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JPH10218674A - Forming method of silicon nitride ceramics - Google Patents

Forming method of silicon nitride ceramics

Info

Publication number
JPH10218674A
JPH10218674A JP9021773A JP2177397A JPH10218674A JP H10218674 A JPH10218674 A JP H10218674A JP 9021773 A JP9021773 A JP 9021773A JP 2177397 A JP2177397 A JP 2177397A JP H10218674 A JPH10218674 A JP H10218674A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
silicon nitride
hot
stage
forming
Prior art date
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Granted
Application number
JP9021773A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2944953B2 (en
Inventor
Naoki Kondo
直樹 近藤
Fumihiro Wakai
史博 若井
Mamoru Imuda
守 伊牟田
Atsushi Goto
淳 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology, Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP9021773A priority Critical patent/JP2944953B2/en
Publication of JPH10218674A publication Critical patent/JPH10218674A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a proper structure suitable for functions of which each part takes charge in each part of silicon nitride-based ceramic. SOLUTION: Silicon nitride-based raw material powder is prepared by mixing (a1), the mixed powder is packed into a mold jig and hot-pressed (a2), the hot- pressed sintered compact is subjected to first hot working and crystal grain is orientated in a fixed direction (a3). A part of the sintered compact subjected to the first hot-working is subjected to second hot-working to form an oriented structure of crystal grain in a given direction different from that of the first hot working. Consequently, since each part is provided with a crystal grain orientated structure in which the crystal grain is oriented in the fixed direction, mechanical properties are improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ケイ素系セラ
ミックスの成形方法に関し、特に窒化ケイ素系セラミッ
クス焼結体の各部分に所定の結晶粒配向組織を形成させ
る多段階成形方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a silicon nitride-based ceramic, and more particularly to a multi-step forming method for forming a predetermined crystal grain orientation structure in each portion of a silicon nitride-based ceramic sintered body.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、窒化ケイ素系(サイアロン系を含
む)セラミックスは、高強度、高耐熱性、低比重、高耐
食性および高耐熱衝撃性等の優れた特性を有しているこ
とから機械構造用材料として注目を集めている。従来か
ら窒化ケイ素系セラミックスから成る機械部品は、原料
粉末を金型成形等によって成形した後、焼結する方法に
よって作製されている。しかしながら、このような方法
では焼結による収縮が伴うので、精度を要求される部品
についてはさらに切削、研削、研磨等の機械加工が必要
であり、生産性およびコスト面で問題が残されている。
したがって、これらの問題を解決できる成形方法の開発
が望まれている。これに対して、最近、窒化ケイ素系セ
ラミックスに関して超塑性を利用した成形方法が提案さ
れている。たとえば、特開平8−104571号公報に
は、窒化ケイ素系セラミックス焼結体について制御され
た温度および歪速度の下で超塑性による成形加工が可能
であることが開示されている。このような超塑性を利用
した塑性加工によれば、従来のような機械加工工程を経
ることなく、窒化ケイ素系セラミックスを所定の形状に
精度よく成形することができるので、窒化ケイ素系セラ
ミックスから成る機械部品の生産性を向上することがで
きる。
2. Description of the Related Art In recent years, silicon nitride ceramics (including sialon ceramics) have excellent properties such as high strength, high heat resistance, low specific gravity, high corrosion resistance and high thermal shock resistance. It is attracting attention as a material for use. 2. Description of the Related Art Conventionally, mechanical parts made of silicon nitride-based ceramics have been manufactured by a method of sintering after molding raw material powder by die molding or the like. However, since such a method involves shrinkage due to sintering, parts requiring high precision require further machining such as cutting, grinding, and polishing, and problems remain in terms of productivity and cost. .
Therefore, development of a molding method that can solve these problems is desired. On the other hand, recently, a molding method utilizing superplasticity has been proposed for silicon nitride ceramics. For example, JP-A-8-104571 discloses that a silicon nitride-based ceramics sintered body can be formed by superplasticity under controlled temperature and strain rate. According to the plastic working utilizing such superplasticity, the silicon nitride-based ceramics can be accurately formed into a predetermined shape without going through a conventional machining process, and therefore, it is made of silicon nitride-based ceramics. The productivity of machine parts can be improved.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述のように、窒化ケ
イ素系セラミックスは超塑性による成形加工が可能であ
るので、焼結後の機械加工を省略することができ、機械
加工に伴う問題を解決することができる。しかしながら
超塑性加工によって作製した機械部品には、成形加工に
よる塑性流動方向に結晶粒の配向が生ずるので、機械的
性質が方向によって異なるいわゆる異方性の問題が存在
する。その結果、前記機械部品の適用範囲は限定された
ものと成っている。本発明者らは、前記問題に関して詳
細な研究を重ねた結果、窒化ケイ素系セラミックス焼結
体に多段階の超塑性成形加工を施し、各成形段階毎に前
記焼結体の各部分の結晶粒を所定の方向に配向させるこ
とによって前記問題を解決できることを見いだした。
As described above, since silicon nitride ceramics can be formed by superplasticity, machining after sintering can be omitted, and problems associated with machining can be solved. can do. However, mechanical parts produced by superplastic working have a problem of so-called anisotropy in which mechanical properties vary depending on the direction, because crystal grains are oriented in the direction of plastic flow by forming. As a result, the applicable range of the mechanical component is limited. The present inventors have conducted detailed studies on the above problem, and as a result, performed multi-stage superplastic forming on the silicon nitride-based ceramics sintered body, and obtained a crystal grain of each portion of the sintered body at each forming stage. It has been found that the above problem can be solved by orienting the particles in a predetermined direction.

【0004】本発明は、前記知見に基づいて完成したも
のであり、本発明の目的は窒化ケイ素系セラミックス焼
結体の各部分に、各部分が受持つ機能に応じた適切な結
晶粒配向組織を形成することのできる窒化ケイ素系セラ
ミックスの成形方法を提供するものである。
The present invention has been completed based on the above findings, and an object of the present invention is to provide a silicon nitride-based ceramic sintered body with a crystal grain oriented structure suitable for each part in accordance with its function. It is intended to provide a method for forming a silicon nitride-based ceramic which can form a ceramic.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、窒化ケイ素系
原料粉末を成形、焼結して仮焼結体または焼結体を形成
し、前記仮焼結体または焼結体に多段階の成形加工を施
し、各成形段階毎に前記仮焼結体または焼結体の少なく
とも一部分に塑性流動を生じさせて仮焼結体または焼結
体の各部分の結晶粒の配向方向を所定の方向に制御する
ことを特徴とする窒化ケイ素系セラミックスの成形方法
である。本発明に従えば、前記仮焼結体または焼結体に
は多段階の成形加工が順次施されるので、各成形段階毎
に仮焼結体または焼結体の少なくとも一部分には塑性変
形が生じる。したがって前記仮焼結体または焼結体の各
部分の塑性流動方向を制御することによって、前記各部
分の結晶粒の配向方向を所定の方向にそれぞれ配向させ
ることができる。通常、窒化ケイ素系セラミックスの結
晶粒の配向方向に平行な方向の力に対する引張り強度
と、前記配向方向に垂直な方向の力に対する曲げ強度お
よび靭性とは他の方向の力に対する引張り強度、曲げ強
度および靭性よりも高強度で、かつ高靭性であるので、
前記配向組織を所定部分に形成することによって予め定
める複数の方向における強度および靭性を向上させるこ
とができる。この結果、窒化ケイ素系セラミックスの各
部分毎に、各部分が受持つ機能に応じた特性を付与する
ことができる。
According to the present invention, a silicon nitride-based raw material powder is formed and sintered to form a temporary sintered body or a sintered body. A molding process is performed, and a plastic flow is generated in at least a part of the pre-sintered body or the sintered body at each forming step so that the orientation direction of crystal grains in each part of the pre-sintered body or the sintered body is set in a predetermined direction. A method for forming a silicon nitride ceramic. According to the present invention, the preliminary sintered body or the sintered body is sequentially subjected to a multi-stage molding process, so that at least a portion of the temporary sintered body or the sintered body undergoes plastic deformation at each molding stage. Occurs. Therefore, by controlling the plastic flow direction of each portion of the temporary sintered body or the sintered body, the orientation direction of the crystal grains of each portion can be oriented in a predetermined direction. Normally, the tensile strength of a crystal in silicon nitride ceramics in a direction parallel to the orientation direction and the bending strength and toughness in a direction perpendicular to the orientation direction are the tensile strength and the bending strength in other directions. And higher strength than toughness, and high toughness,
By forming the oriented structure in a predetermined portion, strength and toughness in a plurality of predetermined directions can be improved. As a result, it is possible to impart, to each portion of the silicon nitride-based ceramic, a characteristic according to the function of each portion.

【0006】また本発明の前記窒化ケイ素系原料粉末
は、α窒化ケイ素粉末、αサイアロン粉末、β窒化ケイ
素粉末、βサイアロン粉末および焼結助剤粉末の1種ま
たは多種の組合わせから成ることを特徴とする。本発明
に従えば、前記窒化ケイ素系原料粉末は複数の種類を使
用可能であり、原料粉末の適用範囲が広いので、窒化ケ
イ素系セラミックスの要求特性に応じて適正な原料粉末
を選択して使用することができる。
Further, the silicon nitride-based raw material powder of the present invention comprises one or a combination of α silicon nitride powder, α sialon powder, β silicon nitride powder, β sialon powder and sintering aid powder. Features. According to the present invention, a plurality of types of the silicon nitride-based raw material powder can be used, and the applicable range of the raw material powder is wide. Therefore, an appropriate raw material powder is selected and used according to the required characteristics of the silicon nitride-based ceramic. can do.

【0007】また本発明は、前記焼結体の相対密度が9
5%以上であることを特徴とする。本発明に従えば、前
記多段階成形加工前の相対密度95%以上の高密度焼結
体に対して、多段階成形加工時にたとえば超塑性加工を
施すことによって相対密度をさらに増大させることがで
きる。さらに超塑性加工を施すことによって、焼結体内
部の微細な欠陥を消滅させることができる。その結果、
窒化ケイ素系セラミックスの強度および靭性を大幅に向
上させることができる。
[0007] Further, the present invention provides that the relative density of the sintered body is 9
It is not less than 5%. According to the present invention, the relative density can be further increased by performing, for example, superplastic working on the high-density sintered body having a relative density of 95% or more before the multi-step forming. . Further, by performing the superplastic working, fine defects inside the sintered body can be eliminated. as a result,
The strength and toughness of silicon nitride-based ceramics can be greatly improved.

【0008】また本発明は、前記仮焼結体の相対密度が
70〜95%であることを特徴とする。本発明に従え
ば、前記多段階成形加工前の仮焼結体の相対密度が70
〜95%の低密度であるので、多段階成形加工時の変形
能が大きくなる。したがって、たとえば超塑性加工を施
すことによって前記仮焼結体の結晶粒の配向度を大幅に
高めることができる。また前記結晶粒の配向度の向上と
同時に相対密度の向上も図ることができる。
Further, the present invention is characterized in that the relative density of the temporary sintered body is 70 to 95%. According to the present invention, the relative density of the pre-sintered body before the multi-stage forming is 70%.
Since the density is as low as ~ 95%, the deformability at the time of multi-stage molding is increased. Therefore, for example, by performing superplastic working, the degree of orientation of the crystal grains of the temporary sintered body can be greatly increased. In addition, the relative density can be improved at the same time as the degree of orientation of the crystal grains is improved.

【0009】また本発明の前記仮焼結体または焼結体の
成形加工は、熱間圧縮加工、熱間圧延加工、熱間押出し
加工および熱間引張り加工の中から前記成形段階毎に選
ばれた1または複数の加工方法によって行われることを
特徴とする。本発明に従えば、前記仮焼結体または焼結
体の多段階成形加工は複数の加工方法の中から各成形段
階毎に選ばれた1または複数の加工方法によって行われ
る。したがって成形加工を各段階とも全て熱間圧縮加工
によって行ってもよく、第1段階を熱間押出し加工で行
い、第2段階を熱間圧縮加工で行い、第3段階を熱間引
張り加工で行ってもよい。このように前記仮焼結体また
は焼結体の多段階成形加工は、各成形段階毎に複数の加
工方法の中から選択された加工方法を用いて行うことが
できるので、前記仮焼結体または焼結体を様々な形状に
成形加工することができる。その結果、機械部品として
の適用範囲を大幅に拡大することができる。
The forming process of the pre-sintered body or the sintered body of the present invention is selected from hot compression working, hot rolling working, hot extrusion working and hot stretching working at each forming stage. And one or more processing methods. According to the present invention, the multi-stage molding of the temporary sintered body or the sintered body is performed by one or a plurality of processing methods selected for each molding step from a plurality of processing methods. Therefore, all of the molding steps may be performed by hot compression processing, the first step is performed by hot extrusion processing, the second step is performed by hot compression processing, and the third step is performed by hot tension processing. You may. As described above, the multi-stage molding of the temporary sintered body or the sintered body can be performed by using a processing method selected from a plurality of processing methods for each molding step. Alternatively, the sintered body can be formed into various shapes. As a result, the applicable range as a machine part can be greatly expanded.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の第1の形態
である窒化ケイ素系セラミックスの成形方法を示すフロ
ーチャートであり、図2は窒化ケイ素系セラミックスの
熱間圧縮加工による形状推移と、その塑性流動方向とを
示す模式図である。本実施の形態では窒化ケイ素系セラ
ミックスは、次のようにして成形加工される。ステップ
a1では、原料粉末の調製が行われ、窒化ケイ素系粉末
と焼結助剤とが混合される。ステップa2では、前記混
合粉末が型治具に充填され、ホットプレスが行われる。
ステップa3では、ホットプレスされた窒化ケイ素系セ
ラミックス焼結体(以後、「焼結体」と略称することが
ある)に1段目の熱間加工が熱間圧縮超塑性加工によっ
て施され、前記焼結体の結晶粒が塑性流動によって所定
の方向に配向される。ステップa4では、前記焼結体の
一部分に2段目の熱間加工が熱間圧縮超塑性加工によっ
て施され、前記焼結体の一部分に1段目の熱間加工とは
異なる所定方向の結晶粒の配向組織が形成される。
FIG. 1 is a flow chart showing a method for forming a silicon nitride-based ceramic according to a first embodiment of the present invention. FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing the direction of plastic flow. In the present embodiment, the silicon nitride-based ceramic is formed as follows. In step a1, a raw material powder is prepared, and a silicon nitride-based powder and a sintering aid are mixed. In step a2, the mixed powder is filled in a mold jig, and hot pressing is performed.
In step a3, the first-stage hot working is performed on the hot-pressed silicon nitride-based ceramic sintered body (hereinafter, may be simply referred to as a “sintered body”) by hot compression superplastic working, The crystal grains of the sintered body are oriented in a predetermined direction by plastic flow. In step a4, a second stage of hot working is performed on a part of the sintered body by hot compression superplastic working, and a crystal in a predetermined direction different from that of the first stage of hot working is formed on a part of the sintered body. An oriented texture of the grains is formed.

【0011】前記窒化ケイ素系原料粉末は、α窒化ケイ
素粉末、αサイアロン粉末、β窒化ケイ素粉末、βサイ
アロン粉末および焼結助剤粉末の1種または多種の組合
わせから成る。α窒化ケイ素は通常酸素を微量含有し、
組成的にはSi34〜Si11.5150.5と表される。
α窒化ケイ素の結晶粒は等軸であり、高温たとえば15
00℃以上ではβ窒化ケイ素に相転移する。β窒化ケイ
素は、高温および低酸素分圧下で安定であり、組成的に
はSi34と表される。β窒化ケイ素の結晶粒は、棒状
または柱状である。なおα窒化ケイ素とβ窒化ケイ素と
は、粉末合成時混在して合成され、通常合成粉末中のα
窒化ケイ素の含有率は90%以上である。サイアロン
は、Si34のSiとNの一部をAlとOで置換した材
料であり、α型とβ型との2種類の結晶型がある。焼結
助剤は焼結促進剤であり、Mg,Al,Y,Sc,L
a,Ce,Be,Zrの酸化物または窒化物の1または
複数の組合わせから成る。前述のように窒化ケイ素系原
料粉末は複数の種類を使用可能であり、原料粉末の適用
範囲が広いので、窒化ケイ素系セラミックスの要求特性
に応じて適正な原料粉末を選択して使用することができ
る。次に、前記各ステップの処理内容についてさらに具
体的に説明する。
The silicon nitride raw material powder comprises one or a combination of α silicon nitride powder, α sialon powder, β silicon nitride powder, β sialon powder and sintering aid powder. Alpha silicon nitride usually contains a small amount of oxygen,
The composition is expressed as Si 3 N 4 to Si 11.5 N 15 O 0.5 .
The grains of α silicon nitride are equiaxed,
At a temperature of 00 ° C. or more, phase transition to β silicon nitride occurs. β-silicon nitride is stable at high temperatures and low oxygen partial pressures, and is compositionally represented as Si 3 N 4 . The crystal grains of β silicon nitride are rod-shaped or columnar. Note that α silicon nitride and β silicon nitride are mixed and synthesized at the time of powder synthesis.
The content of silicon nitride is 90% or more. Sialon is a material in which Si and N in Si 3 N 4 are partially substituted with Al and O, and has two types of crystal types, α-type and β-type. The sintering aid is a sintering accelerator, such as Mg, Al, Y, Sc, L
It consists of one or more combinations of oxides or nitrides of a, Ce, Be, Zr. As described above, a plurality of types of silicon nitride-based raw material powders can be used, and the applicable range of the raw material powders is wide, so that it is possible to select and use an appropriate raw material powder according to the required characteristics of the silicon nitride-based ceramics. it can. Next, the processing content of each step will be described more specifically.

【0012】前記ステップa1で用いられる原料粉末
は、たとえば窒化ケイ素系粉末であるα窒化ケイ素粉末
およびβ窒化ケイ素粉末と、焼結助剤であるY23粉末
およびAl23粉末とから成る。前記αおよびβ窒化ケ
イ素粉末は、金属ケイ素粉末をアンモニアガス中で窒化
させることによって合成される。前記合成粉末中のα窒
化ケイ素の含有率は、たとえば95%である。またステ
ップa1における窒化ケイ素系原料粉末の調製は、前記
合成粉末に5wt%のY23と3wt%のAl23とを
焼結助剤として加え、ボールミルによってメタノール中
で回転数750rpmで3時間混合することによって行
われる。
The raw material powder used in the step a1 is composed of, for example, α silicon nitride powder and β silicon nitride powder which are silicon nitride-based powders, and Y 2 O 3 powder and Al 2 O 3 powder which are sintering aids. Become. The α and β silicon nitride powders are synthesized by nitriding metal silicon powder in ammonia gas. The content ratio of α silicon nitride in the synthetic powder is, for example, 95%. Further, in preparing the silicon nitride-based raw material powder in step a1, 5 wt% of Y 2 O 3 and 3 wt% of Al 2 O 3 are added to the synthetic powder as a sintering aid, and the resulting mixture is subjected to ball milling in methanol at 750 rpm. This is done by mixing for 3 hours.

【0013】前記ステップa2におけるホットプレス
は、前記混合粉末をカーボン製型治具に充填した後、温
度:1600℃、時間:2hr、成形圧力:30MP
a、雰囲気:大気圧窒素の条件下で行われる。ホットプ
レス中、前記焼結助剤と窒化ケイ素粒子の表面に存在す
るSiO2とが反応して加熱によって液相を生成し、α
窒化ケイ素粒子が液相に溶解し、未溶解のβ窒化ケイ素
粒子上に析出して粒成長する。またα窒化ケイ素粒子
は、前記溶解、析出、粒成長の過程でβ窒化ケイ素に相
転移し、生成したβ窒化ケイ素粒子は棒状に成長し、絡
み合い構造を形成して焼結体の機械的性質を向上させ
る。なお前記焼結助剤が原料粉末中に添加されるのは、
前記液相焼結を促進させるためである。
In the hot pressing in the step a2, after filling the mixed powder into a carbon mold, a temperature: 1600 ° C., a time: 2 hours, and a molding pressure: 30 MPa
a, Atmosphere: It is performed under the condition of atmospheric pressure nitrogen. During hot pressing, the sintering aid reacts with SiO 2 present on the surface of the silicon nitride particles to generate a liquid phase by heating, α
The silicon nitride particles dissolve in the liquid phase, precipitate on undissolved β silicon nitride particles, and grow. The α-silicon nitride particles undergo a phase transition to β-silicon nitride during the dissolution, precipitation, and grain growth processes, and the generated β-silicon nitride particles grow in a rod shape, form an entangled structure, and provide mechanical properties of the sintered body. Improve. The sintering aid is added to the raw material powder,
This is for promoting the liquid phase sintering.

【0014】通常、α粒子が多い場合、αからβへの相
変態を介して焼結が速く進行する。また、粒成長の核に
なるβ窒化ケイ素粒子の量および形状を制御することに
より、焼結後の組織形成を制御することができる。この
ようにα,β粒子の割合や形状を制御することで適切な
焼結体または低密度焼結体である仮焼結体を製造するこ
とができる。
Usually, when there are many α particles, sintering proceeds rapidly through the phase transformation from α to β. In addition, by controlling the amount and shape of the β silicon nitride particles serving as nuclei for grain growth, it is possible to control the structure formation after sintering. By controlling the ratio and shape of the α and β particles in this manner, it is possible to manufacture a temporary sintered body that is an appropriate sintered body or a low-density sintered body.

【0015】前記ホットプレスによって焼結体1が形成
される。前記焼結体1の形状は、たとえば図2(1)に
示すように立方体であり、その寸法はたとえば高さH
1:100mm、幅W1:100mm、長さL1:10
0mmである。なお説明の便宜上高さ方向を矢符2で、
幅方向を矢符6で、長さ方向を矢符4でそれぞれ表す。
前記焼結体1の相対密度は、たとえば97%である。ま
た前記焼結体1の相対密度は、後述するように95%以
上であることが好ましい。なお前記ホットプレスに代わ
って圧粉体を成形し、引続き焼結する方法によって前記
焼結体1を形成してもよい。
The sintered body 1 is formed by the hot pressing. The shape of the sintered body 1 is, for example, a cube as shown in FIG.
1: 100 mm, width W1: 100 mm, length L1: 10
0 mm. For convenience of explanation, the height direction is indicated by an arrow 2,
The width direction is indicated by an arrow 6 and the length direction is indicated by an arrow 4.
The relative density of the sintered body 1 is, for example, 97%. The relative density of the sintered body 1 is preferably 95% or more, as described later. The sintered body 1 may be formed by molding a green compact instead of the hot press and subsequently sintering the compact.

【0016】前記ステップa3の1段目の熱間加工は、
前記焼結体1を型治具3に挿入し、図2(2)に斜線で
示すように幅方向6の変形を拘束した状態で、超塑性加
工条件下で高さ方向2に熱間圧縮加工することによって
行われる。なお図2(2)および後記図2(4)中の左
側の図は正面図を示し、右側の図は側面図を示す。前記
超塑性加工条件は、成形温度1300〜2300℃、歪
速度10-1/秒以下であることが好ましい。なお180
0℃以上では、窒化ケイ素の昇華分解を防止するために
窒素ガス加圧雰囲気で成形を行う。これは、成形温度が
1300℃未満では成形速度が遅くなり、成形効率が低
下するからであり、成形温度が2300℃を超えると、
窒化ケイ素の昇華分解が生ずる恐れがあるからである。
また歪速度を10-1/秒以下とするのは、それを超える
歪速度では成形中に焼結体1内にキャビティが発生し、
所定の歪量まで超塑性変形させることができないからで
ある。なお好ましい成形温度範囲は、1350〜200
0℃の範囲であり、好ましい歪速度は10-2/秒以下で
ある。
The first stage hot working in step a3 is as follows:
The sintered body 1 is inserted into the mold jig 3 and hot-compressed in the height direction 2 under superplastic working conditions in a state where the deformation in the width direction 6 is restrained as shown by oblique lines in FIG. This is done by processing. 2 (2) and FIG. 2 (4) to be described later show a front view, and a right view shows a side view. The superplastic working conditions are preferably a forming temperature of 1300 to 2300 ° C. and a strain rate of 10 −1 / sec or less. 180
At 0 ° C. or higher, molding is performed in a nitrogen gas pressurized atmosphere to prevent sublimation decomposition of silicon nitride. This is because if the molding temperature is lower than 1300 ° C., the molding speed becomes slow, and the molding efficiency is reduced.
This is because sublimation decomposition of silicon nitride may occur.
Further, the reason why the strain rate is set to 10 -1 / sec or less is that if the strain rate exceeds that, a cavity is generated in the sintered body 1 during molding,
This is because superplastic deformation cannot be performed up to a predetermined strain amount. The preferable molding temperature range is 1350 to 200
The range is 0 ° C., and the preferred strain rate is 10 −2 / sec or less.

【0017】成形圧力は、成形温度に応じて10-1/秒
以下の歪速度となるように2〜100MPaの範囲内で
適宜コントロールされる。成形の雰囲気は、非酸化性雰
囲気、できれば窒素ガス雰囲気が望ましい。酸化性雰囲
気中での成形は、窒化ケイ素の酸化が生ずるので好まし
くない。型治具の材質は、セラミックス、黒鉛等が好ま
しい。なお本実施の形態の一例として、超塑性加工条件
は、雰囲気:大気圧窒素、成形温度:1750℃、歪
量:50%、加工時間:1.5hrであり、使用した型
治具はSiC製である。
The molding pressure is appropriately controlled within the range of 2 to 100 MPa so that the strain rate is 10 -1 / sec or less depending on the molding temperature. The molding atmosphere is preferably a non-oxidizing atmosphere, preferably a nitrogen gas atmosphere. Molding in an oxidizing atmosphere is not preferred because oxidation of silicon nitride occurs. The material of the mold jig is preferably ceramics, graphite or the like. As an example of the present embodiment, the superplastic working conditions are as follows: atmosphere: atmospheric pressure nitrogen, forming temperature: 1750 ° C., strain amount: 50%, working time: 1.5 hr, and the mold jig used is made of SiC. It is.

【0018】前記1段目の熱間加工によって、前記焼結
体1には図2(2)に示すように長さ方向4に塑性流動
が生じ、その結果、焼結体1の全体形状は図2(3)に
示すように略長方体に形成される。成形加工後の焼結体
1の寸法は、たとえば高さH2:50mm、幅W1:1
00mm、長さL2:200mmであり、その相対密度
は98%である。また前記塑性流動によって焼結体1の
結晶粒は、塑性流動方向に配向する。前述のように焼結
体1の結晶相は、β窒化ケイ素に相転移しているので、
焼結体1にはβ窒化ケイ素の棒状結晶粒の長手方向を焼
結体1の長さ方向4に平行な矢符5方向に配向させた結
晶粒配向組織が形成される。
By the first-stage hot working, plastic flow is generated in the sintered body 1 in the longitudinal direction 4 as shown in FIG. 2 (2), and as a result, the overall shape of the sintered body 1 is changed. As shown in FIG. 2 (3), it is formed in a substantially rectangular parallelepiped. The dimensions of the sintered body 1 after the forming are, for example, a height H2: 50 mm and a width W1: 1.
00 mm, length L2: 200 mm, and its relative density is 98%. Further, the crystal grains of the sintered body 1 are oriented in the plastic flow direction by the plastic flow. As described above, since the crystal phase of the sintered body 1 has undergone a phase transition to β silicon nitride,
In the sintered body 1, a crystal grain oriented structure is formed in which the longitudinal direction of the rod-like crystal grains of β silicon nitride is oriented in the direction of an arrow 5 parallel to the length direction 4 of the sintered body 1.

【0019】前記ステップa4の2段目の熱間加工は、
1段目の熱間加工後の焼結体1を型治具3に挿入し、図
2(4)に示すように焼結体1を部分的に超塑性加工条
件下で熱間圧縮加工することによって行われる。すなわ
ち2段目の熱間圧縮加工においては、焼結体1は多段成
形部分1aと1段成形部分1bとに区分され、1段成形
部分1bは図2(4)中に斜線で示すように全外周面を
型治具3によって拘束される。また多段成形部分1aは
高さ方向2を拘束され、長さ方向4に熱間圧縮成形され
る。これによって前記焼結体1の多段成形部分1aに
は、図2(4)に示すように幅方向6に塑性流動が生
じ、その結果、焼結体1の全体形状は図2(5)に示す
ように略T字状に形成される。
The second stage of hot working in step a4 is as follows:
The sintered body 1 after the first-stage hot working is inserted into the mold jig 3, and the sintered body 1 is partially hot-pressed under superplastic working conditions as shown in FIG. This is done by: That is, in the second-stage hot compression working, the sintered body 1 is divided into a multi-stage molded portion 1a and a one-stage molded portion 1b, and the one-stage molded portion 1b is hatched in FIG. The entire outer peripheral surface is restrained by the mold jig 3. The multi-stage molded portion 1a is restrained in the height direction 2 and is hot-compressed in the length direction 4. As a result, plastic flow occurs in the width direction 6 in the multi-stage formed portion 1a of the sintered body 1 as shown in FIG. 2 (4), and as a result, the overall shape of the sintered body 1 becomes as shown in FIG. As shown, it is formed in a substantially T-shape.

【0020】2段目の熱間圧縮加工後の焼結体1の寸法
は、たとえば高さH2:50mm、幅W1:100m
m、幅W2:200mm、長さL3:100mm、長さ
L4:50mmであり、多段成形部分1aの2段目の熱
間圧縮加工後の相対密度は99%である。また前記塑性
流動によって焼結体1の多段成形部分1aには、棒状結
晶粒の長手方向を焼結体1の幅方向6に平行な矢符7方
向に配向させた結晶粒配向組織が形成される。これに対
して1段成形部分1bには、前述のように棒状結晶粒の
長手方向を矢符5方向に配向させた結晶粒配向組織が既
に形成されているので、多段成形部分1aと1段成形部
分1bとの境界部分には、図2(5)に示すように曲線
状の矢符8方向の結晶粒配向組織が形成される。
The dimensions of the sintered body 1 after the second-stage hot compression working are, for example, a height H2: 50 mm and a width W1: 100 m.
m, width W2: 200 mm, length L3: 100 mm, and length L4: 50 mm, and the relative density of the multi-stage formed part 1a after the second-stage hot compression working is 99%. Further, a crystal grain oriented structure in which the longitudinal direction of the rod-shaped crystal grains is oriented in the direction of an arrow 7 parallel to the width direction 6 of the sintered body 1 is formed in the multi-stage formed portion 1a of the sintered body 1 by the plastic flow. You. On the other hand, since the grain forming structure in which the longitudinal direction of the rod-like crystal grains is oriented in the direction indicated by the arrow 5 has already been formed in the single-stage formed portion 1b, the multi-stage formed portion 1a and the single-stage formed portion 1b have already been formed. As shown in FIG. 2 (5), a grain-oriented structure in a curved arrow 8 direction is formed at a boundary portion with the formed portion 1b.

【0021】このように本実施の形態では、前記焼結体
1に多段階の成形加工が施されるので、各成形段階ごと
に焼結体の全体あるいは一部分には、塑性変形が生ず
る。したがって、各成形段階毎に前記焼結体1の各部分
の塑性流動方向を所定の方向に制御すれば、前記焼結体
1の各部分には、結晶粒を所定の方向に配向させた結晶
粒配向組織が形成される。また前記結晶粒の配向方向に
平行な方向の力に対する引張り強度と、前記配向方向に
垂直な方向の力に対する曲げ強度および靭性とは、他の
方向の力に対する引張り強度、曲げ強度および靭性より
も高強度で、かつ高靭性であるので、前記結晶粒配向組
織を焼結体の所定部分に形成することによって、予め定
める複数の方向における焼結体の強度および靭性を向上
させることができる。なお前記結晶粒配向組織の形成に
よって、結晶粒の配向方向に対して垂直方向に進行する
クラックが発生しても、クラックの進行方向が前記結晶
粒配向方向に沿う方向に変化するので、クラックの直進
が妨げられ、クラックの侵入深さが小さくなる。また前
述のようにホットプレス後の焼結体1の相対密度が95
%以上の高密度であるので、後続する多段階の成形加工
によって焼結体1の相対密度がさらに増大する。その結
果、焼結体1の全体的な強度水準が大幅に向上する。
As described above, in the present embodiment, since the sintered body 1 is subjected to multi-stage molding, plastic deformation occurs in the whole or a part of the sintered body at each molding stage. Therefore, if the plastic flow direction of each part of the sintered body 1 is controlled in a predetermined direction in each molding step, the crystal in which the crystal grains are oriented in a predetermined direction is formed in each part of the sintered body 1. A grain-oriented structure is formed. Further, the tensile strength for the force in the direction parallel to the orientation direction of the crystal grains, and the bending strength and toughness for the force in the direction perpendicular to the orientation direction are more than the tensile strength, the bending strength and the toughness for the force in the other direction. Since it has high strength and high toughness, the strength and toughness of the sintered body in a plurality of predetermined directions can be improved by forming the crystal grain oriented structure in a predetermined portion of the sintered body. In addition, even if a crack that progresses in the direction perpendicular to the crystal grain orientation direction occurs due to the formation of the crystal grain orientation structure, the crack progress direction changes in the direction along the crystal grain orientation direction. Straight traveling is hindered, and the crack penetration depth is reduced. Further, as described above, the relative density of the sintered body 1 after hot pressing is 95%.
% Or more, the relative density of the sintered body 1 is further increased by the subsequent multi-stage molding. As a result, the overall strength level of the sintered body 1 is greatly improved.

【0022】図3は本発明にかかわる窒化ケイ素系セラ
ミックスから成るタービンブレードの配列状況を示す模
式図であり、図4は図3に示すタービンブレードの取付
状況を示す模式図である。図3および図4を参照して、
図1に示す多段階成形加工を施した窒化ケイ素セラミッ
クスの具体的な適用例について説明する。タービンブレ
ード13は、窒化ケイ素系セラミックスから成り、ター
ビンディスク14の外周面に周方向に等間隔をあけて、
かつ外周面から半径方向外方に突出して放射状に取付け
られている。タービンブレード13は、タービンディス
ク14の周方向に延びる基部15と、タービンディスク
14の半径方向に延びる翼部16とから構成されてお
り、その全体形状および結晶粒配向組織は、大略的に前
記図2(5)に示す焼結体1と同一である。すなわちタ
ービンブレード13の基部15は、図2(5)に示す多
段成形部分1aに相当し、タービンブレード13の翼部
16は、図2(5)に示す1段成形部分1bに相当す
る。したがって、タービンブレード13の基部15に
は、タービンディスク14の周方向に延びる結晶粒配向
組織が形成されており、タービンブレード13の翼部1
6にはタービンディスク14の半径方向に延びる結晶粒
配向組織が形成されている。また前記基部15と翼部1
6との境界部17には、曲線状の結晶粒配向組織が形成
されている。
FIG. 3 is a schematic view showing the arrangement of turbine blades made of silicon nitride ceramics according to the present invention, and FIG. 4 is a schematic view showing the state of attachment of the turbine blade shown in FIG. Referring to FIG. 3 and FIG.
A specific application example of the silicon nitride ceramics subjected to the multi-stage forming process shown in FIG. 1 will be described. The turbine blade 13 is made of silicon nitride-based ceramics, and is equally spaced in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the turbine disk 14.
In addition, they are radially mounted so as to protrude radially outward from the outer peripheral surface. The turbine blade 13 is composed of a base 15 extending in the circumferential direction of the turbine disk 14 and a blade 16 extending in the radial direction of the turbine disk 14. This is the same as the sintered body 1 shown in 2 (5). That is, the base 15 of the turbine blade 13 corresponds to the multi-stage formed portion 1a shown in FIG. 2 (5), and the wing portion 16 of the turbine blade 13 corresponds to the single-stage formed portion 1b shown in FIG. 2 (5). Therefore, a crystal grain oriented structure extending in the circumferential direction of the turbine disk 14 is formed at the base 15 of the turbine blade 13, and the blade 1 of the turbine blade 13 is formed.
6, a crystal grain oriented structure extending in the radial direction of the turbine disk 14 is formed. The base 15 and the wing 1
At the boundary 17 with the surface 6, a curved crystal grain oriented structure is formed.

【0023】前述のように、結晶粒配向組織と平行な方
向の力に対する引張り強度と、前記配向組織に垂直な方
向の力に対する曲げ強度および靭性とは、他の方向の力
に対する引張り強度、曲げ強度および靭性よりも高強度
で、かつ高靭性であるので、前記翼部16は回転時に半
径方向に発生する遠心力に打ち勝つことができる。また
同様の理由で前記基部および境界部17は、回転時に周
方向に発生するふれに打ち勝つことができる。さらに前
述のように結晶粒配向組織の形成によって、結晶粒の配
向方向に対して垂直方向のクラックの侵入深さが小さく
なるので、タービンブレード13の耐久性を向上させる
ことができる。このように、本タービンブレード13は
極めて優れた機械的性質を備えているので、高性能ター
ビン部品として好適に使用することができる。
As described above, the tensile strength with respect to the force in the direction parallel to the grain structure and the bending strength and toughness with respect to the force in the direction perpendicular to the texture are defined as the tensile strength and the bending strength with respect to the force in other directions. Since the strength and toughness are higher than the strength and toughness, the wing portion 16 can overcome the centrifugal force generated in the radial direction during rotation. Further, for the same reason, the base portion and the boundary portion 17 can overcome a run-out that occurs in the circumferential direction during rotation. Further, as described above, the formation of the crystal grain oriented structure reduces the crack penetration depth in the direction perpendicular to the crystal grain orientation direction, so that the durability of the turbine blade 13 can be improved. As described above, the turbine blade 13 has extremely excellent mechanical properties, and thus can be suitably used as a high-performance turbine component.

【0024】以上述べたように窒化ケイ素セラミックス
は、多段階成形加工によってその各部分に所定の結晶粒
配向組織を自在に形成することができるので、各部分が
受け持つ機能に応じた特性を各部分毎に付与することが
できる。その結果、機械部品として広範囲の用途に適用
することができる。
As described above, since silicon nitride ceramics can freely form a predetermined crystal grain orientation structure in each portion by multi-stage molding, the characteristics according to the function of each portion can be obtained. It can be given every time. As a result, it can be applied to a wide range of uses as a mechanical part.

【0025】図5は本発明の実施の第2の形態である窒
化ケイ素系セラミックスの成形方法を示すフローチャー
トであり、図6は窒化ケイ素系セラミックスの成形加工
による形状推移とその塑性流動方向とを示す模式図であ
る。本実施の形態では、窒化ケイ素セラミックスは次の
ようにして成形加工される。ステップb1では、原料粉
末の調製が行われる。ステップb1の処理内容は、前記
図1に示すステップa1の処理内容と全く同一であるの
で説明は省略する。ステップb2では、ホットプレスが
行われる。ステップb2の処理内容は、焼結体の形状を
除いて前記図1に示すステップa2の処理内容と全く同
一である。ホットプレス後の焼結体21の形状は、図6
(1)に示すように円柱状である。ステップb3では、
焼結体21に熱間押出し加工が超塑性加工によって施さ
れる。前記熱間押出し加工によって前記焼結体21には
長さ方向23に塑性流動が生じ、その結果、焼結体21
の全体形状は図6(2)に示すように棒状に形成され
る。また前記塑性流動によって焼結体21の結晶粒は塑
性流動方向に配向するので、焼結体21には結晶粒の長
手方向を前記長さ方向23に配向させた結晶粒配向組織
が形成される。
FIG. 5 is a flowchart showing a method of forming a silicon nitride ceramic according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows the shape transition and the plastic flow direction of the silicon nitride ceramic by forming. FIG. In the present embodiment, the silicon nitride ceramic is formed as follows. In step b1, a raw material powder is prepared. The processing contents of step b1 are exactly the same as the processing contents of step a1 shown in FIG. In step b2, hot pressing is performed. The processing content of step b2 is exactly the same as the processing content of step a2 shown in FIG. 1 except for the shape of the sintered body. The shape of the sintered body 21 after hot pressing is shown in FIG.
It is cylindrical as shown in (1). In step b3,
Hot extrusion processing is performed on the sintered body 21 by superplastic processing. The hot extrusion causes plastic flow in the sintered body 21 in the longitudinal direction 23, and as a result, the sintered body 21
Is formed in a rod shape as shown in FIG. 6 (2). Further, since the crystal grains of the sintered body 21 are oriented in the plastic flow direction by the plastic flow, a crystal grain oriented structure in which the longitudinal direction of the crystal grains is oriented in the length direction 23 is formed in the sintered body 21. .

【0026】ステップb4では、前記焼結体21の一部
分に熱間圧縮加工が超塑性加工によって施される。ステ
ップb4の圧縮加工においては、焼結体21は多段成形
部分21aと1段成形部分21bとに区分され、1段成
形部分21bは型治具24に挿入され、図6(3)中に
斜線で示すように全外周面を型治具24によって拘束さ
れる。これに対して多段成形部分21aは、全く拘束さ
れないフリーな状態で、長さ方向23に熱間圧縮加工さ
れる。これによって、前記焼結体21の多段成形部分2
1aには、図6(4)に示すように半径方向26および
周方向27に塑性流動が生じ、その結果、焼結体21の
全体形状は図6(4)に示すように略平リベット状に形
成される。また前記塑性流動によって焼結体21の多段
成形部分21aの結晶粒は塑性流動方向に配向するの
で、前記多段成形部分21aには結晶粒の長手方向を、
前記半径方向26および周方向27に配向させた結晶粒
配向組織が形成される。これに対して前記1段成形部分
21bには、前記押出し加工によって形成された結晶粒
配向組織がそのまま残留する。このように前記焼結体2
1の多段階成形加工において、1段目の成形加工として
熱間押出し加工を施しても、前記実施の第1の形態と同
様に焼結体の各部分には、結晶粒を所定の方向に配向さ
せた結晶粒配向組織が形成される。
In step b4, a part of the sintered body 21 is subjected to hot compression working by superplastic working. In the compression processing in step b4, the sintered body 21 is divided into a multi-stage molded portion 21a and a one-stage molded portion 21b, and the one-stage molded portion 21b is inserted into the mold jig 24, and is hatched in FIG. The entire outer peripheral surface is restrained by the mold jig 24 as shown by. On the other hand, the multi-stage molded portion 21a is hot-compressed in the length direction 23 in a free state without any restraint. Thereby, the multi-stage molded portion 2 of the sintered body 21 is formed.
6A, plastic flow occurs in the radial direction 26 and the circumferential direction 27 as shown in FIG. 6D, and as a result, the entire shape of the sintered body 21 is substantially flat rivet-shaped as shown in FIG. Formed. Further, since the crystal grains of the multi-stage formed portion 21a of the sintered body 21 are oriented in the plastic flow direction by the plastic flow, the longitudinal direction of the crystal grain is formed in the multi-stage formed portion 21a,
A crystal grain oriented structure oriented in the radial direction 26 and the circumferential direction 27 is formed. On the other hand, the crystal grain oriented structure formed by the extrusion process remains in the first-stage formed portion 21b. Thus, the sintered body 2
In the first multi-stage forming process, even if hot extrusion is performed as the first-stage forming process, crystal grains are oriented in a predetermined direction in each part of the sintered body as in the first embodiment. An oriented grain oriented structure is formed.

【0027】前記実施の第1の形態および第2の形態か
らあきらかなように、本発明の焼結体の多段階成形加工
は複数の加工方法、たとえば熱間圧縮加工、熱間圧延加
工、熱間押出し加工および熱間引張り加工などの中から
各成形段階毎に選ばれた1または複数の加工方法によっ
て行うことができる。したがって、多段階成形加工を実
施の第1の形態のように各段階とも全て熱間圧縮加工に
よって行ってもよく、実施の第2の形態のように第1段
階を熱間押出し加工で行い、第2段階を熱間圧縮加工で
行ってもよい。さらに必要に応じて第3段階として、熱
間引張り加工あるいは熱間圧延加工を行ってもよい。こ
のように焼結体の多段階成形加工は、各成形段階毎に複
数の成形加工方法の中から選択した加工方法を用いて行
うことができるので、焼結体を様々な形状に成形加工す
ることができる。その結果、機械部品としての適用範囲
を大幅に拡大することができる。
As is apparent from the first and second embodiments, the multi-stage forming of the sintered body of the present invention is performed by a plurality of working methods, for example, hot compression, hot rolling, hot rolling, and the like. It can be carried out by one or a plurality of working methods selected for each molding step from among inter-extrusion processing, hot tension processing and the like. Therefore, the multi-stage molding may be performed by hot compression at each stage as in the first embodiment, and the first stage may be performed by hot extrusion as in the second embodiment, The second step may be performed by hot pressing. Further, as a third step, hot stretching or hot rolling may be performed as necessary. As described above, since the multi-stage molding of the sintered body can be performed using a processing method selected from a plurality of molding methods for each molding step, the sintered body is molded into various shapes. be able to. As a result, the applicable range as a machine part can be greatly expanded.

【0028】次に本発明の実施の第3の形態として、低
密度焼結体である仮焼結体を用いて多段階成形加工を行
ってもよい。本実施の形態では、前記仮焼結体の相対密
度が70〜95%の範囲の値に選ばれることが好まし
い。前記相対密度を有する仮焼結体は、後続して行われ
る多段階成形加工時の変形能が大きいので、多段階成形
加工によって形成される焼結体の結晶粒配向組織の配向
度を大幅に高めることができる。また前記結晶粒配向組
織の配向度の向上と同時に相対密度の向上も図ることが
できる。さらに前記相対密度を有する仮焼結体は、相対
密度が低いので、製造が容易であり、生産性およびコス
トの大幅な向上を図ることができる。
Next, as a third embodiment of the present invention, a multi-stage molding process may be performed using a temporary sintered body that is a low density sintered body. In the present embodiment, it is preferable that the relative density of the temporary sintered body is selected in a range of 70 to 95%. Since the provisional sintered body having the relative density has a large deformability during the subsequent multi-stage molding, the degree of orientation of the crystal grain orientation structure of the sintered body formed by the multi-stage molding is significantly increased. Can be enhanced. Further, the relative density can be improved at the same time as the degree of orientation of the crystal grain oriented structure is improved. Furthermore, the provisional sintered body having the above-mentioned relative density has a low relative density, so that it is easy to manufacture, and the productivity and cost can be greatly improved.

【0029】前記仮焼結体の相対密度が70〜95%の
範囲の値に選ばれたのは、95%を超える相対密度では
生産性およびコスト面の有利性が失われるからであり、
70%未満の相対密度では後続する多段階成形加工にお
いて充分な相対密度の向上を図ることが困難であるから
である。前記相対密度を有する仮焼結体の製造は、窒化
ケイ素系原料粉末を型治具に充填してプレス成形し、成
形された成形体を常圧焼結することによって行われる。
常圧焼結の焼結温度は、1450〜1800℃であり、
前記仮焼結体の相対密度は焼結温度と焼結時間とによっ
て調整される。また、窒化ケイ素および焼結助剤の焼結
時の分解を防止するために、窒素ガスの加圧雰囲気下で
焼結を行ってもよい。さらに本実施の形態の多段階成形
加工は、前記実施の第1の形態と同様の方法で行っても
よく、前記実施の第2の形態と同様の方法で行ってもよ
い。
The relative density of the pre-sintered body was selected to be in the range of 70 to 95%, because if the relative density exceeds 95%, productivity and cost advantages are lost.
If the relative density is less than 70%, it is difficult to sufficiently increase the relative density in the subsequent multi-stage molding. The provisional sintered body having the relative density is produced by filling a silicon jig-based raw material powder into a mold jig, press-molding, and sintering the molded body under normal pressure.
The sintering temperature of the normal pressure sintering is 1450 to 1800 ° C,
The relative density of the temporary sintered body is adjusted by the sintering temperature and the sintering time. In addition, sintering may be performed under a pressurized atmosphere of nitrogen gas in order to prevent decomposition of silicon nitride and the sintering aid during sintering. Further, the multi-stage molding of the present embodiment may be performed by the same method as in the first embodiment, or may be performed by the same method as in the second embodiment.

【0030】なお前記実施の第1〜第3の形態におい
て、原料粉末中にウィスカまたはパーティクルを添加し
て前記仮焼結体または焼結体を形成し、結晶粒の成長を
抑制しながら前記仮焼結体または焼結体に多段階成形加
工を施してもよい。この場合、ウィスカとしては、窒化
ケイ素ウィスカまたは炭化ケイ素ウィスカなどを用いる
ことが可能であり、パーティクルとしては炭化ケイ素の
微小結晶粒子などを用いることが可能である。
In the first to third embodiments, whiskers or particles are added to the raw material powder to form the temporary sintered body or the sintered body, and the temporary sintered body is formed while suppressing the growth of crystal grains. The sintered body or the sintered body may be subjected to a multi-stage forming process. In this case, a silicon nitride whisker or a silicon carbide whisker can be used as the whisker, and fine particles of silicon carbide can be used as the particles.

【0031】次に本発明の実施の第4の形態として、す
でに結晶粒配向組織の形成された仮焼結体または焼結体
(以後、「配向組織焼結体」と略称する)を用いて多段
階成形加工を行ってもよい。前記配向組織焼結体は、窒
化ケイ素系原料粉末に前記パーティクルまたはウィスカ
を添加し、シート成形あるいは射出成形を行って成形体
を成形し、成形された成形体を焼結することによって製
造してもよく、焼結鍛造を行って製造してもよい。本実
施の形態では、前記配向組織焼結体にさらに前記多段階
成形加工が施され、窒化ケイ素系セラミックスが形成さ
れる。これによって、窒化ケイ素系セラミックスの結晶
粒配向組織がさらに多様に形成されるので、窒化ケイ素
系セラミックスの各部分が受け持つ機能に応じた特性
を、各部分毎にさらにきめ細かく付与することができ
る。その結果、窒化ケイ素系セラミックスの適用用途が
さらに拡大する。また前記多段階成形加工を仕上げ加工
として施すことができるので、窒化ケイ素系セラミック
スの結晶粒配向組織を所望の配向組織と一致するように
精度よく制御することができる。
Next, as a fourth embodiment of the present invention, a pre-sintered body or a sintered body (hereinafter abbreviated as "oriented structure sintered body") having a crystal grain oriented structure already formed is used. Multi-stage molding may be performed. The oriented texture sintered body is manufactured by adding the particles or whiskers to a silicon nitride-based raw material powder, performing sheet molding or injection molding to form a molded body, and sintering the molded body. Alternatively, it may be manufactured by performing sintering forging. In the present embodiment, the multi-stage forming process is further performed on the oriented structure sintered body to form a silicon nitride-based ceramic. As a result, the crystal grain orientation structure of the silicon nitride-based ceramics is further variously formed, so that characteristics corresponding to the functions of the respective portions of the silicon nitride-based ceramics can be imparted more finely to each portion. As a result, applications of the silicon nitride-based ceramics are further expanded. In addition, since the multi-stage forming process can be performed as a finishing process, the crystal grain orientation structure of the silicon nitride-based ceramic can be controlled with high precision so as to match the desired orientation structure.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、窒化ケイ
素系セラミックスの各部分の結晶粒の配向方向を所定の
方向に配向させることができるので、前記各部分毎に、
各部分が受け持つ機能に応じた特性を付与することがで
きる。その結果、窒化ケイ素系セラミックスの機械部品
としての適用範囲を大幅に拡大することができる。
As described above, according to the present invention, the orientation direction of the crystal grains of each portion of the silicon nitride ceramics can be oriented in a predetermined direction.
Characteristics according to the function assigned to each part can be provided. As a result, the applicable range of the silicon nitride-based ceramics as a mechanical part can be greatly expanded.

【0033】また本発明によれば、窒化ケイ素系原料粉
末は複数の種類を使用可能であり、原料粉末の適用範囲
が広いので、窒化ケイ素系セラミックスの要求特性に応
じて適正な原料粉末を選択して使用することができる。
According to the present invention, a plurality of types of silicon nitride-based raw material powders can be used, and the applicable range of the raw material powders is wide. Therefore, an appropriate raw material powder can be selected according to the required characteristics of the silicon nitride-based ceramics. Can be used.

【0034】また本発明によれば、多段階成形加工前の
相対密度95%以上の高密度焼結体に対して、多段階成
形時に超塑性加工を施すことによって相対密度をさらに
増大させることができる。その結果、窒化ケイ素系セラ
ミックスの強度および靭性を大幅に向上させることがで
きる。
Further, according to the present invention, it is possible to further increase the relative density by subjecting a high density sintered body having a relative density of 95% or more before the multi-stage forming to superplastic working during the multi-stage forming. it can. As a result, the strength and toughness of the silicon nitride-based ceramic can be significantly improved.

【0035】また本発明によれば、多段階成形加工前の
仮焼結体の相対密度が70〜95%の低密度であるの
で、多段階成形加工時の変形能が大きくなる。したがっ
て、超塑性加工を施すことによって仮焼結体の結晶粒の
配向度を大幅に高めることができる。また前記結晶粒の
配向度の向上と同時に、相対密度の向上も図ることがで
きる。
Further, according to the present invention, since the relative density of the pre-sintered body before the multi-stage forming is a low density of 70 to 95%, the deformability during the multi-stage forming is increased. Therefore, by performing the superplastic working, the degree of orientation of the crystal grains of the temporary sintered body can be greatly increased. In addition, the relative density can be improved at the same time as the degree of orientation of the crystal grains is improved.

【0036】また本発明によれば、仮焼結体または焼結
体の多段階成形加工は、各成形段階毎に熱間圧縮加工、
熱間圧延加工、熱間押出し加工および熱間引張り加工の
中から選択された加工方法を用いて行うことができるの
で、仮焼結体または焼結体を様々な形状に成形加工する
ことができる。その結果、機械部品としての適用範囲を
大幅に拡大することができる。
Further, according to the present invention, the multi-stage molding of the pre-sintered body or the sintered body is performed by hot-pressing,
Since it can be performed by using a processing method selected from hot rolling, hot extrusion, and hot tensioning, the pre-sintered body or the sintered body can be formed into various shapes. . As a result, the applicable range as a machine part can be greatly expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の第1の形態である窒化ケイ素系
セラミックスの成形方法を示すフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart showing a method for forming a silicon nitride-based ceramic according to a first embodiment of the present invention.

【図2】窒化ケイ素系セラミックスの熱間圧縮加工によ
る形状推移とその塑性流動方向とを示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a shape transition of silicon nitride-based ceramics by hot compression and its plastic flow direction.

【図3】本発明にかかわる窒化ケイ素系セラミックスか
ら成るタービンブレードの配列状況を示す模式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an arrangement of turbine blades made of a silicon nitride-based ceramic according to the present invention.

【図4】図3に示すタービンブレードの取付状況を示す
模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a mounting state of the turbine blade shown in FIG. 3;

【図5】本発明の実施の第2の形態である窒化ケイ素系
セラミックスの成形方法を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a method for forming a silicon nitride-based ceramic according to a second embodiment of the present invention.

【図6】窒化ケイ素系セラミックスの成形加工による形
状推移とその塑性流動方向とを示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a shape transition of a silicon nitride-based ceramic by a forming process and its plastic flow direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 焼結体 1a,21a 多段成形部分 1b,21b 1段成形部分 3,24 型治具 13 タービンブレード 14 タービンディスク 15 基部 16 翼部 17 境界部 1, 21 Sintered body 1a, 21a Multi-stage molded part 1b, 21b Single-stage molded part 3, 24 Mold jig 13 Turbine blade 14 Turbine disk 15 Base 16 Blade part 17 Boundary part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 直樹 愛知県名古屋市西区又穂町二丁目1番地 公団又穂2−219 (72)発明者 若井 史博 岐阜県岐阜市幸ノ町二丁目20番地 (72)発明者 伊牟田 守 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 (72)発明者 後藤 淳 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Naoki Kondo 2-219 Mataho-cho, Nishi-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture 2-219 Mataho 2-72 (72) Inventor Fumihiro Wakai 2--20 Konocho, Gifu-shi, Gifu ( 72) Inventor Mamoru Imuta 1 Kawasaki-cho, Kakamigahara-shi, Gifu Prefecture Inside the Kawasaki Heavy Industries Gifu Plant (72) Inventor Jun Goto 1 Kawasaki-cho, Kakamigahara City, Gifu Prefecture Inside the Gifu Plant Kawasaki Heavy Industries, Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化ケイ素系原料粉末を成形、焼結して
仮焼結体または焼結体を形成し、前記仮焼結体または焼
結体に多段階の成形加工を施し、各成形段階毎に前記仮
焼結体または焼結体の少なくとも一部分に塑性流動を生
じさせて仮焼結体または焼結体の各部分の結晶粒の配向
方向を所定の方向に制御することを特徴とする窒化ケイ
素系セラミックスの成形方法。
1. Forming and sintering a silicon nitride-based raw material powder to form a pre-sintered body or a sintered body, and subjecting the pre-sintered body or the sintered body to a multi-stage forming process, Each time, a plastic flow is caused in at least a part of the temporary sintered body or the sintered body to control the orientation direction of crystal grains in each part of the temporary sintered body or the sintered body in a predetermined direction. A method for forming silicon nitride ceramics.
【請求項2】 前記窒化ケイ素系原料粉末は、α窒化ケ
イ素粉末、αサイアロン粉末、β窒化ケイ素粉末、βサ
イアロン粉末および焼結助剤粉末の1種または多種の組
合わせから成ることを特徴とする請求項1記載の窒化ケ
イ素系セラミックスの成形方法。
2. The silicon nitride-based raw material powder comprises one or a combination of α silicon nitride powder, α sialon powder, β silicon nitride powder, β sialon powder, and a sintering aid powder. The method for forming a silicon nitride-based ceramic according to claim 1.
【請求項3】 前記焼結体の相対密度が95%以上であ
ることを特徴とする請求項1または2記載の窒化ケイ素
系セラミックスの成形方法。
3. The method according to claim 1, wherein a relative density of the sintered body is 95% or more.
【請求項4】 前記仮焼結体の相対密度が70〜95%
であることを特徴とする請求項1または2記載の窒化ケ
イ素系セラミックスの成形方法。
4. The relative density of the temporary sintered body is 70 to 95%.
The method for forming a silicon nitride-based ceramic according to claim 1, wherein:
【請求項5】 前記仮焼結体または焼結体の成形加工
は、熱間圧縮加工、熱間圧延加工、熱間押出し加工およ
び熱間引張り加工の中から前記成形段階毎に選ばれた1
または複数の加工方法によって行われることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれかに記載の窒化ケイ素系セラミ
ックスの成形方法。
5. The forming process of the pre-sintered body or the sintered body is selected from hot compression working, hot rolling working, hot extrusion working and hot stretching working at each forming step.
The method for forming a silicon nitride-based ceramic according to any one of claims 1 to 4, wherein the method is performed by a plurality of processing methods.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006169056A (en) * 2004-12-16 2006-06-29 Pentax Corp Sintered body shape correction method
JP2012214372A (en) * 2011-03-30 2012-11-08 Kyocera Corp Silicon nitride based sintered body and decorative component using the same
JP2013503445A (en) * 2009-08-27 2013-01-31 マクアリスター テクノロジーズ エルエルシー Ceramic insulator and use and manufacturing method thereof
CN117185821A (en) * 2023-11-06 2023-12-08 中材高新氮化物陶瓷有限公司 Silicon nitride ceramic and preparation method thereof
CN119076989A (en) * 2024-07-29 2024-12-06 岭南师范学院 A grain-oriented SiAlON ceramic cutting blade and a preparation method thereof
CN119076989B (en) * 2024-07-29 2025-04-15 岭南师范学院 A grain-oriented SiAlON ceramic cutting blade and a preparation method thereof

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006169056A (en) * 2004-12-16 2006-06-29 Pentax Corp Sintered body shape correction method
JP4570454B2 (en) * 2004-12-16 2010-10-27 Hoya株式会社 Sintered body shape correction method
JP2013503445A (en) * 2009-08-27 2013-01-31 マクアリスター テクノロジーズ エルエルシー Ceramic insulator and use and manufacturing method thereof
JP2012214372A (en) * 2011-03-30 2012-11-08 Kyocera Corp Silicon nitride based sintered body and decorative component using the same
CN117185821A (en) * 2023-11-06 2023-12-08 中材高新氮化物陶瓷有限公司 Silicon nitride ceramic and preparation method thereof
CN117185821B (en) * 2023-11-06 2024-01-30 中材高新氮化物陶瓷有限公司 Silicon nitride ceramic and preparation method thereof
CN119076989A (en) * 2024-07-29 2024-12-06 岭南师范学院 A grain-oriented SiAlON ceramic cutting blade and a preparation method thereof
CN119076989B (en) * 2024-07-29 2025-04-15 岭南师范学院 A grain-oriented SiAlON ceramic cutting blade and a preparation method thereof

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