JPH0512297B2 - - Google Patents
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は、耐熱性構造用材料、機械工作用材料
特に切削工具、耐摩耗材料及び耐食性材料に適す
る耐熱性窒化硅素及びその製造方法に関する。 窒化硅素は、共有結合性の強い化合物であるこ
と、高温で分解及び蒸発すること、構成原子の自
己拡散係数が小さいために反応性が低いこと、更
にはイオン結晶及び金属結晶に比べて粒界エネル
ギーと表面エネルギーの比が大きいことから非常
に焼結し難い材料である。このために窒化硅素を
無加圧普通焼結法で焼結しても緻密な焼結体が得
られず一般にはMgO、Y2O3、Al2O3、AlN等の
焼結助剤を添加して反応焼結もしくは液相焼結を
利用した加圧焼結又は熱間静水圧加圧法（HIP）
等によつて緻密な焼結体を得ている。このように
MgO、Y2O3、Al2O3、AlN等の焼結助剤を添加
したSi3N4焼結体は、Si3N4の粒界相に低級硅酸
塩が生じ、この低級硅酸塩が低温で液相となつて
Si3N4の焼結を促進させる反面焼結後も粒界相に
残存して焼結体の高温強度を低下させるという欠
点がある。この欠点を改良したものにSi3N4粒界
相に残存している低級硅酸塩を熱処理によつて結
晶化して焼結体の強度を高める方法も提案されて
いる。しかし、これらの低級硅酸塩又はこの低級
硅酸塩を熱処理によつて結晶化した焼結助剤を主
体とする第２相は、Si3N4焼結体が小さい形状で
試験的に焼結するときにはSi3N4粒界相に割合均
一に分散しているために大きな問題が生じなかつ
たが工業化を進めるために複雑な形状又は大型の
形状のものを焼結するとSi3N4が焼結し難い材料
のために焼結助剤との反応性が悪くなること、焼
結炉の大型化によつて生じる冷却速度の問題から
酸化物系焼結助剤を主体とする第２相がSi3N4粒
界相に不均一に分布して偏析するという問題が生
じる。このようにSi3N4と焼結助剤との反応性の
悪さ及び焼結助剤を主体とする第２相の偏析のた
めにSi3N4焼結体内の諸特性のバラツキが大きく
なること、強度低下の原因になることから工業化
し難いという問題がある。 本発明は、上記のような欠点及び問題点を解決
し、Si3N4焼結助剤との反応性を容易にすること
によつて複雑な形状又は大型の形状の焼結体内で
焼結助剤を主とする第２相の分散を均一にし、し
かも第２相とSi3N4との結合強度を高めることに
よつて焼結体の諸特性が向上した窒化硅素焼結体
及びその製造方法の提供を目的にしたものであ
る。 本発明の耐熱性窒化硅素焼結体は、希土類元素
の酸窒化物の少なくとも１種0.5〜25重量％とＢ、
Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物の少なく
とも１種0.5〜25重量％と残り窒化硅素と不可避
不純物から成る窒化硅素焼結体である。このよう
に窒素を含有した焼結助剤の内、特に希土類元素
の酸窒化物は、酸化物を主体にした焼結助剤に比
較して分解温度が低く、低温で活性化になるため
に硬質相であるSi3N4との反応性を高め、又この
反応ではアニオンイオンの移動が非常に少ないた
めにSi3N4中に部分的にせよ窒素含有焼結助剤が
固溶可能となると共にSi3N4粒界に焼結助剤が均
一に分散して焼結が促進され、焼結後は焼結助剤
中に含有している窒素が焼結助剤を主体にして形
成される第２相とSi3N4硬質相との結合強度を高
めるために酸化物系焼結助剤にみられる焼結助剤
の偏析、焼きむら、残留気孔及びSi3N4粒子の異
常成長等の弊害を防止すること、しかも第２相と
Si3N4との結晶異方性から生じる内部応力も小さ
くなるために複雑な形状又は大型の形状のもので
も容易に均質に焼結できると共に緻密で寸法精度
の高い耐熱性窒化硅素焼結体の作製が容易とな
る。ここで使用する焼結助剤の内、希土類元素の
酸窒化物は、Ｂ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び
酸窒化物の化合物と共に焼結過程においてSi3N4
粒界を均一に浸透分散しながらSi3N4粒子を取り
囲んで焼結助剤を主体とする均質な第２相の形成
とこの第２相中の窒素とSi3N4中の窒素との相互
拡散によりSi3N4と第２相との結合強化に寄与す
ると共に第２相の偏析を防止し、焼結後は焼結体
の高温強度の向上を含めた諸特性を高めている。
一方焼結助剤として使用するＢ、Al、Gaの酸化
物、窒化物及び酸窒化物の少なくとも１種は、液
相の生成を容易にしてSi3N4の焼結を促進し、焼
結助剤を主体とする均質な第２相の形成とこの第
２相中の希土類元素とSi3N4中の硅素との結合媒
介的作用として焼結体の諸特性の向上に寄与して
いる。 本発明の耐熱性窒化硅素焼結体の製造方法は、
出発原料として出来るだけ微細なSi3N4粉末を使
用することが望ましく、このSi3N4粉末に希土類
元素の酸窒化物の少なくとも１種の粉末0.5〜25
重量％とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒
化物の少なくとも１種の粉末0.5〜25重量％とを
配合してもよく、又は希土類元素の酸窒化物の少
なくとも１種とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及
び酸窒化物の少なくとも１種とから成る複合化合
物粉末とSi3N4粉末とを配合して出発原料として
もよく、更には希土類元素の酸窒化物の少なくと
も１種とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒
化物の少なくとも１種とSi3N4とから成る複合化
合物粉末とSi3N4とから成る複合化合物粉末とSi3
N4粉末を出発原料として配合してもよく、特に
酸素含有量を少なくした複合化合物粉末を出発原
料として使用すると焼結体の組織が柱状化又は針
状化するのを抑制してアスペクト比の小さい粒子
を形成する傾向があり、アスペクト比の小さい粒
子形状の焼結体は、耐熱性が向上するので切削工
具のような局部的に苛酷な熱衝撃が加わる用途に
使用する場合には複合化合物粉末を出発原料とす
るのが望ましい。 本発明の耐熱性窒化硅素焼結体の製造方法にお
いて、焼結体の結晶組織をアスペクト比の小さい
構造にするために出来るだけ出発原料として使用
するSi3N4粉末は、高純度のものが望ましいがSi3
N4粉末の不可避不純物として含有しているAl、
Fe等又はSi3N4粉末粒子の表面に酸素が吸着して
SiO2を形成していたり、更には配合した粉末を
容器に入れてAl2O3ボール、スチールボール又は
超硬合金ボール等で混合粉砕するときに容器及び
これらのボールから混入してくる不純物の量が５
重量％以下ならば焼結助剤として使用する出発原
料の窒素含有量及び焼結過程での窒素分圧の調整
によつて充分に本発明の耐熱性窒化硅素焼結体の
諸特性を保持することができる。例えば混合粉砕
どきに使用する超硬合金ボール等から混入する周
期律表のａ族元素、ａ族元素及びａ族元素
の炭化物、窒化物及び炭窒化物等は、本発明の焼
結体において耐摩耗性の向上に役立つ傾向があ
り、出発原料から混入するSiO2は硬質相である
Si3N4本来の分解温度を低下させ低温側でSi3N4
と焼結助剤との反応を生じさせることにより焼結
の促進と緻密化に寄与し、出発原料と混合粉砕ど
きの容器及びボールから混入するAl及びFe族元
素はSi3N4中の硅素と窒素の相互拡散反応を促進
させて焼結助剤の分散を補助する傾向にある。又
周期律表のａ族元素であるBe、Mg、Ca、Sr、
Ba、Ra及びａ族元素であるLi、Na、Ｋの酸
化物、窒化物、酸窒化物は液相生成を促進させて
緻密化に寄与するので本発明の耐熱性窒化硅素焼
結体の諸特性を低下させない範囲で添加すること
もできる。ここで使用する出発原料としてのSi3
N4は、α−Si3N4、β−Si3N4、非晶質のSi3N4又
はこれらの結晶構造の異なるSi3N4を任意の比率
に混合したものを使用してもよい。又、焼結助剤
としての希土類元素の酸窒化物の少なくとも１種
とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物の
少なくとも１種の内、窒素含有化合物は定比化合
物又は不定比化合物を使用してもよく、この内特
に希土類元素の酸窒化物は大気中で酸化され易い
ので窒素ガス等の不活性ガス封入の状態で取扱う
必要があるがＢ、Al、Ga元素を含有した複合化
合物にするのが望ましい。 本発明の製造方法において、各種の出発原料を
混合粉砕した粉末を混合粉末の状態で焼結用モー
ルドに詰めて粉末圧粉体にする方法、成形モール
ドで成形体にする方法、さらに、成形モールドで
成形体にした後焼結温度より低い温度で予備焼結
する方法又は予備焼結後成形加工した成形体を真
空を含めた非酸化性雰囲気中で普通焼結（無加圧
焼結も含む）、高周波加圧焼結、通電加圧焼結、
ガス加圧焼結及びホツトプレス等の方法により焼
結すること又はこれらの焼結方法と静水圧加圧法
を組合せて焼結体の緻密化を促進することもでき
る。焼結温度は、焼結方法又は配合成分によつて
も異なるが1500℃〜1900℃の温度内で充分に緻密
な焼結体が得られる。 ここで使用してきた希土類元素とは、Sc、Ｙ、
La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの17元素を総称
したものである。 ここで数値限定した理由について説明する。 希土類元素の酸窒化物の少なくとも１種が0.5
重量％未満では焼結助剤を主体にして形成される
第２相の高温強度が低く、このために焼結体自体
の強度も低下し、25重量％を越えて多くなると相
対的にSi3N4の量が少なくなつて焼結体の硬さが
低下して耐摩耗性及び耐熱性が低下するために
0.5〜25重量％とした。 Ｂ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物の
少なくとも１種が0.5重量％未満ではSi3N4の焼結
促進効果が弱いのとSi3N4粒子と希土類元素との
結合媒介的作用が弱くなり、25重量％を越えて多
くなると相対的にSi3N4の量が少なくなるのと焼
結助剤を主体にして形成される第２相中に低級硅
酸塩が生じ易くて焼結体の硬さ低下及び強度低下
となるために0.5〜25重量％とした。 次に実施例に従つて具体的に説明する。 実施例 １ 平均粒径1μmのSi3N4（約40％アモルフアスSi3
N4とα−Si3N4とβ−Si3N4の混在）、平均粒径
2μmのSi3N4（約95％α−Si3N4とβ−Si3N4の混
在）、平均粒径5μmのSi3N4（約70％α−Si3N4と
β−Si3N4の混在）とY3O3Ｎ、B2O3、BN、B3
O3Ｎ、Al2O3、AlN、Al3O3Ｎ及びGa2O3の各粉
末を使用して第１表に示した割合に各試料を配合
し、配合したそれぞれの試料をヘキサン溶媒中
WC基超硬合金製ボールと共にステンレス製容器
の中で混合粉砕した。得られた混合粉末をBN粉
末で被覆した100×100mmの角形カーボンモールド
中に充填し、N2ガスで炉内を置換後150〜400
Kg／cm3の成形圧力1700℃〜1900℃の温度、60〜
120分の保持時間で加圧焼結した。各試料の製造
条件を第１表に示し、得られた焼結体を中心部と
外周部に分けて 約13×13×５mmに切断し、切断した各試料の諸
特性を従来のY2O3−Al2O3−Si3N4系焼結体を比
較にして求め、その結果を第２表に示した。
特に切削工具、耐摩耗材料及び耐食性材料に適す
る耐熱性窒化硅素及びその製造方法に関する。 窒化硅素は、共有結合性の強い化合物であるこ
と、高温で分解及び蒸発すること、構成原子の自
己拡散係数が小さいために反応性が低いこと、更
にはイオン結晶及び金属結晶に比べて粒界エネル
ギーと表面エネルギーの比が大きいことから非常
に焼結し難い材料である。このために窒化硅素を
無加圧普通焼結法で焼結しても緻密な焼結体が得
られず一般にはMgO、Y2O3、Al2O3、AlN等の
焼結助剤を添加して反応焼結もしくは液相焼結を
利用した加圧焼結又は熱間静水圧加圧法（HIP）
等によつて緻密な焼結体を得ている。このように
MgO、Y2O3、Al2O3、AlN等の焼結助剤を添加
したSi3N4焼結体は、Si3N4の粒界相に低級硅酸
塩が生じ、この低級硅酸塩が低温で液相となつて
Si3N4の焼結を促進させる反面焼結後も粒界相に
残存して焼結体の高温強度を低下させるという欠
点がある。この欠点を改良したものにSi3N4粒界
相に残存している低級硅酸塩を熱処理によつて結
晶化して焼結体の強度を高める方法も提案されて
いる。しかし、これらの低級硅酸塩又はこの低級
硅酸塩を熱処理によつて結晶化した焼結助剤を主
体とする第２相は、Si3N4焼結体が小さい形状で
試験的に焼結するときにはSi3N4粒界相に割合均
一に分散しているために大きな問題が生じなかつ
たが工業化を進めるために複雑な形状又は大型の
形状のものを焼結するとSi3N4が焼結し難い材料
のために焼結助剤との反応性が悪くなること、焼
結炉の大型化によつて生じる冷却速度の問題から
酸化物系焼結助剤を主体とする第２相がSi3N4粒
界相に不均一に分布して偏析するという問題が生
じる。このようにSi3N4と焼結助剤との反応性の
悪さ及び焼結助剤を主体とする第２相の偏析のた
めにSi3N4焼結体内の諸特性のバラツキが大きく
なること、強度低下の原因になることから工業化
し難いという問題がある。 本発明は、上記のような欠点及び問題点を解決
し、Si3N4焼結助剤との反応性を容易にすること
によつて複雑な形状又は大型の形状の焼結体内で
焼結助剤を主とする第２相の分散を均一にし、し
かも第２相とSi3N4との結合強度を高めることに
よつて焼結体の諸特性が向上した窒化硅素焼結体
及びその製造方法の提供を目的にしたものであ
る。 本発明の耐熱性窒化硅素焼結体は、希土類元素
の酸窒化物の少なくとも１種0.5〜25重量％とＢ、
Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物の少なく
とも１種0.5〜25重量％と残り窒化硅素と不可避
不純物から成る窒化硅素焼結体である。このよう
に窒素を含有した焼結助剤の内、特に希土類元素
の酸窒化物は、酸化物を主体にした焼結助剤に比
較して分解温度が低く、低温で活性化になるため
に硬質相であるSi3N4との反応性を高め、又この
反応ではアニオンイオンの移動が非常に少ないた
めにSi3N4中に部分的にせよ窒素含有焼結助剤が
固溶可能となると共にSi3N4粒界に焼結助剤が均
一に分散して焼結が促進され、焼結後は焼結助剤
中に含有している窒素が焼結助剤を主体にして形
成される第２相とSi3N4硬質相との結合強度を高
めるために酸化物系焼結助剤にみられる焼結助剤
の偏析、焼きむら、残留気孔及びSi3N4粒子の異
常成長等の弊害を防止すること、しかも第２相と
Si3N4との結晶異方性から生じる内部応力も小さ
くなるために複雑な形状又は大型の形状のもので
も容易に均質に焼結できると共に緻密で寸法精度
の高い耐熱性窒化硅素焼結体の作製が容易とな
る。ここで使用する焼結助剤の内、希土類元素の
酸窒化物は、Ｂ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び
酸窒化物の化合物と共に焼結過程においてSi3N4
粒界を均一に浸透分散しながらSi3N4粒子を取り
囲んで焼結助剤を主体とする均質な第２相の形成
とこの第２相中の窒素とSi3N4中の窒素との相互
拡散によりSi3N4と第２相との結合強化に寄与す
ると共に第２相の偏析を防止し、焼結後は焼結体
の高温強度の向上を含めた諸特性を高めている。
一方焼結助剤として使用するＢ、Al、Gaの酸化
物、窒化物及び酸窒化物の少なくとも１種は、液
相の生成を容易にしてSi3N4の焼結を促進し、焼
結助剤を主体とする均質な第２相の形成とこの第
２相中の希土類元素とSi3N4中の硅素との結合媒
介的作用として焼結体の諸特性の向上に寄与して
いる。 本発明の耐熱性窒化硅素焼結体の製造方法は、
出発原料として出来るだけ微細なSi3N4粉末を使
用することが望ましく、このSi3N4粉末に希土類
元素の酸窒化物の少なくとも１種の粉末0.5〜25
重量％とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒
化物の少なくとも１種の粉末0.5〜25重量％とを
配合してもよく、又は希土類元素の酸窒化物の少
なくとも１種とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及
び酸窒化物の少なくとも１種とから成る複合化合
物粉末とSi3N4粉末とを配合して出発原料として
もよく、更には希土類元素の酸窒化物の少なくと
も１種とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒
化物の少なくとも１種とSi3N4とから成る複合化
合物粉末とSi3N4とから成る複合化合物粉末とSi3
N4粉末を出発原料として配合してもよく、特に
酸素含有量を少なくした複合化合物粉末を出発原
料として使用すると焼結体の組織が柱状化又は針
状化するのを抑制してアスペクト比の小さい粒子
を形成する傾向があり、アスペクト比の小さい粒
子形状の焼結体は、耐熱性が向上するので切削工
具のような局部的に苛酷な熱衝撃が加わる用途に
使用する場合には複合化合物粉末を出発原料とす
るのが望ましい。 本発明の耐熱性窒化硅素焼結体の製造方法にお
いて、焼結体の結晶組織をアスペクト比の小さい
構造にするために出来るだけ出発原料として使用
するSi3N4粉末は、高純度のものが望ましいがSi3
N4粉末の不可避不純物として含有しているAl、
Fe等又はSi3N4粉末粒子の表面に酸素が吸着して
SiO2を形成していたり、更には配合した粉末を
容器に入れてAl2O3ボール、スチールボール又は
超硬合金ボール等で混合粉砕するときに容器及び
これらのボールから混入してくる不純物の量が５
重量％以下ならば焼結助剤として使用する出発原
料の窒素含有量及び焼結過程での窒素分圧の調整
によつて充分に本発明の耐熱性窒化硅素焼結体の
諸特性を保持することができる。例えば混合粉砕
どきに使用する超硬合金ボール等から混入する周
期律表のａ族元素、ａ族元素及びａ族元素
の炭化物、窒化物及び炭窒化物等は、本発明の焼
結体において耐摩耗性の向上に役立つ傾向があ
り、出発原料から混入するSiO2は硬質相である
Si3N4本来の分解温度を低下させ低温側でSi3N4
と焼結助剤との反応を生じさせることにより焼結
の促進と緻密化に寄与し、出発原料と混合粉砕ど
きの容器及びボールから混入するAl及びFe族元
素はSi3N4中の硅素と窒素の相互拡散反応を促進
させて焼結助剤の分散を補助する傾向にある。又
周期律表のａ族元素であるBe、Mg、Ca、Sr、
Ba、Ra及びａ族元素であるLi、Na、Ｋの酸
化物、窒化物、酸窒化物は液相生成を促進させて
緻密化に寄与するので本発明の耐熱性窒化硅素焼
結体の諸特性を低下させない範囲で添加すること
もできる。ここで使用する出発原料としてのSi3
N4は、α−Si3N4、β−Si3N4、非晶質のSi3N4又
はこれらの結晶構造の異なるSi3N4を任意の比率
に混合したものを使用してもよい。又、焼結助剤
としての希土類元素の酸窒化物の少なくとも１種
とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物の
少なくとも１種の内、窒素含有化合物は定比化合
物又は不定比化合物を使用してもよく、この内特
に希土類元素の酸窒化物は大気中で酸化され易い
ので窒素ガス等の不活性ガス封入の状態で取扱う
必要があるがＢ、Al、Ga元素を含有した複合化
合物にするのが望ましい。 本発明の製造方法において、各種の出発原料を
混合粉砕した粉末を混合粉末の状態で焼結用モー
ルドに詰めて粉末圧粉体にする方法、成形モール
ドで成形体にする方法、さらに、成形モールドで
成形体にした後焼結温度より低い温度で予備焼結
する方法又は予備焼結後成形加工した成形体を真
空を含めた非酸化性雰囲気中で普通焼結（無加圧
焼結も含む）、高周波加圧焼結、通電加圧焼結、
ガス加圧焼結及びホツトプレス等の方法により焼
結すること又はこれらの焼結方法と静水圧加圧法
を組合せて焼結体の緻密化を促進することもでき
る。焼結温度は、焼結方法又は配合成分によつて
も異なるが1500℃〜1900℃の温度内で充分に緻密
な焼結体が得られる。 ここで使用してきた希土類元素とは、Sc、Ｙ、
La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuの17元素を総称
したものである。 ここで数値限定した理由について説明する。 希土類元素の酸窒化物の少なくとも１種が0.5
重量％未満では焼結助剤を主体にして形成される
第２相の高温強度が低く、このために焼結体自体
の強度も低下し、25重量％を越えて多くなると相
対的にSi3N4の量が少なくなつて焼結体の硬さが
低下して耐摩耗性及び耐熱性が低下するために
0.5〜25重量％とした。 Ｂ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物の
少なくとも１種が0.5重量％未満ではSi3N4の焼結
促進効果が弱いのとSi3N4粒子と希土類元素との
結合媒介的作用が弱くなり、25重量％を越えて多
くなると相対的にSi3N4の量が少なくなるのと焼
結助剤を主体にして形成される第２相中に低級硅
酸塩が生じ易くて焼結体の硬さ低下及び強度低下
となるために0.5〜25重量％とした。 次に実施例に従つて具体的に説明する。 実施例 １ 平均粒径1μmのSi3N4（約40％アモルフアスSi3
N4とα−Si3N4とβ−Si3N4の混在）、平均粒径
2μmのSi3N4（約95％α−Si3N4とβ−Si3N4の混
在）、平均粒径5μmのSi3N4（約70％α−Si3N4と
β−Si3N4の混在）とY3O3Ｎ、B2O3、BN、B3
O3Ｎ、Al2O3、AlN、Al3O3Ｎ及びGa2O3の各粉
末を使用して第１表に示した割合に各試料を配合
し、配合したそれぞれの試料をヘキサン溶媒中
WC基超硬合金製ボールと共にステンレス製容器
の中で混合粉砕した。得られた混合粉末をBN粉
末で被覆した100×100mmの角形カーボンモールド
中に充填し、N2ガスで炉内を置換後150〜400
Kg／cm3の成形圧力1700℃〜1900℃の温度、60〜
120分の保持時間で加圧焼結した。各試料の製造
条件を第１表に示し、得られた焼結体を中心部と
外周部に分けて 約13×13×５mmに切断し、切断した各試料の諸
特性を従来のY2O3−Al2O3−Si3N4系焼結体を比
較にして求め、その結果を第２表に示した。
【表】
【表】
第２表の結果、本発明の耐熱性窒化硅素焼結体
は、高硬度で耐熱衝撃性及び破壊靱性値（KiC）
が高く、比較品であるY2O3−Al2O3−Si3N4系焼
結体に比べて焼結体の中心部と外周部の諸特性の
バラツキが少なく大型の焼結体でも均質に焼結で
きることが確認できた。ここで行つた熱衝撃試験
は、試料を各温度で２分間保持後約20℃（常温）
の水中に試料を浸漬して試料にクラツクが発生し
ないで耐える温度を示し、破壊靱性値は30Kg荷重
でのビツカース圧痕から発生するクラツク長さと
圧痕の大きさ及びビツカース硬さから求めた。又
ここで得られた試料番号２の外周部をＸ線回折及
び螢光Ｘ線によつて確認したところCo及びＷが
含有していることが明らかになり、しかもＷはタ
ングステン硅化物を形成していると考えられた。 実施例 ２ 実施例１で使用した1μmSi3N4とYSiO2Ｎ、Al2
YO3Ｎ、YSi4O2N5及びYAl2Si3O3N5の複合化合
物を用いて第３表のように配合し、実施例１と同
様にして各試料の混合粉末を調整した。この混合
粉末を実施例１の製造条件に従つて焼結し、得ら
れた焼結体の諸特性を実施例１と同様にして求
め、その結果を第４表に示した。
は、高硬度で耐熱衝撃性及び破壊靱性値（KiC）
が高く、比較品であるY2O3−Al2O3−Si3N4系焼
結体に比べて焼結体の中心部と外周部の諸特性の
バラツキが少なく大型の焼結体でも均質に焼結で
きることが確認できた。ここで行つた熱衝撃試験
は、試料を各温度で２分間保持後約20℃（常温）
の水中に試料を浸漬して試料にクラツクが発生し
ないで耐える温度を示し、破壊靱性値は30Kg荷重
でのビツカース圧痕から発生するクラツク長さと
圧痕の大きさ及びビツカース硬さから求めた。又
ここで得られた試料番号２の外周部をＸ線回折及
び螢光Ｘ線によつて確認したところCo及びＷが
含有していることが明らかになり、しかもＷはタ
ングステン硅化物を形成していると考えられた。 実施例 ２ 実施例１で使用した1μmSi3N4とYSiO2Ｎ、Al2
YO3Ｎ、YSi4O2N5及びYAl2Si3O3N5の複合化合
物を用いて第３表のように配合し、実施例１と同
様にして各試料の混合粉末を調整した。この混合
粉末を実施例１の製造条件に従つて焼結し、得ら
れた焼結体の諸特性を実施例１と同様にして求
め、その結果を第４表に示した。
【表】
【表】
実施例 ３
実施例１で使用した1μmSi3N4と不定比化合物
のY3（O3Ｎ）0.95及びAlN0.90とAl2O3を用いて第５
表のように配合し、実施例１と同様にして各試料
の混合粉末を調整した。この混合粉末を実施例１
の製造条件で焼結条件は約10Kg／cm3N2ガス加圧
焼結又はその後ArガスによるHIP処理によつて
焼結し、得られた焼結体の諸特性を第６表に示し
た。焼結後の諸特性は、実施例１と同様にして求
めた。
のY3（O3Ｎ）0.95及びAlN0.90とAl2O3を用いて第５
表のように配合し、実施例１と同様にして各試料
の混合粉末を調整した。この混合粉末を実施例１
の製造条件で焼結条件は約10Kg／cm3N2ガス加圧
焼結又はその後ArガスによるHIP処理によつて
焼結し、得られた焼結体の諸特性を第６表に示し
た。焼結後の諸特性は、実施例１と同様にして求
めた。
【表】
【表】
【表】
実施例 ４
実施例１の試料番号１、実施例２の試料番号７
及び実施例３の試料番号10の本発明焼結体に比較
用として実施例１と同様に焼結したY2O3−Al2O3
−Si3N4焼結体を用い、それぞれの焼結体を中心
部と外周部に切断した後CIS基準SNP432及び
SNCN54ZTNに成形して次の(A)及び(B)条件にて
切削試験を行つて、その結果を第７表に示した。 (A) 旋削による切削試験条件 被削材 FC 35（350ψmm×1500mm） 切削速度 600ｍ／min 切り込み 1.5mm 送り 0.7mm／rev 切削時間 30min チツプ形状 SNP432 (B) フライスによる切削試験条件 被削材 肌焼鋼（HRC 45）黒皮つき 切削速度 270ｍ／min 切り込み 4.5mm テーブル送り 600mm／min 一刃当りの送り 0.20mm／rev チツプ形状 SNCN54ZTN
及び実施例３の試料番号10の本発明焼結体に比較
用として実施例１と同様に焼結したY2O3−Al2O3
−Si3N4焼結体を用い、それぞれの焼結体を中心
部と外周部に切断した後CIS基準SNP432及び
SNCN54ZTNに成形して次の(A)及び(B)条件にて
切削試験を行つて、その結果を第７表に示した。 (A) 旋削による切削試験条件 被削材 FC 35（350ψmm×1500mm） 切削速度 600ｍ／min 切り込み 1.5mm 送り 0.7mm／rev 切削時間 30min チツプ形状 SNP432 (B) フライスによる切削試験条件 被削材 肌焼鋼（HRC 45）黒皮つき 切削速度 270ｍ／min 切り込み 4.5mm テーブル送り 600mm／min 一刃当りの送り 0.20mm／rev チツプ形状 SNCN54ZTN
【表】
第７表の結果、本発明の耐熱性窒化硅素焼結体
は、旋削による耐摩耗性及びフライス切削による
耐欠損性において比較品であるY2O3−Al2O3−
Si3N4焼結体より優れており、しかも大きな形状
に焼結した焼結体の中心部と外周部との切削性能
及び諸特性共に殆んど差がなく品質的にも非常に
安定したものであることから大型の形状及び複雑
な形状が多い耐熱性構造用材料並びに多数個生産
を要求される機械工作用材料の工業的生産に適す
る材料及びその製造方法であることが確認でき
た。
は、旋削による耐摩耗性及びフライス切削による
耐欠損性において比較品であるY2O3−Al2O3−
Si3N4焼結体より優れており、しかも大きな形状
に焼結した焼結体の中心部と外周部との切削性能
及び諸特性共に殆んど差がなく品質的にも非常に
安定したものであることから大型の形状及び複雑
な形状が多い耐熱性構造用材料並びに多数個生産
を要求される機械工作用材料の工業的生産に適す
る材料及びその製造方法であることが確認でき
た。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 希土類元素（Sc、Ｙ及びランタニド元素を
含む）の酸窒化物の少なくとも１種0.5〜25重量
％とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物
の少なくとも１種0.5〜25重量％と残り窒化硅素
と不可避不純物から成ることを特徴とする耐熱性
窒化硅素焼結体。 ２ 希土類元素（Sc、Ｙ及びランタニド元素を
含む）の酸窒化物の少なくとも１種0.5〜25重量
％とＢ、Al、Gaの酸化物、窒化物及び酸窒化物
の少なくとも１種0.5〜25重量％と残り窒化硅素
と不可避不純物から成る混合粉末を粉末圧粉体又
は成形体にして非酸化性雰囲気中1500℃〜1900℃
で加熱焼結することを特徴とする耐熱性窒化硅素
焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071299A JPS59199577A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 耐熱性窒化硅素焼結体及びその製造方法 |
| EP19840104449 EP0123292B1 (en) | 1983-04-22 | 1984-04-19 | Silicon nitride sintered body and method for preparing the same |
| DE8484104449T DE3483588D1 (de) | 1983-04-22 | 1984-04-19 | Gesinterter siliziumnitridformkoerper und verfahren zu seiner herstellung. |
| CA000452515A CA1223013A (en) | 1983-04-22 | 1984-04-19 | Silicon nitride sintered body and method for preparing the same |
| US06/602,555 US4609633A (en) | 1983-04-22 | 1984-04-20 | Silicon nitride sintered body and method for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071299A JPS59199577A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 耐熱性窒化硅素焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59199577A JPS59199577A (ja) | 1984-11-12 |
| JPH0512297B2 true JPH0512297B2 (ja) | 1993-02-17 |
Family
ID=13456638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58071299A Granted JPS59199577A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 耐熱性窒化硅素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59199577A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61247665A (ja) * | 1985-04-25 | 1986-11-04 | 東芝タンガロイ株式会社 | β型窒化珪素基酸窒化物焼結体およびその製造方法 |
| EP0454780B1 (en) * | 1989-01-17 | 1994-04-13 | AlliedSignal Inc. | Super tough monolithic silicon nitride |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57175777A (en) * | 1981-04-23 | 1982-10-28 | Ube Industries | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS58204874A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-29 | 日産自動車株式会社 | 窒化珪素質焼結体 |
-
1983
- 1983-04-22 JP JP58071299A patent/JPS59199577A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57175777A (en) * | 1981-04-23 | 1982-10-28 | Ube Industries | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS58204874A (ja) * | 1982-05-20 | 1983-11-29 | 日産自動車株式会社 | 窒化珪素質焼結体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59199577A (ja) | 1984-11-12 |
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