氮化硅烧结体、采用其的耐磨损性部件及氮化硅烧结体的制造方法技术

本发明专利技术提供一种具有氮化硅晶粒和晶界相的氮化硅烧结体，其特征在于，在将实施表面加工之前的宽度设定为D时，从最表面到0～0.01D的深度的第1区域中的所述氮化硅晶粒的平均粒径dA及平均纵横比rA与所述第1区域内侧的第2区域中的所述氮化硅晶粒的平均粒径dB及平均纵横比rB的关系满足式0.8≤dA/dB≤1.2、0.8≤rA/rB≤1.2。rA/rB≤1.2。rA/rB≤1.2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化硅烧结体、采用其的耐磨损性部件及氮化硅烧结体的制造方法


[0001]实施方式涉及氮化硅烧结体、采用其的耐磨损性部件及氮化硅烧结体的制造方法。

技术介绍

[0002]以氮化硅(Si3N4)为主成分的陶瓷烧结体示出优异的耐热性，且因热膨胀系数小而具有热冲击性优异等诸特性，所以作为替代以往的耐热合金的高温结构用材料，在开展在发动机部件、炼钢用机械部件等中的应用。此外，由于耐磨损性也优异，所以还在谋求作为转动部件及切削工具的实用化。
[0003]氮化硅因是难烧结体而难以均匀烧结，一直在研究各种办法。专利文献1中，通过埋入氮化硅和二氧化硅(SiO2)等的混合粉末中等进行烧结，提高周围的SiO气体的分压，消除重量损失而得到均质的烧结体。专利文献2中，通过用氮化硅、烧结助剂等的混合粉末被覆进行烧结，抑制烧结助剂从界面附近的蒸散，而得到均质的烧结体。专利文献3中，通过利用放电等离子烧结控制α相和β相的比例而得到均质的烧结体。专利文献4中，通过使用加入氮化硅和氧化铝(Al2O3)进行了加热处理的碳质容器进行烧结，而得到均质的烧结体。专利文献5中，通过使用在干燥后添加了水分的造粒粉来控制烧结时的降温速度，而得到均质的烧结体。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2002
‑
53376号公报
[0007]专利文献2：日本特开平9
‑
77560号公报
[0008]专利文献3：日本特开平9
‑
157031号公报
[0009]专利文献4：日本特开平9
‑
235165号公报
[0010]专利文献5：日本专利第251206号公报

技术实现思路

[0011]专利技术要解决的问题
[0012]氮化硅烧结体一直被用于发动机部件、机械部件、轴承滚珠、切削工具等多种耐磨损性部件。氮化硅烧结体与轴承钢(SUJ2)等金属部件相比耐久性尤为优异，因而在轴承滚珠等各种耐磨损性部件中获得长期可靠性。因此，还实现长时间不用维修。
[0013]近年来，在大型发电机、风力发电装置、飞机发动机等大型轴承中开始使用具有优异的特性的陶瓷。这些大型部件要求比以往更严格的质量特性，施加给所使用的氮化硅部件的负载增大。但是，随着陶瓷部件大型化，容易发生烧结时的不均，关于均质性不一定充分。因此，例如在制造氮化硅轴承滚珠时需要对表面进行研磨加工，但因靠近表面的部分和内部的微结构的差异，而有时发生加工量的差。
[0014]用于解决问题的手段
[0015]实施方式涉及的氮化硅烧结体是用于解决这样的问题的，是具有氮化硅晶粒和晶界相的氮化硅烧结体，其特征在于，在将实施表面加工之前的宽度设定为D时，从最表面到0～0.01D的深度的第1区域中的氮化硅晶粒的平均粒径dA及平均纵横比rA与第1区域的内侧的第2区域中的氮化硅晶粒的平均粒径dB及平均纵横比rB的关系满足下式。再者，当氮化硅烧结体具备球或圆柱的形状时，宽度为球的直径或圆柱具有的圆的直径。
[0016]0.8≤dA/dB≤1.2
[0017]0.8≤rA/rB≤1.2
附图说明
[0018]图1是表示作为采用了实施方式涉及的氮化硅烧结体的耐磨损性部件的轴承滚珠的一个例子的图。
[0019]图2是表示实施方式涉及的氮化硅烧结体的截面的一个例子的图。
具体实施方式
[0020]以下，对实施方式涉及的氮化硅烧结体、采用其的耐磨损性部件及氮化硅烧结体的制造方法详细地进行说明。
[0021]图1是表示作为采用了实施方式涉及的氮化硅烧结体的耐磨损性部件的轴承滚珠的一个例子的图。图2是表示实施方式涉及的氮化硅烧结体的截面的一个例子的图。
[0022]图1示出作为采用了实施方式涉及的氮化硅烧结体的耐磨损性部件的轴承滚珠。在图1及图2中，符号1表示轴承滚珠(滑动部件)，符号2表示滑动面，符号3表示氮化硅烧结体的截面，符号4表示烧结体表面。再者，采用了氮化硅烧结体的耐磨损性部件并不限定于轴承滚珠1，也可以是发动机部件、机械部件、轴承滚珠、切削工具等。此外，耐磨损性部件(或氮化硅烧结体)具备包含圆弧的形状。例如，耐磨损性部件(或氮化硅烧结体)具备球的形状、将圆作为上表面及底面的圆柱的形状。球在包含其中心的截面中包含圆弧形状。圆柱在与上表面(或底面)平行的截面中包含圆弧形状。这里，所谓球，包含正球(正球度＝0)和正球制造中的误差范围内的非正球(例如，0＜正球度0≤0.45μm)，圆柱包含正圆柱和在圆柱制造中的误差的范围内的非圆柱，圆包含正圆和在正圆制造中的误差的范围内的非正圆。以下，只要不特别指出，就是对耐磨损性部件(或氮化硅烧结体)为球的形状的情况进行说明。
[0023]对于球和圆柱具有的上表面及底面的圆，宽度即直径为70mm以下是合适的。因为如果耐磨损性部件的直径超过70mm，则随着大型化而容易发生烧结时的不均，均质性不一定充分。更优选球和圆柱具有的上表面及底面的圆的直径为60mm以下。此外，对于耐磨损性部件(或氮化硅烧结体)，即球和圆柱具有的上表面及底面的圆的大型化，例如直径为8mm以上对效果更有效。这是因为由此要满足与施加给耐磨损性部件的大的负载相应的严格的质量特性。
[0024]实施方式涉及的氮化硅烧结体具有氮化硅晶粒和晶界相。氮化硅烧结体在将实施表面加工之前的宽度设定为D时，从最表面到0～0.01D的深度的第1区域中的氮化硅晶粒的平均粒径dA及平均纵横比rA与第1区域内侧的第2区域中的氮化硅晶粒的平均粒径dB及平
均纵横比rB的关系要满足下式。当氮化硅烧结体具备球或圆柱的形状时，宽度为球的直径或圆柱具有的圆的直径。
[0025]0.8≤dA/dB≤1.2
[0026]0.8≤rA/rB≤1.2
[0027]更优选平均粒径dA及平均纵横比rA与平均粒径dB及平均纵横比rB的关系还满足下式。
[0028]0.8≤dA/dB≤0.97、1.01≤dA/dB≤1.2
[0029]0.8≤rA/rB≤0.95、1.05≤rA/rB≤1.2
[0030]dA/dB为1附近及rA/rB为1附近的烧结体在均匀性方面是理想的，但制作花费工时和成本。
[0031]构成氮化硅烧结体的氮化硅晶粒通过在烧结时晶粒生长为针状形状而实现高强度、高韧性。针状结晶的形状可通过粒径和纵横比(矩形中的长边和短边的比率)来表示。以在烧结氮化硅的过程中埋没晶界(空间)的方式发生晶粒生长，使粒径和纵横比增大。通过粒径增大而埋没晶界(空间)提高强度，但如果粒径过于增大，则因发生氮化硅晶粒彼此间的间隙(缺陷)而使强度下降。纵横比随着晶粒生长而增大，通过针状结晶复杂地缠绕而提高强度。
[0032]在对氮化硅烧结体的表面附近和内部的晶粒进行比较时，有时在表面附近粒径较大，纵横比较小。这是因为烧结时从外部施加热、因从烧结体内部产生的气体等而使表面的晶粒接近球形状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种氮化硅烧结体，其特征在于，其是具有氮化硅晶粒和晶界相的氮化硅烧结体，其中，在将实施表面加工之前的宽度设定为D时，从最表面到0～0.01D的深度的第1区域中的所述氮化硅晶粒的平均粒径dA及平均纵横比rA与所述第1区域内侧的第2区域中的所述氮化硅晶粒的平均粒径dB及平均纵横比rB的关系满足下式，0.8≤dA/dB≤1.20.8≤rA/rB≤1.2。2.根据权利要求1所述的氮化硅烧结体，其特征在于，所述氮化硅烧结体的所述平均粒径dA和所述平均粒径dB这两者都为1.1μm以上。3.根据权利要求1或2所述的氮化硅烧结体，其特征在于，在所述第1区域和所述第2区域中，都存在40％以上的所述氮化硅晶粒。4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化硅烧结体，其特征在于，所述第1区域中的Si、N以外的元素的合计值和所述氮化硅晶粒的比pA与所述第2区域中的Si、N以外的元素的合计值和所述氮化硅晶粒的比pB的关系满足0.8≤pA/pB≤1.2。5.根据权利要求4所述的氮化硅烧结体，其特征在于，通过每单位面积的元素定量分析求出所述Si、N以外的检测出的元素。6.根据权利要求1～5中任一项所述的氮化硅烧结体，其特征在于，所述平均粒径dA及所述平均纵横比rA与所述平均粒径dB及所述平均纵横比...

【专利技术属性】
技术研发人员：船木开，
申请(专利权)人：东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：