(57)【要約】【課題】導電性付与材を含有させて放電加工を可能とし、静電気の蓄積が無い窒化珪素焼結体とその効率的な製造方法、およびその窒化珪素焼結体を用いて静電気による不具合などを改善した耐摩耗性部材を提供する。【解決手段】導電性付与材としてカーボンナノチューブ６と、炭化珪素および窒化チタンの導電性粒子５とをそれぞれ含有し、電気抵抗値が１０−２〜１０３Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする窒化珪素焼結体である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性付与材としてカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンをそれぞれ含有し、電気抵抗値が１０−２〜１０３Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする窒化珪素焼結体。
【請求項２】
前記炭化珪素の含有量が０．１〜２０質量％であり、かつ窒化チタンの含有量が０．１〜５質量％であることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素焼結体。
【請求項３】
導電性付与材としてカーボンナノチューブを１〜５質量％と、炭化珪素を０．１〜２０質量％と、窒化チタンを０．１〜５質量％と、金属炭珪化物を０．１〜５質量％とを含有し、電気抵抗値が１０−２〜１０３Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする窒化珪素焼結体。
【請求項４】
請求項１または請求項３記載の窒化珪素焼結体において、前記窒化珪素焼結体がさらに希土類元素を酸化物換算で１〜１０質量％と、アルミニウムを酸化物換算で２〜１０質量％とを含有することを特徴とする窒化珪素焼結体。
【請求項５】
請求項１または請求項３記載の窒化珪素焼結体において、前記カーボンナノチューブがマルチウォール型カーボンナノチューブであることを特徴とする窒化珪素焼結体。
【請求項６】
請求項３記載の窒化珪素焼結体において、前記金属炭珪化物が炭珪化モリブデンであることを特徴とする窒化珪素焼結体。
【請求項７】
窒化けい素粉末に焼結助剤粉末と導電性付与材としてのカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンとを混合し、この混合物を所定形状に成形する成形工程と、前記成形工程により得られた成形体を昇温し１７００〜１８５０℃の温度範囲で焼結して一次焼結体を調製する一次焼結工程と、得られた一次焼結体を１５００〜１７５０℃の温度範囲で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理する二次焼結工程とを具備し、上記一次焼結工程において、温度１５００〜１６５０℃の昇温範囲における加熱時間が３０分以上１２０分以下であることを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の窒化珪素焼結体の製造方法において、前記導電性付与材がカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンであり、前記窒化けい素粉末にカーボンナノチューブを１〜５質量％と、炭化珪素を０．１〜２０質量％と、窒化チタンを０．１〜５質量％とを混合することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の窒化珪素焼結体の製造方法において、前記窒化珪素粉末に希土類元素を酸化物換算で１〜１０質量％と、アルミニウムを酸化物換算で２〜１０質量％とを混合することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれかに記載の窒化珪素焼結体を具備することを特徴とする耐摩耗性部材。
【請求項１１】
請求項１０記載の耐摩耗性部材において、前記耐摩耗性部材が電子機器用ベアリングボールまたは冶具であることを特徴とする耐摩耗性部材。
【請求項１２】
請求項１０記載の耐摩耗性部材において、前記耐摩耗性部材が半導体製造装置用治具であることを特徴とする耐摩耗性部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化珪素焼結体、その製造方法、およびそれを用いた耐摩耗性部材に係り、特に導電性付与材を含有させて放電加工を可能とし、静電気の蓄積が無い窒化珪素焼結体とその効率的な製造方法、およびその窒化珪素焼結体を用いて静電気による不具合などを改善した耐摩耗性部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気記録装置、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク装置、各種ゲーム機器などの発達には目覚しいものがある。これらのディスク媒体を有する電子機器においては、通常、スピンドルモータなどの回転駆動装置により回転軸を高速回転させ、この回転軸に装着された各種ディスクを機能させている。
【０００３】
上述したような電子機器用回転駆動部の回転軸を支持する軸受部材、特にベアリングボールには、軸受鋼などの金属材料が主として用いられてきた。しかしながら、軸受鋼等の金属材料では耐摩耗性が不十分であることから、例えば電子機器等のように５０００ｒｐｍ以上の高速回転が要求される分野においては寿命のばらつきが大きく長期間に渡り高い信頼性を有する回転駆動を保証できない問題点があった。
【０００４】
このような問題点を解決するために、近年ではベアリングボールの構成材として窒化珪素焼結体などのセラミックス材料が用いられるようになってきている（例えば特許文献１参照）。窒化珪素焼結体はセラミックス材料の中でも摺動特性に優れ、良好な耐摩耗性を有するものである。従って、高速回転を行う場合においても、機械的に信頼性のある回転駆動を提供することができることが確認されている。
【０００５】
しかしながら、窒化珪素製ベアリングボールは電気的に絶縁物であるため、高速回転を行った際に発生する静電気を、軸受鋼などの金属材料からなる回転軸やボール受け部などのベアリングボール以外の軸受部材に効果的に放散させることができないといった問題が発生する。このように静電気が円滑に放散されずにベアリングや周辺部品が必要以上に帯電してしまうと、例えばハードディスクドライブ等のように磁気的信号を用いる記録媒体を有する電子機器に悪影響を与えてしまい、その結果ハードディスク等の電子機器そのものを破壊してしまうと言った現象が起きていた。
【０００６】
そこで、必要以上に静電気が蓄積することを防止するために、絶縁性を低下させた窒化珪素製ベアリングボールの開発が進められている。例えば、電気抵抗値が１０−５Ω・ｍ程度の導電性窒化珪素焼結体は従来から知られている（特許文献２など参照）。この導電性窒化珪素焼結体においては、金属炭化物や金属窒化物などの導電性付与材が添加されている。金属炭化物や金属窒化物などの導電性化合物を含む窒化珪素焼結体に関しては、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６などにも記載されている。電子機器の回転駆動部などに用いられるベアリングボールにおいても、金属炭化物や金属窒化物などの導電性付与材を利用して、絶縁性を低下させた窒化珪素焼結体を使用することが検討されている。
【０００７】
また、別の問題では、電子機器例えば携帯用パソコン、電子手帳、各種モバイル製品等は年々小型化、携帯化されており、それらの電子機器に用いるハードディスクも年々高容量化、小型化に対する技術的要望が強くなっている。このような高容量化、小型化に対応するためには、さらなる高速回転化が前提となっており、将来的には約１００００ｒｐｍ程度以上の高速回転が実現化されることが予測される。
【０００８】
通常、上記のような高速回転を実現する機構は、回転軸部材、ベアリングボール部、ボール受け部から成る軸受部材であり、回転運動によって生じる過大な圧力は実質的にベアリングボールに集中することとなる。従来の軸受鋼ベアリングボールは剛性が低いことから高速回転を長時間継続した際には、回転騒音の上昇やベアリングボール自体が破壊され易いと言った問題が起きていた。これに対し、安定した高速回転を実現し、絶縁性を低下させた窒化珪素を使用することにより静電気の帯電量を低下させ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の電子機器を回転駆動させるための軸受部材に適したベアリングボールが適用されている。
【特許文献１】特開２０００−３１４４２６号公報
【特許文献２】特公平２−４３６９９号公報
【特許文献３】特公平７−２９８５５号公報
【特許文献４】特許第２５６６５８０号公報
【特許文献５】特開平６−２２７８７０号公報
【特許文献６】特開２００３−２９２３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献６等に示すように、本来絶縁性を有する窒化珪素焼結体に導電性を付与する方法として、多量のＳｉＣ等の炭化物或いはＴｉＮ等の窒化物を添加する方法がある。この場合、窒化珪素焼結体の粒界には、焼結助剤と導電性付与材としての炭化物や窒化物が存在することになる。特に炭化物は窒化珪素結晶の粒成長を抑制する作用を示し、焼結体の機械的強度を損なう傾向が顕著である。すなわち、粒成長が阻害されるため、多数の針状結晶が複雑に入り込んだ窒化珪素本来の微構造が形成されにくくなると同時に、粒界強度も低下するため、粒界が選択的に摩耗する問題が明らかになった。この摩耗は、大きさが数ｎｍ程度の微小摩耗であるが、上述したような窒化珪素焼結体から成るベアリングボールをＨＤＤなどの回転駆動部に適用した場合、ベアリングボールの摩耗が数ｎｍ程度であっても、軸受部の騒音を上昇させる問題があった。
【００１０】
このようなことから、金属炭化物や金属窒化物などの導電性付与材の配合に起因する窒化珪素焼結体の耐摩耗性の低下、特に粒界相の強度低下などに基づく選択的な摩耗を抑制することが、導電性を付与した電子機器用ベアリングボールの課題となっている。
【００１１】
また、上記の微小摩耗の問題を解決するために、窒化珪素焼結体に添加し組織中に分散させる炭化物の粒径を４００ｎｍ以下に規定することにより、粒成長を阻害させない方法も知られている。しかしながら、これらの炭化物粒子は、窒化珪素結晶粒内に進入するため、窒化珪素焼結体の絶縁性を低下させる効果はほとんど見られない。したがって、このような絶縁性を有する窒化珪素焼結体では、放電加工が困難であり、焼結体から放電加工を利用して精細で複雑な形状を有する治工具を製作することは実質上不可能であるという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記したような問題点を解決するためになされたものであり、導電性付与材を含有させて放電加工を可能とし、静電気の蓄積が無い窒化珪素焼結体とその効率的な製造方法、およびその窒化珪素焼結体を用いて静電気による不具合などを改善した耐摩耗性部材を提供することを目的としている。
【００１３】
また、電子機器用のベアリングボールなどに適用した際に、安定した高速回転を実現できる耐摩耗性を有し、摩耗による騒音を防止することができると共に、導電性付与材を所定量含有し導電性を有するために放電加工が可能であり、また必要以上の静電気の帯電を防止することができ、ハードディスクドライブ等の電子機器を回転駆動させるための軸受部材に適したベアリングボール等の耐摩耗性部材を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係る窒化珪素焼結体は、請求項１に記載したように、導電性付与材としてカーボンナノチューブ、炭化珪素（ＳｉＣ）および窒化チタン（ＴｉＮ）をそれぞれ含有し、電気抵抗値が１０−２〜１０３Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の窒化珪素焼結体において、請求項２に記載したように、前記炭化珪素の含有量が０．１〜２０質量％であり、かつ窒化チタンの含有量が０．１〜５質量％であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る他の窒化珪素焼結体は、請求項３に記載したように、導電性付与材としてカーボンナノチューブを１〜５質量％と、炭化珪素を０．１〜２０質量％と、窒化チタンを０．１〜５質量％と、金属炭珪化物を０．１〜５質量％とを含有し、電気抵抗値が１０−２〜１０３Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする。
【００１７】
さらに上記窒化珪素焼結体において、請求項４に記載したように、前記窒化珪素焼結体が希土類元素を酸化物換算で１〜１０質量％と、アルミニウムを酸化物換算で２〜１０質量％とを含有することが好ましい。
【００１８】
また、上記窒化珪素焼結体において、請求項５に記載したように、前記カーボンナノチューブがマルチウォール型カーボンナノチューブであることが好ましい。
【００１９】
さらに上記窒化珪素焼結体において、請求項６に記載したように、前記金属炭珪化物が炭珪化モリブデンであることが好ましい。
【００２０】
本発明の窒化珪素焼結体の製造方法は、請求項７に記載したように、窒化けい素粉末に焼結助剤粉末と導電性付与材としてのカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンとを混合し、この混合物を所定形状に成形する成形工程と、前記成形工程により得られた成形体を昇温し、１７００〜１８５０℃の温度範囲で焼結して一次焼結体を調製する一次焼結工程と、得られた一次焼結体を１５００〜１７５０℃の温度範囲で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理する二次焼結工程とを具備し、上記一次焼結工程において、温度１５００〜１６５０℃の昇温範囲における加熱時間が３０分以上１２０分以下であることを特徴とする。
【００２１】
また、上記窒化珪素焼結体の製造方法において、請求項８に記載したように、前記導電性付与材がカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンであり、前記窒化けい素粉末にカーボンナノチューブを１〜５質量％と、炭化珪素を０．１〜２０質量％と、窒化チタンを０．１〜５質量％とを混合することが好ましい。
【００２２】
さらに、上記窒化珪素焼結体の製造方法において、請求項９に記載したように、前記窒化珪素粉末に希土類元素を酸化物換算で１〜１０質量％と、アルミニウムを酸化物換算で２〜１０質量％とを混合することが好ましい。
【００２３】
本発明の窒化珪素焼結体においては、カーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンをそれぞれ導電性付与材として配合することにより、窒化珪素焼結体に０．０１〜１０３Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗値（導電性）を付与して構成される。
【００２４】
上記導電性付与材としてのカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンをそれぞれ配合することにより静電気滞留防止および放電加工に好適な導電性が窒化珪素焼結体に付与される。特に、窒化珪素焼結体組織内に分散された炭化珪素および窒化チタンの導電性粒子との接触確率が高く導電性が優れたカーボンナノチューブが含有されているために、導電性粒子とカーボンナノチューブとの接触による連続した電気伝導経路が形成され易く、窒化珪素焼結体の導電性が高くなり、静電気による不具合が解消でき、また放電加工によって複雑形状の耐摩耗性部材を形成することが可能となる。
【００２５】
また本発明において、原料中に金属炭珪化物を配合し、金属炭珪化物粒子を結晶相として焼結体中に存在させることが好ましい。すなわち、金属炭珪化物（ＭｘＳｉｙＣｚ）は炭化珪素や窒化チタンに比べて粒界の硬度が低くなる反面、靭性に優れた粒界を形成する材料であるため、このような金属炭珪化物粒子を粒界相などに存在させることによって、粒界相の強化を図ることができる。
【００２６】
また、金属炭珪化物は炭化珪素や窒化チタンと同等の導電性を有している。従って、金属炭珪化物粒子を粒界相などに存在させることによって、窒化珪素焼結体の導電性を阻害することなく、導電性付与材としての炭化珪素や窒化チタンの配合に起因する摩耗、特に粒界相の選択的な摩耗を抑制することが可能となる。すなわち、良好な導電性と耐摩耗性とを併せ持つ低絶縁性（導電性）窒化珪素焼結体を提供することができる。
【００２７】
本発明の耐摩耗性部材は、請求項１０に記載したように、上記した本発明の導電性窒化珪素焼結体で構成されたことを特徴としている。本発明の耐摩耗性部材は、請求項１１に記載したように、特に電子機器用ベアリングボールまたは治具の構成材として好適である。電子機器用治具の具体例としては、ピンセット、電子機器製造ラインにおける位置合せ治具などが例示できる。上記のような電子機器用ベアリングボールによれば、電子機器に対して種々の悪影響を及ぼす静電気を良好に逃がした上で、安定した高速回転を実現することが可能となる。
【００２８】
さらに本発明の耐摩耗性部材は、請求項１２に記載したように、半導体製造装置用治具の構成材として好適である。具体的な半導体製造装置用治具としては、例えば真空チャック、ヒータブロック、ガイドレール、ウェハーカセットなどが例示できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る窒化珪素焼結体、その製造方法、およびそれを用いた耐摩耗性部材によれば、窒化珪素焼結体組織内に分散された炭化珪素および窒化チタンの導電性粒子との接触確率が高く導電性が優れたカーボンナノチューブが含有されているために、導電性粒子とカーボンナノチューブとの接触による連続した電気伝導経路が形成され易く、窒化珪素焼結体の導電性が高くなり、静電気による不具合が解消でき、また放電加工によって複雑形状の耐摩耗性部材を形成することが可能となる。
【００３０】
また、炭化珪素および窒化チタンの導電性粒子との接触確率が高く導電性が優れたカーボンナノチューブが含有されているために、導電性粒子よりも少量で十分な導電性を得ることができる。したがって、導電性粒子の含有量を従来より減少させることが可能となり、導電性粒子を多量に含有させた場合に生じる粒界強度の低下や粒界の選択的摩耗の発生が効果的に抑止できる。したがって、耐摩耗特性に優れ耐久性が高い耐摩耗性部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明の低絶縁性（導電性）窒化珪素焼結体は０．０１〜１０３Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗値を有している。ここで、窒化珪素自体は本質的に絶縁性材料であり、一般的には電気抵抗値が１０８Ω・ｍ以上である。そこで、本発明では窒化珪素焼結体に導電性付与材としてカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンをそれぞれ含有させ、このような導電性付与材により窒化珪素焼結体に０．０１〜１０３Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗値を付与している。
【００３２】
窒化珪素焼結体の電気抵抗値が１０３Ω・ｃｍを超えると、導電性窒化珪素焼結体としての特性を満足させることができず、例えばベアリングボールとしてＨＤＤの回転駆動部などに適用した際に、高速回転により生じる静電気を回転軸やボール受け部などの金属材料から成る軸受部材に良好に伝導させて放散させることができない。すなわち、窒化珪素焼結体の電気抵抗値が１０３Ω・ｃｍを超えると、静電気などの導通量を十分に確保することができない。また、焼結体の導電性が不十分になるために、焼結体を放電加工によって複雑形状に効率的に加工することが困難になり精密形状を有する耐摩耗性部品の量産性が低下する。
【００３３】
一方、窒化珪素焼結体の電気抵抗値を０．０１Ω・ｃｍ（１０−２Ω・ｃｍ）未満としても、静電気の放散などに関してそれ以上の効果が得られないだけでなく、そのような電気抵抗値を得るためには多量の導電性付与材を添加する必要が生じる。窒化珪素焼結体に多量の導電性付与材を配合すると、導電性付与材同士の凝集体などが多量に発生し、これにより窒化珪素焼結体の破壊靭性値や耐摩耗性などの機械的特性を損なうことになる。窒化珪素焼結体の電気抵抗値は０．１〜１０２Ω・ｃｍの範囲であることがより好ましい。
【００３４】
本発明の低絶縁性窒化珪素焼結体においては、上記した０．０１〜１０３Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗値を得るために、窒化珪素焼結体中にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、炭化珪素（ＳｉＣ）および窒化チタン（ＴｉＮ）をそれぞれ導電性付与材として含有させている。窒化チタンは酸化チタンとして添加し、これを焼結過程で窒化してもよい。また、炭化珪素および金属炭珪化物についても焼結過程で、それぞれの化合物を形成するものを用いてもよい。
【００３５】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、導電性付与材の１種として機能し、特に焼結体組織中に分散した炭化珪素（ＳｉＣ）および窒化チタン（ＴｉＮ）等の導電性粒子を相互に接続したり、長尺のカーボンナノチューブ同士が複雑に絡み合ったりして連続した電気伝導経路を形成し窒化珪素焼結体に導電性を付与する成分である。
【００３６】
また、カーボンナノチューブは固体潤滑材としても機能し、このＣＮＴを含有する窒化珪素焼結体を摺動部材に適用した場合には、カーボンナノチューブの潤滑作用によって相手材に対する攻撃性が大幅に緩和される結果、相手材の摩耗量を効果的に低減できる作用効果も得られる。
【００３７】
ここで、上記カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、中空部分を有するグラファイト製の円筒体であり、通常の中実の炭素繊維よりも相当細い、極細の中空炭素繊維である。ＣＮＴは、一般に直径（短径）が０．８ｎｍから３００ｎｍであり、長さ（長径）が５〜２０μｍ程度である。ＣＮＴの種類としては、円筒壁が単層であるシングルウォール型ＣＮＴと、複数の円筒壁が同心状に入れ子式に多層に積層されたマルチウォール型ＣＮＴとに大別される。
【００３８】
上記シングルウォール型ＣＮＴとマルチウォール型ＣＮＴとにおいて、導電性付与材としての機能については両者で差異は少ないが、その製造法や精製法の相違に起因する価格の点でマルチウォール型ＣＮＴが安価である観点および焼結操作時の高温度によって焼失しにくい観点から、本発明においてはマルチウォール型ＣＮＴが好適に使用される。特に短径が３０〜１００ｎｍであり長径が５〜２０μｍであるマルチウォール型カーボンナノチューブを使用することが好ましい。窒化珪素焼結体中におけるカーボンナノチューブの存在は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって分析可能である。
【００３９】
一方、炭化珪素や窒化チタンは１０−５Ω・ｍ（１０−３Ω・ｃｍ）以下の電気抵抗値を有し、かつ化学的に安定であることから、焼結過程においても特性や形状を良好に保つことができる。従って、比較的少量の配合量で窒化珪素焼結体に低電気絶縁性（導電性）を良好に付与することが可能となる。さらに、耐熱性や摺動特性にも優れるという特徴を有する。なお、導電性付与材の存在は、ＥＰＭＡやＸ線回折（ＸＲＤ）により分析可能である。
【００４０】
上述した炭化珪素や窒化チタンからなる導電性付与材は平均粒径が３μｍ以下、さらには平均粒径１μｍ以下の粒子形状を有することが好ましい。さらに、導電性付与材は最大径が４μｍ以下であることが好ましく、より好ましい平均粒径は２μｍ以下である。このような形状を有する炭化珪素粒子や窒化チタン粒子を用いることによって、窒化珪素焼結体中に導電性付与材を良好に分散させることができる。これに対して、導電性付与材としてウイスカーや繊維を用いると、ウイスカーや繊維は窒化珪素焼結体の粒界に対して径が太く、ウイスカーや繊維の界面から亀裂が生じ易い。一方、ＣＮＴは粒界相に対して、十分小さいことから亀裂は生じ難い。
【００４１】
導電性付与材の配合量は、目的とする窒化珪素焼結体の電気抵抗値に応じて適宜設定される。上記した０．０１〜１０３Ω・ｃｍの範囲の電気抵抗値を得る上で、カーボンナノチューブ、炭化珪素、窒化チタンの合計含有量は、窒化珪素焼結体に対して１０〜３０体積％の範囲とすることが好ましい。導電性付与材の含有量が３０体積％を超えると、窒化珪素焼結体の硬度が必要以上に上昇し、耐摩耗性や破壊靭性値などの特性が低下すると共に、窒化珪素の粒成長の阻害要因が増大し、選択的摩耗などがより一層生じやすくなる。導電性付与材の含有量が１０体積％未満であると、電気抵抗値を所定の値に制御することが困難になるため、あまり好ましくはない。導電性付与材の配合量は１５〜２５体積％の範囲とすることがより好ましい。
【００４２】
上記導電性付与材としてのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の具体的な含有量は、１〜５質量％の範囲である。カーボンナノチューブの含有量が１質量％未満である場合には、窒化珪素焼結体の導電性が不十分となる一方、含有量が５質量％を超えるように過剰に含有されると、窒化珪素の緻密化が阻害される。したがって、カーボンナノチューブの含有量は、１〜５質量％の範囲であるが、１．５〜４質量％の範囲がより好ましい。
【００４３】
なお、導電性粒子として例えば粒径が０．３μｍ（３００ｎｍ）の炭化珪素および窒化チタンのみを分散させた場合には、窒化珪素の粒界中に導電性粒子（電極）間に絶縁層（ガラス層）が形成され、焼結体の導電性を高めるためには、絶縁層距離を短くする必要があり、本発明で指向する導電性を達成するためには、導電性粒子を２０〜４０ｖｏｌ％程度と多量に添加する必要がある。この場合、前記のように多量の導電性粒子の存在により結晶の粒成長が阻害され窒化珪素本来の高強度の結晶組織が形成できない。
【００４４】
これに対して本発明のように、例えば、短径が３０〜１００ｎｍであり長径が５〜２０μｍであるカーボンナノチューブを所定量含有させることにより、導電性粒子の含有量を相対的に低減することが可能になる。すなわち、１本のカーボンナノチューブは、３〜１０個に相当する導電性粒子の導電性付与効果を有する上に、カーボンナノチューブ自体の導電性が高く、また導電性粒子との接触確率も高くなるために、導電性粒子よりも少量で十分な導電性を実現することができる。
【００４５】
また、上記導電性付与材としての炭化珪素（ＳｉＣ）の具体的な含有量は、０．１〜２０質量％の範囲である一方、窒化チタン（ＴｉＮ）の具体的な含有量は、０．１〜５質量％の範囲であることが好ましい。上記炭化珪素または窒化チタンの含有量が上記下限値未満の場合には、導電性を付与する効果が不十分である一方、その含有量が上記上限値を超えるように過大になると、焼結体結晶の粒成長が阻害されて窒化珪素焼結体本来の高い機械的強度が得られなくなる。これらの導電性付与材としてのＳｉＣ、ＴｉＮおよび前記金属炭珪化物の粒径は、特に制限されるものではないが、平均粒子径が３μｍ以下の微粒子を用いることが好ましい。
【００４６】
ここで、窒化珪素焼結体の粒界相は、使用した焼結助剤の種類にもよるが、例えばＳｉ−Ｒ（希土類元素）−Ｏ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｒ−Ｏ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系化合物、Ｓｉ−Ｒ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｒ−Ｏ−Ｎ系化合物、Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物などの酸化物や酸窒化物により形成される。このような粒界相（ガラス相）に高硬度の炭化珪素粒子や窒化チタン粒子が多量に存在すると粒界相の靭性やねばりなどが低下して、前述したように粒界相の選択的な摩耗などが生じやすくなる。
【００４７】
そこで、本発明に係る窒化珪素焼結体においては、導電性を発現するために極めて有効なカーボンナノチューブを少量添加することにより、炭化珪素粒子や窒化チタン粒子の含有量を相対的に低減すると共に、金属炭珪化物（ＭｘＳｉｙＣｚ）の結晶相を窒化珪素焼結体中に存在させることが好ましい。ここで、Ｍは任意の遷移金属であり、ｘ、ｙおよびｚは任意の係数である。金属炭珪化物粒子などの結晶相は主として窒化珪素焼結体の粒界相に存在する。金属炭珪化物粒子（ＭｘＳｉｙＣｚ粒子）は、炭化珪素粒子や窒化チタン粒子に比べて硬度が低いものの、その反面として靭性に優れることから、粒界相に靭性やねばりなどが付与される。言い換えると、粒界相が強化され、粒界相の選択的な摩耗を抑制することが可能となる。
【００４８】
また、金属炭珪化物（ＭｘＳｉｙＣｚ）は炭化珪素や窒化チタンに比べると窒化珪素のような絶縁性材料ではなく、導電性を有している。従って、金属炭珪化物粒子を粒界相などに存在させることによって、窒化珪素焼結体の導電性を阻害することなく、導電性付与材としての炭化珪素や窒化チタンの配合に起因する摩耗、特に粒界相の選択的な摩耗を抑制することが可能となる。すなわち、窒化珪素焼結体に良好な導電性と耐摩耗性を付与することができる。なお、金属炭珪化物の結晶相の存在はＸ線回折により特定することができる。
【００４９】
上述した金属炭珪化物（ＭｘＳｉｙＣｚ）としては、各種遷移金属元素の炭珪化物を使用することができるが、特にモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）およびタンタル（Ｔａ）から選ばれる少なくとも１種の金属の炭珪化物を用いることが好ましい。上記の炭珪化物の内でも特に炭珪化モリブデンが好ましい。このような金属炭珪化物（Ｍ１ｘＳｉｙＣｚ：Ｍ１はＭｏ、Ｗ、ＮｂおよびＴａから選ばれる少なくとも１種、ｘ、ｙ、ｚは任意の数）は、粒界相などの耐摩耗性をより一層良好に向上させることから、本発明において好ましく用いられるものである。なお、本発明で言う金属炭珪化物（ＭｘＳｉｙＣｚ）とはあくまでも遷移金属の炭珪化物であり、炭化珪素（ＳｉＣ）は含まれない。
【００５０】
また、金属炭珪化物の含有量は、窒化珪素焼結体の全量に対して０．１〜５質量％の範囲とすることが好ましい。金属炭珪化物の含有量が０．１質量％未満と過度に少ない場合には、粒界相の靭性やねばりなどを高める効果が不十分となり、例えば粒界相の選択的な摩耗を十分に抑制することができない。一方、金属炭珪化物の含有量が５質量％を超えるように過剰になると、窒化珪素の緻密化焼結が逆に妨げられるおそれがある。このようなことから、金属炭珪化物の含有量は窒化珪素焼結体に対して０．１〜５質量％の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜３質量％の範囲である。なお、焼結過程で金属炭珪化物を生成する場合には、金属炭化物などの化合物粉末を金属炭珪化物に換算して添加量を調整するものとする。
【００５１】
本発明に係る窒化珪素焼結体は、導電性付与材としてのカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンを配合する以外は一般的な窒化珪素焼結体と同様に、各種の金属化合物を焼結助剤として含むことができる。焼結助剤としては、例えば希土類元素（イットリウムを含むランタノイド元素）の酸化物、アルカリ土類元素の酸化物などが用いられる。希土類元素の酸化物としては、イットリウム（Ｙ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）などの酸化物を使用することが好ましい。これらは粒界相の構成成分となるものである。また、アルカリ土類元素の酸化物としては、マグネシウムやカルシウムの酸化物を用いることが好ましい。なお、焼結助剤としての化合物には、焼結時に酸化物となる希土類元素やアルカリ土類元素の化合物（炭酸塩など）を用いてもよい。
【００５２】
また、上述した希土類元素やアルカリ土類元素の酸化物に加えて、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのアルミニウム化合物、さらにチタン、ジルコニウム、ハフニウムなどの酸化物や窒化物を、焼結助剤の一部として用いることも有効である。アルミニウム化合物は窒化珪素結晶粒間の結合力の強化に寄与する。これらの化合物は酸化物や窒化物として添加してもよいし、焼結時に酸化物や窒化物となる化合物を添加してもよい。
【００５３】
上述したような焼結助剤は窒化珪素１００質量部に対して５〜２０質量部の範囲で含有させることが好ましい。焼結助剤量が５質量部未満であると、窒化珪素焼結体を十分に緻密化できないおそれがある。一方、焼結助剤量が２０質量部を超えると、粒界相や焼結助剤成分の偏析の形成量が必要以上に増加し、これにより窒化珪素焼結体の耐摩耗性や強度の低下などを招くおそれがある。上述した焼結助剤のうち、希土類酸化物の含有量は焼結体に対して１〜１０質量％の範囲とすることが好ましく、またアルカリ土類酸化物の含有量は０．５〜５質量％の範囲とすることが好ましい。さらに、これらに加えて窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのアルミニウム元素は酸化物換算で２〜１０質量％の範囲で含有させることが好ましい。
【００５４】
本発明に係る窒化珪素焼結体の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば以下に示すような方法により製造することが好ましい。まず、窒化珪素粉末、焼結助剤粉末、導電性付与材粉末、および必要に応じて金属炭珪化物粉末をそれぞれ所定量秤量し、これらを均一に混合して原料混合物を調製する。
【００５５】
上記した各原料粉末には、長尺のカーボンナノチューブを除き、摺動特性を考慮して粒子状粉末を用いることが好ましい。各原料粉末の大きさは特に限定されるものではないが、窒化珪素粉末は平均粒径が０．２〜１μｍの範囲が好ましく、焼結助剤粉末は平均粒径が２μｍ以下であることが好ましい。導電性付与材としてのカーボンナノチューブは、短径が３０〜１００ｎｍであり長径が５〜２０μｍであるマルチウォール型カーボンナノチューブが好ましい。また、炭化珪素や窒化チタンの導電性付与材粉末の平均粒径は２μｍ以下であることが好ましい。導電性付与材粉末の平均粒径が２μｍを超えると、焼結性の阻害が著しくなる。また、金属炭珪化物粉末を用いる場合、金属炭珪化物粉末の平均粒径は５μｍ以下、炭化珪素等を含めた導電性付与粉末全体として平均粒径３μｍ以下が好ましい。
【００５６】
また、各原料粉末を混合するにあたっては、まず窒化珪素粉末と焼結助剤粉末とを混合して第１の混合粉末を調製し、この第１の混合粉末に導電性付与材粉末を混合して第２の混合粉末を調製した後、第２の混合粉末に金属炭珪化物粉末を混合することが好ましい。このように、段階的に混合粉末を調製し、最終的に全原料を含む原料混合物を調製することによって、導電性付与材や金属炭珪化物を均一分散させることができる。各段階の混合はそれぞれ３０分以上行い、各混合粉末を十分に均一化した後に、次の混合工程を実施することが好ましい。
【００５７】
上述した原料混合物は必要に応じて造粒した後、所望の形状に成形する。成形方法に関しては、通常の成形方法を適用することができ、例えば冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）を適用して成形体を作製することが好ましい。このようにして得た成形体を焼結することによって、本発明に係る窒化珪素焼結体が得られる。焼結方法に関しては、常圧焼結、加圧焼結、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）などが適用可能であるが、特に常圧焼結や加圧焼結などによる一次焼結工程と、ＨＩＰによる二次焼結工程とを組合せた２段階焼結を適用することが好ましい。
【００５８】
一次焼結工程は大気圧下もしくは雰囲気加圧下にて１７００〜１８５０℃の範囲の温度で実施する。このような一次焼結工程の前処理として、まず焼結助剤による液相が生成し、かつ窒化珪素がα相からβ相に転移して結晶粒の再配列が起こる温度、すなわち１４００〜１６００℃の温度範囲における加熱時間が短いと導電性付与材が偏析する原因となる。特に焼結時に発生するＳｉＯ、ＣＯ，ＣＯ２等のガスを放出する温度範囲であり、かつ液相を生成して緻密化焼結が開始される温度範囲である１５００〜１６５０℃の温度範囲における加熱時間が長いと粒界中のＳｉＯとカーボンナノチューブの炭素成分Ｃとが下記反応式にしたがって反応する結果、ＳｉＣが生成すると同時に炭素成分ＣがＣＯとなって蒸発する。
【００５９】
［化１］
反応式：ＳｉＯ＋Ｃ→ＳｉＣ＋ＣＯ↑
【００６０】
その結果、カーボンナノチューブが焼失するために、カーボンナノチューブによる窒化珪素への導電性付与が困難になる。したがって、上記一次焼結工程において、温度１５００〜１６５０℃の昇温範囲における加熱時間が３０分以上１２０分以下となるように管理することが重要である。
【００６１】
すなわち、上記昇温範囲における加熱時間が３０分未満と短い場合には、ガス放出が不十分となって気孔（ポア）が残存し緻密化が困難となる上に、緻密化焼結開始時にＳｉＣ粒子やＴｉＮ粒子の分散および緻密化の進行が不均一になり、いずれにしても窒化珪素焼結体の機械的強度および耐摩耗性が低下してしまう。一方、上記昇温範囲における加熱時間が１２０分を超えるように長くなると、前記反応式にしたがってカーボンナノチューブが焼失するために、窒化珪素焼結体への導電性付与が困難になる。したがって、一次焼結工程で温度１５００〜１６５０℃の昇温範囲における加熱時間は３０分以上１２０分以下に規定される。
【００６２】
このような前処理を経た後に、１７００〜１８５０℃の範囲の温度で所定時間保持することにより一次焼結体を作製する。ここで、一次焼結温度が１７００℃未満であると、その後にＨＩＰ処理を施しても十分に緻密質な窒化珪素焼結体を得ることができない。また、一次焼結温度を、１８５０℃を超えるように設定してもそれ以上の効果が得られないだけでなく、窒化珪素結晶粒や焼結助剤成分の偏析が粗大化して焼結体の機械的強度が低下してしまう。さらに、焼成炉などの消耗も激しくなる。
【００６３】
次に、一次焼結工程により得た一次焼結体に対してＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理を施す二次焼結工程を実施し、窒化珪素焼結体の高密度化を図る。二次焼結工程としてのＨＩＰ処理の温度は１５００〜１７５０℃の範囲とする。ＨＩＰ処理温度が１５００℃未満であると、窒化珪素焼結体（二次焼結体）を十分に高密度化できない。一方、ＨＩＰ処理温度が１７５０℃を超えると、窒化珪素結晶粒の不要な粗大化などが起こり、窒化珪素焼結体の機械的強度が低下するおそれがある。ＨＩＰ処理時の印加圧力は９０〜１７０ＭＰａの範囲とすることが好ましい。
【００６４】
上述したような条件下で一次焼結工程および二次焼結工程を実施することによって、目的とする導電性窒化珪素焼結体が得られる。このような導電性窒化珪素焼結体は、通常の工作機械などに適用される耐摩耗性部材として使用することも可能であるが、特に電子機器用耐摩耗性部材として好適に用いられるものである。電子機器用耐摩耗性部材の具体例としては、各種電子機器の回転駆動部に用いられる転動体、例えばベアリングボールが挙げられる。転動体の形状は通常真球が一般的であるが、円柱状や棒状などであってもよい。本発明の耐摩耗性部材は、特に直径が３ｍｍ以下の小径のベアリングボールに対して有効である。
【００６５】
図４は本発明に係る導電性窒化珪素焼結体からなる電子機器用ベアリングボールを有するベアリングの一例を示す図である。図４に示すベアリング１は、本発明に係る導電性窒化珪素焼結体から成る複数のベアリングボール２と、これらベアリングボール２を支持する内輪３および外輪４とを有している。内輪３や外輪４はＪＩＳ−Ｇ−４８０５で規定されるＳＵＪ２などの軸受鋼で形成することが好ましく、これにより信頼性のある高速回転を実現することが可能となる。なお、基本構成は通常のベアリングと同様である。
【００６６】
上述したようなベアリングが適用される電子機器としては、ＨＤＤなどの磁気記録装置、特にＨＤＤピボット用軸受け、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤなどの光ディスク装置、ディスク型の各種ゲーム装置などが挙げられる。光ディスク装置は、光磁気記録装置、相変化型光記録装置、再生専用型光ディスク装置などの種々の装置を含むものである。さらに、これら以外にも複写機帯電防止用軸受け等の回転駆動部を有する電子機器であれば種々の装置に対して適用可能である。
【００６７】
本発明に係る窒化珪素焼結体からベアリングボールを作製し、通常の工作機械等に用いることも可能である。さらに、磁気記録装置、光ディスク装置、ディスク型ゲーム装置などにおいては、媒体駆動用スピンドルモータの回転駆動部に本発明に係る耐摩耗性部材がベアリングボールなどとして用いられる。これらの電子機器において、スピンドルモータは例えば４０００ｒｐｍ以上の回転速度、さらには７０００ｒｐｍ以上の回転速度で駆動される。導電性窒化珪素焼結体から成るベアリングボールは、安定した高速回転を実現した上で、高速回転により生じる静電気を良好に逃がすことができる。これによって、電子機器の静電気による不具合、さらにはベアリングボールの摩耗による騒音の発生などを解消することが可能となる。
【実施例】
【００６８】
次に、本発明の具体的な実施例とその評価結果について述べる。
【００６９】
［実施例１〜２５および比較例１〜８］
平均粒径が０．７μｍの窒化珪素粉末に対し、焼結助剤として平均粒径が０．８μｍの各種の希土類酸化物粉末と、平均粒径が０．５μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末と、平均粒径が０．５μｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末と、平均粒径が０．５μｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末とを焼結体中の割合が表１に示した値になるように添加配合した後に、窒化珪素製の容器とボールからなるボールミルで２４時間混合した。
【００７０】
このように調製した各混合粉末に、導電性付与材として短径が５０ｎｍであり長径が１５μｍであるマルチウォール型カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）と、平均粒径０．５μｍの炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と、平均粒径０．８μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）粉末と、平均粒径０．７μｍの各種金属炭珪化物粉末とを焼結体中の割合が表１に示した値になるように添加配合した後に、窒化珪素製の容器とボールからなるボールミルで２４時間混合した。これら各混合粉末を適当な容器に移して数時間乾燥させた後、ＰＶＡ水溶液を加えて撹拌し、さらに目開きが５００μｍの篩で通篩することによって、それぞれ原料混合粉末を調製した。
【００７１】
なお、カーボンナノチューブ粉末、炭化珪素粉末、窒化チタン粉末および金属炭珪化物粉末の添加量は、最終的な焼結体中の含有量が表１に示す値となるようにそれぞれ調整した。
【００７２】
次に、各原料混合粉末を９８ＭＰａの圧力で金型プレスした後、加圧力が３００ＭＰａの条件で静水圧成形（ＣＩＰ）を行って、それぞれ成形体を作製した。得られた各成形体を脱脂した後、窒素雰囲気中にて表１に示す一次焼結温度で２時間焼結した。この一次焼結工程の昇温過程で１５００〜１６５０℃の温度範囲における加熱時間を表１に示す時間に設定し、この加熱時間経過後に引き続いて一次焼結を行った。続いて、表１に示すＨＩＰ温度でＨＩＰ焼結（二次焼結）を実施した。ＨＩＰ圧力はいずれも９８ＭＰａとした。さらに、各焼結体の表面をＪＩＳ−Ｂ−１５０１で定められたグレード５（Ｒａ０．０２μｍ）程度に研磨した。このようにして、それぞれ目的とする各実施例に係る平板状の窒化珪素焼結体を作製した。
【００７３】
また、本発明との比較のために、導電性付与材としてのカーボンナノチューブを添加していない窒化珪素焼結体（比較例１〜４）を作成した。また、比較例５としてカーボンナノチューブを所定量含有するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体を下記の手順で調製した。
【００７４】
すなわち、原料粉末として、平均粒径が０．５μｍのα相型アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粉末と、アルミナ粉末の１体積％に相当する量のカーボンナノチューブと、分散媒とを配合し、アルミナ製の容器とボールから成るボールミルで２４時間混合した。その後、得られたスラリーを容器に移し数時間乾燥させた。その後、ＰＶＡ水溶液を加え、攪拌後、目開きが５００μｍの篩で通篩することにより混合原料粉末を調製した。次に、得られた混合原料粉末を９８ＭＰａの加圧力で金型プレス成形し、次いで３００ＭＰａの加圧力で静水圧成形（ＣＩＰ）を実施することにより成形体を得た。次に、得られた成形体を脱脂した後に、非酸化性雰囲気（Ａｒガス）中で、温度１７００℃で８時間焼結後、さらに温度１６００℃で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理を実施することにより、比較例５に係る平板状のアルミナセラミックス焼結体を得た。
【００７５】
さらに本発明との比較のために、一次焼結工程の前処理（１５００〜１６５０℃）における加熱時間を１８０分と長く設定した窒化珪素焼結体（比較例６）、焼結助剤としてのＡｌ２Ｏ３粉末の添加量を好ましい範囲を超えるように過剰量（１２質量％）添加した窒化珪素焼結体（比較例７）、導電性付与材としてのカーボンナノチューブの添加量を好ましい範囲未満となるように過少量とした窒化珪素焼結体（比較例８）を、それらの条件以外は実施例と同様にして作製した。
【００７６】
【表１】
2007297231.tif 000003
【００７７】
上記のように調製した実施例１〜２５および比較例１〜８に係る各窒化珪素焼結体またはアルミナ焼結体のビッカース硬度、破壊靭性値、電気抵抗値、曲げ強度を測定した。その結果を表２に示す。なお、各焼結体から試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｒ１６０３に規定する方法に従って曲げ強度を測定し、曲げ試験後の焼結体を鏡面研磨し、ＪＩＳ  Ｒ１６０Ｘに規定する方法に従って荷重２０Ｋｇにてビッカース硬度を測定すると共に、ＩＦ法に基づく新原の計算式により破壊靭性値（ＭＰａ・ｍ１／２）を算出した。また電気抵抗値は、各焼結体の上下面をラップ加工して、上下面にそれぞれ電極を設置し、室温にてその間の抵抗（体積抵抗値）を絶縁抵抗計で測定した。
【００７８】
また、実施例１〜２５および比較例１〜８に係る各窒化珪素焼結体またはアルミナ焼結体を鏡面研磨し、平板状の転がり寿命試験片とした。転がり寿命試験はスラスト型軸受試験機を用い、ＳＵＪ２鋼製ボール（３／８インチ）を相手材として、各窒化珪素焼結体製（比較例５ではアルミナ焼結体製）の平板上を回転させることにより測定した。転がり寿命の測定条件は、１球あたりの最大接触応力を５．９ＧＰａ、回転数を１２００ｒｐｍとし、タービン油の油浴潤滑下で最高４００時間まで回転させ、窒化珪素焼結体製平板の表面が剥離するまでの時間で転がり寿命を評価した。なお、「打ち切り」とは４００時間の経過後にも剥離が生じなかったものである。摩耗深さは４００時間経過後の平板（試験片）及び相手材（ボール）表面の摩耗量である。上記転がり寿命、試験片及びボールの摩耗深さを測定し、下記表２に示す結果を得た。
【００７９】
【表２】
2007297231.tif 000004
【００８０】
上記表２に示す結果から明らかなように、導電性付与材としてカーボンナノチューブ、炭化珪素および窒化チタンをそれぞれ含有する各実施例に係る窒化珪素焼結体はいずれも適度な電気抵抗値を有するために静電気による不具合を解消することができるだけでなく、摩耗量が少なく転がり寿命や耐摩耗性に優れることが判明した。
【００８１】
図１は導電性付与材としてのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）６とＳｉＣやＴｉＮの導電性粒子５とを含有する実施例１に係る窒化珪素焼結体の組織構造を模式的に示す断面図である。大部分の電気伝導経路がＣＮＴ６の相互の絡み合いで形成されると共に、一部のＣＮＴ６間の未接触部に導電性粒子５が介在して、更なる電気伝導経路が形成されている。
【００８２】
図２は導電性付与材としてのカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）６を少量（１質量％）含有する一方、導電性粒子５としてのＳｉＣを多量（２０質量％）に含有する実施例１４に係る窒化珪素焼結体の組織構造を模式的に示す断面図である。大部分の電気伝導経路が連結した導電性粒子５で形成されると共に、一部の導電性粒子５間の未接触部にカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）６が介在して、更なる電気伝導経路が形成されている。図１および図２に示す焼結体では、いずれも電気伝導経路が十分に形成されているため、焼結体の導電性は良好であり、静電気の滞留による弊害は解消できる。
【００８３】
これに対して、導電性付与材としてのカーボンナノチューブを添加していない比較例１〜４に係る窒化珪素焼結体では、いずれも電気抵抗値が１０５Ω・ｃｍを超えており、導電性が得られておらず、静電気の滞留による不具合の発生が予想される。この低電導性の問題は、比較例３，４のように多量（２０質量％）のＳｉＣを含有させても解消されていない。
【００８４】
図３はカーボンナノチューブを含有していない従来の粒子分散型の窒化珪素焼結体であり、ＳｉＣ粒子５を多量（２０質量％）に含有させた比較例３に係る窒化珪素焼結体の組織構造を模式的に示す断面図である。この場合には、多量の導電性粒子５を含有させることにより、部分的に導電性粒子５が連結して一部に電気伝導経路が形成されてはいるが、焼結体組織全体には電気伝導経路は形成されないために、電気抵抗値が過大になっている。
【００８５】
また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含有した各実施例に係る焼結体と、ＣＮＴを含有しない比較例２〜４の焼結体とについて転がり寿命試験を実施した際の相手材としてのボールの摩耗量を比較すると、各実施例に係る焼結体を使用した場合においてはボールの摩耗量が大幅に少ないことが判明した。これは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が固体潤滑剤としても作用し相手材に対する攻撃性が大幅に緩和されるためであると考えられる。
【００８６】
一方、カーボンナノチューブを所定量含有する比較例５に係るアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）焼結体では、ＣＮＴを含有させても電気抵抗値は高く、また破壊靭性値や曲げ強度等の構造強度が低く耐摩耗性部材としての特性は全く得られない。
【００８７】
また、一次焼結工程の前処理（１５００〜１６５０℃）における加熱時間を１８０分と長く設定した比較例６に係る窒化珪素焼結体では、カーボンナノチューブが部分的に焼失して断線状態になった割合が大きいために、電気抵抗値を低減できないことが判明した。
【００８８】
さらに、焼結助剤としてのＡｌ２Ｏ３粉末の添加量を好ましい範囲を超えるように過剰量（１２質量％）添加した比較例７に係る窒化珪素焼結体においては、電気抵抗値が高く、転がり寿命は殆ど期待できない。
【００８９】
また、導電性付与材としてのカーボンナノチューブの添加量を好ましい範囲未満となるように過少量（０．５質量％）とした比較例８に係る窒化珪素焼結体においては、電気抵抗値を所定レベル以下に低減できないことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上説明したように、本発明に係る窒化珪素焼結体によれば、導電性が高く電子機器用耐摩耗性部材などに適用した際に、必要以上に静電気が蓄積することを防止した上で、導電性粒子の配合に起因する摩耗などを抑制することが可能となる。また、本発明の製造方法によれば、そのような導電性窒化珪素焼結体を再現性よく製造することができる。さらに、本発明に係る導電性窒化珪素焼結体を適用した耐摩耗性部材によれば、例えば各種電子機器の静電気による不具合を解消した上で、回転駆動部において信頼性に優れた高速回転を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施例１に係る窒化珪素焼結体の組織構造を模式的に示す断面図。
【図２】本発明の実施例１４に係る窒化珪素焼結体の組織構造を模式的に示す断面図。
【図３】カーボンナノチューブを含有していない従来の窒化珪素焼結体であり、比較例３に係る窒化珪素焼結体の組織構造を模式的に示す断面図。
【図４】本発明に係る窒化珪素焼結体から成る耐摩耗性部材としてのベアリングボールを用いたベアリングの一構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００９２】
１…ベアリング（軸受），２…ベアリングボール（耐摩耗性部材），３…内輪，４…外輪，５…導電性付与材（導電性粒子），６…カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）。
【図１】
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【図２】
2007297231.tif 000006
【図３】
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【図４】
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