氮化硅质烧结体及使用其的耐蚀性部件、滑动构件以及制纸机械用部件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氮化硅质烧结体及使用其的耐蚀性部件、滑动构件以及制纸机械用部 件。
【背景技术】
[0002] 现在，作为发动机部件、熔融金属用构件、切削工具、快堆用构件、耐磨损性构件等 产业用构件使用氮化硅质烧结体。
[0003] 作为这样的氮化硅质烧结体的例子，例如，在专利文献1中提出了一种由烧结体 形成的内燃机用火花塞，所述烧结体以氮化硅为主成分，以氧化物换算计含有氧化钙2~ 15wt%、氧化儀0· 01~10wt%、氧化错0~15wt%。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开平5 - 36464号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的问题
[0008] 但是，这样的氮化硅质烧结体由于在腐蚀环境下使用，有时机械强度和破坏韧性 降低。因此，需要腐蚀环境下的腐蚀少、且即使暴露于腐蚀环境下也具有高的机械特性的氮 化娃质烧结体。
[0009] 本发明为了解决上述那样的问题而提出，其目的在于提供腐蚀环境下的腐蚀少、 即使暴露于腐蚀环境下也具有高的机械特性的氮化硅质烧结体及使用其的耐蚀性部件、滑 动构件以及制纸机械用部件。
[0010] 用于解决问题的手段
[0011] 本发明的氮化硅质烧结体的特征在于，在作为氮化硅的结晶间的晶界相中，具有 包含钙、铝和硅的氧氮化物的结晶，所述构成氧氮化物的结晶的所述钙、所述铝和所述硅中 的各自的质量比率为：所述钙为1. 3~32. 0%、所述铝为0. 1~25. 0%、余量为所述硅。
[0012] 本发明的耐蚀性部件、滑动构件以及制纸机械用部件的特征在于，使用所述氮化 硅质烧结体而成。
[0013] 发明效果
[0014] 根据本发明的氮化硅质烧结体，腐蚀环境下的腐蚀少，且即使暴露于腐蚀环境下 也具有高的机械特性。
[0015] 另外，根据本发明的耐蚀性部件、滑动构件以及制纸机械用部件，具有腐蚀环境下 的高的可靠性。
【具体实施方式】
[0016] 本实施方式的氮化硅质烧结体以氮化硅为主晶相，在作为氮化硅的结晶间的晶界 相中，具有包含钙、铝和硅的氧氮化物的结晶（以下也仅称为氧氮化物的结晶。），构成氧氮 化物的结晶的钙、铝和硅中的各自的质量比率为：钙为1.3~32.0%、铝为0. 1~25.0%、 余为娃。
[0017] 此处，主晶相是指，构成氮化硅质烧结体的结晶中存在比率最高的相，在利用X射 线衍射装置（XRD)得到的X射线衍射图中，作为主晶相的氮化硅显示最高的峰（衍射强度 的值大）。另外，晶界相是指，氮化硅质烧结体中，在作为主晶相的氮化硅的结晶之间存在 的相，晶界相中，存在氮化硅以外的结晶和非晶质相。另外，上述氧氮化物的结晶是指，包含 钙、铝和硅的氧化物的结晶的氧的一部分被氮取代的结晶。
[0018] 并且，包含钙、铝和硅的氧化物的结晶的氧的一部分被氮取代的氧氮化物的结晶 由于构成氧氮化物的结晶的各元素彼此的共价键性高、各元素彼此的键合力强，所以本实 施方式的氮化硅质烧结体通过在晶界相中具有该氧氮化物的结晶，腐蚀环境下的腐蚀少。
[0019] 另外，构成氧氮化物的结晶的钙、铝和硅中的各自的质量比率通过满足上述范围， 即使暴露于腐蚀环境下也具有高的机械特性。具体来说，具有高的机械强度和高的破坏韧 性。
[0020] 需要说明的是，钙的质量比率小于1. 3%或铝的质量比率小于0. 1%时，机械强度 和破坏韧性降低。另外，钙的质量比率大于32.0%时，机械强度降低。进一步，铝的质量比 率大于25. 0%时，机械强度降低，导热率也降低。
[0021] 此处，氧氮化物的结晶是指，例如，在X射线衍射图中，第1峰在衍射角2 Θ = 30.4°~32.4°、第2峰在衍射角2Θ =51.0°~53.0°出现的氧氮化物的结晶、第1峰 和第2峰均在衍射角2Θ =27.0°~29.0°出现的氧氮化物的结晶。需要说明的是，第1 峰在衍射角2 Θ =30.4°~32.4°、第2峰在衍射角2 Θ =51.0°~53.0°出现的氧氮化 物的结晶的组成式由例如Cax(Al2_ ySi1+y) (07_yNy) (0· 032彡X彡L 3, L 073彡y彡L 996) 表示。另外，第1峰和第2峰均在衍射角2Θ =27. 0°~29. 0°出现的氧氮化物的结晶的 组成式由例如〇&：(仏12_3^(0 8_八）（0.032 ^^彡1.3，1.073彡7彡1.996)表示。
[0022] 接着，对于确认氧氮化物的结晶的有无的方法以及算出构成氧氮化物的结晶的 钙、铝和硅各自的质量比率的方法进行说明。
[0023] 首先，利用通过XRD得到的X射线衍射图，确认在氮化硅质烧结体中存在的氮化硅 以外的结晶。接着，使用具备能量分散型X射线分光器（H)S)或波长分散型X射线分光器 (WDS)的透射型电子显微镜（TEM)，确认晶界相中存在氮化硅以外的结晶以及确认构成该 结晶的元素，并且确认各元素的含量。
[0024] 具体来说，首先，使用通过XRD得到的X射线衍射图确认氮化硅以外的结晶的存 在，确认该结晶是否为包含钙、铝和硅的氧化物的结晶。接着，通过TEM确认氮化硅质烧结 体的晶界相中是否存在结晶。并且，通过附设于TEM的EDS或WDS，确认构成晶界相中存在 的结晶的元素是否为钙、铝、硅、氧、氮，最后确认各元素的含量是否在上述范围内即可。
[0025] 另外，氧氮化物的结晶适宜为在X射线衍射图中第1峰在衍射角2 Θ = 30. 4°~ 32. 4°、第2峰在衍射角2 Θ = 51. 0°~53. 0°出现的结晶。通过使氧氮化物的结晶为出 现这样的峰的结晶，从而比出现其它峰的氧氮化物的结晶的共价键性更高，因而氮化硅质 烧结体的机械强度进一步提高。
[0026] 另外，在衍射角2Θ =30.4°~32. 4°出现的第1峰的半峰宽适宜为0.Γ以上 且0.9°以下。第1峰的半峰宽为0.Γ以上且0.9°以下时，结晶面的扩展大、结晶性高、 氧氮化物的结晶微细且应变小，因此具有高的耐磨损性、高的热传导性、和高的刚性。第1 峰的半峰宽特别适宜为0.15°以上且0.3°以下。此处，X射线衍射图中的第1峰的半峰 宽是指，以背景为基准的第1峰的1/2高度处的强度的宽度。
[0027] 另外，在构成氮化硅质烧结体的结晶的合计100质量％之中，氧氮化物的结晶的 含量适宜为1~10质量％。氧氮化物的结晶的含量满足上述范围时，由于晶界相中的氧氮 化物的晶相的占有面积率的增加，机械强度进一步提高。氧氮化物的结晶的含量可以由利 用XRD得到的数据通过Rietveld分析进行定量化而算出。
[0028] 另外，本实施方式的氮化硅质烧结体的晶界相中，存在当量圆直径为0.05 μπι以 上且5 μπι以下的包含铁和硅的化合物，每Imm2中的该化合物的个数适宜为2. OX 10 4个以 上且2. OX IO5个以下。
[0029] 包含铁和硅的化合物是热力学稳定的化合物，因此当每Imm2中的当量圆直径为 0· 05 μ m以上且5 μ m以下的包含铁和硅的化合物的个数为2. 0 X IO4个以上且2. 0 X 10 5个 以下时，耐氧化性优异，并且具有优异的耐热冲击性。
[0030] 此处，包含铁和硅的化合物是指，例如，由铁和硅构成的化合物、或者由铁和硅、与 氧、钨、铝、镁、钙、钠和钾中的至少任一种构成的化合物。
[0031] 作为由铁和硅构成的化合物，例如，是组成式由FeSi3、FeSi2、FeSi、Fe 2Si3、Fe3Si、 Fe3Si2' Fe3Si4' Fe3Si7' Fe5Si2S Fe 5Si3表示的化合物。
[0032] 此处，晶界相中的包含铁和硅的化合物的存在可以通过基于XRD的鉴定、使用具 备EDS或WDS的TEM来进行确认。另外，通过利用扫描电子显微镜（SEM)的观察、以及使用 电子显微探针分析（EPM)的彩色测绘，在晶界相中存在铁的部分也存在硅，由此也能够确 认晶界相中的包含铁和硅的化合物的存在。
[0033] 另外，包含铁和硅的化合物与其它化合物（结晶）色调不同，因此当量圆直径为 0· 05 μπι以上且5 μπι以下的化合物在每Imm2中的个数可以通过以下方法确认。首先，使用 SEM将倍率设为1000倍，按照例如面积为10.8Χ104μπι2(横向的长度为127μπκ纵向的长 度为85.3 μπι)的方式设定范围，用CCD相机拍摄该范围的图像。然后，使用图像分析软件 "Α像君（Α像 < 九）"（注册商标、Asahi Kasei Engineering株式会社制），利用称为粒子 解析的方法，将该方法的设定条件为：将亮度设为亮、将2值化的方法设为手动、将表示图 像的明暗的指标即阈值设为表示图像内的各点（各像素）所具有的明亮度的直方图的峰值 的0. 8倍以上且2倍以下进行分析即可。需要说明的是，可以使用光学显微镜代替SEM。 [0034]另外，本实施方式的氮化硅质烧结体中，晶界相中包含1种以上的稀土金属的氧 化物，构成氮化硅质烧结体的全部成分的合计100质量％之中，稀土金属以氧化物换算计 的合计含量适宜为0. 1质量％以上且1. 0质量％以下。满足这样的构成时，氮化硅质烧结 体的机械强度提高。
[0035] 另外，本实施方式的氮化硅质烧结体中，在晶界相中包含镁的氧化物，构成氮化硅 质烧结体的全部成分的合计