JP5717466B2 - Silicon nitride sintered body - Google Patents
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Description
本発明は、機械的特性に優れる窒化珪素質焼結体に関する。 The present invention relates to a silicon nitride sintered body having excellent mechanical characteristics.
窒化珪素質焼結体は、優れた機械的特性を有していることから、様々な構造部材に好適に用いられている。ところで、窒化珪素は、共有結合が強く、窒化珪素粉末のみで焼結させることは困難であることから、種々の焼結助剤を添加して焼結することが行なわれている。 Since the silicon nitride sintered body has excellent mechanical properties, it is suitably used for various structural members. By the way, since silicon nitride has a strong covalent bond and it is difficult to sinter with only silicon nitride powder, sintering is performed by adding various sintering aids.
例えば、特許文献1には、Y2O3やAl2O3を焼結助剤として用いた窒化珪素質焼結体として、サイアロン粒子および粒界相により構成されるサイアロン焼結体であって、上記粒界相の総量が20wt%以下であるとともに、粒界相の酸化物換算したSi,AlおよびYがSiO2−Al2O3−Y2O3三成分系において、重量比における(SiO2,Al2O3,Y2O3)組成が、点A(20,10,70)、点B(20,25,65)、点C(30,25
,55)、点D(30,10,60)の4点で囲まれる領域にある高靱性サイアロン焼結体が提案さ
れている。
For example, Patent Literature 1 discloses a sialon sintered body composed of sialon particles and a grain boundary phase as a silicon nitride sintered body using Y 2 O 3 or Al 2 O 3 as a sintering aid. In addition, the total amount of the grain boundary phase is 20 wt% or less, and Si, Al, and Y in terms of oxides of the grain boundary phase are expressed in terms of weight ratio in the SiO 2 —Al 2 O 3 —Y 2 O 3 ternary system ( SiO 2 , Al 2 O 3 , Y 2 O 3 ) composition is point A (20, 10, 70), point B (20, 25, 65), point C (30, 25).
, 55) and a high toughness sialon sintered body in a region surrounded by four points D (30, 10, 60) has been proposed.
また、特許文献2には、Y2O3とAl2O3とを焼結助剤として添加してなる窒化珪素焼結体であって、焼結助剤の配合量が、窒化珪素と焼結助剤の合計の15重量%以上であるとともに、窒化珪素の酸素含有量(SiO2量換算値で表す)と、Y2O3及びAl2O3の量との比は、SiO2−Y2O3−Al2O3三成分系を示す三角図(重量比で表す)において、点A(0,80,20)、点B(9,73,18)、点C(9,55,36)、点D(0,60,40)の4点で囲まれる領域内にある窒化珪素焼結体が提案されている。 Patent Document 2 discloses a silicon nitride sintered body in which Y 2 O 3 and Al 2 O 3 are added as sintering aids. While being 15% by weight or more of the total amount of the binder, the ratio between the oxygen content of silicon nitride (expressed in terms of SiO 2 content) and the amount of Y 2 O 3 and Al 2 O 3 is SiO 2 − In the triangular diagram (expressed by weight ratio) showing the Y 2 O 3 —Al 2 O 3 ternary system, point A (0, 80, 20), point B (9, 73, 18), point C (9, 55) , 36), and a silicon nitride sintered body in a region surrounded by four points D (0, 60, 40) has been proposed.
特許文献1に記載の高靱性サイアロン焼結体や特許文献2に記載の窒化珪素焼結体が提案されているように、各メーカーにおいて機械的特性を向上させるべく、焼結助剤成分や含有量等について鋭意検討されているものの、Y2O3やAl2O3を焼結助剤として用いた窒化珪素質焼結体において、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶のみが存在すると破壊靭性が低下するという問題があった。
As suggested by the tough sialon sintered body described in Patent Document 1 and the silicon nitride sintered body described in Patent Document 2, in order to improve mechanical properties in each manufacturer, a sintering aid component and content are included. In the silicon nitride sintered body using Y 2 O 3 or Al 2 O 3 as a sintering aid, only Y 2 SiAlO 5 N crystals exist in the grain boundary phase, although the amount and the like have been studied earnestly. There was a problem that fracture toughness was lowered.
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、Y2SiAlO5Nの結晶のみが存在している窒化珪素質焼結体のように破壊靭性を低下させることなく、強度に優れた窒化珪素質焼結体を提供することを目的とする。
The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and without reducing the fracture toughness like a silicon nitride sintered body in which only Y 2 SiAlO 5 N crystals exist, An object is to provide an excellent silicon nitride sintered body.
本発明の窒化珪素質焼結体は、Y 2 O 3 換算で5質量%以上14質量%以下、Al 2 O 3 換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO 2 換算で0.5質量%以上2質量%未満含有
し、残部が窒化珪素からなる窒化珪素質焼結体であって、前記窒化珪素が主相であり、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在し、X線回折チャートにおける2θ=32.6°付近のY 2 SiAlO 5 Nの結晶のピーク強度をXとし、2θ=29.4°付近のY 4 SiAlO 8 Nの結晶のピーク強度をYとしたとき、その比率X/Yが0.85以上1.2以下であることを特徴とする。
The silicon nitride sintered material of the present invention, Y 2 O 3 14 wt% 5 wt% or more in terms of less, Al 2 O 3 in terms of 2 mass% to 5 mass% or less and in terms of SiO 2 0.5 wt% 2 Contains less than mass%
And the remainder is a silicon nitride sintered body made of silicon nitride , wherein the silicon nitride is a main phase , and a crystal of Y 2 SiAlO 5 N and a crystal of Y 4 SiAlO 8 N are present in the grain boundary phase , In the X-ray diffraction chart, when the peak intensity of a Y 2 SiAlO 5 N crystal near 2θ = 32.6 ° is X and the peak intensity of a Y 4 SiAlO 8 N crystal near 2θ = 29.4 ° is Y , the ratio X / Y is characterized der Rukoto 0.85 to 1.2.
本発明の窒化珪素質焼結体によれば、Y 2 O 3 換算で5質量%以上14質量%以下、Al 2 O 3 換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO 2 換算で0.5質量%以上2質量%未
満含有し、残部が窒化珪素からなる窒化珪素質焼結体であって、窒化珪素が主相であり、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在し、X線回折チャートにおける2θ=32.6°付近のY 2 SiAlO 5 Nの結晶のピーク強度をXとし、2θ=29.4°付近のY 4 SiAlO 8 Nの結晶のピーク強度をYとしたとき、その比率X/Yが0.85以上1.2以下であることにより、Y2SiAlO5Nの結晶のみが存在してい
る窒化珪素質焼結体のように破壊靭性を低下させることなく、窒化珪素質焼結体の強度を向上させることができる。
According to the silicon nitride sintered body of the present invention , 5% by mass to 14% by mass in terms of Y 2 O 3 , 2% by mass to 5% by mass in terms of Al 2 O 3 , and 0.5% by mass in terms of SiO 2 More than 2% by mass
It is a silicon nitride-based sintered body that is fully contained and the balance is made of silicon nitride, in which silicon nitride is the main phase , and Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals exist in the grain boundary phase. In the X-ray diffraction chart, when the peak intensity of Y 2 SiAlO 5 N crystals near 2θ = 32.6 ° is X and the peak intensity of Y 4 SiAlO 8 N crystals near 2θ = 29.4 ° is Y , the ratio the X / Y is 0.85 to 1.2 der Rukoto, Y 2 SiAlO 5 N without lowering the fracture toughness as crystals only the existing set of silicon nitride sintered bodies of silicon nitride sintered body The strength of can be improved.
以下、本実施形態の窒化珪素質焼結体について説明する。 Hereinafter, the silicon nitride sintered body of this embodiment will be described.
本実施形態の窒化珪素質焼結体は、Y 2 O 3 換算で5質量%以上14質量%以下、Al 2 O 3 換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO 2 換算で0.5質量%以上2質量%未満
含有し、残部が窒化珪素からなる窒化珪素質焼結体であって、窒化珪素が主相であり、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在し、X線回折チャートにおける2θ=32.6°付近のY 2 SiAlO 5 Nの結晶のピーク強度をXとし、2θ=29.4°付近のY 4 SiAlO 8 Nの結晶のピーク強度をYとしたとき、その比率X/Yが0.85以上1.2以下であることを特徴としている。なお、本実施形態において主相とは
、窒化珪素質焼結体における体積比率が50体積%以上であることをいい、主相の体積比率としては、84体積%以上であることが好ましい。また、共有結合性の高い窒化珪素を焼結させるには、焼結助剤を必要とし、この焼結助剤によって形成される粒界相は、体積比率で5体積%以上有していることが好ましいので、主相の体積比率としては、84体積%以上95体積%以下であり、粒界相の体積比率は、5体積%以上16体積%以下であることがより好ましい。なお、本実施形態において、窒化珪素の結晶同士の間を粒界相という。
The silicon nitride sintered body of the present embodiment is 5% by mass to 14% by mass in terms of Y 2 O 3 , 2% by mass to 5% by mass in terms of Al 2 O 3 , and 0.5% by mass or more in terms of SiO 2. Less than 2% by mass
A silicon nitride sintered body containing silicon nitride as a main component , wherein silicon nitride is a main phase , and a crystal of Y 2 SiAlO 5 N and a crystal of Y 4 SiAlO 8 N are present in the grain boundary phase , In the X-ray diffraction chart, when the peak intensity of a Y 2 SiAlO 5 N crystal near 2θ = 32.6 ° is X and the peak intensity of a Y 4 SiAlO 8 N crystal near 2θ = 29.4 ° is Y , the ratio X / Y is characterized der Rukoto 0.85 to 1.2. In the present embodiment, the main phase means that the volume ratio in the silicon nitride sintered body is 50% by volume or more, and the volume ratio of the main phase is preferably 84% by volume or more. Moreover, in order to sinter silicon nitride with high covalent bonding, a sintering aid is required, and the grain boundary phase formed by this sintering aid has a volume ratio of 5% by volume or more. Therefore, the volume ratio of the main phase is 84% by volume or more and 95% by volume or less, and the volume ratio of the grain boundary phase is more preferably 5% by volume or more and 16% by volume or less. In the present embodiment, a space between silicon nitride crystals is called a grain boundary phase.
そして、主相の体積比率が84体積%以上95体積%以下であり、粒界相の体積比率が5体
積%以上16体積%以下となる窒化珪素質焼結体の組成としては、Y2O3換算で5質量%以上14質量%以下、Al2O3換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO2換算で0.5質量%以上2質量%未満含有し、残部が窒化珪素からなるものである。
The composition of the silicon nitride sintered body in which the volume ratio of the main phase is 84% to 95% by volume and the volume ratio of the grain boundary phase is 5% to 16% by volume is Y 2 O. 3 14 wt% 5 wt% or more in terms of less, Al 2 O 3 contains less than 0.5 mass% or more 2% by mass 2 mass% to 5 mass% or less and in terms of SiO 2 in terms of the balance being silicon nitride is there.
ここで、体積比率の求め方の一例を記載する。まず、酸素分析装置(堀場製作所製 EMGA−650FA)を用いた赤外線吸収法により窒化珪素質焼結体中の酸素の含有量を求める。
次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析装置(島津製作所製 ICPS−8100)を用いてYおよびAlの定量分析を行なう。次に、定量分析によって得られたYおよびAlの定量値をそれぞれY2O3およびAl2O3に換算し、この酸化物換算で必要とした酸素量を窒化珪素質焼結体中の酸素の含有量から差し引き、この差し引いた酸素量からSiO2に換算する。そして、それぞれ換算したY2O3,Al2O3,SiO2量を100から差し引くことにより、Si3N4の含有量とする。
Here, an example of how to obtain the volume ratio is described. First, the oxygen content in the silicon nitride sintered body is determined by an infrared absorption method using an oxygen analyzer (EMGA-650FA manufactured by Horiba, Ltd.).
Next, quantitative analysis of Y and Al is performed using an ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopic analyzer (ICPS-8100, manufactured by Shimadzu Corporation). Next, the quantitative values of Y and Al obtained by quantitative analysis are converted into Y 2 O 3 and Al 2 O 3 , respectively, and the amount of oxygen required in terms of this oxide is determined as oxygen in the silicon nitride sintered body. The amount of oxygen is subtracted and converted to SiO 2 from the subtracted oxygen amount. Then, the amounts of Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , and SiO 2 respectively converted are subtracted from 100 to obtain the content of Si 3 N 4 .
次に、Y2O3の含有量をa,Al2O3の含有量をb,SiO2の含有量をc,窒化珪素の含有量をdとしたとき、それぞれの理論密度(Y2O3:5.02g/cm3,Al2O3:3.98g/cm3,SiO2:2.65g/cm3,Si3N4:3.18g/cm3)を用いて、次式(d/3.18)/(a/5.02+b/3.98+c/2.65+d/3.18)×100によって
主相の体積比率を求めることができる。a=9.5,b=3.5,c=1.0,d=86のとき、主
相の体積比率は90体積%となる。
Next, assuming that the content of Y 2 O 3 is a, the content of Al 2 O 3 is b, the content of SiO 2 is c, and the content of silicon nitride is d, each theoretical density (Y 2 O 3 : 5.02 g / cm 3 , Al 2 O 3 : 3.98 g / cm 3 , SiO 2 : 2.65 g / cm 3 , Si 3 N 4 : 3.18 g / cm 3 ), and using the following formula (d / 3.18) The volume ratio of the main phase can be obtained by /(a/5.02+b/3.98+c/2.65+d/3.18)×100. When a = 9.5, b = 3.5, c = 1.0, and d = 86, the volume ratio of the main phase is 90% by volume.
また、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在するか否かについては、X線回折装置(Bruker AXS社製 D8 ADVANCE)を用いて、窒化珪素質焼結体の表面にCuKα線を照射し、CuKα線の回折方向と入射方向の角度差(2θ)と回折X線強度を検出器で走査した結果であるX線回折チャートを得て、2θの値よりJCPDSカードを用いて同定して結晶の存在を確認すればよい。 Whether or not Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals exist in the grain boundary phase is determined using an X-ray diffractometer (D8 ADVANCE manufactured by Bruker AXS). An X-ray diffraction chart is obtained as a result of irradiating the surface of the bonded body with CuKα rays and scanning the angle difference (2θ) and diffraction X-ray intensity between the diffraction direction and incident direction of CuKα rays with a detector. The presence of crystals may be confirmed by identifying using a JCPDS card.
具体的に、本実施形態の窒化珪素質焼結体のX線回折チャートを図1に示す。このX線回折チャートにおいて、窒化珪素の結晶が存在していることを示すピークは、2θ=23.5°付近,27.2°付近,33.6°付近,36°付近に現れる。そして、Y2SiAlO5Nの結
晶が存在しているときには、2θ=32°〜33°付近(32.6°)にピークが現れ、Y4SiAlO8Nの結晶が存在しているときには、2θ=29°〜31°付近(29.4°,30.7°,31.1°)の間にピークが現れる。また、窒化珪素、Y2SiAlO5NおよびY4SiAlO8Nの存在を示すピークの間のブロードなピークは、窒化珪素質焼結体に非晶質(アモルファス)相が存在していることを示している。
Specifically, an X-ray diffraction chart of the silicon nitride sintered body of this embodiment is shown in FIG. In this X-ray diffraction chart, peaks indicating the presence of silicon nitride crystals appear at 2θ = 23.5 °, 27.2 °, 33.6 °, and 36 °. When a Y 2 SiAlO 5 N crystal is present, a peak appears at 2θ = 32 ° to 33 ° (32.6 °), and when a Y 4 SiAlO 8 N crystal is present, 2θ = 29. A peak appears between ° and around 31 ° (29.4 °, 30.7 °, 31.1 °). Moreover, the broad peak between the peaks indicating the presence of silicon nitride, Y 2 SiAlO 5 N and Y 4 SiAlO 8 N indicates that an amorphous phase is present in the silicon nitride sintered body. Show.
そして、図1のX線回折チャートに示すように、Y2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在している本実施形態の窒化珪素質焼結体は、Y2SiAlO5Nの結晶のみが存在している窒化珪素質焼結体のように破壊靭性を低下させることなく、窒化珪素質焼結体の強度を向上させることができる。 As shown in the X-ray diffraction chart of FIG. 1, the silicon nitride sintered body of this embodiment in which the crystals of Y 2 SiAlO 5 N and Y 4 SiAlO 8 N are present is Y 2 SiAlO 5. The strength of the silicon nitride based sintered body can be improved without reducing the fracture toughness as in the case of the silicon nitride based sintered body in which only N crystals exist.
このように、Y2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在していることにより、破壊靭性を低下させることなく窒化珪素質焼結体の強度を向上させることができる理由については明らかになっていないが、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在していることにより、焼結時に主相である窒化珪素の結晶の粒成長を抑制し、このとき窒化珪素の結晶と、Y2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶との間にかかる応力が焼結体に残ることによって、破壊靭性の低下が抑えられ、窒化珪素の結晶の粒成長の抑制によって微細な組織構造の焼結体とすることができるので強度を向上させることができると考えられる。 The reason why the presence of the Y 2 SiAlO 5 N crystal and the Y 4 SiAlO 8 N crystal can improve the strength of the silicon nitride-based sintered body without lowering the fracture toughness. However, the existence of Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals in the grain boundary phase makes it possible to grow grains of silicon nitride crystals as the main phase during sintering. In this case, the stress applied between the silicon nitride crystal, the Y 2 SiAlO 5 N crystal, and the Y 4 SiAlO 8 N crystal remains in the sintered body, thereby suppressing a decrease in fracture toughness and nitriding. It is considered that the strength can be improved because a sintered body having a fine structure can be obtained by suppressing the growth of silicon crystal grains.
ここで、破壊靭性については、JIS R 1607−2010で規定される圧子圧入法(IF法)に準拠して測定した破壊靭性値で評価することができ、強度については、JIS R
1601−2008に準拠した4点曲げ強さ試験によって得られた4点曲げ強度の値で評価することができる。
Here, the fracture toughness can be evaluated by a fracture toughness value measured in accordance with an indenter press-in method (IF method) defined in JIS R 1607-2010.
It can be evaluated by a 4-point bending strength value obtained by a 4-point bending strength test according to 1601-2008.
なお、Y2O3換算で5質量%以上14質量%以下、Al2O3換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO2換算で0.5質量%以上2質量%未満含有し、残部が窒化珪素から
なり、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在する窒化珪素質焼結体の具体的な機械的特性としては、破壊靭性(KIC)が6.0MPa・m1
/2以上であり、4点曲げ強度が800MPa以上となる。
In addition, it is contained 5% by mass or more and 14% by mass or less in terms of Y 2 O 3 , 2 % by mass or more and 5% by mass or less in terms of Al 2 O 3 , and 0.5% by mass or more and less than 2% by mass in terms of SiO 2 , and the rest is nitrided As a specific mechanical characteristic of a silicon nitride sintered body made of silicon and containing Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals in the grain boundary phase, fracture toughness (K IC ) is 6.0. MPa · m 1
/ 2 or more, and the 4-point bending strength is 800 MPa or more.
また、本実施形態の窒化珪素質焼結体は、X線回折チャートにおける2θ=32.6°付近のY2SiAlO5Nの結晶のピーク強度をXとし、2θ=29.4°付近のY4SiAlO8Nの結晶のピーク強度をYとしたとき、その比率X/Yが1.2以下(0を除く)である
ことが好ましい。この比率X/Yが1.2以下(0を除く)であるときには、破壊靱性およ
び強度を向上させることができる。
The silicon nitride sintered body of this embodiment has a peak intensity of Y 2 SiAlO 5 N crystal near 2θ = 32.6 ° in the X-ray diffraction chart as X, and Y 4 SiAlO 8 N near 2θ = 29.4 °. When the peak intensity of the crystal is Y, the ratio X / Y is preferably 1.2 or less (excluding 0). When the ratio X / Y is 1.2 or less (excluding 0), fracture toughness and strength can be improved.
具体的には、Y2O3換算で5質量%以上14質量%以下、Al2O3換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO2換算で0.5質量%以上2質量%未満含有し、残部が窒化珪
素からなり、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在し、X線回折チャートにおける2θ=32.6°付近のY2SiAlO5Nの結晶のピーク強度をXとし、2θ=29.4°付近のY4SiAlO8Nの結晶のピーク強度をYとしたとき、その比率X/Yが1.2以下(0を除く)であれば、破壊靭性を6.5MPa・m1/2以上、4点曲げ強度を900MPa以上とすることができる。
Specifically, it contains 5% by mass or more and 14% by mass or less in terms of Y 2 O 3 , 2% by mass or more and 5% by mass or less in terms of Al 2 O 3 , and 0.5% by mass or more and less than 2% by mass in terms of SiO 2 , The balance is made of silicon nitride, Y 2 SiAlO 5 N crystal and Y 4 SiAlO 8 N crystal exist in the grain boundary phase, and the peak of Y 2 SiAlO 5 N crystal near 2θ = 32.6 ° in the X-ray diffraction chart. When the strength is X and the peak intensity of Y 4 SiAlO 8 N crystal near 2θ = 29.4 ° is Y, if the ratio X / Y is 1.2 or less (excluding 0), the fracture toughness is 6.5 MPa · m 1/2 or more The four-point bending strength can be 900 MPa or more.
また、本実施形態の窒化珪素質焼結体は、粒界相にさらにWSi2およびFeSi2の結晶が存在していることが好ましい。WSi2およびFeSi2の結晶は、熱力学的に安定しており、機械的応力や熱応力がかかった場合でも粒界相が相変態を起こしにくいため、高温における強度を向上させることができる。なお、WおよびFeの含有量としては、窒化珪素質焼結体を構成するSi3N4,Y2O3,Al2O3,SiO2の合計100質
量%に対し、WがWO3換算で3質量%以下(0質量%を含まず)、FeがFe2O3換算で2質量%以下(0質量%を含まず)であることが好ましい。
In the silicon nitride sintered body of this embodiment, it is preferable that WSi 2 and FeSi 2 crystals further exist in the grain boundary phase. Since the crystals of WSi 2 and FeSi 2 are thermodynamically stable and the grain boundary phase hardly undergoes phase transformation even when mechanical stress or thermal stress is applied, the strength at high temperature can be improved. Incidentally, the content of W and Fe, with respect to Si 3 N 4, Y 2 O 3, Al 2 O 3, the sum of SiO 2 100 mass% constituting the silicon nitride sintered body, W is terms of WO 3 3 mass% or less (excluding 0 mass%) and Fe is preferably 2 mass% or less (excluding 0 mass%) in terms of Fe 2 O 3 .
そして、具体的な特性としては、Y2O3換算で5質量%以上14質量%以下、Al2O3換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO2換算で0.5質量%以上2質量%未満含
有する窒化珪素質焼結体において、窒化珪素質焼結体100質量%に対し、WをWO3換算
で3質量%以下(0質量%を含まず)、FeをFe2O3換算で2質量%以下(0質量%を含まず)含み、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶に加えて、WSi2およびFeSi2の結晶が存在する窒化珪素質焼結体は、高温(800℃
)における4点曲げ強度を700MPa以上とすることができる。なお、粒界相にWSi2
およびFeSi2の結晶が存在するか否かについては、波長分散型X線マイクロアナライザー装置(日本電子製 JXA−8600M型)を用いて、粒界相すなわちSiとNとが共存する領域外に、WとSiとが存在する領域、FeとSiとが存在する領域を確認し、透過型電子顕微鏡(TEM)分析によって結晶構造を確認すればよい。また、高温(800℃)
における強度については、JIS R 1604−2008に準拠して測定すればよい。
And, as a specific characteristic, Y 2 O 3 14 wt% 5 wt% or more in terms of less, Al 2 O 3 in terms of 2 mass% to 5 mass% or less and in terms of SiO 2 0.5 wt% or more 2% In a silicon nitride sintered body containing less than 100% by mass of silicon nitride sintered body, W is 3 % by mass or less (not including 0% by mass) in terms of WO 3 and Fe is in terms of Fe 2 O 3 Silicon nitride containing 2% by mass or less (excluding 0% by mass) and having WSi 2 and FeSi 2 crystals in addition to Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals in the grain boundary phase High temperature (800 ℃
) Can be set to 700 MPa or more. In addition, WSi 2 in the grain boundary phase
Whether or not FeSi 2 crystals are present, using a wavelength dispersive X-ray microanalyzer (JXA-8600M type manufactured by JEOL Ltd.), the grain boundary phase, that is, outside the region where Si and N coexist, A region where W and Si are present and a region where Fe and Si are present may be confirmed, and the crystal structure may be confirmed by transmission electron microscope (TEM) analysis. Also high temperature (800 ℃)
The strength at may be measured in accordance with JIS R 1604-2008.
また、本実施形態の窒化珪素質焼結体は、粒界相に、YSiO2N(ボラステナイト)、Y5(Si4)3N(アパタイト)、Y2Si2O7(ダイシリケート)相およびY2SiO5(モノシリケート)のうち少なくとも1種の結晶が存在していてもよい。これらの結晶は、非晶質相と比較して軟化しにくいため、高温(800℃)における強度の向上に
効果がある。
Moreover, the silicon nitride based sintered body of the present embodiment has a YSiO 2 N (borastite), Y 5 (Si 4 ) 3 N (apatite), Y 2 Si 2 O 7 (disilicate) phase as a grain boundary phase. And at least one crystal of Y 2 SiO 5 (monosilicate) may be present. Since these crystals are difficult to soften as compared with the amorphous phase, they are effective in improving the strength at a high temperature (800 ° C.).
次に、本実施形態の窒化珪素質焼結体の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the silicon nitride sintered body of this embodiment will be described.
まず、出発原料として、Si粉末(平均粒径D50=0.5〜100μm)およびSi3N4粉末(α化率50%以上、平均粒径D50=0.5〜10μm)と、焼結助剤であるY2O3粉末(平均粒径D50=0.5〜10μm)、Al2O3粉末(平均粒径D50=0.5〜10μm)およびSiO2粉末(平均粒径D50=0.5〜10μm)とを準備する。その後、それぞれの粉末を所
定量秤量し、ポリビニルアルコール(PVA)やポリエチレングリコール(PEG)などの各種バインダとともに、例えば回転ミル、振動ミル、ビーズミルなどのミルに入れて湿式混合・粉砕し、スラリーを作製する。
First, as starting materials, Si powder (average particle size D50 = 0.5 to 100 μm) and Si 3 N 4 powder (α conversion ratio of 50% or more, average particle size D50 = 0.5 to 10 μm) and a sintering aid A certain Y 2 O 3 powder (average particle diameter D50 = 0.5-10 μm), Al 2 O 3 powder (average particle diameter D50 = 0.5-10 μm) and SiO 2 powder (average particle diameter D50 = 0.5-10 μm) are prepared. . Thereafter, each powder is weighed in a predetermined amount, and put together with various binders such as polyvinyl alcohol (PVA) and polyethylene glycol (PEG) into a mill such as a rotary mill, a vibration mill, a bead mill, etc., and wet-mixed and pulverized. Make it.
そして、Si粉末とSi3N4粉末との質量比率は、80:20〜90:10となるように秤量する。そして、窒化珪素質焼結体の組成が、Y2O3換算で5質量%以上14質量%以下、Al2O3換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO2換算で0.5質量%以上2質量
%未満含有し、残部が窒化珪素からなるものとするには、Si粉末とSi3N4粉末との質量比率が85:15であるとき、Y2O3粉末およびAl2O3粉末については、それぞれ7.3質量%以上20質量%以下、2.9質量%以上7.3質量%以下となるように秤量する。なお
、各粉末の秤量時と窒化珪素質焼結体の含有量とで質量%が異なるのは、Si粉末を窒化させて窒化珪素としているためである。
Then, the mass ratio of the Si powder and Si 3 N 4 powder is 80: 20 to 90: weighed so as to be 10. The composition of the silicon nitride-based sintered body is 5% by mass to 14% by mass in terms of Y 2 O 3 , 2% by mass to 5% by mass in terms of Al 2 O 3 , and 0.5% by mass or more in terms of SiO 2. In order to contain less than 2% by mass and the balance is made of silicon nitride, when the mass ratio of Si powder to Si 3 N 4 powder is 85:15, Y 2 O 3 powder and Al 2 O 3 powder Are weighed so that they are 7.3 to 20% by mass and 2.9 to 7.3% by mass, respectively. The reason why the mass% differs between when each powder is weighed and the content of the silicon nitride sintered body is that the Si powder is nitrided to form silicon nitride.
また、SiO2粉末については、窒化珪素質焼結体に含まれるSiO2換算での含有量が0.5質量%以上2質量%未満となるように秤量する必要があるので、予めSiO2粉末
を添加せずに作製した窒化珪素質焼結体に含まれるSiO2量を確認して、SiO2粉末の添加量を決めればよい。そのため、SiO2粉末は必ずしも添加しなければならないものではなく、SiO2粉末を添加していない窒化珪素質焼結体にSiO2が含まれることとなるのは、Si粉末およびSi3N4粉末に不可避的に含まれる酸素やSi粉末の酸化によるものである。なお、Y2O3:Al2O3:SiO2の窒化珪素質焼結体の含有量は、質量比率で59〜75質量%:20〜28質量%:5〜13質量%であることが好ましい。
Also, the SiO 2 powder, it is necessary to content in terms of SiO 2 contained in the silicon nitride sintered body is weighed so that less than 2% by mass to 0.5% by mass, pre-addition of SiO 2 powder The amount of SiO 2 powder added may be determined by confirming the amount of SiO 2 contained in the silicon nitride-based sintered body produced without the above. Therefore, SiO 2 powder is not intended to be necessarily added, become an be included SiO 2 in SiO 2 powder silicon nitride sintered body without addition of the, Si powder and Si 3 N 4 powder This is due to the oxidization of oxygen and Si powder contained inevitably. The content of the silicon nitride sintered body of Y 2 O 3 : Al 2 O 3 : SiO 2 is 59 to 75% by mass: 20 to 28% by mass: 5 to 13% by mass. preferable.
また、粒界相にWSi2およびFeSi2の結晶を存在させるには、Fe2O3粉末(平均粒径D50=0.1〜3μm)、WO3粉末(平均粒径D50=0.1〜3μm)を準備し、上述した出発原料粉末100質量%に対し、Fe2O3粉末を3質量%以下(0質量%以下を
除く)、WO3粉末を2質量%以下(0質量%以下を除く)秤量して、出発原料に加えればよい。
In order to make WSi 2 and FeSi 2 crystals exist in the grain boundary phase, Fe 2 O 3 powder (average particle size D50 = 0.1 to 3 μm) and WO 3 powder (average particle size D50 = 0.1 to 3 μm) are prepared. Then, with respect to 100% by mass of the starting material powder described above, 3% by mass or less of Fe 2 O 3 powder (excluding 0% by mass or less) and 2% by mass or less of WO 3 powder (excluding 0% by mass or less) are weighed. Can be added to the starting material.
次に、噴霧造粒乾燥装置(スプレードライヤ)を用いてスラリーを噴霧造粒して球状顆粒を得た後、この球状顆粒を用いて粉末プレス成形法や静水圧プレス(ラバープレス)成形法にて成形し、必要に応じて切削加工を施すことにより成形体を得る。 Next, the slurry is spray-granulated using a spray granulation dryer (spray dryer) to obtain spherical granules, and then the spherical granules are used for a powder press molding method or an isostatic press (rubber press) molding method. And then, if necessary, cut to obtain a molded body.
次に、この成形体を50kPa〜1.1MPaの窒素分圧で、1000〜1400℃の温度で焼成し
、窒化珪素のα化率が90%以上の窒化体を得て、この窒化体を50〜300kPaの窒素分圧
で、1750〜1900℃の最高温度で焼成する。そして、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶を存在させるには、最高温度から1200℃までの降温速度を10℃/min以下とすることが重要である。最高温度から1200℃までの降温速度を10℃/min以下としたのは、10℃/minを超える降温速度では、Y2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶を粒界相に存在させることができないからである。また、最高温度から1200℃までの降温速度が5℃/min未満では、Y4SiAlO8Nの結晶を粒界相に存在させにくくため、最高温度から1200℃までの降温速度は、5℃/min以上10℃/min以下であることが好ましい。
Next, this molded body was fired at a nitrogen partial pressure of 50 kPa to 1.1 MPa at a temperature of 1000 to 1400 ° C. to obtain a nitride having a silicon nitride alpha conversion ratio of 90% or more. Firing is performed at a maximum temperature of 1750 to 1900 ° C. with a nitrogen partial pressure of 300 kPa. In order for the Y 2 SiAlO 5 N crystal and the Y 4 SiAlO 8 N crystal to be present in the grain boundary phase, it is important to set the cooling rate from the maximum temperature to 1200 ° C. to 10 ° C./min or less. The rate of temperature decrease from the maximum temperature to 1200 ° C. was set to 10 ° C./min or less because at a temperature decrease rate exceeding 10 ° C./min, Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals were used as the grain boundary phase. This is because it cannot exist. In addition, when the rate of temperature decrease from the maximum temperature to 1200 ° C. is less than 5 ° C./min, it is difficult for Y 4 SiAlO 8 N crystals to be present in the grain boundary phase, so the rate of temperature decrease from the maximum temperature to 1200 ° C. is 5 ° C. / It is preferable that the temperature is from min to 10 ° C./min.
また、X線回折チャートにおける2θ=32.6°付近のY2SiAlO5Nの結晶のピーク強度をXとし、2θ=29.4°付近のY4SiAlO8Nの結晶のピーク強度をYとしたときの比率X/Yを1.2以下(0を除く)とするには、降温速度を7〜10℃/minとす
ることが好ましい。
Further, in the X-ray diffraction chart, the ratio when the peak intensity of the Y 2 SiAlO 5 N crystal near 2θ = 32.6 ° is X and the peak intensity of the Y 4 SiAlO 8 N crystal near 2θ = 29.4 ° is Y. In order to make X / Y 1.2 or less (excluding 0), it is preferable to set the cooling rate to 7 to 10 ° C./min.
そして、その後、室温まで冷却することにより本実施形態の窒化珪素質焼結体を得ることができる。このようにして得られた本実施形態の窒化珪素質焼結体は、窒化珪素を主相とし、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在しており、破壊靭性を低下させることなく、強度の向上した窒化珪素質焼結体とすることができる。 Then, the silicon nitride sintered body of this embodiment can be obtained by cooling to room temperature. The silicon nitride-based sintered body of the present embodiment thus obtained has silicon nitride as a main phase, and Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals exist in the grain boundary phase. Thus, a silicon nitride sintered body with improved strength can be obtained without reducing fracture toughness.
このように、本実施形態の窒化珪素質焼結体は、優れた機械的特性を有していることから、これらの特性を必要とする構造部材として好適に用いることができる。また、各種金属溶湯と接する金属溶湯用部材などにも適用可能である。 Thus, since the silicon nitride based sintered body of the present embodiment has excellent mechanical properties, it can be suitably used as a structural member that requires these properties. Moreover, it is applicable also to the member for molten metal etc. which contact | connects various molten metal.
以下、本発明の窒化珪素質焼結体の実施例を説明する。 Examples of the silicon nitride sintered body of the present invention will be described below.
まず、焼成時における最高温度から1200℃までの降温速度を異ならせてY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶の有無と、破壊靭性および強度の確認とを行なった。出発原料として、Si粉末(平均粒径D50=10μm)およびSi3N4粉末(α化率50%以上、平均粒径D50=1μm)と、焼結助剤であるY2O3粉末(平均粒径D50=1μm)およびAl2O3粉末(平均粒径D50=1μm)を準備し、Si粉末を67質量%、Si3N4粉末を14質量%、Y2O3粉末を14質量%、Al2O3粉末を5質量%秤量した。 First, the presence / absence of Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals, and fracture toughness and strength were confirmed by varying the rate of temperature decrease from the highest temperature during firing to 1200 ° C. As starting materials, Si powder (average particle size D50 = 10 μm) and Si 3 N 4 powder (α conversion ratio of 50% or more, average particle size D50 = 1 μm) and Y 2 O 3 powder (average) as a sintering aid Particle diameter D50 = 1 μm) and Al 2 O 3 powder (average particle diameter D50 = 1 μm), Si powder 67 mass%, Si 3 N 4 powder 14 mass%, Y 2 O 3 powder 14 mass% 5% by mass of Al 2 O 3 powder was weighed.
その後、秤量後の粉末とバインダと溶媒とを回転ミルに入れて、所定時間混合・粉砕し、スラリーを得た。そして、噴霧造粒乾燥装置を用いてスラリーを噴霧造粒して球状顆粒を得た後、この球状顆粒を所定の金型に充填して粉末プレス成形法により成形し成形体を
得た。次に、この成形体を120kPaの窒素分圧で,1300℃の温度で焼成し窒化珪素のα
化率が90%以上の窒化体を得た後、さらに120kPaの窒素分圧で、1750℃の最高温度で
5時間保持した。ここまでの条件は同じであり、最高温度から1200℃までの降温速度を、一方は15℃/minとし、他方は10℃/minで降温して、その後、室温まで冷却することにより、窒化珪素質焼結体を得た。
Thereafter, the weighed powder, binder, and solvent were put in a rotary mill and mixed and pulverized for a predetermined time to obtain a slurry. Then, the slurry was sprayed and granulated using a spray granulation drying device to obtain spherical granules, and the spherical granules were filled in a predetermined mold and molded by a powder press molding method to obtain a compact. Next, the compact was fired at a nitrogen partial pressure of 120 kPa at a temperature of 1300 ° C.
After obtaining a nitride having a conversion rate of 90% or more, it was further maintained at a maximum temperature of 1750 ° C. for 5 hours at a nitrogen partial pressure of 120 kPa. The conditions up to here are the same, and the temperature-decreasing rate from the maximum temperature to 1200 ° C., one is 15 ° C./min, the other is 10 ° C./min, and then cooled to room temperature. A quality sintered body was obtained.
そして、酸素分析装置(堀場製作所製 EMGA−650FA)を用いた赤外線吸収法により窒
化珪素質焼結体中の酸素の含有量を求めた。また、ICP発光分光分析装置(島津製作所製 ICPS−8100)を用いてYおよびAlの定量分析を行ない、それぞれY2O3およびAl2O3に換算し、この酸化物換算で必要とした酸素量を窒化珪素質焼結体中の酸素の含有量から差し引き、この差し引いた酸素量からSiO2に換算した。そして、それぞれ換算したY2O3,Al2O3,SiO2量を100から差し引くことにより、窒化珪素の含
有量を求めた。その結果、窒化珪素質焼結体の組成は、窒化珪素が85.7質量%であり、Y2O3換算で9.6質量%であり、Al2O3換算で3.5質量%であり、SiO2換算で1.2
質量%であった。
Then, the oxygen content in the silicon nitride sintered body was determined by an infrared absorption method using an oxygen analyzer (EMGA-650FA manufactured by Horiba, Ltd.). Further, Y and Al were quantitatively analyzed using an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation), converted into Y 2 O 3 and Al 2 O 3 , respectively, and the oxygen required for this oxide conversion The amount was subtracted from the oxygen content in the silicon nitride sintered body, and converted to SiO 2 from the subtracted oxygen amount. Then, by subtracting Y 2 O 3 in terms respectively, Al 2 O 3, a SiO 2 content from 100 to determine the content of silicon nitride. As a result, the composition of the silicon nitride-based sintered body is 85.7% by mass of silicon nitride, 9.6% by mass in terms of Y 2 O 3 , 3.5% by mass in terms of Al 2 O 3 , and in terms of SiO 2 1.2
It was mass%.
また、X線回折装置(Bruker AXS社製 D8 ADVANCE)を用いて、窒化珪素質焼結体の表面にCuKα線を照射し、CuKα線の回折方向と入射方向の角度差(2θ)と回折X線強度を検出器で走査した結果であるX線回折チャートを得た。その結果、最高温度から1200℃までの降温速度が15℃/minのものについては、2θ=29.4°付近および32.6°付近にピークは存在していなかった。これに対し、最高温度から1200℃までの降温速度が10℃/minのものについては、2θ=32.6°付近にY2SiAlO5Nの結晶のピークが確認されるとともに、2θ=29.4°付近にY4SiAlO8Nの結晶のピークが確認された。なお、各結晶の同定は、2θの値よりJCPDSカードを用いて行なった。 Also, using an X-ray diffractometer (D8 ADVANCE manufactured by Bruker AXS), the surface of the silicon nitride sintered body is irradiated with CuKα rays, and the angle difference (2θ) between the diffraction direction and the incident direction of CuKα rays and diffraction X An X-ray diffraction chart as a result of scanning the line intensity with a detector was obtained. As a result, when the rate of temperature decrease from the maximum temperature to 1200 ° C. was 15 ° C./min, there were no peaks near 2θ = 29.4 ° and 32.6 °. On the other hand, when the rate of temperature decrease from the maximum temperature to 1200 ° C. is 10 ° C./min, a Y 2 SiAlO 5 N crystal peak is observed around 2θ = 32.6 ° and 2θ = 29.4 °. A crystal peak of Y 4 SiAlO 8 N was confirmed. Each crystal was identified from the value of 2θ using a JCPDS card.
次に、破壊靭性および強度について、JIS R 1607−2010およびJIS R 1601−2008に準拠した試験片となるように窒化珪素質焼結体に研磨加工や研削加工を施した。そして、JIS R 1607−2010で規定される圧子圧入法(IF法)に準拠して破壊靱性を測定した。また、JIS R 1601−2008に準拠した4点曲げ強さ試験で4点曲げ強度を測定した。 Next, with respect to fracture toughness and strength, the silicon nitride sintered body was subjected to polishing and grinding so as to be a test piece in accordance with JIS R 1607-2010 and JIS R 1601-2008. And fracture toughness was measured based on the indenter press-in method (IF method) prescribed | regulated by JISR1607-2010. Further, the 4-point bending strength was measured by a 4-point bending strength test based on JIS R 1601-2008.
その結果、破壊靭性の値は同程度であったものの、最高温度から1200℃までの降温速度を10℃/minとして作製した窒化珪素質焼結体は、4点曲げ強度の値が10〜20%高く、粒界相にY2SiAlO5Nの結晶およびY4SiAlO8Nの結晶が存在していることにより、強度を向上できることがわかった。 As a result, although the value of fracture toughness was similar, the silicon nitride sintered body produced at a rate of temperature decrease from the maximum temperature of 1200 ° C to 10 ° C / min had a 4-point bending strength value of 10 to 20 %, And the presence of Y 2 SiAlO 5 N crystals and Y 4 SiAlO 8 N crystals in the grain boundary phase revealed that the strength could be improved.
次に、実施例1と同様の粉末を準備して、表1に示す組成となるように秤量して実施例1と同様の方法で窒化珪素質焼結体を作製した。なお、最高温度から1200℃までの降温速度は、8℃/minとし、組成については、実施例1と同様の方法により求めた。 Next, a powder similar to that in Example 1 was prepared, weighed so as to have the composition shown in Table 1, and a silicon nitride sintered body was produced in the same manner as in Example 1. The rate of temperature decrease from the maximum temperature to 1200 ° C. was 8 ° C./min, and the composition was determined by the same method as in Example 1.
また、実施例1と同様の方法で破壊靭性と強度の測定を行なった。結果を表1に示す。 Further, fracture toughness and strength were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
表1に示す通り、Y2O3換算で5質量%以上14質量%以下、Al2O3換算で2質量%以上5質量%以下およびSiO2換算で0.5質量%以上2質量%未満含有し、残部が窒
化珪素からなる試料No.2〜8は、破壊靭性の値が6MPa・m1/2以上であり、4点曲げ強度の値が800MPa以上であり、この範囲外の組成を示す試料よりも破壊靱性お
よび強度に優れていた。また、試料No.5と試料No.6とを比較すると、試料No.5の方が破壊靭性および4点曲げ強度に優れており、Y2O3:Al2O3:SiO2の窒化珪素質焼結体の含有量の質量比率が59〜75質量%:20〜28質量%:5〜13質量%であった方が機械的特性に優れていることがわかった。
As shown in Table 1, 5% by mass or more and 14% by mass or less in terms of Y 2 O 3 , 2% by mass or more and 5% by mass or less in terms of Al 2 O 3 , and 0.5% by mass or more and less than 2% by mass in terms of SiO 2 , The balance of the sample No. 2 consisting of silicon nitride. Nos. 2 to 8 had a fracture toughness value of 6 MPa · m 1/2 or more and a four-point bending strength value of 800 MPa or more, which was superior in fracture toughness and strength to a sample having a composition outside this range. . Sample No. 5 and Sample No. 6 is compared with Sample No. 5 is superior in fracture toughness and 4-point bending strength, and the mass ratio of the content of silicon nitride sintered body of Y 2 O 3 : Al 2 O 3 : SiO 2 is 59 to 75% by mass: 20 to It was found that 28% by mass: 5 to 13% by mass was superior in mechanical properties.
次に、実施例2の試料No.4と同様の組成となるように各粉末を秤量して、実施例1と同様の作製方法で窒化体までを作製した。次に、120kPaの窒素分圧で、1750℃の最
高温度で5時間保持し、最高温度から1200℃までの降温速度をそれぞれ表1に示す設定として、その後、室温まで冷却することにより、試料No.14〜17の窒化珪素質焼結体を得た。そして、実施例1と同様の方法で破壊靭性と強度の測定を行なった。結果を表2に示す。
Next, sample no. Each powder was weighed so as to have the same composition as in No. 4, and up to a nitride was produced by the same production method as in Example 1. Next, with a nitrogen partial pressure of 120 kPa, the sample was held at the maximum temperature of 1750 ° C. for 5 hours, and the cooling rate from the maximum temperature to 1200 ° C. was set as shown in Table 1, and then cooled to room temperature. . 14 to 17 silicon nitride sintered bodies were obtained. Then, fracture toughness and strength were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
表2に示す結果、X線回折チャートにおける2θ=32.6°付近のY2SiAlO5Nの結晶のピーク強度をXとし、2θ=29.4°付近のY4SiAlO8Nの結晶のピーク強度をYとしたときの比率X/Yが1.2以下である試料No.14〜16は、比率X/Yが1.31で
ある試料No.17よりも破壊靱性および4点曲げ強度に優れていることがわかった。
As a result shown in Table 2, the peak intensity of Y 2 SiAlO 5 N crystal near 2θ = 32.6 ° in the X-ray diffraction chart is X, and the peak intensity of Y 4 SiAlO 8 N crystal near 2θ = 29.4 ° is Y Sample No. with a ratio X / Y of 1.2 or less Nos. 14 to 16 are sample Nos. With a ratio X / Y of 1.31. It was found that fracture toughness and 4-point bending strength were superior to 17.
次に、実施例3の試料No.15と同様の組成となるように各粉末を秤量した。そして、Fe2O3粉末(平均粒径D50=0.1〜3μm)、WO3粉末(平均粒径D50=0.1〜3μm)を準備し、Si粉末、Si3N4粉末、Y2O3粉末、Al2O3粉末の合計100質
量%に対し、Fe2O3粉末を2質量%以下(0質量%以下を除く)、WO3粉末を1質量%以下(0質量%以下を除く)加えて、後の工程については、実施例3の試料No.15と同様の作製方法で窒化珪素質焼結体を得た。
Next, sample no. Each powder was weighed so as to have the same composition as 15. Then, Fe 2 O 3 powder (average particle diameter D50 = 0.1~3μm), WO 3 powder (average particle size D50 = 0.1 to 3 m) were prepared, Si powder, Si 3 N 4 powder, Y 2 O 3 powder, Fe 2 O 3 powder is added 2 mass% or less (excluding 0 mass% or less) and WO 3 powder is added 1 mass% or less (excluding 0 mass% or less) to 100 mass% of the total Al 2 O 3 powder. For the subsequent steps, sample No. A silicon nitride sintered body was obtained by the same production method as in No. 15.
そして、得られた窒化珪素質焼結体について、波長分散型X線マイクロアナライザー装置(日本電子製 JXA−8600M型)を用いて、粒界相すなわちSiとNとが共存する領域外に、WとSiとが存在する領域、FeとSiとが存在する領域を確認した。次に、透過型電子顕微鏡(TEM)分析によってWSi2およびFeSi2であることを確認した。そして、実施例3の試料No.15と今回得られた窒化珪素質焼結体とを用いて、JIS
R 1604−2008に準拠した試験片寸法となるように研削加工を施して、高温(800℃)
における4点曲げ強さ試験を行なった。
Then, for the obtained silicon nitride-based sintered body, using a wavelength dispersive X-ray microanalyzer device (JXA-8600M type manufactured by JEOL Ltd.), the grain boundary phase, that is, outside the region where Si and N coexist, A region where Si and Si exist and a region where Fe and Si exist are confirmed. Next, it was confirmed to be WSi 2 and FeSi 2 by transmission electron microscope (TEM) analysis. And sample No. of Example 3 15 and the silicon nitride sintered body obtained this time,
High temperature (800 ° C) after grinding to a test piece size in accordance with R 1604-2008
A 4-point bending strength test was conducted.
その結果、今回得られた窒化珪素質焼結体は、実施例3の試料No.15よりも高温(800℃)における4点曲げ強度の値が大きく、WSi2およびFeSi2の結晶が粒界相に
存在していることにより、高温における強度を向上できることがわかった。
As a result, the silicon nitride-based sintered body obtained this time was the sample No. 3 of Example 3. The value of the 4-point bending strength at a higher temperature (800 ° C.) than 15 was larger, and it was found that the strength at high temperature could be improved by the presence of WSi 2 and FeSi 2 crystals in the grain boundary phase.
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