JPH0585504B2 - - Google Patents

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JPH0585504B2
JPH0585504B2 JP1076969A JP7696989A JPH0585504B2 JP H0585504 B2 JPH0585504 B2 JP H0585504B2 JP 1076969 A JP1076969 A JP 1076969A JP 7696989 A JP7696989 A JP 7696989A JP H0585504 B2 JPH0585504 B2 JP H0585504B2
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JP
Japan
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powder
boron nitride
particle size
sintering
weight
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JP1076969A
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JPH02255571A (ja
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Toshimi Kobayashi
Hidenobu Myazawa
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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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、耐酸化性に優れ、かつ機械加工性が
良好な易加工性セラミツクスに関する。 〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕 従来、旋盤によるハイス鋼での加工といつた機
械加工が可能な易加工性セラミツクスとしては、
窒化硼素(BN)成形体が知られている。この窒
化硼素成形体は、例えば、特公昭49−40124号公
報に記載されたように窒化硼素にアルカリ土類ホ
ウ酸塩を添加し、これを熱間加圧成形(ホツトプ
レス)法で成形・焼結したり、特公昭49−37093
号公報に記載されたように微粉状の窒化硼素粉末
を使用して成形・焼結するなどの方法で製造され
ている。 しかしながら、このようにして得られる窒化硼
素成形体は高温下でも使用可能な優れた材料であ
るが、空気中などの酸化性雰囲気で900〜1200℃
の高温下に連続して使用すると、酸化によりホウ
酸ガラスが生成し、このホウ酸ガラスが流出して
窒化硼素成形体が軟化したり、この成形体と他の
部材とが融着するなど、種々のトラブルが発生す
るという問題がある。このため、酸化性雰囲気で
900℃以上の高温下においてもガラス質の流出な
く好適に使用し得、耐酸化性に優れていると共
に、機械加工性の高い成形体の開発が望まれてい
た。 本発明は上記事情に鑑みなされたもので、酸化
性雰囲気で高温下に使用してもガラス質の流出な
どのトラブル発生がなく、耐酸化性に優れ、しか
も機械加工性の良好な易加工性セラミツクスを提
供することを目的とする。 〔課題を解決するための手段及び作用〕 本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討
を重ねた結果、六方晶窒化硼素粉末20〜70重量部
と、窒化珪素粉末30〜80重量部とを含有すると共
に、イツトリアとアルミナとを5:5〜9:1の
重量比で混合してなる焼結助剤粉末を窒化珪素に
対して1〜10重量%含有する粉末組成物を例えば
1600℃〜2100℃の温度で60〜210Kg/cm2の圧力条
件において不活性ガス雰囲気下に熱間加圧成形す
るか、あるいは加圧成形した後に不活性ガス雰囲
気下に1700℃〜2100℃の温度で焼結する等の焼結
を行なうことにより、易加工性セラミツクスが得
られ、このセラミツクスは空気等に酸化性雰囲気
で1200℃程度の高温下に連続使用してもガラス質
の流出が極めて少なく、酸化性雰囲気下における
使用上限温度を約1200℃程度まで高めることがで
き、耐酸化性に優れている上、窒化硼素由来の易
加工性が維持されて機械加工性が良好であること
を知見し、本発明をなすに至つた。 従つて、本発明は、六方晶窒化硼素粉末20〜70
重量部と、窒化珪素粉末30〜80重量部とを含有す
ると共に、イツトリアとアルミナとを5:5〜
9:1の重量比で混合してなる焼結助剤粉末を窒
化珪素に対して1〜10重量%含有する粉末組成物
を焼結してなることを特徴とする易加工性セラミ
ツクスを提供する。 以下、本発明につき更に詳述する。 本発明の易加工性セラミツクスは六方晶窒化硼
素粉末、窒化珪素粉末及び焼結助剤粉末をそれぞ
れ特定の割合で含有した粉末組成物を焼結してな
るものである。 ここで、六方晶窒化硼素粉末、窒化珪素粉末と
しては特に制限はなく、それぞれの市販粉末を使
用することができるが、好ましくはその平均粒子
径が、それぞれ六方晶窒化硼素粉末は30μm以
下、特に10μm以下、窒化珪素粉末は1μm以下、
特に0.8μm以下であるものが使用され、本発明に
おいては窒化硼素粉末の粒径を従来より広い範囲
とすることができる。 また、焼結助剤粉末としては、イツトリア
(Y2O3)粉末とアルミナ(Al2O3)粉末の混合物
が焼結性、安定性、強度、耐酸化性の付与効果に
優れているために使用される。この場合、これら
の粉末の市販粉末を使用でき、好ましくはその平
均粒径がイツトリア粉末は10μm以下、特に5μm
以下、アルミナ粉末は10μm以下、特に5μm以下
のものが使用され、それらの配合割合をイツトリ
ア粉末とアルミナ粉末の比を5:5〜9:1とす
る。 本発明の易加工性セラミツクスにおいては、上
記粉末の配合量は、六方晶窒化硼素粉末が20〜70
重量部、好ましくは40〜60重量部、窒化珪素粉末
が30〜80重量部、好ましくは40〜60重量部、焼結
助剤粉末は窒化珪素粉末に対し1〜10重量%、好
ましくは、5〜10重量%とするものである。各粉
末のいずれかの配合量が上記範囲外であると、成
形体の耐酸化性や機械加工性が低下して、本発明
の目的を達成することができない。 本発明においては、上記粉末、必要に応じ他の
化合物を含有する粉末組成物を焼結することによ
り、耐酸化性に優れた易加工性セラミツクスを得
ることができる。 ここで、焼結は、熱間加圧成形法で行なうこと
ができ、例えばボールミル等で十分に混合した粉
末組成物を黒鉛製モールド等に充填し、1600℃〜
2100℃、好ましくは1700℃〜1800℃の温度で、60
Kg/cm2〜210Kg/cm2、好ましくは120Kg/cm2〜210
Kg/cm2の圧力下において成形する方法が採用し得
る。この場合、処理温度が1600℃より低かつたり
圧力が60Kg/cm2より低いと、耐酸化性が悪くなる
場合がある。また、2100℃より高温にすると黒鉛
モールドの消耗が激しく、圧力が210Kg/cm2より
大きいと黒鉛モールドが破壊され易くなる。 なお、熱間加圧成形は、窒素ガス等の不活性ガ
ス雰囲気において上記条件で30〜90分間行なうこ
とが望ましい。 また、本発明に係る易加工性セラミツクスは、
上記粉末組成物を加圧成形した後、これを焼結す
ることによつても得ることができる。 この場合、成形体用組成物の加圧成形方法は別
に制限されないが、原料粉末をゴム型に詰め、常
温下で100〜5000Kg/cm2、特に1000〜5000Kg/cm2
の加圧条件で静水圧加圧成形する方法が好適に採
用される。 次いで、加圧成形後の焼結は、1700℃〜2100℃
以下、好ましくは1700℃〜1800℃以下の温度で行
なうことが望ましい。焼結の温度が1700℃より低
いと、耐酸化性が悪くなる場合があり、2100℃よ
り高いと窒化硼素の分解が始まる。なお、焼結は
常圧でも100〜2000Kg/cm2程度の加圧下に行なつ
てもよいが、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気で1
〜5時間行なうことが好ましい。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明の易加工性セラミ
ツクスは、上述した構成としたことにより、900
℃以上の高温、特に1200℃程度の高温下におい
て、酸化性雰囲気であつてもガラス質の流出が極
めて少なく、他の部材と融着するといつたトラブ
ルがないため、酸化性雰囲気下で1200℃程度の高
温下においても連続使用することができる上、機
械加工性が良好であり、このため機械加工可能な
耐熱・耐酸化性のセラミツクスとして幅広い分野
に利用できるものである。 以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限され
るものでなない。 なお、各例に先立ち、各例で採用した成形体の
耐酸化性、加工性の測定方法を下記に示す。 〔耐酸化性(流出付着物量)〕 成形体を厚さ1mm、半径100mmの円盤状に加工
し、これを第1、2図に示す半リング板状で内周
壁面中央部に半リング状のスリツト2(スリツト
幅1.1mm)を有する治具1に垂直に立てた後、直
径140mmの石英製炉芯管中に治具ごと挿入し、外
部から1200℃に加熱した。この炉芯管に3/
minの流量で5%酸素−95%窒素混合ガスを流
し、この状態で48時間保持した後、冷却した。冷
却後、管外に治具を取り出して治具から成形体を
取り外し、治具に付着したガラス量を流出付着物
量として測定し、耐酸化性を評価した。この場
合、付着物量が2mg以下のものを耐酸化性良好で
合格品とした。 〔加工性〕 円柱状成形体を旋盤のチヤツクに固定し、光速
度鋼バイトを挿着して回転速度300rpmで成形体
を回転させながら切削深さ0.5mmにバイト先端を
固定し、横送り速度1cm/分で切削したときの切
削面の表面粗度を測定した。この場合、表面粗度
が25μm以下のものを加工性良好で合格品とし
た。 〔実施例 1,2〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末200g、
平均粒径0.5μmの窒化珪素粉末800g、平均粒径
4μmのイツトリア粉末55g、平均粒径2μmのア
ルミナ粉末25gを水4と共に10のアルミナ製
ボールミルに入れて2時間混合した後、スラリー
を取り出して乾燥し、原料粉末を得た。 次いで、この原料粉末400gを黒鉛製モールド
に充填し、窒素雰囲気下に1800℃、150Kg/cm2
1時間熱間加圧成形し、成形体を得た(実施例
1)。 また、この原料粉末400gをゴム型に詰め、
2000Kg/cm2の静水圧加圧を行ない、続いて窒素雰
囲気下に1800℃で1時間加熱焼結し、成形体を
得た(実施例2)。 〔実施例 3,4〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末700g、
平均粒径0.5μmの窒化珪素粉末300g、平均粒径
4μmのイツトリア粉末25g、平均粒径2μmのア
ルミナ粉末5gを実施例1と同様に混合、乾燥
し、原料粉末を得た。 次いで、この原料粉末400gを黒鉛製モールド
に充填し、窒素雰囲気下に1800℃、150Kg/cm2
30分間熱間加圧成形し、成形体を得た(実施例
3)。 また、この原料粉末400gをゴム型に詰め、
2000Kg/cm2の静水圧加圧を行ない、続いて窒素雰
囲気下に9.5気圧の等方圧下、1700℃で2時間加
熱焼結し、成形体を得た(実施例4)。 〔比較例 1〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末100g、
平均粒径0.5μmの窒化珪素粉末900g、平均粒径
4μmのイツトリア粉末55g、アルミナ粉末25g
を実施例1と同様に混合、乾燥し、原料粉末を得
た。 次いで、この原料粉末を実施例1と同様の方法
で熱間加圧成形し、成形体を得た。 〔比較例 2〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末900g、
平均粒径0.5μmの窒化珪素粉末100g、平均粒径
4μmのイツトリア粉末5.5g、平均粒径2μmのア
ルミナ粉末2.5gを実施例1と同様に混合、乾燥
し、原料粉末を得た。 次いで、この原料粉末を実施例1と同様の方法
で熱間加圧成形し、成形体を得た。 〔比較例 3〕 平均粒径10μmの六方晶窒化硼素粉末400gを
黒鉛製モールド中に充填し、実施例1と同様の方
法で熱間加圧成形し、成形体を得た。 次に、上記各成形体の密度、耐酸化性(付着物
量)、加工性(表面粗度)を測定した結果を第1
表に示す。
【表】 第1表の結果より、本発明に係る成形体(実施
例1〜4)は加工性及び耐酸化性に優れているこ
とが確認された。これに対し、窒化硼素粉末及び
窒化珪素粉末の配合量が本発明の範囲外では、表
面粗度が大きく加工性が悪かつたり(比較例1)、
流出付着物量が大きく耐酸化性が悪かつたり(比
較例2)、従来の窒化硼素のみによるものは流出
付着物量が大きく、耐熱性が劣る(比較例3)も
のであつた。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ成形体試料を支持
する治具を示し、第1図は正面図、第2図は側面
図である。 1……治具、2……スリツト。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 六方晶窒化硼素粉末20〜70重量部と、窒化珪
    素粉末30〜80重量部とを含有すると共に、イツト
    リアとアルミナとを5:5〜9:1の重量比で混
    合してなる焼結助剤粉末を窒化珪素に対して1〜
    10重量%含有する粉末組成物を焼結してなること
    を特徴とする易加工性セラミツクス。
JP1076969A 1989-03-29 1989-03-29 易加工性セラミックス Granted JPH02255571A (ja)

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JP1076969A JPH02255571A (ja) 1989-03-29 1989-03-29 易加工性セラミックス

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