JPH0559077B2 - - Google Patents

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JPH0559077B2
JPH0559077B2 JP2090140A JP9014090A JPH0559077B2 JP H0559077 B2 JPH0559077 B2 JP H0559077B2 JP 2090140 A JP2090140 A JP 2090140A JP 9014090 A JP9014090 A JP 9014090A JP H0559077 B2 JPH0559077 B2 JP H0559077B2
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JP
Japan
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sialon
powder
reα
phase
oxygen
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP2090140A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03290373A (en
Inventor
Tetsuo Yamada
Tetsuo Nakayasu
Takuji Takahashi
Yasuhiko Kamitoku
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Ube Industries Ltd filed Critical Ube Industries Ltd
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Priority to GB9107154A priority patent/GB2243364B/en
Priority to US07/680,944 priority patent/US5200374A/en
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Publication of JPH0559077B2 publication Critical patent/JPH0559077B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、高温高強度、高硬度及び高靱性を有
する各種エンジニアリングセラミツクスを製造す
るために有用なサイアロン基焼結体及びその製造
方法に関する。 (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A
が、N位置にO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(Si,A)12(O,N)16 〔〕 (式中、MはLi,Mg,Ca,Y及びランタニド
元素(ただし、LaとCeを除く)を示し、x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
ングセラミツクスとしての特性を有している。 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ツクスとして
の強度、破壊靱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−
185485号公報、同58−204875号公報、同63−
233082号公報等には、Mα−サイアロン結晶相
と、β型窒化珪素のSi位置にAが、N位置にO
が置換固溶した。 式 Si6-zzOzN8-z 〔〕 (式中、zは0<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。 しかしながら、これらのサイアロン基焼結体の
機械的特性は、高温材料として使用するにはまだ
充分なものではない。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
ることが予想される。 (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、かつ高温強度及び靱性の高い新規なサ
イアロン基焼結体及びその製造方法を提供するこ
とである。 (発明の要旨) 本発明によれば、 式 REx(Si,A)12(O,N)16 〔〕 (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−サイアロンの結晶相、前記
式〔〕で表わされるβ−サイアロンの結晶相、
RE2Si3N4O3のメリライト結晶相及び/又は15R
型ANポリタイプサイアロン結晶相、及びガラ
ス相から構成されてなるサイアロン基焼結体及び
その製造方法が提供される。 (発明の具体的説明) 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、以下に示す範囲が望ましい。 5<REα−サイアロンの結晶相 <50重量% 40<β−サイアロンの結晶相 <95重量% 0<メリライト結晶相及び/又は15R型AN
ポリタイプサイアロン結晶相 <10重量% 0<ガラス相 <5重量% ただし、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〔)及び式
〔〕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、異なつた組成になつていてもよい。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。 メリライト結晶相及び/又は15R型ANポリ
タイプサイアロン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。 本発明のサイアロン基焼結体は大部分が径0.2
〜2μmの粒状及び棒状結晶からなり、それらが3
次元的に互いに交錯して絡み合つている。しかも
互いに熱膨張係数のわずかづつ異なつた幾つかの
結晶の混相からなり、高温での機械的特性に悪影
響を与える1つの要因と言われている粒界ガラス
相が極めて少ない。したがつて、高温での機械的
特性が優れており、かつ粒子分散効果、マイクロ
クラツキング効果及びプルアウト効果などのウイ
スカー強化効果による複合効果を生み出し、破壊
靱性を高いものにしている。 以下に、本発明のサイアロン基焼結体を製造す
る方法を述べる。 本発明のサイアロン基焼結体は、前記式〔〕
で表わされるREα−サイアロンを主たる相とし、
かつ式〔〕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するREα−サイア
ロン粉末60重量%以下と残部が珪素、酸素及び窒
素の各成分を有する粉末でその酸素量が1.0〜5.0
重量%である粉末とからなる原料混合粉末を、最
高温度1600〜2200℃の範囲に加熱、焼結すること
により得られる。 REα−サイアロン粉末として、式〔〕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いが、
本出願人が先に提案した特開昭62−223009号の発
明に従つ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) REα−サイアロンの格子間に侵入型固溶す
るRE(REはHo,Er,Tm,Yb又はLu)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1300〜1900
℃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。この方法
で得られるREα−サイアロン粉末は、一次粒子
の大きさが0.2〜2μmの微細かつ均一粒度の粉末
であつて、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。 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REα−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。 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℃の範囲の温度に加熱して、
理論量より過剰の酸素をREα−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、REα−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
つて行うことができる。 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。
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。 また、珪素、酸素及び窒素の各成分を有する粉
末でその酸素量が1.0〜5.0重量%である粉末とし
ては、珪素、酸素及び窒素の各成分を全て粒子内
に含む粉末でもよいし、それらのいずれかを粒子
内に含む粉末の混合物でもよい。このような粉末
としては、珪素の窒化物、酸化物、酸窒化物を主
体とする粉末が挙げられる。 本発明においては、特に前記粉末として、1.0
〜5.0重量%の酸素を含有するα−窒化珪素粉末
が好適に用いられる。 このような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おり、また、
酸素量の80%以上が各粒子の表層50nm以内に偏
在しており、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Si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。 また、本発明においては、前記珪素、酸素及び
窒素の各成分を有する粉末が、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を前記粉末の粒子内に含んでもよ
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。 前記原料混合粉末中の珪素、酸素及び窒素の各
成分を有する粉末の配合割合は40重量%以上、好
ましくは60〜90重量%である。上記範囲内におい
て該粉末の配合割合を高めるに従つて、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。該粉末の配合割合が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。 前記原料混合粉末の調製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、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。 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つた後
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、ホツ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
体の緻密化をより進めることができる。 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、一軸
成形法、鋳込成形法、射出成形法、爆発圧縮成形
法等によつて行うことができる。 焼結温度は通常1600〜2200℃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。 前記方法により、REα−サイアロンと珪素、
酸素及び窒素の各成分を有する粉末との反応によ
つて生成すると考えられるβ−サイアロンの結
晶、メリライト結晶相及び/又は15R型ANポ
リタイプサイアロン結晶相、及びガラス相が、原
料のREα−サイアロンの組成より式〔〕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。 (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
壊靱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、信頼性の高い
構造材料、特にガスタービンエンジン用のロータ
ー、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。 (実施例) 以下に実施例及び比較例を示す。 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(RE2O3)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ツトし、窒素ガス雰囲気下、
室温から1200℃迄を1時間、1200℃から1400℃迄
を4時間、さらに1400℃から1600℃迄を2時間の
昇温スケジユ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。 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: 17.5m2/g 粒子形状: 等軸結晶 生成相: α相>95% 酸素含有量: 2.3重量% 金属不純物: <500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末を、第2表
及び第3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。得られた原料粉末を冷間静水圧
プレス法により成形した後、常圧の窒素雰囲気中
で室温から1800℃まで2℃/分で昇温し、同温度
に4時間保持した。 得られたサイアロン基焼結体の特性を、第2表
及び第3表に示す。 実施例16〜25及び比較例8〜14 実施例1〜15で使用したREα−サイアロン粉
末、 比表面積: 10.0m2/g 粒子形状: 等軸結晶 生成相: α相>95% 酸素含有量: 0.5重量% 金属不純物: <500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末及び 比表面積: 8.0m2/g 粒子形状: 等軸結晶 金属不純物: <700ppm という特性を有する二酸化珪素粉末を、第4表及
び第5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。得られた原料粉末を冷間静水圧プ
レス法により成形した後、常圧の窒素雰囲気中で
室温から1800℃まで2℃/分で昇温し、同温度に
4時間保持した。 得られたサイアロン基焼結体の特性を、第4表
及び第5表に示す。 尚、第2表から第5表において、抗折強度は、
外スパン30mm、内スパン10mmの四点曲げ試験によ
り、破壊靱性値KICはSEPB法により測定した。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a sialon-based sintered body useful for producing various engineering ceramics having high-temperature high strength, high hardness, and high toughness, and a method for producing the same. (Prior art and its problems) α-Sialon has an A
is a substance in which O is substituted and dissolved in the N position, and at the same time, a modifying cation M enters and forms a solid solution in the interstitial position, and the formula M x (Si, A) 12 (O, N) 16 [] (in the formula , M represents Li, Mg, Ca, Y and lanthanide elements (excluding La and Ce), x is 0
It is a number that satisfies <x≦2. ). This Mα-SiAlON has characteristics as an engineering ceramic, such as high hardness, low coefficient of thermal expansion, and excellent corrosion resistance. However, one reason for this is that the single-phase Mα-sialon crystal sintered body has a granular crystal shape, but it cannot be said that its properties such as strength and fracture toughness are sufficient for engineering ceramics.
Therefore, in order to improve this drawback, JP-A-58-
Publication No. 185485, Publication No. 58-204875, Publication No. 63-
Publication No. 233082, etc. describes the Mα-sialon crystal phase, A at the Si position, and O at the N position of β-type silicon nitride.
was substituted and dissolved. It is combined with an acicular β-sialon crystal phase represented by the formula Si 6-z A z O z N 8-z [] (wherein, z is a number satisfying 0<z≦4.2). A sialon-based sintered body has been proposed. However, the mechanical properties of these sialon-based sintered bodies are still not sufficient for use as high-temperature materials. In addition, yttrium Y is commonly used as the cation M for modification, but sialon-based sintered bodies containing Y are said to have poor oxidation resistance at high temperatures, and are used under harsh conditions. It is expected that it will be difficult to use it for turbine parts, etc. (Object of the Invention) An object of the present invention is to solve the above problems and provide a novel sialon-based sintered body having excellent oxidation resistance, high temperature strength and toughness, and a method for manufacturing the same. ( Summary of the Invention) According to the present invention, the formula RE Indicates the rare earth element used, and x is 0<
This is a number that satisfies x≦2. ) The crystalline phase of REα-sialon represented by the formula [], the crystalline phase of β-sialon represented by the above formula [],
Melilite crystal phase of RE 2 Si 3 N 4 O 3 and/or 15R
A sialon-based sintered body composed of a type AN polytype sialon crystal phase and a glass phase and a method for producing the same are provided. (Specific Description of the Invention) The content ratio of each phase in the sialon-based sintered body of the present invention is preferably within the range shown below. 5<REα-Sialon crystal phase <50 wt% 40<β-Sialon crystal phase <95 wt% 0<Melilite crystal phase and/or 15R type AN
Polytype Sialon crystal phase <10% by weight 0<Glass phase <5% by weight However, REα-Sialon crystal phase and β-
The crystal phases of Sialon have compositions represented by formulas [) and [], and each phase does not necessarily have to have a constant composition between each crystal grain, and may have different compositions. . α−
By interstitial solid solution of Ho, Er, Tm, Yb, or Lu, which has a smaller ionic radius than Y, between the lattices of Sialon, the oxidation resistance of the resulting Sialon-based sintered body is improved, and it can be used even in high-temperature oxygen-containing atmospheres. , it becomes possible to use it stably. In particular, when the element entering solid solution is Er, Tm, Yb or Lu, the oxidation resistance is excellent. If the proportion of the melilite crystal phase and/or the 15R type AN polytype sialon crystal phase 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. Most of the sialon-based sintered bodies of the present invention have a diameter of 0.2
It consists of granular and rod-shaped crystals of ~2μm, which are 3
They intertwine and intertwine dimensionally. Moreover, it consists of a mixed phase of several crystals with slightly different coefficients of thermal expansion, and there is extremely little grain boundary glass phase, which is said to be one factor that adversely affects mechanical properties at high temperatures. Therefore, it has excellent mechanical properties at high temperatures, and produces a composite effect of whisker strengthening effects such as particle dispersion effect, microcracking effect, and pullout effect, resulting in high fracture toughness. The method for manufacturing the sialon-based sintered body of the present invention will be described below. The sialon-based sintered body of the present invention has the above formula []
The main phase is REα−Sialon expressed by
and 8 for the theoretical oxygen amount specified by the formula []
REα-Sialon powder containing 60% by weight or less of excess oxygen and the balance being silicon, oxygen, and nitrogen, with an oxygen content of 1.0 to 5.0% by weight.
It is obtained by heating and sintering a raw material mixed powder consisting of powder in the amount of % by weight to a maximum temperature in the range of 1600 to 2200°C. Any powder may be used as the REα-sialon powder as long as it has REα-sialon as the main phase represented by the formula [].
Powders prepared according to the invention of JP-A-62-223009 previously proposed by the present applicant are preferred. This proposed method consists of (a) amorphous silicon nitride powder, (b) metallic aluminum or aluminum nitride, and (c) RE interstitial solid solution in the interstitials of REα-Sialon (RE is Ho, Er, Tm, (Yb or Lu) and, if necessary, (d) an oxygen-containing compound of aluminum or silicon to give the desired REα-Sialon composition, and the mixture is heated under a nitrogen-containing atmosphere. at 1300~1900
By heating to a temperature in the range of °C, REα−
This is a method for producing sialon powder. The REα-sialon powder obtained by this method is a fine and uniform powder with a primary particle size of 0.2 to 2 μm, and contains almost no free carbon or metal impurities, so it is sintered without pores or abnormal grain growth. It can give unity. In order to improve the sinterability of REα-sialon powder and to obtain a high-strength sialon-based sintered body, the REα-sialon powder as a sintering raw material has a It is necessary to contain less than 8% by weight of excess oxygen. Examples of methods for incorporating excess oxygen into the REα-Sialon powder include adding an excessive amount of an oxygen-containing compound of silicon, aluminum, or RE to amorphous silicon nitride in the preparation stage of the REα-Sialon powder; A method is adopted in which sialon powder is heated in an oxygen-containing atmosphere. An example of the latter is heating REα-Sialon powder to a temperature in the range of 800-1200°C in an oxygen-containing atmosphere;
One method is to include oxygen in excess of the theoretical amount in the REα-Sialon powder. Heating time is usually
It is 0.5 to 5 hours. This process is performed, for example, by REα−
This can be carried out by placing a thin layer of sialon powder on a holding plate and leaving it in an oxygen-containing atmosphere, or by fluidizing REα-sialon powder in an oxygen-containing atmosphere. The amount of excess oxygen is 8% by weight or less, preferably 1~
6.5% by weight, particularly preferably 2-4% by weight.
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. Powders containing silicon, oxygen, and nitrogen whose oxygen content is 1.0 to 5.0% by weight may be powders containing all of silicon, oxygen, and nitrogen within the particles, or It may be a mixture of powders containing either of them in the particles. Examples of such powder include powders mainly composed of silicon nitrides, oxides, and oxynitrides. In the present invention, in particular, as the powder, 1.0
α-silicon nitride powder containing ~5.0% by weight of oxygen is preferably used. Such α-silicon nitride powder has an average particle size of 1 μm or less in terms of sinterability, and
More than 80% of the oxygen content is unevenly distributed within 50 nm of the surface layer of each particle, and the content of metal impurities other than Si impairs the strength, corrosion resistance, and oxidation resistance of the resulting sintered body at high temperatures. It is preferably 0.1% by weight or less. Further, in the present invention, the powder containing the silicon, oxygen, and nitrogen components may further contain aluminum or a modifying rare earth element RE as a component. In this case as well, aluminum or the rare earth element RE for modification may be included in the particles of the powder, or powders of oxides, nitrides, oxynitrides, etc. of aluminum or the rare earth element RE for modification 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. The blending ratio of the powder containing each component of silicon, oxygen, and nitrogen in the raw material mixed powder is 40% by weight or more, preferably 60 to 90% by weight. As the blending ratio of the powder increases within the above range, the ratio of the β-sialon phase in the produced sialon-based sintered body increases. When the blending ratio of the powder exceeds 90% by weight, the sinterability of the mixture decreases, and the densification of the sintered body does not proceed. There is no particular restriction on the method for preparing the raw material mixed powder, and methods known per se may be used, such as 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. may be adopted as appropriate. As a mixing device, a V-type mixer, a ball mill, etc. are conveniently used. 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, etc. can be employed. Further, by further subjecting the sintered body obtained by the above method to hot isostatic pressing, the sintered body can be further densified. 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 uniaxial molding method, a cast molding method, an injection molding method, an explosive compression molding method, etc. . The sintering temperature is usually 1600-2200°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, a compositional change will occur in the sintered body due to thermal decomposition. By the above method, REα-sialon and silicon,
The β-sialon crystals, melilite crystal phase and/or 15R type AN polytype sialon crystal phase, and glass phase, which are thought to be produced by the reaction with powder containing oxygen and nitrogen components, are the raw material REα-sialon. From the composition of the formula [], x
A Sialon-based sintered body is obtained in which REα-SiAlON crystals exist together with a slightly low REα-Sialon crystal. (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. (Example) Examples and comparative examples are shown below. Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 7 Amorphous silicon nitride powder with the blending ratio shown in Table 1,
Rare earth oxide (RE 2 O 3 ) powder and metal A powder were mixed in a vibratory 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 under a nitrogen gas atmosphere.
It was crystallized by heating on a heating schedule from room temperature to 1200°C for 1 hour, from 1200°C to 1400°C for 4 hours, and then from 1400°C to 1600°C for 2 hours to obtain REα-Sialon powder. obtained
Table 1 shows the characteristic values of REα-Sialon powder. The REα-Sialon powder synthesized as described above has the following characteristics: specific surface area: 17.5 m 2 /g particle shape: equiaxed crystal formed phase: α phase >95% oxygen content: 2.3% by weight metal impurities: <500ppm The α-silicon nitride powder was subjected to wet ball milling for 48 hours using ethanol as a medium at the ratios shown in Tables 2 and 3, and then heated at 80°C.
It was vacuum dried. After the obtained raw material powder was molded by cold isostatic pressing, the temperature was raised from room temperature to 1800°C at a rate of 2°C/min in a nitrogen atmosphere at normal pressure, and maintained at the same temperature for 4 hours. The properties of the obtained sialon-based sintered body are shown in Tables 2 and 3. Examples 16 to 25 and Comparative Examples 8 to 14 REα-sialon powder used in Examples 1 to 15, Specific surface area: 10.0 m 2 /g Particle shape: Equiaxed crystal Formation phase: α phase > 95% Oxygen content: 0.5% by weight Metal impurities: <500 ppm α-silicon nitride powder and specific surface area: 8.0 m 2 /g particle shape: equiaxed crystal metal impurities: <700 ppm were prepared as shown in Table 4 and Wet ball milling was carried out for 48 hours using ethanol as a medium at the ratio shown in Table 5, followed by vacuum drying at 80°C. After the obtained raw material powder was molded by cold isostatic pressing, the temperature was raised from room temperature to 1800°C at a rate of 2°C/min in a nitrogen atmosphere at normal pressure, and maintained at the same temperature for 4 hours. The properties of the obtained sialon-based sintered body are shown in Tables 4 and 5. In addition, in Tables 2 to 5, the bending strength is as follows:
The fracture toughness value K IC was measured by the SEPB method using a four-point bending test with an outer span of 30 mm and an inner span of 10 mm.

【表】【table】

【表】 β−サ:β−サイアロン
メリライト:RESiNO
AlN:15R型AlNポリタイプサイアロン
*:生成相の残りはガラス相
**:空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
[Table] β-sa: β-sialon Melilite: RE 2 Si 3 N 4 O 3
AlN: 15R type AlN polytype Sialon *: The rest of the generated phase is a glass phase **: Value measured after heat treatment in air at 1350℃ for 100 hours

【表】 β−サ:β−サイアロン
メリライト:RESiNO
AlN:15R型AlNポリタイプサイアロン
*:生成相の残りはガラス相
**:空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
[Table] β-sa: β-sialon Melilite: RE 2 Si 3 N 4 O 3
AlN: 15R type AlN polytype Sialon *: The rest of the generated phase is a glass phase **: Value measured after heat treatment in air at 1350℃ for 100 hours

【表】 β−サ:β−サイアロン
メリライト:RESiNO
AlN:15R型AlNポリタイプサイアロン
*:生成相の残りはガラス相
**:空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
[Table] β-sa: β-sialon Melilite: RE 2 Si 3 N 4 O 3
AlN: 15R type AlN polytype Sialon *: The rest of the generated phase is a glass phase **: Value measured after heat treatment in air at 1350℃ for 100 hours

【表】 β−サ:β−サイアロン
メリライト:RESiNO
AlN:15R型AlNポリタイプサイアロン
*:生成相の残りはガラス相
**:空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
[Table] β-sa: β-sialon Melilite: RE 2 Si 3 N 4 O 3
AlN: 15R type AlN polytype Sialon *: The rest of the generated phase is a glass phase **: Value measured after heat treatment in air at 1350℃ for 100 hours

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 式 REx(Si,A)12(O,N)16 (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−サイアロンの結晶相、 式 Si6-zzOzN8-z (式中、zは0<z≦4.2を満足する数であ
る。) で表わされるβ−サイアロンの結晶相、 RE2Si3N4O3のメリライト結晶相及び/又は
15R型ANポリタイプサイアロン結晶相、 及びガラス相から構成されてなる密度2.5g/
cm3以上のサイアロン基焼結体。 2 式 REx(Si,A)12(O,N)16 (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−サイアロンを主たる相とし、
かつ上記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するREα−サイアロ
ン粉末60重量%以下と、残部が珪素、酸素及び窒
素の各成分を有する粉末でその酸素量が1.0〜5.0
重量%である粉末とからなる原料混合粉末を、最
高温度1600〜2200℃の範囲に加熱、焼結すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のサイア
ロン基焼結体の製造方法。
[Claims] 1 Formula: RE x (Si, A) 12 (O, N) 16 (wherein, RE represents a rare earth element for modification selected from Ho, Er, Tm, Yb and Lu, x is 0<
This is a number that satisfies x≦2. ) The crystal phase of REα-sialon is expressed by the formula Si 6-z A z O z N 8-z (where z is a number satisfying 0<z≦4.2). crystalline phase, melilite crystalline phase of RE 2 Si 3 N 4 O 3 and/or
15R type AN polytype consisting of sialon crystal phase and glass phase, density 2.5g/
Sialon-based sintered body of cm 3 or more. 2 Formula RE x (Si, A) 12 (O, N) 16 (In the formula, RE represents a rare earth element for modification selected from Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, and x represents 0<
This is a number that satisfies x≦2. ), with REα-Sialon as the main phase,
and a powder containing 60% by weight or less of REα-Sialon powder containing 8% by weight or less of excess oxygen with respect to the theoretical oxygen amount specified by the above formula, and the balance containing each component of silicon, oxygen, and nitrogen, and its oxygen content. is 1.0~5.0
The method for producing a sialon-based sintered body according to claim 1, characterized in that a raw material mixed powder consisting of a powder of 1,600 to 2,200° C. is heated to a maximum temperature of 1,600 to 2,200° C. and sintered.
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