JPH11267538A

JPH11267538A - 粉砕機用部材

Info

Publication number: JPH11267538A
Application number: JP7627798A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sakagami; 勝伺坂上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-05
Anticipated expiration: 2018-03-24
Also published as: JP3694583B2

Abstract

(57)【要約】【課題】強度、靱性に優れ、割れや欠けの発生がなく、
且つ耐摩耗性に優れた耐久性を有する粉砕機用部材を提
供する。【解決手段】窒化珪素を主体とするマトリックス１中
に、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少な
くとも１種のＴｉ化合物からなる粒子あるいはそのウイ
スカーからなる分散相２を１０〜４０体積％の割合で分
散してなる焼結体であって、マトリックス１中に、Ｗ、
Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの群から選ば
れる少なくとも１種の遷移金属をマトリックス全量中に
金属換算で０．１〜８重量％の割合で含有させて分散相
２のマトリックス１への濡れ性を改善するとともに、気
孔率が３％以下、マトリックス中に点在するボイドの平
均径を０．５〜５μｍの焼結体を粉砕機用部材として用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種粉砕機におけ
る容器、内張材、粉砕用メディア等の被粉砕物と接触す
る表面を有する粉砕機用部材に関するものである。

【０００２】耐摩耗部品、摺動部品、耐蝕性部品、耐熱
用部品、もしくは装飾用部品などに適

【０００３】

【従来の技術】従来、粉砕機は耐衝撃性に優れた金属製
の粉砕機用部材により構成されていたが、被粉砕物の高
純度化、ならびに粉砕機および粉砕機部材の軽量化とい
う近年の要求に対しては、満足し得るものではなかっ
た。

【０００４】すなわち、金属製粉砕機用部材は耐衝撃性
に優れるが、その反面、耐摩耗性が不十分であって、金
属成分であるＦｅ摩耗粉が混入される場合があり、粉砕
物の高純度化は望めなかった。そこで、金属体にコーテ
イングを施した部材が使用されているが、金属は密度が
高いため、粉砕機および粉砕機用部材の重量が大きくな
り、これにより、被粉砕物の容量に対して、大きなウエ
イトを占めていた。

【０００５】そこで、従来の金属製の部材に代えて、ア
ルミナおよびジルコニア等のセラミックスを用いて耐摩
耗性と軽量化を達成したもの、セラミックス表面に金属
コーティングを施して耐熱衝撃性を高めたもの、また、
最近では、耐熱衝撃性に優れた窒化珪素質のセラミック
スを用いたもの（特開平５−３０１７７５号）等が提案
されている。

【０００６】また、セラミックスの強度や靱性などの機
械的特性を改善する事を目的として、アルミナや窒化珪
素の焼結体中に炭化珪素や炭化チタン等のウイスカーを
分散させることが行われている。代表的なものとして特
開昭６３−１８５８６９号、登録２７００９２５号等が
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ナ系セラミックスは耐熱衝撃性に劣り、しかも熱伝導率
も低いため、天然石等の乾式粉砕における温度上昇によ
って耐熱衝撃性の点から満足し得るものではない。金属
をコーテイングしたセラミックスでは、コーティング層
の摩耗や剥離により不純物の混入や粉砕性能が低下する
という問題点がある。また、窒化ケイ素質焼結体は、ア
ルミナに比較して、優れた強度、耐衝撃性を有する反
面、靱性や耐摩耗特性の点で実用上十分に満足できるも
のではなかった。

【０００８】また、窒化珪素質焼結体中に炭化珪素ウイ
スカー等を分散させることにより焼結体の靭性や強度を
向上させることができるものの、窒化珪素及び炭化珪素
は、アルミナに比較して金属との凝着、溶着性が高く、
また硬度が低いために耐摩耗性が低く粉砕機用部材とし
ては十分満足できるものではなかった。

【０００９】これに対して、ＴｉＣ等のＴｉ化合物ウイ
スカーは、金属との凝着、溶着性が小さいことから、炭
化珪素ウイスカーに比較して硬度が高いため、耐摩耗性
の点で優れた効果が期待できる。しかしながら、耐摩耗
性については向上はほとんど見られず、むしろ耐摩耗性
が劣化する傾向にあった。

【００１０】これは、Ｔｉ化合物が、そもそも窒化珪素
との濡れ性、密着性や親和性が悪く、相互適合性が十分
でないためであり、Ｔｉ化合物の形状や添加量などを細
かく制御する必要がある。つまり、相互適合性が悪い物
質を分散させると、添加量や分散粒子の形状によって、
クラックのブリッジング効果により靭性や強度は向上す
るが、焼結性が劣化したり、分散強化物質と窒化珪素マ
トリックスとの相互の結合力が低下し、焼結体表面の分
散相の脱落（脱粒）等が発生するために耐摩耗性は劣化
したものと推察される。

【００１１】従って、本発明の目的は、強度、靱性に優
れ、割れや欠けの発生がなく、且つ耐摩耗性に優れた耐
久性を有する粉砕機用部材を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、窒化珪素系
マトリックス中に分散させて強度、靱性を高めうる分散
相として、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうち
の少なくとも１種のＴｉ化合物からなる粒子あるいはそ
のウイスカーを選択した場合、マトリックス中に特定の
遷移金属を分散させることにより、窒化珪素系マトリッ
クスと、Ｔｉ化合物分散相との濡れ性を改善できるこ
と、さらには、マトリックス中に適度の大きさのボイド
を点在させることにより、強度、靱性のみならず、被粉
砕物との衝撃的な接触に対して、割れや欠けの発生がな
く、優れた耐摩耗性を発揮できることを見いだし、本発
明に至った。

【００１３】即ち、本発明の粉砕機用部材は、窒化珪素
を主体とするマトリックス中に、Ｔｉの窒化物、炭窒化
物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種のＴｉ化合物か
らなる粒子あるいはそのウイスカーを１０〜４０体積％
の割合で分散してなる焼結体であって、前記マトリック
ス中に、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏ
の群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属をマトリッ
クス全量中に金属換算で０．１〜８重量％の割合で含
み、気孔率が３％以下、且つマトリックス中に点在する
ボイドの平均径が０．５〜５μｍであること特徴とする
ものである。

【００１４】特に、前記遷移金属が、前記Ｔｉ化合物の
粒子あるいはウイスカーの周囲に密に存在すること、ラ
マン分光分析法により検出される窒化珪素の２０６ｃｍ
^-1のピーク強度Ｘ₁と、Ｓｉの５２１ｃｍ^-1のピーク強
度Ｘ₂との比（Ｘ₂／Ｘ₁）が０．０５〜３であるこ
と、前記マトリックス全量中、周期律表第３ａ族元素を
酸化物換算で１〜１５重量％、ＡｌあるいはＭｇを酸化
物換算量で０〜７重量％、不純物的酸素を酸化珪素換算
量で１０重量％以下の割合で含有することが望ましい。

【００１５】

【作用】窒化珪素質焼結体の靭性、強度および硬度を向
上させる場合、セラミックウイスカー等を分散させるこ
とが効果的であるが、本発明によれば、このような分散
相を、ＴｉＣ等のＴｉ化合物によって構成するととも
に、かかる分散相を分散するマトリックス中に、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの群から選ばれ
る少なくとも１種の遷移金属元素を含有させることによ
り、上記遷移金属がＴｉ化合物の周囲に密に凝集するこ
とにより、Ｔｉ化合物からなる分散相のマトリックスへ
の濡れ性を改善して密着性を向上させる作用を成し、焼
結体の靭性や強度とともに、耐摩耗性を向上させること
ができる。

【００１６】また、粉砕機用部材においては、被粉砕物
との衝突に伴う衝撃が断続的に加わるために、微小なク
ラックが発生しやすいが、本発明によれば、マトリック
ス中に点在するボイドの平均径を０．５〜５μｍとする
ことにより、クラックの進展をボイドによって有効的に
阻止することができる。

【００１７】その結果、本発明によれば、高強度、高靱
性を有し、且つ被粉砕物との衝突に対しても優れた耐摩
耗性を有する、耐久性に優れた粉砕機用部材を提供する
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の粉砕機用部材は、図１の
概略組織図に示すように、窒化珪素を主体とするマトリ
ックス１と、Ｔｉ化合物系分散相２とから構成される。
窒化珪素質マトリックス１は、β−窒化珪素結晶からな
る主相と、少なくとも周期律表第３ａ族元素を含有する
粒界相とを具備する。一方、Ｔｉ化合物系強化相２は、
Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくと
も１種の粒子あるいはウイスカーを主体とするものであ
る。

【００１９】Ｔｉ化合物系強化相２中のＴｉ化合物とし
ては、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少
なくとも１種からなる粒子あるいはウイスカー（繊維状
物質）からなり、例えば、ＴｉＣ，ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、
ＴｉＣＯ、ＴｉＮＯ、ＴｉＣＮＯ等が挙げられる。これ
らの粒子及びウイスカーは、化学量論組成であっても、
又は非化学量論組成からなっているものでもよい。

【００２０】また、前記Ｔｉ化合物は、特にウイスカー
であることが望ましく、その場合、ウイスカーは長繊維
状のもの又は短繊維状のもの、もしくはこれらの混合物
であってもよいが、平均粒径（短軸径）が０．１〜２μ
ｍ、好ましくは０．５〜１．５μｍで、平均アスペクト
比が２〜５０、好ましくは４〜３０であるものが望まし
い。これは、平均粒径が２μｍを越えると焼結性が妨げ
られ、マトリックスとウイスカーの結合力が低下し、焼
結体の靱性、強度及び耐摩耗性が低下するからである。
平均アスペクト比も同様の理由による。

【００２１】又、粒子形状のＴｉ化合物を用いる場合に
は、平均粒径が０．２〜３μｍ、好ましくは０．４〜
１．５μｍであることが望ましい。これは、粒子形状で
ある場合、平均粒径が３μｍをこえるとマトリックスと
の結合力が低下し、焼結体の靱性、強度及び耐摩耗性が
低下するからである。

【００２２】上記Ｔｉ化合物は、粉砕機用部材全量中に
おいて、１０〜４０体積％、特に１５〜３０体積％の割
合で含有されていることが望ましい。上記含有量が１０
体積％よりも少ないとＴｉ化合物による機械的特性の向
上効果が期待できず、含有量が４０体積％を超えると焼
結性やマトリックスとの結合力が低下し、強度や耐摩耗
性が低下し、耐久性が劣化する。

【００２３】本発明によれば、上記マトリックス中に、
Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの群から
選ばれる少なくとも１種の遷移金属を含有することが重
要である。これらの遷移金属の存在によって、Ｔｉ化合
物系強化相２のマトリックス１との濡れ性を改善し、相
互適合性を向上させることができるのである。

【００２４】上記のようにマトリックス１中に前記遷移
金属が含まれる場合、組織上、図１に示すように、Ｔｉ
化合物系分散相２の周囲に前記遷移金属が金属あるいは
酸化物、窒化物、酸窒化物もしくは珪化物等の化合物と
して凝集部３を形成する性質を有する。このように遷移
金属あるいはその化合物として、Ｔｉ化合物の周囲に密
に存在した凝集部３を形成することにより、分散相２と
マトリックス１との濡れ性の向上に寄与できる。なお、
上記凝集部３は、必ずしも分散相２の全周囲に形成され
ていなくても、分散相２の５０％以上に形成されていれ
ば、その効果が十分に発揮される。この凝集部３の厚み
は、特に限定されるものではないが、好ましくは平均で
０．１〜０．５μｍ程度が望ましい。

【００２５】なお、前記遷移金属は、マトリックス全量
中に、０．１〜８重量％の割合で含有されることが必要
であり、特に強度や耐摩耗性の向上の点で０．３〜５重
量％、また０．５〜４重量％でさらに耐摩耗性を向上で
きる。

【００２６】また、マトリックスは、窒化珪素を主体と
するものであり、窒化珪素結晶相は、平均粒径（短軸
径）が０．５〜２μｍ、平均アスペクト比が３以上の針
状のβ−窒化珪素粒子からなり、それが互いに絡み合っ
た構造となることで、焼結体の破壊靱性および強度の向
上に寄与する。

【００２７】さらに、上記マトリックス中には、焼結助
剤成分として、周期律表第３ａ族元素を含み、その含有
量は酸化物換算で１〜１５重量％、好適には３〜１０重
量％であることが望ましい。上記周期律表第３ａ族元素
としては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｍ等が挙げられ、
これらの中でもＹ、Ｙｂ，Ｅｒが好適である。

【００２８】その他の焼結助剤としては、Ａｌあるいは
Ｍｇを酸化物換算量で０〜７重量％、好適には０〜５重
量％、さらに不純物的酸素を酸化珪素換算量で１０重量
％以下、好適には１〜８重量％の割合でそれぞれ含むこ
とが望ましい。

【００２９】ここで、上記不純物的酸素とは、焼結体中
の全酸素量から焼結体中のＹまたは希土類元素（ＲＥ）
およびＡｌあるいはＭｇに対して化学量論組成（ＲＥ₂
Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ）で結合していると仮定され
る酸素量を差し引いた残りの酸素量であり、そのほとん
どは窒化珪素粉末中の不可避的酸素または意図的に添加
されたＳｉＯ₂成分より構成される。

【００３０】前記周期律表第３ａ族元素、Ａｌあるいは
Ｍｇ、不純物的酸素は、窒化珪素結晶相の粒界に、ガラ
ス相を形成するか、または希土類元素−Ｓｉ₃Ｎ₄−Ｓ
ｉＯ₂系の結晶相として存在してもよい。なお、Ａｌ
は、β−窒化珪素結晶相中に一部固溶していてもよい。

【００３１】また、本発明における焼結体は、優れた機
械的特性を得る上で、相対密度が９５％以上、好適には
９８％以上であり、気孔率を３％以下、好適には１．５
％以下であることが、優れた耐摩耗性を達成する上で望
ましい。

【００３２】さらに、本発明における焼結体には、気孔
率３％以下、特に１．５％以下であり平均径が０．５〜
５μｍのボイドを均一に点在させることで、破壊源であ
るクラックが発生した場合において、クラックの伸展を
防止することができる結果、クラックの伸展による破損
や欠損および割損を防止できる。平均径が５μｍを越え
たり、気孔率が３％を超えると、微小な脱粒摩耗やチッ
ピングを併発して耐摩耗性が低下し、平均径が０．５μ
ｍよりも小さいと、ボイドの点在による上記効果が発揮
できない。

【００３３】さらに、本発明によれば、かかる焼結体を
ラマン分光分析法によって分析した時に、微小のＳｉが
検出されることが望ましい。このＳｉは、Ｘ線回折測定
法によって検出することができないレベルの微小な粒子
として存在しているもので、ラマン分光分析法によって
のみ検出されるものである。このＳｉはおそらく窒化珪
素質マトリックス中の窒化珪素結晶粒界中もしくは窒化
珪素粒内に分散しているものと推察される。

【００３４】このようなＳｉをマトリックス中に存在さ
せることにより、焼結体の強度および靱性を高めること
ができる。この理由は定かではないが、おそらく粒界に
分散するＳｉがクラックの進展を妨げる作用をなしてい
るためと推察される。

【００３５】しかし、ここで粒界に存在するＳｉ粒子
は、ごく微量であることが必要であり、例えば、Ｘ線回
折測定法によって検出されるレベルで存在すると、それ
が破壊源となり、焼結体の強度を劣化させてしまう。こ
れに対して、本発明の焼結体は、ごく微量のＳｉまで検
出可能なラマン分光分析法に従い、特定のレベルで存在
することが必要である。

【００３６】具体的にはβ−窒化珪素の２０６ｃｍ^-1付
近に存在するピークの強度をＸ₁、Ｓｉの５２１ｃｍ^-1
付近のピークの強度をＸ₂としたとき、Ｘ₂／Ｘ₁で表
されるピーク比が０．０５〜３、好ましくは０．１〜２
であることが望ましい。このピーク比が０．０５よりも
低いと強度、靱性の向上効果が低く、所望の特性が得ら
れず、３を越えると、析出したＳｉ自体が破壊源となり
強度を劣化させてしまうためである。

【００３７】なお、このＳｉは、焼結体の表面と中心部
とで必ずしも同じレベルで存在しておらず、概して、中
心部におけるＳｉ量が表面部のＳｉ量よりも多くなる傾
向にある。従って、上記Ｘ₂／Ｘ₁の値も表面部よりも
中心部の方が大きくなる傾向となる。この場合、本発明
におけるＸ₂／Ｘ₁は、表面部と中心部の平均値として
算出される値とする。

【００３８】次に、本発明の粉砕機用部材を製造する方
法について説明すると、まず、マトリックス成分とし
て、窒化珪素粉末、特にα化率が９０％以上の粉末を用
いるか、あるいは窒化珪素粉末の０〜８０重量％相当量
を珪素粉末に置き換え、珪素粉末を低温で窒化するとα
−Ｓｉ₃Ｎ₄が生成されやすくなり、窒化後の成形体の
α−Ｓｉ₃Ｎ₄の含有量を高めることができる。また、
窒化珪素粉末の平均粒径は、０．４〜１．２μｍ、不純
物酸素量０．５〜１．５重量％が適当である。

【００３９】このようなα−Ｓｉ₃Ｎ₄の含有量の大き
い成形体を焼成すると、針状のβ−窒化珪素結晶相の生
成を増加させることができ、焼結体の強度および靱性を
高くさせることができる。

【００４０】次に、このような窒化珪素粉末に対して、
周期律表第３ａ族元素酸化物、場合によっては、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＭｇＯ、さらにはＳｉＯ₂を、焼成前の成形体組
成が、希土類元素の酸化物換算量が１〜１５重量％、特
に３〜１０重量％、ＭｇＯあるいはＡｌ₂Ｏ₃を７重量
％以下、特に５重量％以下、さらには、成形体中の全酸
素量から周期律表第３ａ族元素酸化物粉末、Ａｌ₂Ｏ₃
粉末中の酸素分を差し引いた残りの酸素量が、ＳｉＯ₂
換算で１０重量％以下、特に８重量％以下となるように
添加する。

【００４１】また、上記の成分の他に、Ｗ、Ｍｏ、Ｍ
ｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくとも１
種の遷移金属の酸化物、窒化物、炭化物もしくは珪化物
粉末を金属に換算して０．１〜８重量％の割合で添加す
る。

【００４２】そして、上記マトリックス成分に対して、
分散相形成成分として、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸
窒化物のうちの少なくとも１種の粒子あるいはウイスカ
ーを１０〜４０体積％の割合で添加混合する。

【００４３】得られた混合粉末を公知の成形法によって
所定の粉砕機部材の形状に成形する。成形方法として
は、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成
形、冷間静水圧成形などの方法が挙げられる。

【００４４】この時、最終的にマトリックス中にボイド
を点在させるには、上記混合粉末を造粒することなく、
成形、焼成するか、あるいは上記混合粉末を一旦３０〜
３００μｍの大きさに造粒した場合には、この造粒粉が
成形時に完全に潰れるような圧力を印加することによ
り、均一に点在させることができる。

【００４５】これは、造粒粉を潰れないような圧力で成
形すると、造粒粉の周囲にのみボイドが凝集してしまう
ためである。なお、ボイド径分布は、用いる原料粉末と
成形時の圧力、さらには焼成条件による緻密化の程度に
よって制御できる。

【００４６】つぎに、この成形体を１６５０〜１８５０
℃、特に１７００〜１８００℃の窒素雰囲気中、特にＳ
ｉＯ含有雰囲気中で公知の焼成方法により、焼結体密度
が理論密度の９５％以上となる条件で焼成緻密化する。
焼成方法としては、常圧焼成、窒素ガス加圧焼成、熱間
静水圧焼成法など周知の焼成方法が採用される。

【００４７】ＳｉＯの雰囲気は、ＳｉＯ₂＋Ｓｉ、もし
くはＳｉＯ₂＋Ｓｉ₃Ｎ₄の混合粉末を成形体が収納さ
れる焼成鉢内に一緒に入れて焼成することにより形成す
ることができる。焼成雰囲気中にＳｉＯを含まない場
合、もしくは１８５０℃を超える焼成温度では、窒化珪
素の分解が激しく、微量の窒化珪素のみを分解させるよ
うな細かな制御が難しい。また、１６５０℃よりも低い
と、焼結性が低下するため、強度、靱性の向上が望めな
い。

【００４８】なお、焼結体中のマトリックス中にＳｉを
残存させるためには、焼成温度を、窒化珪素が常圧にて
珪素と窒素ガスに分解する平衡温度から約３０℃低い温
度範囲内で焼成して、ごく微量のＳｉ₃Ｎ₄を分解さ
せ、分解によって生成されたＳｉがマトリックス中の窒
化珪素結晶粒子の粒界中に存在することになる。なお、
Ｓｉ量は、上記温度範囲での保持時間などにより任意に
制御することが可能である。かかる方法によれば、焼結
体のラマン分光分析におけるＳｉの検出量は、焼結体の
表面部よりも内部のほうが大きくなる傾向にある。

【００４９】また、上記のようにして焼成した焼結体を
さらに熱間静水圧焼成によって、１６００〜１８００℃
の温度で窒素ガス、またはアルゴンガス中で１０００〜
２０００ａｔｍの圧力下で焼成して、さらに緻密化を図
ることもできる。

【００５０】

【実施例】平均粒径が１μｍ、α化率９８％、酸素含有
量が１．２重量％の窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）粉末、平均
粒径が０．７μｍの珪素粉末、平均粒径が１μｍ以下の
各種の周期律表第３ａ族元素酸化物（ＲＥ₂Ｏ₃）、酸
化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）および酸化珪素（ＳｉＯ
₂）の粉末、さらには遷移金属化合物と、Ｔｉ化合物
を、成形体組成が表１，２の比率になるように混合し
た。

【００５１】なお、Ｔｉ化合物としては、平均粒径が
０．５〜１μｍの粒子状、平均粒径（短軸径）が０．８
μｍ、平均アスペクト比が１０〜２０のＴｉ化合物ウイ
スカーを用いた。

【００５２】得られた混合物をスプレードライによって
粒径が４０〜２００μｍの造粒体を作製した。その後、
０．３〜３ｔ／ｃｍ²の圧力でもってラバープレス（ア
イソスタテイックプレス）成形をおこなった。

【００５３】そして、成形体中にＳｉ粉末を含まない場
合には、窒素圧９気圧の窒素中、表１の焼成温度で５時
間焼成し、その後に炉冷して焼結体を得た。また、Ｓｉ
粉末を含む場合には、１１５０℃で５時間加熱して窒化
させ、その後に表１の焼成温度で５時間焼成し、続けて
炉冷して焼結体を得た。なお、ボイドの大きさは成形時
の圧力によって制御した。

【００５４】なお、焼成は、各成形体を成形体重量の５
％のＳｉＯ₂＋Ｓｉ（重量比で１：１）混合粉末を配置
し、炭化珪素質の匣鉢に入れて焼成した。

【００５５】かくして得られた各焼結体に対して、相対
密度、気孔率、強度、靭性、硬度および平均ボイド径を
以下の方法で測定し、その結果を表４に示した。相対密
度および気孔率は、ＪＩＳＲ１６０１にて規定された条
件の形状にまで加工し、アルキメデス法に基づく比重測
定から求めた。強度は、ＪＩＳＲ１６０１に基づき室温
の４点曲げ抗折強度試験をおこなって求めた。靭性は鏡
面仕上げをおこなった試料に対して、ＪＩＳ−Ｒ１６０
７に基づく室温での破壊靱性を測定した。硬度は、ビッ
カース硬度（荷重１ｋｇ）により測定した。さらに平均
ボイド径は、マトリックス部分の走査型電子顕微鏡写真
を用いて画像解析によって調べた。また、気孔率は、Ｊ
ＩＳＣ２１４１に基づく見掛気孔率を求めた。

【００５６】また、摩耗試験として下記のとおり摩耗率
を求める試験を行った。摩耗率については、６０ｍｍ×
３０ｍｍ×６ｍｍの試料板を作製し、表面を平滑に仕上
げて評価面となし、この面に対して、メディアとして水
を含んだＳｉＣ製ＧＣ＃２４０番（粒径８０〜１３０μ
ｍ）を噴射圧力４．０ｋｇ・ｃｍ²で１０分間試料板に
直角（９０°）にあてることにより、試料板の重量変化
を測定し、これを摩耗率とした。

【００５７】さらに、ラマン分光分析法により窒化珪素
の２０６ｃｍ^-1のピーク強度Ｘ₁と、Ｓｉの５２１ｃｍ
^-1のピーク強度Ｘ₂とのＸ₂／Ｘ₁比を求めた。なお、
試料Ｎo.７についてそのラマン分光分析チャートを図２
に示した。

【００５８】また、メディア摩耗率については、上記各
焼結体からなる直径１０ｍｍのボール２５０ｇをメディ
アとし、水３００ｃｃとともに、ポリポットにいれ、振
動ミルで粉砕媒体を混ぜないで行う、からずり試験を１
００時間行った。その後、メディアを取り出し、洗浄お
よび乾燥させ、そのメディアの重量変化により摩耗率を
求めた。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【表２】

【００６１】

【表３】

【００６２】

【表４】

【００６３】表１および表３の結果から明らかな通り、
遷移金属を全く添加しない試料Ｎo.１では、摩耗率が
２．５％、メディア摩耗率が２％と大きく、粉砕機用部
材としての性能が低いものであった。

【００６４】また、表１の結果によると、Ｔｉ化合物の
量が本発明範囲より少ない試料Ｎo.４，３０では、耐摩
耗性の効果が十分でなく、本発明範囲より多い試料Ｎo.
９，３１では、焼結性が低下するとともに、耐摩耗性は
大幅に劣化した。

【００６５】これに対して、本発明に従い、所定量の遷
移金属を添加せしめた本発明試料は、いずれも強度８０
０ＭＰａ以上、靭性７．０ＭＰａ・ｍ^1/2以上、硬度１
５．０ＧＰａ以上の機械的特性を有し、摩耗特性におい
ても摩耗率１％以下、メディア摩耗率１．２％以下の優
れた耐摩耗性を有するものであった。

【００６６】本発明品の中で、ラマン分光分析による強
度比が０．２〜３の試料は、この範囲から逸脱する試料
Ｎo.２２．２５よりもさらに優れた特性を示し、いずれ
も室温強度９００ＭＰａ以上、靱性が７．０ＭＰａ・ｍ
^1/2以上で、摩耗率１％以下、メディア摩耗率１％以下
の優れた特性であった。

【００６７】

【発明の効果】以上の通り、本発明の粉砕用部材は、窒
化珪素を主体とするマトリックス中に、Ｔｉの窒化物、
炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくとも１種のＴｉ化
合物からなる粒子、あるいはそのウイスカーを分散させ
るとともに、特定の遷移金属を含有せしめ、さらに適当
なサイズのボイドを点在させることにより、強度、靱性
および耐摩耗性に優れ、耐久性に優れた粉砕機用部材を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における窒化珪素質焼結体の概略組織図
を示す。

【図２】本発明の窒化珪素質焼結体（試料Ｎo.７）のラ
マン分光分析チャートの一例を示す。

【符号の説明】

１マトリックス２分散相３凝集部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化珪素を主体とするマトリックス中に、
Ｔｉの窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物のうちの少なくと
も１種のＴｉ化合物からなる粒子あるいはそのウイスカ
ーを１０〜４０体積％の割合で分散してなる焼結体であ
って、前記マトリックス中に、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、
Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの群から選ばれる少なくとも１種
の遷移金属をマトリックス全量中に金属換算で０．１〜
８重量％の割合で含み、気孔率が３％以下、且つマトリ
ックス中に点在するボイドの平均径が０．５〜５μｍで
あること特徴とする粉砕機用部材。
【請求項２】前記遷移金属が、前記Ｔｉ化合物の粒子あ
るいはウイスカーの周囲に密に存在することを特徴とす
る請求項２記載の粉砕機用部材。
【請求項３】ラマン分光分析法により検出される窒化珪
素の２０６ｃｍ^-1のピーク強度Ｘ₁と、Ｓｉの５２１ｃ
ｍ^-1のピーク強度Ｘ₂との比（Ｘ₂／Ｘ₁）が０．０５
〜３である請求項１記載の請求項１記載の粉砕機用部
材。
【請求項４】前記マトリックス中において、マトリック
ス全量中、周期律表第３ａ族元素を酸化物換算で１〜１
５重量％、ＡｌあるいはＭｇを酸化物換算量で０〜７重
量％、不純物的酸素を酸化珪素換算量で１０重量％以下
の割合で含有することを特徴とする請求項１記載の粉砕
機用部材。