JPS60260471A - β―サイアロンを含まないα―サイアロン質焼結体 - 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】 産業上の利用分野 本発明は新規なα−サイアロン質焼結体及びその製造方
法に関する。α−サイアロンは高温における耐酸化性が
大きく、溶融金属やスラップに対する耐食性も優れてい
るので、α−サイアロン粉末は各種耐火物用原料として
有用なものである。

またその焼結体は高温強度や硬度が大きいので、自動車
用エンジン部品や金属切削工具としても期待されている
ものである。

従来技術 α−サイアロンはα−８ｉ、Ｎ４構造の格子間にＬｉ　
、　Ｈａ　、　Ｍｇ　、　Ｃａ　、　Ｙまたは希土類金
属が侵入型固溶したものであり、電気的中性を保つため
に。

Ｓ１位置ＫＡｌｌＮ位置に０が少量置換型固溶す私この
固溶によりα−３ｉ３Ｎ、型構造は高温でも安定である
。

α−サイアＱ７は一般式ＭＸｆｓｉ、Ａｌ）、２（０，
Ｎ）、。

（ただし、ＭはＬｉ　、　Ｎａ　、　Ｍｇ　、　Ｃａ　
、　Ｙ及び希土類金属から選けれた単独または混合物、
Ｘは０くＸ　＜　２を表わす。）で示される。この一般
式において、Ｍが１価、２価、３偽金Ｊｌによって、そ
れぞしｓｉ、Ｎ４とＭ２Ｏ＋３１１Ｎ　、　５Ａ５Ｎ４
トＭＯ＋　３Ａ４Ｎ　。

Ｓｉ、Ｎ４とＭ２Ｏ，＋　９１１Ｈの混合物と加熱する
ことＫより焼結体が得られる。

従来、α−サイアロン質焼結体の製造方法としては、そ
の組成原料粉末をポットプレスする方法（特開昭５６−
１２９６６７号公報）、常圧焼結法（％開昭５７−３７
６９号公報）及びガス加圧焼結法（％願昭５８−１９４
６７５号）が開発されている。

しかし゛、これらいずれの方法で焼結しても、得られる
焼結体は４〜５％の気孔が残シ、高密度、高強度で、か
つ高靭性、高張硬度の涜で満足すべき程度でない問題点
があった。

発明の目的 本発明はこれらの問題点を解消すべくなされたものであ
り、その目的り高硬度で高靭性化により曲は強度等機械
的強度の優れたα−サイアロン質焼結体を提供するにあ
る。

発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意Ｆｄ＋究の結果
、一般式ＭＸ（Ｓｉ、Ａｌｌ、２（０，Ｎ）、６（＊り
Ｌ、Ｍ７ＪびＸは前記と同じものを表わす）で示される
α−サイアｇｙにＢ　、　Ｔｉ　、　Ｏｒ　、　Ｚｒ　
、　Ｗｂ　、　ＭＯ、Ｈｆ。

Ｔａ及びＷの炭化物または窒化物、ｓｉの炭化物及び■
の窒化物から選ばれた１種または２糧以上の化合物を０
．１〜２０重量％含有させたα−サイアロン質焼結体は
高硬度で高靭性で機械的強度の優れたものとなることを
究明し得た。この知見に基いて本発明を完成した。

本発明の要旨は、 （１）　一般式ＭＸ（Ｓｉ、Ａり、２（０，Ｎ）１６（
ｆｃりり、、Ｍ　Ｈ。

Ｌｉ　、　Ｎａ　＋　Ｃａ　＋　Ｍｇ　＋　Ｙ及び希土
類元素カラ選ばれた単独または混合物、ＸはＯ＜ｘく２
を表わす。）で示されるα−サイアロン質に％ＢＩＴｉ
　、　Ｏｒ　、　Ｚｒ　、　Ｎｂ　、　Ｍｏ　、　Ｉｆ
　、　Ｔａ及びＷの炭化物あるいは窒化物、Ｓｉの炭化
物及びＶの窒化物から選ばれた１種以上の化合物を含有
させたα−サイアロン質焼結体。及び （２）一般式ＭＸ（Ｓｉ、Ａｊ）、２ｆＯ，Ｎ）１．（
ただし、ＭはＬｉ。

Ｎａ　、　Ｏａ　、　Ｍｇ　、　Ｙ及び希土類元素から
選ばれた単独または混合物、Ｘは０＜ｘく２を表わす。

）で示されるα−サイアロン質の組成原料混合物に、Ｂ
　、　Ｔｉ　、　Ｏｒ　、　Ｚｒ　、　Ｎｂ　、　Ｍｏ
　、　Ｉｆ　、　Ｔａ及びＷの炭化物または窒化物、Ｓ
ｉの炭化物及びＶの窒化物から選けれた１ｆＩＩ以上の
化合物を混合し、窒素ガス雰囲気中で１７００℃以上で
焼結することを特徴とするα−サイアロン質焼結体の製
造方法。

にある。

本発明のα−サイアロン質焼結体の製造方法としては、
前記一般式で示される原料組成になるように、例えば原
料として窒化けい素、窒化アルミニウムに、Ｌｉ　、　
Ｎａ　、　Ｃａ、　Ｑ　、　Ｙ及び希土類元素の酸化物
もしくは熱分解により前記酸化物を生成する化合物、例
えば炭酸塩、水酸塩、しゆう酸塩などの有機酸塩の１糧
あるいは２Ｓ以上を混合する。更にこれにＢ　、　Ｔｉ
　、　Ｏｒ　、　Ｚｒ　、　Ｎｂ　、　Ｍｏ。

１（ｆ　、　’［’ａ及びＷの炭化物または窒化物、Ｓ
ｌの炭化物及びＶの窒化物から選ばれた１８！もしく１
ｌｉ２種以上を混合する。該炭化物または窒化物の混合
割合は１１〜２０重量％であることが好ブしい。この添
加量と共に硬度は増大するが、曲げ強度は２０重量％を
超えると低下するので、最も好ましい範囲は０．５〜１
０重量％である。

これらの混合粉末を金型成形、泥しよう鋳込み。

静水圧プレスまたは射出成形等により成形物を作る。焼
結は前記成形物を１７００℃以上で焼結する。

焼結法は限定されるものではなく、常圧焼結法、ホット
プレス法、雰囲気ガス加圧法等いずれの方法でもよいが
、複雑な成形物も多量生産し得られ、且つ高密度となる
点で雰囲気ガス加圧法であることが好ましい。

実施例１゜ ５ｉ３Ｎ４（平均粒径０．５　ｐｍ　ｓ　＠イオン不純
物０．５重量％以下）とＡ／Ｎ　（平均粒径２μｍ１陽
イオン不純物帆５重量％以下）及びＹ２Ｏ５（平均粒径
１μｍ１純度９９．７％）とをα−サイアロンのＹｏ、
２（Ｓｉ、Ａｚ）１２（ＯＷＮ）１４　％　Ｙｏ、６（
Ｓｉ＋ＡＪ）、２（０＋Ｎ）、６の組成となる割合の混
合物にＴｉｅ　（平均粒径１μｍ％純度９９．８％）の
添加量を羨えて混合した。この混合粉末を窒化けい素製
ボールミルを用い、アルコール中で混合した後、乾糎し
て混合物を作った。

この混合物を静水圧プレス機により５００　Ｋ９７ｃｌ
Ｉ２で予備成形した後、１７５０℃で１時間、ホットプ
レスに焼結を行いα−サイアロン質焼結体を作った。

得られた焼結体の密度は理論密度の９８％以上であった
。この焼結体を切断し、平面研削により３Ｘ４Ｘ４０ａ
ｍの曲げ試料を作シ曲げ強度と硬度の測定を行った。そ
の結果は次の第１表の通シであった。

この結果が示すように、Ｙ量が０．２　、０．６のいず
れの場合においてもＴｉＣの混合量が多くなるにつれて
硬度は大きくなり、曲げ強度社混合量と共に強くなるが
、２０重量％を超えると弱くなる。

従って、ＴｉＣの混合量は０．１〜２０重量％更に好ま
しくは５〜２０重量％である。

なお、Ｙに代え、Ｌｉ＋　、Ｎａ　＋　Ｏａ　ｌ　Ｋｇ
を用いて同様な方法で焼結体を作った。その結果はほぼ
同じであった。

実施例２゜ 実施例１と同様々方法で、α−サイアロン組成をＹ、４
（Ｓｉ、ＡＪ）１２（０’Ｊ）１６とし、Ｂ４Ｃ、Ｚｒ
（３、ＨｆＣ。

ＮｂＧ　、　Ｗｅ　、　Ｂ４Ｃ、５ｉ（３、、Ｔｉｅを
混合し、１７５０℃で１時間のホットプレスによシα−
サイアロン質焼結体を作った。焼結体の密度は理論密度
の９８％以上であった。これよシ試′験片を実施例１と
同様にして作り、曲げ強度と硬度を測定した。その結果
は下記の第２表の通シであった。

この結果が示すように、炭化物を混合しない試験片に比
べて、混合した場合が曲げ強度が大きくなり、また硬度
も著しく大きくなった。

なお、第３表に示すように、Ｏｒ　、　Ｎｂ　、　Ｍｏ
、Ｔａの炭化物を混合した場合もほぼ同様な結果が得ら
れた。

第　３　表 実施例３゜ Ｙ（、，４（Ｓｌ、Ａｌ）１２（０＋Ｎ）１６で示され
るα−サイアロン組成にＣｕｂｉｃ　ＢＮ、　ＺｒＮ　
、　ＨｆＮ　、　ＴｉＮ　、　ＶＮ　。

０ｒ５Ｎ４．　ＮｂＮ　、　ＭｏＮ　、　ＴａＮ　（平
均粒度１　ｆｉｍ　、純度９９．０％）を２．５〜１０
．０重量％添加した所定割合の組成を作成し、実施例１
と同様な方法にて、α−サイアロン質焼結体を作成した
。

密度特性は相対密度で９８％以上であった。

この焼結体よシ研削加工によＪ）３ｘ４ｘ４０ｍの試験
片を作成し、　ＪＩＳ法による室温での曲げ強さと、研
磨仕上げ加工した試験片を用い、ビッカース法による硬
度を測定した。

その結果、第４表に示すように従来のα−サイアロン焼
結体の強度より向上しており、更に硬度値においてもエ
ンジニアリングセラミックスとして適用し得る値を有し
ていることが確認された。

発明の効果　一 本発明の方法によると、α−サイアロン質にＢ。

Ｔｉ　＋　Ｖ　、　Ｏｒ　、　Ｚｒ　、　Ｎｂ　、　Ｎ
ｏ　、　Ｈｆ　、　Ｔａ及びＷの炭化物または窒化物ま
たはＳｉＣから選ばれた１種または２種以上を混合物を
含有させることによシ、硬度と曲は強度を著しく向上さ
せる優れた効果を奏し得られる。

特許出願人　新技術開発事業団 同　科学技術庁無機材質研究所長 間　品川白煉瓦株式会社 昭和６０年８．Ｔｉ２７日 牙１１許庁長官　宇賀遁部　殿 １　・１１イ′ｌの表示 昭和５９イ１　％　許　願第ｔｔａｏａｓ　Ｔｉ２　発
明の名称　α−サイアロン質焼結体及び３、ｌ’＋ｂｒ
Ｅｋｔ６＠　その製造方法！ｊ件との関係　特許出願人 （１°ｌ　ｉｆ；ｊｉ　東京都千代田区永田町二丁目５
番２号氏名（名称）新技術開発事業団 （ほか２名） ０　補正により増加する発明の数　なＬｌ、補正の対象 明細書の特許請求の範囲及び発明の詳細側　紙 （１）　％許請求の範囲を次の通り訂正する。　゛［１
，一般式Ｍｘ（Ｓｉ＋Ａ／）１２（０，Ｎ）１６（ただ
し、ＭはＬｉ　＋　Ｈａ　＋　Ｃａ　＋　Ｋｇ　、Ｙ及
び希土類元素から選ばれた単独または混合物、Ｘは０く
ｘ　＜２を表わす。）で示されるα−サイアｏｙ質に、
Ｂ　＋　Ｔｉ　＋　Ｏｒ　＋　Ｚｒ　ｒ　Ｎｂ　ｒ　Ｍ
ｏ＋Ｉｆ　＋　Ｔａ及びＷの炭化物あるいは窒化物、Ｓ
ｉの炭化物及びＶの窒化物から選ばれた１種以上の化合
物からなる相を含有させたα−サイアロン質焼結体。

２、　前記炭化物または窒化物の含有量が０．１〜２０
重景％である特許請求の範囲第１項記載のα−サイアロ
ン質焼結体。

３、一般式Ｍｘ（Ｓ：Ｌ、Ａ／）１２　（０＋Ｎ’）１
６　（ただし、ＭはＬｌ　＋　Ｎａ　ｌ　Ｏａ　ｌ　Ｍ
ｇ　＋　Ｙ及び希土類元素から選ばれた単独または混合
物、Ｘは０〈ｘ、＜２を表わす。）で示されるα−サイ
アロン質の組成原料混合物に、Ｂ　＋　Ｔｌ　＋　Ｏｒ
＋Ｚｒ　＋　Ｎｂ　＋　Ｍｏ　＋　Ｈｆ　ｒ　Ｔａ及び
Ｗの炭化物もしくは窒化物、Ｓｉの炭化物及びＶの窒化
物から選ばれた１種以上の化合物を混合し、１７００℃
以上で焼結することを特徴とするα−サイアロン質焼結
体の製造方法。

４、　前記炭化物もしくは窒化物の混合割合が０．１〜
２０重量％である特許請求の範囲第３項記載のα−サイ
アロン焼結体の製造方法。」 物からなる相を含有」と訂正する。

（３）　同第７頁下から６行「スに焼結」を「スによ　
、　゛り焼結」と訂正する。

（４）同第９頁６行「５〜２０」を「０．５〜１０」と
訂正する。

（５）　同第９頁下から６行ｒ　Ｂ４ＣＪを削除する。

（６）　同第１Ｏ頁第２表 する。

（７）　同第１３頁第４表第２成分Ｎｎ７ｌ−ＧＮＪを
［Ｏｒ、Ｎ　Ｊと訂正する。

（８）　同第１４頁３行「Ｖ、」を削除する。

（９）同第１４頁４行［ＳｉＣＪを「ｓｉｏ、ＶＮＪと
訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　′一般式Ｍｘ（Ｓｉ＋Ａｌ）、２（０＋Ｎ）、６（
   ただし、ＭはＬｉ　、　Ｎａ　、　Ｃａ　、　Ｋｇ　、
   　Ｙ及び希土類元素から選ばれに単独または混合物、Ｘ
   はＯくｘく２を表わす。）で示されるα−サイアロン質
   に、Ｂ　、　Ｔｉ　、　Ｏｒ　、　Ｚｒ　、　Ｎｂ　、
   　Ｎｏ　、　Ｈｆ　、　Ｔａ及びＷの炭化物あるいは窒
   化物、Ｓｉの炭化物及びＶの窒化物から選ばれた１種以
   上の化合物の層を含有させたα−サイアロン質焼結体。 ２、　前記炭化物または窒化物の含有量が０．１〜２０
   重景％である特許請求の範囲第１項記載のα−サイアロ
   ン質焼結体。 ６、一般式Ｍｘ（Ｓｉ、Ａ４）、２（０，Ｎ）、６（た
   だし、ＭはＬｉ＋　Ｎａ　＋　Ｏａ　ｌ　Ｍｇ　＋　Ｙ
   及び希土類元素から選ばれた単独または混合物、ＸはＯ
   ＜ｘく２を表わす。）で示されるα−サイアロン質の組
   成原料混合物に、Ｂ　＋　Ｔｉ　＋　Ｏｒ　’、　Ｚｒ
   　＋　Ｎｂ＋）ｉｌｏ　、　Ｈｆ　、　’Ｉ’ａ及びＷ
   の炭化物もしくは窒化物−３ｉの炭化物及びＶの窒化物
   から選けれた１種以上の化合物を混合し、１７００℃以
   上で焼結することを特徴とするα−サイアロン質焼結体
   の製造方法。 ４、　前記炭化物もしくは窒化物の混合割合が０．１〜
   ２０重量％である特許請求の範囲第３項記載のα−サイ
   アロン焼結体の製造方法。