JPS59501630A - その後の圧密のための粉末成分の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 その後の圧密のための粉末成分の製造方法発明の背景 セラミック部品の製造に当って摩砕媒体からの摩損物又は摩耗物が成分の一部と して所望される場合は、まず粉末成分を混和し、次いで乾燥摩砕して該成分を均 一に混合し、かつ適度な割合とする。次いで該摩砕粉末混合物を常温圧縮し、ガ ス化学的処理及び高温圧縮して所望の生成物を生成することができる。もし摩砕 が不完全であったなら、すなわち粉末成分が所望の平均粒度又は中間粒度及び所 望の均一性にまで縮少されなかったなら、その後のガス化学的処理から不完全な 、又は未反応の成分が生じて、内部きず（ｉｎｔｅｒｎａｌｆｌａｗ　）を有す る高温圧縮生成物が得られる場合がある。

窒化ケイ素切削工具材料の製造の場合においては、これらのきすが遊離ケイ素、 及び酸化鉄のような不純物、又は未反応添加剤の酸化により、ケイ化鉄のような ケイ化物粒子を生成する原因となることがある。該ケイ化物は高温圧縮中に窒化 ケイ素を溶解する溶質を形成し、かつ冷却される際に再結晶により該ケイ化物に 隣接して大きなベータＳ　ｉ　３　Ｎ４粒子を生じて多孔質となる。これらの粒 子はセラミック中に軟質斑点として存在し、該斑点はセラミックの特に切削工具 としての使用中に脱出（ｐｕｌｌ　ｏｕｔ　）　ｌ、　、又は劣化する。

出発粉末成分を摩砕し、該摩砕混合物の粒子が６５ミクロンのような臨界的な平 均粒径又は中間粒径以上どならないようにして、摩砕室の側面に渚−っての該混 合物の詰まり（ｐａｃｋｉｎｇ　）を防正し、かつ一定の摩砕動作が確実に行わ れることを確保する方法が畳重されている。このような方法は上記の目ＦＦＪ’ ｖ達成するために、望ましくない副反応を生じさせる物Ｊｌ導入すべきでなど、 摩砕時間を最適に減少させるべきであり、圧縮成形した除の摩砕混合物の生強度 （ｇｒｅｅｎｓｔｒｅｎｇｔｈ　）　ｆ改良すべきであり、かつ最終セラミック 製品忙きずを生じさせる汚染を、たとえ全体的に除去しないにしても、最小化す べきである。従来、先行技術方法はステアリン酸、ステアリン＆　Ｚｎ　％　オ レイン酸及びカーボワックスのような摩砕助剤の約５重量％の大量ヲ混入してお り、それらのそれぞれは汚染を生じさせることのある高い炭素含量ｌ有している 。

発明の要約 本発明は特に切削工具としての用途を有する、改良され、十分に礎式化された窒 化ケイ素セラミック製品の製造に有用な圧縮成形体の製造方法である。本方法は 粉末ケイ累ｇｌ：袷物及び酸素担持剤供給物と、１５ダイン／ｃｍよりも小さい 低表面エネルギー量を有し、東には−５４〜−８２℃のガラス転移温度及び５０ ０００分子量により特色づげられるタイプの乾燥滑剤の有効ではあるけれど少量 とを混合することを包含する。

該混合物は次いで十分な時間にわたって摩砕して、確実に該混合物の平均粒径が ３５ミクロンよりも大きくないようにする。最後に、完全理論値の少な（とも４ ２％の生強度を与えるのに十分な圧力により該摩砕混合物を成形体に形成する。

該乾燥滑剤はポリブチルアクリラート、ポリ２−エチルへキンルアクリラード及 びポリイソグチアクリラートより成る群から選択することが好ましい。該乾燥滑 剤は極めて少量を添加されてさえも潤滑を行って、炭素による汚染乞回避するそ の能力によって更に特似づけることができる。該滑剤は摩砕動作中に該粉末混合 物が摩砕室の１ｆｆｌ１面に沿って詰め込まれるのを回避し、それにより４８時 間に等しいか、あるいはそれ以下の摩砕時ｍ１内に、前記摩砕により該粒子乞６ ５ミクロンよりも犬ぎくない所望の平均寸法に縮少させるのに効果的である。前 記乾燥滑剤は該混合物の、００１〜．００６ｉ量％、又は該混合物１００ｇ当り 約、ｏ　ｏ　ｉ　、ｙの量を添加することが有利である。

出発物質が特定の純度乞有するならば、それは好ましいことである。例えはケイ 素粉末は９７％又はそれ以上の純度を有することができ、酸素担持粉末剤はＹ２ Ｏ３についてソ９．９９％及びＡｌ２Ｏ３について９９．５％のような純度を有 することができる。すべての出発粉末物質は２７０メツンユ（１０ミクロン）よ りも太きな平均粒径を有することができ、動作可能的には該出発平均粒径は１０ 〜６０ミクロンのように太き（でもよい。

最適には、該出発粉末成分はケイ素粉末、Ｙ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３より成るこ とができ、該粉末成分は１．０％までのＰｅ、、）％までのＡＩ、１．０％まで のＭｎ及び０．１％までのＣａの痕跡量の汚染物と１．５％よりも大きくないＱ ２含量とを含有する。

詳細な記載 本発明による、改良され、十分に濃密化（ｄｅｎｓｉｆｙ　）された窒化ケイ素 セラミック製品の製造に有用な圧縮成形体の好ましい製造方法は次のとおりであ る。

ケイ素粉末、反応性酸素担持粉末剤、及び乾燥摩砕滑剤より成る粉末成分の混和 物を調製する。ここに該反応性酸素担持粉末剤とは、加熱窒素雰囲気下にケイ素 粉末と反応した際に第二相微結晶（５ｅｃｏｎｄ　ｐｈａｓｅｃｒｙｓｔａｌｌ ｉｔｅ　）　、％にオキシニトリドを形成するのに効果的な粉末成分を意味する ものと定義する。該酸素担持剤は５１０２、Ｙ２Ｏ３、Ｃ！ｅ０２、Ｚｒ　Ｏ２ 、ＨｆＯ２及びその他の希土類より成る群から好都合に選択することができる。

これらの酸素担持剤の使用により第二相微結晶の物理的特性及びその生成が改良 される。該微結晶は均一に分配され、また該微結晶は制御され、かつ限成される 有害なガラス状シリケート相と実質的に置換する。

この好ましい方法のために、典型的にはケイ素２００］ダラム（混合物に対して ８６．６重量％）、Ｙ２Ｏ３２７８グラム（混合物に対して１２重量％、ケイ素 に対して１６．９％）、及びＡｌ２０３３２グラム（混合物に対して１．４重量 ％、ケイ素に対して１．６％）により均一粉末混合物を調製する。該酸素担持剤 の使用可能範囲は該混合物に対して、４〜２，３モル％及びケイ素に対して０． ４〜２．４モル％である。Ｙ２Ｏ３は通常にはケイ素に対【７て３〜１９重量％ 及び混合物に対して３〜１６重量％の範囲において使用する。Ａｌ２Ｏ３のよう なガラス形成酸化物はケイ素に対して、４〜５重量％、混合物に対して、４〜４ 重量％の範囲に８いて使用する。５ｉ０２は通常にはケイ素粉末上の酸化物とし て存在し、摩砕によりケイ素に対して１〜６重量％に増加する。５ｉ０２及びＹ ２Ｏ３と反応性であるように添加するＡｌ２Ｏ３のような酸化物はＭｇＯ１Ｃｅ Ｏ１ＢＯ１Ａ１２０３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃａ０２、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＢｅＯ 及び希土類酸化物より成る群から選択することができる。

好ましくはケイ素ケ、９８％又はそれ以上の純度と約１０〜２０ミクロンの出発 平均粒径とを有し、無作為の粒子が１００〜５４０ミクロンの範囲にあるように 選択する。上記のような純度においてれ験的に見出される主要な痕跡の金楓汚染 物質は：１．０％までの鉄１．５％までのアルミニウム、及び、０９％までのマ ンガンを包含する。非金属汚染物質としては：、０５％までの炭素、及び、５％ よりも少い酸素を包含する。

Ｙ２Ｏ３粉末の平均の粉末の大きさは約、０４３８　ミクロン（４３８Ｋ）であ り、４０ミクロンのように大きい無作為粒子を包含する。Ａｌ２Ｏ３粉末の平均 粒径は、６〜．５ミクロンであり、５０ミクロンのように大きい無作為粒子を包 含する。

上記成分に対して乾燥摩砕滑剤を添加するが、該乾燥摩砕滑剤はダイン／ｃｒｒ Ｌよりも小さい低表面エネルギー値を有しなければならず、しかも５００００分 子量によって更に特徴づけられなければならない。該乾燥摩砕滑剤は、好ましく はポリブチルアクリラート、ポリ２−エチルへキシルアクリラート、及びポリイ ソブチルより成る群から選択する。該乾燥摩砕滑剤は、粉塊が摩砕動作中に摩砕 室の側面に沿って集合して詰まることなく、それにより４８時間に等しいか、又 はそれよりも少ない摩砕時間内忙すべての粒子７４０ミクロンよりも太き（ない 所望の大きさに縮少するための摩砕ができることを保証するのに有効な少量にお いて添加する。有効な少量とは混合物に対して、００１〜．００６重童３の範囲 内であり、この童は炭素汚染物による問題を生ずるには不十分である。

次いで該混合物ンブルンダム　シリンダ（Ｂｕｒｕｎｄｕｍｃｙｌｉｎｄｅｒｓ 　）　（Ａｌ２Ｏ３８５％及び５ｉ０２１５％、これは摩損により該混合物にＡ ｌ２Ｏ３乞添加する）の形状の粉砕媒体と共に不活性摩砕容器に装入することに より粉砕し、混合し、次いで６４　ｒｐｍで４８時間摩砕する。

次いで＃１０メッシュのふるいを使用することにより該混合物７該媒体から分離 する。得られた摩砕混合物は６５ミクロンよりも大きな寸法の粒子７有してはな らない。もし該摩砕ｉｒ４合物中におけるいくらかの粒子が３５ミクロンよりも 太きければ、さきに示した有害な影響が生ずるであろう。このような影響として は、ｉａｌ全粒子の窒化が不十分で遊離のケイ素を残し、これが最終生成物にき すを生じさせて強度を低下させろこと、（ｂｌＹ２０３、Ａｌ２Ｏ３、又はケイ 素の局部的濃縮物が出現１．て最終生成物における強度の変動を生じさせろ場合 があること、を包含する。

空気中における摩砕後に酸素水準はケイ素の約１．６重量％までに増加し、約６ 重量％の量におし・てケイ素上の酸化物コーティングとして存在する。該酸化物 コーティングは摩砕の目的のためには決して取り除かれるべきでない。Ｙ２Ｏ３ ／５ｉ０２の比乞１．１〜６．４の範囲、好ましくは約４となるように調節する 。

次いで冷間圧縮成形したダイの配列中に摩砕混合物の測定量を仕込み、１４［１ ０〜１５００　ｐｓｉ　Ｙ使用することにより周囲条件下に圧縮して約６“×、 ６“の寸法、及び約１．４グラム／ｃＩｎ３の密度を有する成形体を形成する。

圧縮成形の圧力は、成形体中に少な（とも１．４９ｍ、／ｃｍ”　（４２％）の 生強度を与えるのに十分であるべきである。

４、窒化物への加熱 次いで該成形体を窒化雰囲気中にＣ６・５・て、高温圧縮に通常に付随する圧力 を使用することな（加熱して窒化ケイ素、少くとも１種の分散された第二相微結 晶（オキシ窒化ケイ素）１．２〜１％のケイ酸塩（本体に対する重量）及び、５ 重量％までの遊離ケ・イ素ならひに未反応の酸素担持剤（この場合Ｙ２Ｏ３及び Ａ１２０３）より成る窒化ケイ素含有本体を生成する。該本体は成形すべき目的 物よりも大きな寸法と小さな密度とを有する。窒化に対する更に詳細については 同時係属米国特許出願通番第　骨間納置の開示乞参照すべきである。該明細書の 開示は参考として本明細書に組み入れる。

５、高温圧縮 次いで該窒化された本体を高温圧縮して要求される寸法及び密度を有する窒化ケ イ素含有目的物乞生成させる。典型的には黒鉛壁を有する圧縮用固定具を使用し て高温圧縮を行う。該壁及び窒化された本体の両方乞窒化ホウ素のスラリーによ り被覆し、次いで乾燥する。

効果的な高温圧縮の詳細が上記に引用した同時係属米国特許出願通番第　骨間和 書に更に説明されている。

該得られた生成物は四点曲げ試験において、先行技術（（より製造された材料に 対する８０〜１００　ｈｓｉに比較して１１０〜１２０　ｈｓｉの強さく曲げ強 さ）乞有ｊろ。生成物中における凝集した粒子は強さのデータの変動量について 、先行技術にすし・ての７〜１２に対し、１０〜１８であるウニイルプル傾斜（ ＷｅｉｌｂｕｌｌＳｌｏｐｅ　）７有する。このことはより大きな均一性を示し ている。硬度は先行技術についての９０に対し９２（４５−Ｎ規準）に増加する 。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　（ａｌ　ケイ素粉禾供給物及び酸素担持剤供給物と、１５ダイン／ｃｍよ りも小さい低表面エネルギー値を有し、−５４〜−８２°Ｃのガラス転移温度に より特徴づｌ−１られる乾燥滑剤の有効的少量とを混合し； ｉｂｌ　前記混合′吻−仲において大きさ７Ｊ″−４０ミクロンよりも大きな粒 子が存在しなし・ことを保証するのに十分な時間に七たって〔肥混合′防を摩砕 し；次いで、 １シ）　完全理論（直の少なくとも４２％の生強度を与えるのに十分な圧力によ り前記摩砕混合物の成形体をこと乞特命とする、改良され、十分に濃密化された 窒化ケイ累セラミック体を製造づ−るのに有用な圧縮成形体の製造方法。 ２　前記乾燥摩砕滑剤をポリブチルアクリラート、ポリ２−エチルへキンルアク リラード、及びポリイソブチ・レアクリラードより成る群から選択する請求の範 囲第１１ｉ記載の方法。 ６　前記乾燥摩砕滑剤の有効的少量が該混合物に対して、００１〜．００６重量 ％の範囲内である請求の範囲第１項記載の方法。 ４　ケイ素粉末は袷物が９７％又はそれ以上の純度と、１ ２５〜６０ミクロンのような大きさの出発平均粒径とを有する請求の範囲第１項 記載の方法。 ５、摩砕動作中における摩砕室の１１１面に沿っての前記粉末混合物り詰まりを 回避し、それにより前記摩砕により、４８時間に等しいか、又はそれよりも少な い、撃砕時間内に全粒子を、４０ミクロンよりも大きくない所望の大きさに縮少 することが可能になるのに有効な量において前記乾燥摩砕滑剤を添加する請求の 範囲第１項記載の方法。 ６　前記酸素担持剤供給’ｆｉｌ　’ｌ　−ｆ　２０３、Ａ１２ｏ３、及び５１ ０２より成ろ群か・５選択し、前記酸素担持剤の純度が前記Ｙ２Ｏ３について少 くとも９９゜９９％であり、かつ錠記Ａｌ２Ｏ３について少くとも９９．５％で あることにより特徴づけられろ請求の範囲第１項記載の方法。