JPH02255571A - 易加工性セラミックス - Google Patents

易加工性セラミックス

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JPH02255571A
JPH02255571A JP1076969A JP7696989A JPH02255571A JP H02255571 A JPH02255571 A JP H02255571A JP 1076969 A JP1076969 A JP 1076969A JP 7696989 A JP7696989 A JP 7696989A JP H02255571 A JPH02255571 A JP H02255571A
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sintering
boron nitride
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Toshimi Kobayashi
小林 利美
Hidenobu Miyazawa
宮澤 英伸
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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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、耐酸化性に優れ、かつ機械加工性が良好な易
加工性セラミックスに関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
旋盤によるハイス鋼での加工といった機械加工が可能な
易加工性セラミックスとしては、窒化硼素(BN)成形
体が知られている。この窒化硼素成形体は、例えば、特
公昭49−40124号公報に記載されたように窒化硼
素にアルカリ土類ホウ酸塩を添加し、これを熱間加圧成
形(ホットプレス)法で成形・焼結したり、特公昭49
−37093号公報に記載されたように微粉状の窒化硼
素粉末を使用して成形・焼結するなどの方法で製造され
ている。
しかしながら、このようにして得られる窒化硼素成形体
は高温下でも使用可能な優れた材料であるが、空気中な
どの酸化性雰囲気で900〜1200℃の高温下に連続
して使用すると、酸化によりホウ酸ガラスが生成し、こ
のホウ酸ガラスが流出して窒化硼素成形体が軟化したり
、この成形体と他の部材とが融着するなど、種々のトラ
ブルが発生するという問題がある。このため、酸化性雰
囲気で900℃以上の高温下においてもガラス質の流出
なく好適に使用し得、耐酸化性に優れていると共に、機
械加工性の高い成形体の開発が望まれていた。
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、酸化性雰囲気
で高温下に使用してもガラス質の流出などのトラブル発
生がなく、耐酸化性に優れ、しかも機械加工性の良好な
易加工性セラミックスを提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、20〜7
0重量部の六方晶窒化硼素粉末、30〜80重量部の窒
化珪素粉末及び窒化珪素に対し1〜10重量%の焼結助
剤粉末、特にアルミナとイツトリアとの混合物を含有す
る粉末組成物を例えば1600℃〜2100℃の温度で
60〜210kg / cdの圧力条件において不活性
ガス雰囲気下に熱間加圧成形するか、あるいは加圧成形
した後に不活性ガス雰囲気下に1700℃〜2100℃
の温度で焼結する等の焼結を行なうことにより、易加工
性セラミックスが得られ、このセラミックスは空気等の
酸化性雰囲気で1200℃程度の高温下に連続使用して
もガラス質の流出が極めて少なく、酸化性雰囲気下にお
ける使用上限温度を約1200℃程度まで高めることが
でき、耐酸化性に優れている上、窒化硼素由来の易加工
性が維持されて機械加工性が良好であることを知見し、
本発明をなすに至った。
従って、本発明は、20〜70重量部の六方晶窒化硼素
粉末、30〜80重量部の窒化珪素粉末及び窒化珪素に
対し1〜10重量%の焼結助剤粉末を含有する粉末組成
物を焼結してなることを特徴とする易加工性セラミック
スを提供する。
以下、本発明につき更に詳述する。
本発明の易加工性セラミックスは六方晶窒化硼素粉末、
窒化珪素粉末及び焼結助剤粉末をそれぞれ特定の割合で
含有した粉末組成物を焼結してなるものである。
ここで、大方晶窒化硼素粉末、窒化珪素粉末としては特
に制限はなく、それぞれの市販粉末を使用することがで
きるが、好ましくはその平均粒子径が、それぞれ六方晶
窒化硼素粉末は30μm以下、特に10μm以下、窒化
珪素粉末は1μm以下、特に0.8μm以下であるもの
が使用され、本発明においては窒化硼素粉末の粒径を従
来より広い範囲とすることができる。
また、焼結助剤粉末としては、通常1200℃以上の高
温で安定な酸化物が望ましいが、その中でもイツトリア
(YxOs)粉末とアルミナ(A 1 zO+)粉末の
混合物が焼結性、安定性、強度、耐酸化性の付与効果に
優れている魚で有効に使用できる。この場合、これらの
粉末も市販粉末を使用でき、好ましくはその平均粒径が
イツトリア粉末は10μm以下、特に5μm以下、アル
ミナ粉末は10μm以下、特に5μm以下のものが使用
され、それらの配合割合をイツトリア粉末とアルミナ粉
末の比をl:9〜9:1、特に5:5〜9:1とするこ
とが好ましい。
本発明の易加工性セラミックスにおいては、上記粉末の
配合量は、六方晶窒化硼素粉末が20〜70重量部、好
ましくは40〜60重量部、窒化珪素粉末が35〜80
重量部、好ましくは40〜60重量部、焼結助剤粉末は
窒化珪素粉末に対し1〜lO重量%、好ましく、は、5
〜lO重量%とするものである。各粉末のいずれかの配
合量が上記範囲外であると、成形体の耐酸化性や機械加
工性が低下して、本発明の目的を達成することができな
い。
本発明においては、上記粉末、必要に応じ他の化合物を
含有する粉末組成物を焼結することにより、耐酸化性に
優れた易加工性セラミックスを得ることができる。、 ここで、焼結は、熱間加圧成形法で行なうことができ、
例えばボールミル等で十分に混合した粉末組成物を黒鉛
製モールド等に充填し、1600℃〜2100℃、好ま
しくは1700″C〜1800℃の温度で、60kg/
aJ〜210 kg/c+4、好ましくは120kg/
cIl!〜210kg/aaの圧力下において成形する
方法が採用し得る。この場合、処理温度が1600℃よ
り低かったり圧力が60kg/cdより低いと、耐酸化
性が悪くなる場合がある。また、2100℃より高温に
すると黒鉛モールドの消耗が激しく、圧力が210kg
 / cdより大きいと黒鉛モールドが破壊され易くな
る。
なお、熱間加圧成形は、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気
において上記条件で30〜90分間行なうことが望まし
い。
また、本発明に係る易加工性セラミックスは、上記粉末
組成物を加圧成形した後、これを焼結することによって
も得ることができる。
この場合、成形体用組成物の加圧成形方法は別に制限さ
れないが、原料粉末をゴム型に詰め、常温下で100〜
5000 kg / ci 、特に1000〜5000
kg/−の加圧条件で静水圧加圧成形する方法が好適に
採用される。
次いで、加圧成形後の焼結は、1700℃〜2100℃
以下、好ましくは1700℃〜1800℃以下の温度で
行なうことが望ましい。焼結の温度が1700℃より低
いと、耐酸化性が悪くなる場合があり、2100 ’C
より高いと窒化硼素の分解が始まる。なお、焼結は常圧
でも100〜2000 kg / cj程度の加圧下に
行なってもよいが、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で1
〜5時間行なうことが好ましい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の易加工性セラミックスは
、上述した構成としたことにより、900℃以上の高温
、特に1200℃程度の高温下において、酸化性雰囲気
であってもガラス質の流出が極めて少なく、他の部材と
融着するといったトラブルがないため、酸化性雰囲気下
で1200℃程度の高温下においても連続使用すること
ができる上、機械加工性が良好であり、このため機械加
工可能な耐熱・耐酸化性のセラミックスとして幅広い分
野に利用できるものである。
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものでなない
なお、各側に先立ち、各側で採用した成形体の耐酸化性
、加工性の測定方法を下記に示す。
〔耐酸化性(流出付着物量)〕
成形体を厚さ1龍、直径100mmの円盤状に加工し、
これを第1.2図に示す半リング板状で内周壁面中央部
に半リング状のスリット2 (スリット幅1,1mm)
を有する治具1に垂直に立てた後、直径140mmの石
英製炉芯管中に治具ごと挿入し、外部から1200℃に
加熱した。この炉芯管に31/sinの流量で5%酸素
−95%窒素混合ガスを流し、この状態で48時間保持
した後、冷却した。
冷却後、管外に治具を取り出して治具から成形体を取り
外し、治具に付着したガラス量を流出付着物量として測
定し、耐酸化性を評価した。この場合、付着物量が2■
以下のものを耐酸化性良好で合格品とした。
〔加工性〕
円柱状成形体を旋盤のチャックに固定し、高速度鋼バイ
トを挿着して回転速度300rpmで成形体を回転させ
ながら切削深さ0.5 amにバイト先端を固定し、横
送り速度1cIIIZ分で切削したときの切削面の表面
粗度を測定した。この場合、表面粗度が25μm以下の
ものを加工性良好で合格品とした。
〔実施例1,2〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末200g、平均
粒径0.5μmの窒化珪素粉末800g、平均粒径4μ
mのイッ) IJア粉末55g、平均粒径2μmのアル
ミナ粉末25gを水41と共に101のアルミナ製ボー
ルミルに入れて2時間混合した後、スラリーを取り出し
て乾燥し、原料粉末を得た。
次いで、この原料粉末400gを黒鉛製モールドに充填
し、窒素雰囲気下に1800℃、150kg/−で1時
間熱間加圧成形し、成形体■を得た(実施例1)。
また、この原料粉末400gをゴム型に詰め、2000
 kg / cdの静水圧加圧を行ない、続いて窒素雰
囲気下に1800℃で1時間加熱焼結し、成形体■を得
た(実施例2)。
〔実施例3,4〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末700g、平均
粒径0.5μmの窒化珪素粉末300g、平均粒径4μ
mのイツトリア粉末25g、平均粒径2μmのアルミナ
粉末5gを実施例1と同様に混合、乾燥し、原料粉末を
得た。
次いで、この原料粉末400gを黒鉛製モールドに充填
し、窒素雰囲気下に1800℃、150kg/CI+!
で30分間熱間加圧成形し、成形体■を得た(実施例3
)。
また、この原料粉末400gをゴム型に詰め、2000
 kg / dの静水圧加圧を行ない、続いて窒素雰囲
気下に9.5気圧の等方圧下、1700℃で2時間加熱
焼結し、成形体■を得た(実施例4)。
〔比較例1〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末100g、平均
粒径0.5μmの窒化珪素粉末900g、平均粒径4μ
mのイツトリア粉末55g1アルミナ粉末25gを実施
例1と同様に混合、乾燥し、原料粉末を得た。
次いで、この原料粉末を実施例1と同様の方法で熱間加
圧成形し、成形体Vを得た。
〔比較例2〕 平均粒径10μmの大方晶窒化硼素粉末900g、平均
粒径0.5μmの窒化珪素粉末100g、平均粒径4μ
mのイツトリア粉末5.5g、平均粒径2μmのアルミ
ナ粉末2.5gを実施例1と同様に混合、乾燥し、原料
粉末を得た。
次いで、この原料粉末を実施例1と同様の方法で熱間加
圧成形し、成形体■を得た。
〔比較例3〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末400gを黒鉛
製モールド中に充填し、実施例1と同様の方法で熱間加
圧成形し、成形体■を得た。
次に、上記各成形体の密度、耐酸化性(付着物M)、加
工性(表面粗度)を測定した結果を第1表に示す。
第1表 第1表の結果より、本発明に係る成形体(実施例1〜4
)は加工性及び耐酸化性に優れていることが確認された
。これに対し、窒化硼素粉末及び窒化珪素粉末の配合量
が本発明の範囲外では、表面粗度が大きく加工性が悪か
ったり(比較例1)、流出付着物量が大きく耐酸化性が
悪かったり(比較例2)、従来の窒化硼素のみによるも
のは流出付着物量が大きく、耐熱性が劣る(比較例3)
ものであった。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ成形体試料を支持する治具
を示し、第1図は正面図、第2図は側面図である。 l・・・・・・治具、2・・・・・・スリット2ONN
#L

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.20〜70重量部の六方晶窒化硼素粉末、30〜8
    0重量部の窒化珪素粉末及び窒化珪素に対して1〜10
    重量%の焼結助剤粉末を含有する粉末組成物を焼結して
    なることを特徴とする易加工性セラミックス。
  2. 2.焼結助剤粉末がアルミナとイットリアの混合物であ
    ることを特徴とする請求項1記載の易加工性セラミック
    ス。
JP1076969A 1989-03-29 1989-03-29 易加工性セラミックス Granted JPH02255571A (ja)

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JPH0585504B2 JPH0585504B2 (ja) 1993-12-07

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