JPH0449509B2 - - Google Patents
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、窒化けい素焼結体に係り、特に室温
及び高温下におかる強度低下が少なく、しかも耐
酸化特性の良好な窒化けい素焼結体に関する。 〔従来の技術〕 従来、ガスタービン、熱交換器などの材料とし
て、各種耐熱金属合金が使用されてきたが近年こ
のような金属材料では耐え得ない苛酷な使用条
件、とりわけ熱効率の改善、省エネルギー化を目
的として1000℃を超える高温度に適用され得る材
料として、各種セラミツクスの使用が試みられて
いる。なかでも窒化けい素（Si3N4）焼結体は、
強度、耐摩耗性、耐酸化性等に優れ、熱膨張係数
も小さく、かつ高温での強度や科学的安定性にも
優れていることから、炭化けい素（SiC）焼結体
と共に、構造用材料として注目されている。 しかし、窒化けい素は共有結合性が高いため、
焼結体に乏しく、窒化けい素単体では高密度かつ
高強度の焼結体を得ることは困難である。そのた
め、従来より窒化けい素を焼結するに際しては
MgO、Al2O3及び希土類元素の酸化物を焼結助剤
として添加配合し焼結することが試みられてい
る。配合した焼結助剤は、焼結過程で窒化けい素
粉末の粒子表面に存在するSiO2と反応して低融
点のガラス相を形成し、焼結を促進し、最終の焼
結体は窒化けい素と粒界相とから構成される。 このため、高温強度が大きく、しかも耐酸化性
に優れた焼結体を得るためには、焼結助剤として
は、焼結促進効果を有するばかりでなく、形成さ
れる粒界相の高温強度が大きく、更に耐酸化性の
良好な酸化皮膜を形成し得るものでなければなら
い。 特開昭55−116671号公報には、高温強度の改善
を図るため窒化けい素にAl2O3あるいはAlNと希
土類酸化物とを添加配合し、粒界相をSi3・R2O3
〔Ｒは周期表ａ族（スカンジウム系列）元素を
表わす〕型構造の結晶で構成し、高温高強度材料
とする方法が述べられている。 当該方法によれば、例えばａ族としてＹ（イ
ツトリウム）を採用した場合、粒界相としてSi3
N4・Y2O3が析出し、室温及び1200℃の３点曲げ
強度は110Kg／cm2程度と大きいが、耐酸化性の点
では問題のあることが判明した。 また、ガスタービンの熱効率の向上を、従来の
耐熱合金の代りに耐熱性の優れたセラミツクスで
実現する、セラミツクスガスタービンの開発が進
められている。ガスタービン用のセラミツクス材
料に要求される特性は、 (1) 高温下での高速回転による強力な遠心力に耐
え得るために、高温で高強度であること。 (2) 燃焼及び停止時の熱衝撃に耐え得ること。 (3) 高温での激しい酸化に耐えること。 等である。これら条件のすべてを満足する材料で
なければ実用にならない。 このガスタービン材料として、SiC及びSi3N4
系材料が検討されているが、SiCは(1)及び(2)の点
で、またSi3N4は(1)及び(3)の点で問題があつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、粒界相にSi3N4・R2O3（Ｒは
周期表ａ族元素）を析出させ、高温強度を向上
させたことを特徴としているが、耐酸化性を評価
したところ、1300℃、300時間の酸化試験で約く
20mg／cm2と大きな重量増加を生ずることがわかつ
た。このため、窒化けい素の特長が真に生かせる
高温での材料を使用するには問題がある。 本発明の目的は、室温及び高温における機械強
度に優れ、しかも耐酸化特性の良好な窒化けい素
焼結体を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明を概説すれば、本発明は窒化けい素焼結
体に関する発明であつえ、結晶粒界相を有する窒
化けい素を主成分とする焼結体において、該結晶
粒界相に、式：Yb2Si2O7及びZr3Yb4O12で示され
る結晶が存在することを特徴とする。 本発明者らは、焼結促進効果を持ち、かつ高温
での強度及び耐酸化性を兼備した粒界相を形成し
得る焼結助剤を種々検討した。その結果、焼結助
剤として酸化ジルコニウムとイツテルビウム酸化
物を用いると、(1)焼結体中にはSi3N4表面のSiO2
が焼結助剤と反応したYb2Si2O7結晶と焼結助剤
同志が反応したZr3Yb4O12結晶おが粒界に析出
し、このため、高温下において強度低下が少ない
こと、(2)高温で酸化した表面には、α−クリスト
バライトとYb2Si2O7を主体としたち密な酸化皮
膜が形成されるため耐酸化性が極めて良好であ
り、条件によつては一般に耐酸化性の特に優れた
材料として知られているSiCよりも耐酸化性のSi3
N4が得られること、を見出し本発明に至つた。 本発明では、高温において高い強度でしかも耐
酸化特性の良好な性質を具備する材料を得るた
め、酸化ジルコニウムとイツテルビウム酸化物と
をモル比で２／98〜90／10の割合のものを全体の
１〜40重量％の窒化けい素に含有することが好ま
しい。このような組成の焼結助剤を用いることに
よつてはじめて、上記特性を有する材料が得られ
るのである。 粉末組成として上記組成範囲が好ましい理由を
次に示す。 (1) 酸化ジルコニウム／イツテルビウム酸化物の
配合比が２／98〜90／10である点について、 酸化ジルコニウムが２／98未満であると、焼結
体助剤としては、イツテルビウム酸化物のみの組
成に近くなり、高温での強度低下が大きいばかり
でなく、ポーラスな酸化皮膜となり耐酸化特性も
悪いためである。また、90／10超であると、焼結
助剤としては酸化ジルコニウムのみの組成に近く
なり、耐酸化性は良くなるが焼結が進みにくく、
密度が上がらず高強度な焼結体が得られなくなる
ため、上記組成範囲とした。 (2) 上記酸化ジルコニウムとイツテルビウム酸化
物との合計が全体の１〜40重量％である点につ
いて １重量％未満であると焼結助剤の量が足りず、
焼結性が劣化し、ち密な焼結体が得られるない。
一方、40重量％超であると、粒界相の量が増加し
室温強度が低下するので１〜40重量％とした。 なお、窒化けい素、酸化ジルコニウム及びイツ
テルビウム酸化物の粒径は10μm以下が望ましい。
これらの粉末の粒径が10μm超であると、ミクロ
的に組成が不均一になり、焼結時のち密化を阻害
するばかりでなく、目的とする粒界相を生成させ
るのにより長時間の焼結体を必要とするようにな
るからである。また、これら原料粉末の純度は99
％以上であることが望ましい。不純物成分はガラ
ス相を形成し易く、焼結体の高温強度を下げるた
めである。 また、焼結法としてはホツトプレス焼結の場合
について述べたが、この方法に限らず、常圧焼
結、雰囲気加圧焼結、HIP等によつても本発明品
を容易に得ることができる。 以上の本発明の窒化けい素焼結体を製造するに
は、窒化けい素を主成分とし、これに酸化ジルコ
ニウムとイツテルビウム酸化物との割合がモル比
で２／98〜90／10のものを全体の１〜40重量％含
有させた配合粉末を混合粉砕した後、粉末成形体
を形成し、この成形体を1600〜1950℃の温度で非
酸化性雰囲気中で焼結する。この製造に関し、粉
末の混合粉砕には、例えば、ボールミル等を用い
ればよく、また、成形体の形成には、例えばラバ
ープレス等を用い、この際圧力としては１トン／
cm2程度が望ましい。 焼結体は、1600〜1950℃の温度範囲で常圧焼結
あるいは加圧焼結体を行う。焼結体温度が1600℃
より低いと十分ち密化した焼結体が得られず、ま
た1950℃を超えると、窒化けい素自身の熱分解が
激しくない、健全な焼結体が得られない。また、
粒界相にYb2Si2O7及びZr3Yb4O12結晶相を完全に
析出させるためには、焼結時間は30分以上必要
で、２時間程度が望ましい。また焼結後の冷却速
度は、粒界にガラス相をできる限り残さないよう
にするため、20℃／分以下が良い。 以上のようにして製造した酸化ジルコニウムと
イツテルビウム酸化物とを焼結助剤とした窒化け
い素焼結体は、室温から1400℃の温度では、ほと
んど強度が変化せず、100Kg／mm2程度と大きく、
しかも耐酸化特性の良好な高温構造用部材とな
る。 本発明の窒化けい素焼結体は、室温及び高温強
度が大きく、耐酸化性が良好で、更に熱衝撃性に
も優れているため、第４図に示すようなガスター
ビン用材料として最適である。第４図はガスター
ビン動翼の斜視図であり、符号４はセラミツクス
動翼を意味する。 本発明は、酸化ジルコニウムとイツテルビウム
酸化物とをモル比で２／98〜90／10の割合のもの
を焼結助剤とすることにより、高温強度及び耐酸
化性において従来品よりもはるかに優れた特性を
有する焼結体の製造を可能にしたものである。高
温高強度を実現できるのは、上記組成の焼結体助
剤を窒化けい素に添加すると結晶粒界に耐熱性の
高いYb2Si2O7及びZr3Yb4O12結晶が析出するため
である。その融点はそれぞれ1850℃及び2800℃で
あり、従来材のSi3N4・Y2O3の融点（1825℃）と
比べるとより高温である。このため高温強度は従
来材以上になる。 一方、高温で酸化させると従来材の場合には、
酸化皮膜は第２図に示すように気孔を有するポー
ラスなものになつてしまう。第２図は従来材の酸
化皮膜の断面模式図であり、符号１は窒化けい素
材料、２はち密な酸化皮膜、３は気孔意味する。
このため、酸化増量は酸化時間に比例して増大
し、長時間の酸化試験を行うと、その酸化増量は
非常に大きく、実用にならない。ところが、本発
明の材料では、酸化皮膜はクリスタバライトと
Yb2Si2O7を主体とする組成物とからなり、第１
図に示すようなち密なものとなる。第１図は本発
明材の酸化皮膜の断面模式図であり、符号１及び
２は第２図と同義である。このため、酸化増量は
時間に対して両対数で表わした場合、その傾きは
１／２に近く、長時間の酸化試験では従来材と比較
してその酸化増量が著しく少なくなる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は
これら実施例に限定されない。 実施例 １ 平均粒径0.05μm、純度99.9％の酸化ジルコニウ
ム（ZrO2）と、平均粒径3μm、純度99.9％の酸化
イツテルビウム（Yb2O3）とをモル比で２：１の
割合になるように配合し、この配合粉末を平均粒
径0.6μmの窒化けい素粉末（α化率90％）に対し
て、全体の0.5〜45重量％になるように混合し、
第１表に示す試料番号１〜５の組成とした。 粉末の粉砕、混合はボールミルで48時間行い、
1000Kg／cm2の圧力で成形した。次にこの成形体を
1850℃、１気圧の窒素雰囲気中で２時間、300
Kg／cm2の圧力でホツトプレス焼結した。この焼結
体から３×４×40mmの試験片を切出し、表面を研
磨した後、スパン30mm、クロスヘツドスピード
0.5mm／分の条件で３点曲げ試験を行い、室温と
1300℃での強度を測定した。また、曲げ試験品と
同様の方法で準備した試料をアルミナボート上に
乗せ、電気炉に入れ、1300℃で300時間保持し、
その前後での重量変化を測定して耐酸化性を調べ
た。その結果を第１表に示す。
及び高温下におかる強度低下が少なく、しかも耐
酸化特性の良好な窒化けい素焼結体に関する。 〔従来の技術〕 従来、ガスタービン、熱交換器などの材料とし
て、各種耐熱金属合金が使用されてきたが近年こ
のような金属材料では耐え得ない苛酷な使用条
件、とりわけ熱効率の改善、省エネルギー化を目
的として1000℃を超える高温度に適用され得る材
料として、各種セラミツクスの使用が試みられて
いる。なかでも窒化けい素（Si3N4）焼結体は、
強度、耐摩耗性、耐酸化性等に優れ、熱膨張係数
も小さく、かつ高温での強度や科学的安定性にも
優れていることから、炭化けい素（SiC）焼結体
と共に、構造用材料として注目されている。 しかし、窒化けい素は共有結合性が高いため、
焼結体に乏しく、窒化けい素単体では高密度かつ
高強度の焼結体を得ることは困難である。そのた
め、従来より窒化けい素を焼結するに際しては
MgO、Al2O3及び希土類元素の酸化物を焼結助剤
として添加配合し焼結することが試みられてい
る。配合した焼結助剤は、焼結過程で窒化けい素
粉末の粒子表面に存在するSiO2と反応して低融
点のガラス相を形成し、焼結を促進し、最終の焼
結体は窒化けい素と粒界相とから構成される。 このため、高温強度が大きく、しかも耐酸化性
に優れた焼結体を得るためには、焼結助剤として
は、焼結促進効果を有するばかりでなく、形成さ
れる粒界相の高温強度が大きく、更に耐酸化性の
良好な酸化皮膜を形成し得るものでなければなら
い。 特開昭55−116671号公報には、高温強度の改善
を図るため窒化けい素にAl2O3あるいはAlNと希
土類酸化物とを添加配合し、粒界相をSi3・R2O3
〔Ｒは周期表ａ族（スカンジウム系列）元素を
表わす〕型構造の結晶で構成し、高温高強度材料
とする方法が述べられている。 当該方法によれば、例えばａ族としてＹ（イ
ツトリウム）を採用した場合、粒界相としてSi3
N4・Y2O3が析出し、室温及び1200℃の３点曲げ
強度は110Kg／cm2程度と大きいが、耐酸化性の点
では問題のあることが判明した。 また、ガスタービンの熱効率の向上を、従来の
耐熱合金の代りに耐熱性の優れたセラミツクスで
実現する、セラミツクスガスタービンの開発が進
められている。ガスタービン用のセラミツクス材
料に要求される特性は、 (1) 高温下での高速回転による強力な遠心力に耐
え得るために、高温で高強度であること。 (2) 燃焼及び停止時の熱衝撃に耐え得ること。 (3) 高温での激しい酸化に耐えること。 等である。これら条件のすべてを満足する材料で
なければ実用にならない。 このガスタービン材料として、SiC及びSi3N4
系材料が検討されているが、SiCは(1)及び(2)の点
で、またSi3N4は(1)及び(3)の点で問題があつた。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、粒界相にSi3N4・R2O3（Ｒは
周期表ａ族元素）を析出させ、高温強度を向上
させたことを特徴としているが、耐酸化性を評価
したところ、1300℃、300時間の酸化試験で約く
20mg／cm2と大きな重量増加を生ずることがわかつ
た。このため、窒化けい素の特長が真に生かせる
高温での材料を使用するには問題がある。 本発明の目的は、室温及び高温における機械強
度に優れ、しかも耐酸化特性の良好な窒化けい素
焼結体を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明を概説すれば、本発明は窒化けい素焼結
体に関する発明であつえ、結晶粒界相を有する窒
化けい素を主成分とする焼結体において、該結晶
粒界相に、式：Yb2Si2O7及びZr3Yb4O12で示され
る結晶が存在することを特徴とする。 本発明者らは、焼結促進効果を持ち、かつ高温
での強度及び耐酸化性を兼備した粒界相を形成し
得る焼結助剤を種々検討した。その結果、焼結助
剤として酸化ジルコニウムとイツテルビウム酸化
物を用いると、(1)焼結体中にはSi3N4表面のSiO2
が焼結助剤と反応したYb2Si2O7結晶と焼結助剤
同志が反応したZr3Yb4O12結晶おが粒界に析出
し、このため、高温下において強度低下が少ない
こと、(2)高温で酸化した表面には、α−クリスト
バライトとYb2Si2O7を主体としたち密な酸化皮
膜が形成されるため耐酸化性が極めて良好であ
り、条件によつては一般に耐酸化性の特に優れた
材料として知られているSiCよりも耐酸化性のSi3
N4が得られること、を見出し本発明に至つた。 本発明では、高温において高い強度でしかも耐
酸化特性の良好な性質を具備する材料を得るた
め、酸化ジルコニウムとイツテルビウム酸化物と
をモル比で２／98〜90／10の割合のものを全体の
１〜40重量％の窒化けい素に含有することが好ま
しい。このような組成の焼結助剤を用いることに
よつてはじめて、上記特性を有する材料が得られ
るのである。 粉末組成として上記組成範囲が好ましい理由を
次に示す。 (1) 酸化ジルコニウム／イツテルビウム酸化物の
配合比が２／98〜90／10である点について、 酸化ジルコニウムが２／98未満であると、焼結
体助剤としては、イツテルビウム酸化物のみの組
成に近くなり、高温での強度低下が大きいばかり
でなく、ポーラスな酸化皮膜となり耐酸化特性も
悪いためである。また、90／10超であると、焼結
助剤としては酸化ジルコニウムのみの組成に近く
なり、耐酸化性は良くなるが焼結が進みにくく、
密度が上がらず高強度な焼結体が得られなくなる
ため、上記組成範囲とした。 (2) 上記酸化ジルコニウムとイツテルビウム酸化
物との合計が全体の１〜40重量％である点につ
いて １重量％未満であると焼結助剤の量が足りず、
焼結性が劣化し、ち密な焼結体が得られるない。
一方、40重量％超であると、粒界相の量が増加し
室温強度が低下するので１〜40重量％とした。 なお、窒化けい素、酸化ジルコニウム及びイツ
テルビウム酸化物の粒径は10μm以下が望ましい。
これらの粉末の粒径が10μm超であると、ミクロ
的に組成が不均一になり、焼結時のち密化を阻害
するばかりでなく、目的とする粒界相を生成させ
るのにより長時間の焼結体を必要とするようにな
るからである。また、これら原料粉末の純度は99
％以上であることが望ましい。不純物成分はガラ
ス相を形成し易く、焼結体の高温強度を下げるた
めである。 また、焼結法としてはホツトプレス焼結の場合
について述べたが、この方法に限らず、常圧焼
結、雰囲気加圧焼結、HIP等によつても本発明品
を容易に得ることができる。 以上の本発明の窒化けい素焼結体を製造するに
は、窒化けい素を主成分とし、これに酸化ジルコ
ニウムとイツテルビウム酸化物との割合がモル比
で２／98〜90／10のものを全体の１〜40重量％含
有させた配合粉末を混合粉砕した後、粉末成形体
を形成し、この成形体を1600〜1950℃の温度で非
酸化性雰囲気中で焼結する。この製造に関し、粉
末の混合粉砕には、例えば、ボールミル等を用い
ればよく、また、成形体の形成には、例えばラバ
ープレス等を用い、この際圧力としては１トン／
cm2程度が望ましい。 焼結体は、1600〜1950℃の温度範囲で常圧焼結
あるいは加圧焼結体を行う。焼結体温度が1600℃
より低いと十分ち密化した焼結体が得られず、ま
た1950℃を超えると、窒化けい素自身の熱分解が
激しくない、健全な焼結体が得られない。また、
粒界相にYb2Si2O7及びZr3Yb4O12結晶相を完全に
析出させるためには、焼結時間は30分以上必要
で、２時間程度が望ましい。また焼結後の冷却速
度は、粒界にガラス相をできる限り残さないよう
にするため、20℃／分以下が良い。 以上のようにして製造した酸化ジルコニウムと
イツテルビウム酸化物とを焼結助剤とした窒化け
い素焼結体は、室温から1400℃の温度では、ほと
んど強度が変化せず、100Kg／mm2程度と大きく、
しかも耐酸化特性の良好な高温構造用部材とな
る。 本発明の窒化けい素焼結体は、室温及び高温強
度が大きく、耐酸化性が良好で、更に熱衝撃性に
も優れているため、第４図に示すようなガスター
ビン用材料として最適である。第４図はガスター
ビン動翼の斜視図であり、符号４はセラミツクス
動翼を意味する。 本発明は、酸化ジルコニウムとイツテルビウム
酸化物とをモル比で２／98〜90／10の割合のもの
を焼結助剤とすることにより、高温強度及び耐酸
化性において従来品よりもはるかに優れた特性を
有する焼結体の製造を可能にしたものである。高
温高強度を実現できるのは、上記組成の焼結体助
剤を窒化けい素に添加すると結晶粒界に耐熱性の
高いYb2Si2O7及びZr3Yb4O12結晶が析出するため
である。その融点はそれぞれ1850℃及び2800℃で
あり、従来材のSi3N4・Y2O3の融点（1825℃）と
比べるとより高温である。このため高温強度は従
来材以上になる。 一方、高温で酸化させると従来材の場合には、
酸化皮膜は第２図に示すように気孔を有するポー
ラスなものになつてしまう。第２図は従来材の酸
化皮膜の断面模式図であり、符号１は窒化けい素
材料、２はち密な酸化皮膜、３は気孔意味する。
このため、酸化増量は酸化時間に比例して増大
し、長時間の酸化試験を行うと、その酸化増量は
非常に大きく、実用にならない。ところが、本発
明の材料では、酸化皮膜はクリスタバライトと
Yb2Si2O7を主体とする組成物とからなり、第１
図に示すようなち密なものとなる。第１図は本発
明材の酸化皮膜の断面模式図であり、符号１及び
２は第２図と同義である。このため、酸化増量は
時間に対して両対数で表わした場合、その傾きは
１／２に近く、長時間の酸化試験では従来材と比較
してその酸化増量が著しく少なくなる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は
これら実施例に限定されない。 実施例 １ 平均粒径0.05μm、純度99.9％の酸化ジルコニウ
ム（ZrO2）と、平均粒径3μm、純度99.9％の酸化
イツテルビウム（Yb2O3）とをモル比で２：１の
割合になるように配合し、この配合粉末を平均粒
径0.6μmの窒化けい素粉末（α化率90％）に対し
て、全体の0.5〜45重量％になるように混合し、
第１表に示す試料番号１〜５の組成とした。 粉末の粉砕、混合はボールミルで48時間行い、
1000Kg／cm2の圧力で成形した。次にこの成形体を
1850℃、１気圧の窒素雰囲気中で２時間、300
Kg／cm2の圧力でホツトプレス焼結した。この焼結
体から３×４×40mmの試験片を切出し、表面を研
磨した後、スパン30mm、クロスヘツドスピード
0.5mm／分の条件で３点曲げ試験を行い、室温と
1300℃での強度を測定した。また、曲げ試験品と
同様の方法で準備した試料をアルミナボート上に
乗せ、電気炉に入れ、1300℃で300時間保持し、
その前後での重量変化を測定して耐酸化性を調べ
た。その結果を第１表に示す。
【表】
第１表により、窒化けい素にZrO2／Yb2O3＝
２／１組成の焼結助剤を全体の１〜40重量％添加す
ることにより、室温強度、1300℃強度とも100
Kg／mm2以上の高強度窒化けい素焼結体が得られ、
1300℃、300時間後の酸化増量も非常に少ないこ
とがわかる。 第３図に試料番号２のＸ線回析図形を示す。第
３図は本発明材のＸ線回折のグラフであり、横軸
は回折角2θ、縦軸はＸ線強度（cps），黒丸印はβ
−Si3N4、白丸印はYb2Si2O7、白三角印はZr3Yb4
O12を意味する。本発明品は、β−Si3N4とYb2
Si2O7とZr3Yb4O12結晶とを含有しており、高温
強度の改善はこのYb2Si2O7結晶及びZr3Yb4O12結
晶の析出によるものである。また、1300℃で、
300時間、酸化試験を行つた後の酸化皮膜を調べ
た結果、クリスタバライトとYb2Si2O7が検出さ
れた。酸化増量が少ないのは、この皮膜がち密な
ためである。 実施例 ２ 実施例１と同じ窒化けい素、酸化ジルコニウ
ム、酸化イツテルビウムとの配合比を変えて、窒
化けい素に対して全体の４重量％になるように調
製、混合した。 これを実施例１と同じ方法でホツトプレス焼結
したあと、室温及び1300℃での曲げ強度を測定し
た。また1300℃、300時間後の酸化増量も調べた。
この結果を第２表に示す。
２／１組成の焼結助剤を全体の１〜40重量％添加す
ることにより、室温強度、1300℃強度とも100
Kg／mm2以上の高強度窒化けい素焼結体が得られ、
1300℃、300時間後の酸化増量も非常に少ないこ
とがわかる。 第３図に試料番号２のＸ線回析図形を示す。第
３図は本発明材のＸ線回折のグラフであり、横軸
は回折角2θ、縦軸はＸ線強度（cps），黒丸印はβ
−Si3N4、白丸印はYb2Si2O7、白三角印はZr3Yb4
O12を意味する。本発明品は、β−Si3N4とYb2
Si2O7とZr3Yb4O12結晶とを含有しており、高温
強度の改善はこのYb2Si2O7結晶及びZr3Yb4O12結
晶の析出によるものである。また、1300℃で、
300時間、酸化試験を行つた後の酸化皮膜を調べ
た結果、クリスタバライトとYb2Si2O7が検出さ
れた。酸化増量が少ないのは、この皮膜がち密な
ためである。 実施例 ２ 実施例１と同じ窒化けい素、酸化ジルコニウ
ム、酸化イツテルビウムとの配合比を変えて、窒
化けい素に対して全体の４重量％になるように調
製、混合した。 これを実施例１と同じ方法でホツトプレス焼結
したあと、室温及び1300℃での曲げ強度を測定し
た。また1300℃、300時間後の酸化増量も調べた。
この結果を第２表に示す。
【表】
ZrO2／Yb2O3＝２／98〜90／10の組成範囲の
ときに、室温及び1300℃強度が大きく、しかも耐
酸化性にも優れていることがわかる。 一方、本発明の組成範囲外の試料番号11、12、
は室温強度、1300℃強度、耐酸化性のうちのいず
れかが、本発明品よりも劣ることがわかる。 実施例 ３ Si3N2に2.5モル％のYb2Zr2O7を加え、実施例
１と同様な方法で焼結体を得た。得られた焼結体
の空気中1500℃、20時間における酸化増量は0.06
mg／cm2と、SiC焼結体の酸化増量0.1mg／cm2よりも
小さかつた。また、この焼結体の強度は、室温〜
1300℃の間で100Kg／cm2以上あり、また、SiC焼
結体に比べて破壊じん性値や耐熱衝撃性の大きい
ことがわかつた。 〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、室温並びに高
温における機械強度に優れ、しかも耐酸化特性の
良好な窒化けい素焼結体を得ることができるの
で、信頼性の高いガスタービン部品等の高温構造
用材料を容易に製造できる。
ときに、室温及び1300℃強度が大きく、しかも耐
酸化性にも優れていることがわかる。 一方、本発明の組成範囲外の試料番号11、12、
は室温強度、1300℃強度、耐酸化性のうちのいず
れかが、本発明品よりも劣ることがわかる。 実施例 ３ Si3N2に2.5モル％のYb2Zr2O7を加え、実施例
１と同様な方法で焼結体を得た。得られた焼結体
の空気中1500℃、20時間における酸化増量は0.06
mg／cm2と、SiC焼結体の酸化増量0.1mg／cm2よりも
小さかつた。また、この焼結体の強度は、室温〜
1300℃の間で100Kg／cm2以上あり、また、SiC焼
結体に比べて破壊じん性値や耐熱衝撃性の大きい
ことがわかつた。 〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、室温並びに高
温における機械強度に優れ、しかも耐酸化特性の
良好な窒化けい素焼結体を得ることができるの
で、信頼性の高いガスタービン部品等の高温構造
用材料を容易に製造できる。
第１図は本発明材の酸化皮膜の断面模式図、第
２図は従来材の酸化皮膜の断面模式図、第３図は
本発明材のＸ線回折のグラフそして第４図はガス
タービン動翼の斜視図である。 １……窒化けい素材料、２……ち密な酸化皮
膜、３……気孔、４……セラミツクス動翼。
２図は従来材の酸化皮膜の断面模式図、第３図は
本発明材のＸ線回折のグラフそして第４図はガス
タービン動翼の斜視図である。 １……窒化けい素材料、２……ち密な酸化皮
膜、３……気孔、４……セラミツクス動翼。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 結晶粒界相を有する窒化けい素を主成分とす
る焼結体において、該結晶粒界相に、式：Yb2
Si2O7及びZr3Yb4O12で示される結晶が存在する
ことを特徴とする窒化けい素焼結体。 ２ 該焼結体原料が、窒化けい素を主成分とし、
これに酸化ジルコニウムとイツテルビウム酸化物
とのモル比で２／98〜90／10の割合のものが１〜
40重量％含有されているものである特許請求の範
囲第１項記載の窒化けい素焼結体。 ３ 該原料である窒化けい素、酸化ジルコニウム
及びイツテルビウム酸化物の各粉末が、共に平均
粒径が10μm以下、純度が99％以上のものである
特許請求の範囲第２項記載の窒化けい素焼結体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61098282A JPS62256768A (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 窒化けい素焼結体 |
| DE8787303811T DE3764531D1 (de) | 1986-04-30 | 1987-04-29 | Siliziumnitrid-sinterformkoerper und verfahren zu seiner herstellung. |
| EP87303811A EP0244226B1 (en) | 1986-04-30 | 1987-04-29 | Silicon nitride sintered body and method for producing same |
| US07/044,203 US4806510A (en) | 1986-04-30 | 1987-04-30 | Silicon nitride sintered body and method for producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61098282A JPS62256768A (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 窒化けい素焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62256768A JPS62256768A (ja) | 1987-11-09 |
| JPH0449509B2 true JPH0449509B2 (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=14215571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61098282A Granted JPS62256768A (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 窒化けい素焼結体 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4806510A (ja) |
| EP (1) | EP0244226B1 (ja) |
| JP (1) | JPS62256768A (ja) |
| DE (1) | DE3764531D1 (ja) |
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| US5238884A (en) * | 1990-01-23 | 1993-08-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Silicon nitride bodies and a process for producing the same |
| US5120685A (en) * | 1990-12-18 | 1992-06-09 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Sintered silicon nitride |
| JPH0565809A (ja) * | 1991-09-04 | 1993-03-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | アジヤステイングシム |
| KR0143870B1 (ko) * | 1993-12-27 | 1998-07-01 | 사토 후미오 | 고열전도성 질화규소 구조부재 및 반도체 패키지, 히터, 서멀헤드 |
| WO1996029736A1 (en) * | 1995-03-20 | 1996-09-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Silicon nitride circuit substrate |
| JPH0987037A (ja) * | 1995-07-18 | 1997-03-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 窒化ケイ素質焼結体とその製造方法 |
| KR100270608B1 (ko) * | 1997-12-27 | 2000-11-01 | 최동환 | 내외층의 미세구조가 제어된 질화규소 소결체 및 그의 제조방법 |
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Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4650498A (en) * | 1984-12-14 | 1987-03-17 | Gte Laboratories Incorporated | Abrasion resistant silicon nitride based articles |
| JPH0633170B2 (ja) * | 1985-02-25 | 1994-05-02 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体及びその製造法 |
| US4652276A (en) * | 1986-03-10 | 1987-03-24 | Gte Valeron Corporation | High toughness silicon nitride cutting tools |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP61098282A patent/JPS62256768A/ja active Granted
-
1987
- 1987-04-29 DE DE8787303811T patent/DE3764531D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-04-29 EP EP87303811A patent/EP0244226B1/en not_active Expired
- 1987-04-30 US US07/044,203 patent/US4806510A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59190270A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素質焼結体およびその製造法 |
| JPS59190272A (ja) * | 1983-04-12 | 1984-10-29 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素質焼結体の製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0244226B1 (en) | 1990-08-29 |
| JPS62256768A (ja) | 1987-11-09 |
| EP0244226A2 (en) | 1987-11-04 |
| US4806510A (en) | 1989-02-21 |
| DE3764531D1 (de) | 1990-10-04 |
| EP0244226A3 (en) | 1988-03-23 |
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