JPS61236653A - 窒化クロム―ジルコニア系セラミックス及びその製造方法 - Google Patents

窒化クロム―ジルコニア系セラミックス及びその製造方法

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JPS61236653A
JPS61236653A JP60078407A JP7840785A JPS61236653A JP S61236653 A JPS61236653 A JP S61236653A JP 60078407 A JP60078407 A JP 60078407A JP 7840785 A JP7840785 A JP 7840785A JP S61236653 A JPS61236653 A JP S61236653A
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chromium nitride
chromium
nitride
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は窒化クロム−ジルコニア系の緻密焼結体セラミ
ックス及びその製造方法に関する。
[従来の技術及び問題点]] 従来、窒化クロム−ジルコニア基の焼結体はほとんど開
発されていない。窒化クロム単味の焼結体は、Cr金属
粉末成形体を窒素ガス雰囲気中で焼結することによって
得られることは知られている。しかしながら、この場合
、反応焼結であるために、緻密に焼結することができず
、30〜40%の気孔率が残存する。そのためその用途
開発を考えるまでにも到達していないのが実情である。
一方、ジルコニア単味の焼結体は近時著しい発達がなさ
れ、部分安定化ジルコニアは優れたセラミックスを提供
することは周知である。
しかしながら、ジルコニアは熱伝導度が比較的小さく、
耐熱衝撃抵抗性に欠ける等の問題がある。
[問題点を解決するための手段] 本発明者は叙−1−の問題に鑑ゐ、窒化クロム焼結体に
ついて研究をしていたところ、Cr粉末にジルコニア粉
末を混合し、その混合粉末成形体を窒素ガス雰囲気中で
焼成したところ、反応焼結を起こして、窒化クロノ、と
ジルコニアからなる緻密焼結体となり、それぞれの欠点
が解消されろことを知見12、本発明を完成した。
即ち、本発明は窒化クロ1、とジルコニアとが焼結して
混在することを特徴とする窒化クロム−ジルコニア系セ
ラミックスに関する。
更に、本発明(」り[1ム金属粉末とジルコニア粉末と
からなる混合粉末成形体を窒素カス雰囲気中で焼成して
クロム金属粉末を窒化させろことを特徴とする窒化クロ
ム−ジルコニア系セラミックスの製造方法を提供するに
ある。
[作用] 本発明にかかるセラミックスにおいて、窒化クロム(」
、主としてCr2Nの組成のものを示すが、この化合物
は不定比化合物であり、これよりら窒素比の小さいCr
、N1−X(0≦X< 0.24)も存在し、焼成温度
によって窒化クロムの組成は変化ずろ。
従って、本発明で使用する窒化クロム(JCr、N+−
エ(0≦X< 0.24)組成のらのをさすものとする
一方、ジルコニア(J純粋なものを含むの(J当然のこ
とながら、Y、O3、CaOlMgOなどによって安定
化さろたジルコニアまたは部分安定化されたジルコニア
を6含むものである。
本発明にかかるセラミックスは−1−記の如く、窒化ク
ロムとジルコニアとの焼結体であるが、両者は均一に混
在して焼結されているため、それぞれの単独焼結体と(
」異なった一層優れた物性を示す。
即ち、窒化クロムm味の素地と比較すれば、ジルコニア
を混在することによって緻密化が容易になると同時に、
融点の高いZrO7を混在することによりより耐火度を
1−げることかできろ。更に、例えばジルコニア分散ア
ルミナ素地に見られるように、本発明にかかるセラミッ
クスはジルコニア分散窒化クロム素地ともみることがで
きる緻密焼結体を構成しているので、靭性のある強度的
に優れ八〇のになりうる。
一方、ジルコニア単味の素地と比較ずれば、ジルうニア
よりム熱伝導度の高い窒化クロムの混在によって耐熱衝
撃抵抗性もよくなり、温度変動の大きい場合の高温材料
として適用できる。
本発明クロム−ジルコニア系セラミックスの特徴を明ら
かにするために第1図及び第2図を添(=1する。
第1図及び第2図はいずれも後記の本発明の実施態様に
おける窒化クロム−ジルコニア系セラミックスの物性を
示すグラフ図であり、第1図は後記実施例1で得られた
各試料について、その特性を原料混合比に対して示すグ
ラフ図であり、第1−a図は原料混合比と相対X線回折
強度の関係を示すグラフ図であり、第1−b図は原料混
合比と全気孔率との関係を示すグラフ図であり、第1−
c図は原料混合比と密度との関係を示すグラフ図である
。また、第2図は実施例2で得られた各試l]について
、その特性を各焼成温度に対して示すグラフ図であり、
第2−a図は焼成温度と相対X線回折強度との関係を示
すグラフ図であり、第2−b図(J焼成温度と全気孔率
との関係を示すグラフ図であり、第2−c図は焼成温度
と密度の関係を示すグラフ図である。なお、第1−a図
及び第2−a図の相対X線強度は、試ネ]のX線回折に
よる構造物の回折線の中の最強線を6って表17たちの
である。第1−a図及第2−a図の結果は本発明の窒化
クロ1、−ジルコニア系セラミックスが窒化クロム(C
r 2 N I−:C)とジルコニアにより構成された
焼、結体であることを示ずらのであり、第1−b図及び
第2−b図の結果は焼結体の全気孔率か5%以下にらな
る程の緻密焼結体でありうることを示すものである。こ
のことは第1−c図及び第2−c図に示ず真密度と嵩密
度との関係の結果からみても明らかとなる。
本発明窒化クロム−ジルコニア系セラミックスはクロム
金属粉末とジルコニア粉末とからなる混合粉末成形体を
窒素ガス雰囲気中で焼成してクロ11金属粉末を窒化さ
せることを特徴と1.て工業的に有利に製造することか
できる。
本発明窒化クロム−ジルコニア系セラミックスの製造方
法において、クロム金属粉末とジルコニア粉末とからな
る混合粉末成形体中のノルフェアの混合割合は、その割
合に応じて特徴のある焼結体を得ることかできるので、
特に限定する必要はないが、多くの場合、30〜80重
量%の範囲が好適である。
この理由は、ジルコニアの混合割合の増加と共に焼結体
の気孔率か低下し、ジルフェアの混合比が30〜80重
徂%の焼結体では、気孔率か5%程度の緻密化焼結を行
なうことができるためである。従って、かかる組成比に
おいては出発原′月の粒度構成を調整すれば、実質的に
気孔のない緻密焼結体も得ることができる。
原料の金属クロム及びジルコニアは、純粋なものはもち
ろん使用できるが、それらの調製上不可避的に混入する
不純物は何ら問題とならない。
また、ジルコニアにあっては、前記のとおりY 、03
、CaOまたはMgOなどによって安定化されたジルコ
ニアも好適な原お1となりうる。
また、かかる原料混合物の成形体はその性状及び成形方
法を特に限定する理由はなく、多くの公知の所望の手段
を用いて調製することかてきろ。
?;1って、」−紀成形体の焼成(J窒素カス雰囲気中
で行なうことを特徴とするが、窒化反応(」金属クロム
にのめ生し、ジルコニアには生しない。
従って、−に記成形体を焼成する場合、少なくとも混合
物中の金属クロムが窒化する温度以上で焼成を行なうこ
とが必要である。
金属り「11・粉末自体の窒素カス雰囲気中での窒化反
応iJ: I 000℃以下の温度でも生ずるが、ジル
コニアとの反応焼結を充分に生起さ且るためには、多く
の場合1200℃以」二の温度が適当であり、1300
〜1600℃の温度範囲が好適である。
金属クロム窒化反応は温度にも勿論依存するが、一般に
速やかに進行し、また−1−記と同様の理由から最高温
度にお1Jる焼成時間は0.5〜3時間、好適に(」1
〜2時間がよい。
かくして得られるセラミックスは窒化クロl、 −ジル
コニア系の緻密な焼結体となり、その特徴的な物性のゆ
えに工業的に有利に利用できるものである。例えば、窒
化クロムの融点が1800℃以」−、ノルフェアの融点
が2700°Cといずれも高く、しかも両者は反応しな
いので、本発明にかかるセラミックスはそれぞれの特徴
に応じた高温構造材料としての利用が充分に考えられる
「実施例」 以下に、実施例を挙げ、本発明を更に説明する。
丼髪餅−し Cr金金属粉末粒粒度747zm(200メツシユ)以
下]とZrO7粉末とを種々の割合に混合し、′この混
合粉末を金型で20x20x(10〜15)mmの正方
板状に成形した。これをアルミナ坩堝に入れて電気炉に
入れた。次に窒素ガスを1ρ/分の流量で流しながら、
600℃/時間の昇温速度で1500℃まで昇温し、温
度を1500℃に1時間保持した後、600℃/時間の
速度で冷却した。
このようにして得たそれぞれの焼結体について、真密度
及び嵩密度を測定し、更に全気孔率を求めた。また、X
線分析により構成物を調へた。これらの結果を第1図に
示す。第1−a図から明らかなように構成物はいずれも
窒化クロムとジルコニアであった。第1−c図からも明
らかなように、真密度は混合比に比例して直線的に変化
する。一方、嵩密度は両者そイ1ぞれの単味の6のJ:
り混合焼結体の方か高くなった。また、窒化クロム−ジ
ルコニア系セラミックスの全気孔率はOrか20〜80
重指%の混合物から得られた焼結体では10%以下とな
り、特にCrが20〜60重里%の場合には、全気孔率
が約5%の緻密焼結体となった。
ジルコニアとして、Y、0.及びCaOて部分安定化し
たジルコニア及び安定化したジルコニアを使用した場合
も、はぼこれと同し結果が得らイまた。
なお、第1−a図において、相対X線回折強度は、試料
のX線回折による構造物のX線回折線の中の最強線の強
度をもって表したしのである。
また、本例で得られた78重量%Cr+22重量%Z 
r 02よりなる焼結体(A)及び57重量%Cr+4
3重量%7.rO2よりなる焼結体(B)の破断面の微
構造を走査型電子顕微鏡で観察すると、添付第3図A及
びBに示ずような電子顕微鏡写真が得られた。なお、電
子顕微鏡写真第3図Δ及びBの19mmが2071mに
相当する。
衷−璋適↓ Crが47重量%とZrO2が53重指%の混合粉末成
形体を実施例1と同様に成形し、窒素ガス雰囲気中で1
000〜1500℃の種々の温度で1時間加熱し、それ
ぞれの焼結体について、実施例1と同し項目を測定した
。1100°C以下の焼成温度では、CrNの生成が認
められるが、1200°C以」二の焼成温度ではCrN
は消滅し、CrtN +−χとZrO7とになった。同
時に緻密化が進み、気孔率は1200℃で約20%とな
り、更に温度が上昇すると共に気孔率1ノ減少し、15
00℃での焼成では約5%の窒化クロム−ジルコニア系
の緻密焼結体となった。得られた結果を第2図に示す。
[発明の効果] 本発明にかかる窒化クロム−ジルコニア系セラミックス
焼結体(」全気孔率が10%以下の緻密な焼結体であり
、1.かもジルコニアに比1.て熱伝導性かよい。
従って、ジルコニアセラミックスの耐熱衝撃抵抗性を改
善できるので、ジルコニアセラミックスの使用分野に本
発明にかかるセラミックスを有利に代替させることがで
きる。
また、本発明?こかかる製造方法によれば、に・記セラ
ミックスを工業的に有利に製造し、提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例Iで得られた各試料について、その特性
を原料混合比に対して示すグラフ図であり、第1(Sl
改は原料混合比と相対X線回折強度の関係を示すグラフ
図であり、第113211.、は原料混合比と全気孔率
との関係を示すグラフ図であり、第1 目。は原料混合
比と密度との関係を示すグラフ図でり、また、第2図は
実施例2で得られた各試料について、その特性を各焼成
温度に対して示すグラフ図であり、第2品改は焼成温度
と相対X線回折強度との関係を示すグラフ図であり、第
2riJ’l;、は焼成温度と全気孔率との関係を示す
グラフ図であり、第210は焼成温度と密度の関係を示
すグ与〕図であり、第3図A及びBは実施例1で得られ
た焼結体、の破断面の微構造を示す走査型電子顕微鏡写
真である。 Of) ≠還×慎回お話妨 兜 A 手続補正器[自発1 昭和60年5月ゲロ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、窒化クロムとジルコニアとが焼結して混在すること
    を特徴とする窒化クロム−ジルコニア系セラミックス。 2、全気孔率が10%以下である特許請求の範囲第1項
    記載の窒化クロム−ジルコニア系セラミックス。 3、嵩密度が5.5g/cm^3以上である特許請求の
    範囲第1項または第2項記載の窒化クロム−ジルコニア
    系セラミックス。 4、クロム金属粉末とジルコニア粉末とからなる混合粉
    末成形体を窒素ガス雰囲気中で焼成してクロム金属粉末
    を窒化させることを特徴とする窒化クロム−ジルコニア
    系セラミックスの製造方法。 5、窒素ガス雰囲気中での焼成が1200℃以上である
    特許請求の範囲第4項記載の窒化クロム−ジルコニア系
    セラミックスの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01226767A (ja) * 1988-03-07 1989-09-11 Hitachi Ltd 導電材及びその製造法
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

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6136173A (ja) * 1984-07-27 1986-02-20 工業技術院長 高温固体潤滑性セラミツクス

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