JPS63252969A - 複合セラミツクス焼結体 - 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］ 本発明は新規かつ有用なセラミックス焼結体に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来から使用されているＳｉＣ，ＳｉｓＮ４．Ｓｉａｌ
ｏｎ等は高強度構造材料として、広く機械構造部材に利
用されている。又、最近ではＳｉＣ，ＳｉｓＮ４゜Ｓｉ
ａｌｏｎ等の材料が一部溶鉄に接する部分に使用されて
いるがＳｉ化合物を主とするため耐食性は低く短命に終
っている。一部鉄鋼加熱炉用ホットスキッドボタン等の
鉄のスケールと接する部分に利用され、実績を上げつつ
あるが、これらは＋３００”Ｃ以下の低い温度での操業
域である。これらＳｉＣ，ＳｉｓＮ４．Ｓｉａｌｏｎ等
は高強度、高耐熱衝撃性、高靭性の特性をもちながら鉄
鋼用を主とする１３００℃以上での温度域では耐食性が
劣るため用いられていないのが現状である。

又、最近耐食性の良好なＣｒ５Ｃａ主成分とするセラミ
ックスがスキッドボタンに使用されているが、１３００
℃以上の温度域ではやはり溶鉄と反応し、耐食性が低下
するといわれている。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明は前述の観点からＳｉＣ，ＳｉＪ４．Ｓｉａｌｏ
ｎ。

Ｃｒ５Ｃｔ等の構造材料を１３００℃以上の溶鉄に対し
て、高い耐食性とかつ耐酸化性、耐熱衝撃性にも優れた
適度な導電性をイアする溶融金属用に適するばかりか種
々の用途に使用しつるセラミックス焼結体を提供するも
のである。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明は、本質的にＳｉ−Ａｌ−０−Ｎ相、Ｚｒ
Ｂａ相及びＣｒ５Ｃｘ相からなるセラミックス焼結体で
ある。

このように本発明は、焼結体の主結晶相として、Ｓｉ−
Ａｌ−０−Ｎ相、ＺｒＢ１相及びＣｒａＣｘ相から本質
的になっているものであればよく、原料配合として予め
これらの結晶相としてそれぞれｍ；〇して使用に供して
も勿論よいが、焼成によりこれらの相を生成する配合と
して調製しても勿論よい。一般的には、ＺｒＢａ、　Ｃ
ｒ３Ｃ２相源として予めＺｒＢ１．　Ｃｒ５Ｃ２粉末と
して用意し、Ｓｉ−Ａｌ−０−Ｎ相として焼成により生
成する原料配合として調製しておくことが適切である。

即ぢ、まず本発明に用いるＺｒＢｚは例えば酸化ジルコ
ニウム、酸化硼素及びカーボンの混合物を高温で反応さ
せることにより得られ、本焼結体の製造には可及的に純
度の高いものを用いるのが好ましく、また粒径も可及的
に小さい粉末として用意することが好ましい。具体的に
は純度９９％以上、平均粒径１０μ特に１μｍ以下のも
のがそれである。

次にＣｒ５Ｃ＊は、焼結体としてそのような化合物とし
て所定量存在していればよいが、通常はＣｒ５Ｃｓ原料
として調製しておくのがよい。このＣｒ：＋Ｃ＊原料に
ついても可及的に純度の高いものが好ましく通常９９％
以上のものがよい。次に、Ｓｉ−Ａｌ−０−Ｎ結品相を
もたらす原料としては通常ＳｉＪ４．＾ＬＮ、Ａｌ□０
２等の混合物が適切である。これらの原料も７．ｒＬ、
Ｃｒ３Ｃ２粉末と同様可及的に純度の高いもの好ましく
は９９％以上で細かいもの、好ましくは平均粒径ｌＯμ
とくに１μｍ以下のものが適切である。又、これらの原
料は、全ての混合物としてさらに超微粉砕化することも
有効である。即ち、全ての原料混合物を粒度１０μ以下
好ましくは平均粒径ｌμ以下になるまでＡｌ，０．ボー
ル等を用いて粉砕することである。

本発明焼結体は、これらの混合物を例えば黒鉛型に充填
し、真空中又は窒素、アルゴン、−酸化炭素などの中性
又は、還元性の雰囲気下でホットプレスするか、上記混
合物をラバープレス成形してから常圧焼成するなどによ
り得ることができる。なお、焼成温度は１６００〜２０
００℃１．焼成時間は試料の大きさにもよるが通常０．
５〜５時間程度が適当である。又、これらの常圧焼結体
を１４００〜１８００℃、１０〜２０００にｇ／ｃｍ”
の高温高圧のＨＩ　Ｐで処理すると欠陥のない高密度で
均質な焼結体が得られる。

このようにして得られた本発明焼結体は、本質的ＺｒＢ
ａ、　ＣｒａＣ２相とＳｉ−Ａｌ−０−Ｎ相からなるも
のであるが、中でも相Ｓｉ−Ａｌ−０−Ｎ相は、β−サ
イアロン相として存在せしめてなるものがよい。

即ち、一般式Ｓｉｓ−ＪＩｉＯｉＮｓ−ｍ　（但し、Ｏ
＜ｚ≦４．２）で表わされるものがそれであり、このよ
うなβ−サイアロン相は、これをもたらす１１；１述し
たＳｉｓＮ４．ＡＬＮ、Ａｌ２Ｏ，の配合質比な適切に
選択することで容易に可能である。例えば、ＳｉｓＮ４
．ＡＬＮ、Ａｌ３０．の量比は２：Ｉ：１がよく好まし
くはＡＬＮを若干多くした２：１．５：１の量比が耐熱
性を高く、高温強度の高いものが得られる。β−サイア
ロンは出発原料としてＳｉ＊Ｎｎ−３ｉＯ＊−Ａｌ□Ｏ
５やＳｉ３Ｎｎ−＾ＬＮ−３ｉＯ□又はＳ！５Ｎ４−Ａ
ｌ．Ｎ−Ａ１１Ｏｓ−ＳｉＯａなどの原料混合物でも可
能である。

又、一般式Ｍｘ（ＳｉＡｌ）　＋ｉ（０，Ｎｌ　ｔａ（
但しｘ＝０〜２　、　Ｍ：Ｌｉ、Ｍｇ、Ｙ３Ｃ２、Ｌａ
）で表わさるα−サイアロンとしてのＳｉｓＮ４．ＡＬ
Ｎ、ＹｉＯａ等の原料混合物でも調製可能である。尚１
本発明焼結体でＳｉ−ＡＬ−０−Ｎ相がβ−サイアロン
相であることが好ましい理由はβ−サイアロンがα−サ
イアロンより耐熱性高温強度が高いためである。本発明
焼結体において、これらβ−サイアロン相は好ましくは
２５％は必要であるがそれ以下では耐酸化性が充分でな
く高密度化もしにくくなり、一方多すぎても高耐食性の
効果が発揮されなくなるなどのため好ましくなく、最大
９７％にすることが必要であり　、望ましくは３０〜９
０％である。これにだいし、ＺｒＢ１やＣｒ３Ｃ２は含
量で３％は必要であるが、これはそれ以下では、高耐食
性の特徴が十分発揮されず、一方多すぎても耐熱衝撃性
、耐酸化性も充分でなく、最大７５％にとどめることが
必要であり、望ましくは１０〜７０％である。

ＺｒＢ□を仝量Ｃｒ５Ｃｉに置換した組成は、１３００
℃以上での高温での溶鉄に対する耐食性が低下するため
に１部を置換しＺｒＢｔ固溶させることが望ましい。Ｚ
ｒＢａとＣｒ５Ｃａとの合量におけるＣｒａＣａの量は
好ましくは２０〜４０％である。これはＣｒ３Ｃ２がＳ
ｉＣやＳｉａＮ４より最も耐酸化性がよく又耐食性もさ
ほど悪くないために、ＺｒＢｇに固溶することでＺｒＢ
ａの欠点である耐酸化性を向」―せしめたものと考えら
れる。

本発明はこれらの成分以外の成分が本発明焼結体の特質
を損なわない程度に含まれても勿論差し支えないが、可
及的に少量にとどめることが望ましい。

本発明焼結体の組成は平均粒径数μｍの粒状からなるβ
−サイアロンなどのＳｉ−Ａｌ−０−Ｎ相からなるこの
微細結晶が均一に分散し、その結晶粒の周りや結晶粒間
にＣｒｓＣｇの固溶したＺｒ８ｇ結晶や１部ＣｒａＣｘ
が微細に具体的には大部分が５μ以下の結晶からなるも
ので均一に分布している緻密な組成構造を有している。

そのために、β−サイアロンなどの特性である耐酸化性
や耐熱衝撃性が良好で又高耐食性のＺｒＢａに耐食性の
高いＣｒ５Ｃ＊の固溶した効果が相補光されて発揮され
るためだと思われる。

実施例 ＺｒＢｚ粉末（純度９９％以上）、ＳｉＪ４粉末（純度
９９％以上）　、ＡＬＮ粉末（純度９９％以上）、Ａｌ
ａＯａ粉末（純度９９％以上）を所定割合に充分混合す
べくボットミルを使用しエタノール溶媒中でＡ１１０．
ボールを用い、３日間粉砕した。得られた粉末をエバポ
レーターで乾燥し、アルコールを除去して充分乾燥し平
均粒径０．１５μの粉末を得た。この粉末をラバープレ
スを用い２０００にｇ／ｃｍ”の圧力で形成し、アルゴ
ン雰囲気下で１７５０℃で２時間常圧焼成した。このよ
うにして得られた焼結体の特性を第１表に示す。所定の
配合原料を実施例１と同様な方法で調製し、所定の焼成
条件で処理して得た各焼結体の結果を第１表に示す。

注１）耐酸化性は大気１１月４００℃Ｘ　２４ｈｒ条件
下での酸化の程度 注２）電気抵抗は４端ｒ法で測定した値を示ず（２５℃
） 注３）耐熱衝撃性は電気炉中で各温度に５分間急熱し水
中に急冷した試料の曲げ強度を測定し、強度が急激に低
下した試料の処理温度を示すもので△Ｔ　（”Ｃ）で表
わず 注４）鉄との反応性は５０Ｘ　５０Ｘ　２０ｍｍの試料
のうえに鉄（ＳＳ−４１）の塊（１０ｍｍφＸＩＧｍｍ
）をのせ、電気炉中で１４００Ｘで１時間反応させた後
、切断して鉄との反応深さを測定したもので（ｍｍ）で
示す。

注５）破壊靭性はシェブロンノツチ法により測定した。

［発明の効果］ 本発明のセラミックスは耐火性は勿論耐食性、耐酸化性
、耐熱衝撃性に優れ、又導電性を有した緻密な焼結体で
あるため、特に大気中で使用する溶融金属用などの高温
耐食部材、鉄鋼加熱炉用のスキッドボタン、発熱体、ル
ツボ等に最適であり、その他機械部品材料にも適用可能
であってその実用的価値は多大である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）本質的にＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ相、ＺｒＢ＿２相及び
   Ｃｒ＿３Ｃ＿２相からなる複合セラミックス焼結体。 ２）Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ相が一般式 Ｓｉ＿５＿−＿ｚ、Ａｌ＿ｚＯ＿ｚＮ＿３＿−＿ｚ （但し０＜ｚ≦４．２）あるいは Ｍｘ（ＳｉＡｌ）＿１＿２３（Ｏ、Ｎ）＿１＿３ （但しｘ：０〜２、Ｍ：Ｌｉ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃａ、Ｌａ） で表わされる特許請求の範囲第１項記載の焼結体。 ３）ＺｒＢ＿２相及びＣｒ＿３Ｃ＿２相の含量に対し、
   Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ相の割合が重量％で前者が７５〜３
   ％、後者が２５〜９７％である特許請求の範囲第２項記
   載の焼結体。 ４）ＺｒＢ＿２相とＣｒ＿３Ｃ＿２相の合量のＣｒ＿３
   Ｃ＿２の配合割合は重量％で２０〜４０％である特許請
   求の範囲第３項記載の焼結体。