JPS598669A - 高合金鋼用窒化珪素質複合焼結体材料及びその製法 - Google Patents

高合金鋼用窒化珪素質複合焼結体材料及びその製法

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JPS598669A
JPS598669A JP57114012A JP11401282A JPS598669A JP S598669 A JPS598669 A JP S598669A JP 57114012 A JP57114012 A JP 57114012A JP 11401282 A JP11401282 A JP 11401282A JP S598669 A JPS598669 A JP S598669A
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silicon nitride
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oxide
nitride composite
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石沢 健喜
白仁田 昭
剛 石原
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Shinagawa Refractories Co Ltd
Shinagawa Shiro Renga KK
JFE Engineering Corp
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Shinagawa Refractories Co Ltd
Shinagawa Shiro Renga KK
Nippon Kokan Ltd
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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】 本発明は浴融金属、とくに高合金鋼に対する耐食性が大
で高強度をもち、しかも複雑で高度の寸法精度に加工を
行なうことができる4、窒化珪素質複合焼結体及びその
製造方法に関するものである。
窒化珪素焼結体は機械的強度が太き(熱膨張率が大きく
熱衝撃性に優れているため高温構造用材料として注目さ
れているが、溶融高合金鋼に対する耐食性材料としては
その耐用性の点で利用できず、一般にアルミナ、及びジ
ルコニア等の酸化物セラミックが使用されている。
そこで第1表に示すように各種酸化物、炭化物、窒化物
セラミック材料についてステンレス鋼(SUE a、2
/)融体による耐食性を検討した。
2/′ −1−″−′− 第2表 各種セラミックスのステンレスに対する濡性秦
密度特性 A=りg〜100チ B=901%以上 0−70〜90チ 条件)温度:1500℃で1時間保持(昇温速度/θO
θ〜/100℃コ、、1℃/分) 昇囲気:ムr ステンレス:8UI9Jコ/ /、I×/Jその結果、
ステンレス鋼に対する耐食性の優れた材料はllL密質
のアルミナ、ジルコニア、サイアロン等の酸素含有セラ
ミックスで、ホットプレスボロンナイトライド(BN)
、常圧焼結炭化珪素及び常圧焼結窒化珪素は必ずしも高
耐食性材料でないことが判明した。しかし、0./■以
下の寸法精度が要求され、かつ耐熱衝撃性等の使用条件
が厳しい所ではこれらの耐火物には限界があり、そこで
高合金鋼に対する耐食性が大でかつ複雑で高度の寸法精
度を備えた材料を開発するために反応焼結脅化珪素(s
i、N、 )を基本に酸化物との複合材料化について検
討した。
上記の点について鋭意検討の結果金属珪素(Si) 2
0−10重量%金属アルミニウム(ム1)/〜10重量
−と酸化物としてAJ、O,、ZrO,、Y、O,。
Or、O,、Tie、 、 MgOがj−40重量−の
組成範囲からなりかつ前記Si、ムJと前記酸化物の7
種もしくは数種の組合せからなる成形体を窪素雰囲気下
で反応焼結してなる窒化珪素質焼結体は高合金鋼1こ対
する耐食性が著しく向上することが判明した。
本発明の窒化珪素質複合体は前記成分81.Ajと酸化
物(例えばム−’tOs)の窒化反応により5islJ
−AfN−kL、O,糸もしくは81.N、−AjN−
前記酸化物系の組成物を形成し未反応なり1及びAJは
なく、強固な結合組織を呈する。また熱膨張率もa、5
−JyyXlo−j/℃(H温〜zooc )と低い値
を示す。
次に本発明の窒化珪素質焼結体のステンレス鋼溶融体に
対する耐食性について窒化珪素反応焼結体(Si、N4
単体)との比較において説明する。
ステンレス鋼は一般の構造用鋼と比較してOr、Ni、
Ti、Mo、Mn 等の成分を含みかつ溶融状態での粘
性及び融点も低い。そこで1soo℃近傍番こおけるN
、l1モル当りのSi、N、の生成自由エネルギーを比
較計算するとエネルギーレベルをこ逆転が生じf31.
N、中のρqとステンレス鋼成分との反応により131
.N、焼結体の侵食が生じることになる。またステンレ
ス鋼中のFθとSi、N、中のslとの親和性が強くス
テンレス鋼とS i、N、焼結体が濡れやすくなる。
一方1本発明の窒化珪素質複合焼結体が耐食(41) 性に優れているのは骨格および分散相がSi、N。
A120m−AIM系及び81.M、−ムJIOl−前
起酸化物系のステンレス鋼に濡れにくい、組成物から構
成されているためである。本発明品とステンレス鋼との
侵食試験後のX@マイクロアナライザー(XMA )解
析の結果、本発明品とステンレス鋼との反応はなく、セ
ラミック界面にはi、O,系化合物及び前記酸化系化合
物による保1j膜の形成が認められた。
以上の結果より高合金鋼に対する耐食性材料とは本発明
品の如く本質的に濡れにくい材料で構成されていること
である。  − 次に本発明の製造方法及び組成の限定理由について説明
する。本発明の焼結体はB1コ0−20重量%、ムj/
−コO重量−と酸化物AJ* 0 @ r Z rOm
 +Y、O,,Or、O,、Tie、 、 MgOの少
くとも1種がj−40重量%の組成範囲からなりかつ前
1に!!5iFALと紬紀酸化物の7種もしくは数種の
組合せからなる成形体を窒素含有雰囲気下1100℃以
下で焼成し反応焼結してなる窒化珪素質複合焼結体であ
る。組成範囲をS1コ0〜20重量饅、Aj /〜コQ
重量−と限定した理由は骨格としてのこれら窒化物によ
る強度を保持するためでAJ/〜λθ重量%、酸化物A
、120. 、 ZrO,、Y、0. 、 or、o、
 、 Tie□、MgOの少くとも1種を5〜60重量
%とした理由は耐食性を保持するためである。次に出発
原料としての61は純度97重!:1以上の81を有し
かつその粒度が74’μ以下の粉末を使用した。Ajは
純度?7重量%以上でかつその粒度がvlμ以下の粉末
を使用する。酸化物Af、Os、ZrO,、Y、O,、
Or、0. 。
TiO2,MgOは純度?A’重tS以上でかつその粒
度が41pμ以下を使用した。またZrO2はOaO。
Y、0. 、 MgOによる安定化ジルコニアを使用す
る。
上記したs1粉末、Aj粉末と前記酸化物粉末の7棟も
しくは数種からなる原料を用い前記組成範囲内の所定の
割合に配合したのちアルコール等の非酸化性溶媒(場合
1こよっては水を使用してもよい)及びPVA等の結合
剤を適量添加し均一混合、混練したのち造粒乾燥を行な
い成形用原料とする。この原料をラバープレス及び金型
を用いた機械プレス等で成形後、Ar * H*等の非
駿化性雰囲気下1ooo℃〜/300℃、好ましくは7
100℃近傍で前焼成し、アルコール、水分及びバイン
ダーを除去するとともに成形体に強度を付与し切削可能
な状態とする。切削加工の必要な場合はこの成形体を目
的に応じた寸法精度で加工したのち窒素ガス雰囲気中デ
θO℃以上tsoo℃以下で焼成することによりβ1−
AJ、−前記酸化物系での窒化反応が完了し窃化珪素質
複合焼結体が得られる。
本発明の窒化珪素質焼結体は高合金鋼番と対する高耐食
性材料で一般の反応焼結Si、N、とほぼ同様な製法で
かつ焼成後の寸法変化もほとんどなく複雑形状の製造が
可能である。
実施例/ 原料として純度qtチ以上、粒度りlμ以下の81粉末
と純度?l−以上、粒度lθμ以下のA1粉末および純
度?f%以上粒度5μ以下のAJtO,粉末の3種を前
記組成範囲内で菖、2表の如く配合した。この配合物に
o、rチpvムを含むアルコール溶媒下で均一に混線し
oo、2〜/、0■に造粒乾燥した後ラバープレスを用
いl−g t /ca+”(J:)成形圧で成形した。
ついでこの成形体をArg囲気下10り0℃〜/300
℃の温度でコ時間保持し仮焼結体とし、強度測定用試料
!rXrX!Owsと侵食試験用ルツボとしてφ3o×
30t(内径φコ。
×コOt)の形状に加工後これを最高温度/100℃で
窒化焼成し窒化珪素質焼結体を作成した。
第2表には上記のようにして製造された焼結体の溶融金
属に対する耐食性と強度特性及び密度特性について比較
例とともに示した。
−/ //′ //″′− 一/′ 一、/ //″′ (t  ) 第1表 窒化珪素質焼結体の耐食性 秦/耐食性:最大溶損領域でのもとの壁面からの最大侵
食量(単位:、、)(測定:顕?ik鏡下:最大厚ざj
■)秦コ反応焼結Si、N、単体 O8−炭素鋼  SU日二SU日3コl秦3z=/ サ
イアロン糾成物 耐食性については前記ルツボに炭素鋼(BtIsO)ス
f 7 L/ ス鋼5U8J2/(SUB )の約Jj
fのブロックを用い、温度15jO℃、Ar雰囲気下で
1時間保持した後ルツボの侵食量を測定した。その結果
本発明品は比較品に比べ炭素鋼、ステンレス鋼とも優れ
た耐食性を示すことが判る。また、強度特性、密度特性
1こついて検討を行なった結果、ム120.含有量60
%以内では良好な特性を示した。
実施例コ 原料として純度9g−以上、粒度7Vμ以下のslと、
純度91%以上、粒度10μ以下のAJと、酸化物とし
て純度99チ以上粒度Sμ以下のAt、o I 、 Z
 ro z + Y2Os 、 0r20 s T T
 io 2 + MgOからなり7種もしくは数種を用
い、第3宍の如く配合した。この配合物を実施例/と同
様な方法で強度測定用試料及び侵食試験用ルツボを作成
し、実施例1と同様な検討を行なった。
その結果、耐食性については酸化物としてムf20. 
、 ZrO,を添加したものが特に優れた性質(// 
) を示すが、他の酸化物添加物系のものも反応焼結窒化焼
結体(131,N、単体)に比べ良好な%性を示した。
また、強度特性、密度%性について検討した結果、実施
例/と同様酸化物の添加がA(7%以内で良好な特性を
示した。
第3表 窒化珪素質焼結体の特性 (lλ) ※Z比較品/反応焼結Si、IJ4単体(j)1位: 
vm )※λZrO□: OaO(71モル)安定化ジ
ルコニア?M、2耐食性:最太済損領域でのもとの壁面
からの最大侵食量(単位:s、)(最大厚さjm) O,S:炭素鋼SUB:13U8.7!/実施例3 実施例ノと同様な方法で製造した本発明品の熱膨張率に
ついてAl2O,添加物、常圧焼結サイアロン(2〒−
)及び反応焼結81.N、等の比較例とともに第V光に
示した。熱膨張率は常温(RT)〜/sOθ℃までの結
果である。その結果本発明の素化珪素質焼結体は反応焼
結Si、N、と同様小さい熱膨張率の値をとることがわ
かった。その結果を第1I宍に示す。
/′=’−”− 第V光 熱膨張率%性 秦m/、λ、!rは第λ表本発明昂の添付番号の組成で
ある。
実施例q 前記実施例/と同様な方法で製造した窒化珪素質複合焼
結体(サイアロン組成物2=/)と反応焼結Si、N、
及びホットプレスBN について1000℃における温
性及び耐食性について検討した。温性の測定はIO×I
O×3w1g  のセラミックの試験片にφ/、1×7
.!wlのステンレス鋼(SUB、7.2/)をのせム
ry囲気中j−℃/分の速度で昇温し1500℃での接
触角及び/SOD℃/時間保持後の接触角を測定し冷却
後セラミック試験片の浸食量を検鏡した。
その結果、本発明品は接触角/100で時間経過後も変
化が認められず、また、侵食もほとんどなく良好な耐食
性を示すが反応焼結Si、N4及びホットプレスBNは
接触角がll00〜bo0と小さく組織的にも侵食が認
められる。その結果を第j表に示す。
第j宍 窒化珪素質複合焼結体の耐食性以上述べたよう
に本発明の窒化珪素質複合焼結体は従来の反応焼結81
.N、の欠点である、溶融金属とくに高合金鋼に対する
耐食性が著しく改善されかつ常圧焼結法及びホットプレ
ス法によるサイアロンと違い同一の組成物であっても/
jTOθ℃以下での反応焼結による製造方法であるため
高寸法精度の加工が容易でかつ経済的にも優れた材料で
ある。
特詐出願人 6品川白煉瓦株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l 金属珪素20〜70重量%、金属アルミニウム7〜
    .20重量%及び酸化物としてAJ、20alZr02
    1Y、O,、Or、、C)、 、Tio2及びMgOの
    少くとも1種の5〜60重量−からなる成形体を窒素含
    有雰囲気下で窒化焼結してなる窒化珪素質複合焼結体。 ユ 金属珪素20−?θ重量−1金属アルミニウムl〜
    λoiit*及び酸化物としてAj tOs + Zr
    Ot rY、O,、Or!O,、TiO2及びMgOの
    少くとも1種の5〜60重ik、%を混練成形し、非酸
    化性雰囲気中で100θ℃〜/J00℃の温度で前焼成
    後、窒素雰囲気下で1s00℃以下の温度からなる金属
    珪素窒化条件下で窒化焼結することを特徴とする、窒化
    珪素質複合焼結体の製法。
JP57114012A 1982-07-02 1982-07-02 高合金鋼用窒化珪素質複合焼結体材料及びその製法 Granted JPS598669A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5921581A (ja) * 1982-07-27 1984-02-03 株式会社神戸製鋼所 連続鋳造用耐火物
US4937211A (en) * 1986-06-09 1990-06-26 Norton Company High strength nitride bonded silicon carbide refractories
JP2005179176A (ja) * 2003-08-26 2005-07-07 Kyocera Corp 耐溶融金属用部材およびその製造方法

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