WO1987003867A1 - High-strength ceramics containing alpha-sialon - Google Patents

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WO1987003867A1
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ceramics
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Mamoru Mitomo
Kenki Ishizawa
Nobuo Ayuzawa
Akira Shiranita
Masamichi Takai
Norimasa Uchida
Original Assignee
Research Development Corporation Of Japan
National Institute For Research In Inorganic Mater
Shinagawa Refractories Co., Ltd.
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS

Definitions

  • the present invention relates to a novel -Sialon-containing ceramic based on 0-Sialon, and more particularly, to a mechanical structure in the engineering field which is superior in physical properties such as strength, toughness, and hardness and has good electric conductivity. Useful as a part route-Sialon-containing ceramics.
  • Sialon 5 i position Wf AI nitride Kei element (4) has the structure ⁇ is 0 to the position are replaced - AI - 0 - N) generically der substances having a basic, - sialon and 0 - sialon It has been known.
  • - Saia Ron / -? Hot L to S position of S i 5 N crystal structure der ones 0 to position a solid solution Replace 9, for example, a mixture of S i 3 N, 0 3 and V It is produced by pressing or by heating a molded body of the mixture in a nitrogen atmosphere at 1 atm.
  • ⁇ -Sialon ceramics is a substance discovered through such a research process, and currently has the general formula (S i, ⁇ ⁇ ) 12 (0, ⁇ ) 16 (where ⁇ is L,, C ⁇ , F or ⁇ ⁇ represents a lanthanide metal element other than Ce, and is expressed as 0 ⁇ x ⁇ 2), and two methods for its production have been proposed: normal pressure sintering and pressure sintering [ the aforementioned Japanese Patent Publication 5 8 - 2 3 3 4 6 JP and Sho 5 8 - 3 5 9 5 0 see JP].
  • the obtained 0-cylon ceramics alone cannot be said to have sufficiently high mechanical properties depending on the application, and can be easily manufactured at normal pressure and can be easily applied to complicated molded products. In general, about 3 to 5% of pores remain in the resulting sintered body], and it is difficult to obtain a high-strength sintered body.
  • the present inventors have conducted intensive studies to improve the properties of Bi-Sialon ceramics. As a result, the present inventors have found that this time, the integration of Bi-Sialon with oxides, carbides or borides of certain metals
  • the sintered body (ceramics) is The present inventors have found that they have properties such as high fracture toughness, hardness, and electrical conductivity that can meet the requirements as mechanical and structural parts in the field of sealing, and have completed the present invention.
  • the content of the Sialon crystal phase is 10 to 95 times
  • the ⁇ -sialon constituting the ceramics of the present invention is F-ct-sialon, which has excellent mechanical strength especially among a-sialon, using yttrium (r) as an interstitial solid solution element.
  • the force be less than 0.8, especially in the range of 0.1 to 0.6.
  • the -sialon composition consists essentially of mono-a-sialon single phase crystals.
  • the r- ⁇ -sialon composition forms ⁇ -sialon ⁇ ⁇ It consists essentially of a composite structure of a crystalline phase and a columnar crystalline phase of silicon nitride.
  • the content of ⁇ -silicon nitride is in the range of 0 to 89 weights based on the weight of the different forces-sialon composition depending on the mixing ratio of the raw materials and the sintering conditions.
  • ⁇ -sialon composition used in the present specification and claims includes not only a single-phase crystal of ⁇ -sialon, but also a crystal phase of ⁇ -sialon crystal phase. ?-It should be understood that the term is used to include the complex structure with the silicon nitride crystal phase.
  • the above-mentioned F--sialon does not form a solid solution in the crystal grain boundaries and may remain as a glass phase.j Therefore,-and -sialon are usually added in addition to the crystal phase as described above. May contain up to 5 weight (based on the weight of Y--sialon) glass phase.
  • the ceramic of the present invention has the above-described ⁇ - ⁇ : -sialon crystal phase in an amount of 10 to 95% by weight based on the weight of the ceramic.
  • the preferred content range depends on the type of the oxide, nitride, carbide or boride of a metal which cannot be dissolved with Sialon, which will be described later.
  • the ceramics of the present invention e.g., metals, nitrides, carbides, and borides that can form a solid solution with X-sialon (hereinafter sometimes referred to as “non-solid solution components.”) are substantially: 0; -Sin is a component that does not form an interstitial solid solution in the crystal lattice and forms a sintered body simply mixed with 0L-Sialon.
  • the suitable as oxides, S i O z include C e 0 2, Z r O z, also, as the nitrides and carbides, T i iY, B 4 C , S i C , T i C, C, and boride
  • -Sialon-containing ceramic of the invention is a homogeneous sintered body with the above-mentioned (-Sialon non-solid solution component), for example, and -SiAlON production materials such as silicon nitride, aluminum nitride and yttrium oxide. Thorium or yttrium oxide is converted to yttrium oxide under the sintering conditions.
  • the above-mentioned non-solid-soluble component is mixed with the above-mentioned insoluble component, pulverized, molded, and sintered under normal pressure or sintered under an inert gas atmosphere. It can be manufactured by subjecting to two-stage sintering of sintering or normal pressure sintering-pressure sintering.
  • examples of the yttrium-containing compound that can be used as one of the raw materials include inorganic or organic salts of yttrium, such as carbonates, basic carbonates, hydroxides, and oxalates, or alkoxides.
  • No. ⁇ Compounds containing arsenic, aluminum nitride and sodium or yttrium oxide have a desired composition formula: [ ⁇ ( Si , Al) l2 (0, ⁇ ) ⁇ 3 0;-can be mixed in a theoretical ratio that produces sialon, and can be mixed with a non-solid solution component in a ratio corresponding to the content.
  • typical examples of the mixing ratio of each component are as follows.
  • the raw material mixture mixed in the above ratio is uniformly mixed and pulverized using, for example, a vibration mill, an attritor, a ball mill, or the like, and then formed into a predetermined shape.
  • the molding can be carried out by, for example, mold molding, cross molding, isostatic press molding, injection molding and the like.
  • the molded body thus formed is sintered in the following manner.
  • normal pressure sintering see Japanese Patent Publication No. 58-233346
  • sintering method see Japanese Patent Publication No. 58-35950
  • normal pressure sintering —It can be performed by two-stage sintering method of pressure sintering.
  • the non-solid solution component is an oxide
  • the sintering method or the two-step sintering method is advantageously used.
  • the non-solid solution component is a nitride, a carbide or a boride
  • the compact is made of a powder containing silicon nitride, for example, a powder of silicon nitride alone, or a mixed powder of silicon nitride and aluminum nitride.
  • the sintering temperature is generally 160 ° to 200 °° (preferably in the range of 160 ° to 180 °° ⁇ ), and the sintering time is usually 30 minutes to 10 hours, Preferably, it is 1 to 5 hours.
  • the pressure sintering is performed in an inert gas atmosphere by a gas pressure sintering method, a hot isostatic pressing method, a hot pressing method, or the like. Generally 30 /
  • the sintering temperature is generally from 160 to 200, preferably from 160 to 180 ° C, and the sintering time is usually from 30 minutes to 5 hours, preferably from 1-3 hours.
  • the two-stage sintering is performed by the normal pressure sintering method as described above.] After forming a pre-sintered body, pressure sintering can be performed as described above.
  • the above manufacturing process generates Serra contamination ⁇ 2 0 3 into the mix as possible prevent the mixing of raw materials, pulverizing and molding, processes such as drying is conducted under a non-oxidizing atmosphere in organic solvent preferably carried out in, it is desirable to further avoid the use of containers Ya Kona ⁇ mixed medium also contains a ⁇ I ⁇ 2 0 3 canceler mix used.
  • Nitride Kei element particle size less than 1, the following cationic impurities 0.5%), nitride ⁇ Lumi Niumu (particle size less than 1, the cation impurities 0.5% or less), F 2 0 3
  • the obtained mixture is molded with a cold isostatic press at a pressure of 2 ° ZCT !, and processed into a 60 X 60 X 10 thigh compact, and then the compact is placed in a normal pressure sintering furnace. Under nitrogen atmosphere at 1750 ° C for 2 hours.
  • Example 2 Using the component mixture having the formulation shown in Table 2 below, the pre-sintered body obtained in the same manner as in Example 1 was subjected to a heat treatment at 180 ° C. for 2 hours under a nitrogen gas pressure atmosphere of 100 ° C. .
  • the obtained sintered body was measured for the three-point bending strength and the content of 0; -sialon crystal phase and? -Silicon nitride crystal phase in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2 below.
  • the preform is heated at 180 ° C. for 1 hour at a pressure of 500 ° C. Then, sintering was performed to obtain a sintered body.
  • the density of each of the obtained sintered bodies was 98 or more of the theoretical density.
  • a surface polished specimen was prepared for this sintered body, and the hardness was evaluated using a Vickers hardness tester. Table 4 shows the results.
  • Example 1 The same nitriding Kei element as used in Example 1 was mixed with high purity beta 2 or Z r B 2, which is commercially available aluminum nitride and 2 0 3 in a proportion shown in Table 5 below, as in Example 1 There line 3 ⁇ 4 mixed and ground by a to obtain a preform at 5 0 0 with dry after cold HazamaShizu isostatic pressing.
  • the preform was subjected to 180 under a nitrogen gas atmosphere. 1 hour at C, 300 Sintering was performed by hot pressing. The results of measuring the electrical conductivity of the obtained sintered body are shown in Table 5 below.
  • the -sialon-containing ceramics provided by the present invention have excellent properties such as bending strength, crushing toughness, hardness and electrical conductivity, and are suitable for various applications in the engineering field. It can be used as mechanical structural parts, electrode materials, etc.

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Description

明 細 書
高強度 -サイァロ 含有セラミックス
技術分野
本発明は 0 -サイアロンをベースとする新規な -サイアロン含有セ ラミ ックスに関し、 さらに詳しくは、 強度、 靱性、 硬度 どの物性に優 れ、 かつ電気伝導性の良好る、 エンジニアリ ング分野において機械構造 部品るどとして有用 -サイアロン含有セラ ミ ックスに関する。
背景技術
サイアロンは窒化ケィ素（ 5 4 )の 5 i位 Wf A Iが、 位置に 0が置換している構造 ί - A I - 0 - N )を基本とする物質の総称 であ 、 -サイアロンと 0 -サイアロンが知られている。 -サイァ ロンは/? - S i 5 N 結晶構造の S 位置に Lが、 位置に 0が固溶 置換したものであ ]9、 例えば、 S i 3N 、 03及び Vの混合 物をホットプレスするか、 又は該混合物の成形体を 1気圧の窒素雰囲気 中で加熱することによって製造され、 組成式 S i , A ί ) 0 , N) s 又は S i&— zA ί z N 8 z ここで 0 く z≤ 4. 2 )で示される。
—方、 -サイアロンは - 5 ^ 4結晶構造の S i位置に A I 、 -V位置に 0が置換すると同時に、 結晶格子間に i ， I ff ， 又は
. どの元素が侵入固溶した構造の物質であ ]9、 高温で安定であるというn 特徵を有する。 《 -サイアロン焼結体（ セラ ミ ックス） の製造技術は、 本発明者らの一人である 3i . Mi t omoによって開発され「 Yogyo- Kyokai-Shi 8 5 〔 8 〕 5 0 - 5 4 ( 1 9 7 7 )、 特公昭 5 8 - 2 3 3 4 6号公報、 特公昭 5 8 - 3 5 9 5 0号公報等参照〕、 その後 Ham - shire ら Nature , 2 7 4 ， 8 8 0 ( 1 9 7 8 ) で0^ — 5 ；3 4 結 晶の格子間に i , M g , C a , ： T等の元素が固溶することによってび -サイアロンが生成すると推定した。 また、 Grandらは J .Mater . Sci . , l_±， 1 7 4 9 ( 1 9 7 9 )において Υ"力 '固溶した Λ -サイァ 口ンの組成を分析し、 組成式！^ ( S ， ) 12 ( 0 ， V ) 16 を提 案している。
α -サイアロンセラミ ックスはこのよう 研究過程を経て見い出され た物質で、 現在では一般式 ( S i , Α ί ) 12 ( 0 , Ν ) 16 (ここで、 Μは L , ， C α , F又は ひ ， C e以外のランタ二ド金属元素を 表わし、 0 < x≤ 2 ) として表現され、 その製造法としては常圧焼結法 及び加圧焼結法の 2つの方法が提案されている〔前述の特公昭5 8 - 2 3 3 4 6号公報及び特公昭 5 8 - 3 5 9 5 0号公報参照〕。 しかし、 得 られる 0 -サイ' ロンセラミ ックス単味では、 用途によっては機械的特 性が充分に高いとはいえず、 製造が簡単で複雑な成形物に対しても容易 に適用しうる常圧焼結法では、 通常、 得られる焼結体に約 3〜 5 %の気 孔が残 ]、 高強度の焼結体が得られ難いという難点がある。
そこで、 本発明者らは、 び -サイアロンセラミ ックスの特性を 善す ベく鋭意研究を行なった結果、 今回、 'び -サイアロンと或る種の金属の 酸化物、 炭化物又は硼化物との一体焼結体（セラミ ックス） がェンジ二 ァリング分野における機械的構造的部品としての条件に適合しうる高い 破壊靱性、 硬度、 電気伝導性等の特性を有することを見い出し、 本発明 を完成するに至った。
発明の開示
本発明によれば、 組成式
Y X { S i , A I ) 12 { 0 , N ) 16
ここで 0く ≤ 0.8、
で示される α -サイアロン組成物と、 該 α -サイアロンと固溶し得 ¾い 金属の酸化物、 窒化物、 炭化物及び硼化物から選ばれる少なくとも 1種 とから実質的に成！)、 該び -サイアロン結晶相の含有量が 1 0〜 9 5重
- 量 である高強度 α -サイアロン含有セラミックスが提供される。
本発明のセラミックスを構成する α -サイアロンはイッ ト リ ウム （ r ) を侵入型固溶元素とする、 a -サイアロンの中でも特に機械的強度に優 れた F - ct -サイアロンであ 、 一般に下記の組成式
Y x { S i , A l ) l 2 { 0 , N ) l 6
で示される。 ここで、 Fの組成比率を表わす》は 0 よ ] 大き く
0. 8以下である力 殊に 0. 1 〜 0. 6の範囲内にあるのが好適で ある。 この： - (X - サイ ア ロ ン組成物において、 0. 4 ^ ¾
0. 8の範囲内において、 - サイ ア ロ ン組成物は 一 a - サイ ァロ ンの単相の結晶から実質的 成る。 一方、 0 < ¾ < 0. 4の 範囲内において、 ： r - ο -サイァロン組成物は α -サイァロンの^ ¾状結 晶相と -窒化ケィ素の柱状結晶相の複合組織から実質的になる。 この 場合^ -窒化ケィ素の含有量は、 原料の配合割合や焼結条件等によ]異 るる力 ―サイアロン組成物の重量を基準にして 0〜 8 9重量 の範 囲内である。
しかして、 本明細書及び請求の範囲において用いる 「α -サイアロン 組成物」 る語は、 ： - α -サイアロンの単相の結晶のみ ¾らず、 ： Γ - a -サイァ πン結晶相と/? -窒化ケィ素結晶相との複合組織から るも のをも包含する意味で用いることを理解すべきである。
さらに、 上記 F - -サイアロンは結晶粒界に が固溶しないでガラ ス相と.して残っていることもあ j、 従って、 該 - び -サイアロンは前 述の如き結晶相に加えて通常 5重量 ( Y - -サイアロンの重量を基 準）以下のガラス相を含みうる。
本発明のセラミックスは、 以上に述べた如き Γ - ο: -サイアロン結晶 相を該セラミックスの重量を基準にして 1 0 ~ 9 5重量。の範囲内で含 有し、 好適な含有量範囲は後述する混合されるび -サイアロンと固溶し 得 い金属の酸化物、 窒化物、 炭化物又は硼化物の種類に依存する。 本発明のセラミックスを檮成する（X 一サイアロンと固溶し得るい金属 の黎化物、 窒化物、 炭化物及び硼化物（以下「非固溶成分.' ということ がある）は、 実質的に、 0； -サイァ πン結晶格子中に侵入型固溶せず、 0L -サイアロンと単に混合した形で焼結体を形成する成分であ 、 例え ば、 酸化物としては、 C T , S c , L a ， C e ， S i ， Z T , T i , S e どの金属の酸ィ匕物（ Cァ2 O3 , 5 c a C3 , L a 203 , C e 02 , S i 02 , Z r 02 , T i 02 ， B eり ど）が挙げられ、 窒化物及び 炭化物としては S , T i , C r , Z r , N b , M o , Bf , T a , W , S i , ¾どの金属の窒化物及び炭化物 N , T i N , C τ N , Z rN , HfN ， VN ， C r2N , N b N , M o N , T a N , B C , Z r C , H f C , WC , T i C ， C r2 C3 , N b C , M o ZC ， T a C S C ど）が挙げられ、 さらに硼化物としては Γ i Z r , W , M 0 T a , Nらなどの金属の硼化物（ Γ β2 ， Ζ 52 など）が挙げられ る。 これら非固溶成分はそれぞれ単独で使用することができ、 或いは 2 種又はそれ以上組合わせて用いることもできる。
しかして、 酸化物として好適なものには、 S i Oz , C e 02 ， Z r Oz が挙げられ、 また、 窒化物及び炭化物としては , T i iY , B4C , S i C , T i C , Cが挙げられ、 さらに硼化物としては
T i B2 , Z r S2 が挙げられる。 これら好適な非固溶成分の本発明の び -セラミック中における含有量は下記のとお である ,
氺
非固溶成分 一般的範囲 （重量
Figure imgf000007_0001
S i 02 0. 1 ~ 5 0· 1〜 3
C e O 0.1〜 2.5 0.1〜 2· 5
Ζ τ O 0.1〜 1 0 2.5〜 1 0
0· 5〜 3 0 5〜 3 0
T i Ν 0· 5〜 3 0 5〜 3 0 S4C 0.5〜 3 0 5〜 3 0
S i C 0· 5〜 3 0 5〜 3 0
T i C 0· 5〜 3 0 5〜 3 0
WC 0.5〜 3 0 5〜 3 0
T i B, 0.5〜 3 0 5〜 3 0
Z r B, 0.5〜 3 0 5〜 3 0
*ただし、 上記重量 はセラミックスの重量を基準にしたものであ 、 従って、 それ力 差し引いた残]?の重量 が 0： -サイアロン 成分の含有囊ということ^る,
発明の 0： -サイァロン含有セラミックスは、 上記の（ -サイアロン 非固溶成分との均一な焼結体であ ]、 例えば、 び -サイアロンの製造 料である窒化ケィ素、 窒化アルミ ニウム及び酸化イツ卜リウム又は焼 結条件下に酸化ィットリゥムに変 i9うるイツトリゥム含有化合物と前述 の非固溶成分とを混合し、 粉砕し、 成形し、 そして不活性ガス雰囲気下 に常圧焼結又は加圧焼結或いは常圧焼結—加圧焼結の 2段焼結に付する ことによ 製造することができる。
ここで、 原料の 1つとして使用されうるィット リゥム含有化合物とし ては、 イツト リゥムの無機又は有機塩類、 例えば炭酸塩、 塩基性炭酸塩、 水酸化物、 シユウ酸塩 ど、 或いばアルコキシドが挙げられる。 · ヒケィ素、 窒化アルミ ニゥム及び酸化ィ ソ ト リ ウム又はイットリウ ム含有化合物は、 所望とする組成式〔： Γ (S i , Al ) l2 (0 ,Ν) ιβ 3 の 0； - サイアロンを生成する理論的割合で混合することができ、 これに 前記含有量に相当する割合で非固溶体成分で混合することができる。 し かして、 各成分の混合割合の代表例を示せば下記のとお である。
(1) 5 3iV4 8 5〜 9 5重量 、 Z 3〜 6.5重量 、 F203 1〜 4重量 、 及び S り 2 0.1〜 5重量 又は C e O2 0.1 ~ 2· 5重量 。
(2) S 3 N4 8 0〜 9 0重量 、 5.5〜 6.5重量 、 7203 3〜 4重量 、 及び Z r 02 2.5〜 1 0重量^。
(3) S 3— V4 4 5〜 8 0重量 °h、 Z 8.5〜 1 6.5重量 、 Y 203 Λ 5〜 1 0重量 、 Μ Β Ν , T i Ν , C τ Ν , B^C , S i C , T iC 又は C 0.5 ~ 3 0重量 。
(4) 5 i 3 4 6 0〜 9 0重量 o、 Z ^ 4〜 6.5重量 、 F 2 (93 2.5 〜 4重量 、 及び Γ i B 又は Z r B2 0.3〜 3 0重量 。
上記の割合で混合された原料混合物は、 例えば振動ミ ル、 ア ト ライタ、 ボールミ ル等を用いて均一 混合粉砕した後、 所定の形状に成形する。 成形は例えば金型成形、 泥しょう鐃込み成形、 静水圧プレス成形、 射出 成形等によ 行 ¾うことができる。 このようにして成形された成形^は 次 で焼結される。 焼結は常圧焼結法（特公昭 5 8 - 2 3 3 4 6号公報 参照）、 加] Ξ焼結法（特公昭 5 8 - 3 5 9 5 0号公報参照） 又は常圧焼 結—加圧焼結の 2段焼結法によ 行 うことができる。 特に非固溶成分 が酸化物の場合には、 常] Ξ焼結法又は 2段焼結法が有利に使用され、 他 方、 非固溶成分が窒化物、 炭化物又は硼化物の場合には、 これらは難焼 結性であるために、 高温高圧焼結法を用いるのが望ましい。
しかして、 常圧焼結は、 上記成形体を窒化ケィ素を含む粉末、 例えば 窒化ケィ素粉末単味、 窒化ケィ素と窒化アルミニウムとの混合粉末等で
5 覆った後、 不活性ガス雰囲気中、 例えば窒素気流中で加熱焼結すること によ ]行なうことができる。 焼結温度は一般に 1 6 0 0〜 2 0 0 0 ° (：、 好ましくは 1 6 5 0 ~ 1 8 0 0 °〇の範囲であ]、 焼結時間は通常 3 0分 ~ 1 0時間、 好ましくは 1〜 5時間である。
また、 加圧焼結は、 上記成形体を不活性ガス雰囲気中で、 ガス圧焼結 m 法、 熱間静水圧焼結法、 ホッ トプレス法等によ j実施され、 用いうる圧 力としては一般に 3 0 /
Figure imgf000010_0001
範囲内の圧力が有利である。 また焼結温度は一般に 1 6 0 0〜 2 0 0 0 で、 好ましくは 1 6 0 0〜 1 8 5 0 °〇の範囲内であ 、 焼結時間は通常 3 0分〜 5時間、 好ましくは 1〜 3時間である。
is さらに、 2段焼結は前述の如き常圧焼結法によ ]予備焼結体をつくつ た後、 上記の如くして加圧焼結することによ 行 うことができる。 なお、 上記の製造工程は、 生成セラ ミ ックス中への 〖 2 0 3の混入を できるだけ防ぐように、 原料の混合、 粉砕や成形、 乾燥などの処理は有 機溶媒中で非酸化性雰囲気下に実施することが好ましく、 さらに用いる 容器ゃ粉碎混合媒体も^ ί 〖 2 0 3を含有するセラ ミ ックスの使用を避ける ことが望ましい。 発明を実施するための最良の形態
次に実施例を掲げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例 1
窒化ケィ素（粒度 1 以下、 陽イオン不純物 0. 5 %以下）、 窒化ァ ルミ ニゥム （粒度 1 以下、 陽イオン不純物 0. 5 %以下）、 F 2 0 3
(粒度 1 β 以下、 純度 9 9. 8 % )、 及び S ^ 0 2 (平均粒度 0. 5 i ヽ 純度 9 9. 8 % )又は C e 0 2 (平均粒度 0. 6 m、 純度 9 9. 6 ^ )の各 原料を下記第 1表に示す割合で、 窒化ケィ素セラミ ックをライニングし たポットを有する振動ミ ル（溶媒へキサン、 窒化ケィ素製ボール使用） に仕込み、 5時間混合した。
得られた混合物を冷間静水圧プレスにて 2 έ ο ZCT!の圧力で成形し、 6 0 X 6 0 X 1 0 腿の成形体に加工した後、 その成形体を常圧焼結炉中 で窒素ガス雰囲気下に 1 7 5 0 °Cにて 2時間 '鹿成した。
得られた焼結体を切断して、 平面研削によ 3 X X 4 0藤の試験片 を作成し、 J I S 1 6 0 1に基づく 3点曲げ試験法によ 曲げ強度を 測定した。 その結果を下記第 1表に示す。 配合割合 ( IE量％ 0： -サイアロン結晶相 3点曲け強度 含有量（％ ) * 2 ( Z龍2 )
M. 3 Y9 0
N 2 3, ' A I N S i 09 \ C e 0,
4
1 8 8. 8 3. 9 6. 3 1. 0 4 0 9 5
2 8 7. 5 3. 8 6. 2 2. 5 3 9 9 0 3 9 0. 1 し 9 3. 0 5. 0 3 5 9 0
8 8. 8 3. 9 6. 3 1. 0 4 0 9 0
9 2. 4 2. 0 3. 1 2. 5 3 7 8 5
* 1
比較例 8 9. 7 3. 9 6. 4 4 2 8 0
* 1 K n .2 { S i , A ί ) 1 2 { 0 , Ν ) , ΰ に相当する,
* 2 X fe回折法による。
実施例 2
下記第 2表に示す処方の成分混合物を用い、 実施例 1と同様の方法で 得た予備焼結体を 1 0 0 の窒素ガス圧雰囲気下に 1 8 0 0 °Cで 2 時間加熱処理した。
得られた焼結体について実施例 1と同様にして 3点曲げ強度、 並びに 0； -サイアロン結晶相及び ? -窒化ケィ素結晶相の含有量を測定した。 その結果を下記第 2表に示す。
第 2 表
Figure imgf000014_0001
* 2 ( S i , Α ί ) ι 2 ( , N ) ieに相当する。
実施例 3
実施例 1で用いたと同じ窒化ケィ素、 窒化アルミ ニゥム及び 2り3と Z τ 0 2 (平均粒度 0. 7 m、 純度 9 9. 5 % )を下記第 3表に示す割合 で混合し、 実施例 1におけると同様にして混合、 粉砕、 成形を行 つた 後、 常圧焼結炉中で窒素ガス雰囲気下に 1 7 5 0 °Cで 2時間焼成した。 得られた焼結体の表面を研磨し、 ビッカース圧写圧痕法によ ]破壊靱 性値を測定した。 その結果を第 3表に示す。
3
Figure imgf000015_0001
実施例 4
実施例 1で用いたと同じ窒化ケィ素、 窒化アルミ ニウム及び: Γ 2 03 と、
B , T i X , C r Ν , T i C , B ^ C , S i C又は Cを下記第 4表に 示す割合で混合し、 実施例 1におけると同様にして混合粉砕を行 い、 乾燥後冷間静水圧プレスにて 5 0 0 ZCT!で予備成形体を得た。
この予備成形体を 1 8 0 0 ¾で 1時間、 5 0 0 Ι Ζ ^の圧力にてホッ トプレスによる焼結を行って焼結体を得た。 得られた焼結体の密度はい ずれも理論密度の 9 8 以上であった。
この焼結体について表面研磨試料片を作成して、 ビッカース硬度計に よる硬度の評価を行った。 その結果を第 4表に示す。
第 4表 氺
4
/、
S
Figure imgf000017_0001
12 0 , N) l6に相当する。
実施例 5
実施例 1で用いたと同じ窒化ケィ素、 窒化アルミニウム及び 203 と 市販されている高純度の β2 又は Z r B2 を下記第 5表に示す割合 で混合し、 実施例 1におけると同様にして混合粉砕を行 ¾い、 乾燥後冷 間静水圧プレスにて 5 0 0 にて予備成形体を得た。
この予備成形体を窒素ガス雰囲気下に 1 8 0 ひ。 Cで 1時間、 3 0 0
Figure imgf000018_0001
ホットプレスにて焼結を行 つた。 得られた焼結体の電 気伝導率を測定した結果を下記第 5表に示す。
T i Β2 , Ζ τ Bz は電気伝導性材料であることから、 絶緑材料であ る F0.2 { S i , A I ) 12 { 0 , iY ) 16で示されるび -サイァロン質セラ ミ ックスに比べ、 本セラミックスの電気伝導军は第 5表に示されるよう に向上した。
第 5衣
配合割合 )
a - サイアロ ン 電気伝導率
M. S i:iN4 A I N T i li2 Zr B 結品相含有量 ） ( S / cm )
2 5 85.2 3.7 6.1 5.0 32 1 0
- 6
2 6 80.7 3.5 5.8 1 0.0 23 4 1 0
- 2
27 7 1.8 3.1 5.1 20.0 1 6 1.5 X 1 0
28 62.8 2.7 4.5 30.0 1 4 2.5
- 10
29 85.2 3.7 6.1 5.0 30 1 0
- 5
30 80.7 3.5 5.8 1 0.0 24 7 X 1 0
3 1 7 1.8 3.1 5.1 20.0 1 5 1.0
3 2 62.8 2.7 4.5 30.0 1 0 1 5.0
Λ - 14
89.7 Η.9 6.4 42 1 0
》, 0.2 ( S i , / / ) 12 ( O , N ) 1B に相当する
産業上の利用可能性
以上述べたとお j?、 本発明によ i提供される -サイアロン含有セラ ミ ックスは、 曲げ強度、 破壌靱性、 硬度又は電気伝導性等の特性に優れ てお 、 エンジニアリ ング分野における各種の機械構造部品、 電極材等 として利用することが考えられる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 組成式 F e 川 i "り， N) 16
ここで、 0く ： r≤ 0.8
で示される α -サイアロン組成物と、 該 一サイアロンと固溶し得 い 金属の酸化物、 窒化物、 炭化物及び湖化物から選ばれる少 くとも 1種 とから実質的に成 、 該 Ct -サイァ^ン結晶相の含有量が 1 0〜 9 5重 量％である高強度 -サイアロン含有セラミックス。
2. が 0.1〜 0.6の範囲内にある請求の範囲第 1項記載のセラミック ス0
0 3. Λ -サイアロン組成物が Λ -サイアロン結晶相と -窒化ケィ素結 晶相との複合組織から実質的に構成されている請求の範囲第 1項記載の セラ ミ ックス。 '
4- β -窒化ケィ素結晶相の含有量がび -サイアロン組成物の重量基準に して 0〜89重量 の範囲内にある請求の範囲第 3項記載のセラミックス。s
5. 該金属の酸化物が 5 % 02 , C e 02 及び Ζ ?· 02 である請求の範 囲第 1項記載のセラミックス。
6. 該金属の窒化物及び炭化物が , T i N , B, C , S i C , T iC 及びT Cである請求の範囲第 1項記載のセラ ミ ックス。
7- 該金属の硼化物がァ 2 及び Z r S2 である請求の範囲第 1項記 つ 载のセラ ミ ックスつ
8- 窒化ケィ素、 窒化アルミ ニウム、 酸化イ ツ ト リ ゥム又は焼結条件下 に酸化ィッ ト リ ウムに変]? うるイツ ト リ ゥム含有化合物、 並びに Λ -サ ィァロンと固溶し得ない金属の酸化物、 窒化物、 炭化物及び硼化物から 選ばれる少なくとも 1種を混合し、 粉碎し、 成形した後、 不活性ガス雰 囲気下に 1 6 0 0〜 2 0 0 0 °Cの温度で焼結することを特徵とする請求 の範囲第 1項記載の 0 -サイアロン含有セラミックスの製造方法。
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