JPH04202058A - 窒化珪素系複合焼結体 - Google Patents
窒化珪素系複合焼結体Info
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- JPH04202058A JPH04202058A JP2330279A JP33027990A JPH04202058A JP H04202058 A JPH04202058 A JP H04202058A JP 2330279 A JP2330279 A JP 2330279A JP 33027990 A JP33027990 A JP 33027990A JP H04202058 A JPH04202058 A JP H04202058A
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- silicon nitride
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Landscapes
- 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。
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、自動車部品や耐摩工具等に使用される構造用
セラミックス材料に関し、特にこの分野において優れた
機能を有する窒化珪素セラミックスの高強度・高靭性化
に関するものである。
セラミックス材料に関し、特にこの分野において優れた
機能を有する窒化珪素セラミックスの高強度・高靭性化
に関するものである。
［従来の技術］
窒化珪素は強度、破壊靭性、耐食性、耐摩耗性、耐熱衝
撃性、耐酸化性等においてバランスのとれた材料であり
室温、さらに高温における構造部材用エンジニアリング
セラミックスとして最近注目を集めている。しかしなが
ら、自動車部品等のように材料に対し高い信頼性と安定
性が要求される分野に窒化珪素セラミックスを使用して
いくには破壊靭性をさらに向上させてその脆さを克服し
かつ強度向上を図ることか必要不可欠である。従来、破
壊靭性を向上させる技術として、たとえば特公昭６２−
２８５１．７３号公報に示されるように窒化珪素マトリ
ックスに炭化珪素ウィスカーを複合、分散させる方法が
ある。
撃性、耐酸化性等においてバランスのとれた材料であり
室温、さらに高温における構造部材用エンジニアリング
セラミックスとして最近注目を集めている。しかしなが
ら、自動車部品等のように材料に対し高い信頼性と安定
性が要求される分野に窒化珪素セラミックスを使用して
いくには破壊靭性をさらに向上させてその脆さを克服し
かつ強度向上を図ることか必要不可欠である。従来、破
壊靭性を向上させる技術として、たとえば特公昭６２−
２８５１．７３号公報に示されるように窒化珪素マトリ
ックスに炭化珪素ウィスカーを複合、分散させる方法が
ある。
この方法によれば、破壊の際に進展する亀裂かウィスカ
ーによってディフレクションしたり、ウィスカーの引き
抜きや架橋が起こることにより破壊靭性が向上すると考
えられている。しかしウィスカー複合により破壊靭性は
向上するが、逆に、添加したウィスカーのサイズが１〜
ｌＯμｍのオーダーである上にその凝集を機械的に完全
に取り除くことは事実」二困難であり、これが粗大粒と
して破壊起点となるため材料強度を低下させる。
ーによってディフレクションしたり、ウィスカーの引き
抜きや架橋が起こることにより破壊靭性が向上すると考
えられている。しかしウィスカー複合により破壊靭性は
向上するが、逆に、添加したウィスカーのサイズが１〜
ｌＯμｍのオーダーである上にその凝集を機械的に完全
に取り除くことは事実」二困難であり、これが粗大粒と
して破壊起点となるため材料強度を低下させる。
［発明が解決しようとする課題］
従って、従来はウィスカーを添加したり窒化珪素を粒成
長させて大きな柱状晶の存在によって破壊靭性を向上さ
せており、その結果、事実上欠陥のサイズを大きくして
しまい強度が低下するため、強度・靭性を同時に向上さ
せることは困難であった。そのため、窒化珪素マトリ・
ソクスが粗大粒を含まない均一微細粒で構成された組織
において強度と靭性向上の両立を図ることが課題であっ
た。
長させて大きな柱状晶の存在によって破壊靭性を向上さ
せており、その結果、事実上欠陥のサイズを大きくして
しまい強度が低下するため、強度・靭性を同時に向上さ
せることは困難であった。そのため、窒化珪素マトリ・
ソクスが粗大粒を含まない均一微細粒で構成された組織
において強度と靭性向上の両立を図ることが課題であっ
た。
［課題を解決するための手段］
本発明は、平均短軸径が０．０５〜３μｍ１アスペクト
比が１０以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内
に、熱膨脹係数が５ Ｘ １．０−６／ ’Ｃ以上で平
均粒径が１〜５００ｎｍの異種粒子が分散していること
を特徴とする窒化珪素系複合焼結体である。
比が１０以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内
に、熱膨脹係数が５ Ｘ １．０−６／ ’Ｃ以上で平
均粒径が１〜５００ｎｍの異種粒子が分散していること
を特徴とする窒化珪素系複合焼結体である。
すなわち、本発明は、欠陥サイズの小さな組織で強度低
下因子を抑え、かつナノ粒子の複合により結晶粒内に残
留応力を発生させて強度と靭性を向上させる。窒化珪素
及び／又はサイアロン結晶粒の柱状晶長軸径は３０μｍ
以下が好ましく特に３μｍ以下がより好ましい。
下因子を抑え、かつナノ粒子の複合により結晶粒内に残
留応力を発生させて強度と靭性を向上させる。窒化珪素
及び／又はサイアロン結晶粒の柱状晶長軸径は３０μｍ
以下が好ましく特に３μｍ以下がより好ましい。
［作用コ
本発明によれば、窒化珪素質結晶粒内に熱膨脹係数の大
きな異種粒子が分散することにより焼結温度から室温へ
の冷却時に窒化珪素質結晶粒に熱膨脹係数のミスマツチ
による残留圧縮応力が発生する。破壊の際、亀裂先端部
分にこの応力場がかかることにより亀裂発生及び進展抵
抗が増大し破壊靭性が向上する。このため、窒化珪素質
結晶粒と異種粒子との熱膨脹係数の差は大きいほどよい
。すなわち、窒化珪素質結晶粒の熱膨脹係数は通常３
Ｘ １．０−６／ ℃程度であるので、異種粒子の熱膨
脹係数は５ Ｘ １０−６／ ’Ｃ以上かよい。しかし
ながら、２０×１０−６／℃以上になると窒化珪素質結
晶粒の熱膨脹係数とのミスマツチが大きすぎて、窒化珪
素質結晶粒内に亀裂が発生してしまうので好ましくない
。また異種粒子がナノメーターオーダーで粒内分散して
いるので欠陥サイズが増大しないため、破壊靭性の向上
は強度の向上に反映される。さらに粒内分散異種粒子の
まわりの応力場によって歪みが発生し異種粒子を中心に
窒化珪素質結晶粒内の転位の移動が促進され転位面がサ
ブ粒界を形成してみかけ上マトリックス粒子が微細化し
強度が向上する。窒化珪素質結晶粒の平均短軸径が３μ
ｍすなわち長軸径が３０μＭを越えると欠陥となり強度
を低下させるので好ましくない。
きな異種粒子が分散することにより焼結温度から室温へ
の冷却時に窒化珪素質結晶粒に熱膨脹係数のミスマツチ
による残留圧縮応力が発生する。破壊の際、亀裂先端部
分にこの応力場がかかることにより亀裂発生及び進展抵
抗が増大し破壊靭性が向上する。このため、窒化珪素質
結晶粒と異種粒子との熱膨脹係数の差は大きいほどよい
。すなわち、窒化珪素質結晶粒の熱膨脹係数は通常３
Ｘ １．０−６／ ℃程度であるので、異種粒子の熱膨
脹係数は５ Ｘ １０−６／ ’Ｃ以上かよい。しかし
ながら、２０×１０−６／℃以上になると窒化珪素質結
晶粒の熱膨脹係数とのミスマツチが大きすぎて、窒化珪
素質結晶粒内に亀裂が発生してしまうので好ましくない
。また異種粒子がナノメーターオーダーで粒内分散して
いるので欠陥サイズが増大しないため、破壊靭性の向上
は強度の向上に反映される。さらに粒内分散異種粒子の
まわりの応力場によって歪みが発生し異種粒子を中心に
窒化珪素質結晶粒内の転位の移動が促進され転位面がサ
ブ粒界を形成してみかけ上マトリックス粒子が微細化し
強度が向上する。窒化珪素質結晶粒の平均短軸径が３μ
ｍすなわち長軸径が３０μＭを越えると欠陥となり強度
を低下させるので好ましくない。
また、平均短軸径が０．０５μｍ未満だとマトリックス
組織が細かくなりすぎて、小さな応力で塑性変形してし
まい、逆に強度が低下する。分散異種粒子の粒径は大き
すぎると残留圧縮応力による窒化珪素質結晶粒強化の効
果が低下するので５００ｎｍ以下が好ましく下限は原子
状で格子間に固溶している状態になる手前のｌｎｍがよ
い。
組織が細かくなりすぎて、小さな応力で塑性変形してし
まい、逆に強度が低下する。分散異種粒子の粒径は大き
すぎると残留圧縮応力による窒化珪素質結晶粒強化の効
果が低下するので５００ｎｍ以下が好ましく下限は原子
状で格子間に固溶している状態になる手前のｌｎｍがよ
い。
分散量は少なすぎると複合効果が発揮されず多すぎても
異種粒子同士の合体が起きてしまうので０．０１〜２０
％が好ましく特に０．５〜５％が好ましい。
異種粒子同士の合体が起きてしまうので０．０１〜２０
％が好ましく特に０．５〜５％が好ましい。
このように、本発明はナノメーターオーダーでの粒内複
合効果により強度および破壊靭性を同時に向上させるこ
とができる。
合効果により強度および破壊靭性を同時に向上させるこ
とができる。
［実施例コ
窒化珪素粉末１００ｇに対し表１のように各異種粒子粉
末をそれぞれ分散量に応じて配合し、さらに焼結助剤（
Ｙ Ｏ５ｗｔ％−Ａ１２０３５ｗｔ％）加えて湿式混
合した。これらの複合粉末を１．５ｔ／ ｃｏｌｔの圧
力で冷間静水圧プレスし成形した後窒素中１８５０℃で
１０時間常圧焼結した。表１に分散”粒子種と配合組成
および焼結体の機械的特性値を示した。
末をそれぞれ分散量に応じて配合し、さらに焼結助剤（
Ｙ Ｏ５ｗｔ％−Ａ１２０３５ｗｔ％）加えて湿式混
合した。これらの複合粉末を１．５ｔ／ ｃｏｌｔの圧
力で冷間静水圧プレスし成形した後窒素中１８５０℃で
１０時間常圧焼結した。表１に分散”粒子種と配合組成
および焼結体の機械的特性値を示した。
表１
［発明の効果コ
本発明により、強度・破壊靭性ともに優れた窒化珪素系
セラミックスを得ることができ、高強度・高靭性が要求
される自動車部品をはじめとする各種構造用部材への利
用が期待できる。
セラミックスを得ることができ、高強度・高靭性が要求
される自動車部品をはじめとする各種構造用部材への利
用が期待できる。
特許出願人 住友電気工業株式会社
Claims (3)
- （１）平均短軸径が０．０５〜３μｍ、アスペクト比が
１０以下の窒化珪素及び／又はサイアロン結晶粒内に、
熱膨脹係数が５×１０＾−＾６／℃以上で平均粒径が１
〜５００ｎｍの異種粒子が分散していることを特徴とす
る窒化珪素系複合焼結体。 - （２）異種粒子分散相の量が体積率で０．０１〜２０％
である請求項（１）記載の窒化珪素系複合焼結体。 - （３）異種粒子がＳｉを除く周期律表IIａ、IIIａ、IV
ａ、Ｖａ、VIａ、IIｂ、IIIｂ、IVｂ族の酸化物、窒化
物、炭化物及び硅化物である請求項（１）記載の窒化珪
素系複合焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2330279A JPH04202058A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2330279A JPH04202058A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04202058A true JPH04202058A (ja) | 1992-07-22 |
Family
ID=18230875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2330279A Pending JPH04202058A (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 窒化珪素系複合焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04202058A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0715930A1 (en) * | 1994-12-06 | 1996-06-12 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Abrasive body |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6340768A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-22 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素系セラミツクス |
| JPS63156070A (ja) * | 1986-12-17 | 1988-06-29 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体及びその製法 |
| JPS63159259A (ja) * | 1986-12-24 | 1988-07-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性窒化珪素質焼結体 |
| JPS63319263A (ja) * | 1987-06-23 | 1988-12-27 | Toshiba Corp | 窒化ケイ素系セラミックス |
| JPH02212346A (ja) * | 1989-02-10 | 1990-08-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 複合材料の製造方法および原料組成物 |
| JPH0450167A (ja) * | 1990-06-15 | 1992-02-19 | Toshiba Corp | 分散強化型複合セラミックス及び分散強化型複合セラミックス製造用複合粒子の製造方法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2330279A patent/JPH04202058A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6340768A (ja) * | 1986-08-07 | 1988-02-22 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素系セラミツクス |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0715930A1 (en) * | 1994-12-06 | 1996-06-12 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Abrasive body |
| US5690706A (en) * | 1994-12-06 | 1997-11-25 | Sigalas; Iakovos | Abrasive body |
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