(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素を主結晶相とし、その粒界相に、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）で表される結晶相と、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂのうち少なくとも１種の窒化物、炭化物および珪化物から選ばれる少なくとも１種の結晶相とを含むことを特徴とする窒化珪素質焼結体。
【請求項２】
周期律表第３ａ族元素が酸化物換算で２〜１０重量％、アルミニウムが酸化物換算で２〜５重量％、過剰酸素が二酸化珪素換算で０．５〜５重量％、残部が窒化珪素からなる組成物１００重量部に対して、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂのうち少なくとも１種を酸化物換算で０．５〜５重量部の割合で含有することを特徴とする請求項１記載の窒化珪素質焼結体。
【請求項３】
Ｘ線回折において、Ｓｉ３Ｎ４（２００）のピーク強度に対するＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５（２１１）およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（１０２）（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）のピーク強度比が０．０１以上であることを特徴とする請求項１または２記載の窒化珪素質焼結体。
【請求項４】
Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂから選ばれる少なくとも１種の窒化物、炭化物、珪化物からなる結晶粒子の平均粒径が３μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３記載の窒化珪素質焼結体。
【請求項５】
相対密度が９９％以上であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の窒化珪素質焼結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンエンジン用部品、自動車用部品、工具用部品あるいはその他の耐摩耗性を要する構造用部品に好適な窒化珪素質焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
窒化珪素質焼結体は、従来から高強度を有するとともに、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性に優れた材料として注目され、エンジニアリングセラミックス、特にガスタービンエンジン用部品や自動車用部品などの熱機関用部品、さらには耐摩耗性を必要とする工具用部品や砂利粉砕機等の一般産業用部品として応用が進められている。
【０００３】
特に、近年、直噴型のエンジンの出現により高圧タイプの燃料噴射機が必要となり、本噴射機に窒化珪素を用いる例が見られる。しかし、これは高圧での摺動部品であり、窒化珪素質焼結体は、高温でも高強度を有するものの、それ自体では耐摩耗性が実用的には不十分であり、耐摩耗性と高温強度とを兼ね備えるとともに、高温での負荷が加わるため静的疲労特性と耐酸化性に優れた材料が要望されていた。
【０００４】
ところで、窒化珪素質焼結体は、主体となる窒化珪素自体が難焼結材であることから、希土類酸化物や酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の焼結助剤を配合して焼結させることにより高密度化、高強度化が図られている。
【０００５】
すなわち、一般に窒化珪素質焼結体は、窒化珪素粉末に対して、上記焼結助剤を添加した混合粉末を所定形状に成形した後、非酸化性雰囲気中において１６００〜２０００℃の温度で焼成される。その場合、常圧窒素中では１８００℃より高い温度では窒化珪素が分解することから、通常、加圧した窒素雰囲気中で窒化珪素の分解を抑制しながら焼成することによって、高温での焼成を実現し、高温強度の優れた焼結体を得ることができる。また、窒化珪素粒子の粒界に存在する焼結助剤成分を結晶化させて粒界の耐熱性を高めることによって、高温強度に優れた焼結体が得られている。
【０００６】
一方、耐摩耗性を改善するために、金属珪化物を窒化珪素質焼結体に含有させることが提案されている。例えば、特公平６−６２３３９号公報には、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの中から１種以上を含ませることにより、焼成中にＮｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏまたはＷの珪化物を形成させ、耐摩耗性を向上することが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焼結助剤として希土類酸化物や酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等を用いると、焼結助剤の融点が低いため、低温での焼成が可能となり、窒化珪素粒子の粒成長を抑制できる。その結果、常温における強度向上が可能となるが、焼結助剤の融点が低いため焼結体中の粒界相が低温から軟化し、高温強度が低下するという問題があった。
【０００８】
また、加圧焼結により高温で焼成した焼結体は、高温強度の向上は可能であるが、窒化珪素粒子の粒成長の制御が困難であるため、常温強度の低下を防げず、また、硬度も低下するという問題があった。
【０００９】
さらに、粒界相を結晶化した焼結体は、高温における粒界相の軟化を抑制できるため、粒界相の軟化が原因となるクリープ変形やクリープ破壊を発生しないが、変形を伴わないサブクリティカルクラックグロース（以下、単にＳＣＧという。）による静的疲労を起こし、高温時における応力破断時間が短縮するという問題があった。また、結晶化した粒界相によっては、耐酸化性が悪いために、粒界相が優先的に酸化され、高温酸化雰囲気中で酸化が進み、特性が劣化するという問題点があった。
【００１０】
一方、特公平６−６２３３９号公報に記載されている珪化物を含有させた窒化珪素質焼結体は、耐摩耗性は優れているものの、静的疲労特性が十分ではなく、また、加圧焼結しているために、常温強度が十分でないという問題があった。
【００１１】
従って、本発明は、常温から１０００℃までの強度、静的疲労特性、耐酸化性および耐摩耗性に優れた窒化珪素質焼結体を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、窒化珪素を主成分とする窒化珪素質焼結体の機械的特性が、粒界結晶相によって決定されるとの知見に基づくものであり、窒化珪素を主結晶相とし、その粒界相に特定の結晶を形成させることにより、常温から１０００℃までの強度、高温での静的疲労特性、耐酸化性および耐摩耗性を改善するものである。
【００１３】
即ち、本発明の窒化珪素質焼結体は、窒化珪素を主結晶相とし、その粒界相に、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）で表される結晶相と、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂのうち少なくとも１種の窒化物、炭化物および珪化物から選ばれる少なくとも１種の結晶相とを含むことを特徴とするものである。
【００１４】
ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）は、高温でも安定で、耐酸化性に優れているため、高温での強度を高める効果があり、かつ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂから選ばれる少なくとも１種の窒化物、炭化物、珪化物から選ばれる少なくとも１種の結晶相と共存することによって、静的疲労特性および耐摩耗性に優れた窒化珪素質焼結体を提供することができる。
【００１５】
特に、周期律表第３ａ族元素が酸化物換算で２〜１０重量％、アルミニウムが酸化物換算で２〜５重量％、過剰酸素が二酸化珪素換算で０．５〜５重量％、残部が窒化珪素からなる組成物１００重量部に対して、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂのうち少なくとも１種を酸化物換算で０．５〜５重量部の割合で含有することが好ましい。この組成により、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２結晶相が発現しやすく、その結果、耐酸化性、高温強度、静的疲労特性がさらに優れるとともに、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂのうち少なくとも１種の窒化物、炭化物、珪化物などが形成し、十分な耐摩耗性を提供できる。
【００１６】
また、Ｘ線回折において、Ｓｉ３Ｎ４（２００）のピーク強度に対するＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５（２１１）およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（１０２）（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）のピーク強度比が０．０１以上であることが好ましく、これにより、耐酸化性と静的疲労特性に優れた窒化珪素質焼結体を安定して得ることができる。
【００１７】
さらに、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂから選ばれる少なくとも１種の窒化物、炭化物、珪化物からなる結晶粒子の平均粒径が３μｍ以下であることが好ましく、さらに耐摩耗性と強度を高めることができる。
【００１８】
さらにまた、窒化珪素質焼結体の相対密度が９９％以上であることが好ましく、これにより強度と耐酸化性を高めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化珪素質焼結体では、窒化珪素からなる主結晶相の粒界に、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）と、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂから選ばれる１種以上の窒化物、炭化物および珪化物から選ばれる１種以上の結晶相とを存在せしめることによって、強度、静的疲労特性、耐酸化性および耐摩耗性に優れた窒化珪素質焼結体を実現するものである。
【００２１】
すなわち、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）の粒界結晶相は、従来の窒化珪素質焼結体の粒界結晶相であるメリライト（ＲＥ２Ｏ３・Ｓｉ３Ｎ４）やウォラストナイト（ＲＥＳｉ２Ｎ）等（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）に比較して、熱的・化学的に安定であるため粒界相が優先的に酸化されず、その結果強度低下を抑制できる。したがって、上記の粒界結晶相は、焼結体の耐酸化性を改善し、室温から１０００℃までの強度を優れたものとしている。
【００２２】
特に、Ｘ線回折において、Ｓｉ３Ｎ４（２００）のピーク強度に対するＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５（２１１）およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（１０２）（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）のピーク強度比が０．０１以上、特に０．１以上、さらに好適には０．２以上であると、これらの結晶の添加効果が顕著になり、耐酸化性と静的疲労特性に優れた窒化珪素質焼結体が得られる。
【００２３】
なお、Ｘ線回折は、理学電気製のＸ線回折装置を用いて、管球Ｃｕ、管電圧５０ｋＶ、管電流２００ｍＡ、縦型ゴニオメータ２軸、ステップ幅０．０２°、係数時間０．０５ｓｅｃの条件でステップスキャンにて測定し、バックグラウンドを最大高さから差し引いた値をピーク高さとした。
【００２４】
また、ＲＥ2Ｓｉ3Ｎ2Ｏ5（２１１）、ＲＥ3ＡｌＳｉ2Ｏ7Ｎ2（１０２）（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）の面間隔は、それぞれ２．７７７Å、２．７８３Åと近く、ピークは２θが３６°付近に現れるが、重なって一つのピークとなることがある。しかし、この重なったピークがＳｉ3Ｎ4（２００）とのピークに対して１％以上あれば問題はないため、実際は１つのピークのみを使用してピーク比を算出することとした。
【００２５】
さらに、本発明の窒化珪素質焼結体は、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂから選ばれる１種以上の窒化物、炭化物、珪化物などの結晶粒子を含む。これらの結晶粒子は、硬質粒子として知られており、焼結体中に分散させることにより、硬度を高めて耐摩耗性を改善することができる。これらの硬質粒子の中で、特にＷＳｉ2、Ｃｕ2Ｓｉ、ＦｅＳｉ2およびＮｂＣが好ましい。
【００２６】
特に、上記の結晶粒子の平均粒径が３μｍ以下、特に１μｍ以下であると、硬質粒子の分散により耐摩耗性をさらに高めるとともに、粒子分散により強度をさらに向上させることができる。
【００２７】
また、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）の結晶相と、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂから選ばれる１種以上の窒化物、炭化物、珪化物から選ばれる１種以上の結晶相とを共存させることにより、静的疲労特性の劣化の一因であるＳＣＧの原因となるキャビティの発生が抑制される。したがって、静的疲労特性の改善が期待できる。
【００２８】
また、Ａｌ２ＲＥ４Ｏ９（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの少なくとも１種）で表される結晶相が粒界相に含まれることが好ましい。この結晶相は、窒素を含有しないため、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）結晶相に比べて耐酸化性に優れるため、焼結体の耐酸化性をさらに向上することができる。
【００２９】
さらに、窒化珪素質焼結体の相対密度が９９％以上、特に好ましくは９９．５％以上であると焼結体中の気孔を低減できるため、高温強度をさらに高めることができるとともに、表面積が低減するため、耐酸化性を高めることができる。
【００３０】
本発明の窒化珪素質焼結体は、窒化珪素からなる主成分に対し、副成分として、周期律表第３ａ族元素を酸化物換算で２〜１０重量％、アルミニウムを酸化物換算で２〜５重量％、過剰酸素を二酸化珪素換算で０．５〜５重量％の割合で含有されることが好適で、組成を上記の範囲内にすることにより、焼成過程で液相が十分に発生し、緻密体を得やすくなるとともに、高温焼成が不要となり、窒化珪素の粒成長を抑制して、常温強度を高める効果がある。また、焼結体中の粒界相の分率が適正化され、高温強度を高める効果がある。
【００３１】
本発明に用いられる周期律表第３ａ族元素としては、Ｙ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｍ等が挙げられるが、特に有意差は認められないが、安価に入手できる点でＹが好ましい。周期律表第３ａ族元素は、酸化物換算で２〜１０重量％、特に４〜８重量％であることが望ましい。ＲＥ（周期律表第３ａ族元素）量が上記の範囲内にあると、粒界結晶相としてメリライト（ＲＥ２Ｏ３・Ｓｉ３Ｎ４）や、ウォラストナイト（ＲＥＳｉ２Ｎ）等（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）の耐酸化性に劣った結晶相を避けることができ、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２結晶相（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）を形成しやすくすることができる。
【００３２】
また、アルミニウムの酸化物換算による含有量が、２〜５重量％、特に２．５〜４重量％の範囲内にあると、粒界相の結晶化が容易になり、低温での焼結性を高める効果がある。
【００３３】
さらに、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂから選ばれる１種以上は、周期律表第３ａ族元素が酸化物換算で２〜１０重量％、アルミニウムが酸化物換算で２〜５重量％、過剰酸素が二酸化珪素換算で０．５〜５重量％、残部が窒化珪素からなる組成物１００重量部に対して、酸化物換算で０．５〜５重量部含有することが望ましく、０．６〜３重量部の割合で含有することがさらに好適である。
【００３４】
これらの成分は、焼結体の緻密化を阻害せず、耐摩耗性を向上し、静的疲労特性を改善する効果がある。なお、タングステンの酸化物はＷＯ3、モリブデンの酸化物はＭｏＯ3、銅の酸化物はＣｕ2Ｏ、マンガンの酸化物はＭｎＯ2、鉄の酸化物はＦｅ2Ｏ3、ニオブの酸化物はＮｂ2Ｏ5として扱う。
【００３５】
さらに、本発明の窒化珪素質焼結体は、過剰酸素を含むものである。この過剰酸素量が過剰酸素を二酸化珪素換算で０．５〜５重量％、特に１．５〜３．５重量％の範囲内にあると、周期律表第３ａ元素のダイシリケートやモノシリケート等の結晶相の析出を抑制し、非晶質膜が粒界に形成するのを防ぐため、高温強度や静的疲労特性の劣化を防止できる。
【００３６】
なお、過剰酸素とは、焼結体中の全酸素量から焼結体中のＲＥ（周期律表第３ａ族元素）酸化物（ただし、ＲＥ2Ｏ3で換算する）及びＡｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂから選ばれる１種以上が化学量論的に形成した酸化物に用いられる酸素を除いた残りの酸素をいい、その殆ど全てが窒化珪素原料に含有される酸素、または焼結助剤として添加する二酸化珪素として混入するものである。したがって、本発明の過剰酸素は全て二酸化珪素（ＳｉＯ2）で存在すると仮定する。
【００３７】
なお、本発明の窒化珪素質焼結体において、ＲＥ2Ｓｉ3Ｎ2Ｏ5、ＲＥ3ＡｌＳｉ2Ｏ7Ｎ2、Ａｌ2ＲＥ4Ｏ9（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）や、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂから選ばれる少なくとも１種の窒化物、炭化物、珪化物などの粒界結晶相は、上記の結晶が形成されている限り、その結晶粒子内に他元素を固溶していても、何ら差し支えない。
【００３８】
次に、本発明にかかる窒化珪素質焼結体を製造するための方法について説明する。まず、出発原料として窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末、周期律表第３ａ族元素酸化物（ＲＥ2Ｏ3）粉末、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）粉末、酸化タングステン（ＷＯ3）粉末、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）粉末、酸化銅粉末（Ｃｕ2Ｏ）、酸化マンガン粉末（ＭｎＯ2）、酸化鉄粉末（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化ニオブ粉末（Ｎｂ2Ｏ5）から選ばれる１種以上、所望により酸化珪素（ＳｉＯ2）の粉末を用意し、これらを前述したような比率で調製する。
【００３９】
なお、これらの酸化物は、上記以外の化学式で表される酸化物を用いてもかまわないが、組成は上記の化学式で算出するものとする。例えば、ＣｅＯ2粉末を用いることができる。ただし、添加量は化学式Ｃｅ2Ｏ3で算出する必要がある。
【００４０】
なお、酸化珪素成分としては、窒化珪素粉末中に不可避的に含まれる不純物酸素が用いられるが、この不純物酸素が少ない原料を用いる場合には、上記組成に対してさらにＳｉＯ2粉末を添加すれば良く、この時の過剰酸素（ＳｉＯ2）量は、窒化珪素に含まれている酸素をＳｉＯ2に換算した量と添加したＳｉＯ2粉末との合計量である。
【００４１】
そして、上記のように所定の割合で調製した混合粉末を、公知の成形手段、例えば金型プレス成形、鋳込み成形、押出成形、射出成形、冷間静水圧プレス成形等により任意の形状に成形する。しかる後、得られた成形体を公知の焼成手段、例えば常圧焼成法、窒素ガス圧焼成法等により１６５０〜１８００℃非酸化性雰囲気中で焼成して相対密度９９％以上に緻密化する。
【００４２】
ここで、上記焼成温度を限定した理由は、焼成温度が１６５０℃より低いと十分な緻密体が得られず、１８００℃を越えると窒化珪素粒子の粒成長が著しくなり常温強度の向上が困難であるためである。
【００４３】
なお、相対密度９５％程度の窒化珪素質焼結体に対して、窒素またはアルゴンガスによって１０００気圧以上の高圧下で熱処理する、いわゆる熱間静水圧焼成（ＨＩＰ）を施し、緻密化することもできる。
【００４４】
次に得られた焼結体を８００℃〜１３００℃で熱処理することにより粒界相の一部を結晶化させることが望ましい。処理温度が８００℃より低いと粒界相の結晶化が難しく、１３００℃を越えると、窒化珪素質焼結体中の粒界相が他の結晶相に結晶化してしまう傾向があるためである。
【００４５】
特に、結晶化処理にあたっては、粒界相中にＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）で表される結晶相およびＡｌ２ＲＥ４Ｏ９（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）を析出させる上では、９００℃〜１０００℃で核生成を促し、１１００℃〜１２００℃で核生成させるという多段の熱処理をすることが望ましい。熱処理時の雰囲気は大気中等の酸化雰囲気や窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気のいずれでも構わない。
【００４６】
本発明の窒化珪素質焼結体は、使用温度が８００℃〜１０００℃の耐熱部材として有用であり、特にガスタービン用部品、自動車用高温部品などに好適に使用されるものである。
【００４７】
【実施例】
出発原料として窒化珪素粉末（ＢＥＴ比表面積９ｍ2／ｇ、α率９２％、酸素量１．０重量％）と、各種の周期律表第３ａ族元素酸化物（ＲＥＯ2またはＲＥ2Ｏ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化銅（Ｃｕ2ＯまたはＣｕＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）の粉末を用い、焼結体中における組成が表１および表２に示す割合となるように調合し、溶媒とともに窒化珪素ボールにて混合粉砕した後、スプレードライヤーで乾燥造粒して顆粒を製作し、該顆粒を金型に充填して１００ＭＰａの圧力で金型プレス成形することにより成形体を作製した。
【００４８】
そして、得られた成形体を炭化珪素質のこう鉢に入れて、カーボンヒーターを用い、常圧窒素雰囲気中にて１７５０℃の温度まで昇温し、この温度にて５時間保持した後炉冷し、窒化珪素質焼結体を製作した。さらに、得られた焼結体は、多段加熱を行うため、まず８００℃で３時間熱処理した後、試料Ｎｏ．１〜３７および４０〜４４を１０００℃、試料Ｎｏ．３８を６００℃、試料Ｎｏ．３９を１４００℃でそれぞれ１０時間保持し、熱処理を行った。
【００４９】
そして、得られた窒化珪素質焼結体の主結晶相及び粒界を構成する結晶相について、Ｘ線回折により分析するとともに、ＪＩＳＲ１６０１の形状に加工して試験片を作製し、これらの試料を用いて、ＪＩＳＲ１６０１に基づく室温及び１０００℃での４点曲げ強度、静的疲労特性、耐酸化性の測定を行った。
【００５０】
また、静的疲労特性は１０００℃の大気中で曲げ試験で行い、７００ＭＰａの一定応力を負荷したときの破断時間（応力破断時間）で評価した。また、耐酸化性は１０００℃で１０００時間の大気中での暴露試験によるによる重量増加量で評価した。結果を表１および表２に示す。
【００５１】
【表１】
0004651144.tif 000002
【００５２】
【表２】
0004651144.tif 000003
【００５３】
ここで、表１、表２において、組成のＳＮは窒化珪素を表し、ＲＥ２Ｏ３は周期律表第３ａ族元素の酸化物を表す。また、粒界結晶相として、Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５、ＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２、Ａｌ２ＲＥ４Ｏ９を表し、Ａはアパタイト、Ｗはウォラストナイト、Ｍはメリライト、Ｄはダイシリケートを表す。また、Ｇは粒界相が結晶化しておらず非晶質であることを表す。さらに、α割合とは、ＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５（２１１）およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２（１０２）（ＲＥは周期律表第３ａ族元素のうちの１種以上）のＳｉ３Ｎ４（２００）に対するピーク比を示し、β粒径とは、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｂのうち少なくとも１種の窒化物、炭化物、珪化物から選ばれる少なくとも１種の結晶粒子の粒径を示している。
【００５４】
本発明の試料Ｎｏ．１〜２３、２５〜３７は、常温強度が１０００ＭＰａ以上、１０００℃の高温強度が８００ＭＰａ以上、静的疲労特性において応力破断時間が５０時間以上、耐酸化性の重量増加量が０．２ｍｇ／ｃｍ２以下、耐摩耗試験における摩耗体積が１５ｍｍ３以下であった。
【００５５】
一方、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｍｎ、ＦｅおよびＮｂのうち少なくとも１種の酸化物含有量が０重量％と本発明の範囲外の試料Ｎｏ．２４は、常温強度が１０９０ＭＰａ、１０００℃の高温強度が８９０ＭＰａ、静的疲労特性において応力破断時間が１００時間以上、耐酸化性の重量増加量が０．１５ｍｇ／ｃｍ2であったが、耐摩耗試験における摩耗体積が２１ｍｍ3と大きかった。
【００５６】
また、粒界相にＲＥ２Ｓｉ３Ｎ２Ｏ５およびＲＥ３ＡｌＳｉ２Ｏ７Ｎ２のない本発明の範囲外の試料Ｎｏ．３８〜４４は、いずれも静的疲労特性が３０時間以下と短かかった。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の窒化珪素質焼結体は、窒化珪素からなる主結晶相の粒界相に特定の結晶相を析出させることにより、常温から１０００℃までの強度、静的疲労特性、耐酸化性および耐酸化性に優れた窒化珪素質焼結体を作製することができる。