(57)【要約】【課題】  鉄溶湯に対する耐食性を向上させた鉄鋳物用部材として最適な窒化珪素質複合材を提供する。【解決手段】  窒化珪素質複合材において、ランタノイド系酸化物、IIIＡ族酸化物およびIIIＢ族酸化物からなる群から選択される２種以上の混合物からなるガラス相を１０ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下含み、ガラス相内には１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の鉄を均一に分散させた構造を有している鉄鋳造部材用窒化珪素質複合材である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化珪素質複合材において、ランタノイド系酸化物、IIIＡ族酸化物およびIIIＢ族酸化物からなる群から選択される２種以上の混合物からなるガラス相を１０ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下を含み、該ガラス相内には、１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の鉄を均一に分散させた構造を有していることを特徴とする鉄鋳造部材用窒化珪素質複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鉄の連続測温用保護管、浸漬ノズル等の、鉄の鋳造用部材に対し優れた耐食性を有する窒化珪素質複合材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温にさらされる鋳鉄の連続測温用保護管、浸漬ノズル等の、鉄の鋳造用部材には、耐熱衝撃特性に優れた窒化珪素質複合材焼結体が用いられている。
【０００３】
特許文献１に開示される窒化珪素質複合材焼結体は、金属珪素粉末に特定の無機質ファイバーを添加して、焼成中に生成する窒化珪素と反応させることで組織を改良し、耐スポーリング性を向上させている。
【０００４】
特許文献２に開示される窒化珪素質複合材焼結体は、表面に針状結晶の窒化珪素を延出させ、表面のvalley levelを６０％以下としたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−６５３６４号公報
【特許文献２】特開２００５−２１３０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術は、耐スポーリング性に優れるものの、長時間使用していると、窒化珪素質複合材焼結体と溶鉄が反応し、耐食性が損なわれることがある。したがって、耐スポーリング性だけでは、鋳造用部材としての耐食性を十分に評価しているとは、いえない。
【０００７】
また、特許文献２に開示された窒化珪素質複合材焼結体は、クラックや欠けが抑制され、ノロが付着するのが抑制されるが、鉄鋳造温度での耐食性が十分ではなかった。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、鉄鋳造用部材として溶鉄との反応性を抑制した耐食性の優れた窒化珪素質複合材を提供することにある。
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、鉄を均一に分散させたガラス相を含む窒化珪素質複合材が上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の鉄鋳造部材用窒化珪素質複合材は以下のような構成を有する。
【００１１】
窒化珪素質複合材において、ランタノイド系酸化物、IIIＡ族酸化物およびIIIＢ族酸化物からなる群から選択される２種以上の混合物からなるガラス相を１０ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下を含み、該ガラス相内には１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下の鉄を均一に分散させた構造を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の窒化珪素質複合材は、耐スポーリング性と耐食性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】１４００℃、５回浸漬後の保護管の断面を示す写真であり、（Ａ）は実施例１の窒化珪素質複合材からなる保護管、（Ｂ）はＭｏ−ＺｒＯ２の保護管を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明では、窒化珪素質複合材に含まれるガラス相内に、鉄を均一に分散させることで鉄との反応性を抑制し、耐食性を高める。
【００１５】
本発明による窒化珪素質複合材は、珪素粉末もしくは窒化珪素粉末に、ランタノイド系酸化物、IIIＡ族酸化物およびIIIＢ族酸化物の他に鉄もしくは鉄化合物を混合したものを出発原料とし、出発原料粉末から押出、鋳込もしくはＣＩＰ（冷間静水圧）成形した成形体を、珪素粉末を出発材料にした場合は反応焼結後、常圧もしくは加圧焼結炉により焼結し、窒化珪素粉末を出発材料にした場合は、反応焼結の過程を経ず、常圧もしくは加圧焼結炉により焼結したものである。
【００１６】
焼結助剤として添加される酸化物は、ランタノイド系酸化物、IIIＡ族酸化物およびIIIＢ族酸化物からなる群から選択される２種以上の混合物であり、その添加量は１０ｗｔ％以上２５ｗｔ％以下が望ましい。
【００１７】
焼結助剤として用いられるランタノイド系酸化物としては、たとえば酸化ランタン(La２O３)、酸化セリウム(CeO２)を、IIIＡ族酸化物としては、たとえばイットリア(Y２O３)を、IIIＢ族酸化物としては、たとえばアルミナAl２O３を挙げることができる。
【００１８】
好ましい焼結助剤としては、酸化セリウムとアルミナを挙げることができる。
【００１９】
窒化珪素質複合材に含まれるガラス相は１０wt%以上２５ｗｔ％以下が好ましく、１０wt%未満では焼結が十分進まず、気孔が残留するため強度・耐食性が低くなる。
【００２０】
また、ガラス相が２５ｗｔ％以上では、鉄鋳造温度での強度低下が大きく、鉄鋳造用部材として使えない。
【００２１】
出発原料に含まれる鉄もしくは鉄を主成分とする化合物が使用可能であるが、反応機構を考慮するとＦｅ、Ｆｅ２Ｏ３が望ましい。その添加量は１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下が望ましく、５ｗｔ％を超えると、焼結後に欠陥となりやすく強度低下を著しく招くためである。また、１ｗｔ％以下では耐食性を高める効果が発揮されない。
【００２２】
本発明の鉄鋳造用部材は、珪素粉末もしくは窒化珪素粉末に、ランタノイド系酸化物、IIIＡ族酸化物およびIIIＢ族酸化物の他に鉄もしくは鉄化合物を混合したものを出発原料とし、出発原料粉末から押出、鋳込もしくはＣＩＰ（冷間静水圧）成形した成形体を、珪素粉末を出発材料にした場合は１２００〜１４００℃で反応焼結後、常圧もしくは加圧下（０．１〜１ＭPa)で焼結炉により１６５０〜１８５０℃で焼結したものである。
【００２３】
窒化珪素粉末を出発材料にした場合は、反応焼結の過程を経ず、常圧もしくは加圧下（０．１〜１ＭPa)で焼結炉により１６５０〜１８５０℃で焼結したものである。
【００２４】
焼結後、窒化珪素質複合材はマトリックスの窒化珪素と粒界に形成されたガラス相から構成される。焼結助剤及び鉄もしくは鉄化合物はガラス相に含まれ、各々の元素はガラス相内に均一に分散された状態をとっている。
【００２５】
本発明の鉄鋳造用部材としては、たとえば溶鉄の連続測温用保護管、浸漬ノズル等を挙げることができる。
【００２６】
以下に具体的な実施例をもって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
実施例１
８０ｗｔ％の窒化珪素と、１０ｗｔ％の酸化セリウムと、５ｗｔ％のアルミナと、５ｗｔ％の酸化鉄との混合粉末からスラリーを調整し鋳込成形により成形体を成形し、成形体を窒素雰囲気、１８５０℃の焼結温度で焼成した。得られた窒化珪素質複合材の試験片を作製し、強度試験を実施したところ、４点曲げ強度が６００ＭＰａであった。
【００２８】
実施例２
８０ｗｔ％の窒化珪素と、１０ｗｔ％の酸化セリウムと２ｗｔ％のイットリアと５ｗｔ％のアルミナと、３ｗｔ％の酸化鉄との混合粉末を用いた他は実施例１と同様にして、試験片を作製し、強度試験を実施したところ、４点曲げ強度が６３０ＭＰａであった。
【００２９】
比較例１
本発明による窒化珪素質複合材と比較試験するために、７８ｗｔ％の窒化珪素と、１０ｗｔ％の酸化セリウムと、５ｗｔ％のアルミナと、７ｗｔ％の酸化鉄との混合粉末を用いた他は実施例１と同様にして、試験片を作製し、強度試験を実施したところ、４点曲げ強度が４２０ＭＰａと低い値であり、鉄鋳物用部材として用いていくための強度が十分でないことが分かった。
【００３０】
実施例３、比較例２
また、現在鉄鋳物用保護管として用いられているＭｏ−ＺｒＯ２（金属モリブデンとジルコニアからなるサーメット）の保護管と比較するため、１４００℃の鉄溶湯に１．５時間の浸漬を５回繰返し、耐スポーリング性、耐食性について評価した。試験後、本発明およびＭｏ−ＺｒＯ２保護管のどちらも、割れ、亀裂はなく、本発明がサーミットと同等の耐スポーリング性を具備していることが確認された。更に図１に５回浸漬を繰返した保護管の断面を示す。図１（Ａ）は、実施例１の窒化珪素質複合材から製造した保護管であり、図１（Ｂ）はＭｏ−ＺｒＯ２の保護管である。本発明の窒化珪素質複合材の断面をみると、肉厚方向に浸漬された形跡はほとんどなく、十分な耐食性しめした。一方、Ｍｏ−ＺｒＯ２保護管の断面をみると、肉厚方向に侵食した形跡が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
上述のように、本発明による窒化珪素質複合材は焼結助剤等から形成されるガラス相内に鉄を均一に分散させたものであり、ガラス相の鉄に対する耐食性を向上させることで、鉄鋳物用部材として用いる窒化珪素質複合材の耐食性を十分に発揮する。従って、本発明は、鉄鋳造用部材として有用である。
【図１】
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