JPH0459275B2 - - Google Patents

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JPH0459275B2
JPH0459275B2 JP61033716A JP3371686A JPH0459275B2 JP H0459275 B2 JPH0459275 B2 JP H0459275B2 JP 61033716 A JP61033716 A JP 61033716A JP 3371686 A JP3371686 A JP 3371686A JP H0459275 B2 JPH0459275 B2 JP H0459275B2
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nitride sintered
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Description

【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 本発明は耐酸化性あるいは耐摩耗性に優れた窒
化珪素焼結体に関するものである。 （従来の技術） 窒化珪素焼結体は焼成面または加工面にてガス
タービン部材、高温構造部材として使用される
か、あるいは特開昭60−161383号公報または特開
昭60−200882号公報に開示されているように、窒
化珪素焼結体表面をCVD法（化学気相法）によ
る窒化珪素膜で被覆し、表面の欠陥を埋めて強度
を向上させて使用されている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら上述した焼成面または加工面で部
材を構成した窒化珪素焼結体では、高温で使用す
ると耐酸化性、耐摩耗性が室温使用時に比べて劣
化するため、ガスタービン部材や高温構造部材と
して使用した場合その寿命が著しく制限される欠
点があつた。 また、CVD法により窒化珪素被覆を施した窒
化珪素焼結体では、窒化珪素膜と焼結体とが反応
して被覆層が破壊してその効果が無くなる欠点が
あつた。 本発明の目的は上述した不具合を解消して、特
に高温での耐酸化性あるいは耐摩耗性に優れた窒
化珪素焼結体を提供しようとするものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明の窒化珪素焼結体は、熱膨張係数が3.9
×10-6／℃以上で粒界相がフオルステライト、エ
ンスタタイト、イツトリウムシリケートあるいは
イツトリウムシリコン酸窒化物の結晶の少なくと
も一種以上の結晶相から成る窒化珪素焼結体の表
面に炭化珪素を被覆したことを特徴とするもので
ある。 （作用） 上述した構成において、高温強度は高いが耐酸
化性および耐摩耗性の点で劣る窒化珪素焼結体の
表面を、窒化珪素焼結体と共存性があると共に耐
酸化性あるいは耐摩耗性の良い結晶質炭化珪素で
被覆することにより、特に高温での耐酸化性ある
いは耐摩耗性を改善した窒化珪素焼結体を得てい
る。 すなわち、本発明においては、窒化珪素焼結体
の熱膨張係数を3.9×10-6／℃以上に上げて被覆
層である炭化珪素の熱膨張係数に近付けることが
必要である。その方法としては、窒化珪素焼結体
の粒界に熱膨張率の高い結晶相、例えばフオルス
テライト（2MgO・SiO2）、エンスタタイト
（MgO・SiO2）、イツトリウムシリケート（Y2Si2
O7）、イツトリウムシリコン酸窒化物（Ｙ−Si−
Ｏ−Ｎ）の結晶の少なくとも一種以上の結晶相あ
るいはこれらの固溶体を析出させる必要がある。 なお、窒化珪素焼結体とは窒化珪素常圧焼結
体、ホツトプレス焼結体、HIP焼結体等を意味し
種々の添加物を含むが、本発明において被覆され
るべき窒化珪素焼結体中の添加物としては、粒界
相がフオルステライト、エンスタタイト、イツト
リウムシリケートあるいはイツトリウムシリコン
酸窒化物の結晶の少なくとも一種以上の結晶相を
生成するものを選択する必要がある。また、炭化
珪素の被覆層の厚さは製法により種々であるが、
10〜300μｍが好適である。その理由は、厚さが
10μｍ以下では均一に被覆するのが難しくなると
共に300μｍ以上では炭化珪素被覆層と窒化珪素
焼結体との熱膨張の違いによる剥離等の接合不良
が顕著になるためである。さらに、被覆される窒
化珪素素地の熱膨張係数は被覆層である炭化珪素
の熱膨張係数に近いほど好適である。 以下、本発明の窒化珪素焼結体の製造法を述べ
る。窒化珪素焼結体の表面は一般に焼成面あるい
は加工面であるが、炭化珪素を被覆する面はどち
らであつても良い。 被覆層を形成する方法としては、SiCl4等とC3
H8等のガスを気相中で反応させ焼結体表面に被
覆層を形成する化学気相法、表面に炭素を塗布し
1600〜1700℃で溶融Siを浸漬させて反応させ表面
に被覆層を形成する反応焼結被覆法や表面に炭素
を塗布し1700℃に加熱してSi3N4＋3C→3SiC＋
2N2の反応により被覆層を形成する表面反応炭化
法等が考えられる。なお、上述したいずれの方法
によつても、生成する炭化珪素はα型またはβ型
の結晶質である。さらに、窒化珪素焼結体の耐酸
化性を向上させるためには、粒界に結晶相を析出
させた後の焼結体の熱膨張係数を3.9×10-6／℃
以上とすることが必要であり、焼結体の熱膨張係
数が3.9×10-6／℃未満の場合には後記の比較例
で明らかなように耐酸化性がまだ不充分であり、
耐酸化性に優れ、長時間の使用において信頼性を
得ることが困難である。 （実施例） 以下、本発明の実施例を示す。 実施例 １ 第１表記載の添加物組成で3.9×10-6／℃以上
の熱膨張係数を有する窒化珪素焼結体焼成面ある
いは加工面に第１表記載の結晶構造の炭化珪素膜
を形成させ、本発明の窒化珪素焼結体No.１〜８を
得た。また、第１表記載の添加物組成で3.9×
10-6／℃未満の熱膨張係数を有する窒化珪素焼結
体焼成面あるいは加工面に第１表記載の結晶構造
の炭化珪素膜を形成させた比較例No.９〜12を得
た。これらの焼結体の中30mmφ（直径）×10mmｔ
（厚さ）の全面を10〜150μｍの厚さ炭化珪素膜で
被覆した試料No.１〜12及び炭化珪素膜で被覆しな
い30mmφ×10mmｔの比較例の窒化珪素No.13〜22に
ついて1400℃、100時間の空気中酸化試験を行い、
試験前後の重量から単位面積当りの酸化増量を算
出し第１表に記載した。また本発明の炭化珪素被
覆窒化珪素焼結体No.１〜８及び比較例の炭化珪素
被覆窒化珪素焼結体No.９〜12の中35mmφ×８mmｔ
のリング試料の曲面を150〜300μｍの厚さ炭化珪
素膜で被覆した試料と６mm×16mmの一面の炭化珪
素膜で被覆した試料と同形状の炭化珪素膜で被覆
しない比較例の窒化珪素焼結体No.13，15，17，
19，21について被覆面及び相当する面を鏡面研磨
し、600℃でブロツクオンリング法により摩耗特
性試験を行つた。この時の荷重は２Kg、回転数は
1000rpmで10時間行い、直方体試料の摩耗減量か
ら単位荷重、単位摺動距離当たりの摩耗体積（単
位：mm3／Ｎmm（Ｎ：ニユートン））である比摩擦
量（単位：mm2／Ｎ）を算出しこの結果を第１表に
記載した。
【表】 第１表に示すとおり、化学気相法により炭化珪
素で表面を被覆した本発明の窒化珪素焼結体は耐
酸化性、耐摩耗性において被覆していない比較例
より著しく優れている。 実施例 ２ 第２表記載の添加物組成、熱膨張係数を有する
窒化珪素焼結体の表面に炭素を塗布し、第２表記
載の温度で溶融Siと反応させ表面にβ型の結晶質
炭化珪素膜を形成させ研磨し、本発明の炭化珪素
被覆窒化珪素焼結体No.31〜32と比較例の炭化珪素
被覆窒化珪素焼結体No.33とを得た。炭化珪素を被
覆しない比較例の窒化珪素焼結体No.34〜36ととも
に実施例１と同じく酸化試験、耐摩耗試験を行つ
た。酸化増量及び比摩耗量を第２表に示した。
【表】 第２表から明らかなとおり、表面で反応させて
炭化珪素被膜を形成させる方法による本発明の炭
化珪素を被覆した窒化珪素焼結体は、炭化珪素を
被覆しない比較例の窒化珪素焼結体に比べて耐酸
化性が著しく向上する。しかし耐摩耗性は向上し
なかつた。 実施例 ３ 第３表記載の添加物組成、熱膨張係数を有する
窒化珪素焼結体の表面に炭素を塗布し第３表記載
の温度で窒化珪素焼結体と反応させ表面にβ型の
結晶質炭化珪素膜を形成させ本発明の炭化珪素被
覆窒化珪素焼結体No.37〜39を得た。炭化珪素を被
覆しない比較例の窒化珪素焼結体No.40〜42ととも
に実施例１と同じく酸化試験、耐摩耗試験を行つ
た。酸化増量及び比摩耗量を第３表に示した。
【表】
【表】 第３表から明らかなとおり、表面で反応させて
炭化珪素被膜を形成させる方法による本発明の炭
化珪素を被覆した窒化珪素焼結体は、炭化珪素を
被覆しない比較例の窒化珪素焼結体に比べて耐酸
化性が著しく向上する。しかし耐摩耗性は向上し
なかつた。 なお、第１〜３表における窒化珪素焼結体の粒
界結晶相の同定はＸ線回折法により実施した。ま
た、第１〜３表における、炭化珪素で被覆する前
の各窒化珪素焼結体は窒化珪素（Si3N4粉末に第
１〜３表に明記された各種添加物の粉末を所定量
添加して、ボールミルにより湿式混合し（媒体と
して水を使用した）た後、乾燥し、一辺100mm、
厚さ20mmの正方形状の板に成形した後、窒素ガス
雰囲気で、添加物の種類に応じて常圧あるいは加
圧下で高温焼成することにより作成した（作成条
件の詳細を第４表に示す。）。
【表】 （発明の効果） 以上のように、本発明の炭化珪素を表面に被覆
した窒化珪素焼結体は、窒化珪素焼結体の高温強
度と炭化珪素の耐酸化性、耐摩耗性を兼ね備えた
ものであり、ガスタービンエンジン用ローター、
ターボチヤージヤー用ローター等のエンジン部品
等高温構造材料へ適用することにより、耐酸化性
あるいは耐摩耗性を改善できるものである。ま
た、特に、化学気相法により、炭化珪素を表面被
覆した本発明の窒化珪素焼結体は、耐酸化性と耐
摩耗性とを同時に改善できるものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 熱膨張係数が3.9×10-6／℃以上で粒界相が
    フオルステライト、エンスタタイト、イツトリウ
    ムシリケートあるいはイツトリウムシリコン酸窒
    化物の結晶の少なくとも一種以上の結晶相から成
    る窒化珪素焼結体の表面に炭化珪素を被覆したこ
    とを特徴とする窒化珪素焼結体。 ２ 前記炭化珪素の表面被覆を化学気相法により
    形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の窒化珪素焼結体。
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