JPS63248773A - 黒色系窒化けい素質焼結体 - Google Patents

黒色系窒化けい素質焼結体

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JPS63248773A
JPS63248773A JP62082078A JP8207887A JPS63248773A JP S63248773 A JPS63248773 A JP S63248773A JP 62082078 A JP62082078 A JP 62082078A JP 8207887 A JP8207887 A JP 8207887A JP S63248773 A JPS63248773 A JP S63248773A
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JP
Japan
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sintered body
mol
silicon nitride
oxide
compound
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JP62082078A
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English (en)
Inventor
真 吉田
政宏 佐藤
和憲 古賀
和美 納村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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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〕 本発明は抗折強度及び耐酸化性に優れた黒色系窒化けい
素質焼結体に関するものである。
〔背景技術〕
従来、ガスタービン等の高温熱機関用窒化けい素材料に
ついて、焼結に際して第ma族元素の酸化物を添加する
ことにより高融点を有する窒化けい素との化合物を粒界
に生成させ、高温における耐酸化性及び機械的特性(特
に抗折強度)の改善がなされている。
〔先行技術〕
本出願人は先に提出した出願(特開昭60−19106
3号公報)において、高温における抗折強度及び耐酸化
性に優れた焼結体、即ち窒化けい素の主成分にイオン半
径が0.97人より小さい周期律表第ma族元素の酸化
物とイオン半径が0.97Å以上の周期律表第1Va元
素の酸化物とを複合添加し、さらに周期律表第1Ia族
元素、AI、Ti、Cr、Ca。
Zr及びStからなる群から選ばれた元素の酸化物又は
窒化物の少なくとも1種の組成物からなる窒化けい素質
焼結体を提案した。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし乍ら、上記出願における窒化けい素質焼結体にお
いては確かに高温における抗折強度及び耐酸化性が優れ
ているのが次の問題点がある。
(1)焼結体に色むらが生じ易かったり、高温における
抗折強度及び耐酸化性のバラツキが生じ易い。
(2)窒化けい素の焼結助剤として使用される第■a族
元素に酸化物として結合する酸素量を焼結体全体の酸素
量から差し引いた残りの酸素(以下過剰酸素と称する)
が多くなると、高温における抗折強度及び耐酸、化性が
劣化する。
(3)窒化けい素の焼結助剤として使用される第■a族
元素の中で特にイオン半径が0.97人を越える元素は
高温耐酸化性が悪い傾向がある。
(4)第rfia族元素としてYを多量に含む組成で雰
囲気焼成やガス圧力焼成した場合、焼結体表面に色むら
が生じ易くなる。
そこで、本発明者等は上記問題点を解決すべく鋭意研究
の結果、St、N、にSc、 Yb+ Er、 Ho及
びDyから選ばれる元素の化合物と、一定量の第ma族
元素の化合物とを混合して焼成され、β−5i3N、と
、Sc、 Yb、 Br、 Ha及びDyから選ばれる
元素の化合物と、第ma族元素の化合物と、過剰酸素量
とが特定の組成割合で含有された。窒化けい素質焼結体
によれば常温及び高温での抗折強度、並びに高温での抗
折強度に優れ、色むらの少ない黒色系窒化けい素質焼結
体が得られることが分かった。
(発明の目的) 本発明においては、常温及び高温(1400℃の高温度
下におけるJISR1601四点曲げ抗折強度)が充分
でそのバラツキが少なく、高温耐酸化性(1400℃×
24時間経過後の酸化重量増)が特に優れ、且つ焼結体
表面の色むらの少ない窒化けい素質焼結体を提供するこ
とを目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、β−3i、N、が85〜98モルχと
、Sc+ Yb+ Br、 Ho及びDyから選ばれる
少なくとも1種の元素の化合物を酸化物換算で1〜5モ
ルχ(5モルχを含まず)と、周期律表第Vla族元素
から選ばれる少なくとも1種の元素の化合物を酸化物換
算で0.1〜1.5モルχと、過剰酸素が10モル%以
下とを含有することを特徴とする黒色系窒化けい素質焼
結体が提供される。
即ち、Sc+Yb+Er、Ho及びDyから選ばれる金
属元素(1化合物は焼成時SiO□及び/又はSi3N
、と反応してSiJmの粒界に高融点化合物が生成され
る。
これらの金属元素を含む高融点化合物は他の第ma族元
素を含む高融点化合物と比べ特に高温における耐酸化性
が優れている。さらに、焼結体中に含まれる全酸素のう
ち前記金属元素と酸化物化合物として化学量論的に結合
する酸素を除く残りの酸素(過剰酸素)が余り多(なる
と高温における抗折強度が劣化する。したがって、焼結
体中に含まれる5isNaとsC,yb、 Er、 N
o及びDyから選ばれる少なくとも1種の金属元素の化
合物の酸化物換算量と、前記過剰酸素量とが上記所定の
割合でなければならない。
即ち、β−3i3N4が85モルχ未満では高温強度が
劣化し、Sc+ Yb+ Er+ Ho及びoyから選
ばれる少なくとも1種の元素の化合物が酸化物換算で1
.0モル2未満では焼結不足となり、5モル%以上であ
るとガラス成分が多くなり高温抗折強度及び耐酸化性が
劣化する。過剰酸素が10モルχを越えるとガラス成分
が多くなり過ぎ高温抗折強度が劣化する。
また、周期律表第VIa族元素、例えばCr、W、M。
等から選ばれる少な(とも1種の元素の化合物の添加に
より高温耐酸化性を向上させることができるとともに焼
結体を黒色化することができるが、この化合物の量が酸
化物換算で0.1モルχ未満では焼結体が充分に黒色化
せず、1.5モルχを越えると常温抗折強度が劣化する
本発明の窒化けい素質焼結体の製造に当たっては窒化け
い素粉束、特に、比表面積10+w”/g以上、酸素含
有量3重量2以下のものを85〜78モルχと、Sc、
 Wb、 Er、 Ho及びoyから選ばれる少なくと
も1種の元素の酸化物、炭化物、窒化物、酸窒化物、ホ
ウ化物、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩又はシュウ酸塩等の化
合物を焼結体中に酸化物換算で1〜5モルχ(5モルχ
を含まず)と、周期率表第■a族元素から選ばれる少な
(とも1種の元素の化合物が酸化物換算で0.1〜1.
5モルχとなるように混合した粉末に適当なバインダ等
を混合し、公知の成形法、例えばプレス成形、鋳込み成
形、押出し成形、インジェクション成形等によって所望
の形に成形後、焼成工程に移される。焼成は1600〜
2300℃の焼成温度でN2+N11 ”N2又は不活
性ガス等の含N2非酸化性雰囲気中で行われる。焼成方
法としては常圧焼成法、ガス圧焼成法(GPS) 、熱
間静水圧焼成法(HIP) 、ホットプレス法(HP)
によって行うことができる。
尚、本発明において焼結体中の過剰酸素量の制御は焼成
条件の設定によって行う。過剰酸素量は通常、原料粉末
中の不可避的不純物に結合する酸素であり、5i3Na
粉末には例えばSiO□として混入している。これらの
酸素は比較的に低融点化合物として存在することから、
焼成工程中に1900℃以上の温度にて焼成することに
よって焼結体中より揮散させることができる。よって過
剰酸素の制御は1900℃以上の高温下での焼成時間に
よってほぼ決定される。
本発明によれば、添加剤成分として焼結体中に上述した
成分の他に周期律表第1Ia族、AI+Tt+Zr及び
Siから選ばれる元素の少なくとも1種を酸化物換算で
0.1〜5モル2の範囲で含有してもよいが、前述した
第1IIa族元素以外の第ma族元素のうちイオン半径
が0.97Å以上のLa、Pr、Nd、Thの元素はそ
の配合によりバラツキを生じるため、酸化物換算で0.
1モル%以下、好ましくは実質上配合されないことが望
ましい。
以下、実施例で説明する。
(実施例1) 比表面積14m”/g、酸素含有!3重量%以下の窒化
けい素粉束にSc+ yb、 Er、 )to及びDy
から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物と、周期律
表第■a族元素(Cr、 h、 Mo)から選ばれる少
なくとも1種の酸化物とをボールミルにて24時間混合
した。得られたスラリーを乾燥造粒した後、プレス成形
し、真空中で脱バインダ後、1600〜2300℃の前
記非酸化性雰囲気中で第1表に示す焼成条件にて焼結さ
せ試料番号1〜21を得た。
得られた各試料について夫々常温及び1400℃におけ
るJIS−R1601四点曲げ抗折強度試験と、140
0℃で24時間経過後における重量増(I1g/ca+
’)による焼結体の酸化重量増(耐酸化性)と、アルキ
メデス法により焼結体の相対密度とを測定し、その値を
第1表に示した0色むらの発生状況は同様の試料3本を
作成しておき、その試料の切断面を観察し、3本共に色
むらが認められるものにつき×印を、1本以下のものに
O印を付して評価したなお、過剰酸素量はLECO社の
酸素、窒素同時分析装置によってまず全酸素量を測定し
、次にICP分析によって焼結体中の第ma族化合物を
測定し、それに基づき酸化物換算における酸素量を算出
し、全酸素量からその酸素量を差し引くことによって算
出した。
〔以下余白〕
第14表から理解されるように、Sc、 Yb+ Br
、 Ho及びDyから選ばれる少なくとも1種の元素の
化合物が酸化物換算で1モル未満の試料番号14は相対
密度が76.1χと焼結不足、5モル%以上の試料番号
17は夫々酸化増量が0.28mg/cs+”と略同様
の組成である試料番号2と比べ若干劣っている。また、
周期律表第Vla元素(Cr + H+ M o)が酸
化物換算で0.1モル%未満である試料番号16,19
.20は焼結体が黒色化しておらず灰色を呈し耐酸化性
が若干劣っており、1.5モル%を越える試料15は常
温抗折強度が劣化している。さらに過剰酸素が10モル
%を越える試料番号17.18は高温における抗折強度
が著しく劣化している。 これに対し、本発明の試料番
号1〜13のものは何れも常温抗折強度が65〜105
Kg/mm”、 1400℃における抗折強度が59〜
68Kg/mm”、1400℃×24時間における酸化
増量が0.15B/ca+”以下と低く良好な焼結体が
得られていることが理解される。
〔実施例2〕 前記実施例1の試料番号1及び11と第2表に示す比較
例1及び2の各試料を夫々10本又は5本ずつ作成し、
前記実施例1と同様に常温及び1400℃における4点
曲げ抗折強度試験を行い同一試料における抗折強度のバ
ラツキを調べた。これらの結果を第2表に示す。
〔以下余白〕
第2表から明らかなように比較例1及び2の抗折強度の
バラツキは常温において±11〜13Kg/mm”14
00℃の高温Gごおいて±6〜8にg/mra”とバラ
ツキが大きいのに対し、本発明の実施例である試料番号
1及び11における抗折強度のバラツキは常温において
±2〜6 Kg/mm”、1400℃の高温において±
1〜3に87m1112とバラツキが小さいことが判明
した。
〔発明の効果〕
本発明においては、Si:+LにSc、 Yb、 Er
、 Ho及びDyから選ばれる元素の化合物と、少量の
周期律表第VIa族元素の化合物を混合して焼成され、
β−5L+Naと、上記元素化合物と、過剰酸素とが一
定の組成割合で含有された焼結体であって特に高温抗折
強度が充分でそのバラツキが少なく、高温耐酸化性に優
れ、且つ焼結体表面の色むらの少ない黒色系窒化けい素
焼粘体が提供される。
尚、前記実施例に示した組成の他、周期律表第Ua元素
Al、Ti、Zr及びStから選ばれる元素の少なくと
も1種の元素その化合物を酸化物換算で0.1〜5モル
%まで含有しても本発明の効果に影響はない。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)β−Si_3N_4が85〜98モル%と、Sc
    、Yb、Er、Ho及びDyから選ばれる少なくとも1
    種の元素の化合物を酸化物換算で1〜5モル%(但し、
    5モル%を含まず)と、周期律表第VIa族元素から選ば
    れる少なくとも1種の元素化合物を酸化物換算で0.1
    〜1.5モル%と、過剰酸素が10モル%以下とを含有
    することを特徴とする黒色系窒化けい素質焼結体。
JP62082078A 1987-04-02 1987-04-02 黒色系窒化けい素質焼結体 Pending JPS63248773A (ja)

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