JPS6096575A - 窒化珪素質複合焼結体 - Google Patents

窒化珪素質複合焼結体

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JPS6096575A
JPS6096575A JP58199934A JP19993483A JPS6096575A JP S6096575 A JPS6096575 A JP S6096575A JP 58199934 A JP58199934 A JP 58199934A JP 19993483 A JP19993483 A JP 19993483A JP S6096575 A JPS6096575 A JP S6096575A
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JP
Japan
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sintered body
silicon nitride
corrosion resistance
weight
composite sintered
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JP58199934A
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English (en)
Inventor
修 寺田
水岡 誠史
達人 高橋
正明 西
石沢 健喜
白仁田 昭
剛 石原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinagawa Refractories Co Ltd
Shinagawa Shiro Renga KK
JFE Engineering Corp
Original Assignee
Shinagawa Refractories Co Ltd
Shinagawa Shiro Renga KK
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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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】 耐食性が大で、かつ耐熱衝撃性が大で高強度をもち、し
かも麹雑で高度の寸法精度に加工できる窒化珪素質複合
焼結体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(熱膨張率が小さく
、熱価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、高合金鋼に対する耐食性拐料としてはそ
の耐用性の点て適用に限界があり、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(SUSJコl
)融体による耐食性を検討した。
第1表 各種セラミックのステンレスに対する縮性糸密
度特性 A=9g N100% B=90チ以上 C=tO N90チ 条件)温度:tsoo”C,で1時間保持(昇温速度t
oo。
〜isoθ’CAJ℃/分) 雰囲気:Ar ステンレス:5U8Jコl φハA X /、Sその結
果、ステンレス鋼に対する耐食性の優れた材料tila
密質のアルミナ、ジルコニア、サイアロン等の酸素含有
セラミックスであり、ホットプレスボロンナイトライド
(BN)、常比焼結炭化珪素及び′冷圧焼結窒化珪素等
の非酸化物セラミックスは必ずしも高耐食性相料でない
ことが判明した。そこで高合金鋼に対する耐食性が大で
かつ熱衝撃性が大で、しかも複雑で高度の寸法411度
を1iiiiえた材料を開発するために反応焼結窒化珪
素(b IS N j)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怠倹討の結果、金属珪素(Si) 
、20〜90 重咀チ、窒化硼素(BN)、i 〜# 
0重量%、金属アルミニウム(AJ)/〜コO重量%、
及び酸化物としてAj20s+ ZrO2+ Y20B
+ Cr2O,*TiOz1MgO+CaOがS〜60
重rttmの組成範囲からなうかつ前記81. BN、
 AJ と前記酸化物の1種もしくは数種の組合せから
なる成形体を非酸化性の窒素含有雰囲気下で反応焼結し
てなる窒化珪素質焼結体は、高合金鋼に対する耐食性が
著しく向上し、かつ熱衝撃性も向上することが判明した
本発明の窒化珪素質複合体焼結体は前記5itBNI 
AJ と酸化物(例えばAj、O,)の窒化反応により
81.N4− AJN −AJ2Q 、−BN系もしく
はSi、N。
−AjN−前記酸化物−BN 系の組成物を形成し、S
i’+AJ の窒化物により強固な結合組織を呈する。
また、熱膨張率も反応焼結81 、N4と同様ムS〜、
j、OX / 0〜70(室温〜/!t00℃)と低い
値を示す。
次に、本発明の空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、
N、単体)及び窒化珪素系複合焼結体(81,N、−B
N複合焼結体;特願昭第ss−λ/177(7号公報)
との比較において説明する。
ステンレス鋼社一般の構造用鋼と比較してFe 以外に
Cr+ Ni+ Tit Mat Mn ’4の成分を
含み、溶融状態での粘性及び融点も低い。そこで/!;
00℃近傍における鋼中酸素分圧下でのBi、N。
の安定性を比軟すると、81.N、単体での安定領域が
小さく不安定である。またN21モル当りの生成自由エ
ネルギーについてステンレス鋼成分との関係から倹利し
てみても、一部81.N、単体では不安定領域にある。
実際のルツボ法によるステンレス円の侵食テスト及び温
性のテストの結果からも、本発明品ttJ−11=fi
い耐食性及び大きな接触角の値をもつのに対し、比較の
81.N、単体及びSL、N、−BNN会合焼結体耐食
性は著しく低い値をとる。
また、本珀明品の耐食性試1鏡後の試料を顕微鏡、X崎
!回り丁、X線マイクロアナライザー(可動 による1
9子析の結果、本発明品とステンレス鋼との間には反応
もなく、溶麟七ラミック界面にはA4,0.系化合物及
び前記酸化物系化合物ニJニル保ifm膜の形成が認め
られた。
以上の結宅より高合金鋼に幻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組成物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Si20〜90重量%、BN 
J〜lIθ亜拭チ、A17〜20重量−1及び酸化物と
してAGOs +ZrO2+ y、o、 lCr20B
+ T102y MgO及びCaOの少くとも!44の
g、40重11%からなる成形体を、窒素含有非酸化性
雰囲気下/!;00℃以下で焼成してなる反応焼結法に
よる窒化珪素質複合焼結体である。
組成範囲をS1コθ〜90重量%、Aj /−20重J
a%と限定した理由は、骨格としてのこれら窒化物によ
る強度を保持することと、AJ、の酸化物、璧化物によ
り耐食性を向上するためである。
BN を添加した理由は焼結体の熱衝撃性を保持するた
めで3重t%未満では効果がなく、また4Io重斌チを
越えると焼結体の強度低1を招く。
次ニ酸化物AL20. ZrO21y2o、 Cr20
alTie、lMgO,CaO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81 は純度97重量%以上の8
1 を有し、かつその粒度が?Qμ以下の粉末を使用し
た。BNは純度9g%以上でかを使用する。酸化物AJ
20.+ Zr02IY、O,+ Cr2O5+TlO
2+ MgO+ C亀0は純度9g%以上でかつその粒
度がlI4’μ以下の粉末を使用した。またZrO。
はCa0IY、O,+ MgOによる部分安定化ジルコ
ニアを使用する。
上記したSit BNI AJ と前記酸化物粉末の1
種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
及びPVA等の結合剤を適量添加し均一混練したのち、
造粒乾燥を行ない成形川原イ!1とする。この原料をラ
バープレス及び機械プレス痔で成形後、Ar、N、、、
等の非酸化雰囲気下lλ00′C以下で焼成しアルコー
ル、水分及ヒ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伏仰とする。切削加工が必要な場
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
、窒素含有非酸化性雰囲気中/100℃以下で焼成する
ことにより5i−BN−AJ −前記酸化物系での窒化
反応が完了し窒化珪素質複合焼結体が得られる。
本発明の窒化珪素焼結体は熱衝撃性に優れかつ高合金鋼
に対する耐食性にも擾れた材料である。
次に実施例に基づき本発明を説明する。
実施例1 原料として純度9S%以上粒度tpp以下の81 粉末
、純度?g%以上粒度10μ以下のBNI AJ 粉末
及び純度99%以上粒度sp以下のAJ、O,粉末の4
Iillを前記組成範囲内で第−表の如く配合した。こ
の配合物に0.3 % PVAを含むアルコール溶媒下
で均一に混線しφO1S〜/、Omm に造粒乾燥後、
ラバープレスを用いlJi/c♂ の成形圧で成形した
。ついでこの成形体をAre N2 含有非酸化性雰囲
気下1200℃以下で焼成し仮焼結体とし、強度及び熱
衝撃性測定用試料j X 3 X 30mmと耐食性試
験用ルツボとして 、30×、IO(内径 コoxao
 )の形状に加工後、これを最高温度tsoo”c以下
の窒素含有非酸化性雰囲気中で焼成し窒化珪素質焼結体
を作成した。fI′3.2表には上記のようにして製造
された焼結体の溶融金hSに対する耐食性と熱衝撃性及
び密度特性について比較例とともに示した。
第1表 窒化珪素質焼結体の耐食性と熱衝撃性臀25反
応焼結によるサイアロン組成物(Z=/+Buto%)
畳う1反応焼結Si、N、単体 脣46反応焼結5i5Na BNII合焼結体耐食性に
ついては前記ルツボにステンレス銅(5USjコl)の
asgプayりを用い温度/!30’C,Ar ず囲気
下コ時+1JJ保持した後の侵食にをルツボの容積比率
で示した。その結果、本発明品は比較品に比べ反れた耐
食性を示すことか判る。
また、熱衝撃性についてtま上記試料を”AOθダイヤ
でj X II X 4tOmmに加工し所定の温度に
lS分保持俊、23r℃の水中で急冷しスパンJ Om
m 、クロスヘッド速度o、tmm/分での3点曲げ強
度の測定を行ない、室温強度の劣化開始温度をもって熱
歯昭値として表わした。また、W・;度特性についても
検討を行なった。その結果AJ、0. A O重Jih
%以内の前記組成範囲の焼結体は良好な特性を示した。
実施例λ 原料として実施例1と同様O化物として純度99%以上
粒度Sμ以下のAl2O,、ZrO,、Y、0.、cr
、o、、’1’W2、MgO1CaOからなるl稙もし
くは数梶を用い第3表の如(配合した。この配合物を実
IIIII←lllと同様な方法で耐食性用ルツボを作
成し、ステンレス鋼SUS jλ/による耐食性につい
て検討した。その結果、耐食性については酸化物として
AJ 、O、、ZrO,を添加したものが特に優れた材
質を示すが、他の酸化物系のものも比較品に比べ良好な
特性を示した。
第3表 M化珪素質焼結体の特性 臀1.比較品:すSi、N、単体 リSi、N、−BN
 / 0%蒼’ 、ZrO2a MgQ (I モlk
 ) /76分安2N化ジh:yニア脣基、耐食性: 
ルツボ1i7「面容槓に対する侵食容積比(数字大、侵
食大) 実施例3 実施例1と同じ原料を用い5i−AA−120,−BN
系で5i−AL−A4.Olの組成をサイアロン組成物
(Z=2)と固定し、13N 瓜と熱衝撃値、密度特性
について検討した。熱is値の測定方法及び製造方法は
実施例1と同一の方法で行なった。その結果、BN 含
有鼠の増加に伴ない熱衝撃性は向上するものの強度特性
、密度特性が低下し、耐食性との関係でBN J〜qo
重@−が良好な組成範囲であることを示している。これ
らの結果を図に示し、BN含有量の密度特性を第9表に
示す。
第9表 密度特性 実施例ダ 実施例1と同様な方法で製置した本発明品(サイアロン
組成物z =t+BNtoTo)と比較品として反応焼
結Si、li、−BN焼結体(BN#7%)及びホット
プレスBN について、1soo℃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10xlO×3m
mのセラミックの試験片にφへS×へ、tmm のステ
ンレス鋼(SL18Jコl)を(1)せ/!00℃テl
/)接触角及び/!;00t′CI時間保その結果、本
発明品は接触角1lo0で時間経過後も変化が11′1
められず、また侵食もはとんどな(良好な耐食性を示す
が、比較品の窒化珪素(Si、N、−BiJ) 及びホ
ットプレスBNは接触角が41O0〜A 00と小さく
組織的にも侵食が詔められる。その結果を15表に示す
一/ 15表 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S
i、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、かつ熱衝撃性が大であり、高
寸法精度の加工が容易で経済的にも優れた拐料である。
【図面の簡単な説明】
図は窒化硼素含有量を変えた富化珪素質複合板焼結体の
急冷温度と曲げ強度との関係を示す図である。 特許出願人 品川白煉瓦株式会社 急冷温度化)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 金属珪素−〇−90重量%、空化硼素3〜41117重
    量%、金属アルミニウムl−20重量%、及び酸化物と
    してM、o、 y ZrO,# Yz05yCr20B
     +TlO2+ Mg、O及びCqOの少(とも1種の
    ! −AOM岨チからなる成形体を窒素含有′j#囲気
    下1soo℃以下で焼成してなる反応焼結法による窒化
    珪素質複合焼結体。
JP58199934A 1983-10-27 1983-10-27 窒化珪素質複合焼結体 Pending JPS6096575A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01317157A (ja) * 1988-03-04 1989-12-21 Hitachi Ltd 機能性セラミックス物品の製造方法
GB2290783A (en) * 1994-07-01 1996-01-10 T & N Technology Ltd Sintered reaction-bonded silicon nitride components
JP2006199520A (ja) * 2005-01-18 2006-08-03 Zikusu Kogyo Kk セラミック治具及びその製造方法

Cited By (4)

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