力発電所における熱水用バルブ
等、高温、高圧下で用いられる部材に対してセラミック
ス化への要求が高くなっているが、このような要求に耐
えられるサイアロン基系セラミックス材料が見当らない
のが実情である。
In recent years, there has been an increasing demand for ceramics for members used under high temperature and high pressure, such as hot water valves in thermal power plants. Sialon-based ceramic materials that can withstand such demands. The fact is that there is no.

【0008】本発明は、この点に鑑み成されたものであ
って、その目的は、上記した要求に沿うサイアロン基焼
結体を提供することにあり、特に高温、高圧下での熱水
中苛酷な環境下での使用においても耐えられる高耐熱水
性のサイアロン基焼結体を提供することにある。
The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to provide a sialon-based sintered body which meets the above-mentioned requirements, and particularly hot water under high temperature and high pressure.
And to provide a medium frustrated high withstand hot water can withstand the use under severe environment <br/> of Sialon-based sintered body.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の高耐熱水性サイ
アロン基焼結体は、α-サイアロン及び/又はβ-サイア
ロンを生成する組成物と、所定割合の酸化ホウ素(又は
更に所定量のCeO、HfO、ZrO、BC、SiCの各化合
物)との混合物を成形、焼結して得られる焼結体であ
り、該焼結体は、特に高温、高圧下での熱水中の苛酷な
環境下でも使用可能な高耐熱水性サイアロン基焼結体で
ある。
Means for Solving the Problems] high resistance to heat water resistance sialon-based sintered body of the present invention, alpha-sialon and / or compositions that produce a β- sialon and a predetermined proportion of the boron oxide (or even predetermined amount of CeO 2, HfO 2, ZrO 2 , B 4 C, molding a mixture of the compound of SiC), a sintered body obtained by sintering, sintered body, especially a high temperature, under high pressure a harsh that can be used in environments high resistance to heat water resistance sialon-based sintered body of the heat in the water.

【0010】即ち、本発明は、「M(Si,Al)12(O,N)
16(0<x≦2、MはLi、Ca、Mg、Y及びLa、Ceを除くラ
ンタン系元素)で示されるα-サイアロンを生成する割合
からなる組成物及び/又はSi6−ZAlON8−Z(0<
z≦4.2)で示されるβ-サイアロンを生成する割合から
なる組成物と、0.1〜5.0重量%の酸化ホウ素(又はさら
に0.1〜10.0重量%のCeO、HfO、ZrO、BC、SiC
の各化合物)とからなる混合物とを成形、焼結して得ら
れることを特徴とする高耐熱水性サイアロン基焼結
体。」を要旨とする。
That is, the present invention relates to "M X (Si, Al) 12 (O, N)"
16 (0 <x ≦ 2, M is Li, Ca, Mg, Y and lanthanum-based elements excluding La and Ce) and a composition having a ratio of producing α-sialon and / or Si 6 -Z Al Z O Z N 8-Z (0 <
z ≦ 4.2), a composition comprising a β-sialon-producing ratio, and 0.1 to 5.0% by weight of boron oxide (or further 0.1 to 10.0% by weight of CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , B 4 C, SiC
Each compound) and molding the mixture consisting, sintered, characterized in that it is obtained by a high resistance to heat water resistance sialon-based sintered body. Is the gist.

【0011】以下、本発明を詳細に説明すると、本発明
者等は、高耐食性を有するサイアロン基焼結体について
鋭意研究を重ねた結果、混合物中酸化ホウ素を0.1〜5.0
重量%含有し(又はさらにCeO2、HfO2、ZrO2、B4C、SiC
の少なくとも一種の化合物を0.1〜10.0重量%含有し)、
該混合物を成形、焼結することによって得られるサイア
ロン基焼結体は、耐食性、特に熱水に対する耐食性の点
でたいへん優れているということを見出し、本発明を完
成したものである。
The present invention will be described in detail below. As a result of intensive studies conducted by the present inventors on a sialon-based sintered body having high corrosion resistance, it was found that boron oxide in the mixture was 0.1 to 5.0.
Wt% (or further CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , B 4 C, SiC
0.1 to 10.0% by weight of at least one compound of)),
The present invention has been completed by finding that a sialon-based sintered body obtained by molding and sintering the mixture is very excellent in corrosion resistance, particularly in hot water.

【0012】ここでいうサイアロン基焼結体とは、MX(S
i,Al)12(O,N)16(0<x≦2、MはLi、Ca、Mg、Y及びLa、C
eを除くランタン系元素)の組成式で示されるα-サイア
ロン及び/又はSi6-ZAlZOZN8-Z(0<z≦4.2)の組成式で
示されるβ-サイアロンを含むものである。
The sialon-based sintered body referred to here is M X (S
i, Al) 12 (O, N) 16 (0 <x ≦ 2, M is Li, Ca, Mg, Y and La, C
lanthanides other than e) and / or β-sialon represented by the composition formula of Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z (0 <z ≦ 4.2) .

【0013】ところで、窒化ケイ素系焼結体を高温、高
圧下の熱水中に保存した場合、例えばオ−トクレ−ブ中
で300℃の平衡蒸気圧下(8.6MPa)に長時間さらした場
合、該焼結体の重量減少が生じると共に表面から組織の
変化が起こり、強度が低下するようになる。このような
熱水による腐食は、焼結助剤として添加した化合物(Y2O
3、Al2O3等の化合物)を含有する粒界相の溶出やSiO2
溶出、さらにはそれらの粒界相の溶出による窒化ケイ素
粒子の脱落等によって生じると考えられる。
By the way, when the silicon nitride sintered body is stored in hot water under high temperature and high pressure, for example, when it is exposed to equilibrium vapor pressure (8.6 MPa) at 300 ° C. for a long time in an autoclave, The weight of the sintered body is reduced and the structure of the sintered body is changed from the surface to lower the strength. Corrosion due to such hot water is caused by the compound (Y 2 O) added as a sintering aid.
3 and compounds such as Al 2 O 3 ) and the elution of SiO 2 and the dropping of silicon nitride particles due to the elution of these grain boundary phases.

【0014】このような粒界相の溶出は、表面組織の変
化をもたらし、破壊の起点となるような欠陥の生成をう
ながし、焼結体の強度が低下するようになってくる。溶
出の程度については、焼結助剤の種類や焼結体の組織、
SiO2含有量等によって変化するが、いずれにしても粒界
相の溶出等に伴う試料の減量や強度の低下は大きい。
The elution of such a grain boundary phase brings about a change in the surface structure, promotes the generation of defects that serve as the starting point of fracture, and the strength of the sintered body decreases. Regarding the degree of elution, the type of sintering aid, the structure of the sintered body,
Although it varies depending on the SiO 2 content and the like, in any case, the weight loss and strength decrease of the sample due to the elution of the grain boundary phase are large.

【0015】本発明は、混合物中酸化ホウ素を0.1〜5.0
重量%含有し、残部がMX(Si,Al)12(O,N)16(0<x≦2、M
はLi、Ca、Mg、Y及びLa、Ceを除くランタン系元素)で示
されるα-サイアロンを生成する組成物及び/又はSi6-Z
AlZOZN8-Z(0<z≦4.2)で示されるβ-サイアロンを生成
する組成物からなる混合物を成形、焼結して得られるサ
イアロン基焼結体を特徴とし、この焼結体は、耐食性、
特に熱水に対する耐食性に優れているものである。
According to the present invention, the boron oxide in the mixture is 0.1 to 5.0.
% By weight with the balance M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (0 <x ≦ 2, M
Is a composition for producing α-sialon represented by Li, Ca, Mg, Y and lanthanum elements other than La and Ce, and / or Si 6 -Z
Characterized by a sialon-based sintered body obtained by molding and sintering a mixture composed of a composition that produces β-sialon represented by Al Z O Z N 8-Z (0 <z ≦ 4.2), The body is corrosion resistant,
In particular, it has excellent corrosion resistance to hot water.

【0016】また、本発明は、更に混合物中酸化ホウ素
を0.1〜5.0重量%含有すると共にCeO2、HfO2、ZrO2、B4
C、SiCの少なくとも一種を0.1〜10.0重量%含有し、残
部がMX(Si,Al)12(O,N)16(0<x≦2、MはLi、Ca、Mg、Y
及びLa、Ceを除くランタン系元素)で示されるα−サイ
アロンを生成する割合からなる組成物及び/又はSi6-ZA
l ZOZN8-Z(0<z≦4.2)で示されるβ-サイアロンを生成
する割合からなる組成物であって、該混合物を成形焼結
して得られるサイアロン基焼結体を特徴とし、この焼結
体は、酸化ホウ素を単独で添加した場合よりも更に耐熱
水性が向上するものである。
The present invention also further provides boron oxide in a mixture.
0.1 to 5.0% by weight and CeO2, HfO2, ZrO2, BFour
Contains 0.1 to 10.0% by weight of at least one of C and SiC, and
Department is MX(Si, Al)12(O, N)16(0 <x ≤ 2, M is Li, Ca, Mg, Y
And lanthanides other than La and Ce).
A composition and / or Si composed of a proportion that produces Aron6-ZA
l ZOZN8-ZGenerates β-sialon represented by (0 <z ≦ 4.2)
A composition comprising a mixture of
Characterized by the sialon-based sintered body obtained by
The body is even more heat-resistant than adding boron oxide alone
The water content is improved.

【0017】本発明において、添加した酸化ホウ素は、
焼結体内では粒界相として存在するが、この酸化ホウ素
を含有する焼結体を熱水中で処理を行った場合、ホウ素
を含有する反応層が焼結体表面に形成され、この反応層
がその後の熱水との反応を防止する作用(役目)をし、こ
れにより他の粒界相成分の溶出やサイアロン粒子の脱落
が抑制され、耐熱水性が向上するものと考えられる。ま
た、添加した酸化ホウ素は、焼結過程においては低温で
液相を生成し、緻密化を促進すると共に焼結体中に均一
に拡散する。このため、熱水との反応も均一に生じ、こ
の点も耐熱水性向上をもたらす要因と考えられる。
In the present invention, the added boron oxide is
Although it exists as a grain boundary phase in the sintered body, when this sintered body containing boron oxide is treated in hot water, a reaction layer containing boron is formed on the surface of the sintered body. Is believed to have the function (role) of preventing the subsequent reaction with hot water, which suppresses the elution of other grain boundary phase components and the drop-off of sialon particles, thereby improving the hot water resistance. Further, the added boron oxide forms a liquid phase at a low temperature in the sintering process, promotes densification, and diffuses uniformly in the sintered body. Therefore, the reaction with hot water occurs uniformly, and this point is also considered to be a factor for improving hot water resistance.

【0018】また、本発明において、酸化ホウ素以外の
他の添加化合物としてCeO2、HfO2、ZrO2、B4C、SiCを用
いた場合、耐熱水性が更に向上する理由としては、Ce
O2、HfO2の各酸化物は、焼結時に液相を形成し、それら
の酸化物を含む粒界相として存在するようになり、この
CeO2、HfO2、ZrO2を含有する粒界相は、熱水中への溶出
速度が特に低いということがその要因と考えられる。さ
>らに、ZrO2、SiC、B4Cは、本来それ自体で耐熱水性に
すぐれた材質であり、これらを添加することにより酸化
ホウ素の添加効果と相乗してすぐれた特性を示すと考え
られる。
In the present invention, when CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , B 4 C or SiC is used as the additive compound other than boron oxide, the reason why the hot water resistance is further improved is
Each oxide of O 2 and HfO 2 forms a liquid phase during sintering, and exists as a grain boundary phase containing these oxides.
It is considered that the grain boundary phase containing CeO 2 , HfO 2 , and ZrO 2 has a particularly low elution rate into hot water, which is a factor. It
> In addition, ZrO 2 , SiC, and B 4 C are originally materials that are excellent in hot water resistance by themselves, and it is considered that the addition of these materials exhibits excellent properties in synergy with the effect of adding boron oxide. .

【0019】ところで、サイアロン基焼結体は、その生
成のために加えた化合物が最終的には固溶元素として粒
内に固溶されるため、粒界相が少なく、したがって耐酸
化性や耐薬品性等耐食性に比較的すぐれているという特
徴がある。本発明においても主たる構成相はサイアロン
であり、そのため所定量の酸化ホウ素やHfO2、CeO2等の
化合物を添加した場合、それらの化合物の添加効果が明
瞭になり、よりすぐれた特性を有するサイアロン基焼結
体が得られているものと考えられる。
By the way, in the sialon-based sintered body, since the compound added for its formation is finally dissolved in the grains as a solid solution element, the grain boundary phase is small, and therefore, the oxidation resistance and the resistance are high. It is characterized by relatively excellent corrosion resistance such as chemical properties. In the present invention, the main constituent phase is sialon, therefore, when a predetermined amount of a compound such as boron oxide or HfO 2 , CeO 2 is added, the effect of adding those compounds becomes clear, and sialon having more excellent properties is obtained. It is considered that the base sintered body has been obtained.

【0020】また、サイアロン基焼結体においては、そ
の配合組成を変えることによりα-サイアロンとβ-サイ
アロンの含有割合を調整することができる。本発明にお
いては、焼結体中のα-サイアロンとβ-サイアロンの比
率を変化させた場合、次のような特性が得られることを
見出した。
Further, in the sialon-based sintered body, the content ratio of α-sialon and β-sialon can be adjusted by changing the compounding composition. In the present invention, it has been found that the following characteristics are obtained when the ratio of α-sialon and β-sialon in the sintered body is changed.

【0021】ひとつは、焼結体中のサイアロン相がα-
サイアロン単相の場合には特に耐熱水性にすぐれている
という点である。もう一点は、α-サイアロンとβ-サイ
アロンの2相サイアロンの組合せにおいては、耐熱水性
と共に曲げ強度や靱性等の機械的特性にすぐれていると
いう点である。
One is that the sialon phase in the sintered body is α-
In the case of sialon single phase, it is particularly excellent in hot water resistance. Another point is that the combination of the two-phase sialon of α-sialon and β-sialon is excellent in mechanical properties such as bending strength and toughness as well as hot water resistance.

【0022】これは、β-サイアロンの結晶粒が焼結過
程において長柱状組織を形成し、α-サイアロンの粒状
組織と組み合わさった複合組織を形成するためである。
耐食性と共に機械的特性が要求される部材への適用にお
いては、このようなα-、β-複合サイアロン基焼結体を
好適に用いることができると考えられる。
This is because the crystal grains of β-sialon form a long columnar structure in the sintering process and form a composite structure in combination with the granular structure of α-sialon.
It is considered that such an α-, β-composite sialon-based sintered body can be preferably used for application to a member that requires corrosion resistance and mechanical properties.

【0023】本発明で配合する化合物の添加量について
は、酸化ホウ素は0.1〜5.0重量%の範囲が好ましい。0.
1重量%未満では耐食性(耐熱水性)向上の効果が弱く、
また5.0重量%を超えると、緻密化が阻害されると共に
耐食性(耐熱水性)が劣るようになる。CeO、HfO、Si
C等については、0.1〜10.0重量%の範囲が好ましく、特
に0.1〜5.0重量%がより好ましい。0.1重量%未満では
耐薬品性に対する効果が弱く、また10.0重量%を超える
と、耐食性(耐熱水性)と共に強度特性が劣るようにな
る。
Regarding the amount of the compound added in the present invention, boron oxide is preferably in the range of 0.1 to 5.0% by weight. 0.
If it is less than 1% by weight, the effect of improving corrosion resistance (hot water resistance) is weak,
On the other hand, if it exceeds 5.0% by weight, densification is hindered and corrosion resistance (hot water resistance) becomes poor. CeO 2 , HfO 2 , Si
C and the like are preferably in the range of 0.1 to 10.0% by weight, and particularly preferably 0.1 to 5.0% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the effect on the chemical resistance is weak, and if it exceeds 10.0% by weight, the corrosion resistance (hot water resistance) and strength properties are deteriorated.

【0024】本発明の高耐熱水性サイアロン基焼結体
は、例えば次のようにして製造することができる。ま
ず、M(Si,Al)12(O,N)16(0<x≦2、MはLi、Ca、M
g、Y及びLa、Ceを除くランタン系元素)で示されるα-サ
イアロンやSi6−ZAlON8−Z(0<z≦4.2)で示さ
れるβ-サイアロンを生成する所定割合の窒化ケイ素、
窒化アルミニウム、YO、AlOなどと共に酸化ホ
ウ素を混合する。また、CeO、HfO、SiC等の各化合
物もこの段階で添加、混合する。
[0024] High resistance to heat water resistance sialon-based sintered body of the present invention can be manufactured, for example, as follows. First, M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (0 <x ≦ 2, M is Li, Ca, M
Predetermined ratio of α-sialon represented by g, Y and lanthanum elements other than La and Ce) and β-sialon represented by Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z (0 <z ≦ 4.2) Of silicon nitride,
Boron oxide is mixed with aluminum nitride, Y 2 O 3 , Al 2 O 3 and the like. Moreover, each compound such as CeO 2 , HfO 2 , and SiC is added and mixed at this stage.

【0025】混合手段としては、水あるいは有機溶剤中
でボ−ルミルや振動ミル等を用いて行うことができ、ま
た、この時バインダ−や分散剤等の有機化合物を添加す
ることもできる。混合する酸化ホウ素やサイアロンの固
溶元素としての化合物等は、本発明で特に限定するもの
ではなく、粉末の形で又は液相の形で用いることがで
き、また焼結時に分解してそれらの化合物となるものを
用いることもできる。
As a mixing means, a ball mill, a vibration mill or the like can be used in water or an organic solvent, and at this time, an organic compound such as a binder or a dispersant can be added. The compound as a solid solution element of boron oxide or sialon to be mixed is not particularly limited in the present invention, and it can be used in the form of a powder or in the form of a liquid phase, and it is decomposed during sintering and those It is also possible to use a compound.

【0026】得られた混合物は、スプレ−ドライヤ−等
を用いて乾燥、造粒を行い、成形用原料とする。成形方
法としては、金型成形、静水圧プレス成形、射出成形、
鋳込み成形等を用いることができる。得られる成形体に
は、通常バインダ−等有機分が含まれているため脱脂を
行う。
The obtained mixture is dried and granulated using a spray dryer or the like to obtain a raw material for molding. Molding methods include die molding, hydrostatic press molding, injection molding,
Cast molding or the like can be used. Since the obtained molded body usually contains an organic component such as a binder, it is degreased.

【0027】次に、この成形体を非酸化性雰囲気中で焼
結を行う。焼成収縮は、約1200℃以上で生じるが、緻密
な焼結体を得るためには、1600℃以上の温度で焼結する
ことが好ましい。焼結時間は、通常30分〜10時間の範囲
である。焼結は、常圧焼結によって充分緻密な焼結体が
得られるが、必要に応じHIP、ホットプレス等の手法を
用いることができる。
Next, the compact is sintered in a non-oxidizing atmosphere. Although firing shrinkage occurs at about 1200 ° C or higher, it is preferable to sinter at a temperature of 1600 ° C or higher in order to obtain a dense sintered body. The sintering time is usually in the range of 30 minutes to 10 hours. As for sintering, a sufficiently dense sintered body can be obtained by pressureless sintering, but a method such as HIP or hot pressing can be used if necessary.

【0028】このようにして得られる本発明のサイアロ
ン基系焼結体は、高温、高圧下での熱水に対する耐食性
がたいへん優れている。さらに、曲げ強度や破壊靱性等
機械的特性にも充分優れたものであり、構造材料として
の使用に適したものである。
The sialon-based oxide sintered in the present invention thus obtained has a high temperature, corrosion resistance against the hot water under high pressure is very good. Further, it is sufficiently excellent in mechanical properties such as bending strength and fracture toughness, and is suitable for use as a structural material.

【0029】[0029]

【実施例】次に、本発明の実施例をそれに対応する比較
例と共に挙げ、本発明を詳細に説明する。
EXAMPLES Next, the present invention will be described in detail by giving examples of the present invention together with corresponding comparative examples.

【0030】(実施例1、比較例1)窒化ケイ素、酸化
アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウムの
各原料粉末をサイアロン基系焼結体が得られるように配
合すると共に、酸化ホウ素を表1に示す割合で添加し
た。なお、表1中の配合No.1〜8は本発明の実施例1で
あり、配合No.9〜12は実施例1に対応する比較例1であ
る。
(Example 1, Comparative Example 1) Raw material powders of silicon nitride, aluminum oxide, yttrium oxide, and aluminum nitride were blended so as to obtain a sialon-based sintered body, and boron oxide is shown in Table 1. Added in proportion. In addition, formulation Nos. 1 to 8 in Table 1 are Examples 1 of the present invention, and formulation Nos. 9 to 12 are Comparative Example 1 corresponding to Example 1.

【0031】原料粉末の混合は樹脂製ポツト、窒化ケイ
素製玉石を用い、振動ミルにてエタノ−ル中で20時間行
った。得られた混合物を真空乾燥した後、冷間静水圧プ
レスにて1.5t/cm2の圧力で成形し、次いでこの成形体
を窒素雰囲気中、常圧下1700℃で5時間焼成してサイア
ロン基系焼結体を得た。
The raw material powders were mixed using a resin pot and a silicon nitride cobblestone in an ethanol mill for 20 hours. The resulting mixture was vacuum-dried and then molded in a cold isostatic press at a pressure of 1.5 t / cm 2 , and then this molded body was fired in a nitrogen atmosphere at 1700 ° C. for 5 hours under atmospheric pressure to produce a sialon-based material. A sintered body was obtained.

【0032】得られた焼結体から3×4×20(mm)の試験片
を作製し、評価用試料とした。この試験片の寸法及び乾
燥後重量を測定した後、その一部はテフロン製容器に入
れ、更に蒸留水を入れて蓋をした。このとき、B/A=10
cm(ただし、Aは試験片の表面積(cm2)、Bは蒸留水の量(c
m3)とする。)となるように蒸留水の量を設定した。な
お、テフロン製容器1個には1本の試験片を入れた。
A 3 × 4 × 20 (mm) test piece was prepared from the obtained sintered body and used as an evaluation sample. After measuring the size and weight of this test piece after drying, a part of the test piece was put in a Teflon container, and distilled water was further put in the container to cover it. At this time, B / A = 10
cm (where A is the surface area of the test piece (cm 2 ) and B is the amount of distilled water (c
m 3 ). The amount of distilled water was set so that One test piece was placed in one Teflon container.

【0033】このテフロン製容器をオ−トクレ−ブ(内
部に60体積%ほど蒸留水を満たしたオ−トクレ−ブ)中
に入れ、300℃に加熱し、300℃の平衡蒸気圧下(8.6MPa)
で100時間保持した。冷却後試料を取り出し、120℃で5
時間乾燥した後、試験片の重量を測定して重量減少量を
求めた。その測定結果を表1に示す。
This Teflon container was placed in an autoclave (autoclave filled with about 60% by volume of distilled water therein), heated to 300 ° C., under equilibrium vapor pressure of 300 ° C. (8.6 MPa). )
Hold for 100 hours. After cooling, take out the sample and
After drying for an hour, the weight of the test piece was measured to determine the weight reduction amount. The measurement results are shown in Table 1.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】表1から、実施例1のサイアロン基焼結体
(配合No.1〜8)は、その熱水中処理後の重量減少量が3mg
/cm以下と小さく、優れた耐熱水性を示していること
が理解できる。これに対して、比較例1で示すように、
酸化ホウ素を添加しない場合(配合No.9〜11)及びこれを
過剰に添加した場合(配合No.12)、いずれも重量減少量
が大きく、耐熱水性に劣るものが得られた。
From Table 1, the sialon-based sintered body of Example 1
(Compound No. 1 to 8) has a weight loss of 3 mg after treatment in hot water.
/ Cm 2 or less and small, it can be understood that show excellent resistance to heat water resistance. On the other hand, as shown in Comparative Example 1,
Without the addition of boron oxide (compounding Nanba9~11) and if this was excessively added (formulation No.12), both weight loss is large, inferior in resistance to heat water resistance was obtained.

【0036】(実施例2、比較例2)窒化ケイ素、酸化
アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウムの
各原料粉末をサイアロン基焼結体が得られるように配合
すると共に、酸化ホウ素、酸化セリウム、酸化ハフニウ
ム、酸化ジルコニウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素の各粉
末を表2(実施例2)及び表3(比較例2)に示す割合で添
加した。
(Example 2, Comparative Example 2) Raw material powders of silicon nitride, aluminum oxide, yttrium oxide, and aluminum nitride were blended so as to obtain a sialon-based sintered body, and boron oxide, cerium oxide, and hafnium oxide were mixed. , Zirconium oxide, boron carbide, and silicon carbide were added at the ratios shown in Table 2 (Example 2) and Table 3 (Comparative Example 2).

【0037】なお、表2中の配合No.1〜23は本発明の実
施例2であり、表3中の配合No.25〜29はこの実施例2
に対応する比較例2であり、そして、この実施例2及び
比較例2では、すべての配合において酸化ホウ素の添加
量を1.0重量%とした。また、表2中のNo.24の配合は、
前記実施例1のNo.2の配合例(酸化ホウ素:1.0重量%を
単独添加した例)であり、参考のため表示した。即ち、
本実施例2の酸化ホウ素とCeO2、HfO2、ZrO2、B4C、SiC
の各化合物との併用による添加効果を明らかにするた
め、前記表1のNo.2の配合例を転記したものである。
The formulations No. 1 to 23 in Table 2 are the second embodiment of the present invention, and the formulations No. 25 to 29 in Table 3 are the same as this Example 2.
Comparative Example 2 corresponding to, and in Example 2 and Comparative Example 2, the addition amount of boron oxide was 1.0 wt% in all the formulations. The composition of No. 24 in Table 2 is
This is a No. 2 formulation example of Example 1 (an example in which boron oxide: 1.0 wt% was added singly), and is shown for reference. That is,
Boron oxide of Example 2 and CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , B 4 C, SiC
In order to clarify the effect of addition by the combined use of each of the above compounds, the compounding example of No. 2 in Table 1 above is transcribed.

【0038】これらの原料粉末を前記実施例1と同様な
方法を用いて混合、成形、焼成を行い、焼結体を得た。
なお、本実施例2では、焼結体中のサイアロン相はα-
サイアロンとβ-サイアロンの2相からなるようにし、
また、酸化ホウ素の添加量は1.0重量%とした。
These raw material powders were mixed, molded and fired in the same manner as in Example 1 to obtain a sintered body.
In the second embodiment, the sialon phase in the sintered body is α-
It consists of two phases, Sialon and β-Sialon,
The amount of boron oxide added was 1.0% by weight.

【0039】得られた焼結体から3×4×20(mm)の試験片
を作製し、評価用試料とした。試験片の寸法及び乾燥重
量を測定した後、実施例1と同様な方法で熱水中での処
理を行った。処理終了後試料を取り出し、120℃で5時間
乾燥した後、試料の重量を測定して重量減少量を求め
た。その測定結果を表2(実施例2)及び表3(比較例2)
に示す。
A test piece of 3 × 4 × 20 (mm) was prepared from the obtained sintered body and used as an evaluation sample. After measuring the size and dry weight of the test piece, it was treated in hot water in the same manner as in Example 1. After the treatment was completed, the sample was taken out and dried at 120 ° C. for 5 hours, and then the weight of the sample was measured to obtain the weight reduction amount. The measurement results are shown in Table 2 (Example 2) and Table 3 (Comparative Example 2).
Shown in.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】[0041]

【表3】 [Table 3]

【0042】表2から、本実施例2のサイアロン基焼結
体の重量減少量は、いずれも3.3mg/cm以下と小さ
く、優れた耐熱水性を示していることが理解できる。こ
れに対して、本発明で規定するCeO、HfO、ZrO、B
C、SiCの各化合物の添加範囲(0.1〜10.0重量%)を超
えて過剰に添加すると、表3の比較例2から明らかなよ
うに、重量減少量が大きく、耐熱水性に劣るものが得ら
れ、耐熱水性に対する添加効果がなくなっていることが
認められた。
[0042] From Table 2, the weight loss of sialon-based sintered body of the present embodiment 2 are both 3.3 mg / cm 2 or less and small, it can be understood that show excellent resistance to heat water resistance. On the other hand, CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 and B specified in the present invention
4 C, when added in excess addition of more than the range (0.1 to 10.0 wt%) of each compound of SiC, as is clear from Comparative Example 2 in Table 3, a large weight loss, poor in resistance to heat water resistance It was confirmed that the effect of addition on hot water was lost.

【0043】また、本実施例2のサイアロン基焼結体に
おいて、本発明で規定するCeO2、HfO2、ZrO2、B4C、SiC
の各化合物の添加範囲内であっても、小量添加の場合
(配合No.1〜14)、表2の参考例(配合No.24:実施例1)
との対比から明らかなように、酸化ホウ素を単独で添加
したものよりもさらに重量減少量が小さいことが認めら
れた。
In addition, in the sialon-based sintered body of Example 2, CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , B 4 C and SiC specified in the present invention were used.
If a small amount is added even within the range of each compound
(Compound No. 1 to 14), reference example of Table 2 (Composition No. 24: Example 1)
As is clear from the comparison with the above, it was confirmed that the weight reduction amount was smaller than that of the case where boron oxide was added alone.

【0044】(実施例3、比較例3)窒化ケイ素、酸化
アルミニウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウムの
各原料粉末をサイアロン基焼結体が得られるように配合
すると共に、酸化ホウ素を1.0重量%、CeO2を3.0重量%
添加し、これらの原料粉末を前記実施例1と同様な方法
を用いて混合、成形、焼結を行い、焼結体を得た。
(Example 3, Comparative Example 3) Raw material powders of silicon nitride, aluminum oxide, yttrium oxide, and aluminum nitride were blended so as to obtain a sialon-based sintered body, and 1.0 wt% of boron oxide and CeO were added. 3.0 to 2 % by weight
These raw material powders were added and mixed, molded and sintered in the same manner as in Example 1 to obtain a sintered body.

【0045】本実施例3及び比較例3で得られた焼結体
中のサイアロン相の構成割合は、表4に示すとおりであ
る。なお、焼結体中のサイアロン相の構成割合は、X線
回折によって求めた。
The composition ratio of the sialon phase in the sintered bodies obtained in Example 3 and Comparative Example 3 is as shown in Table 4. The composition ratio of the sialon phase in the sintered body was determined by X-ray diffraction.

【0046】このようにして得られた焼結体から3×4×
40(mm)の曲げ試験片形状の試験片を作製し、評価用試料
とした。作製した各試験片について、その3点曲げ強度
(スパン30mmでの3点曲げ強度)を各配合で10本ずつ測
定し、初期強度特性を求めた。また、熱水中での耐食試
験として、各配合について3本の試験片を用い、前記実
施例1と同様な方法で行った。それらの測定結果を表4
に示す。
From the thus obtained sintered body, 3 × 4 ×
A test piece having a bending test piece shape of 40 (mm) was produced and used as an evaluation sample. Three-point bending strength of each manufactured test piece
Ten points (three-point bending strength at a span of 30 mm) were measured for each composition to determine the initial strength characteristics. Further, as a corrosion resistance test in hot water, three test pieces were used for each composition, and the same method as in Example 1 was performed. Table 4 shows the measurement results.
Shown in.

【0047】[0047]

【表4】 [Table 4]

【0048】表4から、サイアロン相がα-サイアロン
単相からなるもの(実施例3の配合No.1)については、他
の例と比較して重量減少量が少ないという結果が得られ
た。α-サイアロンとβ-サイアロンの複合サイアロンか
らなるものについては、その初期強度が1000MPa以上と
高く、また、熱水処理による強度低下割合も小さいこと
が認められた。なお、比較例3の配合No.6、7は、前記
実施例1で作製した配合No.9、10の酸化ホウ素無添加の
試料を用いて評価した結果に相当する例であるが、重量
減少量が大きく、更に強度低下割合も大きいことが認め
られた。
From Table 4, it was found that the weight loss of the sialon phase consisting of the α-sialon single phase (formulation No. 1 of Example 3) was smaller than that of the other examples. It was confirmed that the composite sialon composed of α-sialon and β-sialon had a high initial strength of 1000 MPa or more and a small rate of strength reduction due to hot water treatment. The formulations No. 6 and 7 of Comparative Example 3 are examples corresponding to the results of evaluation using the samples of the formulations No. 9 and 10 containing no boron oxide prepared in Example 1 above. It was confirmed that the amount was large and the rate of strength reduction was also large.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、α-サ
イアロン及び/又はβ-サイアロンを生成する組成物
と、所定割合の酸化ホウ素(又は更に所定量のCeO、Hf
O、ZrO、BC、SiCの各化合物)との混合物を成形、
焼結して得られる高耐熱水性サイアロン基焼結体であ
り、曲げ強度や破壊靱性等機械的特性に優れていると共
に、特に高温、高圧下の熱水に対する耐食性が優れた高
熱水サイアロン基焼結体を提供できる効果を有す
る。
As described in detail above, the present invention provides a composition for producing α-sialon and / or β-sialon, a predetermined proportion of boron oxide (or a predetermined amount of CeO 2 , Hf).
O 2 , ZrO 2 , B 4 C, SiC compound) and a mixture,
A high resistance to heat water resistance sialon-based sintered body obtained by sintering, flexural strength and with an excellent fracture toughness and mechanical properties, in particular high-temperature, high corrosion resistance excellent against the hot water under high pressure < It has the effect of providing br /> heat resistance water resistance sialon-based sintered body.

【0050】そして、本発明により、構造材料としての
好適な素材を提供でき、また、火力発電所における熱水
用バルブ等、特に高温、高圧下での熱水中の苛酷な環境
下でも使用可能な素材を提供することができる。
[0050] Then, the present invention can provide a suitable material as a structural material, also for hot water valve or the like in a thermal power plant, in particular a high temperature, can be used in harsh environment of the heat in the water under high pressure We can provide various materials.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−209956(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/599 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-61-209956 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) C04B 35/599

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 M(Si,Al)12(O,N)16(0<x≦2、M
はLi、Ca、Mg、Y及びLa、Ceを除くランタン系元素)で示
されるα-サイアロンを生成する割合からなる組成物及
び/又はSi6−ZAlON8−Z(0<z≦4.2)で示され
るβ-サイアロンを生成する割合からなる組成物と、0.1
〜5.0重量%の酸化ホウ素からなる混合物とを成形、焼
結して得られることを特徴とする高耐熱水性サイアロン
基焼結体。
1. M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (0 <x ≦ 2, M
Is a lanthanum element other than Li, Ca, Mg, Y and La, Ce) and / or Si 6-Z Al Z O Z N 8-Z (0 < z ≦ 4.2), a composition comprising a proportion of β-sialon producing 0.1,
5.0% of the mold with a mixture consisting of boron oxide, sintering, characterized in that it is obtained by a high resistance to heat water resistance sialon-based sintered body.
【請求項2】 混合物中酸化ホウ素を0.1〜5.0重量%、
CeO、HfO、ZrO、BC、SiCの少なくとも一種を0.
1〜10.0重量%含有し、残部がM(Si,Al)12(O,N)16
(0<x≦2、MはLi、Ca、Mg、Y及びLa、Ceを除くランタ
ン系元素)で示されるα-サイアロン及び/又はSi6−Z
AlON8−Z(0<z≦4.2)で示されるβ-サイアロン
を生成する割合からなる組成物であって、該混合物を成
形、焼結して得られることを特徴とする高耐熱水性サイ
アロン基焼結体。
2. Boron oxide in the mixture is 0.1 to 5.0% by weight,
At least one of CeO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , B 4 C, and SiC is used.
1 to 10.0 containing by weight%, the balance M X (Si, Al) 12 (O, N) 16
Α-sialon and / or Si 6-Z represented by (0 <x ≦ 2, M is a lanthanum element other than Li, Ca, Mg, Y and La and Ce)
A composition comprising a proportion that forms β-sialon represented by Al Z O Z N 8-Z (0 <z ≦ 4.2), which is obtained by molding and sintering the mixture. heat resistance water resistance sialon-based sintered body.
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