JPH0442864A - Highly strong sialon sintered product - Google Patents

Highly strong sialon sintered product

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JPH0442864A
JPH0442864A JP2145301A JP14530190A JPH0442864A JP H0442864 A JPH0442864 A JP H0442864A JP 2145301 A JP2145301 A JP 2145301A JP 14530190 A JP14530190 A JP 14530190A JP H0442864 A JPH0442864 A JP H0442864A
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sialon
crystal
sintered body
formula
phase
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哲夫 山田
Takuji Takahashi
卓二 高橋
Tetsuo Nakayasu
中安 哲夫
Yasuhiko Kamitoku
神徳 泰彦
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Abstract

PURPOSE:To provide a sialon sintered product comprising the crystal of alpha--sialon modified with a rare earth element, the crystal of beta-sialon and small amounts of a crystal phase and/or a glass phase containing the rare earth element and having excellent high temperature strength, fractural strength and oxidation resistance. CONSTITUTION:RE alpha-sialon powder containing RE alpha-sialon of formula I (RE is modifying rare earth element selected from Ho, Er, Tm, Yb and Lb; 0<x <=2) as a main phase and containing <=8wt.% of excessive oxygen based on the theoretical oxygen amount restricted by formula I is mixed with alpha-silicon nitride powder, heated and then sintered to prepare a highly strong sialon sintered product comprising the crystal phase of the RE alpha-sialon of formula I, the crystal phase of beta-sialon of formula II (0<z<=4.2) and small amounts of crystal phase and/or glass phase containing the RE and suitable for gas turbine rotors.

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) α−サイアロンは、α型窒化珪素のSi位置にAfが、
N位置に○が置換固溶すると同時に、格子間位置に変性
用カチオンMが侵入固溶した物質であり、 式Mx(S i、 Af) Iz (0,N) +b 
CI)(式中、MはLi、Mg、Ca、Y及びランタニ
ド元素(但し、LaとCeを除く)を示し、χは0<x
≦2を満足する数である。) で表わされる。このMα−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。
(Prior art and its problems) α-Sialon has Af at the Si position of α-type silicon nitride,
It is a substance in which ○ is substituted and solid-solved at the N position, and at the same time, the modifying cation M enters and solid-solves at the interstitial position, and has the formula Mx (S i, Af) Iz (0, N) +b
CI) (where M represents Li, Mg, Ca, Y, and lanthanide elements (excluding La and Ce), and χ is 0<x
The number satisfies ≦2. ). This Mα-sialon has characteristics as an engineering ceramic, such as high hardness, low coefficient of thermal expansion, and excellent corrosion resistance.

しかし、Mα−サイアロン結晶単相の焼結体は結晶形状
が粒状であることが1つの原因と思われるが、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
が十分とは言えない。そこで、この欠点を改良するため
に、特開昭58−185484号公報、同58−204
875号公報、同63−233082号公報等には、M
α−サイアロン結晶相と、β型窒化珪素のSi位置にA
lが、N位置に0が置換固溶した 式S i6−gAfgoヨN、−、(n)(式中、2は
Q<z≦4.2を満足する数である。)で表わされる針
状のβ−サイアロン結晶相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, one reason may be that the sintered body of Mα-sialon crystal single phase has a granular crystal shape, but it cannot be said that the properties such as strength and fracture toughness are sufficient for engineering ceramics. Therefore, in order to improve this drawback, Japanese Patent Application Laid-open Nos. 58-185484 and 58-204
No. 875, No. 63-233082, etc., M
α-sialon crystal phase and A at the Si position of β-type silicon nitride
A needle represented by the formula S i6-gAfgoyoN, -, (n) (in the formula, 2 is a number satisfying Q<z≦4.2) where l is a solid solution substituted with 0 at the N position. A sialon-based sintered body has been proposed in which a β-sialon crystal phase is composited with a β-sialon crystal phase.

しかしながら、このサイアロン基焼結体の機械的特性も
、高温材料として使用するには、実用上十分なものでは
ない。また、変性用カチオンMとしては、イツトリウム
Yが一般的であるが、Yを含むサイアロン基焼結体は、
高温における耐酸化性が劣ると言われており、過酷な条
件下で使用されるガスタービン部品などへの利用は、困
難であることが予想されている。
However, the mechanical properties of this sialon-based sintered body are not practically sufficient for use as a high-temperature material. In addition, as the modifying cation M, yttrium Y is generally used, but the sialon-based sintered body containing Y is
It is said that oxidation resistance at high temperatures is poor, and it is expected that it will be difficult to use it for gas turbine parts used under harsh conditions.

(発明の目的) 本発明の目的は、前記問題点を解決し、耐酸化性に優れ
、かつ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。
(Objective 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 excellent oxidation resistance, high temperature strength, and high toughness.

(発明の要旨) 本発明によれば、α−窒化珪素の結晶、式REx(S 
i、 Al) Iz (0,N) lb (III)(
式中、REはHo、Er、Tm、Yb及びLuの中から
選ばれた変性用希土類元素を示し、Xは0 < x≦2
を満足する数である。)で表わされるREα−サイアロ
ンの結晶、前記式(II)で表わされるβ−サイアロン
の結晶及びREを含む少量の結晶相及び/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, a crystal of α-silicon nitride, with the formula REx(S
i, Al) Iz (0, N) lb (III) (
In the formula, RE represents a modifying rare earth element selected from Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and X represents 0 < x≦2.
is a number that satisfies ) A high-strength sialon-based sintered body composed of a crystal of RE α-sialon represented by the formula (II), a crystal of β-sialon represented by the formula (II), and a small amount of crystal phase and/or glass phase containing RE is provided. be done.

(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〈α−窒化珪素の結晶相   〈40重量%5<RE
α−サイアロンの結晶相く50重量%30くβ−サイア
ロンの結晶相  く90重量%1<REを含む結晶相及
び/  〈20重量%又はガラス相 但し、REα−サイアロンの結晶相及びβ−サイアロン
の結晶相は、それぞれ式(III)及び式(n)で表わ
される組成を有し、それぞれの相とも各結晶粒子間で必
ずしも一定の組成である必要はなく、異なった組成にな
っていてもよい。αサイアロンの格子間にYよりもイオ
ン半径の小さなHo、Er、Tm、Yb又はLuが侵入
固溶することにより、得られるサイアロン基焼結体の耐
酸化性が改善され、高温の酸素含有雰囲気中でも、安定
して使用することが可能となる。特に、侵入固溶する元
素がEr、Tm、Yb又はLuの場合に、耐酸化性が優
れている。
1〈α-Silicon nitride crystal phase〈40% by weight 5〈RE
Crystalline phase of α-sialon: 50% by weight 30% Crystalline phase of β-sialon: 90% by weight 1<20% by weight or glass phase The crystal phases of have compositions represented by formula (III) and formula (n), respectively, and each phase does not necessarily have to have a constant composition between each crystal grain, and may have a different composition. good. Ho, Er, Tm, Yb, or Lu, which has an ionic radius smaller than that of Y, enters into a solid solution between the lattices of α-sialon, thereby improving the oxidation resistance of the obtained sialon-based sintered body, and improving the oxidation resistance of the obtained sialon-based sintered body in a high-temperature oxygen-containing atmosphere. Above all, it can be used stably. In particular, when the element entering the solid solution is Er, Tm, Yb or Lu, the oxidation resistance is excellent.

α−窒化珪素の結晶相の割合が前記範囲よりも小さな場
合には、焼結時の粒成長が著しくて、得られるサイアロ
ン基焼結体の靭性等の特性が不十分であり、逆に前記範
囲よりも大きな場合には、焼結が不十分となって、得ら
れるサイアロン基焼結体の機械的強度が低下するので好
ましくない。
If the proportion of the crystalline phase of α-silicon nitride is smaller than the above range, grain growth during sintering will be significant and the properties such as toughness of the obtained sialon-based sintered body will be insufficient; If it is larger than this range, sintering becomes insufficient and the mechanical strength of the obtained sialon-based sintered body decreases, which is not preferable.

また、本発明のサイアロン基焼結体において、α−窒化
珪素の結晶の長径は0.02〜2μm、 REα−サイ
アロンの結晶の長径は0.05〜10μm、β−サイア
ロンの結晶の長径は1〜100μmであることが好まし
い。
Further, in the sialon-based sintered body of the present invention, the major axis of the α-silicon nitride crystal is 0.02 to 2 μm, the major axis of the REα-sialon crystal is 0.05 to 10 μm, and the major axis of the β-sialon crystal is 1 It is preferable that it is 100 micrometers.

REを含む結晶相としては、例えばメリライト型のRE
zSi:+0sNa、アパタイト型のREx。(SiO
a)bNz、ウオラストナイト型のRESiOzN、ウ
オーレライト型のREaSizOJz、ガーネット型の
REx八1sO+z、ムライト型のRExA1□0.及
びRE3AISi ZO7NZ、RE2si2o、、R
EzSi05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。
Examples of crystal phases containing RE include melilite-type RE.
zSi: +0sNa, apatite type REx. (SiO
a) bNz, wollastonite type RESiOzN, wallerite type REaSizOJz, garnet type REx81sO+z, mullite type RExA1□0. and RE3AISi ZO7NZ, RE2si2o,,R
Examples include EzSi05, but the crystal group 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、相転移を起こしていないα−窒化珪素の微粒結晶
、及びREを含む結晶相及び/又はガラス相が、REα
−サイアロンの結晶と共に存在する。
In the sialon-based sintered body of the present invention, β-sialon crystals, α-silicon nitride fine grain crystals that have not undergone a phase transition, and a crystal phase and/or a glass phase containing RE
- Exists with Sialon crystals.

この焼結体中に存在するα−窒化珪素の微粒結晶により
、サイアロン基焼結体の強度特性が向上する。また、焼
結体中には組成、結晶相、粒子形状及び熱膨張率の異な
る種々の相が存在し、焼結後に、焼結体中に微小歪に基
づく微小クラックが発生する。このことが、針状結晶及
び粒状結晶の三次元的交錯によるマトリックスの強化作
用と相俟って、得られるサイアロン基焼結体の破壊靭性
等の機械的特性を向上させるものと考えられる。
The fine grain crystals of α-silicon nitride present in this sintered body improve the strength characteristics of the sialon-based sintered body. Furthermore, various phases having different compositions, crystal phases, particle shapes, and coefficients of thermal expansion are present in the sintered body, and after sintering, microcracks occur in the sintered body due to microstrains. This, together with the strengthening effect of the matrix due to the three-dimensional intermingling of needle-like crystals and granular crystals, is thought to improve the mechanical properties such as fracture toughness of the obtained sialon-based sintered body.

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(III)で表
わされるREα−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REα−サイアロン粉末60重量
%以下と、残部がα−窒化珪素粉末からなる原料粉末を
、最高温度1600〜2100°C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 REα-sialon represented by the above formula (III) as a main phase, and has the formula (
I It is obtained by heating and sintering in the range of ~2100°C.

REα−サイアロン粉末としては、式(III)で表わ
されるREα−サイアロンを主たる相とする粉末であれ
ば、いかなる粉末を使用しても良(飄力(、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。
As the REα-sialon powder, any powder may be used as long as it has REα-sialon represented by the formula (III) as its main phase. Powders prepared according to the invention of Sho 62-223009 are preferred.

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)
REα−サイアロンの格子間に侵入固溶するRE (R
EはHo、Er、Tm、Yb又はLuの中から選ばれた
変性用希土類元素)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REα−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1300〜190
0°Cの範囲の温度に加熱することにより、REα−サ
イアロン粉末を製造する方法である。
This proposed method consists of (a) amorphous silicon nitride powder, (b) metallic aluminum or aluminum nitride, (c)
RE (R
(E is a rare earth element for modification selected from Ho, Er, Tm, Yb or Lu), and if necessary, (d) an oxygen-containing compound of aluminum or silicon, as desired. The mixture was mixed under a nitrogen-containing atmosphere to have a REα-Sialon composition of
This is a method for producing REα-sialon powder by heating to a temperature in the range of 0°C.

この方法で得られるREα−サイアロン粉末は、−次粒
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。
The REα-Sialon powder obtained by this method is a fine and uniform powder with a secondary particle size of 0.2 to 2 μm, and contains almost no free carbon and metal impurities, so it is free from pores and abnormal grain growth. It is possible to provide a sintered body without

REα−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R
Eα−サイアロン粉末が、式〔■]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 REα-sialon powder and at the same time obtain a high-strength sialon-based sintered body, it is necessary to increase the R of the sintering raw material.
It is necessary that the Eα-sialon powder contains 8% by weight or less of excess oxygen with respect to the theoretical oxygen amount defined by the formula [■].

REα−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、REα−サイアロン粉末の調製段階
で、非晶質窒化珪素に珪素、アルミニウム又は特定の希
土類元素REの酸素含有化合物を過剰量添加する方法、
REα−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、REα−サイ
アロン粉末を、酸素含有雰囲気中で800〜1200°
Cの範囲の温度に加熱して、理論量より過剰の酸素をR
Eα−サイアロン粉末に含有させる方法が挙げられる。
As a method for containing excess oxygen in the REα-sialon powder, for example, in the preparation stage of the REα-sialon powder, an excessive amount of silicon, aluminum, or an oxygen-containing compound of a specific rare earth element RE is added to amorphous silicon nitride. Method,
A method is employed in which REα-sialon powder is heated in an oxygen-containing atmosphere. As an example of the latter, REα-Sialon powder is heated at 800 to 1200° in an oxygen-containing atmosphere.
The excess of oxygen over the stoichiometric amount is heated to a temperature in the range of R.
An example is a method of incorporating it into Eα-sialon powder.

加熱時間は通常0.5〜5時間である。Heating time is usually 0.5 to 5 hours.

この処理は、例えばREα−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、RE
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。
This treatment is carried out by, for example, placing a thin layer of REα-Sialon powder on a holding plate and leaving it in an oxygen-containing atmosphere;
This can be carried out by a method in which α-sialon powder is fluidized in an oxygen-containing atmosphere.

過剰酸素量は8重量%以下、好ましくは1〜6.5重量
%、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 low melting points remain in the sintered body, and mechanical properties at high temperatures are impaired.

α−窒化珪素粉末としては、焼結性の面で1μm以下の
平均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、0.1重量%以下であることが好まし
い。
The α-silicon nitride powder preferably has an average particle size of 1 μm or less in terms of sinterability, and furthermore, it impairs the strength, corrosion resistance, and oxidation resistance of the obtained sintered body at high temperatures. It is preferable that the content of impurities is 0.1% by weight or less.

REα−サイアロン粉末とα−窒化珪素粉末との混合物
中のα−窒化珪素粉末の配合割合は40重量%以上、好
ましくは50〜90重量%、さらに好ましくは60〜8
0重量%である。上記範囲内においてα−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くなる。
The blending ratio of α-silicon nitride powder in the mixture of REα-sialon powder and α-silicon nitride powder is 40% by weight or more, preferably 50 to 90% by weight, more preferably 60 to 8% by weight.
It is 0% by weight. As the blending ratio of α-silicon nitride powder increases within the above range, the ratio of β-sialon phase in the produced sialon-based sintered body increases. When the blending ratio of 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、本発明においては、前記α−窒化珪素粉末が、さ
らにアルミニウム又は変性用希土類元素REを成分とし
て含んでもよい。この場合も、アルミニウム又は変性用
希土類元素REが、α−窒化珪素粉末の粒子内部又は表
面に存在してもよいし、アルミニウム又は変性用希土類
元素REの酸化物、窒化物、酸窒化物等の粉末を混合し
てもよい。また、主要金属成分以外の金属不純物の含有
量が0.1重量%以下であることが好ましい。
Further, in the present invention, the α-silicon nitride powder may further contain aluminum or a modifying rare earth element RE as a component. In this case, aluminum or the rare earth element RE for modification may be present inside or on the surface of the α-silicon nitride powder, or oxides, nitrides, oxynitrides, etc. of aluminum or the rare earth element RE for modification may be present inside or on the surface of the α-silicon nitride powder. Powders may be mixed. Further, it is preferable that the content of metal impurities other than the main metal components is 0.1% by weight or less.

REα−サイアロン粉末とα−窒化珪素粉末との混合方
法については特に制限はなく、それ自体公知の方法、例
えば、両者を乾式混合する方法、不活性液体中で両者を
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。
There is no particular restriction on the method of mixing REα-sialon powder and α-silicon nitride powder, and methods known per se can be used, such as dry mixing the two, wet mixing the two in an inert liquid, and then mixing the two in an inert liquid. A method of removing the liquid, etc. can be adopted as appropriate.

混合装置としては■型混合機、ボールミル、振動ミル等
が便利に使用される。
As a mixing device, a type mixer, a ball mill, a vibration mill, etc. are conveniently used.

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
定の形状の黒鉛ダイスに充填し、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 mixed powder, for example, the mixed powder is directly shaped into a predetermined shape using a dry or wet method, and if it is formed using a wet method, it is dried and then heated with a nitrogen-containing non-oxidizing gas under normal pressure or pressurized. A method of sintering in an atmosphere, a method of filling a graphite die of a predetermined shape with raw material powder, and hot-pressing it, etc. can be adopted. Further, 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。
The mixed powder may be shaped prior to normal pressure or atmospheric pressure sintering by a known method, such as a rubber press method, a -shaft 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1600〜2100 ’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 typically 1600-2100'C and the sintering time is typically 0.5-10 hours. If the sintering temperature is too low, sintering will not proceed, and if the sintering temperature is too high,
Composition changes occur in the sintered body due to thermal decomposition.

前記方法により、REα−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、相転移を起こしていないα−窒化珪素の微粒結晶
、及びREを含む結晶相及び/又はガラス相が原料のR
Eα−サイアロンの組成より式(I[[)のXが若干低
いREα−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 method, β-sialon crystals that are thought to be produced by the reaction between REα-sialon and α-silicon nitride, α-silicon nitride fine crystals that have not undergone phase transition, and crystal phases and/or glass containing RE are obtained. R whose phase is the raw material
From the composition of Eα-sialon, a sialon-based sintered body can be obtained which exists together with crystals of REα-sialon in which X in the formula (I [[) is slightly lower).

特に、サイアロン基焼結体の粒界に、耐熱性の高いウォ
ーレライト型のREaSizOJzの微結晶を析出させ
ることが、耐酸化性を向上させる上で重要である。
In particular, it is important to precipitate highly heat-resistant wallerite-type REaSizOJz microcrystals at the grain boundaries of the sialon-based sintered body in order to improve the oxidation resistance.

(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
的特性はもちろんのこと、特に耐酸化性が著しく向上し
ているので、信顧性の高い構造材料、特にガスタービン
エンジン用のロータ、ステーター、燃焼器などの耐熱部
品として好適に使用することができる。
(Effects of the Invention) Compared to conventional sialon-based sintered bodies, the sialon-based sintered body obtained by the present invention not only has excellent mechanical properties such as high-temperature strength and fracture toughness, but also has particularly remarkable oxidation resistance. As a result, it can be suitably used as a highly reliable structural material, particularly as heat-resistant parts such as rotors, stators, and combustors for gas turbine engines.

(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1〜15及び比較例1〜7 第1表に示す配合割合の非晶質窒化珪素粉末、希土類酸
化物(RE z Os )粉末及び金属A!粉末を、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内にセ
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1600″C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、REα−サ
イアロン粉末を得た。得られたREα−サイアロン粉末
の特性値を第1表に示す。
Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 7 Amorphous silicon nitride powder, rare earth oxide (RE z Os ) powder, and metal A! in the blending ratios shown in Table 1! The powder was mixed for 1 hour in a vibratory mill under 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, from 1200°C to 1400"C for 4 hours, and then at 1400°C in a nitrogen gas atmosphere. The REα-sialon powder was crystallized by heating from 1,600″C to 1600″C on a 2-hour heating schedule.Table 1 shows the characteristic values of the obtained REα-sialon powder.

以上のようにして合成したREα−サイアロン粉末及び
、 比表面積 :11.5ボ/g 粒子形状 二 等軸結晶 生成相  : α相〉95% 金属不純物:  <500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末(宇部興産■製)
を、第2表及び第3表に示す配合割合で、媒体としてエ
タノールを用い、48時間湿式ミリングした後、80″
Cで真空乾燥した。
REα-sialon powder synthesized as above and α-silicon nitride powder having the following characteristics: specific surface area: 11.5 bo/g particle shape bi-equiaxed crystal formation phase: α phase>95% metal impurities: <500 ppm (Made by Ube Industries)
was wet-milled for 48 hours using ethanol as a medium at the blending ratio shown in Tables 2 and 3, and then
It was vacuum dried at C.

得られた粉末混合物を、断面が50X80s+m角の金
型を用いて、矩形状に予備成形した後、圧力1.5to
n/cjでラバープレスした。得られた成形体を、電気
炉を用いて、常圧の窒素雰囲気中で室温から1750°
Cまで2℃/分で昇温し、同温度に4時間保持した。
The obtained powder mixture was preformed into a rectangular shape using a mold with a cross section of 50 x 80 s + m squares, and then a pressure of 1.5 to
Rubber pressed with n/cj. The obtained molded body was heated from room temperature to 1750° in a nitrogen atmosphere at normal pressure using an electric furnace.
The temperature was raised to C at a rate of 2° C./min and maintained at the same temperature for 4 hours.

得られたサイアロン基焼結体の嵩密度及び生成相の割合
を測定した結果を、第2表及び第3表に示す。尚、生成
相の割合は、X線回折ピーク強度より算出した。第1図
に実施例10で得られた焼結体のX線回折チャートを示
す。
Tables 2 and 3 show the results of measuring the bulk density and proportion of the formed phase of the obtained sialon-based sintered body. Note that the proportion of the formed phase was calculated from the X-ray diffraction peak intensity. FIG. 1 shows an X-ray diffraction chart of the sintered body obtained in Example 10.

また、作製した焼結体から3X4X40mmのテストピ
ース100本を切り出し、これを外スパン30mm、内
スパン10mmの4点曲げ試験治具にセットして、室温
及び1300℃における曲げ強度を測定した。破壊靭性
値に+cは、5EPB法により測定した。また、得られ
た焼結体の耐酸化性試験として、テストピースを空気中
1350℃にて100時間加熱処理し、酸化による重量
増加、及び酸化後の室温における曲げ強度を測定した。
Further, 100 test pieces of 3 x 4 x 40 mm were cut out from the produced sintered body, set in a 4-point bending test jig with an outer span of 30 mm and an inner span of 10 mm, and the bending strength at room temperature and 1300°C was measured. The fracture toughness value +c was measured by the 5EPB method. Further, as an oxidation resistance test of the obtained sintered body, the test piece was heat-treated in air at 1350° C. for 100 hours, and the weight increase due to oxidation and the bending strength at room temperature after oxidation were measured.

これらの結果を、第2表及び第3表に示す。These results are shown in Tables 2 and 3.

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

第1図は、本発明の実施例10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 10 of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】  α−窒化珪素の結晶、 式 RE_x(Si,Al)_1_2(O,N)_1_
6(式中、REはHo,Er,Tm,Yb及びLuの中
から選ばれた変性用希土類元素を示し、xは0<x≦2
を満足する数である。) で表わされるREα−サイアロンの結晶、 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、zは0<z≦4.2を満足する数である。)で
表わされるβ−サイアロンの結晶、 及びREを含む少量の結晶相及び/又はガラス相から構
成されてなる高強度サイアロン焼結体。
[Claims] α-Silicon nitride crystal, formula: RE_x(Si,Al)_1_2(O,N)_1_
6 (wherein, RE represents a modifying rare earth element selected from Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and x represents 0<x≦2
is a number that satisfies ) REα-Sialon crystal represented by ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (In the formula, z is a number that satisfies 0<z≦4.2.) β-Sialon crystal represented by and a high-strength sialon sintered body composed of a small amount of crystal phase and/or glass phase containing RE.
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