JPS6337074B2 - - Google Patents
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- 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
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- Japan
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- sintered body
- carbides
- nitrides
- sialon
- weight
- Prior art date
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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。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to a novel α-sialon sintered body and a method for producing the same. Since α-sialon has high oxidation resistance at high temperatures and excellent corrosion resistance against molten metal and slag, α-sialon powder is useful as a raw material for various refractories.
In addition, the sintered body has high high temperature strength and hardness, so
It is also expected to be used as automobile engine parts and metal cutting tools. Conventional technology α-Sialon is an interstitial structure of α-Si 3 N 4 structure.
Li, Na, Mg, Ca, Y, or rare earth metals are interstitial solid dissolved therein. In order to maintain electrical neutrality, a small amount of Al is substituted in the Si position and O is substituted in the N position. Due to this solid solution, the α-Si 3 N 4 type structure is stable even at high temperatures. α-Sialon has the general formula M X (Si, Al) 12 (O,
N) 16 (M is singly or a mixture selected from Li, Na, Mg, Ca, Y and rare earth metals, x is 0
<x2. ). In this general formula, M is a monovalent, divalent, or trivalent metal, and Si 3 N 4 and M 2 O + 3AlN, Si 3 N 4 and MO +
A sintered body is obtained by heating with a mixture of 3AlN, Si 3 N 4 and M 2 O 3 + 9AlN. Conventionally, methods for producing α-sialon sintered bodies include a method of hot pressing the composition raw material powder (Japanese Patent Application Laid-Open No. 129667/1983), and an atmospheric pressure sintering method (Japanese Patent Application Laid-open No. 129667/1983).
No. 57-3769) and gas pressure sintering method (Japanese Patent Application No. 1983)
−194675) has been developed. However, no matter which method is used for sintering, the resulting sintered body has 4 to 5% pores, has a high density,
There were problems in terms of high strength, high toughness, and high strength and hardness. Purpose of the Invention The present invention was made to solve these problems, and its purpose is to provide an α-sialon sintered body that has excellent mechanical strength such as bending strength due to high hardness and high toughness. be. Structure of the Invention As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventors found that the general formula M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (However,
B, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo,
The α-sialon sintered body containing 0.1 to 20% by weight of one or more compounds selected from carbides or nitrides of Hf, Ta, and W, carbides of Si, and nitrides of V has high hardness. It was found that this material has high toughness and excellent mechanical strength. The present invention was completed based on this knowledge. The gist of the present invention is (1) General formula M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (However, M
represents one or a mixture selected from Li, Na, Ca, Mg, Y and rare earth elements, and x represents 0<x2. ), B,
α-sialon sintered material containing a phase consisting of one or more compounds selected from Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W carbides or nitrides, Si carbides, and V nitrides. Body. and (2) general formula M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (however, M
represents one or a mixture selected from Li, Na, Ca, Mg, Y and rare earth elements, and x represents 0<x2. ), B, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo,
α characterized by mixing one or more compounds selected from carbides or nitrides of Hf, Ta, and W, carbides of Si, and nitrides of V, and sintering the mixture at 1700°C or higher in a nitrogen gas atmosphere. -Production method of sialon sintered body. It is in. In the method for producing the α-sialon sintered body of the present invention, for example, silicon nitride, aluminum nitride, Li, Na, Ca, Mg, Y and One or more kinds of rare earth element oxides or compounds that produce the oxides by thermal decomposition, such as organic acid salts such as carbonates, hydrates, and oxalates, are mixed. Furthermore, B, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo,
One or more selected from carbides or nitrides of Hf, Ta, and W, carbides of Si, and nitrides of V are mixed. The mixing ratio of the carbide or nitride is preferably 0.1 to 20% by weight. The hardness increases with the addition amount, but the bending strength decreases when it exceeds 20% by weight, so the most preferable range is
It is 0.5-10% by weight. A molded article is made from these mixed powders by molding, slurry casting, isostatic pressing, injection molding, or the like. Sintering is performed by sintering the molded product at a temperature of 1700°C or higher. The sintering method is not limited, and may be any method such as normal pressure sintering, hot pressing, atmospheric gas pressurization, etc., but it is preferable because complex molded products can be mass-produced and have high density. An atmospheric gas pressurization method is preferred. Example 1 Si 3 N 4 (average particle size 0.5 μm, cationic impurities 0.5% by weight or less), AlN (average particle size 2 μm, cationic impurities 0.5% by weight or less) and Y 2 O 3 (average particle size 1 μm, purity 99.7%) and α-sialon Y 0 . 2 (Si, Al) 12
TiC (average particle size 1 μm , purity
99.8%) was mixed by changing the amount added. This mixed powder was mixed in alcohol using a silicon nitride ball mill, and then dried to prepare a mixture. This mixture was preformed at 500 kg/cm 2 using a hydrostatic press, and then sintered using a hot press at 1750°C for 1 hour to produce an α-sialon sintered body. The density of the obtained sintered body was 98% or more of the theoretical density. This sintered body was cut and surface-ground into three
A bent sample measuring 4 x 40 mm was prepared and its bending strength and hardness were measured. The results were as shown in Table 1 below.
【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。[Table] As shown in this result, the hardness increases as the amount of TiC mixed increases, and the bending strength increases with the amount of TiC mixed, regardless of whether the Y amount is 0.2 or 0.6, but when the amount exceeds 20 wt% and becomes weaker. Therefore, the amount of TiC mixed is 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight. Incidentally, a sintered body was made in the same manner using Li, Na, Ca, and Mg instead of Y. The results were almost the same. Example 2 Using the same method as in Example 1, the α-sialon composition was set to Y 0.4 (Si, Al) 12 (O, N) 16 and B 4 C, ZrC,
Mix HfC, NbC, WC, SiC, TiC, 1750℃
An α-sialon sintered body was produced by hot pressing for 1 hour. The density of the sintered body is 98% of the theoretical density
That's all. From this, a test piece was made in the same manner as in Example 1, and the bending strength and hardness were measured. The results were as shown in Table 2 below.
【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。[Table] As shown in the results, the bending strength and hardness were significantly higher when carbide was mixed, compared to the test piece in which carbide was not mixed. Furthermore, as shown in Table 3, Cr, Nb, Mo,
Almost similar results were obtained when Ta carbide was mixed.
【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。 [ Table] Example 3 Cubic BN, ZrN , HfN, TiN ,
VN, Cr 3 N 4 , NbN, MoN, TaN (average particle size 1μ
An α-sialon sintered body was prepared in the same manner as in Example 1 by adding 2.5 to 10.0% by weight of 2.5 to 10.0% by weight of 2.5% to 10.0% by weight of 2.5% to 10.0% by weight. The density characteristics were 98% or more in terms of relative density. A test piece of 3 x 4 x 40 mm was prepared by grinding from this sintered body, and the bending strength at room temperature was measured by the JIS method, and the hardness was measured by the Bitkers method using the polished test piece. As a result, as shown in Table 4, it was confirmed that the strength was improved over that of the conventional α-SiAlON sintered body, and the hardness value was also found to be suitable for use as engineering ceramics.
【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。[Table] Effects of the Invention According to the method of the present invention, one type selected from carbides or nitrides of B, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W, SiC, and VN is added to the α-sialon material. Alternatively, by containing a mixture of two or more types, an excellent effect of significantly improving hardness and bending strength can be obtained.
Claims (1)
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。[Claims] 1 General formula M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (where M
represents one or a mixture selected from Li, Na, Ca, Mg, Y and rare earth elements, and x represents 0<x2. ), B, Ti,
α containing a phase consisting of a mixture of one or more selected from carbides or nitrides of Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W, carbides of Si, and nitrides of V
-Sialon sintered body. 2 The content of the carbide or nitride is 0.1 to 20
% by weight of the α-sialon sintered body according to claim 1. 3 General formula M X (Si, Al) 12 (O, N) 16 (However, M
represents one or a mixture selected from Li, Na, Ca, Mg, Y and rare earth elements, and x represents 0<x2. ), carbides or nitrides of B, Ti, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W, carbides of Si and V
α-, which is characterized by mixing one or more compounds selected from the nitrides of
A method for producing a sialon sintered body. 4 The mixing ratio of the carbide or nitride is 0.1
α according to claim 3 which is ~20% by weight
-Method for manufacturing Sialon sintered bodies.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113088A JPS60260471A (en) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | Alpha-sialon sintered body and manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59113088A JPS60260471A (en) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | Alpha-sialon sintered body and manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60260471A JPS60260471A (en) | 1985-12-23 |
| JPS6337074B2 true JPS6337074B2 (en) | 1988-07-22 |
Family
ID=14603172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59113088A Granted JPS60260471A (en) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | Alpha-sialon sintered body and manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60260471A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6330373A (en) * | 1986-07-25 | 1988-02-09 | 品川白煉瓦株式会社 | Alpha-sialon base electroconductive ceramics |
| US4826791A (en) * | 1987-05-29 | 1989-05-02 | Kennametal Inc. | Silicon carbide-alpha prime sialon beta prime sialon |
| JP2556888B2 (en) * | 1987-12-24 | 1996-11-27 | 日立金属株式会社 | Ceramics conductive material with less variation in electrical resistivity |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59199579A (en) * | 1983-04-25 | 1984-11-12 | 三菱マテリアル株式会社 | Abrasion resistant sialon base ceramics |
-
1984
- 1984-06-04 JP JP59113088A patent/JPS60260471A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60260471A (en) | 1985-12-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |