JPH0559075B2 - - Google Patents
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- JPH0559075B2 JPH0559075B2 JP2003639A JP363990A JPH0559075B2 JP H0559075 B2 JPH0559075 B2 JP H0559075B2 JP 2003639 A JP2003639 A JP 2003639A JP 363990 A JP363990 A JP 363990A JP H0559075 B2 JPH0559075 B2 JP H0559075B2
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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、高温高強度、高硬度及び高靱性を有
する各種エンジニアリングセラミツクスを製造す
るために有用な高強度サイアロン基焼結体に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a high-strength sialon-based sintered body useful for manufacturing various engineering ceramics having high-temperature high strength, high hardness, and high toughness.
(従来技術及びその問題点)
Yα−サイアロンは、α型窒化珪素のSi位置に
Aが、N位置にOが置換固溶すると同時に、Y
が侵入固溶した物質であり、
式 Yx(Si,A)12(O,N)16 〔〕
(式中、xは0<x≦1を満足する数である。)
で表される。このYα−サイアロンは、高硬度、
低熱膨張率、優れた耐蝕性等のエンジニアリング
セラミツクスとしての特性を有している。(Prior art and its problems) Yα-Sialon is a solid solution in which A is substituted at the Si position of α-type silicon nitride and O is substituted at the N position.
It is a substance that has entered into a solid solution, and has the formula Y x (Si, A) 12 (O, N) 16 [] (In the formula, x is a number that satisfies 0<x≦1.)
It is expressed as This Yα-sialon has high hardness,
It has properties suitable for engineering ceramics, such as a low coefficient of thermal expansion and excellent corrosion resistance.
しかし、Yα−サイアロン相単体の焼結体は、
結晶形状が粒状であるため、エンジニアリングセ
ラミツクスとしての強度、破壊靱性等の特性が充
分ではない。そこで、この欠点を改良するため
に、特開昭58−185484号公報、同58−204875号公
報、同63−233082号公報等には、Yα−サイアロ
ン結晶と、β型窒化珪素のSi位置にAが、N位
置にOが置換固溶した
式 Si6-zAzOzN8-z 〔〕
(式中、zは0<z≦4.2を満足する数であ
る。)で表される針状のβ−サイアロン結晶とを
複合化させたサイアロン基焼結体が提案されてい
る。 However, the sintered body of Yα-sialon phase alone is
Because the crystal shape is granular, it does not have sufficient properties such as strength and fracture toughness for engineering ceramics. Therefore, in order to improve this drawback, Japanese Patent Laid-Open No. 58-185484, No. 58-204875, No. 63-233082, etc., disclose Yα-SiAlON crystal and β-type silicon nitride at the Si position. A is represented by the formula Si 6-z A z O z N 8-z [] (where z is a number satisfying 0<z≦4.2) where A is substituted with O in the N position as a solid solution. A sialon-based sintered body has been proposed, which is a composite of acicular β-sialon crystals.
しかしながら、このサイアロン基焼結体の機械
的特性も実用上十分なものではない。 However, the mechanical properties of this sialon-based sintered body are not sufficient for practical use.
(発明の目的)
本発明の目的は、前記問題点を解決し、高温強
度及び靱性の高い新規なサイアロン基焼結体を提
供することである。(Object of the Invention) An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a novel sialon-based sintered body having high high-temperature strength and toughness.
(発明の要旨)
本発明によれば蛍石型結晶構造のY2M2-uO7-2u
の微結晶(式中、MはHf及び/又はZr,−1<u
<1)、食塩型結晶構造のM′Nvの微結晶(式中、
M′はHf及び/又はZr,0.7≦v≦1.2)、前記式
〔〕で表されるYα−サイアロンの結晶、前記式
〔〕で表されるβ−サイアロンの結晶、A,
Siを含有する複合酸窒化物のANポリタイプ結
晶、及びYを含む前記以外の結晶相及び/又はガ
ラス相から構成されてなる高強度サイアロン基焼
結体が提供される。(Summary of the Invention) According to the present invention, Y 2 M 2-u O 7-2u with a fluorite crystal structure
Microcrystals of (where M is Hf and/or Zr, -1<u
<1), a microcrystal of M′N v with a salt-type crystal structure (in the formula,
M' is Hf and/or Zr, 0.7≦v≦1.2), Yα-sialon crystal represented by the above formula [], β-sialon crystal expressed by the above formula [], A,
A high-strength sialon-based sintered body is provided that is composed of an AN polytype crystal of a composite oxynitride containing Si, and a crystal phase other than the above and/or a glass phase containing Y.
(発明の具体的説明)
本発明のサイアロン基焼結体における各相の含
有割合は、通常以下に示す範囲である。(Specific Description of the Invention) The content ratio of each phase in the sialon-based sintered body of the present invention is usually within the range shown below.
1<Y2M2-uO7-2uの微結晶相 <20重量%
0.5<M′Nvの微結晶相 <10重量%
5<Yα−サイアロンの結晶相 <50重量%
30<β−サイアロンの結晶相 <90重量%
0.5<A,Siを含有する複合酸窒化物のAN
ポリタイプ結晶相 <10重量%
1<Yを含む結晶相及び/又はガラス相
<10重量%
Y2M2-uO7-2u及びM′Nvの微結晶相の割合が前
記範囲を外れると、得られるサイアロン基焼結体
の機械的強度が低下し、またそのバラツキも大き
くなるので好ましくない。 1<Y 2 M 2-u O 7-2u microcrystalline phase <20 wt% 0.5<M′N v microcrystalline phase <10 wt% 5<Yα−Sialon crystalline phase <50 wt% 30<β− Sialon crystal phase <90% by weight 0.5<A, AN of composite oxynitride containing Si
Polytype crystalline phase <10% by weight 1<Crystalline phase containing Y and/or glass phase
<10% by weight If the proportion of the microcrystalline phase of Y 2 M 2-u O 7-2u and M'N v is out of the above range, the mechanical strength of the obtained sialon-based sintered body will decrease and its dispersion will decrease. This is not desirable as it also increases the size.
本発明において、Y2M2-uO7-2uの微結晶は、
Y2Hf2O7,Y2Zr2O7又は両者の固溶体、あるいは
これらとY2O3との固溶体を表し、−1<u<1で
ある。 In the present invention, the microcrystals of Y 2 M 2-u O 7-2u are
It represents Y2Hf2O7 , Y2Zr2O7 , a solid solution of both, or a solid solution of these and Y2O3 , and -1<u< 1 .
また、M′Nvの微結晶は、HfN,ZrN又は両者
の固溶体、あるいはこれらの不定比組成化合物を
表し、0.7≦v≦1.2である。 Further, the microcrystal of M′N v represents HfN, ZrN, a solid solution of both, or a non-stoichiometric compound of these, and satisfies 0.7≦v≦1.2.
また、本発明のサイアロン基焼結体において、
Yα−サイアロンの結晶の長径が0.05〜10μm、β
−サイアロンの結晶の長径が1〜100μmであるこ
とが好ましい。 Moreover, in the sialon-based sintered body of the present invention,
Yα-Sialon crystal long axis is 0.05 to 10 μm, β
- It is preferable that the long axis of the Sialon crystal is 1 to 100 μm.
A,Siを含有する複合酸窒化物のANポリ
タイプ結晶は、15R,21R,27R,8H,12H,
2H〓などの長周期構造を有するAN近傍組成の
結晶群を表す。 The AN polytype crystals of composite oxynitride containing A, Si are 15R, 21R, 27R, 8H, 12H,
It represents a crystal group with a composition near AN and having a long-period structure such as 2H〓.
Yを含む結晶相としては、例えば、メリライト
型のY2Si3O3N4、アパタイト型のY10(SiO4)6N2、
ウオラストナイト型のYSiO2N、ウオーレライト
型のY4Si2O7N2、ガーネツト型のY3Al5O12、ム
ライト型のY4Al2O9,Y3AlSi2O7N2,Y2Si2O7,
Y2SiO5等が挙げられるが、これらの結晶群だけ
に限定されるものではない。 Examples of crystal phases containing Y include melilite type Y 2 Si 3 O 3 N 4 , apatite type Y 10 (SiO 4 ) 6 N 2 ,
Wollastonite type YSiO 2 N, wallerite type Y 4 Si 2 O 7 N 2 , garnet type Y 3 Al 5 O 12 , mullite type Y 4 Al 2 O 9 , Y 3 AlSi 2 O 7 N 2 , Y2Si2O7 ,
Examples include Y 2 SiO 5 , but the crystal group is not limited to these crystal groups.
本発明のサイアロン基焼結体中には、β−サイ
アロンの結晶、A,Siを含有する複合酸窒化物
のANポリタイプ結晶、Yを含む結晶相及び/
又はガラス相、及び粒界で結晶化した蛍石型結晶
構造のY2M2-uO7-2uの微粒結晶及び食塩型結晶構
造のM′Nvの微粒結晶が、Yα−サイアロンの結晶
と共に存在する。 The sialon-based sintered body of the present invention contains a β-sialon crystal, an AN polytype crystal of a composite oxynitride containing A and Si, a crystal phase containing Y, and/or
Or, the glass phase and fine crystals of Y 2 M 2-u O 7-2u with a fluorite-type crystal structure crystallized at grain boundaries and fine-grain crystals of M'N v with a salt-type crystal structure are Yα-sialon crystals. exist with
この焼結体中に存在する、Y2M2-uO7-2u及び
M′Nvの微粒結晶により粒界相(Y2M2-uO7-2uと
Yを含む結晶相及び/又はガラス相)の強度特性
が向上する。また、焼結体中には組成、結晶相、
粒子形状、粒子径及び熱膨張率の異なる7種類の
相が存在し、焼結後に焼結体中に微小歪に基づく
微小クラツクが発生する。このことが、主として
β−サイアロンより成る針状結晶によるマトリツ
クスの強化作用、クラツク進展阻止作用と相俟つ
て、得られるサイアロン基焼結体の破壊靱性等の
機械的特性が向上するものと考えられる。 Y 2 M 2-u O 7-2u and
The fine crystals of M′N v improve the strength properties of the grain boundary phase (crystal phase and/or glass phase containing Y 2 M 2-u O 7-2u and Y). In addition, the composition, crystal phase,
There are seven types of phases with different particle shapes, particle diameters, and coefficients of thermal expansion, and after sintering, microcracks occur in the sintered body due to microstrains. This, together with the matrix strengthening effect and crack propagation inhibiting effect of the acicular crystals mainly composed of β-sialon, is thought to improve the mechanical properties such as fracture toughness of the resulting sialon-based sintered body. .
本発明のサイアロン基焼結体を製造する方法と
しては、前記構造の焼結体が得られれば、どのよ
うな方法を用いてもよい。 Any method may be used to produce the sialon-based sintered body of the present invention as long as a sintered body having the above structure can be obtained.
以下に、本発明のサイアロン基焼結体を製造す
る方法の一例を示す。 An example of a method for manufacturing the sialon-based sintered body of the present invention is shown below.
本発明のサイアロン基焼結体は、前記式〔〕
で表されるYα−サイアロンを主たる相とし、か
つ式〔〕で規定される理論酸素量に対して8重
量%以下の過剰酸素を含有するYα−サイアロン
粉末50重量%以下、酸化ハフニウム粉末及び/又
は酸化ジルコニウム粉末15重量%以下、及び残部
がα−窒化珪素粉末からなる原料混合粉末を、最
高温度1600〜2100℃の範囲に加熱、焼結すること
により得られる。 The sialon-based sintered body of the present invention has the above formula []
50% by weight or less of Yα-sialon powder, which has Yα-sialon as the main phase and contains 8% by weight or less of excess oxygen with respect to the theoretical oxygen amount defined by formula [], hafnium oxide powder and/or Alternatively, it can be obtained by heating and sintering a raw material mixed powder consisting of 15% by weight or less of zirconium oxide powder and the balance consisting of α-silicon nitride powder at a maximum temperature in the range of 1600 to 2100°C.
Yα−サイアロン粉末としては、式〔〕で表
されるYα−サイアロンを主たる相とする粉末で
あればいかなる粉末でも良いが、本出願人が先に
提案した特開昭62−223009号の発明に従つて調製
した粉末が好適である。この提案の方法は、
(a) 非晶質窒化珪素粉末、
(b) 金属アルミニウム又は窒化アルミニウム、
(c) Yα−サイアロンの格子間に侵入型固溶する
Yの酸化物を生成する金属塩類、及び必要に応
じて、
(d) アルミニウム又は珪素の酸素含有化合物
を所望のYα−サイアロン組成になるように混合
し、混合物を窒素含有雰囲気下で1300〜1900℃の
範囲の温度に加熱することにより、Yα−サイア
ロン粉末を製造する方法である。この方法で得ら
れるYα−サイアロン粉末は、一次粒子の大きさ
が0.2〜2μmの微細かつ均一粒度の粉末であつて、
遊離炭素及び金属不純物を殆ど含有しないので、
気孔及び異常粒成長のない焼結体を与えることが
できる。 The Yα-sialon powder may be any powder as long as it has Yα-sialon as the main phase represented by the formula []. Powders prepared accordingly are suitable. This proposed method consists of: (a) amorphous silicon nitride powder; (b) metallic aluminum or aluminum nitride; (c) a metal salt that generates an oxide of Y that forms an interstitial solid solution between the lattices of Yα-sialon; and optionally (d) by mixing an oxygen-containing compound of aluminum or silicon to the desired Yα-sialon composition and heating the mixture to a temperature in the range of 1300-1900°C under a nitrogen-containing atmosphere. , a method for producing Yα-sialon powder. The Yα-sialon powder obtained by this method is a fine and uniform powder with a primary particle size of 0.2 to 2 μm,
Contains almost no free carbon and metal impurities, so
A sintered body without pores and abnormal grain growth can be provided.
Yα−サイアロン粉末の焼結性を高めると同時
に高強度のサイアロン基焼結体を得るためには、
焼結原料のYα−サイアロン粉末が式〔〕で規
定される理論酸素量に対して8重量%以下の過剰
酸素を含有していることが必要である。 In order to improve the sinterability of Yα-sialon powder and at the same time obtain a high-strength sialon-based sintered body,
It is necessary that the Yα-sialon powder as a sintering raw material contains 8% by weight or less of excess oxygen with respect to the theoretical oxygen amount defined by the formula [].
Yα−サイアロン粉末に過剰の酸素を含有させ
る方法としては、例えば、Yα−サイアロン粉末
の調製段階で非晶質窒化珪素に珪素、アルミニウ
ム又はイツトリウムの酸素含有化合物を過剰量添
加する方法、Yα−サイアロン粉末を酸素含有雰
囲気中で加熱する方法が採用される。後者の一例
としては、Yα−サイアロン粉末を酸素含有雰囲
気中で800〜1200℃の範囲の温度に加熱して、理
論量より過剰の酸素をYα−サイアロン粉末に含
有させる方法が挙げられる。加熱時間は通常0.5
〜5時間である。この処理は、例えばYα−サイ
アロン粉末を保持板上に薄く乗せて酸素含有雰囲
気中に放置する方法、α−サイアロン粉末を酸素
含有雰囲気中で流動化させる方法によつて行うこ
とができる。 Examples of methods for incorporating excess oxygen into the Yα-sialon powder include adding an excessive amount of an oxygen-containing compound such as silicon, aluminum, or yttrium to amorphous silicon nitride during the preparation stage of the Yα-sialon powder; A method is employed in which the powder is heated in an oxygen-containing atmosphere. An example of the latter is a method in which Yα-sialon powder is heated to a temperature in the range of 800 to 1200° C. in an oxygen-containing atmosphere to cause the Yα-sialon powder to contain oxygen in excess of the stoichiometric amount. Heating time is usually 0.5
~5 hours. This treatment can be carried out, for example, by placing Yα-sialon powder thinly on a holding plate and leaving it in an oxygen-containing atmosphere, or by fluidizing α-sialon powder in an oxygen-containing atmosphere.
過剰酸素量は8重量%以下、好ましくは1〜
6.5重量%、特に好ましくは2〜4重量%である。
過剰酸素量が過度に多いと焼結体中に融点の低い
相が多く残留し、高温での機械的特性が損なわれ
るようになる。 The amount of excess oxygen is 8% by weight or less, preferably 1~
6.5% by weight, particularly preferably 2-4% by weight.
If the amount of excess oxygen is too large, many phases with a low melting point remain in the sintered body, which impairs the mechanical properties at high temperatures.
α−窒化珪素粉末としては、焼結性の面で1μm
以下の粒径を有していることが好ましく、さらに
得られる焼結体の高温での強度、耐蝕性、耐酸化
性を損なう不純物の含有量が1重量%以下である
ことが好ましい。 α-Silicon nitride powder is 1 μm in terms of sinterability.
It is preferable that the particles have the following particle size, and further preferably that the content of impurities that impair the strength, corrosion resistance, and oxidation resistance at high temperatures of the obtained sintered body is 1% by weight or less.
前記原料混合粉末中のα−窒化珪素粉末の配合
割合は30重量%以上、好ましくは50〜90重量%、
さらに好ましくは60〜80重量%である。上記範囲
内において窒化珪素粉末の配合割合を高めるに従
つて生成サイアロン基焼結体中のβ−サイアロン
相の割合が増大する。α−窒化珪素粉末の配合割
合が90重量%を超えると、混合物の焼結性が低下
し焼結体の緻密化が進行しなくなる。 The blending ratio of α-silicon nitride powder in the raw material mixed powder is 30% by weight or more, preferably 50 to 90% by weight,
More preferably, it is 60 to 80% by weight. As the blending ratio of silicon nitride powder increases within the above range, the ratio of the β-sialon phase in the produced sialon-based sintered body increases. When the blending ratio of the α-silicon nitride powder exceeds 90% by weight, the sinterability of the mixture decreases and the densification of the sintered body does not proceed.
また、必要に応じて、前記原料混合粉末に、10
重量%以下の窒化ハフニウム粉末及び/又は窒化
ジルコニウム粉末、15重量%以下の窒化アルミニ
ウム粉末、又は10重量%以下の酸化イツトリウム
粉末を添加することもできる。例えば、本発明の
サイアロン基焼結体のM′Nvの微結晶は、焼結過
程において、前記原料混合粉末中の酸化ハフニウ
ム及び/又は酸化ジルコニウムが、雰囲気中の窒
素ガスと反応して還元窒化されることにより生成
するので、予め窒化ハフニウム粉末及び/又は窒
化ジルコニウムを添加しておくことにより、
M′Nvの微結晶の生成割合を増加させることがで
きる。 In addition, if necessary, add 10% to the raw material mixed powder.
It is also possible to add up to 15% by weight of hafnium nitride powder and/or zirconium nitride powder, up to 15% by weight of aluminum nitride powder, or up to 10% by weight of yttrium oxide powder. For example, during the sintering process, hafnium oxide and/or zirconium oxide in the raw material mixed powder reacts with nitrogen gas in the atmosphere to reduce the M′N v microcrystals of the sialon-based sintered body of the present invention. Since it is produced by nitriding, by adding hafnium nitride powder and/or zirconium nitride in advance,
The generation rate of microcrystals of M′N v can be increased.
前記原料混合粉末の調製方法については特に制
限はなく、それ自体公知の方法、例えば、個々の
原料粉末を乾式混合する方法、不活性液体中で湿
式混合した後不活性液体を除去する方法等を適宜
採用することができる。混合装置としてはV型混
合機、ボールミル等が便利に使用される。 There is no particular restriction on the method for preparing the raw material mixed powder, and methods known per se, such as a method of dry mixing individual raw material powders, a method of wet mixing in an inert liquid, and then removing the inert liquid, etc. Can be adopted as appropriate. As a mixing device, a V-type mixer, a ball mill, etc. are conveniently used.
原料混合粉末の加熱焼結は、例えば、混合粉末
をそのまま乾式あるいは湿式で所定の形状に成形
し、湿式で成形した場合は乾燥処理を行つた後
に、常圧又は加圧した窒素含有非酸化性ガス雰囲
気下で焼結する方法、原料粉末を所定の形状のダ
イスに充填し、ホツトプレスする方法等を採用す
ることができる。また上記方法で得られた焼結体
をさらに熱間静水圧プレスすることにより、焼結
体の物理的特性を一層高めることもできる。 For heating and sintering of raw material mixed powder, for example, the mixed powder is directly shaped into a predetermined shape using a dry or wet method, and if the mixed powder is formed using a wet method, it is dried and then sintered with a nitrogen-containing non-oxidizing material under normal pressure or pressurized. A method of sintering in a gas atmosphere, a method of filling a die of a predetermined shape with raw material powder and hot pressing, etc. can be employed. Moreover, by further subjecting the sintered body obtained by the above method to hot isostatic pressing, the physical properties of the sintered body can be further improved.
常圧又は雰囲気加圧焼結に先立つ混合粉末の成
形は公知の方法、例えばラバープレス法、一軸成
形法、鋳込成形法、射出成形法、爆発圧縮成形法
等によつて行うことができる。 Molding of the mixed powder prior to normal pressure or atmospheric pressure sintering can be performed by a known method, such as a rubber press method, a uniaxial molding method, a cast molding method, an injection molding method, an explosive compression molding method, and the like.
焼結温度は通常1600〜2100℃であり、焼結時間
は通常0.5〜10時間である。焼結温度が過度に低
いと焼結が進行せず、また焼結温度が過度に高い
と焼結体に熱分解による組成変化が生じるように
なる。 The sintering temperature is usually 1600-2100°C, and the sintering time is usually 0.5-10 hours. If the sintering temperature is too low, sintering will not proceed, and if the sintering temperature is too high, a compositional change will occur in the sintered body due to thermal decomposition.
前記方法により、Yα−サイアロンとα−窒化
珪素との反応によつて生成すると考えられるβ−
サイアロンの結晶、A,Siを含有する複合酸窒
化物のANポリタイプ結晶、Yを含む結晶相及
び/又はガラス相、及び粒界で結晶化した蛍石型
結晶構造のY2M2-uO7-2uの微粒結晶及び食塩型結
晶構造のM′Nvの微粒結晶が、原料のYα−サイア
ロンの組成より式〔〕のxが若干低いYα−サ
イアロンの結晶と共に存在するサイアロン基焼結
体が得られる。 By the above method, β-
Sialon crystal, AN polytype crystal of composite oxynitride containing A and Si, crystal phase and/or glass phase containing Y, and Y 2 M 2-u with fluorite-type crystal structure crystallized at grain boundaries Sialon group sintering in which fine crystals of O 7-2u and fine crystals of M′N v with a salt-type crystal structure exist together with crystals of Yα-sialon, where x in formula [] is slightly lower than the composition of the raw material Yα-sialon. You get a body.
特に、サイアロン基焼結体の粒界に耐熱性の高
い結晶相又はガラス相を形成させる為には、焼結
条件下においてこれらの耐熱性粒界相と共存しう
るA,Siを含有する複合酸窒化物のANポリ
タイプ結晶の析出が不可欠である。従つて、例え
ば、原料のYα−サイアロン粉末として過剰酸素
量が5重量%以下のものを用いる方法、窒化アル
ミニウム粉末を添加する方法、焼結雰囲気の窒素
ガス圧を高くする方法等により、前記ANポリ
タイプ結晶の析出を促進することが望ましい。 In particular, in order to form a highly heat-resistant crystal phase or glass phase at the grain boundaries of the sialon-based sintered body, a composite containing A and Si that can coexist with these heat-resistant grain boundary phases under sintering conditions is required. Precipitation of oxynitride AN polytype crystals is essential. Therefore, for example, the above-mentioned AN It is desirable to promote precipitation of polytype crystals.
(発明の効果)
本発明で得られるサイアロン基焼結体は、従来
のサイアロン基焼結体に比較して、高温強度、破
壊靱性等の機械的特性が向上しているので、信頼
性の高い構造材料、特にガスタービン部品、切削
チツプ、ロール、ダイス、ノズル等の耐摩耗、耐
熱材料として好適に使用することができる。(Effect of the invention) The sialon-based sintered body obtained by the present invention has improved mechanical properties such as high-temperature strength and fracture toughness compared to conventional sialon-based sintered bodies, so it is highly reliable. It can be suitably used as a structural material, especially as a wear-resistant and heat-resistant material for gas turbine parts, cutting chips, rolls, dies, nozzles, etc.
(実施例) 以下に実施例及び比較例を示す。(Example) Examples and comparative examples are shown below.
実施例1〜7及び比較例1
非晶質窒化珪素粉末500g,Y2O3粉末62g及び金
属A粉末65.7gを窒素ガス雰囲気下に振動ミル
で1時間混合した。混合粉末をカーボン製ルツボ
に充填して抵抗加熱式高温炉にセツトし、窒素ガ
ス雰囲気下、室温から1200℃迄を1時間、1200℃
から1400℃迄を4時間、さらに1400℃から1600℃
迄を2時間の昇温スケジユールで加熱することに
より結晶化させ、Yα−サイアロン粉末を得た。
得られたYα−サイアロン粉末の特性を以下に示
す。Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 500 g of amorphous silicon nitride powder, 62 g of Y 2 O 3 powder, and 65.7 g of metal A powder were mixed for 1 hour in a vibration mill under a nitrogen gas atmosphere. The mixed powder was filled into a carbon crucible, set in a resistance heating high temperature furnace, and heated from room temperature to 1200℃ for 1 hour at 1200℃ under a nitrogen gas atmosphere.
to 1400℃ for 4 hours, then from 1400℃ to 1600℃
The mixture was crystallized by heating on a 2-hour temperature rising schedule to obtain Yα-Sialon powder.
The properties of the obtained Yα-sialon powder are shown below.
理論組成 Y0.5Si9.75Al2.25O0.75N15.25
比表面積 2.5m2/g
粒子形状 等軸結晶
生成相 α相≧90%
生成物組成(wt%)
Y:7.2 Si:44.2 Al:9.8 O:4.9 N:33.9
過剰酸素量 2.9重量%
上記Yα−サイアロン粉末、α−窒化珪素粉末
(宇部興産(株)製SN−E10;比表面積:11m2/g、
酸素含有量:1.3wt%)、酸化ハフニウム粉末、酸
化ジルコニウム粉末、窒化ハフニウム粉末及び窒
化ジルコニウム粉末(いずれもヘルマン・シー・
スタルク(株)製)を第1表に示す割合で、媒体とし
てエタノールを用い48時間湿式ボールミリングし
た後、80℃で真空乾燥した。得られた原料粉末
40gを表面が窒化硼素で被覆された内径100mmの
黒鉛製ダイスに充填し、ホツトプレス焼結装置に
セツトした後、250Kg/cm2の加圧下に室温から
1750℃まで200℃/時で昇温し、同温度に1時間
保持した。Theoretical composition Y 0.5 Si 9.75 Al 2.25 O 0.75 N 15.25 Specific surface area 2.5 m 2 /g Particle shape Equiaxed crystal formation phase α phase ≥ 90% Product composition (wt%) Y: 7.2 Si: 44.2 Al: 9.8 O: 4.9 N: 33.9 Excess oxygen amount 2.9% by weight Above Yα-sialon powder, α-silicon nitride powder (SN-E10 manufactured by Ube Industries, Ltd.; specific surface area: 11 m 2 /g,
Oxygen content: 1.3wt%), hafnium oxide powder, zirconium oxide powder, hafnium nitride powder and zirconium nitride powder (all Hermann C.
(manufactured by Starck Co., Ltd.) at the ratios shown in Table 1, using ethanol as a medium, wet ball milling was performed for 48 hours, and then vacuum-dried at 80°C. Obtained raw material powder
After filling 40 g into a graphite die with an inner diameter of 100 mm whose surface is coated with boron nitride and setting it in a hot press sintering device, it is heated from room temperature under a pressure of 250 kg/cm 2.
The temperature was raised to 1750°C at a rate of 200°C/hour and maintained at the same temperature for 1 hour.
得られた焼結体の嵩密度及び生成相の割合を測
定した結果を第1表に示す。なお、生成相の割合
は、X線回折ピーク強度により算出した。第1図
に実施例5で得られた焼結体のX線回折チヤート
を示す。 Table 1 shows the results of measuring the bulk density and proportion of the formed phase of the obtained sintered body. Note that the proportion of the generated phase was calculated based on the X-ray diffraction peak intensity. FIG. 1 shows an X-ray diffraction chart of the sintered body obtained in Example 5.
また、作製した焼結体から3×4×50mmのテス
トピース50本を切り出し、これを外スパン30mm、
内スパン10mmの4点曲げ強度試験を行い(室温及
び1400℃)強度及びワイブル係数を求めた。ま
た、SEPB法によりK1Cを測定した。結果を第1
表に示す。 In addition, 50 test pieces of 3 x 4 x 50 mm were cut out from the produced sintered body, and the outer span was 30 mm.
A 4-point bending strength test with an inner span of 10 mm was performed (at room temperature and 1400°C) to determine the strength and Weibull coefficient. In addition, K 1C was measured by the SEPB method. Results first
Shown in the table.
実施例8〜16及び比較例2
実施例1〜7で使用したYα−サイアロン粉末、
α−窒化珪素粉末、酸化ハフニウム粉末、酸化ジ
ルコニウム粉末及び窒化アルミニウム粉末を第2
表に示す割合で、媒体としてエタノールを用い48
時間湿式ボールミリングした後、80℃で真空乾燥
した。Examples 8 to 16 and Comparative Example 2 Yα-sialon powder used in Examples 1 to 7,
α-silicon nitride powder, hafnium oxide powder, zirconium oxide powder and aluminum nitride powder
48 using ethanol as the medium in the proportions shown in the table.
After wet ball milling for an hour, it was vacuum dried at 80°C.
粉末混合物を、断面が50×80mm角の金型を用い
て予備成形した後、圧力1.5ton/cm2でラバープレ
スした。得られた成形品を電気炉を用いて、第2
表に記載の温度−雰囲気ガス圧力条件下に昇温
し、同温度に2時間保持して、常圧焼結又は雰囲
気加圧焼結を行つた。 The powder mixture was preformed using a mold with a square cross section of 50 x 80 mm, and then rubber pressed at a pressure of 1.5 ton/cm 2 . The obtained molded product is heated to a second temperature using an electric furnace.
The temperature was raised under the temperature-atmosphere gas pressure conditions listed in the table and maintained at the same temperature for 2 hours to perform normal pressure sintering or atmospheric pressure sintering.
得られた焼結体の特性を実施例1と同様にして
測定した。結果を第2表に示す。 The properties of the obtained sintered body were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
第1図は、本発明の実施例5で得られた焼結体
のX線回折図である。
FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of the sintered body obtained in Example 5 of the present invention.
【表】
β−サ:β−サイアロン
YMO:Y2M2−uO7−2u
M′N:M′Nv
ANP:Al−Si−O−N系に生成するAlNポリタイプ結晶(
主として15R型結晶相より成る場合が多い)
*:Yを含む結晶相及び/又はガラス相を除いた生
成相の重量%
**:室温強度値のワイブル係数(サンプル数50本)
[Table] β-sa: β-sialon
YMO: Y2M2 - uO7-2u
M′N:M′N v
ANP: AlN polytype crystal generated in the Al-Si-O-N system (
Mainly composed of 15R type crystal phase)
*: Weight % of the formed phase excluding the crystalline phase containing Y and/or the glass phase
**: Weibull coefficient of room temperature strength value (number of samples: 50)
【表】
β−サ:β−サイアロン
YMO:Y2M2−uO7−2u
M′N:M′Nv
ANP:Al−Si−O−N系に生成するAlNポリタイプ結晶(
主として15R型結晶相より成る場合が多い)
*:Yを含む結晶相及び/又はガラス相を除いた生
成相の重量%
** 室温強度値のワイブル係数(サンプル数50本)
[Table] β-sa: β-sialon
YMO: Y2M2 - uO7-2u
M′N:M′N v
ANP: AlN polytype crystal generated in the Al-Si-O-N system (
Mainly composed of 15R type crystal phase)
*: Weight % of the formed phase excluding the crystalline phase containing Y and/or the glass phase
** Weibull coefficient of room temperature strength value (50 samples)
Claims (1)
<1を満足する数である。)、 食塩型結晶構造のM′Nvの微結晶 (式中、M′はHf及び/又はZr,vは0.7≦v≦
1.2を満足する数である。)、 式 Yx(Si,A)12(O,N)16 (式中、xは0<x≦1を満足する数である。) で表されるYα−サイアロンの結晶、 式 Si6-zAzOzN8-z (式中、zは0<z≦4.2を満足する数であ
る。) で表されるβ−サイアロンの結晶、 A,Siを含有する複合酸窒化物のANポリ
タイプ結晶、及びYを含む前記以外の結晶相及
び/又はガラス相から構成されてなる高強度サイ
アロン基焼結体。[Claims] 1. Microcrystals of Y 2 M 2-u O 7-2u with a fluorite crystal structure (where M is Hf and/or Zr, and u is -1<u
It is a number that satisfies <1. ), microcrystals of M′N v with a salt-type crystal structure (where M′ is Hf and/or Zr, and v is 0.7≦v≦
This is a number that satisfies 1.2. ), Yα-sialon crystal expressed by the formula Y x (Si, A) 12 (O, N) 16 (where x is a number satisfying 0<x≦1), the formula Si 6- z A z O z N 8-z (In the formula, z is a number satisfying 0<z≦4.2) A high-strength sialon-based sintered body composed of a polytype crystal and a crystal phase other than the above containing Y and/or a glass phase.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003639A JPH03208866A (en) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | High strength sialon-based sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003639A JPH03208866A (en) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | High strength sialon-based sintered body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03208866A JPH03208866A (en) | 1991-09-12 |
| JPH0559075B2 true JPH0559075B2 (en) | 1993-08-30 |
Family
ID=11563056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003639A Granted JPH03208866A (en) | 1990-01-12 | 1990-01-12 | High strength sialon-based sintered body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03208866A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2091889B1 (en) * | 2006-12-06 | 2019-04-03 | CeramTec GmbH | Material based on sialons and raw mixture for its production |
-
1990
- 1990-01-12 JP JP2003639A patent/JPH03208866A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03208866A (en) | 1991-09-12 |
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