JPH0686331B2 - 高強度サイアロン基焼結体 - Google Patents
高強度サイアロン基焼結体Info
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- JPH0686331B2 JPH0686331B2 JP2099253A JP9925390A JPH0686331B2 JP H0686331 B2 JPH0686331 B2 JP H0686331B2 JP 2099253 A JP2099253 A JP 2099253A JP 9925390 A JP9925390 A JP 9925390A JP H0686331 B2 JPH0686331 B2 JP H0686331B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高温高強度、高硬度及び高靭性を有する各種
エンジニアリングセラミックスを製造するために有用な
高強度サイアロン基焼結体に関する。
エンジニアリングセラミックスを製造するために有用な
高強度サイアロン基焼結体に関する。
（従来技術及びその問題点） α−サイアロンは、α型窒化珪素のSi位置にAlが、Ｎ位
置にＯが置換固溶すると同時に、格子間位置に変性溶カ
チオンＭが侵入固溶した物質であり、 式 Mx（Si,Al）12（O,N）16 〔Ｉ〕 （式中、ＭはLi,Mg,Ca,Y及びランタニド元素（但し、La
とCeを除く）を示し、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数であ
る。） で表わされる。このＭα−サイアロンは、高硬度、低熱
膨張率、優れた耐蝕性等のエンジニアリングセラミック
スとしての特性を有している。
置にＯが置換固溶すると同時に、格子間位置に変性溶カ
チオンＭが侵入固溶した物質であり、 式 Mx（Si,Al）12（O,N）16 〔Ｉ〕 （式中、ＭはLi,Mg,Ca,Y及びランタニド元素（但し、La
とCeを除く）を示し、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数であ
る。） で表わされる。このＭα−サイアロンは、高硬度、低熱
膨張率、優れた耐蝕性等のエンジニアリングセラミック
スとしての特性を有している。
しかし、Ｍα−サイアロン結晶単相の焼結体は、結晶形
状が粒状であることが１つの原因と思われるが、エンジ
ニアリングセラミックスとしての強度、破壊靭性等の特
性が十分とは言えない。そこで、この欠点を改良するた
めに、特開昭58−185484号公報、同58−204875号公報、
同63−233082号公報等には、Ｍα−サイアロン結晶相
と、β型窒化珪素のSi位置にAlが、Ｎ位置にＯが置換固
溶した 式 Si6-zAlzOzN8-z 〔II〕 （式中、ｚは０＜ｚ≦4.2を満足する数である。） で表わされる針状のβ−サイアロン結晶相とを複合化さ
せたサイアロン基焼結体が提案されている。
状が粒状であることが１つの原因と思われるが、エンジ
ニアリングセラミックスとしての強度、破壊靭性等の特
性が十分とは言えない。そこで、この欠点を改良するた
めに、特開昭58−185484号公報、同58−204875号公報、
同63−233082号公報等には、Ｍα−サイアロン結晶相
と、β型窒化珪素のSi位置にAlが、Ｎ位置にＯが置換固
溶した 式 Si6-zAlzOzN8-z 〔II〕 （式中、ｚは０＜ｚ≦4.2を満足する数である。） で表わされる針状のβ−サイアロン結晶相とを複合化さ
せたサイアロン基焼結体が提案されている。
しかしながら、このサイアロン基焼結体の機械的特性
も、高温材料として使用するには、実用上十分なもので
はない。また、変性用カチオンＭとしては、イットリウ
ムＹが一般的であるが、Ｙを含むサイアロン基焼結体
は、高温における耐酸化性が劣ると言われており、過酷
な条件下で使用されるカスタービン部品などへの利用
は、困難であることが予想される。
も、高温材料として使用するには、実用上十分なもので
はない。また、変性用カチオンＭとしては、イットリウ
ムＹが一般的であるが、Ｙを含むサイアロン基焼結体
は、高温における耐酸化性が劣ると言われており、過酷
な条件下で使用されるカスタービン部品などへの利用
は、困難であることが予想される。
（発明の目的） 本発明の目的は、前記問題点を解決し、耐酸化性に優
れ、かつ高温強度及び靭性の高い新規なサイアロン基焼
結体を提供することである。
れ、かつ高温強度及び靭性の高い新規なサイアロン基焼
結体を提供することである。
（発明の要旨） 本発明によれば、 蛍石型結晶構造のRE2M2-uO7-2uの微結晶（式中、ＲはH
o,Er,Tm,Yb及びLuの中から選ばれた希土類元素、ＭはHf
及び／又はZrを示し、ｕは−１＜ｕ＜１を満足する数で
ある。）、食塩型結晶構造のＭ′Nvの微結晶 （式中、Ｍ′はHf及び／又はZrを示し、ｖは0.7≦ｖ≦
1.2を満足する数である。）、 式 REx（Si,Al）12（O,N）16 〔III〕 （式中、REはHo,Er,Tm,Yb及びLuの中から選ばれた変性
用希土類元素を示し、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数であ
る。）で表わされるREα−サイアロンの結晶、前記式
〔II〕で表わされるβ−サイアロンの結晶、Al、Siを含
有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ結晶、及びREを含
む前記以外の結晶相及び／又はガラス相から構成されて
なる高強度サイアロン基焼結体が提供される。
o,Er,Tm,Yb及びLuの中から選ばれた希土類元素、ＭはHf
及び／又はZrを示し、ｕは−１＜ｕ＜１を満足する数で
ある。）、食塩型結晶構造のＭ′Nvの微結晶 （式中、Ｍ′はHf及び／又はZrを示し、ｖは0.7≦ｖ≦
1.2を満足する数である。）、 式 REx（Si,Al）12（O,N）16 〔III〕 （式中、REはHo,Er,Tm,Yb及びLuの中から選ばれた変性
用希土類元素を示し、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数であ
る。）で表わされるREα−サイアロンの結晶、前記式
〔II〕で表わされるβ−サイアロンの結晶、Al、Siを含
有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ結晶、及びREを含
む前記以外の結晶相及び／又はガラス相から構成されて
なる高強度サイアロン基焼結体が提供される。
（発明の具体的説明） 本発明のサイアロン基焼結体における各相の含有割合
は、以下に示す範囲が望ましい。
は、以下に示す範囲が望ましい。
１＜RE2M2-uO7-2uの微結晶相 ＜20重量％ 0.5M′Nvの微結晶相 ＜10重量％ ５＜REα−サイアロンの結晶相 ＜50重量％ 30＜β−サイアロンの結晶相 ＜90重量％ 0.5＜Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ結
晶相 ＜10重量％ １＜REを含む結晶相及び／又はガラス相 ＜10重量％ 但し、REα−サイアロンの結晶相及びβ−サイアロンの
結晶相は、それぞれ式〔III〕及び式〔II〕で表わされ
る組成を有し、それぞれの相とも各結晶粒子間で必ずし
も一定の組成である必要はなく、異なった組成になって
いてもよい。α−サイアロンの格子間にＹよりもイオン
半径の小さなHo,Er,Tm,Yb又はLuが侵入固溶することに
より、得られるサイアロン基焼結体の耐酸化性が改善さ
れ、高温の酸素含有雰囲気中でも、安定して使用するこ
とが可能となる。特に、侵入固溶する元素がEr,Tm,Yb又
はLuの場合に、耐酸化性が優れている。
晶相 ＜10重量％ １＜REを含む結晶相及び／又はガラス相 ＜10重量％ 但し、REα−サイアロンの結晶相及びβ−サイアロンの
結晶相は、それぞれ式〔III〕及び式〔II〕で表わされ
る組成を有し、それぞれの相とも各結晶粒子間で必ずし
も一定の組成である必要はなく、異なった組成になって
いてもよい。α−サイアロンの格子間にＹよりもイオン
半径の小さなHo,Er,Tm,Yb又はLuが侵入固溶することに
より、得られるサイアロン基焼結体の耐酸化性が改善さ
れ、高温の酸素含有雰囲気中でも、安定して使用するこ
とが可能となる。特に、侵入固溶する元素がEr,Tm,Yb又
はLuの場合に、耐酸化性が優れている。
RE2M2-uO7-2u及びＭ′Nvの微結晶相の割合が前記範囲を
外れると、得られるサイアロン基焼結体の機械的強度が
低下し、またそのバラツキも大きくなるので好ましくな
い。
外れると、得られるサイアロン基焼結体の機械的強度が
低下し、またそのバラツキも大きくなるので好ましくな
い。
本発明において、RE2M2-uO7-2uの微結晶は、RE2Hf2O7、
RE2Zr2O7、又は両者の固溶体、あるいは、これらとRE2O
3、HfO2、又はZrO2との固溶体を表わし、−１＜ｕ＜１
である。
RE2Zr2O7、又は両者の固溶体、あるいは、これらとRE2O
3、HfO2、又はZrO2との固溶体を表わし、−１＜ｕ＜１
である。
また、Ｍ′Nvの微結晶は、HfN、ZrN、又は両者の固溶
体、あるいは、これらの不定比組成化合物を表わし、0.
7≦ｖ≦1.2である。
体、あるいは、これらの不定比組成化合物を表わし、0.
7≦ｖ≦1.2である。
また、本発明のサイアロン基焼結体において、REα−サ
イアロンの結晶の長径が0.05〜10μｍ、β−サイアロン
の結晶の長径が１〜100μｍであることが好ましい。
イアロンの結晶の長径が0.05〜10μｍ、β−サイアロン
の結晶の長径が１〜100μｍであることが好ましい。
Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ結晶
は、15R、21R、27R、8H、12H、12Hδなどの長周期構造
を有するAlN近傍組成の結晶群を表わす。
は、15R、21R、27R、8H、12H、12Hδなどの長周期構造
を有するAlN近傍組成の結晶群を表わす。
REを含む結晶相としては、例えばメリライト型のRE2Si3
O3N4、アパタイト型のRE10（SiO4）6N2、ウォラストナ
イト型のRESiO2N、ウォーレライト型のRE4Si2O7N2、ガ
ーネット型のRE3Al5O12、ムライト型のRE4Al2O9、RE3Al
Si2O7N2、RE2Si2O7、RE2SiO5等が挙げられるが、これら
の結晶群だけに限定されるものではない。
O3N4、アパタイト型のRE10（SiO4）6N2、ウォラストナ
イト型のRESiO2N、ウォーレライト型のRE4Si2O7N2、ガ
ーネット型のRE3Al5O12、ムライト型のRE4Al2O9、RE3Al
Si2O7N2、RE2Si2O7、RE2SiO5等が挙げられるが、これら
の結晶群だけに限定されるものではない。
本発明のサイアロン基焼結体中には、β−サイアロンの
結晶、Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ
結晶、REを含む結晶相及び／又はガラス相、及び粒界で
結晶化した蛍石型結晶構造のRE2M2-uO7-2uの微粒結晶及
び食塩型結晶構造のＭ′Nvの微粒結晶が、REα−サイア
ロンの結晶と共に存在する。
結晶、Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ
結晶、REを含む結晶相及び／又はガラス相、及び粒界で
結晶化した蛍石型結晶構造のRE2M2-uO7-2uの微粒結晶及
び食塩型結晶構造のＭ′Nvの微粒結晶が、REα−サイア
ロンの結晶と共に存在する。
本発明においては、この焼結体中に存在する、RE2M2-uO
7-2uの及びＭ′Nvの微粒結晶により、粒界相（RE2M2-uO
7-2uとREを含む結晶相及び／又はガラス相）の強度特性
が向上する。特に、高温で軟化すると言われている粒界
ガラス相の耐熱性が改善され、高温まで優れた機械的特
性を維持することができる。また、焼結体中には組成、
結晶相、粒子形状、粒子径及び熱膨張率の異なる種々の
相が存在し、焼結後に、焼結体中に微小歪に基づく微小
クラックが発生する。このことが、針状結晶及び粒状結
晶の三次元的交錯によるマトリックスの強化作用、クラ
ック進展阻止作用と相俟って、得られるサイアロン基焼
結体の破壊靭性等の機械的特性を向上させるものと考え
られる。
7-2uの及びＭ′Nvの微粒結晶により、粒界相（RE2M2-uO
7-2uとREを含む結晶相及び／又はガラス相）の強度特性
が向上する。特に、高温で軟化すると言われている粒界
ガラス相の耐熱性が改善され、高温まで優れた機械的特
性を維持することができる。また、焼結体中には組成、
結晶相、粒子形状、粒子径及び熱膨張率の異なる種々の
相が存在し、焼結後に、焼結体中に微小歪に基づく微小
クラックが発生する。このことが、針状結晶及び粒状結
晶の三次元的交錯によるマトリックスの強化作用、クラ
ック進展阻止作用と相俟って、得られるサイアロン基焼
結体の破壊靭性等の機械的特性を向上させるものと考え
られる。
本発明のサイアロン基焼結体を製造する方法としては、
前記構造の焼結体が得られれば、どのような方法を用い
てもよい。
前記構造の焼結体が得られれば、どのような方法を用い
てもよい。
以下に、本発明のサイアロン基焼結体を製造する方法の
一例を述べる。
一例を述べる。
本発明のサイアロン基焼結体は、前記式〔III〕で表わ
されるREα−サイアロンを主たる相とし、かつ式〔II
I〕で規定される論理酸素量に対して８重量％以下の過
剰酸素を含有するREα−サイアロン粉末60重量％以下、
酸化ハフニウム粉末及び／又は酸化ジルコニウム粉末15
重量％以下、及び残部がα−窒化珪素粉末からなる原料
混合粉末を、最高温度を1600〜2100℃の範囲に加熱、焼
結することにより得られる。
されるREα−サイアロンを主たる相とし、かつ式〔II
I〕で規定される論理酸素量に対して８重量％以下の過
剰酸素を含有するREα−サイアロン粉末60重量％以下、
酸化ハフニウム粉末及び／又は酸化ジルコニウム粉末15
重量％以下、及び残部がα−窒化珪素粉末からなる原料
混合粉末を、最高温度を1600〜2100℃の範囲に加熱、焼
結することにより得られる。
REα−サイアロン粉末としては、式〔III〕で表わされ
るREα−サイアロンを主たる相とする粉末であれば、い
かなる粉末を使用しても良いが、本出願人が先に提案し
た特開昭62−223009号の発明に従って調製した粉末が好
適である。
るREα−サイアロンを主たる相とする粉末であれば、い
かなる粉末を使用しても良いが、本出願人が先に提案し
た特開昭62−223009号の発明に従って調製した粉末が好
適である。
この提案の方法は、 （ａ）非晶質窒化珪素粉末、 （ｂ）金属アルミニウム又は窒化アルミニウム、 （ｃ）REα−サイアロンの格子間に侵入固溶するRE（RE
はHo,Er,Tm,Yb又はLuの中から選ばれた変性用希土類元
素）の酸化物を生成する金属塩類、及び必要に応じて、 （ｄ）アルミニウム又は珪素の酸素含有化合物を、所望
のREα−サイアロン組成になるように混合し、混合物を
窒素含有雰囲気下で1300〜1900℃の範囲の温度に加熱す
ることにより、REα−サイアロン粉末を製造する方法で
ある。この方法で得られるREα−サイアロン粉末は、一
次粒子の大きさが0.2〜２μｍの微細かつ均一粒度の粉
末であって、遊離炭素及び金属不純物を殆ど含有しない
ので、気孔及び異常粒成長のない焼結体を与えることが
できる。
はHo,Er,Tm,Yb又はLuの中から選ばれた変性用希土類元
素）の酸化物を生成する金属塩類、及び必要に応じて、 （ｄ）アルミニウム又は珪素の酸素含有化合物を、所望
のREα−サイアロン組成になるように混合し、混合物を
窒素含有雰囲気下で1300〜1900℃の範囲の温度に加熱す
ることにより、REα−サイアロン粉末を製造する方法で
ある。この方法で得られるREα−サイアロン粉末は、一
次粒子の大きさが0.2〜２μｍの微細かつ均一粒度の粉
末であって、遊離炭素及び金属不純物を殆ど含有しない
ので、気孔及び異常粒成長のない焼結体を与えることが
できる。
REα−サイアロン粉末の焼結性を高めると同時に高強度
のサイアロン基焼結体を得るためには、焼結原料のREα
−サイアロン粉末が、式〔III〕で規定される理論酸素
量に対して、８重量％以下の過剰酸素を含有しているこ
とが必要である。
のサイアロン基焼結体を得るためには、焼結原料のREα
−サイアロン粉末が、式〔III〕で規定される理論酸素
量に対して、８重量％以下の過剰酸素を含有しているこ
とが必要である。
REα−サイアロン粉末に過剰の酸素を含有させる方法と
しては、例えば、REα−サイアロン粉末の調製段階で、
非晶質窒化珪素に珪素、アルミニウム又は特定の希土類
元素REの酸素含有化合物を過剰量添加する方法、REα−
サイアロン粉末を酸素含有雰囲気中で加熱する方法が採
用される。後者の一例としては、REα−サイアロン粉末
を、酸素含有雰囲気中で800〜1200℃の範囲の温度に加
熱して、理論量より過剰の酸素をREα−サイアロン粉末
に含有させる方法が挙げられる。加熱時間は通常0.5〜
５時間である。この処理は、例えばREα−サイアロン粉
末を保持板上に薄く乗せて、酸素含有雰囲気中に放置す
る方法、REα−サイアロン粉末を酸素含有雰囲気中で流
動化させる方法によって行うことができる。
しては、例えば、REα−サイアロン粉末の調製段階で、
非晶質窒化珪素に珪素、アルミニウム又は特定の希土類
元素REの酸素含有化合物を過剰量添加する方法、REα−
サイアロン粉末を酸素含有雰囲気中で加熱する方法が採
用される。後者の一例としては、REα−サイアロン粉末
を、酸素含有雰囲気中で800〜1200℃の範囲の温度に加
熱して、理論量より過剰の酸素をREα−サイアロン粉末
に含有させる方法が挙げられる。加熱時間は通常0.5〜
５時間である。この処理は、例えばREα−サイアロン粉
末を保持板上に薄く乗せて、酸素含有雰囲気中に放置す
る方法、REα−サイアロン粉末を酸素含有雰囲気中で流
動化させる方法によって行うことができる。
過剰酸素量は８重量％以下、好ましくは１〜6.5重量
％、特に好ましくは２〜４重量％である。過剰酸素量が
過度に多いと、焼結体中に融点の低い相が多く残留し、
高温での機械的特性が損なわれるようになる。
％、特に好ましくは２〜４重量％である。過剰酸素量が
過度に多いと、焼結体中に融点の低い相が多く残留し、
高温での機械的特性が損なわれるようになる。
α−窒化珪素粉末としては、焼結性の面で１μｍ以下の
平均粒径を有していることが好ましく、さらに、得られ
る焼結体の高温での強度、耐蝕性、耐酸化性を損なう不
純物の含有量が、0.1重量％以下であることが好まし
い。
平均粒径を有していることが好ましく、さらに、得られ
る焼結体の高温での強度、耐蝕性、耐酸化性を損なう不
純物の含有量が、0.1重量％以下であることが好まし
い。
前記原料混合粉末中のα−窒化珪素粉末の配合割合は40
重量％以上、好ましくは50〜90重量％、さらに好ましく
は60〜80重量％である。上記範囲内において窒化珪素粉
末の配合割合を高めるに従って、生成サイアロン基焼結
体中のβ−サイアロン相の割合が増大する。α−窒化珪
素粉末の配合割合が90重量％を超えると、混合物の焼結
性が低下し、焼結体の緻密化が進行しなくなる。
重量％以上、好ましくは50〜90重量％、さらに好ましく
は60〜80重量％である。上記範囲内において窒化珪素粉
末の配合割合を高めるに従って、生成サイアロン基焼結
体中のβ−サイアロン相の割合が増大する。α−窒化珪
素粉末の配合割合が90重量％を超えると、混合物の焼結
性が低下し、焼結体の緻密化が進行しなくなる。
また、本発明においては、前記α−窒化珪素粉末が、さ
らにアルミニウム又は変性用希土類元素REを成分として
含んでもよい。この場合も、アルミニウム又は変性用希
土類元素REが、α−窒化珪素粉末の粒子内部又は表面に
存在してもよいし、アルミニウム又は変性用希土類元素
REの酸化物、窒化物、酸窒化物等の粉末を混合してもよ
い。また、主要金属成分以外の金属不純物の含有量が0.
1重量％以下であることが好ましい。
らにアルミニウム又は変性用希土類元素REを成分として
含んでもよい。この場合も、アルミニウム又は変性用希
土類元素REが、α−窒化珪素粉末の粒子内部又は表面に
存在してもよいし、アルミニウム又は変性用希土類元素
REの酸化物、窒化物、酸窒化物等の粉末を混合してもよ
い。また、主要金属成分以外の金属不純物の含有量が0.
1重量％以下であることが好ましい。
さらに、必要に応じて、前記原料混合粉末に、10重量％
以下の窒化ハフニウム粉末及び／又は窒化ジルコニウム
粉末を添加することもできる。例えば、本発明のサイア
ロン基焼結体中のＭ′Nvの微結晶は、焼結過程におい
て、前記原料混合粉末中の酸化ハフニウム及び／又は酸
化ジルコニウムが、雰囲気中の窒素ガスと反応して、還
元窒化されることにより生成するので、予め窒化ハフニ
ウム粉末及び／又は窒化ジルコニウムを添加しておくこ
とにより、Ｍ′Nvの微結晶の生成割合を増加させること
ができる。
以下の窒化ハフニウム粉末及び／又は窒化ジルコニウム
粉末を添加することもできる。例えば、本発明のサイア
ロン基焼結体中のＭ′Nvの微結晶は、焼結過程におい
て、前記原料混合粉末中の酸化ハフニウム及び／又は酸
化ジルコニウムが、雰囲気中の窒素ガスと反応して、還
元窒化されることにより生成するので、予め窒化ハフニ
ウム粉末及び／又は窒化ジルコニウムを添加しておくこ
とにより、Ｍ′Nvの微結晶の生成割合を増加させること
ができる。
前記原料混合粉末の調製方法については特に制限はな
く、それ自体公知の方法、例えば、個々の原料粉末を乾
式混合する方法、不活性液体中で湿式混合した後、不活
性液体を除去する方法等を適宜採用することができる。
混合装置としてはＶ型混合機、ボールミル、振動ミル等
が便利に使用される。
く、それ自体公知の方法、例えば、個々の原料粉末を乾
式混合する方法、不活性液体中で湿式混合した後、不活
性液体を除去する方法等を適宜採用することができる。
混合装置としてはＶ型混合機、ボールミル、振動ミル等
が便利に使用される。
原料混合粉末の加熱焼結は、例えば、混合粉末をそのま
ま乾式あるいは湿式で所定の形状に成形し、湿式で成形
した場合は乾燥処理を行った後に、常圧又は加圧した窒
素含有非酸化性ガス雰囲気下で焼結する方法、原料粉末
を所定の形状のダイスに充填し、ホットプレスする方法
等を採用することができる。また、上記方法で得られた
焼結体をさらに熱間静水圧プレスすることにより、焼結
体の物理的特性を一層高めることもできる。
ま乾式あるいは湿式で所定の形状に成形し、湿式で成形
した場合は乾燥処理を行った後に、常圧又は加圧した窒
素含有非酸化性ガス雰囲気下で焼結する方法、原料粉末
を所定の形状のダイスに充填し、ホットプレスする方法
等を採用することができる。また、上記方法で得られた
焼結体をさらに熱間静水圧プレスすることにより、焼結
体の物理的特性を一層高めることもできる。
常圧又は雰囲気加圧焼結に先立つ混合粉末の成形は、公
知の方法、例えばラバープレス法、一軸成形法、鋳込成
形法、射出成形法、爆発圧縮成形法等によって行うこと
ができる。
知の方法、例えばラバープレス法、一軸成形法、鋳込成
形法、射出成形法、爆発圧縮成形法等によって行うこと
ができる。
焼結温度は通常1600〜2100℃であり、焼結時間は通常0.
5〜10時間である。焼結温度が過度に低いと焼結が進行
せず、また焼結温度が過度に高いと、焼結体に熱分解に
よる組成変化が生じるようになる。
5〜10時間である。焼結温度が過度に低いと焼結が進行
せず、また焼結温度が過度に高いと、焼結体に熱分解に
よる組成変化が生じるようになる。
前記方法により、REα−サイアロンとα−窒化珪素との
反応によって生成すると考えられるβ−サイアロンの結
晶、Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ結
晶、REを含む結晶相及び／又はガラス相、及び粒界で結
晶化した蛍石型結晶構造のRE2M2-uO7-2uの微粒結晶及び
食塩型結晶構造のＭ′Nvの微粒結晶が、原料のREα−サ
イアロンの組成より式〔III〕のｘが若干低いREα−サ
イアロンの結晶と共に存在するサイアロン基焼結体が得
られる。
反応によって生成すると考えられるβ−サイアロンの結
晶、Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ結
晶、REを含む結晶相及び／又はガラス相、及び粒界で結
晶化した蛍石型結晶構造のRE2M2-uO7-2uの微粒結晶及び
食塩型結晶構造のＭ′Nvの微粒結晶が、原料のREα−サ
イアロンの組成より式〔III〕のｘが若干低いREα−サ
イアロンの結晶と共に存在するサイアロン基焼結体が得
られる。
特に、サイアロン基焼結体の粒界に耐熱性の高い結晶相
又はガラス相を形成させる為には、焼結条件下におい
て、これらの耐熱性粒界相と共存しうるAl、Siを含有す
る複合酸窒化物のAlNポリタイプ結晶の析出が不可欠で
ある。従って、例えば、原料のREα−サイアロン粉末と
して過剰酸素量が５重量％以下のものを用いる方法、窒
化アルミニウム粉末を添加する方法、焼結雰囲気の窒素
ガス圧力を高くする方法等により、AlNポリタイプ結晶
の析出を促進することが望ましい。
又はガラス相を形成させる為には、焼結条件下におい
て、これらの耐熱性粒界相と共存しうるAl、Siを含有す
る複合酸窒化物のAlNポリタイプ結晶の析出が不可欠で
ある。従って、例えば、原料のREα−サイアロン粉末と
して過剰酸素量が５重量％以下のものを用いる方法、窒
化アルミニウム粉末を添加する方法、焼結雰囲気の窒素
ガス圧力を高くする方法等により、AlNポリタイプ結晶
の析出を促進することが望ましい。
（発明の効果） 本発明で得られるサイアロン基焼結体は、従来のサイア
ロン基焼結体に比較して、高温強度、破壊靭性等の機械
的特性はもちろんのこと、特に耐酸化性が著しく向上し
ているので、信頼性の高い構造材料、特にガスタービン
エンジン用のローター、ステーター、燃焼器などの耐熱
部品として好適に使用することができる。
ロン基焼結体に比較して、高温強度、破壊靭性等の機械
的特性はもちろんのこと、特に耐酸化性が著しく向上し
ているので、信頼性の高い構造材料、特にガスタービン
エンジン用のローター、ステーター、燃焼器などの耐熱
部品として好適に使用することができる。
（実施例） 以下に実施例及び比較例を示す。
実施例１〜15及び比較例１〜７ 第１表に示す配合割合の非晶質窒化珪素粉末、希土類酸
化物（RE2O3）粉末及び金属Al粉末を、窒素ガス雰囲気
下に振動ミルで１時間混合した。混合粉末をカーボン製
ルツボに充填して抵抗加熱式高温炉内にセットし、窒素
ガス雰囲気下、室温から1200℃迄を１時間、1200℃から
1400℃迄を４時間、さらに1400℃から1600℃迄を２時間
の昇温スケジュールで加熱することにより結晶化させ、
REα−サイアロン粉末を得た。得られたREα−サイアロ
ン粉末の特性を第１表に示す。
化物（RE2O3）粉末及び金属Al粉末を、窒素ガス雰囲気
下に振動ミルで１時間混合した。混合粉末をカーボン製
ルツボに充填して抵抗加熱式高温炉内にセットし、窒素
ガス雰囲気下、室温から1200℃迄を１時間、1200℃から
1400℃迄を４時間、さらに1400℃から1600℃迄を２時間
の昇温スケジュールで加熱することにより結晶化させ、
REα−サイアロン粉末を得た。得られたREα−サイアロ
ン粉末の特性を第１表に示す。
以上のようにして合成したREα−サイアロン粉末、 比表面積 :11.5m2/g 粒子形状 ：等軸結晶 生成相 ：α相＞95％ 酸素含有量:1.3重量％ 金属不純物：＜500ppm という特性を有するα−窒化珪素粉末（宇部興産（株）
製）、酸化ハフニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末、窒
化ハフニウム粉末及び窒化ジルコニウム粉末（いずれも
ヘルマン・シー・スタルク（株）製）を、第２表及び第
３表に示す配合割合で、媒体としてエタノールを用い、
48時間湿式ボールミリングした後、80℃で真空乾燥し
た。得られた原料粉末150gを、表面を窒化硼素で被覆し
た内径100mmの黒鉛製ダイスに充填し、ホットプレス焼
結装置にセットした後、250kg/cm2の加圧下に室温から1
750℃まで200℃／時で昇温し、同温度に１時間保持し
た。
製）、酸化ハフニウム粉末、酸化ジルコニウム粉末、窒
化ハフニウム粉末及び窒化ジルコニウム粉末（いずれも
ヘルマン・シー・スタルク（株）製）を、第２表及び第
３表に示す配合割合で、媒体としてエタノールを用い、
48時間湿式ボールミリングした後、80℃で真空乾燥し
た。得られた原料粉末150gを、表面を窒化硼素で被覆し
た内径100mmの黒鉛製ダイスに充填し、ホットプレス焼
結装置にセットした後、250kg/cm2の加圧下に室温から1
750℃まで200℃／時で昇温し、同温度に１時間保持し
た。
得られた焼結体の嵩密度及び生成相の割合を測定した結
果を、第２表及び第３表に示す。なお、生成相の割合
は、Ｘ線回折ピーク強度により算出した。第１図に実施
例５で得られた焼結体のＸ線回折チャートを示す。
果を、第２表及び第３表に示す。なお、生成相の割合
は、Ｘ線回折ピーク強度により算出した。第１図に実施
例５で得られた焼結体のＸ線回折チャートを示す。
また、作成した焼結体から３×４×40mmのテストピース
100本を切り出し、これを外スパン30mm、内スパン10mm
の４点曲げ試験治具にセットして、室温及び1400℃にお
ける曲げ強度を測定した。破壊靭性値K1cは、SEPB法に
よりを測定した。また、得られた焼結体の耐酸化性試験
として、テストピースを空気中1350℃にて100時間加熱
処理し、酸化による重量増加、及び酸化後の室温におけ
る曲げ強度を測定した。これらの結果を、第２表及び第
３表に示す、 なお、室温強度値（サンプル数50本）についてワイブル
係数を算出した所、実施例１〜15では、いづれも20〜30
であり、比較例１〜７では、６〜10であった。
100本を切り出し、これを外スパン30mm、内スパン10mm
の４点曲げ試験治具にセットして、室温及び1400℃にお
ける曲げ強度を測定した。破壊靭性値K1cは、SEPB法に
よりを測定した。また、得られた焼結体の耐酸化性試験
として、テストピースを空気中1350℃にて100時間加熱
処理し、酸化による重量増加、及び酸化後の室温におけ
る曲げ強度を測定した。これらの結果を、第２表及び第
３表に示す、 なお、室温強度値（サンプル数50本）についてワイブル
係数を算出した所、実施例１〜15では、いづれも20〜30
であり、比較例１〜７では、６〜10であった。
実施例16〜30及び比較例８〜15 実施例１〜15で使用したREα−サイアロン粉末、α−窒
化珪素粉末、酸化ハフニウム粉末、酸化ジルコニウム粉
末及び窒化アルミニウム粉末を、第４表及び第５表に示
す配合割合で、媒体としてエタノールを用い、48時間湿
式ボールミリングした後、80℃で真空乾燥した。
化珪素粉末、酸化ハフニウム粉末、酸化ジルコニウム粉
末及び窒化アルミニウム粉末を、第４表及び第５表に示
す配合割合で、媒体としてエタノールを用い、48時間湿
式ボールミリングした後、80℃で真空乾燥した。
粉末混合物を、断面が50×80mm角の金型を用いて、矩形
状に予備成形した後、圧力1.5ton/cm2でラバープレスし
た。得られた成形体を、電気炉を用いて、第４表及び第
５表に記載の温度−窒素ガス圧力条件下に昇温し、同温
度に２時間保持して、常圧焼結又は雰囲気加圧焼結を行
った。
状に予備成形した後、圧力1.5ton/cm2でラバープレスし
た。得られた成形体を、電気炉を用いて、第４表及び第
５表に記載の温度−窒素ガス圧力条件下に昇温し、同温
度に２時間保持して、常圧焼結又は雰囲気加圧焼結を行
った。
得られた焼結体の各種特性を、実施例１と同様にして測
定した。その結果を、第４表および第５表に示す。な
お、室温強度値（サンプル数50本）についてワイブル係
数を算出した所、実施例16〜30では、いづれも18〜28で
あり、比較例８〜15では、６〜10であった。
定した。その結果を、第４表および第５表に示す。な
お、室温強度値（サンプル数50本）についてワイブル係
数を算出した所、実施例16〜30では、いづれも18〜28で
あり、比較例８〜15では、６〜10であった。
第１図は、本発明の実施例５で得られた焼結体のＸ線回
折図である。
折図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神徳 泰彦 山口県宇部市大字小串1978番地の５ 宇部 興産株式会社宇部研究所内 審査官 柳 和子 (56)参考文献 特開 昭59−199579（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−208866（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−290373（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】蛍石型結晶構造のRE2M2-uO7-2uの微結晶
（式中、REはHo,Er,Tm,Yb及びLuの中から選ばれた希土
類元素、ＭはHf及び／又はZrを示し、ｕは−１＜ｕ＜１
を満足する数である。）、 食塩型結晶構造のＭ′Nvの微結晶 （式中、Ｍ′はHf及び／又はZrを示し、ｖは0.7≦ｖ≦
1.2を満足する数である。）、 式 REx（Si,Al）12（O,N）16 （式中、REはHo,Er,Tm,Yb及びLuの中から選ばれた変性
用希土類元素を示し、ｘは０＜ｘ≦１を満足する数であ
る。） で表わされるREα−サイアロンの結晶、 式 Si6-zAlzOzN8-z （式中、ｚは０＜ｚ≦4.2を満足する数である。） で表わされるβ−サイアロンの結晶、 Al、Siを含有する複合酸窒化物のAlNポリタイプ結晶、 及びREを含む前記以外の結晶相及び／又はガラス相から
構成されてなる高強度サイアロン基焼結体。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2099253A JPH0686331B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 高強度サイアロン基焼結体 |
| US07/680,944 US5200374A (en) | 1990-04-06 | 1991-04-05 | Sialon-based sintered body and process for producing same |
| GB9107154A GB2243364B (en) | 1990-04-06 | 1991-04-05 | Sialon-based sintered body and process for producing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2099253A JPH0686331B2 (ja) | 1990-04-17 | 1990-04-17 | 高強度サイアロン基焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042664A JPH042664A (ja) | 1992-01-07 |
| JPH0686331B2 true JPH0686331B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=14242549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2099253A Expired - Lifetime JPH0686331B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-17 | 高強度サイアロン基焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0686331B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7309673B2 (en) | 2005-02-09 | 2007-12-18 | Kennametal Inc. | SiAlON ceramic and method of making the same |
| JP5491758B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2014-05-14 | 日本バルカー工業株式会社 | 充填材入りフッ素樹脂シート、その製造方法およびガスケット |
| JP6335539B2 (ja) * | 2014-02-14 | 2018-05-30 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ素子、セラミックヒータおよびグロープラグ |
-
1990
- 1990-04-17 JP JP2099253A patent/JPH0686331B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH042664A (ja) | 1992-01-07 |
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