JPH064515B2 - 高靭性窒化珪素焼結体およびその製法 - Google Patents
高靭性窒化珪素焼結体およびその製法Info
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- JPH064515B2 JPH064515B2 JP60074262A JP7426285A JPH064515B2 JP H064515 B2 JPH064515 B2 JP H064515B2 JP 60074262 A JP60074262 A JP 60074262A JP 7426285 A JP7426285 A JP 7426285A JP H064515 B2 JPH064515 B2 JP H064515B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ガスタービンブレードや各種エンジン部品等
に用いるのに適した高靭性窒化珪素複合焼結体に関す
る。
に用いるのに適した高靭性窒化珪素複合焼結体に関す
る。
ガスタービンブレード等、高温あるいは悪環境にさらさ
れる部分には従来より耐熱合金が用いられてきた。しか
し、近年高性能化のために、その使用温度が耐熱合金の
使用限界温度に達しつつある。そこでこれらの耐熱合金
に代る材料として、耐熱、耐酸化性および耐熱衝撃性の
大きい窒化珪素焼結体が注目され始めた。しかし、窒化
珪素セラミツクスは周知のごとく脆いという欠点があ
り、いまだに本格的実用化に至つていない。
れる部分には従来より耐熱合金が用いられてきた。しか
し、近年高性能化のために、その使用温度が耐熱合金の
使用限界温度に達しつつある。そこでこれらの耐熱合金
に代る材料として、耐熱、耐酸化性および耐熱衝撃性の
大きい窒化珪素焼結体が注目され始めた。しかし、窒化
珪素セラミツクスは周知のごとく脆いという欠点があ
り、いまだに本格的実用化に至つていない。
セラミツクス強靭化材料としては、金属を結合層として
各種炭化物、酸化物を加えた、例えば特公昭59-26977の
切削工具用のサーメツトが良く知られている。これらサ
ーメツトは、セラミツクスをＣｏやＮｉ等の金属相で結
合したものである。セラミツクスの脆さを金属相でカバ
ーしているため、常温における強度や靭性は改善される
が、高温では金属相を含むために耐熱性が悪く、かつ高
温域での強度および硬度が低下する。そのため高温にお
いてもすぐれた耐酸化性、および強度を維持することの
できるセラミツクスのウイスカーまたはフアイバーの分
散させた複合セラミツクスの研究が活発に行われてい
る。すなわちセラミツクスにクラツクが生じた場合にウ
イスカーまたはフアイバーにより、その進行を阻止する
ためである。例えば特開昭59-54680においてはＳｉｃウ
イスカーを分散し、強化した窒化珪素セラミツクス焼結
体が報告されている。しかし、ウイスカーを分散添加す
るだけでは、セラミツクスの靭性を大幅に改善すること
は困難である。その理由は、窒化珪素とＳｉＣウイスカ
ーは焼結時の高温下でもあまり反応せず、ウイスカーの
ままで窒化珪素マトリツクス中に分散状態で存在してい
るが、焼結体が外力を受けてクラツクが発生してもその
分散状のウイスカーの直径が0.5〜1.0μｍ（一般に入手
できる気相法合成によるもの）と細く、クラツクの進行
を阻止する能力が小さいためと考えられる。ウイスカー
を多量に添加することも考えられるが、焼結密度が低下
しかえつて好ましくない。
各種炭化物、酸化物を加えた、例えば特公昭59-26977の
切削工具用のサーメツトが良く知られている。これらサ
ーメツトは、セラミツクスをＣｏやＮｉ等の金属相で結
合したものである。セラミツクスの脆さを金属相でカバ
ーしているため、常温における強度や靭性は改善される
が、高温では金属相を含むために耐熱性が悪く、かつ高
温域での強度および硬度が低下する。そのため高温にお
いてもすぐれた耐酸化性、および強度を維持することの
できるセラミツクスのウイスカーまたはフアイバーの分
散させた複合セラミツクスの研究が活発に行われてい
る。すなわちセラミツクスにクラツクが生じた場合にウ
イスカーまたはフアイバーにより、その進行を阻止する
ためである。例えば特開昭59-54680においてはＳｉｃウ
イスカーを分散し、強化した窒化珪素セラミツクス焼結
体が報告されている。しかし、ウイスカーを分散添加す
るだけでは、セラミツクスの靭性を大幅に改善すること
は困難である。その理由は、窒化珪素とＳｉＣウイスカ
ーは焼結時の高温下でもあまり反応せず、ウイスカーの
ままで窒化珪素マトリツクス中に分散状態で存在してい
るが、焼結体が外力を受けてクラツクが発生してもその
分散状のウイスカーの直径が0.5〜1.0μｍ（一般に入手
できる気相法合成によるもの）と細く、クラツクの進行
を阻止する能力が小さいためと考えられる。ウイスカー
を多量に添加することも考えられるが、焼結密度が低下
しかえつて好ましくない。
一方、特開昭58-41770においては５重量％以下の各種珪
化物を窒化珪素に添加し、耐熱衝撃性を向上して高温の
機械強度を改善しようとしてるが、まだ充分とは云い難
い。これは、例えば、ＣｒＳｉ2を添加したＳｉ3Ｎ4焼
結体のＸ線回折ではＣｒＳｉ，Ｃｒ3Ｓｉ，Ｃｒ2Ｎ，Ｃ
ｒＮが検出され、第２図に示す様な２，３種の異なる相
の粒子から形成されている。クラツクを発生させて検鏡
した結果、クラツク１は、粒子２，３の粒界を容易に進
行して焼結体の割れるのを阻止できなかつた。
化物を窒化珪素に添加し、耐熱衝撃性を向上して高温の
機械強度を改善しようとしてるが、まだ充分とは云い難
い。これは、例えば、ＣｒＳｉ2を添加したＳｉ3Ｎ4焼
結体のＸ線回折ではＣｒＳｉ，Ｃｒ3Ｓｉ，Ｃｒ2Ｎ，Ｃ
ｒＮが検出され、第２図に示す様な２，３種の異なる相
の粒子から形成されている。クラツクを発生させて検鏡
した結果、クラツク１は、粒子２，３の粒界を容易に進
行して焼結体の割れるのを阻止できなかつた。
発明の目的は、窒化珪素を主成分とするセラミツクスの
靭性を大幅に改善した窒化珪素焼結体およびその製法を
提供することにある。
靭性を大幅に改善した窒化珪素焼結体およびその製法を
提供することにある。
本発明者らは、窒化珪素とＳｉＣウイスカーは反応し難
いが、ＳｉＣウイスカーと金属珪化物は反応し易いこと
に着目し、窒化珪素にＳｉＣウイスカーと金属珪化物を
一緒に添加し焼結を行えば、窒化珪素、ＳｉＣウイスカ
ーおよび金属珪化物が強固に一体できるのではないかと
考えた。
いが、ＳｉＣウイスカーと金属珪化物は反応し易いこと
に着目し、窒化珪素にＳｉＣウイスカーと金属珪化物を
一緒に添加し焼結を行えば、窒化珪素、ＳｉＣウイスカ
ーおよび金属珪化物が強固に一体できるのではないかと
考えた。
実施してみたところ予想以上に靭性の優れた窒化珪素系
焼結体を得ることができた。この焼結体を検鏡した結
果、第１図に示す様な構造のものであることが判つた。
焼結体を得ることができた。この焼結体を検鏡した結
果、第１図に示す様な構造のものであることが判つた。
即ち、窒化珪素マトリツクス５中に、金属珪化物２とＳ
ｉＣウイスカー６との反応相７が形成されている。ま
た、場合によつては、金属珪化物２と窒化珪素とが反応
してできた金属室化物４を含む場合がある。これらは互
に密接して形成されている。なお、図に示す様に、クラ
ツク１の進行は前記反応相７に当ると迂回して進行して
いる この反応相の効果は、 (1) 反応相を介して金属珪化物の粒子とＳｉＣウイス
カーが強く接着し、これが母材の窒化珪素とが強固に接
着されるため結果としてＳｉＣウイスカーと窒化珪素が
強固に結びつけられ、ウイスカー自体も強化されること
になり、靭性が向上する、 (2) 反応相を介して、ＳｉＣウイスカーによつて金属
珪化物相が結びつけられるため、これらの相の集合体で
ある粒子の強度が増し、粒界をクラツクが貫通しにくく
なる、 (3) 反応相は機械的強度が大きく、これによつてクラ
ツクの進行が阻止される などが考えられる。
ｉＣウイスカー６との反応相７が形成されている。ま
た、場合によつては、金属珪化物２と窒化珪素とが反応
してできた金属室化物４を含む場合がある。これらは互
に密接して形成されている。なお、図に示す様に、クラ
ツク１の進行は前記反応相７に当ると迂回して進行して
いる この反応相の効果は、 (1) 反応相を介して金属珪化物の粒子とＳｉＣウイス
カーが強く接着し、これが母材の窒化珪素とが強固に接
着されるため結果としてＳｉＣウイスカーと窒化珪素が
強固に結びつけられ、ウイスカー自体も強化されること
になり、靭性が向上する、 (2) 反応相を介して、ＳｉＣウイスカーによつて金属
珪化物相が結びつけられるため、これらの相の集合体で
ある粒子の強度が増し、粒界をクラツクが貫通しにくく
なる、 (3) 反応相は機械的強度が大きく、これによつてクラ
ツクの進行が阻止される などが考えられる。
以上のことから、反応相は機械的強度の大きな相である
ことが特に望ましく、具体的にＳｉＣと金属炭化物との
固溶体であることが好ましい。
ことが特に望ましく、具体的にＳｉＣと金属炭化物との
固溶体であることが好ましい。
一般的にセラミツクスにクラツクが発生したとき、強固
な粒子が存在するとそのクラツクの進行が妨げられるた
めクラツクは迂回し、それによつてエネルギーが消耗さ
れるので靭性向上になる。本発明の効果もこの理論に近
いものである。第１図に示す様にクラツク１は反応相７
に衝突するとエネルギーが吸収されるためクラツクが止
まる。なお、金属珪化物に遭遇しないＳｉＣウイスカー
は、窒化珪素中にそのままの形で存在する。同様なこと
が金属珪化物についても云える。
な粒子が存在するとそのクラツクの進行が妨げられるた
めクラツクは迂回し、それによつてエネルギーが消耗さ
れるので靭性向上になる。本発明の効果もこの理論に近
いものである。第１図に示す様にクラツク１は反応相７
に衝突するとエネルギーが吸収されるためクラツクが止
まる。なお、金属珪化物に遭遇しないＳｉＣウイスカー
は、窒化珪素中にそのままの形で存在する。同様なこと
が金属珪化物についても云える。
本発明においてＳｉＣウイスカーの添加量は、５〜２５
voｌ％が好ましい。これより少なくとも多くても充分な
靭性が得られない。とくに２５voｌ％を越えると急激に
密度が低下し、焼結体としても好ましくない。
voｌ％が好ましい。これより少なくとも多くても充分な
靭性が得られない。とくに２５voｌ％を越えると急激に
密度が低下し、焼結体としても好ましくない。
本発明の金属珪化物は炭素と親和力の強いものであるこ
とが望ましい。この場合、ＳｉＣウイスカーと金属珪化
物または金属窒化物との間にＳｉの一部を金属で置換し
たＳｉＣと金属珪化物との固溶体から成る反応相が生成
し易い。こうしたものとしては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの珪化物があり、とく
にＴｉ，Ｖ，Ｃｒの珪化物は高温における耐酸化性に優
れているので望ましい。
とが望ましい。この場合、ＳｉＣウイスカーと金属珪化
物または金属窒化物との間にＳｉの一部を金属で置換し
たＳｉＣと金属珪化物との固溶体から成る反応相が生成
し易い。こうしたものとしては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの珪化物があり、とく
にＴｉ，Ｖ，Ｃｒの珪化物は高温における耐酸化性に優
れているので望ましい。
Ｚｒ，Ｈｆの珪化物は焼結時に窒化物に変化し易いが、
本発明の目的を達成する点では変らない。
本発明の目的を達成する点では変らない。
なお、本発明において窒化珪素は６０voｌ％以上である
ことが望ましい。
ことが望ましい。
また、焼結助剤としては一般に用いられているＭｇＯ，
Ａｌ2Ｏ3，Ｓｃ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3、希土類酸化物から選ばれ
る少なくとも１種を0.1〜２０voｌ％添加するのが良
い。
Ａｌ2Ｏ3，Ｓｃ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3、希土類酸化物から選ばれ
る少なくとも１種を0.1〜２０voｌ％添加するのが良
い。
次に、本発明の高靭性窒化珪素焼結体の製法について述
べる。
べる。
窒化珪素６０voｌ％以上とＳｉＣウイスカー５〜２５vo
ｌ％、前記金属珪化物５〜２５voｌ％、前記焼結助剤0.
1〜２０voｌ％をミキサーで混合し、成形して真空中ま
たは不活性ガス中で1600℃〜1900℃でホツトプレスする
ことにより得られる。
ｌ％、前記金属珪化物５〜２５voｌ％、前記焼結助剤0.
1〜２０voｌ％をミキサーで混合し、成形して真空中ま
たは不活性ガス中で1600℃〜1900℃でホツトプレスする
ことにより得られる。
以下本発明の実施例について述べる。
実施例１ Ｓｉ3Ｎ4（粒径：１〜３μｍ）粉末と金属珪化物（粒
径：５３０μｍ）粉末に焼結助剤を所定量添加し、らい
かい機にて十分混合した。焼結助剤は種々あるが、Ａｌ
2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の0.1〜２０voｌ％の範囲が適量であ
る。この場合には特に高温強度の多きいセラミツクスが
得られることを確認している。本実施例をＡｌ2Ｏ3を２
voｌ％、Ｙ2Ｏ3を３voｌ％としたが前記0.1〜２０voｌ
％の添加範囲では同様な結果が得られることを確認して
いる。
径：５３０μｍ）粉末に焼結助剤を所定量添加し、らい
かい機にて十分混合した。焼結助剤は種々あるが、Ａｌ
2Ｏ3及びＹ2Ｏ3の0.1〜２０voｌ％の範囲が適量であ
る。この場合には特に高温強度の多きいセラミツクスが
得られることを確認している。本実施例をＡｌ2Ｏ3を２
voｌ％、Ｙ2Ｏ3を３voｌ％としたが前記0.1〜２０voｌ
％の添加範囲では同様な結果が得られることを確認して
いる。
ＳｉＣウイスカーはお互に絡みあつているので、最終焼
結体で所定のvoｌ％になるよう秤量しエチルアルコール
中で超音波を照射し分散させた。なお、本実施例で用い
たＳｉＣウイスカーは太さ0.3〜1.0μｍ、長さ２０〜５
０μｍである。次いで均一分散をするためスタラーで攪
拌しながら前記混合物粉末を徐々に添加した。その後ら
いかい機を用いて再度混合したのち１６メツシユのふる
いで整粒し、プレスで４００kg／cm2に加圧し厚さ６m
mt、直径６０mmφのグリンボデイを作製した。これを黒
鉛ダイスを用いたホツトプレスにセツトしてＮ2ガス中
３００kg／cm2の加圧下で最高加熱温度1800℃で焼結し
た。
結体で所定のvoｌ％になるよう秤量しエチルアルコール
中で超音波を照射し分散させた。なお、本実施例で用い
たＳｉＣウイスカーは太さ0.3〜1.0μｍ、長さ２０〜５
０μｍである。次いで均一分散をするためスタラーで攪
拌しながら前記混合物粉末を徐々に添加した。その後ら
いかい機を用いて再度混合したのち１６メツシユのふる
いで整粒し、プレスで４００kg／cm2に加圧し厚さ６m
mt、直径６０mmφのグリンボデイを作製した。これを黒
鉛ダイスを用いたホツトプレスにセツトしてＮ2ガス中
３００kg／cm2の加圧下で最高加熱温度1800℃で焼結し
た。
上記の方法によりまずＳｉ3Ｎ4を母相としSicウイスカ
ーを１０voｌ％一定として、ＴｉＳｉ2を０，2.5，５，
１０，２０，２５，３０および３５voｌ％添加した焼結
体を作成した。この焼結体より３mm×４mm×３６mmの試
験片を採取した。これを研磨したのち中心部に幅0.01m
m、深さ0.3mmの切り込みを入れて、SENB方（Single Ed
ge Notched Beam）も試験片を作製し破壊靭性値Ｋ1Cを
求めた。
ーを１０voｌ％一定として、ＴｉＳｉ2を０，2.5，５，
１０，２０，２５，３０および３５voｌ％添加した焼結
体を作成した。この焼結体より３mm×４mm×３６mmの試
験片を採取した。これを研磨したのち中心部に幅0.01m
m、深さ0.3mmの切り込みを入れて、SENB方（Single Ed
ge Notched Beam）も試験片を作製し破壊靭性値Ｋ1Cを
求めた。
その結果を第３図に示す。単体のＳｉ3Ｎ4値も併記して
あるがウイスカーのみの添加でのＫ1Cは7.3ＭＮ／ｍ3/2
でその増加は小さい。しかし、さらにＴｉＳｉ2を添加
することによりＫ1Cは増加し、特に５〜２５voｌ％の範
囲の増加が著しい。しかし３０voｌ％以上添加するとＫ
1Cは減少する。これは焼結体の密度に起因する。２５vo
ｌ％以下の焼結体の相対密度が９９％以上であるのに対
し、３０voｌ％以上添加焼結体では相対密度が９５％以
下に低下してしまうためである。また2.5voｌ％までは
Ｋ1cもあまり増加しないためＴｉＳｉ2添加の適量は５
〜２５voｌ％である。一方２０voｌ％添加試料を鏡面研
磨して光学顕微鏡および走査電子顕微鏡で観察した。
あるがウイスカーのみの添加でのＫ1Cは7.3ＭＮ／ｍ3/2
でその増加は小さい。しかし、さらにＴｉＳｉ2を添加
することによりＫ1Cは増加し、特に５〜２５voｌ％の範
囲の増加が著しい。しかし３０voｌ％以上添加するとＫ
1Cは減少する。これは焼結体の密度に起因する。２５vo
ｌ％以下の焼結体の相対密度が９９％以上であるのに対
し、３０voｌ％以上添加焼結体では相対密度が９５％以
下に低下してしまうためである。また2.5voｌ％までは
Ｋ1cもあまり増加しないためＴｉＳｉ2添加の適量は５
〜２５voｌ％である。一方２０voｌ％添加試料を鏡面研
磨して光学顕微鏡および走査電子顕微鏡で観察した。
添加したＴｉＳｉ2粒子はＳｉ3Ｎ4および雰囲気中のＮ2
ガスと反応し、ＴｉＮ，Ｔｉ2ＮおよびＴｉとＳｉの固
溶体とが混在した粒子となつていることを確認した。既
述した様に、異なつた相の集合体で、従来の方法である
珪化物のみ単独添加したものではその異相界面はクラツ
クの進行を容量にし、Ｋ1cの向上と認められなかつた。
しかし、本実施例で明らかな様にその粒子界面の一部に
ＳｉＣウイスカーと金属珪化物が反応して生成した反応
相（Ｓｉ，Ｔｉ）Ｃが認められた。この反応相はＴｉ
Ｎ，Ｔｉ2ＮおよびＴｉ，Ｓｉの固溶体とも良く密着し
て、これら粒子とＳｉｃウイスカーを強固に接着してい
た。
ガスと反応し、ＴｉＮ，Ｔｉ2ＮおよびＴｉとＳｉの固
溶体とが混在した粒子となつていることを確認した。既
述した様に、異なつた相の集合体で、従来の方法である
珪化物のみ単独添加したものではその異相界面はクラツ
クの進行を容量にし、Ｋ1cの向上と認められなかつた。
しかし、本実施例で明らかな様にその粒子界面の一部に
ＳｉＣウイスカーと金属珪化物が反応して生成した反応
相（Ｓｉ，Ｔｉ）Ｃが認められた。この反応相はＴｉ
Ｎ，Ｔｉ2ＮおよびＴｉ，Ｓｉの固溶体とも良く密着し
て、これら粒子とＳｉｃウイスカーを強固に接着してい
た。
ビツカース硬度計によりクラツクを発生させたところ、
クラツクはこれら反応相で進行が妨げられ屈曲しながら
進行することが判つた。これによりＫ1cは向上したもの
推定される。
クラツクはこれら反応相で進行が妨げられ屈曲しながら
進行することが判つた。これによりＫ1cは向上したもの
推定される。
実施例２ 実施例１と同じ方法で母相Ｓｉ3Ｎ4にＴｉＳｉ2量を２
０voｌ％一定として、ＳｉＣウイスカーを０，2.5，
５，１０，２０，２５および３０voｌ％の焼結体を作製
した。実施例１と同様にSENB法にてＫ1Cを測定した結果
を第４図に示す。ＳｉＣウイスカーが2.5voｌ％では添
加による効果が少なくＫ1Cの増加は少ない。また３０vo
ｌ％以上添加すると密度が低下するためＫ1Cは減少す
る。これらの結果からＳｉ3Ｎ4−ＴｉＳｉ2焼結体のＫ
1C向上には５〜２５voｌ％のＳｉＣウイスカーが適量で
あり、特に約１０voｌ％添加が、その効果が一番大き
い。
０voｌ％一定として、ＳｉＣウイスカーを０，2.5，
５，１０，２０，２５および３０voｌ％の焼結体を作製
した。実施例１と同様にSENB法にてＫ1Cを測定した結果
を第４図に示す。ＳｉＣウイスカーが2.5voｌ％では添
加による効果が少なくＫ1Cの増加は少ない。また３０vo
ｌ％以上添加すると密度が低下するためＫ1Cは減少す
る。これらの結果からＳｉ3Ｎ4−ＴｉＳｉ2焼結体のＫ
1C向上には５〜２５voｌ％のＳｉＣウイスカーが適量で
あり、特に約１０voｌ％添加が、その効果が一番大き
い。
比較例 実施例２と同様な方法で、母相Ｓｉ3Ｎ4にＴｉＳｉ2量
を２０voｌ％一定として、粒径0.5〜１０μｍのＳｉＣ
粒子を５〜２５voｌ％加えた焼結体を作製した。これら
の焼結体のＫ1Cは７〜８ＭＮ／ｍ3/2と上述のＳｉＣウ
イスカーの添加の場合よりも小さかつた。これは、用い
たＳｉＣ粒子のアスペクト比が１〜３程度であるため、
ウイスカーを用いた場合に比べて、金属珪化物相または
／および金属窒化物相との集合体の強度が小さく、クラ
ツク防止の効果が小さいことによるものと考えられる。
を２０voｌ％一定として、粒径0.5〜１０μｍのＳｉＣ
粒子を５〜２５voｌ％加えた焼結体を作製した。これら
の焼結体のＫ1Cは７〜８ＭＮ／ｍ3/2と上述のＳｉＣウ
イスカーの添加の場合よりも小さかつた。これは、用い
たＳｉＣ粒子のアスペクト比が１〜３程度であるため、
ウイスカーを用いた場合に比べて、金属珪化物相または
／および金属窒化物相との集合体の強度が小さく、クラ
ツク防止の効果が小さいことによるものと考えられる。
実施例３ 実施例１と同じ方法でＺｒＳｉ2，ＨｆＳｉ2，ＶＳ
ｉ2，ＮｂＳｉ2，ＴａＳｉ2，ＣｒＳｉ2，ＭｏＳｉ2，
ＷＳｉ2を添加したＳｉ3Ｎ4−金属珪化物−ＳｉＣウイ
スカー焼結体を作成した。これら焼結体についてＫ1Cを
測定した。その結果を第１表に示す。
ｉ2，ＮｂＳｉ2，ＴａＳｉ2，ＣｒＳｉ2，ＭｏＳｉ2，
ＷＳｉ2を添加したＳｉ3Ｎ4−金属珪化物−ＳｉＣウイ
スカー焼結体を作成した。これら焼結体についてＫ1Cを
測定した。その結果を第１表に示す。
実施例４ 実施例１と同じ方法でＳｉ3Ｎ4にＣｒＮを単独添加した
複合焼結体を作成し検討した。その結果、ＣｒＳｉ2添
加と同様の結果が得られた。すなわち添加したＣｒＮは
Ｓｉ3Ｎ4中のＳｉと反応してＣｒＳｉ2，Ｃｒ3Ｓｉ，Ｃ
ｒ2ＮおよびＣｒＮを生成し、異相が混在した粒子とな
つており、Ｋ1Cは約７ＭＮ／ｍ3/2と小さかつた。一方
これに更にＳｉＣウイスカーを添加すると、Ｋ1Cは約１
０ＭＮ／ｍ3/2と著しく増加した。
複合焼結体を作成し検討した。その結果、ＣｒＳｉ2添
加と同様の結果が得られた。すなわち添加したＣｒＮは
Ｓｉ3Ｎ4中のＳｉと反応してＣｒＳｉ2，Ｃｒ3Ｓｉ，Ｃ
ｒ2ＮおよびＣｒＮを生成し、異相が混在した粒子とな
つており、Ｋ1Cは約７ＭＮ／ｍ3/2と小さかつた。一方
これに更にＳｉＣウイスカーを添加すると、Ｋ1Cは約１
０ＭＮ／ｍ3/2と著しく増加した。
本発明の窒化珪素焼結体は靭性が格段に優れている。
また、耐酸化性、知熱衝撃性も併せすぐれているので、
ガスタービン、各種エンジンなどの高温機器用材料とし
て好適である。
ガスタービン、各種エンジンなどの高温機器用材料とし
て好適である。
第１図は本発明による焼結体の粒子構造と破壊モードを
示す模式図、第２図は従来の焼結体の粒子構造と破壊モ
ードを示す模式図である。第３図および第４図は本発明
の焼結体の破壊靭性値の変化を示す曲線図である。 １…クラツク、２，３…金属珪化物、４…金属窒化物、
５…窒化珪素マトリツクス、６…炭化珪素ウイスカー、
７…反応相。
示す模式図、第２図は従来の焼結体の粒子構造と破壊モ
ードを示す模式図である。第３図および第４図は本発明
の焼結体の破壊靭性値の変化を示す曲線図である。 １…クラツク、２，３…金属珪化物、４…金属窒化物、
５…窒化珪素マトリツクス、６…炭化珪素ウイスカー、
７…反応相。
Claims (7)
- 【請求項１】窒化珪素を主成分とし、金属珪化物相と、
炭化珪素ウィスカーを含み、金属珪化物と炭化珪素ウィ
スカーとの反応相を含むことを特徴とする高靭性窒化珪
素焼結体。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、金属珪化
物相の金属がＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏ
及びＷから選ばれる少なくとも１種であることを特徴と
する高靭性窒化珪素焼結体。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、反応相が
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＷから選
ばれる少なくとも１種の金属により炭化珪素ウィスカー
のＳｉの一部が置換されているものと金属珪化物との固
溶相であり、前記反応相は金属珪化物相と溶接している
ことを特徴とする高靭性窒化珪素焼結体。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、窒化珪素
６０ｖｏｌ％以上、炭化珪素ウィスカー５〜２５ｖｏｌ
％、金属珪化物５〜２５ｖｏｌ％含むことを特徴とする
高靭性窒化珪素焼結体。 - 【請求項５】特許請求の範囲第２項において、窒化珪素
６０ｖｏｌ％以上、炭化珪素ウィスカー５〜２５ｖｏｌ
％、金属珪化物５〜２５ｖｏｌ％含むことを特徴とする
高靭性窒化珪素焼結体。 - 【請求項６】特許請求の範囲第３項において、窒化珪素
６０ｖｏｌ％以上、炭化珪素ウィスカー５〜２５ｖｏｌ
％、金属珪化物５〜２５ｖｏｌ％含むことを特徴とする
高靭性窒化珪素焼結体。 - 【請求項７】窒化珪素６０ｖｏｌ％以上、炭化珪素ウィ
スカー５〜２５ｖｏｌ％、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｃｒ，Ｍｏ及びＷから選ばれる少なくとも１種の金
属珪化物５〜２５ｖｏｌ％、０．１〜２０ｖｏｌ％のＭ
ｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，Ｓｃ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3および希土類酸化物
から選ばれる少なくとも１種を混合し、成形して真空中
または不活性ガス中で１６００℃〜１９００℃ホットプ
レス焼結することを特徴とする高靭性窒化珪素焼結体の
製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60074262A JPH064515B2 (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 高靭性窒化珪素焼結体およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60074262A JPH064515B2 (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 高靭性窒化珪素焼結体およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61236654A JPS61236654A (ja) | 1986-10-21 |
| JPH064515B2 true JPH064515B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=13542042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60074262A Expired - Lifetime JPH064515B2 (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 高靭性窒化珪素焼結体およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH064515B2 (ja) |
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-
1985
- 1985-04-10 JP JP60074262A patent/JPH064515B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPS61236654A (ja) | 1986-10-21 |
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