JPH09157028A - 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体およびその製造方法Info
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- JPH09157028A JPH09157028A JP7312542A JP31254295A JPH09157028A JP H09157028 A JPH09157028 A JP H09157028A JP 7312542 A JP7312542 A JP 7312542A JP 31254295 A JP31254295 A JP 31254295A JP H09157028 A JPH09157028 A JP H09157028A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】１２００℃の高温強度、１０００℃の耐酸化性
に優れた窒化珪素質焼結体を１８５０℃以下の低温焼成
で得ることができなかった。 【解決手段】Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分として
Ｙ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化
物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏ
を酸化物換算で０．１〜５重量％の割合で含有する成形
体を、窒素を含有する非酸化性雰囲気中で１８５０℃以
下で焼成して、常温強度１０５０ＭＰａ以上、１２００
℃強度９５０ＭＰａ以上、１０００℃、１０００時間の
酸化試験後の酸化増量０．１ｍｇ／ｃｍ2 以下の優れた
特性を有する窒化珪素質焼結体を得る。
に優れた窒化珪素質焼結体を１８５０℃以下の低温焼成
で得ることができなかった。 【解決手段】Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分として
Ｙ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化
物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏ
を酸化物換算で０．１〜５重量％の割合で含有する成形
体を、窒素を含有する非酸化性雰囲気中で１８５０℃以
下で焼成して、常温強度１０５０ＭＰａ以上、１２００
℃強度９５０ＭＰａ以上、１０００℃、１０００時間の
酸化試験後の酸化増量０．１ｍｇ／ｃｍ2 以下の優れた
特性を有する窒化珪素質焼結体を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、室温から高温まで
の強度特性および靭性に優れ、特にピストンピン、エン
ジンバルブ等の自動車用部品やガスタービンエンジン用
部品等に使用される窒化珪素質焼結体と、その製造方法
に関する。
の強度特性および靭性に優れ、特にピストンピン、エン
ジンバルブ等の自動車用部品やガスタービンエンジン用
部品等に使用される窒化珪素質焼結体と、その製造方法
に関する。
【０００２】
【従来技術】従来から、窒化珪素質焼結体は、耐熱性、
耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジニア
リングセラミックス、特にタ−ボロ−タ−等の熱機関用
として応用が進められている。
耐熱衝撃性および耐酸化性に優れることからエンジニア
リングセラミックス、特にタ−ボロ−タ−等の熱機関用
として応用が進められている。
【０００３】この窒化珪素質焼結体を作製するには、焼
結助剤としてＹ2 Ｏ3 等の希土類元素酸化物や、Ａｌ2
Ｏ3 、ＡｌＮなどのアルミニウム化合物、ＳｉＯ2 など
を添加して、常圧や、窒素加圧雰囲気中で焼成して緻密
化することが特公昭５２−３６４９号、特公昭５８−５
１９０号にてすでに提案されている。
結助剤としてＹ2 Ｏ3 等の希土類元素酸化物や、Ａｌ2
Ｏ3 、ＡｌＮなどのアルミニウム化合物、ＳｉＯ2 など
を添加して、常圧や、窒素加圧雰囲気中で焼成して緻密
化することが特公昭５２−３６４９号、特公昭５８−５
１９０号にてすでに提案されている。
【０００４】また、窒化珪素質焼結体は、その用途に応
じて、添加する助剤の選択がなされている。例えば、希
土類元素酸化物を必須として、これにＡｌ2 Ｏ3 やＭｇ
Ｏ等を添加すると低温で液相が生成されるために、１８
００℃以下の比較的低温の常圧で焼成して緻密化するこ
とができ、この方法によれば、室温強度の高い焼結体を
得ることができるため、室温で使用される用途に多用さ
れている。
じて、添加する助剤の選択がなされている。例えば、希
土類元素酸化物を必須として、これにＡｌ2 Ｏ3 やＭｇ
Ｏ等を添加すると低温で液相が生成されるために、１８
００℃以下の比較的低温の常圧で焼成して緻密化するこ
とができ、この方法によれば、室温強度の高い焼結体を
得ることができるため、室温で使用される用途に多用さ
れている。
【０００５】ところが、上記の焼結体では、生成された
液相により窒化珪素結晶粒間に生成されたガラス相は、
１０００℃を越える温度では軟化してしまうため、１４
００℃以上の温度に曝されるガスタービン用部品には応
用できない。
液相により窒化珪素結晶粒間に生成されたガラス相は、
１０００℃を越える温度では軟化してしまうため、１４
００℃以上の温度に曝されるガスタービン用部品には応
用できない。
【０００６】そこで、高温強度を高めるために、Ａｌ2
Ｏ3 やＭｇＯ等を添加することなく、希土類元素酸化物
とＳｉＯ2 成分との複合化によって、粒界を融点の高い
結晶相により構成することが提案されているが、かかる
焼結体は、１９００℃以上の窒素加圧雰囲気中で焼成す
ることが必要である。
Ｏ3 やＭｇＯ等を添加することなく、希土類元素酸化物
とＳｉＯ2 成分との複合化によって、粒界を融点の高い
結晶相により構成することが提案されているが、かかる
焼結体は、１９００℃以上の窒素加圧雰囲気中で焼成す
ることが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
希土類元素酸化物とＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯを添加した系で
は、組成によっては１８００℃以下の低温で焼成可能で
あり室温強度はある程度高いものの、高温域では徐々に
強度が低下し１２００℃ではせいぜい５００ＭＰａ程度
の強度しかなく、かかる焼結体を１２００℃もの高温域
で使用する部品には適用できない。また、かかる焼結体
は、１０００℃における耐酸化性が実用上不十分であっ
た。
希土類元素酸化物とＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯを添加した系で
は、組成によっては１８００℃以下の低温で焼成可能で
あり室温強度はある程度高いものの、高温域では徐々に
強度が低下し１２００℃ではせいぜい５００ＭＰａ程度
の強度しかなく、かかる焼結体を１２００℃もの高温域
で使用する部品には適用できない。また、かかる焼結体
は、１０００℃における耐酸化性が実用上不十分であっ
た。
【０００８】また、助剤としてＡｌ2 Ｏ3 やＭｇＯを添
加しないことによりある程度の高温強度の改善が可能で
ある。特に粒界を結晶化させた系では、１２００℃もの
高温において８００ＭＰａ以上の高い強度を得ることが
報告されているが、このような系は、製法上、１９００
℃以上の高温で焼成する必要があるため、高温焼成が可
能な特殊な設備が必要となる等、製造コストが高い等の
問題があった。
加しないことによりある程度の高温強度の改善が可能で
ある。特に粒界を結晶化させた系では、１２００℃もの
高温において８００ＭＰａ以上の高い強度を得ることが
報告されているが、このような系は、製法上、１９００
℃以上の高温で焼成する必要があるため、高温焼成が可
能な特殊な設備が必要となる等、製造コストが高い等の
問題があった。
【０００９】また、上記のいずれの系においても１００
０℃の酸化性雰囲気中に暴露された場合、酸化が急激に
進行するという現象があり、この中温域での耐酸化性に
ついては良好な特性を得るのが難しかった。
０℃の酸化性雰囲気中に暴露された場合、酸化が急激に
進行するという現象があり、この中温域での耐酸化性に
ついては良好な特性を得るのが難しかった。
【００１０】よって、本発明の目的は、室温から１２０
０℃の高温まで自動車用部品やガスタ−ビンエンジン用
部品等で使用されるに充分な機械的特性を有するととも
に、１０００℃における耐酸化特性に優れ、且つ１８５
０℃以下で焼成可能な窒化珪素質焼結体と、その製造方
法を提供するにある。
０℃の高温まで自動車用部品やガスタ−ビンエンジン用
部品等で使用されるに充分な機械的特性を有するととも
に、１０００℃における耐酸化特性に優れ、且つ１８５
０℃以下で焼成可能な窒化珪素質焼結体と、その製造方
法を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記問題点に
対し鋭意研究を重ねた結果、Ｓｉ3 Ｎ4 への添加成分と
して、Ｙ、希土類酸化物と、Ｍｎおよび／またはＣｕ
と、Ｗおよび／またはＭｏとを特定の割合で添加した焼
結体によって、上記目的が達成されることを知見し、本
発明に至った。
対し鋭意研究を重ねた結果、Ｓｉ3 Ｎ4 への添加成分と
して、Ｙ、希土類酸化物と、Ｍｎおよび／またはＣｕ
と、Ｗおよび／またはＭｏとを特定の割合で添加した焼
結体によって、上記目的が達成されることを知見し、本
発明に至った。
【００１２】即ち、本発明の窒化珪素質焼結体は、Ｓｉ
3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分としてＹ、希土類元素の
群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で１〜２０
重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸化物換算で０．０
１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏを酸化物換算で
０．１〜５重量％の割合で含有することを特徴とするも
のである。さらに、本発明の窒化珪素質焼結体によれ
ば、Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分としてＹ、希土
類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で
１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸化物換算
で０．０１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏを酸化物
換算で０．１〜５重量％の割合で含有する成形体を、窒
素を含有する非酸化性雰囲気中で１８５０℃以下で焼成
することを特徴とするものである。
3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分としてＹ、希土類元素の
群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で１〜２０
重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸化物換算で０．０
１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏを酸化物換算で
０．１〜５重量％の割合で含有することを特徴とするも
のである。さらに、本発明の窒化珪素質焼結体によれ
ば、Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分としてＹ、希土
類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化物換算で
１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸化物換算
で０．０１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏを酸化物
換算で０．１〜５重量％の割合で含有する成形体を、窒
素を含有する非酸化性雰囲気中で１８５０℃以下で焼成
することを特徴とするものである。
【００１３】
【作用】本発明によれば、助剤成分としてＹおよび／ま
たは希土類元素の化合物に加え、Ｍｎおよび／またはＣ
ｕを添加することにより、従来に比較して低温での焼成
が可能となり、窒化珪素粒子の粒成長を抑制することが
できる。
たは希土類元素の化合物に加え、Ｍｎおよび／またはＣ
ｕを添加することにより、従来に比較して低温での焼成
が可能となり、窒化珪素粒子の粒成長を抑制することが
できる。
【００１４】しかしながら、Ｍｎおよび／またはＣｕの
添加では、Ｍｎおよび／またはＣｕが高温時に低融点の
液相を生成するために１２００℃もの高温では強度が低
下してしまう。そこで、本発明では、さらにＷおよび／
またはＭｏの化合物を添加することにより高温強度の低
下を抑制できる。
添加では、Ｍｎおよび／またはＣｕが高温時に低融点の
液相を生成するために１２００℃もの高温では強度が低
下してしまう。そこで、本発明では、さらにＷおよび／
またはＭｏの化合物を添加することにより高温強度の低
下を抑制できる。
【００１５】これは、Ｗおよび／またはＭｏと、Ｍｎお
よび／またはＣｕを同時に添加することにより、焼成過
程ではＭｎおよび／またはＣｕが低融点の液相を生成し
て緻密化を促進し、焼結後の焼結体中ではＷおよび／ま
たはＭｏと、Ｍｎおよび／またはＣｕと、Ｓｉが化合物
を形成するか、あるいはＷおよび／またはＭｏの珪化物
中にＭｎおよび／またはＣｕが固溶するために高温時に
低融点の液相を生成することがなく、高温時の強度劣化
が抑制されるのである。
よび／またはＣｕを同時に添加することにより、焼成過
程ではＭｎおよび／またはＣｕが低融点の液相を生成し
て緻密化を促進し、焼結後の焼結体中ではＷおよび／ま
たはＭｏと、Ｍｎおよび／またはＣｕと、Ｓｉが化合物
を形成するか、あるいはＷおよび／またはＭｏの珪化物
中にＭｎおよび／またはＣｕが固溶するために高温時に
低融点の液相を生成することがなく、高温時の強度劣化
が抑制されるのである。
【００１６】かかる構成により、本発明によれば、異常
粒成長の発生がなく、微細な組織を持ち、高温時に低融
点の液相を生成することがないために高温強度の劣化が
ない窒化珪素質焼結体を得ることができるのである。し
かも、かかる焼結体は、１０００℃における耐酸化性に
対しても高い耐久性を有するものである。これは、焼結
体の組織が微細であるため、粒界相の影響を受けにくい
ためである。
粒成長の発生がなく、微細な組織を持ち、高温時に低融
点の液相を生成することがないために高温強度の劣化が
ない窒化珪素質焼結体を得ることができるのである。し
かも、かかる焼結体は、１０００℃における耐酸化性に
対しても高い耐久性を有するものである。これは、焼結
体の組織が微細であるため、粒界相の影響を受けにくい
ためである。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明によれば、Ｓｉ3 Ｎ4 に対
する第１の助剤成分として、ＹおよびＳｍ、Ｅｒ，Ｙ
ｂ、Ｌｕ等の希土類元素の群から選ばれる少なくとも１
種の化合物を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１
５重量％、第２の助剤成分として、Ｍｎおよび／または
Ｃｕを酸化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５
〜０．５重量％、第３の助剤成分として、Ｗおよび／ま
たはＭｏを酸化物換算で０．１〜５重量％、特に０．５
〜３重量％の割合で含むことが重要である。
する第１の助剤成分として、ＹおよびＳｍ、Ｅｒ，Ｙ
ｂ、Ｌｕ等の希土類元素の群から選ばれる少なくとも１
種の化合物を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１
５重量％、第２の助剤成分として、Ｍｎおよび／または
Ｃｕを酸化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５
〜０．５重量％、第３の助剤成分として、Ｗおよび／ま
たはＭｏを酸化物換算で０．１〜５重量％、特に０．５
〜３重量％の割合で含むことが重要である。
【００１８】これらの成分の含有量を上記の範囲に限定
したのは、まず上記第１の成分量が１重量％より少ない
と焼結過程で液相が不足し、緻密体を得るためには高温
焼成が必要となり、そのため窒化珪素粒子の成長が起こ
り強度低下を引き起こすこととなり、２０重量％より多
いと、焼結体中に粒界相が多くなり、１２００℃の高温
強度の低下と１０００℃における酸化特性の劣化を招い
てしまう。
したのは、まず上記第１の成分量が１重量％より少ない
と焼結過程で液相が不足し、緻密体を得るためには高温
焼成が必要となり、そのため窒化珪素粒子の成長が起こ
り強度低下を引き起こすこととなり、２０重量％より多
いと、焼結体中に粒界相が多くなり、１２００℃の高温
強度の低下と１０００℃における酸化特性の劣化を招い
てしまう。
【００１９】また、第２の助剤成分としてのＭｎおよび
／またはＣｕの酸化物換算量が０．０１重量％より少な
いと、Ｍｎおよび／またはＣｕの上記添加効果が得られ
ずに、低温での焼成によって緻密体が得られにくくしか
も常温強度が低くなり、１重量％より多いとＷおよび／
またはＭｏを添加しても高温強度が低下する。
／またはＣｕの酸化物換算量が０．０１重量％より少な
いと、Ｍｎおよび／またはＣｕの上記添加効果が得られ
ずに、低温での焼成によって緻密体が得られにくくしか
も常温強度が低くなり、１重量％より多いとＷおよび／
またはＭｏを添加しても高温強度が低下する。
【００２０】さらに、第３の助剤成分としてのＷおよび
／またはＭｏの酸化物換算量が０．１重量％より少ない
と、Ｗおよび／またはＭｏ添加の効果が得られずにＭｎ
および／またはＣｕ添加の弊害で高温強度が低下してし
まい、５重量％より多いと、高温強度の低下と酸化特性
の劣化を招いてしまう。
／またはＭｏの酸化物換算量が０．１重量％より少ない
と、Ｗおよび／またはＭｏ添加の効果が得られずにＭｎ
および／またはＣｕ添加の弊害で高温強度が低下してし
まい、５重量％より多いと、高温強度の低下と酸化特性
の劣化を招いてしまう。
【００２１】また、本発明によれば、上記第１〜第３の
助剤成分の他にＡｌを酸化物換算で７重量％以下含有し
て同様の効果が得られる。
助剤成分の他にＡｌを酸化物換算で７重量％以下含有し
て同様の効果が得られる。
【００２２】なお、本発明の窒化珪素質焼結体は、組織
上、β−窒化珪素からなる主結晶相と、Ｙあるいは希土
類元素と、Ｗおよび／またはＭｏと、Ｃｕおよび／また
はＭｎと、珪素と、酸素を含む粒界相から構成される。
この粒界相は非晶質からなるが、場合によっては、ダイ
シリケート、Ｈ−ｐｈａｓｅ（アパタイト）、Ｋ−ｐｈ
ａｓｅ（ウォラストナイト）などの結晶相が存在する場
合もある。また、Ａｌ化合物を添加した場合には、Ａｌ
も粒界相に存在したり、β−窒化珪素結晶相中には、わ
ずかにアルミニウムが固溶してβ−サイアロンを形成す
る場合もある。
上、β−窒化珪素からなる主結晶相と、Ｙあるいは希土
類元素と、Ｗおよび／またはＭｏと、Ｃｕおよび／また
はＭｎと、珪素と、酸素を含む粒界相から構成される。
この粒界相は非晶質からなるが、場合によっては、ダイ
シリケート、Ｈ−ｐｈａｓｅ（アパタイト）、Ｋ−ｐｈ
ａｓｅ（ウォラストナイト）などの結晶相が存在する場
合もある。また、Ａｌ化合物を添加した場合には、Ａｌ
も粒界相に存在したり、β−窒化珪素結晶相中には、わ
ずかにアルミニウムが固溶してβ−サイアロンを形成す
る場合もある。
【００２３】主結晶相は、針状結晶として存在し、その
短径が０．１〜３μｍで平均アスペクト比（長径／短
径）は２〜１０の粒子である。
短径が０．１〜３μｍで平均アスペクト比（長径／短
径）は２〜１０の粒子である。
【００２４】本発明における窒化珪素質焼結体の製造方
法によれば、まず、Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、第１の助
剤成分としてＹ、希土類元素の群から選ばれる少なくと
も１種を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１５重
量％、第２の助剤成分としてＭｎおよび／またはＣｕを
酸化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５〜０．
５重量％、第３の助剤成分としてＷおよび／またはＭｏ
を酸化物換算で０．１〜５重量％、特に０．５〜３重量
％の割合で含有する成形体を作製する。
法によれば、まず、Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、第１の助
剤成分としてＹ、希土類元素の群から選ばれる少なくと
も１種を酸化物換算で１〜２０重量％、特に３〜１５重
量％、第２の助剤成分としてＭｎおよび／またはＣｕを
酸化物換算で０．０１〜１重量％、特に０．０５〜０．
５重量％、第３の助剤成分としてＷおよび／またはＭｏ
を酸化物換算で０．１〜５重量％、特に０．５〜３重量
％の割合で含有する成形体を作製する。
【００２５】上記成形体を作製するにあたり、窒化珪素
粉末はそれ自体α−Ｓｉ3 Ｎ4 、β−Ｓｉ3 Ｎ4 のいず
れでも用いることができ、それらの粒径は０．４〜１．
２μｍ、酸素含有量が０．５〜１．５重量％が好まし
い。
粉末はそれ自体α−Ｓｉ3 Ｎ4 、β−Ｓｉ3 Ｎ4 のいず
れでも用いることができ、それらの粒径は０．４〜１．
２μｍ、酸素含有量が０．５〜１．５重量％が好まし
い。
【００２６】窒化珪素粉末に添加される助剤成分は、い
ずれも酸化物形態で添加することが望ましいが、焼結過
程で酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、金属
元素含有有機化合物等を用いることができる。ただし、
Ｗおよび／またはＭｏについては、炭化物、珪化物、窒
化物のいずれを用いても構わない。
ずれも酸化物形態で添加することが望ましいが、焼結過
程で酸化物を形成し得る炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、金属
元素含有有機化合物等を用いることができる。ただし、
Ｗおよび／またはＭｏについては、炭化物、珪化物、窒
化物のいずれを用いても構わない。
【００２７】窒化珪素粉末に、上記助剤成分を上記の割
合となるように添加混合した後、これを所望の成形手
段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押出し成
形、射出成形等により任意の形状に成形する。
合となるように添加混合した後、これを所望の成形手
段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押出し成
形、射出成形等により任意の形状に成形する。
【００２８】また、他の方法として、窒化珪素の８０重
量％相当分を珪素粉末に窒化により得るように、窒化珪
素粉末と、珪素粉末と、助剤成分とを混合した後、上記
のようにして成形し、これを１１００〜１４００℃の窒
素中で窒化して珪素を窒化珪素に変換して上記の成形体
を作製することもできる。この方法によれば、Ｍｎおよ
び／またはＣｕはＳｉの窒化助剤として作用し、比較的
低温、短時間での窒化が可能な上に、低温で窒化を行っ
た場合α−Ｓｉ3 Ｎ4 が生成されやすく、窒化体のα分
率が高くなり焼結体の強度が高くなる作用も働くためで
ある。
量％相当分を珪素粉末に窒化により得るように、窒化珪
素粉末と、珪素粉末と、助剤成分とを混合した後、上記
のようにして成形し、これを１１００〜１４００℃の窒
素中で窒化して珪素を窒化珪素に変換して上記の成形体
を作製することもできる。この方法によれば、Ｍｎおよ
び／またはＣｕはＳｉの窒化助剤として作用し、比較的
低温、短時間での窒化が可能な上に、低温で窒化を行っ
た場合α−Ｓｉ3 Ｎ4 が生成されやすく、窒化体のα分
率が高くなり焼結体の強度が高くなる作用も働くためで
ある。
【００２９】次に、得られた成形体を公知の焼成方法、
例えばホットプレス法、常圧焼成、窒素ガス圧焼成、さ
らには、これらの焼成後、熱間静水圧（ＨＩＰ）焼成し
たり、上記の成形体をガラスによりシールしＨＩＰ焼成
することもできる。
例えばホットプレス法、常圧焼成、窒素ガス圧焼成、さ
らには、これらの焼成後、熱間静水圧（ＨＩＰ）焼成し
たり、上記の成形体をガラスによりシールしＨＩＰ焼成
することもできる。
【００３０】本発明によれば、この時の焼成温度を１８
５０℃以下、特に１６５０〜１８００℃においても緻密
で且つ特性に優れた焼結体を得ることができる。なお、
この時の窒素圧力は、窒化珪素が分解しないように分解
平衡圧以上に設定されることは当然である。
５０℃以下、特に１６５０〜１８００℃においても緻密
で且つ特性に優れた焼結体を得ることができる。なお、
この時の窒素圧力は、窒化珪素が分解しないように分解
平衡圧以上に設定されることは当然である。
【００３１】また、望ましい焼成方法としては、１６０
０〜１８００℃の低温で窒素圧力１〜５気圧で焼成した
後、１７００〜１８５０℃に高めるとともに５気圧以上
の高圧窒素中で焼成することが緻密化に最もよい。
０〜１８００℃の低温で窒素圧力１〜５気圧で焼成した
後、１７００〜１８５０℃に高めるとともに５気圧以上
の高圧窒素中で焼成することが緻密化に最もよい。
【００３２】
【実施例】原料粉末として窒化珪素粉末（ＢＥＴ比表面
積９ｍ2 ／ｇ，α率９５％、酸素量１．０重量％）、Ｓ
ｉ粉末、Ｙまたは希土類酸化物粉末、Ｗ及び／またはＭ
ｏの酸化物粉末、Ｍｎおよび／またはＣｕの酸化物粉
末、ＳｉＯ2 粉末を用いて表１，２に示す組成になるよ
うに調合、混合後、１ｔ／ｃｍ2 で金型成形した。
積９ｍ2 ／ｇ，α率９５％、酸素量１．０重量％）、Ｓ
ｉ粉末、Ｙまたは希土類酸化物粉末、Ｗ及び／またはＭ
ｏの酸化物粉末、Ｍｎおよび／またはＣｕの酸化物粉
末、ＳｉＯ2 粉末を用いて表１，２に示す組成になるよ
うに調合、混合後、１ｔ／ｃｍ2 で金型成形した。
【００３３】得られた成形体を炭化珪素質のこう鉢に入
れて、カーボンヒータを用い、窒素中で焼成した。Ｓｉ
粉末を含まない場合、１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔ
ｍ）で５時間保持後、１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温
し、５時間保持後炉冷して焼結体を得た。また、Ｓｉ粉
末を含む場合、１２００℃で５時間保持して窒化を行
い、その後１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔｍ）で５時間
保持後１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温し、５時間保持
後炉冷して焼結体を得た。また、試料Ｎo.２３〜２５に
ついては最終焼成条件を表１，２の温度に設定する以外
は上記と同様な条件で焼成した。
れて、カーボンヒータを用い、窒素中で焼成した。Ｓｉ
粉末を含まない場合、１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔ
ｍ）で５時間保持後、１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温
し、５時間保持後炉冷して焼結体を得た。また、Ｓｉ粉
末を含む場合、１２００℃で５時間保持して窒化を行
い、その後１７５０℃（Ｎ2 ：１．２ａｔｍ）で５時間
保持後１８００℃（９ａｔｍ）まで昇温し、５時間保持
後炉冷して焼結体を得た。また、試料Ｎo.２３〜２５に
ついては最終焼成条件を表１，２の温度に設定する以外
は上記と同様な条件で焼成した。
【００３４】得られた焼結体をＪＩＳＲ１６０１に示さ
れる形状まで加工した。得られた試料で、アルキメデス
法に基づく比重測定、ＪＩＳＲ１６０１に基づき室温お
よび１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施すると
共に、１０００℃、１０００時間の酸化試験後の酸化増
量を測定した。測定結果を表１，２に示した。
れる形状まで加工した。得られた試料で、アルキメデス
法に基づく比重測定、ＪＩＳＲ１６０１に基づき室温お
よび１２００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施すると
共に、１０００℃、１０００時間の酸化試験後の酸化増
量を測定した。測定結果を表１，２に示した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】表１、２の結果によると、Ｍｎおよび／ま
たはＣｕを添加していない試料Ｎo.２６、３３およびＹ
および／または希土類元素の添加量の少ない試料Ｎo.２
８では、緻密化が十分ではなく常温強度、１２００℃強
度ともに低い。また、Ｗおよび／またはＭｏを添加して
いない試料Ｎo.２７、３２は、Ｍｎおよび／またはＣｕ
の効果で常温強度は高いが、高温強度が大きく劣化して
いる。また、Ｙおよび／または希土類元素の添加量の多
い試料Ｎo.２９では、高温強度および酸化特性が大きく
劣化している。また、Ｗおよび／またはＭｏ添加量の多
い試料Ｎo.３０は、酸化特性が劣化している。
たはＣｕを添加していない試料Ｎo.２６、３３およびＹ
および／または希土類元素の添加量の少ない試料Ｎo.２
８では、緻密化が十分ではなく常温強度、１２００℃強
度ともに低い。また、Ｗおよび／またはＭｏを添加して
いない試料Ｎo.２７、３２は、Ｍｎおよび／またはＣｕ
の効果で常温強度は高いが、高温強度が大きく劣化して
いる。また、Ｙおよび／または希土類元素の添加量の多
い試料Ｎo.２９では、高温強度および酸化特性が大きく
劣化している。また、Ｗおよび／またはＭｏ添加量の多
い試料Ｎo.３０は、酸化特性が劣化している。
【００３８】これらの比較例に対して、本発明の試料は
いずれも常温強度１０５０ＭＰａ以上、１２００℃強度
９５０ＭＰａ以上、１０００℃、１０００時間の酸化試
験後の酸化増量０．１ｍｇ／ｃｍ2 以下と室温から高温
まで優れた強度を有し、さらに、優れた酸化特性を有し
ていた。
いずれも常温強度１０５０ＭＰａ以上、１２００℃強度
９５０ＭＰａ以上、１０００℃、１０００時間の酸化試
験後の酸化増量０．１ｍｇ／ｃｍ2 以下と室温から高温
まで優れた強度を有し、さらに、優れた酸化特性を有し
ていた。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
室温から１２００℃まで高い強度を有し、さらには、１
０００℃において優れた酸化特性を有する窒化珪素質焼
結体を提供できる。よって、かかる焼結体をピストンピ
ンやエンジンバルブなどのような室温から高温まで高強
度を必要とする自動車部品、ガスタービンエンジン用部
品に適用することにより、信頼性を高めることができ
る。
室温から１２００℃まで高い強度を有し、さらには、１
０００℃において優れた酸化特性を有する窒化珪素質焼
結体を提供できる。よって、かかる焼結体をピストンピ
ンやエンジンバルブなどのような室温から高温まで高強
度を必要とする自動車部品、ガスタービンエンジン用部
品に適用することにより、信頼性を高めることができ
る。
Claims (2)
- 【請求項１】Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分として
Ｙ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化
物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏ
を酸化物換算で０．１〜５重量％の割合で含有すること
を特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】Ｓｉ3 Ｎ4 を主成分とし、助剤成分として
Ｙ、希土類元素の群から選ばれる少なくとも１種を酸化
物換算で１〜２０重量％、Ｍｎおよび／またはＣｕを酸
化物換算で０．０１〜１重量％、Ｗおよび／またはＭｏ
を酸化物換算で０．１〜５重量％の割合で含有する成形
体を、窒素を含有する非酸化性雰囲気中で１８５０℃以
下で焼成することを特徴とする窒化珪素質焼結体の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31254295A JP3454994B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31254295A JP3454994B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09157028A true JPH09157028A (ja) | 1997-06-17 |
| JP3454994B2 JP3454994B2 (ja) | 2003-10-06 |
Family
ID=18030481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31254295A Expired - Fee Related JP3454994B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3454994B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001206774A (ja) * | 2000-01-24 | 2001-07-31 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体 |
| JP2003300780A (ja) * | 2002-04-04 | 2003-10-21 | Toshiba Corp | 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 |
| JP2006127995A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ及びその製造方法並びにグロープラグ |
| JP2006169702A (ja) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Kyocera Corp | 抄網支持部材とその製造方法およびこれを用いた抄紙機 |
| JP2010090029A (ja) * | 2010-01-12 | 2010-04-22 | Toshiba Corp | 窒化けい素製耐摩耗性部材の製造方法 |
-
1995
- 1995-11-30 JP JP31254295A patent/JP3454994B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001206774A (ja) * | 2000-01-24 | 2001-07-31 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体 |
| JP4651144B2 (ja) * | 2000-01-24 | 2011-03-16 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体 |
| JP2003300780A (ja) * | 2002-04-04 | 2003-10-21 | Toshiba Corp | 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法 |
| JP4497787B2 (ja) * | 2002-04-04 | 2010-07-07 | 株式会社東芝 | 転動ボール |
| JP2006127995A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミックヒータ及びその製造方法並びにグロープラグ |
| JP4562029B2 (ja) * | 2004-10-29 | 2010-10-13 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びその製造方法並びにグロープラグ |
| JP2006169702A (ja) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Kyocera Corp | 抄網支持部材とその製造方法およびこれを用いた抄紙機 |
| JP2010090029A (ja) * | 2010-01-12 | 2010-04-22 | Toshiba Corp | 窒化けい素製耐摩耗性部材の製造方法 |
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|---|---|
| JP3454994B2 (ja) | 2003-10-06 |
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