JPH09155415A - Ceramic roller - Google Patents

Ceramic roller

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Publication number
JPH09155415A
JPH09155415A JP7320292A JP32029295A JPH09155415A JP H09155415 A JPH09155415 A JP H09155415A JP 7320292 A JP7320292 A JP 7320292A JP 32029295 A JP32029295 A JP 32029295A JP H09155415 A JPH09155415 A JP H09155415A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
grain boundary
boundary phase
sialon
sintered body
powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP7320292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirohisa Suwabe
博久 諏訪部
Shingo Nogami
信悟 野上
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP7320292A priority Critical patent/JPH09155415A/en
Publication of JPH09155415A publication Critical patent/JPH09155415A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic roller which consists of a sialon sintered compact and has excellent wear resistance. SOLUTION: This ceramic roller consists of the sialon sintered compact composed of sialon particles and grain boundary phase. The total amt. of the grain boundary phase of the sialon sintered compact is <=20wt.% and the Si, Al and Y converted to the oxides of the grain boundary phase exist within the limited regions of a triangular diagram (expressed by weight %) indicting the ternary component system of SiO2 -Al2 O3 -Y2 O3 . The porosity is <=10%, the crystal grain size is <=20μm and the surface roughness is 0.1 to 10μm. The fracture toughness value is >=5.0MPa.m<1/2> and the Vickers hardness at 800 deg.C is >=800.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、条鋼、線材等を製
造する熱間圧延ラインに使用される圧延ロール及びガイ
ドローラに係り、更に詳細には、硬さに優れしかも高靱
性を有するサイアロン焼結体より成る圧延ロール及びガ
イドローラ(以下「セラミックスローラ」という。)に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rolling roll and a guide roller used in a hot rolling line for producing bar steel, wire rod, etc. More specifically, the present invention relates to a sialon firing having excellent hardness and high toughness. The present invention relates to a rolling roll and a guide roller (hereinafter referred to as "ceramics roller") formed of a unit.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
条鋼、線材等を製造する熱間圧延ラインに使用される圧
延ロールやガイドローラは、合金鋼や超硬等の金属製の
ものが主に使用されていたが、金属製のものは摩耗が激
しく短寿命である等の課題があった。そこで、金属製の
ものにかわるものとして、耐摩耗性、耐熱性、軽量であ
る等の優れた特性を利用したセラミックス製のロール又
はローラ、例えば窒化珪素系セラミックスロール、が使
用されあるいは開示されている。
2. Description of the Related Art
The rolling rolls and guide rollers used in the hot rolling line for manufacturing bar steel and wire rods were mainly made of metal such as alloy steel and cemented carbide. There were problems such as short life. Therefore, as an alternative to a metal roll, a ceramic roll or roller utilizing excellent properties such as wear resistance, heat resistance, and light weight, for example, a silicon nitride ceramic roll is used or disclosed. There is.

【0003】例えば、特開昭62ー104616号公報
においては、少なくとも被圧延材との接触面を気孔率1
%以下の緻密質の窒化珪素質セラミックスで形成し、該
接触面の面粗さを6s以下としたことを特徴とする圧延
用ガイドローラが開示されている。このローラは、ロー
ラ材質の気孔率、被圧延材との接触面の粗さを限定する
ことにより、被圧延材のローラ表面への付着やローラの
摩耗粉が被圧延材に付着し傷が付くことを防止する工夫
がなされている。しかしながら、上記のようなセラミッ
クスローラにおいては、被圧延材がローラへ付着するの
を防止する点について改善性が認められるものの、ロー
ラ自体の強度、特に耐熱衝撃性、についての考慮が十分
とは言えず、また耐摩耗性については未だ十分とは言い
得ず、特にローラの寿命をも考慮した高温耐摩耗性につ
いては、一層改善の余地があった。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-104616, at least the contact surface with the material to be rolled has a porosity of 1
%, A guide roller for rolling is disclosed, which is formed of dense silicon nitride ceramics and has a surface roughness of the contact surface of 6 s or less. This roller limits the porosity of the roller material and the roughness of the contact surface with the material to be rolled, so that the material to be rolled adheres to the roller surface and the abrasion powder of the roller adheres to the material to be rolled, causing scratches. It is designed to prevent this. However, in the ceramic roller as described above, although the improvement in the point of preventing the material to be rolled from adhering to the roller is recognized, the strength of the roller itself, particularly the thermal shock resistance, can be considered sufficiently. Moreover, it cannot be said that the wear resistance is still sufficient, and there is room for further improvement especially in the high temperature wear resistance in consideration of the life of the roller.

【0004】また、特開平6ー277733号公報にお
いては、熱間圧延ラインに使用されるセラミックスロー
ラであって、800℃におけるビッカース硬度が9.0
GPa以上の窒化珪素材料を用いて構成される熱間圧延
セラミックスローラ、また1000℃におけるビッカー
ス硬度が10.0GPa以上の窒化珪素材料を用いて構
成される熱間圧延セラミックスローラが開示されてい
る。この技術では、熱間圧延ラインに使用されるローラ
に、所定のビッカース硬度を有する窒化珪素材料を用い
ことにより、耐摩耗性及び耐熱衝撃性の課題に対処した
ものである。
Further, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-277733, a ceramic roller used in a hot rolling line has a Vickers hardness of 9.0 at 800 ° C.
A hot-rolled ceramics roller made of a silicon nitride material having a GPa or higher, and a hot-rolled ceramics roller made of a silicon nitride material having a Vickers hardness of 10.0 GPa or higher at 1000 ° C. are disclosed. This technique addresses the problems of wear resistance and thermal shock resistance by using a silicon nitride material having a predetermined Vickers hardness for a roller used in a hot rolling line.

【0005】ところで、窒化珪素(Si3N4)焼結体、特
にサイアロン焼結体は高温用セラミックスとして注目さ
れ、高温構造用部品、例えば自動車エンジン部品、への
応用が進められ、その靭性値をより高める試みがなされ
ている。しかし、Si3N4は共有結合性の強い化合物のた
めSi3N4粉末単体で焼結、成形するのは難しく、通常Mg
O、Y2O3、Al2O3等の酸化物を焼結助剤として加え焼結を
行っており、現在はY2O3、Al2O3の複合添加が主流にな
っている。焼結においてSi3N4粉末表面に存在するSiO2
とが液相を形成し、この中にSi3N4が溶解し、そこからS
i3N4が再析出し、緻密化し焼結体が得られる。焼結助剤
として添加した酸化物は、Si3N4の結晶格子中に一部固
溶しサイアロンを形成するが、その固溶量は僅かである
ため、この酸化物はSi3N4粒界にアモルファス粒界相を
形成される。このため、得られる焼結体は柱状のSi3N4
粒子またはサイアロン粒子とアモルファス粒界相の2相
混合組織から成っている。このようにして得られたSi3N
4焼結体の靭性値は、構造用部材として使用するために
は十分ではなかった。
By the way, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) sintered body, particularly a sialon sintered body, has attracted attention as a ceramic for high temperature, and its application to high temperature structural parts, such as automobile engine parts, has been advanced, and its toughness value has been increased. Attempts have been made to increase the However, since Si 3 N 4 is a compound with a strong covalent bond, it is difficult to sinter and mold Si 3 N 4 powder alone.
Oxides such as O, Y 2 O 3 and Al 2 O 3 are added as sintering aids for sintering, and at present, composite addition of Y 2 O 3 and Al 2 O 3 is the mainstream. SiO 2 existing on the surface of Si 3 N 4 powder during sintering
And form a liquid phase in which Si 3 N 4 dissolves, from which S
i 3 N 4 is re-precipitated and densified to obtain a sintered body. The oxide added as a sintering aid partially forms a solid solution in the crystal lattice of Si 3 N 4 to form sialon, but since the amount of solid solution is very small, this oxide contains Si 3 N 4 grains. An amorphous grain boundary phase is formed in the boundary. For this reason, the obtained sintered body is columnar Si 3 N 4
It is composed of a two-phase mixed structure of grains or sialon grains and an amorphous grain boundary phase. Si 3 N thus obtained
4 The toughness value of the sintered body was not sufficient for use as a structural member.

【0006】そこで、従来からこのSi3N4焼結体の高靭
性化にあたりLange等は、一次原料中のα-Si3N4が多い
ほど破壊靭性値が高くなることを報告している(Am.Cer
am.Soc.Bull.,62,1369,1983)。また、Farber等はSi3N4
の結晶格子のアスペクト比が大きいほど靭性値が高くな
ることを報告している(Acta.Metall.,31,565-576,577-
584,1983)。また、他の方法としてSi3N4に周期律表第
4a、5a、6a族の炭化物、珪化物あるいは硼化物等の
硬質粒子を焼結体に分散させ、硬質粒子によってクラッ
クを偏向させようとする方法が採用されている。
[0006] Therefore, in increasing the toughness of this Si 3 N 4 sintered body, Lange et al. Have reported that the fracture toughness value increases as the amount of α-Si 3 N 4 in the primary raw material increases. Am.Cer
am.Soc.Bull., 62,1369,1983). Furthermore, Farber like Si 3 N 4
It has been reported that the larger the aspect ratio of the crystal lattice of, the higher the toughness value (Acta.Metall., 31,565-576,577-
584, 1983). Another method is to disperse hard particles such as carbides, silicides or borides of groups 4a, 5a and 6a of the periodic table in a sintered body in Si 3 N 4 and deflect cracks by the hard particles. The method is adopted.

【0007】しかしながら、Si3N4粒子またはサイアロ
ン粒子自体の針状化によって高靭性化する方法では、靭
性値が母材であるSi3N4粒子の粒界相の特性に大きく影
響を受けるため、靭性値の向上にも限界があった。また
硬質粒子分散系においても、まったく配合しないものに
比較して確かに靭性向上は認められるものの、前記と同
様の理由により、硬質粒子本来の添加効果が十分に発揮
されず、JIS-R1607に規定されるIF法で求めた破壊靭性
値KICの値が5MPa・m1/2を越えるものが得られないとい
う課題があった。そこで本発明の目的は、サイアロン焼
結体の粒界相の組成を最適化し、サイアロン粒子本来の
特性の高硬度、優れた耐熱性に加え高靭性を有するサイ
アロン焼結体よりなるセラミックスローラを提供するこ
とにある。
However, in the method of increasing the toughness by making the Si 3 N 4 particles or the sialon particles themselves acicular, the toughness value is greatly affected by the characteristics of the grain boundary phase of the Si 3 N 4 particles as the base material. However, there was a limit in improving the toughness value. Further, even in the hard particle dispersion system, although the toughness is certainly confirmed to be improved as compared with the one which is not blended at all, for the same reason as described above, the original addition effect of the hard particles is not sufficiently exhibited, and it is defined in JIS-R1607. However, there is a problem that the fracture toughness value KIC obtained by the IF method does not exceed 5 MPa · m 1/2 . Therefore, an object of the present invention is to optimize the composition of the grain boundary phase of the sialon sintered body and provide a ceramic roller made of the sialon sintered body having high toughness in addition to high hardness and excellent heat resistance which are the original properties of the sialon particles. To do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、高靭性サイ
アロン焼結体を得るためには、粒界相の組成及び、その
総量が重要であるという見地に基づき上記課題に対し検
討を重ねた結果、サイアロン粒子および粒界相からなる
サイアロン焼結体において、粒界相の総量が20重量%以
下であり、かつ、粒界相組成の特定領域において、サイ
アロン焼結体が高靭性を示すことを見いだした。すなわ
ち、本発明のセラミックスローラは、サイアロン粒子お
よび粒界相により構成されるサイアロン焼結体よりな
り、前記粒界相の総量が20重量%以下であるとともに、
粒界相の酸化物換算したSi、Al、およびYがSiO2-Al2O3-
Y2O3三成分系を示す図1の三角図(重量%で示す。)の
点A(20,10,70)、点B(20,25,55)、点C(30,25,
45)、点D(30,10,60)の4点で囲まれる領域にあるサ
イアロン焼結体よりなる高硬度に加え高い破壊靭性値を
有することを特徴とする。また、本発明のセラミックス
ローラは、空孔率10%以下、結晶粒径が20μm以
下、表面粗さが0.1μm〜10μm以下であることを
特徴とする。そして、前記セラミックスローラは、5MP
a・m1/2以上の破壊靭性値を有し、800℃におけるビッ
カース硬さが800以上である。
Means for Solving the Problems The present inventor has repeatedly studied the above problems from the viewpoint that the composition of the grain boundary phase and the total amount thereof are important for obtaining a high toughness sialon sintered body. As a result, in the sialon sintered body composed of sialon particles and the grain boundary phase, the total amount of the grain boundary phase is 20% by weight or less, and the sialon sintered body exhibits high toughness in a specific region of the grain boundary phase composition. I found a thing. That is, the ceramics roller of the present invention comprises a sialon sintered body composed of sialon particles and a grain boundary phase, and the total amount of the grain boundary phases is 20% by weight or less,
Si, Al, and Y converted into oxides of the grain boundary phase are SiO 2 -Al 2 O 3-
Point A (20,10,70), point B (20,25,55), point C (30,25,5) of the triangular diagram (shown by weight%) of Y 2 O 3 ternary system in FIG.
45), and is characterized by having a high fracture toughness value in addition to the high hardness of the sialon sintered body in the region surrounded by four points D (30, 10, 60). The ceramic roller of the present invention is characterized by having a porosity of 10% or less, a crystal grain size of 20 μm or less, and a surface roughness of 0.1 μm to 10 μm or less. And the ceramic roller is 5MP
It has a fracture toughness value of a · m 1/2 or more and a Vickers hardness of 800 or more at 800 ° C.

【0009】サイアロン焼結体の靭性は、主相である
β′サイアロンはもちろん第2相である粒界相の性質に
大きく影響を受ける。本発明のセラミックスローラは、
サイアロン焼結体の粒界相組成を特定領域に限定した高
密度、高硬度で高靭性を有するサイアロン焼結体よりな
る。本発明のセラミックスローラにおいて、空孔率10
%以下、結晶粒度20μm以下、表面粗さが0.1μm
〜10μm以下に限定するのは、熱衝撃強度を付与する
ためである。
The toughness of the sialon sintered body is greatly influenced by the properties of the main phase β'sialon and of course the second phase, the grain boundary phase. The ceramic roller of the present invention is
The sialon sintered body has a high density, high hardness, and high toughness in which the grain boundary phase composition of the sialon sintered body is limited to a specific region. In the ceramic roller of the present invention, the porosity is 10
% Or less, grain size 20 μm or less, surface roughness 0.1 μm
The reason for limiting the thickness to 10 μm or less is to impart thermal shock strength.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳述する。本発明
のセラミックスローラを形成するサイアロン焼結体はβ
´サイアロンを主成分とし、これの粒界にはSi-Al-Y-O-
Nからなると考えられる粒界相が存在する実質的にはサ
イアロン−粒界相の2相混合組織からなる。ここでβ´
サイアロンの組成は組成式 Si6-zAlzOzN8-zで表され、
zの値は0〜4.2の範囲をとれるが、望ましくはz=0〜1
が適当である。z値が大きくなると、サイアロン中への
Al、Oの固溶量が多くなるため、焼結性が低下し、構造
部品として耐え得る程度の高密度焼結体が得られなくな
るためである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention is described in detail below. The sialon sintered body forming the ceramic roller of the present invention is β
´ Sialon is the main component, and Si-Al-YO-
The grain boundary phase, which is considered to be composed of N, is present, and substantially consists of a two-phase mixed structure of sialon-grain boundary phase. Where β '
The composition of sialon is represented by the composition formula Si 6-z Al z O z N 8-z ,
The value of z can be in the range of 0 to 4.2, but preferably z = 0 to 1
Is appropriate. As the z value increases, the
This is because the amount of solid solution of Al and O increases, so that the sinterability decreases, and it becomes impossible to obtain a high-density sintered body that can withstand as a structural component.

【0011】本発明のセラミックスローラを形成するサ
イアロン焼結体によれば、粒界相の総量が20重量%以下
である必要があるが、これは粒界相の総量が20重量%以
下の場合、粒界相が母材であるサイアロン粒子の間に分
散して存在するため、クラックが発生した時、粒界に沿
ってクラックが蛇行し、高い靭性を持つ焼結体が得られ
るのに対し、20重量%を越えると、直径1μm以上の粒
界相の大きな塊が出現し、クラックが粒界で蛇行せず大
きな粒界中を直進するため、粒界相組成を最適化して粒
界相の靭性を改善しても靭性が低下するからである。
According to the sialon sintered body forming the ceramics roller of the present invention, it is necessary that the total amount of the grain boundary phases is 20% by weight or less. This means that when the total amount of the grain boundary phases is 20% by weight or less. Since the grain boundary phase is dispersed and present between the sialon particles as the base material, when cracks occur, the cracks meander along the grain boundaries, whereas a sintered body having high toughness can be obtained. When it exceeds 20% by weight, a large lump of grain boundary phase with a diameter of 1 μm or more appears, and cracks do not meander at the grain boundary but go straight through the large grain boundary. Therefore, the grain boundary phase composition is optimized and the grain boundary phase is optimized. Even if the toughness is improved, the toughness is reduced.

【0012】本発明のセラミックスローラを形成するサ
イアロン焼結体によれば、粒界相の酸化物換算したSi、
Al、およびYをSiO2-Al2O3-Y2O3三成分系を示す添付図1
の三角図(重量%で表す。)で表した場合、点A(20,1
0,70)、点B(20,25,55)、点C(30,25,45)、点D(3
0,10,60)の4点で囲まれる領域にある必要がある。な
お、酸化物換算したSi、Al、およびYとは、粒界相に含
まれるSi、Al、Yが酸化物として存在したときの量をい
い、具体的には粒界相に含まれるSi、Al、Yの量を求
め、それに基づき各々が酸化物とした場合の量を算出す
ることにより求めることができる。
According to the sialon sintered body forming the ceramics roller of the present invention, Si converted into oxide of the grain boundary phase,
Attached figure 1 showing Al and Y as a ternary system of SiO 2 -Al 2 O 3 -Y 2 O 3
In the triangle diagram (expressed in% by weight) of point A (20,1)
0,70), point B (20,25,55), point C (30,25,45), point D (3
It must be in the area surrounded by 4 points (0, 10, 60). The oxide-converted Si, Al, and Y are the amounts of Si, Al, and Y contained in the grain boundary phase when present as an oxide, specifically, Si contained in the grain boundary phase, It can be determined by determining the amounts of Al and Y, and then calculating the amounts when each is an oxide.

【0013】図1において、線分ABはSiO2量20%の位置
を示し、線分CDはSiO2量30%の位置を示す。また、線分
DAはAl2O3量10%、線分BCはAl2O3量25%を示す。線分AB
より下側の領域は、SiO2が少くなり破壊靭性値は改善さ
れず、更にSiO2が減ることにより液相生成温度が高くな
るため緻密化が困難となる。一方、線分CDより上側の領
域でも、靭性値の改善は殆ど見られない。また、線分DA
より左側の領域では、Al2O3量が少なくなるため、前記S
iO2の場合と同様、液相生成温度が高くなり緻密化が困
難となり、一方、線分BCより右側の領域では靭性値が低
下する。以上の理由から、構造用部材として耐え得る焼
結体密度、及び高い靭性値を有するサイアロン焼結体の
得られる粒界相組成の領域は点ABCDで囲まれる四角形内
の領域であることが解った。
In FIG. 1, the line segment AB indicates the position where the amount of SiO 2 is 20%, and the line segment CD indicates the position where the amount of SiO 2 is 30%. Also, the line segment
DA indicates an Al 2 O 3 amount of 10%, and line segment BC indicates an Al 2 O 3 amount of 25%. Line segment AB
In the lower region, the amount of SiO 2 is small and the fracture toughness value is not improved. Further, the amount of SiO 2 is decreased and the liquidus formation temperature is increased, which makes it difficult to densify. On the other hand, in the region above the line segment CD, the toughness value is hardly improved. Also, the line segment DA
In the region on the left side, the amount of Al 2 O 3 decreases, so
As in the case of iO 2 , the liquidus formation temperature rises, making densification difficult, while the toughness value decreases in the region to the right of the line segment BC. From the above reason, it is understood that the area of the grain boundary phase composition obtained in the sialon sintered body having the sintered body density and the high toughness value that can be endured as the structural member is the area within the quadrangle surrounded by the points ABCD. It was

【0014】次に、本発明のセラミックスローラを形成
するサイアロン焼結体の製造には、原料粉末としてSi3N
4粉末、Al2O3粉末、Y2O3粉末、SiO2粉末、AlN固溶体粉
末またはAlN粉末を用いる。Si3N4粉末それ自体α-Si3N4
粉末、β-Si3N4粉末いずれでも用いることができ、それ
らの粒径は0.3μm〜3.0μmであることが望ましい。Al
N固溶体粉末およびAlN粉末は、β´サイアロンの合成反
応を起こさせるために添加し、Si3N4粉末及び焼結助剤
と化1の反応式に従いβ´サイアロンを合成する。
Next, in the production of the sialon sintered body forming the ceramics roller of the present invention, Si 3 N is used as the raw material powder.
4 powder, Al 2 O 3 powder, Y 2 O 3 powder, SiO 2 powder, AlN solid solution powder or AlN powder is used. Si 3 N 4 powder itself α-Si 3 N 4
Both powder and β-Si 3 N 4 powder can be used, and their particle size is preferably 0.3 μm to 3.0 μm. Al
The N solid solution powder and the AlN powder are added in order to cause a synthesis reaction of β'sialon, and β'sialon is synthesized according to the reaction formula of Si 3 N 4 powder and a sintering aid.

【0015】[0015]

【化1】 Embedded image

【0016】以上のようにAlN粉末によりサイアロンの
合成反応が行われるが、AlN固溶体粉末、例えば21R(6A
lN・SiO2)等を用いることによりサイアロンの合成反応
が更に促進されるためAlN固溶体粉末を用いるほうが望
ましい。本発明のセラミックスローラは、これら粉末を
用いて、粒界相の酸化物換算したSi、Al、YがSiO2-Al2O
3-Y2O3三成分系を示す添付図1に示す三角図(重量%で
表す。)において点A(20,10,70)、点B(20,25,5
5)、点C(30,25,45)、点D(30,10,60)の4点で囲まれ
る領域内に入るように、秤量、配合し、有機バインダー
を加え、湿式で混合した後、所定の混合粉末を得る。こ
のようにして得られた混合粉末を公知の成形方法、例え
ばプレス成形、冷間静水圧プレス等により所望の形状に
成形する。
As described above, the synthesis reaction of sialon is carried out by the AlN powder, but the AlN solid solution powder, for example, 21R (6A
It is preferable to use AlN solid solution powder because the synthesis reaction of sialon is further promoted by using 1N · SiO 2 ). In the ceramic roller of the present invention, using these powders, Si, Al, and Y converted into oxide of the grain boundary phase are SiO 2 -Al 2 O.
Point A (20,10,70), point B (20,25,5) in the triangular diagram (expressed by weight%) shown in the attached Figure 1 showing the 3- Y 2 O 3 ternary system.
5), point C (30, 25, 45), and point D (30, 10, 60) are weighed and mixed so that they fall within the area surrounded by 4 points, after adding an organic binder and mixing by wet method , To obtain a predetermined mixed powder. The mixed powder thus obtained is molded into a desired shape by a known molding method, for example, press molding, cold isostatic pressing or the like.

【0017】次に得られた成形体を公知の脱脂方法、例
えば大気中脱脂、雰囲気中脱脂等により、混合時に加え
た有機バインダーを成形体中から取り除く。次に得られ
た脱脂体を公知の焼結方法、例えば常圧焼結、ガス圧焼
結、ホットプレス等で焼結し、緻密な焼結体を得る。こ
の時の焼結温度は高温にし過ぎると、Si3N4の分解反応
が起こるため、1900℃以下、特に1700〜1800℃の窒素ガ
ス含有非酸化性雰囲気であることが望ましい。この焼結
によれば、添加したAlN固溶体粉末及びAl2O3粉末の一部
は、Si3N4中に固溶しβ´サイアロンを形成するが、残
ったAl2O3及び添加したY2O3粉末、Si3N4表面に存在して
いたSiO2は粒界相を形成する。この時の粒界相は、主成
分はSiO2、Al2O3、Y2O3からなる複合酸化物であるが、
一部窒素も固溶し、実質的にはSi-Al-Y-O-Nからなる複
合酸窒化物を形成するものと考えられる。この時の粒界
相組成はSiO2-Al2O3-Y2O3三成分系を示す三角図(重量
%で表す。)において点A(20,10,70)、点B(20,25,
55)、点C(30,25,45)、点D(30,10,60)の4点で囲ま
れる領域内にある。ここで粒界相中の窒素は酸素に対し
置換固溶するがその量は0〜40重量%である。
Next, the organic binder added at the time of mixing is removed from the molded body by a known degreasing method such as degreasing in the air or degreasing in the atmosphere. Next, the obtained degreased body is sintered by a known sintering method such as normal pressure sintering, gas pressure sintering, hot pressing or the like to obtain a dense sintered body. If the sintering temperature at this time is too high, a decomposition reaction of Si 3 N 4 occurs, so a nitrogen gas-containing non-oxidizing atmosphere at 1900 ° C. or lower, particularly 1700 to 1800 ° C. is desirable. According to this sintering, a part of the added AlN solid solution powder and Al 2 O 3 powder are dissolved in Si 3 N 4 to form β ′ sialon, but the remaining Al 2 O 3 and added Y 2 O 3 powder and SiO 2 existing on the surface of Si 3 N 4 form a grain boundary phase. The grain boundary phase at this time is a composite oxide composed of SiO 2 , Al 2 O 3 , and Y 2 O 3 as the main components,
It is considered that a part of nitrogen also forms a solid solution and substantially forms a composite oxynitride composed of Si-Al-YON. At this time, the grain boundary phase composition is point A (20, 10, 70), point B (20, 10) in the triangular diagram (expressed by weight%) showing the ternary system of SiO 2 —Al 2 O 3 —Y 2 O 3 twenty five,
5), point C (30, 25, 45), and point D (30, 10, 60). Nitrogen in the grain boundary phase is substituted and solid-dissolved with oxygen, but the amount is 0 to 40% by weight.

【0018】[0018]

【実施例1】原料粉末としてSi3N4粉末(BETT比表面積
7.1m2/g、α化率90.7%、不純物酸素量1.2重量%)とAl
N固溶体粉末(組成6AlN・SiO2、平均粒経2.5μm)、Y2O
3粉末(純度99.9%、平均粒経1.2μm)、Al2O3粉末(純
度99.9%、平均粒経0.6μm)、SiO2粉末(純度99.8%、
平均粒経1.0μm)を用いて種々のサイアロン焼結体を
得た。焼結体は上記粉末混合後、1ton/cm2の圧力で16×
16×5mmの大きさになるよう金型プレス成形し、得られ
た成形体をSi3N4製のるつぼに入れ、カーボンヒーター
を用い、常圧N2ガス気流中で1750℃5時間の条件で焼結
することにより得た。
Example 1 Si 3 N 4 powder (BETT specific surface area) as raw material powder
7.1m 2 / g, α conversion rate 90.7%, impurity oxygen content 1.2% by weight) and Al
N solid solution powder (composition 6AlN ・ SiO 2 , average particle size 2.5 μm), Y 2 O
3 powders (purity 99.9%, average particle size 1.2 μm), Al 2 O 3 powder (purity 99.9%, average particle size 0.6 μm), SiO 2 powder (purity 99.8%,
Various sialon sintered bodies were obtained by using an average grain size of 1.0 μm). Sintered body is mixed with the above powder, and 16 × at a pressure of 1 ton / cm 2.
Mold press-molded to a size of 16 x 5 mm, put the resulting molded body in a Si 3 N 4 crucible, and use a carbon heater in a normal pressure N 2 gas stream at 1750 ° C for 5 hours It was obtained by sintering at.

【0019】得られた焼結体を超硬製の粉砕型の中に入
れ、衝撃荷重を加え、45μm以下の微粒子とした。その
後、75℃1規定塩酸中で粒界相のみを選択的に溶解させ
た溶液をセイコー電子製ICP発光分析装置SPS-1100に
より分析し、粒界相のSi、Al、Y量を求め、さらにこれ
を酸化物換算した。表1に粒界相の組成をSiO2、Al
2O3、Y2O3の百分率で表したものと、焼結体中の粒界相
の合計量を示す。一方、得られた焼結体は水中置換法で
密度を測定後、焼結体の一面をラッピングにより研磨
し、JIS-R1607に規定されている圧子圧入法IF法により
破壊靭性値KICを求めた。この時の試験荷重は30kgとし
た。結果は表1に示した。
The obtained sintered body was put in a crushing die made of cemented carbide and impact load was applied to obtain fine particles of 45 μm or less. After that, a solution in which only the grain boundary phase is selectively dissolved in 1N hydrochloric acid at 75 ° C. is analyzed by an ICP emission spectrometer SPS-1100 manufactured by Seiko Denshi Co., Ltd., and the amounts of Si, Al, and Y in the grain boundary phase are obtained. This was converted to oxide. Table 1 shows the composition of the grain boundary phase as SiO 2 or Al.
The percentages of 2 O 3 and Y 2 O 3 and the total amount of grain boundary phases in the sintered body are shown. On the other hand, the density of the obtained sintered body was measured by the underwater substitution method, one surface of the sintered body was polished by lapping, and the fracture toughness value KIC was obtained by the indenter IF method specified in JIS-R1607. . The test load at this time was 30 kg. The results are shown in Table 1.

【0020】[0020]

【実施例2】サイアロン焼結体により形成された本発明
のセラミックスローラを銅圧延の仕上ロールとして圧延
に供した。その結果、耐摩耗性、肌共に非常に良好で、
長期間何等問題なく圧延に供された。また、銅線材(線
材の直径が約1mm)圧延にも供され、同様に何等問題
なく圧延に供された。特に、クロームメッキ鋼製ローラ
使用の場合のような、銅粉付着による線材に傷がつくよ
うな問題は皆無となった。
Example 2 The ceramics roller of the present invention formed of a sialon sintered body was used as a copper rolling finish roll for rolling. As a result, wear resistance and skin are very good,
It was used for rolling for a long time without any problems. Further, it was also used for rolling a copper wire rod (the diameter of the wire rod is about 1 mm), and similarly, it was used for rolling without any problems. In particular, there is no problem that the wire material is damaged by the copper powder adhesion as in the case of using the chrome-plated steel roller.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】表1の結果によると、粒界相組成範囲内
(図1でABCDで囲まれる領域)の焼結体はいずれも優れ
た破壊靭性値を示し、5MPa・m1/2以上であった。更にAl2
O3が10〜20%の間、SiO2は20〜30%の間で囲まれる領域
は、特に優れた破壊靭性値を示し、いずれもKICで6MPa
・m1/2を越える物が得られた。NO.11〜18の焼結体は
本願発明の範囲を外れるため破壊靭性値KICあるいはビ
ッカース硬さが不十分である。
According to the results shown in Table 1, all the sintered bodies within the grain boundary phase composition range (the area surrounded by ABCD in FIG. 1) have excellent fracture toughness values of 5 MPa · m 1/2 or more. It was Further Al 2
The region surrounded by O 3 of 10 to 20% and SiO 2 of 20 to 30% has a particularly excellent fracture toughness value, and both have a KIC of 6 MPa.
・ Products exceeding m 1/2 were obtained. Since the sintered bodies of Nos. 11 to 18 are out of the range of the present invention, the fracture toughness value KIC or Vickers hardness is insufficient.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のセラミック
スローラは、サイアロンと粒界相の機械的特性を有効に
発現できるため高密度、高硬度に加え高い破壊靭性値を
有するサイアロン焼結体からなり、耐摩耗性に優れてい
る。このため耐摩耗性が更に改善されたセラミックスロ
ーラとしての信頼性を向上し、実用化促進の効果大であ
る。
As described in detail above, the ceramic roller of the present invention can effectively exhibit the mechanical properties of the sialon and the grain boundary phase, so that the sialon sintered body has high fracture toughness in addition to high density and high hardness. And has excellent wear resistance. For this reason, the reliability of the ceramics roller with further improved abrasion resistance is improved, and the practical use is greatly promoted.

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

【図1】本発明のセラミックスローラを形成するサイア
ロン焼結体における粒界相の組成範囲を表すSiO2-Y2O3-
Al2O3三成分系の三角図である。
FIG. 1 shows a composition range of a grain boundary phase in a sialon sintered body forming a ceramic roller of the present invention SiO 2 —Y 2 O 3
FIG. 3 is a triangular diagram of an Al 2 O 3 ternary system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(なし) (None)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サイアロン粒子および粒界相により構成
されるサイアロン焼結体であって、前記粒界相の総量が
20重量%以下であるとともに、粒界相の酸化物換算した
Si、Al、およびYがSiO2-Al2O3-Y2O2三成分系を示す図1の
三角図中の点A(20,10,70)、点B(20,25,55)、点C
(30,25,45)、点D(30,10,60)の4点で囲まれる領域
にあるサイアロン焼結体よりなることを特徴とするセラ
ミックスローラ。
1. A sialon sintered body composed of sialon particles and a grain boundary phase, wherein the total amount of the grain boundary phase is
Not more than 20% by weight and converted to oxides of the grain boundary phase
Point A (20,10,70), point B (20,25,55) in the triangular diagram of FIG. 1 in which Si, Al, and Y represent a ternary system of SiO 2 -Al 2 O 3 -Y 2 O 2 , Point C
(30, 25, 45), D (30, 10, 60) A ceramic roller characterized by being made of a sialon sintered body in a region surrounded by four points.
【請求項2】 空孔率10%以下、結晶粒径が20μm
以下、表面粗さが0.1μm〜10μm以下であること
を特徴とする請求項1記載のセラミックスローラ。
2. A porosity of 10% or less and a crystal grain size of 20 μm.
The ceramic roller according to claim 1, which has a surface roughness of 0.1 μm to 10 μm.
【請求項3】 5MPa・m1/2以上の破壊靭性値を有し、8
00℃におけるビッカース硬さが800以上であること
を特徴とする請求項1又は請求項2記載のセラミックス
ローラ。
3. A fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more, 8
The Vickers hardness at 00 ° C. is 800 or more, and the ceramics roller according to claim 1 or 2.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002292412A (en) * 2001-03-30 2002-10-08 Kobe Steel Ltd Ceramic roll and its grinding method, and grinding wheel
JP2004527434A (en) * 2000-11-28 2004-09-09 ケンナメタル インコーポレイテッド SiAlON containing ytterbium and method for producing the same
WO2006068220A1 (en) * 2004-12-22 2006-06-29 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Sialon insert and cutting tool equipped therewith

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