JP5111009B2 - Manufacturing method of valve made of silicon nitride ceramic - Google Patents
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Description
本発明は、主に自動車や発電機等の内燃機関に用いられる窒化珪素質セラミック製バルブの製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a silicon nitride ceramic valve used mainly in internal combustion engines such as automobiles and generators.
従来、内燃機関に用いられる吸排気用バルブ(以下、単にバルブと言う。)としては、図3に示すように、傘部32と、この傘部32の中央に一体的に形成された柱状のステム部33とから構成されたものがあった。なお、傘部32の外周に形成されたテーパ面34はフェース部と呼ばれ、内燃機関の吸排気口のバルブシートと当接する部位である。
Conventionally, as an intake / exhaust valve (hereinafter simply referred to as a valve) used in an internal combustion engine, as shown in FIG. 3, an
そして、これまでバルブ31は金属製のものが一般的で、例えばSUH−3やSUH−11等の鋼材やインコネル等の耐熱合金が使用されていた。
Until now, the
しかしながら、内燃機関の高出力化、高回転化が求められるようになり、これに伴ってバルブ31も機械的及び熱的に過酷な環境でも耐えるもので、さらに軽量であるものが望まれるようになってきた。
However, higher output and higher rotation of the internal combustion engine are required, and accordingly, the
そこで、このようなバルブ31を、耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性及び耐酸化性に優れ、かつ高い抗折強度を有する窒化珪素質セラミックスにより形成することが提案されている。
Therefore, it has been proposed that such a
このようなバルブ31を形成する窒化珪素質セラミックスとしては、窒化珪素を主成分とし、焼結助剤としてY2O3などの希土類元素酸化物と酸化アルミニウムを含有させたものが一般的に用いられていた(特許文献1、特許文献2参照)。
As silicon nitride ceramics for forming such a
ところで、窒化珪素質セラミック製バルブを製造する場合、成形体の密度の不均一、焼成炉内の温度ばらつき、さらに焼成中における加熱の不均一等があると、バルブ31のステム部33が変形(主に曲がる)するといった課題があり、ステム部33の同軸度で見て0.5mm以上、酷いときには1mm以上も変形することがあった。
By the way, when manufacturing a silicon nitride ceramic valve, if the density of the molded body is uneven, the temperature in the firing furnace varies, and the heating is uneven during firing, the
このようなステム部33の変形を少しでも抑えるため、特許文献3では、図4に示すように、成形体41のステム部43の端部に錘45を付けて筒状治具46内に挿入し、成形体41の傘部42を上記筒状治具46の開口部に引っかけて保持するとともに、錘45の引張応力によってステム部43を直下させた状態で焼成するようにすることが提案されている。
In order to suppress such deformation of the
ところが、特許文献3に開示されている方法にて、窒化珪素質セラミック製バルブ31を製作すると、ステム部33の変形を抑えることができるものの、錘45の引張応力によってステム部33の密度が低下し、機械的強度が低下するといった課題があった。
However, when the silicon nitride
しかも、この方法では、成形体41のステム部43の端部に錘45を形成しておき、焼成後に除去しなければならないため、材料の無駄や作業工程が増え、生産性が悪いといった不都合もあった。
従って本発明の目的は、焼き上がり寸法精度が高く、焼き放し面での高い抗折強度を有する窒化珪素質セラミック製バルブの製造方法を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a silicon nitride ceramic valve having high baked dimensional accuracy and high bending strength on the burned-out surface.
そこで、本発明は上記課題に鑑み、窒化珪素を80〜92.5重量%、希土類元素酸化物を2〜10重量%、酸化アルミニウムを2〜5重量%、過剰酸素を酸化珪素換算量で0.5〜5重量%、かつ前記希土類元素酸化物量に対する前記酸化アルミニウム量の比及び前記希土類元素酸化物量に対する前記過剰酸素の酸化珪素換算量の比が0.5〜0.8となるように調合した原料粉末を用いて形成された柱状のステム部の一端に傘部が一体的に形成された成形体の前記ステム部を、内径が前記ステム部の外径より0.5〜3mm広い窒化珪素質セラミック製の円筒治具内に挿入して該円筒治具に前記成形体の前記傘部を開口端部に引っかけて保持させて、前記成形体を窒素雰囲気下またはSiOを含む窒素雰囲気下にて1700〜1800℃の温度で焼成することを特徴とする。
Therefore, in view of the above problems, the present invention provides 80 to 92.5% by weight of silicon nitride, 2 to 10% by weight of rare earth element oxide, 2 to 5% by weight of aluminum oxide, and 0% of excess oxygen in terms of silicon oxide. 0.5 to 5 wt%, and the ratio of the aluminum oxide amount to the rare earth element oxide amount and the ratio of the excess oxygen to silicon oxide equivalent amount to the rare earth oxide amount are adjusted to 0.5 to 0.8 raw material powder umbrella portion at one end of the scan Temu of the columnar formed using the said stem portion of the molded body formed integrally with an inner diameter of 0.5~3mm wider nitride than an outer diameter of the stem portion It is inserted into a cylindrical jig made of silicon ceramic and the umbrella part of the molded body is hooked and held at the opening end by the cylindrical jig, and the molded body is placed under a nitrogen atmosphere or a nitrogen atmosphere containing SiO. 1700-1800 ° C It characterized that you fired at temperature.
また、窒化珪素質セラミック製バルブの製造方法は、珪素を10〜70重量%、該珪素と窒化珪素との合計を80〜92.5重量%、希土類元素酸化物を2〜10重量%、酸化アルミニウムを2〜5重量%、過剰酸素を酸化珪素換算量で0.5〜5重量%、かつ前記希土類元素酸化物量に対する前記酸化アルミニウム量の比及び前記希土類元素酸化物量に対する前記過剰酸素の酸化珪素換算量の比が0.5〜0.8となるように調合した原料粉末を用いて形成された柱状のステム部の一端に傘部が一体的に形成された成形体を窒素雰囲気下にて1000〜1400℃で熱処理して窒化珪素を生成させた後、内径が前記ステム部の外径より0.5〜3mm広い窒化珪素質セラミック製の円筒治具内に前記ステム部を挿入して該円筒治具に前記成形体の前記傘部を開口端部に引っかけて保持させて、前記成形体を窒素雰囲気下またはSiOを含む窒素雰囲気下にて1700〜1800℃の温度で焼成することを特徴とする。
A method of manufacturing nitrided silicon ceramic made valves, silicon 10 to 70 wt%, the sum of the該珪element and the silicon nitride 80 to 92.5 wt%, 2-10 wt% of rare earth element oxides, Aluminum oxide is 2 to 5% by weight, excess oxygen is 0.5 to 5% by weight in terms of silicon oxide, and the ratio of the amount of aluminum oxide to the amount of rare earth element oxide and the oxidation of excess oxygen to the amount of rare earth element oxide A molded body in which an umbrella part is integrally formed at one end of a columnar stem part formed using raw material powder prepared so that the ratio of silicon equivalent amount is 0.5 to 0.8 is placed under a nitrogen atmosphere. After heat treatment at 1000 to 1400 ° C. to generate silicon nitride, the stem portion is inserted into a silicon nitride ceramic cylindrical jig whose inner diameter is 0.5 to 3 mm wider than the outer diameter of the stem portion. The cylindrical jig has the above-mentioned composition. The umbrella portion of the body is held by hooking the opening end, the molded body, characterized that you fired at a temperature of 1700 to 1800 ° C. under a nitrogen atmosphere containing nitrogen atmosphere or SiO.
以上のように、本発明の窒化珪素質セラミックス製バルブの製造方法によれば、窒化珪素を80〜92.5重量%、希土類元素酸化物を2〜10重量%、酸化アルミニウムを2〜5重量%、過剰酸素を酸化珪素換算量で0.5〜5重量%、かつ前記希土類元素酸化物量に対する前記酸化アルミニウム量の比及び前記希土類元素酸化物量に対する前記過剰酸素の酸化珪素換算量の比が0.5〜0.8となるように調合した原料粉末を用いて形成された柱状のステム部の一端に傘部が一体的に形成された成形体の前記ステム部を、内径が前記ステム部の外径より0.5〜3mm広い窒化珪素質セラミック製の円筒治具内に挿入して該円筒治具に前記成形体の前記傘部を開口端部に引っかけて保持させて、前記成形体を窒素雰囲気下またはSiOを含む窒素雰囲気下にて1700〜1800℃の温度で焼成することにより、前記ステム部の同軸度を0.15mm/100mm以下とすることができ、焼結後の研削加工を少なくでき、作業工程を減らすこともできるため、安価で精度の高いバルブとすることができるとともに、焼き放し面のままでもステム部の抗折強度が770MPa以上を有する破損し難いバルブを提供することができる。
As described above, according to the method for manufacturing a silicon nitride ceramic valve of the present invention, silicon nitride is 80 to 92.5% by weight, rare earth element oxide is 2 to 10% by weight, and aluminum oxide is 2 to 5% by weight. %, Excess oxygen is 0.5 to 5% by weight in terms of silicon oxide, and the ratio of the amount of aluminum oxide to the amount of rare earth element oxide and the ratio of the amount of excess oxygen to silicon oxide in terms of the amount of rare earth element oxide are 0 the stem portion of the valve head at one end of the columnar scan Temu portion formed by using the raw material powder which is prepared to have a .5~0.8 is formed integrally with the molded body, an inner diameter of said stem portion The molded body is inserted into a cylindrical jig made of silicon nitride ceramic that is 0.5 to 3 mm wider than the outer diameter of the outer diameter of the molded body, and the umbrella portion of the molded body is hooked and held on the open end by the cylindrical jig. under a nitrogen atmosphere or a SiO Ri O under nitrogen free atmosphere and baked at a temperature of 1700 to 1800 ° C., the coaxiality of the stem portion can be 0.15 mm / 100 mm or less, you can reduce the grinding after sintering, work Since the number of steps can be reduced, it is possible to provide an inexpensive and highly accurate valve, and it is possible to provide a non-breakable valve having a bending strength of the stem portion of 770 MPa or more even with the burned surface.
以下、本発明について詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明の製造方法によって得られる窒化珪素質セラミック製バルブ(以下、バルブと言う)は、図1に示すように、傘部12と、この傘部12の中央に一体的に形成された柱状のステム部13とからなり、ステム部13の同軸度が0.15mm/100mm以下と反りや曲がりが殆どないことを特徴とし、ステム部13の表面の30%以上が焼き放し面のままでも0.15mm/100mm以下の同軸度が得られていることを特徴とする。
As shown in FIG. 1, a silicon nitride ceramic valve (hereinafter referred to as a valve) obtained by the manufacturing method of the present invention has an
その為、本発明の窒化珪素質セラミック製バルブの製造方法によれば、ステム部13に反りや曲がりが殆どないため、焼結後の研削加工を少なくでき、用途によっては焼結後の研削加工が不要となるため、安価に製造することができる。
Therefore, according to the method for manufacturing a silicon nitride ceramic valve of the present invention, since the
ところで、このような優れた同軸度を達成するには、焼結時における窒化珪素質セラミックスの変形が少ないことが必要であり、そのための組成としては、窒化珪素を80〜92.5重量%に対し、Y,Er,Yb,Lu,Sm,Dy等の希土類元素を酸化物換算で2〜10重量%、好ましくは5〜9重量%と、アルミニウムを酸化アルミニウム換算で2
〜5重量%、好ましくは3〜4重量%の範囲で含有するとともに、過剰酸素を酸化珪素換算で0.5〜5重量%、好ましくは2〜4重量%の範囲で含み、さらに前記希土類元素の酸化物換算量に対するアルミニウムの酸化アルミニウム換算量の比が0.5〜0.8で、かつ前記希土類元素の酸化物換算量に対する過剰酸素の酸化珪素換算量の比が0.5〜0.8であることが重要である。ここで、窒化珪素、希土類元素、アルミニウム、過剰酸素の含有量及び比率が前記範囲を外れると、焼結性及び焼結時の変形を抑制する効果が小さく、ステム部13の同軸度を0.15mm/100mm以下とすることが難しいからである。
By the way, in order to achieve such excellent coaxiality, it is necessary that the deformation of the silicon nitride ceramics is small during the sintering, and as a composition for that purpose, silicon nitride is 80 to 92.5% by weight. On the other hand, rare earth elements such as Y, Er, Yb, Lu, Sm, and Dy are 2 to 10% by weight in terms of oxide, preferably 5 to 9% by weight, and aluminum is 2 in terms of aluminum oxide.
Containing 5 to 5% by weight, preferably 3 to 4% by weight, and containing excess oxygen in terms of silicon oxide in the range of 0.5 to 5% by weight, preferably 2 to 4% by weight, and the rare earth element The ratio of the aluminum oxide equivalent of aluminum to the oxide equivalent of 0.5 to 0.8, and the ratio of excess oxygen to silicon oxide equivalent of the rare earth oxide equivalent to 0.5 to 0.8. It is important that it is 8. Here, if the content and ratio of silicon nitride, rare earth element, aluminum, and excess oxygen are out of the above ranges, the sinterability and the effect of suppressing deformation during sintering are small, and the concentricity of the
しかも、焼結助剤の各成分が前記範囲より少ないと、焼成時において液相成分が不足し、緻密化するために高温での焼成が必要となり、その結果、窒化珪素粒子の粒成長が生じて抗折強度が低下し、また、各成分が前記範囲より多いと、焼成時において液相成分が多くなり過ぎるため、窒化珪素粒子の粒成長が進行し、表層において、短軸長または長軸長の大きい結晶粒子が形成されやすくなる結果、それらの粗大粒が破壊源となり、抗折強度が低下する。 Moreover, if each component of the sintering aid is less than the above range, the liquid phase component is insufficient at the time of firing, and firing at a high temperature is necessary for densification, and as a result, grain growth of silicon nitride particles occurs. When the bending strength is reduced and the amount of each component is larger than the above range, the liquid phase component becomes excessive during firing, so that the grain growth of the silicon nitride particles proceeds, and in the surface layer, the minor axis length or the major axis is increased. As a result of the easy formation of large crystal grains, the coarse grains serve as a fracture source and the bending strength is lowered.
かくして、窒化珪素、希土類元素、アルミニウム、過剰酸素の含有量及び比率を前記範囲で含有することで、ステム部13は、その表面が焼き放し面でも770MPa以上の抗折強度を実現することができ、特に、ステム部の表面の30%以上が焼き放し面のままで、そのステム部の抗折強度が810MPa以上であることが望ましい。
Thus, by containing the content and ratio of silicon nitride, rare earth element, aluminum, and excess oxygen within the above ranges, the
なお、770MPa以上の抗折強度を維持する観点から、焼結体中における窒化珪素粒子の平均結晶粒子径は50μm以下、好ましくは30μm以下の範囲にあるものが良い。 In addition, from the viewpoint of maintaining a bending strength of 770 MPa or more, the average crystal particle diameter of the silicon nitride particles in the sintered body is 50 μm or less, preferably 30 μm or less.
さらに、窒化珪素質セラミックス中には、他の成分として周期律表第4a、5a、6a族元素の金属や、TiC,TiN,TaC,TaN,VC,NbC,WC,WSi2,Mo2など周期律表第4a、5a、6a族元素の炭化物、窒化物、珪化物の少なくとも1種以上、又はSiCなどを分散粒子やウィスカ−の状態で含有させることで特性を改善することも可能である。ただし、これらの合計含有量は5重量%以下とすることが好ましい。 Further, in the silicon nitride ceramics, other components such as metals of Group 4a, 5a, 6a of the periodic table, TiC, TiN, TaC, TaN, VC, NbC, WC, WSi 2 , Mo 2, etc. It is also possible to improve the characteristics by containing at least one kind of carbides, nitrides and silicides of Group 4a, 5a, and 6a elements in the table, or SiC in a dispersed particle or whisker state. However, the total content of these is preferably 5% by weight or less.
次に、本発明の窒化珪素質セラミック製バルブの製造方法について説明する。
Next, a description will be given manufacturing how the silicon nitride ceramic valve of the present invention.
まず、窒化珪素粉末を準備する。窒化珪素粉末としては、α−Si3N4、β−Si3N4のいずれの状態であっても良く、その粒径が0.4〜1.2μmでかつ酸素を0.5〜1.5重量%の範囲で含有しているものを用いることが良い。 First, silicon nitride powder is prepared. The silicon nitride powder may be in any state of α-Si 3 N 4 and β-Si 3 N 4 , the particle diameter is 0.4 to 1.2 μm, and oxygen is 0.5 to 1.. What is contained in the range of 5% by weight is preferably used.
そして、この窒化珪素粉末を80〜92.5重量%に対し、焼結助剤として希土類元素酸化物を2〜10重量%、好ましくは5〜9重量%と、酸化アルミニウムを2〜5重量%、好ましくは3〜4重量%の範囲でそれぞれ添加するとともに、酸化珪素を0.5〜5重量%、好ましくは2〜4重量%の範囲で添加し、さらに前記希土類元素酸化物の添加量に対する酸化アルミニウムの添加量の比が0.5〜0.8で、かつ前記希土類元素酸化物の添加量に対する酸化珪素量の比が0.5〜0.8となるように調合する。ただし、酸化珪素量とは、添加する酸化珪素粉末の添加量に、窒化珪素粉末中に不純物として含まれている過剰酸素を酸化珪素換算した量を加えた値で判断する。 The silicon nitride powder is 80 to 92.5% by weight, the rare earth element oxide as a sintering aid is 2 to 10% by weight, preferably 5 to 9% by weight, and the aluminum oxide is 2 to 5% by weight. The silicon oxide is preferably added in the range of 3 to 4% by weight, and the silicon oxide is added in the range of 0.5 to 5% by weight, preferably 2 to 4% by weight. Preparation is performed such that the ratio of the amount of aluminum oxide added is 0.5 to 0.8 and the ratio of the amount of silicon oxide to the amount of rare earth element oxide is 0.5 to 0.8. However, the amount of silicon oxide is determined by a value obtained by adding the amount of silicon oxide powder added to the amount of silicon oxide powder added to the excess oxygen contained as impurities in the silicon nitride powder.
これらの範囲で調合した原料粉末に対して、エタノールやイソプロピルアルコール等の有機溶剤及びバインダーを加えたあと、公知の粉砕方法、例えばボールミル、振動ミル、回転ミル、バレルミル等により原料粉末を均一に混合粉砕したものを、プレス成形、鋳込み成形、射出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知のセラミック成形手段にて、図2に示すような、柱状のステム部23の一端に傘部22が一体的に形成された成形体21を製作する。
After adding an organic solvent such as ethanol and isopropyl alcohol and a binder to the raw material powder prepared in these ranges, the raw material powder is uniformly mixed by a known pulverization method such as a ball mill, vibration mill, rotary mill, barrel mill, etc. An
次に、得られた成形体21のステム部23の外径Wより0.5〜3mmの範囲で広い内径Qを有する窒化珪素質セラミック製の円筒治具1内にステム部23を挿入し、成形体21の傘部22を円筒治具1の開口端部に引っかけて保持する。ここで、円筒治具1を窒化珪素質セラミックスにより形成するのは、治具を同質の窒化珪素で形成することにより、変形の大きな要因である成形体21からの助剤成分の分解を抑制できるからである。
Next, the
また、円筒治具1の内径Qとステム部23の外径Wとの内外径差を0.5〜3mmとしたのは、内外径差が0.5mmより小さいと、成形体21のステム部23を円筒治具1内に挿入する際に破損させる可能性があり、逆に内外径差が3mmを越えた場合、焼結時にステム部23が変形すると焼結後の同軸度を0.15mm/100mm以下に抑えることが難しいからである。なお、内外径差の小さい円筒治具1を用いることにより、セット時における重心のずれが小さくなるため、さらに変形を抑制できる。
Moreover, the reason why the inner / outer diameter difference between the inner diameter Q of the cylindrical jig 1 and the outer diameter W of the
しかるのち、円筒治具1を用いて保持した成形体21を焼成するのであるが、窒素雰囲気下あるいはSiOを含む雰囲気下にて1700〜1800℃、好ましくは1750〜1800℃の温度で常圧焼成すれば良い。焼成温度が1700℃未満であると、焼結性が不十分であり緻密化させることができないからであり、逆に1800℃を越えると、窒化珪素質セラミック製の円筒治具1を用いても、成形体21中における助剤成分の分解が促進させ、ステム部13の変形を抑えることが難しいからである。
After that, the molded
このような条件下で製造すれば、窒化珪素を80〜92.5重量%に対し、Y,Er,Yb,Lu,Sm,Dy等の希土類元素を酸化物換算で2〜10重量%、アルミニウムを酸化アルミニウム換算で2〜5重量%、過剰酸素を酸化珪素換算で0.5〜5重量%の範
囲で含有し、さらに前記希土類元素の酸化物換算量に対するアルミニウムの酸化アルミニウム換算量の比が0.5〜0.8で、かつ前記希土類元素の酸化物換算量に対する過剰酸素の酸化珪素換算量の比が0.5〜0.8である窒化珪素質セラミックスからなり、焼き放し面のままでもステム部13の同軸度が0.15mm/100mm以下である窒化珪素質セラミック製バルブ11を得ることができる。
If manufactured under such conditions, silicon nitride is 80 to 92.5% by weight, rare earth elements such as Y, Er, Yb, Lu, Sm, and Dy are 2 to 10% by weight in terms of oxides, aluminum In the range of 2 to 5% by weight in terms of aluminum oxide, excess oxygen in the range of 0.5 to 5% by weight in terms of silicon oxide, and the ratio of the aluminum oxide equivalent of aluminum to the oxide equivalent of the rare earth element is It is made of silicon nitride ceramics having a ratio of the amount of silicon oxide equivalent of excess oxygen to the amount of oxide equivalent of the rare earth element of 0.5 to 0.8, and is left to be an unfired surface However, the silicon nitride ceramic valve 11 in which the coaxial degree of the
なお、本発明によれば、出発原料である窒化珪素粉末のうち、10〜70重量%を珪素粉末に置き換えることもでき、この場合、成形体21を焼成する前に、窒素雰囲気下にて1000〜1400℃の温度で熱処理を施してSi粉末を窒化処理して窒化珪素を生成させ、成形体21の密度を高めたうえで、前記焼成条件で焼成すれば良い。この製法によれば、焼成時の収縮を抑え、緻密で寸法精度の高い窒化珪素質セラミック製バルブ11を得ることができる。
According to the present invention, 10 to 70% by weight of the silicon nitride powder as a starting material can be replaced with silicon powder. In this case, before firing the compact 21, 1000% in a nitrogen atmosphere. A heat treatment is performed at a temperature of ˜1400 ° C. to nitride the Si powder to produce silicon nitride, and the density of the molded
(実施例1)窒化珪素粉末(BET比表面積9m2/g、α率98%、酸素量1.2重量%)に対し、焼結助剤として希土類元素酸化物の粉末(平均粒径1.5μm)と酸化アルミニウムの粉末(純度99.9%、平均粒径2μm)、さらに酸化珪素の粉末(純度99.9%、平均粒径2μm)を、焼成後の組成が表1となるように調合し、バインダー及び溶媒を添加して混練乾燥したあと、冷間静水圧成形法により、傘部22とステム部23とからなり、ステム部23の外径が10mm、長さが100mmである図1に示すような成形体21を形成した。
(Example 1) Rare earth element oxide powder (average particle diameter of 1.mm) as a sintering aid for silicon nitride powder (BET specific surface area 9m 2 / g, α rate 98%, oxygen content 1.2% by weight). 5 μm), aluminum oxide powder (purity 99.9%, average particle size 2 μm), and silicon oxide powder (purity 99.9%, average particle size 2 μm) so that the composition after firing is as shown in Table 1. The figure which consists of the
次に、窒化珪素質セラミック製の円筒治具1を用意し、この円筒治具1内に成形体21のステム部23を挿入し、円筒治具1の開口端部に傘部22を引っかけて保持した状態で、炭化珪素質セラミックスからなる匣鉢に入れ、窒素雰囲気下にて1700℃〜1800℃の温度で焼成することにより、図1に示す窒化珪素質セラミック製バルブ11を製作した。
Next, the cylindrical jig 1 made of silicon nitride ceramic is prepared, the
そして、得られた窒化珪素質セラミック製バルブ11について、ICP発光分光分析にて表1に示す組成であることを確認したあと、ステム部13の焼き放し面上を、その長手方向に沿って接触式の測長器を走査させ、ステム部13の同軸度を計測したあと、4点曲げ試験機により焼き放し面の抗折強度を測定した。
The obtained silicon nitride ceramic bulb 11 was confirmed to have the composition shown in Table 1 by ICP emission spectroscopic analysis, and then contacted on the burned surface of the
それぞれの結果は表1に示す通りである。
この結果、まず、焼結時に円筒治具1の内径Qとステム部23の外径Wとの内外径差が0.5mmよりも小さい試料No.5では、円筒治具1内に成形体21のステム部23を挿入する際に折れてしまい、内外径差が3mmよりも大きい試料No.4、6では、焼結後のステム部13の変形量が0.25mm、0.42mmと大きく、抗折強度も750MPa以下と低かった。
As a result, first, the sample No. 1 in which the inner and outer diameter difference between the inner diameter Q of the cylindrical jig 1 and the outer diameter W of the
また、試料No.14〜33のように、希土類元素の酸化物換算量が2〜10重量%、アルミニウムの酸化アルミニウム換算量が2〜5重量%、過剰酸素の酸化珪素換算量が0.5〜5重量%、希土類元素の酸化物換算量に対するアルミニウムの酸化アルミニウム換算量の比が0.5〜0.8、希土類元素の酸化物換算量に対する過剰酸素の酸化珪素換算量の比が0.5〜0.8のいずれかの範囲がはずれたものはいずれも、ステム部13の同軸度を0.15mm/100mm以下とすることができず、また、抗折強度も770MPa以下と低かった。
Sample No. As in 14-33, the oxide equivalent amount of the rare earth element is 2 to 10% by weight, the aluminum oxide equivalent amount is 2 to 5% by weight, the silicon oxide equivalent amount of excess oxygen is 0.5 to 5% by weight, The ratio of the aluminum oxide equivalent of aluminum to the oxide equivalent of the rare earth element is 0.5 to 0.8, and the ratio of the silicon oxide equivalent of excess oxygen to the oxide equivalent of the rare earth element is 0.5 to 0.8. In any case where any of these ranges was out of range, the concentricity of the
これに対し、試料No.1〜3、7〜13は、窒化珪素質セラミックスの組成が、窒化珪素を80〜92.5重量%、希土類元素を酸化物換算で2〜10重量%、アルミニウムを酸化アルミニウム換算で2〜5重量%、過剰酸素を酸化珪素換算で0.5〜5重量%であり、前記希土類元素の酸化物換算量に対するアルミニウムの酸化アルミニウム換算量の比が0.5〜0.8でかつ前記希土類元素の酸化物換算量に対する過剰酸素の酸化珪素換算量の比が0.5〜0.8であるとともに、バルブ11の焼成時に、成形体21のステム部23の外径より0.5〜3mmの範囲で広い内径を有する窒化珪素質セラミック製の円筒治具1内に挿入、保持して焼結させるようにしたことから、焼成後のステム部13の変形を抑え、焼き放し面のままでもステム部13の同軸度を0.15mm/100mm以下とでき、また焼き放し面における抗折強度を770MPa以上の高強度を達成することができた。
In contrast, sample no. 1 to 3 and 7 to 13 have a silicon nitride ceramic composition of 80 to 92.5% by weight of silicon nitride, 2 to 10% by weight of rare earth element in terms of oxide, and 2 to 5 in terms of aluminum oxide. % By weight, excess oxygen is 0.5 to 5% by weight in terms of silicon oxide, and the ratio of the amount of aluminum in terms of aluminum oxide to the amount in terms of oxide of the rare earth element is 0.5 to 0.8, and the rare earth element The ratio of the equivalent amount of excess oxygen to the equivalent amount of silicon oxide in the range of 0.5 to 0.8 is 0.5 to 3 mm from the outer diameter of the
1:円筒治具
11:窒化珪素質セラミック製バルブ
12:傘部
13:ステム部
21:成形体
22:成形体の傘部
23:成形体のステム部
1: Cylindrical jig 11: Silicon nitride ceramic valve 12: Umbrella part 13: Stem part 21: Molded body 22: Umbrella part of molded body 23: Stem part of molded body
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