JPH0873269A - セラミック焼結体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 靭性および耐摩耗性に優れた軽量なセラミッ
ク焼結体を提供する。 【構成】 焼成後にα−サイアロン相を発現する粉末を
平均粒径１５μｍ以上１５０μｍ以下の顆粒状にしたα
−サイアロン原料造粒体と、窒化ケイ素粉末に焼結助剤
を混合した窒化ケイ素質原料粉末もしくはこの窒化ケイ
素質原料粉末を平均粒径１５０μｍ以下の顆粒状にした
窒化ケイ素質原料造粒体とを混合して焼成することによ
り、焼結体が、α−サイアロン多結晶のみから構成され
るα−サイアロン粒子群１の領域と、窒化ケイ素から構
成される窒化ケイ素粒子群２の領域を有する複合構造を
持ち、２次元断面より求めた等価円直径で表わされる平
均径が１０μｍ以上１００μｍ以下のα−サイアロン粒
子群１が窒化ケイ素粒子群２のマトリックス中にα−サ
イアロン粒子群１の面積が全断面積の１０面積％以上４
０面積％以下の範囲で分散した微構造を有する靭性およ
び耐摩耗性に優れたセラミック焼結体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック焼結体およ
びその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、
硬度が高く靭性と耐摩耗性が共に優れ、切削用工具など
に好適に使用される靭性および耐摩耗性に優れたセラミ
ック焼結体およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】α−サイアロンは、窒化ケイ素（Ｓｉ_３
Ｎ_４）結晶中のＳｉ，Ｎ原子の一部がＡｌ，Ｏで置換さ
れ、さらに、結晶を構成する原子間の空隙に固溶金属元
素が侵入型固溶した構造を有するものであって、セラミ
ック焼結体の中でも特に高い硬度を有しており、研削材
料や耐摩耗材料として使用されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、α−サ
イアロンは、上記のように高い硬度を有しており、研削
性や耐摩耗性に優れているものの、靭性が低いため破壊
に至りやすく、実用材としては使いにくい面があったこ
とから、このような靭性が低いという欠点を改善するこ
とが課題であった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、窒化ケイ素をマトリックス
とし、その中にα−サイアロン多結晶から構成される第
２相（粒子群）を分散させることにより、靭性を確保し
つつかつ硬度が高く、靭性および耐摩耗性の両方共に優
れているセラミック材料を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる靭性およ
び耐摩耗性に優れたセラミック焼結体は、請求項１に記
載しているように、窒化ケイ素とα−サイアロンの複合
構造を持つセラミック焼結体において、α−サイアロン
多結晶から構成されるα−サイアロン粒子群の領域と、
窒化ケイ素から構成される窒化ケイ素粒子群の領域を有
する複合構造を持ち、２次元断面より求めた等価円直径
で表わされる平均径が１０μｍ以上１００μｍ以下のα
−サイアロン粒子群が窒化ケイ素粒子群のマトリックス
中に分散した微構造を有する構成としたことを特徴とし
ている。

【０００６】そして、本発明係わる靭性および耐摩耗性
に優れたセラミック焼結体の実施態様にあっては、請求
項２に記載しているように、焼結体の切断面において、
α−サイアロン粒子群の面積が全断面積の１０面積％以
上４０面積％以下であるものとすることができる。

【０００７】本発明に係わる靭性および耐摩耗性に優れ
たセラミック焼結体の製造方法は、請求項３に記載して
いるように、焼成後にα−サイアロン相を発現する粉末
を平均粒径１５μｍ以上１５０μｍ以下の顆粒状にした
α−サイアロン原料造粒体と、窒化ケイ素粉末に焼結助
剤を混合した窒化ケイ素質原料粉末もしくはこの窒化ケ
イ素質原料粉末を平均粒径１５０μｍ以下の顆粒状にし
た窒化ケイ素質原料造粒体とを混合し、請求項１または
２のいずれかの組織が発現するまで焼成する構成とした
ことを特徴としている。

【０００８】そして、本発明に係わる靭性および耐摩耗
性に優れたセラミック焼結体の製造方法の実施態様にお
いては、請求項４に記載しているように、α−サイアロ
ン相を発現する粉末が窒化ケイ素、窒化アルミニウムお
よび固溶金属元素化合物の混合物であるものとすること
ができ、モル比で窒化ケイ素８−３Ｘ、窒化アルミニウ
ム９Ｘ、固溶金属元素化合物（酸化物）Ｘで表わされる
割合において０＜Ｘ≦２の混合物であるものとすること
ができ、また、請求項５に記載しているように、窒化ケ
イ素粉末に混合する焼結助剤が周期律表第ＩＩＩａ族元
素の酸化物，酸化アルミニウム，酸化マグネシウム，酸
化カルシウム，酸化ジルコニウム，窒化アルミニウムの
うちから選ばれる１種または２種以上の酸化物または窒
化物であるものとすることができる。

【０００９】同じく、本発明に係わる靭性および耐摩耗
性に優れたセラミック焼結体の製造方法の実施態様にお
いては、請求項６に記載しているように、焼成温度が１
７００℃以上２０００℃以下であるようになすことがで
き、請求項７に記載しているように、焼成方法がホット
プレスであるものとしたり、請求項８に記載しているよ
うに、焼成方法がガス圧焼成であるものとしたり、請求
項９に記載しているように、焼成方法が熱間静水圧プレ
スであるものとしたりすることができる。

【００１０】

【発明の作用】本発明に係わるセラミック焼結体は、請
求項１に記載しているように、窒化ケイ素とα−サイア
ロンの複合構造を持つセラミック焼結体において、焼結
体が、α−サイアロン多結晶のみから構成される領域
（α−サイアロン粒子群と呼ぶ）と、窒化ケイ素から構
成される領域（窒化ケイ素粒子群と呼ぶ）を有する複合
構造を持ち、平均径（２次元断面より求めた等価円直
径）が１０μｍ以上１００μｍ以下のα−サイアロン粒
子群が窒化ケイ素粒子群のマトリックス中に分散した微
構造を有する構成としたことにより、靭性を良好なもの
に確保したうえで硬度の向上を図りうるものとなってお
り、硬度の向上によって耐摩耗性が良好なものとなる。

【００１１】図１は、本発明に係わる靭性および耐摩耗
性に優れたセラミック焼結体の組織を模式的に示すもの
であって、平均径が１０μｍ以上１００μｍ以下の大き
さのα−サイアロン粒子群１が窒化ケイ素粒子群２のマ
トリックス中に分散した焼結体の組織を有するものとな
っている。

【００１２】本発明に係わる靭性および耐摩耗性に優れ
たセラミック焼結体では、分散相として添加するα−サ
イアロンを、通常の単一粒子ではなく、適当な大きさを
持ったα−サイアロン粒子群１として、このα−サイア
ロン粒子群１を窒化ケイ素粒子群２のマトリックス中に
分散させるようにしている。そして、焼結体のマクロな
硬度は高硬度分散相の大きさに依存し、大きいものほど
硬度が高くなることから従来のものに比べて硬度が向上
したものとなる。

【００１３】このような粒子群が分散した材料を製造す
るに際しては、分散相の原料を予め顆粒状に造粒し、こ
れをマトリックス相の原料と混合して焼成する方法を採
用するのが簡便である。

【００１４】そして、例えば、請求項３に記載している
ように、焼成後にα−サイアロン相を発現する粉末を平
均粒径１５μｍ以上１５０μｍ以下の顆粒状にしたα−
サイアロン原料造粒体と、窒化ケイ素粉末に焼結助剤を
混合した窒化ケイ素質原料粉末もしくはこの窒化ケイ素
質原料粉末を平均粒径１５０μｍ以下の顆粒状にした窒
化ケイ素質原料造粒体とを混合し、請求項１または２の
いずれかの組織が発現するまで焼成する方法を採用する
ことが可能である。

【００１５】顆粒を製造する方法としては、凝集してい
る原料粉末をほぐしてふるいで分級する方法を採用する
ことができ、また、スプレードライヤーなどによって造
粒したものを用いてもよい。

【００１６】この場合、分散相となるα−サイアロン相
を発現する原料造粒体の大きさは１５μｍ以上１５０μ
ｍ以下とするのが適当であり、焼結体の組織中において
はα−サイアロン粒子群の平均径が１０μｍ以上１００
μｍ以下となるようにするのがよい。この場合、平均径
が小さすぎると硬度の向上作用が十分でなく、大きすぎ
ると靭性の低下を招く傾向となる。

【００１７】一方、マトリックス相となる窒化ケイ素質
原料は、分散相と同様に造粒してから造粒体の状態で加
えてもよく、また、粒径が１〜３μｍ程度の粉末の状態
で加えてもよいが、造粒体の状態で加える場合には窒化
ケイ素質原料造粒体の大きさは１５０μｍ以下に留める
のがよい。すなわち、造粒体が大きすぎるとα−サイア
ロン粒子群の分散が不均一となり、局所的に硬度の低い
領域が発生する傾向となるためである。

【００１８】この窒化ケイ素質原料造粒体もしくは窒化
ケイ素原料粉末と、α−サイアロン原料造粒体の混合割
合は、重量比で、６：４ないし９：１程度とするのがよ
く、請求項２に記載しているように、焼結体の切断面に
おいてα−サイアロン粒子群の占める面積が全断面積の
１０面積％以上４０面積％以下とするようにするのがよ
い。この場合、α−サイアロン粒子群の割合が低いと硬
度が向上せず、耐摩耗性や工具として用いた場合の研削
性が向上しがたい傾向となり、α−サイアロン粒子群の
割合が高いと靭性が低くなる傾向となるためである。

【００１９】焼結を容易にするために、原料となる窒化
ケイ素粉末には焼結助剤を添加する。この窒化ケイ素粉
末に添加する焼結助剤としては、請求項５に記載してい
るように、周期律表第ＩＩＩａ族元素の酸化物，酸化ア
ルミニウム，酸化マグネシウム，酸化カルシウム，酸化
ジルコニウム，窒化アルミニウムのうちから選ばれる１
種または２種以上の酸化物または窒化物を用いることが
できる。

【００２０】α−サイアロンは、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ
_４）結晶中のＳｉ，Ｎ原子の一部がＡｌ，Ｏで置換さ
れ、さらに結晶を構成する原子間の空隙にイットリウム
などの固溶金属元素が侵入型固溶したものである。この
固溶金属元素としては、イットリウムのほか、マグネシ
ウム，リチウム，カルシウム，あるいはランタン，セリ
ウムを除くランタノイド元素を用いることができる。

【００２１】そして、焼成後にα−サイアロンを発現す
る粉末としては、請求項４に記載しているように、窒化
ケイ素、窒化アルミニウムおよび固溶金属元素化合物の
混合物を用いることができ、例えば、モル比で窒化ケイ
素８−３Ｘ，窒化アルミニウム９Ｘ，固溶金属元素化合
物Ｘで表わされる割合において０＜Ｘ≦２の混合物であ
るもの用いることができる。

【００２２】原料造粒体の混合粉末を所期の形状に成形
する方法は、従来の窒化ケイ素質セラミック製品と同様
の方法をそのまま適用できる。また、焼成はホットプレ
ス法のほか、ガス圧焼成法、熱間静水圧プレス等の方法
を用いることができ、焼成温度は、請求項６に記載して
いるように、１７００℃以上２０００℃以下、望ましく
は１８００℃以上１９００℃以下が適当である。そし
て、温度が低い場合は焼成が進まず、高い場合は焼結体
中に鬆やクラックが入るため、１７００℃以上２０００
℃以下とすることが望ましい。

【００２３】焼成方法において、単純形状品の場合は、
請求項７に記載しているようなホットプレス法が比較的
適している。この場合は、原料混合体を黒鉛型に入れ、
１気圧以上１００気圧以下の窒素雰囲気中で、５ＭＰａ
以上５０ＭＰａ以下の加圧力で一軸加圧する。ここで、
雰囲気圧力が１気圧未満では原料の熱分解が起こり、１
００気圧超過では焼結体中に気孔が残る傾向となるので
好ましくなく、加圧力が５ＭＰａ未満では緻密化促進の
効果が小さく、５０ＭＰａ超過では黒鉛型との反応が起
こり製品の取り出しが難しくなる傾向となるので好まし
くない。

【００２４】複雑形状品の場合、あるいは大量生産品の
場合には、請求項８に記載しているように、ガス圧焼成
法が適している。この場合、焼成は１気圧以上５００気
圧以下の窒素ガス雰囲気中で行うのが良く、１気圧未満
では原料の熱分解が起こり、５００気圧超過では高圧の
ガス焼結体中に閉じ込められ焼結性が低下する傾向とな
る。

【００２５】さらに、請求項９に記載している熱間静水
圧プレスは製造コストが高くなるものの、複雑形状品に
も対応できかつまた得られる製品が特性に優れるものと
なる特長がある。この熱間静水圧プレスには、成形体を
ガラスなどのガスを通さず熱で軟化するカプセルに封入
し雰囲気ガスで加圧して焼成する方法と、相対密度９５
％以上になるまで予備焼成しその後加圧して焼成する方
法があり、いずれの方法を用いてもよい。圧力媒体とな
る雰囲気の圧力は１００気圧以上２０００気圧以下とす
るのが適当で、１００気圧未満では緻密化促進の効果が
小さく、２０００気圧超過では装置の取り扱いが煩雑と
なる傾向となるので好ましくない。また、予備焼成での
到達密度が９５％未満であると、プレス中に雰囲気ガス
が侵入して緻密化が阻害される傾向となる。

【００２６】

【実施例】以下に実施例により本発明を詳細に説明す
る。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【００２７】実施例１ 平均粒径約１．５μｍの窒化ケイ素粉末に、焼結助剤と
して２重量％の酸化ネオジムと３重量％の酸化イットリ
ウムを添加し、エタノールを用いた湿式ボールミルによ
って約１００時間混合した後ロータリーエバポレータに
よって乾燥した。この乾燥粉末を乳鉢で適宜ほぐした
後、ふるいを用いた分級によって直径３８μｍ以上９０
μｍ以下の範囲の窒化ケイ素質原料造粒体を抽出した。
この窒化ケイ素質原料造粒体の平均粒径をレーザ回折法
で測定したところ６０μｍであった。

【００２８】一方、平均粒径約１．５μｍの窒化ケイ素
粉末に、１４重量％の酸化イットリウム粉末と２３重量
％の窒化アルミニウム粉末を添加し、同様にエタノール
を用いた湿式ボールミルによって約１００時間混合した
後ロータリーエバポレータによって乾燥した。この乾燥
粉末についても適宜ほぐした後、ふるいを用いた分級に
よって直径３８μｍ以上９０μｍ以下の範囲のα−サイ
アロン原料造粒体を抽出した。このα−サイアロン原料
造粒体の平均粒径は５７μｍであった。

【００２９】次に、この窒化ケイ素質原料造粒体とα−
サイアロン原料造粒体とを、重量比で約７５：２５とな
るように調合し、さらに粒を破壊しないように注意しな
がらＶ型ブレンダーによって十分に混合し、この混合粉
末を断面寸法が４０×５０ｍｍの黒鉛型に入れ、圧力２
００ｋｇｆ／ｃｍ^２のホットプレス（表ではＨＰと表わ
す）により１８００℃で２時間の焼成を行った。

【００３０】このようにして得られた焼結体から３×４
×約４０ｍｍの直方体を切り出し、表面を研磨して日本
工業規格Ｒ−１６０７に規定される方法に基づいて破壊
靭性値を測定した。さらに、焼結体から一辺約３ｍｍの
立方体を切り出し、表面を鏡面に研磨した後、酸素を７
％含有した四弗化炭素ガスによるプラズマエッチングを
施し、走査型電子顕微鏡によって焼結体の組織を観察し
た。また、研磨面を微分干渉顕微鏡で観察し、α−サイ
アロン粒子群の大きさを調べるにあたり、α−サイアロ
ン粒子群の形状を球と仮定して２次元断面から等価直径
（ｄ＝２（Ｓ／π）^１／２；Ｓは粒子群の面積，πは円
周率）を決定した。

【００３１】また、同じ原料造粒体を断面φ４０ｍｍの
黒鉛型に入れ、同様に圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ^２のホッ
トプレスにより１８００℃で２時間の焼成を行い、直径
約４０ｍｍで厚さ約１０ｍｍの円盤状の焼結体を得たの
ち、この焼結体の片面を研磨し、耐摩耗性評価用の試験
片とした。

【００３２】そして、耐摩耗性についてはボールオンデ
ィスク法による試験を行って評価した。この評価に用い
た試験装置の構成は図２に示す通りであって、円盤状の
焼結体による試験片３の中心から１５ｍｍの位置に直径
１０ｍｍの鋼球４を１０Ｎの荷重で押しつけ、試験片３
を矢印Ａ方向に毎分１６７回の割合で５０００秒間回転
軸５を中心にして回転させ、試験片３に形成された摩耗
溝６の深さと幅から摩耗体積を求めた。

【００３３】この焼結体の諸特性を表の実施例１の欄に
示すが、靭性は５．０ＭＰａ√ｍ以上、摩耗体積は０．
２５ｍｍ^３以下となっており、従来のα−サイアロン焼
結体に比べて靭性がかなり向上していて、靭性と耐摩耗
性に優れたセラミック焼結体であることが認められた。

【００３４】実施例２〜３３ さらに他の実施例を併せて説明するが、以下の実施例お
よび比較例において、特に断った部分の他は実施例１と
同様にして行っている。そして、表中の焼成方法の欄
で、ＨＰはホットプレス法、ＧＰＳはガス圧焼成法、Ｈ
ＩＰは熱間静水圧プレス法をそれぞれ採用したことを表
わしている また、α−サイアロンは、一般式、 Ｍ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｎ，Ｏ）_１６ Ｍは固溶金属
元素 と表わされるが、この式中におけるｘの値を表中に併せ
て示した。そして、得られた焼結体の有効性の判断基準
は、破壊靭性５ＭＰａ√ｍ以上、摩耗体積０．２５ｍｍ
^３以下とした。

【００３５】実施例２〜６ 実施例２から６までは、粉末分級時においてふるいの目
を変えることによって、α−サイアロン原料造粒体の大
きさを調整し、焼結体組織中のα−サイアロン粒子群の
大きさを変えた場合を示すものである。以下、特に断ら
ないかぎり、各実施例および比較例において、造粒体の
粒径の調整はふるい分級の目を変えて行っている。

【００３６】表に示すように、実施例２〜６ではいずれ
も破壊靭性値５．０ＭＰａ√ｍ以上、摩耗体積０．２５
ｍｍ^３以下となっていて、従来のα−サイアロン焼結体
に比べて靭性がかなり向上していて、靭性と耐摩耗性に
優れたセラミック焼結体であることが認められた。

【００３７】実施例７〜９ 実施例７から９までは、原料である窒化ケイ素質造粒体
とα−サイアロン造粒体の混合割合を変えることによっ
て、切断面におけるα−サイアロン粒子群の面積割合を
変えた場合を示すものであって、この範囲ではいずれも
靭性と耐摩耗性に優れたセラミック焼結体であることが
認められた。

【００３８】実施例１０〜１３ 実施例１０から１３までは、窒化ケイ素質原料造粒体の
大きさを変えた場合、もしくは造粒せずに粉末をそのま
ま用いた場合を示すものであって、いずれの焼結体も靭
性と耐摩耗性に優れたものであることが認められた。

【００３９】実施例１４〜１９ 実施例１４から１９までは、窒化ケイ素質原料造粒体中
の添加助剤成分を変えた場合を示すものであって、いず
れの焼結体も靭性と耐摩耗性に優れたものであることが
認められた。

【００４０】実施例２０，２１ 実施例２０，２１は、α−サイアロンの組成パラメータ
ｘの値を変えた場合を示すものであって、いずれの焼結
体も靭性と耐摩耗性に優れたものであることが認められ
た。

【００４１】実施例２２，２３ 実施例２２，２３は、焼成温度を変えてホットプレスを
行った場合を示すものであって、いずれの焼結体も靭性
と耐摩耗性に優れたものであることが認められた。

【００４２】実施例２４〜２８ 実施例２４から２８までは、焼成をガス圧焼成法によっ
た場合を示すものであって、それぞれ焼成温度を変えた
場合を示している。そして、ここで使用する焼結助剤も
ガス圧焼成法に適したものとして酸化アルミニウムと酸
化イットリウムとの組み合わせとした。この実施例２４
から２８までにおいては、原料造粒体の混合物を準備す
るまでは実施例１と同様に行った後、この混合物を金型
で圧粉して約５×５×６０ｍｍの直方体に成形し、圧力
４００ＭＰａで冷間静水圧プレスを施してグリーン体を
得た。また、同じ混合物をやはり金型で圧粉したのち圧
力４００ＭＰａの冷間静水圧プレスを施して直径約５０
ｍｍ×厚さ約１５ｍｍのグリーン体とした。

【００４３】次いで、この前者および後者の２種類のグ
リーン体を１０ＭＰａの窒素雰囲気中において実施例２
４〜２８毎にそれぞれ１７５０℃，１８００℃，１８５
０℃，１９００℃，１９５０℃で６時間焼成し、前者の
試験片を破壊靭性の測定に供し、後者の試験片を耐摩耗
性評価の試験に供した。各試験片の評価方法は実施例１
と同様であって、表に示すように、いずれの焼結体も靭
性と耐摩耗性に優れたものであることが認められた。

【００４４】実施例２９，３０ 実施例２９，３０は、熱間静水圧プレス法によって焼成
した場合を示すものである。この実施例２９，３０で
は、実施例２４と同様の方法でグリーン体を作製した
後、ガス圧焼成法によって１８００℃で２時間の予備焼
成を行い、これを圧力１００ＭＰａの窒素雰囲気中にお
いて実施例２９，３０毎に１８００℃，１９００℃で２
時間焼成して焼結体を得た。この結果、いずれの焼結体
においても靭性と耐摩耗性に優れたものであることが認
められた。

【００４５】実施例３１〜３３ 実施例３１から３３までは、α−サイアロン中の固溶金
属元素の種類を変えた場合を示すもので、従来のα−サ
イアロン単体の場合よりも靭性に優れたものとなってお
り、いずれの焼結体も靭性と耐摩耗性に優れたものであ
ることが認められた。

【００４６】比較例１ 比較例１は、α−サイアロン原料造粒体を加えることな
く、窒化ケイ素質造粒体のみを実施例１と同様のホット
プレス（ＨＰ）によって焼結したものであって、窒化ケ
イ素マトリックス中にα−サイアロン粒子群が分散して
いないものであって、耐摩耗性に劣るものとなってい
た。

【００４７】比較例２ 比較例２は、α−サイアロン原料造粒体の平均粒径が小
さすぎるために、マトリックス中に分散するα−サイア
ロン粒子群が小さすぎる場合を示すものであって、この
ため硬度が高くならず耐摩耗性が低下したものとなって
いた。

【００４８】比較例３，４ 比較例３，４は、α−サイアロン原料造粒体の平均粒径
が大きすぎたために、マトリックス中に分散するα−サ
イアロン粒子群が大きすぎる場合を示すものであって、
耐摩耗性には優れているものの靭性が低下したものとな
っていた。

【００４９】比較例５ 比較例５は、α−サイアロン原料造粒体の配合割合が少
なかったため、マトリックス中に分散するα−サイアロ
ン粒子群の比率が小さい場合を示すものであって、靭性
には優れているものの耐摩耗性には劣ったものとなって
いた。

【００５０】比較例６，７ 比較例６，７は、α−サイアロン原料造粒体の配合割合
が多かったために、マトリックス中に分散するα−サイ
アロン粒子群の比率が大きい場合を示すものであって、
耐摩耗性には優れているものの靭性に劣ったものとなっ
ていた。

【００５１】比較例８，９ 比較例８，９は、添加した窒化ケイ素質原料造粒体が大
きすぎる場合を示すものであって、このため靭性が低下
したものとなっていた。

【００５２】比較例１０，１１，１３，１５ 比較例１０，１１，１３，１５では、焼成温度が低いた
め焼結が十分でなく、靭性および耐摩耗性の両方共が劣
ったものとなっていた。

【００５３】比較例１２，１４，１６ 比較例１２，１４，１６は、焼成温度が高すぎる場合を
示すものであって、大型のポアが焼結体中に入るため耐
摩耗性および靭性が悪化しているものとなっていた。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】

【表５】

【００５９】

【表６】

【００６０】

【表７】

【００６１】

【表８】

【００６２】

【表９】

【００６３】

【表１０】

【００６４】

【表１１】

【００６５】

【発明の効果】本発明に係わるセラミック焼結体は、請
求項１に記載しているように、窒化ケイ素とα−サイア
ロンの複合構造を持つセラミック焼結体において、α−
サイアロン多結晶から構成されるα−サイアロン粒子群
の領域と、窒化ケイ素から構成される窒化ケイ素粒子群
の領域を有する複合構造を持ち、２次元断面より求めた
等価円直径で表わされる平均径が１０μｍ以上１００μ
ｍ以下のα−サイアロン粒子群が窒化ケイ素粒子群のマ
トリックス中に分散した微構造を有する構成としたもの
であるから、靭性を良好なものに確保したうえで硬度の
向上を実現することが可能であり、硬度の向上によって
耐摩耗性をさらに良好なものとすることが可能であるの
で、靭性と耐摩耗性の両方共に優れたセラミック焼結体
を提供することが可能であるという著しく優れた効果が
もたらされる。

【００６６】そして、本発明に係わる靭性および耐摩耗
性に優れたセラミック焼結体の実施態様では、請求項２
に記載しているように、焼結体の切断面において、α−
サイアロン粒子群の面積が全断面積の１０面積％以上４
０面積％以下であるものとすることによって、靭性の確
保と硬さの向上とがバランスよくなされることとなり、
靭性および耐摩耗性とがバランスよく優れたセラミック
焼結体を提供することが可能であるというより一層優れ
た効果がもたらされる。

【００６７】本発明に係わる靭性および耐摩耗性に優れ
たセラミック焼結体の製造方法は、請求項３に記載して
いるように、焼成後にα−サイアロン相を発現する粉末
を平均粒径１５μｍ以上１５０μｍ以下の顆粒状にした
α−サイアロン原料造粒体と、窒化ケイ素粉末に焼結助
剤を混合した窒化ケイ素質原料粉末もしくはこの窒化ケ
イ素質原料粉末を平均粒径１５０μｍ以下の顆粒状にし
た窒化ケイ素質原料造粒体とを混合し、請求項１または
２のいずれかの組織が発現するまで焼成するようしたか
ら、請求項１または２に記載された靭性および耐摩耗性
に優れたセラミック焼結体を容易に製造することが可能
であるという著しく優れた効果がもたらされる。

【００６８】そして、本発明に係わる靭性および耐摩耗
性に優れたセラミック焼結体の製造方法の実施態様にお
いては、請求項４に記載しているように、α−サイアロ
ン相を発現する粉末が窒化ケイ素、窒化アルミニウムお
よび固溶金属元素化合物の混合物であるものとすること
によって、焼結後においてα−サイアロン相をより一層
確実に発現させることが可能であり、請求項５に記載し
ているように、窒化ケイ素粉末に混合する焼結助剤が周
期律表第ＩＩＩａ族元素の酸化物，酸化アルミニウム，
酸化マグネシウム，酸化カルシウム，酸化ジルコニウ
ム，窒化アルミニウムのうちから選ばれる１種または２
種以上の酸化物または窒化物であるものとすることによ
って、窒化ケイ素質焼結体の焼結がより一層良好に行わ
れることとなり、窒化ケイ素粒子群のマトリックスの靭
性を良好なものとすることが可能である。

【００６９】本発明に係わる靭性および耐摩耗性に優れ
たセラミック焼結体の実施態様においては、請求項６に
記載しているように、焼成温度が１７００℃以上２００
０℃以下であるものとすることによって、焼結を良好に
行うことが可能となって焼結体の靭性および耐摩耗性を
より一層向上させることが可能となり、請求項７に記載
しているように、焼成方法がホットプレスであるものと
することによって、単純形状品のセラミック焼結体の製
造に適したものとなり、請求項８に記載しているよう
に、焼成方法がガス圧焼成であるものとすることによっ
て、複雑形状品あるいは大量生産品のセラミック焼結体
の製造に適したものとなり、請求項９に記載しているよ
うに、焼成方法が熱間静水圧プレスであるものとするこ
とによって、複雑形状品に対応することができると共に
特性に優れたセラミック焼結体の製造に適したものとな
るという優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる靭性および耐摩耗性に優れたセ
ラミック焼結体の組織を説明する模式図である。

【図２】耐摩耗性評価試験の方法を説明する斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ α−サイアロン粒子群 ２ 窒化ケイ素粒子群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２ Ｒ １０２ Ｊ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化ケイ素とα−サイアロンの複合構造
   を持つセラミック焼結体において、α−サイアロン多結
   晶から構成されるα−サイアロン粒子群の領域と、窒化
   ケイ素から構成される窒化ケイ素粒子群の領域を有する
   複合構造を持ち、２次元断面より求めた等価円直径で表
   わされる平均径が１０μｍ以上１００μｍ以下のα−サ
   イアロン粒子群が窒化ケイ素粒子群のマトリックス中に
   分散した微構造を有することを特徴とする靭性および耐
   摩耗性に優れたセラミック焼結体。
2. 【請求項２】 焼結体の切断面において、α−サイアロ
   ン粒子群の面積が全断面積の１０面積％以上４０面積％
   以下であることを特徴とする請求項１に記載の靭性およ
   び耐摩耗性に優れたセラミック焼結体。
3. 【請求項３】 焼成後にα−サイアロン相を発現する粉
   末を平均粒径１５μｍ以上１５０μｍ以下の顆粒状にし
   たα−サイアロン原料造粒体と、窒化ケイ素粉末に焼結
   助剤を混合した窒化ケイ素質原料粉末もしくはこの窒化
   ケイ素質原料粉末を平均粒径１５０μｍ以下の顆粒状に
   した窒化ケイ素質原料造粒体とを混合し、請求項１また
   は２のいずれかの組織が発現するまで焼成することを特
   徴とする靭性および耐摩耗性に優れたセラミック焼結体
   の製造方法。
4. 【請求項４】 α−サイアロン相を発現する粉末が窒化
   ケイ素、窒化アルミニウムおよび固溶金属元素化合物の
   混合物であることを特徴とする請求項３に記載の靭性お
   よび耐摩耗性に優れたセラミック焼結体の製造方法。
5. 【請求項５】 窒化ケイ素粉末に混合する焼結助剤が周
   期律表第ＩＩＩａ族元素の酸化物，酸化アルミニウム，
   酸化マグネシウム，酸化カルシウム，酸化ジルコニウ
   ム，窒化アルミニウムのうちから選ばれる１種または２
   種以上の酸化物または窒化物であることを特徴とする請
   求項３または４に記載の靭性および耐摩耗性に優れたセ
   ラミック焼結体の製造方法。
6. 【請求項６】 焼成温度が１７００℃以上２０００℃以
   下であることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか
   に記載の靭性および耐摩耗性に優れたセラミック焼結体
   の製造方法。
7. 【請求項７】 焼成方法がホットプレスであることを特
   徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の靭性およ
   び耐摩耗性に優れたセラミック焼結体の製造方法。
8. 【請求項８】 焼成方法がガス圧焼成であることを特徴
   とする請求項３ないし６のいずれかに記載の靭性および
   耐摩耗性に優れたセラミック焼結体の製造方法。
9. 【請求項９】 焼成方法が熱間静水圧プレスであること
   を特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の靭性
   および耐摩耗性に優れたセラミック焼結体の製造方法。