JP3762090B2

JP3762090B2 - 窒化珪素質焼結体およびそれを用いた切削工具

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Publication number: JP3762090B2
Application number: JP04397798A
Authority: JP
Inventors: 勝伺坂上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: JPH11236269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗部品、摺動部品、耐蝕性部品、耐熱用部品、もしくは装飾用部品などに適用され、とりわけ、切削工具に好適に使用される耐摩耗性に優れた窒化珪素質焼結体と、それを用いた切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミックスは、金属に比べ比重が小さいため、製品重量が軽く、金属より高い硬度を有し、耐摩耗性、耐酸化性、耐蝕性及び耐熱性に優れていることから、耐摩耗性を有する切削工具や、ベアリング用ボールなどの摺動用部品、バルブ、ヘッドライナー、発熱体、焼成管などの耐熱性部品、時計ケース、釣り具のリール用ガイドなどの装飾用部品などの幅広い分野に用いられている。
【０００３】
このような用途に用いられるセラミックス材料は、アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウム、グラファイトあるいは窒化珪素を主体とするセラミックスが最も使用されているが、金属より破壊靭性や強度が低いために、セラミックス複合材料の様々な検討が進められている。
【０００４】
その中でも、上記の主成分に対して、硬質粒子や、繊維状結晶粒子（ウイスカー、ファイバー）を分散させることにより、靱性あるいは強度を改善する試みが行われている。例えば、分散相としては、ジルコニア等の酸化物粒子の他に、カーボンファイバー、炭化珪素、炭化チタン、炭窒化チタン等の炭化物、炭窒化物などの粒子、あるいはそれらのウイスカー等が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、アルミナ−炭化珪素ウイスカー系複合材料は、アルミナセラミックスに比較して靭性や強度を大きく向上できるものの、アルミナ自体の強度、靱性および高温強度等の特性が低いために、その効果も限界があり、使用できる用途が限られている。
【０００６】
これに対して、窒化珪素質焼結体は、焼成の段階で結晶が針状に成長するために、この針状結晶がからみあった構造となることにより、セラミックスの中でも靭性や強度、耐熱衝撃性等に優れた材料であるが、実用的には不十分であることから、炭化珪素ウイスカーを分散させて靭性や強度をさらに向上させる試みがある。ところが、窒化珪素や炭化珪素は、いずれも金属との凝着、溶着性がアルミナより高く、また、硬度が低いため耐摩耗性が低いという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明者は、窒化珪素質焼結体の靭性や強度の向上に加え、耐摩耗性を向上させる上で、それ自体、硬度が高く、耐摩耗性に優れたＴｉＣやＴｉＮなどのチタン化合物ウイスカーを分散させる試みを行ったが、期待される効果が得られないものであった。それは、上記チタン化合物が、窒化珪素との濡れ性が悪いために、窒化珪素マトリックスとの密着性や親和性が低く、相互適合性が十分でない点であることがわかった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、窒化珪素をマトリックスとして、Ｔｉ化合物系強化相を分散せしめた複合材料において、前記強化相とマトリックスとの濡れ性を向上させて、強化相による特性向上効果を最大源に発揮し、高強度、高靱性および高硬度を有し耐摩耗性に優れた窒化珪素質焼結体を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、窒化珪素系マトリックス相とＴｉ化合物系強化相との濡れ性を向上させるための具体的な構成について種々検討した結果、Ｔｉ化合物系強化相中に特定の遷移金属を存在せしめ、この強化層を、Ｔｉ化合物の粒子あるいはウイスカーからなるコア部と、コア部の周囲に形成された遷移金属を含有するシェル部とを有する構成とすることにより、窒化珪素マトリックスとの濡れ性が改善されることを見いだし、本発明に至った。
【００１０】
即ち、本発明の窒化珪素質焼結体は、β−窒化珪素結晶からなる主相と、少なくとも周期律表第３ａ族元素を含有する粒界相とを具備するマトリックス相中に、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種のＴｉ化合物からなる粒子あるいはウイスカーと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎの群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を含有する強化相が１０〜４０体積％の割合で分散してなり、前記強化相が、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種のＴｉ化合物の粒子あるいはウイスカーからなるコア部と、該コア部の周囲に前記遷移金属を含有するシェル部とを有することを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記遷移金属が、前記Ｔｉ化合物以外の全成分を１００重量％として、金属に換算して０．０１〜８重量％の割合で含まれること、前記マトリックス相が、マトリックス全量中、窒化珪素を７０〜９５重量％、周期律表第３ａ族元素を酸化物換算で１〜１５重量％、アルミニウムを酸化物換算量で７重量％以下、不純物的酸素を酸化珪素換算量で１０重量％以下の割合で含むこと、焼結体の相対密度が９５％以上、気孔率が３％以下、平均ボイド径が５μｍ以下であること、該焼結体のラマン分光分析法により検出される窒化珪素の２０６ｃｍ^−１のピーク強度Ｘ_１と、Ｓｉの５２１ｃｍ^−１のピーク強度Ｘ_２との比（Ｘ_２／Ｘ_１）が０．２〜３であること等の種々の特徴を具備するものである。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の窒化珪素質焼結体を切削工具として用いることを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】
窒化珪素質焼結体の靭性、強度および硬度を向上させる場合、セラミックウイスカー等を強化相として分散させることが効果的であるが、その中でも、硬度が高く、耐摩耗性に優れたＴｉＣ等のＴｉ化合物を選択することにより機械的特性の向上が期待できる。しかも、窒化珪素に対して、Ｔｉ化合物を添加し焼成した焼結体では、強度、靭性はある程度の効果が見られたが、耐摩耗性については顕著な向上は見られず、むしろ耐摩耗性が劣化する傾向が見られた。
【００１４】
これは、Ｔｉ化合物が、窒化珪素との濡れ性、密着性や親和性が悪く、相互適合性が十分でないためであり、そのために、Ｔｉ化合物の形状や添加量などを細かく制御しなければならない。つまり、相互適合性が悪い物質を分散させると、添加量や形状によって、クラックのブリッジング効果により靭性や強度は向上するが、焼結性が劣化したり、分散強化物質と窒化珪素マトリックスとの濡れ性、密着性や親和性が悪いため相互の結合力が低下し、焼結体表面の分散強化相の脱落（脱粒）等が発生するために耐摩耗性は劣化したものと推察される。
【００１５】
これに対して、本発明によれば、Ｔｉ化合物からなる強化相中に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎの群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を含有せしめると、上記遷移金属が、いわゆるＴｉ化合物からなるコア部の周囲にシェル部を形成することにより、強化相の窒化珪素マトリックスへの濡れ性を改善して相互適合性を向上させる作用を成す結果、焼結体の靭性や強度とともに、耐摩耗性を著しく向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化珪素質焼結体は、図１の概略組織図に示すように、窒化珪素質マトリックス相１と、Ｔｉ化合物系強化相２とから構成される。窒化珪素質マトリックス相１は、β−窒化珪素結晶からなる主相と、少なくとも周期律表第３ａ族元素を含有する粒界相とを具備する。一方、Ｔｉ化合物系強化相２は、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種の粒子あるいはウイスカーを主体とするものである。
【００１７】
Ｔｉ化合物系強化相２中のＴｉ化合物としては、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種からなる粒子あるいはウイスカー（繊維状物質）からなり、例えば、ＴｉＣ，ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＯ、ＴｉＮＯ、ＴｉＣＮＯ等が挙げられる。これらの粒子及びウイスカーは、化学量論組成であっても、又は非化学量論組成からなっているものでもよい。
【００１８】
また、前記Ｔｉ化合物は、特にウイスカーであることが望ましく、その場合、ウイスカーは長繊維状のもの又は短繊維状のもの、もしくはこれらの混合物であってもよいが、平均粒径（短軸径）が０．１〜２μｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍで、平均アスペクト比が２〜５０、好ましくは４〜３０であるものが望ましい。これは、平均粒径が２μｍを越えると焼結性が妨げられ、マトリックスとウイスカーの結合力が低下し、焼結体の靱性、強度及び耐摩耗性が低下するからである。平均アスペクト比も同様の理由による。
【００１９】
又、粒子形状のＴｉ化合物を用いる場合には、平均粒径が０．２〜３μｍ、好ましくは０．４〜１．５μｍであることが望ましい。これは、粒子形状である場合、平均粒径が３μｍをこえるとマトリックスとの結合力が低下し、焼結体の靱性、強度及び耐摩耗性が低下するからである。
【００２０】
本発明によれば、Ｔｉ化合物系強化相２中に、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎの群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を含有することが重要である。これらの遷移金属の存在によって、Ｔｉ化合物系強化相２の窒化珪素質マトリックス相１との濡れ性を改善し、相互適合性を向上させることができるのである。
【００２１】
上記のようにＴｉ化合物系強化相２中に前記遷移金属が含まれる場合、組織上、図１に示すように、Ｔｉ化合物系強化相２は、概して、Ｔｉ化合物からなる中心部（コア部）２ａと、その周囲に前記遷移金属を含むシェル部２ｂが形成される。この遷移金属は、酸化物、窒化物、酸窒化物もしくは珪化物として存在することが望ましく、その場合、遷移金属は、コア部２ａ中にＴｉ化合物との固溶体を形成する。但し、遷移金属は、コア部２ａよりも、主としてシェル部２ｂに多く含まれる。
【００２２】
このように、遷移金属が、コア−シェル構造におけるシェル部２ｂに多く含まれることにより、強化相２と、窒化珪素マトリックス相１との濡れ性の向上に寄与できる。なお、上記シェル部２ｂは、必ずしも全周囲に形成されていなくても、コア部２ａの周囲の５０％以上に形成されていれば、その効果が発揮される。
【００２３】
このシェル部２ｂの厚みは、特に限定されるものではないが、好ましくは平均で０．１〜０．５μｍ程度が望ましい。
【００２４】
本発明においては、上記Ｔｉ化合物は、全量中に、１０〜４０体積％、特に１５〜３０体積％の割合で含有されていることが望ましい。上記含有量が１０体積％よりも少ないとＴｉ化合物による機械的特性の向上効果が期待できず、含有量が４０体積％を超えると焼結性やマトリックスとの結合力が低下し、強度や耐摩耗性が低下する場合がある。なお、前記Ｔｉ化合物系強化相２中に含有される前記遷移金属は、Ｔｉ化合物以外の全成分の合計量を１００重量％とした時に、０．０１〜８重量％の割合で含有され、特に強度や耐摩耗性の向上の点で０．１〜５重量％、また、０．５〜４重量％でさらに耐摩耗性を向上できる。
【００２５】
一方、窒化珪素質マトリックス相は、組成上、前記Ｔｉ化合物以外の全成分の合計量を１００重量％とした時、窒化珪素を７５〜９５重量％、好適には８０〜９０重量％含む。窒化珪素結晶相は、平均粒径（短軸径）が０．５〜２μｍ、平均アスペクト比が３以上の針状のβ−窒化珪素粒子からなり、それが互いに絡み合った構造となることで、焼結体の破壊靱性および強度の向上に寄与する。
【００２６】
さらに、上記窒化珪素質焼結体には、焼結助剤成分として、周期律表第３ａ族元素を含み、その含有量は酸化物換算で１〜１５重量％、好適には３〜１０重量％であることが望ましい。その他の焼結助剤としては、アルミニウムを酸化物換算量７重量％以下、好適には５重量％以下、さらに不純物的酸素を酸化珪素換算量で１０重量％以下、好適には８重量％以下の割合でそれぞれ含むことが望ましい。上記周期律表第３ａ族元素としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｍ等が挙げられ、これらの中でもＹ、Ｙｂ，Ｅｒが好適である。
【００２７】
ここで、上記不純物的酸素とは、焼結体中の全酸素量から焼結体中のＹまたは希土類元素（ＲＥ）およびＡｌに対して化学量論組成（ＲＥ₂Ｏ₃およびＡｌ₂Ｏ₃）で結合していると仮定される酸素量を差し引いた残りの酸素量であり、そのほとんどは窒化珪素粉末中の不可避的酸素または意図的に添加されたＳｉＯ₂成分より構成される。
【００２８】
前記周期律表第３ａ族元素、アルミニウム、不純物的酸素は、窒化珪素結晶相の粒界に、ガラス相を形成するか、または希土類元素−Ｓｉ₃Ｎ₄−ＳｉＯ₂系の結晶相として存在してもよい。なお、アルミニウムは、β−窒化珪素結晶相中に一部固溶していてもよい。
【００２９】
また、本発明の窒化珪素質焼結体は、優れた機械的特性を得る上で、相対密度が９５％以上、好適には９８％以上であり、気孔率を３％以下、好適には１．５％以下であることが、優れた耐摩耗性を達成する上で望ましい。
【００３０】
さらに、窒化珪素質焼結体内には、実質的にはボイドが存在しないことが望ましいが、不可避的にボイドが発生する場合、ボイドを均一に点在させることで、破壊源であるクラックが発生した場合において、クラックの進展により破損や欠損および割損が生じても、クラックの進展を防止することができる。このボイドの平均径は５μｍ以下であることが望ましい。これは、平均ボイド径が５μｍを越えると、微小な脱粒摩耗やチッピングを併発し、脱粒が増加し、摩耗が増加するためである。
【００３１】
このようなボイドを均一に点在させるには、窒化珪素原料を混合粉砕し、造粒なしに、成形、焼成したり、混合粉末を一旦造粒した後、この造粒した粉体を成形時に成形圧力を十分に上げて造粒粉体をつぶすことにより、均一に点在させることができる。なお、ボイド径分布は、用いる原料粉末と成形時の圧力、さらには焼成条件による緻密化の程度によって制御できる。
【００３２】
さらに、本発明によれば、かかる焼結体をラマン分光分析法によって分析した時に、微小のＳｉが検出されることが望ましい。このＳｉは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）においても観察することができないレベルのものであり、ラマン分光分析法によって検出されるものである。このＳｉがＳＥＭ観察では検出できないものの、おそらく窒化珪素質マトリックス中の窒化珪素結晶粒界中もしくは窒化珪素粒内に分散しているものと推察される。
【００３３】
このようなＳｉをマトリックス中に存在させることにより、強度および靱性を高めることができる。この理由は定かではないが、おそらく粒界に分散するＳｉがクラックの進展を妨げる作用をなしているためと推察される。
【００３４】
しかし、ここで粒界に存在するＳｉ粒子は、ごく微量であることが必要であり、例えば、Ｘ線回折測定法によって検出されるレベルで存在すると、それが破壊源となり、焼結体の強度を劣化させてしまう。これに対して、本発明の焼結体は、ごく微量のＳｉまで検出可能なラマン分光分析法に従い、特定のレベルで存在することが必要である。それは、具体的にはβ−窒化珪素の２０６ｃｍ^-1付近に存在するピークの強度をＸ₁、Ｓｉの５２１ｃｍ^-1付近のピークの強度をＸ₂としたとき、Ｘ₂／Ｘ₁で表されるピーク比が０．２〜３、好ましくは０．５〜２であることが望ましい。このピーク比が０．２よりも低いと強度、靱性の向上効果が低く、所望の特性が得られず、３を越えると、析出したＳｉ自体が破壊源となり強度を劣化させてしまうためである。
【００３５】
次に、本発明の窒化珪素質焼結体を製造する方法について説明すると、窒化珪素原料として、窒化珪素粉末、特にα化率が９０％以上の粉末を用いるか、あるいは窒化珪素原料の０〜８０重量％相当量を珪素粉末に置き換え、珪素粉末を低温で窒化するとα−Ｓｉ₃Ｎ₄が生成されやすくなり、窒化後の成形体のα−Ｓｉ₃Ｎ₄の含有量を高めることができる。このようなα−Ｓｉ₃Ｎ₄の含有量の大きい成形体を焼成すると、針状のβ−窒化珪素結晶相の生成を増加させることができ、焼結体の強度および靱性を高くさせることができる。また、窒化珪素粉末の平均粒径は、０．４〜１．２μｍ、不純物酸素量は０．５〜１．５重量％が適当である。
【００３６】
次に、このような窒化珪素粉末に対して、周期律表第３ａ族元素酸化物、場合によっては、Ａｌ₂Ｏ₃粉末、さらにはＳｉＯ₂粉末を、焼成前の成形体組成が、希土類元素の酸化物換算量が１〜１５重量％、特に３〜１０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を７重量％以下、特に５重量％以下、さらには、成形体中の全酸素量から周期律表第３ａ族元素酸化物粉末、Ａｌ₂Ｏ₃粉末中の酸素分を差し引いた残りの酸素量が、ＳｉＯ₂換算で１０重量％以下、特に８重量％以下となるように添加する。
【００３７】
また、上記の成分の他に、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、ＣｕおよびＦｅのうちの少なくとも１種の遷移金属の酸化物、窒化物、酸窒化物もしくは珪化物粉末を金属に換算して０．０１〜８重量％の割合で添加し、さらに、上記の成分に対して、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種の粒子あるいはウイスカーを１０〜４０体積％の割合で添加混合する。
【００３８】
得られた混合粉末をメッシュパス造粒、スプレー造粒、乾式造粒等により３０〜３００μｍの大きさの造粒体を形成した後に、公知の成形法、たとえばプレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成形、冷間静水圧成形などにより所望の形状に成形する。
【００３９】
つぎに、この成形体を１６５０〜１８５０℃、特に１７００〜１８００℃の窒素雰囲気中、特にＳｉＯ含有雰囲気中で公知の焼成方法により、焼結体密度が理論密度の９５％以上となる条件で焼成緻密化する。焼成方法としては、常圧焼成、窒素ガス加圧焼成、熱間静水圧焼成法など周知の焼成方法が採用される。ＳｉＯの雰囲気は、ＳｉＯ₂＋Ｓｉ、もしくはＳｉＯ₂＋Ｓｉ₃Ｎ₄の混合粉末を成形体が収納される焼成鉢内に一緒に入れて焼成することにより形成することができる。
【００４０】
なお、焼結体中のマトリックス中にＳｉを残存させるためには、焼成温度を、窒化珪素が常圧にて珪素と窒素ガスに分解する平衡温度から約３０℃低い温度範囲内で焼成して、ごく微量のＳｉ₃Ｎ₄を分解させ、分解によって生成されたＳｉがマトリックス中の窒化珪素結晶粒子の粒界中に存在することになる。なお、Ｓｉ量は、上記温度範囲での保持時間などにより任意に制御することが可能である。
【００４１】
また、上記のようにして焼成した焼結体をさらに熱間静水圧焼成によって、１６００〜１８００℃の温度で窒素ガス、またはアルゴンガス中で１０００〜２０００ａｔｍの圧力下で焼成して、さらに緻密化を図ることもできる。
【００４２】
【実施例】
平均粒径が１μｍ、α化率９８％、酸素含有量が１．２重量％の窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）粉末、平均粒径が０．７μｍの珪素粉末、平均粒径が１μｍ以下の各種の周期律表第３ａ族元素酸化物（ＲＥ₂Ｏ₃）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）および酸化珪素（ＳｉＯ₂）の粉末、さらには、遷移金属化合物と、Ｔｉ化合物を、成形体組成が表１，２の比率になるように混合した。なお、Ｔｉ化合物としては、平均粒径が０．５〜１μｍの粒子状、平均粒径（短軸径）が０．８μｍ、平均アスペクト比が１０〜２０のＴｉ化合物ウイスカーを用いた。
【００４３】
得られた混合物をスプレードライによって粒径が４０〜２００μｍの造粒体を作製した。その後、０．３〜３ｔ／ｃｍ²の圧力でもってラバープレス（アイソスタテイックプレス）成形をおこなった。
【００４４】
そして、成形体中にＳｉ粉末を含まない場合には、窒素圧９気圧の窒素中、表１の焼成温度で５時間焼成し、その後に炉冷して焼結体を得た。また、Ｓｉ粉末を含む場合には、１１５０℃で５時間加熱して窒化させ、その後に表１の焼成温度で５時間焼成し、続けて炉冷して焼結体を得た。なお、ボイドの大きさは成形時の圧力によって制御した。
【００４５】
なお、焼成は、各成形体を成形体重量の５％のＳｉＯ₂＋Ｓｉ（重量比で１：１）混合粉末を配置し、炭化珪素質の匣鉢に入れて焼成した。なお、試料Ｎo.２２については、ＳｉＯ₂＋Ｓｉ混合粉末を配置せずに焼成した。
【００４６】
かくして得られた各焼結体に対して、相対密度、気孔率、強度、靭性、硬度および平均ボイド径を以下の方法で測定し、その結果を表４に示した。相対密度および気孔率は、ＪＩＳＲ１６０１にて規定された条件の形状にまで加工し、アルキメデス法に基づく比重測定から求めた。強度は、ＪＩＳＲ１６０１に基づき室温の４点曲げ抗折強度試験をおこなって求めた。靭性は鏡面仕上げをおこなった試料に対して、ＪＩＳ−Ｒ１６０７に基づく室温での破壊靱性を測定した。硬度は、ビッカース硬度（荷重１ｋｇ）により測定した。さらに平均ボイド径は、ＳＥＭや実体顕微鏡を用いてを調べた。
【００４７】
さらに、ラマン分光分析法により窒化珪素の２０６ｃｍ^-1のピーク強度Ｘ₁と、Ｓｉの５２１ｃｍ^-1のピーク強度Ｘ₂とのＸ₂／Ｘ₁比を求めた。なお、試料Ｎo.３についてそのラマン分光分析チャートを図２に示した。
【００４８】
また、各組成の焼結体を用いて下記表３の条件で切削テストを行い、テスト後の摩耗量を測定した。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
【表３】

【００５２】
【表４】

【００５３】
表１および表４の結果から明らかな通り、遷移金属を全く添加しない試料Ｎo.７，２５では、摩耗量が３ｍｍ以上と大きく、耐摩耗特性が低いものであったが、本発明に従い、所定量の遷移金属を添加せしめた本発明試料は、いずれも強度８００ＭＰａ以上、靭性７．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上、硬度１５．０ＧＰａ以上の機械的特性を有し、摩耗特性においても、切削テスト１で１．０ｍｍ以下、切削テスト２では０．５ｍｍ以下の優れた耐摩耗性を有するものであった。
【００５４】
表１の結果によると、Ｔｉ化合物の量が本発明範囲より少ない試料Ｎo.１、２３では、耐摩耗性の効果が十分でなく、本発明範囲より多い試料Ｎo.６、２４では、焼結性が低下するとともに、耐摩耗性は大幅に劣化した。
【００５５】
本発明品の中で、ラマン分光分析による強度比が０．２〜３の試料は、この範囲から逸脱する試料Ｎo.２０、２１、２２よりも優れた特性を示し、いずれも室温強度９００ＭＰａ以上、靱性が８．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上で切削テスト１で０．４ｍｍ以下、切削テスト２で０．３ｍｍ以下の優れた特性であった。
【００５６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の窒化珪素質焼結体によれば、窒化珪素マトリックス相とのＴｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種のＴｉ化合物からなる粒子、あるいはそのウイスカーとの濡れ性を改善し、強度、靱性および耐摩耗性に優れ、切削工具等に好適な焼結体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化珪素質焼結体の概略組織図を示す。
【図２】本発明の窒化珪素質焼結体（試料Ｎo.３）のラマン分光分析チャートの一例を示す。
【符号の説明】
１マトリックス相
２強化相
３コア部
４シェル部

Claims

β−窒化珪素結晶からなる主相と、少なくとも周期律表第３ａ族元素を含有する粒界相とを具備するマトリックス相中に、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種のＴｉ化合物からなる粒子あるいはそのウイスカーと、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｏ、ＷおよびＭｎの群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を含有する強化相を１０〜４０体積％の割合で分散してなり、
前記強化相が、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種のＴｉ化合物の粒子あるいはウイスカーからなるコア部と、該コア部の周囲に前記遷移金属を含有するシェル部とを有することを特徴とする窒化珪素質焼結体。
前記遷移金属が、前記Ｔｉ化合物以外の全成分を１００重量％として、金属に換算して、０．０１〜８重量％の割合で含まれることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素質焼結体。
ラマン分光分析法により検出される窒化珪素の２０６ｃｍ^−１のピーク強度Ｘ_１と、Ｓｉの５２１ｃｍ^−１のピーク強度Ｘ_２との比（Ｘ_２／Ｘ_１）が０．２〜３である請求項１記載の窒化珪素質焼結体。
前記マトリックス相が、Ｔｉ化合物以外の全成分を１００重量％として、窒化珪素を７０〜９５重量％、周期律表第３ａ族元素を酸化物換算で１〜１５重量％、アルミニウムを酸化物換算量で７重量％以下、不純物的酸素を酸化珪素換算量で１０重量％以下の割合で含む請求項１記載の窒化珪素質焼結体。
相対密度９５％以上、気孔率３％以下、平均ボイド径が５μｍ以下であ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１乃至請求項５のうちのいずれかに記載の窒化珪素質焼結体からなる切削工具。