KR970005888B1 - Process for the preparation of sintered body of silicon nitride - Google Patents

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Abstract

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Description

질화규소에 기초한 소결체Sintered Body Based on Silicon Nitride

제1도는 표면부의 Si3N4 및 Si-A1-O-N 입자 감소율과 내마모성의 관계를 나타내는 그래프.1 is a graph showing the relationship between the reduction rate of Si3N4 and Si-A1-O-N particles and the wear resistance of the surface portion.

제2도는 테스트 1에 사용된 피절삭재 형상등을 나타내는 설명 단면도.2 is an explanatory cross-sectional view showing the shape of the workpiece to be used in Test 1. FIG.

제3도는 테스트 2에 사용된 파절삭재 형상등을 나타내는 설명 단면도.3 is an explanatory cross-sectional view showing the shape of the fracture cutting material used in the test 2. FIG.

제4도는 테스트 3에 사용된 파절삭재 형상등을 나타내는 일부 단면도.4 is a partial cross-sectional view showing the shape of the fracture cutting material used in the test 3.

제5도는 Si3N4상(相)과 소결 분위기의 분압과의 관계를 나타낸 공자의 도표.FIG. 5 is a graph of a confusion showing the relationship between the Si 3 N 4 phase and the partial pressure of the sintering atmosphere.

제6도는 메릴라이트 함유량의 [표면부/내부] 비율(R2)과 내마모성의 관계를 나타내는 그래프.6 is a graph showing the relationship between the [surface portion / internal] ratio R2 of the content of merrillite and the wear resistance.

제7도는 표면부의 [메릴라이트/질화규소] 함유량 비율(R1)과 내마모성등의 관계를 나타낸 그래프.7 is a graph showing the relationship between the [meryllite / silicon nitride] content ratio (R1) of the surface portion and wear resistance.

제8도는 시료번호 28의 소결체의 표면부의 X선 회절결과를 나타낸 그래프.8 is a graph showing the results of X-ray diffraction at the surface portion of the sintered body of Sample No. 28.

제9도는 시료번호 28의 소결체의 내부의 X선 회절결과를 나타낸 그래프.9 is a graph showing the results of X-ray diffraction inside the sintered body of Sample No. 28.

제10도는 표면부(a) 및 내부(b)의 조직의 모식도.10 is a schematic view of the tissues of the surface portions (a) and (b).

제11도는 1600-1750℃에 있어서의 핫 프레스 시료에 의해 구해진 공지의 SiO2-Si3N4-Y2O3 3 원상태도이다.11 is a known SiO 2 -Si 3 N 4 -Y 2 O 3 ternary diagram obtained by a hot press sample at 1600-1750 ° C.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 피 절삭재 2 : 질화규소에 기초한 소결체 팀1: Cutting material 2: Sintered body team based on silicon nitride

3 : 호울더3: holder

본 발명은, 질화규소에 기초한 소결체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인성(Toughness)등의 본질적인 특성을 저하시키지 않고 내마모성을 향상시킨 질화규소에 기초한 소결체에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sintered compact based on silicon nitride, and more particularly to a sintered compact based on silicon nitride having improved wear resistance without deteriorating essential properties such as toughness.

본 발명은, 절삭공구, 내마모부품 및 섭동(攝動)부품등에 이용될 수 있다.The present invention can be used for cutting tools, wear-resistant parts, perturbation parts, and the like.

종래의 질화규소 소결체로서는, 내마모성을 향상시키기 위하여, 표면에 고경도의 또는 내마모성이 우수한 세라믹 재료를 피복시킨 것이 알려져 있다(일본국 특공소 63-1278호 공보 참조)As a conventional silicon nitride sintered body, in order to improve abrasion resistance, a coating of a ceramic material having high hardness or excellent abrasion resistance is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-1278).

또한, 다른 질화규소 소결체에 있어서는 모재(母材)의 개량으로서, 고경도의 α-질화규소입자를 강인성의 β-질화규소입자 중에 분산시킨 것도 알려져 있다.(일본국 특개소 58-185484호 공보 참조)In another silicon nitride sintered body, it is also known to disperse high hardness α-silicon nitride particles in tough β-silicon nitride particles as an improvement of the base material.

그러나, 상기한 전자의 소결체에 있어서는, 피복되는 세라믹재와 질화규소 모재와의 열팽창 또는 화학적 친화성이 상이하다고 하는 문제로 인해, 충분한 접착강도가 얻어지기 힘들고, 더욱이 비용이 상당히 소요되어 경제성에도 문제가 있어, 거의 실용화 되어 있지 않다.However, in the former sintered body, due to the problem that the thermal expansion or chemical affinity between the coated ceramic material and the silicon nitride base material is different, sufficient adhesive strength is difficult to be obtained, and furthermore, the cost is considerably high and economical problems are caused. There is almost no practical use.

또한, 상기한 후자의 소결체는, 양상(兩相)을 전체적으로 균일하게 포함하기 때문에, 그 비율에 따라 성능이 변화하게 되어, 그의 각각의 성능을 충분히 발휘할 수 없다.In addition, since the latter sintered compact contains the phase uniformly as a whole, the performance changes depending on the ratio, and the respective performances thereof cannot be sufficiently exhibited.

즉, 한쪽의 성능을 충분히 높이고자 하면 다른쪽의 성능을 희생하여야만 하기 때문에, 대체로 그의 중간성능을 나타내는 데에 지나지 않는다.In other words, if one of the performances is sufficiently high, the performance of the other must be sacrificed. Therefore, the medium performance is generally only shown.

본 발명은, 상기한 관점을 감안하여 이루어진 것으로서, 표면을 개질하여 내마모성이 우수한 표면부를 형성시켜, 표면부 및 내부의 재질특성을 충분히 발휘시킨, 종래와는 다른, 우수한 질화규소에 기초한 소결체를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described aspects, and provides an excellent silicon nitride-based sintered compact, which is different from the conventional one, in which the surface is modified to form a surface having excellent abrasion resistance and exhibits sufficient surface properties and material properties therein. For the purpose of

본 발명자는, 소결체의 내마모성을 개선하는 수단으로서, 표면의 개질을 여러가지 검토한 결과, 아래와 같은 사실을 알아내어 본 발명을 완성하였다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a means of improving the wear resistance of a sintered compact, this inventor discovered the following fact and completed this invention, as a result of various examination of surface modification.

본 발명의 제1관점에 의하면, 일체로 형성된 표면부와 내부로 이루어지며, 표면부는 내부에 비해 질화규소 및 Si-A1-O-N(사이알론) 결정입자가 30체적%이상 적은 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체에 의해 상기한 종래 기술의 문제점이 해결된다.According to a first aspect of the present invention, a silicon nitride and Si-A1-ON (sialon) crystal grains are formed in an integrally formed surface portion and the inside, and the surface portion is less than 30% by volume. The problem of the above prior art is solved by the sintered compact based on this.

본 발명의 제2관점에 의하면, 일체로 형성된 표면부와 내부로 이루어지는 질화규소에 기초한 소결체에 있어서 입계상(粒界相)의 일부, 또는 전부를 형성하는 결정질 화합물의, 표면부에 대한 내부의 함유량 비율이, X선 피크 강도 대비법으로 0.5미만인 것에 의해 상기한 종래 기술의 문제점이 해결된다.According to the second aspect of the present invention, the content of the internal to the surface portion of the crystalline compound which forms part or all of the grain boundary phase in the sintered body based on silicon nitride composed of the surface portion formed integrally with the interior The above-mentioned problem of the prior art is solved by the ratio being less than 0.5 by the X-ray peak intensity contrast method.

본 발명의 제3관점에 의하면, 입계상의 일부 또는 전부를 형성하는 결정질 화합물은, 표면부에 있어서의 질화규소 및 Si-A1-O-N입자의 함유량에 대한 최고 X선 강도 대비법으로 0.3이상 함유되어 있는 것에 의해, 상기한 제1 및 제2의 관점에 대해 더욱 개량된다.According to the third aspect of the present invention, the crystalline compound which forms part or all of the grain boundary phase is contained 0.3 or more by the maximum X-ray strength comparison method with respect to the content of silicon nitride and Si-A1-ON particles in the surface portion. As a result, the above-described first and second aspects are further improved.

본 발명의 제4관점에 의하면, 상기한 본 발명의 제2관점에 있어서, 상기한 표면부의 입계상을 형성하는 결정질 화합물은 메릴라이트(Mellilite)이다.According to the fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the crystalline compound that forms the grain boundary phase of the surface portion is Mellilite.

본 발명의 제5관점에 의하면, 상기한 본 발명의 제3관점에 있어서, 상기한 표면부의 입계상을 형성하는 결정질 화합물은 메릴라이트이다.According to the fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the crystalline compound that forms the grain boundary phase of the surface portion is meryllite.

이하의 바람직한 실시 태양에 있어, 본 발명의 효과가 잘 발휘된다.In the following preferable embodiment, the effect of this invention is exhibited well.

제1관점에 있어서, 입계상이 유리상인 경우, 또는 입계상의 일부 또는 전부가 결정화되어 있는 경우가 있다.In a 1st viewpoint, when a grain boundary phase is a glass phase or one part or all part of a grain boundary phase may crystallize.

Y2O3를 함유하지 않는(또는 약간) 경우, 표면부의 입계상은 제3상을 제외하고는 유리상이 주가 된다.In the case of not containing (or slightly) Y2O3, the grain boundary phase of the surface portion is mainly a glass phase except the third phase.

결정화 처리를 실시하지 않는 경우에도 표면부의 입계상에는 유리상이 잔류한다.Even when the crystallization treatment is not performed, the glass phase remains in the grain boundary phase of the surface portion.

이 입계상에 포함되는 결정상 Si3N4-Y2O3기의 화합물(Si3N4-nY203-mX)은, 메릴라이트상(Mellilite 相, 또는 M상이라 약칭함) J상, K상, H상, A상 또는 이들의 혼합상이다.The compound (Si3N4-nY203-mX) of the crystalline Si3N4-Y2O3 group included in this grain boundary phase is a merillite phase (abbreviated as Mellilite phase or M phase) J phase, K phase, H phase, A phase or these It is a mixed phase.

이들 상(相)은 다음과 같은 화합물을 의미한다.These phases mean the following compounds.

M상(mellite) : Si3Y203N4(Si3N4-Y203)M phase (mellite): Si3Y203N4 (Si3N4-Y203)

J상(wohlerite) : Si2Y407N2(Si2N20-2Y203)J phase (wohlerite): Si2Y407N2 (Si2N20-2Y203)

K상(wollastonite) : SiY02N(Si3N4-2Y203-Si02)K phase (wollastonite): SiY02N (Si3N4-2Y203-Si02)

H상(apatite) : S17Y10023N4(Si3N4-5Y203-4Si02)H phase (apatite): S17Y10023N4 (Si3N4-5Y203-4Si02)

A상( - ) : Si3Y10A12010N4(Si3N4-5Y203-A1203)A phase (-): Si3Y10A12010N4 (Si3N4-5Y203-A1203)

이들을 요약하여 일반식으로 나타내면 다음과 같다.These are summarized as a general formula as follows.

Si3N4-nY203-mX(단, 식중에서 n=1-5, X=Si02, A1203, m=0-4의 정수임)Si3N4-nY203-mX (where n = 1-5, X = Si02, A1203, m = 0-4)

즉, 피절삭재 또는 상대방재료의 거의 대부분은 철계통의 합금인 경우가 많고, 이에 대하여 질화규소에 주요 구성원소인 Si는 화학적 친화성이 높기 때문에, 내마모성이 나쁘다는 것을 알아내었다.That is, it has been found that almost all of the material to be cut or the counterpart material is an alloy of an iron system. On the other hand, Si, which is a major component of silicon nitride, has a high chemical affinity, and thus has a poor wear resistance.

한편, 질화규소의 소결에 있어서는 종래로부터 질화규소의 분해휘발을 방지하려는 노력이 행해지고 있다.On the other hand, in sintering of silicon nitride, efforts have been made to prevent decomposition volatilization of silicon nitride.

본 발명은, 역으로 이러한 분해휘발을 이용하여, 표면부의 질화규소 성분의 Si함유량의 내부에 대한 감소율을 20중량%이상으로한 질화규소에 기초한 소결체가, 인성등을 저하시키지 않고 내마모성을 향상시킬 수 있다는 사실을 알아내고, 이로부터 출발한다.The present invention conversely utilizes such decomposition volatilization so that a silicon nitride-based sintered body having a reduction ratio of 20% by weight or more of the Si content of the silicon nitride component in the surface portion can improve wear resistance without lowering toughness or the like. Find out the facts and start from there.

본 발명은 제1관점의 질화규소에 기초한 소결체는, 상기한 바와 같이, 표면부와 내부에서는, 이를 구성하는 Si함유량이 상이하고, 대응하여 표면부에 있어서의 입계상의 비율이 증대하여 있다는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the sintered compact based on silicon nitride of the first viewpoint is characterized in that, in the surface portion and the inside, the Si content constituting this is different, and the proportion of grain boundaries in the surface portion is increased. It is done.

여기에서, 표면부의 이러한 Si감소율은, 하기 식에 의해 산출된다.Here, this Si reduction rate of a surface part is computed by the following formula.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

제1과점의 질화규소에 기초한 소결체는, 그의 표면부의 Si3N4 및 Si-A1-O-N입자 감소율이 내부에 비하여 30체적%이상이고, 그의 내부는 Si3N4의 기화가 없는 그대로의 상태이기 때문에 내마모성이 우수하다가 하는 성질과 내부의 인성이 높다고 하는 등의 본질적인 특성이 충분히 발휘된다.The sintered compact based on the silicon nitride of the first oligopolitan has a reduction ratio of Si 3 N 4 and Si-A 1 -ON particles at the surface portion thereof of 30 vol% or more compared to the inside, and the inside thereof is excellent in wear resistance because it is in a state without evaporation of Si 3 N 4. Essential properties such as high properties and toughness inside are sufficiently exhibited.

즉, 본 소결체는, 종래와 같이 양 성질의 중간적인 특성을 나타내는 것이 아니다.That is, this sintered compact does not show intermediate characteristics of both properties as in the prior art.

다시 말하여, 본 소결체는, 그의 표면 개질에 의해, 내부의 본질적인 특성을 저하시키는 일이 없이, 내마모성을 향상시킬 수 있다.In other words, the present sintered body can improve wear resistance without deteriorating the internal essential characteristics by the surface modification thereof.

또한, 표면부와 내부는 일체로 되어 있기 때문에, 양자간의 접합 강도가 높아, 박리되는 일도 없다.Moreover, since the surface part and the inside are integrated, the bonding strength between them is high and there is no peeling.

이 Si3N4 및 Si-A1-O-N입자 감소율을 30체적%이상으로 하는 것은 30체적%미만인 경우에는 그 효과가 충분치 못하고, 그 이상인 경우에만 인성등이 우수하다고 하는 내부의 특성을 저하시키지 않고 내마모성을 향상시킬 수 있기 때문이다.The Si3N4 and Si-A1-ON particle reduction rate of 30% by volume or more is less than 30% by volume, and the effect is not sufficient, and when it is higher than that, the wear resistance is improved without degrading the internal properties of excellent toughness. Because you can.

더우기, 이 감소율은 50체적%이상이 바람직하다.Moreover, this reduction rate is preferably 50 vol% or more.

이 경우에는 내마모성이 더욱 향상되기 때문이다.This is because wear resistance is further improved in this case.

또한, 표면부의 Si3N4 및 Si-A1-O-N입자가 거의 없어지더라도 무방하고, 이 경우에는 내마모성이 더 한층 향상되지만, 면조도(面組度)가 저하하는 경우가 있기 때문에, 취약한 화합물이 생성되지 않는 범위로 하는 것이 바람직하다.In addition, although the surface area of Si3N4 and Si-A1-ON particle | grains may disappear substantially, in this case, even if abrasion resistance further improves, surface roughness may fall, and a range where a weak compound is not produced | generated It is preferable to set it as.

본 발명의 질화규소에 기초한 소결체는 통상, 질화규소를 주체로 하는 것이지만, 이것에만 한정되지는 않고 Si-A1-O-N이라도 무방하다.The sintered compact based on the silicon nitride of the present invention is mainly composed of silicon nitride, but is not limited thereto, and may be Si-A1-O-N.

이러한 질화규소 또는 Si-A1-O-N으로서도, α-, β형을 불문하고, 목적, 용도에 따라 선택할 수 있고, 또한 이러한 질화규소 및 Si-A1-O-N의 혼합, 또는 α-, β형 혼합이라도 무방하다.Such silicon nitride or Si-A1-ON may be selected depending on the purpose and use regardless of the α- or β type, and may be a mixture of such silicon nitride and Si-A1-ON, or an α- or β type mixture. .

질화규소 등 이외의 성분으로서는 입계상 구성성분(Boundary phase forming components) 또는 입계상 이외의 제3성분으로도 할 수 있다.As components other than silicon nitride etc., it can also be set as boundary phase forming components or a third component other than a grain boundary phase.

입계상 구성성분은, 유리상(Glass 相)만이라도 좋고, 유리상 이외에 여러 가지의 결정상을 포함하더라도 좋다.The grain boundary phase component may be only a glass phase or may include various crystal phases in addition to the glass phase.

제3성분으로서는, 예를들어 내마모성, 인성향상에 유효한 성분으로 할 수 있다.As a 3rd component, it can be made a component which is effective in abrasion resistance and toughness improvement, for example.

이러한 것으로서는, 예를 들어 주기율표 제IVa, Va, VIa족 천이금속의 탄화물, 질화물 및 산화물과 이들의 2종 이상의 고용체(固溶 )중의 1종 또는 2종이상 등을 사용할 수 있다.As such, for example, carbides, nitrides and oxides of the periodic table IVa, Va, and VIa transition metals, and one or two or more of two or more solid solutions thereof can be used.

이들 제3성분은, 입자 상(粒狀)이라도 좋고, 바늘 상(針狀 예를들어 위스키) 또는 섬유상이라도 좋다. 일반적으로 입자상 분산 입자는 경도의 향상에, 또는 입자성장억제 효과로부터 기인한 인성의 향상에 효과가 있다.These third components may be in the form of particles, or may be in the form of needles (eg whiskey) or fibers. Generally, the particulate dispersed particles are effective in improving the hardness or improving the toughness resulting from the particle growth suppression effect.

또한, 바늘상 또는 섬유상 분산 성분은 인성 향상에 현저히 효과가 있다.In addition, the needle-like or fibrous dispersion component is remarkably effective in improving toughness.

더우기, 이 제3성분 화합물은 소결체의 인성을 저하시키지 않으므로, 30중량%이하가 바람직하다.Moreover, since this third component compound does not lower the toughness of the sintered compact, 30% by weight or less is preferable.

내부란, 표면부를 제외한 부분으로서, 본 발명의 질화규소에 기초한 소결체의 주요부가 되는 것으로서, 본 소결체의 본질적인 특성을 나타내는 부분이다.Inside is a part except the surface part, and becomes a main part of the sintered compact based on the silicon nitride of this invention, and is a part which shows the essential characteristic of this sintered compact.

이 내부는, Si3N4가 분해 휘발제거(이하 기화라 칭함)되지 않기 때문에, 상기한 질화규소등 및 입계상 구성성분, 또는 상기한 제3성분이 그대로 구성한다.Since Si 3 N 4 is not decomposed and volatilized (hereinafter referred to as vaporization), the inside is composed of the above-mentioned silicon nitride and grain boundary components, or the third component as it is.

표면부는 Si3N4가 기화되어 Si함유량이 감소한 만큼, Si3N4, Si-A1-O-N이외의 성분이 잔존하여, 그 성분의 상대적인 함유량이 향상된 부분이다.As the Si 3 N 4 vaporizes and the Si content decreases, the surface portion is a component other than Si 3 N 4 and Si-A 1 -O-N, and the relative content of the component is improved.

표면부의 두께는, 목적, 용도 및 제조방법 등에 따라 달라지지만, 통상 수㎛-0.1㎜정도이지만, 경우에 따라서는 약 1㎜에 달하는 경우도 있다.Although the thickness of a surface part changes with an objective, a use, a manufacturing method, etc., although it is about several micrometers -0.1 mm normally, it may reach about 1 mm depending on a case.

또한, 본 발명의 소결체에 있어서는, 표면부와 내부의 경계에 있어 상기한 조성비가 급격히 바뀌지않는 경우, 즉 연속적으로 바뀌는 경우도 포함하여, 이와 같이 적어도 소정의 조성비를 갖는 표면부와, 소정의 조성비를 갖는 내부를 갖는 것이라면 좋다.In addition, in the sintered compact of the present invention, the surface portion having at least a predetermined composition ratio and the predetermined composition ratio, including the case where the above-described composition ratio does not change suddenly at the boundary between the surface portion and the inside, that is, continuously. What is necessary is to have an inside which has.

본 소결체는, 표면의 Si3N4성분을 기화시킨 구운표면(燒

Figure kpo00002
)으로 통상 사용되기 때문에, 기화에 다른 면조도의 악화에는 주의할 필요가 있다.This sintered compact has a baked surface obtained by vaporizing a surface Si3N4 component.
Figure kpo00002
Since it is usually used for), it is necessary to pay attention to deterioration of surface roughness different from vaporization.

따라서, 이 면조도는 12.5S(JIS B 0601)이하로 하는 것이 바람직하다.Therefore, this surface roughness is preferably 12.5 S (JIS B 0601) or less.

특히, 면조도를 중시하는 용도에 사용되는 경우에는 입계상 형성 성분이 잔류하여 표면을 덮고 있게 하는 것이 바람직하다.In particular, when it is used for the application which emphasizes surface roughness, it is preferable to make the grain boundary formation component remain and to cover the surface.

본 발명의 모든 관점에 공통하여, 다음 사항이 성립한다.Common to all aspects of the invention, the following holds true.

즉, (1) 표면부에 있어, 내부보다는 입계상이 실질적으로 많다. (2) (입계상이 유리상인 경우를 제외하고) 표면부에 있어 내부보다는 입계상의 결정화도가 높다는 점으로부터, 이들 양자의 상승 효과에 의해 내마모성이 매우 향상된다.That is, in (1) surface part, there are substantially more grain boundary phases than an inside. (2) Since the crystallinity of the grain boundary phase is higher in the surface portion (except when the grain boundary phase is the glass phase) than inside, the wear resistance is greatly improved by the synergistic effect of both.

본 발명의 제1-3관점에 규정된 특징에 의해 내마모성 향상에 유효한 범위가 결정된다.The range effective for improving the wear resistance is determined by the features defined in the first and third aspects of the present invention.

한편, 입계상이 결정질을 포함하는 경우에는, 표면 입계상을 이루는 결정질 화합물중 메릴라이트가 바람직하다.On the other hand, in the case where the grain boundary phase contains a crystalline substance, among the crystalline compounds forming the surface grain boundary phase, merrill is preferable.

즉, 표면부의 입계상을 Si3N4.Y203 정방정 화합물(正方晶化合物, 이하 메릴라이트라 칭함)을 주로하여 결정화시키고, 또한 내부에 비하여 많이 함유시키면 내마모성이 매우 향상되게 된다.In other words, when the grain boundary phase of the surface portion is mainly crystallized by Si 3 N 4 .Y203 tetragonal compound (hereinafter referred to as < RTI ID = 0.0 > meryllite), < / RTI >

더욱이, 피절삭재 또는 상대방 재료의 거의 대부분은 철계통의 합금인 경우가 많고, 이에 대하여 질화규소의 주요 구성원소인 Si는 화학적 친화성이 높기 때문에, 내마모성이 나쁘고, 이 때문에 Si3N4에 비해 Si가 적은만큼 그 반응이 적어져서 내화학적 안정성이 향상되고, 나아가서는 내마모성이 향상되게 된다.Moreover, almost all of the material to be cut or the counterpart material is often an iron-based alloy. On the other hand, Si, which is a major member of silicon nitride, has a high chemical affinity, and thus has low wear resistance, and therefore, Si is less than Si 3 N 4. The reaction is less, the chemical stability is improved, and further wear resistance is improved.

그러나, 상기한 메릴라이트 등의 입계상 결정질 Si3N4-Y203기 화합물이 내부에도 많이 정출(晶出)하게 되면, 실온에서의 인성이 저하하여 버리기 때문에, 입계상 결정질은 표면부에 많고, 내부에는 적게 정출하게 하는 것이 중요하다.However, when the above-mentioned grain boundary crystalline Si 3 N 4 -Y 203 group compounds such as meryllite are also crystallized largely inside, the toughness at room temperature decreases. It is important to let them go.

이상의 관점에서 본 발명은 이루어진 것으로서, 제1과점에 있어서, Si3N4 및 Si-A1-O-N결정입자가, 표면부에 있어 내부보다는 30체적%이상 적게 하고 있는데, 그차가 30체적%미만에서는 충분한 표면개질 효과(내마모성 증대)가 생기지 않는다In view of the above, the present invention has been made, and in the first point of view, the Si3N4 and Si-A1-ON crystal grains are less than 30% by volume or less in the surface portion, and the difference between them is less than 30% by volume. Effect (abrasion resistance increase) does not occur

제2관점에 있어서, 입계상 결정질 화합물이, 표면부에 있어, 그 내부에 대한 함유량 비율이 X선 피크 강도 대비법으로, 0.5이상이 되면 충분한 표면 개질효과가 나타나지 않게 된다.In the second aspect, when the grain boundary phase crystalline compound is present at the surface portion and the content ratio to the inside thereof is 0.5 or more by the X-ray peak intensity comparison method, a sufficient surface modification effect does not appear.

제3관점에 있어서, 입계상 결정질 화합물이, 표면부에 있어, Si3N4 및 Si-A1-O-N결정입자의 함유량에 비해 최고 X선 강도 대비법으로 0.3이상되면, 제2관점에 있어 내마모성 개선을 위해 더욱 바람직해진다.In the third point of view, when the grain boundary phase crystalline compound is 0.3 or more in the surface portion at the highest X-ray strength comparison method compared to the content of Si 3 N 4 and Si-A 1 -ON crystal grains, the wear resistance is improved in the second point of view. It becomes more preferable.

기본체로 되는 소결체는, 통상, 일반적인 상압소결법에 의해 제조되지만, 가스압 소결법 또는 열간 정수압 소결법(HIP법, Heat Isostatic Pressing Method)에 의해서도 제조할 수 있다.Although the sintered compact used as a base body is normally manufactured by the normal atmospheric pressure sintering method, it can also be manufactured by the gas pressure sintering method or the hot hydrostatic sintering method (HIP method, Heat Isostatic Pressing Method).

소결 분위기는, 기본적으로는 질소를 함유한 분위기에서 행할 필요가 있고, 표면부의 Si3N4 및/ 또는 Si-A1-O-N결정입자를 감소시키는 방법의 일례로서는, 압력은 질화규소가 적당량 기화하는 조건이라면 좋고, 감압에서부터 수천기압까지 폭 넓게 변화시킬 수 있다.The sintering atmosphere basically needs to be performed in an atmosphere containing nitrogen, and as an example of a method of reducing Si 3 N 4 and / or Si-A 1 -ON crystal grains on the surface portion, the pressure may be a condition in which silicon nitride is vaporized in an appropriate amount, It can vary widely from decompression to thousands of atmospheres.

소결온도는 통상, 1550∼1800℃의 범위를 사용하나, 바람직하게는 1600-1750℃이다.The sintering temperature is usually in the range of 1550 to 1800 ° C, but preferably 1600-1750 ° C.

본 소결체의 제조방법은, 예를들어, 다음과 같이 할 수 있다The manufacturing method of this sintered compact can be performed as follows, for example.

우선, 질화 규소분말, 소정의 소결 보조제 등을 소정의 조성으로 배합하고, 혼합 분쇄한다.First, silicon nitride powder, a predetermined sintering aid, and the like are blended in a predetermined composition and mixed and ground.

소결 보조제로서는, 질화규소의 상압소결(가스압 소결, HIP소결도 포함한다)용의 보조제라면 무방하고, 바람직하게는 Si 원소를 함유하지 않는 것이 좋다.The sintering aid may be an auxiliary agent for atmospheric sintering of silicon nitride (including gas pressure sintering and HIP sintering), and preferably, no Si element is contained.

이러한 것으로서는, 예를들어 A1203, Y203, A1N, MgO, CaO, Y203 등의 희토류 산화물 등을 들 수 있다.As such a thing, rare earth oxides, such as A1203, Y203, A1N, MgO, CaO, Y203, etc. are mentioned, for example.

이들 원재료는, 필요한 형상으로 가압 성형되어 소결된다.These raw materials are press-molded into a required shape and sintered.

이 소결시에 있어, 표면의 Si3N4를 기화시키는 방법으로는 예를들어, 질소분암, Si분압을 낮추거나, 환원분위기를 사용하거나 하는 방법을 들 수 있다.At the time of this sintering, as a method of vaporizing Si3N4 of a surface, the method of reducing nitrogen partial rock, Si partial pressure, or using a reducing atmosphere is mentioned, for example.

전형적인 예로서는, 출발원료 분말재로의 조성은 다음과 같이 조제할 수 있다.As a typical example, the composition to the starting raw material powder material can be prepared as follows.

Si3N4 : 50-50중량%, 바람직하게는 60-90중량%, 더욱 바람직하게는 64-86중량%Si 3 N 4: 50-50% by weight, preferably 60-90% by weight, more preferably 64-86% by weight

소결보조제 : 5-30중량%, 바람직하게는 7-20중량%, 더욱 바람직하게는 10-20중량%;Sintering aid: 5-30% by weight, preferably 7-20% by weight, more preferably 10-20% by weight;

제3성분 : 30중량%이하, 바람직하게는 25중량%이하.Third component: 30% by weight or less, preferably 25% by weight or less.

상기한 소결보조제는, A1203, A1N, Y203, MgO, CaO, A10N, YN, 회토류 산화물이고, 제3성분은, 주기율표 IVa(Ti, Zr, Hf), Va(V, Nb, Ta) 또는 VIa(Cr, Mo, W)족의 화합물(산화물, 탄화물 또는 질화물 등)로서, 바늘상(위스카) 또는 섬유상 결정을 포함한다.Said sintering aid is A1203, A1N, Y203, MgO, CaO, A10N, YN, rare earth oxide, and the 3rd component is periodic table IVa (Ti, Zr, Hf), Va (V, Nb, Ta) or VIa Compounds of the (Cr, Mo, W) group (oxides, carbides, or nitrides) include needle-like (whisca) or fibrous crystals.

이들 출발원료 분말재료(혼합물)의 평균입자 크기는 5㎛이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2㎛이다.The average particle size of these starting material powder materials (mixtures) is preferably 5 µm or less, more preferably 2 µm.

소결체의 제조방법을 요약하면 다음과 같다.The manufacturing method of the sintered compact is summarized as follows.

(a) 혼합공정을 포함한(통상 분쇄공정과 동시에 이루어짐), 소정의 정성된 성분의 출발원료 분말재료의 준비공정,(a) preparation of starting material powder material of predetermined qualitative components, including mixing (usually at the same time as grinding);

(b) 소정의 형상으로 성형하는 공정,(b) forming into a predetermined shape;

(c) 소결체의 표면에서 Si가 생기지 않도록 질화규소가 표면에서 기화되는 조건하에서, 상기한 성형체를 소정온도로 소결하는 공정으로 이루어진다.(c) The step of sintering the above-mentioned molded body at a predetermined temperature under the conditions in which silicon nitride is vaporized on the surface so that Si does not occur on the surface of the sintered body.

소결은, 성형체가 소결되기에 충분한 시간동안(바람직하게는 0.5-5시간 더욱 바람직하게는 1-3시간 동안) 행한다.Sintering is carried out for a time sufficient for the molded body to be sintered (preferably 0.5-5 hours, more preferably 1-3 hours).

소결 조건은, 소정의 감압 질소 및/ 또는 규소 분압, 또는(특히, 이들의 감압 분압에 더하여) 0.02 및/ 또는 CO를 함유하는 분위기와 같은 소결을 위한 특별한 분위기에 의해 달성된다.Sintering conditions are achieved by a special atmosphere for sintering, such as a predetermined reduced pressure nitrogen and / or silicon partial pressure, or (in particular in addition to these reduced pressure partial pressures) an atmosphere containing 0.02 and / or CO.

일반적으로 소결조건은 조성과 소결온도에 따라 변화한다.In general, the sintering conditions vary with composition and sintering temperature.

즉, 소결 분위기는, 예를들어 제5도에 나타낸 바와 같이, 소정온도에 대응하여 소정 조성에 대하여 적당하다고 인정되는 N2 및/ 또는 Si 분압보다 약간 낮은 분압으로 설정된다.That is, the sintering atmosphere is set to a partial pressure slightly lower than the N2 and / or Si partial pressure, which is recognized as appropriate for the predetermined composition, for example, as shown in FIG. 5.

이와 같이 하여, 적당량의 Si 및 N이, 표면부위 Si3N4로부터 거친면을 형성하지 않는 정도의 범위 내에서 분해 기화된다.In this way, an appropriate amount of Si and N is decomposed and vaporized within the range of not forming a rough surface from the surface portion Si3N4.

이와 같이 하여 얻어진 소결체의 표면부는, Si 및/ 또는 N이 고용체로 함유되어 있는 소결 보조제 및/ 또는 이들의 반응 생성물(화합물)(또는 제3성분을 포함)로 주로 이루어지게 된다.The surface part of the sintered compact obtained in this way consists mainly of the sintering adjuvant which contains Si and / or N in solid solution, and / or these reaction products (compounds) (or including a 3rd component).

Si 및 N의 기화에 의해, 표면부에 잔류하는 입계상 및 제3성분의 비율은 내부에 비하여 높아지고, 그로인해 밀도 및 경도에 변화를 가져오게 된다(경도가 향상됨).By evaporation of Si and N, the ratio of the grain boundary phase and the third component remaining in the surface portion becomes higher than that inside, thereby causing a change in density and hardness (hardness is improved).

표면부 내에 있어서의 질화규소 및/또는 Si-A1-O-N의 양은, 내부에 비해 30체적%이상 적다(최대 100체적%)적다.The amount of silicon nitride and / or Si-A1-O-N in the surface portion is less than 30% by volume or less (up to 100% by volume) in comparison with the inside.

제4관점에 있어서, 표면부와 내부에서는, 이들을 구성하는 메릴라이트의 함유량 비율(X선 피크 강도비)이 상이하라는 것을 특징으로 한다.In a fourth aspect, the surface portion and the inside are characterized in that the content ratio (the X-ray peak intensity ratio) of the merlite constituting them is different.

이[내부/표면부]비율을 0.5미만으로 하는 것은, 0.5이상인 경우에는 그 효과가 충분치 않고, 그 미만인 경우에도 인성등이 우수하다고 하는 내부의 특성을 저하시키는 일이 없어 내마모성을 향상시킬 수 있기 때문이다.When the [internal / surface portion] ratio is less than 0.5, the effect is insufficient when it is 0.5 or more, and even when it is less, the internal characteristics of excellent toughness and the like can be improved, and wear resistance can be improved. Because.

또한, 제5관점에서는, 표면부에 있어서의 질화규소 및 Si-A1-O-N함유량에 대해 메릴라이트 함유량의 최고 X선 강도비는 0.3이상이다.In addition, from a 5th viewpoint, the maximum X-ray intensity ratio of a merlite content is 0.3 or more with respect to silicon nitride and Si-A1-O-N content in a surface part.

이 경우, 메릴라이트 함유량의 증대를 확보할 수 있고, 또한 Si함유량을 감소시킬 수 있기 때문에 내마모성 개선을 확실히 확보할 수 있고, 또한 이들 더 한층 양상시킬 수 있기 때문이다.In this case, it is possible to secure an increase in the content of the merrillite and to reduce the Si content, thereby ensuring the improvement of the wear resistance and ensuring this further.

본 발명의 질화규소에 기초한 소결체는 통상, 질화규소를 주체로 하는 것이지만, 본 발명에 있어 메릴라이트 등의 입계상 결정질 화합물을 내부보다는 표면부에서 많이 함유시킨다고 하는 표면 개질을 행하기 위하여는 이상에서 기술한 바와같이, 질화규소에만 한정되지 않고, Si-A1-O-N 또는 양자의 혼합이기도 무방하다.The sintered compact based on the silicon nitride of the present invention is usually composed of silicon nitride, but in the present invention, in order to perform surface modification such that a grain boundary crystalline compound such as merrillite is contained in the surface portion rather than the inside, the above-described modification is carried out. As described above, it is not limited to silicon nitride and may be Si-A1-ON or a mixture of both.

이 질화규소 또는 Si-A1-O-N에서도 α-, β-형을 불문하여 목적, 용도에 따라 선택할 수 있으며, 더욱이 이들의 혼합이라도 무방하다.The silicon nitride or Si-A1-O-N can be selected depending on the purpose and use regardless of the α- and β-forms, and may be mixed.

본 발명에 있어서, 입계상에 결정질 화합물을 함유하는 경우, Y203의 조성 성분량(배합량)은, 통상 1-20중량%이고, 바람직하게는 1-15중량%, 더욱 바람직하게는 1-10중량%이다.In the present invention, when the crystalline compound is contained in the grain boundary, the composition component amount (compounding amount) of Y203 is usually 1-20% by weight, preferably 1-15% by weight, more preferably 1-10% by weight. to be.

이는 메릴라이트 등의 입계상 결정질 화합물의 구성원소인 Y를 공급하기 위하여는 V2O3가 가장 바람직하고, 또한 1중량%이상이 필요하지만, 그 양이 많아지면 입계상의 증가에 따른 고온 특성의 저하가 발생하기 때문이다.In order to supply Y, which is a member of grain boundary crystalline compounds such as meryllite, V 2 O 3 is most preferable, and more than 1% by weight is required. However, when the amount is increased, high temperature characteristics decrease due to the increase of the grain boundary phase. Because.

더욱이, Y는 산화물 이외의 질화물, 규화물 등의 다른 화합물로 첨가하여도 무방하다.Moreover, Y may be added with other compounds, such as nitrides and silicides other than an oxide.

이때에 첨가량은 Y203로 환산한 양이 적용된다.At this time, the amount added in terms of Y203 is applied.

또한, Y203와 동시에 A1203, A1N을 배합할 수도 있으며, 이들은 메릴라이트 등의 Si3N4, Y203가 화합물의 결정화에 중요한 역할을 담당한다.Moreover, A1203 and A1N can also be mix | blended simultaneously with Y203, and these are Si3N4 and Y203, such as a merilite, play an important role in crystallization of a compound.

A1203는 1-10중량%, A1N은 1-10중량% 첨가하는 것이 바람직하다.It is preferable to add 1-10 weight% of A1203 and 1-10 weight% of A1N.

이 경우, A1N은 A1203보다 많이 첨가하면, 더욱 바람직한 결과가 얻어진다.In this case, when A1N is added more than A1203, more preferable results are obtained.

또한, 그 밖에도, 통상의 Si3N4의 상압 소결용 보조제, 예를들어 MgO, SiO2, Zro2 및 희토류 산화물등 중에서 적어도 1종을 사용할 수도 있다.In addition, at least one of ordinary auxiliary sintering agents for normal pressure sintering of Si 3 N 4, for example, MgO, SiO 2, Zro 2, rare earth oxide, or the like may be used.

질화규소의 일부를, 예를들어 내마모성, 내결손성 개선에 유효한 성분(제3성분)으로 치환하여도 좋다.A part of the silicon nitride may be replaced with a component (third component) effective for improving wear resistance and defect resistance, for example.

이러한 것으로서는, 예를들어 주기율표 IVa, Va, Via 족천이 금속의 탄화물, 질화물 및 산화물과, 이들의 2종 이상의 고용체 중의 1종 또는 2종 이상 등을 사용할 수 있다.For example, carbides, nitrides and oxides of the periodic table IVa, Va, Via family transition metals, and one or two or more of these solid solutions may be used.

또한, 이 치환 화합물은, 소결체의 인성등을 저하시키지 않게 하기 위하여는 전체의 30중량%이하가 바람직하다.In addition, in order for this substitution compound not to reduce toughness etc. of a sintered compact, 30 weight% or less of the whole is preferable.

내부란, 표면부를 제외한 부분으로서, 본 발명의 질화규소에 기초한 소결체의 주요부를 이루며, 본 소결체의 본질적인 특성을 나타내는 부분이다.The inside is a portion excluding the surface portion, which forms the main part of the silicon nitride-based sintered body of the present invention, and is a part showing the essential characteristics of the sintered body.

본 발명의 제2관점에 있어서의 표면부는, 메릴라이트 등의 Si3N4-Y203기 화합물의 상대적 함유물이 향상된 부분이다.The surface part in the 2nd viewpoint of this invention is a part in which the relative content of Si3N4-Y203 group compounds, such as a merilite, improved.

표면부의 두께는, 목적, 용도 및 제조방법 등에 따라 상이하지만, 통상은 수㎛-0.1㎜로부터 1㎜이하 정도이다.Although the thickness of a surface part changes with an objective, a use, a manufacturing method, etc., it is usually about 1 mm or less from several micrometers-0.1 mm.

Sin3N4-Y203기 결정질 화합물이 대량으로 표면부에 정출하여 표면 전체를 덮고 있는 경우, 표면을 덮고 있는 층은 Si3N4 및/또는 Si-A1-O-N 입자를 거의 포함하지 않은 상태(단, 제3성분=분산상은 포함함)이고, 100체적% 감소된 상태로 되고, 이의(100체적% 감소된 상태임) 두께는, 소결체 전체의 강도저하를 방지하기 위하여, 5㎛이하가 바람직하다.In the case where the Sin 3 N 4 -Y 203 crystalline compound is crystallized in a large amount on the surface to cover the entire surface, the layer covering the surface contains almost no Si 3 N 4 and / or Si-A 1 -ON particles (a third component = (Dispersed phase is included), and the volume is reduced by 100% by volume, and the thickness thereof (the volume by which the volume is reduced by 100%) is preferably 5 µm or less in order to prevent a decrease in strength of the entire sintered body.

더우기, 본 소결체에 있어서는, 표면부와 내부의 경계에 있어 상기한 조성비가 급격히 변화하지 않는 경우, 즉, 연속적으로 변하는 경우도 포함되어, 이와같이 적어도 소정의 조성비를 갖는 표면부와, 소정의 조성비를 갖는 내부를 갖는 것이라면 된다.In addition, in the present sintered body, the above-described composition ratio does not change rapidly at the boundary between the surface portion and the inside, that is, the case of continuously changing, and thus the surface portion having at least the predetermined composition ratio and the predetermined composition ratio What is necessary is just to have the inside which has.

본 발명의 제4관점의 소결체의 제조방법은, 이미 기술한 바와 같다.The manufacturing method of the sintered compact of the 4th viewpoint of this invention is as having already demonstrated.

또한, 표면부에 있어서의 질화규소의 적당량의 기화 조건하에서 소결하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Moreover, although it is preferable to sinter under the appropriate amount of vaporization conditions of the silicon nitride in a surface part, it is not necessarily limited to this.

이 소성분위기는, 기본적으로 질소 함유 분위기 하에서 행해지고, 이 압력은 통상의 소성에 사용되고 있는 질소분압(감압으로부터 수천기압)이 사용된다.This minor component atmosphere is basically carried out in a nitrogen-containing atmosphere, and this pressure is a nitrogen partial pressure (thousands of pressures from reduced pressures) used for ordinary firing.

이 소결시에 있어서, 상기한 본 발명의 소결체의 표면을 형성시키는 데에는, 입계상을 메릴라이트 등의 Si3N4-Y203기 화합물로서 결정화시키는 것이 바람직하다.At the time of this sintering, in order to form the surface of the above-mentioned sintered compact of this invention, it is preferable to crystallize a grain boundary phase as Si3N4-Y203 group compounds, such as a merilite.

이를 위하여는, 소결시에 1400-1700℃, 바람직하게는 1500-1650℃로 일정기간 유지하거나, 또는 냉각속도를 느리게 하는 등의 방법이 행해진다.For this purpose, a method such as maintaining at a constant time at 1400-1700 ° C., preferably 1500-1650 ° C. at the time of sintering, or slowing down the cooling rate, is performed.

더욱이, 이 소정온도 소결은, 일단 통상소성(제1관점 참조)을 한후에 상기 온도로 재가열하여도 좋고, 연속적으로 행하여도 좋다.Moreover, this predetermined temperature sintering may be reheated to the said temperature after normal baking (refer 1st viewpoint) once, and may be performed continuously.

이 결정시에는, 표면 뿐만아니라 내부의 일계상에도 메릴라이트 등의 Si3N4-Y203기 화합물이 정출(晶出)하기 때문에, 과도한 열처리시에는 주의가 필요하다.At the time of this determination, since Si3N4-Y203 group compounds, such as a merrillite, crystallize not only in the surface but also in the internal phase inside, care should be taken at the time of excessive heat treatment.

내부보다 표면부의 메릴라이트의 정출(晶出)을 많게 하는 방법으로서는, 소성시의 분위기 제어, 즉 질소분압, 산소분압의 제어를 행하거나, 표면에서 정출이 일어나기 쉬운 조성 원료로 피복하거나 하는 방법을 사용할 수 있다.As a method of increasing the crystallization of the merrillite at the surface portion more than the inside, a method of controlling the atmosphere during firing, that is, controlling the nitrogen partial pressure and the oxygen partial pressure, or coating the composition with a composition material which is likely to crystallize on the surface. Can be used.

또한, 표면부에 있어서 M, J, K, H, A상의 정출 현황은 Y203 성분의 양과, 소결시간의 조절에 의해 기본적으로 영향을 받는다In addition, the crystallization status of M, J, K, H, and A phases at the surface portion is basically affected by the amount of Y203 component and the sintering time.

본 발명의 경우, 표면부에 있어서 성분의 기화에 의해 복잡한 조성의 변동이 생기고, 분위기의 변화에 따라서도 또는 냉각 과정에 있어서 성분편석(成分偏析)에 의해서도, 생성 결정상은 영향을 받는다.In the case of the present invention, a complicated composition fluctuation occurs due to the vaporization of the component in the surface portion, and the produced crystal phase is also affected by the change of the atmosphere or by the segregation of components in the cooling process.

그러나, 국부적으로는, SiO2-Si3N4-Y203 3원 상태도[제11도, F.F. Lange 등의 문헌 J.AM. Ceram. Soc. 60(5-6), P249-252(1977) 및 임(林), 양(楊) 등의 문헌 분체 및 분말야금 34 (1), P26-31의 Fig.3]에 기재된 관계가 참고로 된다.Locally, however, the SiO2-Si3N4-Y203 ternary state diagram [Figure 11, F.F. Lange et al. J.AM. Ceram. Soc. 60 (5-6), P249-252 (1977) and the relations described in the literature powders of Lim, Yang, etc., and powder metallurgy 34 (1), Fig. 3 of P26-31]. .

실시예Example

이하, 시시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

실시예 1(제1-3의 관점)Example 1 (point of view 1-3)

표면부의 Si함유량을 내부보다 감소시키고, 나아가서는 표면부에 있어서 입계상 결정질 화합물(Si3N4-Y203기 화합물)을 정출시켜, 그 효과를 알아 보았다.The Si content of the surface portion was reduced from the inside, and further, the grain boundary phase crystalline compound (Si 3 N 4 -Y 203 group compound) was crystallized in the surface portion to examine the effect.

우선, 원료분말로서, 평균입지 직경이 0.6㎛인 Si3N4(α화율 90용량%이상) 분말과, 평균입자 직경이 0.5㎛인 A1203 또는 MgO, 평균입자 직경이 1.3㎛인 AIN 분말, 평균입자 직경이 1.2㎛인 Y203분말, 평균입자 직경이 0.4㎛인 Zr02 분말, 평균입자 직경이 1.2㎛인 TiN 분말, 평균입자 직경이 1.7㎛인 HfN 분말, 평균입자 직경이 2.0㎛인 WC 분말을 각각 하기 표에 나타난 바와 같은 배합조성으로 배합하고, 습식 보올 밀(Ball Mill)로 48시간 혼합한 후에, 성형 보조제를 첨가하고 건조시켰다.First, as a raw material powder, Si3N4 powder having an average site diameter of 0.6 µm (more than 90 vol% of α conversion), A1203 or MgO having an average particle diameter of 0.5 µm, AIN powder having an average particle diameter of 1.3 µm, and an average particle diameter The Y203 powder of 1.2 μm, Zr02 powder of 0.4 μm in average particle diameter, TiN powder of 1.2 μm in average particle diameter, HfN powder of 1.7 μm in average particle diameter, and WC powder of 2.0 μm in average particle diameter are respectively shown in the following table. After blending in the formulation as shown and mixing for 48 hours in a wet ball mill, a molding aid was added and dried.

이 분말을 사용하여 금형 성형하고, 1650-1750℃, 질소압 0.7-10기압, 일부의 실시예에서는 탄산가스를 병용한 분위기 중에서 소성하여 소결체를 제조하였다.Using this powder, the mold was molded and fired in an atmosphere of 1650-1750 占 폚, 0.7-10 atmospheres of nitrogen pressure, and in some examples to produce a sintered compact.

또한, 표면부의 두께는, 연삭(硏削)에 의한 표면삭제 및 미소영역 X선 회절에 의해 측정한 바, 어느것도 모두 약 0.01-0.1㎜ 정도였다.In addition, when the thickness of the surface part was measured by surface erase by grinding and microregion X-ray diffraction, all were about 0.01-0.1 mm.

이 소결체는 SNMN 432(JIS B4103)의 방법으로 후처리하였다.This sintered compact was post-treated by the method of SNMN 432 (JIS B4103).

단, 이 후처리가공은 상하면만을 연삭가공하고 측면은 소성된 상태 그대로하여, 이것을 시험편(팁) (2)로 하였다.However, this post-processing process grind | polished only the upper and lower surfaces, and the side surface was baked, and it was set as the test piece (tip) (2).

시험편의 칫수는 프레스 성형시에 조정하였다.The dimension of the test piece was adjusted at the time of press molding.

이하에 나타낸 3가지 방법에 의해 평가를 행하고(특히, 테스트 1, 2는 내마모성, 테스트 3은 강도), 그 결과를 하기 표 1 및 제1도에 나타내었다.Evaluation was carried out by the three methods shown below (in particular, tests 1 and 2 were abrasion resistance, test 3 was strength), and the results are shown in Tables 1 and 1 below.

테스트 1, 2, 3의 각 조건은 다음과 같다.Each condition of test 1, 2, 3 is as follows.

편의상, 테스트 2는 작은 괄호( )내에, 테스트 3은 중간 괄호[ ]내에 표시하였다.For convenience, test 2 is shown in small parentheses () and test 3 in middle parentheses [].

또한, 테스트 1에 있어서의 수명은, 다음에 기술하는 바와 같이 결손까지의 시간을 취하고 있다.In addition, the lifetime in test 1 takes time until a defect, as described next.

이 경우에, 결손의 주요원인은 단순한 기계적 강도가 아니라, 마모에 의해 절삭저항이 증대한 결과이고, 내마모성의 표준으로 사용되고 있다.In this case, the main cause of the defect is not merely mechanical strength, but the result of the increase in cutting resistance due to wear, and is used as a standard of wear resistance.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

피절삭재(도면중의 부호1) 형상 : 제2도에 나타낸 바와 같은 외경 300㎜Φ , 내경 200㎜Φ 인 도너스 형사, (제3도에 나타낸 바와 같은 외경 240㎜Φ 인 막대형상), [제4도에 나타낸 바와 같은 외경 240㎜Φ , 산의 폭이 150㎜인 링 형상의 홈이 파여진 막대형상]Work piece (symbol 1 in the drawing) Shape: Detective Donors with an outer diameter of 300 mm Φ and an inner diameter of 200 mm Φ as shown in Fig. 2, (rod shape having an outer diameter of 240 mm Φ as shown in Fig. 3), [ A ring-shaped grooved rod shape having an outer diameter of 240 mm Φ and a peak width of 150 mm as shown in FIG. 4]

도면중 부호(3)은 호울더를 나타낸다.Reference numeral 3 in the figure denotes a holder.

테스트2의 수명판정은 측면측의 마모에 의해 행하였다.The life of the test 2 was determined by wear on the side.

표 1 의 시료번호 1-8은, 본 발명의 제1과점에 관련한 것이고, 시료번호 9는 제2관점에, 시료번호 10-13은 제3과점에 각각 관련된 것이다.Sample No. 1-8 of Table 1 relates to the 1st department of this invention, and Sample No. 9 relates to a 2nd viewpoint, and Sample No. 10-13 relates to 3rd department, respectively.

시료번호 9는 시료번호 3의 시료를 소성후 1500℃ X 4시간 열처리하여 결정화 한 것이다.Sample No. 9 is crystallized by heat treatment of the sample of Sample No. 3 after heating to 1500 ℃ X 4 hours.

시료번호 12-14는, 시료번호 11의 사료를 소성온도, 소성시간 및 소성 분위기[조성위치, 예를들어 갑발(匣鉢)상의 위치, 소성로 내의 위치등]을 변화시켜 작성하였다.Sample No. 12-14 was prepared by varying the firing temperature, firing time, and firing atmosphere (composition position, for example, the position on the pit, the position in the firing furnace, etc.) of the feed of Sample No. 11.

Si3N4(Si-A1-O-N도 포함)는 사용목적에 따라 그 배합조성 등이 결정된다.The composition of Si 3 N 4 (including Si-A 1 -O-N) is determined depending on the purpose of use.

따라서, 동일한 조건하에서 이들의 모든예를 비교하기는 곤란하다.Therefore, it is difficult to compare all these examples under the same conditions.

예를들어, 상기한 비교예에 있어서는, 비교적 고경도의 타입의 것(비교예 C1), 비교적 Ni합금에 적합한 타입의 것(비교예 C2), 비교적 주물에 적합한 타입의 것(비교예 C3)을 나타내고 있고, 이렇게 상이한 타입의 것을 상호 비교하는 것은 별로 의미가 없고, 각각의 타입의 것 내에서의 비교가 의미가 있다For example, in the comparative example described above, a relatively hard type (Comparative Example C1), a relatively suitable Ni alloy type (Comparative Example C2), a relatively suitable type of casting (Comparative Example C3) It is meaningless to compare these different types with each other, and the comparison within each type is meaningful.

따라서, 상기 표 1에서는 동일 또는 유사한 원료배합 조성간에서 성능을 비교할 수 있도록 배열하였고, 그 결과를 기술하면 다음과 같다.Therefore, Table 1 was arranged to compare the performance between the same or similar raw material composition, the results are described as follows.

즉, 비교예 C1, C3은 각각, 본 발명의 실시예의 시료번호 1과 6의 각각을 연삭가공하여, 그의 표면에서 0.2㎜이상 삭제하여, 표면부를 완전히 제거하여 내부를 표출시킨 것이다.(X-선으로 확인)That is, in Comparative Examples C1 and C3, each of Sample Nos. 1 and 6 of the Example of the present invention was ground, and removed by 0.2 mm or more from the surface thereof, and the surface part was completely removed to expose the inside. Check with line)

비교예 C2는, 시료번호 3의 조성으로, 표면의 Si가 거의 감소하지 않은 상태, 즉 소성한 그대로의 표면상태를 갖고있는 것이다.In Comparative Example C2, the composition of Sample No. 3 had a state in which Si on the surface was hardly reduced, that is, a surface state as it was baked.

또한, 시료번호 1, 2는 특별한 표면결정화 처리를 실시하지 않은, 표면부의 입계상은 제3상(HfN)을 제외한, 유리상이 주체로 되어 있는 것이다.In the sample numbers 1 and 2, the grain boundary phase of the surface portion, which has not been subjected to a special surface crystallization treatment, is mainly composed of a glass phase except for the third phase (HfN).

표면부의 Si3N4 및 Si-A1-O-N입자 함유량을 감소시킨 각 시료를 각각의 비교예와 비교하면(시료번호 1과 비교예 C1, 시료번호 3과 비교예 C2, 시료번호 6-8과 비교예 C3), 어느것도 모두 내마모성이 향상 되어 있다.When the samples in which the Si3N4 and Si-A1-ON particle contents of the surface portion were reduced were compared with the respective comparative examples (Sample No. 1 and Comparative Example C1, Sample No. 3 and Comparative Example C2, and Sample No. 6-8 and Comparative Example C3). ), Both have improved wear resistance.

이 경우, 어느것도 모두 강도는 약간 저하하지만 거의 변호가 없어 문제가 될 정도는 아니다.In this case, none of them is slightly deteriorated, but there is almost no sign of trouble.

더우기 시료번호 6-8 및 비교예 C3에 있어서는, Si3N4 및 Si-A1-O-N입자 감소율과 내마모성의 관계를 제1도에 나타낸 바와 같이, 감소율과 커짐에 따라 내마모성이 향상되고, 그 효과가 뛰어나다.In addition, in Sample No. 6-8 and Comparative Example C3, as shown in FIG. 1, the relationship between Si3N4 and Si-A1-O-N particle reduction rate and abrasion resistance is increased, the wear resistance is improved and the effect is excellent.

또한, 여기에 IVa, VIa족의 천이금속의 화합물(HfN, WC, TiN)을 배합한 것(시료번호 2, 4, 6)은, 배합하지 않은 것(시료번호 1, 3, 5)에 비하여 내마모성이 개선되어 있다.In addition, the compound (HfN, WC, TiN) of the transition metals of group IVa and group VIa (Sample Nos. 2, 4, 6) was added to the ones that were not blended (Sample Nos. 1, 3, 5). Wear resistance is improved.

그러나, 이 배합량이 너무 많으면, 비교예 C4과 같은 강도가 상당히 저하하는 경우가 있으므로 주의할 필요가 있다.However, if this blending amount is too large, it is necessary to pay attention because the strength as in Comparative Example C4 may be considerably lowered.

이상에서와 같이, 사료번호 1-8에 있어서는, 표면부의 질화규소 및 Si-A1-O-N입자 감소율이 30체적%이상이기 때문에, 어느것도 모두 강도를 유지하면서 내마모성이 향상되어 있고, 표면부 및 내부를 구성하는 재료의 특성을 충분히 발휘하고 있다.As mentioned above, in feed No. 1-8, since the reduction rate of silicon nitride and Si-A1-ON particle | grains of a surface part is 30 volume% or more, both are improved in abrasion resistance, maintaining strength, and the surface part and an inside are improved. The characteristics of the material to be formed are sufficiently exhibited.

한편, 시료번호 9-13은, 표면의 결정화 처리에 의해 표면부에 여러가지 Si3N4-Y203 기 결정상이 정출하여 있어, 테스트1의 개선이 뛰어나고, 테스트3에서도 만족할 만한 결과를 나타내고 있다.On the other hand, in the sample No. 9-13, various Si3N4-Y203 group crystal phases were crystallized out in the surface part by the crystallization process of the surface, and the improvement of the test 1 was excellent, and the test 3 also showed the satisfactory result.

Figure kpo00004
Figure kpo00004

상기한 모든 실시예에 있어서는 이론치의 밀도에 대하여 99.5%이상의 밀도를 나타내었다.In all the above examples, the density was 99.5% or more with respect to the theoretical density.

Si-A1-O-N으로 이루어진 내부는 실시예3, 비교예2 및 실시예4에서는 β-형을 나타내었고, 실시예 5-9 및 비교예 3에서는 (β-형+α-형)을 나타내었으며, 이때의 α화율은 각각 0.33, 0.28, 0.34, 0.42, 0.36 및 0.22였다.The interior consisting of Si-A1-ON showed β-type in Example 3, Comparative Example 2 and Example 4, (β-type + α-type) in Example 5-9 and Comparative Example 3 The α conversion rates at this time were 0.33, 0.28, 0.34, 0.42, 0.36 and 0.22, respectively.

실시예 2(제4, 5관점)Example 2 (4th, 5th viewpoint)

결정질 입계상을 메릴라이트 상으로 하고, 그의 효과를 알아보았다. 시료를 메릴라이트 상으로 할 수 있는 조성 및 소성 조건을 검토하여, 작성하였다.The crystalline grain boundary phase was made into a merlite phase, and the effect thereof was examined. The composition and the baking conditions which can make a sample into a merlite phase were examined and created.

원료분말로서는, Si3N4 등, 실시예1과 같은 분말, A1203분말 또는 MgO분말, AIN분말, Y203분말, ZrO2분말, TiN분말을 사용하고, 더우기 평균입자 직경이 5.1㎛ Yb203 분말을 각각, 하기 표 2에 나타낸 배합조성으로 배합하고 습식 보올 밀로 4시간 혼합한 후에, 성형보조제를 첨가하고 건조시켜다.As the raw material powder, Si3N4, the same powder as in Example 1, A1203 powder or MgO powder, AIN powder, Y203 powder, ZrO2 powder, TiN powder were used, and the average particle diameter was 5.1 μm Yb203 powder, respectively, After blending with the formulation shown in Figure 4 and mixing with a wet bowl mill for 4 hours, a molding aid is added and dried.

이 분말을 사용하여 금형 성형하고, 1650-1750℃의 여러가지 온도 하에서, 질소암 0.7-10기압의 여러가지 분위기 중에서 약 2시간 이상 소성하여 여러가지 메릴라이트 함유량을 갖는 각각의 소결체를 제조하고, 그 결과도 표 2에 나타내었다.Molding was carried out using this powder, and at various temperatures of 1650-1750 ° C., the resultant was calcined for about 2 hours or more in various atmospheres at 0.7-10 atmospheres of nitrogen rock to produce respective sintered bodies having various meryl content. Table 2 shows.

시료번호 27-29의 표면부의 Si3N4/Si-A1-O-N 입자 감소율은 100체적%였다.The reduction rate of Si3N4 / Si-A1-O-N particles at the surface portion of Sample Nos. 27-29 was 100% by volume.

또한, 시료번호 27의 표면부의 두께는 약 3.5㎛였다.In addition, the thickness of the surface part of sample number 27 was about 3.5 micrometers.

한편, 시료번호 28의 표면부의 두께는 약 1㎛였고, 그이 표면부의 X선 회절결과를 제8도예, 그의 내부의 X선 회절결과를 제8도에, 그의 내부의 X선 회절 결과를 제9도에 나타내었다.On the other hand, the thickness of the surface portion of Sample No. 28 was about 1 µm, and the X-ray diffraction result of the surface portion thereof was shown in FIG. 8, the X-ray diffraction result thereof in FIG. 8, and the X-ray diffraction result thereof in FIG. It is shown in the figure.

표면부의 두께는, 연삭에 의한 표면부 삭제 및 미소영역 X선 회절에 의해 측정하였다.The thickness of the surface portion was measured by surface portion deletion by grinding and microregion X-ray diffraction.

표면부의 [메릴라이트/질화규소] 함유량 비율(R1)은 제8도에 나타낸 바와 같이 R1=I/Is 식으로 나타내어지고, 메릴라이트 함유량의 [내부/표면부] 비율(R2)는 제8도중의 I과 제9도 중의 I의 비, 즉 R2=I/I의 식으로 산출된다.[Marylite / silicon nitride] content ratio (R1) of the surface portion is represented by the formula R1 = I / Is, as shown in FIG. 8, and the [inner / surface portion] ratio (R2) of the merylene content is shown in FIG. It is computed by the ratio of I and I in FIG. 9, ie, R2 = I / I.

이 소결체는, SNMN432(JIS B 4103)의 방법에 따라 후처리되었다.This sintered compact was post-processed according to the method of SNMN432 (JIS B 4103).

단, 이후처리 가공은, 상하면 만을 연삭가공하고, 측면은 소성된 상태 그대로하여 이것을 시험편(팁)(2)로 하였다.However, in the post-treatment processing, only the upper and lower surfaces were ground, and the side surfaces were fired in the same state as the test piece (tip) 2.

시험편의 칫수는 프레스 성형시에 조정하였다.(상기 실시예 1과 동일)The dimension of the test piece was adjusted at the time of press molding. (Same as Example 1 above)

이하에 기술하는 2가지 방법에 의해 평가하고, 그 결과를 표 2 및 제5도-제8도에 나타내었다.It evaluated by the two methods described below, and the result is shown to Table 2 and FIG. 5-FIG.

테스트 4, 5의 각 조건은 다음과 같다.Each condition of test 4 and 5 is as follows.

편의상, 테스트 5는 관호내에 기재하였다. 또한 테스트4에 있어서의 수명은 마모량(㎜)으로, 테스트 5의 5수명은 결손까지의 상의수를 취하고 있다.For convenience, Test 5 is listed in the title. In addition, the life in Test 4 is the amount of wear (mm), and the life of Test 5 takes the number of phases up to the defect.

테스트4 (테스트5)Test 4 (Test 5)

피절삭재 : FC 20 (FC 23)Material to be cut: FC 20 (FC 23)

절삭속도(m/분) : 600, (150)Cutting speed (m / min): 600, (150)

절삭깊이(㎜) : 0.5, (2)Depth of cut (mm): 0.5, (2)

이송속도(㎜/회전) : 0.2 (0.6)Feedrate (mm / revolution): 0.2 (0.6)

절삭유 : 없음, (없음)Coolant: None, (None)

절삭시간(초) : 330, (결손까지)Cutting time (sec): 330, (to defect)

수평판정 : ㎜, (산의수)Horizontal Judgment: ㎜, (Number of Acids)

피절삭재(도면중의 부호 1) 형상 :Workpiece (sign 1 in the drawing) Shape:

제3도에 나타낸 바와 같은 외경 240㎜Φ 인 막대형상,(제4도에 나타낸 바와 같은 외경 240㎜Φ, 산의 폭 150㎜인 링 형상의 홈이 파여진 막대형상)Rod shape with outer diameter 240 mm Φ as shown in FIG. 3, (ring shape with a ring groove with outer diameter 240 mm Φ and width of 150 mm as shown in FIG. 4)

Si3N4 및/또는(Si-A1-O-N)는 사용목적에 따라 그 배합조성등이 결정되다.The composition of Si 3 N 4 and / or (Si-A 1 -O-N) depends on the purpose of use.

따라서 동일한 조건하에서 이들의 예를 비교하기는 곤란하다.Therefore, it is difficult to compare these examples under the same conditions.

즉, 목적에 따라 조성 성분비가 상이한 계열은 상호 비교하는 것은 별로 의미가 없고, 각각의 같은 계열의 것 내에서의 비교가 의미가 있다.That is, it does not make much sense to compare series which differs in composition component ratios according to the objective, and the comparison in each thing of the same series is meaningful.

따라서, 표2에서는 동일 또는 유사한 원료배합 조성간에서 성능을 비교할 수 있도록 배열하였고, 그 결과를 기술하면 다음과 가다Therefore, Table 2 is arranged to compare the performance between the same or similar raw material composition, and the results are as follows.

한편 비교에 C21, C24는 0.5㎜이상 표면을 연삭하여, 표면부를 온전히 제거하여 내부를 표출시킨 것으로서, 표2중에 *부호를 붙여 놓닸다.On the other hand, in comparison, C21 and C24 ground the surface by 0.5 mm or more, completely removed the surface part, and indicated the inside, and indicated by * in Table 2.

비교예 C21에 비하여, 본 발명의 시료번호 21, 22는, 또한 비교예 C22-24에 비하여 본 발명의 시료번호 27-30은, 모두 마모량이 적어 내마모성이 향상되고 있고, 또한 결손까지의 산의수도 마찬가지 또는 그 이상이어서 내결손성도 유지되어 있다.Compared with Comparative Example C21, Sample Nos. 21 and 22 of the present invention also had a smaller amount of abrasion than both Comparative Examples C22-24 and abrasion resistance, and improved acid resistance to defects. The same or more of them, the defect resistance is also maintained.

시료번호 23, 24, 및 25, 26도 내마모성이 우수하다.Sample Nos. 23, 24, and 25, 26 also have excellent wear resistance.

제5도 및 제6도에, 시료번호 27-30, 비교예 C22, C23에 대한 마모량 등의 시험결과를 나타내었다.In FIG. 5 and FIG. 6, the test result, such as the amount of abrasion with respect to sample numbers 27-30 and comparative examples C22 and C23, is shown.

제5도에 나타낸 바와같이, 메릴라이트의[내부/표면부]비율이 0.5미만인 각 시료에서는, 비율이 그 이상인 비교예에 비하여 마모량이 적다.As shown in FIG. 5, in each sample in which the [internal / surface portion] ratio of merilite is less than 0.5, the amount of wear is smaller than that of the comparative example in which the ratio is higher.

더우기, 시료번호 21, 22과 비교예 C21, 시료번호 23과 24, 시료번호 25와 26의 비교에서도, 그 비율이 작은 전자의 모모량이 적다.Moreover, also in the comparison of sample numbers 21 and 22 with comparative examples C21, sample numbers 23 and 24, and sample numbers 25 and 26, the amount of electrons having a small ratio is small.

따라서, 그 비율이 작은, 즉 표면부와 메릴라이트 양이 내부보다 더 많을 때에 내마모성이 우수하다는 것을 나타내고 있다.Therefore, it shows that the abrasion resistance is excellent when the ratio is small, that is, when the amount of the surface portion and the meryllite is larger than the inside.

또한, 제6도에 나타낸 바와같이, 표면부의 메릴라이트 양이 많은 것일수록 마모량이 적어, 내마모성이 우수하다는 것을 나타내고 있다.In addition, as shown in Fig. 6, the larger the amount of merrillite in the surface portion is, the smaller the amount of wear is, indicating that the wear resistance is excellent.

이는, 다른 계열인 시료번호 21, 22와 비교예 C21, 시료번호 23과 24, 시료번호 25와 26의 비교예에서도, 그 비율이 큰 전자의 마모량이 적다는 점으로 부터도 증명된다.This is also demonstrated from the fact that the wear amount of the electron with a large ratio is small also in the comparative example of the sample numbers 21 and 22 which are other series, the comparative examples C21, the sample numbers 23 and 24, and the sample numbers 25 and 26.

또한, 제7도에 나타낸 바와같이, 역으로 양비율(R1, R2) 합계가 커지고, 내부의 일계상에 메릴라이트 함유량이 많아지면(예를들어 시료번호 27, 28) 절삭산의 수가 작아지고, 내 결손성이 저하된다.In addition, as shown in FIG. 7, the sum of the ratios R1 and R2 increases inversely, and the number of cutting acids decreases when the content of meryllite in the internal system increases (for example, sample numbers 27 and 28). , Defect resistance decreases.

또한, 비교예 C25의 시판 Si-A1-O-N공구는, 특히 마모량이 많고 비교예 C26의 시판 코팅 질화규소 공구는 현저히 결손되기 쉽다.In addition, the commercially available Si-A1-O-N tool of Comparative Example C25 has a particularly large amount of abrasion, and the commercially available coated silicon nitride tool of Comparative Example C26 is likely to be remarkably missing.

이상에서와 같이, 시료번호 21-30에 있어서는, 표면부의[메릴라이트/질화규소] 비율이 0.36-4.5이고 또한 메릴라이트의[내부/표면부]비율이 0.02-0.31이기 때문에, 어느 것도 모두 내결손성을 유지하면서 내마모성이 향상되어 있고, 표면부 및 내부를 구성하는 재료의 특성을 충분히 발휘하고 있다.As described above, in the sample No. 21-30, all of the defects were defects because the [meryllite / silicon nitride] ratio of the surface portion was 0.36-4.5 and the [inner / surface portion] ratio of the merryllite was 0.02-0.31. Wear resistance is improved while maintaining the properties, and the properties of the material constituting the surface portion and the interior are sufficiently exhibited.

Si3N4/Si-A1-O-N입자 감소율은, 내부보다 표면부에 입계상이 많다는 것(1)을 나타내지만, R2와는 반드시 상관관계가 있다고는 볼 수 없다.The reduction rate of Si 3 N 4 / Si-A 1 -O-N particles indicates that the grain boundary phase is larger in the surface portion than in the interior (1), but it is not necessarily correlated with R 2.

표면부에 있어서는, 내부보다 결정호되기 쉽다는 것(2)이 인정된다. 따라서, R2는 (1)과 (2)의 상승 효과에 의해 결정된다고 생각된다.In the surface part, it is recognized that it is more easy to crystallize than inside (2). Therefore, R2 is considered to be determined by the synergistic effect of (1) and (2).

본 실시예에 의한, 본 발명의 제4 및 제5 관점에 의한 질화규소에 기초한 소결체는, 그의 표면부의 메릴라이트 함유량이 내부에 비해 많기 때문에, 표면부의 내마모성이 우수하다고 하는 성질과, 내부의 인성등이 높다고 하는 본질적인 특성이 충분히 발휘된다.Since the sintered compact based on the silicon nitride by the 4th and 5th viewpoint of this invention by this Example has more mercurite content in the surface part compared with the inside, it is excellent in the abrasion resistance of the surface part, internal toughness, etc. The essential characteristic of this high is fully exhibited.

즉, 본 소결체에서는, 종래와 같이 양 성질의 중간적인 특성을 나타내는 것이 아니다.That is, this sintered compact does not exhibit intermediate characteristics of both properties as in the prior art.

따라서, 본 소결체에서는, 그의 표면 개질에 의해, 내부의 본질적인 특성을 저하시키는 일이 없어, 내마모성을 향상시킬 수 있다.Therefore, in this sintered compact, the surface modification does not reduce the intrinsic characteristic internally, and wear resistance can be improved.

또한, 표면부와 내부는 일체이기 때문에 양자간의 접합 강도가 높아 박리되는 일도 없다.Moreover, since the surface part and the inside are integrated, the bonding strength between them is high, so that they do not peel off.

본 실시예에 의한 본 발명의 제5 관점에 의한 질화규소에 기초한 소결체는, 더우기 표면부의 메릴라이트 함유량이, 질화규소에 비하여 많기 때문에, 내마모성이 확실히 보증된다.In the sintered compact based on silicon nitride according to the fifth aspect of the present invention according to the present embodiment, moreover, the merrillite content of the surface portion is higher than that of silicon nitride, and thus the wear resistance is reliably ensured.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

주 : C : 비교예Note: C: Comparative Example

* : 표면부 제거*: Remove surface

* * : 100%란 Si3N4-Si-A1-O-N입자가 없다는 것을 나타냄.* *: 100% means that there are no Si3N4-Si-A1-O-N particles.

* * * : 시료번호 27, 28은 3㎛, 1.5㎛ 두께의 표면부를 각각 가지며, 표면부는 TiN(제3상) 및 입계상으로 이루어짐* * *: Sample Nos. 27 and 28 each have a surface portion having a thickness of 3 µm and 1.5 µm, respectively, and the surface portion is composed of TiN (third phase) and grain boundary phase.

Claims (11)

일체로 형성된 표면부와 내부로 이루어지고, 표면부는 내부에 비하여 질화규소 및 Si-A1-O- N 결정입자가 30체적%이상 적은 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.A sintered body based on silicon nitride, wherein the surface portion is formed integrally with the inside, and the surface portion is less than 30% by volume of silicon nitride and Si-A1-O-N crystal grains. 제1항에 있어서, 표면부에서 입계상의 일부 또는 전부가 결정화되어 있는 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.The silicon nitride-based sintered body according to claim 1, wherein part or all of the grain boundary phase is crystallized at the surface portion. 제2항에 있어서, 입계상의 일부 또는 전부를 형성하는 결정질 화합물의, 표면부에 대한 내부의 함유량비가 X선 피크 강도법으로 0.5미만인 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.The silicon nitride-based sintered body according to claim 2, wherein an internal content ratio of the crystalline compound forming part or all of the grain boundary phase is less than 0.5 by an X-ray peak intensity method. 제2항에 있어서, 입계상의 일부 또는 전부를 형성하는 결정적 화합물은, 표면부에 있어서의 질화규소 및 Si-A1-O-N 결정입자의 함유량에 비해 최고 X선 강도 대비법으로 0.3이상 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.The crystalline compound which forms part or all of the grain boundary phase contains 0.3 or more by the maximum X-ray intensity comparison method compared with content of the silicon nitride and Si-A1-ON crystal grain in a surface part. A sintered body based on silicon nitride characterized by the above-mentioned. 제2항 내지 제4항 중의 어느 1항에 있어서, 표면부에서 결정질 입계상은 메릴라이트상, J상, K상, H상, A상 또는 이들의 혼합상인 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.The silicon nitride-based sintered body according to any one of claims 2 to 4, wherein the crystalline grain boundary phase at the surface portion is a merlite phase, a J phase, a K phase, an H phase, an A phase, or a mixed phase thereof. 제2항에 있어서, 표면부의 메릴라이트의 함유량에 대한 내부의 메릴라이트 함유량의 비율이 X선 파크 강도 대비법으로 0.5 미만인 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.3. The silicon nitride-based sintered compact according to claim 2, wherein the ratio of the content of the internal merlite to the content of the merryllite in the surface portion is less than 0.5 by an X-ray park strength comparison method. 제6항에 있어서, 표면부에 있어서의 질화규소 및 Si-A1-O-N의 함유량에 대한 메릴라이트의 함유량의 비율이, 최고 X선 강도 대비법으로 0.3이상인 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.7. The silicon nitride-based sintered compact according to claim 6, wherein the ratio of the content of meryllite to the content of silicon nitride and Si-A1-O-N in the surface portion is 0.3 or more by the maximum X-ray strength comparison method. 제5항에 있어서, 표면부에 있어서의 결정질 입계상은 실질적으로 메릴라이트로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.The silicon nitride-based sintered body according to claim 5, wherein the crystalline grain boundary phase at the surface portion is substantially made of meryllite. 제8항에 있어서, 표면부에 있어서의 질화규소 및 Si-A1-O-N의 함유량에 대한 메릴라이트의 함유량의 비율이, 최고 X선 강도 대비법 0.3이상인 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.The silicon nitride-based sintered compact according to claim 8, wherein the ratio of the content of meryllite to the content of silicon nitride and Si-A1-O-N in the surface portion is 0.3 or more in terms of the maximum X-ray strength comparison method. 표면부의 메릴라이트 함유량에 대한 내부의 메릴라이트 함유량의 비율이, X선 피크 강도 대비법으로 0.5미만인 것을 특징으로 하는 표면 개질 질화규소에 기초한 소결체The sintered compact based on surface-modified silicon nitride characterized by the ratio of the content of the internal merlite to the content of the merlite in the surface portion is less than 0.5 by the X-ray peak intensity comparison method. 제10항에 있어서, 표면부에 있어서의 질화규소 및 Si-A1-O-N의 함유량에 대한 메릴라이트의 함유량의 비율이, 최고 X선 강도 대비법으로 0.3이상인 것을 특징으로 하는 질화규소에 기초한 소결체.The silicon nitride-based sintered body according to claim 10, wherein the ratio of the content of meryllite to the content of silicon nitride and Si-A1-O-N in the surface portion is 0.3 or more by the maximum X-ray strength comparison method.
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