氮化硅烧结体及使用其的耐磨件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氮化硅烧结体及使用该氮化硅烧结体的耐磨件，特别是涉及加工性良 好的氮化硅烧结体及使用该氮化硅烧结体的耐磨件。
【背景技术】
[0002] 氮化硅烧结体利用其耐磨性作为轴承用滚珠或辊等耐磨件使用。作为以往的氮化 硅烧结体的烧结组成，已知有氮化硅-氧化钇-氧化铝_氮化铝-氧化钛系等（专利文献 1 :日本特开2001-328869号公报）。，通过使用氧化钇、氧化铝、氮化铝、氧化钛作为具体的 烧结助剂（烧结剂），得到具有改进的烧结性和优良的耐磨性的氮化硅烧结体。
[0003] 另外，专利文献2(日本特开2003-34581号公报）中公开了使用氧化钇-MgAl204 尖晶石-碳化硅-氧化钛作为烧结助剂的氮化硅烧结体。专利文献2中可将烧结温度设置 为1600°C以下。
[0004] 专利文献1和专利文献2的烧结体烧结性均良好，且具有优良的耐磨性。另一方 面，这些以往的氮化硅烧结体的硬度高，具有难加工性。有必要使轴承用滚珠等耐磨件具有 表面粗糙度Ra为0. 1ym以下的平坦面作为滑动面。通常使用金刚石磨粒用于氮化硅烧结 体的表面加工，然而，以往的氮化硅烧结体是难加工性材料，因此抛光加工的负荷大，成为 成本上升的原因。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本特开2001-328869号公报
[0008] 专利文献2:日本特开2003-34581号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的课题
[0010] 迄今为止的氮化硅烧结体，为了提高耐磨性，只着眼于提高断裂韧度等材料特性。 通过切实提高材料特性，耐磨性提高。这种氮化硅烧结体最适用于在机械工具等高负荷环 境下的轴承用滚珠。
[0011] 另一方面，轴承用滚珠等耐磨件不限于在高负荷环境下使用的耐磨件，耐磨件还 具有在电脑等的风扇电机用轴承这种低负荷环境下使用的用途。专利文献1和专利文献2 记载的氮化硅烧结体因特性优良，也可以用于风扇电机用轴承。然而，氮化硅烧结体具有加 工性差，成本高这样的问题。
[0012] 本发明是为应对这样的问题而开发的，其目的在于，提供加工性良好的氮化硅烧 结体。
[0013] 解决课题的手段
[0014] 为了实现上述目的，本发明的氮化硅烧结体的特征在于，包含氮化硅晶粒和晶界 相，在拍摄该氮化硅烷结体的任意截面时，每100ymX100ym单位面积的晶界相的面积比 为15~35%。
[0015] 另外，优选所述每100ymX100ym单位面积的晶界相的面积比为15~25%。另 外，优选在所述100umX100ym单位面积中的长径L为1ym以上的氮化娃晶粒的面积比 合计为60%以上，长径为1ym以上的氮化硅晶粒的任意长径比（长径L/短径S)均为7以 下。
[0016] 另外，在进行所述氮化硅烧结体的XRD分析时，优选在29. 5~30. 5°的范围检测 出峰。另外，优选在所述29. 5~30. 5°范围的峰高度I29.5_3a5与0 -氮化硅的最大峰高度 1{^谓4的高度比（129. 5-3。.5/1{^谓4)在0.05~0.25的范围。另外，所述29.5~30.5°范围 的峰优选是归因于4A族元素-稀土元素-氧的化合物的峰。另外，所述29. 5~30. 5°范 围的峰优选归因于铪-钇-氧的化合物。另外，所述氮化硅烧结体优选按氧化物换算含有 2~8质量％的A1，按氧化物换算含有1~3. 5质量％的稀土元素，按氧化物换算含有1~ 5质量％的4A族元素、5A族元素和6A族元素的任一种以上。另外，优选所述氮化硅烧结体 的加工系数（machinablecoefficient)在 0? 120 ~0? 150 的范围内。
[0017] 本发明的耐磨件含有本发明的氮化硅烧结体。另外，所述氮化硅烧结体的滑动面 优选为表面粗糙度Ra为0. 1ym以下的抛光面。另外，优选所述耐磨件是轴承用滚珠。另 外，所述轴承用滚珠优选是用于风扇电机的轴承用滚珠。
[0018]发明效果
[0019] 在本发明的氮化硅烧结体中，晶界相的比率在100ymX100ym单位面积的微小 区域被控制。因此，易进行抛光等表面加工。另外，通过控制氮化硅晶粒和晶界相中的化合 物，可以实现加工性提高和耐磨性的兼顾。因此，本发明的氮化硅烧结体在应用于耐磨件 时，在维持耐磨损特性的同时，可降低加工时间和加工成本。
【附图说明】
[0020] 图1是表示轴承用滚珠的一例的透视图；
[0021] 图2是表示测定氮化硅晶粒的长径比的方法的截面图。
【具体实施方式】
[0022] 本发明的氮化硅烧结体的特征在于，包含氮化硅晶粒和晶界相，在拍摄该氮化硅 烧结体的任意截面时，每100umX100ym单位面积的晶界相的面积比为15~35%。
[0023] 氮化硅烧结体具备成为主相的氮化硅晶粒和成为亚相的晶界相。晶界相主要由在 烧结工序中使烧结助剂彼此或烧结助剂与氮化硅（含杂质氧）反应的化合物形成。烧结助 剂为控制烧结性而添加，晶界相形成于氮化硅晶粒彼此的间隙（晶界）。通过晶界相强化氮 化硅晶粒彼此的结合力。
[0024] 比较氮化硅晶粒的硬度和晶界相的硬度时，通常，晶界相的硬度较低。因此认为， 在对氮化硅烧结体实施抛光之前，通过增大比氮化硅晶粒软的晶界相的比例，降低氮化硅 烧结体本身的硬度是有效的。确实，通过降低氮化硅烧结体的硬度，得到一定的效果。
[0025]如后所述，在耐磨件中应用氮化硅烧结体的情况下，根据用途要求表面粗糙度Ra为0.1ym以下的平坦性高的抛光面。抛光面用作滑动面。例如，在轴承用滚珠的情况下， 通过将氮化硅烧结体的全部表面形成平坦面，可以提高滑动特性。通常，对于氮化硅烧结体 的抛光来说，进行使用金刚石砂轮的抛光。在进行抛光时，认为增加比氮化硅晶粒软的晶界 相的比例易进行抛光。
[0026] 但是，在得到表面粗糙度Ra为0. 1ym以下的平坦面的情况下，已知，由于氮化硅 晶粒和晶界相的切削方法不同，所以难以得到清洁的平坦面。
[0027] 根据本发明，通过在100ymX100ym单位面积的微小区域将晶界相的面积比设 定在15~35%的范围，可以降低氮化硅晶粒和晶界相之间的硬度不同带来的加工性的波 动，以提高加工性。晶界相的面积比低于15%时，晶界相过少，氮化硅烧结体的耐磨性降 低。另外，晶界相的面积比超过35%时，晶界相过多，产生加工性的波动。因此，晶界相的 比率为15~35%，优选为15~25%。本发明的氮化硅烧结体的构成使得，在任意截面，在 lOOymXIOOym单位面积的微小区域，晶界相的面积比为15~35%的范围。
[0028] 予以说明，晶界相的面积比的测定方法如下所述。首先，取得氮化硅烧结体的任意 截面。对该截面实施镜面加工，以使表面粗糙度Ra为lym以下。为了明确界定氮化硅晶 粒和晶界相的区域，对所得镜面实施等离子体蚀刻处理。进行等离子体蚀刻处理时，氮化硅 晶粒和晶界相的蚀刻率彼此不同，因此，某一方会比另一方更多地被蚀刻掉。
[0029] 例如