JPH1179848A - 窒化珪素質焼結体 - Google Patents
窒化珪素質焼結体Info
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- JPH1179848A JPH1179848A JP9234632A JP23463297A JPH1179848A JP H1179848 A JPH1179848 A JP H1179848A JP 9234632 A JP9234632 A JP 9234632A JP 23463297 A JP23463297 A JP 23463297A JP H1179848 A JPH1179848 A JP H1179848A
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
Abstract
(57)【要約】
【課題】優れた室温および高温強度を有しながら、高靱
性を有し、且つ安価に作製することのできる窒化珪素質
焼結体を提供する。 【解決手段】β−窒化珪素結晶相を主相とし、希土類元
素、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含有する粒
界相からなる窒化珪素質焼結体であって、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
とＳｉの５２１ｃｍ-1のピークとの強度比が０．２〜３
となるように制御して、室温強度１０００ＭＰａ以上、
１０００℃強度８００ＭＰａ以上、破壊靭性値（Ｋ1c）
が６ＭＰａ・ｍ1/2 以上の焼結体を得る。なお、焼結体
中には、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を
酸化物換算で２〜８モル％、アルミニウムを酸化物換算
で１〜５モル％、過剰酸素をＳｉＯ2 換算で２〜８モル
％の割合で含有することが望ましい。
性を有し、且つ安価に作製することのできる窒化珪素質
焼結体を提供する。 【解決手段】β−窒化珪素結晶相を主相とし、希土類元
素、珪素、アルミニウム、酸素および窒素を含有する粒
界相からなる窒化珪素質焼結体であって、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
とＳｉの５２１ｃｍ-1のピークとの強度比が０．２〜３
となるように制御して、室温強度１０００ＭＰａ以上、
１０００℃強度８００ＭＰａ以上、破壊靭性値（Ｋ1c）
が６ＭＰａ・ｍ1/2 以上の焼結体を得る。なお、焼結体
中には、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を
酸化物換算で２〜８モル％、アルミニウムを酸化物換算
で１〜５モル％、過剰酸素をＳｉＯ2 換算で２〜８モル
％の割合で含有することが望ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、靭性、強度特性に
優れ、特にピストンピン、エンジンバルブ等の自動車用
部品やガスタ−ビンエンジン用部品等に使用される窒化
珪素質焼結体に関する。
優れ、特にピストンピン、エンジンバルブ等の自動車用
部品やガスタ−ビンエンジン用部品等に使用される窒化
珪素質焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、窒化珪素質焼結体は、耐熱
性、耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジ
ニアリングセラミックス、特にタ−ボロ−タ等の熱機関
用として応用が進められている。
性、耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジ
ニアリングセラミックス、特にタ−ボロ−タ等の熱機関
用として応用が進められている。
【０００３】窒化珪素質焼結体は、通常、焼結性を高め
るために、Ｙ2 Ｏ3 などの希土類元素酸化物やＡｌ2 Ｏ
3 ，ＭｇＯなどの酸化物を添加して焼成することにより
作製される。
るために、Ｙ2 Ｏ3 などの希土類元素酸化物やＡｌ2 Ｏ
3 ，ＭｇＯなどの酸化物を添加して焼成することにより
作製される。
【０００４】このような焼結体のうち、Ｓｉ3 Ｎ4 −希
土類酸化物−ＳｉＯ2 の３元系においては、粒界に種々
の高温特性に優れた粒界結晶相が析出することから優れ
た高温強度、高温耐酸化性が得られるものである。
土類酸化物−ＳｉＯ2 の３元系においては、粒界に種々
の高温特性に優れた粒界結晶相が析出することから優れ
た高温強度、高温耐酸化性が得られるものである。
【０００５】一方、希土類元素酸化物とＡｌ2 Ｏ3 を複
合添加した系は、上記の系に比較して、１８００℃以下
の低温で焼成できることから、安価に焼結体を作製する
ことができる点で汎用性に優れるものである。
合添加した系は、上記の系に比較して、１８００℃以下
の低温で焼成できることから、安価に焼結体を作製する
ことができる点で汎用性に優れるものである。
【０００６】また、窒化珪素質焼結体は、高強度を有す
るものの、靱性が５ＭＰａ・ｍ1/2程度と低いことか
ら、靱性の向上が望まれている。このような靱性の向上
に対しては、焼成時の雰囲気や焼成温度を制御して窒化
珪素からなる柱状結晶の形状を制御したり、炭化珪素な
どの他の化合物からなる粒子や、繊維体を添加して複合
化することも提案されている。
るものの、靱性が５ＭＰａ・ｍ1/2程度と低いことか
ら、靱性の向上が望まれている。このような靱性の向上
に対しては、焼成時の雰囲気や焼成温度を制御して窒化
珪素からなる柱状結晶の形状を制御したり、炭化珪素な
どの他の化合物からなる粒子や、繊維体を添加して複合
化することも提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｉ3
Ｎ4 −希土類酸化物−ＳｉＯ2 の３元系においては、高
温強度に優れた焼結体が得られる反面、Ｓｉ3 Ｎ4 の分
解を抑制しながら１９００℃以上の高温で焼成する必要
があるために、特殊且つ高価な焼成炉を必要とし、製品
コストを高める大きな要因となっていた。
Ｎ4 −希土類酸化物−ＳｉＯ2 の３元系においては、高
温強度に優れた焼結体が得られる反面、Ｓｉ3 Ｎ4 の分
解を抑制しながら１９００℃以上の高温で焼成する必要
があるために、特殊且つ高価な焼成炉を必要とし、製品
コストを高める大きな要因となっていた。
【０００８】また、希土類元素−Ａｌ2 Ｏ3 複合添加系
においては、低温、常圧での焼成が可能であるために、
低コストでの製造が可能である反面、Ａｌ2 Ｏ3 添加系
では、窒化珪素結晶の粒界に低融点化合物が生成されや
すいことから、高温強度が低下しやすいという問題があ
った。
においては、低温、常圧での焼成が可能であるために、
低コストでの製造が可能である反面、Ａｌ2 Ｏ3 添加系
では、窒化珪素結晶の粒界に低融点化合物が生成されや
すいことから、高温強度が低下しやすいという問題があ
った。
【０００９】また、靱性を高める方法として、窒化珪素
結晶の形状を焼成時の雰囲気や焼成温度などによって制
御する方法は、用いる原料特性などにより安定な生産が
難しく、量産性の点で採用しにくく、また、炭化珪素な
どの他の化合物を添加する方法では、ある程度の靱性向
上はみられるが、逆に窒化珪素自体の優れた特性が損な
われたり、さらには、焼結性の低下を招きやすいことか
ら、焼結性を改良する必要があるなどの問題があった。
結晶の形状を焼成時の雰囲気や焼成温度などによって制
御する方法は、用いる原料特性などにより安定な生産が
難しく、量産性の点で採用しにくく、また、炭化珪素な
どの他の化合物を添加する方法では、ある程度の靱性向
上はみられるが、逆に窒化珪素自体の優れた特性が損な
われたり、さらには、焼結性の低下を招きやすいことか
ら、焼結性を改良する必要があるなどの問題があった。
【００１０】したがって、本発明は、優れた室温強度お
よび高温強度を有しながら、高靱性を有し、且つ安価に
作製することのできる窒化珪素質焼結体を提供すること
を目的とするものである。
よび高温強度を有しながら、高靱性を有し、且つ安価に
作製することのできる窒化珪素質焼結体を提供すること
を目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題に
対して検討を重ねた結果、添加成分として、Ｙなどの希
土類元素酸化物とＡｌ2 Ｏ3 とを複合添加した系におい
て、さらに系中のＳｉＯ2 分から焼結体組織中にＳｉと
して析出させた焼結体が、高温強度とともに優れた靱性
を有することを見いだし、本発明に至った。
対して検討を重ねた結果、添加成分として、Ｙなどの希
土類元素酸化物とＡｌ2 Ｏ3 とを複合添加した系におい
て、さらに系中のＳｉＯ2 分から焼結体組織中にＳｉと
して析出させた焼結体が、高温強度とともに優れた靱性
を有することを見いだし、本発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の窒化珪素質焼結体は、β-
窒化珪素結晶相を主相とし、希土類元素、珪素、アルミ
ニウム、酸素および窒素を含有する粒界相からなる窒化
珪素質焼結体であって、ラマン分光分析法により検出さ
れる窒化珪素の２０６ｃｍ-1のピークとＳｉの５２１ｃ
ｍ-1のピークとの比が０．２〜３であることを特徴とす
るものであり、具体的には、室温強度１０００ＭＰａ以
上、１０００℃強度８００ＭＰａ以上、破壊靭性値（Ｋ
1c）が６ＭＰａ・ｍ1/2 以上の特性を有し、さらに希土
類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で
２〜８モル％、アルミニウムを酸化物換算で１〜５モル
％、過剰酸素をＳｉＯ2 換算で２〜８モル％の割合で含
有することを特徴とするものである。
窒化珪素結晶相を主相とし、希土類元素、珪素、アルミ
ニウム、酸素および窒素を含有する粒界相からなる窒化
珪素質焼結体であって、ラマン分光分析法により検出さ
れる窒化珪素の２０６ｃｍ-1のピークとＳｉの５２１ｃ
ｍ-1のピークとの比が０．２〜３であることを特徴とす
るものであり、具体的には、室温強度１０００ＭＰａ以
上、１０００℃強度８００ＭＰａ以上、破壊靭性値（Ｋ
1c）が６ＭＰａ・ｍ1/2 以上の特性を有し、さらに希土
類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で
２〜８モル％、アルミニウムを酸化物換算で１〜５モル
％、過剰酸素をＳｉＯ2 換算で２〜８モル％の割合で含
有することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の窒化珪素質焼結体は、β
−窒化珪素結晶相を主相とするものであり、その主相の
粒界相には、希土類元素、珪素、アルミニウム、酸素お
よび窒素を含有する。希土類元素は、酸化物換算で２〜
８モル％、特に３〜７モル％の割合で含有し、アルミニ
ウムを酸化物換算で１〜５モル％の割合で含有すること
が目的の高強度、高靱性を達成する上で望ましい。ま
た、この焼結体中の過剰酸素がＳｉＯ2 換算で２〜８モ
ル％、特に３〜７モル％であることが望ましい。過剰酸
素とは、全焼結体中の酸素分から、希土類元素酸化物、
Ａｌ2 Ｏ3 として結合する酸素分を差し引いた残りの酸
素分であり、主として、窒化珪素原料粉末中の不可避不
純物酸素や、添加したＳｉＯ2 成分からなるものであ
る。
−窒化珪素結晶相を主相とするものであり、その主相の
粒界相には、希土類元素、珪素、アルミニウム、酸素お
よび窒素を含有する。希土類元素は、酸化物換算で２〜
８モル％、特に３〜７モル％の割合で含有し、アルミニ
ウムを酸化物換算で１〜５モル％の割合で含有すること
が目的の高強度、高靱性を達成する上で望ましい。ま
た、この焼結体中の過剰酸素がＳｉＯ2 換算で２〜８モ
ル％、特に３〜７モル％であることが望ましい。過剰酸
素とは、全焼結体中の酸素分から、希土類元素酸化物、
Ａｌ2 Ｏ3 として結合する酸素分を差し引いた残りの酸
素分であり、主として、窒化珪素原料粉末中の不可避不
純物酸素や、添加したＳｉＯ2 成分からなるものであ
る。
【００１４】なお、上記β−窒化珪素結晶相は、平均ア
スペクト比が３以上、短軸径が０．５〜２μｍの柱状結
晶として存在するものである。また、希土類元素、アル
ミニウムは、粒界相においてはガラス相を形成する一成
分、または希土類元素−Ｓｉ3 Ｎ4 −ＳｉＯ2 系の結晶
相として存在してもよい。なお、アルミニウムは、β−
窒化珪素結晶相中に一部固溶していてもよい。
スペクト比が３以上、短軸径が０．５〜２μｍの柱状結
晶として存在するものである。また、希土類元素、アル
ミニウムは、粒界相においてはガラス相を形成する一成
分、または希土類元素−Ｓｉ3 Ｎ4 −ＳｉＯ2 系の結晶
相として存在してもよい。なお、アルミニウムは、β−
窒化珪素結晶相中に一部固溶していてもよい。
【００１５】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
るものである。このＳｉは、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）においても観察することができないレベルのもので
あり、ラマン分光分析法によって検出されるものであ
る。このＳｉがＳＥＭ観察では検出できないものの、お
そらく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。
光分析法によって分析した時に、微小のＳｉが検出され
るものである。このＳｉは、走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）においても観察することができないレベルのもので
あり、ラマン分光分析法によって検出されるものであ
る。このＳｉがＳＥＭ観察では検出できないものの、お
そらく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。
【００１６】このようなＳｉを焼結体中に存在させるこ
とにより、室温強度１０００ＭＰａ以上、１０００℃強
度が８００ＭＰａ以上、破壊靱性値が６ＭＰａ・ｍ1/2
以上の優れた特性を発揮することができる。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。
とにより、室温強度１０００ＭＰａ以上、１０００℃強
度が８００ＭＰａ以上、破壊靱性値が６ＭＰａ・ｍ1/2
以上の優れた特性を発揮することができる。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。
【００１７】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。それは、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０．２〜３、好ま
しくは１〜２であることが重要である。このピーク比が
０．２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。
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。それは、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０．２〜３、好ま
しくは１〜２であることが重要である。このピーク比が
０．２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。
【００１８】このような本発明の窒化珪素質焼結体は、
例えば、次のような製造方法によって作製される。ま
ず、窒化珪素粉末としては、それ自体α−Ｓｉ3 Ｎ4 、
β−Ｓｉ3 Ｎ4 のいずれでもよいが、焼結性を高める上
では、α化率が９０％以上であることが望ましい。ま
た、窒化珪素粉末の平均粒径は、０．４〜１．２μｍ、
不純物酸素量は０．５〜１．５重量％が適当である。
例えば、次のような製造方法によって作製される。ま
ず、窒化珪素粉末としては、それ自体α−Ｓｉ3 Ｎ4 、
β−Ｓｉ3 Ｎ4 のいずれでもよいが、焼結性を高める上
では、α化率が９０％以上であることが望ましい。ま
た、窒化珪素粉末の平均粒径は、０．４〜１．２μｍ、
不純物酸素量は０．５〜１．５重量％が適当である。
【００１９】次に、このような窒化珪素粉末に対して、
希土類元素酸化物粉末、Ａｌ2 Ｏ3粉末、場合によって
はＳｉＯ2 粉末を、焼成前の成形体組成が、希土類元素
の酸化物換算量が２〜８モル％。特に５〜７モル％、ア
ルミニウムが酸化物換算で１〜５モル％、特に２〜４モ
ル％であること、さらには、成形体中の全酸素量から希
土類元素酸化物粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末中の酸素分を差し
引いた残りの酸素量が、ＳｉＯ2 換算で２〜８モル％、
特に３〜７モル％となるように添加する。
希土類元素酸化物粉末、Ａｌ2 Ｏ3粉末、場合によって
はＳｉＯ2 粉末を、焼成前の成形体組成が、希土類元素
の酸化物換算量が２〜８モル％。特に５〜７モル％、ア
ルミニウムが酸化物換算で１〜５モル％、特に２〜４モ
ル％であること、さらには、成形体中の全酸素量から希
土類元素酸化物粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末中の酸素分を差し
引いた残りの酸素量が、ＳｉＯ2 換算で２〜８モル％、
特に３〜７モル％となるように添加する。
【００２０】これらの焼結助剤成分の含有量を上記のよ
うに限定したのは、各成分が上記の値より低いと焼成過
程で液相が不足し緻密体が得られず強度は低下し、各成
分が上記の値より多いと焼成中の液相が増加する結果、
窒化珪素が異常な粒成長を引き起こしやすくなり、その
異常粒が破壊源となり強度を低下させてしまい、また表
層では窒化珪素の分解が激しくなり強度低下してしまう
ためである。
うに限定したのは、各成分が上記の値より低いと焼成過
程で液相が不足し緻密体が得られず強度は低下し、各成
分が上記の値より多いと焼成中の液相が増加する結果、
窒化珪素が異常な粒成長を引き起こしやすくなり、その
異常粒が破壊源となり強度を低下させてしまい、また表
層では窒化珪素の分解が激しくなり強度低下してしまう
ためである。
【００２１】各種焼結助剤を添加した混合粉末に、有機
バインダーを添加した後、これを公知の成形方法、例え
ば、プレス成形、鋳込み成形、押出し成形、射出成形、
冷間静水圧成形などにより所望の形状に成形する。
バインダーを添加した後、これを公知の成形方法、例え
ば、プレス成形、鋳込み成形、押出し成形、射出成形、
冷間静水圧成形などにより所望の形状に成形する。
【００２２】次に、得られた成形体をＳｉＯを含む窒素
雰囲気下で１７００〜１８００℃、特に１７５０〜１８
００℃の温度で常圧焼成する。ＳｉＯの雰囲気は、Ｓｉ
Ｏ2＋Ｓｉ、もしくはＳｉＯ2 ＋Ｓｉ3 Ｎ4 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。
雰囲気下で１７００〜１８００℃、特に１７５０〜１８
００℃の温度で常圧焼成する。ＳｉＯの雰囲気は、Ｓｉ
Ｏ2＋Ｓｉ、もしくはＳｉＯ2 ＋Ｓｉ3 Ｎ4 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。
【００２３】より具体的には、この時の焼成温度を、窒
化珪素が常圧にてＳｉ3 Ｎ4 が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Ｓｉ3 Ｎ4 を分解させる。この分解によって、
生成されたＳｉが粒界中に粒子として存在することにな
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。
化珪素が常圧にてＳｉ3 Ｎ4 が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Ｓｉ3 Ｎ4 を分解させる。この分解によって、
生成されたＳｉが粒界中に粒子として存在することにな
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。
【００２４】なお、焼成雰囲気中にＳｉＯを含まない場
合、もしくは１８００℃を越える焼成温度では、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１７００℃よりも低い
と、焼結性が低下するとともに、Ｓｉの析出が望めず、
強度、靱性の向上が望めない。
合、もしくは１８００℃を越える焼成温度では、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１７００℃よりも低い
と、焼結性が低下するとともに、Ｓｉの析出が望めず、
強度、靱性の向上が望めない。
【００２５】なお、本発明に用いられる希土類元素とし
ては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｍ等が挙げられる。特
性は有意差が認められないが、鉱物中の存在量から判断
するとＹが好ましい。
ては、Ｙ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｍ等が挙げられる。特
性は有意差が認められないが、鉱物中の存在量から判断
するとＹが好ましい。
【００２６】また、上記のようにして常圧焼成によって
Ｓｉが特定範囲にて析出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。この場合、焼結体中のＳｉの析出状態に対しては、
変化のないように先の常圧焼成よりも低い温度で処理す
ることが望ましい。
Ｓｉが特定範囲にて析出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。この場合、焼結体中のＳｉの析出状態に対しては、
変化のないように先の常圧焼成よりも低い温度で処理す
ることが望ましい。
【００２７】
【実施例】窒化珪素粉末（ＢＥＴ比表面積９ｍ2 ／ｇ、
α率９８％、酸素量１．２重量％）と各種の希土類元素
酸化物粉末と各種の酸化アルミニウム粉末、酸化珪素粉
末を用いて、表１に示す組成になるように調合後、１ｔ
／ｃｍ2 で金型成形した。
α率９８％、酸素量１．２重量％）と各種の希土類元素
酸化物粉末と各種の酸化アルミニウム粉末、酸化珪素粉
末を用いて、表１に示す組成になるように調合後、１ｔ
／ｃｍ2 で金型成形した。
【００２８】作製した成形体を炭化珪素質の匣鉢に収納
すると同時、成形体重量の５％のＳｉＯ2 ＋Ｓｉ（重量
比で１：１）混合粉末を配置し、表１の条件で５時間、
常圧焼成した。なお、試料Ｎo.２８については、ＳｉＯ
2 ＋Ｓｉ混合粉末を配置せずに焼成した。
すると同時、成形体重量の５％のＳｉＯ2 ＋Ｓｉ（重量
比で１：１）混合粉末を配置し、表１の条件で５時間、
常圧焼成した。なお、試料Ｎo.２８については、ＳｉＯ
2 ＋Ｓｉ混合粉末を配置せずに焼成した。
【００２９】得られた焼結体に対して、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.８についてそのラマン分光分
析チャートを図１に示した。
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.８についてそのラマン分光分
析チャートを図１に示した。
【００３０】また、焼結体を３×４×４０ｍｍの形状に
研削加工した後、この試料についてＪＩＳ−Ｒ１６０１
に基づく室温及び１０００℃の４点曲げ抗折強度試験を
実施した。またＪＩＳ−Ｒ１６０１のＳＥＰＢ法により
破壊靭性値を求めた。結果は、表１に示した。
研削加工した後、この試料についてＪＩＳ−Ｒ１６０１
に基づく室温及び１０００℃の４点曲げ抗折強度試験を
実施した。またＪＩＳ−Ｒ１６０１のＳＥＰＢ法により
破壊靭性値を求めた。結果は、表１に示した。
【００３１】
【表１】
【００３２】表１の結果によると、ラマン分光分析によ
り強度比が０．２よりも小さい試料Ｎo.６、１４、１
７、２１は、いずれも強度および靱性の向上効果が十分
でなく、強度、靱性ともに低いものであった。単なる窒
素雰囲気中で焼成した試料Ｎｏ．２８では、前記強度比
が３を越えるものであり、また、組成および焼成条件に
よって強度比が３を越える試料Ｎｏ．１、４、１０、１
１も、いずれも強度、靱性ともに低いものであった。
り強度比が０．２よりも小さい試料Ｎo.６、１４、１
７、２１は、いずれも強度および靱性の向上効果が十分
でなく、強度、靱性ともに低いものであった。単なる窒
素雰囲気中で焼成した試料Ｎｏ．２８では、前記強度比
が３を越えるものであり、また、組成および焼成条件に
よって強度比が３を越える試料Ｎｏ．１、４、１０、１
１も、いずれも強度、靱性ともに低いものであった。
【００３３】これらの比較例に対して、強度比が０．２
〜３の本発明試料は、いずれも室温強度１０００ＭＰａ
以上、１０００℃強度８００ＭＰａ以上、靱性が６ＭＰ
ａ・ｍ1/2 以上の優れた特性を有するものであった。特
に、前記比率が１〜２の試料は室温強度１０９０ＭＰａ
以上、１０００℃強度８９０ＭＰａ以上、靱性が６．７
ＭＰａ・ｍ1/2 以上の優れたものであった。
〜３の本発明試料は、いずれも室温強度１０００ＭＰａ
以上、１０００℃強度８００ＭＰａ以上、靱性が６ＭＰ
ａ・ｍ1/2 以上の優れた特性を有するものであった。特
に、前記比率が１〜２の試料は室温強度１０９０ＭＰａ
以上、１０００℃強度８９０ＭＰａ以上、靱性が６．７
ＭＰａ・ｍ1/2 以上の優れたものであった。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の窒化珪素質
焼結体は、粒界中に微量のＳｉを析出させることによ
り、高強度と高靱性化を達成することができるととも
に、常圧焼成によって作製することができるために、安
価に製造することができる。その結果、エンジン用部
品、ガスタービン用部品の他、各種構造部品、耐摩耗性
部品として利用することができる。
焼結体は、粒界中に微量のＳｉを析出させることによ
り、高強度と高靱性化を達成することができるととも
に、常圧焼成によって作製することができるために、安
価に製造することができる。その結果、エンジン用部
品、ガスタービン用部品の他、各種構造部品、耐摩耗性
部品として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化珪素質焼結体（試料Ｎo.８）のラ
マン分光分析チャートの一例を示す。
マン分光分析チャートの一例を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】β- 窒化珪素結晶相を主相とし、希土類元
素、珪素、アルミニウム、酸素及び窒素を含有する粒界
相からなる窒化珪素質焼結体であって、ラマン分光分析
法により検出される窒化珪素の２０６ｃｍ-1のピークと
Ｓｉの５２１ｃｍ-1のピークとの比が０．２〜３である
ことを特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】室温強度１０００ＭＰａ以上、１０００℃
強度８００ＭＰａ以上、破壊靭性値（Ｋ1c）が６ＭＰａ
・ｍ1/2 以上である請求項１記載の窒化珪素質焼結体。 - 【請求項３】希土類元素の群から選ばれる少なくとも１
種を酸化物換算で２〜８モル％、アルミニウムを酸化物
換算で１〜５モル％、過剰酸素をＳｉＯ2 換算で２〜８
モル％の割合で含有する請求項１記載の窒化珪素質焼結
体。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9234632A JPH1179848A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 窒化珪素質焼結体 |
| DE19839081A DE19839081B4 (de) | 1997-08-29 | 1998-08-27 | Siliciumnitridsinterkörper |
| US09/141,451 US5919719A (en) | 1997-08-29 | 1998-08-27 | Silicon nitride sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9234632A JPH1179848A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 窒化珪素質焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1179848A true JPH1179848A (ja) | 1999-03-23 |
Family
ID=16974086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9234632A Pending JPH1179848A (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | 窒化珪素質焼結体 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5919719A (ja) |
| JP (1) | JPH1179848A (ja) |
| DE (1) | DE19839081B4 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| KR20030041096A (ko) * | 2001-11-16 | 2003-05-23 | 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤 | 질화규소질 소결체 및 질화규소질 공구 |
| US20060014624A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-01-19 | Biljana Mikijelj | High dielectric strength monolithic Si3N4 |
| US20140212681A1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-07-31 | General Electric Company | Joining process and joined article |
| US10315264B2 (en) | 2013-01-29 | 2019-06-11 | General Electric Company | Joining process and joined article |
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|---|---|---|---|---|
| US4891342A (en) * | 1985-11-20 | 1990-01-02 | Kyocera Corporation | Process for preparing a silicon nitride sintered body |
| US4944930A (en) * | 1986-11-21 | 1990-07-31 | Regents Of The University Of California | Synthesis of fine-grained α-silicon nitride by a combustion process |
| US5126294A (en) * | 1988-08-09 | 1992-06-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Sintered silicon nitride and production method thereof |
| EP0749945B1 (en) * | 1994-12-28 | 2002-03-20 | Sumitomo Electric Industries, Limited | Silicon nitride sinter and process for producing the same |
-
1997
- 1997-08-29 JP JP9234632A patent/JPH1179848A/ja active Pending
-
1998
- 1998-08-27 US US09/141,451 patent/US5919719A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-08-27 DE DE19839081A patent/DE19839081B4/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5919719A (en) | 1999-07-06 |
| DE19839081B4 (de) | 2005-01-20 |
| DE19839081A1 (de) | 1999-03-11 |
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