JPH0116792B2

JPH0116792B2 -

Info

Publication number: JPH0116792B2
Application number: JP59053738A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nishigaki; Tatsuro Yasujima; Akio Nishama; Jiro Kotani
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1984-03-21
Publication date: 1989-03-27
Also published as: JPS60200863A

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、ロツカーアームチツプ、ノズル
類、ダイス等の耐摩部品あるいは切削用チツプに
適した窒化珪素基セラミツクスに関する。現在、窒化珪素基セラミツクスとして、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
ミツクスは、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
ラミツクスは、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ツクスの鉄との
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Ti
の窒化物の添加が有効であることがわかつてい
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ツクスは、こ
の出願前に公知である。上記窒化物は窒化珪素基
セラミツクス原料に添加した時、得られたセラミ
ツ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種類の公知セラミツクスにお
いては、焼結助剤が窒化珪素及びその表面の
SiO₂と反応しＹ−Si−Ｏ−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、それよりも高温では粒界
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つた。したがつて、この発明の目的は高温（特に、
1000℃よりも高温）強度が向上し、しかも、高温
（特に、1000℃よりも高温）における硬さが優れ
た窒化珪素基セラミツ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、特定のウイスカ
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
あり、 SiC、Si₃N₄、B₄C及びTiB₂からなる群から選
ばれたウイスカーの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％、 Y₂O₃：１〜10％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ツクスであ
る。以下、この発明の構成を説明する。 (a) SiC、Si₃N₄、B₄C、TiB₂のウイスカーこれらのウイ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
いてウイ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つて、外部応力が
加わつた場合強力なストツパーの役割を果すの
で、窒化珪素基セラミツ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。これらウイスカーの平均直径は通常0.1〜5μ
ｍであるが、0.5〜1.5μｍ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ツクス
が得られる。このウイスカーの添加量が１％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％を越えると、焼結性が低下し常温強度
が低くなり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Hfからな
る群を、又、5a族とはＶ、Nb及びTaからなる
群を指す。したがつて、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種以上
とは、Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb及びTaの炭化物
（以下、それぞれTiC、ZrC、HfC、VC、NbC
及びTaC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、
ZrN、HfN、VN、NbN及びTaN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％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
なり過ぎ、窒化珪素の持つ優れた高温強度及び
耐熱衝撃性が低下するために、その添加量を１
〜30％とした。 (c) Y₂O₃ 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ツクスの製
造方法について述べる。まず、ウイ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。市販のウイスカーを湿式で60メツシユ篩いを通
し、ウイ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
分けしたウイ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
中でホツトプレスすることにより行なう。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
レスを行なつてもよい。以下、実施例を比較例とともに示すことによ
り、本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0.6μｍのSi₃N₄粉末、平
均粒径1.2μｍのY₂O₃粉末、いずれも粒径が１〜
1.5μｍの4a、5a族の炭化物、窒化物、平均直径
1.5μｍ、平均長さ15μｍのウイスカーを用いた。ウイスカーだけを前もつてエタノールに浸漬し
て、軽く撹拌後、60メツシユの篩いを通した後、
減圧乾燥した。一方、ウイ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
間ボールミルにより混合した。この混合スラリー
をエタノールで稀釈し、それに篩分けしたウイス
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、1t／cm²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℃、1500
Kg／cm²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
ツ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ツクス及び比較セラミツ
クス並びにウイ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ツクスについて、それぞれ
常温及び1200℃におけるビツ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150mm×長さ400mmのFC25

【表】

【表】の角材。切削方法：フライス切削。直径160mmのDNのカ
ツターに窒化珪素基セラミツクス製のチツプを
１枚つけた工具を用い、カツター中心と被削材
の幅の中心が一致するようにして切削。切削速度 300ｍ／分切込み２mm 一刃当りの送り 0.17mm／刃切削時間 60分第１表からも明らかなように、この発明のセラ
ミツクスは、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、この発明のセラミツクスは切削用チツプ
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。

Claims

【特許請求の範囲】１ SiC、Si₃N₄、B₄C及びTiB₂からなる群から
選ばれたウイスカーの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％、 Y₂O₃：１〜10％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ツクス。