JPS58204875A - セラミツク材料および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は５ｉ−ＡＩ　　ＯＮ型材料に関し、さらに詳
述すると金属加工に、ｆｏいて使用される切削インサー
トの製造に有用な二皇相Ｓｉ−人ｌ−０−Ｎ材料に：系
ろものでｈる。

７リコン望化；７材料にアルミニウムおよび散票原子を
ｄル加することによつモ生成された比較的に新しいＳｉ
−人１−０−Ｎ材料を記載する多数の論文や特許がある
。

最近、これらの材料は金属加エエ栗への道を見出しかつ
鋳鉄および他の類似物の加工の可能性を与えた。

さらに詳述すると、米国特許第４，１２７，４１６号に
従って作られた５ｉ−ＡＩ−０−Ｎ型材料はある種の金
属加工において有用であることが実証された。上記米国
特許によって作らｎる型の材料（工、はぼ１０−２０　
％のガラス質相が存在するところの主要素をなす単相β
−８ｉ　−ＡＩ　　ＯＮ材料として灸遺される。

この材料は本質的には該特許に記載されているように作
られ、その方法の初段階としてポリタイプ材料の形成を
含むものである。ポリタイプ材料はついで制御された麓
のシリコン窒化物およびイツトリウム、リチウムまたは
カルシウムの酸化物と反応させられて少なくとも加％、
好適には９５％が血相β型Ｓｉ−尤−０−Ｎであるセラ
ミックを形成する。

このような材料は、生成されたとぎ、後記実施例で記載
される手１貝を使用して１００．０００−１１０．００
０　ｐｓｉの範囲内の聞げ岐断強度およびＺｏｏ　＃荷
重において１４５０−１ｓｏｃｔ：伜Ｊの範囲内スープ
硬度？・汀する。

本／Ａ明に従って、切削インサート材料として特に有用
な、二皇相Ｓｉ−ん−０−Ｎ材料が生成される。この二
基相はα２よびβ相５ｉＡｌ−０−Ｎから４成さねる。

混会七中のアルミナの童の副１却ならびに摩砕用甲性謀
体は、αおよびβ！Ｓｉ　　Ａｌ−０Ｎ相が出現するよ
うに最く材料の組成の制御τ可能にすることが発見され
た。アルミナの麓が小さくなるとα相Ｓｉ　　Ａｌ　−
０−Ｎの童が犬さくなる。他の出発成分の制＃ｔまた同
−幼釆を生じ、例えば、より少ないシリカ、より多いア
ルミニウム窒化物、より多いポリタイプ、より多（・イ
ツトリウムはすべてｍｙＰニーｐ品中により多いα−８
ｉ　−ＡＩ−ＯＮ　　を生成する。好適には、α相Ｓｉ
−逅−０−Ｎは１０−７０重ｔ％の範囲内にあり、組成
物中のβ相５ｉ−ＡＩ−０−Ｎは加−９０箪量％の範囲
内にある。０−１０皇量％の範凸内のガラス負相もまた
存在する。

組成物中の付加α−８ｉ−ＡＩ−０−Ｎは材料の曲げ破
断張度にあまり影響を及ぼ丁ことなく硬度を増大させる
。

イツトリウムの化合吻は上記裏品の製造において焼結助
剤として使用されるが、同′嫌の結果はスカンジウム、
セリウム、ランタンおよびランタン系列の元素の酸化物
でも得られるこ゛とが認められるべきである。

好適焼結助剤としてのイツトリウムの使用はガラス質相
かも主としてなる粒間成分を生じるが、これはまた他の
相も含みつる。他の相とし・ては、式Ｙｓ　Ａ１１ｙ　
０ｔｓｉｔ’有する立方晶相であるところの圓（イツト
リウム　アルミニウム　ガーネット）　、式ＹＳｉへＮ
の単斜晶相であるところのＹ−Ｎ−Ｑ珪灰石、式Ｙ、Ａ
Ｉ、Ｏ・の単斜晶相であるところのＹＡＭ、ＹＡＭと同
Ｗ講造を有しかつそれと完全固溶体を形成する、式Ｙ、
　Ｓｉ、　Ｏ，Ｎｘ−の単斜晶相であるところのＮ　−
ＹＡＭがある。

゛−不発明の不買は添付図面と関連する以下の詳細な説
明を参照することによってさらに明瞭になるであろう。

この発明は二重用セラミック製品および前記製品を製造
する方法に関するものであり、この方法では、元素シリ
コン、アルミニウム、酸素および窒素を含有“する化合
物からなる第一の成分から不質的になる粉末混合物を形
成し、元素の割合はシリコンおよびアルミニウム原子の
匂数と酸素および窒素原子の＃；数との比が０．７３５
〜０．７７の範囲内にあるようにされかつ前記化合物が
後続の焼結工程中第二の成分と共に反応して二重用セラ
ミック材料を生成し、第一の相は一般式Ｓｔ、−ｚ　Ａ
ｌｚ　Ｏｚ　Ｎｏ　−ｚ　ＩＩＣ従い、式中Ｚ　＆１Ｏ
−３８〜Ｌ５であり、第二の相は六方晶相でありかつ一
般式（ＳＬ、　Ａｌ　）ｔｔ　Ｍ、、（ｏ、当、に従い
、式中Ｍはリチウム、カルシタムまたはイツトリウム、
あるいを１ランタン系列の任意のものであり、Ｘ１畜・ は０．１〜０．２である。第二の成分は第一および第二
の成分の全重量を基準にして０．１〜１０％を４成し、
第二の成分はさらに元素イツトリウム、スヵ、ジク４、
セリクー、う、タン、およびランタン系列の金属の少な
くとも１つの酸化物である。前記混合＊はついで保護環
境中で、圧力を卯えまたは加えないで、１６００〜２０
００℃の温度で、少なくとも１０分〜少なくとも５時間
の、温度の増加と共に減少する、時間屍Ｈされ、これに
より少な（とも力体積％の前記二重用セラミック材料を
含有するセラミック材料を生成し、前記第二の相は前記
第二の成分の一部を含有する。

前述した方法において、第一の成分の１シ金物は化合物
中の全シリコンおよびアルミニウム原子の相を全酸素Ｚ
よび室−原子の相で割ったものがＱ、７３５〜０．７７
、好適には０．７４５〜０．７６　になるように配合さ
れる。二成分混合＄ＩＪは〕いで保護環境、好適には非
酸化性環境さらに好適には還元性環境中で、１６００〜
２０００℃の温度でン歩なくとも一０体損％の上記式の
シリコンアルミニウムｄｆｆｌ化物を’ｌｕＺするのに
十分な時間完結される。所要：焼結時間は温度の増加と
共に減少し、２０００℃の焼泊温度の場合には最少時間
はわずか１０分であるが、１６００℃の温良の場合には
少なくとも５時間の焼結時間が４求される。

原振合物の第一の成分を形成する化合智は便利にはシリ
コン値化冊、アルミニウム望化物、アルミナおよびシリ
カであり、シリカおよびアルミニウム窒化物上に固有不
純物として存在する。

あるいは、第二の成分はシリコン窒化物おヨヒー牧Ｘ’
Ｓζ−ｚ　”ｚ　’ｚ”、−ｚに従わないシリコンアル
ミニクム改窒化吻ヲ含有する上２ミツ、り中間物によっ
て規定されてもよい。このようなｔ料にポリクイズと４
されかつ前記木−籍許換４．１２７．４１ｆｉ号に記載
されている。

実施ＩＰＩ１７　１７　＆′Ｌ削記米山荷許に規定され
た２１Ｒ：ｉポリタイプ馨イリ用するものである。

好；１には、セラミック中間物のシリコン窒化物は好適
にはアルミナ、アルミニウムおよびシリコンの粉末混合
物を窒化雰囲気中で１２００〜１４００℃の温ｉＫ加熱
することによって形成され、加熱速度は発熱な実質面に
防止するように制御され、ついで１５００〜１９００℃
の温度で瀘化混合力をａ！ｉ＃する。

あるいは、中間物にアルミナ、アルミニウム窒化物およ
びシリコン窒化物の粉末混゛合物を１２００〜２０００
℃の温度で保護環境、好適には非酸化性環境、さらに好
適には還元性環境中で加熱することによって形ｂＹ、さ
れる。

上述した方法において、混合物中に存在する化合窃の相
対量は調整され、これにより一般式Ｓｉ、−、人１．０
ｚＮ６−、に従う第一の相および一般式（Ｓｉ　、　Ａ
Ｉ）１！Ｍ！（０、Ｎ）１．に従う第二の相を有する二
重用セラミックを生成する。

上式中２は０．３８〜１．５であり、その理由は、これ
らの限界内ｚ　ｉｉを待つことは焼結が圧力を加えない
で行なわれたとぎでも高い強度な有する一貞襄品を生成
することが見出されているからである。一方、Ｚ１直が
０．３８よりも低（なった場合疋は、材料は圧力乞り口
えないで＠伯するごとが１坩になり、ｚＩＩＮが１．５
よりも褐（なった場合には製品の張度が劣化する。

さらに、第一の成分中の化合物の相対ｉはｔ）、７３５
〜０，７７の前記原子比を与えるように調整さねる。す
なわち、その比が０．７３５よりも低くなると、混合吻
は酸素が多くなりすべることが見出されている。これは
涜結中過量のガラスを生成することになり、これは製品
の高温強度特性に悪形＃？及ぼすだけでな（、また低温
張度舟性にも悪形番を及ぼすことが見出されている。さ
らに、ガラスは以下に詳述する熱処理工種で除云できな
いことが見出さしている。これに対し、前記原子比が０
．７７乞超過する場せては、製品の強化を達成するため
に必要なガラスを形成するのには不十分な４累か存在す
ることか見出されている。

出発混曾刀の第二の成分に対するＯ１〜１０１波％の、
ｆ谷＠囲はやはりそれが、尭渭製品甲に満足な１素−ざ
ｔ乞与えることに羞づいて選択されている。第二の成分
に選択された元素はセリウム、イツトリウム、スカンジ
ウム、ランタンまたはランタン系列の１つである。

丁なわち、これらは高度に耐火性の酸化物を狩ち、これ
らの酸化物は存在するシリカおよびアルミナと共に高融
点カラスを生成し、したがってその製品は低融点ガラス
の場合よりも高い温度で使用され５る。

第二の成分もまた第°−の成分のα−５１−ＡＬ７゜−
Ｎ相の形成のために必要である。すなわち定義により、
α−８ｊ　−ＡＩ　−０−Ｎはイツトリウムまたはラン
タン系列の１つを含有する。第二の成分に選択された元
素のうちで、イツトリウムは好適である。すなわち、焼
粘混合物中のイツ）　ＩＪアの今仇は圧力を加えな（て
も高ｆ１度の製品な生じることが見出さｎている。

を 上述した方法を遂行することにより、少なくとも（イ）
体積％の二重相シリコンアルミニウム戚窒化物が形成さ
ｎ、これと共に王として刀ラス負相β゛らなるが、門だ
おそら＜ＹＡＧ、ＹＡＭ、Ｎ−ＹＡＭおよびＹ−Ｎ−α
−珪灰石のような他の相ゼ含有する粒間成分が形成され
る。

ガラスの存在に焼扇千裂品の強化を助長するが、最終成
分め高温狩注の低下を生じる傾向かある。しかじなρ）
ら、焼結製品中のガラス州の童は製品を最終熱処理工程
にかけることによって低減されうろことが見出された。

このｉｉ熱処坤工程では＋ｉｔ製品の温夏乞ガラスの融
点の２００℃以内の温度（すなわち、イツトリウムカラ
スの場合には約１４００℃）Ｋ上昇させ、ついで製品を
冷却してガラスの少なくとも一部をＹ届、η！ＩＭ、Ｎ
−ＹＡＭおよびＹ−Ｎ−α−珪灰石のような他の相を含
有する粒間成分に粕Ｉｆｋさせる。

笑通例 こｔｒ）発明に圧用されろ出発材料は以下に列挙さｒｔ
、　ｆ＝通９であるθ・、前記米国４許第４，１２７，
４１６号に示さ扛た出発＃料、またはＳｉ　−ＡＩ　−
０−ＮｕＰ＋の製造のための既知条件を膚た丁他の既知
材料のａ−意のものであってもよい。

シＱ）ｌン（ＫｌｋｇｎＭｅｔａｌｓ）Ｆｅ（１−０％
ＣＯ，１１−０４％典型的 Ｃａ　＜　ＯＤ７％　　典型的 ん＜０５３％ −２００メツシユ粒度 イツトリウム（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ、Ｕｎｉｏｎ　７６の
ディビジョン）９９Ｌ９９％純度 −３２５メツシユ粒度 アルミニワム（Ａｌｃ、ｐｎ　Ａｌｕｎｉｎｕｍ　Ｃｏ
ｒｐｏｒａｔ　１ｏｎ）９９．３％純度 １６　　ミクロン平均粒度 アルミナ（Ｒａｙｎｏｌｄｓ）　Ｒｃ　　−１７２ＤＢ
Ｍ９９．７％　Ａ１．Ｑ。

０．０４％　地、０ ０．０７％　Ｓｉｎ！ ０．０３％　Ｆｅｗ　Ｏｓ 、粒度〈１ミクロン アルミナ（Ａｌｃｏａ）　　　Ａ−１６８Ｇ９９．５％
　人ｌ、０゜ ０．０５−０．０９％　Ｎａｇ　０ ０．ｔ）　２−０．０４％　Ｓｉｎ。

０．０１−０．０２％　Ｆ〜　０゜ 粒　度　〈　１ミクロン 第２表に２いて、パーセントα−８ｉ　−Ａｌ　−０−
Ｎおよびβ−８ｉ−ＡＩ−０−Ｎは初めから制パーセン
トを基準としたものであった。それは他の結晶質相が存
在せずかつＸＭ＆回折によって定量できない１０バーセ
ントガラメ馨無視したからである。このパーセンテージ
は１０パーセントガラスを含むように変更され、したが
って、α−８ｉ　−Ａｌ−０−Ｎ　　およびβ−３ｉ　
−Ａ　ｌ−０−Ｎのパーセンテージは合計（イ）パーセ
ントｔ′あり、このパーセンテージは第２表（続き）に
示されている。

ｐユ ９２重量部のシリコン窒化物粉末（約４皇量忰の表面シ
リカ含有）と、５１’ｌｌ＝遣部のアルミニウム窒化物
（約６１ｔ％の表面アルミナ含有）と、５厘量部のアル
ミナと、７！を部のイツトリウム酸化物とからなる岨底
吻がイソプロパツール中でＳｉ　　Ａｌ　　Ｏ、Ｎ　　
媒体乞使用して９６時間層砕さｎて０．９　ｆｉ　ミク
ロンの平均粒度のものにされた。

乾燥液、この粉末ｌｉカメッシュふる（・を通してふる
い分ケサれかつ３０．０００　ｐ　ｓ　ｉの圧力で均衡
正嫡された。

生材料の断片が均衡圧縮スラグから切り取られかつ黒鉛
るつぼ内の５０１５０重を割付のボロン窒化切とシリコ
ン窒化物の粉末混会物に埋め込まれた。るつぼはＴ％鉛
エレメント低抗加熱炉中に置かれ、真空中で５００℃に
加熱され、ついで１気圧の皇嬌中で１８３０℃にｌ加熱
され、この温度に４重分間珠侍された。冷却後焼結材料
の０．２　Ｘ　Ｏ，２Ｘ　Ｏ，８インチの棒が６００８
度の研摩車を便用して研摩さ匹、グイチェック後、０．
５６インチの外スパンを有する３点ベンドで破断された
。破断片は密度２よび硬度測定ならびにＸ線回折による
相契：□定のために便用さｎた。材料の特性は４１六に
示されている。

実施例２ 実施列１と同隊であるθ）、屍坩は１８３０℃で（イ）
分間性なわれた。

実施例３ ９２　ｘ−、を部のシリコン窒化物粉末（約４重ｉ％の
表面シリカ富有）と、５重を部のアルミニウム窒化物（
約６Ｘｔ％の狭面アルミナ含有）と、３Ｘｔ部のアルミ
ナと１．７重量部のイツトリウム酸化物とからなる組成
物がイソプロパツール中でアルミナ研摩媒体を使用して
榔時間卓砕された。このような媒体からの摩損は１．９
重を部に上り、これは砲金組成に合体した。

摩砕粉末の平均粒度は、１．４９ミクロンであった。粉
本は実施例１と同様に処理されたが、屍ａは１７８０℃
で切分間および１８３０℃で１５分間行なわれた。特性
は第１表に示さＧている。

実施例４ ９２１Ｌ威部のシリコン窒化物粉末（約４重ＪＩｋ％の
表面シリカ含有）と、ｓｉＬ量部のアルミニウム瀘化物
（約６重重にの表面アルミナ含有）と、７１量部のイツ
トリウム飄化物とからなる組成物がイソプロパツール中
で高密度５ｉ−Ａｌ−０−Ｎ媒体を使用して１６８時間
孝砕されて０．６３ミクロンの平均粒度のものにされた
。その後の処理は実施例１と同様であった。

実施例５ 実施例４と同様の材料が静止量素雰囲気中で１４０．０
℃の温９度で５時間熱処理された。その紹隈は第１表に
示されている。

実施例６ ９２夏量部のシリコン窒化物粉末（約４重量％の表面シ
リカ含有）と、８電量部のアルミ二り五窒化物（Ｆｚｔ
ｉｉｋ％の狭面アルミナ含有）と、５亘ｔｉのイツトリ
ウム酸化物とからなる組成物がイソプロパツール中でア
ルミナ研摩媒坏を使用し゛て柘時間摩砕された。

この８Ｉｔ、犀からの摩損は１０重重部に上り、こ八は
砲金組成に合体さｎた。摩砕粉末の平均粒度は１．４重
ミクロンであった。ついで実施列ｌと同様に処理された
が、跣粘は１８５０℃で（イ）分間性なわｎた。その結
末Ｖ工第１表に示されている。

実施例７ ８６．９重量％のシリコン窒化物と、６．５９９迫盪の
２１　Ｒポリタイプと、６．５４宣量％のイツトリアと
からなる粉本混合物が構成された。粉本混合物はついで
媒体としてＳｉ　−ＡＩ　−０−Ｎサイクロイドを使用
して２日間摩砕され、侍られた平均ね径は１．０７ミク
ロンでありかつ（イ）％はム２】ミクロンよりも小さか
った。この粉本はついで３０．０００ｐｓｉの圧力で冷
間均衡圧Ｈされ、生スラグはついで先行実施例と同一条
件の下で１８３０℃で鉛分間廃帖された。

焼結材料はついで分析され、その時ａは第２表に示され
ている。

実施例８ 粉末は実肩例７に記載さｎたように処理さｎたが、出発
ケ末混合珊は８１．３重１％のシリコン屋化物と、１２
．１重量％の２］　Ｒボ・リタイフーと、６、５４　ｆ
ｉ　看％のイツトリアとからなるものであった。悦佑区
科は分析三ｎ１その特性を１弟２衣に示されている。

この粉本の処理は実施例７．８のものと同一であったが
、ボール摩砕媒体はアルミナティクロイドであった。原
粉本は８６．９ｉ童％のシリコン窒化物と、６．５４皇
蝋％の２］　Ｒポリタイプと、６−５４貞ｔ％のイツト
リアとからなるものでｈった。粉末は（１９１ミクロン
の平均；ｉ’ｉ径に４砕さし、その（イ）％　＜ｔ　１
．７２ミクロンよりも小さかった。粉末混＊　′Ｊ！！
ｌＪ＆エアルミナサイクロイドからの遣刀口の３．５５
重量％の摩擦ピックアップを待つことが見出さＡまた。

混合物はついで１７８０℃で４０分間および１８３０′
Ｇでδ分間廃結さねた。焼結材料は分析され、その特性
は第２表に示さｎて（・る。

芙適列［０ ８２，２厘ｉ％のシリコン櫃１ヒ吻と、１１．２Ｘｉ％
の２Ｊ　Ｒポリタイプと、６．５４重貫％のイツトリア
と、ボール摩砕中のアルミナサイクロイドの、壜漠かつ
ｆＯ追加の３−０７４童％の°アルミナとからなる扮末
混せ切が処理ざ終之。

千羽色値は０−Ｊ３ミクロンであり、（イ）％は１−７
７ミクロンよりも小さかった。この吃り兄物は実几列９
のものと同様に焼結された。焼結材料は分析され、その
脣注は第２表に示されている。

実施例１１ ８５嵐７′７ａのシリコン窒化１７！Ｊと、８−４重１
％の２１１ポリタイプと、６．５４　！　ｔ％のイツト
リアと、直接添加の２．５１重１％のアルミナおよび０
．１直置％のシリカとからなる粉末混合物が処理された
。混合ｖｌＪは５ｉ−ＡＩ−０，Ｎ媒体を使用してｉ、
ｏミ、クロ／の平均粒径に摩砕された。焼結材料に分析
さｒ、その特注は第２表に示されている。

実施例１２ ８３重量部の５ｔｊＮＢ　（表面層として１．０電量％
Ｏ乞含有）と、１７車量部の２１　Ｒポリタイプと、７
重葉部のイツトリアと、３迫盪一部のアルミナとからな
る組成物がイソプロパツール中でＳｉ　−ＡＩ−０−Ｎ
媒体を使用して７２時間４砕されて０．７１ミクロンの
平ＦＪ粒度のものに５７Ｌ之。乾燥後、防木シエ詩メツ
シュふるいな通してふるい分けされかつ３０，０００ｐ
ｓｉの圧力で均衡圧縮された。

生材料の垂片が均衡圧縮スクグから切り取らｒかつ黒鉛
るつは内の２５／７５　＝ｉ［ｉ　剖曾のシリコン窒化
物とホロ／−化物の粉末混せ物ｖｃ４め込よれた。るつ
ぼは黒鉛エレメント抵抗加熱炉内に置かね、真空下で９
００℃に加熱され、ついで１気圧窒素中で１７８０℃に
切分間加熱さｔ、ついで１８３０℃で５分間加熱さγし
、ついでほぼ加分間で１１３００℃に冷却された。その
特性は第２表に示さｔている。

笑１セｉ例１：３ ７７重貫部のシリコン窒化物（表面層として１．０９％
０含有）と、乙厘盪部の２１　Ｒポリタイプと、ＴＮｉ
部のイツトリアと、：３ｔｆ部のアルミナとからなる！
１１成物か実施例１２と同一に処理された。ｉｉ枠粉末
の平均板度は０．８４ミクロンであった。その′４注は
第２火に示さねでいる。

実施例１４ ７５重量部のシリコン屋化物（表面層として１．０９重
量％０含有）と、２５厘ｉ部の２Ｊ　Ｒポリタイブと、
７連瀘部のイツトリアと、３重Ｘ部のアルミナとからな
る徂或勿が実施列１２と同一に処理された。摩砕粉末の
平均程度は０．９２ミクロンであった。その特注は第２
表に示されている。

実施例１５ ７５Ｎ蓋部の／リコン窒化物（表面ノー゛として０．７
７重ｔ％０含有）と、２５重量部の２１　Ｒポリタイプ
と、７重量部のイツトリアと、９重量部のアルミニウム
液化物とからなる組成物が実施例／２と同一に処理され
た。摩砕粉末の平均粒度は０．８２ミクロンであった。

七の特性は第２我に示されている。

実施例ｌ６ ８５重重部のシリコン窒化物と、１５重ｉ部の２】Ｒポ
リタイプと、７　蔦ｔｍのイツトリアと、１．ＯＮ量邸
のアルミナとからなる組成物が実施例１２場□ と同一に処理さｔた。摩砕粉末の平均程度し裏０．９５
ミクロンであった。その特性は第２表にボさ【ている。

実施例１７ ８５λ直部のシリコン窒化物と、Ｉ５貞を部のポリタイ
プと、７１友部のイツトリアと、８重量部のアルミナと
からなる組成物が実施例１２と同一に処理された。摩砕
粉末の平均程度は１．０９　ミクロンでゐっだ。その特
注は第２表に示されている。

上記各実施例で生成された複合材料は切削インサートと
して使用されたとぎすぐれた金属切＝績来馨示した。丁
ぐれた紹未は鋳状およびニッケル基合金な磯＝加工する
とぎに得られた。

初めのＬｌの実施例に関して表に報告された試験帖来は
、Ｌｕｃａｓ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　　の米国特許第
４．１２７，４１６号に記載された方法２よび上記実施
例１で峙定さ扛だ寸法で決定された、材料の曲げ破新強
度馨檄舌した。

その後に、材料の破断靭性がｄげ破断強度よりもはるか
によ（材料の霊属切削能力を示すものであることが決断
された。′＃夷厖例１２−１７では、こｎらの直がｄ（
′ｆ破断彊強度代りに報告されている。

破断靭性試候では１８　ｋｇ４　ｍによるビッカースダ
イヤモンド圧こんが使用された。破断靭性は圧こんおよ
び関連クランクの寸法ならびに荷重およびＪｏｕｒｎａ
ｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ
　５ａｃｉｅｔｙ　Ｖｏｌ　５９　（１９７６）　　Ｄ
　・３７１に記載された方法を使用する３０５ＧＰａの
ヤング率値から計算された。

以下余白 実施例１０．１２．１３．１４はポリタイプの増加と共
ニバーセントα−８ｉ　−Ａｌ−０−Ｎが増加すること
を示している。実施例１６、Ｌｌ、１４．１５はアルミ
ナ含量と共にα−８ｉ　−ＡＩ　−０−Ｎ含量および、
硬度が減小することを示している。

本発明はさらに第１図に関連して規定される。

Ｌｕｃａａ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓの米国特許第４，１
２７，４１６号および第４，１１３，５０３号を参照す
ると、Ｓｉ　−ＡＩ−０−Ｎ状態図が示されている。　
　　　　　Ｌｕｃａａによって請求された長方形組成区
域は添付図面に大要が示されている。境界線は０．３８
および１．５のＺ［に設定され、２はβ−８ｉ−ん−０
−Ｎの式Ｓｉ＠−ｚＡ１ｚへＮ、−２に見出されろもの
である。上部および下部境界線は０，７３５およびＱ、
７７０カチオン対アニオン比（ｅ／ａ　）である。

Ｌｕｃａｓはｉ比をモルシリコングラスモルアルミニウ
ム量をモル酸素グラスモル窒素量で割ったものと定義し
た。イッｔｌアの寄与は含まれなかった。上限Ｃ／ａ　
　比を超えるとガラスが多くなりすぎ、これは単相β−
８ｉ−尤−０−Ｎの特性にとって有害である。単相β−
８ｉ−ん−０−Ｎの焼結は０．７７０　よりも高い比で
は困離鷲ある。

Ｌｕｃａｓ区域どオーバラッグする組成区域が明確な差
異？もって画定さｔた。Ｚ＝０．３８およびＺ　：Ｌ５
に設定された境界樺はＬｕｃａｓと共通でｂるが、上部
２よび下・部境゛界融は２相セラミツク、ａ　−８ｉ　
　Ａｌ　−０−Ｎプラスβ−８ｉ　−Ａｌ　−０−Ｎの
存在に基ついた′ものである。Ｃ／ａ　　比はモルシリ
コンプラスモルアルミニウムプラスモルイツトリウム量
をモルは素グラスモル窒素量で割ったものと定義されて
いる。

イツトリアはＣ／ａ比に含ｆれており、イツトリウムは
α−８ｔ　−ＡＩ−０−Ｎの一体部分である。かうそれ
は適切である。

第二に、Ｌｕｃａｓによって計典された当ｔはＹ、Ｏ，
ヲ除外シｆ、−１Ｓｔ　ｓ　Ｍ　ｓ　ＯＪ”Ｎ　吻１７
’）、　ミラ考慮している。不発明の組成＠はイン）　
ＩＪアを入れて計４された、童を有し、その結果として
状態図上の泰＋面よりもぞＪＰ高い所に組成７蝋を生じ
ている。この組成点はついで泰平面上へ覆影され、７リ
コ／２よびアルミニウムに対する有効当着を生じている
。酸系および窒素は杉４を及はされない。有効肖童は第
１図にプロットされている。下記の表は実施列９に対す
るＬｕｃａｓと不発明の方法との間の差異を示している
。

第１表 当ｔ　０９２９９　ｔＭ）７０１　ｏΩ５５３０’１４
４７　−　０：Ｉ４７このようにして、組成＠域が泰平
面上に画定されているが、これはイツトリアの影響乞間
接的に説明するものであり、イントリアα−８ｉ　−Ａ
Ｉ−０−Ｎ　構造に入るからそれはＸ要である。

０．７３９の一定Ｃ／ａ比を有する上部境界セグメント
は０−１０％α−５ｉ　−ＡＩ　−０−Ｎ　間の厳終徂
或力有効当ｉ組成物を表わしている。爽厖例Ｌ７．１５
に工Ｏ有効当量＝０．１ｆｉ４４（ＡＩ何効当重）　＋
　０．０８６５の巌を画定し、この線は（０，１１４３
、ＯＪ　Ｑ　５３　）においてＱ、７３９の一定ｃ　／
　ａの−とまた（０．２０８４．０．１２０８）におい
てＺ　＝１−５の−と交差している。

Ｃ／ａ比０．７３９ｉセグメントと上述した交差点間の
セグメントとの組合せは、０−１０％の最終α−８ｉ　
−ＡＩ　−０−Ｎ含量を生じる有効当量バーセ／トを有
する組成−吻を表わしている。下部境界−は０７９４の
一定Ｃ／ａ比を表わしている。

Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　０ｆｆｉｃｅ　
Ｕｎｉｔｅｄ　５ｔａｔｅｓ　Ａｒｍｙ　Ｇｒａｎｔ　
Ｎｏ　ＤＡＥＲＯ−７８−Ｇ　−０１２のために、Ｔｈ
ｅ　Ｒｏｌｅ　ｏｆ　Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｉｎ　ｔｈ
ｅ　Ｄｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｉ　ｔｒｏ
ｇｅｎ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ”　（１９７９年ｉｏ月）に
おいて、Ｋ、Ｈ，Ｊａｃｋが提案したａ　−Ｓｉ　−Ａ
Ｉ　−０−Ｎ一般式Ｇ’ｌＹ７　Ｓｉ、２−（ｒｎ十ｎ
）　Ａ１ｍ＋ｎ　０ｎＮｔｅ−ｎであり、式中Ｘ＝０　
２　　、　　ｍ＝１−４　、　ｎ＝０−コ、ヤである。

相の定義 ■、　β１は、０（Ｚ（４，２である、一般式５ｉ６−
ｚＡｌｚ　Ｏｚ　Ｎ５−ｚ　ｆ有する六方晶相でゐり、
２＝０およびＺ＝４β１に対するＸｉＭ回折４？性パタ
ーンによって慣出さ【る。

ム　α１は、　Ｍ　＝　Ｌｉ　、　Ｃａ、　Ｙまたは他
のランタン系列である、一般式（Ｓｉ、　ＡＩ）Ｉ２　
Ｍｘ■、Ｎ）ｔｓを有する六方晶相である。理論的最咀
はＸ＝２であり、これはＣａの場合に接近されるが、Ｙ
の場合、実際の最大値は約０．７である。Ｘ線回折によ
って演出される。

３、　α−８ｉ、　　Ｎ４はＳｉ、　Ｎ４の非直換同素
体である。

４、　　Ｎ−ηＷは式Ｙ４Ｓｉ、　０７Ｎ！の単斜晶相
でちり、Ｙ〜！１ｉｆ−Ｙ、ＡＩ、０．と１司型４遣で
ありかつこれと完全固溶体を形成する。

５、Ｙ−Ｎ−α−珪灰石に式ＹＳｉＯ，Ｎの単斜晶相で
ある。

６、ＹＡＧは式Ｙｓ　Ａ１５０１！の立方晶相である。

ＳｉによるＡＩのある程度の＃換ＺよびＮによる０の同
時置換が起こりつる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で画定された５ｉ−ａｌ−ＯＮ状態図の
基平面のシリコン窒化物コーナを示す。 外１名− 手続補正書 昭和困年り月／？Ｏ日 特許庁長官　若杉和　夫　殿 １、事件の表示 昭和団年　特願第　２８４２６　　号 ２、発明の名称 セラミック材料および製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　アメリカ合衆国　ペンシルグアニア州　１５６５
０ラドローブ　ピー　オー　ボックス　２３１名称　ケ
ンナメメル　イン＝−ボレイテッド４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ぽ相８ｉ−人１−０−Ｎと、β相Ｓ１−人夏一ωボ
   と、ガラス質相とからなるシリコンアルミニウム酸窒化
   物のセラさツク材料。 ２　α相Ｓｉ−人１−０−ＮがｌＯ−７０重量％の範囲
   内で含まれている特許請求の範囲第１項記載のセラミッ
   ク材料。 ３　β相別−ＡＩ−０−ＮがＪ−頒重量シの範囲内で含
   まれている特許請求の範囲ｇｔ項または第２項記載のセ
   ラミック材料。　　・４　ガラス質相が０．１−１０重
   ｔ％の範囲内で含まれている特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のセラミック材料＝ ５　β相Ｓｉ　−ＡＩ　−０−Ｎが田−叩重瀘％の範囲
   内で言マれかつガラス質相が０．１７１０重量％の範囲
   内で含まれている特許請求の範囲第１項または第２項記
   載のセラミック材料。 ６　α相Ｓｉ　−ＡＩ　−０−Ｎと、β相５ｉ−ＡＩ−
   ０−Ｎと、ガラス質相から主としてなりかっＹＡＣｘ％
   ＹＡＭ　、　Ｎ−ＹＡＭおよびＹ　−Ｎ　−ａ珪灰石の
   ような他の相も含有する粒間成分とからなるシリコンア
   ルミニウム酸窒化物のセラミック材料。 ７　シリコンおよびアルミニウム原子の総数と酸素およ
   び窒素原子の総数との比が０．７３５−０．７７の範囲
   内にあるような約合で元素シリコン、アルミニウム、酸
   素および窒素を含有する化合物からなりかつ前記化合′
   ＃は後続の脱活工程中第二の成分と共に反応して二皇相
   セラミック材料を生成し、その第一の＠は一般式Ｓｊ、
   　−ｚ　Ａｌｚ　Ｏｘ　Ｎ、−ｚに従い、式中２は０．
   ３８−１５　テあり、ｍ二ノ相ｋｉ−ＲＥ　（Ｓｉ　、
   　ＡＩ）。 ＭＫ（０、Ｎ）、＠ＩＣ−ＮうようＫするところの第一
   の成分と、元素イツトリウム、スカンジウム、セリウム
   、う／タンおよびランタン系列の金属の少なくとも１つ
   の酸化物の形態の１０重量％以下の第二の成分とから本
   質的になる粉末混合物をル或し、前記混合物乞保護環境
   中で圧力と加えまたは加えないで１６００−２０００℃
   の温度で少なくとも１０分−少なくとも５時間の、温度
   の眉太と共に諷少する時間尭預し、少な（とも９０体積
   ％の前記二重用セラミック材料ならび忙８ｆＢ中ガラス
   質相でｈるところのＶｆｒＪ記少なくとも１つの元素を
   含有する第二の相を含有するセラミック材料を生成する
   ようにしたことを特徴とするｔラミック製品を夷遺する
   方法。