JPH01115872A

JPH01115872A - 窒化ケイ素セラミックス

Info

Publication number: JPH01115872A
Application number: JP62274378A
Authority: JP
Inventors: Morio Kurasawa; 守雄倉澤
Original assignee: Kurasawa Optical Industry Co Ltd
Current assignee: Kurasawa Optical Industry Co Ltd
Priority date: 1987-10-29
Filing date: 1987-10-29
Publication date: 1989-05-09

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、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ピンストンキャップ、燃
焼副室、ターボチャージャ、静翼、動翼、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、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、高い破壊じん性が要求されるベアリ
ング、摺動部品等に使用する窒化ケイ素セラミックスに
関する。

従来の技術従来、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を主原料とするエンジ
ニアリング会セラミックスが高強度、耐熱性、耐食性、
耐摩耗性、高じん性に優れているので、工具等の各種用
途に実施されている。この窒化ケイ素の粉末は難焼結性
であるので、酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）　、酸化ア
ルミニウム　（Ａ１２０３）、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）などの酸化物が焼結助剤として用いられている。そ
して、これらの焼結助剤の少量を窒化ケイ素の粉末に均
一に分散させて圧粉体を成型し、この圧粉体を焼結温度
に加熱する。この加熱により焼結助剤と、これに接触し
てい−る窒化ケイ素の粒子の表面が反応し、融点が低い
ガラス相を形成する。

このガラス相は全体、あるいは一部が溶融するなどして
窒化ケイ素粒子の間に染み込み、窒化ケイ素粒子を接合
する。

しかし、上記のようにして焼結した窒化ケイ素からなる
セラミックスを単純に冷却すると。

粒子間に形成したガラス相は原子の配列がバラバラな状
態のガラス（非晶質）状のまま固まる。このため、この
セラミックスを高温に加熱すると、窒化ケイ素そのもの
は軟化しなくても窒化ケイ素の粒子同士を繋いでいる粒
界相であるガラス相が軟化してしまい、セラミックス全
体の強さを低下させてしまう、このように焼結体内に残
るガラス相をどのように強化するかが焼結体を製造する
際の重要な問題である。最も簡単な方法は焼結助剤を極
力減らせ１ｆよいが、焼結助剤を単純に減らすと、窒化
ケイ素の焼結が難しくなる。

近時、焼結助剤を減少させる方法として、ガス圧力焼結
法が開発された。窒化ケイ素の一般的な常圧焼結法では
、窒化ケイ素が高温になると固体が分解を始め、揮発し
てしまうので、加熱温度に限界があるが、ガス圧力焼結
法によれば、焼結中の圧力粉体の周囲を窒素ガス　（Ｎ
２）で加圧することにより上記分解反応を抑えることが
できる。窒化ケイ素の分解が抑制されると、焼結温度を
高くすることができる。この焼結温度が高くなるほど原
子は拡散し易くなり、焼結の進み具合が速くなる。した
がって、焼結助剤の量を減らしても　密な焼結体を製造
することができる。そして、一般的に窒化ケイ素のガス
圧焼結法は圧力、約１０ＭＰａ、温度、１８００〜２１
００℃の条件で行なわれる。

発明が解決しようとする問題点しかし、上記従来の窒化ケイ素を主原料とするセラミッ
クスはガス圧力焼結法により製造しても、なお、酸化イ
ツトリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなど
のかなりの量の焼結助剤が用いられており、したがって
、高密度性、高硬度性、高耐熱性に不充分であるなどの
問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するもの
で、高密度性、高硬度性、高耐熱性を得ることができ、
したがって、広範な用途に使用することができるように
した窒化ケイ素セラミックス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、窒化ケイ素に少なく
とも重量比で０．１〜２５％のニオブおよびニオブ系物
質の一種、若しくは複数種が混合されて形成されたもの
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。

窒化ケイ素にニオブおよびニオブ系物質の一種、若しく
は複数種を０．１〜２５重量％混入して焼結することに
より、ニオブ、若しくはニオブ系物質が窒化ケイ素の粒
子間に存在してその結合を強固にし、高密度性、高硬度
性を向上させることができ、また、ニオブ、若しくはニ
オブ系物質自身が耐熱性に優れているので、焼結された
セラミックスの耐熱性を向上させることができる。また
、従来用いられていた焼結助剤は必要に応じて微量用い
ればよいので、上記物性の劣化を防止することができる
。

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）、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（Ｎｂ＋３Ｇｅ）、シリコン化
ニオブ（Ｎｂ　Ｓｉ）、アルミニウム化ニオブ（ＮｂＳ
Ａｌ）、二酸化ニオブ（Ｎｂ０，２）　、五酸化ニオブ
（Ｎｂ２０５）、ニオブ酸リチウム　（Ｌ＋Ｎｂ０３）
　、二塩化ニオブ（ｓｂｃ＋　）、三塩化ニオブ（Ｎｂ
Ｃ１３）、四塩化ニオブ（ＮｂＣ１）　、五塩化ニオブ
（ＮｂＣ１５）、オキシ塩化ニオブ（ＮｂＯＣ：Ｉ　）
　、二弗化ニオブ（ＮｂＦ２）、三部化ニオブ（ＮｂＦ
　）、四弗化ニオブ（ＮｂＦ４）、三弗化ニオブ（Ｎｂ
Ｆ　）　、　　オキシ弗化ニオブ（ＮｂＯＦ３）、三臭
化ニオブ（ＮｂＢｒ２）、三臭化ニオブ（Ｎ　ｂ　Ｂ　
ｒ　３）、四臭化ニオブ（ＮｂＢｒａ）、五臭化ニオブ
（ＮｂＢｒ５）、オキシ臭化ニオブ（ＮｂＯＢｒ３）　
、ニョウ化ニオブ（Ｎｂｌ　）　、三ヨウ化ニオブ（Ｎ
ｂ１３）　、四ヨウ化ニオブ（ＮｂＩ　）　、五ヨウ化
ニオブ（Ｎｂ１５）　、オキショウ化ニオブ（Ｎｂ０１
３）、ニオブアルコキシドにオブエトキシド）　（Ｎｂ
（ＱＣ２Ｈ５）５）等を用いる。

そして、窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４）に少なくとも重量比
でニオブおよびニオブ系物質の一種、若しくは複数種が
０．１〜２５重量％混合され、エンジニアリング−セラ
ミックスである窒化ケイ素セラミックスが形成されたも
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。

シリコン　（Ｓｉ）の粉末に五酸化ニオブを下表の実施
例１〜２４のように０．１〜２５重量％の範囲で混合す
ると共に、焼結助剤として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
を微量混合し、焼結中の圧粉体の周囲を窒素ガス（Ｎ２
）で加圧するガス圧焼結法により圧力、約１０Ｍｐａ、
温度、１７００°Ｃの条件で窒化ケイ素セラミックスを
製造した（ニオブ、若しくはニオブ系物質の融点が１４
００℃〜１６００℃であるので、１７００℃で完全に焼
結することができた。）。

上記実施例から明らかなように本発明のセラミックスは
１４１０℃以上の高温に耐えることでき、耐熱性に優れ
ていることがわかった。また、密度は２９Ｋｃａｌ／ｍ
、ｈ、ｃであり、高密度性に優れていることがわかった
。更に、ヌープ硬さは１７００〜２０００ｋｇｆ／ｍｒ
ｎ’で、従来の窒化ケイ素セラミックスより２０％向上
することができ、高硬度性に優れていることがわかった
。

なお、五酸化ニオブの窒化ケイ素に対する混合量が０．
１重量％未満では、耐熱性、高密度性、高硬度性に劣り
、２５重量％を超えると、耐熱性、高密度性、高硬度性
が向上せず、高価となる。また、上記各具体的実施例で
は、五酸化ニオブを用いた場合について説明したが、五
酸化ニオブ以外のニオブ、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、焼結
助剤としては酸化マグネシウム０１ｇ０）以外にも、例
えば酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）、酸化アルミニウム
（Ａ１２０３）などを用いることができ、また、これら
焼結助剤は上記ニオブ、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、用いなくてもよく、用い
る場合でも従来の１／１０〜１／１５程度に抑えること
ができ、窒化ケイ素、二・オブ、若しくはニオブ系物質
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
．１〜２５重量％混入しているので、これを焼結するこ
とにより、ニオブ、若しくはニオブ系物質が窒化ケイ素
の粒子間に存在して高密度性、高硬度性を向上させるこ
とができ、また、ニオブ、若しくはニオブ系物質自身が
耐熱性に優れているので、耐熱性を向上させることがで
きる。また、従来用いられていた焼結助剤は必要に応じ
て微量用いればよいので、上記物性を劣化させるおそれ
はない、そして、本発明の窒化ケイ素セラミックスによ
れば、上記のように高密度性、高硬度性、耐熱性を向上
させることができるので、従来のセラミックスに比べて
上記用途の他、下記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、ボール、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。

（４）ｍ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）。

（θ）その他ポールネジ、メカニカルシール、切削工具（スロー７ウ
エイチツプ）、石油ガス化燃焼バーナ、ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

　窒化ケイ素に少なくとも重量比で０．１〜２５％のニ
オブおよびニオブ系物質の一種、若しくは複数種が混合
されて形成されたことを特徴とする窒化ケイ素セラミッ
クス。