JPH03208866A - High strength sialon-based sintered body - Google Patents

High strength sialon-based sintered body

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JPH03208866A
JPH03208866A JP2003639A JP363990A JPH03208866A JP H03208866 A JPH03208866 A JP H03208866A JP 2003639 A JP2003639 A JP 2003639A JP 363990 A JP363990 A JP 363990A JP H03208866 A JPH03208866 A JP H03208866A
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sialon
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sintered body
powder
crystal
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神徳 泰彦
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Abstract

PURPOSE:To obtain a sialon-based sintered body having high strength and toughness at high temp. by forming a beta-sialon crystal phase as a principal phase, a Yalpha-sialon crystal phase and other crystal phases. CONSTITUTION:This sialon-based sintered body is composed of a phase (1) of microcrystals of Y2M2-uO7-2u (M is Hf and/or Zr and -1<u<1) having fluorite structure, a phase (2) of microcrystals of M'Nv (M' is Hf and/or Zr and 0.7<=v<=1.2) having sodium chloride structure, a phase (3) of crystals of Yalpha-sialon represented by a formula Yx(Si,Al)12-(O,N)16 (0<x<1), a phase (4) of crystals of beta-sialon represented by a formula Si6-zAlzOzN8-z (0<=z<=4.2), a phase (5) of AlN type crystals of a multiple oxynitride contg. Al and Si and other Y-contg. crystal phase (6) and/or a glass phase.(7).

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高温高強度、高硬度及び高靭性を有する各種
エンジニアリングセラミックスを製造するために有用な
高強度サイアロン基焼結体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a high-strength sialon-based sintered body useful for producing various engineering ceramics having high temperature and high strength, high hardness, and high toughness.

(従来技術及びその問題点) Yα−サイアロンは、α型窒化珪素のSt位置にAiが
、N位置に0が置換固溶すると同時に、Yが侵入固溶し
た物質であり、 式Yx(St、A/り+t(0,N)+h(1)(式中
、XはO<x≦1を満足する数である。)で表される。
(Prior art and its problems) Yα-Sialon is a substance in which Ai is substituted in the St position of α-type silicon nitride and 0 is substituted in the N position, and at the same time Y enters into solid solution, and has the formula Yx (St, It is expressed as A/ri+t(0,N)+h(1) (wherein, X is a number satisfying O<x≦1).

このYα−サイアロンは、高硬度、低熱膨張率、優れた
耐蝕性等のエンジニアリングセラミックスとしての特性
を有している。
This Yα-sialon has characteristics as an engineering ceramic, such as high hardness, low coefficient of thermal expansion, and excellent corrosion resistance.

しかし、Yα−サイアロン相単体の焼結体は、結晶形状
が粒状であるため、エンジニアリングセラミックスとし
ての強度、破壊靭性等の特性が充分ではない、そこで、
この欠点を改良するために、特開昭58−185484
号公報、同58−204875号公報、同63−233
082号公報等には、Yα−サイアロン結晶と、β型窒
化珪素のSi位置にAfが、N位置に0が置換固溶した
式S 1 h−mA j! gosNs−s   (I
I )(式中、2はO<z≦4.2を満足する数である
。)で表される針状のβ−サイアロン結晶とを複合化さ
せたサイアロン基焼結体が提案されている。
However, since the sintered body of the single Yα-sialon phase has a granular crystal shape, it does not have sufficient properties such as strength and fracture toughness as an engineering ceramic.
In order to improve this drawback, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-185484
No. 58-204875, No. 63-233
Publication No. 082, etc. describes the formula S 1 h-mA j! in which Af is substituted in the Si position and 0 is substituted in the N position of Yα-sialon crystal and β-type silicon nitride. gosNs-s (I
A sialon-based sintered body has been proposed that is a composite of acicular β-sialon crystals represented by I) (in the formula, 2 is a number satisfying O<z≦4.2). .

しかしながら、このサイアロン基焼結体の機械的特性も
実用上十分なものではない。
However, the mechanical properties of this sialon-based sintered body are not sufficient for practical use.

(発明の目的) 本発明の目的は、前記問題点を解決し、高温強度及び靭
性の高い新規なサイアロン基焼結体を提供することであ
る。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a novel sialon-based sintered body having high high-temperature strength and toughness.

(発明の要旨) 本発明によれば蛍石型結晶構造のYtMz−,0−1−
1uの微結晶(式中、MはI(f及び/又はZr、−1
< u < 1 ) 、食塩型結晶構造のM’Nvの微
結晶(式中、M’はHf及び/又はZr、0.7≦v≦
1、2 ) 、前記式(I)で表されるYα−サイアロ
ンの結晶、前記式(It)で表されるβ−サイアロンの
結晶、Aj!、Stを含有する複合酸窒化物のA2Nポ
リタイプ結晶、及びYを含む前記以外の結晶相及び/又
はガラス相から構成されてなる高強度サイアロン基焼結
体が提供される。
(Summary of the Invention) According to the present invention, YtMz-,0-1- with a fluorite crystal structure
1u of microcrystals (where M is I(f and/or Zr, -1
< u < 1 ), microcrystals of M'Nv with a salt-type crystal structure (wherein M' is Hf and/or Zr, 0.7≦v≦
1, 2), a crystal of Yα-sialon represented by the formula (I), a crystal of β-sialon represented by the formula (It), Aj! A high-strength sialon-based sintered body is provided, which is composed of an A2N polytype crystal of a composite oxynitride containing St, and a crystal phase other than the above and/or a glass phase containing Y.

(発明の詳細な説明) 本発明のサイアロン基焼結体における各相の含有割合は
、通常以下に示す範囲である。
(Detailed Description of the Invention) The content ratio of each phase in the sialon-based sintered body of the present invention is usually within the range shown below.

1<YgHf−−0?−□の微結晶相  〈20重量%
0.5<M’Nvの微結晶相      〈10〃5<
Yα−サイアロンの結晶相  <5ON30<β−サイ
アロンの結晶相   <90〃0・5<仝叉盆毒11李
n畠酸窒(t、!IFI<10″1<Yを含む結晶相及
び/又はガラス相<10〃Y z M z −uO? 
−t u及びM’Nvの微結晶相の割合が前記範囲を外
れると、得られるサイアロン基焼結体の機械的強度が低
下し、またそのバラツキも大きくなるので好ましくない
1<YgHf--0? - Microcrystalline phase of 〈20% by weight
Microcrystalline phase with 0.5<M'Nv <10〃5<
Crystalline phase of Yα-Sialon <5ON30<Crystalline phase of β-Sialon <90〃0.5<Crystalline phase containing Y and/or Glass phase<10〃Y z M z −uO?
If the ratio of the microcrystalline phase of -t u and M'Nv is out of the above range, the mechanical strength of the obtained sialon-based sintered body will decrease and its dispersion will increase, which is not preferable.

本発明において、Y、M!−、O,−uO7−2uの微
結晶は、YgHf 富Oq、YIZr!O?又は両者の
固溶体、あるいはこれらとY!0.との固溶体を表し、
−1くu<1である。
In the present invention, Y, M! -, O, -uO7-2u microcrystals are YgHf rich Oq, YIZr! O? Or a solid solution of both, or these and Y! 0. represents a solid solution with
-1ku<1.

また、M’Nvの微結晶は、HfN、ZrN又は両者の
固溶体、あるいはこれらの不定比組成化合物を表し、0
.7≦v≦1.2である。
Moreover, the microcrystal of M'Nv represents HfN, ZrN, a solid solution of both, or a non-stoichiometric compound of these, and 0
.. 7≦v≦1.2.

また、本発明のサイアロン基焼結体において、Yα−サ
イアロンの結晶の長径が0.05〜lOμm、β−サイ
アロンの結晶の長径が1〜100μmであることが好ま
しい。
Further, in the sialon-based sintered body of the present invention, it is preferable that the major axis of the Yα-sialon crystal is 0.05 to 10 μm, and the major axis of the β-sialon crystal is 1 to 100 μm.

Aj!、Stを含有する複合酸窒化物のAfNポリタイ
プ結晶は、15R,21R,27R,8H。
Aj! , St-containing composite oxynitride AfN polytype crystals are 15R, 21R, 27R, and 8H.

12H12Hσなどの長周期構造を有するAfN近傍組
成の結晶群を表す。
It represents a crystal group with a composition near AfN having a long-period structure such as 12H12Hσ.

Yを含む結晶相としては、例えば、メリライト型のYt
SisOsNa、アパタイト型のY+a(Si04)J
z、ウオラストナイト型のYSiO,N、ウオーレライ
ト型のYaSizOJt、ガーネット型のY3A1.O
□、ムライト型のYaAlzO*、Y3AISizOt
Ng、 YxSi20g、YlSiOl等が挙げられる
が、これらの結晶群だけに限定されるものではない。
As the crystal phase containing Y, for example, melilite type Yt
SisOsNa, apatite type Y+a(Si04)J
z, wollastonite type YSiO,N, wolerite type YaSizOJt, garnet type Y3A1. O
□, mullite type YaAlzO*, Y3AISizOt
Examples include Ng, YxSi20g, YlSiOl, etc., but the material is not limited to these crystal groups.

本発明のサイアロン基焼結体中には、β−サイアロンの
結晶、Aj!、Siを含有する複合酸窒化物のAfNポ
リタイプ結晶、Yを含む結晶相及び/又はガラス相、及
び粒界で結晶化した蛍石型結晶構造のYxMx−got
−zsの微粒結晶及び食塩型結晶構造のM’Nvの微粒
結晶が、Yα−サイアロンの結晶と共に存在する。
The sialon-based sintered body of the present invention contains β-sialon crystals, Aj! , an AfN polytype crystal of a composite oxynitride containing Si, a crystal phase and/or a glass phase containing Y, and a YxMx-got with a fluorite-type crystal structure crystallized at grain boundaries.
-zs microcrystals and M'Nv microcrystals with a salt-type crystal structure are present together with Yα-sialon crystals.

この焼結体中に存在する、Y z M t −Ot−一
及びM’Nvの微粒結晶により粒界相(YtMx−Oy
−z。
The grain boundary phase (YtMx-Oy
-z.

とYを含む結晶相及び/又はガラス相)の強度特性が向
上する。また、焼結体中には組成、結晶相、粒子形状、
粒子径及び熱膨張率の異なる7種類の相が存在し、焼結
後に焼結体中に微小歪に基づく微小クランクが発生する
。このことが、主としてβ−サイアロンより成る針状結
晶によるマトリックスの強化作用、クラック進展阻止作
用と相俟って、得られるサイアロン基焼結体の破壊靭性
等の機械的特性が向上するものと考えられる。
(crystal phase and/or glass phase containing Y). In addition, the composition, crystal phase, particle shape,
There are seven types of phases with different particle sizes and coefficients of thermal expansion, and after sintering, microcranks occur in the sintered body due to microstrains. It is thought that this, together with the matrix strengthening effect and crack propagation inhibiting effect of the acicular crystals mainly composed of β-sialon, improves the mechanical properties such as fracture toughness of the obtained sialon-based sintered body. It will be done.

本発明のサイアロン基焼結体を製造する方法としては、
前記構造の焼結体が得られれば、どのような方法を用い
てもよい。
The method for producing the sialon-based sintered body of the present invention includes:
Any method may be used as long as a sintered body having the above structure can be obtained.

以下に、本発明のサイアロン基焼結体を製造する方法の
一例を示す。
An example of a method for manufacturing the sialon-based sintered body of the present invention is shown below.

本発明のサイアロン基焼結体は、前記式(1)で表され
るYα−サイアロンを主たる相とし、かつ式(I)で規
定される理論酸素量に対して8重量%以下の過剰酸素を
含有するYα−サイアロン粉末50重量%以下、酸化ハ
フニウム粉末及び/又は酸化ジルコニウム粉末15重量
%以下、及び残部がα−窒化珪素粉末からなる原料混合
粉末を、最高温&1400〜2100℃の範囲に加熱、
焼結することにより得られる。
The sialon-based sintered body of the present invention has Yα-sialon represented by the formula (1) as a main phase, and contains 8% by weight or less of excess oxygen with respect to the theoretical oxygen amount defined by the formula (I). A raw material mixed powder containing 50% by weight or less of Yα-SiAlON powder, 15% by weight or less of hafnium oxide powder and/or zirconium oxide powder, and the balance consisting of α-silicon nitride powder is heated to a maximum temperature in the range of 1400 to 2100°C. ,
Obtained by sintering.

Yα−サイアロン粉末としては、式(13で表されるY
α−サイアロンを主たる相とする粉末であればいかなる
粉末でも良いが、本出願人が先に提案した特開昭62−
223009号の発明に従って調製した粉末が好適であ
る。この提案の方法は、 (a)非晶質窒化珪素粉末、 (b)金属アルミニウム又は窒化アルミニウム、(c)
Yα−サイアロンの格子間に侵入型固溶するYの酸化物
を生成する金属塩類、及び必要に応じて、 (d)アルミニウム又は珪素の酸素含有化合物を所望の
Yα−サイアロン組成になるように混合し、混合物を窒
素含有雰囲気下で1300〜1900℃の範囲の温度に
加熱することにより、Yα−サイアロン粉末を製造する
方法である。この方法で得られるYα−サイアロン粉末
は、−成粒子の大きさが0.2〜2μmの微細かつ均一
粒度の粉末であって、遊離炭素及び金属不純物を殆ど含
有しないので、気孔及び異常粒成長のない焼結体を与え
ることができる。
As the Yα-sialon powder, Y expressed by the formula (13)
Any powder may be used as long as it has α-sialon as its main phase.
Powders prepared according to the invention of No. 223009 are preferred. This proposed method consists of (a) amorphous silicon nitride powder, (b) metallic aluminum or aluminum nitride, (c)
A metal salt that produces an oxide of Y that forms an interstitial solid solution between the lattices of Yα-sialon, and, if necessary, (d) an oxygen-containing compound of aluminum or silicon, is mixed to obtain a desired Yα-sialon composition. This is a method for producing Yα-sialon powder by heating the mixture to a temperature in the range of 1300 to 1900° C. in a nitrogen-containing atmosphere. The Yα-sialon powder obtained by this method is a fine and uniform powder with a particle size of 0.2 to 2 μm, and contains almost no free carbon and metal impurities, so it does not have pores or abnormal grain growth. It is possible to provide a sintered body without

Yα−サイアロン粉末の焼結性を高めると同時に高強度
のサイアロン基焼結体を得るためには、焼結原料のYα
−サイアロン粉末が式(I)で規定される理論酸素量に
対して8重量%以下の過剰酸素を含有していることが必
要である。
In order to improve the sinterability of the Yα-sialon powder and at the same time obtain a high-strength sialon-based sintered body, it is necessary to increase the sintering raw material Yα.
- It is necessary that the Sialon powder contains 8% by weight or less of excess oxygen relative to the theoretical oxygen amount defined by formula (I).

Yα−サイアロン粉末に過剰の酸素を含有させる方法と
しては、例えば、Yα−サイアロン粉末の調製段階で非
晶質窒化珪素に珪素、アルミニウム又はイツトリウムの
酸素含有化合物を過剰量添加する方法、Yα−サイアロ
ン粉末を酸素含有雰囲気中で加熱する方法が採用される
。後者の一例としては、Yα−サイアロン粉末を酸素含
有雰囲気中で800〜1200℃の範囲の温度に加熱し
て、理論量より過剰の酸素をYα−サイアロン粉末に含
有させる方法が挙げられる。加熱時間は通常0.5〜5
時間である。この処理は、例えばYα−サイアロン粉末
を保持板上に薄く乗せて酸素含有雰囲気中に放置する方
法、α−サイアロン粉末を酸素含有雰囲気中で流動化さ
せる方法によって行うことができる。
Examples of methods for containing excess oxygen in the Yα-sialon powder include a method of adding an excessive amount of an oxygen-containing compound of silicon, aluminum, or yttrium to amorphous silicon nitride in the preparation stage of the Yα-sialon powder; A method is employed in which the powder is heated in an oxygen-containing atmosphere. An example of the latter is a method in which Yα-sialon powder is heated to a temperature in the range of 800 to 1200° C. in an oxygen-containing atmosphere to cause the Yα-sialon powder to contain oxygen in excess of the theoretical amount. Heating time is usually 0.5-5
It's time. This treatment can be carried out, for example, by placing Yα-sialon powder thinly on a holding plate and leaving it in an oxygen-containing atmosphere, or by fluidizing α-sialon powder in an oxygen-containing atmosphere.

過剰酸素量は8重量%以下、好ましくは1〜6.5重置
%、特に好ましくは2〜4重量%である。
The amount of excess oxygen is 8% by weight or less, preferably 1 to 6.5% by weight, particularly preferably 2 to 4% by weight.

過剰酸素量が過度に多いと焼結体中に融点の低い相が多
く残留し、高温での機械的特性が損なわれるようになる
If the amount of excess oxygen is too large, many phases with a low melting point remain in the sintered body, which impairs the mechanical properties at high temperatures.

α−窒化珪素粉末としては、焼結性の面で1μm以下の
粒径を有していることが好ましく、さらに得られる焼結
体の高温での強度、耐蝕性、耐酸化性を損なう不純物の
含有量がlli量%以下であることが好ましい。
The α-silicon nitride powder preferably has a particle size of 1 μm or less in terms of sinterability, and further contains impurities that impair the strength, corrosion resistance, and oxidation resistance of the resulting sintered body at high temperatures. It is preferable that the content is lli% or less.

前記原料混合粉末中のα−窒化珪素粉末の配合割合は3
0重量%以上、好ましくは50〜90重量%、さらに好
ましくは60〜80重量%である。
The blending ratio of α-silicon nitride powder in the raw material mixed powder is 3
It is 0% by weight or more, preferably 50 to 90% by weight, more preferably 60 to 80% by weight.

上記範囲内において窒化珪素粉末の配合割合を高めるに
従って生成サイアロン基焼結体中のβ−サイアロン相の
割合が増大する。α−窒化珪素粉末の配合割合が90重
量%を超えると、混合物の焼結性が低下し焼結体の緻密
化が進行しな(なる。
Within the above range, as the blending ratio of silicon nitride powder increases, the ratio of the β-sialon phase in the produced sialon-based sintered body increases. When the blending ratio of the α-silicon nitride powder exceeds 90% by weight, the sinterability of the mixture decreases and the densification of the sintered body does not proceed.

また、必要に応じて、前記原料混合粉末に、10重量%
以下の窒化ハフニウム粉末及び/又は窒化ジルコニウム
粉末、15重量%以下の窒化アルミニウム粉末、又は1
0重量%以下の酸化イツトリウム粉末を添加することも
できる0例えば、本発明のサイアロン基焼結体中のM’
Nvの微結晶は、焼結過程において、前記原料混合粉末
中の酸化ハフニウム及び/又は酸化ジルコニウムが、雰
囲気中の窒素ガスと反応して還元窒化されることにより
生成するので、予め窒化ハフニウム粉末及び/又は窒化
ジルコニウムを添加してお(ことにより、M’Nvの微
結晶の生成割合を増加させることができる。
In addition, if necessary, 10% by weight may be added to the raw material mixed powder.
The following hafnium nitride powder and/or zirconium nitride powder, 15% by weight or less of aluminum nitride powder, or 1
For example, M' in the sialon-based sintered body of the present invention may contain 0% by weight or less of yttrium oxide powder.
Nv microcrystals are generated by the hafnium oxide and/or zirconium oxide in the raw material mixed powder reacting with nitrogen gas in the atmosphere and being reduced and nitrided during the sintering process. By adding/or adding zirconium nitride, it is possible to increase the generation rate of M'Nv microcrystals.

前記原料混合粉末の調製方法については特に制限はな(
、それ自体公知の方法、例えば、個々の原料粉末を乾式
混合する方法、不活性液体中で湿式混合した後不活性液
体を除去する方法等を適宜採用することができる。混合
装置としてはV型混合機、ボールミル等が便利に使用さ
れる。
There are no particular restrictions on the method for preparing the raw material mixed powder (
A method known per se, for example, a method of dry mixing individual raw material powders, a method of wet mixing in an inert liquid and then removing the inert liquid, etc. can be appropriately employed. As a mixing device, a V-type mixer, a ball mill, etc. are conveniently used.

原料混合粉末の加熱焼結は、例えば、混合粉末をそのま
ま乾式あるいは湿式で所定の形状に成形し、湿式で成形
した場合は乾燥処理を行った後に、常圧又は加圧した窒
素含有非酸化性ガス雰囲気下で焼結する方法、原料粉末
を所定の形状のダイスに充填し、ホットプレスする方法
等を採用することができる。また上記方法で得られた焼
結体をさらに熱間静水圧プレスすることにより、焼結体
の物理的特性を一層高めることもできる。
For heating and sintering of raw material mixed powder, for example, the mixed powder is directly shaped into a predetermined shape using a dry or wet method, and if the mixed powder is formed using a wet method, it is dried and then sintered with a nitrogen-containing non-oxidizing material under normal pressure or pressurized. A method of sintering in a gas atmosphere, a method of filling a die of a predetermined shape with raw material powder, and hot pressing it, etc. can be adopted. Moreover, by further subjecting the sintered body obtained by the above method to hot isostatic pressing, the physical properties of the sintered body can be further improved.

常圧又は雰囲気加圧焼結に先立つ混合粉末の成形は公知
の方法、例えばラバープレス法、−軸成形法、鋳込成形
法、射出成形法、爆発圧縮成形法等によって行うことが
できる。
Molding of the mixed powder prior to normal pressure or atmospheric pressure sintering can be performed by a known method, such as a rubber press method, a -axial molding method, a cast molding method, an injection molding method, an explosive compression molding method, and the like.

焼結温度は通常1400〜2100 ”Cであり、焼結
時間は通常0.5〜10時間である。焼結温度が過度に
低いと焼結が進行せず、また焼結温度が過度に高いと焼
結体に熱分解による組成変化が生じるようになる。
The sintering temperature is usually 1400-2100"C, and the sintering time is usually 0.5-10 hours. If the sintering temperature is too low, sintering will not proceed, and if the sintering temperature is too high, As a result, composition changes occur in the sintered body due to thermal decomposition.

前記方法により、Yα−サイアロンとα−窒化珪素との
反応によって生成すると考えられるβ−サイアロンの結
晶、Aj!、33を含有する複合酸窒化物の/INポリ
タイプ結晶、Yを含む結晶相及び/又はガラス相、及び
粒界で結晶化した蛍石型結晶構造のY z M z −
w Oq −* wの微粒結晶及び食塩型結晶構造のM
’Nvの微粒結晶が、原料のYα−サイアロンの組成よ
り式(I)のXが若干低いYα−サイアロンの結晶と共
に存在するサイアロン基焼結体が得られる。
By the above method, crystals of β-sialon, which are thought to be produced by the reaction of Yα-sialon and α-silicon nitride, Aj! , a /IN polytype crystal of a composite oxynitride containing 33, a crystal phase and/or a glass phase containing Y, and a fluorite-type crystal structure crystallized at grain boundaries.
w Oq −* M of fine grain crystal and salt type crystal structure of w
A sialon-based sintered body is obtained in which fine crystals of 'Nv exist together with crystals of Yα-sialon whose X in formula (I) is slightly lower than the composition of the raw material Yα-sialon.

特に、サイアロン基焼結体の粒界に耐熱性の高い結晶相
又はガラス相を形成させる為には、焼結条件下において
これらの耐熱性粒界相と共存しうるA7!、Siを含有
する複合酸窒化物のAfNポリタイプ結晶の析出が不可
欠である。従って、例えば、原料のYα−サイアロン粉
末として過剰酸素量が5重量%以下のものを用いる方法
、窒化アルミニウム粉末を添加する方法、焼結雰囲気の
窒素ガス圧を高くする方法等により、前記AlNポリタ
イプ結晶の析出を促進することが望ましい。
In particular, in order to form a highly heat-resistant crystal phase or glass phase at the grain boundaries of the sialon-based sintered body, A7!, which can coexist with these heat-resistant grain boundary phases under sintering conditions, is required. , precipitation of AfN polytype crystals of complex oxynitrides containing Si is essential. Therefore, for example, the above-mentioned AlN polyamide can be produced by using a raw material Yα-SiAlON powder having an excess oxygen content of 5% by weight or less, by adding aluminum nitride powder, by increasing the nitrogen gas pressure in the sintering atmosphere, etc. It is desirable to promote the precipitation of type crystals.

(発明の効果) 本発明で得られるサイアロン基焼結体は、従来のサイア
ロン基焼結体に比較して、高温強度、破壊靭性等の機械
的特性が向上しているので、信頼性の高い構造材料、特
にガスタービン部品、切削チップ、ロール、ダイス、ノ
ズル等の耐摩耗、耐熱材料として好適に使用することが
できる。
(Effect of the invention) The sialon-based sintered body obtained by the present invention has improved mechanical properties such as high-temperature strength and fracture toughness compared to conventional sialon-based sintered bodies, so it is highly reliable. It can be suitably used as a structural material, especially as a wear-resistant and heat-resistant material for gas turbine parts, cutting chips, rolls, dies, nozzles, etc.

(実施例) 以下に実施例及び比較例を示す。(Example) Examples and comparative examples are shown below.

実施例1〜7及び比較例1 非晶質窒化珪素粉末500 g、 Y、O,粉末62g
及び金属All粉末65.7 gを窒素ガス雰囲気下に
振動ミルで1時間混合した。混合粉末をカーボン製ルツ
ボに充填して抵抗加熱式高温炉にセットし、窒素ガス雰
囲気下、室温から1200°C迄を1時間、1200 
”Cから1400°C迄を4時間、さらに1400℃か
ら1400℃迄を2時間の昇温スケジュールで加熱する
ことにより結晶化させ、Yα−サイアロン粉末を得た。
Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 Amorphous silicon nitride powder 500 g, Y, O, powder 62 g
and 65.7 g of All metal powder were mixed in a vibrating mill for 1 hour under a nitrogen gas atmosphere. The mixed powder was filled into a carbon crucible, set in a resistance heating high temperature furnace, and heated from room temperature to 1200°C for 1 hour at 1200°C in a nitrogen gas atmosphere.
It was crystallized by heating from 1,400° C. to 1,400° C. for 4 hours and then from 1,400° C. to 1,400° C. for 2 hours to obtain Yα-sialon powder.

得られたYα−サイアロン粉末の特性を以下に示す。The properties of the obtained Yα-sialon powder are shown below.

理論組成 Yo、 551w、 tsAlz、 zso
o、 ysN+s、 zs比表面積 25ポ/g 粒子形状 等軸結晶 生成相  α相≧90% 生成物組成(wtχ) Yニア、2  Si:44.2  Al:9.8 0:
4.9  N:33.9過剰酸素量 2.9重量% 上記Yα−サイアロン粉末、α−窒化珪素粉末(宇部興
産■製5N−EIOs比表面積:11ポ/g、酸素含有
量:1.3wt%)、酸化ハフニウム粉末、酸化ジルコ
ニウム粉末、窒化ハフニウム粉末及び窒化ジルコニウム
粉末(いずれもヘルマン・シー・スタルク■製)を第1
表に示す割合で、媒体としてエタノールを用い48時間
湿式ボールミリングした後、80℃で真空乾燥した。得
られた原料粉末40gを表面が窒化硼素で被覆された内
径100mの黒鉛製ダイスに充填し、ホットプレス焼結
装置にセットした後、250kg/cdの加圧下に室温
から1750°Cまで200℃/時で昇温し、同温度に
1時間保持した。
Theoretical composition Yo, 551w, tsAlz, zso
o, ysN+s, zs Specific surface area 25 po/g Particle shape Equiaxed crystal formation phase α phase ≧90% Product composition (wtχ) Y near, 2 Si: 44.2 Al: 9.8 0:
4.9 N: 33.9 Excess oxygen amount 2.9% by weight The above Yα-sialon powder, α-silicon nitride powder (5N-EIOs manufactured by Ube Industries ■ Specific surface area: 11 po/g, oxygen content: 1.3 wt %), hafnium oxide powder, zirconium oxide powder, hafnium nitride powder, and zirconium nitride powder (all manufactured by Hermann C. Starck ■).
Wet ball milling was performed for 48 hours using ethanol as a medium at the ratio shown in the table, followed by vacuum drying at 80°C. 40 g of the obtained raw material powder was filled into a graphite die with an inner diameter of 100 m and whose surface was coated with boron nitride, and after setting it in a hot press sintering device, it was heated at 200°C from room temperature to 1750°C under a pressure of 250 kg/cd. The temperature was raised at a rate of 1/2 hr. and maintained at the same temperature for 1 hour.

得られた焼結体の嵩密度及び生成相の割合を測定した結
果を第1表に示す。なお、生成相の割合は、X線回折ピ
ーク強度により夏山した。第1図に実施例5で得られた
焼結体のX線回折チャートを示す。
Table 1 shows the results of measuring the bulk density and proportion of the formed phase of the obtained sintered body. The proportion of the formed phase was determined based on the X-ray diffraction peak intensity. FIG. 1 shows an X-ray diffraction chart of the sintered body obtained in Example 5.

また、作製した焼結体から3X4X50■のテストピー
ス50本を切り出し、これを外スパン30II11、内
スパン10鵬の4点曲げ強度試験を行い(室温及び14
00°C)強度及びワイブル係数を求めた。また、5E
PB法によりに、cを測定した。
In addition, 50 test pieces of 3 x 4 x 50 cm were cut out from the produced sintered body, and subjected to a 4-point bending strength test with an outer span of 30II and an inner span of 10.
00°C) intensity and Weibull coefficient were determined. Also, 5E
c was measured by the PB method.

結果を第1表に示す。The results are shown in Table 1.

実施例8〜14及び比較例2 実施例1〜7で使用したYα−サイアロン粉末、α−窒
化珪素粉末、酸化ハフニウム粉末、酸化ジルコニウム粉
末及び窒化アルミニウム粉末を第2表に示す割合で、媒
体としてエタノールを用い48時間湿式ボールミリング
した後、80°Cで真空乾燥した。
Examples 8 to 14 and Comparative Example 2 The Yα-sialon powder, α-silicon nitride powder, hafnium oxide powder, zirconium oxide powder, and aluminum nitride powder used in Examples 1 to 7 were used as a medium in the proportions shown in Table 2. After wet ball milling using ethanol for 48 hours, it was vacuum dried at 80°C.

粉末混合物を、゛断面が50X80−角の金型を用いて
予備成形した後、圧力1.5 ton/cjでラバープ
レスした。得られた成形品を電気炉を用いて、第2表に
記載の温度−雰囲気ガス圧力条件下に昇温し、同温度に
2時間保持して、常圧焼結又は雰囲気加圧焼結を行った
The powder mixture was preformed using a mold with a cross section of 50 x 80 squares, and then rubber pressed at a pressure of 1.5 ton/cj. The obtained molded product was heated using an electric furnace under the temperature and atmospheric gas pressure conditions listed in Table 2, held at the same temperature for 2 hours, and subjected to normal pressure sintering or atmospheric pressure sintering. went.

得られた焼結体の特性を実施例1と同様にして測定した
。結果を第2表に示す。
The properties of the obtained sintered body were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の実施例5で得られた焼結体のX線回
折図である。
FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of the sintered body obtained in Example 5 of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  蛍石型結晶構造のY_2M_2_−_uO_7_−_
2_uの微結晶(式中、MはHf及び/又はZr、uは
−1<u<1を満足する数である。)、 食塩型結晶構造のM’Nvの微結晶 (式中、M’はHf及び/又はZr、vは0.7≦v≦
1.2を満足する数である。)、 式Y_x(Si,Al)_1_2(O,N)_1_4(
式中、xは0<x≦1を満足する数である。)で表され
るYα−サイアロンの結晶、 式Si_6_−_zAl_zO_zN_8_−_z(式
中、zは0<z≦4.2を満足する数である。)で表さ
れるβ−サイアロンの結晶、 Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ
結晶、及びYを含む前記以外の結晶相及び/又はガラス
相から構成されてなる高強度サイアロン基焼結体。
[Claims] Y_2M_2_-_uO_7_-_ with fluorite crystal structure
2_u microcrystals (in the formula, M is Hf and/or Zr, u is a number satisfying -1<u<1), M'Nv microcrystals with a salt-type crystal structure (in the formula, M' is Hf and/or Zr, v is 0.7≦v≦
This is a number that satisfies 1.2. ), formula Y_x(Si,Al)_1_2(O,N)_1_4(
In the formula, x is a number satisfying 0<x≦1. ); β-sialon crystal represented by the formula Si_6_-_zAl_zO_zN_8_-_z (wherein, z is a number satisfying 0<z≦4.2);Al; A high-strength sialon-based sintered body comprising an AlN polytype crystal of a composite oxynitride containing Si, and a crystal phase other than the above and/or a glass phase containing Y.
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