JPH01115807A - サイアロン - Google Patents

サイアロン

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JPH01115807A
JPH01115807A JP62274379A JP27437987A JPH01115807A JP H01115807 A JPH01115807 A JP H01115807A JP 62274379 A JP62274379 A JP 62274379A JP 27437987 A JP27437987 A JP 27437987A JP H01115807 A JPH01115807 A JP H01115807A
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JP
Japan
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niobium
sialon
silicon nitride
aluminum oxide
heat resistance
Prior art date
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Pending
Application number
JP62274379A
Other languages
English (en)
Inventor
Morio Kurasawa
守雄 倉澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurasawa Optical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kurasawa Optical Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Kurasawa Optical Industry Co Ltd filed Critical Kurasawa Optical Industry Co Ltd
Priority to JP62274379A priority Critical patent/JPH01115807A/ja
Publication of JPH01115807A publication Critical patent/JPH01115807A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、高強度、高耐熱性、高耐熱衝撃性等の特性が
要求されるエンジン部品1例えばディーゼルエンジン、
ガスタービンエンジンにおけるビンストンキャップ、燃
焼副室、ターボチャージャ、静翼、動翼、化学工業用パ
イプ、または溶融金属にぬれに<<、耐食性が要求され
る溶融金属との接触部品5例えばアルミニウム、亜鉛等
のグイキャスト装置のシリンダ、ピストン部品、金属お
よび金属間化合物単結晶の引上げジグ、るつぼ、または
高周波加熱、プラズマアーク等、急激な温度上昇に耐え
ることが要求される熱ジグ、工具部品、例えばサポート
ジグ、ホールドジグ、または高強度で、高い破壊しん性
が要求されるベアリング、摺動部品、高温にさらされる
窓材等に使用するサイアロンの改良に関する。
従来の技術 近時、サイアロン(S i a l o n)は酸化物
を含んでいるため、窒化ケイ素(Si3N、)や炭化ケ
イ素(SiC)に比べて高温における耐食性に優れてお
り、自動車エンジン、ガスタービン争エンジン、化学工
業用パイプなどに期待され、また、最近、透光性の良い
サイアロンが開発され、高温にさらされる窓材などに期
待されている。サイアロンはSi −AI −0−N 
(ケイ素・アルミニウム・酸素拳窒素)の構成元素から
なり、結晶構造から見ると、Si3N4の基本構造を持
ち、Siの一部をA1が、Nの一部を0が置換したもの
である。サイアロンの結晶構造とじては、その基本とな
っているSi3N4と同様にα型。
β型の2種類がある。
β型サイアロンはSi3N4に比べて耐食性、耐酸化性
、生産性に優れている。従来、このβ型サイアロンとし
て、機械的性質を重視した一般グレードと、放電加工性
を重視した導電性グレードの2種類が実用化され、導電
性グレードのものが注目されつつある。そして、サイア
ロンに導電性を与える添加剤として窒化チタン(TiN
)が用いられている。この導電性を有するβ型サイアロ
ンを作製するには、Z値が0.5になるように窒化ケイ
素(Si3S、)と酸化アルミニウム(Al2O2) 
、窒化アルミニウム(AIN)を混合し。
これに酸化イツトリウム(Y2O2)と20〜50体積
%の窒化チタン(Tie)を加えて圧粉体を作製し、こ
の圧粉体を1750〜1800℃で常圧焼結する。この
ようにして作製したβ型サイアロンのうち、30体積%
のTiNを添加した場合。
電気抵抗が3.9×10−3Ω/cm、50体積%のT
iNを添加した場合、電気抵抗が0.2X 10−3Ω
/ c mの導電性を示した。また、20体積゛%のT
iNを添加した場合、絶縁性を示した。また、上記β型
サイアロンをワイヤカット放電加工した結果、40体積
%のTiNを添加したものでは、5mm、7mmのいず
れの厚さにおいても切断することができ、放電加工速度
は平均0.7mm/分であった。
近時、β型サイアロンの改良型として、高強度サイアロ
ンと反応焼結サイアロンの2種類が実用化されている。
この高強度サイアロンは窒化ケイ素(Si3N4) ニ
酸化アルミニウム(A12o3)をフルコキシド法によ
り均一に分散させて固溶させている。このようにして作
製した高強度サイアロンの曲げ強さは140kgf/m
rn”(1370MPa)と従来のβ型サイアロンに比
べて優れている0組成によっては1200℃の高温下で
、曲げ強さが120kgf/mm’ (1180M P
 a )を維持するものもある。一方、反応焼結サイア
ロンはサイアロンと六方晶系窒化ホウ素(hBN)の複
合セラミックスであり、二酸化ケイ素(S + 02 
)や酸化アルミニウム(Al2O2)を混合し、Nガス
内で焼結すると、SiとN2が反応し、更に二酸化ケイ
素(SiO2)や酸化アルミニウム(Al2O2)と反
応し、β型サイアロンに変化する。
更に、近時、α型すイアロン相とβ型Si3N4相が混
在した焼結体が提供されており、このα+β型には、現
在、α化率が60%のものと、α化率が30%のものと
がある。
発明が解決しようとする問題点 しかし、上記従゛来のいずれのサイアロンにおいても、
曲げ強さ、耐熱性が不充分であり、熱膨張率が劣るなど
の問題がある。
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
で、曲げ強さ、耐熱性、導電性、透光性を向上させるこ
とができ、また熱膨張率の低下を図ることができるよう
にしたサイアロンを提供することを目的とするものであ
る。
問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、窒化ケイ素、酸化ア
ルミニウムを主成分とし、これに少なくとも重量比で0
.5〜25%のニオブおよびニオブ系物質の一種、若し
くは複数種を固溶したものである。
作用 上記技術的手段による作用は次のようになる。
ニオブ、若しくはニオブ系物質が窒化ケイ素、酸化アル
ミニウムの粒子間に存在してその結合を強固にし、曲げ
強さを向上させる共に、熱膨張率の低下を図ることがで
き、またニオブ、若しくはニオブ系物質自身が1400
〜1600℃の耐熱性を有し、耐熱性に優れているので
、窒化ケイ素、酸化アルミニウムに混入してもその特性
を発揮することができ、また、ニオブ、若しくはニオブ
系物質を用いることにより、電子の1@きを活発化させ
ることができ、また、透光性を向上させることができる
実施例 以下、本発明の実施例について説明する。
本発明では、ニオブ、若しくは、ニオブ系物質として、
金属ニオブ(Nb)、炭化ニオブ(NbC)C)、窒化
ニオブ(NbN)、スズ化ニオブ(N b 3S n 
)、ゲルマニウム化ニオブ(Nb3Ge)、シリコン化
ニオブ(N b 3S i)、アルミニウム化ニオブ(
Nb3Al)、二酸化ニオブ(Nb02) 、五酸化ニ
オブ(Nb205)。
ニオブ酸リチウム (LiNb03)、二塩化ニオブ(
NbC1)、三塩化ニオブ(NbG13)、四塩化ニオ
ブ(NbCI ) 、五塩化ニオブ(NbC15)、オ
キシ塩化ニオブ(NbOC+ ) 、二弗化ニオブ(N
bF2)、三部化ニオブ(NbF )、四弗化ニオブ(
NbF4)、丘部化ニオブ(NbF5) 、オキシ弗化
ニオブ(NbOF3)、五臭化ニオブ(NbBr2)、
三臭化ニオブ(NbBr3)、四臭化ニオブ(NbBr
4)、五臭化ニオブ(NbBr5)、オキシ臭化ニオブ
(NbOBr3) 、ニョウ化ニオブ(NbI ) 、
三ヨウ化ニオブ(Nb13) 、四ヨウ化ニオブ(Nb
14) 、五ヨウ化ニオブ(NbI5) 、オキシヨウ
化ニオブ(NbCI3)、ニオブアルコキシドにオブエ
トキシド)(Nb(OC2H5)5、Wb(OC3H7
)5)等を用いる。
そして、窒化ケイ素(S+3N4) 、酸化アルミニウ
ムを主成分とし、これに少なくとも重量比で上記ニオブ
およびニオブ系物質の一種、若しくは複数種を0.5〜
25重量%固溶してサイアロンを作製する。
このようにして作製されたサイアロンは、β型であり、
Si −AI −0−NのA1の一部をNbで置換し、
Nの一部をOで置換したものである。
次に本発明の具体的実施例の配合比および試験結果につ
いて説明する。
窒化ケイ素(S i 3’N t、)の粉末とアルミニ
ウムアルコキシド(AI(OC3H7)3)にニオブア
ルコキシド(Nb(OC3H7)5)を下表の実施例1
〜1Bのように 0.5〜25重量%の範囲で混合し、
加水分解法により酸化アルミニウム(A1203)と五
酸化ニオブ(Nb O)を沈殿させ、窒化ケイ素(S1
3N4)と均−に混合した。そして、沈殿物を150〜
200℃で乾燥し、粉砕して900℃で約1時間焼成す
ることにより、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、五酸化
ニオブを固溶したサイアロンを作製した。
上記実施例から明らかなように本発明のサイアロンによ
れば、Z=0.5の標準品の室温における曲げ強さは1
45〜160kgf/mm’であり1組成によっては、
1200℃の高温で、145kgh/mrn’を維持す
るものもあり、曲げ強さおよび耐熱性に優れていること
がわかった。また、熱膨張率は4.lX l O−6〜
2.4X 10−6の範囲であり、従来に比べて低いこ
とがわかった。また、導電性は最高2.4X I O=
Ω/cmを示し、従来に比べて優れていることがわかっ
た。更に、分光光度計により可視光範囲、すなわち40
0〜720ナノメータの波長で透過率を測定した結果、
透光性は従来に比べて20%向上させることができた。
なお、窒化ケイ素に対する五酸化ニオブの混合量が0.
5重量%未満では、曲げ強さ、耐熱性、熱膨張率、導電
性、透光性に劣り、25重量%を超えると、曲げ強さ、
耐熱性、熱膨張率、導電性、透光性が向上せず、高価と
なる。
また、上記各具体的実施例以外のニオブ、若しくはニオ
ブ系物質の一種、若しくは二種以上を用いても同等の効
果を得ることができることは容易に推測することができ
る。また、上記実施例では、ニオブ、若しくはニオブ系
物質が焼結助剤としての役割を果たすので、この他に焼
結助剤を用いていないが、焼結の際に酸化アルミニウム
(Al2O2) 、酸化イツトリウム(Y2O2)、 
1%!化マグネシウム(MgO)などの焼結助剤を用い
てもよく、この場合でもニオブ、若しくはニオブ系物質
を用いるので、その量を従来のl/10〜1/15程度
に抑えることができ、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、
ニオブ、ニオブ系物質の物性を劣化させるおそれは゛な
い。
発明の効果 以上要するに本発明によれば、窒化ケイ素、酸化アルミ
ニウムに少なくともニオブおよびニオブ系物質の一種、
若しくは複数種を0.5〜25重量%添加焼結して固溶
させることにより、ニオブ、若しくはニオブ系物質が窒
化ケイ素、酸化アルミニウムの粒子間に存在してその結
合を強固辷し、曲げ強さを向上させることができると共
に、熱膨張率の低下を図ることができる。また、ニオブ
若しくはニオブ系物質自身が耐熱性を有するので、耐熱
性を向上させることができる。また、ニオブ、若しくは
ニオブ系物質を用いることにより、電子の働きを活発化
させることができる。更には、ニオブ若しくはニオブ系
物質を用いることにより透光性を向上させることができ
る。したがって、従来のサイアロンに比べて下記のよう
に極めて広範囲の用途に用いることができる。
(1)ベアリング 内・外輪、ポール、コロ。
(2)自動車部品 グロープラグ、ロッカーアームチップ、ターボロータ、
チャンバー。
(3)鉄鋼関連耐熱部品 加熱炉用スキッドボタン、加熱炉用ラジアントチューブ
、流動接触分解装置用高温移送ライン、合成ガス反応管
器燃焼用ノズル、連鋳ブレークリング、搬送ロール、非
鉄金属プロセス用各種部材。
(0機械部品 ポンプ部品、バルブ部品、抄紙機用部品、粉砕機関連部
品、伸線機用部品、ケージミル用部品(ライナ、ブレー
ド)。
(5)工作機械部品 ワイヤカット放電加工機用部品(ローラ)、フライス盤
部品(スタイラス)、NC旋盤用部品(主軸、軸受)。
(6)その他 ポールネジ、メカニカルシール、切削工具(スローアウ
ェイチップ)、石油ガス化燃焼バーナ、ノズル。
特許出願人 倉澤光学工業株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  窒化ケイ素、酸化アルミニウムを主成分と し、これに少なくともに重量比で0.5〜25%のニオ
    ブおよびニオブ系物質の一種、若しくは複数種が固溶さ
    れていることを特徴とするサイアロン。
JP62274379A 1987-10-29 1987-10-29 サイアロン Pending JPH01115807A (ja)

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JP62274379A JPH01115807A (ja) 1987-10-29 1987-10-29 サイアロン

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JP62274379A JPH01115807A (ja) 1987-10-29 1987-10-29 サイアロン

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6040256A (en) * 1993-10-12 2000-03-21 Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. Method for producing a reaction sintered ceramic

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57106576A (en) * 1981-11-02 1982-07-02 Tokyo Shibaura Electric Co Ceramic powder material
JPS5969477A (ja) * 1982-10-08 1984-04-19 三菱マテリアル株式会社 サイアロン基セラミツク焼結材料の製造法
JPS59146982A (ja) * 1983-02-09 1984-08-23 三菱マテリアル株式会社 高靭性サイアロン基焼結材料

Patent Citations (3)

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