氮化硅質(zhì)燒結(jié)體及使用其的耐蝕性部件、滑動(dòng)構(gòu)件以及制紙機(jī)械用部件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氮化硅質(zhì)燒結(jié)體及使用其的耐蝕性部件、滑動(dòng)構(gòu)件以及制紙機(jī)械用部 件。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在，作為發(fā)動(dòng)機(jī)部件、熔融金屬用構(gòu)件、切削工具、快堆用構(gòu)件、耐磨損性構(gòu)件等 產(chǎn)業(yè)用構(gòu)件使用氮化硅質(zhì)燒結(jié)體。
[0003] 作為這樣的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體的例子，例如，在專利文獻(xiàn)1中提出了一種由燒結(jié)體 形成的內(nèi)燃機(jī)用火花塞，所述燒結(jié)體以氮化硅為主成分，以氧化物換算計(jì)含有氧化鈣2~ 15wt%、氧化儀0· 01~10wt%、氧化錯(cuò)0~15wt%。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平5 - 36464號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明要解決的問題
[0008] 但是，這樣的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體由于在腐蝕環(huán)境下使用，有時(shí)機(jī)械強(qiáng)度和破壞韌性 降低。因此，需要腐蝕環(huán)境下的腐蝕少、且即使暴露于腐蝕環(huán)境下也具有高的機(jī)械特性的氮 化娃質(zhì)燒結(jié)體。
[0009] 本發(fā)明為了解決上述那樣的問題而提出，其目的在于提供腐蝕環(huán)境下的腐蝕少、 即使暴露于腐蝕環(huán)境下也具有高的機(jī)械特性的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體及使用其的耐蝕性部件、滑 動(dòng)構(gòu)件以及制紙機(jī)械用部件。
[0010] 用于解決問題的手段
[0011] 本發(fā)明的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體的特征在于，在作為氮化硅的結(jié)晶間的晶界相中，具有 包含鈣、鋁和硅的氧氮化物的結(jié)晶，所述構(gòu)成氧氮化物的結(jié)晶的所述鈣、所述鋁和所述硅中 的各自的質(zhì)量比率為：所述鈣為1. 3~32. 0%、所述鋁為0. 1~25. 0%、余量為所述硅。
[0012] 本發(fā)明的耐蝕性部件、滑動(dòng)構(gòu)件以及制紙機(jī)械用部件的特征在于，使用所述氮化 硅質(zhì)燒結(jié)體而成。
[0013] 發(fā)明效果
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體，腐蝕環(huán)境下的腐蝕少，且即使暴露于腐蝕環(huán)境下 也具有高的機(jī)械特性。
[0015] 另外，根據(jù)本發(fā)明的耐蝕性部件、滑動(dòng)構(gòu)件以及制紙機(jī)械用部件，具有腐蝕環(huán)境下 的高的可靠性。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本實(shí)施方式的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體以氮化硅為主晶相，在作為氮化硅的結(jié)晶間的晶界 相中，具有包含鈣、鋁和硅的氧氮化物的結(jié)晶（以下也僅稱為氧氮化物的結(jié)晶。），構(gòu)成氧氮 化物的結(jié)晶的鈣、鋁和硅中的各自的質(zhì)量比率為：鈣為1.3~32.0%、鋁為0. 1~25.0%、 余為娃。
[0017] 此處，主晶相是指，構(gòu)成氮化硅質(zhì)燒結(jié)體的結(jié)晶中存在比率最高的相，在利用X射 線衍射裝置（XRD)得到的X射線衍射圖中，作為主晶相的氮化硅顯示最高的峰（衍射強(qiáng)度 的值大）。另外，晶界相是指，氮化硅質(zhì)燒結(jié)體中，在作為主晶相的氮化硅的結(jié)晶之間存在 的相，晶界相中，存在氮化硅以外的結(jié)晶和非晶質(zhì)相。另外，上述氧氮化物的結(jié)晶是指，包含 鈣、鋁和硅的氧化物的結(jié)晶的氧的一部分被氮取代的結(jié)晶。
[0018] 并且，包含鈣、鋁和硅的氧化物的結(jié)晶的氧的一部分被氮取代的氧氮化物的結(jié)晶 由于構(gòu)成氧氮化物的結(jié)晶的各元素彼此的共價(jià)鍵性高、各元素彼此的鍵合力強(qiáng)，所以本實(shí) 施方式的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體通過在晶界相中具有該氧氮化物的結(jié)晶，腐蝕環(huán)境下的腐蝕少。
[0019] 另外，構(gòu)成氧氮化物的結(jié)晶的鈣、鋁和硅中的各自的質(zhì)量比率通過滿足上述范圍， 即使暴露于腐蝕環(huán)境下也具有高的機(jī)械特性。具體來說，具有高的機(jī)械強(qiáng)度和高的破壞韌 性。
[0020] 需要說明的是，鈣的質(zhì)量比率小于1. 3%或鋁的質(zhì)量比率小于0. 1%時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度 和破壞韌性降低。另外，鈣的質(zhì)量比率大于32.0%時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度降低。進(jìn)一步，鋁的質(zhì)量比 率大于25. 0%時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度降低，導(dǎo)熱率也降低。
[0021] 此處，氧氮化物的結(jié)晶是指，例如，在X射線衍射圖中，第1峰在衍射角2 Θ = 30.4°~32.4°、第2峰在衍射角2Θ =51.0°~53.0°出現(xiàn)的氧氮化物的結(jié)晶、第1峰 和第2峰均在衍射角2Θ =27.0°~29.0°出現(xiàn)的氧氮化物的結(jié)晶。需要說明的是，第1 峰在衍射角2 Θ =30.4°~32.4°、第2峰在衍射角2 Θ =51.0°~53.0°出現(xiàn)的氧氮化 物的結(jié)晶的組成式由例如Cax(Al2_ ySi1+y) (07_yNy) (0· 032彡X彡L 3, L 073彡y彡L 996) 表示。另外，第1峰和第2峰均在衍射角2Θ =27. 0°~29. 0°出現(xiàn)的氧氮化物的結(jié)晶的 組成式由例如〇&：(仏12_3^(0 8_八）（0.032 ^^彡1.3，1.073彡7彡1.996)表示。
[0022] 接著，對(duì)于確認(rèn)氧氮化物的結(jié)晶的有無的方法以及算出構(gòu)成氧氮化物的結(jié)晶的 鈣、鋁和硅各自的質(zhì)量比率的方法進(jìn)行說明。
[0023] 首先，利用通過XRD得到的X射線衍射圖，確認(rèn)在氮化硅質(zhì)燒結(jié)體中存在的氮化硅 以外的結(jié)晶。接著，使用具備能量分散型X射線分光器（H)S)或波長分散型X射線分光器 (WDS)的透射型電子顯微鏡（TEM)，確認(rèn)晶界相中存在氮化硅以外的結(jié)晶以及確認(rèn)構(gòu)成該 結(jié)晶的元素，并且確認(rèn)各元素的含量。
[0024] 具體來說，首先，使用通過XRD得到的X射線衍射圖確認(rèn)氮化硅以外的結(jié)晶的存 在，確認(rèn)該結(jié)晶是否為包含鈣、鋁和硅的氧化物的結(jié)晶。接著，通過TEM確認(rèn)氮化硅質(zhì)燒結(jié) 體的晶界相中是否存在結(jié)晶。并且，通過附設(shè)于TEM的EDS或WDS，確認(rèn)構(gòu)成晶界相中存在 的結(jié)晶的元素是否為鈣、鋁、硅、氧、氮，最后確認(rèn)各元素的含量是否在上述范圍內(nèi)即可。
[0025] 另外，氧氮化物的結(jié)晶適宜為在X射線衍射圖中第1峰在衍射角2 Θ = 30. 4°~ 32. 4°、第2峰在衍射角2 Θ = 51. 0°~53. 0°出現(xiàn)的結(jié)晶。通過使氧氮化物的結(jié)晶為出 現(xiàn)這樣的峰的結(jié)晶，從而比出現(xiàn)其它峰的氧氮化物的結(jié)晶的共價(jià)鍵性更高，因而氮化硅質(zhì) 燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
[0026] 另外，在衍射角2Θ =30.4°~32. 4°出現(xiàn)的第1峰的半峰寬適宜為0.Γ以上 且0.9°以下。第1峰的半峰寬為0.Γ以上且0.9°以下時(shí)，結(jié)晶面的擴(kuò)展大、結(jié)晶性高、 氧氮化物的結(jié)晶微細(xì)且應(yīng)變小，因此具有高的耐磨損性、高的熱傳導(dǎo)性、和高的剛性。第1 峰的半峰寬特別適宜為0.15°以上且0.3°以下。此處，X射線衍射圖中的第1峰的半峰 寬是指，以背景為基準(zhǔn)的第1峰的1/2高度處的強(qiáng)度的寬度。
[0027] 另外，在構(gòu)成氮化硅質(zhì)燒結(jié)體的結(jié)晶的合計(jì)100質(zhì)量％之中，氧氮化物的結(jié)晶的 含量適宜為1~10質(zhì)量％。氧氮化物的結(jié)晶的含量滿足上述范圍時(shí)，由于晶界相中的氧氮 化物的晶相的占有面積率的增加，機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)一步提高。氧氮化物的結(jié)晶的含量可以由利 用XRD得到的數(shù)據(jù)通過Rietveld分析進(jìn)行定量化而算出。
[0028] 另外，本實(shí)施方式的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體的晶界相中，存在當(dāng)量圓直徑為0.05 μπι以 上且5 μπι以下的包含鐵和硅的化合物，每Imm2中的該化合物的個(gè)數(shù)適宜為2. OX 10 4個(gè)以 上且2. OX IO5個(gè)以下。
[0029] 包含鐵和硅的化合物是熱力學(xué)穩(wěn)定的化合物，因此當(dāng)每Imm2中的當(dāng)量圓直徑為 0· 05 μ m以上且5 μ m以下的包含鐵和硅的化合物的個(gè)數(shù)為2. 0 X IO4個(gè)以上且2. 0 X 10 5個(gè) 以下時(shí)，耐氧化性優(yōu)異，并且具有優(yōu)異的耐熱沖擊性。
[0030] 此處，包含鐵和硅的化合物是指，例如，由鐵和硅構(gòu)成的化合物、或者由鐵和硅、與 氧、鎢、鋁、鎂、鈣、鈉和鉀中的至少任一種構(gòu)成的化合物。
[0031] 作為由鐵和硅構(gòu)成的化合物，例如，是組成式由FeSi3、FeSi2、FeSi、Fe 2Si3、Fe3Si、 Fe3Si2' Fe3Si4' Fe3Si7' Fe5Si2S Fe 5Si3表示的化合物。
[0032] 此處，晶界相中的包含鐵和硅的化合物的存在可以通過基于XRD的鑒定、使用具 備EDS或WDS的TEM來進(jìn)行確認(rèn)。另外，通過利用掃描電子顯微鏡（SEM)的觀察、以及使用 電子顯微探針分析（EPM)的彩色測(cè)繪，在晶界相中存在鐵的部分也存在硅，由此也能夠確 認(rèn)晶界相中的包含鐵和硅的化合物的存在。
[0033] 另外，包含鐵和硅的化合物與其它化合物（結(jié)晶）色調(diào)不同，因此當(dāng)量圓直徑為 0· 05 μπι以上且5 μπι以下的化合物在每Imm2中的個(gè)數(shù)可以通過以下方法確認(rèn)。首先，使用 SEM將倍率設(shè)為1000倍，按照例如面積為10.8Χ104μπι2(橫向的長度為127μπκ縱向的長 度為85.3 μπι)的方式設(shè)定范圍，用CCD相機(jī)拍攝該范圍的圖像。然后，使用圖像分析軟件 "Α像君（Α像 < 九）"（注冊(cè)商標(biāo)、Asahi Kasei Engineering株式會(huì)社制），利用稱為粒子 解析的方法，將該方法的設(shè)定條件為：將亮度設(shè)為亮、將2值化的方法設(shè)為手動(dòng)、將表示圖 像的明暗的指標(biāo)即閾值設(shè)為表示圖像內(nèi)的各點(diǎn)（各像素）所具有的明亮度的直方圖的峰值 的0. 8倍以上且2倍以下進(jìn)行分析即可。需要說明的是，可以使用光學(xué)顯微鏡代替SEM。 [0034]另外，本實(shí)施方式的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體中，晶界相中包含1種以上的稀土金屬的氧 化物，構(gòu)成氮化硅質(zhì)燒結(jié)體的全部成分的合計(jì)100質(zhì)量％之中，稀土金屬以氧化物換算計(jì) 的合計(jì)含量適宜為0. 1質(zhì)量％以上且1. 0質(zhì)量％以下。滿足這樣的構(gòu)成時(shí)，氮化硅質(zhì)燒結(jié) 體的機(jī)械強(qiáng)度提高。
[0035] 另外，本實(shí)施方式的氮化硅質(zhì)燒結(jié)體中，在晶界相中包含鎂的氧化物，構(gòu)成氮化硅 質(zhì)燒結(jié)體的全部成分的合計(jì)