(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｄ５０が１．１〜１．３μｍ、ｄ７５／ｄ２５が４〜６であり、エタノール吸液量が粉末５ｇ当たり２．１〜２．２ｍｌである窒化珪素粉末。ここで、ｄ５０とはレーザー回折散乱法で測定された粒度分布における累積５０体積％径、ｄ７５とは累積７５体積％径、ｄ２５とは累積２５体積％径のことである。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化珪素粉末の焼結体からなる窒化珪素焼結体。
【請求項３】
請求項２に記載の窒化珪素焼結体で構成されてなる非鉄金属の溶湯用部材。
【請求項４】
非鉄金属がアルミニウム又はアルミニウム合金である請求項３に記載の非鉄金属の溶湯用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化珪素粉末及びその用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素粉末は、その耐摩耗、高強度、低熱膨張等の優れた性質を利用し、樹脂充填材やエンジニアリングセラミックス焼結体の製造原料等に使用されている。近年、非鉄金属の溶湯用部材、特にアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯用部材の需要が伸びており、具体的には熱電対の保護管、ラドル、湯面検知棒、ロール、タイル等の耐摩耗材料、軸受、バルブ等の産業機械部品である。
【０００３】
非鉄金属溶湯用部材への要求特性は、高温強度と耐食性がいずれも高いことである。これを解決するため、従来、数多くの技術改良（特許文献１）がなされているが、まだまだ改善の余地があった。
【特許文献１】特開平９−２５５３１３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高温強度と耐食性がいずれも高い窒化珪素焼結体、それを用いた非鉄金属溶湯用部材、及びそれを製造するための窒化珪素粉末を提供することである。本発明の目的は、窒化珪素粉末の粒度特性と、エタノール吸液量で示される窒化珪素粉末の充填性とを最適化した窒化珪素粉末を提供することによって達成することができる。なお、本明細書において、「高温強度」とは８００℃における４点曲げ強さであり、「耐食性」とは７５０℃の溶融アルミニウムに試験片を２４時間浸漬したときの侵食深さのことであり、「窒化珪素粉末の充填性」とは焼結前の窒化珪素粉末成形体の密度のことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ｄ５０が１．１５〜１．２７μｍ、ｄ７５／ｄ２５が４．５〜５．６であり、エタノール吸液量が粉末５ｇ当たり２．１２〜２．１８ｍｌである窒化珪素粉末。ここで、ｄ５０とはレーザー回折散乱法で測定された粒度分布における累積５０体積％径、ｄ７５とは累積７５体積％径、ｄ２５とは累積２５体積％径のことである。また、本発明は、本発明の窒化珪素粉末の焼結体からなる窒化珪素焼結体である。さらに、本発明は、本発明の窒化珪素焼結体で構成された非鉄金属の溶湯用部材であり、好ましくはアルミニウム又はアルミニウム合金溶湯用部材である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、例えばアルミニウム、マグネシウム、ニッケル等の非鉄金属の溶湯用部品を製造するのに好適な、高温強度と耐食性がいずれも高い窒化珪素焼結体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の窒化珪素粉末のｄ５０は０．９〜１．５μｍ、好ましくは、１．１〜１．３μｍである。ｄ５０が０．９μｍ未満であると、ｄ２５も小さくなるのでｄ７５／ｄ２５の条件を満たさせることが困難となる。その結果、窒化珪素粉末の充填性を十分に高めることができなくなり、高温強度と耐食性がいずれも顕著に向上しない。一方、ｄ５０が１．５μｍをこえると、粗粉になりすぎてこれまた高温強度と耐食性が顕著に向上しない。
【０００８】
窒化珪素粉末のｄ７５／ｄ２５は３〜８、好ましくは４〜６である。ｄ７５／ｄ２５が３未満であると、粒度分布がシャープになりすぎて窒化珪素粉末の充填性が高まらず、またこの比が８をこえると、逆に粒度分布がブロードになりすぎて粗粉が増え、これまた窒化珪素粉末の充填性が高まらない。これらの結果、窒化珪素焼結体の焼結密度が大きくならず、高温強度と耐食性が顕著に向上しない。普通に入手できる市販品等の窒化珪素粉末のｄ７５／ｄ２５は、２未満又は１３以上であるので、本発明に係る３〜８は特異的である。
【０００９】
窒化珪素粉末の粒度の調整は、例えば金属珪素の直接窒化法で製造した窒化インゴットを粗砕、中砕、粉砕した後、気流分級して窒化珪素粉末を製造する際、分級条件を制御することによって行うことができる。具体的には、一次エアー量やガイドベーン、ルーバー等の自由渦の制御、二次エアー風量等による半自由渦の制御、更にはローター等の回転数による強制渦の制御等によって行うことができる。これらの操作方法は当業者に熟知されている。
【００１０】
粒度の測定は、レーザー回折散乱法による粒度分布測定機（例えばＬＥＥＤＳ＆ＮＯＲＴＨＲＵＰ社製商品名「ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ−ＩＩ  ＳＰＡ：ＭＯＤＥＬ７９７７−２０」）によって行うことができる。測定は試料粉末６０ｍｇをヘキサメタリン酸ナトリウム０．２質量％水溶液２００ｇに１０分間超音波分散させてから行う。
【００１１】
本発明の窒化珪素粉末は、エタノール吸液量が粉末５ｇ当たり２．０〜２．３ｍｌ、好ましくは２．１〜２．２ｍlである。普通に入手できる市販品等の窒化珪素粉末のエタノール吸液量が１．９ｍl未満又は４ｍl以上であることを踏まえると、数値範囲が厳選されていることが特徴である。エタノール吸液量は窒化珪素粉末の充填性の良否を示す指標であり、粒子同士の隙間が多くなるほど（すなわち最密充填に近くなるほど）小さくなるが、いくら小さくても良いということではなく、窒化珪素粉末の充填性を最大化させる下限値がある。一方、上記粒度範囲にあっては、平均粒子径が大きいほどエタノール吸液量は大きくなる。これらの事実を突き止め、更なる検討を加えて、エタノール吸液量が上記のように特定された。エタノール吸液量が粉末５ｇ当たり２．０ｍl未満であると、窒化珪素粉末の充填性の著しい向上はなく、また２．３ｍｌをこえると、粒子同士の隙間が大きすぎるため、これまた窒化珪素粉末の充填性の著しい向上はない。エタノール吸液量の増減は、上記粒度範囲において、ｄ５０を０．９〜１．５μｍの範囲内で制御することによって行うことができる。
【００１２】
エタノール吸液量の測定は、試料５ｇを秤量して１００ｍｌビーカーに入れ、ビュレットから約０．０２ｍｌずつエタノールを滴下しガラス棒で混合する、この滴下・混合を繰り返して行い、試料の全量がガラス棒にまとわりついたエタノール量を測定することによって行った。
【００１３】
本発明の窒化珪素焼結体は、本発明の窒化珪素粉末を含む原料を、常圧焼結又はホットプレス焼結することによって製造することができる。すなわち、本発明の窒化珪素粉末をそのまま、又は例えばＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等の希土類元素、３ａ族元素等の酸化物からなる焼結助剤を混合し、例えばプレス成形、射出成形、押出成形、鋳込み成形等によって成形した後、例えば窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気下、例えば温度１６５０〜１８００℃、４〜１２時間焼成することによって製造することができる。
【００１４】
本発明の窒化珪素焼結体は、高温強度が８００ＭＰａ以上で、耐食性はほとんど侵食せずであるので非金属溶湯部材に適しており、特にこれらの特性が高度に要求されるアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯部材に最適となる。
【実施例】
【００１５】
実施例２〜４  比較例１〜４  参考例１〜２
金属珪素粉末の直接窒化法（例えば特開平２−４４０１７号公報の実施例１参照）にてα
率９０％以上の窒化珪素インゴットを製造した後、それをジョークラッシャーにて粗砕、
更にチューブミルと振動ミルで中砕・微粉砕した後、気流式分級機で分級し、表１に示さ
れる窒化珪素粉末を製造した。窒化珪素粉末の粒度調整は、振動ミルのフィード量、分級
機の一次エアー量と二次エアー量の制御によって行った。得られた窒化珪素粉末につき、
上記方法に従い、ｄ５０、ｄ７５／ｄ２５及びエタノール吸液量を測定した。また、窒化
珪素粉末の充填性として、窒化珪素粉末を金型プレス成形後９８ＭＰａの圧力でＣＩＰ成
形し、アルキメデス法によりＣＩＰ成形体の相対密度を測定した。それらの結果を表１に
示す。
【００１６】
窒化珪素粉末９２質量部、アルミナ粉末３質量部、イットリア粉末５質量部及び水１５質量部を加え、ボールミルで湿式混合した。これをスプレードライヤーで造粒・乾燥し、金型プレス成形後２４５ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形してから、窒素雰囲気中、温度１７５０℃で４時間焼結し、窒化珪素焼結体を製造した。
【００１７】
得られた窒化珪素焼結体について、高温強度（ＪＩＳ  Ｒ１６０４による８００℃の４点曲げ強さ）と耐食性を測定した。耐食性は、黒鉛ルツボ内に温度７５０℃の溶融アルミニウムを形成させ、高温強度測定と同じ試験片を２４時間浸し、侵食深さをマイクロメータで計測した。それらの結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
0004503541.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明の窒化珪素粉末は、非鉄金属の溶湯用部品の製造用原料や樹脂充填材等として使用することができる。