JPS60200863A - 窒化珪素基セラミツクス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に、ロール、ガイドローラー。

シールリング、ロッカーアームチッフ、ノズル類。

ダイス等の耐摩部品あるいは切削用チップに適した窒化
珪素基セラミックスに関する。

現在、窒化珪素基セラミックスとして、窒化珪素と、焼
結助剤であるＹ２Ｏ３とからなる組成を有するものが使
用されている。この窒化珪素基セラミックスは、例えば
タービンブレードに用いられるときのように、ただ単に
高温、腐食性雰囲気下にさらされる場合には、比較的良
好な性能を示す。

しかしながら、窒化珪素は鉄との親和性が強く、鉄と反
応しやすいために、前記窒化珪素基セラミックスは、鉄
との摩擦を生じる用途に使われると、摩耗の進行が早い
。

そこで、前記窒化珪素基セラミックスの鉄との親和性を
低下させ耐摩耗性を向上させるために種々の研究がなさ
れた結果、今までのところＴ１の窒化物の添加が有効で
あることがわかっている。即ち、窒化珪素、　Ｔｉの窒
化物及びＹ２Ｏ３からなる組成を有する窒化珪素基セラ
ミックスは、この出願前に公知である。上記窒化物は窒
化珪素基セラミックス原料に添加した時、得られたセラ
ミックスの強度をそれ程低下させないで、耐摩耗性を向
上させるという効果を奏する。

ところが、上記２種類の公知セラミックスにおいては、
焼結助剤が窒化珪素及びその表面の５ｉ０２と反応しＹ
−Ｓｉ−０−Ｎ系のガラスとして残るため、約１０００
℃位までの強度及び硬さは十分に高い値を維持するが、
それよシも高温では粒界のガラスが軟化し、強度低下を
生じ、硬さも低下し摩耗の進行が早くなるという欠点が
あった。

したがって、この発明の目的は高温（特に、１０００℃
よシも高温）強度が向上し、しかも、高温（特に、１０
００℃よシも高温）における硬さが優れた窒化珪素基セ
ラミックスを提供することである。

本発明者らは種々研究の結果、特定のウィスカーを特定
量含有させることにより、上記目的を達成することがで
きることを知見した。

この発明は上記知見に基いて発明されたものであシ、 ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４　、Ｂ４Ｃ及びＴｉＢ２からなる群
から選ばれたウィスカーの１種以上：１〜３０係。

元素周期表の４ａ及び５ａ族の炭化物並びに窒化物のう
ちの１種以上；１〜３０チ。

Ｙ２Ｏ３：１〜１０％ を含有し、残シが窒化珪素からなる組成（以上、重量％
）を有する窒化珪素基セラミックスである。

以下、この発明の詳細な説明する。

（ａ）　Ｓ　ｉ　Ｃ、Ｓｉ３Ｎ４　、　Ｂ４Ｃ、ＴｉＢ
２のウィスカーこれらのウィスカーはそれ自体常温から
高温まで硬さ、強度が高く、窒化珪素との複合において
ウィスカーの形状のまま残存することができ、組織内に
均一分散する構造、即ち、いわゆる繊維状構造をとるこ
とによって、外部応力が加わった場合強力なストッパー
の役割を果すので、窒化珪素基セラミックスを強化でき
るものであり、又、硬くすることができるものである。

これらウィスカーの平均直径は通常０１〜５μｍである
が、０５〜１．５μｍが好ましい。そして、平均の長さ
は通常２〜５０μｍであるが、長すぎると、混合技術が
難しく、焼結不良を生じるために、２０μｍを越えない
方が好ましく、５〜１０μｍ位であると更に良い特性の
セラミックスが得られる。

このウィスカーの添加量が１チ未満では所望の高温強度
及び高温での硬さが得られない。一方、３０チを越える
と、焼結性が低下し常温強度が低くなシ過ぎて好ましく
ない。

（ｂ）４ａ、５ａ族の炭化物、窒化物 元素周期表の４ａ族とはＴｉ、　Ｚｒ及びＩ−１ｆから
なる群を、又、５ａ族とはＶ、Ｎｂ及びＴａからなる群
を指す。したがって、元素周期表の４ａ及び５ａ族の炭
化物並びに窒化物のうちの１　ｒ４以上とは、Ｔｉ。

Ｚｒ、Ｈｆ、　Ｖ、　Ｎｂ及びＴａの炭化物（以下、そ
れぞれＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｖ　Ｃ、ＮｂＣ及びＴ
ａＣで示す。）並びにＴｉ、　Ｚｒ　、　Ｈｆ、Ｖ　、
　Ｎｂ及びＴａの窒化物（以下、それぞれＴｉＮ、　Ｚ
ｒＮ、　ＨｆＮ、Ｖ　Ｎ　、　ＮｂＮ及び’１’　ａ　
Ｎで示す。）のうちの１種以上のことである。

これらは鉄との親和性を低下させるのに有効な成分であ
り、ひいては耐摩耗性の向上に効果がある成分である。

その添加量が１チ未満では所望の耐摩耗性が得られない
し、逆に、３０％を越えると、焼結性が不充分となり常
温強度の低下を招くと共に、相対的に窒化珪素量が少な
くなシ過ぎ、窒化珪素の持つ優れた高温強度及び側熱衝
撃性が低下するために、その添加量を１〜３０％とした
。

（ｃ）ｙｚｏｓ 液相を発生させて焼結を促進させる必須成分である。そ
の添加量が１％未満では焼結不充分となり、一方、１０
％を越えると、液相量が多くなり過ぎ、粒成長も著しく
強度、硬さ共に低下するために、その添加量を１〜１０
％とした。

次に、この発明の窒化珪素基セラミックスの製造方法に
ついて述べる。

捷ず、ウィスカーは他原料粉末と同時混合してもかまわ
ないが、次のような混合方法が完全に均一な組織とする
ことができるので一層好ましい。

市販のウィスカーを湿式で６０メツシュ篩いを通し、ウ
ィスカーの塊を除去し、篩下を原料として用いる。一方
、他原料は所望の配合組成にしたものをボールミル等で
十分に湿式混合しておき、得られた混合スラリーを少し
希釈してから、上記篩分けしたウィスカーを必要量添加
し、混合する。

次に、この混合物を大気中あるいは真空中で乾燥し、成
型加工し、約１６５０〜１８００℃で焼結する。焼結は
１気圧の窒素中で行なうか、あるいは窒素中でホットプ
レスすることによシ行なう。

この焼結体を更に熱間静水圧プレスすると一層強度が向
上する。あるいは、成型加工工程からの圧粉体を一度に
窒素ガス圧焼結するか、又は熱間静水圧プレスを行なっ
てもよい。

以下、実施例を比較例とともに示すことにより、この発
明の構成及び効果を詳細に説明する。

実施例及び比較例 原料として、平均粒径０６μｍのＳｉ３Ｎ４粉末、平均
粒径１２μｍの￥２０３粉末、いずれも粒径が１〜１５
μｍの４ａ、５ａ族の炭化物、窒化物、平均直径１５μ
ｍ、平均長さ１５μ７ｎのウィスカーを用いた。

ウィスカーだけを前もってエタノールに浸漬して、軽く
攪拌後、６０メツシユの篩いを通した後、減圧乾燥した
。一方、ウィスカーを除く他の粉末は第１表に示す組成
にして、エタノール中で７２時間が−ルミルによ逆混合
した。この混合スラリーをエタノールで稲沢し、それに
篩分けしたウィスカーを第１表記載の組成になる量添加
し、スターラーで６時間混合した。減圧乾燥後、Ｉｔ／
ｉの圧力でプレスし、１気圧の窒素中１７５０℃で２時
間焼結した。この焼結体を更に窒素中１７００℃、１５
００に９／（ｉの条件で１時間熱間静水圧プレスした。

又、組成がこの発明の組成範囲外の比較セラミックスに
ついても同一の方法で製造した。

得られた本発明セラミックス及び比較セラミックス並び
にウィスカーを含まない第１表記載の組成を有する従来
セラミックスについて、それぞれ常温及び１２００℃に
おけるビッカース硬さ並びに抗折力を測定し、その結果
を第１表に示した。

又、それぞれについて下記の切削試験を行ない、フラン
ク摩耗を測定し、その結果も第１表に示した。

切削試験 被削材：幅１５０馴×長さ４００期のＦＣ２５の角材。

切削方法：フライス切削。直径１６０ｍｙｎのＤＮのカ
ッターに窒化珪素基セラミック ス製のチップを１枚つけた工具を用 い、カッター中心と被削材の幅の中 上・が一致するようにして切削。

切削速度　３００？ｒＬ／分 切込み　２朋 一刀当りの送り　０．１７励し／刃 切削時間　６０分 第１表からも明らかなように、この発１！Ｊ］のセラミ
ックスは、特に高温での抗折力及び硬さに優れているの
で、高温強度や高温における硬さが必要とされる耐摩部
品に好適に用いられる。又、第１表から、この発明のセ
ラミックスは切削用チップとして用いられた時にも優れ
た耐摩耗性を有することがわかる。

出願人　三菱金属株式会社 代理人　富　１）　和　夫　外１名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ、、　Ｂ、Ｃ及びＴｉＢ２からなる群
   から選ばれたウィスカーの１種以上：１〜３０％。 元素周期表の４ａ及び５ａ族の炭化物並びに窒化物のう
   ちの１種以上：１〜３０係。 Ｙ２Ｏ３：　１〜１０乃 を含有し、残りが窒化珪素からなる組成（以上。 重量％）を有する窒化珪素基セラミックス。