JPH03199166A

JPH03199166A - 窒化珪素質焼結体の製法

Info

Publication number: JPH03199166A
Application number: JP1343681A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yokoyama; 清横山; Hitoshi Matsunosako; 等松之迫
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1991-08-30

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】（産業上の利用分野）本発明は、高い靭性を有する窒化珪素質焼結体に関する
もので、詳細には工具をはじめ各種の機械部品、構造用
部品に好適な材料に関する。

（従来技術）窒化珪素質焼結体は、従来からその強度、硬度および熱
的化学的安定性に優れることから各種の機械的部品等へ
の応用が進められている。

しかしながら、窒化珪素質焼結体は抗折強度に優れるも
のの靭性が低いという問題があった。

そこで従来からこの窒化珪素質焼結体の靭性値をより高
め、その利用分野をさらに拡大しようとする試みがなさ
れている。

窒化珪素質焼結体の高靭性化にあたり、Ｌａｎｇｅ等は
、−次原料中のα−５ｉ、Ｎ４が多いほど破壊靭性値が
高くなることを報告している（Ａｍ　、　Ｃｅｒａｍ　
。

Ｓｏｃ、Ｂｕｌｌ、、６２，１３６９．１９８３）　ｏ
また、Ｆａｂｅｒ等は窒化珪素の結晶粒子のアスペクト
比が大きい程靭性値が高くなることを報告している（Ａ
ｃｔａ、Ｍｅｔａｌｌ、。

３１．５６５−５７６．５７７−５８４．１９８３）。

また、他の方法として窒化珪素に周期律表第ＴＶａ。

Ｖａ、　ＶＩａ族の炭化物、珪化物あるいは硼化物等の
硬質粒子を焼結体中に分散させ、硬質粒子によってクラ
ックを偏向させようとする方法、あるいはウィスカー等
の繊維状物質を配合する方法等が採用されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、窒化珪素粒子自体の針状化によって高靭
性化する方法では、靭性の向上効果にも限度があり、ま
た硬質粒子分散系や繊維状物質分散系においてもまった
く配合しないものに比較して確かに靭性の向上は認めら
れるものの、焼結体中に均一分散させることが難しく、
成形性や焼結性なども低下するため、靭性値が変動しや
すく硬質粒子の本来の添加効果が充分に発揮されていな
いという問題があった。

（問題点を解決するための手段）本発明者は、上記問題点に対し研究を重ねた結果、原料
として窒化珪素を除く周期律表第１Ｖａ、Ｖａ、Ｖｉａ
族元素やその他の金属の窒化物、炭化物、硼化物、珪化
物から選ばれる特定の量で含有し、且つβ化率が比較的
大きい窒化珪素原料粉末を用い、これにＹ２Ｏ３や希土
類元素酸化物を焼結助剤として混合し、これを成形、焼
成することにより、分散性、成形性、焼結性が顕著に改
善され、高い靭性値を有する焼結体が得られることを知
見した。

即ち、本発明は、周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金
属元素、Ｓｉ、ＡＩ、Ｂの窒化物、炭化物、珪化物、硼
化物から選ばれる少なくとも１種（但し、Ｓｉ、Ｎ４は
除く）を０．０１〜５重量％の割合で含有し、且つβ化
率が３０〜７０重量％の窒化珪素粉末にＹ２Ｏ３あるい
は希土類元素酸化物を０．１〜２０重量％の割合で添加
混合し、該混合物を成形後、非酸化性雰囲気中で焼成す
ることを特徴とするものである。

以下、本発明を詳述する。

本発明の製造方法は、原則として窒化珪素粉末ならびに
焼結助剤として少なくともＹ２Ｏ３ならびに希土類元素
酸化物粉末を用いるものであるが、本発明によれば、窒
化珪素原料粉末として周期律表第ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ
族金属元素、Ｓｉ、ＡＩ、Ｂの窒化物、炭化物、珪化物
、硼化物から選ばれる少なくとも１種（但し、Ｓｉ、Ｎ
４は除く）の硬質化合物を０．０１〜５重量％の割合で
含有する粉末を用いることを大きな特徴とするもので、
これらの硬質化合物が窒化珪素粉末個々に含有されるた
めに従来から問題とされた硬質粒子の系への分散不良が
改善される。また、この窒化珪素粉末は、そのβ化率、
即ちβ／（α＋β）が３０〜７０重量％であることも重
要である。従来から用いられていた窒化珪素粉末の殆ど
が高α含有率のものであるのに対し、高β含有の窒化珪
素粉末を用いることによりこれら硬質化合物を含有する
系の焼結性を大きく改善できる。

このような粉末は、例えば、Ｓｉ粉末に前記硬質化合物
を添加混合した混合粉末を窒素雰囲気で熱処理し、Ｓｉ
を直接窒化することにより容易に製造することができる
。なお、窒化珪素のβ化率は熱処理時の温度で任意の量
に調整できる。

本発明に用いられる具体的な硬質粒子としてはＴｉＮ、
ＢＮ、ＡＩＮ等の窒化物、Ｔｉｃ、ＺｒＣ，ＴａＣ，Ｖ
Ｃ，ＮｂＣ，ＷＣ。

Ｍｏ、Ｃ，Ｂ４Ｃ等の炭化物、ＺｒＳｉ、、ＴａＳｉ、
、ＷＳｉ、、ＭｏＳｉ、等の珪化物、ＺｒＢ、等の硼化
物等が挙げられるが、特にＺｒＢｚ、Ｚｒ５ｉｚ、Ｚｒ
Ｃが特に望ましい。

なお、窒化珪素粉末において前記硬質化合物の含有量を
上記の量に限定したのは、０．０１重量％未満では本発
明の目的である靭性の向上効果が得られず、５重量％を
越えると焼結性が大きく低下する。またβ化率を上記の
範囲に設定したのは、３０重量％を下回ると焼結性が低
下し、７０重量％を越えると室温強度が低下するためで
ある。

上記の窒化珪素粉末に添加する焼結助剤としてはＹ２Ｏ
３あるいは希土類元素酸化物が挙げられ、これらは窒化
珪素に対し、０．１〜２０！Ｉ％の割合で添加され、焼
成時に液相を生威し系全体の焼結性を向上させる。

なお、本発明において用いられる窒化珪素粉末としては
、前記硬質化合物の含有量が０．５〜１．５重量％、β
化率が４０〜６０重量％であることがより好適である。

このようにして配合された粉末は、充分に混合後、ブレ
ス成形、押出成形、射出成形、冷間静水圧成形などの公
知の成形手段によって成形し、その後焼成する。

焼成は、窒素等の非酸化性雰囲気中で１６００〜２００
０°Ｃの温度で焼成する。

上記の製法によれば、緻密質で且つ前記硬質化合物が均
一に分散された高靭性の窒化珪素質焼結体が得られる。

以下、本発明を詳述する。

（実施例）Ｓｔ粉末に第１表に示す量で硬質化合物を添加し、これ
を窒化し、β化率の異なる数種のものを用い、さらに焼
結助剤として第１表に示す希土類元素酸化物を添加し、
プレス成形した。

この成形棒を１９００°Ｃの窒素ガス圧９．Ｑａｔｍの
雰囲気で２時間焼成した。

得られた焼結体に対し、その密度をアルキメデス法によ
り、室温における抗折強度をＪＩＳＲＩ６０１に従い４
点曲げ法により、さらに靭性値をＭＩ法に従いそれぞれ
測定した。

結果は第１表に示した。

なお、比較例として平均粒径が０．５μｍのＺｒＢ２粉
末を粒径０．５μｍ、β化率５０％の窒化珪素粉末に配
合し、さらに焼結助剤としてＹｂｚＯｉを用いて同様な
条件で焼威し、上記の特性を測定した。

その結果は試料Ｎ１１２３に示した。

（以下余白）第 ■ 表第１表によれば、窒化珪素および焼結助剤のみからなる
焼結体（試料ＮＯ，ｌ）の靭性は６ＭＰａ・ｍ１″程度
であり、また従来法による粒子分散系（試料Ｎａ２３）
でもその靭性は２ＭＰａ−ｍ””程度しか向上しない。

これに対し、各種の硬質化合物を含有する窒化珪素粉末
を用いた本発明品はいずれも抗折強度の劣化なく靭性を
向上させることができ、具体的には靭性（Ｋ＋ｃ）　１
０　Ｍ　Ｐ　ａ　−ｍ””以上、室温抗焼結性が劣化し
、また窒化珪素粉末のβ化率が低いもの（試料Ｎα６）
は焼結性が大きく低下することからβ化率が高いほうが
優れることが理解されるが、β化率が高すぎる（試料Ｎ
ｏ、　８　）と抗折強度が低下した。

（発明の効果）化率の比較的高い原料を用い、これに焼結助剤を加えて
焼成することにより、硬質化合物の分散性が向上すると
ともにその成形性および焼結性が向上するため、焼結体
の強度を劣化させることなく靭性を大きく向上させるこ
とができ、これにより窒化珪素質焼結体の欠点であった
もろさを克服することができ、靭性が要求される工具や
その他の産業用部品への利用を大きく促進することがで
きる。

Claims

【特許請求の範囲】

周期律表の第IVａ、Ｖａ、VIａ族元素、Ｓｉ、Ａｌ、Ｂ
の窒化物、炭化物、珪化物および硼化物から選ばれる少
なくとも１種の硬質化合物（但し、Ｓｉ＿３Ｎ＿４は除
く）を０．０１〜５重量％の割合で含有し、且つβ化率
が３０〜７０重量％の窒化珪素粉末にＹ＿２Ｏ＿３ある
いは希土類元素酸化物を０．１〜２０重量％の割合で混
合し、該混合物を成形後、非酸化性雰囲気中で焼成する
ことを特徴とする窒化珪素質焼結体の製法。