JPH0788257B2 - Method for producing zirconia-dispersed silicon nitride sintered body - Google Patents

Method for producing zirconia-dispersed silicon nitride sintered body

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JPH0788257B2
JPH0788257B2 JP62203387A JP20338787A JPH0788257B2 JP H0788257 B2 JPH0788257 B2 JP H0788257B2 JP 62203387 A JP62203387 A JP 62203387A JP 20338787 A JP20338787 A JP 20338787A JP H0788257 B2 JPH0788257 B2 JP H0788257B2
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silicon nitride
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sintering
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正 佐々
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は高温、腐蝕性或いは摩耗性環境下で強度及び靭
性の要求される機械構造部品に適用するジルコニア分散
窒化珪素焼結体の製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is a method for producing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body which is applied to mechanical structural parts required to have strength and toughness under a high temperature, corrosive or abrasive environment. It is about.

[従来の技術] 窒化珪素(Si3N4)はセラミックスの中でも比較的強度
が高く耐熱性に優れていることで知られている。
[Prior Art] Silicon nitride (Si 3 N 4 ) is known to have relatively high strength and excellent heat resistance among ceramics.

しかしながら、靭性は低く、これはセラミックス全般の
特徴である。
However, the toughness is low, which is a characteristic of ceramics in general.

ところが、セラミックスの中でもジルコニア(ZrO2)は
特有の相転移機構により高靭性を示すことが知られてい
る。
However, among ceramics, zirconia (ZrO 2 ) is known to exhibit high toughness due to a unique phase transition mechanism.

そこで、窒化珪素マトリックス中にジルコニアを分散さ
せることによって窒化珪素を高靭化する方法が試みられ
ている。
Therefore, a method of increasing the toughness of silicon nitride by dispersing zirconia in a silicon nitride matrix has been attempted.

従来、ジルコニア分散窒化珪素焼結体の製造方法は第2
図に示す如くなされていた。図示するように、窒化珪素
粉体1、ジルコニア粉体2及び焼結助剤3をボールミル
等により機械的に混合4して所望の形状に成形5後、焼
結6してなされていた。
Conventionally, the second method for producing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body is the second.
It was done as shown in the figure. As shown in the drawing, the silicon nitride powder 1, the zirconia powder 2 and the sintering aid 3 were mechanically mixed 4 by a ball mill or the like to be molded 5 into a desired shape 5, followed by sintering 6.

[発明が解決しようとする問題点] ところで、この種の製造方法にあっては次の如き問題点
があった。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, this type of manufacturing method has the following problems.

窒化珪素とジルコニアとが直接接触すると焼結中にこれ
らが反応し、窒化ジルコニウム及び酸窒化ジルコニウム
が生成される。従って、焼結体中に高靭性を有するジル
コニアを残存させることが困難であるという問題があっ
た。
Direct contact between silicon nitride and zirconia reacts during sintering to produce zirconium nitride and zirconium oxynitride. Therefore, there is a problem that it is difficult to leave zirconia having high toughness in the sintered body.

また、この窒化ジルコニウムは耐酸化特性が低いため、
焼結体の耐酸化特性をも損なうことになるという問題が
あった。
Also, since this zirconium nitride has low oxidation resistance,
There is a problem that the oxidation resistance of the sintered body is also impaired.

更に、窒化珪素の焼結助剤は一般にジルコニアの相転移
を抑制する働きがある。それでジルコニアと焼結助剤と
が直接接触している場合、焼結中に上記助剤がジルコニ
ア中に拡散し、後にその相転移を抑制し高靭化を阻害す
るという問題があった。
Further, the sintering aid of silicon nitride generally has a function of suppressing the phase transition of zirconia. Therefore, when the zirconia and the sintering aid are in direct contact with each other, there is a problem that the aid diffuses into the zirconia during sintering, and the phase transition thereof is suppressed later to hinder the toughening.

上述の如き問題点に鑑みて本発明は高温、腐蝕性或いは
摩耗性環境下で高強度及び高靭性を有するジルコニア分
散窒化珪素焼結体を製造することができる製造方法を提
供することを目的とするものである。
In view of the problems as described above, the present invention aims to provide a manufacturing method capable of manufacturing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body having high strength and high toughness under a high temperature, corrosive or abradable environment. To do.

[問題点を解決するための手段] 従来技術における問題点を解決すべく本発明は、表面上
に焼結を助成するための焼結助剤層を被覆した窒化珪素
粉末とジルコニア粉末とを混合し、これを所望の形状に
成形し、焼結する方法において、上記焼結を行う際のジ
ルコニア粉末の表面上に、窒化珪素とジルコニアとの反
応を防止し、且つ焼結助剤のジルコニアへの拡散を防止
するためのアルミナ層が被覆されているものである。
[Means for Solving Problems] In order to solve the problems in the prior art, the present invention mixes a silicon nitride powder coated with a sintering aid layer on the surface for promoting sintering and a zirconia powder. Then, in a method of molding this into a desired shape and sintering, the reaction of silicon nitride and zirconia is prevented on the surface of the zirconia powder at the time of performing the above-mentioned sintering, and a sintering aid zirconia is formed. Is coated with an alumina layer for preventing the diffusion of Al.

[作用] 上述の如くなされ、焼結を行う際のジルコニア粉末の表
面上にアルミナ層を被覆することにより窒化珪素とジル
コニアとが直接接触しないため、焼結中にこれらが反応
するのを防止し、耐酸化特性の低い窒化ジルコニウムの
生成を抑制し、かつアルミナは耐酸化特性が良いので、
焼結体の耐酸化特性が悪くなることがない。
[Operation] As described above, by coating the surface of the zirconia powder with the alumina layer at the time of sintering, silicon nitride and zirconia do not come into direct contact with each other, so that they are prevented from reacting during sintering. , Suppresses the formation of zirconium nitride, which has low oxidation resistance, and since alumina has good oxidation resistance,
The oxidation resistance of the sintered body does not deteriorate.

また、このアルミナ層を被覆することにより、ジルコニ
アと焼結助剤とが直接接触しないため、焼結中に上記助
剤がジルコニアに拡散するのを防止し、ジルコニアの正
方晶から単斜晶への相転移を順調に行わせることにより
焼結体を高靭化させる。
Further, by coating this alumina layer, since the zirconia and the sintering aid do not come into direct contact with each other, the above aid is prevented from diffusing into zirconia during sintering, and the tetragonal crystal of zirconia is changed to a monoclinic crystal. The toughness of the sintered body is increased by smoothly performing the phase transition of.

更に、上述の如く窒化珪素マトリックス中に分散するジ
ルコニアはほとんど全てが相転移可能でかつ、窒化ジル
コニウムとならないため、焼結体の高靭化は著しいもの
である。
Furthermore, as described above, almost all of the zirconia dispersed in the silicon nitride matrix is capable of phase transition and does not become zirconium nitride, so the toughness of the sintered body is remarkable.

また更に、窒化珪素粉末の表面上に焼結助剤層を被覆す
ることにより上記助剤が窒化珪素に均一に働き、焼結体
の材料強度を向上させる。そして、上記助剤が窒化珪素
の各粒子表面上に直接接触するため、その配合量が低減
されるものである。
Furthermore, by coating the surface of the silicon nitride powder with a sintering aid layer, the above aid acts evenly on silicon nitride and improves the material strength of the sintered body. The amount of the auxiliary agent is reduced because the auxiliary agent directly contacts the surface of each particle of silicon nitride.

[実施例] 以下に本発明のジルコニア分散窒化珪素焼結体の製造方
法の一実施例を第1図に基づいて各工程毎に説明する。
[Example] An example of the method for producing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body of the present invention will be described below for each step with reference to FIG.

A.ジルコニア粉末の調整 原料となるジルコニア粉末2には焼結体の強度上1μm
以下の粒径、望ましくは0.5μm以下の粒径のものを採
用する。これはジルコニアと同族であるハフニアを固溶
したものでもかまわない。ジルコニアの正方晶から単斜
晶への相転移によって高靭化が発現するが、この相転移
の起こり易さはその粒径及び金属酸化物の添加によって
影響を受けることが知られている。従って、この相転移
を制御すべくジルコニア中にY2O3,CeO2,CaO及びMgO等の
金属酸化物が固溶していてもかまわない。これらの固溶
量は0〜10mol%程度であり、その最適量は金属酸化物
の粒径とジルコニアの粒径との関係によって異なる。
A. Preparation of zirconia powder The zirconia powder 2 as a raw material has a strength of 1 μm due to the strength of the sintered body.
The following particle size, preferably 0.5 μm or less, is used. This may be a solid solution of hafnia, which is a family of zirconia. It is known that the toughness is exhibited by the phase transition of zirconia from the tetragonal system to the monoclinic system, and the easiness of this phase transition is known to be influenced by the grain size and the addition of the metal oxide. Therefore, metal oxides such as Y 2 O 3 , CeO 2 , CaO and MgO may be solid-dissolved in zirconia to control this phase transition. The amount of these solid solutions is about 0 to 10 mol%, and the optimum amount depends on the relationship between the particle size of the metal oxide and the particle size of zirconia.

以上のようなジルコニア粉末2の粒子表面上に反応防止
層前駆体7により反応防止層8を被覆する。この反応防
止層8の第1の働きは、ジルコニアと窒化珪素との直接
接触を防止して焼結時におけるこれらの反応を防止する
ものである。また第2の働きは、後述する窒化珪素の焼
結助剤元素がジルコニア中へ拡散するのを防止するもの
である。焼結助剤元素には、一般にY2O3,CeO2,及びMgO
等が採用される。これらの化合物がジルコニア中に拡散
すると、その相転移を起こりにくくするため、この相転
移による高靭化は抑制される。
The reaction preventing layer 8 is coated with the reaction preventing layer precursor 7 on the surface of the particles of the zirconia powder 2 as described above. The first function of the reaction prevention layer 8 is to prevent direct contact between zirconia and silicon nitride to prevent these reactions during sintering. The second function is to prevent the sintering aid element of silicon nitride, which will be described later, from diffusing into zirconia. Sintering aid elements generally include Y 2 O 3 , CeO 2 , and MgO.
Etc. are adopted. When these compounds diffuse into zirconia, the phase transition is less likely to occur, and thus the toughness due to this phase transition is suppressed.

上記反応防止相8を形成するための反応防止層前駆体7
はジルコニアに固溶しないものでなければならず、例え
ばAl2O3を採用する。ジルコニア粉末2の粒子表面上に
反応防止層8の被覆を形成する方法としては、CVD及びP
VD等の気相法や、アルコキシド法及び沈澱法等の液相法
がある。これらのうち、量産性や経済性を考慮すると液
相法が有望である。具体的には、アルコキシド法を採用
する場合、アルコキシドの非水溶液中にジルコニア粉末
2を分散させた後、水を含む非水溶液を徐々に添加して
ゆき、ジルコニア粉末2の粒子表面上に耐酸化特性が良
いアルミナ(Al2O3)或いは水酸化アルミニウムを析出
させて被覆を行うものである。また沈澱法を採用する場
合には、例えばAl2(NO3の水溶液中にジルコニア粉
末2を分散させた後、アンモニアあるいは尿素、ホルム
アミド等を添加して熱分解により塩基を生成するものを
加え、ジルコニア粉末2の粒子表面上に水酸化物アルミ
ニウムを析出させ被覆を行うものである。更に、これら
溶液反応を用いるもの以外にもゾルを用いることもでき
る。
Reaction-preventing layer precursor 7 for forming the reaction-preventing phase 8
Must be one that does not form a solid solution in zirconia, for example, Al 2 O 3 is adopted. As a method for forming the coating of the reaction preventive layer 8 on the particle surface of the zirconia powder 2, CVD and P
There are gas phase methods such as VD and liquid phase methods such as alkoxide method and precipitation method. Among these, the liquid phase method is promising in view of mass productivity and economical efficiency. Specifically, when the alkoxide method is adopted, after the zirconia powder 2 is dispersed in the non-aqueous solution of the alkoxide, the non-aqueous solution containing water is gradually added to the surface of the zirconia powder 2 for oxidation resistance. Alumina (Al 2 O 3 ) or aluminum hydroxide having good characteristics is deposited for coating. When the precipitation method is adopted, for example, one in which zirconia powder 2 is dispersed in an aqueous solution of Al 2 (NO 3 ) 3 and then ammonia, urea, formamide or the like is added to generate a base by thermal decomposition In addition, aluminum hydroxide is deposited on the particle surface of the zirconia powder 2 for coating. Further, a sol other than those using these solution reactions may be used.

上記反応防止層前駆体7の配合量としては1〜15Wt%が
適当である。これ未満の量では反応防止層8を形成する
に不十分であり、これを越えた量では焼結体の強度、特
に高温強度上望ましくない。
The amount of the reaction-preventing layer precursor 7 to be added is appropriately 1 to 15 Wt%. If the amount is less than this range, it is insufficient to form the reaction preventive layer 8. If the amount exceeds this range, the strength of the sintered body, especially the high temperature strength, is not desirable.

B.窒化珪素粉末の調整 原料となる窒化珪素(Si3N4)粉末1には平均粒径1μ
m以下のものを採用する。このような窒化珪素粉末1の
粒子表面上に焼結助剤前駆体9により焼結助剤層10を形
成する。この焼結助剤前駆体9には例えばAl2O3,Y2O3,
アルカリ土類酸化物及び希土類酸化物等のうち1種もし
くは2種以上を採用する。その配合量すなわち被覆量は
3〜15Wt%とし、これ未満の量では焼結体の緻密化が困
難であり、これを超えた量では焼結体の高温強度等の特
性の劣化を引き起こす。この焼結助剤は窒化珪素粉体1
の粒子表面に存在するシリカと液相を生成して焼結を促
進するものである。従って、窒化珪素分体1の粒子表面
上に均一に被覆を施すことにより、焼結体の材料として
の均一性が向上すると共に、その配合量の低減が図れる
ものである。この焼結助剤の配合量の低減は、焼結体の
高温特性等を向上させる点からも、また上記ジルコニア
中への焼結助剤の拡散を防止する点からも有効である。
B. Preparation of Silicon Nitride Powder Silicon nitride (Si 3 N 4 ) powder 1 used as a raw material has an average particle size of 1 μm.
Adopt m or less. A sintering aid layer 10 is formed from the sintering aid precursor 9 on the particle surface of such silicon nitride powder 1. The sintering aid precursor 9 includes, for example, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 ,
Use one or more of alkaline earth oxides and rare earth oxides. The blending amount, that is, the coating amount is set to 3 to 15 Wt%, and if the amount is less than this, it is difficult to densify the sintered body, and if it exceeds this amount, characteristics such as high temperature strength of the sintered body deteriorate. This sintering aid is silicon nitride powder 1
It promotes sintering by forming a liquid phase with silica existing on the surface of the particles. Therefore, by uniformly coating the particle surfaces of the silicon nitride segment 1 with each other, the uniformity of the sintered body as a material can be improved and the compounding amount thereof can be reduced. The reduction of the blending amount of the sintering aid is effective from the viewpoint of improving the high temperature characteristics of the sintered body and also from the viewpoint of preventing the diffusion of the sintering aid into the zirconia.

窒化珪素粉体1の粒子表面上に焼結助剤相10の被覆を形
成する方法としては、ジルコニア粉末の調整Aで述べた
ようにアルコシシド法、沈澱法及びゾル等が利用でき
る。
As a method of forming the coating of the sintering aid phase 10 on the particle surface of the silicon nitride powder 1, as described in Preparation A of Zirconia Powder, the alkosiside method, the precipitation method, the sol and the like can be used.

尚、一般にはジルコニア粉末2の粒子表面上への反応防
止層8の被覆工程と、窒化珪素粉末の粒子表面上への焼
結助剤層10の被覆工程で行う。しかし、例えばAl2O3
のように反応防止層前駆体7が焼結助剤前駆体9を兼ね
るような場合には、予めジルコニア粉末2と窒化珪素粉
末1とを混合しておき、これに同時に被覆処理を施して
もかまわない。
In general, the step of coating the reaction preventive layer 8 on the particle surface of the zirconia powder 2 and the step of coating the sintering aid layer 10 on the particle surface of the silicon nitride powder are performed. However, when the reaction preventive layer precursor 7 also serves as the sintering aid precursor 9, such as Al 2 O 3 , for example, the zirconia powder 2 and the silicon nitride powder 1 are mixed in advance, The coating treatment may be applied simultaneously to both.

C.混合・成形・焼結 次に、反応防止層8を被覆したジルコニア粉体2と、焼
結助剤層10を被覆した窒化珪素粉体1とを混合4する。
具体的には、夫々を水もしくは非水溶媒に分散してスラ
リ化し、スラリ状態でこれを混合する。そして、この混
合スラリをスプレードライ等により乾燥させて乾式成形
5する。或いは、混合スラリの水分量や粘度等を調整し
た後、直接泥漿鋳込成形してもよい。
C. Mixing / Molding / Sintering Next, the zirconia powder 2 coated with the reaction preventing layer 8 and the silicon nitride powder 1 coated with the sintering aid layer 10 are mixed 4 together.
Specifically, each is dispersed in water or a non-aqueous solvent to form a slurry, which is mixed in a slurry state. Then, this mixed slurry is dried by spray drying or the like to be dry-molded 5. Alternatively, the slurry content may be adjusted, and then the slurry may be directly cast.

爾後、この成形体を窒素ガス等の不活性ガス中で1650〜
1850℃で焼結6する。この温度範囲よりも低温では焼結
が困難であり、高温では窒化珪素の分解が起こる。ま
た、ポットプレスやHIP等により加圧焼結を行ってもよ
い。
After that, the molded body was placed in an inert gas such as nitrogen gas at 1650-
Sinter 6 at 1850 ° C. Sintering is difficult at temperatures lower than this temperature range, and silicon nitride is decomposed at high temperatures. Further, pressure sintering may be performed by a pot press, HIP, or the like.

以上の如くなされる本発明のジルコニア分散窒化珪素焼
結体の製造方法の効果を確認すべく次のような三つの具
体的実施例で実際に焼結体を製造し、その特性を調べ
た。
In order to confirm the effect of the method for manufacturing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body of the present invention as described above, a sintered body was actually manufactured in the following three specific examples and the characteristics thereof were examined.

具体的実施例1. まず、アルミニウムブトキシドを溶解させたプロパノー
ル中に比表面積18m2/gで不純物量0.1%以下のジルコニ
ア粉末と、平均粒径0.5μmの窒化珪素粉末とを体積比
で20:80となるように分散させた。その後、これに水と
プロパノールとの混合液を徐々に添加して、上記ジルコ
ニア粉末の粒子表面上及び窒化珪素粉末の粒子の表面上
に水酸化物アルミニウムを反応防止層及び焼結助剤層と
して夫々析出させた。これら反応防止層及び焼結助剤層
はアルミナ換算で10Wt%である。次に、この混合液スラ
リを濾過洗浄した後、水中に分散させた。そして、この
水スラリにセリア換算で窒化珪素に対して5Wt%となる
ようにセリアゾルを加えて撹拌した。爾後、このスラリ
をスプレードライヤにより乾燥後、CIP成形で5000kg/cm
2の圧力を負荷して板状に成形した。この成形体を大気
中500℃で仮焼し、上記反応防止層及び焼結助剤層をア
ルミナ及びセリアとした後、窒素ガス中において1750℃
で1時間焼結を行った。
Specific Example 1. First, a volume ratio of zirconia powder having a specific surface area of 18 m 2 / g and an impurity amount of 0.1% or less and silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm in propanol in which aluminum butoxide is dissolved is 20: Dispersed to 80. Then, a mixed liquid of water and propanol was gradually added thereto, and aluminum hydroxide was used as a reaction-preventing layer and a sintering aid layer on the particle surfaces of the zirconia powder and the silicon nitride powder particles. Each was deposited. The reaction preventive layer and the sintering aid layer are 10 Wt% in terms of alumina. Next, this mixed liquid slurry was filtered and washed, and then dispersed in water. Then, ceria sol was added to this water slurry so as to be 5 Wt% with respect to silicon nitride in terms of ceria, and the mixture was stirred. After that, this slurry was dried with a spray dryer and then CIP molding was performed at 5000 kg / cm.
A pressure of 2 was applied to form a plate. This molded body is calcined at 500 ° C in the atmosphere, and alumina and ceria are used as the reaction prevention layer and the sintering aid layer, and then at 1750 ° C in nitrogen gas.
And sintered for 1 hour.

こようにして得られた焼結体は99%以上の密度を有し、
窒化ジルコニウムの生成もなかった。そして、室温での
曲げ強度800MPa、破壊靭性9MN/m3/2という高い機械的特
性を示した。
The sintered body thus obtained has a density of 99% or more,
There was no formation of zirconium nitride. The bending strength at room temperature was 800MPa and the fracture toughness was 9MN / m 3/2, which showed high mechanical properties.

また、本発明方法を従来の方法と比較すべく同様の組成
を有するSi3N4−ZrO2−Al2O3−CeO2焼結体を、粉末原料
をボールミルで混合後、成形、焼結するという状来の方
法で製造した。その結果、ジルコニアの略全てが窒化ジ
ルコニウムとなった。そして、室温での曲げ強度400MP
a、破壊靭性3.5MN/m3/2という低い機械的特性を示し
た。
Further, after mixing method of the present invention the Si 3 N 4 -ZrO 2 -Al 2 O 3 -CeO 2 sintered body having the same composition in order to compare with the conventional method, the powder raw material in a ball mill, molding, sintering It was manufactured by the conventional method. As a result, almost all of the zirconia became zirconium nitride. And bending strength at room temperature 400MP
a, Fracture toughness showed low mechanical properties of 3.5MN / m 3/2 .

具体的実施例2. 硫酸アルミニウムと尿素との水溶液中に比表面積18m2/g
のジルコニア粉末を分散させ、90℃に加熱してジルコニ
ア粉末の粒子表面上に水酸化アルミニウムの反応防止層
を被覆する。
Specific Example 2. Specific surface area of 18 m 2 / g in an aqueous solution of aluminum sulfate and urea
The zirconia powder of is dispersed and heated to 90 ° C. to coat the reaction surface of aluminum hydroxide on the particle surface of the zirconia powder.

また、硫酸マグニシウム、硫酸イットリウム及び尿素溶
液に平均粒径0.5μmの窒化珪素を分散させた。これら
硫酸マグネシウム及び硫酸イットリウムの量は酸化物換
算で窒化珪素に対して4Wt%となる量にした。そして、
このスラリを90℃に加熱して上記窒化珪素粉末の粒子表
面上にマグネシア及びイットリウム水酸化物の焼結助剤
層を被覆した。
Further, silicon nitride having an average particle size of 0.5 μm was dispersed in a magnesium sulfate, yttrium sulfate and urea solution. The amounts of magnesium sulfate and yttrium sulfate were 4 Wt% with respect to silicon nitride in terms of oxide. And
This slurry was heated to 90 ° C. to coat the particles of the above silicon nitride powder with a sintering aid layer of magnesia and yttrium hydroxide.

次に、上記ジルコニアのスラリと窒化珪素のスラリとを
体積比で20:80になるように混合した。
Next, the zirconia slurry and the silicon nitride slurry were mixed in a volume ratio of 20:80.

更に、この混合スラリを石膏型を用いて泥漿鋳込により
板状に成形した。
Further, this mixed slurry was molded into a plate by sludge casting using a plaster mold.

爾後、大気中において500℃で仮焼後、窒素雰囲気下に
おいて1750℃で1時間焼結を行った。
After that, it was calcined at 500 ° C. in the atmosphere and then sintered at 1750 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere.

このようにして得られた焼結体は99%以上の密度を有
し、室温での曲げ強度730MPa、破壊靭性8.5MN/m3/2とい
う高い機械的特性を示した。
The sintered body thus obtained had a density of 99% or more, and showed high mechanical properties such as a bending strength at room temperature of 730 MPa and a fracture toughness of 8.5 MN / m 3/2 .

また、本発明方法を従来の方法と比較すべく同様の組成
を有するSi3N4−ZrO2−Al2O3−Y2O3焼結体を、粉末原料
をボールミルで混合後、成形、焼結するという従来の方
法で製造した。この焼結の際、窒化ジルコニウムの生成
を防止すべくSiO雰囲気下で焼結を行った。その結果、
窒化ジルコニウムの生成はなかったものの、ジルコニア
は相転移せず全て正方晶に安定化されたままであった。
そして、室温での曲げ強度600MPa、破壊靭性4MN/m3/2
いう低い機械的特性を示した。
Further, after mixing method of the present invention the Si 3 N 4 -ZrO 2 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3 sintered body having the same composition in order to compare with the conventional method, the powder raw material in a ball mill, molding, It was manufactured by the conventional method of sintering. At the time of this sintering, the sintering was performed in a SiO atmosphere in order to prevent the formation of zirconium nitride. as a result,
Although no zirconium nitride was formed, the zirconia did not undergo a phase transition and remained all stabilized in the tetragonal system.
It also showed low mechanical properties such as bending strength at room temperature of 600 MPa and fracture toughness of 4 MN / m 3/2 .

具体的実施例3. プレパノール中に体積比で75:25の窒化珪素粉末及びジ
ルコニア粉末を分散させ、Al2O3換算で全体の10Wt%に
相当するアルミニウムブトキシドを加えた。これに水と
エタノールとの混合液を添加し、窒化珪素粉末の粒子表
面上と、ジルコニア粉末の粒子表面上とにAl2O3を析出
させた。そして、これを乾燥させた後、CIP成形で円柱
に成形した。爾後、大気中において500℃で仮焼した
後、これをバイコールガラス管内に真空封入し1750℃で
1時間HIP焼結を行った。
Specific Example 3. 75:25 by volume of silicon nitride powder and zirconia powder were dispersed in prepanol, and aluminum butoxide corresponding to 10 Wt% of the total in terms of Al 2 O 3 was added. A mixed liquid of water and ethanol was added to this to deposit Al 2 O 3 on the particle surfaces of the silicon nitride powder and the zirconia powder particles. Then, after it was dried, it was molded into a cylinder by CIP molding. After that, after calcining at 500 ° C. in the atmosphere, this was vacuum-sealed in a Vycor glass tube and HIP sintering was performed at 1750 ° C. for 1 hour.

このようにして得られた焼結体は略理論密度を有し、室
温での曲げ強度850MPa、破壊靭性7.3MN/m3/2という高い
機械的特性を示した。
The sintered body thus obtained had a substantially theoretical density and exhibited high mechanical properties such as a bending strength at room temperature of 850 MPa and a fracture toughness of 7.3 MN / m 3/2 .

[発明の効果] 以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を
発揮する。
[Effects of the Invention] In summary, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.

(1)窒化珪素粉末の粒子表面上に焼結助剤層を被覆す
ると共に、ジルコニアの粒子表面上にアルミナ層を被覆
して、これらを混合した後、所望の形状に成形し、焼結
するようにしたので、焼結体の材料特性に悪影響を及ぼ
すジルコニアと窒化珪素の反応や、焼結助剤がジルコニ
ア中に拡散するのを防止するため、耐酸化特性が悪くな
ることなく高い強度及び高い靭性を有するジルコニア分
散強化型の窒化珪素焼結体を得ることができる。
(1) A surface of a particle of silicon nitride powder is coated with a sintering aid layer and a surface of a particle of zirconia is coated with an alumina layer, and these are mixed, and then molded into a desired shape and sintered. As a result, in order to prevent the reaction of zirconia and silicon nitride, which adversely affects the material properties of the sintered body, and the diffusion of the sintering aid into the zirconia, the high strength and high strength can be obtained without deteriorating the oxidation resistance. It is possible to obtain a zirconia dispersion strengthened silicon nitride sintered body having high toughness.

(2)このような強靭セラミックス材料であるため、高
温、腐蝕性或いは摩耗環境下で使用する軸受、耐摩耗部
品及び機械部品等に適用することができる。
(2) Since it is such a tough ceramic material, it can be applied to bearings, wear resistant parts, machine parts and the like used under high temperature, corrosive or wear environments.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のジルコニア分散窒化珪素焼結体の製造
方法を示す説明図、第2図は従来のジルコニア分散窒化
珪素焼結体の製造方法を示す説明図である。 図中、1は窒化珪素粉末、2はジルコニア粉末、4は混
合、5は成形、6は焼結、8は反応防止層、10は焼結助
剤層である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a method for manufacturing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing a conventional method for manufacturing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body. In the figure, 1 is silicon nitride powder, 2 is zirconia powder, 4 is mixture, 5 is molding, 6 is sintering, 8 is a reaction preventive layer, and 10 is a sintering aid layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 英雄 東京都江東区豊洲3丁目1番15号 石川島 播磨重工業株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−40768(JP,A) 特開 昭58−64280(JP,A) 特開 昭61−91066(JP,A) 特開 昭62−70262(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hideo Ohashi, Inventor Hideo Ohashi, 3-1-15-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Technical Research Institute (56) Reference JP-A-63-40768 (JP, A) Kai 58-64280 (JP, A) JP 61-91066 (JP, A) JP 62-70262 (JP, A)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】表面上に焼結を助成するための焼結助剤層
を被覆した窒化珪素粉末とジルコニア粉末とを混合し、
これを所望の形状に成形し、焼結する方法において、上
記焼結を行う際のジルコニア粉末の表面上に、窒化珪素
とジルコニアとの反応を防止し、且つ焼結助剤のジルコ
ニアへの拡散を防止するためのアルミナ層が被覆されて
いることを特徴とするジルコニア分散窒化珪素焼結体の
製造方法。
1. A silicon nitride powder having a surface coated with a sintering aid layer for promoting sintering is mixed with zirconia powder,
In a method of shaping this into a desired shape and sintering, the reaction of silicon nitride and zirconia is prevented on the surface of the zirconia powder at the time of performing the above-mentioned sintering, and the diffusion of the sintering aid into zirconia is performed. A method for manufacturing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body, which is characterized by being coated with an alumina layer for preventing
【請求項2】上記窒化珪素のマトリックス中に5〜40体
積%のジルコニアを分散させると共に、窒化珪素とジル
コニアとの反応によって生成される窒化ジルコニウム及
び酸窒化ジルコニウムの量を0.5体積%以下に抑制する
ようにした上記特許請求の範囲第1項記載のジルコニア
分散窒化珪素焼結体の製造方法。
2. The amount of zirconium nitride and zirconium oxynitride produced by the reaction of silicon nitride and zirconia is suppressed to 0.5% by volume or less while dispersing 5 to 40% by volume of zirconia in the silicon nitride matrix. The method for producing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body according to claim 1, wherein the method is as described above.
【請求項3】上記アルミナ層の配合量が1〜15Wt%であ
る上記特許請求の範囲第1項記載のジルコニア分散窒化
珪素焼結体の製造方法。
3. The method for producing a zirconia-dispersed silicon nitride sintered body according to claim 1, wherein the content of the alumina layer is 1 to 15 Wt%.
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