JPS6191065A - 高強度α−サイアロン質焼結体 - 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】 産業上の利用分野 本発明は高強度α−サイアロン質焼結体に関する。史に
詳しくは高温構造材料、あるいは機械的強囲や耐摩耗性
などを要求ネれる工作機械の刊１受。

シャフト類、メカニカルシールなどの機械部品及び切削
工具へ利用し得られる高強度α−サイアロン質焼結体に
関する。

従来技術 サイアロンとしては一般式５ｉ６−２ＡＩ２０□Ｎ８−
２（但し、２はｏ＜ｚくａ、２を表わすＪで示ざねるβ
−サイアロンが開発され、その後盾しいサイアロンとし
てα−サイアロンが見出された。α−サイアｏ７は一般
式ではＭ）（（Ｓｉ、Ａｌｈ２（０，Ｎａ６で示され、
結晶構造的にはα−３ｉ３Ｎ、のＳｉ位置にＡｌを、Ｈ
位置にＯがＲ撲され固溶されると同時に格子間に他の元
素が侵入固溶されている。この侵入固溶元素としてＬｉ
　、　Ｎａ　、　Ｃａ　、　ＹＡｇ　、　Ｙ及び霜土類
元素が挙けられる。

本発明者の一人である三友３は、さきにα−サイアロン
焼結体を製造するホットプレス法（特開昭５６−１２９
６６７号公報）及び常圧焼結法（４！Ｆ開昭５７−３７
６９号公報）を開発したつしかし、製造が簡単で抜雑な
成形物も容易に得られる常圧焼結法では３〜５％の気孔
が残シ、高強度の焼結体が得られない問題点があった。

発明の目的 本発明は前記問題点を解決すべくなされたものであシ、
その目的に、常圧焼結法によっても高９度のものが得ら
れる高強度α−サイアロン質焼結体を提供するにある。

発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すぺ〈研究の結果、α−サ
イアロン相を含有する全体組成の中で極めて高強度な焼
結体を得る組成の範囲があシ、その組成が一般式Ｍ）（
（Ｓｉ、ム１）１２（０＋Ｎ）ｕで示されるα−サイア
ロン質焼結体において、ＮがＬｉ　、　Ｃａ　＊　Ｍｇ
。

Ｙ及び稀土類元素から選ばれた単独または混合物で、且
つＸがＯ＜　ｘ　＜　０．５である場合は、α−サイア
ロンの結晶とβ−３ｉ３Ｎ、の結晶の複合組織を形成し
たものが、α−サイアロン単陀組成の焼結体に比べて機
械的特性が優れ、高強度のα−サイアロン質焼結体とな
ることを究明し得た。この知見に基いて本発明を完成し
た。

本発明の要旨は、 一般式Ｍｘ（ＳｉｔＡｊ！ｈ２（０＋Ｎｈ６で示される
α−サイアロン質焼結体において、ｙがＬｉ　、　Ｃａ
　、　Ｍｇ　、　Ｙ及び稀土類元素から占げれた単独−
！たＦｉ混合物からなり、Ｘが０＜ｘく（１，５のｉｌ
ＨｆＱであり、その鉱物組成がα−サイアロンとβ−３
ｉ５Ｎ、からなり、α−サイアロンの結晶とβ−Ｓｉ３
Ｎ、の結晶の複合組織を＋１り成したものからなること
を財徴とする高強度α−サイアロン質焼結体にある。

本発明における前記Ｘの値が０．５を超えるとＱ組体は
α−サイアロンのみからなる。Ｘの伯が０＜　ｘ　＜　
０．５の範囲の場合のみ、α−サイアロンとβ−Ｓｉ３
Ｎ４とからなり、α−サイアロンの結晶とβ−Ｓｉ３Ｎ
、の結晶の複合組織を形成するため、高強度のものとな
る。

にはＬｉ　、　Ｏａ、　Ｍｇ　、　Ｙ及び稀土類元素か
ら込げれた単独または混合物を（重用する。その合計量
が０＜ｘ＜０．５の範囲内であることが必要である。

Ｘが小さくなるに伴いα−サイアロンの罹は減少する。

本発明のα−サイアｏ７竹焼結給体、１気圧の非酸化性
雰囲気中で１６００〜１９００”Ｃに加３３することに
よっても容易に表音することができるっその、１ＰＩｊ
造法を示すと、一般式Ｍｘ（Ｓｉ、Ａｌｈ２（０＋Ｎｈ
６て示されるα−サイアロン質焼結体を生成する原料粉
末混合物（ただし、ＭＨＬｉ　、　Ｃａ　、　Ｍｇ　、
　Ｙ及び稀土類元素から選ばれた単独または混合物を、
Ｘはｏ　＜　Ｘ　＜；、　０．５を現わす。）を作る。

すなわち、窒化珪・素、窒化アルミニウム及び前記五の
酸化物または熱分駒によって、Ｍ酸化物を生成する例え
はこれらの合札の炭酸塩、しゆう酸塩などの翁機酸塩、
水酸塩を混合して混合物を作る。これらの原料混合物を
振動ミル、ボールミル。

その他の粉砕混合機で十分粉砕混合する。その粒子は一
次粒子の乎均粒径が１μｍ以下の微粒子とすることが好
ましい。これを乾燥して成刑掠料とするか、あるいはこ
の泥漿物をスプレードライヤー等を用いて造粒体として
成形原料とする。造粒体の平均粒往１７ｔ５０〜７０μ
ｍであることか好ましい。成形法としては金型成形、泥
漿５４込み、静水圧成形（ＣＩＰ　）　、　ｑ、１出成
形等の任意の方法によって行うことがてきる。成ル体ｌ
′ｌ高密戸−のものとすることがよい。

原料の窒化珪素及びα−サイアロンは高湿では熱光解す
るので、これを６ｉｊ止するためにｓ　ｎ’！記成形成
形体えば黒鉛製るつぼ中で窒化珪素粉末、または窒化珪
素を主体とし、これに窒化アルミニウム、　Ｌｉ　、　
Ｎａ　、　（ａ　、　Ｍｇ　、　Ｙ及び稲土類元禿など
のα−サイアロン質焼結体を生成する粉末を混合したも
ので覆うことが好ましい。

焼結は非酸化性Ｂｏ気気中１気圧下１６００〜１９００
°Ｃ１好ましくは１７００〜１８５０°Ｃで１５分〜３
時間、好ましくは１〜２時間焼結する。しかし、このほ
かガス加圧焼結法またはホットプレス法で焼結してもよ
いことは勿論である。これにより容易に高密度、高強度
の（Ｘ−サイアロン質焼結体が得られる。

密度は理Ｙ１［に対し９５％以上の相対γ；　ｐ＋とな
り、Ｘ線回折法による鉱物組成はα−サイアロン相とβ
−Ｓ　Ｌ５Ｎ４相の枠台組織のものです１．モことが砧
閃された。そして走査型τ１子顆舎緯で観察した結果、
α−サイアロンの結晶と、β−３工、　ｔＪ　、つｔ、
１１晶が互に交錯した？ｊ＋合にｌｉ　ｔ、’：Ｈがら
なっていた。その顕を、続写真を示すと、写ｒＩＡのゴ
ｈめである。木耳ｎ、Ａ　Ｉｄ　Ｙｏ、５（Ｓｉ、Ａ／
）、２（０，Ｎｌ、６に５重量％のＭｇＯを添加したも
ので、針キ（に包成しているのがβ−３ｉ　、　Ｎ、で
あり、埒の成長が少なくべ（径の小さい結晶がα−サイ
アロンである。写真Ｂｌｄ比較のためのＹ。、６（Ｓ：
Ｌ、Ａｔ）、２（０１）＋＋、６の組成のもので、１０
０％α−サイアクン相からなっている。本発明のα−サ
イアロン質焼結体　ＪＩＳ法による曲は強度の測定の結
果、８０　Ｋｐ／ａｎ’以上、１００に９／葡ゴ２を超
えるものがイ！ｔらねた。この強度は従来のα−サイア
ロン焼結体の兇圧焼結法では得らオ〕ない強度である。

−１だ硬ル〜は従来槍ぬて高い峻度を侑するものとされ
ているアルミナと比軸しても遜色のない値を示し、破懐
臀１件の値も向上したものである。

１１例・１゜ 卿ネ１としてＳｉ３Ｎ、　（粒Ｊｆ’：　１１ｔｍ以下
、陽イオン不純物ｎ、５％以Ｆ）、ＡＩＮ（粒ｄ”ｊ、
　２　ｔ１ｍ以下、陽イオン不ｔ’ｕ　’４′７Ｊ１１
．５　’；ｔｙ　にＩ、千）Ｙ２Ｏ，（１μｍ以下、純
１０９．８％）を使用し、４’ｙにＡｔＮ原料について
は窒化珪素７ｒ振動ミル（５ｉ３Ｉ＋４玉石）に（＋４
媒にヘキサンを用い伏粉ドしし１μ声以下のＡ　Ｉ　Ｎ
わ）末を？１）だ。

これらのＲＪＩを用いα−サイアロンの一般式％式％ ＡＩＮ　Ｉ　Ｙ２Ｏ５を所定ｔｌｊ合に配合し、窒化珪
素ｚ？振動ミル（溶媒ヘキャン、窒化珪↓セ賀ボール）
で５時間混合して混合物を？ｒｐだ。

混合物の転成分析（ＳＥＮ及びレーザー法Ｊ　ｔ−、’
Ｊ果、１μｍ以下で８０％が０．５μｍ以下であった。

混合物の成形は冷間静水圧プレス（ＣＩＰ　）　２　ｔ
ｏｎ／ｃｍ２で行ない０６０　Ｘ　１０−に加工後、常
圧焼結法にて１７５０°Ｃ２時間の焼成で＝“ε粘体を
？！＃た。焼３１ｊＰＩ−は密廐Ｘ線回折による相の同
定及び切断、平面研削による３Ｘ４Ｘ４０ｒｎの試験片
を作成し曲げ強ＰＬを沖」定しだ。群１．１表にその結
果を示す。その結果が示すように、Ｘの小さい９１域で
理論密度の９５％以上で平均強度６７　ｋ’＝９　／　
ｖｎｖｎ２以上の焼も１１体が得られたがこの値は従来
このｆＩＩＩｉｔＰ、の常圧焼結体強度より高い伯であ
る。

実施例２゜ 実施例１と同様力方法により？すられたＳｉ、Ｎ４゜Ａ
ＩＮ　、　Ｙ２Ｏ，原料の他にＭｇＯ（１ｔｔｍ以下、
純度９９．９％）を用い、α−サイアロン組成の一般式
％式％ にあり、このうちＹ。２２であ杓、Ｘの残り（・こつい
ては紹をＸ＝０．０５　、０．１　、　ｔｌ、１５　、
０．２　、０．２５　。

０．３組成になるように配合組成を作成し、窒化珪素製
振動ミル窒化珪素ボール（溶ＩＬｙヘキサン中〕で５時
間混合した。ｂ’ｖ−形４’：Ｌ　２　ｔｏｎ　７ｃｍ
２のＣＩＰで行ない実施例１と同様な方法で焼結体を得
、実施例１と同様な試験を打力ったーその結！ドは第２
表に示す通りであった。そのｌ’Ｈ、！！’：が示すよ
うに、従来のｘ　＝　０．２のα−サイアロン質ｉ１’
ｌ結給体比べＩＫｇＯの添加により密度ｑ￥性の向上と
強度、α−サイアロン含７ｆ−８率の向上が認められた
が、特に強度…１では平均８０にン／ｉ２以上の曲げ強
度を得ており、これらの値は従来のα−サイアロン組成
ハ゛υ１体の強度より極めて高い値でｉ）る。

実施例３゜ 実施例２に７ｒ≧れる方法でｊ、＋４造された訃、圧６
″１−η；法によるｑ−サイアロン賃焼結体を１１．“
鉛ルツボの中に入れ窒化珪素粉末でｈった。ルツボを耐
圧容器に入れ１２００　Ｋ９／　ｃｍ２のｙ　、ｉ−ｙ
中で１９００°Ｃに１時間焼成した。イ（１られた焼ｔ
、゛７体を実施例２と同様な試験により特性を調査しそ
り１１・、央に１肴１．３表に示でれる。実施例２に示
されるＮｊ　、！！’、と比べα−サイアロン含不率、
相対密１隻、曲げ強度とも向上していることが五１仁詔
された。

実施例４ 実施例１と同様な方法によりｋｌＮと邸０およびＣａＣ
０，ｆ粒度０．５　ｔｔ　、純５９９．９　％　）を用
いａ−サイアロンの一般式）１）（（Ｓｉ、Ａｔｈ２（
０，Ｎｂ２のｘ　７’ｌｉ　ｘ≦０．５の範囲にありこ
のうち、Ｃａがｘ　＝　０．２であり残りはＭｇを０．
（’１５　、　ｔ）、１　、０．１５　、０．２　。

０．２５　、０．３になるように配合組成を作成し、実
施例１．実施例２と同様な方法により焼結体を得た。そ
の結果第４表で示すように密度、強度の向上が認められ
た。

実施例５゜ ％　施例］　トｌｉ？ｌ　柱１１方ｉ　ニ、Ｊ：　リ、
５ｉｚＮ、　、　ＡＩＮ　。

Ｙ２Ｏ，、オｊヒＬ＋ｉ、ｌｆｉトｌ＝′７　Ｌ３−２
ｃｏ、　（Ｆｉ１１９ｑｌ＋、５Ｉｔ　。

純度９９％）を用い、α−サイアロンの一般式Ｍ）（（
Ｓｉ、Ａｌ）＋２（０，Ｎｂ２で、ＭとしてＹ）文びＬ
ｌを用い、Ｘ≦０．５にある所定’１．ｉＪ合の組成物
を作成し、実施例１，２と同様な方法により焼結体′ｒ
：得た。

その結果第５表に示すように畜１ｒＶと強か−の向上が
得られた。

第　　　５　　　表 ！７ｉ！Ｊ＋の効久 ｔ？Ｊ上のように、本発明のα−４１イ丁ロン”１　ｙ
ｌ’Ｌ結体（給体、α−サイアロンの結晶と７１−　Ｓ
ｉ、Ｎ、の結晶が互に交？ｊ５シｆ？：複合体組；・へ
よりＬ′）成ギ第１ているため、従来のα−ザイアロン
質焼払体に比べて、高密Ｐ（、高強度となり、贅だ硬度
、及び破址ｊ　ｇｉｌ性もＬｎｉ上したものとなる停れ
た効果をイラする。

４、隊１血のｆｆｆｊ単な説明 写ＡＡはイ、発明のα−サイアロンでｆ焼結体の１１゜
子顆微鋭写具て、写真Ｂは比較のためのα−サイアロン
中、ｆ、・ｉ品の篭子顕俊鋭７．：　７ｊ、であるう牛
ｔ　許　１ｊｉ　　練μ　人　　　　狛ｊ　　（Ｖ　　
往Ｉ　１：；ｊ　今（’５　　’！シ　￥　　シｊ、。

同　　　　　Ｈ学技衿庁で１１←（−吋Ａ′ｅｒ　ｉｄ
［突所Ｆ１１１　　　　品用’　白ｊ：’　、ｉ４．　
ｆ＃　Ａ　、Ｐ　ｔＥ代理人　弁理士　　保　　　バ°
゛　　　在　　　−１丁　　続　　１山　　正　　：Ｉ
Ｆ ｒｃ、　ｔｎ６ｏ　：ｒ　ｓ　ｎ　に／　ｓコ“＋　：
：’ｌＩｊ長官宇賀道頗毀 １１ｔ　１’：Ｊ′１／・不 昭【・・５９１　特　許　卯：Ａ１１３０９０号２　　
発ｑｏ名ａ　　高強度α−サイア・・質焼結体ｔｔ市正
をする＆ ・ｉ、ｉ′ｌとの関係　特許出願人 （］゛ス　　東京都千代田区永田町二丁目５番２号（１
）　　明細、容素３頁２行１その目的Ｋ　Ｊを１その目
的は」と訂正する。

（２）　　同第５頁７行ＩＭ門化物」をＩＭのｎ−、ｚ
化物」と訂正する。

（３）　　同第６頁１行１α−サイアロン」の前に「得
られた」を挿入する。

（４）　　同第８百下から７行「密度Ｘ線回折」を１密
度、Ｘ線回折」と訂正する。

（５）同第 １４頁２行１’　ＡＩＮ　Ｊをｆ　Ｓｉ、Ｎ４．　ＡＩ
Ｎ　Ｊする。

１６頁２行１’　５１２Ｎａ　Ｊを［Ｓｉ３Ｎ、　Ｊと
訂手続捕正書 昭和６０年１り月／７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、一般式Ｍ＿Ｘ（Ｓｉ、Ａｌ）＿１＿２（Ｏ、Ｎ）＿
   １＿６で示されるα−サイアロン質焼結体において、Ｍ
   がＬｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ及び稀土類元素から選ばれた単
   独または混合物からなり、ｘが０＜ｘ≦０．５の範囲で
   あり、その鉱物組成がα−サイアロンとβ−Ｓｉ＿３Ｎ
   ＿４からなり、α−サイアロンの結晶とβ−Ｓｉ＿３Ｎ
   ＿４の結晶の複合組織を構成したものからなることを特
   徴とする高強度α−サイアロン質焼結体。