JPS5824496B2 - 窒化珪素を含む潤滑性焼結体 - Google Patents

窒化珪素を含む潤滑性焼結体

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JPS5824496B2 JP54150738A JP15073879A JPS5824496B2 JP S5824496 B2 JPS5824496 B2 JP S5824496B2 JP 54150738 A JP54150738 A JP 54150738A JP 15073879 A JP15073879 A JP 15073879A JP S5824496 B2 JPS5824496 B2 JP S5824496B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒化珪素を主成分とするセラミック粉末と金
属粉末との混合物を用いた焼結体に関する。
一般に窒化珪素を主成分とするセラミック粉末を用いた
焼結体は、１９００℃までの耐熱性を有し、高温におけ
る機械的特性に優れ、また熱膨張係数が小さい等の優れ
た特質を備えているため切削工具や内燃機関のバルブや
シリンダライナへの応用が検討されている。
しかるにこの種の焼結体はその硬度が高すぎるため潤滑
性、耐衝撃性、靭性等に乏しいという欠点があった。
また、特公昭４２−２０７６８号公報には、このような
窒化珪素焼結体の欠点を改善するため窒化珪素粉末に金
属粉末を添加して焼結させる方法が開示されているが、
より高性能化が望まれている。
特公昭４２−２０７６８号公報の発明では、窒化珪素粉
末と金属粉末に、他の窒化物や金属酸化物を併用してお
り、特に金属酸化物の併用は焼結を助長する効果を期待
することができるが、同公報に記載された範囲の金属酸
化物では、その効果は不充分である。
本発明者等はかかる点に対処して鋭意研究をすすめたと
ころ、窒化珪素粉末と金属粉末との混合物を焼結するに
あたり、イツトリウム又はランタン系元素の酸化物を併
用することにより窒化珪素粉末の焼結が促進されて高温
機械的強度の著しく優れた焼結体が得られることを見出
した。
本発明は、かかる知見に基いてなされたもので。
（Ａ）窒化珪素粉末と、（Ｂ）イツトリウム又はランタ
ン系元素の酸化物と、（Ｃ）鉄、コバルト又はニッケル
から成る金属粉末との混合物を成形し、焼結して成る高
温機械的強度、耐衝撃性、靭性等に優れた焼結体を提供
しようとするものである。
・上記各成分の粒径はできるだけ小さいことが望ま
しく、一般的には平均粒径１０μ以下、特に強度の大き
い部材を成形する場合には平均粒径が２μ以下であるこ
とが望ましい。
上記各成分中、（Ｂ）のイツトリウム又はランタン系元
素の酸化物の配合量は、（Ａ）の窒化珪素量に対して０
．０２〜１０重量％好ましくは１〜５重量％であること
が望ましい。
また、（Ｃ）の金属粉末の配合量は、（Ａ）の窒化珪素
１００容量部（配合量／真比重）あたり、１〜１００容
量部の範囲が適当であり、特に２〜５０容量部の範囲が
好適している。
■容量部未満では、潤滑性、耐衝撃性、靭性等の向上に
効果がノなく、逆に１００容量部を越えると窒化珪素焼
結体の特質である高温機械的強度が著しく減殺されるの
で好ましくない。
なお、（Ｃ）の金属粉末は、酸化物の形態であるいは合
金の形態で使用することも可能である。
；（Ｃ）の金属粉末と合金の形態で用いられる元素とし
ては、例えばモリブデン、タングステン、クロム、マン
ガン等がある。
これらの元素を、（Ｃ）の金属と合金化する場合には、
２０重量％以下の範囲で使用することが望ましい。
・ なお、本発明においては、化学的に安定な耐熱性化
合物を、（Ａ）の窒化珪素の５０容量％以下の範囲で配
合することができる。
このような耐熱性化合物としては、例えば窒化チタン、
窒化アルミニウム、窒化ジルコニウムのような窒化物、
炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化珪素のような炭化
物、クロム、モリブデン、タングステン等の珪化物等が
ある。
また、第４成分として、焼結促進のため、酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム、シリカ、酸化はう素、リチウ
ム酸化物、酸化物スピネル等を（Ａ）の窒化珪素１００
重量部に対して１０重量部以下配合してもよい。
本発明の焼結体は、圧縮成型、射出成型、注型その他任
意の成型方法により所望の形状に成型して得た成型体を
、１４００〜１９００℃の温度で焼結することにより得
られる。
１４００℃未満では反応が充分に進行せず、逆に１９０
０℃を越えると窒化珪素の昇華分解が活発となり、いず
れの場合も得られる焼結体の特性は不充分なものとなる
。
焼結時の雰囲気は、不活性又は還元性の雰囲気が適して
おり、特に純金属粉末を使用する場合には水素を用いた
還元性雰囲気が適している。
酸素を含む雰囲気下では、金属粉末が酸化され、高温時
窒化珪素も酸化されてシリカとなり窒化珪素のもつ優れ
た特性が減殺されるので好ましくないＯ 焼結法としては普通焼結法、ホットプレス焼結法等をは
じめ公知のいずれも用いることができるが、その組織な
らびに特性値はいくぶん相違するので用途に応じて適当
な方法を選択することが望ましい。
すなわち、焼結体の窒化珪素グレイン間の組織はいずれ
も繊維状になるが、普通焼結の場合３次元的に配向した
繊維状組織を呈し、またホットプレス焼結によれば加圧
面にほぼ平行に繊維が配向するので方向性をもって強化
された焼結体が得られる。
このようにして得られる焼結体は、セラミック粉末と、
金属粉末又はその酸化物との混合比により種々の特性を
有するものとなる。
金属粉末等の配合比率が少ないときは、金属粉末等がセ
ラミック焼結体の組織中へ分散された状態で存在し、ま
た多いときには多孔質セラミック連続組織に金属が網状
連続組織となって侵入したものとなる。
いずれの場合もセラミック焼結体中の金属は、潤滑性を
向上させる作用をし、かつそれが網状連続組織をなした
場合には靭性を付与する作用をする。
実験例 以下の平均粒径を有する原料を用いた。
窒化珪素 １．５μ 窒化アルミニウム １．１μ イ ン ト リ ア １．０ μ鉄
２．０μ ニ ッ ケ ル ２．５μ コ バ ル ト １．５ μア
ル ミ す ２．２μ セ リ ア １．０μ酸化鉄（Ｆｅ
２０３）０．８μ これら粉末を表に示す割合で混合し、全体の５重量％の
ステアリン酸を配合し、その後５ ｔＪＸＬ／（ｙｉの
圧力で成型して縦５０龍横５０闘厚さ１０ｍｍの板体を
得、次いでこの板体をカーボンモールドを用いてホット
プレスした。
ホットプレスは窒素雰囲気で４０℃／分の昇温速度で１
７５０℃まで昇温し、この温度を６０分間維持すること
により行った。
得られた焼結体を縦３１１ｔｒＩｔ１横３０ｍｍ、厚さ
３朋の試料に切り出し、密度、抗折強度（常温）を測定
し、かつ、ピンフラット方式による摩耗試験を行った。
摩耗試験の条件は、ピン状試料として直径４ｍ−長さ３
０酊のものを使用し、フラット状試料として縦１０ｍｍ
、横５０閂、厚さ５ｍｍのものを使用し、潤滑剤として
はエンジンオイルを使用した。
試験結果を表に示す。試料１は本発明の特徴であるイツ
トリア又はランタン系元素酸化物を含まない場合であり
、ち密化と耐摩耗性の点で不満足な値である。
一方、試料２〜２５は本発明の場合で、２〜５はイツト
リア添加量の変化により特性がどのように変るかを示す
。
６〜１２はいずれも第４成分として代表的にアルミナを
添加した例である。
これらのうち、７はセリアを用いた場合、８は鉄にかえ
ニッケルを用いた場合、９はコバルトを用いた場合、１
０は酸化鉄を用いた場合、１１は鉄、ニッケル、コバル
ト、酸化鉄を合せ用いた場合、１２は窒化珪素の一部を
窒化アルミニウムで置換した場合である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素と、イツトリウム又はランタン系元素の酸
    化物と、鉄、コバルト又はニッケルの少くともいずれか
    で成る金属又はそれらの酸化物とから成り、前記イツト
    リウム又はランタン系元素の酸化物は窒化珪素に対して
    ０．０２〜１０重量％となる量配合され、前記鉄、コバ
    ルト又はニッケルの少くともいずれかで成る金属又はそ
    れらの酸化物は、窒化珪素１００容量部あたり、１〜１
    ００容量部の範囲で配合されてなることを特徴とする窒
    化珪素を含む潤滑性焼結体。 ２ 窒化珪素と、イツトリウム又はランタン系元素の酸
    化物と、鉄、コバルト又はニッケルの少くともいずれか
    で成る金属又はそれらの酸化物とから成り、前記イツト
    リウム又はランタン系元素の酸化物は窒化珪素に対して
    ０．０２〜１０重量％となる量配合され、前記鉄、コバ
    ルト又はニッケルの少くともいずれかで成る金属又はそ
    れらの酸化物は、窒化珪素１００容量部あたり、１〜１
    ００容量部の範囲で配合されてなり、かつ前記窒化珪素
    の５０容量部以下（０を含まず）の範囲で、窒化チタン
    、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、炭化チタン炭
    化ジルコニウム、炭化珪素、珪化クロム珪化モリブデン
    、珪化タングステンのいずれかをもって窒化珪素を置換
    してなることを特徴とする窒化珪素を含む潤滑性焼結体
    。 ３ 窒化珪素と、イツトリウム又はランタン系元素の酸
    化物と、鉄、コバルト又はニッケルの少くともいずれか
    で成る金属又はそれらの酸化物とから成り、前記イツト
    リウム又はランタン系元素の酸化物は窒化珪素に対して
    ０．０２〜１０重量％となる量配合さ札前記鉄、コバル
    ト又はニッケルの少くともいずれかで成る金属又はそれ
    らの酸化物は、窒化珪素１００容量部あたり、１〜１０
    ０容量部の範囲で配合されてなり、かつ焼結促進剤とし
    て、酸化アルミニウム酸化マグネシウム、シリカ、酸化
    はう素、リチウム酸化物、酸化スピネルのいずれかを、
    前記窒化珪素１００重量部に対して１０重量部以下（０
    を含まず）配合してなることを特徴とする窒化珪素を含
    む潤滑性焼結体。 ４ 窒化珪素と、イツトリウム又はランタン系元素の酸
    化物と、鉄、コバルト又はニッケルの少くともいずれか
    で成る金属又はそれらの酸化物とから成り、前記イツト
    リウム又はランタン系元素の酸化物は窒化珪素に対して
    ０．０２〜１０重量％となる量配合され、前記鉄、コバ
    ルト又はニッケルの少くともいずれかで成る金属又はそ
    れらの酸化物は、窒化珪素１００容量部あたり、１〜１
    ００容量部の範囲で配合されてなり、かつ前記窒化珪素
    の５０容量部以下（０を含まず）の範囲で、窒化チタン
    、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、炭化チタン炭
    化ジルコニウム、炭化珪素、珪化クロム珪化モリブデン
    、珪化タングステンのいずれかをもって窒化珪素を置換
    してなり、更に焼結促進剤として、酸化アルミニウム、
    酸化マグネシウム、シリカ、酸化はう素、リチウム酸化
    物、酸化スピネルのいずれかを、前記窒化珪素１００重
    量部に対して１０重量部以下（０を含まず）配合してな
    ることを特徴とする窒化珪素を含む潤滑性焼結体。
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