窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体
【構成】窒化珪素を主成分とし、Ｙまたは希土類元素の化合物を酸化物換算で０．５〜１０ｍｏｌ％の割合で含有してなる窒化珪素成分１００重量部に対して、炭化珪素を１〜１００重量部添加し、且つＦｅを金属元素換算で５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの割合で含有する焼結体に対して、Ｗ化合物をＷ金属換算で０．０１重量％〜２重量％の割合で添加含有させる。
【効果】Ｆｅによる異常組織の生成を抑制し、高温強度の劣化を低減しつつ室温強度のばらつきの小さい焼結体を作製することができる。
【効果】Ｆｅによる異常組織の生成を抑制し、高温強度の劣化を低減しつつ室温強度のばらつきの小さい焼結体を作製することができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、室温および高温における強度に優れた窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体に関するものであり、特に不純物の影響を低減するための改良に関する。
【０００２】
【従来技術】窒化珪素質焼結体は、強度に優れることからエンジニアリングセラミックスとして特に熱機関用構造材料としてその応用が進められているが、優れた特性を有する反面、高温において強度が低下するという問題を有している。この高温強度の劣化という問題に対して、これまで焼結助剤の軽量や焼成雰囲気や焼成パターン等を変更することにより改善が進められてきたが、決定的な対策には至っていないのが現状であった。
【０００３】一方、炭化珪素質焼結体は、窒化珪素質焼結体に比較して強度が低いものの高温における強度劣化がほとんどないという特性を有することから、最近に至り、窒化珪素に対して炭化珪素を添加し焼成した複合焼結体が提案されている。また、この複合焼結体は、炭化珪素を含有することにより系の焼結性が低下するためにＹ2 Ｏ3 等の希土類元素酸化物やＡｌ2Ｏ3 等を添加することにより高密度化が図られている。
【０００４】
【発明は解決しようとする問題点】しかしながら、上記複合焼結体は、窒化珪素質焼結体に比較して高温強度の劣化をある程度小さくすることができるが、Ａｌ2 Ｏ3 等の低融点の酸化物が存在すると高温強度が低下する傾向にあることから、これら低融点の酸化物を添加しないことが望まれる。
【０００５】ところが、このようなＡｌ2 Ｏ3 を添加しない系において、ある程度の高温強度の改善が可能であるが、特性にばらつきが生じるという問題があった。
【０００６】そこで、このばらつきの原因について調査を行ったところ、特に室温領域においてばらつきが大きく、しかもその異常破壊を生じた焼結体の破壊源が異常組織によるものであることが判明した。また、この異常組織部分について分析したところ、鉄（Ｆｅ）が存在しており、これがケイ素（Ｓｉ）と共晶反応を生じ、その周辺に添加した希土類元素が過剰に集まったものであることを突き止めた。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、かかる問題点に対して添加物によるＦｅの悪影響を低減する方法について詳細に検討したところ、Ｗを所定の割合で添加含有させることにより破壊源となりうる異常組織が顕著に低減でき、強度の異常な劣化を防止し、特性のばらつきが低減されることを見出し本発明に至った。
【０００８】即ち、本発明の焼結体は、窒化珪素を主成分とし、少なくともＹまたは希土類元素を酸化物換算で０．５〜１０ｍｏｌ％を割合で含有する窒化珪素成分１００重量部に対して、炭化珪素を１〜１００重量部の割合で添加してなり、且つ全量中Ｆｅが重量比で５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの割合で含有する焼結体に対して、Ｗを０．０１重量％〜２重量％の割合で添加含有したことを特徴とするものである。
【０００９】以下、本発明を詳述する。本発明の焼結体は、組成上では、窒化珪素を主成分とし、さらに焼結助剤として少なくともＹまたは希土類元素を０．５〜１０ｍｏｌ％の含有した窒化珪素成分１００重量部に対して、炭化珪素を１〜１００重量部の割合で添加してなるものであるが、純度の低い原料を用いたり、あるいは製造過程において混合工程において系中にＦｅが混入する場合がある。このＦｅは、純度の高い原料を用いたり、Ｆｅを除去するような処理を行うことによりその量が５ｐｐｍ以下と非常に少ない場合には、焼結体の特性に影響を及ぼすことはないが、その量が５ｐｐｍ以上の割合で混入すると、前述したように焼結体中に破壊源となる異常組織を形成し、これにより焼結体の特性を低下させたり、特性のばらつきを発生させたりする。
【００１０】本発明は、このようなＦｅを含有するような系に対して、Ｗを金属換算で０．０１〜２重量％、特に０．０５〜２重量％の割合で存在させることが重要である。このＷの存在により、Ｆｅの焼結体中での挙動を固定化することができるものである。よってＷの量が０．０１重量％より少ないと、異常組織の発生を抑制することができず、特性のばらつきが大きくなり、Ｗの量が２重量％を超えるとＷ自体が凝集し、これが破壊源となり、焼結体の強度を低下させる要因となる。
【００１１】このＷの添加効果は、Ｆｅ量が多く成り過ぎるとその効果が充分に発揮されず、Ｆｅ量が２０００ｐｐｍ、特に１０００ｐｐｍが上限値である。
【００１２】なお、本発明において、焼結助剤であるＹあるいは希土類元素の酸化物換算量および炭化珪素量を上記範囲に限定したのは、Ｙあるいは希土類元素量が０．５モル％より少ないと焼結性が悪く緻密化することができず、１０モル％を越えると高温強度が低下する。また炭化珪素の量が窒化珪素成分に対して１重量部より少ないと、高温強度の劣化が顕著となり、１００重量部を越えると緻密体が得にくくなるからである。
【００１３】また、本発明の焼結体を作成する場合には、出発原料として窒化珪素粉末、炭化珪素粉末および焼結助剤として少なくともＹまたは希土類元素の例えば酸化物粉末を用いる。また、本発明によれば、かかる系に対してＷの化合物をＷ金属換算で０．０１〜２重量％の割合で添加することが重要である。用いられるＷ化合物としては、Ｗの酸化物、炭化物、珪化物等が挙げられる。
【００１４】これらの出発原料は上記所定の割合で混合した後、公知の方法で成形するが、Ｆｅは出発原料中に含有される以外に、成形工程までの工程間で混入することも考えられる。本発明によれば、これらの混入量も考慮し、最終成形体中でのＦｅ量を金属換算で５〜２０００ｐｐｍに制御することが必要である。なお、成形手段としてはプレス成形、押出成形、射出成形、鋳込み成形、冷間静水圧成形等が挙げられる。
【００１５】次に、この成形体を窒素等の非酸化性雰囲気中で１６００〜２０００℃で焼成する。焼成方法としては、常圧焼成、窒素ガス圧力焼成、ホットプレス焼成等が挙げられる。また、特殊な焼成方法として熱間静水圧焼成法では、上記の方法にて対理論密度比９５％以上に緻密化した後、１０００〜２０００気圧の窒素を含有する雰囲気中で１６００〜２０００℃で焼成する方法、また前記成形体の表面にＢＮを塗布した後、ガラス粉末をその表面に塗布したり、ガラス製カプセル内に封入するか、または内部にガラス粉末が充填された耐熱容器内に埋めた後、高温下でガラスを溶融しガラスシールを形成した後、１０００〜２０００気圧下で１６００〜２０００℃で焼成する方法等が採用される。
【００１６】また、Ｙまたは希土類元素の酸化物換算量を０．５〜１０ｍｏｌ％に限定したのは、０．５重量％より少ないと充分な緻密体が得られず、１０ｍｏｌ％を超えると高温強度等機械的特性が低下する。希土類元素としては、Ｅｒ、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ等が挙げられる。
【００１７】さらに、本発明によれば、上記系に対してＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＡｌＮ、ＺｒＯ2 、ＳｉＯ2 等を１０重量％以下の割合で添加しても何ら本発明の効果に影響ないものであるが、これらのうち、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ等の低融点物質がある程度存在するとＦｅによる悪影響は顕著でなく、しかも高温特性が劣化するために、本発明の構成は、特にこれらの低融点物質は１重量％以下、特に０．５重量％以下の組成系においてＷの添加効果が顕著であり、且つ特性的にも望ましい。
【００１８】
【作用】本発明によれば、Ｆｅが系内に存在すると、焼結過程において窒化珪素および炭化珪素を分解し、発生したＳｉとの共晶反応が生じる。このＦｅ−Ｓｉ共晶反応生成物の周囲には、理由は定かでないが、希土類元素が過剰に集まり、通常とは異なる異常組織を形成する。
【００１９】これらの挙動に対して、Ｗが存在すると、Ｆｅの存在による異常組織の生成がが低減される。この理由は、Ｗが焼結過程において、珪化物等の化合物を生成し、この化合物内にＦｅが積極的に固溶されることにより、Ｆｅ元素が不活性状態となり、窒化珪素の分解が抑制されるためと考えられる。
【００２０】それにより、焼結体の破壊起点がＦｅの存在による異常組織の破壊源によるものから、常に焼結体表面となるために焼結体の特性が向上し、特性のばらつきが低減され、安定した特性を有する窒化珪素質焼結体を作製することができる。
【００２１】また、Ｗによる上記添加効果により比較的低純度の窒化珪素原料を用いた場合でも強度劣化や特性のばらつきを低減することができるために、焼結体のコストの低減を図ることができる。
【００２２】
【実施例】窒化珪素原料（酸素量１．０％、ＢＥＴ比表面積１０ｍ2 ／ｇ、α率９８％以上、Ｆｅ含有量３０ｐｐｍ）と焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ3 、Ｄｙ2 Ｏ3 の各粉末、さらに炭化珪素粉末（α型、ＢＥＴ比表面積１９ｍ2 ／ｇ、Ｆｅ含有量２００ｐｐｍ）を用いて、これらの粉末を用いて表１に示す割合で秤量後、ポリポットに入れ、メタノールを溶媒として用い窒化珪素ボールにより７２時間混合した。得られた混合物を乾燥後、造粒し、８０ｍｍ×４５ｍｍ×５ｍｍにプレス成形した。得られた成形体に対して、Ｆｅ量をＩＣＰ発光分光分析により測定した。さらに、各成形体を窒素ガス圧力１０気圧の雰囲気中で表１の温度で焼成した。なお、表中、試料Ｎo.２０については表１の組成からなる成形体の表面にＢＮを塗布しガラス浴中にて１６００℃の２０００ａｔｍの高圧下で焼成した。
【００２３】得られた焼結体に対して、組成分析を行った結果、焼結体の組成は成形体の組成と実質的に変化していないことを確認した。また、各試験片を２０個切り出し、そのうち１７本をＪＩＳＲ１６０１により室温における抗折強度を測定しその最低値、最高値を示した。さらにその抗折片より、破壊源を調べ、破壊源が鉄による異常粒成長であったものの個数を調べた。さらに、３個の試験片により１４００℃強度を上記と同様な方法で測定した。結果は、表１に示した。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１から明らかなように、前記条件での製造でＦｅ含有量が数十ｐｐｍのレベルの不純物の混入が認められたが、これに対してＷを全く添加しなかった試料Ｎo,３では、平均強度が小さく、また破壊源の多くがＦｅ−Ｓｉの異常組織によるものであった。
【００２６】これに対してＷ化合物を添加すると、０．０１重量％の添加により、試料Ｎo,４に示すように平均強度が向上し、Ｗの量を増加するに従い、Ｆｅ−Ｓｉの異常組織が破壊源となるものが減少し、特性のばらつきが改善されることが理解できる。しかしながら、Ｗの量が２重量％を越える試料Ｎo,１２ではＷによる凝集が観察され、これにより強度が劣化した。
【００２７】また、Ｗの添加効果を確認するために系中にＦｅを添加してＦｅ量を増加させた系に対して評価したところ、Ｆｅ量が２０００ｐｐｍを越える試料Ｎo,１１よりＷ添加効果が極端に小さくなり、Ｆｅ−Ｓｉの異常組織が破壊源となるものが増え平均強度が低下した。これにより原料として２０００ｐｐｍ程度Ｆｅが含有されている場合においてもばらつきの改善ができることがわかった。
【００２８】さらに、焼結体中のＹ2 Ｏ3 の添加量を変化させたところ、添加量が０．５モル％より少ない試料Ｎo,１５では十分に緻密化が達成されず、１０モル％を越えると強度の劣化が認められた。
【００２９】なお、焼成条件を熱間静水圧焼成法にて行っても本発明の効果が認められ、さらにＷ化合物としてＷＯ3 以外のＷＳｉ2 やＷＣを用いても、さらにはその他の希土類元素においても同様な効果が認められた。
【００３０】また、炭化珪素の添加効果に関して炭化珪素を全く添加しなかった試料Ｎo.１は高温強度の劣化が見られた。また炭化珪素が過剰に含有される試料Ｎo.１４では緻密化されず特性も低いものであった。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、Ｆｅを含む系に対してＷを添加することによりＦｅによる異常組織の生成を抑制し、窒化珪素−炭化珪素複合焼結体の高温強度の低下を抑制しつつ、室温強度のばらつきを小さくすることができる。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、室温および高温における強度に優れた窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体に関するものであり、特に不純物の影響を低減するための改良に関する。
【０００２】
【従来技術】窒化珪素質焼結体は、強度に優れることからエンジニアリングセラミックスとして特に熱機関用構造材料としてその応用が進められているが、優れた特性を有する反面、高温において強度が低下するという問題を有している。この高温強度の劣化という問題に対して、これまで焼結助剤の軽量や焼成雰囲気や焼成パターン等を変更することにより改善が進められてきたが、決定的な対策には至っていないのが現状であった。
【０００３】一方、炭化珪素質焼結体は、窒化珪素質焼結体に比較して強度が低いものの高温における強度劣化がほとんどないという特性を有することから、最近に至り、窒化珪素に対して炭化珪素を添加し焼成した複合焼結体が提案されている。また、この複合焼結体は、炭化珪素を含有することにより系の焼結性が低下するためにＹ2 Ｏ3 等の希土類元素酸化物やＡｌ2Ｏ3 等を添加することにより高密度化が図られている。
【０００４】
【発明は解決しようとする問題点】しかしながら、上記複合焼結体は、窒化珪素質焼結体に比較して高温強度の劣化をある程度小さくすることができるが、Ａｌ2 Ｏ3 等の低融点の酸化物が存在すると高温強度が低下する傾向にあることから、これら低融点の酸化物を添加しないことが望まれる。
【０００５】ところが、このようなＡｌ2 Ｏ3 を添加しない系において、ある程度の高温強度の改善が可能であるが、特性にばらつきが生じるという問題があった。
【０００６】そこで、このばらつきの原因について調査を行ったところ、特に室温領域においてばらつきが大きく、しかもその異常破壊を生じた焼結体の破壊源が異常組織によるものであることが判明した。また、この異常組織部分について分析したところ、鉄（Ｆｅ）が存在しており、これがケイ素（Ｓｉ）と共晶反応を生じ、その周辺に添加した希土類元素が過剰に集まったものであることを突き止めた。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、かかる問題点に対して添加物によるＦｅの悪影響を低減する方法について詳細に検討したところ、Ｗを所定の割合で添加含有させることにより破壊源となりうる異常組織が顕著に低減でき、強度の異常な劣化を防止し、特性のばらつきが低減されることを見出し本発明に至った。
【０００８】即ち、本発明の焼結体は、窒化珪素を主成分とし、少なくともＹまたは希土類元素を酸化物換算で０．５〜１０ｍｏｌ％を割合で含有する窒化珪素成分１００重量部に対して、炭化珪素を１〜１００重量部の割合で添加してなり、且つ全量中Ｆｅが重量比で５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの割合で含有する焼結体に対して、Ｗを０．０１重量％〜２重量％の割合で添加含有したことを特徴とするものである。
【０００９】以下、本発明を詳述する。本発明の焼結体は、組成上では、窒化珪素を主成分とし、さらに焼結助剤として少なくともＹまたは希土類元素を０．５〜１０ｍｏｌ％の含有した窒化珪素成分１００重量部に対して、炭化珪素を１〜１００重量部の割合で添加してなるものであるが、純度の低い原料を用いたり、あるいは製造過程において混合工程において系中にＦｅが混入する場合がある。このＦｅは、純度の高い原料を用いたり、Ｆｅを除去するような処理を行うことによりその量が５ｐｐｍ以下と非常に少ない場合には、焼結体の特性に影響を及ぼすことはないが、その量が５ｐｐｍ以上の割合で混入すると、前述したように焼結体中に破壊源となる異常組織を形成し、これにより焼結体の特性を低下させたり、特性のばらつきを発生させたりする。
【００１０】本発明は、このようなＦｅを含有するような系に対して、Ｗを金属換算で０．０１〜２重量％、特に０．０５〜２重量％の割合で存在させることが重要である。このＷの存在により、Ｆｅの焼結体中での挙動を固定化することができるものである。よってＷの量が０．０１重量％より少ないと、異常組織の発生を抑制することができず、特性のばらつきが大きくなり、Ｗの量が２重量％を超えるとＷ自体が凝集し、これが破壊源となり、焼結体の強度を低下させる要因となる。
【００１１】このＷの添加効果は、Ｆｅ量が多く成り過ぎるとその効果が充分に発揮されず、Ｆｅ量が２０００ｐｐｍ、特に１０００ｐｐｍが上限値である。
【００１２】なお、本発明において、焼結助剤であるＹあるいは希土類元素の酸化物換算量および炭化珪素量を上記範囲に限定したのは、Ｙあるいは希土類元素量が０．５モル％より少ないと焼結性が悪く緻密化することができず、１０モル％を越えると高温強度が低下する。また炭化珪素の量が窒化珪素成分に対して１重量部より少ないと、高温強度の劣化が顕著となり、１００重量部を越えると緻密体が得にくくなるからである。
【００１３】また、本発明の焼結体を作成する場合には、出発原料として窒化珪素粉末、炭化珪素粉末および焼結助剤として少なくともＹまたは希土類元素の例えば酸化物粉末を用いる。また、本発明によれば、かかる系に対してＷの化合物をＷ金属換算で０．０１〜２重量％の割合で添加することが重要である。用いられるＷ化合物としては、Ｗの酸化物、炭化物、珪化物等が挙げられる。
【００１４】これらの出発原料は上記所定の割合で混合した後、公知の方法で成形するが、Ｆｅは出発原料中に含有される以外に、成形工程までの工程間で混入することも考えられる。本発明によれば、これらの混入量も考慮し、最終成形体中でのＦｅ量を金属換算で５〜２０００ｐｐｍに制御することが必要である。なお、成形手段としてはプレス成形、押出成形、射出成形、鋳込み成形、冷間静水圧成形等が挙げられる。
【００１５】次に、この成形体を窒素等の非酸化性雰囲気中で１６００〜２０００℃で焼成する。焼成方法としては、常圧焼成、窒素ガス圧力焼成、ホットプレス焼成等が挙げられる。また、特殊な焼成方法として熱間静水圧焼成法では、上記の方法にて対理論密度比９５％以上に緻密化した後、１０００〜２０００気圧の窒素を含有する雰囲気中で１６００〜２０００℃で焼成する方法、また前記成形体の表面にＢＮを塗布した後、ガラス粉末をその表面に塗布したり、ガラス製カプセル内に封入するか、または内部にガラス粉末が充填された耐熱容器内に埋めた後、高温下でガラスを溶融しガラスシールを形成した後、１０００〜２０００気圧下で１６００〜２０００℃で焼成する方法等が採用される。
【００１６】また、Ｙまたは希土類元素の酸化物換算量を０．５〜１０ｍｏｌ％に限定したのは、０．５重量％より少ないと充分な緻密体が得られず、１０ｍｏｌ％を超えると高温強度等機械的特性が低下する。希土類元素としては、Ｅｒ、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｈｏ等が挙げられる。
【００１７】さらに、本発明によれば、上記系に対してＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＡｌＮ、ＺｒＯ2 、ＳｉＯ2 等を１０重量％以下の割合で添加しても何ら本発明の効果に影響ないものであるが、これらのうち、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣａＯ等の低融点物質がある程度存在するとＦｅによる悪影響は顕著でなく、しかも高温特性が劣化するために、本発明の構成は、特にこれらの低融点物質は１重量％以下、特に０．５重量％以下の組成系においてＷの添加効果が顕著であり、且つ特性的にも望ましい。
【００１８】
【作用】本発明によれば、Ｆｅが系内に存在すると、焼結過程において窒化珪素および炭化珪素を分解し、発生したＳｉとの共晶反応が生じる。このＦｅ−Ｓｉ共晶反応生成物の周囲には、理由は定かでないが、希土類元素が過剰に集まり、通常とは異なる異常組織を形成する。
【００１９】これらの挙動に対して、Ｗが存在すると、Ｆｅの存在による異常組織の生成がが低減される。この理由は、Ｗが焼結過程において、珪化物等の化合物を生成し、この化合物内にＦｅが積極的に固溶されることにより、Ｆｅ元素が不活性状態となり、窒化珪素の分解が抑制されるためと考えられる。
【００２０】それにより、焼結体の破壊起点がＦｅの存在による異常組織の破壊源によるものから、常に焼結体表面となるために焼結体の特性が向上し、特性のばらつきが低減され、安定した特性を有する窒化珪素質焼結体を作製することができる。
【００２１】また、Ｗによる上記添加効果により比較的低純度の窒化珪素原料を用いた場合でも強度劣化や特性のばらつきを低減することができるために、焼結体のコストの低減を図ることができる。
【００２２】
【実施例】窒化珪素原料（酸素量１．０％、ＢＥＴ比表面積１０ｍ2 ／ｇ、α率９８％以上、Ｆｅ含有量３０ｐｐｍ）と焼結助剤としてＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｅｒ2 Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ3 、Ｄｙ2 Ｏ3 の各粉末、さらに炭化珪素粉末（α型、ＢＥＴ比表面積１９ｍ2 ／ｇ、Ｆｅ含有量２００ｐｐｍ）を用いて、これらの粉末を用いて表１に示す割合で秤量後、ポリポットに入れ、メタノールを溶媒として用い窒化珪素ボールにより７２時間混合した。得られた混合物を乾燥後、造粒し、８０ｍｍ×４５ｍｍ×５ｍｍにプレス成形した。得られた成形体に対して、Ｆｅ量をＩＣＰ発光分光分析により測定した。さらに、各成形体を窒素ガス圧力１０気圧の雰囲気中で表１の温度で焼成した。なお、表中、試料Ｎo.２０については表１の組成からなる成形体の表面にＢＮを塗布しガラス浴中にて１６００℃の２０００ａｔｍの高圧下で焼成した。
【００２３】得られた焼結体に対して、組成分析を行った結果、焼結体の組成は成形体の組成と実質的に変化していないことを確認した。また、各試験片を２０個切り出し、そのうち１７本をＪＩＳＲ１６０１により室温における抗折強度を測定しその最低値、最高値を示した。さらにその抗折片より、破壊源を調べ、破壊源が鉄による異常粒成長であったものの個数を調べた。さらに、３個の試験片により１４００℃強度を上記と同様な方法で測定した。結果は、表１に示した。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１から明らかなように、前記条件での製造でＦｅ含有量が数十ｐｐｍのレベルの不純物の混入が認められたが、これに対してＷを全く添加しなかった試料Ｎo,３では、平均強度が小さく、また破壊源の多くがＦｅ−Ｓｉの異常組織によるものであった。
【００２６】これに対してＷ化合物を添加すると、０．０１重量％の添加により、試料Ｎo,４に示すように平均強度が向上し、Ｗの量を増加するに従い、Ｆｅ−Ｓｉの異常組織が破壊源となるものが減少し、特性のばらつきが改善されることが理解できる。しかしながら、Ｗの量が２重量％を越える試料Ｎo,１２ではＷによる凝集が観察され、これにより強度が劣化した。
【００２７】また、Ｗの添加効果を確認するために系中にＦｅを添加してＦｅ量を増加させた系に対して評価したところ、Ｆｅ量が２０００ｐｐｍを越える試料Ｎo,１１よりＷ添加効果が極端に小さくなり、Ｆｅ−Ｓｉの異常組織が破壊源となるものが増え平均強度が低下した。これにより原料として２０００ｐｐｍ程度Ｆｅが含有されている場合においてもばらつきの改善ができることがわかった。
【００２８】さらに、焼結体中のＹ2 Ｏ3 の添加量を変化させたところ、添加量が０．５モル％より少ない試料Ｎo,１５では十分に緻密化が達成されず、１０モル％を越えると強度の劣化が認められた。
【００２９】なお、焼成条件を熱間静水圧焼成法にて行っても本発明の効果が認められ、さらにＷ化合物としてＷＯ3 以外のＷＳｉ2 やＷＣを用いても、さらにはその他の希土類元素においても同様な効果が認められた。
【００３０】また、炭化珪素の添加効果に関して炭化珪素を全く添加しなかった試料Ｎo.１は高温強度の劣化が見られた。また炭化珪素が過剰に含有される試料Ｎo.１４では緻密化されず特性も低いものであった。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、Ｆｅを含む系に対してＷを添加することによりＦｅによる異常組織の生成を抑制し、窒化珪素−炭化珪素複合焼結体の高温強度の低下を抑制しつつ、室温強度のばらつきを小さくすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】窒化珪素を主成分とし、少なくともＹまたは希土類元素を酸化物換算で０．５〜１０ｍｏｌ％を含む窒化珪素成分１００重量部に対して、炭化珪素を１〜１００重量部の割合で含有し、且つ不純物としてＦｅを全量中に重量比で５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの割合で含有する焼結体に対して、Ｗを０．０１重量％〜２重量％の割合で添加含有したことを特徴とする窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体。
【請求項１】窒化珪素を主成分とし、少なくともＹまたは希土類元素を酸化物換算で０．５〜１０ｍｏｌ％を含む窒化珪素成分１００重量部に対して、炭化珪素を１〜１００重量部の割合で含有し、且つ不純物としてＦｅを全量中に重量比で５ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍの割合で含有する焼結体に対して、Ｗを０．０１重量％〜２重量％の割合で添加含有したことを特徴とする窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体。
【公開番号】特開平５−１４８０３０
【公開日】平成５年（１９９３）６月１５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−３１２１４９
【出願日】平成３年（１９９１）１１月２７日
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【公開日】平成５年（１９９３）６月１５日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）１１月２７日
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
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