JPH04224171A - 自己補強窒化ケイ素セラミツクおよびその製造方法 - 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】

【０００１】本発明は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）セラ
ミック体および該セラミック体の製造方法に関する。

【０００２】窒化ケイ素セラミック類は、良好な耐摩耗
性、低い熱膨張率、良好な熱衝撃抵抗性、高い耐クリー
プ性および高い電気抵抗を含むそれらの優れた機械的お
よび物理的特性によって認識される。加うるに、窒化ケ
イ素セラミック類は、化学的攻撃、特に酸化に対して耐
性を示す。これらの属性のため、窒化ケイ素は、種々の
使用および高温用途、例えば切削工具並びにポンプおよ
びエンジンの部品に有用である。

【０００３】窒化ケイ素セラミックの損傷は、一般に、
もろさおよびひびに関連している。従って、本目的は、
高破壊じん性（ＫＩＣ）および強度を有する窒化ケイ素
セラミックを製造することにある。破壊強度は、破壊じ
ん性に正比例しておりそしてひびの大きさの平方根に反
比例している。従って、ひびの大きさが細かいことと破
壊じん性が高いこととの組み合わせは、非常に望ましい
。しかしながら、単一体の窒化ケイ素は、約５ＭＰａ（
ｍ）０．５の比較的低い破壊じん性を有している。

【０００４】高破壊じん性および高破壊強度の窒化ケイ
素セラミックを得ることは非常に望ましい。更に、この
ような粘り強くそして強い窒化ケイ素セラミックを製造
するための反復可能で安価なそして工業的にスケールア
ップし易い方法を得ることは非常に望ましい。

【０００５】本発明の第一点は、高平均アスペクト比を
有するβ−窒化ケイ素ウイスカを主として含有している
自己補強窒化ケイ素セラミック体の製造方法である。本
方法は、 （ａ）セラミック体を与えるのに充分な量の窒化ケイ素
； （ｂ）高密度化助剤（上記高密度化助剤は、マグネシウ
ムの非酸化物誘導体、或はベリリウム、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウム、ラジウム、リチウム、ナトリ
ウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ケイ素、ハフ
ニウム、タンタル、インジウム、ガリウム、亜鉛、チタ
ンまたはフランシウムの給源であり、該給源は、該粉体
の高密度化を促進するのに充分な量で存在する）；（ｃ
）転移助剤（上記転移助剤は、イットリウムの非酸化物
誘導体、或はスカンジウム、アクチニウム、ランタン、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウ
ムまたはフランシウムの給源であり、該給源は、該出発
窒化ケイ素のβ−窒化ケイ素への本質的に完全な転移を
促進するのに充分な量で存在する）；そして（ｄ）β−
窒化ケイ素ウイスカの生成を促進するのに充分な量の少
なくとも１種のウイスカ成長強化化合物（上記化合物は
、カルシウムの非酸化物誘導体、或はナトリウム、カリ
ウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マ
ンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロン
チウム、ジルコニウム、ニオビウム、バリウムおよびラ
ンタンの誘導体、またはそれらの混合物、或はガリウム
、インジウム、ハフニウム、タンタルおよびホウ素の酸
化物である）；［（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は３つの
異なる元素から誘導される］；から成る粉体混合物を、
高密度化および高平均アスペクト比を有するβ−窒化ケ
イ素ウイスカをインサイチューで生成させるように充分
な温度および圧力条件下に置くことから成る。このよう
にして、下記に示すシェブロンノッチ技術（Ｃｈｅｖｒ
ｏｎ　ｎｏｔｃｈ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）で測定して６
ＭＰａ（ｍ）０．５以上の破壊じん性を有する自己補強
窒化ケイ素セラミック体が得られる。本発明の目的のた
め、「高」平均アスペクト比は、低くとも２．５の平均
アスペクト比を意味している。該粉体混合物は、任意に
、全粉体混合物重量を基準にして０．０１〜５重量％の
量の窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素を含む。充分な
高密度化およびインサイチューでのウイスカの生成が生
じる限り、圧力および温度を与えるためのいかなる手段
も利用できる。圧力および温度の適用は、優位に、熱プ
レスまたは熱均衡プレス、好適には熱プレスによって行
われる。

【０００６】これに関連して、該粉体混合物は更に、Ｐ
ａｌｍｑｖｉｓｔじん性を強化させる量の少なくとも１
種の予め成型された補強材料を含有する。該材料は、炭
化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、二炭化チタン、酸
化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムである。該材料
は、ウイスカ、繊維、粒子および血小板状である。

【０００７】第二点において、本発明は、（ａ）走査電
子顕微鏡で窒化ケイ素セラミック体の１つの面を検査し
て測定し、少なくとも２０容積パーセントが低くとも２
．５の平均アスペクト比を有するウイスカの形状である
β−窒化ケイ素の結晶性相；そして（ｂ）高密度化助剤
、例えばマグネシウムの非酸化物誘導体、転移助剤、例
えばイットリウムの非酸化物誘導体、シリカおよびベー
タ−窒化ケイ素ウイスカ成長増強化合物を含有している
、全重量の３５重量％以下の量のガラス質相（上記化合
物が、カルシウムの非酸化物誘導体、或はナトリウム、
カリウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム
、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、スト
ロンチウム、ジルコニウム、ニオビウム、バリウムまた
はランタンの誘導体、或はガリウム、インジウム、ハフ
ニウム、タンタルおよびホウ素の酸化物である）；を含
む、以下に示すシェブロンノッチ技術を用いて測定して
６ＭＰａ（ｍ）０．５以上の破壊じん性を有する窒化ケ
イ素セラミック体である。該ガラス質相は、任意に、あ
る量、例えば該ガラス質相の１５．０重量％の窒化アル
ミニウムまたは窒化ホウ素を含有している。該高密度化
助剤および転移助剤は、上の第一点で詳細に記述したの
と同じである。第一点と同様、高密度化助剤、転移助剤
およびウイスカ成長強化化合物は、各々、異なる元素を
基としているか、或は異なる元素から誘導される。

【０００８】これに関連して、該ガラス質相は更に、Ｐ
ａｌｍｑｖｉｓｔじん性を強化させる量の少なくとも１
種の予め成型された強化材料を含有する。該材料は、β
−窒化ケイ素繊維もしくはウイスカ、或はウイスカ、繊
維、粒子または血小板から成る群から選択される少なく
とも１つの形状の炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素
、二炭化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニ
ウムである。

【０００９】第三点において、本発明は、上に同定した
窒化ケイ素セラミック体から成る切削工具である。

【００１０】予想外に、本発明の窒化ケイ素セラミック
体は、従来技術の単一体のもしくはウイスカで補強され
た窒化ケイ素セラミック類に比べて顕著に高い破壊じん
性を示している。その上、本発明の窒化ケイ素セラミッ
クの破壊じん性を密度に関して標準化した場合、この標
準化した破壊じん性および破壊強度は全てのセラミック
材料の中で公知の最も高いものの中に入る。有利に、本
発明の窒化ケイ素セラミックは、自己補強されている。 更に有利なことには、本発明の新規な自己補強窒化ケイ
素セラミック体の製造方法は、反復可能であり、工業的
にスケールアップすることが容易であり、そして炭化ケ
イ素ウイスカの補強を利用する方法よりも安価である。

【００１１】本発明のセラミック体の製造に用いられる
窒化ケイ素出発材料は、α−窒化ケイ素およびβ−窒化
ケイ素の結晶形態、或は非結晶性無定形窒化ケイ素、或
はそれらの混合物を含むいずれかの窒化ケイ素粉体であ
り得る。好適には、該窒化ケイ素粉体は、主に、アルフ
ァ結晶形または無定形、或はそれらの混合形である。よ
り好適には、該出発窒化ケイ素は、主に、アルファ結晶
形である。該好適な出発粉体が高いα／β重量比を有す
るのも優位である。好適には、該出発粉体は、約２０重
量％以下のβ−窒化ケイ素：より好適には、約１０重量
％以下のβ−窒化ケイ素；最も好適には、約６重量％以
下のβ−窒化ケイ素を含有している。

【００１２】一般に、該出発窒化ケイ素粉体の純度が高
ければ高いほど、最終セラミック体の特性は良好になる
。しかしながら、給源に応じて、該窒化ケイ素粉体は非
金属不純物を含んでいてもよい。該粉体中のある程度の
不純物は許容されるが、できるだけこれらを少なくする
ことが好ましい。例えば、酸素は、シリカ、ＳｉＯ２（
これは、通常、窒化ケイ素の粒子の表面の塗膜として見
いだされる）の形である程度存在している。シリカの量
は、出発窒化ケイ素粉体の純度およびその製造方法に従
って変化する。シリカの含有量は、所望される全シリカ
含有量を得るため、浸出によって減少させるか、或は遊
離のシリカを加えることによって上昇させることができ
る。酸素に加えて、元素状のケイ素が、通常、０．５重
量％以下の範囲の量で存在している。元素状のケイ素の
これらの量は有害ではなく、許容できる。他の非金属、
例えば熱プレスまたは焼結中炭化ケイ素を生じ易い炭素
は、少量の時、許容される。

【００１３】該窒化ケイ素出発粉体は、本発明のセラミ
ック体が熱プレスで得られることを条件として、いかな
る大きさもしくは表面積を有するものでもよい。例えば
、１５〜５０μｍの平均直径を有する巨大な粒子は堅い
凝集体の形状であり、これらは容易には破壊できない。 このような凝集体を含有している粉体は、良好なセラミ
ック類を与えない。他方、０．２μｍ未満の平均直径を
有する非常に微細な粉体は、均一に得るのが難しくそし
て加工が困難である。好適には、該粒子は、０．２〜１
０．０μｍ、より好適には０．５〜３．０μｍの平均直
径を有する。好適には、該窒化ケイ素粒子の表面積は、
Ｃ．　Ｎ．　Ｓａｔｔｅｒｆｉｅｌｄ　著　Ｈｅｔｅｒ
ｏｇｅｎｅｏｕｓ　Ｃａｔａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　Ｐｒａ
ｃｔｉｃｅ、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏ
ｍｐａｎｙ、１９８０、１０２〜１０５頁に記載されて
いる、表面積を測定するためのＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍ
ｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ　（ＢＥＴ）法によって測定し
て５〜１５ｍ２／ｇである。より好適には、該表面積は
８〜１５ｍ２／ｇである。

【００１４】該窒化ケイ素は、適切には、全粉体混合物
重量を基準にして６５〜９９．７５重量％の範囲の量で
存在している。この範囲は、望ましくは、全粉体混合物
重量を基準にして８０〜９７重量％である。補強材料が
存在している場合、窒化ケイ素と補強材の全量がこの範
囲になるように、窒化ケイ素の量を減少させる。

【００１５】粗窒化ケイ素粉体は、高密度化助剤なしで
は、高密度にすることができない。従って、少なくとも
１種の高密度化助剤を、加工中該窒化ケイ素の高密度化
を促進する目的のため以下に示す方法で、該窒化ケイ素
出発粉体と混合する。この高密度化助剤は、α−窒化ケ
イ素が溶け込んでいる液体相を形成する。この液体相は
、高熱もしくは高熱領域に渡って生じ、この範囲は高密
度化助剤に関して変化する。液体相における該α−窒化
ケイ素の質量運搬速度は、通常、際めて速く、従って、
臨界質量に達するまで該窒化ケイ素の密度が上昇しそし
て沈澱が生じる。

【００１６】米国特許番号　４，８８３，７７６　は、
高密度化助剤として酸化マグネシウム使用を教示してい
る。共出願の、１９８９年８月２５日出願の連続番号　
０７／３９８，８０１　は、マグネシウムの非酸化物誘
導体を含むように高密度化助剤の範囲を拡大している。 マグネシウムの非酸化物誘導体には、ホウ化マグネシウ
ム、窒化マグネシウム、および二ケイ化マグネシウムが
含まれる。後者の出願はまた、ベリリウム、カルシウム
、ストロンチウム、バリウム、ラジウム、リチウム、ナ
トリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびフラ
ンシウムの給源もまた窒化ケイ素の高密度化を促進する
ことを明記している。この給源は、適切には、酸化物で
あるが、ホウ化物または窒化物の如き非酸化物誘導体を
用いて許容される結果が得られる。

【００１７】ここに示したように高密度化を促進しそし
て本発明の粘り強い窒化ケイ素セラミック体を生じさせ
るいかなる量の高密度化助剤も許容される。該高密度化
助剤は、有益には、マグネシウムの非酸化物誘導体、或
は酸化ベリリウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウ
ム、酸化バリウムまたは酸化ラジウムである。該高密度
化助剤は、望ましくは、酸化カルシウムまたは酸化スト
ロンチウムであり、そして該粉体混合物の全重量を基準
にして０．０４〜２７．０重量％の量で存在させる。高
密度化助剤の量は、望ましくは、０．５〜９．８重量％
、好適には０．９〜４．７重量％である。

【００１８】高密度化助剤に加えて、該粉体混合物は転
移助剤を含有する必要がある。この転移助剤は、一般に
、該高密度化助剤中よりも質量運搬がかなり遅いガラス
質相を生じる。従って、加熱した時、α−窒化ケイ素は
この転移助剤に溶解するが、しかし容易には高密度化し
ない。しかしながら、優位に、該転移助剤は、α−窒化
ケイ素のβ−窒化ケイ素への迅速で本質的に完全な転移
を促進する。この転移は最も望ましいことである、何故
ならば、長く伸びた単一結晶ウイスカまたは粒子の形態
のβ−窒化ケイ素は、本発明に従う窒化ケイ素セラミッ
ク体のこの高破壊じん性および高破壊強度の原因となっ
ているためである。以下、窒化ケイ素ウイスカ、単一結
晶ウイスカおよび単一結晶窒化ケイ素ウイスカと言及す
るのは全て同義であり、そして相互に置き換えて使用で
きる。出発窒化ケイ素をβ−窒化ケイ素へ本質的に完全
に転移させるのに充分でありそして本発明の粘り強い窒
化ケイ素セラミック体を生じさせるのに充分な量である
ことを条件として、いかなる量の転移助剤も該出発粉体
中に使用され得る。好適には、用いられる転移助剤の量
は、該粉体混合物の全重量を基準にして０．２〜２９．
５重量％である。より好適には、用いられる転移助剤の
量は、１．０〜１０．０重量％、最も好適には１．７〜
８．５重量％である。

【００１９】該転移助剤は、適切には、イットリウムの
非酸化物誘導体、或はスカンジウム、アクチニウム、ラ
ンタン、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム
、セシウムおよびフランシウムから成る群から選択され
る元素の給源もしくは誘導体である。イットリウムの非
酸化物誘導体には炭化イットリウムが含まれる。該転移
助剤は、有益には、酸化スカンジウム、酸化ランタン、
酸化アクチニウムまたは酸化ナトリウムである。該転移
助剤は、好適には、酸化ランタンまたは酸化ナトリウム
である。

【００２０】驚くべきことに、転移助剤の高密度化助剤
に対する重量比が、該ウイスカ成長強化化合物もまた該
粉体混合物中に存在していることを条件として、最終セ
ラミックの破壊じん性に対して影響を与えることを見い
出した。該破壊じん性が、未補強の単一体窒化ケイ素に
関する５ＭＰａ（ｍ）０．５の破壊じん性値以上の改良
を示すことを条件として、転移助剤の高密度化助剤に対
するいかなる重量比も許容される。該重量比は、適切に
は、０．２５〜８である。該重量比は、有益には、０．
５〜５、望ましくは１〜３、好適には１〜１．８である
。ウイスカ成長強化化合物が存在していない場合、転移
助剤／高密度化助剤の重量比は、該破壊じん性に対して
いかなる重要な効果も与えない。

【００２１】該粉体混合物中に存在させることが必要な
第三成分は、ウイスカ成長強化化合物である。この化合
物は、優れた破壊じん性および高強度を有するセラミッ
ク体を得るのを助ける。本発明の窒化ケイ素セラミック
体で観察される優れた物性に対してこのウイスカ成長強
化化合物がどのように貢献しているかは、完全には理解
されていない。このウイスカ成長強化化合物がガラス質
相の粘度を改良し、それによって、長く伸びたウイスカ
またはβ−窒化ケイ素の粒子の核形成を助長していると
することも可能であるが、後者は、主に、この改良され
た破壊じん性の原因となり得る。この上述した理論は、
このような理論が本発明の範囲を拘束したり、或は範囲
を限定するものでないとの理解に基づいて提示したもの
である。以下に示すβ−窒化ケイ素ウイスカの生成を促
進するのに充分でありそして本発明の粘り強い窒化ケイ
素セラミック体を生じさせるのに充分な量であることを
条件として、該出発粉体中のいかなる量の該化合物も許
容される。好適には、用いられる該化合物の量は、該粉
体混合物の全重量を基準にして０．０１〜５重量％であ
る。より好適には、用いられるウイスカ成長強化化合物
の量は、０．１〜１．０重量％、最も好適には０．２〜
０．５重量％である。

【００２２】米国特許番号　４，８８３，７７６　は、
カルシウム、特に酸化カルシウムの存在が、窒化ケイ素
粉体組成物を熱プレスで最終セラミック体に製造する場
合優位であることを見い出した。５．３重量％以下の酸
化カルシウムでドープ処理した窒化ケイ素粉体が望まし
いことを見い出した。市販の窒化ケイ素粉体は１００ｐ
ｐｍのみもしくはそれ以下の酸化カルシウムを含有して
いると考えられていた。

【００２３】１９８９年１月１３日に出願しそしてここ
では放棄したとことの、この一連の出願におけるより早
い出願、連続番号　０７／２９７，６２７　には、３つ
の発明が含まれていた。一番目として、マグネシウムの
非酸化物誘導体は高密度化助剤として働いた。二番目と
して、イットリウムの非酸化物誘導体が、転移助剤とし
て用いられた時、満足できる結果を与えた。三番目とし
て、カルシウム以外の元素の周期律表の元素もまた、β
−窒化ケイ素ウイスカの成長を促進し、そしてシェブロ
ンノッチ技術で測定して６ＭＰａ（ｍ）０．５以上の破
壊じん性を有し、そして１２０ｋｓｉ（８２５ＭＰａ）
以上の破壊強度を有する熱プレスした窒化ケイ素セラミ
ック体を与えた。該元素を、ナトリウム、カリウム、ス
カンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、
鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム、
ジルコニウム、ニオビウム、バリウム、ランタンおよび
それらの混合物から成る群から選択した時、満足できる
結果が得られた。 該元素は、有益には、バリウム、ナトリウム、カリウム
、チタン、バナジウム、ストロンチウム、ジルコニウム
、ニオビウム、ランタン、タングステンおよびそれらの
混合物から成る群から選択された。前記元素、或はそれ
らの混合物は、適切には、元素状よりはむしろ誘導体、
例えば酸化物、ホウ化物、炭化物、炭窒化物、窒化物ま
たはオキシ窒化物の形状で加えた。

【００２４】１９８９年８月２５日出願の共出願連続番
号　０７／３９８，８０１　には、破壊じん性もしくは
破壊強度のいずれかを犠牲にすることなしに酸化カルシ
ウムに対する追加的置き換えをする発明が含まれていた
。ガリウム、インジウム、ハフニウム、タンタルおよび
ホウ素から成る群から選択される元素の酸化物を用いて
特に適切な結果が得られる。

【００２５】許容される結果は、リチウム、ベリリウム
、マグネシウム、ケイ素、ゲルマニウム、セレン、ルビ
ジウム、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジ
ウム、パラジウム、銀、カドミウム、錫、アンチモン、
テルル、セシイウム、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリ
ウム、テルビウム、ディスプロシウム、ホルミウム、エ
ルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タ
ングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金
、金、タリウム、鉛、ビスマス、ポロニウム、フランシ
ウム、ラジウム、トリウム、プロトアクチニウム、ネブ
ツニウム、アメリシウム、キュリウム、バーケリウム、
カリフォルニウム、アインスタニウム、フェルミウム、
メンデレビウム、ノーベリウムおよびローレンシウムの
誘導体を用いて達成できると考えられる。ガリウム、イ
ンジウム、ハフニウム、タンタルおよびホウ素の非酸化
物誘導体もまた満足な結果を生じさせる。本分野の技術
者は、「ランタニド」と通常呼ばれている元素の周期率
表の元素５８〜７１および９０〜１０３は純粋な形で容
易に得られないことが理解できる。しかしながら、それ
らは上記元素の２種以上の混合物として入手できる。上
記混合物もまた本発明の目的に適切であると考えられる
。本分野の技術者はまた、ある種のこれらの元素および
それらの誘導体は、入手の容易さおよびコストを考慮し
て、他のものより望ましくないことも理解できる。

【００２６】カルシウムの非酸化物誘導体を用いても適
切な結果が得られる。非酸化物誘導体の実例として、ホ
ウ化カルシウム、炭化カルシウム、窒化カルシウムおよ
び二ケイ化カルシウムが含まれる。

【００２７】本分野の技術者は、選択された元素（類）
およびその元素もしくは元素の混合物の特別な誘導体（
類）の両方に依存して結果が変化することを理解するで
あろう。このウイスカの成長を強化する助剤は、有益に
は、ニオビウムの給源もしくは誘導体、或はカリウム、
ナトリウム、ストロンチウム、バリウム、スカンジウム
、ランタン、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロ
ム、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル
、銅、亜鉛、カルシウム、ガリウム、インジウム、ハフ
ニウム、タンタルおよびホウ素から成る群から選択され
る元素の酸化物である。このウイスカの成長を強化する
助剤は、望ましくは、錫酸ニオビウム、没食子酸ニオビ
ウム、ホウ化ニオビウム、或はカリウム、バリウム、ス
カンジウム、ニオビウム、チタン、クロム、タングステ
ン、マンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛、カルシウム
、ガリウム、インジウム、ハフニウム、タンタルの酸化
物である。このウイスカの成長を強化する助剤は、好適
には、ガリウム、インジウム、ハフニウム、タンタルお
よびホウ素から成る群から選択される元素の酸化物であ
る。

【００２８】純粋でありそして充分に細かい粉体状のマ
グネシウムおよびイットリウムのウイスカ成長強化化合
物および誘導体の使用が望ましい。純度は典型的には問
題とならない、何故ならば、ウイスカ成長強化化合物、
高密度化助剤および転移助剤として使用される市販の材
料、特に酸化物の粉体は、一般に、各々２０ｐｐｍ以下
の雑多な不純物を含有しているからである。これらの水
準の不純物は許容される。多量の不純物、例えば０．５
重量％の範囲のものは、推奨できない、何故ならば、そ
れらは最終的なセラミック組成物および特性に変化を生
じさせ得るからである。細かい粉体の粒子の大きさが望
ましい、何故ならば、より小さい粒子を用いることで分
散が強化されるからである。好適には、該酸化物の粉体
は、直径が５μｍ以下の平均粒子サイズを有している。

【００２９】ある種の元素、例えばナトリウムおよびカ
リウムは、与えられた粉体混合物のまま高密度化助剤、
転移助剤またはウイスカ成長強化化合物として用いられ
得る。しかしながら、単一の元素を、２種以上のこれら
の機能、例えば高密度化助剤および転移助剤の両方とし
て、機能させるのに充分な量で用いることはできない。

【００３０】Ｐａｌｍｑｖｉｓｔじん性を強化させる量
の少なくとも１種の予め成型された補強材料を該粉体混
合物に混合することで、得られる窒化ケイ素体の特性が
改良されることをここに見い出した。改良される特性に
は、室温でのじん性および高温での強度および剛性が含
まれる。 該材料はβ−窒化ケイ素繊維もしくはウイスカ、或はウ
イスカ、繊維、粒子および血小板から成る群から選択さ
れる少なくとも１種の形状の炭化ケイ素、炭化チタン、
炭化ホウ素、二炭化チタン、酸化アルミニウムまたは酸
化ジルコニウムから成る群から選択される。

【００３１】該補強材料は、ガラス質相およびその成分
と化学的に相溶する必要がある。化学的に相溶し得る材
料は、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、酸化アル
ミニウム、酸化ジルコニウムおよび二炭化チタンから成
る群から選択される。該ガラス質相およびその成分と、
通常、化学的に相溶できない材料は、それらを上述した
化学的に相溶可能な元素の１つで被覆することによって
相溶できるようにすることができる。通常では不相溶性
の材料には、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムおよ
びムライトが含まれる。炭化チタンは、後者の群の材料
に対して満足できる塗膜を与える。

【００３２】該補強材料は、長く伸びた窒化ケイ素粒子
の形成を本質的に阻害しないか、或はそれを停止させな
いで、結果として得られる窒化ケイ素体のＰａｌｍｑｖ
ｉｓｔじん性を強めるのに充分な量で存在する必要があ
る。この強化材料は、それが存在している場合、それが
存在していない場合長く伸びた窒化ケイ素粒子が成長す
るであろうガラス質相の空間を占める。補強材料の量は
、補強材料の片、粒子、繊維またはウイスカの大きさ、
並びに該補強材料によって占められる容積に従って変化
する。多結晶性繊維は、名目上連続した補強材料として
許容される結果を与える。単一の結晶ウイスカもまた名
目上不連続の補強材料としてではあるが、許容される結
果を与える。

【００３３】一般に、大きい粒子、繊維などの与えられ
た容積パーセントは、同じ容積パーセントのより小さい
粒子などよりも、この長く伸びた窒化ケイ素粒子の形成
を阻害しない。従って、ガラス質相の容積を基準にした
下記の補強材料の直径および容積パーセントの組み合わ
せのいずれかを用いて満足できる結果が得られる：（ａ
）０．２μｍ未満の直径、１０容積パーセント以下；（
ｂ）０．２〜０．５μｍの直径、１５容積パーセント以
下；（ｃ）０．５〜１．５μｍの直径、２５容積パーセ
ント以下；（ｄ）１．５〜２．５μｍの直径、３０容積
パーセント以下；（ｅ）２．５〜５．０μｍの直径、３
５容積パーセント以下；（ｆ）５．０〜１５．０μｍの
直径、４５容積パーセント以下；（ｇ）１５．０〜２５
．０μｍの直径、５０容積パーセント以下；および（ｈ
）２５．０μｍ以上の直径、６５容積パーセント以下。 該補強材料の直径に拘りなく、使用される補強材料の量
は、有益には、５容積パーセント以上である。該補強材
料は異なる密度を有している。従って、普遍的な重量パ
ーセントを適用することはできない。前記容積パーセン
トに相当する重量パーセントは、特別な補強材料に与え
られた密度によって容易に決定される。

【００３４】本発明の方法において、上述した出発窒化
ケイ素粉体と、高密度化助剤、転移助剤、ウイスカ成長
強化化合物、および任意に、粉体混合物を得るための補
強材料（これは本発明の粘り強い窒化ケイ素セラミック
体の製造で用いられる）の組み合わせとを、混合する必
要がある。該補強材料は、これが存在している場合、有
益には、補強材料片などの破壊もしくは粉砕を最小限に
するため、それらをよく混合した後、該粉体混合物の残
りの成分に加えられる。適切な高密度化助剤、転移助剤
およびウイスカ成長強化成分は上に示した。通常、マグ
ネシウムの誘導体、イットリウム高密度化助剤の誘導体
、転移助剤およびウイスカ成長強化化合物の全体量は、
該粉体混合物の全重量の３５重量％以下である。この３
５重量％の限界範囲はまた、補強材料を用いる場合にも
適当である。しかしながら、この全重量は、該粉体混合
物から製造される火入れされたセラミックのための推定
末端使用用途に依存している。ある種の用途においては
、全量が３５重量％を越えた時でも許容される結果を与
える。しかしながら、好適には、この全重量は、中間的
な温度および／または最高の破壊じん性用途のためには
５〜３５重量％である。「中間的温度」は、９００〜１
２００℃の温度を意味している。セラミック製切削工具
は、中間的温度および非常に高い破壊じん性を必要とす
る用途の例である。好適には、この全重量は、高温およ
び／または中間的な高破壊じん性用途に対しては０．２
５〜５重量％である。「高温」は１２００〜１４００℃
の温度を意味している。セラミック製エンジン用の部品
は、高温および中間的な高破壊じん性用途の例である。

【００３５】窒化ケイ素、高密度化助剤（類）、転移助
剤（類）およびウイスカ成長強化化合物（類）を含有す
る粉体混合物の調製は、いかなる適切な方法でも達成れ
る。粉体状の成分のボールミルは、１つの許容される製
造様式である。

【００３６】該粉体混合物の好適な製造方法は、ジルコ
ニア製ボールの備わったアトリター（ａｔｔｒｉｔｏｒ
）の使用であり、担体媒体中の、窒化ケイ素と、高密度
化助剤（類）、転移助剤（類）およびウイスカ成長強化
化合物（類）の粉状にした組み合わせとの、細かく分割
した懸濁液を調製し、この懸濁液とアトリターボールの
混合物を、有益には、過剰の担体媒体を濾過などにより
除去した後、乾燥し、そしてその後、このアトリターボ
ールを分離して該粉体混合物を得る。

【００３７】担体媒体中の、窒化ケイ素と高密度化助剤
（類）、転移助剤（類）およびウイスカ成長強化化合物
（類）の組み合わせとのこの細かく分割した懸濁液の調
製において、これらの成分の添加に対する特別な順序は
必要とされない。例えば、それらの粉状にした組み合わ
せもしくは粉状にした成分を、担体媒体中の窒化ケイ素
から成るコロイド状の懸濁液に加えることも可能であり
、またその逆も可能である。二者択一的に、該粉体混合
物の全ての成分を、同時に、アトリターでの混練りに先
立って、該担体媒体に加えてもよい。有機担体媒体、例
えばトルエンまたはアルコールを用いた時、特に、後者
の方法が好適である。

【００３８】この担体媒体は、室温および大気圧下で液
状のいかなる無機もしくは有機化合物であってもよい。 適切な担体媒体の例には、水；アルコール類、例えばメ
タノール、エタノールおよびイソプロパノール；ケトン
類、例えばアセトンおよびメチルエチルケトン；脂肪族
炭化水素類、例えばペンタン類およびヘキサン類；並び
に芳香族炭化水素類、例えばベンゼンおよびトルエンが
含まれる。この担体媒体は、望ましくは、有機の液体で
あり、好適には、トルエンまたはアルコール、例えばメ
タノールである。この担体媒体の機能は、固体状の粉体
を混合するために適切な粘度を与えることである。この
目的を達成させるいかなる量の担体媒体でも充分であり
、そして許容される。好適には、担体媒体の量は、固体
含有量が２０〜５０容積パーセントになるような量で用
いられる。より好適には、担体媒体の量は、固体含有量
が３５〜４５容積パーセントになるような量で用いられ
る。この好適な下方の限界以下では、固体の懸濁液の粘
度が低くなりすぎ、そして凝集物を分離するための混合
が有効でなくなる可能性がある。この好適な上限以上で
は、粘度があまりにも高くなりすぎ、そして凝集物の分
離のための混合が困難になる。

【００３９】この粉状にした組み合わせの成分を、該成
分が細かく分散した懸濁液が得られるような方法で、該
担体媒体中に加える。典型的には、この工程は、激しく
撹拌しながら空気中、室温（約２３℃）で、大型の容器
中で行う。いかなる通常の撹拌手段、例えばボールミル
装置またはアトリションミキサーも適切である。超音波
振動機が、より小さい凝集物を分解するため補助的に用
いられ得る。該アトリションミキサーが好適である。

【００４０】該粉体混合物の成分の分散を助けるため、
任意に、１種以上の界面活性剤もしくは分散剤を該懸濁
液に添加してもよい。界面活性剤（類）または分散剤（
類）の選択は、本分野でよく知られているように広い範
囲で変化させ得る。

【００４１】該担体媒体がトルエンの場合、カップリン
グ剤、例えばＫＥＮ−ＲＥＡＣＴ　ＫＡ　３２２の商標
でＫｅｎｒｉｃｈ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓから
市場で入手可能なアルミン酸塩カップリング剤が、懸濁
液の生成を助長するため使用できる。アルコール、例え
ばメタノールを用いる場合、分散剤、例えばポリエチレ
ンイミンが、混合を容易にするため用いられ、そして凝
集剤、例えばオレイン酸が、該粉体混合物の回収を容易
にするため用いられる。

【００４２】粉体混合物成分の分散を改良する限り、い
かなる量の界面活性剤もしくは分散剤も許容される。典
型的には、界面活性剤の量は、該粉体混合物の０．０１
〜１．０重量％である。

【００４３】この細かく分割した懸濁液がここで生きじ
に加工するために準備される。例えば、該懸濁液は、実
際的な焼結に関して本分野でよく知られている技術を用
いてスリップ鋳込みされ得る。二者択一的に、この懸濁
液は、粉体に乾燥され、そして熱プレス加工で使用する
ため粉砕され得る。標準的な乾燥手段、例えば窒素パー
ジ下のスプレードライおよびオーブン乾燥によって乾燥
が達成される。好適には、該粉体混合物およびアトリタ
ーボールの混合物の乾燥は、過剰の担体媒体を除去した
後、窒素パージ下のオーブン中でなされる。この乾燥工
程中、追加的な遊離の担体媒体が除去される。この乾燥
の温度は、用いた担体媒体の沸点に依存している。典型
的には、この乾燥工程は、大気圧下、該担体媒体の沸点
の直ぐ下の温度で行われる。好適には、該担体媒体はト
ルエンもしくはアルコールであり、そしてこの乾燥温度
は５０℃である。乾燥後、得られる粉体をアトリターボ
ールから分離し、スクリーンを通してふるい分けし、１
００μｍの最大凝集体直径を有する粉体を得る。このス
クリーンの大きさは、通常、６０メッシュ（２５０μｍ
）未満、より好適には８０メッシュ（１８０μｍ）未満
である。ふるい分けして得られる粉体は、本発明の熱プ
レス工程で用いられる粉体混合物である。

【００４４】補強材料を該粉体混合物に含有させる場合
は、この補強材料の形態に応じて前記操作を修飾する。 この補強材料が長いかもしくは連続した繊維の形状以外
の形状の場合、該成分の細かく分散させた懸濁液に加え
た後、適切な期間混合もしくは磨砕する。磨砕時間は、
もろさもしくは壊れ易さと共に補強材料の凝集度合に大
きく依存している。言い換えれば、磨砕時間は、全部と
は言えないが、大部分の凝集体を分解するのに充分に長
い時間である。所望される補強の度合を与えるため、補
強材料を充分に元のままの状態に保持するのに必要なほ
ど短いものとする。追加的な磨砕時間はまた、該補強材
料に依存している。該補強材料の分散を達成するために
必要な典型的時間は、１０分〜４５分の間である。この
時間は、有益には、１０〜２０分である。該補強材料が
連続繊維としても知られている繊維状の場合、追加的磨
砕時間は不必要である。この繊維を、適切には、該細か
く分散させた懸濁液に浸漬して、それらの外側の表面に
該懸濁液の被覆を堆積させる。次に、この繊維を該懸濁
液から取り出し、そして次の加工を行う前に乾燥する。 望まれるならば、このようにして多層の塗膜を被覆する
ことができる。この乾燥した塗膜を有する繊維は、それ
が単一繊維もしくは繊維のマットまたは織物であったと
しても、有益には、熱プレスダイス中で該粉体混合物に
よって取り巻かれ、そしてここに記述するように熱プレ
スされる。繊維の加工に関する他の公知の方法も使用で
きる。

【００４５】該粉体混合物の好適な製造方法は熱プレス
であり、これは該粉体混合物を加圧下加熱して高密度化
したセラミック体を得ることにある。いかなる標準的熱
プレス装置、例えば加熱手段および油圧プレスの備わっ
たグラファイト製のダイスも使用できる。熱プレス温度
で、本質的に該粉体混合物の成分に対して反応性を示さ
ずそして窒化ケイ素よりも大きい平均線膨張率を有する
材料から該ダイスが製造されている場合、特に適切な結
果が得られる。このようなダイス材料を使用することで
、後の高密度化機械操作なしで、正味の形状に近いもの
が得られる助けとなる。このダイス材料は、望ましくは
、炭化チタンである。Ｒ．Ｍｏｒｒｅｌｌ著、Ｈａｎｄ
ｂｏｏｋ　ｏｆ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｅ
ｒａｍｉｃｓ、８２〜８３頁（１９８５）には、窒化ケ
イ素および炭化チタンに関する各々の平均線膨張率は３
．６ｘ１０−６Ｋ−１および８．２ｘ１０−６Ｋ−１で
あると記載されている。この熱プレスは、高温での窒化
ケイ素の酸化および分解を防止するため、不活性雰囲気
、例えば窒素下行う。プレスの方向は、このダイスのプ
レートの平面に対して一軸および垂直である。

【００４６】以下に示す本発明の新規な窒化ケイ素セラ
ミックが得られる限り、いかなる加工温度および圧力も
利用できる。しかしながら、典型的には、この温度は注
意深く制御される必要がある、何故ならば、この長く伸
びたβ−窒化ケイ素ウイスカは、狭い温度範囲で生じる
ことがわかっているからである。好適には、加圧中、１
７５０〜１８７０℃の温度を保持する。より好適には、
１８００〜１８５０℃の温度を保持する。最も好適には
、１８２０〜１８４０℃の温度を保持する。この好適な
温度の下限以下では、長く伸びたβ−窒化ケイ素ウイス
カの形成が遅れる可能性がある。この好適な温度の上限
以上では、該窒化ケイ素が分解する可能性があり、そし
て高密度化を行うための特別な圧力装置が必要になり得
る。補強材料がない場合は、高圧技術、例えば熱均衡プ
レスの使用によって、より高い温度、例えば２０００℃
もしくは２１００℃にも及ぶ温度が可能になり得る。 高い温度、例えば上に引用した温度の正確な測定は、技
術的に困難であることを特記する。この好適な温度範囲
のいくらかの偏差が、温度の測定に用いる方法に依存し
て観察される。本発明における好適な温度は、Ｏｍｅｇ
ａ　Ｃｏｍｐａｎｙから入手しそしてそこで目盛り付け
されたタングステン−レニウム熱電対を使用して測定さ
れる。

【００４７】熱プレス中の圧力は重要であるが、温度が
パラメーターとして重要である程ではない。典型的には
、この圧力は、シラ地体の高密度化を生じさせるのに充
分である必要がある。好適には、該圧力は、３０００ｐ
ｓｉｇ（２０．８ＭＰａ）〜６０００ｐｓｉｇ（４１．
５ＭＰａ）、より好適には４０００ｐｓｉｇ（２７．７
ＭＰａ）〜５５００ｐｓｉｇ（３８．０ＭＰａ）、最も
好適には４５００ｐｓｉｇ（３１．１ＭＰａ）〜５２０
０ｐｓｉｇ（３６．０ＭＰａ）である。この好適な圧力
の下限以下では、この力は高密度化させるのには充分で
ない。この好適な圧力の上限以上では、より短い時間お
よびより低い温度で高密度化を生じさせる。表面の上で
のあまり厳しくない加工条件が望ましいが、より低い温
度およびより短いプレス時間では、長く伸びたβ−窒化
ケイ素結晶の生成を阻害し得る。該粉体混合物が加圧下
加熱される時間は、該粉体を本質的に完全な高密度化に
もっていくために充分である必要がある。一般に、ラム
の動きは高密度化の度合に対して良好な指示を与える。 このラムが動き続けている限り、高密度化は不完全であ
る。このラムが少なくとも１５分間動かなくなった時、
高密度化は本質的に理論値の９９％もしくはそれ以上完
了している。従って、熱加工に必要な時間は、ラムが動
いている時間に追加的な１５〜３０分を加えた時間であ
る。好適には、この時間は１５分〜２時間、より好適に
は３０分〜９０分、最も好適には４５分〜７５分である
。

【００４８】以下に示す高密度化の熱プレス方法は、切
削工具として使用できる窒化ケイ素セラミック製品の製
造を可能にする。熱プレスによって種々の形のものが製
造できるが、１つの通常の形は平板である。これらの板
は、長さが２インチで、幅が１．５インチであり厚さが
０．４５インチの大きさのものから長さが１６インチ（
４０．６ｃｍ）で、幅が１６インチ（４０．６ｃｍ）で
あり厚さが１．０インチ（２．５ｃｍ）の大きさの範囲
であってもよい。より大きいそしてより小さい板もまた
、熱プレスの枠板の大きさで決定されるように製造され
得る。切削工具は、これらの板を種々の切削工具の形に
スライスし研磨することによって製造される。

【００４９】本発明の熱プレス加工によって製造される
窒化ケイ素セラミック体は、重要な多孔を有していない
高密度の材料である。好適には、高密度化は理論値の９
５％以上、より好適には理論値の９７％以上、最も好適
には理論値９９％以上進行する。更に、Ｘ線回析で測定
して、該窒化ケイ素はβ−結晶形で存在しており、この
ことは、加工中、アルファからベータへの本質的に完全
な転移が生じていることを示している。全く予想外に、
このβ−窒化ケイ素は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）およ
びトランスミッション電子顕微鏡（ＴＥＭ）の両方で測
定して、主に、単一結晶の「針状の」ウイスカまたは長
く伸びた粒子として存在している。この六角のβ−窒化
ケイ素粒子の大きさは、通常、０．２〜１．５μｍの平
均直径を有し長さが１〜２０μｍであり、好適には０．
３〜１．０μｍの平均直径を有し長さが３〜１０μｍで
ある。

【００５０】このウイスカはランダムに位置しているた
め、等軸の粒子とは異なり、ウイスカとして存在してい
る窒化ケイ素の正確なパーセントを測定するのは困難で
ある。この測定は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて
窒化ケイ素セラミックの１つの面を検査しそして２〜１
６のアスペクト比を有するウイスカで占められている容
積パーセントを測定することによって行う。このウイス
カはセラミック体を通して均一に分散しておりそしてラ
ンダムに位置していること、並びにこのウイスカで占め
られている容積はおおよそ全ての面において同じである
ことが認められる。典型的には、２〜１６のアスペクト
比を有する窒化ケイ素ウイスカのパーセントは、１つの
平面中で測定して、少なくとも２０容積パーセントであ
る。好適には、２〜１６アスペクト比を有する窒化ケイ
素ウイスカのパーセントは、１つの平面中で測定して、
少なくとも３５容積パーセントである。予想外に、この
ウイスカは高い平均アスペクト比を有することが見いだ
された。典型的に、この窒化ケイ素ウイスカの平均アス
ペクト比は、低くとも２．５、好適には低くとも５．５
である。このアスペクト比は１つの平面中で測定したた
め、該平均アスペクト比は下方の境界であることを特記
する。例えば、この平面に垂直なウイスカは２未満の見
掛けアスペクト比を有しているが、一方、本当のアスペ
クト比は２よりも非常に大きい値である。

【００５１】このβ−窒化ケイ素の相に加えて、本発明
のセラミック体はガラス質の第二相を有しており、これ
は、全重量の３５重量％以下である。このガラス質の第
二相は、中性子活性化分析で測定して、本質的に、８〜
６０重量％の高密度化助剤、１５〜６４重量％の転移助
剤、７〜７７重量％のシリカ、および０．１〜２５重量
％の少なくとも１種のウイスカ成長強化化合物を有する
見掛け化学組成を有しており、ここでは、高密度化助剤
に対する転移助剤の重量比は０．２５〜８である。

【００５２】全量の１０重量％を越えない量で、少量の
他の相が存在していてもよい。この相の１つ、即ち頑火
石は、繊維様の層をなした秩序ある構造を有している。 この相の粒子の典型的な大きさは、幅が５００ナノメー
ター（ｎｍ）であり長さが０．７〜１．０μｍである。 このガラス質相一面に分布しているこの相は、Ｓｉ３Ｎ
４ウイスカを連結しそして橋かけを行う。言い換えれば
、比較的大きなＳｉ３Ｎ４ウイスカもしくは粒子の間に
位置している頑火石の小さい針または繊維を有するユニ
ークなミクロ構造が作られている。

【００５３】この自己補強窒化ケイ素セラミック体の機
械的特性は、標準的試験方法を用いて容易に測定される
。特に、破壊じん性（ＫＩＣ）は、以下に示すシェブロ
ンノッチおよびＰａｌｍｑｖｉｓｔ方法に従って測定さ
れる。 破壊強度（破壊係数）は、Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｓｔａｎ
ｄａｒｄ　１９４２ｂ試験に従って測定される。硬度は
ビッカース押込試験に従って測定される。

【００５４】破壊強度（破壊係数）は、不変負荷での材
料の破壊に対する抵抗性の程度を示すものである。破壊
強度は、破壊が生じる前に材料が示す最大の単位応力と
して定義される。プレス面の方向に対して垂直に、窒化
ケイ素セラミックの長方形の棒（４５ｍｍｘ４ｍｍｘ３
ｍｍ）を切り取ることで試験棒を調製する。この棒を、
５００グリットの研削といしを用いて、プレス面に対し
て平行な表面上を研磨する（Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｓｔａ
ｎｄａｒｄ　１９７４）。該破壊強度は２０ｍｍの径間
および０．５ｍｍ／ｍｉｎのクロスヘッド速度を用いた
４点曲げ試験を用いて室温で測定される。典型的に、室
温での破壊強度は少なくとも６５０Ｍｐａである。好適
には、室温での破壊強度は８２５〜１２５０ＭＰａ、よ
り好適には１０００〜１１５０ＭＰａの範囲である。高
温での強度は、２０ｍｍの径間および０．５ｍｍ／ｍｉ
ｎのクロスヘッド速度を用いた３点曲げ試験を用いて測
定される。典型的には、１０００℃における破壊強度は
少なくとも５５０ＭＰａである。典型的には、１３００
℃における破壊強度は少なくとも３００ＭＰａである。

【００５５】じん性は、動荷重下の破壊に対する材料の
抵抗力の程度を示す。より詳細には、破壊じん性は、材
料の単位容積が破壊なしで吸収する最大のエネルギー量
として定義される。本発明においては、破壊じん性を測
定するため２つの方法を用いる。これらの第一番目は、
シェブロンノッチ試験である。試験棒を上に示したよう
に調製し、そして更にシェブロンノッチで評価する。次
に、この試験棒を用いて、４０ｍｍ径間および０．５ｍ
ｍ／ｍｉｎのクロスヘッド速度での３点曲げ試験を行う
。典型的に、このシェブロンノッチ技術を用い室温（２
３℃にした）で測定して、本発明の窒化ケイ素セラミッ
ク体の破壊じん性は、６ＭＰａ（ｍ）０．５以上である
。好適には、室温での破壊じん性は７ＭＰａ（ｍ）０．
５以上、より好適には８ＭＰａ（ｍ）０．５以上である
。 最も好適には、室温での破壊じん性は９〜１４ＭＰａ（
ｍ）０．５の範囲である。好適には、１０００℃での破
壊じん性は６ＭＰａ（ｍ）０．５以上である。より好適
には、１０００℃での破壊じん性は７〜１２ＭＰａ（ｍ
）０．５の範囲である。

【００５６】切削工具材料の評価においては、Ｐａｌｍ
ｑｖｉｓｔじん性およびビッカース硬度の測定が利用で
きる。この両方の測定は１つの試験サンプルを用いて同
時に行うことができ、従って、これらの試験は非常に便
利である。

【００５７】このビッカース硬度試験は、圧こんに対す
るセラミック材料の抵抗力の程度を示す。長さが約１ｃ
ｍで、幅が１ｃｍであり高さが１ｃｍのサンプルをフラ
ットな表面上に置き、そして０．０２インチ／ｍｉｎの
クロスヘッド速度の標準ビッカースダイアモンド圧子を
用いてぎざぎざを付ける。このビッカース硬度数は、適
用した荷重（この場合、１４ｋｇ）および圧こんの断面
積から計算される。試験に先立って、該試験サンプルを
特別な方法で磨く。最初に、該サンプルをきれいにした
後、２２０グリッドのダイアモンド車を使用して、ざら
ざらした部分を平らにする。次に、４５ミクロンのダイ
アモンド車を用いて磨き始める。次に、下記の連続様式
により３０ｐｓｉおよび２００ｒｐｍで一連の研磨処理
を行う：３０ミクロンのダイアモンドペーストを用い５
分間隔で３回、１５ミクロンのダイアモンドペーストを
用い５分間隔で３回、６ミクロンのダイアモンドペース
トを用い５分間隔で３回、１ミクロンのダイアモンドペ
ーストを用い５分間隔で２回、そして０．２５ミクロン
のダイアモンドペーストを用いて５分間隔で１回。各々
の間隔の間に、該サンプルを水で洗浄することにより完
全にきれいにし、そして２分間高周波洗浄する。本発明
の窒化ケイ素セラミックのビッカース硬度数は、室温で
低くとも１３２５ｋｇ／ｍｍ２である。好適には、この
ビッカース硬度数は、室温で１３４０〜１６００ｋｇ／
ｍｍ２、より好適には１４５０〜１６００ｋｇ／ｍｍ２
の範囲である。

【００５８】該Ｐａｌｍｑｖｉｓｔじん性試験はビッカ
ース試験の延長である（Ｐａｌｍｑｖｉｓｔじん性試験
に関するＳ．　Ｐａｌｍｑｖｉｓｔ著Ｊｅｒｎｄｏｎｔ
ｏｒｅｔｓ　Ａｎｎａｌｅｎ、１４１（１９５７）、３
００を参照）。該試験サンプルはビッカース試験と同様
に調製され、ぎざぎざを付けるが、しかし、１４ｋｇの
荷重を追加的に１５秒間保持する。該サンプルに亀裂が
入る。ぎざぎざを入れたダイアゴナルおよび亀裂の長さ
の測定を、倍率が１０００ｘのＮｉｋｏｎ　ＵＭ２顕微
鏡を用いて行う。このＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性（Ｗ）
は、適用した荷重（Ｐ）に正比例し、そして亀裂の長さ
（Ｌ）に反比例する。好適には、本発明の窒化ケイ素セ
ラミック体は、室温で低くとも３７ｋｇ／ｍｍのＰａｌ
ｍｑｖｉｓｔじん性を示す。好適には、本発明の窒化ケ
イ素セラミック体は、室温で３７〜５２ｋｇ／ｍｍ、よ
り好適には４５〜５２ｋｇ／ｍｍのＰａｌｍｑｖｉｓｔ
じん性を示す。

【００５９】以下の実施例は、本発明の新規な自己補強
窒化ケイ素組成物、該新規窒化ケイ素セラミックの製造
方法、および切削工具としての該組成物の利用性を説明
するものである。これらの実施例は本発明の範囲の限定
を意図したものではない。全てのパーセントは、特に明
記されていない限り重量％である。

【００６０】

【実施例】実施例１ 　　材料：１．８１％の酸素、０．６％の炭素、および
下記の主要な金属不純物：６４１ｐｐｍの鉄、３１５ｐ
ｐｍのＡｌ、および２５ｐｐｍのＴｉを含有している窒
化ケイ素（ＫｅｍａＮｏｒｄ　Ｐ９５−Ｈ）を用いる。 この窒化ケイ素は、α／β重量比が９５／５のアルファ
およびベータ結晶形で存在している。この窒化ケイ素粉
体のＢＥＴ表面積は１０．１５ｍ２／ｇであり、そして
平均粒子サイズは直径１μｍである。各々５ｐｐｍ未満
のホウ素、亜鉛および鉄を含有している酸化マグネシウ
ム（Ｊ．　Ｔ．　Ｂａｋｅｒ）を用いる。このＭｇＯ粒
子の８０％以上が直径０．２〜０．７μｍの大きさの範
囲である。各々１０ｐｐｍ未満のナトリウムおよび鉄を
含有している酸化イットリウム（Ｍｏｌｙｃｏｒｐ）を
用いる。このＹ２Ｏ３の粒子は直径２〜５μｍの大きさ
の範囲である。各々０．００２％未満の鉛および鉄を含
有している酸化カルシウム（Ａｌｄｒｉｃｈ　Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ　Ｃｏ．）を用いる。平均ＣａＯ粒子サイズは
直径３μｍである。

【００６１】上に同定した酸化マグネシウム（４．７ｇ
）および酸化カルシウム粉体（０．２ｇ）を８０ｍＬの
水に懸濁させた後、空気下、機械的撹拌機を用いて室温
で撹拌して２種の酸化物の懸濁液を生じさせる。ケイ酸
ナトリウム水溶液を添加（７滴）することによってこの
懸濁液のｐＨを１１．３５に調整する。ｐＨを調整した
後、この懸濁液を３０秒間超音波にかけ、細かい凝集体
を壊す。高周波をかけた後、ｐＨが下がるのを観察する
。５滴の５Ｍ水酸化ナトリウムを加えることによってｐ
Ｈが１１．５になるように再び調整する。この懸濁液を
３０分間混合する。上述した酸化イットリウム粉体（８
．５ｇ）をこの懸濁液に加えた後、この懸濁液を３０秒
間高周波にかけ、そして３０分間機械的に撹拌する。上
述した窒化ケイ素粉体（８６．６ｇ）をこの懸濁液に加
えた後、この懸濁液をアトリションミキサー中で３０分
間撹拌して、全ての成分が完全に分散することを確かめ
る。得られる懸濁液を、１００メッシュのナイロン製の
ふるいを通して注ぐ。凝集化を若干向上させるため、５
０％硝酸を１０ｍＬ加えてｐＨを９．８に調整する。こ
の細かく分割された懸濁液を、乾燥窒素ガスの流れの中
で１２時間９０℃のオーブン中で乾燥する。乾燥後、得
られる粉体混合物を６０メッシュのふるいに通す。この
粉体混合物は８６．６％の窒化ケイ素、４．５％の酸化
マグネシウム、８．５％の酸化イットリウム、および０
．２％酸化カルシウムを含んでいる。長さが２インチで
、幅が１．５インチであり深さが０．５インチの板状の
形をしたグラファイト製のダイス中に、上述した粉体混
合物（８０ｇ）を注ぎ込む。このダイスに１０００ｐｓ
ｉｇの圧力をかける一方、温度を室温から１２００℃に
３０分かけて上昇させる。１２００℃で圧力を徐々に５
０００ｐｓｉｇに上昇させた後、その状態を保持する。 次に、温度を４０分かけて１８２５℃に上昇させる。こ
のダイスを４５分間１８２５℃で５０００ｐｓｉｇの圧
力下保持する。その後、２時間かけてこのダイスを１０
０℃に冷却する。１５００℃で圧力をゆっくりと解除す
る。このダイスが室温に達した時それを開け、そして上
述した大きさを有する板の形の窒化ケイ素セラミック体
を回収する。

【００６２】上述したように製造された窒化ケイ素セラ
ミック体の密度をＤ．Ｗ．　Ｒｉｃｈｅｒｓｏｎ、Ｍａ
ｒｃｅｌ　Ｄｅｋｋｅｒ著の”Ｍｏｄｅｒｎ　Ｃｅｒａ
ｍｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ”１９８２に記載され
ている水浸漬方法およびＳＥＭ顕微鏡写真による立体学
的分析によって測定する。この密度は本質的に理論値の
１００％であり、従って、この材料は本質的に無孔性で
ある。窒化ケイ素は、Ｘ線回析で測定して、本質的に、
β結晶相で存在している。このセラミックの見掛け化学
組成を中性子活性化分析で測定し、７７．２％の窒化ケ
イ素、２０．４％のガラス質第二相、および２．４％の
炭化ケイ素を含有していることが見いだされた。このガ
ラス質第二相は、３２．４％の酸化マグネシウム、４２
．２％の酸化イットリウム、２．５％の酸化カルシウム
、および２３．０％の酸化ケイ素を含んでいることが見
いだされた。２つの同定できない相が見いだされた。そ
の一番目は、３．９％の量で存在しており、そして９％
のマグネシウム、５９％のケイ素および３２％の窒素か
ら成る組成を有している。二番目は１％の量で存在して
おり、そして幅が典型的には５００Åで長さが０．７μ
ｍの繊維様の層をなした秩序ある構造を有している。こ
のようにして調製された窒化ケイ素セラミックのミクロ
構造は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１つの面を
観察することによって測定される。３５容積％の窒化ケ
イ素が、２〜１６の範囲のアスペクト比を有する長く伸
びたウイスカの形状をしていることが観察される。平均
アスペクト比は５．６である。

【００６３】前述した４点曲げ試験で測定して、上に同
定した窒化ケイ素セラミック体の破壊強度は、室温で１
３０ｋｓｉ（８９０Ｍｐａ）であり、１０００℃で９０
ｋｓｉ（６１６Ｍｐａ）である。シェブロンノッチ技術
で測定した破壊じん性は、室温で１３．９Ｍｐａ（ｍ）
０．５であり、１０００℃で１１．５Ｍｐａ（ｍ）０．
５である。室温でそして１４ｋｇ荷重下で測定したビッ
カース硬度は１３５０〜１４００ｋｇ／ｍｍ２の範囲で
あり、平均で１３７５ｋｇ／ｍｍ２である。室温で測定
したＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性は４９．３〜５１．１ｋ
ｇ／ｍｍの範囲である。この窒化ケイ素セラミック体の
破壊じん性は非常に高いことがわかる。

【００６４】実施例２（ａ〜ｎ） 　　粉体混合物の組成を表Ｉに記述したように変化させ
る以外は実施例１の操作に従う、一連の熱プレス窒化ケ
イ素セラミック組成物を製造する。各々の組成物に関す
る室温で測定したビッカース硬度およびＰａｌｍｑｖｉ
ｓｔじん性を表Ｉに示す。

【００６５】

【表１】

【００６６】このデータは、Ｐａｌｍｑｖｉｓｔじん性
およびビッカース硬度が酸化カルシウムの濃度および粉
体混合物中のＹ２Ｏ３／ＭｇＯ重量比の関数として変化
することを示している。例えば、一定のＹ２Ｏ３／Ｍｇ
Ｏ比率で酸化カルシウムの濃度を上昇させると、酸化カ
ルシウム濃度が０．２０重量％の時、該破壊じん性が５
１ｋｇ／ｍｍの最大値になることが実施例２（ｄ，ｉ，
ｋ，ｌ，ｍ，ｎ）からわかる。一定のＹ２Ｏ３／ＭｇＯ
比率で酸化カルシウムの濃度を上昇させた時、硬度が低
下する。 比較実験１（ａ〜ｄ） 　　酸化カルシウムを調剤から除去する以外は実施例１
と同様にして、４種類の熱プレス窒化ケイ素セラミック
体を製造する。粉体組成物を表ＩＩに挙げる。ビッカー
ス硬度およびＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性を実施例２に記
述したように測定し、そしてその値を表ＩＩに示す。

【００６７】

【表２】

【００６８】比較実験１（ｂ，ｄ）と実施例２（ｄ，ｉ
，ｋ，ｌ，ｍ，ｎ）とを比較すれば、本発明の自己補強
窒化ケイ素セラミック体が、酸化カルシウムを含有して
いないサンプルに比較して顕著に高いＰａｌｍｑｖｉｓ
ｔじん性を有していることがわかる。同 様の結論が、比較実験１（ａ）と実施例２（ｂおよびｈ
）とを比較した時得られる。比較実験１（ｃ）と実施例
２（ｇおよびｊ）との比較から見られるように、低いＹ
２Ｏ３／ＭｇＯ比率および低い酸化カルシウム濃度でも
本発明のセラミック体における改良は顕著である。

【００６９】実施例３（ａ〜ｃ） 　　粉体組成物を表ＩＩＩに記述したように変化させる
以外は実施例１の操作に従って、３種類の熱プレス窒化
ケイ素組成物を製造する。これらの粉体組成物中のＹ２
Ｏ３／ＭｇＯ比率は１．８２である。ビッカース硬度お
よびＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性を実施例２の操作に従っ
て室温で測定する。得られる値を表ＩＩＩに示す。

【００７０】

【表３】

【００７１】ガラス含有量が増大するにつれてＰａｌｍ
ｑｖｉｓｔじん性もまた増大するが、一方ビッカース硬
度は非直線的に変化する。

【００７２】実施例４ 　　実施例１の熱プレス窒化ケイ素セラミック体をダイ
ヤモンドで研磨して切削工具の挿入物とする。この切削
工具挿入物は、ＳＮＧ４３３型のＡＮＳＩ標準に従って
製造する。切削刃を０．００８インチ幅で２０度角に面
取りする。該挿入物を、５ＨＰ変速テーブルを有する４
０ＨＰシンシナティ（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ）＃５単一
スピンドル、ニーおよびサドル、垂直フライス加工機を
用いて、正面フライス削り用途に関して試験する。工作
材料は、直径が２インチであり、測定して２０７ＢＨＮ
の硬度を有する球状の「延性のある」鋳鉄である。−５
度の軸レーキおよび−５度の放射レーキで、直径が６イ
ンチのフライス削りカッターを用いる。１５度のリード
角を用いる。 １分間当たり１３６０表面フィートの削り速度、０．０
６０インチのカットの深さ、および１回転（または歯）
当たり０．００５インチの送り速度で機械を運転する。 このカッターの中心線およびこの加工部材の中心線を一
致させる。切削油は使用しない。該鋳鉄上を連続して通
過させ、そして切削刃を、８回通過させる毎に逃げ面摩
耗およびチップ化に関して検査する。３０倍率の顕微鏡
を用いて測定し、逃げ面摩耗またはチップ化が深さで０
．０１５インチを越えた時試験を終了する。損傷を受け
る前に平均で２６．０回の通過を達成することを見い出
した。この逃げ面摩耗は均一である。

【００７３】比較実験２（ａ〜ｂ） 市販の窒化ケイ素セラミック体を、各々、下記の給源か
ら得る：（ａ）ＢｏｒｉｄｅＰｒｏｄｕｃｔｓ　（製品
番号ＵＳ−２０）および（ｂ）ＧＴＥ　Ｖａｌｅｒｏｎ
　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　（製品番号Ｑ６）。実施例
４に記載した方法で、各々のサンプルをダイヤモンド研
磨して切削工具を得る。この切削工具を用いて、実施例
４に記載した方法により球状の「延性のある」鋳鉄を切
削する。損傷を受ける前に平均で１３．５回の通過がＢ
ｏｒｉｄｅ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　のサンプルを用いた時
得られ、そして損傷を受ける前に平均で１０．５回の通
過がＧＴＥのサンプルを用いた時得られることを見いだ
した。 両方の場合共、逃げ面摩耗は均一である。比較実験２（
ａおよびｂ）を実施例４と比較すれば、本発明の窒化ケ
イ素セラミック体は市販の製品に比べて著しく性能が優
れていることがわかる。

【００７４】実施例５（ａ〜ｗ）−自己補強Ｓｉ３Ｎ４
の特性に対する種々のウイスカ成長強化化合物の効果　
　実施例１に記述した操作の変法、そして異なる窒化ケ
イ素粉体およびウイスカ成長強化化合物として使用を評
価すべき種々の元素を用いて、一連の熱プレス窒化ケイ
素組成物を調製する。元素および得られる物性を表ＩＶ
に列挙する。この物性にはＭｉｌｉｔａｒｙ　Ｓｔａｎ
ｄａｒｄ　１９４２ｂに従って測定した破壊強度（破壊
係数）、破壊じん性（シェブロンノッチ技術）および硬
度（ビッカース圧こん試験）が含まれる。

【００７５】この窒化ケイ素粉体は、ＳＮ−Ｅ１０の商
標でＵｂｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，　Ｌｔｄ．　から
商業的に入手可能である。これは１．４６％の酸素、１
００ｐｐｍ未満のＣｌ、１００ｐｐｍ未満のＦｅ、５０
ｐｐｍ未満のＣａ、および５０ｐｐｍ未満のＡｌを含ん
でいる。これは９９．５％以上の結晶度、５未満のα／
（α＋β）比および１１．２ｍ２／ｇの表面積を有して
いる。

【００７６】Ｋ２ＣＯ３およびＮａ２ＣＯ３（Ｆｉｓｈ
ｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから両方共、商業的に入手
可能）は、各々、Ｋ２ＯおよびＮａ２Ｏのための適切な
給源である。Ｆｉｓｈｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃはま
た、Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｍｎ
Ｏ２およびＦｅ２Ｏ３を供給している。Ｍｏｒｔｏｎ　
ＴｈｉｏｋｏｌはＳｒＯおよびＶ２Ｏ４を供給している
。Ｍａｔｈｅｓｏｎ、ＣｏｌｅｍａｎおよびＢｅｌｌは
ＢａＯを供給している。Ｂａｋｅｒ　Ｉｎｃｏｒｐｏｒ
ａｔｅｄはＴｉＯ２、ＮｉＯおよびＣａＯを供給してい
る。Ａｌｆａ　ＰｒｏｄｕｃｔｓはＳｃ２Ｏ３、ＮｂＢ
２、ＣｏＯ、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＨｆＯ
２、Ｔａ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３およびＣｕＯを供給している
。

【００７７】これらの材料を、分当たり３３０回転（ｒ
ｐｍ）の撹拌速度を有するジルコニア製ボールの入って
いるアトリター（Ｕｎｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓｂａｔｃ
ｈ　ａｔｔｒｉｔｏｒ，　Ｍｏｄｅｌ　０１ＨＤ、ポリ
テトラフルオロエチレンで被覆した管および撹拌機の備
わった７５０ｃｃ容量）中で混合する。２２５ｍＬのト
ルエンおよび２５滴のアルミン酸塩カップリング剤（Ｋ
ｅｎｒｅａｃｔ　ＫＡ　３２２の商標でＫｅｎｒｉｃｈ
　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓから商業的に入手可能
）の混合物を、混合媒体として用いる。該窒化ケイ素粉
体（８６．３ｇ）、該酸化マグネシウム粉体（４．７ｇ
）、該酸化イットリウム粉体（８．５ｇ）および表ＩＶ
で同定した粉末化した基本的な誘導体（０．５ｇ）を、
この混合物媒体に加えた後、撹拌を開始する。３０分間
混合した後、更に、１００ｍＬのトルエンを加え、そし
て撹拌速度を２分間かけて６３０ｒｐｍに上昇させて、
これをジルコニア製のボールと一緒にアトリターから取
り出す前にこの混合物を薄める。過剰のトルエンを減圧
濾過で除去する。次に、この混合物を乾燥窒素ガスの流
れの中で乾燥する。乾燥後、３０メッシュのステンレス
鋼製のふるいを用いてこの混合物をジルコニア製のボー
ルから分離し、続いて４０メッシュと６０メッシュのス
テンレス鋼製のふるいを通過させて、８６．３％の窒化
ケイ素、４．７％の酸化マグネシウム、８．５％酸化イ
ットリウムおよび０．５％の誘導体を含む乾燥粉体混合
物を得る。その後、この粉体を板状に熱プレスした後、
実施例１に示した物性試験を受けさせる。

【００７８】

【表４】

【００７９】表ＩＶに示したデータは、数多くの基本的
な誘導体をウイスカ成長強化化合物として使用した場合
、満足できる物性を有する自己強化窒化ケイ素化合物を
与えることを明らかに示している。同様の結果が、ここ
に見い出した他の組成物を用いても期待できる。

【００８０】実施例６（ａ〜ｇ）−窒化アルミニウムま
たは窒化ホウ素添加の効果 　　実施例６ａ〜６ｂの場合、混合技術の変法のため混
合溶媒をトルエンからメタノールに変更し、そして実施
例５ｃおよび５ｊの各々に示されている組成中、窒化ケ
イ素に代えて少量（表Ｖａを参照）の窒化アルミニウム
（実施例６ａ）または窒化ホウ素（実施例６ｂ）を用い
る以外は実施例５の操作に従って、一連の熱プレス窒化
ケイ素セラミック組成物を製造する。

【００８１】２００ｒｐｍの速度で撹拌している実施例
５で用いたのと同様のアトリター中に８０ｍＬのメタノ
ールを加える。アトリターの壁から粉体成分を洗い流す
のに必要な追加的メタノール（５０ｍＬ）と一緒に、粉
体の成分を１８分間かけてゆっくりと加える。より均一
で迅速な分散が望まれる場合、分散剤、例えばＶｉｒｇ
ｉｎｉａ　ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＣｏｒｃａｔ　Ｐ−
１２の商標で商業的に入手可能な、メタノール中のポリ
エチレンイミン５０％混合物を、少量、例えば２６滴加
えてもよい。２２０ｒｐｍで１時間混合した後、スラリ
ーを綿状の固まりにするために、少量（１４滴）のオレ
イン酸を加える。その後、この綿状に固まったスラリー
を実施例５に示したように回収する。

【００８２】実施例６ａ〜６ｈ並びに５ｃおよび５ｊに
関する組成および物性データを表Ｖａ〜Ｖｃに要約する
。

【００８３】

【表５】

【００８４】

【表６】

【００８５】

【表７】

【００８６】表Ｖａ〜Ｖｃに示したデータを検査するこ
とでいくつかの点が見いだされる。第一に、少量の窒化
アルミニウムまたは窒化ホウ素によって相当する量の窒
化ケイ素を置き換えると、限られてはいるが硬度の低下
を犠牲にすることで（表Ｖａ）破壊強度および破壊じん
性の両方が改良される。第二に、ＡＩＮが明らかにＢＮ
よりも破壊強度および破壊じん性を大きく改良すること
を表している表Ｖａが示す傾向は、全ての組成に関して
真実とは言えない。表Ｖｂは、ウイスカ成長強化化合物
がＺｎＯの場合、その逆が本当であることを示している
。第三に、ＢＮの量を本質的に上昇させると、破壊じん
性および硬度の両方を犠牲することで、限られてはいる
が破壊強度を改良する。言い換えれば、多量のＡＩＮも
しくはＢＮは不必要である。加うるに、制限して組成を
変化することである程度の物性の変更が可能である。 同様の結果が、本発明の他の組成を用いて得られる。 実施例７ａ〜７ｅ−ガラス質相の量を変化させた時の実
施例６ｂの反復実験 実施例６の操作、実施例６ｂの成分（Ｓｉ３Ｎ４、Ｙ２
Ｏ３、ＭｇＯ、ＮｂＢ２およびＢＮ）および窒化ケイ素
以外の成分はその成分比を用いて、Ｓｉ３Ｎ４相（窒化
ケイ素以外の成分）のパーセントを変化させ、一連の４
種の熱プレス窒化ケイ素セラミック体を製造する。成分
比は１．８（Ｙ２Ｏ３／ＭｇＯ）、１４．７（全ガラス
質相／ＢＮ）および２９．４（全ガラス質相／ＮｂＢ２
）である。Ｓｉ３Ｎ４含有量および物性は表ＶＩに要約
してある。

【００８７】

【表８】

【００８８】表ＶＩに示してあるデータは、得られる熱
プレス窒化ケイ素の物性に対して過度の逆効果を生じさ
せることなしに、Ｓｉ３Ｎ４含有量をかなり変化させ得
ることを示唆している。同様の結果が本発明の他の組成
物に関しても得られる。

【００８９】実施例８ａ〜８ｄ−ガラス質相の量を変化
させた時の実施例６ａの反復実験 　　実施例６の操作、実施例６ａの成分（Ｓｉ３Ｎ４、
Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｒＯおよびＡＩＮ）および窒化ケ
イ素以外の成分はその成分比を用いて、Ｓｉ３Ｎ４相（
窒化ケイ素以外の成分）のパーセントを変化させ、一連
の４種の熱プレス窒化ケイ素セラミック体を製造する。 成分比は１．８（Ｙ２Ｏ３／ＭｇＯ）、１４．７（全ガ
ラス質相／ＡＩＮ）および２９．４（全ガラス質相／Ｓ
ｒＯ）である。Ｓｉ３Ｎ４含有量および物性は表ＶＩＩ
に要約してある。

【００９０】

【表９】

【００９１】表ＶＩＩに示してあるデータは、ＢＮをＡ
ＩＮで置き換えそしてＮｂＢ２をＳｒＯで置き換えた時
、Ｓｉ３Ｎ４含有量を上昇させた結果として実施例７ａ
〜７ｅで観察される物性の傾向が変化することは事実で
あることを示唆している。同様の結果が本発明の他の組
成物に関しても得られる。

【００９２】比較実施例３ａ〜３ｅ−実施例５ｇの組成
の１種以上の成分を除くことによる効果　　実施例５の
操作を用いて、表ＶＩＩＩに示したように実施例５ｇの
組成の１種以上の成分を除きそして残りの成分を調整す
ることによって、一連の熱プレス窒化ケイ素セラミック
体を製造する。表ＶＩＩＩはまた、得られる物性を示す
。比較を容易にするため、表ＶＩＩＩには実施例５ｇが
含まれている。

【００９３】

【表１０】

【００９４】表ＶＩＩＩに示されているデータは、明ら
かに、比較実施例３ａ〜３ｅに示すように、実施例５ｇ
の組成から１種以上の成分を除くことの効果を示してい
る。この表に含まれているデータは、添加剤成分として
のカルシウム誘導体の使用に関係しているが、元素の周
期律表に列挙されている元素の他の誘導体を用いた必要
以上の実験を示さなかったが同様の結果が得られ、そし
て本発明の範囲内に含まれる。

【００９５】実施例９（ａ〜ｃ）−ニオビウムの給源を
変化させることの効果 　　実施例６の操作を用いて、実施例５ｊで用いたのと
は異なるニオビウムの給源を使用し一連の３つの熱プレ
ス窒化ケイ素セラミック体を製造する。ニオビウムの給
源は以下の通りである： 実施例９ａ　　−　　Ｎｂ３Ｓｎ 実施例９ｂ　　−　　Ｎｂ３Ｇａ 実施例９ｃ　　−　　ＮｂＯ この３つのセラミック体および実施例５ｊに関する物性
データを表ＩＸに要約する。

【００９６】

【表１１】

【００９７】表ＩＸに示したデータは、非酸化物誘導体
はその酸化物より良好ではないとしても同等の性能を示
す。必要以上の実験は示さなかったが、同様の結果が本
発明の他の組成物を用いて得られる。

【００９８】実施例１０（ａ〜ｂ）−ＭｇＯをＳｒＯま
たはＣａＯに置き換えることの効果 　　実施例５の操作を用いて、実施例５で用いた酸化マ
グネシウム（ＭｇＯ）を同重量％の酸化ストロンチウム
（ＳｒＯ）（実施例１０ａ）または酸化カルシウム（Ｃ
ａＯ）（実施例１０ｂ）に置き換えることによって２つ
の熱プレス窒化ケイ素セラミック体を製造する。この２
つのセラミック体および実施例５ｃおよび５ｓに関する
物性データを表Ｘに要約する。ＣａＯは実施例１０ａお
よび５ｓのためのウイスカ成長強化化合物である。Ｓｒ
Ｏは実施例１０ｂおよび５ｃのためのウイスカ成長強化
化合物である。

【００９９】

【表１２】

【０１００】表Ｘに示したデータは、明らかに、酸化ス
トロンチウムおよび酸化カルシウムは酸化マグネシウム
の代替物として適切であることを示している。同様の結
果が、元素の周期律表のＩＩＡ族の他の酸化物、即ち酸
化ベリリウム、酸化バリウムおよび酸化ラジウムを用い
ても期待できる。

【０１０１】実施例１１−ウイスカ成長強化化合物とし
て酸化マグネシウムを使用することの効果　　０．５重
量％のＳｒＯを同様量のＭｇＯに置き換える以外は実施
例１０の操作および実施例１０ｂの組成を用いて熱プレ
ス窒化ケイ素セラミック体を製造する。このセラミック
体に関する物性データは以下の通りである：破壊強度（
ＭＰａ）　　　　　　　　　　　−　　　　８００破壊
じん性（ＭＰａ・ｍ０．５）　　−　　　　　　　　７
．９４ビッカース硬度（ｋｇ／ｍ２）　　−　　１５４
５このデータは、明らかに、ウイスカ成長強化化合物と
してのＭｇＯの有効性を示している。

【０１０２】実施例１２（ａ〜ｂ）−少量の窒化アルミ
ニウムを含有しているコンパウンド中のＭｇＯをＳｒＯ
に代替することの効果 　　実施例６の操作を用いて、表ＸＩＡに示す組成から
２つの熱プレス窒化ケイ素セラミック体を製造する。こ
れらのセラミック体に関する物性データを表ＸＩＢに示
す。

【０１０３】

【表１３】

【０１０４】

【表１４】

【０１０５】表ＩＸと同様、表ＸＩＢに示すデータは、
明らかに、自己補強窒化ケイ素体の製造におけるＭｇＯ
の代替物としてのＳｒＯの有効性を示している。同様の
結果が、元素の周期律表のＩＩＡ族からの他の酸化物を
用いても期待できる。

【０１０６】切削工具としての有効性に関する評価　　
米国規格協会（Ａ．Ｎ．Ｓ．Ｉ．）の標準に従って、実
施例１２の熱プレス窒化ケイ素体をダイヤモンド研磨し
てＳＮＧ４３４型の切削工具挿入物を得る。この切削刃
を、０．００６インチ（０．０１５ｃｍ）幅の３０度角
に面取りする。この挿入物を、５馬力変速テーブルを有
する４０馬力シンシナティ（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ）＃
５単一スピンドル、ニーおよびサドル、垂直フライス加
工機を用いて、正面フライス削り用途に関して試験する
。工作材料は、幅が４インチ（１０．１６ｃｍ）であり
長さが１２インチ（３０．４８ｃｍ）の、測定して１７
０ＢＨＮ（２２０ｋｇ／ｍｍ２）の硬度を有するクラス
３０の灰色の鋳鉄である。直径が１２インチ（３０．４
８ｃｍ）のフライス削りカッター、即ち一枚歯のフライ
ス削りカッターを、−５度の軸レーキおよび−５度の放
射レーで使用する。１５度のリード角を用いる。１分間
当たり３０００表面フィートの削り速度（９１４ｍ／ｍ
ｉｎ）、０．０６０インチ（０．１５２ｃｍ）のカット
の深さ、および１回転（または歯）当たり０．０１３イ
ンチ（０．３３０ｍｍ）の送り速度で機械を運転する。 このカッターの中心線およびこの加工部材の中心線を一
致させる。切削油は使用しない。

【０１０７】該鋳鉄加工材料上を連続して通過させる。 切削刃を、１回通過させる毎に逃げ面摩耗およびチップ
化に関して検査する。３０倍率の顕微鏡を用いて測定し
、逃げ面摩耗またはチップ化が深さで０．０１０インチ
（０．０２５ｃｍ）を越えた時試験を終了する。この挿
入物は損傷を受ける前に５９０立方インチ（９６６８ｃ
ｍ３）の鉄を取り去る。ＫｙｏｎＴＭ３０００の商標で
Ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが市販
している名目上の窒化ケイ素材料（実際は、ケイ素−ア
ルミナ−窒化物またはシアロン（ｓｉａｌｏｎ））から
製造したＳＮＧ４３４型切削工具挿入物は、損傷を受け
る前に３４０立方インチ（５５７２ｃｍ３）の鉄を取り
去る。ＵＳ−２０の商標でＢｏｒｉｄｅ　Ｐｒｏｄｕｃ
ｔｓが市販している窒化ケイ素材料から製造したＳＮＧ
４３４型切削工具挿入物は、損傷を受ける前に３１１立
方インチ（５０９６ｃｍ３）の鉄を取り去る。

【０１０８】前述した実例は、明らかに、切削工具用途
における、実施例１２ｂで製造した自己補強窒化ケイ素
材料の適切性を示している。同様の結果が、ここで見い
だされた他の組成物に関しても期待できる。

【０１０９】実施例１３−酸化イットリウムを酸化ラン
タンに代替 　　酸化イットリウムを酸化ランタンに置き換える以外
は実施例５の操作を用いそして実施例５ｓの組成と同じ
組成を用いて、熱プレス窒化ケイ素体を製造する。この
セラミック体に関する物性データは下記の通りである：
破壊強度（ＭＰａ）　　　　　　　　　　　−　　　　
９３０破壊じん性（ＭＰａ・ｍ０．５）　　−　　　　
　　　　９．０ビッカース硬度（ｋｇ／ｍ２）　　−　
　１５２６このデータは、明らかに、転移助剤としての
酸化ランタンの適切性を示している。元素の周期律表の
ＩＩＩＡ族からの元素の他の酸化物を用いて同様の結果
が期待できる。ＩＩＩＡ族の元素の非酸化物給源並びに
ＩＩＡ族の給源を用いても満足できる結果が期待できる
。

【０１１０】実施例１４（ａ〜ｂ）−酸化イットリウム
または酸化マグネシウムを酸化ナトリウムに代替　　実
施例１４ａの酸化イットリウムおよび実施例１４ｂの酸
化マグネシウムを酸化ナトリウムに置き換える以外は実
施例５の操作を用いそして実施例５ｓの組成と同じ組成
を用いて、２つの熱プレス窒化ケイ素体を製造する。こ
れらのセラミック体に関する物性データを表ＸＩＩに示
す。

【０１１１】

【表１５】

【０１１２】表ＸＩＩに示したデータは、明らかに、酸
化ナトリウムが高密度化助剤（実施例１４ｂ）または転
移助剤（実施例１４ａ）のいずれかとして有効な代替物
であることを示している。同様の結果が、酸化マグネシ
ウムを酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）
および酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）に置き換えることに
よって得られる。ナトリウムの他の給源並びに元素の周
期律表のＩＡ族からの他の元素の給源を用いて同様の結
果が期待できる。

【０１１３】実施例１５（ａ〜ｈ）−転移助剤の高密度
化助剤に対する比率の変化 　　転移助剤（酸化イットリウム）の高密度化助剤（酸
化マグネシウム）に対する比率を表ＸＩＩＩに示すよう
に変化させる以外は実施例６の操作に従って、一連の熱
プレス窒化ケイ素セラミック組成物を製造する。この粉
体混合物の基本組成は、８６．３％のＳｉ３Ｎ４、０．
５％のＣａＯ、並びにＭｇＯとＹ２Ｏ３との組み合わせ
が１３．２％である。各々の組成に関する破壊じん性お
よび破壊強度を表ＸＩＩＩに示す。

【０１１４】

【表１６】

【０１１５】＊成分のパーセントは粉体混合物中の重量
％を基準にしている。

【０１１６】表ＸＩＩＩに示したデータは、明らかに、
組成を幅広く変化させても６ＭＰａ・ｍ０．５を越える
破壊じん性および７００ＭＰａ以上の破壊強度を有する
熱プレス窒化ケイ素セラミック体が得られることを示し
ている。同様の結果がここに見いだされた他の組成物を
用いても期待できる。

【０１１７】実施例１６（ａ〜ｆ）−物性に対する熱プ
レス温度の効果 　　１つの変更を行う以外は実施例６の操作に従って、
一連の熱プレス窒化ケイ素セラミック組成物を製造する
。 この変更は、実施例１で用いた１８２５℃の最大温度を
表ＸＩＶに示すように変化させることである。全ての組
成は実施例１５ｄの組成と同じである。各々の組成のＰ
ａｌｍｑｖｉｓｔじん性もまた表ＸＩＶに示す。

【０１１８】

【表１７】

【０１１９】表ＸＩＶに示したデータは、明らかに、比
較的幅広い温度の範囲で許容されるＰａｌｍｑｖｉｓｔ
じん性が得られることを示している。同様の結果が、他
の物性、例えば破壊強度および破壊じん性に関して、並
びにここに見いだされた他の組成を用いても期待できる
。

【０１２０】実施例１７（ａ〜ｃ）−物性に対する熱プ
レス時間の効果 　　１つの変更を行う以外は実施例１６ｅの操作に従っ
て、一連の熱プレス窒化ケイ素セラミック組成物を製造
する。この１つの変更は、６０分から表ＸＶに示す時間
に熱プレス時間を変更することである。従って、全ての
熱プレス加工は１８２５℃の温度で行う。これらの組成
物のＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性もまた表ＸＶに示す。比
較のため、実施例１６ｅに関するＰａｌｍｑｖｉｓｔじ
ん性および熱プレス時間を示す。

【０１２１】

【表１８】

【０１２２】表ＸＶに示したデータは、明らかに、比較
的幅広い時間の範囲で許容されるＰａｌｍｑｖｉｓｔじ
ん性が得られることを示している。同様の結果が、他の
物性、例えば破壊強度および破壊じん性に関して、並び
にここに見いだされた他の組成を用いても期待できる。

【０１２３】実施例１８（ａ〜ｇ）−物性に対するシリ
カ（ＳｉＯ２）含有量の効果 　　組成のシリカ（ＳｉＯ２）含有量を変更し、実施例
１の操作および組成を用いて一連の熱プレス窒化ケイ素
セラミック組成物を製造する。シリカ（ＳｉＯ２）は本
質的にＳｉ３Ｎ４中に存在している。特定の粉体の実際
上のＳｉＯ２含有量は、粒子サイズおよび製造方法など
のような変化に依存している。典型的に市場で入手可能
なＳｉ３Ｎ４粉体は、粉体の２重量％以上の酸素含有量
（これは粉体の３．７５重量％もしくはそれ以上のＳｉ
Ｏ２含有量に等しい）を有している。この実施例で用い
たＳｉ３Ｎ４粉体は、ＵＢＥ−ＳＮ−１０の商標でＵＢ
Ｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ａｍｅｒｉｃａから商業的
に入手可能であり、粉体の１．３重量％の酸素含有量（
これは粉体の２．４３重量％のシリカ含有量に等しい）
を有している。シリカの含有量を上昇させるため遊離の
シリカを添加し、それによって、与えられた組成の酸素
含有量を得る。各々の組成に関する全シリカ含有量（重
量％）、破壊強度および破壊じん性を表ＸＶＩに示す。

【０１２４】

【表１９】

【０１２５】−−は、測定しなかったことを意味してい
る。

【０１２６】表ＸＶＩに示したデータは、明らかに、少
なくともシリカの形での組成物の酸素含有量を調節する
と、得られる熱プレスセラミック体の破壊強度が著しい
影響を受けることを示している。同様の結果がここに見
いだされた他の組成物を用いて期待できる。

【０１２７】実施例１９−可能な補強材料の化学的相溶
性の評価 　　数多くの異なるセラミック材料から成る高密度の片
を研磨し、そして実施例１と同様のグラファイト製ダイ
スの空洞中に置く。これらのセラミック材料は、炭化チ
タン、炭化ホウ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、酸
化ジルコニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム
、二炭化チタンおよびムライトである。実施例１と同様
にして製造した粉体混合物を該ダイスの空洞中に注いだ
後、熱プレス加工温度を１８５０℃に上昇させそして加
圧時間を１時間にする以外は実施例１と同様にして熱プ
レスする。この粉体混合物は、９０％の窒化ケイ素、５
．８％のイットリア、３．２％のマグネシア、０．３３
％のカルシアおよび０．６７％のシリカを含有している
。

【０１２８】この熱プレスした材料を区切って、窒化ケ
イ素組成物と予め高密度化したセラミック材料各々との
間に共有領域を与える。この共有領域を磨いた後、走査
電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いてβ−窒化ケイ素の長く伸
びた粒子の存在を検査する。このＳＥＭで検査した結果
、窒化アルミニウム、マグネシアおよびムライトを除く
全ての予め高密度化したセラミック材料の共有領域に、
或はその近くに、β−窒化ケイ素の長く伸びた粒子が見
いだされる。この予備検査を基にして、後者の３つの材
料は本発明の窒化ケイ素セラミック体の製造における補
強材料としての使用には不適切であると考えられる。同
様の結果が、この実施例で評価したセラミック材料の他
の形態に関して得られる。

【０１２９】実施例２０−補強材料としての炭化ケイ素
ウイスカの評価 　　実施例１９の粉体混合物を、種々の量の炭化ケイ素
ウイスカ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｍａｔｒｉｘ）と混合し
た後、実施例１９と同様にして熱プレス加工する。この
ウイスカは０．９ミクロメーターの数平均直径および１
１の平均アスペクト比を有している。得られる熱プレス
されたセラミック体を、実施例１と同様にしてビッカー
ス硬度およびＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性に関して試験を
行う。炭化ケイ素ウイスカの量および試験結果を表ＸＶ
ＩＩに示す。

【０１３０】

【表２０】

【０１３１】表ＸＶＩＩに示したデータは、長く伸びた
窒化ケイ素粒子も補強材料も含有していない熱プレス窒
化ケイ素、例えばそれと共に混合されている炭化ケイ素
ウイスカに関して報告されている３０〜３６ｋｇ／ｍｍ
の値に近いＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性を、３０容積％の
ＳｉＣウイスカ充填物が与えることを示している。表Ｘ
ＶＩＩ中のサンプルは全て、実施例１９と同様にしてＳ
ＥＭで検査した結果、長く伸びた窒化ケイ素の粒子の存
在を示している。反対に、３０容積％以上のＳｉＣウイ
スカ充填物を有する熱プレスセラミック体は、長く伸び
た窒化ケイ素粒子を全く有していない。同様の結果が、
ここに見いだされた全ての他の補強材料および組成に関
して得られる。

【０１３２】実施例２１−種々の温度における多要素か
ら成る補強の評価 　　９８％の窒化ケイ素、０．７４％のイットリア、０
．７％のシリカ、０．４６％のマグネシアおよび０．１
％の酸化タンタルを含む粉体混合物を実施例１と同様に
して製造する。この粉体混合物の一部を実施例２０と同
じ炭化ケイ素ウイスカのある量と混合して、２５重量％
の炭化ケイ素ウイスカを含有する混合物を得る。同量の
粉体混合物と該混合物とを、実施例２０の操作を用いて
熱プレス窒化ケイ素体に転移させる。得られるセラミッ
ク体に関して、実施例１に示すビッカース硬度（ＶＨ）
（ｋｇ／ｍｍ２）および破壊強度（ＦＳ）（ＭＰａ）の
試験を行う。Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　１
９４２ｂに従う高温でのヤング係数（ＹＭ）（ＧＰａ）
試験もこのセラミック体に関して行う。試験結果を表Ｘ
ＶＩＩＩに示す。

【０１３３】

【表２１】

【０１３４】表ＸＶＩＩＩに示したデータは、明らかに
、インサイチューで成長した長く伸びた窒化ケイ素粒子
に加えて補強材料が存在することで、高温での、例えば
１３７５℃での強度、および例えば１２００℃またはそ
れ以上の温度でのヤング係数が改良されることを示して
いる。このデータはまた、このような補強材料を添加す
ることで室温（２０℃）の硬度が改良されることを示し
ている。同様の結果が、ここに見いだされた全ての他の
補強材料および組成に関して得られる。

【０１３５】実施例２２−補強媒体としての血小板状物
の評価 　　７１．６９％の窒化ケイ素、４．６％のイットリア
、２．５４％のマグネシア、１．０９％のシリカ、０．
４％のジルコニアおよび１９．６８％の炭化ケイ素血小
板状物（Ｃ−Ａｘｉｓ　Ｃｏｒｐ．）を含む粉体混合物
を、他の成分をよく分散させた後、該血小板状物を加え
る以外は実施例１と同様にして製造する。該血小板状物
の添加に先立って、該混合物の一部を混合装置から取り
出し、実施例１と同様にして回収する。１０分間、該混
合物の残りの部分に対して混合を継続して、実施例１と
同様にして回収される混合物を得る。該血小板状物は８
〜１０のアスペクト比および２４μｍの平均直径を有し
ている。該粉体混合物と該混合物の同量を、実施例２０
の操作を用いて熱プレス窒化ケイ素体に転移させる。得
られるセラミック体に関して、ビッカース硬度（ＶＨ）
（ｋｇ／ｍｍ２）およびＰａｌｍｑｖｉｓｔじん性（ｋ
ｇ／ｍｍ）の試験を行う。試験結果を表ＸＩＸに示す。

【０１３６】

【表２２】

【０１３７】表ＸＩＸに示したデータは、ウイスカと同
様血小板状物も、本発明の窒化ケイ素セラミック体中に
見いだされる長く伸びた窒化ケイ素粒子と一緒に補強媒
体として用いた時、満足できる結果を与えることを示し
ている。同様の結果が、ここに見いだされた全ての他の
補強材料および組成に関して得られる。

【０１３８】実施例２３−異なる種類および量のＳｉＣ
補強媒体の評価 　　補強媒体の種類、補強媒体の量、或は両方を変化さ
せる以外は実施例２２を繰り返す。これらの補強媒体は
、実施例２２の血小板状物、実施例２１のウイスカ、或
は平均直径が０．２５μｍの炭化ケイ素ウイスカ（Ｔａ
ｔｅｈｏ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　
Ｃｏ．，　Ｌｔｄ．）である。得られる窒化ケイ素体に
関して、Ｐａｌｍｑｖｉｓｔじん性（ｋｇ／ｍｍ）試験
を行う。補強媒体の平均直径および重量％と一緒に試験
結果を表ＸＸに示す。

【０１３９】

【表２３】

【０１４０】表ＸＸに示した結果は、明らかに、与えら
れた組成に対して適切な補強媒体の量を決定するのに補
強媒体の大きさが重要な役割を果していることを示して
いる。同様の結果が、ここに見いだされた全ての他の補
強材料および組成に関して得られる。

【０１４１】本発明の特徴および態様は以下のとうりで
ある。

【０１４２】１．（ａ）セラミック体を与えるのに充分
な量の窒化ケイ素； （ｂ）高密度化助剤（上記高密度化助剤は、マグネシウ
ムの非酸化物誘導体、或はベリリウム、カルシウム、ス
トロンチウム、バリウム、ラジウム、リチウム、ナトリ
ウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ケイ素、ハフ
ニウム、タンタル、インジウム、ガリウム、亜鉛、チタ
ンまたはフランシウムの給源であり、該給源は、該粉体
の高密度化を促進するのに充分な量で存在する）；（ｃ
）転移助剤（上記転移助剤は、イットリウムの非酸化物
誘導体、或はスカンジウム、アクチニウム、ランタン、
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウ
ムまたはフランシウムの給源であり、該給源は、該出発
窒化ケイ素のβ−窒化ケイ素への本質的に完全な転移を
促進するのに充分な量で存在する）；そして（ｄ）β−
窒化ケイ素ウイスカの生成を促進するのに充分な量の少
なくとも１種のウイスカ成長促進化合物（上記化合物は
、カルシウムの非酸化物誘導体、或はナトリウム、カリ
ウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マ
ンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロン
チウム、ジルコニウム、ニオビウム、バリウム、ランタ
ンの誘導体、またはそれらの混合物の給源、或はガリウ
ム、インジウム、ハフニウム、タンタルおよびホウ素の
酸化物である）；［（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は３つ
の異なる元素から誘導される］；から成る粉体混合物を
、高密度化および少なくとも２．５の平均アスペクト比
を有するβ−窒化ケイ素ウイスカをその場で生成させる
のに充分な温度および圧力条件下に置き、そして６ＭＰ
ａ（ｍ）０．５以上の破壊じん性を有する窒化ケイ素セ
ラミック体を生じさせる、ことから成る、６ＭＰａ（ｍ
）０．５以上の破壊じん性を有しそして高平均アスペク
ト比を有するβ−窒化ケイ素ウイスカを主に含有してい
る窒化ケイ素セラミック体の製造方法。

【０１４３】２．該β−窒化ケイ素ウイスカが２〜１６
のアスペクト比を有しそして、走査電子顕微鏡で窒化ケ
イ素セラミック体の１つの面を検査することにより測定
して、少なくとも２０容積パーセントの量で存在してい
る第１項の方法。

【０１４４】３．該出発窒化ケイ素が１０重量％以下の
β−窒化ケイ素を含有している第１項の方法。

【０１４５】４．該高密度化助剤が該粉体混合物の全量
を基準にして０．０４〜２７．０重量％の量で存在して
いる第１項の方法。

【０１４６】５．該高密度化助剤がストロンチウム、カ
ルシウムまたはナトリウムの酸化物である第４項の方法
。

【０１４７】６．該転移助剤が該粉体混合物の全量を基
準にして０．２〜２９．５重量％の量で存在している第
１項の方法。

【０１４８】７．該高密度化助剤および該転移助剤が、
高密度化助剤の転移助剤に対する重量比が０．２５〜８
になるのに充分な量で存在している第１項の方法。

【０１４９】８．該重量比が１：１〜１．８：１である
第７項の方法。

【０１５０】９．該ウイスカ成長促進化合物が該粉体混
合物の全量を基準にして０．０１〜５重量％の量で存在
している第１項の方法。

【０１５１】１０．該ウイスカ成長促進化合物がカルシ
ウムの非酸化物誘導体である第１項の方法。

【０１５２】１１．該ウイスカ成長促進化合物がガリウ
ム、インジウム、ハフニウム、タンタルおよびホウ素か
ら成る群から選択される元素の酸化物である第１項の方
法。１２．該粉体混合物が更に該粉体混合物の全量を基
準にして２．３〜６重量％の量のシリカを含有している
第１項の方法。

【０１５３】１３．該粉体混合物が更に該粉体混合物の
全量を基準にして０．０１〜５重量％の量の窒化アルミ
ニウムまたは窒化ホウ素を含有している第１項の方法。

【０１５４】１４．該粉体混合物が更に、ウイスカもし
くは繊維状のβ−窒化ケイ素から成るか、或はウイスカ
、繊維、粒子もしくは血小板状の炭化ケイ素、炭化チタ
ン、炭化ホウ素、二ホウ化チタン、酸化アルミニウムま
たは酸化ジルコニウムから成るＰａｌｍｑｖｉｓｔじん
性を強化させる量の少なくとも１種の予め成型された補
強材料を含有する第１項の方法。

【０１５５】１５．窒化ケイ素の量の全体に予め成型さ
れた補強材料を加えた量が該粉体混合物の全量を基準に
して６５〜９９．７５重量％である第１４項の方法。

【０１５６】１６．該粉体混合物が更に、酸化マグネシ
ウム、窒化アルミニウムまたはムライトから成り、炭化
ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、二ホウ化チタン、酸
化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムの被覆を有する
、Ｐａｌｍｑｖｉｓｔじん性を強化させる量の少なくと
も１種の予め成型され被覆された補強材料を含有してお
り、上記被覆された材料がウイスカ、繊維、粒子および
血小板の物理的形状である第１項の方法。

【０１５７】１７．窒化ケイ素の量の全体に予め成型さ
れ被覆された補強材料を加えた量が該粉体混合物の全量
を基準にして６５〜９９．７５重量％である第１６項の
方法。

【０１５８】１８．該温度が１７５０℃〜１８７０℃で
ある第１項の方法。

【０１５９】１９．該圧力が３０００ｐｓｉｇ（２０．
８ＭＰａ）〜６０００ｐｓｉｇ（４１．５ＭＰａ）であ
る第１項の方法。

【０１６０】２０．該窒化ケイ素セラミックの密度が理
論値の９５％以上である第１項の方法。

【０１６１】２１．（ａ）走査電子顕微鏡写真で窒化ケ
イ素セラミック体の１つの面を検査して測定し、少なく
とも２０容積パーセントが少なくとも２．５の平均アス
ペクト比を有するウイスカの形状であるβ−窒化ケイ素
の結晶性相；そして （ｂ）高密度化助剤、転移助剤、シリカおよびベータ−
窒化ケイ素ウイスカ成長増強化合物を含有している、全
重量の３５重量％以下の量のガラス質相（上記化合物が
、カルシウムの非酸化物誘導体、或はナトリウム、カリ
ウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マ
ンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロン
チウム、ジルコニウム、ニオビウム、バリウムまたはラ
ンタンの誘導体、或はガリウム、インジウム、ハフニウ
ム、タンタルまたはホウ素の酸化物である）；を含む、
シェブロンノッチ技術（Ｃｈｅｖｒｏｎ　ｎｏｔｃｈ　
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いて２３℃で測定して６ＭＰ
ａ（ｍ）０．５以上の破壊じん性を有する窒化ケイ素セ
ラミック体。

【０１６２】２２．該高密度化助剤が、酸化ベリリウム
、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化タンタル
、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸
化亜鉛、酸化バリウムおよび酸化ラジウムでありそして
該転移助剤が酸化スカンジウム、酸化ランタン、酸化ナ
トリウムおよび酸化アクチニウムである（但し、該高密
度化助剤が該転移助剤とは異なることを条件とする）第
２１項のセラミック体。

【０１６３】２３．該ガラス質相が８〜６０重量％の高
密度化助剤、１５〜６４重量％の転移助剤、０．１〜２
５重量％の量のベータ−窒化ケイ素ウイスカ成長促進化
合物および７〜７７重量％の量のシリカから成り；そし
て転移助剤対高密度化助剤の重量比が０．２５〜８であ
り；そして全重量の１０重量％以下が他の相として存在
している第２２項のセラミック体。

【０１６４】２４．該他の相が、繊維様であり、層をな
しておりそして秩序のある構造を有する頑火石である第
２３項のセラミック体。

【０１６５】２５．頑火石繊維が５００ナノメーターの
直径および０．７〜１．０ミクロメーターの長さを有す
る第２４項のセラミック体。

【０１６６】２６．結晶性相の該窒化ケイ素ウイスカと
ガラス質相の該頑火石繊維とが混合されている第２４項
のセラミック体。

【０１６７】２７．該ガラス質相が更に、ガラス質相の
全量を基準にして０．０１〜１５．０重量％の量の窒化
アルミニウムまたは窒化ホウ素を含有する第２１項のセ
ラミック体。

【０１６８】２８．該ガラス質相が更に、ウイスカもし
くは繊維状のβ−窒化ケイ素、或はウイスカ、繊維、粒
子もしくは血小板状の炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホ
ウ素、二ホウ化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジ
ルコニウムから成る群から選択される、Ｐａｌｍｑｖｉ
ｓｔじん性を強化させる量の少なくとも１種の予め成型
された強化材料を含有する第２１項のセラミック体。

【０１６９】２９．該ガラス質相が更に、酸化マグネシ
ウム、窒化アルミニウムまたはムライトから成り、炭化
ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、二ホウ化チタン、酸
化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムの被覆を有する
、Ｐａｌｍｑｖｉｓｔじん性を強化させる量の少なくと
も１種の予め成型され被覆された補強材料を含有してお
り、上記被覆された材料がウイスカ、繊維、粒子および
血小板から選択される物理的形状である第２１項のセラ
ミック体。

【０１７０】３０．補強材料の量が、ガラス質相の容積
を基準にして、（ａ）材料の１０容積パーセント以下が
０．２μｍ未満の直径を有するか、（ｂ）材料の１５容
積パーセント以下が０．２〜０．５μｍの直径を有する
か、（ｃ）材料の２５容積パーセント以下が０．５〜１
．５μｍの直径を有するか、（ｄ）材料の３０容積パー
セント以下が１．５〜２．５μｍの直径を有するか、（
ｅ）材料の３５容積パーセント以下が２．５〜５．０μ
ｍの直径を有するか、（ｆ）材料の４５容積パーセント
以下が５．０〜１５．０μｍの直径を有するか、（ｇ）
材料の５０容積パーセント以下が１５．０〜２５．０μ
ｍの直径を有するか、或は（ｈ）材料の６５容積パーセ
ント以下が２５．０μｍ以上の直径を有する、補強材料
の直径および容積パーセントの組み合わせである第２８
項のセラミック体。

【０１７１】３１．窒化ケイ素ウイスカの該パーセント
が少なくとも３５容積パーセントである第２１項のセラ
ミック体。

【０１７２】３２．該破壊じん性が７ＭＰａ（ｍ）０．
５以上である第２１項のセラミック体。

【０１７３】３３．シェブロンノッチ技術を用いて１０
００℃で測定した該破壊じん性が９〜１４ＭＰａ（ｍ）
０．５である第２１項のセラミック体。

【０１７４】３４．２３℃で測定した該Ｐａｌｍｑｖｉ
ｓｔじん性が３７〜５２ｋｇ／ｍｍである第２１項のセ
ラミック体。

【０１７５】３５．第２１項のセラミック体から製造さ
れる切削工具。

【０１７６】３６．第２８項のセラミック体から製造さ
れる切削工具。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）セラミック体を与えるのに充分な量
   の窒化ケイ素； （ｂ）高密度化助剤、上記高密度化助剤は、マグネシウ
   ムの非酸化物誘導体、或はベリリウム、カルシウム、ス
   トロンチウム、バリウム、ラジウム、リチウム、ナトリ
   ウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ケイ素、ハフ
   ニウム、タンタル、インジウム、ガリウム、亜鉛、チタ
   ンまたはフランシウムの給源であり、該給源は、該粉体
   の高密度化を促進するのに充分な量で存在する；（ｃ）
   転移助剤、上記転移助剤は、イットリウムの非酸化物誘
   導体、或はスカンジウム、アクチニウム、ランタン、リ
   チウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム
   またはフランシウムの給源であり、該給源は、該出発窒
   化ケイ素のβ−窒化ケイ素への本質的に完全な転移を促
   進するのに充分な量で存在する；及び（ｄ）β−窒化ケ
   イ素ウイスカの生成を促進するのに充分な量の少なくと
   も１種のウイスカ成長促進化合物（上記化合物は、カル
   シウムの非酸化物誘導体、或はナトリウム、カリウム、
   スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン
   、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロンチウム
   、ジルコニウム、ニオビウム、バリウム、ランタンの誘
   導体、またはそれらの混合物の給源、或はガリウム、イ
   ンジウム、ハフニウム、タンタルおよびホウ素の酸化物
   である；但し、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は３つの異
   なる元素から誘導される；から成る粉体混合物を、高密
   度化および低くとも２．５の平均アスペクト比を有する
   β−窒化ケイ素ウイスカをその場で生成させるのに充分
   な温度および圧力条件下に置き、そして６ＭＰａ（ｍ）
   ０．５以上の破壊じん性を有する窒化ケイ素セラミック
   体を生じさせる、ことから成る、６ＭＰａ（ｍ）０．５
   以上の破壊じん性を有しそして高平均アスペクト比を有
   するβ−窒化ケイ素ウイスカを主に含有している窒化ケ
   イ素セラミック体の製造方法。
2. 【請求項２】（ａ）走査電子顕微鏡写真で窒化ケイ素セ
   ラミック体の１つの面を検査して測定し、少なくとも２
   ０容積パーセントが少なくとも２．５の平均アスペクト
   比を有するウイスカの形状であるβ−窒化ケイ素の結晶
   性相；及び （ｂ）高密度化助剤、転移助剤、シリカおよびベータ−
   窒化ケイ素ウイスカ成長増強化合物を含有している、全
   重量の３５重量％以下の量のガラス質相（上記化合物が
   、カルシウムの非酸化物誘導体、或はナトリウム、カリ
   ウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マ
   ンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ストロン
   チウム、ジルコニウム、ニオビウム、バリウムまたはラ
   ンタンの誘導体、或はガリウム、インジウム、ハフニウ
   ム、タンタルまたはホウ素の酸化物である；を含む、シ
   ェブロンノッチ技術を用いて２３℃で測定して６ＭＰａ
   （ｍ）０．５以上の破壊じん性を有する窒化ケイ素セラ
   ミック体。
3. 【請求項３】　　請求項２のセラミック体から製造され
   る切削工具。