JPS6337074B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6337074B2 JPS6337074B2 JP59113088A JP11308884A JPS6337074B2 JP S6337074 B2 JPS6337074 B2 JP S6337074B2 JP 59113088 A JP59113088 A JP 59113088A JP 11308884 A JP11308884 A JP 11308884A JP S6337074 B2 JPS6337074 B2 JP S6337074B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- carbides
- nitrides
- sialon
- weight
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Ceramic Products (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は新規なα―サイアロン質焼結体及びそ
の製造方法に関する。α―サイアロンは高温にお
ける耐酸化性が大きく、溶融金属やスラツグに対
する耐食性も優れているので、α―サイアロン粉
末は各種耐火物用原料として有用なものである。
またその焼結体は高温強度や硬度が大きいので、
自動車用エンジン部品や金属切削工具としても期
待されているものである。 従来技術 α―サイアロンはα―Si3N4構造の格子間に
Li，Na，Mg，Ca，Ｙまたは希土類金属が侵入
型固溶したものであり、電気的中性を保つため
に、Si位置にAl，Ｎ位置にＯが少量置換型固溶
する。この固溶によりα―Si3N4型構造は高温で
も安定である。 α―サイアロンは一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，
Ｎ）16（ただし、ＭはLi，Na，Mg，Ca，Ｙ及び希
土類金属から選ばれた単独または混合物、ｘは０
＜ｘ２を表わす。）で示される。この一般式に
おいて、Ｍが１価，２価，３価金属によつて、そ
れぞれSi3N4とM2O＋3AlN，Si3N4とMO＋
3AlN，Si3N4とM2O3＋9AlNの混合物と加熱す
ることにより焼結体が得られる。 従来、α―サイアロン質焼結体の製造方法とし
ては、その組成原料粉末をホツトプレスする方法
（特開昭56−129667号公報）、常圧焼結法（特開昭
57−3769号公報）及びガス加圧焼結法（特願昭58
−194675号）が開発されている。 しかし、これらいずれの方法で焼結しても、得
られる焼結体は４〜５％の気孔が残り、高密度、
高強度で、かつ高靭性、高強硬度の点で満足すべ
き程度でない問題点があつた。 発明の目的 本発明はこれらの問題点を解消すべくなされた
ものであり、その目的は高硬度で高靭性化により
曲げ強度等機械的強度の優れた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べく鋭意研究の
結果、一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、
Ｍ及びｘは前記と同じものを表わす）で示される
α―サイアロンにＢ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，
Hf，Ta及びＷの炭化物または窒化物、Siの炭化
物及びＶの窒化物から選ばれた１種または２種以
上の化合物を0.1〜20重量％含有させたα―サイ
アロン質焼結体は高硬度で高靭性で機械的強度の
優れたもの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、 (1) 一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、Ｍ
はLi，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元素から
選ばれた単独または混合物、ｘは０＜ｘ２を
表わす。）で示されるα―サイアロン質に、Ｂ，
Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta及びＷの炭化
物あるいは窒化物、Siの炭化物及びＶの窒化物
から選ばれた１種以上の化合物からなる相を含
有させたα―サイアロン質焼結体。及び (2) 一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、Ｍ
はLi，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元素から
選ばれた単独または混合物、ｘは０＜ｘ２を
表わす。）で示されるα―サイアロン質の組成
原料混合物に、Ｂ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，
Hf，Ta及びＷの炭化物または窒化物、Siの炭
化物及びＶの窒化物から選ばれた１種以上の化
合物を混合し、窒素ガス雰囲気中で1700℃以上
で焼結することを特徴とするα―サイアロン質
焼結体の製造方法。 にある。 本発明のα―サイアロン質焼結体の製造方法と
しては、前記一般式で示される原料組成になるよ
うに、例えば原料として窒化けい素，窒化アルミ
ニウムに、Li，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元
素の酸化物もしくは熱分解により前記酸化物を生
成する化合物、例えば炭酸塩，水酸塩，しゆう酸
塩などの有機酸塩の１種あるいは２種以上を混合
する。更にこれにＢ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，
Hf，Ta及びＷの炭化物または窒化物、Siの炭化
物及びＶの窒化物から選ばれた１種もしくは２種
以上を混合する。該炭化物または窒化物の混合割
合は0.1〜20重量％であることが好ましい。この
添加量と共に硬度は増大するが、曲げ強度は20重
量％を超えると低下するので、最も好まし範囲は
0.5〜10重量％である。 これらの混合粉末を金型成形，泥しよう鋳込
み、静水圧プレスまたは射出成形等により成形物
を作る。焼結は前記成形物を1700℃以上で焼結す
る。焼結法は限定されるものではなく、常圧焼結
法、ホツトプレス法，雰囲気ガス加圧法等いずれ
の方法でもよいが、複雑な成形物も多量生産し得
られ、且つ高密度となる点で雰囲気ガス加圧法で
あることが好ましい。 実施例 １ Si3N4（平均粒径0.5μｍ、陽イオン不純物0.5重
量％以下）とAlN（平均粒径2μｍ、陽イオン不純
物0.5重量％以下）及びY2O3（平均粒径1μｍ、純
度99.7％）とをα―サイアロンのY0.2（Si，Al）12
（Ｏ，Ｎ）16、Y0.6（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16の組成と
なる割合の混合物にTiC（平均粒径1μｍ、純度
99.8％）の添加量を変えて混合した。この混合粉
末を窒化けい素製ボールミルを用い、アルコール
中で混合した後、乾燥して混合物を作つた。この
混合物を静水圧プレス機により500Kg／cm2で予備
成形した後、1750℃で１時間、ホツトプレスによ
り焼結を行いα―サイアロン質焼結体を作つた。 得られた焼結体の密度は理論密度の98％以上で
あつた。この焼結体を切断し、平面研削により３
×４×40mmの曲げ試料を作り曲げ強度と硬度の測
定を行つた。その結果は次の第１表の通りであつ
た。
の製造方法に関する。α―サイアロンは高温にお
ける耐酸化性が大きく、溶融金属やスラツグに対
する耐食性も優れているので、α―サイアロン粉
末は各種耐火物用原料として有用なものである。
またその焼結体は高温強度や硬度が大きいので、
自動車用エンジン部品や金属切削工具としても期
待されているものである。 従来技術 α―サイアロンはα―Si3N4構造の格子間に
Li，Na，Mg，Ca，Ｙまたは希土類金属が侵入
型固溶したものであり、電気的中性を保つため
に、Si位置にAl，Ｎ位置にＯが少量置換型固溶
する。この固溶によりα―Si3N4型構造は高温で
も安定である。 α―サイアロンは一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，
Ｎ）16（ただし、ＭはLi，Na，Mg，Ca，Ｙ及び希
土類金属から選ばれた単独または混合物、ｘは０
＜ｘ２を表わす。）で示される。この一般式に
おいて、Ｍが１価，２価，３価金属によつて、そ
れぞれSi3N4とM2O＋3AlN，Si3N4とMO＋
3AlN，Si3N4とM2O3＋9AlNの混合物と加熱す
ることにより焼結体が得られる。 従来、α―サイアロン質焼結体の製造方法とし
ては、その組成原料粉末をホツトプレスする方法
（特開昭56−129667号公報）、常圧焼結法（特開昭
57−3769号公報）及びガス加圧焼結法（特願昭58
−194675号）が開発されている。 しかし、これらいずれの方法で焼結しても、得
られる焼結体は４〜５％の気孔が残り、高密度、
高強度で、かつ高靭性、高強硬度の点で満足すべ
き程度でない問題点があつた。 発明の目的 本発明はこれらの問題点を解消すべくなされた
ものであり、その目的は高硬度で高靭性化により
曲げ強度等機械的強度の優れた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べく鋭意研究の
結果、一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、
Ｍ及びｘは前記と同じものを表わす）で示される
α―サイアロンにＢ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，
Hf，Ta及びＷの炭化物または窒化物、Siの炭化
物及びＶの窒化物から選ばれた１種または２種以
上の化合物を0.1〜20重量％含有させたα―サイ
アロン質焼結体は高硬度で高靭性で機械的強度の
優れたもの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、 (1) 一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、Ｍ
はLi，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元素から
選ばれた単独または混合物、ｘは０＜ｘ２を
表わす。）で示されるα―サイアロン質に、Ｂ，
Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta及びＷの炭化
物あるいは窒化物、Siの炭化物及びＶの窒化物
から選ばれた１種以上の化合物からなる相を含
有させたα―サイアロン質焼結体。及び (2) 一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、Ｍ
はLi，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元素から
選ばれた単独または混合物、ｘは０＜ｘ２を
表わす。）で示されるα―サイアロン質の組成
原料混合物に、Ｂ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，
Hf，Ta及びＷの炭化物または窒化物、Siの炭
化物及びＶの窒化物から選ばれた１種以上の化
合物を混合し、窒素ガス雰囲気中で1700℃以上
で焼結することを特徴とするα―サイアロン質
焼結体の製造方法。 にある。 本発明のα―サイアロン質焼結体の製造方法と
しては、前記一般式で示される原料組成になるよ
うに、例えば原料として窒化けい素，窒化アルミ
ニウムに、Li，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元
素の酸化物もしくは熱分解により前記酸化物を生
成する化合物、例えば炭酸塩，水酸塩，しゆう酸
塩などの有機酸塩の１種あるいは２種以上を混合
する。更にこれにＢ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，
Hf，Ta及びＷの炭化物または窒化物、Siの炭化
物及びＶの窒化物から選ばれた１種もしくは２種
以上を混合する。該炭化物または窒化物の混合割
合は0.1〜20重量％であることが好ましい。この
添加量と共に硬度は増大するが、曲げ強度は20重
量％を超えると低下するので、最も好まし範囲は
0.5〜10重量％である。 これらの混合粉末を金型成形，泥しよう鋳込
み、静水圧プレスまたは射出成形等により成形物
を作る。焼結は前記成形物を1700℃以上で焼結す
る。焼結法は限定されるものではなく、常圧焼結
法、ホツトプレス法，雰囲気ガス加圧法等いずれ
の方法でもよいが、複雑な成形物も多量生産し得
られ、且つ高密度となる点で雰囲気ガス加圧法で
あることが好ましい。 実施例 １ Si3N4（平均粒径0.5μｍ、陽イオン不純物0.5重
量％以下）とAlN（平均粒径2μｍ、陽イオン不純
物0.5重量％以下）及びY2O3（平均粒径1μｍ、純
度99.7％）とをα―サイアロンのY0.2（Si，Al）12
（Ｏ，Ｎ）16、Y0.6（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16の組成と
なる割合の混合物にTiC（平均粒径1μｍ、純度
99.8％）の添加量を変えて混合した。この混合粉
末を窒化けい素製ボールミルを用い、アルコール
中で混合した後、乾燥して混合物を作つた。この
混合物を静水圧プレス機により500Kg／cm2で予備
成形した後、1750℃で１時間、ホツトプレスによ
り焼結を行いα―サイアロン質焼結体を作つた。 得られた焼結体の密度は理論密度の98％以上で
あつた。この焼結体を切断し、平面研削により３
×４×40mmの曲げ試料を作り曲げ強度と硬度の測
定を行つた。その結果は次の第１表の通りであつ
た。
【表】
この結果が示すように、Ｙ量が0.2，0.6のいず
れの場合においてもTiCの混合量が多くなるにつ
れて硬度は大きくなり、曲げ強度は混合量と共に
強くなるが、20重量％を超えると弱くなる。従つ
て、TiCの混合量は0.1〜20重量％更に好ましく
は0.5〜10重量％である。 なお、Ｙに代え、Li，Na，Ca，Mgを用いて
同様な方法で焼結体を作つた。その結果はほぼ同
じであつた。 実施例 ２ 実施例１と同様な方法で、α―サイアロン組成
をY0.4（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16とし、B4C，ZrC，
HfC，NbC，WC，SiC，TiCを混合し、1750℃
で１時間のホツトプレスによりα―サイアロン質
焼結体を作つた。焼結体の密度は理論密度の98％
以上であつた。これより試験片を実施例１と同様
にして作り、曲げ強度と硬度を測定した。その結
果は下記の第２表の通りであつた。
れの場合においてもTiCの混合量が多くなるにつ
れて硬度は大きくなり、曲げ強度は混合量と共に
強くなるが、20重量％を超えると弱くなる。従つ
て、TiCの混合量は0.1〜20重量％更に好ましく
は0.5〜10重量％である。 なお、Ｙに代え、Li，Na，Ca，Mgを用いて
同様な方法で焼結体を作つた。その結果はほぼ同
じであつた。 実施例 ２ 実施例１と同様な方法で、α―サイアロン組成
をY0.4（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16とし、B4C，ZrC，
HfC，NbC，WC，SiC，TiCを混合し、1750℃
で１時間のホツトプレスによりα―サイアロン質
焼結体を作つた。焼結体の密度は理論密度の98％
以上であつた。これより試験片を実施例１と同様
にして作り、曲げ強度と硬度を測定した。その結
果は下記の第２表の通りであつた。
【表】
この結果が示すように、炭化物を混合しない試
験片に比べて、混合した場合が曲げ強度が大きく
なり、また硬度も著しく大きくなつた。 なお、第３表に示すように、Cr，Nb，Mo，
Taの炭化物を混合した場合もほぼ同様な結果が
得られた。
験片に比べて、混合した場合が曲げ強度が大きく
なり、また硬度も著しく大きくなつた。 なお、第３表に示すように、Cr，Nb，Mo，
Taの炭化物を混合した場合もほぼ同様な結果が
得られた。
【表】
実施例 ３
Y0.4（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16で示されるα―サイ
アロン組成にCubic BN，ZrN，HfN，TiN，
VN，Cr3N4，NbN，MoN，TaN（平均粒度1μ
ｍ，純度99.0％）を2.5〜10.0重量％添加した所定
割合の組成を作成し、実施例１と同様な方法に
て、α―サイアロン質焼結体を作成した。 密度特性は相対密度で98％以上であつた。 この焼結体より研削加工により３×４×40mmの
試験片を作成し、JIS法による室温での曲げ強さ
と、研磨仕上げ加工した試験片を用い、ビツカー
ス法による硬度を測定した。 その結果、第４表に示すように従来のα―サイ
アロン焼結体の強度より向上しており、更に硬度
値においてもエンジニアリングセラミツクスとし
て適用し得る値を有していることが確認された。
アロン組成にCubic BN，ZrN，HfN，TiN，
VN，Cr3N4，NbN，MoN，TaN（平均粒度1μ
ｍ，純度99.0％）を2.5〜10.0重量％添加した所定
割合の組成を作成し、実施例１と同様な方法に
て、α―サイアロン質焼結体を作成した。 密度特性は相対密度で98％以上であつた。 この焼結体より研削加工により３×４×40mmの
試験片を作成し、JIS法による室温での曲げ強さ
と、研磨仕上げ加工した試験片を用い、ビツカー
ス法による硬度を測定した。 その結果、第４表に示すように従来のα―サイ
アロン焼結体の強度より向上しており、更に硬度
値においてもエンジニアリングセラミツクスとし
て適用し得る値を有していることが確認された。
【表】
発明の効果
本発明の方法によると、α―サイアロン質に
Ｂ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta及びＷの炭
化物または窒化物またはSiC，VNから選ばれた
１種または２種以上を混合物を含有させることに
より、硬度と曲げ強度を著しく向上させる優れた
効果を奏し得られる。
Ｂ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta及びＷの炭
化物または窒化物またはSiC，VNから選ばれた
１種または２種以上を混合物を含有させることに
より、硬度と曲げ強度を著しく向上させる優れた
効果を奏し得られる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、Ｍ
はLi，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元素から選
ばれた単独または混合物、ｘは０＜ｘ２を表わ
す。）で示されるα―サイアロン質に、Ｂ，Ti，
Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta及びＷの炭化物ある
いは窒化物、Siの炭化物及びＶの窒化物から選ば
れた１種以上の混合物からなる相を含有させたα
―サイアロン質焼結体。 ２ 前記炭化物または窒化物の含有量が0.1〜20
重量％である特許請求の範囲第１項記載のα―サ
イアロン質焼結体。 ３ 一般式MX（Si，Al）12（Ｏ，Ｎ）16（ただし、Ｍ
はLi，Na，Ca，Mg，Ｙ及び希土類元素から選
ばれた単独または混合物、ｘは０＜ｘ２を表わ
す。）で示されるα―サイアロン質の組成原料混
合物に、Ｂ，Ti，Cr，Zr，Nb，Mo，Hf，Ta及
びＷの炭化物もしくは窒化物、Siの炭化物及びＶ
の窒化物から選ばれた１種以上の化合物を混合
し、1700℃以上で焼結することを特徴とするα―
サイアロン質焼結体の製造方法。 ４ 前記炭化物もしくは窒化物の混合割合が0.1
〜20重量％である特許請求の範囲第３項記載のα
―サイアロン焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113088A JPS60260471A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | β―サイアロンを含まないα―サイアロン質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113088A JPS60260471A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | β―サイアロンを含まないα―サイアロン質焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60260471A JPS60260471A (ja) | 1985-12-23 |
| JPS6337074B2 true JPS6337074B2 (ja) | 1988-07-22 |
Family
ID=14603172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59113088A Granted JPS60260471A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | β―サイアロンを含まないα―サイアロン質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60260471A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6330373A (ja) * | 1986-07-25 | 1988-02-09 | 品川白煉瓦株式会社 | α―サイアロン質導電性セラミックス及びその製造方法 |
| US4826791A (en) * | 1987-05-29 | 1989-05-02 | Kennametal Inc. | Silicon carbide-alpha prime sialon beta prime sialon |
| JP2556888B2 (ja) * | 1987-12-24 | 1996-11-27 | 日立金属株式会社 | 電気抵抗率バラツキの少ないセラミックス導電材料 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59199579A (ja) * | 1983-04-25 | 1984-11-12 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性のすぐれたサイアロン基セラミツクス |
-
1984
- 1984-06-04 JP JP59113088A patent/JPS60260471A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60260471A (ja) | 1985-12-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |