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_2

文档序号:9650071阅读:来源:国知局
100质量%之中,镁以氧化物换算计的含量适宜为〇. 1质量% 以上且6.0质量%以下。
[0036] 满足这样的构成时,由于晶界相中的镁的氧化物的存在,氮化硅质烧结体的破坏 韧性提高,并且主晶相致密地存在,因此氮化硅质烧结体的机械强度提高。
[0037] 另外,根据本实施方式的氮化硅质烧结体,在晶界相中包含钠的氧化物,构成氮化 硅质烧结体的全部成分的合计100质量%之中,钠以氧化物换算计的含量适宜为〇. 2质 量%以上且1. 0质量%以下。
[0038] 满足这样的构成时,由于对碱的耐蚀性高的钠的氧化物的存在,氮化硅质烧结体 对碱的耐蚀性提高,并且腐蚀环境下的机械强度和破坏韧性提高。
[0039] 需要说明的是,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、镁和钠以氧化物换算计的含量使用ICP(Inductively Coupled Plasma)发光分光分析 装置进行测定即可。另外,稀土金属、镁和钠的氧化物在晶界相中的有无利用基于TEM或 EPM的彩色测绘进行确认即可。
[0040] 另外,本实施方式的氮化硅质烧结体适宜在晶界相中包含铝酸镁。在晶界相中包 含铝酸镁时,铝酸镁比作为主晶相的氮化硅对碱的耐蚀性更高,因此对碱的耐蚀性进一步 提尚。
[0041] 本实施方式的耐蚀性部件是使用本实施方式的氮化硅质烧结体而成的,因此腐蚀 环境下的腐蚀少、且即使暴露于腐蚀环境下也具有高机械强度和破坏韧性,因而在腐蚀环 境下具有高的可靠性。尤其适于与碱成分、例如包含钠或钾的成分接触的部件。
[0042] 作为与包含钠或钾的成分接触的部件,例如,有作为冷却材使用液体钠、液体钾的 快堆用构件、包含碱金属盐的熔融金属中使用的加热管、接触碱性的海水的鱼线用引导构 件等。
[0043] 本实施方式的滑动构件和制纸机械用构件是使用本实施方式的氮化硅质烧结体 而成的,因此具有与耐蚀性构件同样的效果,因而具有高的可靠性。作为滑动构件,例如,由 密封圈、轴承用滚动体和旋转式压缩机用部件(叶轮、滚子和滚筒等)等,作为制纸机械用 构件,例如,有抄纸机用箱片(foil)和耐磨损性衬垫(liner)等。
[0044] 接着,对本实施方式的氮化硅质烧结体的制造方法进行说明。
[0045] 首先,准备金属硅粉末、和β化率为20%以下的氮化硅粉末,按照(金属硅粉 末V(氮化硅粉末)的质量比成为1以上且10以下的方式混合而得到混合粉末。
[0046] 使用β化率为20%以下的氮化硅粉末是因为能够提高机械强度和破坏韧性。特 别适宜使用β化率为10%以下的氮化硅粉末。
[0047] 接着,作为烧结助剂,准备碳酸钙粉末及氧化铝粉末,作为添加剂,准备铝酸镁粉 末。
[0048] 需要说明的是,本实施方式中,使用金属硅粉末通过氮化工序制成氮化硅,但由于 金属硅的氮化而产生质量增加,因而原料粉末中的质量比率、与氮化硅质烧结体中的质量 比率产生差。因此,在称量各粉末时,考虑氮化工序中的金属硅的质量增加进行称量。
[0049] 例如,原料粉末的合计100质量%中,将金属硅粉末与氮化硅粉末的混合粉末(质 量比5. 4)设为88质量%、作为烧结助剂将碳酸钙粉末设为6. 4质量%并将氧化铝粉末设 为3. 1质量%、作为添加剂将铝酸镁粉末设为2. 5质量%。此时,制作的氮化硅质烧结体中, 构成氮化娃质烧结体的全部成分的合计100质量%之中,钙以氧化物换算计为3. 9质量%、 铝以氧化物换算计为2. 7质量%、镁以氧化物换算计为2. 1质量%,除去不可避免的杂质的 余量成为氮化娃。
[0050] 另外,在晶界相中包含稀土金属的氧化物,构成氮化硅质烧结体的全部成分的合 计100质量%之中,为了使稀土金属以氧化物换算计的合计含量为〇. 1质量%以上且1. 〇 质量%以下,考虑氮化工序中的金属硅的质量增加适当称量稀土金属的氧化物粉末用作原 料粉末即可。
[0051] 另外,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100 质量%之中,为了使镁以氧化物换算计的含量为0. 1质量%以上且6. 0质量%以下,例如, 在使用氧化镁粉末的情况下,考虑氮化工序中的金属硅的质量增加适当称量用作原料粉末 即可。需要说明的是,在使用铝酸镁粉末的情况下,考虑铝酸镁中的镁的质量比,调整铝酸 镁粉末的量即可。
[0052] 另外,在晶界相中包含钠的氧化物,构成氮化硅质烧结体的全部成分的合计100 质量%之中,为了使钠以氧化物换算计的含量为0. 2质量%以上且I. 0质量%以下,考虑氮 化工序中的金属硅的质量增加适当称量氧化钠粉末用作原料粉末即可。
[0053] 并且,通过使用上述烧结助剂、添加剂,烧结性提高,可以得到致密的氮化硅质烧 结体,能够提高机械的特性。
[0054] 接着,将按规定量称量的混合粉末和添加剂与溶剂一起使用公知的滚筒磨机、旋 转磨机、振动磨机、珠磨机、砂磨机、搅拌磨机等进行粉碎从而制作浆料。作为该粉碎中使用 的介质,能够使用由氮化硅质烧结体、氧化锆质烧结体或氧化铝质烧结体等构成的介质,但 为了减小混入时成为杂质的影响,适宜使用由与制作的氮化硅质烧结体相同的材料组成或 近似组成的氮化硅质烧结体构成的介质。
[0055] 需要说明的是,制作该浆料时,从烧结性提高的观点出发,适宜粉碎到粒径(D9。) 成为3μπι以下,为了使粒径(D 9。)为3μπι以下,调整介质的外径、量、以及粉碎时间等即可。 为了以短时间进行粒径(DJ为3μπι以下的浆料的制作,适宜预先使用累积体积的50%的 粒径(DJ为Ιμπι以下的粉末。
[0056] 另外,与混合粉末和添加剂分开地,将烧结助剂使用上述公知的磨机中的任一种 粉碎到烧结助剂的比表面积成为50.0 cmVg以上。需要说明的是,通过将烧结助剂的比表 面积设为50.0 cmVg以上,在氮化工序时烧结助剂与氮气(N2)的接触面积会增大,在晶界相 中产生氧氮化物的结晶。
[0057] 并且,将粉碎的烧结助剂加入包含混合粉末和添加剂的浆料中进行混合。另外,为 了提高成形性等,根据成形方法适当选择固体石蜡、聚乙烯醇(PVA)或聚乙二醇(PEG)等有 机粘合剂。并且,相对于混合粉末、添加剂和烧结助剂的合计100质量份将1质量份以上且 10质量份以下的有机粘合剂添加到浆料中进行混合。可以进一步添加增粘稳定剂、分散剂、 pH调节剂和消泡剂等。
[0058] 接着,使用喷雾干燥装置对浆料进行喷雾干燥,得到造粒后的颗粒。然后,通过冲 压成形或CIP成形(Cold Isostatic Pressing)将所得到的颗粒制作成具有所期望的的形 状的成形体。需要说明的是,可以通过铸造成形、注塑成形、流延成形等制作成形体。另外, 成形后,可以通过对成形体进行切削、层叠、或接合而形成所期望的形状。
[0059] 接着,将得到的成形体放置在碳化硅制或表面被氮化硅质的晶颗粒覆盖的碳制的 匣钵中,在氮气或真空中等进行脱脂。需要说明的是,脱脂温度根据添加的有机粘合剂的种 类而不同,优选为900°C以下,特别优选为450°C以上且800°C以下。
[0060] 接着,在氮气氛中,从脱脂时的温度起进一步提高温度进行烧制。在该烧制时,包 括氮化工序,在该氮化工序中,金属硅与氮气通过氮化反应而成为氮化硅。另外,通过使用 比表面积大的烧结助剂,而在该氮化工序中,在晶界相中产生包含钙、铝和硅的氧氮化物的 结晶。
[0061] 需要说明的是,上述氮化反应适宜如以下那样进行。脱脂的包含金属硅的脱脂体 在氮化工序中从脱脂体的表面存在的金属硅开始氮化,随着时间的经过在脱脂体的内部存 在的金属硅被氮化。因此,尤其为了不使脱脂体的内部发生氮化不足,在低温下的氮化(第 1氮化工序)之后,适宜进行高温下的氮化(第2氮化工序)。
[0062] 具体来说,作为第1氮化工序,将氮分压设为10~200kPa、在1000~1200°C的温 度下保持15~50小时,由此将脱脂体中的金属硅的10~90质量%氮化。
[0063] 接着,作为第2氮化工序,在高于第1氮化工序的温度到1400°C之间的温度下保持 5~20小时从而使未在第1氮化工序中氮化的剩余金属硅氮化。需要说明的是,适宜连续 实施第1氮化工序和第2氮化工序。
[0064] 并且,在第2氮化工序后,将氮的压力设为50kPa以上且160kPa以下、将最高温度 设为1700°C以上且小于1800°C,保持6小时以上且14小时以下,由此进行烧制。
[0065] 另外,为了得到在晶界相中包含在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°出现的氧氮化物的结晶的氮化硅 质烧结体,将从最高温度到400°C的降温条件设为每小时150°C以上且250°C以下即可。
[0066] 进一步,构成氮化硅质烧结体的结晶的合计100质量%中,为了使第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 含量为1~10质量%,将从最高温度到400°C的降温条件设为每小时180°C以上且240°C以 下即可。
[0067] 另外,为了得到晶界相中包含在X射线衍射图中第1峰和第2峰均在衍射角2 Θ =27. 0°~29.0°出现的氧氮化物的结晶的氮化硅质烧结体,将从最高温度到400°C的降 温条件设为每小时250°C以上且350°C以下即可。
[0068] 进一步,构成氮化硅质烧结体的结晶的合计100质
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