JP3142892B2 - 反応焼結複合セラミックスの製法およびそれを用いた摺動部材の製法 - Google Patents
反応焼結複合セラミックスの製法およびそれを用いた摺動部材の製法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は焼結体中に窒化ほう素を
分散した複合セラミックスに係り、特に反応焼結法によ
る複合セラミックスに関する。
分散した複合セラミックスに係り、特に反応焼結法によ
る複合セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、エンジンやタービンなどの構造
材料に適するエンジニアリングセラミックスとしては、
耐熱性に優れたＳｉＣやＳｉ3Ｎ4などが知られている。
材料に適するエンジニアリングセラミックスとしては、
耐熱性に優れたＳｉＣやＳｉ3Ｎ4などが知られている。
【０００３】しかし、実際の使用条件を考えた場合、耐
熱衝撃性、溶融金属に対する耐食性、機械加工性など不
十分な点も多い。これらを解決するために、加工特性、
耐食性が優れた窒化ほう素をＳｉ3Ｎ4に混合，分散した
Ｓｉ3Ｎ4が開発されている（窒化珪素セラミックス２、
１９７〜２１０頁、内田老鶴圃出版）。しかし、分散性
が悪い窒化ほう素を原料として用い、Ｓｉ3Ｎ4に直接窒
化ほう素を混合することによりＳｉ3Ｎ4−窒化ほう素焼
結体を作製するために、窒化ほう素の分散が必ずしも均
一でないと云う欠点がある。また、窒化ほう素の配合比
の増加と共に焼結体の気孔率が大きくなると云う問題点
が有る。
熱衝撃性、溶融金属に対する耐食性、機械加工性など不
十分な点も多い。これらを解決するために、加工特性、
耐食性が優れた窒化ほう素をＳｉ3Ｎ4に混合，分散した
Ｓｉ3Ｎ4が開発されている（窒化珪素セラミックス２、
１９７〜２１０頁、内田老鶴圃出版）。しかし、分散性
が悪い窒化ほう素を原料として用い、Ｓｉ3Ｎ4に直接窒
化ほう素を混合することによりＳｉ3Ｎ4−窒化ほう素焼
結体を作製するために、窒化ほう素の分散が必ずしも均
一でないと云う欠点がある。また、窒化ほう素の配合比
の増加と共に焼結体の気孔率が大きくなると云う問題点
が有る。
【０００４】一方、本発明者は、Ｓｉ粉末とＳｉＣなど
の無機化合物粒子から成る成形体を窒素中で加熱し、反
応生成物であるＳｉ3Ｎ4粒子および／またはウイスカで
ＳｉＣなどの粒子を結合する方法により、焼結時の寸法
変化率の小さい高強度のＳｉ3Ｎ4結合セラミックスの製
造法を提案している（特開昭６１−１４６７５４公
報）。この方法では、Ｓｉ3Ｎ4粒子および／またはウイ
スカでＳｉＣなどの無機化合物を結合する際に、該無機
化合物を変化させずにＳｉ3Ｎ4で結合する。そのために
焼結後も該無機化合物の粒子形状が変化せず、Ｓｉ3Ｎ4
が気相反応で生成して無機化合物粒子上に堆積するため
に焼結時の寸法変化率が０.１〜０.３％と小さくニアネ
ットシェイプ性に優れている。
の無機化合物粒子から成る成形体を窒素中で加熱し、反
応生成物であるＳｉ3Ｎ4粒子および／またはウイスカで
ＳｉＣなどの粒子を結合する方法により、焼結時の寸法
変化率の小さい高強度のＳｉ3Ｎ4結合セラミックスの製
造法を提案している（特開昭６１−１４６７５４公
報）。この方法では、Ｓｉ3Ｎ4粒子および／またはウイ
スカでＳｉＣなどの無機化合物を結合する際に、該無機
化合物を変化させずにＳｉ3Ｎ4で結合する。そのために
焼結後も該無機化合物の粒子形状が変化せず、Ｓｉ3Ｎ4
が気相反応で生成して無機化合物粒子上に堆積するため
に焼結時の寸法変化率が０.１〜０.３％と小さくニアネ
ットシェイプ性に優れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の方法で
は成形体中に形成されている空隙は、金属Ｓｉから生成
したＳｉ3Ｎ4でしか埋めることができない。従って、金
属Ｓｉの配合量に対し無機化合物の配合量が多くなる
と、Ｓｉ3Ｎ4の生成量が少なくなり、どうしても多孔質
体になり、緻密化に限界があった。
は成形体中に形成されている空隙は、金属Ｓｉから生成
したＳｉ3Ｎ4でしか埋めることができない。従って、金
属Ｓｉの配合量に対し無機化合物の配合量が多くなる
と、Ｓｉ3Ｎ4の生成量が少なくなり、どうしても多孔質
体になり、緻密化に限界があった。
【０００６】また、本発明者は、特開昭６３−２５２９
７３号公報に開示するように、導電性セラミックスの製
造において、同公報の実施例３に例示したように、Ｔｉ
Ｂ2粉末８０重量％とＳｉ粉末２０重量％との混合成形
体を、窒素中で加熱することにより、Ｓｉ3Ｎ4反応結合
焼結体を作製した。しかしこれは加熱温度が１４００℃
以下と低いために、ＴｉＢ2粒子と窒素の反応率が低く
（２０％未満）、生成される焼結体は気孔率が高く多孔
質体である。
７３号公報に開示するように、導電性セラミックスの製
造において、同公報の実施例３に例示したように、Ｔｉ
Ｂ2粉末８０重量％とＳｉ粉末２０重量％との混合成形
体を、窒素中で加熱することにより、Ｓｉ3Ｎ4反応結合
焼結体を作製した。しかしこれは加熱温度が１４００℃
以下と低いために、ＴｉＢ2粒子と窒素の反応率が低く
（２０％未満）、生成される焼結体は気孔率が高く多孔
質体である。
【０００７】本発明の目的は、緻密な複合セラミックス
を提供することにある。
を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、金属粉末と金属ほう
化物の成形体からなる緻密な複合セラミックスを提供す
ることにある。
化物の成形体からなる緻密な複合セラミックスを提供す
ることにある。
【０００９】更に本発明の他の目的は、上記の緻密な複
合セラミックスを用いた摺動部材を提供することにあ
る。
合セラミックスを用いた摺動部材を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決する本
発明の要旨は、 （１） 金属ほう化物の粒子および／またはウイスカー
が金属窒化物および窒化ほう素の粒子および／またはウ
イスカーで互いに結合されていることを特徴とする反応
焼結複合セラミックス。
発明の要旨は、 （１） 金属ほう化物の粒子および／またはウイスカー
が金属窒化物および窒化ほう素の粒子および／またはウ
イスカーで互いに結合されていることを特徴とする反応
焼結複合セラミックス。
【００１１】（２） 金属ほう化物の粒子および／また
はウイスカーの表面層に金属窒化物および窒化ほう素が
形成されており、これらが金属窒化物および窒化ほう素
の粒子および／またはウイスカーで互いに結合されてい
ることを特徴とする反応焼結複合セラミックス。
はウイスカーの表面層に金属窒化物および窒化ほう素が
形成されており、これらが金属窒化物および窒化ほう素
の粒子および／またはウイスカーで互いに結合されてい
ることを特徴とする反応焼結複合セラミックス。
【００１２】前記において、前記金属窒化物および窒化
ほう素の粒子および／またはウイスカーは、ガラス相お
よび／または合金相に形成されている。そして、前記窒
化ほう素／前記金属ほう化物の容量比が０.２以上が好
ましい。
ほう素の粒子および／またはウイスカーは、ガラス相お
よび／または合金相に形成されている。そして、前記窒
化ほう素／前記金属ほう化物の容量比が０.２以上が好
ましい。
【００１３】また、焼結体中の窒化ほう素の含有率が５
〜３０容量％であり、最大気孔径３０μｍ以下で該気孔
含有率が３０容量％以下、好ましくは最大気孔径１０μ
ｍ以下で気孔含有率が５容量％以下がよい。また、 （３） 金属ほう化物（ａ）の粒子および／またはウイ
スカーと、金属粉末（ｂ）から成る成形体を、窒化性ガ
ス雰囲気中で金属粉末（ｂ）の融点より低温度で加熱し
て該金属粉末（ｂ）の反応物である金属窒化物（ｃ）を
生成する工程と、金属ほう化物（ａ）の窒素と反応する
温度で加熱して金属窒化物（ｄ）および窒化ほう素
（ｅ）を生成する工程とを含み、前記金属ほう化物が、
前記金属窒化物（ｄ）および窒化ほう素（ｅ）の粒子お
よび／またはウイスカーで互いに結合することを特徴と
する反応焼結複合セラミックスの製法にある。
〜３０容量％であり、最大気孔径３０μｍ以下で該気孔
含有率が３０容量％以下、好ましくは最大気孔径１０μ
ｍ以下で気孔含有率が５容量％以下がよい。また、 （３） 金属ほう化物（ａ）の粒子および／またはウイ
スカーと、金属粉末（ｂ）から成る成形体を、窒化性ガ
ス雰囲気中で金属粉末（ｂ）の融点より低温度で加熱し
て該金属粉末（ｂ）の反応物である金属窒化物（ｃ）を
生成する工程と、金属ほう化物（ａ）の窒素と反応する
温度で加熱して金属窒化物（ｄ）および窒化ほう素
（ｅ）を生成する工程とを含み、前記金属ほう化物が、
前記金属窒化物（ｄ）および窒化ほう素（ｅ）の粒子お
よび／またはウイスカーで互いに結合することを特徴と
する反応焼結複合セラミックスの製法にある。
【００１４】前記金属ほう化物（ａ）と前記金属粉末
（ｂ）との配合比が９５：５から５：９５（重量比）で
ある成形体を用いるのがよい。
（ｂ）との配合比が９５：５から５：９５（重量比）で
ある成形体を用いるのがよい。
【００１５】前記金属ほう化物（ａ）はＴｉ、Ｚｒ，
Ｖ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｗの少なくとも１
種から選ばれた金属ほう化物であり、前記金属粉末
（ｂ）はＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒの少なくとも１種から
選ばれる。
Ｖ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｗの少なくとも１
種から選ばれた金属ほう化物であり、前記金属粉末
（ｂ）はＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒの少なくとも１種から
選ばれる。
【００１６】本発明の加熱処理法は、前記のように次の
２工程で行うのがよい。
２工程で行うのがよい。
【００１７】第１工程：金属粉末（ｂ）の融点よりも低
温で窒化性ガス（窒素、アンモニアなど）雰囲気中で窒
化させ、 第２工程：その後金属ほう化物（ａ）が反応する温度
（１４００℃〜２０００℃）で加熱する、 と云う２工程で行うことにより、窒化ほう素が均一に分
散された反応焼結体を得ることができる。
温で窒化性ガス（窒素、アンモニアなど）雰囲気中で窒
化させ、 第２工程：その後金属ほう化物（ａ）が反応する温度
（１４００℃〜２０００℃）で加熱する、 と云う２工程で行うことにより、窒化ほう素が均一に分
散された反応焼結体を得ることができる。
【００１８】前記窒化ほう素／前記金属ほう化物の容量
比は０.２以上とするのが好ましい。０.２より小さいと
低気孔率化の効果が少なく、窒化ほう素の特徴である摺
動効果、伝熱効果が少なくなる。窒化ほう素が多すぎて
も焼結体の強度が低下する。従って、焼結後の焼結体中
の窒化ほう素の含有量で３〜４０容量％、好ましくは５
〜２０容量％である。
比は０.２以上とするのが好ましい。０.２より小さいと
低気孔率化の効果が少なく、窒化ほう素の特徴である摺
動効果、伝熱効果が少なくなる。窒化ほう素が多すぎて
も焼結体の強度が低下する。従って、焼結後の焼結体中
の窒化ほう素の含有量で３〜４０容量％、好ましくは５
〜２０容量％である。
【００１９】本発明において、焼結助剤はIII属、ＩＶ
属、Ｖ属、ＶＩ属の金属、該金属の酸化物、窒化物、炭
化物、酸窒化物の一種以上を用いることができる。該焼
結助剤を用いることにより、気孔率５容量％以下の緻密
体を得ることもできる。
属、Ｖ属、ＶＩ属の金属、該金属の酸化物、窒化物、炭
化物、酸窒化物の一種以上を用いることができる。該焼
結助剤を用いることにより、気孔率５容量％以下の緻密
体を得ることもできる。
【００２０】金属ほう化物（ａ）ＴｉＢ2と、金属粉末
（ｂ）Ｓｉの組成比（ａ）／（ｂ）を２０／８０から７
０／３０（重量比）変化させて作製した焼結体の気孔率
を測定した結果、ＴｉＢ2の配合比にかかわらず８〜１
４容量％と小さいことが分かった。比較のために金属炭
化物（ＳｉＣ）と金属粉末Ｓｉを用いた場合の気孔率
は、ＳｉＣの増加に伴って気孔率が１２容量％→３０容
量％と増加し、多孔質体となった。これは、金属Ｓｉの
窒化物でのみ気孔（空隙）を埋めているためである。
（ｂ）Ｓｉの組成比（ａ）／（ｂ）を２０／８０から７
０／３０（重量比）変化させて作製した焼結体の気孔率
を測定した結果、ＴｉＢ2の配合比にかかわらず８〜１
４容量％と小さいことが分かった。比較のために金属炭
化物（ＳｉＣ）と金属粉末Ｓｉを用いた場合の気孔率
は、ＳｉＣの増加に伴って気孔率が１２容量％→３０容
量％と増加し、多孔質体となった。これは、金属Ｓｉの
窒化物でのみ気孔（空隙）を埋めているためである。
【００２１】本発明において、金属ほう化物（ａ）の平
均粒子径は１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下と
するのがよい。金属ほう化物の粒径が大きいと反応速度
が遅く、金属窒化物の粒子が大きくなるためである。ま
た、金属粉末（ｂ）の平均粒子径は５μｍ以下、好まし
くは１μｍ以下が低温での窒化速度を向上させるのに適
している。
均粒子径は１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下と
するのがよい。金属ほう化物の粒径が大きいと反応速度
が遅く、金属窒化物の粒子が大きくなるためである。ま
た、金属粉末（ｂ）の平均粒子径は５μｍ以下、好まし
くは１μｍ以下が低温での窒化速度を向上させるのに適
している。
【００２２】本発明者らの検討によれば、金属粉末
（ｂ）の窒化が終了しないうちにその融点以上に加熱す
ると、該金属が溶融して金属ほう化物（ａ）と合金を形
成し、収縮やクラック発生の原因となるので好ましくな
い。該金属の窒化が終了した後、金属ほう化物（ａ）が
窒素と反応する温度（１４００℃〜２０００℃）まで加
熱することにより、本発明の目的を達成することができ
る。さらに、前記焼結助剤を用いることにより、ガラス
相、合金相で結合が起り、より緻密な焼結体が得られ
る。
（ｂ）の窒化が終了しないうちにその融点以上に加熱す
ると、該金属が溶融して金属ほう化物（ａ）と合金を形
成し、収縮やクラック発生の原因となるので好ましくな
い。該金属の窒化が終了した後、金属ほう化物（ａ）が
窒素と反応する温度（１４００℃〜２０００℃）まで加
熱することにより、本発明の目的を達成することができ
る。さらに、前記焼結助剤を用いることにより、ガラス
相、合金相で結合が起り、より緻密な焼結体が得られ
る。
【００２３】本発明において、前記金属ほう化物および
金属粉末の表面の酸化膜と窒素が反応して、酸窒化物な
どが一部合成される場合があるが、焼結体の特性にはほ
とんど影響しない。
金属粉末の表面の酸化膜と窒素が反応して、酸窒化物な
どが一部合成される場合があるが、焼結体の特性にはほ
とんど影響しない。
【００２４】前記窒化性ガス雰囲気は常圧，減圧（１０
~5Ｔｏｒｒ）から加圧（２０００気圧）下でもよい。従
って、特に加圧下でなくともよいのでホットプレスのよ
うな装置を必要条件としない。
~5Ｔｏｒｒ）から加圧（２０００気圧）下でもよい。従
って、特に加圧下でなくともよいのでホットプレスのよ
うな装置を必要条件としない。
【００２５】本発明において、焼結体の最大気孔径を３
０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下がよい理由は、大き
い気孔径は破壊の起点となり易く、強度低下の要因とな
るためである。また、摺動部材として用いる場合は気孔
径が均一で、かつ、小さいものゝ方がよい。なお、該気
孔中に樹脂、粒子、油、固体潤滑剤、水、金属などを含
浸することも可能で、該物質を含浸することにより、よ
り低摩擦係数の摺動部材を得ることができる。
０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下がよい理由は、大き
い気孔径は破壊の起点となり易く、強度低下の要因とな
るためである。また、摺動部材として用いる場合は気孔
径が均一で、かつ、小さいものゝ方がよい。なお、該気
孔中に樹脂、粒子、油、固体潤滑剤、水、金属などを含
浸することも可能で、該物質を含浸することにより、よ
り低摩擦係数の摺動部材を得ることができる。
【００２６】本発明の焼結体の成形方法は、射出成形、
プレス成形、鋳込み成形、ラバープレス成形、押出し成
形、金型粉末成形など目的、形状、要求特性等に応じて
選択する。
プレス成形、鋳込み成形、ラバープレス成形、押出し成
形、金型粉末成形など目的、形状、要求特性等に応じて
選択する。
【００２７】また、本発明の窒化ほう素分散セラミック
スと、別の無機化合物からなるセラミックスとの一体焼
結複合体を得ることも可能である。
スと、別の無機化合物からなるセラミックスとの一体焼
結複合体を得ることも可能である。
【００２８】
【作用】本発明の焼結体の気孔率が小さいのは以下の理
由による。
由による。
【００２９】金属ほう化物（ａ）の粒子および／または
ウイスカーと金属粉末（ｂ）を含む成形体を窒化性ガス
雰囲気中で加熱することにより、金属窒化物、窒化ほう
素が生成し、これらが該焼結体中で均一に分散し、互い
に結合され、かつ、成形体中の空隙をこれらが埋めて緻
密化されるためと考える。
ウイスカーと金属粉末（ｂ）を含む成形体を窒化性ガス
雰囲気中で加熱することにより、金属窒化物、窒化ほう
素が生成し、これらが該焼結体中で均一に分散し、互い
に結合され、かつ、成形体中の空隙をこれらが埋めて緻
密化されるためと考える。
【００３０】
【実施例】以下に実施例を示し本発明を更に具体的に説
明する。
明する。
【００３１】〔実施例 １〕金属ほう化物（ａ）として
平均粒径１０μｍのＴｉＢ2粉末と金属粉末（ｂ）とし
て平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末とを混合したもの１０
０重量部に、ワックス系バインダを７重量部添加し、混
練機で混練後、粉砕し成形用原料とした。次に金型を用
いて直径５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製した。
該成形体のワックス分を加熱除去した後、窒素ガス中で
１１００℃から１３５０℃まで４℃／ｈでＳｉ粉末を窒
化処理後、１５５０℃で５時間加熱処理した。得られた
焼結体の窒化ほう素量と気孔率の関係を図１に示す。
平均粒径１０μｍのＴｉＢ2粉末と金属粉末（ｂ）とし
て平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末とを混合したもの１０
０重量部に、ワックス系バインダを７重量部添加し、混
練機で混練後、粉砕し成形用原料とした。次に金型を用
いて直径５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製した。
該成形体のワックス分を加熱除去した後、窒素ガス中で
１１００℃から１３５０℃まで４℃／ｈでＳｉ粉末を窒
化処理後、１５５０℃で５時間加熱処理した。得られた
焼結体の窒化ほう素量と気孔率の関係を図１に示す。
【００３２】比較のために平均粒径５μｍの窒化ほう素
粉末と平均粒径１μｍのＳｉ粉末を用いて同様に成形、
焼結して得られた焼結体の窒化ほう素量と気孔率の関係
を図１に示す。
粉末と平均粒径１μｍのＳｉ粉末を用いて同様に成形、
焼結して得られた焼結体の窒化ほう素量と気孔率の関係
を図１に示す。
【００３３】図１より明らかなように、金属ほう化物
（ａ）としてＴｉＢ2を用いたものは、窒化ほう素の量
にかかわらず８〜１２容量％と小さいが、比較のための
窒化ほう素を原料としたものは、窒化ほう素の増加と共
に気孔率が１５→３４容量％と増加し、多孔質体になっ
ていることが分かる。これは、Ｓｉの窒化物のみで空隙
を埋めるためにＳｉ量が少なくなると、Ｓｉ窒化物の量
も少なくなるためである。また、焼結体に窒化ほう素の
凝集部が見られ、混合が均一でない。
（ａ）としてＴｉＢ2を用いたものは、窒化ほう素の量
にかかわらず８〜１２容量％と小さいが、比較のための
窒化ほう素を原料としたものは、窒化ほう素の増加と共
に気孔率が１５→３４容量％と増加し、多孔質体になっ
ていることが分かる。これは、Ｓｉの窒化物のみで空隙
を埋めるためにＳｉ量が少なくなると、Ｓｉ窒化物の量
も少なくなるためである。また、焼結体に窒化ほう素の
凝集部が見られ、混合が均一でない。
【００３４】上記のようにＴｉＢ2を用いて窒素と反応
させた場合は、ＴｉＢ2粒子がＴｉＮを生成すると共
に、この窒化反応で生じた遊離ほう素と雰囲気中の窒素
が反応して生成した窒化ほう素が成形体中の空隙を埋め
るために緻密化される。ここで、ＴｉＢ2の量または窒
化率を制御することにより、窒化ほう素の生成量を変化
させることができる。また、本発明においては、窒化ほ
う素の生成は焼結体内での化学反応によって生ずるため
に凝集部がなく、均一分散される。
させた場合は、ＴｉＢ2粒子がＴｉＮを生成すると共
に、この窒化反応で生じた遊離ほう素と雰囲気中の窒素
が反応して生成した窒化ほう素が成形体中の空隙を埋め
るために緻密化される。ここで、ＴｉＢ2の量または窒
化率を制御することにより、窒化ほう素の生成量を変化
させることができる。また、本発明においては、窒化ほ
う素の生成は焼結体内での化学反応によって生ずるため
に凝集部がなく、均一分散される。
【００３５】本発明の複合セラミックスは、金属ほう化
物（ａ）と金属粉末（ｂ）の配合比にかかわらず、気孔
が５μｍ以下と小さい。これに対して、前記比較例のも
のでは、気孔が窒化ほう素量の増加と共に３０μｍ以上
と大きいことが分かった。
物（ａ）と金属粉末（ｂ）の配合比にかかわらず、気孔
が５μｍ以下と小さい。これに対して、前記比較例のも
のでは、気孔が窒化ほう素量の増加と共に３０μｍ以上
と大きいことが分かった。
【００３６】本発明の複合セラミックスにおいて、金属
粉末（ｂ）のＳｉ粉末から生成した窒化物は、α、β型
の窒化けい素粒子およびウイスカーであった。また、得
られた複合セラミックスの焼結時の寸法変化率は、０.
４〜０.９％と膨張しているが、この値は他の常圧焼結
体の１／５０から１／２０であり、極めて精密焼結性に
優れている。
粉末（ｂ）のＳｉ粉末から生成した窒化物は、α、β型
の窒化けい素粒子およびウイスカーであった。また、得
られた複合セラミックスの焼結時の寸法変化率は、０.
４〜０.９％と膨張しているが、この値は他の常圧焼結
体の１／５０から１／２０であり、極めて精密焼結性に
優れている。
【００３７】〔実施例 ２〕実施例１のＴｉＢ2粒子に
代えて、ＺｒＢ2，ＶＢ2，ＺｒＢ12，ＴａＢ2，Ｃｒ
2Ｂ，ＣｒＢ2，ＮｂＢ2，ＨｆＢ2を用い、同様にして成
形し、焼成加熱処理した結果、いずれも窒化けい素以外
に、金属窒化物、窒化ほう素が生成し、これらが気孔を
埋めていることが分かった。焼結体の気孔率は、いずれ
も７〜１３容量％であり、気孔も５μｍ以下の反応焼結
複合セラミックスが得られた。
代えて、ＺｒＢ2，ＶＢ2，ＺｒＢ12，ＴａＢ2，Ｃｒ
2Ｂ，ＣｒＢ2，ＮｂＢ2，ＨｆＢ2を用い、同様にして成
形し、焼成加熱処理した結果、いずれも窒化けい素以外
に、金属窒化物、窒化ほう素が生成し、これらが気孔を
埋めていることが分かった。焼結体の気孔率は、いずれ
も７〜１３容量％であり、気孔も５μｍ以下の反応焼結
複合セラミックスが得られた。
【００３８】〔実施例 ３〕実施例１のＴｉＢ2粒子の
代りに、長さ５０μｍ、アスペクト比５０のＣｒＢ2ウ
イスカを用いて同様に成形、焼結を行なった。その結
果、実施例１と同様に低気孔率で、窒化ほう素が均一分
散された反応焼結複合セラミックスが得られた。 〔実施例 ４〕実施例１のＳｉ粒子の代りに、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｃｒを用いて同様に成形、焼結を行なった。その結
果、実施例１と同様に低気孔率で、窒化ほう素が均一分
散された反応焼結複合セラミックスが得られた。
代りに、長さ５０μｍ、アスペクト比５０のＣｒＢ2ウ
イスカを用いて同様に成形、焼結を行なった。その結
果、実施例１と同様に低気孔率で、窒化ほう素が均一分
散された反応焼結複合セラミックスが得られた。 〔実施例 ４〕実施例１のＳｉ粒子の代りに、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｃｒを用いて同様に成形、焼結を行なった。その結
果、実施例１と同様に低気孔率で、窒化ほう素が均一分
散された反応焼結複合セラミックスが得られた。
【００３９】〔実施例 ５〕金属ほう化物（ａ）として
平均粒径３μｍのＺｒＢ2粉末と、金属粉末（ｂ）とし
て平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末の混合物ＺｒＢ2：Ｓｉ
＝２０：８０（重量比）１００重量部にワックス系バイ
ンダを８重量部添加し、実施例１と同様にして直径５０
ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製した。該成形体のワ
ックス分を除去した後、ＺｒＢ2粉末と窒素との反応率
を変化させるために温度を変えて加熱し、反応率０％か
ら１００％の試料を作製した。但し、Ｓｉ粉末はほゞ完
全に窒化けい素に変化させた。
平均粒径３μｍのＺｒＢ2粉末と、金属粉末（ｂ）とし
て平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末の混合物ＺｒＢ2：Ｓｉ
＝２０：８０（重量比）１００重量部にワックス系バイ
ンダを８重量部添加し、実施例１と同様にして直径５０
ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製した。該成形体のワ
ックス分を除去した後、ＺｒＢ2粉末と窒素との反応率
を変化させるために温度を変えて加熱し、反応率０％か
ら１００％の試料を作製した。但し、Ｓｉ粉末はほゞ完
全に窒化けい素に変化させた。
【００４０】反応率０％から１５％では気孔率はそれほ
ど低下しないが、反応率が２０％以上では気孔率が大き
く低下した。この理由は、例えばＺｒＢ2粒子が窒素と
反応してＺｒＮに変化する際に、最初焼結体が膨張する
ため気孔率の低下には効果がない。そして、反応率が２
０％以上になると膨張現象がなくなり、気孔率の低下に
対して効果が出てくるためである。
ど低下しないが、反応率が２０％以上では気孔率が大き
く低下した。この理由は、例えばＺｒＢ2粒子が窒素と
反応してＺｒＮに変化する際に、最初焼結体が膨張する
ため気孔率の低下には効果がない。そして、反応率が２
０％以上になると膨張現象がなくなり、気孔率の低下に
対して効果が出てくるためである。
【００４１】本実施例のＺｒＢ2を窒素と反応させた場
合は、ＺｒＢ2粒子がＺｒＮと窒化ほう素に変化して成
形体中の空隙を埋めるために緻密化される。
合は、ＺｒＢ2粒子がＺｒＮと窒化ほう素に変化して成
形体中の空隙を埋めるために緻密化される。
【００４２】〔実施例 ６〕金属ほう化物（ａ）として
平均粒径３μｍのＣｒＢ2粉末と金属粉末（ｂ）として
平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末の混合物ＣｒＢ2：Ｓｉ＝
２０：８０（重量比）１００重量部に、焼結助剤として
Ｙ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3を各２重量部添加した混合粉末に、ポ
リビニルブチラールバインダを２重量部添加し、アルコ
ールと一緒に混合、乾燥し成形用原料とした。次に、金
型を用いて直径５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製
した。成形体中のバインダ成分を除去した後、窒素ガス
中、１１００℃から１３５０℃まで４℃／ｈでＳｉ粉末
を窒化処理後、１５５０℃で５時間加熱処理し、さらに
１７５０℃で３時間処理した。
平均粒径３μｍのＣｒＢ2粉末と金属粉末（ｂ）として
平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末の混合物ＣｒＢ2：Ｓｉ＝
２０：８０（重量比）１００重量部に、焼結助剤として
Ｙ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3を各２重量部添加した混合粉末に、ポ
リビニルブチラールバインダを２重量部添加し、アルコ
ールと一緒に混合、乾燥し成形用原料とした。次に、金
型を用いて直径５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製
した。成形体中のバインダ成分を除去した後、窒素ガス
中、１１００℃から１３５０℃まで４℃／ｈでＳｉ粉末
を窒化処理後、１５５０℃で５時間加熱処理し、さらに
１７５０℃で３時間処理した。
【００４３】これにより、気孔率２％で、窒化ほう素が
均一に分散した窒化クロム／窒化けい素複合セラミック
スが得られた。
均一に分散した窒化クロム／窒化けい素複合セラミック
スが得られた。
【００４４】〔実施例 ７〕実施例１で得られたセラミ
ックス焼結体から成る摺動部材の摺動面を砥石で研摩
し、該表面の粗さを十点平均粗さで０.１μｍとした。
ックス焼結体から成る摺動部材の摺動面を砥石で研摩
し、該表面の粗さを十点平均粗さで０.１μｍとした。
【００４５】該摺動部材を磁気ディスク装置に組み込み
試験を行った。試験条件は、ベアリングにＳＵＳ４４０
Ｃを用い、最大速度２.４ｍ／ｓ、周波数６０Ｈｚで磁
気ヘッドを１０9回往復運動させた。
試験を行った。試験条件は、ベアリングにＳＵＳ４４０
Ｃを用い、最大速度２.４ｍ／ｓ、周波数６０Ｈｚで磁
気ヘッドを１０9回往復運動させた。
【００４６】上記試験後の摺動面は、十点平均粗さで
０.１μｍであり摺動前と変化していないことを確認し
た。また、摺動部と未摺動部の段差も０.０１μｍ以下
と小さいことが確認できた。この結果から本実施例の摺
動部材は耐摩耗性に優れており、アクチュエータに適し
ていることが分かった。
０.１μｍであり摺動前と変化していないことを確認し
た。また、摺動部と未摺動部の段差も０.０１μｍ以下
と小さいことが確認できた。この結果から本実施例の摺
動部材は耐摩耗性に優れており、アクチュエータに適し
ていることが分かった。
【００４７】〔実施例 ８〕実施例１で得られたセラミ
ックス焼結体にグリセリンを含浸し、水道用のバルブ摺
動部材に適用した。熱水１００℃と冷水１０℃の循環を
繰返しながらバルブを開閉する試験を行なった。その結
果、該バルブ摺動部材にはクラック発生もなく、摩耗量
も極めて僅かで測定不能な程度であり、耐久性に優れた
バルブ摺動材が得られることが分かった。
ックス焼結体にグリセリンを含浸し、水道用のバルブ摺
動部材に適用した。熱水１００℃と冷水１０℃の循環を
繰返しながらバルブを開閉する試験を行なった。その結
果、該バルブ摺動部材にはクラック発生もなく、摩耗量
も極めて僅かで測定不能な程度であり、耐久性に優れた
バルブ摺動材が得られることが分かった。
【００４８】〔実施例 ９〕実施例６で得られたセラミ
ックス焼結体の摺動面を砥石で研摩し、十点平均粗さで
０.１μｍとした。これをオートクレーブ中で粘度４０
０センチポアズのフッ素油を含浸した。評価は、前記実
施例７の磁気ディスク装置に組込み、同様な条件で試験
した。試験後の摺動面は十点平均粗さで０.１μｍであ
り、摺動前と変化がないことを確認した。また、摺動部
と未摺動部の段差は０.０１μｍ以下である。摺動試験
後の摺動面のフッ素オイルは、気孔中に含浸、付着して
いることが分かった。
ックス焼結体の摺動面を砥石で研摩し、十点平均粗さで
０.１μｍとした。これをオートクレーブ中で粘度４０
０センチポアズのフッ素油を含浸した。評価は、前記実
施例７の磁気ディスク装置に組込み、同様な条件で試験
した。試験後の摺動面は十点平均粗さで０.１μｍであ
り、摺動前と変化がないことを確認した。また、摺動部
と未摺動部の段差は０.０１μｍ以下である。摺動試験
後の摺動面のフッ素オイルは、気孔中に含浸、付着して
いることが分かった。
【００４９】〔実施例 １０〕実施例１で得られたＴｉ
Ｂ2配合比６０重量％のセラミックス焼結体を自動車用
交流発電機の集電環および集電子に用いて特性を調べ
た。試験条件は、３万ｒｐｍ、電流密度７０Ａ／ｃｍ2
である。その結果、本発明品は損耗もなく、すり面の状
態も良好で集電部材に適していることが分かった。
Ｂ2配合比６０重量％のセラミックス焼結体を自動車用
交流発電機の集電環および集電子に用いて特性を調べ
た。試験条件は、３万ｒｐｍ、電流密度７０Ａ／ｃｍ2
である。その結果、本発明品は損耗もなく、すり面の状
態も良好で集電部材に適していることが分かった。
【００５０】〔実施例 １１〕金属ほう化物（ａ）とし
て平均粒径３μｍのＺｒＢ2粉末と金属粉末（ｂ）とし
て平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末の混合物ＺｒＢ2：Ｓｉ
＝２０：８０（重量比）１００重量部に、平均粒径０.
５μｍのＴｉＣ粉末を５〜４０重量部、ワックス系バイ
ンダを８重量部を添加し、実施例１と同様にして直径５
０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製した。成形体のワ
ックス成分を除去した後、窒素ガス中１１００℃から１
３５０℃まで４℃／ｈでＳｉ粉末を窒化処理後、１５５
０℃で５時間加熱処理した。
て平均粒径３μｍのＺｒＢ2粉末と金属粉末（ｂ）とし
て平均粒径０.５μｍのＳｉ粉末の混合物ＺｒＢ2：Ｓｉ
＝２０：８０（重量比）１００重量部に、平均粒径０.
５μｍのＴｉＣ粉末を５〜４０重量部、ワックス系バイ
ンダを８重量部を添加し、実施例１と同様にして直径５
０ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成形体を作製した。成形体のワ
ックス成分を除去した後、窒素ガス中１１００℃から１
３５０℃まで４℃／ｈでＳｉ粉末を窒化処理後、１５５
０℃で５時間加熱処理した。
【００５１】本実施例では、ＺｒＢ2粒子がＺｒＮおよ
び窒化ほう素に変化し、ＴｉＣ粒子が遊離カーボン，Ｔ
ｉＮおよびＳｉＣに変化し、これらのＳｉ窒化物以外で
成形体中の空隙を埋めるために、気孔率７容量％以下の
緻密体が得られた。焼結体中には、潤滑効果をもたらす
窒化ほう素と遊離カーボンが分散していた。
び窒化ほう素に変化し、ＴｉＣ粒子が遊離カーボン，Ｔ
ｉＮおよびＳｉＣに変化し、これらのＳｉ窒化物以外で
成形体中の空隙を埋めるために、気孔率７容量％以下の
緻密体が得られた。焼結体中には、潤滑効果をもたらす
窒化ほう素と遊離カーボンが分散していた。
【００５２】前記実施例より、本発明の反応焼結複合セ
ラミックスはメカニカルシール、フローティングシー
ル、軸受、磁気ヘッドスライダー、歯車、集電部材、往
復運動機構部品等の摺動部材に適していることが分か
る。
ラミックスはメカニカルシール、フローティングシー
ル、軸受、磁気ヘッドスライダー、歯車、集電部材、往
復運動機構部品等の摺動部材に適していることが分か
る。
【００５３】
【発明の効果】本発明の窒化ほう素が均一に分散した反
応焼結複合セラミックスは、従来の反応焼結法では得ら
れなかった低気孔率の緻密な焼結体が得られる。該焼結
体は、摺動部材として優れた摺動特性を有している。ま
た、エンジン、タービンなどの構造用部材をはじめ航
空、宇宙、海洋などの分野へのセラミックスの利用範囲
を拡大するものである。
応焼結複合セラミックスは、従来の反応焼結法では得ら
れなかった低気孔率の緻密な焼結体が得られる。該焼結
体は、摺動部材として優れた摺動特性を有している。ま
た、エンジン、タービンなどの構造用部材をはじめ航
空、宇宙、海洋などの分野へのセラミックスの利用範囲
を拡大するものである。
【図１】焼結体中の窒化ほう素量と気孔率の関係を示す
グラフである。
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−185864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−5976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−277576（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−226767（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/58 - 35/65
Claims (4)
- 【請求項１】 金属ほう化物の粒子またはウイスカー
と、金属粉末とを含む成形体を、窒化性ガス雰囲気中で
前記金属粉末の融点より低温度で加熱した後、 前記成形体を窒化性ガス雰囲気中で 前記金属ほう化物と
窒素とが反応する温度で加熱することを特徴とする反応
焼結複合セラミックスの製法。 - 【請求項２】 前記金属ほう化物はＴｉ、Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ａ，Ｃｒ，ＮｂまたはＨｆの窒化物である請求項１に記
載の反応焼結複合セラミックスの製法。 - 【請求項３】 前記金属窒化物は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌま
たはＣｒの窒化物である請求項１に記載の反応焼結複合
セラミックスの製法。 - 【請求項４】 金属ほう化物の粒子またはウイスカー
と、金属粉末とを含む成形体を、窒化性ガス雰囲気中で
前記金属粉末の融点より低温度で加熱した後、 前記成形体を窒化性ガス雰囲気中で前記金属ほう化物と
窒素とが反応する温度で加熱することにより形成した 反
応焼結複合セラミックスを用いることを特徴とする摺動
部材の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03114435A JP3142892B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 反応焼結複合セラミックスの製法およびそれを用いた摺動部材の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03114435A JP3142892B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 反応焼結複合セラミックスの製法およびそれを用いた摺動部材の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04342471A JPH04342471A (ja) | 1992-11-27 |
| JP3142892B2 true JP3142892B2 (ja) | 2001-03-07 |
Family
ID=14637656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03114435A Expired - Fee Related JP3142892B2 (ja) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | 反応焼結複合セラミックスの製法およびそれを用いた摺動部材の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3142892B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6359921B1 (en) | 1999-08-30 | 2002-03-19 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser element having resonator surface coated with oxygen gettering layer and high thermal conductivity layer |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114195538A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-03-18 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种致密六方氮化硼陶瓷材料的制备方法 |
-
1991
- 1991-05-20 JP JP03114435A patent/JP3142892B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6359921B1 (en) | 1999-08-30 | 2002-03-19 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Semiconductor laser element having resonator surface coated with oxygen gettering layer and high thermal conductivity layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04342471A (ja) | 1992-11-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |