專利名稱：：硅合金、其合金粉末、其制造裝置、制造方法以及其合金燒結(jié)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及以硅為主要成分的硅合金、其合金粉末、其制造裝置、制造方法以及其合金燒結(jié)體。
背景技術(shù)：
：硅作為工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料，主要是以氮化硅(Si3N4)化合物的形式在很小范圍內(nèi)使用(例如，"2006年77>f》七，S'7夕義産業(yè)動向調(diào)査"、(財(cái))日本774;/七5S少夕^刊(平成18年12月))。但是，將硅以硅合金形式用作工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料的實(shí)例尚未出現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容氮化硅為使硅與氮以4:3的固定比率形成共價鍵而構(gòu)成的化合物，因此完全不允許含有雜質(zhì)，尤其是含有氧及鐵等金屬元素。為此，原料成本、合成成本、制品加工成本極高，因此氮化硅并未成為將硅實(shí)際用作工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料的有力方式。本發(fā)明人等著眼于上述問題，以將硅、尤其是將含有作為雜質(zhì)的氧及鐵等金屬元素的廉價金屬硅有效地實(shí)際用作工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料為目的，反復(fù)潛心研究了以該廉價金屬硅作為原料來合成硅合金的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明人等所開發(fā)的控制型燃燒合成法，可成功地合成能夠容許將氧以及鐵等金屬元素作為固溶元素的硅合金，以將廉價金屬硅實(shí)際應(yīng)用為工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料作為課題而完成了本發(fā)明。并且，通過組合使用濕式化合物法與燒結(jié)法的新制品加工技術(shù)的發(fā)明，成功地制造出本發(fā)明的硅合金燒結(jié)體，該硅合金燒結(jié)體的特征在于由平均粒徑被控制在特定值以下的硅合金粉末、水、以及成形用粘合劑所構(gòu)成。即，本發(fā)明通過這樣的硅合金來解決上述問題，所述硅合金的特征在于含有30~70重量％的硅、10~45重量％的氮、1~40重量％的鋁以及1~40重量％的氧。此外，本發(fā)明提供一種控制型燃燒合成裝置，其特征在于具有至少一個點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、檢測裝置內(nèi)壓力的壓力傳感器、自外部供給氮的氮供給機(jī)構(gòu)、借助具備氮供給功能與裝置內(nèi)反應(yīng)氣體排出功能的氣體壓力控制閥的壓力控制機(jī)構(gòu)、反應(yīng)容器內(nèi)溫度的檢測手段、借助包覆整個裝置的水冷夾套的第l冷卻機(jī)構(gòu)、以及借助設(shè)置于裝置內(nèi)部的冷卻用板的第2冷卻機(jī)構(gòu)；還具備溫度控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)由所述溫度檢測手段所檢測出的溫度，來控制供給至所述第1和/或第2冷卻機(jī)構(gòu)的冷卻水量，以控制所述反應(yīng)容器內(nèi)溫度；且能夠在進(jìn)行燃燒合成時將裝置內(nèi)壓力與反應(yīng)容器內(nèi)溫度控制在既定值。此外，本發(fā)明也提供一種硅合金燒結(jié)體的制造方法，作為組合使用濕式化合物法與毫米波燒結(jié)法的硅合金燒結(jié)體的制造方法，其特征在于以本發(fā)明的硅合金粉末作為原料，藉由添加0.1-10重量％的以硅、鋁為驟、將該含水化合物i形為、中間制品形狀或者完成品形狀的成形步驟、以及通過干燥而使含水量為1重量°/以下的干燥步驟這些步驟來制造未燒結(jié)成形品；將該未燒結(jié)成形品在保持在常壓或常壓以上的氮?dú)夥罩?，藉由?5GHz以上的毫米波環(huán)境中的毫米波加熱，在13001900X:的溫度范圍內(nèi)以及30分鐘~3小時的加熱時間進(jìn)行燒結(jié)。根據(jù)本發(fā)明，可將在此前幾乎未得到有效利用的氧化硅形式的作為硅石礦山的硅石或者沙漠等的沙、硅砂以沉睡狀態(tài)埋藏的作為地球上含量最多的資源的硅大量地有效應(yīng)用作通用工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料。圖1為本發(fā)明的控制型燃燒合成裝置的概略構(gòu)成圖。圖2為表示在含50重量％的硅的情況下，顯示硅合金的生成區(qū)域的氮、鋁、氧三元體系狀態(tài)圖。圖3為本發(fā)明的合金燒結(jié)體的制造步驟概略圖。具體實(shí)施例方式以下，對本發(fā)明的構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明所提供的硅合金可通過以下方式獲得將既定量的作為主成分的硅、鋁粉狀體、既定量的硅和/或鋁的氧化物、視需要而定的既定量的鐵、鎳、鉻、鉬、錳、鈦、釔、鎂、鈣、鋯、釩、硼、鵠以及鈷中的至少一種、以及氮一并裝入至發(fā)明人等所開發(fā)的控制型燃燒合成裝置中，一邊控制壓力以及反應(yīng)溫度一邊進(jìn)行燃燒合成反應(yīng)，其中上述控制型燃燒合成裝置構(gòu)成為可根據(jù)需要而以任意壓力連續(xù)供給氮，可控制反應(yīng)時的壓力以及溫度，并且可在燃燒合成反應(yīng)結(jié)束后在裝置內(nèi)部進(jìn)行控制冷卻。此外，可將廉價金屬硅、再生硅和/或金屬鋁用作硅和/或鋁原料?？蓪⒔逵赏ǔ５碾姞t還原精煉從硅石或硅砂所制造的金屬硅中、并非用于半導(dǎo)體用途的含氧量少的高價高級金屬硅而是含氧量高且含有鐵等金屬元素等雜質(zhì)元素的廉價金屬硅用作本發(fā)明的硅合金的原料。燃燒合成是應(yīng)用裝入原料的放熱反應(yīng)的合成法，其被期待作為無需用于合成的輸入能量的合成方法，但該方法存在如下問題進(jìn)行燃燒合成反應(yīng)時，為了達(dá)到3000X:以上的高溫、數(shù)十氣壓的高壓，不僅需要具有能夠與高溫高壓反應(yīng)相對應(yīng)的功能以及構(gòu)造的裝置，而且無法確立用以使合成生成物始終以固定組成來穩(wěn)定地合成的燃燒合成反應(yīng)的控制技術(shù)，因此該方法雖然已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室等級的小規(guī)模試制，但并未進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的實(shí)用化。發(fā)明人等多年來積極推動與燃燒合成的控制相關(guān)的研究，在世界上率先成功開發(fā)出控制型燃燒合成裝置，其構(gòu)成為可將氮?dú)夥罩械墓枞紵铣煞磻?yīng)控制在2000t:以下以及1MPa以下，并且可在裝置內(nèi)對燃燒合成生成物進(jìn)行控制冷卻。發(fā)明人等利用上述控制型燃燒合成裝置，首次成功開發(fā)出作為本發(fā)明目的的以硅與氮為主成分的固溶體型硅合金。即，本發(fā)明的硅合金是通過利用本發(fā)明的控制型燃燒合成裝置進(jìn)行合成而首次被創(chuàng)造出來的物質(zhì)?？刂菩腿紵铣裳b置的功能方面以及操作的特征通過圖l來說明。圖1是本發(fā)明的控制型燃燒合成裝置10的概略構(gòu)成圖。上述裝置IO具備在燃燒合成開始前將裝置內(nèi)的空氣排出的真空排氣機(jī)構(gòu)17、作為燃燒合成起點(diǎn)的單個或多個可遠(yuǎn)程操作的朝向原料粉末的至少一個點(diǎn)火機(jī)構(gòu)12、燃燒合成時對裝置內(nèi)的壓力連續(xù)進(jìn)行檢測的壓力傳感器14、以及能夠控制裝置內(nèi)壓力的氣體壓力控制閥16，所述氣體壓力控制閥16由來自壓力傳感器14的輸出所連鎖驅(qū)動，能夠經(jīng)由構(gòu)成氮供給機(jī)構(gòu)的管體15,將來自外部氮源(未圖示)的氮供給至裝置內(nèi)，并且將裝置內(nèi)的反應(yīng)氣體排出至外部。此外，上述裝置10裝配有包覆整個裝置的水冷夾套18、以及與反應(yīng)容器20底部相接而設(shè)置的冷卻用板22，藉由來自溫度檢測手段23的輸出來自動控制流量控制閥24的開閥程度，藉由控制冷卻水量而自動控制溫度。此外，水冷夾套18的流量控制閥的圖示省略?；跍囟葯z測而進(jìn)行的對冷卻用板22與水冷夾套18的流量控制，既可兩種均實(shí)施，亦可僅實(shí)施其中一種。此外，有時會在裝置內(nèi)設(shè)置加熱裝置(未圖示)，以作為反應(yīng)時的過度冷卻時的補(bǔ)償裝置。首先，藉由真空排氣機(jī)構(gòu)17將裝置內(nèi)的空氣排出，使裝置內(nèi)處于真空狀態(tài)。繼而，經(jīng)由管體15將來自外部氮源的氮供給至裝置內(nèi)，一方面經(jīng)由控制裝置內(nèi)壓力的氣體壓力控制閥16將既定量的氮供給至裝置內(nèi)，同時藉由設(shè)置于至少一處的點(diǎn)火機(jī)構(gòu)12，點(diǎn)燃以可獲得所需的硅合金(用符號26表示)的量而稱量裝入的金屬硅、鋁、氧化鋁和/或二氧化硅原料。上述裝置10具備檢測裝置10內(nèi)壓力的壓力傳感器14、自外部供給氮的管體15、借助具有裝置內(nèi)反應(yīng)氣體排出功能的氣體壓力控制閥16的壓力控制機(jī)構(gòu)、反應(yīng)容器內(nèi)溫度的檢測手段23、借助包覆整個裝置的水冷夾套18的第l冷卻機(jī)構(gòu)、以及借助設(shè)置于裝置內(nèi)部的冷卻用板22的第2冷卻機(jī)構(gòu)，溫度控制機(jī)構(gòu)根據(jù)由所述溫度檢測手段23檢測出的溫度來控制供給至第l和第2冷卻機(jī)構(gòu)的冷卻水量，以控制上迷反應(yīng)容器內(nèi)溫度，藉此，一邊將裝置內(nèi)壓力與反應(yīng)容器內(nèi)溫度控制在預(yù)定值一邊進(jìn)行控制型燃燒合成。關(guān)于通過上迷控制型燃燒合成所合成的硅合金，在含50重量％的硅的定值的情況下本發(fā)明硅合金的生成區(qū)域26示于圖2即氮、鋁、氧的三元體系狀態(tài)圖。根據(jù)X射線衍射法(XRD法)的解析，確認(rèn)氮、鋁、氧的三元體系狀態(tài)圖中范圍較寬的區(qū)域26是以硅為主成分的完全固溶體單相組織。此外，還確認(rèn)即使存在不足0.3重量％的鐵、鎳、鉻、鉬、錳、鈦、釔、鎂、鈣、鋯、釩、硼、鎢以及鈷中的至少一種不可避免的雜質(zhì)，完全固溶體區(qū)域26也不會有任何變化。藉此可確切證實(shí)，上述不可避免的雜質(zhì)元素固溶于由硅、氮、鋁、氧構(gòu)成的完全固溶體中。并且，對于70重量％、40重量％以及30重量％的硅，也同樣地將完全固溶體單相組織區(qū)域特定化成為本發(fā)明的硅合金的組成區(qū)域。此外，當(dāng)添加0.3重量％以上且未滿10重量％的鐵、鎳、鉻、鉬、錳、鈦、釔、鎂、鈣、鋯、釩、硼、鴒以及鈷中的至少一種時所構(gòu)成的完全固溶體單相組織區(qū)域也同樣被認(rèn)定為本發(fā)明的硅合金的組成區(qū)域。圖2中，在成分區(qū)域26以外的成分區(qū)域28~34生成無法固溶于硅合金中的金屬氧化物、或復(fù)合氮氧化物，從而形成硅合金與金屬氧化物或復(fù)合氮氧化物的復(fù)相生成區(qū)域，因此超出本申請范圍之外。若以定量的數(shù)值來表達(dá)，則硅<30重量％或>70重量％、氮<10重量％或>45重量％、鋁<1重量％或>40重量％、氧<1重量％或>40重量％時復(fù)合化合物會夾雜在硅合金中生成，使得硅合金變得脆弱，因此該成分區(qū)域超出本申請范圍之外。鐵、鎳、鉻、鉬、錳、鈦、釔、鎂、鈞、鋯、釩、硼、鴒、以及鈷均固溶于硅合金中，具有改善硅合金的硬度、剛性、耐熱特性、耐蝕特性的作用。若總添加量不足0.3重量％,則添加效果不充分，若為10重量％以上，則會生成復(fù)合化合物，故將總添加量設(shè)為0.3重量％以上且不足10重量％。以下，對通過本發(fā)明的控制型燃燒合成而獲得的其它優(yōu)良特性進(jìn)行說明。即，將燃燒合成的硅合金制成中間制品或完成制品的初始步驟中有粉碎步驟。優(yōu)選粉碎直至達(dá)到既定粒徑的時間為短時間。將燃燒合成時的溫粉碎時間被縮短。具體而言，在燃燒合成溫度為20001C以下、燃燒合成壓力為1MPa以下所合成的硅合金的粉碎成既定粒徑的時間，相對于通過在燃燒合成溫度為20001C以上、燃燒合成壓力為1MPa以上所進(jìn)行的現(xiàn)有的燃燒合成所合成的硅合金而言，縮短了50%以上。并且亦確認(rèn)，在燃燒合成溫度為2000X:以下、燃燒合成壓力為lMPa以下所合成的硅合金粉末的最佳燒結(jié)溫度，相對于通過現(xiàn)有的燃燒合成所合成的硅合金而言，大約下降1001C。隨后，就利用本發(fā)明的硅合金制造中間制品或完成制品的燒結(jié)狀制品的制造步驟，來對本發(fā)明的燒結(jié)品制造法_一濕式化合物法與燒結(jié)法的組合的制造法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3中記載了詳細(xì)步驟。制造本發(fā)明的硅合金燒結(jié)體時的重大課題是盡可能地減少燒結(jié)品內(nèi)部所殘留的微孔(7一夕口求7)，能夠解決該課題的最佳方法是本發(fā)明所提出的將濕式化合物法與常壓燒結(jié)法、毫米波燒結(jié)法、HIP燒結(jié)法中的至少一種燒結(jié)法加以組合而成的硅合金燒結(jié)法。此處，所謂"微孔"是指于顯微鏡級別觀察發(fā)現(xiàn)的微細(xì)空孔。此外，在此事先作一附述將本方法實(shí)際應(yīng)用作為硅合金以外的非導(dǎo)電性粉狀體的燒結(jié)法，亦可發(fā)揮效果。以下，對本發(fā)明加以更詳細(xì)的說明。藉由濕式和/或干式粉碎裝置，將由上述控制型燃燒合成裝置所合成的本發(fā)明的硅合金粉碎至所需粒徑為l微米以下。為了提高亳米波燒結(jié)后的相對密度，優(yōu)選粉碎至平均粒徑為500nm以下。為了有效進(jìn)行燒結(jié)時的燒結(jié)，可于粉碎時或粉碎的前后于硅合金中混合0.1~10重量％的以釔、鐿、鋁及鋯為主成分的氧化物中的至少一種來作為燒結(jié)助劑。若平均粒徑較小，則燒結(jié)助劑的必要添加量為少量，若平均粒徑為500nm以下，則不添加燒結(jié)助劑仍可于燒結(jié)后確保高密度的燒結(jié)體。燒結(jié)體的比重可確保在3.27以上。于微細(xì)粉碎粉末中添加粘合劑及水，且視情況添加蒸餾水或精制水，通過混練機(jī)來制造化合物。若粉狀體的粒徑為500nm以下，則無需特別添加粘合劑。粘合劑以無機(jī)質(zhì)較佳，對本發(fā)明的硅合金而言，以本發(fā)明的硅合金的主要構(gòu)成元素硅、鋁為主成分的無機(jī)粘合劑為最適合。此外，為了提高無機(jī)粘合劑的分散性，可使用已調(diào)節(jié)pH值的堿性水。未添加無機(jī)粘合劑或粘合劑的化合物所構(gòu)成的未燒結(jié)成形品，具有在燒結(jié)時無需實(shí)施通常作為前置作業(yè)的去除粘合劑處理這一大優(yōu)點(diǎn)。通過在常壓以下的減壓環(huán)境中進(jìn)行制造含水化合物過程中的混練步驟和/或成形步驟，可將不可避免地包含于化合物中的微孔減小至極限值，因此，尤其在制造用于需要強(qiáng)度的用途的硅合金燒結(jié)體時，利用本濕式化合物法的成形法是本發(fā)明所推薦的必需步驟。然后，對盡可能地減少所包含的微孔而成形的成形體進(jìn)行干燥。干燥優(yōu)選自然干燥。將經(jīng)上述步驟而適當(dāng)制造的未燒結(jié)成形品，在保持在常壓或常壓以上的氮?dú)夥罩?，通過利用毫米波的加熱手段、利用電阻加熱手段的常規(guī)加熱手段或HIP加熱手段中的至少一種加熱手段，以既定溫度和既定時間進(jìn)行加熱，從而制造硅合金的燒結(jié)體。此外，基本條件是以1300~1900t:的溫度范圍以及30分鐘~3小時的加熱時間進(jìn)行燒結(jié)。利用毫米波進(jìn)行加熱時，加熱是自未燒結(jié)成形品的中心開始加熱。此時，內(nèi)部的微孔會浮出至成形品的表層部，因此亳米波燒結(jié)法是使微孔減少至極限值的最佳燒結(jié)處理。利用毫米波進(jìn)行加熱時，是自被加熱材料的芯部開始逐漸加熱，因而必須盡可能防止熱自被加熱材料散失。因此，必須在被加熱材料的外周配置保溫材料。為了消除該操作性的麻煩，推薦使用將毫米波加熱方式與通用加熱方式加以組合實(shí)施的混合燒結(jié)法。(實(shí)施例1)將反應(yīng)時的溫度控制在2000X:以下、反應(yīng)時的壓力控制在1MPa以下，通過本發(fā)明的燃燒合成法而合成的硅合金的化學(xué)成分與各自所具有的構(gòu)成相一并示于表l中。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>發(fā)明材料1~38表示本發(fā)明的實(shí)施例。由XRD測定法的結(jié)果可確認(rèn)，所有發(fā)明材料均具有單一的單相構(gòu)造。根據(jù)電子探針微量分析法(EPMA法)所形成的元素影像，確認(rèn)實(shí)施例1~28是由硅、氮、鋁以及氧四種元素所構(gòu)成的固溶體，這些實(shí)施例是本發(fā)明所提出的硅合金的基本成分組成的代表例。實(shí)施例29~38是在硅合金的基本組成中添加有合金元素的實(shí)施例，任何一種合金元素均可構(gòu)成固溶于基本組成材料中的固溶體。為了確保硅合金的單相構(gòu)造，將硅30~70重量％、氮10~45重量％、鋁1~40重量%規(guī)定為作為本發(fā)明的基本組成的專利申請范圍。作為用以提高基本組成的硅合金的特性而添加的次要的合金元素，有時可添加O.3重量％以上且不足10重量％的鐵、鎳、鉻、鉬、錳、鈦、釔、鎂、釣、鋯、釩、硼、鴒、以及鈷中的至少一種。并且，若添加量不足0.3重量％,則其效果不充分，而若為10重量％以上，則會形成多層構(gòu)造。(實(shí)施例2)以下，說明關(guān)于燃燒合成時的溫度以及壓力對具有發(fā)明材料6所示的化學(xué)成分的硅合金的特性所造成的影響的實(shí)施例。表2顯示粉碎至粒徑為500mn所需的時間比與燃燒合成條件的關(guān)系。溫度與壓力均較低者雖然被粉碎特性良好，但燃燒合成時間增長，故優(yōu)選1800X:、0.8MPa。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3顯示由燒結(jié)后的密度、顆粒成長的觀點(diǎn)出發(fā)而決定的最佳燒結(jié)溫度與燃燒合成條件的關(guān)系。伴隨著溫度與壓力的同時降低，最佳燒結(jié)溫度亦降低，但燃燒合成時間增長，故優(yōu)選18001C、0.8MPa。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>(實(shí)施例3)表4顯示在本申請范圍的成分區(qū)域內(nèi)隨著主要成分的變化而產(chǎn)生的主要特性值的變化。硅、氮、鋁、氧基本元素體系的硅合金的特性值中，楊氏模量會隨著硅量的變化而產(chǎn)生較大變化。所謂楊氏模量，是指會對作為機(jī)械零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的疲勞強(qiáng)度造成影響的重要特性值。因?yàn)榭筛鶕?jù)與以轉(zhuǎn)動方式接觸的對象材料的楊氏模量的相互關(guān)系來選擇最佳的楊氏模量，故本發(fā)明的硅合金在機(jī)械設(shè)計(jì)上極為有利。以往楊氏模量被視為材料固有的物性值，但在本硅合金中，可在特定范圍內(nèi)對楊氏模量進(jìn)行任意改變，這可以說是推翻先前與楊氏模量相關(guān)的學(xué)術(shù)見解的發(fā)現(xiàn)。若添加用以增加晶界能量的硼來作為合金元素，則認(rèn)為可提高斷裂韌性，并且，若添加非氧化性的金屬元素，則可提高耐蝕性及耐熱性。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>*特性的相對優(yōu)劣度的指數(shù)表示以1<2<3<4<5的順序特性逐漸優(yōu)異。(實(shí)施例4)表5綜合顯示本發(fā)明的硅合金的燒結(jié)特性。由于本發(fā)明的硅合金的良好的粉碎性，能夠以低成本來實(shí)施加工為500nm以下的超微細(xì)粉末。藉由該特征，可獲得現(xiàn)有技術(shù)中所無法認(rèn)識到的數(shù)個新特性。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>*制造化合物時無/有真空處理步驟**制造化合物時有無共同的真空處理推薦步驟是利用本硅合金的微細(xì)粉末經(jīng)由化合物制造來制造素材的步驟。其原因在于，與利用干燥粉末經(jīng)由造粒步驟的步驟相比可確保更高的生產(chǎn)性。制造素材的主要步驟顯示于圖3中。若粒徑為500nm以下，則制造化合物時無需添加粘合劑。由此即可省略去除粘合劑的步驟，故而可確保生產(chǎn)性的提高以及良好的質(zhì)量。為了確保穩(wěn)定制造，可添加0.1~10重量°/4的以硅、鋁為主成分的無機(jī)粘合劑。若粒徑為500nm以下，則無需添加燒結(jié)助劑，但為了確保質(zhì)量的穩(wěn)定，可混合添加0.1~10重量％的以釔、鐿、鋁以及鋯為主成分的氧化物中的至少一種作為燒結(jié)助劑，可最小限度地添加燒結(jié)助劑。將下述三種燒結(jié)處理選定為硅合金的燒結(jié)處理燒結(jié)處理A，于1700匸下毫米波加熱氮?dú)夥罩谐簾Y(jié)1小時；燒結(jié)處理B,于1700"C下常規(guī)加熱氮?dú)夥罩谐簾Y(jié)3小時；以及燒結(jié)處理C，CIP+200MPa的氮?dú)夥罩?700*€下HIP燒結(jié)1小時。特別是在常壓燒結(jié)處理、燒結(jié)處理B中可形成高度燒結(jié)原形材，其就低廉制造的觀點(diǎn)而言，在工業(yè)技術(shù)上可謂具有極高價值。粒徑為500nm以下的硅合金在任一燒結(jié)處理中，均可確保3.25以上的比重。尤其值得注意的是，通過硅合金的常壓燒結(jié)B獲得的比重超過現(xiàn)有的通過非氧化物系陶瓷氮化硅的HIP燒結(jié)C中所報(bào)告的比重。粒徑為500nm以下的硅合金的燒結(jié)材料在任一燒結(jié)處理中，在顯微鏡級別的大范圍觀測結(jié)果中均未發(fā)現(xiàn)微孔。亦未發(fā)現(xiàn)金屬相以及陶資異相。可得出如下結(jié)論在任一燒結(jié)處理中均獲得良好的燒結(jié)特性的理由在于，粒徑為500nm以下的硅合金微細(xì)粉末的燒結(jié)特性優(yōu)良。(實(shí)施例5)本發(fā)明的目的在于，將地殼中最大量存在的硅在工業(yè)用途中實(shí)際用作通用原材料。將目前正實(shí)際應(yīng)用于工業(yè)用途的作為硅系陶資的氮化硅及賽隆(sialon，廿<7口>)與本發(fā)明材料的特性值以及所設(shè)想的制造價格進(jìn)行比較，將結(jié)果一并顯示于表6。此外，賽隆使用利用與氮化硅同等價格的原料的昂貴的反應(yīng)燒結(jié)法，故與氮化硅的原形材制造價格相比較為昂貴，故作為參考而示出。在特性值方面，最典型的差異在于燒結(jié)后所殘存的微孔。作為本發(fā)明材料的硅合金中所殘存的微孔為零，而氮化硅中則不可避免地殘存著微孔。同時，本發(fā)明材料的比重比氮化硅的比重大。作為燒結(jié)原形材的制造步驟，以制造軸承滾珠為例，將特殊鋼制造的軸承滾珠的制造價格設(shè)定為基準(zhǔn)值l,將本發(fā)明材料、氮化硅以及賽隆制造的軸承滾珠各自的制造價格比顯示如下。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>*1反應(yīng)燒結(jié)材料*2ASTM,F2094-01*3超潔凈軸承鋼，氧<10ppm*4毫米波加熱、氮?dú)獬骸?7001C下1小時*5常規(guī)加熱、氮?dú)獬骸?7001C下3小時*6CIP(200MPa)+HIP(200MPa氮?dú)狻?800匸下1小時)*7以軸承滾珠制造價格為基準(zhǔn)來推算*8化合物+高速造粒機(jī)+常壓連續(xù)燒結(jié)爐首先，作為原料的粉末的價格的特征在于(1)作為主原料的金屬硅是廉價材料，而用于氮化硅的金屬硅是高級材料，價格昂貴；(2)燃燒合成時，所輸入的能量為零；(3)本發(fā)明材料由于粉碎性良好，故粉碎成本低廉。現(xiàn)有的氮化硅的粉碎性低劣，故粉碎成本高；(4)由于上述制造制程的差異，作為燒結(jié)素材的原料的本發(fā)明的500nm硅合金粉末與氮化硅粉末之間出現(xiàn)較大價格差異；(5)其結(jié)果為，就原料價格而言，本發(fā)明材料是氮化硅的大約1/10以下。作為素材在制造軸承滾珠時，本發(fā)明的硅合金亦發(fā)揮出價格上的優(yōu)勢。(1)由500nm微細(xì)粉末的化合物使用高速成形裝置能夠高效地制造出軸承滾珠的未燒結(jié)球體。高速成形裝置是將丸劑的制造裝置改進(jìn)為可適用于本發(fā)明材料而成的，每分鐘的制造個數(shù)為3000個。制造氮化硅球體時每分鐘的制造個數(shù)為數(shù)十個，制造軸承鋼的球體時每分鐘的制造個數(shù)為700個。(2)本發(fā)明材料的未燒結(jié)球體的燒結(jié)可使用藉由常規(guī)加熱法的氮常壓燒結(jié)法，因此與氮化硅的HIP燒結(jié)法相比，價格極為低廉。(3)其結(jié)果是，通過(1)及(2)的步驟而制造的本發(fā)明材料制的軸承滾珠制造價格是特殊鋼制造的軸承滾珠的制造價格的5倍以下。本發(fā)明材料的比重與特殊鋼的比重相比是特殊鋼的40%，因此若進(jìn)行比重?fù)Q算，則制造價格大約為特殊鋼的2倍，因而作為本發(fā)明材料的硅合金制的軸承滾珠代替特殊鋼制的軸承滾珠而被大量生產(chǎn)且大量需求的可能性極高。本發(fā)明的硅合金能夠以與特殊鋼同等的制造價格制造，因此有可能代替特殊鋼，尤其作為工業(yè)用的通用原材料而大量實(shí)際應(yīng)用。將來，預(yù)計(jì)年需求量將達(dá)到相當(dāng)于特殊鋼的年生產(chǎn)量2000萬噸的10%的200萬噸。權(quán)利要求1.一種硅合金，其特征在于含有30～70重量％的硅、10～45重量％的氮、1～40重量％的鋁、以及1～40重量％的氧。2.權(quán)利要求1的硅合金，其中，含有不到0.3重量y。的作為不可避免的元素的鐵、鎳、鉻、鉬、錳、鈦、釔、鎂、鈣、鋯、釩、硼、鴒及鈷中的至少一種。3.權(quán)利要求1的硅合金，其中，含有0.3重量％以上且不到10重量°/的作為次要的合金元素的鐵、鎳、鉻、鉬、錳、鈦、釔、鎂、鈣、鋯、釩、硼、鵠及鈷中的至少一種。4.一種控制型燃燒合成裝置，其特征在于具有至少一個點(diǎn)火機(jī)構(gòu)、檢測裝置內(nèi)壓力的壓力傳感器、自外部供給氮的氮供給機(jī)構(gòu)、借助具備氮供給功能與裝置內(nèi)反應(yīng)氣體排出功能的氣體壓力控制閥的壓力控制機(jī)構(gòu)、反應(yīng)容器內(nèi)溫度的檢測手段、借助包覆整個裝置的水冷夾套的第1冷卻機(jī)構(gòu)、以及借助設(shè)置于裝置內(nèi)部的冷卻用板的第2冷卻機(jī)構(gòu)；還具備溫度控制機(jī)構(gòu)，其根據(jù)由所述溫度檢測手段所檢測出的溫度，來控制供給至所述第1和/或第2冷卻機(jī)構(gòu)的冷卻水量，以控制所述反應(yīng)容器內(nèi)溫度；且能夠在進(jìn)行燃燒合成時將裝置內(nèi)壓力與反應(yīng)容器內(nèi)溫度控制在既定值。5.—種硅合金粉末，為將權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的硅合金制成粒徑為l微米以下的粉狀體而得。6.權(quán)利要求5的硅合金粉末，其中混合添加有0.1~10重量％的以釔、鐿、鋁及鋯作為主成分的氧化物中的至少一種來作為燒結(jié)助劑。7.—種硅合金燒結(jié)體的制造方法，其特征在于以權(quán)利要求5或6的硅合金粉末作為原料，藉由添加0.1~10重量％的以硅、鋁為主成分的無機(jī)粘合劑或者不添加該無機(jī)粘合劑來制造含水化合物的制造步驟、將該含水化合物成形為中間制品形狀或者完成品形狀的成形步驟、以及通過干燥使含水量達(dá)到1重量％以下的干燥步驟這些步驟來制造未燒結(jié)成形品；將所得的未燒結(jié)成形品在保持在常壓或常壓以上的氮?dú)夥罩校逵?5GHz以上的毫米波環(huán)境中的毫米波加熱，于1300~1900X:的溫度范圍以及30分鐘~3小時的加熱時間，進(jìn)行燒結(jié)。8.—種硅合金燒結(jié)體的制造方法，其特征在于通過氮?dú)夥罩谐Ｒ?guī)加熱的常壓燒結(jié)法、或者氮?dú)夥罩械腍IP燒結(jié)法對權(quán)利要求7的未燒結(jié)成形品進(jìn)行燒結(jié)制造。9.權(quán)利要求7或8的硅合金燒結(jié)體的制造方法，其中制造所述含水化合物過程中的混練步驟和/或成形步驟在常壓以下的減壓環(huán)境下進(jìn)行。全文摘要在控制型燃燒合成裝置(10)中，具有點(diǎn)火機(jī)構(gòu)(12)、檢測裝置內(nèi)壓力的壓力傳感器(14)、自外部供給氮的氮供給機(jī)構(gòu)(15)、具備氮供給功能與裝置內(nèi)反應(yīng)氣體排出功能的氣體壓力控制閥(16)、反應(yīng)容器(20)內(nèi)溫度的檢測手段(23)、借助水冷夾套(18)的第1冷卻機(jī)構(gòu)、以及借助冷卻用板(22)的第2冷卻機(jī)構(gòu)，且設(shè)有溫度控制機(jī)構(gòu)，該溫度控制機(jī)構(gòu)根據(jù)由溫度檢測手段(23)所檢測出的溫度，來控制供給至第1和/或第2冷卻機(jī)構(gòu)的冷卻水量，以控制反應(yīng)容器內(nèi)溫度。通過在進(jìn)行燃燒合成時將裝置內(nèi)壓力與反應(yīng)容器內(nèi)溫度控制在預(yù)定值，可合成含有30～70重量％的硅、10～45重量％的氮、1～40重量％的鋁、以及1～40重量％的氧的硅合金，從而能夠以低成本將作為廉價金屬的硅實(shí)際應(yīng)用作工業(yè)用結(jié)構(gòu)材料。文檔編號C22C21/02GK101568488SQ200780048028公開日2009年10月28日申請日期2007年9月18日優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日發(fā)明者佐藤一也,松下昌史,松下洋子,櫻井利隆,渡邊敏幸申請人:伊斯曼杰股份有限公司