JPH10259058A - サイアロン複合体及びその製造方法 - Google Patents
サイアロン複合体及びその製造方法Info
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- JPH10259058A JPH10259058A JP10065290A JP6529098A JPH10259058A JP H10259058 A JPH10259058 A JP H10259058A JP 10065290 A JP10065290 A JP 10065290A JP 6529098 A JP6529098 A JP 6529098A JP H10259058 A JPH10259058 A JP H10259058A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 表面層が、内部相とは異なる構造を有するよ
うに改質されたα−βサイアロン複合体及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 β−サイアロン組成又はα−サイアロン
組成の混合粉末から成形された圧粉体を、圧粉体の組成
とは異なるα−サイアロン組成又はβ−サイアロン組成
の混合粉末中に加え、焼結して、表面層が、内部とは異
なるサイアロン相からなるサイアロン複合体を製造す
る。
うに改質されたα−βサイアロン複合体及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 β−サイアロン組成又はα−サイアロン
組成の混合粉末から成形された圧粉体を、圧粉体の組成
とは異なるα−サイアロン組成又はβ−サイアロン組成
の混合粉末中に加え、焼結して、表面層が、内部とは異
なるサイアロン相からなるサイアロン複合体を製造す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サイアロン複合体
及びその製造方法に関し、さらに詳しくは表面層相が、
内部相とは異なるα−又はβ−サイアロン及びその製造
方法に関するものである。
及びその製造方法に関し、さらに詳しくは表面層相が、
内部相とは異なるα−又はβ−サイアロン及びその製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、窒化珪素系では、非常に多様な
相が存在することは周知であるが、純窒化珪素(Ｓi
3Ｎ4)では、α相及びβ相として存在する。純窒化珪素
において金属陽イオンと酸素イオンとにより置換された
相をサイアロン(Ｓialon)と言い、結晶構造がα−Ｓi3
Ｎ4と類似の構造である場合α−サイアロンと言い、β
−Ｓi3Ｎ4と類似の構造である場合β−サイアロンと言
う。今まで盛んに研究されてきたα−サイアロン及びβ
−サイアロンの一般的な性質をまとめて表１に表す。
相が存在することは周知であるが、純窒化珪素(Ｓi
3Ｎ4)では、α相及びβ相として存在する。純窒化珪素
において金属陽イオンと酸素イオンとにより置換された
相をサイアロン(Ｓialon)と言い、結晶構造がα−Ｓi3
Ｎ4と類似の構造である場合α−サイアロンと言い、β
−Ｓi3Ｎ4と類似の構造である場合β−サイアロンと言
う。今まで盛んに研究されてきたα−サイアロン及びβ
−サイアロンの一般的な性質をまとめて表１に表す。
【０００３】
【表１】
【０００４】純窒化珪素の組成式は、Ｓi3Ｎ4で表す
が、α−サイアロンの組成式は、一般的に、ＭpＳi
12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n で表し、β−サイアロンの
組成式は、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z で表す。ここで、ｐ、
ｍ、ｎ及びｚ値は変数であって、各溶解度範囲内で変化
する。Ｍは、置換可能な金属イオンを意味し、Ｙ、Ｓ
m、Ｙb、Ｎd、Ｍg、Ｃa、Ｅr、Ｇd、Ｄy、Ｎa、Ｌi、Ｃ
e、Ｂe 等の元素が該当する。
が、α−サイアロンの組成式は、一般的に、ＭpＳi
12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n で表し、β−サイアロンの
組成式は、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z で表す。ここで、ｐ、
ｍ、ｎ及びｚ値は変数であって、各溶解度範囲内で変化
する。Ｍは、置換可能な金属イオンを意味し、Ｙ、Ｓ
m、Ｙb、Ｎd、Ｍg、Ｃa、Ｅr、Ｇd、Ｄy、Ｎa、Ｌi、Ｃ
e、Ｂe 等の元素が該当する。
【０００５】そして、β−サイアロンの固溶度は温度に
従って変化し、最大固溶度はｚ＝４．２である。又、Ｙ
（イットリウム）を含むＹ−α−サイアロンは、０＜ｐ
＜２で、ｐ＝ｍ／３であるとき、ｍ＝約１、ｎ＝０から
ｍ＝１、ｎ＝１.７の組成の範囲内でｎ値が増加する所
定領域で生成される相である。
従って変化し、最大固溶度はｚ＝４．２である。又、Ｙ
（イットリウム）を含むＹ−α−サイアロンは、０＜ｐ
＜２で、ｐ＝ｍ／３であるとき、ｍ＝約１、ｎ＝０から
ｍ＝１、ｎ＝１.７の組成の範囲内でｎ値が増加する所
定領域で生成される相である。
【０００６】緻密なβ−サイアロン又はα−サイアロン
を製造するためには、一般的に焼結添加剤（焼結助剤）
を添加して常圧焼結を行うか、又は、高温加圧焼結を行
う。β−サイアロンを製造するときに使用される添加剤
としては、Ｙ2Ｏ3、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ、ＣeＯ2、Ｎd
2Ｏ3、Ｌa2Ｏ3、Ｓm2Ｏ3、Ｅr2Ｏ3、Ｙb2Ｏ3、Ｄy
2Ｏ3、Ｇd2Ｏ3等が例示でき、これら添加剤は、高温下
でＳi3Ｎ4及びＳi3Ｎ4の表面のＳiＯ2層と反応して酸窒
化液相を形成する。
を製造するためには、一般的に焼結添加剤（焼結助剤）
を添加して常圧焼結を行うか、又は、高温加圧焼結を行
う。β−サイアロンを製造するときに使用される添加剤
としては、Ｙ2Ｏ3、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ、ＣeＯ2、Ｎd
2Ｏ3、Ｌa2Ｏ3、Ｓm2Ｏ3、Ｅr2Ｏ3、Ｙb2Ｏ3、Ｄy
2Ｏ3、Ｇd2Ｏ3等が例示でき、これら添加剤は、高温下
でＳi3Ｎ4及びＳi3Ｎ4の表面のＳiＯ2層と反応して酸窒
化液相を形成する。
【０００７】更に、α−サイアロンを製造するときに使
用される添加剤としては、Ｙ2Ｏ3、Ａl2Ｏ3、ＭgＯ、Ｃ
aＯ、Ｌi2Ｏ3、ＡlＮ、Ｓm2Ｏ3、Ｅr2Ｏ3、Ｙb2Ｏ3、Ｄ
y2Ｏ3、Ｇd2Ｏ3等が例示でき、これら添加剤の陽イオン
は、α−Ｓi3Ｎ4の網目構造に侵入型で浸透し、α−サ
イアロンを形成する。
用される添加剤としては、Ｙ2Ｏ3、Ａl2Ｏ3、ＭgＯ、Ｃ
aＯ、Ｌi2Ｏ3、ＡlＮ、Ｓm2Ｏ3、Ｅr2Ｏ3、Ｙb2Ｏ3、Ｄ
y2Ｏ3、Ｇd2Ｏ3等が例示でき、これら添加剤の陽イオン
は、α−Ｓi3Ｎ4の網目構造に侵入型で浸透し、α−サ
イアロンを形成する。
【０００８】β−サイアロン又はα−サイアロンは、原
料粉末同士の反応によりあらかじめ生成された液相が溶
解−再析出して生成するが、このとき、液相の組成に従
ってβ−サイアロン又はα−サイアロン、もしくはα−
β複合サイアロンが生成する。即ち、原料粉末により生
成される液相の組成がサイアロンの組成及び量を決定す
るため、原料粉末の組成を調節して生成されるサイアロ
ンの相を調節することができる。このとき、サイアロン
の微細構造は、生成された相別に異なる。β−サイアロ
ンは、主に長軸比の大きい多量の粒子を包含する微細構
造で形成され、α−サイアロンは、主に長軸比が１に近
い粒子の微細構造で形成される。又、α−サイアロンは
β−サイアロンに比べて相対的に強い粒界強度を有す
る。
料粉末同士の反応によりあらかじめ生成された液相が溶
解−再析出して生成するが、このとき、液相の組成に従
ってβ−サイアロン又はα−サイアロン、もしくはα−
β複合サイアロンが生成する。即ち、原料粉末により生
成される液相の組成がサイアロンの組成及び量を決定す
るため、原料粉末の組成を調節して生成されるサイアロ
ンの相を調節することができる。このとき、サイアロン
の微細構造は、生成された相別に異なる。β−サイアロ
ンは、主に長軸比の大きい多量の粒子を包含する微細構
造で形成され、α−サイアロンは、主に長軸比が１に近
い粒子の微細構造で形成される。又、α−サイアロンは
β−サイアロンに比べて相対的に強い粒界強度を有す
る。
【０００９】このようなα−サイアロン及びβ−サイア
ロンの微細構造及び粒界強度の差は、機械的性質の差を
招き、破壊時に、α−サイアロンでは主に粒内破壊が起
きるが、β−サイアロンでは主に粒界破壊が起きる。更
に、亀裂進行時には、β−サイアロンでは、亀裂後半部
から亀裂架橋のような破壊靭性増進作用により破壊靭性
が向上することが知られている。このような亀裂進行様
態の差は、β−サイアロンの破壊靭性がα−サイアロン
の破壊靭性に比べて相対的に高いことに起因しているこ
とも知られている。しかし、材料の結晶構造の特徴に大
きく依存する硬度は、破壊靭性とは逆にα−サイアロン
の硬度値がβ−サイアロンの硬度値に比べて高く、粒界
の特性に依存する高温での耐酸化性もα−サイアロンの
方が、β−サイアロンよりも優れている。
ロンの微細構造及び粒界強度の差は、機械的性質の差を
招き、破壊時に、α−サイアロンでは主に粒内破壊が起
きるが、β−サイアロンでは主に粒界破壊が起きる。更
に、亀裂進行時には、β−サイアロンでは、亀裂後半部
から亀裂架橋のような破壊靭性増進作用により破壊靭性
が向上することが知られている。このような亀裂進行様
態の差は、β−サイアロンの破壊靭性がα−サイアロン
の破壊靭性に比べて相対的に高いことに起因しているこ
とも知られている。しかし、材料の結晶構造の特徴に大
きく依存する硬度は、破壊靭性とは逆にα−サイアロン
の硬度値がβ−サイアロンの硬度値に比べて高く、粒界
の特性に依存する高温での耐酸化性もα−サイアロンの
方が、β−サイアロンよりも優れている。
【００１０】適宜な焼結体の組成を選択すると、α−β
サイアロンの複合体を製造することができる。その一例
として、焼結助剤のＹ2Ｏ3・９ＡlＮを適切に添加して
焼結すると、α−βサイアロン複合体が形成される
(Ｓ．Ｈampshire、et al., “α−Ｓialon Ｃeramic
s"、Ｎature（Ｌondon）、２７４、８８０−８２（１９
７８））。このとき、焼結助剤の量を調節してα−サイ
アロン及びβ−サイアロンの相比率を調節することがで
きる。例えば、焼結助剤の量が２０wt％を超えると、純
α−サイアロンが生成し、６wt％以下では、生成相の９
０％がβ−サイアロンであり、１２wt％程ではα−サイ
アロン及びβ−サイアロンが各々半分の比率で生成す
る。
サイアロンの複合体を製造することができる。その一例
として、焼結助剤のＹ2Ｏ3・９ＡlＮを適切に添加して
焼結すると、α−βサイアロン複合体が形成される
(Ｓ．Ｈampshire、et al., “α−Ｓialon Ｃeramic
s"、Ｎature（Ｌondon）、２７４、８８０−８２（１９
７８））。このとき、焼結助剤の量を調節してα−サイ
アロン及びβ−サイアロンの相比率を調節することがで
きる。例えば、焼結助剤の量が２０wt％を超えると、純
α−サイアロンが生成し、６wt％以下では、生成相の９
０％がβ−サイアロンであり、１２wt％程ではα−サイ
アロン及びβ−サイアロンが各々半分の比率で生成す
る。
【００１１】又、サイアロン複合体の他の製造方法とし
て、広い領域で焼結体を組成してα−βサイアロン複合
体を製造する方法(Ｗei−Ｙing Ｓun et al., Ｊ．
Ａm．Ｃeram．Ｓoc., ７４[１１]２７５３−５８（１９
９１））があるが、このとき、得られるα−βサイアロ
ン複合体は、他の全ての複合体と同様に、二つの異なる
性質を有する相が、試片全体に均一に分布した構造であ
る。この場合、材料の表面特性は、表面相の特性に依存
し、材料の全体としての特性は、材料内部の特性に依存
する。即ち、焼結体の耐酸化性、硬度及び耐摩耗性は焼
結体の表面から内部に向けて数百μmまでの表面層の特
性に大いに依存するが、強度又は破壊靭性は焼結体全体
の材料特性に依存する。
て、広い領域で焼結体を組成してα−βサイアロン複合
体を製造する方法(Ｗei−Ｙing Ｓun et al., Ｊ．
Ａm．Ｃeram．Ｓoc., ７４[１１]２７５３−５８（１９
９１））があるが、このとき、得られるα−βサイアロ
ン複合体は、他の全ての複合体と同様に、二つの異なる
性質を有する相が、試片全体に均一に分布した構造であ
る。この場合、材料の表面特性は、表面相の特性に依存
し、材料の全体としての特性は、材料内部の特性に依存
する。即ち、焼結体の耐酸化性、硬度及び耐摩耗性は焼
結体の表面から内部に向けて数百μmまでの表面層の特
性に大いに依存するが、強度又は破壊靭性は焼結体全体
の材料特性に依存する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】然るに、このような従
来のサイアロン複合体においては、複合材料により複合
化される二つの相中、何れか一つの相の物性を改善でき
ても、実際には、複合体全体の特性を向上することがで
きないと言う不都合な点があった。そこで、本発明の第
１の目的は、表面の相のみを変化させてその特性を選択
的に向上した表面が改質されたサイアロン複合体を提供
することである。本発明の第２目的は、内部相とは異な
る第２相が、試片の表面から数百μmまで、例えば８０
０〜９００μｍまでの部分のみに存在している、表面が
改質されたサイアロン複合体を提供することである。
来のサイアロン複合体においては、複合材料により複合
化される二つの相中、何れか一つの相の物性を改善でき
ても、実際には、複合体全体の特性を向上することがで
きないと言う不都合な点があった。そこで、本発明の第
１の目的は、表面の相のみを変化させてその特性を選択
的に向上した表面が改質されたサイアロン複合体を提供
することである。本発明の第２目的は、内部相とは異な
る第２相が、試片の表面から数百μmまで、例えば８０
０〜９００μｍまでの部分のみに存在している、表面が
改質されたサイアロン複合体を提供することである。
【００１３】又、本発明の第３の目的は、内部相とは異
なる第２相が、試片の表面から数百μmまでの部分のみ
に存在している、表面が改質されたサイアロン複合体を
製造する方法を提供することである。更に、本発明の第
４の目的は、β−サイアロンで表面層の相をα−サイア
ロンからβ−サイアロン複合体まで多様に調節する方法
を提供することである。最後に、本発明の第５の目的
は、α−サイアロンの表面層の相をβ−サイアロンから
α−βサイアロン複合体まで多様に調節する方法を提供
することである。
なる第２相が、試片の表面から数百μmまでの部分のみ
に存在している、表面が改質されたサイアロン複合体を
製造する方法を提供することである。更に、本発明の第
４の目的は、β−サイアロンで表面層の相をα−サイア
ロンからβ−サイアロン複合体まで多様に調節する方法
を提供することである。最後に、本発明の第５の目的
は、α−サイアロンの表面層の相をβ−サイアロンから
α−βサイアロン複合体まで多様に調節する方法を提供
することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係るサイアロン複合体においては、表
面層が、焼結体の内部サイアロン相とは、異なるサイア
ロン相からなるように、表面が改質されている。即ち、
本発明のサイアロン複合体では、内部相とは異なる第２
相が、試片の表面から数百μmまでの部分のみに存在す
る。例えば、本発明のサイアロン複合体の一例は、表面
に厚さ数百μmまでの緻密なα−サイアロン層又はα−
β−サイアロン複合体層を有するβ−サイアロンであ
る。又、他の例は、表面に厚さ数百μmまでの緻密なβ
−サイアロン層又はα−βサイアロン複合体層を有する
α−サイアロンである。
るため、本発明に係るサイアロン複合体においては、表
面層が、焼結体の内部サイアロン相とは、異なるサイア
ロン相からなるように、表面が改質されている。即ち、
本発明のサイアロン複合体では、内部相とは異なる第２
相が、試片の表面から数百μmまでの部分のみに存在す
る。例えば、本発明のサイアロン複合体の一例は、表面
に厚さ数百μmまでの緻密なα−サイアロン層又はα−
β−サイアロン複合体層を有するβ−サイアロンであ
る。又、他の例は、表面に厚さ数百μmまでの緻密なβ
−サイアロン層又はα−βサイアロン複合体層を有する
α−サイアロンである。
【００１５】表面層がα−サイアロン又はα−β複合サ
イアロンにより改質されたβ−サイアロン焼結体は、表
面の改質されていないβ−サイアロンよりも表面強度及
び耐酸化性が向上されるが、β−サイアロン自体の破壊
靭性はそのまま維持される。従って、耐摩耗性及び耐酸
化性が要求される高温構造用部品に有利に利用される。
一方、表面層がβ−サイアロン又はα−β複合サイアロ
ンにより表面改質されたα−サイアロン焼結体は、表面
の改質されていないα−サイアロンよりも表面強度及び
表面靭性が増加されるため、低温構造用部品に有利に利
用される。
イアロンにより改質されたβ−サイアロン焼結体は、表
面の改質されていないβ−サイアロンよりも表面強度及
び耐酸化性が向上されるが、β−サイアロン自体の破壊
靭性はそのまま維持される。従って、耐摩耗性及び耐酸
化性が要求される高温構造用部品に有利に利用される。
一方、表面層がβ−サイアロン又はα−β複合サイアロ
ンにより表面改質されたα−サイアロン焼結体は、表面
の改質されていないα−サイアロンよりも表面強度及び
表面靭性が増加されるため、低温構造用部品に有利に利
用される。
【００１６】以下、本発明に係る表面の改質されたサイ
アロンの製造方法を説明する。表面を改質しようとする
窒化珪素系の圧粉体を、適宜に調節された組成を有する
窒化珪素系の混合粉末中で焼結して製造することができ
る。本発明では、必要に応じて、焼結前に焼結温度より
も低い温度、例えば、１１００〜１７００℃で数時間、
例えば２〜３時間またはそれ以上の間熱処理することが
できる。このような熱処理条件を変化させて、改質され
る表面層の厚さを容易に調節することができる。
アロンの製造方法を説明する。表面を改質しようとする
窒化珪素系の圧粉体を、適宜に調節された組成を有する
窒化珪素系の混合粉末中で焼結して製造することができ
る。本発明では、必要に応じて、焼結前に焼結温度より
も低い温度、例えば、１１００〜１７００℃で数時間、
例えば２〜３時間またはそれ以上の間熱処理することが
できる。このような熱処理条件を変化させて、改質され
る表面層の厚さを容易に調節することができる。
【００１７】本発明の製造方法の一例として、α−サイ
アロン又はα−β複合サイアロンにより表面の改質され
たβ−サイアロンの製造方法を説明する。先ず、β−サ
イアロンを形成するため、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z の組成
を有する混合粉末を冷間成形して圧粉体を形成する。こ
のとき、組織の緻密化を促進するため一般的に添加する
焼結助剤としては、例えば、Ｙ2Ｏ3、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ、
ＣeＯ2、Ｎd2Ｏ3、Ｌa2Ｏ3、Ｓm2Ｏ3、Ｅr2Ｏ3、Ｙb2Ｏ
3、Ｄy2Ｏ3、Ｇd2Ｏ3等の化合物を前記混合粉末に数wt
％添加することができる。次いで、成形された圧粉体
を、α−サイアロンを形成し得るＭpＳi12-(m+n)Ａl
(m+n)ＯnＮ16-nの組成を有する混合粉末に加え、一般的
な焼結温度１４００〜１９００℃において窒素雰囲気下
で数分〜数時間焼結する。
アロン又はα−β複合サイアロンにより表面の改質され
たβ−サイアロンの製造方法を説明する。先ず、β−サ
イアロンを形成するため、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z の組成
を有する混合粉末を冷間成形して圧粉体を形成する。こ
のとき、組織の緻密化を促進するため一般的に添加する
焼結助剤としては、例えば、Ｙ2Ｏ3、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ、
ＣeＯ2、Ｎd2Ｏ3、Ｌa2Ｏ3、Ｓm2Ｏ3、Ｅr2Ｏ3、Ｙb2Ｏ
3、Ｄy2Ｏ3、Ｇd2Ｏ3等の化合物を前記混合粉末に数wt
％添加することができる。次いで、成形された圧粉体
を、α−サイアロンを形成し得るＭpＳi12-(m+n)Ａl
(m+n)ＯnＮ16-nの組成を有する混合粉末に加え、一般的
な焼結温度１４００〜１９００℃において窒素雰囲気下
で数分〜数時間焼結する。
【００１８】このとき、表面層の厚さを調節するため
に、必要に応じて、焼結前に焼結温度よりも低い温度、
例えば１４００〜１７００℃で数時間の間熱処理する。
例えば、Ｙ2Ｏ3を包含し、α−サイアロンに表面の改質
されたβ−サイアロンを製造するとき、Ｙ2Ｏ3を含む８
３.０Ｓi3Ｎ4−１２.１Ａl2Ｏ3−４.１ＡlＮ組成の混合
粉末の圧粉体を、Ｙ−α−サイアロン組成の混合粉末に
加えて熱処理を施さずに、１７５０℃で１時間焼結する
と、表面改質層の厚さは約５０μmであったが、１６０
０℃下で３時間熱処理した後、１７５０℃下で１時間焼
結すると、表面改質層の厚さは約２００μmであった。
に、必要に応じて、焼結前に焼結温度よりも低い温度、
例えば１４００〜１７００℃で数時間の間熱処理する。
例えば、Ｙ2Ｏ3を包含し、α−サイアロンに表面の改質
されたβ−サイアロンを製造するとき、Ｙ2Ｏ3を含む８
３.０Ｓi3Ｎ4−１２.１Ａl2Ｏ3−４.１ＡlＮ組成の混合
粉末の圧粉体を、Ｙ−α−サイアロン組成の混合粉末に
加えて熱処理を施さずに、１７５０℃で１時間焼結する
と、表面改質層の厚さは約５０μmであったが、１６０
０℃下で３時間熱処理した後、１７５０℃下で１時間焼
結すると、表面改質層の厚さは約２００μmであった。
【００１９】β−サイアロン圧粉体を形成し得るＳi6-z
ＡlzＯzＮ8-zの組成範囲及び添加する焼結助剤の種類は
限定されない。成形された圧粉体の表面にα−サイアロ
ンを形成し得るＭpＳi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-nの組
成範囲も特に限定されず、ｐ、ｍ及びｎ値を変化させて
表面の改質されたβ−サイアロンの表面層をα−サイア
ロンとα−βサイアロン複合体との間で多様に変化させ
ることができる。この場合、Ｍ＝Ｙ、ｐ＝ｍ／３である
とき、ｍ＝１、ｎ＝１．７の組成にすることが好まし
い。
ＡlzＯzＮ8-zの組成範囲及び添加する焼結助剤の種類は
限定されない。成形された圧粉体の表面にα−サイアロ
ンを形成し得るＭpＳi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-nの組
成範囲も特に限定されず、ｐ、ｍ及びｎ値を変化させて
表面の改質されたβ−サイアロンの表面層をα−サイア
ロンとα−βサイアロン複合体との間で多様に変化させ
ることができる。この場合、Ｍ＝Ｙ、ｐ＝ｍ／３である
とき、ｍ＝１、ｎ＝１．７の組成にすることが好まし
い。
【００２０】又、本発明に係るサイアロン複合体の製造
方法の他の例として、β−サイアロン又はα−β複合サ
イアロンにより表面改質されたα−サイアロンの製造方
法を説明する。先ず、α−サイアロンを形成し得るＭp
Ｓi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n組成の混合粉末を冷間成
形して圧粉体を形成する。このとき、組織の緻密化を促
進するため数wt％の焼結助剤を添加して圧粉体を形成す
るが、焼結助剤は緻密化を図るために用いるのであるか
ら、添加する焼結助剤の組成及び量は限定されず、前記
した全ての焼結助剤を適宜用いることができる。次い
で、成形された圧粉体を、β−サイアロンを形成するた
め、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z組成の混合粉末中に加え、一般
的な焼結温度１６００〜１９００℃において窒素雰囲気
下で数時間焼結する。
方法の他の例として、β−サイアロン又はα−β複合サ
イアロンにより表面改質されたα−サイアロンの製造方
法を説明する。先ず、α−サイアロンを形成し得るＭp
Ｓi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n組成の混合粉末を冷間成
形して圧粉体を形成する。このとき、組織の緻密化を促
進するため数wt％の焼結助剤を添加して圧粉体を形成す
るが、焼結助剤は緻密化を図るために用いるのであるか
ら、添加する焼結助剤の組成及び量は限定されず、前記
した全ての焼結助剤を適宜用いることができる。次い
で、成形された圧粉体を、β−サイアロンを形成するた
め、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z組成の混合粉末中に加え、一般
的な焼結温度１６００〜１９００℃において窒素雰囲気
下で数時間焼結する。
【００２１】このとき、表面層の厚さを調節するため、
必要に応じて、焼結前に焼結温度よりも低い温度、例え
ば、１４００〜１７００℃で数時間熱処理することがで
きる。例えば、Ｙ2Ｏ3を包含し、β−サイアロンにより
表面改質されたα−サイアロンを製造する場合、ＭpＳi
12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n組成の混合粉末の圧粉体
を、焼結助剤の存否に関係なく、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z組
成の混合粉末中に加えて焼結したとき、焼結前に熱処理
を施さなかった場合のβ−サイアロンの表面層の厚さは
約５０μmであるが、熱処理を施した場合は、該処理時
間に従って２００μmまで増加した。
必要に応じて、焼結前に焼結温度よりも低い温度、例え
ば、１４００〜１７００℃で数時間熱処理することがで
きる。例えば、Ｙ2Ｏ3を包含し、β−サイアロンにより
表面改質されたα−サイアロンを製造する場合、ＭpＳi
12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n組成の混合粉末の圧粉体
を、焼結助剤の存否に関係なく、Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z組
成の混合粉末中に加えて焼結したとき、焼結前に熱処理
を施さなかった場合のβ−サイアロンの表面層の厚さは
約５０μmであるが、熱処理を施した場合は、該処理時
間に従って２００μmまで増加した。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて本発明を説
明するが、本発明の範囲は、これら実施例に限定される
ものではない。実施例１ 組成式Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-zのｚ値が１になるようにＳi3
Ｎ4、Ａl2Ｏ3、ＡlＮを秤量し、粉末全重量の５wt％に
相当するＹ2Ｏ3を添加し、２００ＭＰaの圧力下冷間成
形してβ−サイアロンを形成し得る圧粉体を得た。一
方、組成式ＭpＳi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-nにおいて
Ｍ＝Ｙ、ｐ＝ｍ／３、ｍ＝１、ｎ＝１．７に相当するよ
うにＳi3Ｎ4、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ、Ｙ2Ｏ3を秤量して混合
し、α−サイアロン組成の混合粉末を準備した。このα
−サイアロン組成の混合粉末に、先に得た圧粉体を加
え、１７５０℃の窒素雰囲気下で１時間焼結した。その
後、Ｘ線回析分析を行った結果、表面層相はα−サイア
ロンで、内部相はβ−サイアロンであることが確認され
た。又、焼結体を切断して切断面を１μｍまで微細研磨
した後、電子顕微鏡で観察した結果、表面改質層の厚さ
は約５０μｍであった。
明するが、本発明の範囲は、これら実施例に限定される
ものではない。実施例１ 組成式Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-zのｚ値が１になるようにＳi3
Ｎ4、Ａl2Ｏ3、ＡlＮを秤量し、粉末全重量の５wt％に
相当するＹ2Ｏ3を添加し、２００ＭＰaの圧力下冷間成
形してβ−サイアロンを形成し得る圧粉体を得た。一
方、組成式ＭpＳi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-nにおいて
Ｍ＝Ｙ、ｐ＝ｍ／３、ｍ＝１、ｎ＝１．７に相当するよ
うにＳi3Ｎ4、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ、Ｙ2Ｏ3を秤量して混合
し、α−サイアロン組成の混合粉末を準備した。このα
−サイアロン組成の混合粉末に、先に得た圧粉体を加
え、１７５０℃の窒素雰囲気下で１時間焼結した。その
後、Ｘ線回析分析を行った結果、表面層相はα−サイア
ロンで、内部相はβ−サイアロンであることが確認され
た。又、焼結体を切断して切断面を１μｍまで微細研磨
した後、電子顕微鏡で観察した結果、表面改質層の厚さ
は約５０μｍであった。
【００２３】実施例２ 組成の変数を表２に示したように、ｚ＝０からｚ＝１．
５まで変化させて、実施例１と同様な方法によりβ−サ
イアロンの圧粉体を製造し、一方、ｍ＝１、ｎ＝１．７
に相当するα−サイアロン組成の混合粉末を実施例１と
同様に製造した。このα−サイアロン組成の混合粉末
に、先に得られた圧粉体を加え、１７５０℃の窒素雰囲
気下で１時間焼結した。その結果を、表面層に生成した
相を圧粉体の組成別に区分して次の表２に示す。
５まで変化させて、実施例１と同様な方法によりβ−サ
イアロンの圧粉体を製造し、一方、ｍ＝１、ｎ＝１．７
に相当するα−サイアロン組成の混合粉末を実施例１と
同様に製造した。このα−サイアロン組成の混合粉末
に、先に得られた圧粉体を加え、１７５０℃の窒素雰囲
気下で１時間焼結した。その結果を、表面層に生成した
相を圧粉体の組成別に区分して次の表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】実施例３ 組成式ＭpＳi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-nにおいてＭ＝
Ｙ、ｐ＝ｍ／３、ｍ＝１、ｎ＝１．７になるようにＳi3
Ｎ4、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ及びＹ2Ｏ3を秤量して混合した
後、２００ＭＰaの圧力下冷間成形してα−サイアロン
を形成し得る圧粉体を製造し、一方、Ｓi3Ｎ4、Ａl
2Ｏ3、ＡlＮ及びＹ2Ｏ3を秤量して組成式Ｓi6-zＡlzＯz
Ｎ8-zの変数ｚが２に相当する混合粉末を製造した。前
記圧粉体をβ−サイアロンの組成の混合粉末に加え、１
８００℃の窒素雰囲気下で２時間焼結した。その後、Ｘ
線回析分析をした結果、表面層相はβ−サイアロンで、
内部相はα−サイアロンであることが確認された。焼結
体を切断し、表面層を１μmまで微細研磨した後、電子
顕微鏡で観察した結果、表面改質層の厚さは約５０μm
であった。
Ｙ、ｐ＝ｍ／３、ｍ＝１、ｎ＝１．７になるようにＳi3
Ｎ4、Ａl2Ｏ3、ＡlＮ及びＹ2Ｏ3を秤量して混合した
後、２００ＭＰaの圧力下冷間成形してα−サイアロン
を形成し得る圧粉体を製造し、一方、Ｓi3Ｎ4、Ａl
2Ｏ3、ＡlＮ及びＹ2Ｏ3を秤量して組成式Ｓi6-zＡlzＯz
Ｎ8-zの変数ｚが２に相当する混合粉末を製造した。前
記圧粉体をβ−サイアロンの組成の混合粉末に加え、１
８００℃の窒素雰囲気下で２時間焼結した。その後、Ｘ
線回析分析をした結果、表面層相はβ−サイアロンで、
内部相はα−サイアロンであることが確認された。焼結
体を切断し、表面層を１μmまで微細研磨した後、電子
顕微鏡で観察した結果、表面改質層の厚さは約５０μm
であった。
【００２６】実施例４ 実施例１と同様な組成の圧粉体と混合粉末とを用い、圧
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で０〜３時間熱処理
を行った後、１７５０℃で１時間焼結した。その結果と
して、表面の改質層の厚さの測定値を次の表３に表す。
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で０〜３時間熱処理
を行った後、１７５０℃で１時間焼結した。その結果と
して、表面の改質層の厚さの測定値を次の表３に表す。
【００２７】
【表３】
【００２８】実施例５ 実施例１と同様な組成の圧粉体と混合粉末とを用い、圧
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で３時間熱処理した
後、１７５０℃で１時間焼結した。その後、焼結体を切
断して切断面を１μmまで微細研磨し、インデンテーシ
ョン方法により切断面の表面及び内部の硬度を求めた結
果、β−サイアロンである内部の硬度は１７００kg／mm
2であった、α−サイアロンにより改質された表面のヴ
ィッカース硬度は２１００kg／mm2と高かった。
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で３時間熱処理した
後、１７５０℃で１時間焼結した。その後、焼結体を切
断して切断面を１μmまで微細研磨し、インデンテーシ
ョン方法により切断面の表面及び内部の硬度を求めた結
果、β−サイアロンである内部の硬度は１７００kg／mm
2であった、α−サイアロンにより改質された表面のヴ
ィッカース硬度は２１００kg／mm2と高かった。
【００２９】実施例６ 実施例１と同様な組成の圧粉体と混合粉末とを用い、圧
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で３時間熱処理した
後、１７５０℃で１時間焼結した。その後、焼結が完了
した試片の表面を表面改質層が剥がれない限度内で１μ
mまで微細研磨した後、１２００℃、１３００℃、又は
１３５０℃において空気中で加熱して重量変化を測定し
た。その結果を図２に示す。
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で３時間熱処理した
後、１７５０℃で１時間焼結した。その後、焼結が完了
した試片の表面を表面改質層が剥がれない限度内で１μ
mまで微細研磨した後、１２００℃、１３００℃、又は
１３５０℃において空気中で加熱して重量変化を測定し
た。その結果を図２に示す。
【００３０】重量の増加が少ない程、耐酸化性が優秀で
あることを意味するが、図２に示したように、β−サイ
アロンよりも、α−サイアロンにより表面改質されたβ
−サイアロンの重量の増加が少ないことから、該β−サ
イアロンの耐酸化性が向上されたことが分かる。
あることを意味するが、図２に示したように、β−サイ
アロンよりも、α−サイアロンにより表面改質されたβ
−サイアロンの重量の増加が少ないことから、該β−サ
イアロンの耐酸化性が向上されたことが分かる。
【００３１】実施例７ 実施例１と同様な組成の圧粉体と混合粉末とを用い、圧
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で３時間及び６時間
熱処理した後、１７５０℃で１時間焼結した(表面の改
質されたβ−サイアロン)。比較として、前記と同様な
圧粉体をＢＮ粉末に加え、１６００℃で３時間及び６時
間熱処理した後、１７５０℃で１時間焼結した(表面の
改質されていないβ−サイアロン)。
粉体を混合粉末に加え、１６００℃で３時間及び６時間
熱処理した後、１７５０℃で１時間焼結した(表面の改
質されたβ−サイアロン)。比較として、前記と同様な
圧粉体をＢＮ粉末に加え、１６００℃で３時間及び６時
間熱処理した後、１７５０℃で１時間焼結した(表面の
改質されていないβ−サイアロン)。
【００３２】次いで、焼結の完了した試片の表面を表面
改質層が剥がれない限度内で１μmまで微細研磨した
後、耐摩耗性を測定した。微細研磨した試片上にアルミ
ナボールを載置して試片の表面に垂直な方向で２８０Ｎ
の力を加えながら、アルミナボールを１００回／分の速
度で回転させ（ボールの線速度０．０４m／sec)、時間
の経過に従って試片の表面に表れる摩耗痕の直径を測定
して耐摩耗性を評価した。使用したアルミナボールの直
径は１２．７mmで、表面粗さは０．０５μm以下で、潤
滑剤としてはテルペンオイルを用いた。表面の改質され
たβ−サイアロン及び表面の改質されていないβ−サイ
アロンの摩耗痕の直径を表４に表す。
改質層が剥がれない限度内で１μmまで微細研磨した
後、耐摩耗性を測定した。微細研磨した試片上にアルミ
ナボールを載置して試片の表面に垂直な方向で２８０Ｎ
の力を加えながら、アルミナボールを１００回／分の速
度で回転させ（ボールの線速度０．０４m／sec)、時間
の経過に従って試片の表面に表れる摩耗痕の直径を測定
して耐摩耗性を評価した。使用したアルミナボールの直
径は１２．７mmで、表面粗さは０．０５μm以下で、潤
滑剤としてはテルペンオイルを用いた。表面の改質され
たβ−サイアロン及び表面の改質されていないβ−サイ
アロンの摩耗痕の直径を表４に表す。
【００３３】
【表４】
【００３４】測定された摩耗痕の直径が小さい程、耐摩
耗性が優れている。表４に示す結果から分かるように、
いずれの場合にも、表面の改質されたβ−サイアロンの
耐摩耗性が表面の改質されていないβ−サイアロンより
も優れており、１６００℃での熱処理の時間が長い程、
即ち、表面改質層の厚さが厚い程、摩耗性が優れてい
る。
耗性が優れている。表４に示す結果から分かるように、
いずれの場合にも、表面の改質されたβ−サイアロンの
耐摩耗性が表面の改質されていないβ−サイアロンより
も優れており、１６００℃での熱処理の時間が長い程、
即ち、表面改質層の厚さが厚い程、摩耗性が優れてい
る。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るサイ
アロン複合体においては、サイアロン自体の内部特性を
最大に維持しながらも、表面層のみを必要に応じて、例
えば、硬度、耐酸化性及び表面破壊靭性を向上すること
ができるため、焼結体全体の物性の低下を防止し、二つ
の異なる相の優秀な特性を十分発揮し得る。又、本発明
に係るサイアロン複合体の製造方法においては、複雑な
工程を追加せずに、適宜な混合粉末の中で圧粉体を焼結
するようになっているため、所望の形態に表面の改質さ
れたサイアロンを製造し得る。
アロン複合体においては、サイアロン自体の内部特性を
最大に維持しながらも、表面層のみを必要に応じて、例
えば、硬度、耐酸化性及び表面破壊靭性を向上すること
ができるため、焼結体全体の物性の低下を防止し、二つ
の異なる相の優秀な特性を十分発揮し得る。又、本発明
に係るサイアロン複合体の製造方法においては、複雑な
工程を追加せずに、適宜な混合粉末の中で圧粉体を焼結
するようになっているため、所望の形態に表面の改質さ
れたサイアロンを製造し得る。
【図１】 (Ａ)は、本発明に係るα−サイアロン又はα
−β複合サイアロンにより表面の改質されたβ−サイア
ロンを示した模式図である。(Ｂ)は、本発明に係るβ−
サイアロン、又は、α−β複合サイアロンに表面の改質
されたα−サイアロンを示した模式図である。
−β複合サイアロンにより表面の改質されたβ−サイア
ロンを示した模式図である。(Ｂ)は、本発明に係るβ−
サイアロン、又は、α−β複合サイアロンに表面の改質
されたα−サイアロンを示した模式図である。
【図２】 本発明に係るα−サイアロンにより表面の改
質されたβ−サイアロン及び表面改質されていないβ−
サイアロンを空気中で１２００℃、１３００℃、１３５
０℃において熱処理したときの時間に対する重量の増加
を示したグラフである。
質されたβ−サイアロン及び表面改質されていないβ−
サイアロンを空気中で１２００℃、１３００℃、１３５
０℃において熱処理したときの時間に対する重量の増加
を示したグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白 承洙 大韓民国大田広域市儒城区田民洞、エキス ポ・アパート204−703
Claims (8)
- 【請求項１】 表面層が、内部とは異なるサイアロン相
からなることを特徴とするサイアロン複合体。 - 【請求項２】 前記表面層は、α−サイアロン相又はα
−β複合サイアロン相であり、その内部がβ−サイアロ
ン相である請求項１に記載のサイアロン複合体。 - 【請求項３】 前記表面層は、β−サイアロン相又はα
−β複合サイアロン相であり、その内部がα−サイアロ
ン相である請求項１に記載のサイアロン複合体。 - 【請求項４】 β−サイアロンを形成し得る組成：Ｓi
6-zＡlzＯzＮ8-z（ここで、ｚは、各成分の溶解度の許
容範囲内で変化する数である。）を有する粉末から成形
された圧粉体を、α−サイアロンを形成し得る組成：Ｍ
pＳi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n（ここで、ｐ、ｍおよ
びｎは、各成分の溶解度の許容範囲内で変化する数であ
る。）を有する粉末に加えて、焼結することを特徴とす
るβ−サイアロンの表面改質方法。 - 【請求項５】 前記焼結前に、焼結する温度よりも低い
温度で熱処理を行う請求項４に記載のβ−サイアロンの
表面改質方法。 - 【請求項６】 前記β−サイアロンを形成し得る粉末又
は前記α−サイアロンを形成し得る粉末は、焼結助剤を
含有する請求項４に記載のβ−サイアロンの表面改質方
法。 - 【請求項７】 α−サイアロンを形成し得る組成：Ｍp
Ｓi12-(m+n)Ａl(m+n)ＯnＮ16-n（ここで、ｐ、ｍおよび
ｎは、各成分の溶解度の許容範囲内で変化する数であ
る。）を有する粉末から形成された圧粉体を、β−サイ
アロンを形成し得る組成：Ｓi6-zＡlzＯzＮ8-z（ここ
で、ｚは、各成分の溶解度の許容範囲内で変化する数で
ある。)を有する粉末中に加えて、焼結することを特徴
とするα−サイアロンの表面改質方法。 - 【請求項８】 前記焼結前に、焼結する温度よりも低い
温度で熱処理を行う請求項７に記載のα−サイアロンの
表面改質方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1997-8870 | 1997-03-15 | ||
| KR1019970008870A KR100235203B1 (ko) | 1997-03-15 | 1997-03-15 | 표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10259058A true JPH10259058A (ja) | 1998-09-29 |
Family
ID=19499860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10065290A Pending JPH10259058A (ja) | 1997-03-15 | 1998-03-16 | サイアロン複合体及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5990026A (ja) |
| JP (1) | JPH10259058A (ja) |
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| JP4070417B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2008-04-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素質部材及びその製造方法並びに切削工具 |
| DE10146719A1 (de) * | 2001-09-20 | 2003-04-17 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Beleuchtungseinheit mit mindestens einer LED als Lichtquelle |
| US7144934B2 (en) * | 2002-10-24 | 2006-12-05 | Dow Global Technologies Inc. | Charge dissipation modifiers for olefinic interpolymer compositions |
| EP1656331A1 (de) * | 2003-08-07 | 2006-05-17 | Ceramtec AG Innovative Ceramic Engineering | Werkstoff auf basis von sialonen |
| WO2006068220A1 (ja) † | 2004-12-22 | 2006-06-29 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | サイアロン製インサート及びこれを備えた切削工具 |
| EP3230233B1 (de) * | 2014-12-12 | 2019-06-05 | CeramTec GmbH | Alpha/beta-sialon mit verbesserter sinteraktivität und hoher kantenbeständigkeit |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4880755A (en) * | 1987-05-19 | 1989-11-14 | Kennametal Inc. | Sialon cutting tool composition |
| JP2719941B2 (ja) * | 1988-11-24 | 1998-02-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
| US5316856A (en) * | 1988-12-03 | 1994-05-31 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride base sintered body |
| JPH0383865A (ja) * | 1989-08-25 | 1991-04-09 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
| JP2663028B2 (ja) * | 1989-12-28 | 1997-10-15 | 株式会社豊田中央研究所 | 窒化珪素質焼結体 |
| JPH05148026A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素系焼結体 |
| US5352395A (en) * | 1992-07-17 | 1994-10-04 | Phillips Petroleum Company | Carbon and ceramic-containing layers for use in sintering of silicon nitride article |
-
1997
- 1997-03-15 KR KR1019970008870A patent/KR100235203B1/ko active IP Right Grant
-
1998
- 1998-03-13 US US09/039,094 patent/US5990026A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-16 JP JP10065290A patent/JPH10259058A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5990026A (en) | 1999-11-23 |
| KR19980073543A (ko) | 1998-11-05 |
| KR100235203B1 (ko) | 1999-12-15 |
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