JPH0559077B2 - - Google Patents
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- JPH0559077B2 JPH0559077B2 JP2090140A JP9014090A JPH0559077B2 JP H0559077 B2 JPH0559077 B2 JP H0559077B2 JP 2090140 A JP2090140 A JP 2090140A JP 9014090 A JP9014090 A JP 9014090A JP H0559077 B2 JPH0559077 B2 JP H0559077B2
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Description
（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
るために有用なサイアロン基焼結体及びその製造
方法に関する。 （従来技術及びその問題点） α−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、格子
間位置に変性用カチオンＭが侵入固溶した物質で
あり、 式 Mx（Si，Ａ）12（Ｏ，Ｎ）16 〔〕 （式中、ＭはLi，Mg，Ca，Ｙ及びランタニド
元素（ただし、LaとCeを除く）を示し、ｘは０
＜ｘ≦２を満足する数である。） で表わされる。このMα−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。 しかし、Mα−サイアロン結晶単相の焼結体
は、結晶形状が粒状であることが１つの原因と思
われるが、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十分とは言えない。
そこで、この欠点を改良するために、特開昭58−
185485号公報、同58−204875号公報、同63−
233082号公報等には、Mα−サイアロン結晶相
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。）で表わされる針状のβ−サイアロン結晶相
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。 しかしながら、これらのサイアロン基焼結体の
機械的特性は、高温材料として使用するにはまだ
充分なものではない。また、変性用カチオンＭと
しては、イツトリウムＹが一般的であるが、Ｙを
含むサイアロン基焼結体は、高温における耐酸化
性が劣ると言われており、過酷な条件下で使用さ
れるガスタービン部品などへの利用は、困難であ
ることが予想される。 （発明の目的） 本発明の目的は、前記問題点を解決し、耐酸化
性に優れ、かつ高温強度及び靱性の高い新規なサ
イアロン基焼結体及びその製造方法を提供するこ
とである。 （発明の要旨） 本発明によれば、 式 REx（Si，Ａ）12（Ｏ，Ｎ）16 〔〕 （式中、REはHo，Er，Tm，Yb及びLuの中
から選ばれた変性用希土類元素を示し、ｘは０＜
ｘ≦２を満足する数である。） で表わされるREα−サイアロンの結晶相、前記
式〔〕で表わされるβ−サイアロンの結晶相、
RE2Si3N4O3のメリライト結晶相及び／又は15R
型ＡＮポリタイプサイアロン結晶相、及びガラ
ス相から構成されてなるサイアロン基焼結体及び
その製造方法が提供される。 （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、以下に示す範囲が望ましい。 ５＜REα−サイアロンの結晶相 ＜50重量％ 40＜β−サイアロンの結晶相 ＜95重量％ ０＜メリライト結晶相及び／又は15R型ＡＮ
ポリタイプサイアロン結晶相 ＜10重量％ ０＜ガラス相 ＜５重量％ ただし、REα−サイアロンの結晶相及びβ−
サイアロンの結晶相は、それぞれ式〔）及び式
〔〕で表わされる組成を有し、それぞれの相と
も各結晶粒子間で必ずしも一定の組成である必要
はなく、異なつた組成になつていてもよい。α−
サイアロンの格子間にＹよりもイオン半径の小さ
なHo，Er，Tm，Yb又はLuが侵入固溶すること
により、得られるサイアロン基焼結体の耐酸化性
が改善され、高温の酸素含有雰囲気中でも、安定
して使用することが可能となる。特に、侵入固溶
する元素がEr，Tm，Yb又はLuの場合に、耐酸
化性が優れている。 メリライト結晶相及び／又は15R型ＡＮポリ
タイプサイアロン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。 本発明のサイアロン基焼結体は大部分が径0.2
〜2μmの粒状及び棒状結晶からなり、それらが３
次元的に互いに交錯して絡み合つている。しかも
互いに熱膨張係数のわずかづつ異なつた幾つかの
結晶の混相からなり、高温での機械的特性に悪影
響を与える１つの要因と言われている粒界ガラス
相が極めて少ない。したがつて、高温での機械的
特性が優れており、かつ粒子分散効果、マイクロ
クラツキング効果及びプルアウト効果などのウイ
スカー強化効果による複合効果を生み出し、破壊
靱性を高いものにしている。 以下に、本発明のサイアロン基焼結体を製造す
る方法を述べる。 本発明のサイアロン基焼結体は、前記式〔〕
で表わされるREα−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REα−サイア
ロン粉末60重量％以下と残部が珪素、酸素及び窒
素の各成分を有する粉末でその酸素量が1.0〜5.0
重量％である粉末とからなる原料混合粉末を、最
高温度1600〜2200℃の範囲に加熱、焼結すること
により得られる。 REα−サイアロン粉末として、式〔〕で表
わされるREα−サイアロンを主たる相とする粉
末であれば、いかなる粉末を使用しても良いが、
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) REα−サイアロンの格子間に侵入型固溶す
るRE（REはHo，Er，Tm，Yb又はLu）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REα−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、REα−
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REα−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。 REα−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REα−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。 REα−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、REα−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REの酸素含有化合物を過剰量添加
する方法、REα−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、REα−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REα−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REα−
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、REα−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。 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。 また、珪素、酸素及び窒素の各成分を有する粉
末でその酸素量が1.0〜5.0重量％である粉末とし
ては、珪素、酸素及び窒素の各成分を全て粒子内
に含む粉末でもよいし、それらのいずれかを粒子
内に含む粉末の混合物でもよい。このような粉末
としては、珪素の窒化物、酸化物、酸窒化物を主
体とする粉末が挙げられる。 本発明においては、特に前記粉末として、1.0
〜5.0重量％の酸素を含有するα−窒化珪素粉末
が好適に用いられる。 このようなα−窒化珪素粉末としては、焼結性
の面で1μm以下の平均粒径を有しており、また、
酸素量の80％以上が各粒子の表層50nm以内に偏
在しており、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Si以外の金属不
純物の含有量が、0.1重量％以下であることが好
ましい。 また、本発明においては、前記珪素、酸素及び
窒素の各成分を有する粉末が、さらに、アルミニ
ウム又は変性用希土類元素REを成分として含ん
でもよい。この場合も、アルミニウム又は変性用
希土類元素REを前記粉末の粒子内に含んでもよ
いし、アルミニウム又は変性用希土類元素REの
酸化物、窒化物、酸窒化物等の粉末を混合しても
よい。また、主要金属成分以外の金属不純物の含
有量が0.1重量％以下であることが好ましい。 前記原料混合粉末中の珪素、酸素及び窒素の各
成分を有する粉末の配合割合は40重量％以上、好
ましくは60〜90重量％である。上記範囲内におい
て該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。該粉末の配合割合が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。 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。 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
体の緻密化をより進めることができる。 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。 焼結温度は通常1600〜2200℃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。 前記方法により、REα−サイアロンと珪素、
酸素及び窒素の各成分を有する粉末との反応によ
つて生成すると考えられるβ−サイアロンの結
晶、メリライト結晶相及び／又は15R型ＡＮポ
リタイプサイアロン結晶相、及びガラス相が、原
料のREα−サイアロンの組成より式〔〕のｘ
が若干低いREα−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。 （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はもちろんのこと、特に耐
酸化性が著しく向上しているので、信頼性の高い
構造材料、特にガスタービンエンジン用のロータ
ー、ステーター、燃焼器などの耐熱部品として好
適に使用することができる。 （実施例） 以下に実施例及び比較例を示す。 実施例１〜15及び比較例１〜７ 第１表に示す配合割合の非晶質窒化珪素粉末、
希土類酸化物（RE2O3）粉末及び金属Ａ粉末
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
加熱式高温炉内にセツトし、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、REα−サイアロン粉末を得た。得られた
REα−サイアロン粉末の特性値を第１表に示す。 以上のようにして合成したREα−サイアロン
粉末及び、 比表面積： 17.5m2／ｇ 粒子形状： 等軸結晶 生成相： α相＞95％ 酸素含有量： 2.3重量％ 金属不純物： ＜500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末を、第２表
及び第３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。得られた原料粉末を冷間静水圧
プレス法により成形した後、常圧の窒素雰囲気中
で室温から1800℃まで２℃／分で昇温し、同温度
に４時間保持した。 得られたサイアロン基焼結体の特性を、第２表
及び第３表に示す。 実施例16〜25及び比較例８〜14 実施例１〜15で使用したREα−サイアロン粉
末、 比表面積： 10.0m2／ｇ 粒子形状： 等軸結晶 生成相： α相＞95％ 酸素含有量： 0.5重量％ 金属不純物： ＜500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末及び 比表面積： 8.0m2／ｇ 粒子形状： 等軸結晶 金属不純物： ＜700ppm という特性を有する二酸化珪素粉末を、第４表及
び第５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。得られた原料粉末を冷間静水圧プ
レス法により成形した後、常圧の窒素雰囲気中で
室温から1800℃まで２℃／分で昇温し、同温度に
４時間保持した。 得られたサイアロン基焼結体の特性を、第４表
及び第５表に示す。 尚、第２表から第５表において、抗折強度は、
外スパン30mm、内スパン10mmの四点曲げ試験によ
り、破壊靱性値KICはSEPB法により測定した。
する各種エンジニアリングセラミツクスを製造す
るために有用なサイアロン基焼結体及びその製造
方法に関する。 （従来技術及びその問題点） α−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、格子
間位置に変性用カチオンＭが侵入固溶した物質で
あり、 式 Mx（Si，Ａ）12（Ｏ，Ｎ）16 〔〕 （式中、ＭはLi，Mg，Ca，Ｙ及びランタニド
元素（ただし、LaとCeを除く）を示し、ｘは０
＜ｘ≦２を満足する数である。） で表わされる。このMα−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。 しかし、Mα−サイアロン結晶単相の焼結体
は、結晶形状が粒状であることが１つの原因と思
われるが、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十分とは言えない。
そこで、この欠点を改良するために、特開昭58−
185485号公報、同58−204875号公報、同63−
233082号公報等には、Mα−サイアロン結晶相
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。）で表わされる針状のβ−サイアロン結晶相
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。 しかしながら、これらのサイアロン基焼結体の
機械的特性は、高温材料として使用するにはまだ
充分なものではない。また、変性用カチオンＭと
しては、イツトリウムＹが一般的であるが、Ｙを
含むサイアロン基焼結体は、高温における耐酸化
性が劣ると言われており、過酷な条件下で使用さ
れるガスタービン部品などへの利用は、困難であ
ることが予想される。 （発明の目的） 本発明の目的は、前記問題点を解決し、耐酸化
性に優れ、かつ高温強度及び靱性の高い新規なサ
イアロン基焼結体及びその製造方法を提供するこ
とである。 （発明の要旨） 本発明によれば、 式 REx（Si，Ａ）12（Ｏ，Ｎ）16 〔〕 （式中、REはHo，Er，Tm，Yb及びLuの中
から選ばれた変性用希土類元素を示し、ｘは０＜
ｘ≦２を満足する数である。） で表わされるREα−サイアロンの結晶相、前記
式〔〕で表わされるβ−サイアロンの結晶相、
RE2Si3N4O3のメリライト結晶相及び／又は15R
型ＡＮポリタイプサイアロン結晶相、及びガラ
ス相から構成されてなるサイアロン基焼結体及び
その製造方法が提供される。 （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、以下に示す範囲が望ましい。 ５＜REα−サイアロンの結晶相 ＜50重量％ 40＜β−サイアロンの結晶相 ＜95重量％ ０＜メリライト結晶相及び／又は15R型ＡＮ
ポリタイプサイアロン結晶相 ＜10重量％ ０＜ガラス相 ＜５重量％ ただし、REα−サイアロンの結晶相及びβ−
サイアロンの結晶相は、それぞれ式〔）及び式
〔〕で表わされる組成を有し、それぞれの相と
も各結晶粒子間で必ずしも一定の組成である必要
はなく、異なつた組成になつていてもよい。α−
サイアロンの格子間にＹよりもイオン半径の小さ
なHo，Er，Tm，Yb又はLuが侵入固溶すること
により、得られるサイアロン基焼結体の耐酸化性
が改善され、高温の酸素含有雰囲気中でも、安定
して使用することが可能となる。特に、侵入固溶
する元素がEr，Tm，Yb又はLuの場合に、耐酸
化性が優れている。 メリライト結晶相及び／又は15R型ＡＮポリ
タイプサイアロン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。 本発明のサイアロン基焼結体は大部分が径0.2
〜2μmの粒状及び棒状結晶からなり、それらが３
次元的に互いに交錯して絡み合つている。しかも
互いに熱膨張係数のわずかづつ異なつた幾つかの
結晶の混相からなり、高温での機械的特性に悪影
響を与える１つの要因と言われている粒界ガラス
相が極めて少ない。したがつて、高温での機械的
特性が優れており、かつ粒子分散効果、マイクロ
クラツキング効果及びプルアウト効果などのウイ
スカー強化効果による複合効果を生み出し、破壊
靱性を高いものにしている。 以下に、本発明のサイアロン基焼結体を製造す
る方法を述べる。 本発明のサイアロン基焼結体は、前記式〔〕
で表わされるREα−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REα−サイア
ロン粉末60重量％以下と残部が珪素、酸素及び窒
素の各成分を有する粉末でその酸素量が1.0〜5.0
重量％である粉末とからなる原料混合粉末を、最
高温度1600〜2200℃の範囲に加熱、焼結すること
により得られる。 REα−サイアロン粉末として、式〔〕で表
わされるREα−サイアロンを主たる相とする粉
末であれば、いかなる粉末を使用しても良いが、
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) REα−サイアロンの格子間に侵入型固溶す
るRE（REはHo，Er，Tm，Yb又はLu）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REα−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、REα−
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REα−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。 REα−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REα−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。 REα−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、REα−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REの酸素含有化合物を過剰量添加
する方法、REα−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、REα−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REα−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REα−
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、REα−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。 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。 また、珪素、酸素及び窒素の各成分を有する粉
末でその酸素量が1.0〜5.0重量％である粉末とし
ては、珪素、酸素及び窒素の各成分を全て粒子内
に含む粉末でもよいし、それらのいずれかを粒子
内に含む粉末の混合物でもよい。このような粉末
としては、珪素の窒化物、酸化物、酸窒化物を主
体とする粉末が挙げられる。 本発明においては、特に前記粉末として、1.0
〜5.0重量％の酸素を含有するα−窒化珪素粉末
が好適に用いられる。 このようなα−窒化珪素粉末としては、焼結性
の面で1μm以下の平均粒径を有しており、また、
酸素量の80％以上が各粒子の表層50nm以内に偏
在しており、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Si以外の金属不
純物の含有量が、0.1重量％以下であることが好
ましい。 また、本発明においては、前記珪素、酸素及び
窒素の各成分を有する粉末が、さらに、アルミニ
ウム又は変性用希土類元素REを成分として含ん
でもよい。この場合も、アルミニウム又は変性用
希土類元素REを前記粉末の粒子内に含んでもよ
いし、アルミニウム又は変性用希土類元素REの
酸化物、窒化物、酸窒化物等の粉末を混合しても
よい。また、主要金属成分以外の金属不純物の含
有量が0.1重量％以下であることが好ましい。 前記原料混合粉末中の珪素、酸素及び窒素の各
成分を有する粉末の配合割合は40重量％以上、好
ましくは60〜90重量％である。上記範囲内におい
て該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。該粉末の配合割合が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。 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。 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
体の緻密化をより進めることができる。 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。 焼結温度は通常1600〜2200℃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。 前記方法により、REα−サイアロンと珪素、
酸素及び窒素の各成分を有する粉末との反応によ
つて生成すると考えられるβ−サイアロンの結
晶、メリライト結晶相及び／又は15R型ＡＮポ
リタイプサイアロン結晶相、及びガラス相が、原
料のREα−サイアロンの組成より式〔〕のｘ
が若干低いREα−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。 （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はもちろんのこと、特に耐
酸化性が著しく向上しているので、信頼性の高い
構造材料、特にガスタービンエンジン用のロータ
ー、ステーター、燃焼器などの耐熱部品として好
適に使用することができる。 （実施例） 以下に実施例及び比較例を示す。 実施例１〜15及び比較例１〜７ 第１表に示す配合割合の非晶質窒化珪素粉末、
希土類酸化物（RE2O3）粉末及び金属Ａ粉末
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
加熱式高温炉内にセツトし、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、REα−サイアロン粉末を得た。得られた
REα−サイアロン粉末の特性値を第１表に示す。 以上のようにして合成したREα−サイアロン
粉末及び、 比表面積： 17.5m2／ｇ 粒子形状： 等軸結晶 生成相： α相＞95％ 酸素含有量： 2.3重量％ 金属不純物： ＜500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末を、第２表
及び第３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。得られた原料粉末を冷間静水圧
プレス法により成形した後、常圧の窒素雰囲気中
で室温から1800℃まで２℃／分で昇温し、同温度
に４時間保持した。 得られたサイアロン基焼結体の特性を、第２表
及び第３表に示す。 実施例16〜25及び比較例８〜14 実施例１〜15で使用したREα−サイアロン粉
末、 比表面積： 10.0m2／ｇ 粒子形状： 等軸結晶 生成相： α相＞95％ 酸素含有量： 0.5重量％ 金属不純物： ＜500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末及び 比表面積： 8.0m2／ｇ 粒子形状： 等軸結晶 金属不純物： ＜700ppm という特性を有する二酸化珪素粉末を、第４表及
び第５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。得られた原料粉末を冷間静水圧プ
レス法により成形した後、常圧の窒素雰囲気中で
室温から1800℃まで２℃／分で昇温し、同温度に
４時間保持した。 得られたサイアロン基焼結体の特性を、第４表
及び第５表に示す。 尚、第２表から第５表において、抗折強度は、
外スパン30mm、内スパン10mmの四点曲げ試験によ
り、破壊靱性値KICはSEPB法により測定した。
【表】
【表】
β−サ：β−サイアロン
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
【表】
β−サ：β−サイアロン
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
【表】
β−サ：β−サイアロン
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
【表】
β−サ：β−サイアロン
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
メリライト：RE２Si３N４O３
AlN：15R型AlNポリタイプサイアロン
＊：生成相の残りはガラス相
＊＊：空気中、1350℃にて100時間加熱処理後、測定
した値
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 式 REx（Si，Ａ）12（Ｏ，Ｎ）16 （式中、REはHo，Er，Tm，Yb及びLuの中
から選ばれた変性用希土類元素を示し、ｘは０＜
ｘ≦２を満足する数である。） で表わされるREα−サイアロンの結晶相、 式 Si6-zＡzOzN8-z （式中、ｚは０＜ｚ≦4.2を満足する数であ
る。） で表わされるβ−サイアロンの結晶相、 RE2Si3N4O3のメリライト結晶相及び／又は
15R型ＡＮポリタイプサイアロン結晶相、 及びガラス相から構成されてなる密度2.5ｇ／
cm3以上のサイアロン基焼結体。 ２ 式 REx（Si，Ａ）12（Ｏ，Ｎ）16 （式中、REはHo，Er，Tm，Yb及びLuの中
から選ばれた変性用希土類元素を示し、ｘは０＜
ｘ≦２を満足する数である。） で表わされるREα−サイアロンを主たる相とし、
かつ上記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REα−サイアロ
ン粉末60重量％以下と、残部が珪素、酸素及び窒
素の各成分を有する粉末でその酸素量が1.0〜5.0
重量％である粉末とからなる原料混合粉末を、最
高温度1600〜2200℃の範囲に加熱、焼結すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサイア
ロン基焼結体の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090140A JPH03290373A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | サイアロン基焼結体及びその製造方法 |
| US07/680,944 US5200374A (en) | 1990-04-06 | 1991-04-05 | Sialon-based sintered body and process for producing same |
| GB9107154A GB2243364B (en) | 1990-04-06 | 1991-04-05 | Sialon-based sintered body and process for producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090140A JPH03290373A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | サイアロン基焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03290373A JPH03290373A (ja) | 1991-12-20 |
| JPH0559077B2 true JPH0559077B2 (ja) | 1993-08-30 |
Family
ID=13990208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2090140A Granted JPH03290373A (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | サイアロン基焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03290373A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9279079B2 (en) | 2007-05-30 | 2016-03-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing phosphor, light-emitting device, and image display apparatus |
-
1990
- 1990-04-06 JP JP2090140A patent/JPH03290373A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03290373A (ja) | 1991-12-20 |
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