JPH0558741A - 窒化珪素質セラミツク焼結体 - Google Patents
窒化珪素質セラミツク焼結体Info
- Publication number
- JPH0558741A JPH0558741A JP3250279A JP25027991A JPH0558741A JP H0558741 A JPH0558741 A JP H0558741A JP 3250279 A JP3250279 A JP 3250279A JP 25027991 A JP25027991 A JP 25027991A JP H0558741 A JPH0558741 A JP H0558741A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- powder
- nitride ceramic
- sintered body
- thermal shock
- Prior art date
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- Pending
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高強度、高靱性且つ耐熱衝撃性に優れた窒化
珪素質セラミック焼結体の提供。 【構成】 窒化珪素質セラミック100 重量部に対し、Ti
C/TiN重量比が5/5〜9/1の範囲にあるチタン炭窒
化物固溶体2〜25重量部を含有してなることを特徴とす
る窒化珪素質セラミック焼結体。
珪素質セラミック焼結体の提供。 【構成】 窒化珪素質セラミック100 重量部に対し、Ti
C/TiN重量比が5/5〜9/1の範囲にあるチタン炭窒
化物固溶体2〜25重量部を含有してなることを特徴とす
る窒化珪素質セラミック焼結体。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高硬度、高靭性且つ耐
熱衝撃性に優れた窒化珪素質セラミック焼結体に関す
る。
熱衝撃性に優れた窒化珪素質セラミック焼結体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、金属線材圧延ロール及びガイドロ
ールに窒化珪素質セラミックが利用されるようになり、
ロールの寿命と線材の品質の向上に寄与してきた(特開
昭 59-21413 号公報)。しかし、冷間圧延工程やガイド
ロール等の比較的条件の緩やかな所では問題はないが、
条件のより厳しい熱間圧延工程では、ヒートショックに
よる割れや表面の肌荒れ等が発生し問題であった。
ールに窒化珪素質セラミックが利用されるようになり、
ロールの寿命と線材の品質の向上に寄与してきた(特開
昭 59-21413 号公報)。しかし、冷間圧延工程やガイド
ロール等の比較的条件の緩やかな所では問題はないが、
条件のより厳しい熱間圧延工程では、ヒートショックに
よる割れや表面の肌荒れ等が発生し問題であった。
【0003】また、耐摩耗工具として、窒化珪素質セラ
ミックに、分散相形成成分としてTi、Zr、Hfの炭化物、
窒化物及び炭窒化物から選ばれた1種又は2種以上含有
させた耐摩耗性に優れたセラミックが利用されているが
(特開昭 59-199579号公報)、耐熱衝撃性に劣るのでヒ
ートショックの加わる部位には使用できず、窒化珪素の
優れた特性が活かされてはいなかった。
ミックに、分散相形成成分としてTi、Zr、Hfの炭化物、
窒化物及び炭窒化物から選ばれた1種又は2種以上含有
させた耐摩耗性に優れたセラミックが利用されているが
(特開昭 59-199579号公報)、耐熱衝撃性に劣るのでヒ
ートショックの加わる部位には使用できず、窒化珪素の
優れた特性が活かされてはいなかった。
【0004】本発明者らは、このような状況に鑑み、耐
熱衝撃性を損なうことなく、高硬度、高靭性を有する窒
化珪素質セラミック焼結体について研究を進めた結果、
特定のTiC /TiN 比のチタン炭窒化物固溶体を含有せし
めればよいことを見い出し、本発明を完成したものであ
る。
熱衝撃性を損なうことなく、高硬度、高靭性を有する窒
化珪素質セラミック焼結体について研究を進めた結果、
特定のTiC /TiN 比のチタン炭窒化物固溶体を含有せし
めればよいことを見い出し、本発明を完成したものであ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高硬
度、高靭性且つ耐熱衝撃性に優れ、熱衝撃の激しい部位
の耐摩耗材として好適な窒化珪素質セラミック焼結体を
提供することにある。
度、高靭性且つ耐熱衝撃性に優れ、熱衝撃の激しい部位
の耐摩耗材として好適な窒化珪素質セラミック焼結体を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、窒
化珪素質セラミック100 重量部に対し、TiC /TiN 重量
比が 5/5 〜 9/1 の範囲にあるチタン炭窒化物固溶体
2 〜25重量部を含有してなることを特徴とする窒化珪素
質セラミック焼結体である。
化珪素質セラミック100 重量部に対し、TiC /TiN 重量
比が 5/5 〜 9/1 の範囲にあるチタン炭窒化物固溶体
2 〜25重量部を含有してなることを特徴とする窒化珪素
質セラミック焼結体である。
【0007】以下、本発明について詳細に説明する。
【0008】本発明に係る窒化珪素質セラミックは、窒
化珪素と焼結助剤とで構成されており、その焼結助剤と
しては、MgO 、Al2O3 、Y2O3、CoAl2O4 、MgAl2O4 、Al
N 等を単独あるいは組み合わせで用いることができる。
AlN は粒界を結晶化させるために有用である。焼結助剤
の割合は、通常、窒化珪素100重量部に対し3〜20
重量部である。
化珪素と焼結助剤とで構成されており、その焼結助剤と
しては、MgO 、Al2O3 、Y2O3、CoAl2O4 、MgAl2O4 、Al
N 等を単独あるいは組み合わせで用いることができる。
AlN は粒界を結晶化させるために有用である。焼結助剤
の割合は、通常、窒化珪素100重量部に対し3〜20
重量部である。
【0009】分散相形成成分のチタン炭窒化物としては
固溶体粉末を用いたほうが好ましい。チタンの炭化物、
窒化物の混合粉末を用いると、焼結体中で充分に固溶体
を形成せず、耐熱衝撃性が劣り好ましくない。チタン炭
窒化物固溶体の TiC/TiN 重量比は 5/5 〜 9/1 であ
ることが好ましく、さらに好ましくは 6/4 〜 8/2で
ある。TiC /TiN 重量比が5 /5 より小さいと硬度が低
下し、また 9/1 より大きいと耐熱衝撃性が著しく劣化
するので好ましくない。チタン炭窒化物固溶体の存在は
EPMA等により確認することができる。
固溶体粉末を用いたほうが好ましい。チタンの炭化物、
窒化物の混合粉末を用いると、焼結体中で充分に固溶体
を形成せず、耐熱衝撃性が劣り好ましくない。チタン炭
窒化物固溶体の TiC/TiN 重量比は 5/5 〜 9/1 であ
ることが好ましく、さらに好ましくは 6/4 〜 8/2で
ある。TiC /TiN 重量比が5 /5 より小さいと硬度が低
下し、また 9/1 より大きいと耐熱衝撃性が著しく劣化
するので好ましくない。チタン炭窒化物固溶体の存在は
EPMA等により確認することができる。
【0010】分散相形成成分のチタン炭窒化物固溶体
は、窒化珪素質セラミック100 重量部に対し、2 〜25重
量部、特に5 〜20重量部を含有させることが好ましい。
2 重量部未満では焼結体の耐摩耗性が劣り、20重量部を
越えると耐熱衝撃性が劣る。
は、窒化珪素質セラミック100 重量部に対し、2 〜25重
量部、特に5 〜20重量部を含有させることが好ましい。
2 重量部未満では焼結体の耐摩耗性が劣り、20重量部を
越えると耐熱衝撃性が劣る。
【0011】本発明の窒化珪素質セラミック焼結体の用
途としては、金属圧延ロール、ガイドロールが好適であ
るが、溶接治具や切削工具等の耐摩耗部材としても使用
できる。
途としては、金属圧延ロール、ガイドロールが好適であ
るが、溶接治具や切削工具等の耐摩耗部材としても使用
できる。
【0012】本発明の窒化珪素質セラミック焼結体は以
下の方法によって製造することができる。すなわち、平
均粒径0.8 〜1.0 μm 程度のSi3N4 粉末90〜95重量部に
焼結助剤5 〜10重量部を加えて窒化珪素質セラミック原
料粉末100 重量部を得る。次に平均粒径4 μm 以下の所
定TiC /TiN 重量比のチタン炭窒化物固溶体粉末を窒化
珪素質セラミック原料粉末100重量部に対し2 〜25重量
部加えて混合原料粉末となし、それを焼成することによ
って本発明の窒化珪素質セラミック焼結体を製造するこ
とができる。Si3N4 粉末の平均粒径が1.0 μm より大き
いと靭性、硬度共に低下し、一方、チタン炭窒化物粉末
の平均粒径が4 μm より大きいと耐熱衝撃性が劣る傾向
がある。
下の方法によって製造することができる。すなわち、平
均粒径0.8 〜1.0 μm 程度のSi3N4 粉末90〜95重量部に
焼結助剤5 〜10重量部を加えて窒化珪素質セラミック原
料粉末100 重量部を得る。次に平均粒径4 μm 以下の所
定TiC /TiN 重量比のチタン炭窒化物固溶体粉末を窒化
珪素質セラミック原料粉末100重量部に対し2 〜25重量
部加えて混合原料粉末となし、それを焼成することによ
って本発明の窒化珪素質セラミック焼結体を製造するこ
とができる。Si3N4 粉末の平均粒径が1.0 μm より大き
いと靭性、硬度共に低下し、一方、チタン炭窒化物粉末
の平均粒径が4 μm より大きいと耐熱衝撃性が劣る傾向
がある。
【0013】上記混合原料粉末は、それぞれの原料の所
定量を、クロロセン等の有機溶媒と共にボールミルにて
1〜5時間の湿式混合を行い、乾燥後、解碎することに
よって調整することができる。混合粉末はプレス成形、
冷間静水圧法(CIP 法)後常圧焼結法で焼成する。形状
や要求特性により、ホットプレス法、熱間静水圧法(HI
P 法)を採用することもできる。
定量を、クロロセン等の有機溶媒と共にボールミルにて
1〜5時間の湿式混合を行い、乾燥後、解碎することに
よって調整することができる。混合粉末はプレス成形、
冷間静水圧法(CIP 法)後常圧焼結法で焼成する。形状
や要求特性により、ホットプレス法、熱間静水圧法(HI
P 法)を採用することもできる。
【0014】ホットプレス法の場合には、上記混合原料
粉末を黒鉛ダイスに充填し、100Kg/cm2 程度に予備圧縮
した後、温度1600〜1800℃、圧力100 〜400Kg/cm2 で焼
結する。また、HIP 法を利用する場合は、上記混合原料
粉末を1000〜3000Kg/cm2の圧力で冷間静水圧法(CIP
法)によって相対密度50%以上の成形体となし、次いで
予備焼結として温度1600〜1800℃の常圧焼結を行って相
対密度95%以上の焼結体を作製し、さらにその焼結体を
温度1500〜1800℃、圧力500 〜2000atm の窒素雰囲気下
でHIP 焼結を行う。
粉末を黒鉛ダイスに充填し、100Kg/cm2 程度に予備圧縮
した後、温度1600〜1800℃、圧力100 〜400Kg/cm2 で焼
結する。また、HIP 法を利用する場合は、上記混合原料
粉末を1000〜3000Kg/cm2の圧力で冷間静水圧法(CIP
法)によって相対密度50%以上の成形体となし、次いで
予備焼結として温度1600〜1800℃の常圧焼結を行って相
対密度95%以上の焼結体を作製し、さらにその焼結体を
温度1500〜1800℃、圧力500 〜2000atm の窒素雰囲気下
でHIP 焼結を行う。
【0015】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
に本発明を説明する。
【0016】実施例1〜5 比較例1〜6 平均粒径1 μm の Si3N4粉末93重量部と焼結助剤 MgO
1.6重量部、Al2O3 1 重量部、Y2O3 2.4重量部、AlN 2
重量部とからなる混合粉末100 重量部に対し、Tiの炭化
物又は炭窒化物固溶体(市販品:平均粒径1.4 μm グレ
ード)を表1に示す割合で添加し、クロロセンを溶媒と
して1 時間の湿式混合を行い混合原料粉末を調整した。
これを温度1750℃、圧力160Kg/cm2 でホットプレス焼結
した。得られた焼結体よりテストピースを切り出し、硬
度、破壊靭性値、耐熱衝撃性(耐熱衝撃温度)及び耐摩
耗性(摩耗体積)を測定した。それらの結果を表1に示
す。
1.6重量部、Al2O3 1 重量部、Y2O3 2.4重量部、AlN 2
重量部とからなる混合粉末100 重量部に対し、Tiの炭化
物又は炭窒化物固溶体(市販品:平均粒径1.4 μm グレ
ード)を表1に示す割合で添加し、クロロセンを溶媒と
して1 時間の湿式混合を行い混合原料粉末を調整した。
これを温度1750℃、圧力160Kg/cm2 でホットプレス焼結
した。得られた焼結体よりテストピースを切り出し、硬
度、破壊靭性値、耐熱衝撃性(耐熱衝撃温度)及び耐摩
耗性(摩耗体積)を測定した。それらの結果を表1に示
す。
【0017】物性は以下の方法により測定した。 (1)硬度 :ビッカース 20Kg 荷重により測定し
た。 (2)破壊靭性値:IM法により測定した。 (3)耐熱衝撃性:焼結体より JIS 1601 に準拠した3
×4 ×40mmのテストピースを切り出し、シリコニット電
気炉で所定温度に保持した後、水中に落下させ、曲げ強
度を測定し、強度低下の起こる直前の温度を測定し耐熱
衝撃温度とした。 (4)耐摩耗性 :リングオンディスク法で評価した。
水中で銅リングを125Kg/cm2 で押し付け、周速0.1m/sで
1hrリングを回し、摩耗体積を求めた。
た。 (2)破壊靭性値:IM法により測定した。 (3)耐熱衝撃性:焼結体より JIS 1601 に準拠した3
×4 ×40mmのテストピースを切り出し、シリコニット電
気炉で所定温度に保持した後、水中に落下させ、曲げ強
度を測定し、強度低下の起こる直前の温度を測定し耐熱
衝撃温度とした。 (4)耐摩耗性 :リングオンディスク法で評価した。
水中で銅リングを125Kg/cm2 で押し付け、周速0.1m/sで
1hrリングを回し、摩耗体積を求めた。
【0018】
【表1】
【0019】表1から明らかなように、本発明の窒化珪
素質セラミック焼結体は耐摩耗性が良好で高硬度且つ高
靭性であり、しかも耐熱衝撃性に優れていることがわか
る。
素質セラミック焼結体は耐摩耗性が良好で高硬度且つ高
靭性であり、しかも耐熱衝撃性に優れていることがわか
る。
【0020】
【発明の効果】本発明のチタン炭窒化物固溶体分散の窒
化珪素質セラミック焼結体は、高硬度、高靭性且つ耐熱
衝撃性に優れたものである。従って、熱衝撃が頻繁に加
わり高硬度、高靭性を必要とする金属圧延ロールやガイ
ドロールに好適であるが、溶接治具、切削工具等の耐摩
耗部材としても使用することができる。
化珪素質セラミック焼結体は、高硬度、高靭性且つ耐熱
衝撃性に優れたものである。従って、熱衝撃が頻繁に加
わり高硬度、高靭性を必要とする金属圧延ロールやガイ
ドロールに好適であるが、溶接治具、切削工具等の耐摩
耗部材としても使用することができる。
Claims (1)
- 【請求項1】 窒化珪素質セラミック100 重量部に対
し、TiC /TiN 重量比が5/5〜9/1の範囲にあるチ
タン炭窒化物固溶体2〜25重量部を含有してなることを
特徴とする窒化珪素質セラミック焼結体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3250279A JPH0558741A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 窒化珪素質セラミツク焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3250279A JPH0558741A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 窒化珪素質セラミツク焼結体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0558741A true JPH0558741A (ja) | 1993-03-09 |
Family
ID=17205538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3250279A Pending JPH0558741A (ja) | 1991-09-04 | 1991-09-04 | 窒化珪素質セラミツク焼結体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0558741A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06277733A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-04 | Ngk Insulators Ltd | 熱間圧延セラミックスローラ及びロール |
CN105601284A (zh) * | 2016-01-29 | 2016-05-25 | 山东建筑大学 | 一种Sialon-Ti(CN)陶瓷材料及其制备方法 |
-
1991
- 1991-09-04 JP JP3250279A patent/JPH0558741A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06277733A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-04 | Ngk Insulators Ltd | 熱間圧延セラミックスローラ及びロール |
CN105601284A (zh) * | 2016-01-29 | 2016-05-25 | 山东建筑大学 | 一种Sialon-Ti(CN)陶瓷材料及其制备方法 |
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