氮化硅燒結(jié)體及使用其的耐磨件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氮化硅燒結(jié)體及使用該氮化硅燒結(jié)體的耐磨件，特別是涉及加工性良 好的氮化硅燒結(jié)體及使用該氮化硅燒結(jié)體的耐磨件。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化硅燒結(jié)體利用其耐磨性作為軸承用滾珠或輥等耐磨件使用。作為以往的氮化 硅燒結(jié)體的燒結(jié)組成，已知有氮化硅-氧化釔-氧化鋁_氮化鋁-氧化鈦系等（專利文獻(xiàn) 1 :日本特開2001-328869號公報）。，通過使用氧化釔、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈦作為具體的 燒結(jié)助劑（燒結(jié)劑），得到具有改進(jìn)的燒結(jié)性和優(yōu)良的耐磨性的氮化硅燒結(jié)體。
[0003] 另外，專利文獻(xiàn)2(日本特開2003-34581號公報）中公開了使用氧化釔-MgAl204 尖晶石-碳化硅-氧化鈦作為燒結(jié)助劑的氮化硅燒結(jié)體。專利文獻(xiàn)2中可將燒結(jié)溫度設(shè)置 為1600°C以下。
[0004] 專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2的燒結(jié)體燒結(jié)性均良好，且具有優(yōu)良的耐磨性。另一方 面，這些以往的氮化硅燒結(jié)體的硬度高，具有難加工性。有必要使軸承用滾珠等耐磨件具有 表面粗糙度Ra為0. 1ym以下的平坦面作為滑動面。通常使用金剛石磨粒用于氮化硅燒結(jié) 體的表面加工，然而，以往的氮化硅燒結(jié)體是難加工性材料，因此拋光加工的負(fù)荷大，成為 成本上升的原因。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2001-328869號公報
[0008] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2003-34581號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的課題
[0010] 迄今為止的氮化硅燒結(jié)體，為了提高耐磨性，只著眼于提高斷裂韌度等材料特性。 通過切實提高材料特性，耐磨性提高。這種氮化硅燒結(jié)體最適用于在機械工具等高負(fù)荷環(huán) 境下的軸承用滾珠。
[0011] 另一方面，軸承用滾珠等耐磨件不限于在高負(fù)荷環(huán)境下使用的耐磨件，耐磨件還 具有在電腦等的風(fēng)扇電機用軸承這種低負(fù)荷環(huán)境下使用的用途。專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2 記載的氮化硅燒結(jié)體因特性優(yōu)良，也可以用于風(fēng)扇電機用軸承。然而，氮化硅燒結(jié)體具有加 工性差，成本高這樣的問題。
[0012] 本發(fā)明是為應(yīng)對這樣的問題而開發(fā)的，其目的在于，提供加工性良好的氮化硅燒 結(jié)體。
[0013] 解決課題的手段
[0014] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的氮化硅燒結(jié)體的特征在于，包含氮化硅晶粒和晶界 相，在拍攝該氮化硅烷結(jié)體的任意截面時，每100ymX100ym單位面積的晶界相的面積比 為15~35%。
[0015] 另外，優(yōu)選所述每100ymX100ym單位面積的晶界相的面積比為15~25%。另 外，優(yōu)選在所述100umX100ym單位面積中的長徑L為1ym以上的氮化娃晶粒的面積比 合計為60%以上，長徑為1ym以上的氮化硅晶粒的任意長徑比（長徑L/短徑S)均為7以 下。
[0016] 另外，在進(jìn)行所述氮化硅燒結(jié)體的XRD分析時，優(yōu)選在29. 5~30. 5°的范圍檢測 出峰。另外，優(yōu)選在所述29. 5~30. 5°范圍的峰高度I29.5_3a5與0 -氮化硅的最大峰高度 1{^謂4的高度比（129. 5-3。.5/1{^謂4)在0.05~0.25的范圍。另外，所述29.5~30.5°范圍 的峰優(yōu)選是歸因于4A族元素-稀土元素-氧的化合物的峰。另外，所述29. 5~30. 5°范 圍的峰優(yōu)選歸因于鉿-釔-氧的化合物。另外，所述氮化硅燒結(jié)體優(yōu)選按氧化物換算含有 2~8質(zhì)量％的A1，按氧化物換算含有1~3. 5質(zhì)量％的稀土元素，按氧化物換算含有1~ 5質(zhì)量％的4A族元素、5A族元素和6A族元素的任一種以上。另外，優(yōu)選所述氮化硅燒結(jié)體 的加工系數(shù)（machinablecoefficient)在 0? 120 ~0? 150 的范圍內(nèi)。
[0017] 本發(fā)明的耐磨件含有本發(fā)明的氮化硅燒結(jié)體。另外，所述氮化硅燒結(jié)體的滑動面 優(yōu)選為表面粗糙度Ra為0. 1ym以下的拋光面。另外，優(yōu)選所述耐磨件是軸承用滾珠。另 外，所述軸承用滾珠優(yōu)選是用于風(fēng)扇電機的軸承用滾珠。
[0018]發(fā)明效果
[0019] 在本發(fā)明的氮化硅燒結(jié)體中，晶界相的比率在100ymX100ym單位面積的微小 區(qū)域被控制。因此，易進(jìn)行拋光等表面加工。另外，通過控制氮化硅晶粒和晶界相中的化合 物，可以實現(xiàn)加工性提高和耐磨性的兼顧。因此，本發(fā)明的氮化硅燒結(jié)體在應(yīng)用于耐磨件 時，在維持耐磨損特性的同時，可降低加工時間和加工成本。
【附圖說明】
[0020] 圖1是表示軸承用滾珠的一例的透視圖；
[0021] 圖2是表示測定氮化硅晶粒的長徑比的方法的截面圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明的氮化硅燒結(jié)體的特征在于，包含氮化硅晶粒和晶界相，在拍攝該氮化硅 燒結(jié)體的任意截面時，每100umX100ym單位面積的晶界相的面積比為15~35%。
[0023] 氮化硅燒結(jié)體具備成為主相的氮化硅晶粒和成為亞相的晶界相。晶界相主要由在 燒結(jié)工序中使燒結(jié)助劑彼此或燒結(jié)助劑與氮化硅（含雜質(zhì)氧）反應(yīng)的化合物形成。燒結(jié)助 劑為控制燒結(jié)性而添加，晶界相形成于氮化硅晶粒彼此的間隙（晶界）。通過晶界相強化氮 化硅晶粒彼此的結(jié)合力。
[0024] 比較氮化硅晶粒的硬度和晶界相的硬度時，通常，晶界相的硬度較低。因此認(rèn)為， 在對氮化硅燒結(jié)體實施拋光之前，通過增大比氮化硅晶粒軟的晶界相的比例，降低氮化硅 燒結(jié)體本身的硬度是有效的。確實，通過降低氮化硅燒結(jié)體的硬度，得到一定的效果。
[0025]如后所述，在耐磨件中應(yīng)用氮化硅燒結(jié)體的情況下，根據(jù)用途要求表面粗糙度Ra為0.1ym以下的平坦性高的拋光面。拋光面用作滑動面。例如，在軸承用滾珠的情況下， 通過將氮化硅燒結(jié)體的全部表面形成平坦面，可以提高滑動特性。通常，對于氮化硅燒結(jié)體 的拋光來說，進(jìn)行使用金剛石砂輪的拋光。在進(jìn)行拋光時，認(rèn)為增加比氮化硅晶粒軟的晶界 相的比例易進(jìn)行拋光。
[0026] 但是，在得到表面粗糙度Ra為0. 1ym以下的平坦面的情況下，已知，由于氮化硅 晶粒和晶界相的切削方法不同，所以難以得到清潔的平坦面。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，通過在100ymX100ym單位面積的微小區(qū)域?qū)⒕Ы缦嗟拿娣e比設(shè) 定在15~35%的范圍，可以降低氮化硅晶粒和晶界相之間的硬度不同帶來的加工性的波 動，以提高加工性。晶界相的面積比低于15%時，晶界相過少，氮化硅燒結(jié)體的耐磨性降 低。另外，晶界相的面積比超過35%時，晶界相過多，產(chǎn)生加工性的波動。因此，晶界相的 比率為15~35%，優(yōu)選為15~25%。本發(fā)明的氮化硅燒結(jié)體的構(gòu)成使得，在任意截面，在 lOOymXIOOym單位面積的微小區(qū)域，晶界相的面積比為15~35%的范圍。
[0028] 予以說明，晶界相的面積比的測定方法如下所述。首先，取得氮化硅燒結(jié)體的任意 截面。對該截面實施鏡面加工，以使表面粗糙度Ra為lym以下。為了明確界定氮化硅晶 粒和晶界相的區(qū)域，對所得鏡面實施等離子體蝕刻處理。進(jìn)行等離子體蝕刻處理時，氮化硅 晶粒和晶界相的蝕刻率彼此不同，因此，某一方會比另一方更多地被蝕刻掉。
[0029] 例如