JPH01100065A - 炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法Info
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- JPH01100065A JPH01100065A JP62258106A JP25810687A JPH01100065A JP H01100065 A JPH01100065 A JP H01100065A JP 62258106 A JP62258106 A JP 62258106A JP 25810687 A JP25810687 A JP 25810687A JP H01100065 A JPH01100065 A JP H01100065A
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- 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
- C04B35/584—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 nitride
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
本発明は炭化珪素ウィスカーを用いて強化した窒化珪素
系複合材料に関し、特に高温での強度および耐クリープ
性に優れた窒化珪素質焼結体とその製造方法に関し、セ
ラミックロータやセラミックバルブ等の自動車エンジン
部材やガスタービンロータ等の高温構造部材に広く有用
な複合材料とその製造方法を提供するのである。 （従来の技術） 炭化珪素焼結体や窒化珪素（ＳｉＪ＊）を主成分とする
窒化珪素系焼結体は、原子の結合様式が共有結合を主体
としており、機械的強度、耐酸化性、耐摩耗性、耐衝撃
性、耐食性等の特性に優れているため、特に自動車エン
ジン部品やガスタービンロータ等の高温構造部材や切削
工具材料として実用化が始まっている。 しかしこのような優れた特徴をもっているにもかかわら
ず、金属と比較すると品質安定性や均質性に乏しく、信
顛性の向上や高特性という視点から、窒化珪素系セラミ
ックスに於いても一層の高靭性化が望まれている。 ところで、窒化珪素や炭化珪素はともに共有結合を主体
とした化合物であって難焼結材とされている。従って、
窒化珪素や炭化珪素はそれ単独に焼結させるのではなく
、通常焼結助剤を数％乃至数十％添加することにより、
低融点化合物を形成させ焼結を促進しており、添加した
焼結助剤は粒界のガラス相あるいは結晶相として焼結後
に残存するか、窒化珪素の結晶中に固溶し残存する。 しかしながら、このようにして得られる焼結体は、焼結
助剤として添加したＡ１ｔＯ３＋ＹｚＯ＋＋ＬａｚＯａ
。 ＭｇＯ，Ｃａ（Ｌ希土類元素酸化物などが、前記したよ
うに低融点化合物を形成して焼結を促進せしめるという
利点がある反面、この低融点化合物が原因となり焼結体
の高温における機械的強度が低下するという欠点がある
ことから、焼結助剤の種類の検討やその量を出来るだけ
少なくするなどの検討がなされているが、高温時の機械
的強度低下の欠点は未だ解決されていないのが現状であ
る。 この対策としてセラミックスにＳｉＣウィスカーを複合
化して改良されたセラミックス焼結体を得る各種の試み
が行われている。 例えば特公昭５８−５１９１１号はＳｉ３ＮａとＳｉＣ
ウィスカー混合物のペーストを用いて板状に成形したも
のを積層し、加圧焼結する製造方法であり、粉末状態で
焼結する方法を示唆していない。 特公昭６０−３５３１６号は５ｉｓＮａ中に導電性のあ
る繊維状ＳｉＣを分散させることにより高い電気伝導性
を与え、放電加工可能なＳｉ３Ｎ、焼結体を提供するも
のであるが、ＳｉＣ繊維は１０〜５００μｍ程度の比較
的長繊維のものを均一に分散させる必要のあるところか
ら、混合技術上ＳｉＣ繊維の集塊に留意しなければなら
ず、集塊に基づく焼結不良、延いては信顛性の低下のお
それがあり、かつ又、室温強度、高温強度に一層の改善
が求められるところである。 又、特開昭５９−１０２８６２号は前記した特公昭６０
−３５３１６号の延長線上の発明で、Ｓｉ３Ｎａ中に導
電性のある繊維状ＳｉＣとともに特定の導電性を有する
無機粉末を分散させ、電気伝導性を高めるものであるが
、特公昭６０−３５３１６号同様な問題を有し、特に高
温強度は改善の余地のあるものと考えられる。 特開昭６０−２００８６３号はＳｉＣウィスカーと、４
・族、５・晶化物並びに窒化物を含有し、残りがＳｉ３
Ｎ、からなる組成のセラミックスであって、鉄との親和
性を低下し、鉄との摩擦を生じる用途での摩耗の進行を
防止できるものであるが、高温１２００℃の抗折力は５
０ｋｇ／ｍｍ”内外に留まるために、なお−層の向上が
求められるものである。 特公昭６０−５５４６９号は窒化珪素粉末の分散液と繊
維状炭化珪素結晶の分散液とを、それぞれフィルターを
通過させた後、前者に対し後者が５〜５０重量％となる
ように混合し、成形、焼結する方法であり、粉末を成形
焼結するのに比して手数がかかり面倒である。 特開昭６０−２４６２６８号および特開昭６１−２９１
４６３号はサイアロン系母材に ＳｉＣウィスカー等を
加えたもので前者はβ−サイアロン、後者はグーサイア
ロンであり窒化珪素系母材にＳｉＣウィスカーを加えた
焼結体に関するものではない。 （発明が解決すべき問題点） 上記の如（Ｓｉ３Ｎ４系のセラミックスにＳｉＣウィス
カーを分散した複合材は未だ十分に実用化できるまでに
至らず、なお−層の高靭性化が期待されるとともに１０
００℃以上の高温下での使用にはいまだ不十分なもので
あった。即ち、上記においてサイアロン基セラミックは
高靭性であるものの、１０００℃以上の高温では強度劣
化や耐酸化性が悪く、又窒化珪素（サイアロンを除く）
基セラミックは高温特性がサイアロン基セラミックに比
べて優れているものの靭性が低い等高温構造材料として
使用するには問題があった。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らはこの点について鋭意検討の結果窒化珪素質
焼結体の高温時における機械的特性が、その結晶相、粒
界相の形態によることが大きく、特に靭性や高温におけ
る強度を高めるには特定のＳｉＣウィスカーが焼結体の
中で相当の長さを有したま＼、均一に分散することと、
Ｓｉ３Ｎ４中のα−Ｓｉ３Ｎｎの割合即ちα率がある値
以下である場合に好ましい特性の焼結体が得られるとの
知見に基いたものであり、その概要は以下のとおりであ
る。 即ち第１の発明は平均長さ５〜３０μｍのＳｉＣウィス
カー５〜４０重量％、希土類元素酸化物の１種以上５〜
３０重量％、残部が窒化珪素からなる配合組成物を成形
し焼結された窒化珪素質焼結体であって、焼結後のＳｉ
Ｊｍのα率が４０重重量以下であることを特徴とする炭
化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体にして、第２の
発明は上記焼結体を製造するために平均長さが３０μｍ
以下のＳｉＣウィスカー５〜４０重量％と、希土類元素
酸化物の１種以上の粉末５〜３０重量％、残部がα率９
０重量％以上の５ｉｓＮａ粉末とを該ＳｉＣウィスカー
の平均長さが５〜３０μｍの範囲で均一に分散するよう
に粉砕混合し成形した後、非酸化性雰囲気下で１６５０
〜１８５０℃の温度で、ＳｉＪ、の冴率が４０重量％以
下になるまで焼結することを特徴とする炭化珪素ウィス
カー強化窒化珪素質焼結体の製造方法である。なお成形
焼結にあたっては所定の配合ｑ組成物を必要に応じ金型
成形、静水圧成形および射出成形した後還元または不活
性ガス雰囲気中でホットプレス、常圧焼結、ガス圧焼結
及び熱間静水圧焼結することによって行うことができる
。 なお本発明で用いられるＳｉＣウィスカーはそれ自体常
温から高温まで硬度や強度が高（、焼結後もウィスカー
の形状のままで組織内に均一に分散していることよって
セラミックスの高温強度を向上し、破壊靭性を大きくし
、かつ、硬くするものである。 本発明で用いられる出発原料としてのＳｉＣウィスカー
としては平均直径０．２〜５μｍ１平均長さ５〜３０μ
ｍでアスペクト比２〜１５０のものが望ましい。又、こ
のウィスカーは、Ａ １ ＊ Ｃａ 、 Ｍｇ＋Ｎｉ
＋ Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏｏ Ｃｒ等のカチオン不純
物やＳｉ０ｇ含有量が １．０重量％以下で、クビレや
枝分れおよび面欠陥等が少ないヒゲ状結晶のものが高靭
性の緻密な焼結体を得る上で好ましい。 ＳｉＣウィスカーの添加量を５〜４０重量％とする理由
は、ＳｉＣウィスカーが５重量％より少ない場合はセラ
ミック焼結体にウィスカー添加の効果が殆どないため、
強度、靭性の向上が見られず、逆に４０重量％を越える
場合はウィスカーの異方性によって均一分散性が低下し
焼結性も著しく低下するためであり、より好ましくは１
０〜３０重量％添加するのがよい、なお、本発明で使用
するＳｉＣウィスカーは焼結後もウィスカー形状で焼結
体中に残留するものである。 又ＳｉＣウィスカーは粉砕、混合、成形、焼結後も平均
長さが５〜３０μｍであることが必要であり、その理由
は、平均長さが５μｍより短い場合はウィスカーの添加
効果が見られず、強度や靭性の向上が認められないため
であり、３０μｍより長い場合は、焼結性の低下やウィ
スカー同士の凝集が著しくなり、焼結体中に生成する凝
集部分が欠陥となって強度の低下をもたらすためであり
、更に好ましくは５〜２０μ−であることがより高靭性
、高° 強度を保持する点で好ましい。 希土類元素の酸化物は焼結助剤として働くとともに、焼
結体中でガラス相を形成し、緻密体を構成する添加量は
５〜３０重量％である。 希土類元素の酸化物が５重量％未満では生成するガラス
相（液相）が少な過ぎるため、焼結助剤としての効果が
なく緻密化されず、又、３０重量％を超える場合は過度
に窒化珪素が粒成長して却って焼結性が阻害され強度劣
化を招いたり、ガラス相の生成量の増大に伴い、高温で
の機械的強度や耐酸化性等の高温特性が劣化するため上
記範囲が好ましい、より好ましくは１０〜２５重量％で
ある。 焼結体中の５ｉｓＮａのα率を４０重量％以下とする理
由は、α率が４０重量％より多い焼結体は強度や靭性が
低い為であり、高強度、高靭性な焼結体を得るためには
α率が４０重量％以下が好ましく、更に好ましくはα率
が２０重重景以下の焼結体である。 （実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 平均粒径０．Ｂｔｔｍ ｅｘ率９０重量％の５ｉｘＮ
ａ粉末６４重景％と、平均粒径１．２．ｃｒｍのＹｚＯ
ｚ粉末６．４重量％と、平均粒径２μｍｍのＬａｚ０３
粉末９．６重量％に、平均直径０．５μｍで平均長さの
異なる市販のＳｉＣウィスカー２０重量％を加え、エタ
ノール溶媒中でスターラーで攪拌しながら１時間超音波
照射して混合した後、乾燥し、造粒して素地粉末を得た
。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度１８００℃。 圧力２００ｋｇ／ａＪ、 １時間ホットプレスし焼結
体を得た。 得られた焼結体は４ ｗ Ｘ ３ ｖｎｒ ｘ ４ Ｑ
Ｈの寸法の試験片に研磨加工した後、密度およびＪＩ
Ｓ−Ｒ１６０１により抗折強度を測定した。 また、焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察すること
により、すべての配合組成物において添加したＳｉＣウ
ィスカーは配合時の形状が変わることなく存在している
ことを確認した。一方得られ・た焼結体のＸ線回折や、
化学分析及びカーボン定７量を行うことによりＳｉＣウ
ィスカーは殆ど配合組成のまま存在していることも確認
した。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第１表に示す
が、添加するＳｉＣウィスカーの平均長さが３０μｍよ
り長いとウィスカー同士の凝集が著しくなり焼結体中で
の均一分散性が悪化して焼結性の低下および凝集部分が
欠陥となるため強度の低下を招くことが判った。また第
１表には得られた焼結体の比抵抗を測定した結果も併記
した。 実施例２ 平均長さ３０μｍのＳｉＣウィスカーをあらかじめ粉砕
して、平均長さを第２表に示す様に変えたウィスカーを
用いる以外は実施例１と同様にして素地粉末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度１８００℃。 ２００ ｋｇ ／ ａＪの圧力で、１時間ホットプレス
して十分に緻密な焼結体を得た。 得られた焼結体については実施例１と同様にして抗折強
度を測定し、さらに押し込み荷重３０ｋｇでのインデン
ティジョン・マイクロッラフチャー法（１Ｍ法）により
破壊靭性値を測定した。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第３表に示す
が、得られた焼結体中に分散して存在するウィスカーの
平均長さは５μｍ以上でないとその添加効果はなく、強
度および破壊靭性は向上しないことが判った。 実施例１および２の結果より焼結体に存在すべきウィス
カーの平均長さは５〜３０μｍの範囲でなければその添
加効果がないことが判る。 実施例３ 平均長さ３０μｍのＳｉＣウィス・カーと、平均粒径０
．６μｍのＳｉ３Ｎ４粉末と、平均粒径２μｍ以下の
ＹｚＯｘ 、 Ｌａｇ’ｓ 、 ＣｅＯ，％ｄｌＯｘ
、 ＳｍｚＯｚから選ばれた１種以上の希土類元素酸
化物及び比較実験として平均粒径１μｍのα−＾１２０
３と平均粒径０．５μｍのＡｌ１Ｎを第４表に示す様な
組成に配合したものを各々エタノール溶媒中で１６時間
ボールミルで粉砕し混合した後、乾燥、造粒して素地粉
末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で第４表に示すような焼結
条件でホットプレスして焼結体を得た。 得られた焼結体は実施例２と同様にして室温での抗折強
度と破壊靭性値を測定した。さらに、１３００℃大気中
における抗折強度と１３００℃大気中で１００時間酸化
させた時の重量変化から耐酸化性を評価した。また焼結
体中のα−５ｉ３Ｌ含有量については便宜的にＸ線回折
による回折ピーク高さ（α相ピーク高さＩα、β相ビー
ク高さＩβ）から以下の式によって求めた。 Ｉα（１６り＋Ｉα（冨Ｉｌ＋）
系複合材料に関し、特に高温での強度および耐クリープ
性に優れた窒化珪素質焼結体とその製造方法に関し、セ
ラミックロータやセラミックバルブ等の自動車エンジン
部材やガスタービンロータ等の高温構造部材に広く有用
な複合材料とその製造方法を提供するのである。 （従来の技術） 炭化珪素焼結体や窒化珪素（ＳｉＪ＊）を主成分とする
窒化珪素系焼結体は、原子の結合様式が共有結合を主体
としており、機械的強度、耐酸化性、耐摩耗性、耐衝撃
性、耐食性等の特性に優れているため、特に自動車エン
ジン部品やガスタービンロータ等の高温構造部材や切削
工具材料として実用化が始まっている。 しかしこのような優れた特徴をもっているにもかかわら
ず、金属と比較すると品質安定性や均質性に乏しく、信
顛性の向上や高特性という視点から、窒化珪素系セラミ
ックスに於いても一層の高靭性化が望まれている。 ところで、窒化珪素や炭化珪素はともに共有結合を主体
とした化合物であって難焼結材とされている。従って、
窒化珪素や炭化珪素はそれ単独に焼結させるのではなく
、通常焼結助剤を数％乃至数十％添加することにより、
低融点化合物を形成させ焼結を促進しており、添加した
焼結助剤は粒界のガラス相あるいは結晶相として焼結後
に残存するか、窒化珪素の結晶中に固溶し残存する。 しかしながら、このようにして得られる焼結体は、焼結
助剤として添加したＡ１ｔＯ３＋ＹｚＯ＋＋ＬａｚＯａ
。 ＭｇＯ，Ｃａ（Ｌ希土類元素酸化物などが、前記したよ
うに低融点化合物を形成して焼結を促進せしめるという
利点がある反面、この低融点化合物が原因となり焼結体
の高温における機械的強度が低下するという欠点がある
ことから、焼結助剤の種類の検討やその量を出来るだけ
少なくするなどの検討がなされているが、高温時の機械
的強度低下の欠点は未だ解決されていないのが現状であ
る。 この対策としてセラミックスにＳｉＣウィスカーを複合
化して改良されたセラミックス焼結体を得る各種の試み
が行われている。 例えば特公昭５８−５１９１１号はＳｉ３ＮａとＳｉＣ
ウィスカー混合物のペーストを用いて板状に成形したも
のを積層し、加圧焼結する製造方法であり、粉末状態で
焼結する方法を示唆していない。 特公昭６０−３５３１６号は５ｉｓＮａ中に導電性のあ
る繊維状ＳｉＣを分散させることにより高い電気伝導性
を与え、放電加工可能なＳｉ３Ｎ、焼結体を提供するも
のであるが、ＳｉＣ繊維は１０〜５００μｍ程度の比較
的長繊維のものを均一に分散させる必要のあるところか
ら、混合技術上ＳｉＣ繊維の集塊に留意しなければなら
ず、集塊に基づく焼結不良、延いては信顛性の低下のお
それがあり、かつ又、室温強度、高温強度に一層の改善
が求められるところである。 又、特開昭５９−１０２８６２号は前記した特公昭６０
−３５３１６号の延長線上の発明で、Ｓｉ３Ｎａ中に導
電性のある繊維状ＳｉＣとともに特定の導電性を有する
無機粉末を分散させ、電気伝導性を高めるものであるが
、特公昭６０−３５３１６号同様な問題を有し、特に高
温強度は改善の余地のあるものと考えられる。 特開昭６０−２００８６３号はＳｉＣウィスカーと、４
・族、５・晶化物並びに窒化物を含有し、残りがＳｉ３
Ｎ、からなる組成のセラミックスであって、鉄との親和
性を低下し、鉄との摩擦を生じる用途での摩耗の進行を
防止できるものであるが、高温１２００℃の抗折力は５
０ｋｇ／ｍｍ”内外に留まるために、なお−層の向上が
求められるものである。 特公昭６０−５５４６９号は窒化珪素粉末の分散液と繊
維状炭化珪素結晶の分散液とを、それぞれフィルターを
通過させた後、前者に対し後者が５〜５０重量％となる
ように混合し、成形、焼結する方法であり、粉末を成形
焼結するのに比して手数がかかり面倒である。 特開昭６０−２４６２６８号および特開昭６１−２９１
４６３号はサイアロン系母材に ＳｉＣウィスカー等を
加えたもので前者はβ−サイアロン、後者はグーサイア
ロンであり窒化珪素系母材にＳｉＣウィスカーを加えた
焼結体に関するものではない。 （発明が解決すべき問題点） 上記の如（Ｓｉ３Ｎ４系のセラミックスにＳｉＣウィス
カーを分散した複合材は未だ十分に実用化できるまでに
至らず、なお−層の高靭性化が期待されるとともに１０
００℃以上の高温下での使用にはいまだ不十分なもので
あった。即ち、上記においてサイアロン基セラミックは
高靭性であるものの、１０００℃以上の高温では強度劣
化や耐酸化性が悪く、又窒化珪素（サイアロンを除く）
基セラミックは高温特性がサイアロン基セラミックに比
べて優れているものの靭性が低い等高温構造材料として
使用するには問題があった。 （問題点を解決するための手段） 本発明者らはこの点について鋭意検討の結果窒化珪素質
焼結体の高温時における機械的特性が、その結晶相、粒
界相の形態によることが大きく、特に靭性や高温におけ
る強度を高めるには特定のＳｉＣウィスカーが焼結体の
中で相当の長さを有したま＼、均一に分散することと、
Ｓｉ３Ｎ４中のα−Ｓｉ３Ｎｎの割合即ちα率がある値
以下である場合に好ましい特性の焼結体が得られるとの
知見に基いたものであり、その概要は以下のとおりであ
る。 即ち第１の発明は平均長さ５〜３０μｍのＳｉＣウィス
カー５〜４０重量％、希土類元素酸化物の１種以上５〜
３０重量％、残部が窒化珪素からなる配合組成物を成形
し焼結された窒化珪素質焼結体であって、焼結後のＳｉ
Ｊｍのα率が４０重重量以下であることを特徴とする炭
化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体にして、第２の
発明は上記焼結体を製造するために平均長さが３０μｍ
以下のＳｉＣウィスカー５〜４０重量％と、希土類元素
酸化物の１種以上の粉末５〜３０重量％、残部がα率９
０重量％以上の５ｉｓＮａ粉末とを該ＳｉＣウィスカー
の平均長さが５〜３０μｍの範囲で均一に分散するよう
に粉砕混合し成形した後、非酸化性雰囲気下で１６５０
〜１８５０℃の温度で、ＳｉＪ、の冴率が４０重量％以
下になるまで焼結することを特徴とする炭化珪素ウィス
カー強化窒化珪素質焼結体の製造方法である。なお成形
焼結にあたっては所定の配合ｑ組成物を必要に応じ金型
成形、静水圧成形および射出成形した後還元または不活
性ガス雰囲気中でホットプレス、常圧焼結、ガス圧焼結
及び熱間静水圧焼結することによって行うことができる
。 なお本発明で用いられるＳｉＣウィスカーはそれ自体常
温から高温まで硬度や強度が高（、焼結後もウィスカー
の形状のままで組織内に均一に分散していることよって
セラミックスの高温強度を向上し、破壊靭性を大きくし
、かつ、硬くするものである。 本発明で用いられる出発原料としてのＳｉＣウィスカー
としては平均直径０．２〜５μｍ１平均長さ５〜３０μ
ｍでアスペクト比２〜１５０のものが望ましい。又、こ
のウィスカーは、Ａ １ ＊ Ｃａ 、 Ｍｇ＋Ｎｉ
＋ Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏｏ Ｃｒ等のカチオン不純
物やＳｉ０ｇ含有量が １．０重量％以下で、クビレや
枝分れおよび面欠陥等が少ないヒゲ状結晶のものが高靭
性の緻密な焼結体を得る上で好ましい。 ＳｉＣウィスカーの添加量を５〜４０重量％とする理由
は、ＳｉＣウィスカーが５重量％より少ない場合はセラ
ミック焼結体にウィスカー添加の効果が殆どないため、
強度、靭性の向上が見られず、逆に４０重量％を越える
場合はウィスカーの異方性によって均一分散性が低下し
焼結性も著しく低下するためであり、より好ましくは１
０〜３０重量％添加するのがよい、なお、本発明で使用
するＳｉＣウィスカーは焼結後もウィスカー形状で焼結
体中に残留するものである。 又ＳｉＣウィスカーは粉砕、混合、成形、焼結後も平均
長さが５〜３０μｍであることが必要であり、その理由
は、平均長さが５μｍより短い場合はウィスカーの添加
効果が見られず、強度や靭性の向上が認められないため
であり、３０μｍより長い場合は、焼結性の低下やウィ
スカー同士の凝集が著しくなり、焼結体中に生成する凝
集部分が欠陥となって強度の低下をもたらすためであり
、更に好ましくは５〜２０μ−であることがより高靭性
、高° 強度を保持する点で好ましい。 希土類元素の酸化物は焼結助剤として働くとともに、焼
結体中でガラス相を形成し、緻密体を構成する添加量は
５〜３０重量％である。 希土類元素の酸化物が５重量％未満では生成するガラス
相（液相）が少な過ぎるため、焼結助剤としての効果が
なく緻密化されず、又、３０重量％を超える場合は過度
に窒化珪素が粒成長して却って焼結性が阻害され強度劣
化を招いたり、ガラス相の生成量の増大に伴い、高温で
の機械的強度や耐酸化性等の高温特性が劣化するため上
記範囲が好ましい、より好ましくは１０〜２５重量％で
ある。 焼結体中の５ｉｓＮａのα率を４０重量％以下とする理
由は、α率が４０重量％より多い焼結体は強度や靭性が
低い為であり、高強度、高靭性な焼結体を得るためには
α率が４０重量％以下が好ましく、更に好ましくはα率
が２０重重景以下の焼結体である。 （実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。 実施例１ 平均粒径０．Ｂｔｔｍ ｅｘ率９０重量％の５ｉｘＮ
ａ粉末６４重景％と、平均粒径１．２．ｃｒｍのＹｚＯ
ｚ粉末６．４重量％と、平均粒径２μｍｍのＬａｚ０３
粉末９．６重量％に、平均直径０．５μｍで平均長さの
異なる市販のＳｉＣウィスカー２０重量％を加え、エタ
ノール溶媒中でスターラーで攪拌しながら１時間超音波
照射して混合した後、乾燥し、造粒して素地粉末を得た
。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度１８００℃。 圧力２００ｋｇ／ａＪ、 １時間ホットプレスし焼結
体を得た。 得られた焼結体は４ ｗ Ｘ ３ ｖｎｒ ｘ ４ Ｑ
Ｈの寸法の試験片に研磨加工した後、密度およびＪＩ
Ｓ−Ｒ１６０１により抗折強度を測定した。 また、焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察すること
により、すべての配合組成物において添加したＳｉＣウ
ィスカーは配合時の形状が変わることなく存在している
ことを確認した。一方得られ・た焼結体のＸ線回折や、
化学分析及びカーボン定７量を行うことによりＳｉＣウ
ィスカーは殆ど配合組成のまま存在していることも確認
した。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第１表に示す
が、添加するＳｉＣウィスカーの平均長さが３０μｍよ
り長いとウィスカー同士の凝集が著しくなり焼結体中で
の均一分散性が悪化して焼結性の低下および凝集部分が
欠陥となるため強度の低下を招くことが判った。また第
１表には得られた焼結体の比抵抗を測定した結果も併記
した。 実施例２ 平均長さ３０μｍのＳｉＣウィスカーをあらかじめ粉砕
して、平均長さを第２表に示す様に変えたウィスカーを
用いる以外は実施例１と同様にして素地粉末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で焼結温度１８００℃。 ２００ ｋｇ ／ ａＪの圧力で、１時間ホットプレス
して十分に緻密な焼結体を得た。 得られた焼結体については実施例１と同様にして抗折強
度を測定し、さらに押し込み荷重３０ｋｇでのインデン
ティジョン・マイクロッラフチャー法（１Ｍ法）により
破壊靭性値を測定した。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第３表に示す
が、得られた焼結体中に分散して存在するウィスカーの
平均長さは５μｍ以上でないとその添加効果はなく、強
度および破壊靭性は向上しないことが判った。 実施例１および２の結果より焼結体に存在すべきウィス
カーの平均長さは５〜３０μｍの範囲でなければその添
加効果がないことが判る。 実施例３ 平均長さ３０μｍのＳｉＣウィス・カーと、平均粒径０
．６μｍのＳｉ３Ｎ４粉末と、平均粒径２μｍ以下の
ＹｚＯｘ 、 Ｌａｇ’ｓ 、 ＣｅＯ，％ｄｌＯｘ
、 ＳｍｚＯｚから選ばれた１種以上の希土類元素酸
化物及び比較実験として平均粒径１μｍのα−＾１２０
３と平均粒径０．５μｍのＡｌ１Ｎを第４表に示す様な
組成に配合したものを各々エタノール溶媒中で１６時間
ボールミルで粉砕し混合した後、乾燥、造粒して素地粉
末を得た。 次にこの素地粉末を黒鉛型中で第４表に示すような焼結
条件でホットプレスして焼結体を得た。 得られた焼結体は実施例２と同様にして室温での抗折強
度と破壊靭性値を測定した。さらに、１３００℃大気中
における抗折強度と１３００℃大気中で１００時間酸化
させた時の重量変化から耐酸化性を評価した。また焼結
体中のα−５ｉ３Ｌ含有量については便宜的にＸ線回折
による回折ピーク高さ（α相ピーク高さＩα、β相ビー
ク高さＩβ）から以下の式によって求めた。 Ｉα（１６り＋Ｉα（冨Ｉｌ＋）
【名工試：鈴木、菅野； Ｓｉ３Ｎ、中のα分率簡易定
量法（窯業製会誌；９２ （８）１９８４）参照】また
得られた焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察した結
果、すべての焼結体中に存在するＳｉＣウィスカーの平
均長さは５〜１５μｍであることが判った。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第４表に示す
が、これらの結果から焼結体中のα−５ｉ３Ｎ４が４０
重量％以下でＳｉＣウィスカーを５〜４０重量％含有し
た炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体は靭性が高
く、かつ１３００℃の高温においてもサイアロンを母材
とする焼結体に比べて強度や耐酸化性に優れた材料であ
り、高温構造材料として十分に満足できる特性を有して
いることが判った。 第１表 （発明の効果） 本発明は前記実施例の内容から明らかなとおり抗折強度
（常温、高温）、破壊靭性および耐酸化性、硬度などの
特性に優れた焼結体とその製造方法を提供するものであ
り、自動車エンジン部材や高温構造部材に広く有用な材
料を提供するものである。
量法（窯業製会誌；９２ （８）１９８４）参照】また
得られた焼結体を鏡面研磨し、光学顕微鏡で観察した結
果、すべての焼結体中に存在するＳｉＣウィスカーの平
均長さは５〜１５μｍであることが判った。 本実施例によって得られた焼結体の結果を第４表に示す
が、これらの結果から焼結体中のα−５ｉ３Ｎ４が４０
重量％以下でＳｉＣウィスカーを５〜４０重量％含有し
た炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体は靭性が高
く、かつ１３００℃の高温においてもサイアロンを母材
とする焼結体に比べて強度や耐酸化性に優れた材料であ
り、高温構造材料として十分に満足できる特性を有して
いることが判った。 第１表 （発明の効果） 本発明は前記実施例の内容から明らかなとおり抗折強度
（常温、高温）、破壊靭性および耐酸化性、硬度などの
特性に優れた焼結体とその製造方法を提供するものであ
り、自動車エンジン部材や高温構造部材に広く有用な材
料を提供するものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）平均長さ５〜３０μｍのＳｉＣウィスカー５〜４０
重量％と、希土類元素酸化物の１種以上５〜３０重量％
と、残部が窒化珪素とからなる配合組成物を成形し焼結
された窒化珪素質焼結体であって、焼結体中のＳｉ＿３
Ｎ＿４のα率が４０重量％以下であることを特徴とする
炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体。 ２）平均長さ５〜２０μｍのＳｉＣウィスカーが１０〜
３０重量％であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体。 ３）希土類元素酸化物の１種以上が１０〜２５重量％で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体。 ４）焼結体中のＳｉ＿３Ｎ＿４のα率が２０重量％以下
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
３項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体。 ５）平均長さが３０μｍ以下のＳｉＣウィスカー５〜４
０重量％と、希土類元素酸化物の１種以上の粉末５〜３
０重量％と、残部がα率９０重量％以上のＳｉ＿３Ｎ＿
４粉末とを、該ＳｉＣウィスカーの平均長さが５〜３０
μｍの範囲で均一に分散するまで粉砕混合し、成形した
後、非酸化性雰囲気下で１６５０℃〜１８５０℃の温度
でＳｉ＿３Ｎ＿４のα率が４０重量％以下になるまで焼
結することを特徴とする炭化珪素ウィスカー強化窒化珪
素質焼結体の製造方法。 ６）平均長さが３０μｍ以下のＳｉＣウィスカー１０〜
３０重量％と、希土類元素酸化物の１種以上の粉末１０
〜２５重量％と、残部がα率９０重量％以上のＳｉ＿３
Ｎ＿４粉末とを、該ＳｉＣウィスカーの平均長さが５〜
２０μｍの範囲で均一に分散するまで粉砕混合すること
を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の炭化珪素ウィ
スカー強化窒化珪素質焼結体の製造方法。 ７）焼結体中のＳｉ＿３Ｎ＿４のα率が２０重量％以下
になるまで焼結することを特徴とする特許請求の範囲第
５項または第６項記載の炭化珪素ウィスカー強化窒化珪
素質焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62258106A JP2613402B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 炭化珪素ウィスカー強化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 |
|---|---|---|---|
| JP62258106A JP2613402B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01100065A true JPH01100065A (ja) | 1989-04-18 |
| JP2613402B2 JP2613402B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=17315583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62258106A Expired - Lifetime JP2613402B2 (ja) | 1987-10-13 | 1987-10-13 | 炭化珪素ウィスカー強化窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2613402B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61289054A (ja) * | 1985-05-10 | 1986-12-19 | ドラゴコ・ゲルベルデインク・アンド・コムパニ−・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | ３，５，５―トリナチル―４―（２―ブテン―１―イリデン）―２―シクロヘキセン―１―オンとの混合物の形で４，４，７―トリナチル―３，４，７，８―テトラヒドロ―２（６ｈ）―ナフタレン―オンを製造する方法 |
-
1987
- 1987-10-13 JP JP62258106A patent/JP2613402B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61289054A (ja) * | 1985-05-10 | 1986-12-19 | ドラゴコ・ゲルベルデインク・アンド・コムパニ−・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング | ３，５，５―トリナチル―４―（２―ブテン―１―イリデン）―２―シクロヘキセン―１―オンとの混合物の形で４，４，７―トリナチル―３，４，７，８―テトラヒドロ―２（６ｈ）―ナフタレン―オンを製造する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2613402B2 (ja) | 1997-05-28 |
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