JP3454994B2 - 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体およびその製造方法Info
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- JP3454994B2 JP3454994B2 JP31254295A JP31254295A JP3454994B2 JP 3454994 B2 JP3454994 B2 JP 3454994B2 JP 31254295 A JP31254295 A JP 31254295A JP 31254295 A JP31254295 A JP 31254295A JP 3454994 B2 JP3454994 B2 JP 3454994B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、室温から高温まで
の強度特性および靭性に優れ、特にピストンピン、エン
ジンバルブ等の自動車用部品やガスタービンエンジン用
部品等に使用される窒化珪素質焼結体と、その製造方法
に関する。
の強度特性および靭性に優れ、特にピストンピン、エン
ジンバルブ等の自動車用部品やガスタービンエンジン用
部品等に使用される窒化珪素質焼結体と、その製造方法
に関する。
【０００２】
【従来技術】従来から、窒化珪素質焼結体は、耐熱性、
耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジニア
リングセラミックス、特にタ−ボロ−タ−等の熱機関用
として応用が進められている。
耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジニア
リングセラミックス、特にタ−ボロ−タ−等の熱機関用
として応用が進められている。
【０００３】この窒化珪素質焼結体を作製するには、焼
結助剤としてＹ2 Ｏ3 等の希土類元素酸化物や、Ａｌ2
Ｏ3 、ＡｌＮなどのアルミニウム化合物、ＳｉＯ2 など
を添加して、常圧や、窒素加圧雰囲気中で焼成して緻密
化することが特公昭５２−３６４９号、特公昭５８−５
１９０号にてすでに提案されている。
結助剤としてＹ2 Ｏ3 等の希土類元素酸化物や、Ａｌ2
Ｏ3 、ＡｌＮなどのアルミニウム化合物、ＳｉＯ2 など
を添加して、常圧や、窒素加圧雰囲気中で焼成して緻密
化することが特公昭５２−３６４９号、特公昭５８−５
１９０号にてすでに提案されている。
【０００４】また、窒化珪素質焼結体は、その用途に応
じて、添加する助剤の選択がなされている。例えば、希
土類元素酸化物を必須として、これにＡｌ2 Ｏ3 やＭｇ
Ｏ等を添加すると低温で液相が生成されるために、１８
００℃以下の比較的低温の常圧で焼成して緻密化するこ
とができ、この方法によれば、室温強度の高い焼結体を
得ることができるため、室温で使用される用途に多用さ
れている。
じて、添加する助剤の選択がなされている。例えば、希
土類元素酸化物を必須として、これにＡｌ2 Ｏ3 やＭｇ
Ｏ等を添加すると低温で液相が生成されるために、１８
００℃以下の比較的低温の常圧で焼成して緻密化するこ
とができ、この方法によれば、室温強度の高い焼結体を
得ることができるため、室温で使用される用途に多用さ
れている。
【０００５】ところが、上記の焼結体では、生成された
液相により窒化珪素結晶粒間に生成されたガラス相は、
１０００℃を越える温度では軟化してしまうため、１４
００℃以上の温度に曝されるガスタービン用部品には応
用できない。
液相により窒化珪素結晶粒間に生成されたガラス相は、
１０００℃を越える温度では軟化してしまうため、１４
００℃以上の温度に曝されるガスタービン用部品には応
用できない。
【０００６】そこで、高温強度を高めるために、Ａｌ2
Ｏ3 やＭｇＯ等を添加することなく、希土類元素酸化物
とＳｉＯ2 成分との複合化によって、粒界を融点の高い
結晶相により構成することが提案されているが、かかる
焼結体は、１９００℃以上の窒素加圧雰囲気中で焼成す
ることが必要である。
Ｏ3 やＭｇＯ等を添加することなく、希土類元素酸化物
とＳｉＯ2 成分との複合化によって、粒界を融点の高い
結晶相により構成することが提案されているが、かかる
焼結体は、１９００℃以上の窒素加圧雰囲気中で焼成す
ることが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
希土類元素酸化物とＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯを添加した系で
は、組成によっては１８００℃以下の低温で焼成可能で
あり室温強度はある程度高いものの、高温域では徐々に
強度が低下し１２００℃ではせいぜい５００ＭＰａ程度
の強度しかなく、かかる焼結体を１２００℃もの高温域
で使用する部品には適用できない。また、かかる焼結体
は、１０００℃における耐酸化性が実用上不十分であっ
た。
希土類元素酸化物とＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯを添加した系で
は、組成によっては１８００℃以下の低温で焼成可能で
あり室温強度はある程度高いものの、高温域では徐々に
強度が低下し１２００℃ではせいぜい５００ＭＰａ程度
の強度しかなく、かかる焼結体を１２００℃もの高温域
で使用する部品には適用できない。また、かかる焼結体
は、１０００℃における耐酸化性が実用上不十分であっ
た。
【０００８】また、助剤としてＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯを添
加しないことによりある程度の高温強度の改善が可能で
ある。特に粒界を結晶化させた系では、１２００℃もの
高温において８００ＭＰａ以上の高い強度を得ることが
報告されているが、このような系は、製法上、１９００
℃以上の高温で焼成する必要があるため、高温焼成が可
能な特殊な設備が必要となる等、製造コストが高い等の
問題があった。
加しないことによりある程度の高温強度の改善が可能で
ある。特に粒界を結晶化させた系では、１２００℃もの
高温において８００ＭＰａ以上の高い強度を得ることが
報告されているが、このような系は、製法上、１９００
℃以上の高温で焼成する必要があるため、高温焼成が可
能な特殊な設備が必要となる等、製造コストが高い等の
問題があった。
【０００９】また、上記のいずれの系においても１００
０℃の酸化性雰囲気中に暴露された場合、酸化が急激に
進行するという現象があり、この中温域での耐酸化性に
ついては良好な特性を得るのが難しかった。
０℃の酸化性雰囲気中に暴露された場合、酸化が急激に
進行するという現象があり、この中温域での耐酸化性に
ついては良好な特性を得るのが難しかった。
【００１０】よって、本発明の目的は、室温から１２０
０℃の高温まで自動車用部品やガスタ−ビンエンジン用
部品等で使用されるに充分な機械的特性を有するととも
に、１０００℃における耐酸化特性に優れ、且つ１８５
０℃以下で焼成可能な窒化珪素質焼結体と、その製造方
法を提供するにある。
０℃の高温まで自動車用部品やガスタ−ビンエンジン用
部品等で使用されるに充分な機械的特性を有するととも
に、１０００℃における耐酸化特性に優れ、且つ１８５
０℃以下で焼成可能な窒化珪素質焼結体と、その製造方
法を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記問題点に
対し鋭意研究を重ねた結果、Ｓｉ3Ｎ4への添加成分とし
て、Ｙ、希土類酸化物と、Ｍｎおよび／またはＣｕと、
Ｗとを特定の割合で添加した焼結体によって、上記目的
が達成されることを知見し、本発明に至った。
対し鋭意研究を重ねた結果、Ｓｉ3Ｎ4への添加成分とし
て、Ｙ、希土類酸化物と、Ｍｎおよび／またはＣｕと、
Ｗとを特定の割合で添加した焼結体によって、上記目的
が達成されることを知見し、本発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の窒化珪素質焼結体は、Ｓｉ
3Ｎ4を主成分とし、助剤成分としてＹ、希土類元素の群
から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で１〜２０重
量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸化物換算で０．０１
〜１重量％、Ｗを酸化物換算で０．１〜５重量％の割合
で含有することを特徴とするものである。さらに、本発
明の窒化珪素質焼結体によれば、Ｓｉ3Ｎ4を主成分と
し、助剤成分としてＹ、希土類元素の群から選ばれる少
なくとも１種を酸化物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよ
び／またはＣｕを酸化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗ
を酸化物換算で０．１〜５重量％の割合で含有する成形
体を、窒素を含有する非酸化性雰囲気中で１８５０℃以
下で焼成することを特徴とするものである。
3Ｎ4を主成分とし、助剤成分としてＹ、希土類元素の群
から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で１〜２０重
量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸化物換算で０．０１
〜１重量％、Ｗを酸化物換算で０．１〜５重量％の割合
で含有することを特徴とするものである。さらに、本発
明の窒化珪素質焼結体によれば、Ｓｉ3Ｎ4を主成分と
し、助剤成分としてＹ、希土類元素の群から選ばれる少
なくとも１種を酸化物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよ
び／またはＣｕを酸化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗ
を酸化物換算で０．１〜５重量％の割合で含有する成形
体を、窒素を含有する非酸化性雰囲気中で１８５０℃以
下で焼成することを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】本発明によれば、助剤成分としてＹおよび／ま
たは希土類元素の化合物に加え、Ｍｎおよび／またはＣ
ｕを添加することにより、従来に比較して低温での焼成
が可能となり、窒化珪素粒子の粒成長を抑制することが
できる。
たは希土類元素の化合物に加え、Ｍｎおよび／またはＣ
ｕを添加することにより、従来に比較して低温での焼成
が可能となり、窒化珪素粒子の粒成長を抑制することが
できる。
【００１４】しかしながら、Ｍｎおよび／またはＣｕの
添加では、Ｍｎおよび／またはＣｕが高温時に低融点の
液相を生成するために１２００℃もの高温では強度が低
下してしまう。そこで、本発明では、さらにＷの化合物
を添加することにより高温強度の低下を抑制できる。
添加では、Ｍｎおよび／またはＣｕが高温時に低融点の
液相を生成するために１２００℃もの高温では強度が低
下してしまう。そこで、本発明では、さらにＷの化合物
を添加することにより高温強度の低下を抑制できる。
【００１５】これは、Ｗと、Ｍｎおよび／またはＣｕを
同時に添加することにより、焼成過程ではＭｎおよび／
またはＣｕが低融点の液相を生成して緻密化を促進し、
焼結後の焼結体中ではＷと、Ｍｎおよび／またはＣｕ
と、Ｓｉが化合物を形成するか、あるいはＷの珪化物中
にＭｎおよび／またはＣｕが固溶するために高温時に低
融点の液相を生成することがなく、高温時の強度劣化が
抑制されるのである。
同時に添加することにより、焼成過程ではＭｎおよび／
またはＣｕが低融点の液相を生成して緻密化を促進し、
焼結後の焼結体中ではＷと、Ｍｎおよび／またはＣｕ
と、Ｓｉが化合物を形成するか、あるいはＷの珪化物中
にＭｎおよび／またはＣｕが固溶するために高温時に低
融点の液相を生成することがなく、高温時の強度劣化が
抑制されるのである。
【００１６】かかる構成により、本発明によれば、異常
粒成長の発生がなく、微細な組織を持ち、高温時に低融
点の液相を生成することがないために高温強度の劣化が
ない窒化珪素質焼結体を得ることができるのである。し
かも、かかる焼結体は、１０００℃における耐酸化性に
対しても高い耐久性を有するものである。これは、焼結
体の組織が微細であるため、粒界相の影響を受けにくい
ためである。
粒成長の発生がなく、微細な組織を持ち、高温時に低融
点の液相を生成することがないために高温強度の劣化が
ない窒化珪素質焼結体を得ることができるのである。し
かも、かかる焼結体は、１０００℃における耐酸化性に
対しても高い耐久性を有するものである。これは、焼結
体の組織が微細であるため、粒界相の影響を受けにくい
ためである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明によれば、Ｓｉ3Ｎ4に対す
る第１の助剤成分として、ＹおよびＳｍ、Ｅｒ，Ｙｂ、
Ｌｕ等の希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種の
化合物を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１５重
量％、第２の助剤成分として、Ｍｎおよび／またはＣｕ
を酸化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５〜
０．５重量％、第３の助剤成分として、Ｗを酸化物換算
で０．１〜５重量％、特に０．５〜３重量％の割合で含
むことが重要である。
る第１の助剤成分として、ＹおよびＳｍ、Ｅｒ，Ｙｂ、
Ｌｕ等の希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種の
化合物を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１５重
量％、第２の助剤成分として、Ｍｎおよび／またはＣｕ
を酸化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５〜
０．５重量％、第３の助剤成分として、Ｗを酸化物換算
で０．１〜５重量％、特に０．５〜３重量％の割合で含
むことが重要である。
【００１８】これらの成分の含有量を上記の範囲に限定
したのは、まず上記第１の成分量が１重量％より少ない
と焼結過程で液相が不足し、緻密体を得るためには高温
焼成が必要となり、そのため窒化珪素粒子の成長が起こ
り強度低下を引き起こすこととなり、２０重量％より多
いと、焼結体中に粒界相が多くなり、１２００℃の高温
強度の低下と１０００℃における酸化特性の劣化を招い
てしまう。
したのは、まず上記第１の成分量が１重量％より少ない
と焼結過程で液相が不足し、緻密体を得るためには高温
焼成が必要となり、そのため窒化珪素粒子の成長が起こ
り強度低下を引き起こすこととなり、２０重量％より多
いと、焼結体中に粒界相が多くなり、１２００℃の高温
強度の低下と１０００℃における酸化特性の劣化を招い
てしまう。
【００１９】また、第２の助剤成分としてのＭｎおよび
／またはＣｕの酸化物換算量が０．０１重量％より少な
いと、Ｍｎおよび／またはＣｕの上記添加効果が得られ
ずに、低温での焼成によって緻密体が得られにくくしか
も常温強度が低くなり、１重量％より多いとＷを添加し
ても高温強度が低下する。
／またはＣｕの酸化物換算量が０．０１重量％より少な
いと、Ｍｎおよび／またはＣｕの上記添加効果が得られ
ずに、低温での焼成によって緻密体が得られにくくしか
も常温強度が低くなり、１重量％より多いとＷを添加し
ても高温強度が低下する。
【００２０】さらに、第３の助剤成分としてのＷの酸化
物換算量が０．１重量％より少ないと、Ｗ添加の効果が
得られずにＭｎおよび／またはＣｕ添加の弊害で高温強
度が低下してしまい、５重量％より多いと、高温強度の
低下と酸化特性の劣化を招いてしまう。
物換算量が０．１重量％より少ないと、Ｗ添加の効果が
得られずにＭｎおよび／またはＣｕ添加の弊害で高温強
度が低下してしまい、５重量％より多いと、高温強度の
低下と酸化特性の劣化を招いてしまう。
【００２１】また、本発明によれば、上記第１〜第３の
助剤成分の他にＡｌを酸化物換算で７重量％以下含有し
て同様の効果が得られる。
助剤成分の他にＡｌを酸化物換算で７重量％以下含有し
て同様の効果が得られる。
【００２２】なお、本発明の窒化珪素質焼結体は、組織
上、β−窒化珪素からなる主結晶相と、Ｙあるいは希土
類元素と、Ｗと、Ｃｕおよび／またはＭｎと、珪素と、
酸素を含む粒界相から構成される。この粒界相は非晶質
からなるが、場合によっては、ダイシリケート、Ｈ−ｐ
ｈａｓｅ（アパタイト）、Ｋ−ｐｈａｓｅ（ウォラスト
ナイト）などの結晶相が存在する場合もある。また、Ａ
ｌ化合物を添加した場合には、Ａｌも粒界相に存在した
り、β−窒化珪素結晶相中には、わずかにアルミニウム
が固溶してβ−サイアロンを形成する場合もある。
上、β−窒化珪素からなる主結晶相と、Ｙあるいは希土
類元素と、Ｗと、Ｃｕおよび／またはＭｎと、珪素と、
酸素を含む粒界相から構成される。この粒界相は非晶質
からなるが、場合によっては、ダイシリケート、Ｈ−ｐ
ｈａｓｅ（アパタイト）、Ｋ−ｐｈａｓｅ（ウォラスト
ナイト）などの結晶相が存在する場合もある。また、Ａ
ｌ化合物を添加した場合には、Ａｌも粒界相に存在した
り、β−窒化珪素結晶相中には、わずかにアルミニウム
が固溶してβ−サイアロンを形成する場合もある。
【００２３】主結晶相は、針状結晶として存在し、その
短径が０．１〜３μｍで平均アスペクト比（長径／短
径）は２〜１０の粒子である。
短径が０．１〜３μｍで平均アスペクト比（長径／短
径）は２〜１０の粒子である。
【００２４】本発明における窒化珪素質焼結体の製造方
法によれば、まず、Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、第１の助剤
成分としてＹ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも
１種を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１５重量
％、第２の助剤成分としてＭｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５〜０．５
重量％、第３の助剤成分としてＷを酸化物換算で０．１
〜５重量％、特に０．５〜３重量％の割合で含有する成
形体を作製する。
法によれば、まず、Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、第１の助剤
成分としてＹ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも
１種を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１５重量
％、第２の助剤成分としてＭｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５〜０．５
重量％、第３の助剤成分としてＷを酸化物換算で０．１
〜５重量％、特に０．５〜３重量％の割合で含有する成
形体を作製する。
【００２５】上記成形体を作製するにあたり、窒化珪素
粉末はそれ自体α−Ｓｉ3 Ｎ4 、β−Ｓｉ3 Ｎ4 のいず
れでも用いることができ、それらの粒径は０．４〜１．
２μｍ、酸素含有量が０．５〜１．５重量％が好まし
い。
粉末はそれ自体α−Ｓｉ3 Ｎ4 、β−Ｓｉ3 Ｎ4 のいず
れでも用いることができ、それらの粒径は０．４〜１．
２μｍ、酸素含有量が０．５〜１．５重量％が好まし
い。
【００２６】窒化珪素粉末に添加される助剤成分は、い
ずれも酸化物形態で添加することが望ましいが、焼結過
程で酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、金属
元素含有有機化合物等を用いることができる。ただし、
Ｗについては、炭化物、珪化物、窒化物のいずれを用い
ても構わない。
ずれも酸化物形態で添加することが望ましいが、焼結過
程で酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、金属
元素含有有機化合物等を用いることができる。ただし、
Ｗについては、炭化物、珪化物、窒化物のいずれを用い
ても構わない。
【００２７】窒化珪素粉末に、上記助剤成分を上記の割
合となるように添加混合した後、これを所望の成形手
段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押出し成
形、射出成形等により任意の形状に成形する。
合となるように添加混合した後、これを所望の成形手
段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押出し成
形、射出成形等により任意の形状に成形する。
【００２８】また、他の方法として、窒化珪素の８０重
量％相当分を珪素粉末に窒化により得るように、窒化珪
素粉末と、珪素粉末と、助剤成分とを混合した後、上記
のようにして成形し、これを１１００〜１４００℃の窒
素中で窒化して珪素を窒化珪素に変換して上記の成形体
を作製することもできる。この方法によれば、Ｍｎおよ
び／またはＣｕはＳｉの窒化助剤として作用し、比較的
低温、短時間での窒化が可能な上に、低温で窒化を行っ
た場合α−Ｓｉ3 Ｎ4 が生成されやすく、窒化体のα分
率が高くなり焼結体の強度が高くなる作用も働くためで
ある。
量％相当分を珪素粉末に窒化により得るように、窒化珪
素粉末と、珪素粉末と、助剤成分とを混合した後、上記
のようにして成形し、これを１１００〜１４００℃の窒
素中で窒化して珪素を窒化珪素に変換して上記の成形体
を作製することもできる。この方法によれば、Ｍｎおよ
び／またはＣｕはＳｉの窒化助剤として作用し、比較的
低温、短時間での窒化が可能な上に、低温で窒化を行っ
た場合α−Ｓｉ3 Ｎ4 が生成されやすく、窒化体のα分
率が高くなり焼結体の強度が高くなる作用も働くためで
ある。
【００２９】次に、得られた成形体を公知の焼成方法、
例えばホットプレス法、常圧焼成、窒素ガス圧焼成、さ
らには、これらの焼成後、熱間静水圧（ＨＩＰ）焼成し
たり、上記の成形体をガラスによりシールしＨＩＰ焼成
することもできる。
例えばホットプレス法、常圧焼成、窒素ガス圧焼成、さ
らには、これらの焼成後、熱間静水圧（ＨＩＰ）焼成し
たり、上記の成形体をガラスによりシールしＨＩＰ焼成
することもできる。
【００３０】本発明によれば、この時の焼成温度を１８
５０℃以下、特に１６５０〜１８００℃においても緻密
で且つ特性に優れた焼結体を得ることができる。なお、
この時の窒素圧力は、窒化珪素が分解しないように分解
平衡圧以上に設定されることは当然である。
５０℃以下、特に１６５０〜１８００℃においても緻密
で且つ特性に優れた焼結体を得ることができる。なお、
この時の窒素圧力は、窒化珪素が分解しないように分解
平衡圧以上に設定されることは当然である。
【００３１】また、望ましい焼成方法としては、１６０
０〜１８００℃の低温で窒素圧力１〜５気圧で焼成した
後、１７００〜１８５０℃に高めるとともに５気圧以上
の高圧窒素中で焼成することが緻密化に最もよい。
０〜１８００℃の低温で窒素圧力１〜５気圧で焼成した
後、１７００〜１８５０℃に高めるとともに５気圧以上
の高圧窒素中で焼成することが緻密化に最もよい。
【００３２】
【実施例】原料粉末として窒化珪素粉末（ＢＥＴ比表面
積９ｍ2／ｇ，α率９５％、酸素量１．０重量％）、Ｓ
ｉ粉末、Ｙまたは希土類酸化物粉末、Ｗの酸化物粉末、
Ｍｎおよび／またはＣｕの酸化物粉末、ＳｉＯ2粉末を
用いて表１，２に示す組成になるように調合、混合後、
１ｔ／ｃｍ2で金型成形した。
積９ｍ2／ｇ，α率９５％、酸素量１．０重量％）、Ｓ
ｉ粉末、Ｙまたは希土類酸化物粉末、Ｗの酸化物粉末、
Ｍｎおよび／またはＣｕの酸化物粉末、ＳｉＯ2粉末を
用いて表１，２に示す組成になるように調合、混合後、
１ｔ／ｃｍ2で金型成形した。
【００３３】得られた成形体を炭化珪素質のこう鉢に入
れて、カーボンヒータを用い、窒素中で焼成した。Ｓｉ
粉末を含まない場合、１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔ
ｍ）で５時間保持後、１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温
し、５時間保持後炉冷して焼結体を得た。また、Ｓｉ粉
末を含む場合、１２００℃で５時間保持して窒化を行
い、その後１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔｍ）で５時間
保持後１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温し、５時間保持
後炉冷して焼結体を得た。また、試料Ｎo.２３〜２５に
ついては最終焼成条件を表１，２の温度に設定する以外
は上記と同様な条件で焼成した。
れて、カーボンヒータを用い、窒素中で焼成した。Ｓｉ
粉末を含まない場合、１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔ
ｍ）で５時間保持後、１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温
し、５時間保持後炉冷して焼結体を得た。また、Ｓｉ粉
末を含む場合、１２００℃で５時間保持して窒化を行
い、その後１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔｍ）で５時間
保持後１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温し、５時間保持
後炉冷して焼結体を得た。また、試料Ｎo.２３〜２５に
ついては最終焼成条件を表１，２の温度に設定する以外
は上記と同様な条件で焼成した。
【００３４】得られた焼結体をＪＩＳＲ１６０１に示さ
れる形状まで加工した。得られた試料で、アルキメデス
法に基づく比重測定、ＪＩＳＲ１６０１に基づき室温お
よび１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施すると
共に、１０００℃、１０００時間の酸化試験後の酸化増
量を測定した。測定結果を表１，２に示した。
れる形状まで加工した。得られた試料で、アルキメデス
法に基づく比重測定、ＪＩＳＲ１６０１に基づき室温お
よび１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施すると
共に、１０００℃、１０００時間の酸化試験後の酸化増
量を測定した。測定結果を表１，２に示した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】表１、２の結果によると、Ｍｎおよび／ま
たはＣｕを添加していない試料Ｎo.２２、２９およびＹ
および／または希土類元素の添加量の少ない試料Ｎo.２
４では、緻密化が十分ではなく常温強度、１２００℃強
度ともに低い。また、Ｗを添加していない試料Ｎo.２
３、２８は、Ｍｎおよび／またはＣｕの効果で常温強度
は高いが、高温強度が大きく劣化している。また、Ｙお
よび／または希土類元素の添加量の多い試料Ｎo.２５で
は、高温強度および酸化特性が大きく劣化している。ま
た、Ｗ添加量の多い試料Ｎo.２６は、酸化特性が劣化し
ている。
たはＣｕを添加していない試料Ｎo.２２、２９およびＹ
および／または希土類元素の添加量の少ない試料Ｎo.２
４では、緻密化が十分ではなく常温強度、１２００℃強
度ともに低い。また、Ｗを添加していない試料Ｎo.２
３、２８は、Ｍｎおよび／またはＣｕの効果で常温強度
は高いが、高温強度が大きく劣化している。また、Ｙお
よび／または希土類元素の添加量の多い試料Ｎo.２５で
は、高温強度および酸化特性が大きく劣化している。ま
た、Ｗ添加量の多い試料Ｎo.２６は、酸化特性が劣化し
ている。
【００３８】これらの比較例に対して、本発明の試料は
いずれも常温強度１０５０ＭＰａ以上、１２００℃強度
９５０ＭＰａ以上、１０００℃、１０００時間の酸化試
験後の酸化増量０．１ｍｇ／ｃｍ2 以下と室温から高温
まで優れた強度を有し、さらに、優れた酸化特性を有し
ていた。
いずれも常温強度１０５０ＭＰａ以上、１２００℃強度
９５０ＭＰａ以上、１０００℃、１０００時間の酸化試
験後の酸化増量０．１ｍｇ／ｃｍ2 以下と室温から高温
まで優れた強度を有し、さらに、優れた酸化特性を有し
ていた。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
室温から１２００℃まで高い強度を有し、さらには、１
０００℃において優れた酸化特性を有する窒化珪素質焼
結体を提供できる。よって、かかる焼結体をピストンピ
ンやエンジンバルブなどのような室温から高温まで高強
度を必要とする自動車部品、ガスタービンエンジン用部
品に適用することにより、信頼性を高めることができ
る。
室温から１２００℃まで高い強度を有し、さらには、１
０００℃において優れた酸化特性を有する窒化珪素質焼
結体を提供できる。よって、かかる焼結体をピストンピ
ンやエンジンバルブなどのような室温から高温まで高強
度を必要とする自動車部品、ガスタービンエンジン用部
品に適用することにより、信頼性を高めることができ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 35/584 - 35/596
Claims (2)
- 【請求項１】Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、助剤成分として
Ｙ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化
物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗを酸化物換算で０．
１〜５重量％の割合で含有することを特徴とする窒化珪
素質焼結体。 - 【請求項２】Ｓｉ3Ｎ4を主成分とし、助剤成分として
Ｙ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化
物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗを酸化物換算で０．
１〜５重量％の割合で含有する成形体を、窒素を含有す
る非酸化性雰囲気中で１８５０℃以下で焼成することを
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 |
|---|---|---|---|
| JP31254295A JP3454994B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31254295A JP3454994B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09157028A JPH09157028A (ja) | 1997-06-17 |
| JP3454994B2 true JP3454994B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=18030481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31254295A Expired - Fee Related JP3454994B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3454994B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4651144B2 (ja) * | 2000-01-24 | 2011-03-16 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体 |
| JP4497787B2 (ja) * | 2002-04-04 | 2010-07-07 | 株式会社東芝 | 転動ボール |
| JP4562029B2 (ja) * | 2004-10-29 | 2010-10-13 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びその製造方法並びにグロープラグ |
| JP4628085B2 (ja) * | 2004-12-20 | 2011-02-09 | 京セラ株式会社 | 抄網支持部材とその製造方法およびこれを用いた抄紙機 |
| JP5295983B2 (ja) * | 2010-01-12 | 2013-09-18 | 株式会社東芝 | 窒化けい素製耐摩耗性部材の製造方法 |
-
1995
- 1995-11-30 JP JP31254295A patent/JP3454994B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09157028A (ja) | 1997-06-17 |
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