專利名稱：氮化硅耐磨部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于氮化硅的耐磨(磨損)部件及制造所述部件的方法，更詳細(xì)地，涉及一種即使制備時(shí)使用金屬氮化生產(chǎn)的便宜的粉末氮化硅，但與普通燒結(jié)氮化硅相比仍具有相同或更高的機(jī)械強(qiáng)度、高耐磨性和滾動(dòng)壽命、且可加工性更出色的氮化硅耐磨部件，以及制造所述部件的方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的燒結(jié)氮化硅已知的組成為，例如，氮化硅/稀土氧化物/氧化鋁，或氮化硅/氧化釔/氧化鋁/氮化鋁/鈦。包括稀土氧化物如上述組成中的氧化釔(Y2O3)的燒結(jié)助劑已廣泛用于增強(qiáng)燒結(jié)，以增加所述燒結(jié)體的密度和強(qiáng)度。
用于滾動(dòng)軸承部件的普通氮化硅燒結(jié)體要求有高的耐磨性(耐磨損性)，特別要求有出色的滑動(dòng)性能，其通常用例如通過酰亞胺熱分解合成的高純度氮化硅細(xì)粉作為原料粉末而制得。
然而，用于滾動(dòng)軸承部件的普通氮化硅燒結(jié)體在按照酰亞胺熱分解方法合成時(shí)要使用昂貴的原料粉末。而且，普通氮化硅燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度或斷裂韌度如此高，以至該燒結(jié)體的可加工性差。因此，造成了一個(gè)問題，即由耐磨部件形成的產(chǎn)品所涉及的制造成本較高。
盡管通過常規(guī)方法制造的氮化硅燒結(jié)體具有更高的彎曲強(qiáng)度、增加的斷裂韌度及改善的耐磨性，但是軸承部件所特別要求的滾動(dòng)特性和耐久性不夠好。
近年來，對(duì)用于精密儀器部件的陶瓷材料的需求在增加。在這類應(yīng)用中，陶瓷高硬度、輕重量(輕巧)及高耐磨性等優(yōu)點(diǎn)與高耐腐蝕性和低熱膨脹等優(yōu)點(diǎn)一起得到了利用。特別由于其硬度高、耐磨性優(yōu)異，陶瓷材料在形成滑動(dòng)部分的耐磨部件如軸承上的應(yīng)用發(fā)展迅速。
然而，當(dāng)軸承滾球是由陶瓷耐磨部件制得時(shí)，耐磨部件的滾動(dòng)壽命不夠好。滾球在高應(yīng)力下與軸套接觸地不斷滾動(dòng)，在很短的操作期內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生剝落或破裂(破碎)。剝落或破裂會(huì)產(chǎn)生包括軸承的裝置的振動(dòng)，或易于引起裝置損壞。在任一種情況下，都會(huì)形成這樣的問題，作為所述裝置的組成材料，陶瓷耐磨部件表現(xiàn)出差的耐久性和低的可靠性。
而且，制造具有細(xì)致均勻的燒結(jié)體緊密結(jié)構(gòu)及出色的強(qiáng)度特性的耐磨部件要求使用雜質(zhì)含量低的高純度陶瓷原料粉末。這種情況增加了原材料粉末的成本，因此極大地增加了耐磨部件的制造成本。
本發(fā)明已完成了對(duì)上述問題的處理。相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供適用于滾動(dòng)軸承部件的氮化硅耐磨部件及制造該部件的方法。對(duì)所述氮化硅耐磨部件而言，即使制備時(shí)使用通過金屬氮化而生產(chǎn)的便宜的粉末氮化硅，與常規(guī)的燒結(jié)氮化硅相比其仍具有相同或更高的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和滾動(dòng)壽命，并且具有特別出色的可加工性。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中改變了在普通氮化硅燒結(jié)體制造中廣泛使用的氮化硅原料粉末的種類、燒結(jié)助劑或添加劑的種類和用量及燒制條件，并由此研究了這些因素對(duì)產(chǎn)生的燒結(jié)體特性的影響。
其結(jié)果是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在制備原料混合物時(shí)向通過金屬氮化而合成的便宜的氮化硅細(xì)粉中加入預(yù)定量的稀土氧化物、諸如氧化鋁或氮化鋁等的鋁組分、碳化硅、及任選的至少一種選自以下Ti、Hf、Zr、W、Mo、Ta、Nb和Cr組中的元素，對(duì)該原料混合物進(jìn)行燒結(jié)并在預(yù)定的條件下對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行HIP(熱等靜壓)處理，與常規(guī)的氮化硅燒結(jié)體相比，由此制得的氮化硅耐磨部件可以具有相同或更高的密度、機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和滾動(dòng)壽命及特別出色的可加工性，并且該氮化硅耐磨部件適用于滾動(dòng)軸承部件。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過在一定范圍內(nèi)對(duì)鐵(Fe)和鈣(Ca)等特定雜質(zhì)元素進(jìn)行控制，可防止或減少在燒結(jié)的氮化硅結(jié)構(gòu)中形成粘結(jié)部分(聚集部分)。這可以減少起破裂源(引發(fā)部分)作用的易碎部分，并提供具有出色壽命特性的耐磨部件。本發(fā)明正基于這些發(fā)現(xiàn)而完成。
即，本發(fā)明的氮化硅耐磨部件由氮化硅燒結(jié)體形成，該氮化硅燒結(jié)體含有2-4質(zhì)量％(氧化物當(dāng)量)的用作燒結(jié)助劑的稀土元素、2-6質(zhì)量％(氧化物當(dāng)量)的Al組分及2-7質(zhì)量％的碳化硅，且具有1％或更低的孔隙率、800-1000MPa的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度及5.7-6.6MPa·m1/2的斷裂韌度。
在上述氮化硅耐磨部件中，所述燒結(jié)的氮化硅優(yōu)選含有3質(zhì)量％或更低(氧化物當(dāng)量)的至少一種選自以下組中的元素Ti、Zr、Hf、W、Mo、Ta、Nb和Cr。
進(jìn)一步，在上述氮化硅耐磨部件中，所述燒結(jié)的氮化硅優(yōu)選含有10-3000ppm的Fe。優(yōu)選該燒結(jié)的氮化硅含有10-1000ppm的Ca。
如果所述燒結(jié)氮化硅中Fe或Ca的量過多，并超出預(yù)定的范圍，將會(huì)更容易引起在燒結(jié)的氮化硅結(jié)構(gòu)中成為破裂源(引發(fā)部分)的易碎粘結(jié)部分的形成，并更容易引起耐磨部件壽命特性的衰退。使用高純度原料粉末使雜質(zhì)含量降低到預(yù)定范圍以下會(huì)導(dǎo)致原料成本增加，從而造成經(jīng)濟(jì)上的劣勢(shì)。當(dāng)雜質(zhì)含量在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，可適當(dāng)使用由金屬Si直接氮化而制備的便宜的氮化硅原料粉末。使用這種低成本的原料對(duì)于降低制造成本十分有利。
在以上氮化硅耐磨部件中，將3個(gè)直徑為9.35mm的SUJ2鋼質(zhì)滾球放置在直徑為40mm的軌道上，該軌道放在用燒結(jié)的氮化硅形成的板狀耐磨部件的上表面。當(dāng)這些鋼質(zhì)滾球在39.2MPa的荷載下以1200rpm旋轉(zhuǎn)時(shí)，定義為氮化硅耐磨部件發(fā)生剝落時(shí)已發(fā)生旋轉(zhuǎn)次數(shù)的滾動(dòng)壽命優(yōu)選為至少1×107。
進(jìn)而，在上述氮化硅耐磨部件中，當(dāng)?shù)锜Y(jié)體的破碎強(qiáng)度為150-200MPa、斷裂韌度為5.7-6.5MPa·m1/2時(shí)，當(dāng)將3個(gè)由這種氮化硅燒結(jié)體形成的耐磨部件制成的、每個(gè)直徑為9.35mm的滾球放置在布置在SUJ2鋼板上表面上的直徑為40mm的軌道上，且在5.9GPa的最大接觸應(yīng)力下以1200rpm旋轉(zhuǎn)時(shí)，定義為在燒結(jié)的氮化硅滾球發(fā)生剝落前所經(jīng)過時(shí)間的滾動(dòng)疲勞壽命為至少400小時(shí)。
本發(fā)明制造氮化硅耐磨部件的方法包括以下步驟通過向氮化硅粉末加入2-4質(zhì)量％(氧化物當(dāng)量)的稀土元素、2-4質(zhì)量％的Al2O3及2-7質(zhì)量％的碳化硅來制備原料混合物，將所述原料混合物模制成壓塊(compact)(成型體)，在非氧化性氛圍中燒結(jié)所述壓塊，其中氮化硅粉末由金屬氮化方法合成，并含有1.5質(zhì)量％或更低的氧，及至少80質(zhì)量％的α-氮化硅，并且其平均粒徑為1μm或更小。
進(jìn)而，在上述制造氮化硅耐磨部件的方法中，優(yōu)選向所述氮化硅粉末中加入含有3質(zhì)量％或更低(氧化物當(dāng)量)的選自以下組中的至少一種元素Ti、Hf、Zr、W、Mo、Ta、Nb和Cr。
在上述制造氮化硅耐磨部件的方法中，優(yōu)選向所述氮化硅粉末中加入2-4質(zhì)量％的Al2O3和1-3質(zhì)量％的AlN，且原料混合物中鋁組分的總含量為6質(zhì)量％或更低(氧化物當(dāng)量)。
進(jìn)而，在上述制造氮化硅耐磨部件的方法中，優(yōu)選在燒結(jié)步驟后在30MPa或更高的壓力下在非氧化性氛圍中HIP(熱等靜壓)處理所述氮化硅燒結(jié)體。
根據(jù)上述制造方法，在形成耐磨部件的氮化硅燒結(jié)體的制備中，向由金屬氮化方法制備的便宜的氮化硅原料粉末中加入稀土氧化物、鋁組分、碳化硅、及任選的化合物如Ti、Hf或Zr等。由此，所述化合物與諸如氧化釔的稀土氧化物一起與氮化硅原料粉末發(fā)生反應(yīng)形成作為燒結(jié)促進(jìn)劑的液相。該燒結(jié)促進(jìn)劑可增加所述燒結(jié)體的密度，并可防止或減少晶體結(jié)構(gòu)的晶粒增長。由此獲得的氮化硅耐磨部件具有特別出色的可加工性，以及氮化硅燒結(jié)體的高機(jī)械強(qiáng)度、高耐磨性及長的滾動(dòng)壽命。
用于本發(fā)明方法中、并用作形成耐磨部件的氮化硅燒結(jié)體的主要組分的氮化硅粉末是一種金屬氮化方法生產(chǎn)的便宜的氮化硅原料粉末?？紤]到燒結(jié)特性、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌度，優(yōu)選所述氮化硅粉末含有至少80質(zhì)量％、優(yōu)選90-97質(zhì)量％的α-氮化硅，所述α-氮化硅含有1.5質(zhì)量％或更低、優(yōu)選0.9-1.2質(zhì)量％的氧，并且其平均粒徑為1.2μm或更小，優(yōu)選約0.6-約1.0μm。
已知氮化硅原料粉末有α相型和β相型。β-氮化硅粉末的氮化硅燒結(jié)體容易強(qiáng)度不足。α-氮化硅粉末可提供縱橫比高且含有高度纏繞的氮化硅晶粒的高強(qiáng)度燒結(jié)體。
本發(fā)明中α-氮化硅粉末的量限定為至少80質(zhì)量％，因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)所述燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和滾動(dòng)壽命大為改觀，并且氮化硅的特性十分出色。在進(jìn)一步考慮到燒結(jié)特性時(shí)，α-氮化硅粉末的量限定為97質(zhì)量％或更低。優(yōu)選α-氮化硅粉末的量為90-95質(zhì)量％。
因此，考慮到燒結(jié)特性、彎曲強(qiáng)度、斷裂韌度和滾動(dòng)壽命，所述氮化硅原料粉末優(yōu)選含有1.5質(zhì)量％或更低、更優(yōu)選0.9-1.2質(zhì)量％的氧，及至少80質(zhì)量％的α-相型氮化硅，并且優(yōu)選其平均粒徑為1.2μm或更小，更優(yōu)選為約0.6-約1.0μm。
特別地，使用平均粒徑為0.8μm或更小的原料細(xì)粉可提供孔隙率為1％或更低的致密的燒結(jié)體，即使所使用燒結(jié)助劑的量更少。燒結(jié)體的孔隙率根據(jù)阿基米德原理很容易測(cè)出。
作為燒結(jié)助劑加入到所述氮化硅原料粉末中的稀土元素可以是Y、Ho、Er、Yb、La、Sc、Pr、Ce、Nd、Dy、Sm或Gd的氧化物，或者可以包括通過燒結(jié)操作而氧化的這些物質(zhì)的每一種，或至少兩種氧化物的組合。這些燒結(jié)助劑與氮化硅原料粉末發(fā)生反應(yīng)形成由此作為燒結(jié)促進(jìn)劑的液相。
燒結(jié)助劑的量為原料粉末的2-4質(zhì)量％(氧化物當(dāng)量)。當(dāng)燒結(jié)助劑的量低于2質(zhì)量％時(shí)，產(chǎn)生的燒結(jié)體密度和強(qiáng)度不足。特別是當(dāng)稀土元素的原子量大時(shí)，如鑭系元素，燒結(jié)體的強(qiáng)度會(huì)相對(duì)較低。當(dāng)燒結(jié)助劑的量高于4質(zhì)量％時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過量的晶界相。這可能會(huì)增加孔的數(shù)量或降低強(qiáng)度。因此，燒結(jié)助劑的量限定在上述范圍內(nèi)。特別地，由于同樣原因，燒結(jié)助劑的量優(yōu)選為2.5-3.5質(zhì)量％。
所述鋁組分為2-6質(zhì)量％(氧化物當(dāng)量)的氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)。具體地，加入4質(zhì)量％或更少的Al2O3以增強(qiáng)稀土元素作為燒結(jié)促進(jìn)劑的作用，可以提高低燒結(jié)溫度下的密度，控制晶體結(jié)構(gòu)中的晶粒生長，提高Si3N4燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度如彎曲強(qiáng)度及斷裂韌度。然而，少于2質(zhì)量％的Al2O3則效果不夠好。多于4質(zhì)量％的Al2O3則會(huì)增加燒結(jié)體中的氧含量。增大的氧含量會(huì)引起組分在晶界相中不均勻分布，并且降低滾動(dòng)壽命。因此，Al2O3的量應(yīng)控制在2-4質(zhì)量％，優(yōu)選2-3.5％。
另一方面，AlN的加入量優(yōu)選3質(zhì)量％或更低，這樣可防止或減少燒結(jié)期間氮化硅組分的蒸發(fā)，增強(qiáng)稀土元素作為燒結(jié)促進(jìn)劑的作用。然而，少于1質(zhì)量％的AlN則效果不夠好。多于3質(zhì)量％的AlN則會(huì)降低燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨部件的滾動(dòng)壽命。因此，AlN的量應(yīng)控制在1-3質(zhì)量％。
就此而言，向氮化硅粉末加入2-4質(zhì)量％的Al2O3和1-3質(zhì)量％的AlN可以更加有效地改善燒結(jié)體的機(jī)械特性。然而，過量的Al2O3和AlN會(huì)降低耐磨部件的滾動(dòng)壽命。因此，原料混合物中鋁組分的總含量優(yōu)選設(shè)定為6質(zhì)量％(氧化物當(dāng)量)或更低。
進(jìn)一步，作為不可或缺的添加組分，碳化硅(SiC)以獨(dú)立的粒子分散在晶體結(jié)構(gòu)中，并可明顯改善燒結(jié)氮化硅的滾動(dòng)壽命。碳化硅少于3質(zhì)量％則效果不夠好。碳化硅多于7質(zhì)量％則導(dǎo)致密度不夠好，并且降低燒結(jié)體的彎曲強(qiáng)度。因此，碳化硅的量限定在2-7質(zhì)量％。優(yōu)選碳化硅的量為3-6質(zhì)量％。碳化硅可分為α類型和β類型，兩者對(duì)操作表現(xiàn)出相同的影響。
另一方面，至少一種選自以下Ti、Hf、Zr、W、Mo、Ta、Nb和Cr組中的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物和硼化物的化合物可增強(qiáng)稀土氧化物作為燒結(jié)促進(jìn)劑的作用，促進(jìn)其在晶體結(jié)構(gòu)中的分散，并且改善燒結(jié)氮化硅的機(jī)械強(qiáng)度和滾動(dòng)壽命。特別地，Ti、Mo和Hf的化合物為優(yōu)選。少于0.3質(zhì)量％(氧化物當(dāng)量)的所述化合物效果不足。多于3質(zhì)量％的所述化合物會(huì)降低燒結(jié)體的強(qiáng)度和滾動(dòng)壽命。因此，該化合物的量應(yīng)限定在3質(zhì)量％或更少。所述化合物的量優(yōu)選限定在0.5-2質(zhì)量％。
而且，與在SiC中的方式一樣，Ti、Hf、Zr、W、Mo、Ta、Nb或Cr的化合物可增強(qiáng)其在晶體結(jié)構(gòu)中的分散，并且改善氮化硅燒結(jié)體的機(jī)械強(qiáng)度。結(jié)果是，在氮化硅晶體結(jié)構(gòu)中形成了含有稀土元素等的細(xì)晶界相，因此，晶界相中形成的粘結(jié)聚集部分變小，其最大寬度為5μm或更小，平均寬度為2μm或更小。由此，所產(chǎn)生的氮化硅耐磨部件的最大孔徑為0.4μm或更小，孔隙率為1％或更小，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械特性，其中室溫下的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為800-1000MPa，斷裂韌度為5.7-6.5MPa.m1/2，破碎強(qiáng)度為150-200MPa。
進(jìn)一步，上述含Ti、Zr或Hf等的化合物也會(huì)使燒結(jié)氮化硅陶瓷變色成為深色或黑色，因此可起到遮光劑(遮光試劑)的作用，使燒結(jié)體不透明。
而且，對(duì)耐磨部件的滾動(dòng)壽命和彎曲強(qiáng)度有很大影響的燒結(jié)體孔隙率應(yīng)控制在1％或更低。當(dāng)孔隙率大于1％時(shí)，起疲勞裂紋原點(diǎn)(引發(fā)點(diǎn))作用的孔大量增加?？讛?shù)量增加會(huì)不利地降低耐磨部件的滾動(dòng)壽命和燒結(jié)體的強(qiáng)度?？紫堵矢鼉?yōu)選設(shè)定為0.5％或更低。
舉例來說，制造用于形成本發(fā)明耐磨部件的氮化硅燒結(jié)體的方法如下通過向具有預(yù)定粒徑和低氧含量的氮化硅細(xì)粉中加入預(yù)定量的所需添加劑，如燒結(jié)助劑、鋁組分如Al2O3或AlN、碳化硅、有機(jī)粘結(jié)劑，以及任選的化合物如Ti等來制備原料混合物。然后，將產(chǎn)生的原料粉末混合物模壓進(jìn)具有預(yù)定形狀的壓塊中。原料粉末混合物可通過包括通用模具壓制方法或CIP(冷等靜壓)方法來成型。
通過模具壓制法或CIP(冷等靜壓)法形成壓塊(成型體)時(shí)，原料粉末混合物必須在120MPa或更高的壓力下模制，以形成其中尤其在燒結(jié)操作之后很難形成孔的晶界相。當(dāng)模制壓力低于120MPa時(shí)，容易形成由稀土元素化合物構(gòu)成的粘結(jié)部分，該化合物主要形成晶界相。此外，產(chǎn)生的燒結(jié)體密度不夠，并且所述燒結(jié)體包含許多裂紋。
晶界相中的粘結(jié)部分(聚集部分)容易充當(dāng)疲勞裂紋原點(diǎn)或引發(fā)點(diǎn)，降低耐磨部件壽命和耐久性。另一方面，高于200MPa的模制壓力會(huì)降低模具的耐久性，而且并非總是對(duì)生產(chǎn)有利，生產(chǎn)率還會(huì)下降。因此，模制壓力優(yōu)選設(shè)定在120-200MPa。
隨后，在600-800℃的溫度下在非氧化性氛圍中或在400-500℃的溫度下在空氣中加熱成型體(成型壓塊)1-2小時(shí)，以充分去除有機(jī)粘結(jié)劑并且為成型體脫脂。
然后，在常壓或高壓下在諸如氮?dú)?、氫氣或氬氣等惰性氣體的非氧化性氛圍中在1600℃-1800℃的溫度下燒結(jié)脫脂后的壓塊0.5-10小時(shí)。壓力燒結(jié)方法的實(shí)例包括常壓燒結(jié)、熱壓法和HIP法。
對(duì)氮化硅燒結(jié)體可以在30MPa或更高的壓力下在非氧化性氛圍中進(jìn)行HIP處理。該處理可以減少孔的影響，所述孔會(huì)在燒結(jié)體中充當(dāng)疲勞裂紋的引發(fā)點(diǎn)。因此，得到的耐磨部件可以具有進(jìn)一步改善的耐磨性能和滾動(dòng)壽命特性。
由此，根據(jù)上述制造方法制備的氮化硅耐磨部件含有4.5質(zhì)量％或更低的氧，孔隙率為1％或更低，最大孔徑為0.4μm或更小。所述氮化硅耐磨損部件在常壓下的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為800-1000MPa，并具有出色的機(jī)械特性。
進(jìn)而還可以得到破碎強(qiáng)度為150-200MPa、斷裂韌度為5.7-6.5MPa·m1/2的氮化硅耐磨部件。
根據(jù)本發(fā)明的耐磨部件及其制造方法，通過向便宜的氮化硅粉末加入預(yù)定量的稀土元素、諸如Al2O3或AlN的鋁組分、碳化硅及Ti、Hf或Zr等的化合物而制備的原料粉末混合物極大地改善了燒結(jié)特性。得到的氮化硅耐磨部件具有與普通氮化硅燒結(jié)體相比相同或更高的高密度和高機(jī)械強(qiáng)度及高耐磨性能，特別是滾動(dòng)壽命長、可加工性優(yōu)異，并適合于滾動(dòng)軸承部件。
因此，以上述耐磨部件為滾動(dòng)軸承部件而制備的軸承可以在長時(shí)間內(nèi)保持出色的滾動(dòng)特性。因此，可以以低成本、低價(jià)格提供具有高操作可靠性和高耐久性的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。所述耐磨部件還可以廣泛應(yīng)用于對(duì)耐磨性能有要求的應(yīng)用領(lǐng)域，如切削工具、滾動(dòng)夾具、閥門制逆球、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、各種夾具和工具、各種軌道、以及各種滾筒。


圖1為推力滾動(dòng)磨耗(磨損)測(cè)試機(jī)的剖視圖，該測(cè)試機(jī)用于測(cè)量耐磨部件的滾動(dòng)壽命特性。
具體實(shí)施例方式
接下來將參照下述實(shí)施例具體描述本發(fā)明的實(shí)施方案。
對(duì)于實(shí)施例1，向通過金屬氮化方法制得的83質(zhì)量％的Si3N4(氮化硅)原料粉末中加入3質(zhì)量％的用作燒結(jié)助劑的平均粒徑為0.9μm的Y2O3(氧化釔)、3質(zhì)量％的平均粒徑為0.8μm的粉末狀A(yù)l2O3、2質(zhì)量％的平均粒徑為0.9μm的粉末狀A(yù)lN、5質(zhì)量％的平均粒徑為0.8μm的β-SiC(碳化硅)、1質(zhì)量％的平均粒徑為0.6μm的粉末狀TiO2(氧化鈦)、以及1質(zhì)量％的平均粒徑為1μm的粉末狀Mo2C(碳化鉬)。所述Si3N4(氮化硅)原料粉末含有2800ppm的Fe雜質(zhì)、700ppm的Ca雜質(zhì)、1.3質(zhì)量％的氧，且包括85％的α-相型氮化硅，并且其平均粒徑為0.6μm。在乙醇中以氮化硅球?yàn)檠心ソ橘|(zhì)對(duì)原料粉末混合物濕混和研磨48小時(shí)，然后進(jìn)行干燥，制備得到均勻的原料粉末混合物。
然后，向原料粉末混合物中加入預(yù)定量的有機(jī)粘接劑，制備得到顆粒狀的制備物。在150MPa的模制壓力下將顆粒狀的制備物壓制成用于彎曲強(qiáng)度測(cè)試的多個(gè)50mm×50mm×5mm厚的壓塊(成型體)，以及用于滾動(dòng)壽命測(cè)試的多個(gè)50mm直徑×6mm厚的壓塊。然后，壓塊在450℃的空氣流中脫脂。脫脂壓塊在溫度1800℃、0.7MPa氮?dú)夥諊袩Y(jié)6小時(shí)，制備得到實(shí)施例1的燒結(jié)氮化硅耐磨部件。
將實(shí)施例1制備得到的燒結(jié)體進(jìn)一步在溫度1700℃、100MPa壓力氮?dú)夥諊羞M(jìn)行1小時(shí)的HIP(熱等靜壓)處理，制備得到實(shí)施例2的氮化硅耐磨部件。
比較例1的氮化硅耐磨部件在與實(shí)施例1中相同的條件下制備，除了不加入粉末狀SiC。
對(duì)比較例1中制備的燒結(jié)體在溫度1700℃、100MPa壓力氮?dú)夥諊羞M(jìn)行1小時(shí)HIP處理，由此制備得到比較例2的氮化硅耐磨部件。
比較例3的氮化硅耐磨部件在與實(shí)施例2中相同的條件下制備，除了粉末狀氮化硅通過金屬氮化方法制得，且含有1.7質(zhì)量％的氧和70％的α-相型氮化硅，并且其平均粒徑為1.5μm。
比較例4的氮化硅耐磨部件在與實(shí)施例2中相同的條件下制備，除了氮化硅原料粉末是通過酰亞胺熱分解合成的。
表1所示為本實(shí)施例和比較例中由此制備的氮化硅耐磨部件的孔隙率、室溫下的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、根據(jù)Niihara研發(fā)的微壓痕方法的斷裂韌度、晶界相中組分分布的偏差及滾動(dòng)壽命。
就此而論，燒結(jié)體的孔隙率是根據(jù)阿基米德原理進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算的。另一方面，晶界相組分分布偏差評(píng)估的方法包括從待觀察的燒結(jié)體的截面選取100μm×100μm的單位面積，觀察SEM等拍攝的放大照片(約5000×放大倍率)，并且在受觀察的結(jié)構(gòu)中檢測(cè)是否存在最大寬度為5μm或以上的粘結(jié)聚集部分。
通過SEM(掃描電子顯微鏡)等拍攝的放大照片中的粘結(jié)聚集部分比一般晶界相(例如，在黑白照片中，氮化硅晶粒看上去是黑的，晶界相看上去是白的，而粘結(jié)聚集部分是暗白的)看上去更暗，因此可以清晰且單獨(dú)地分辨出聚集部分與一般晶界相。此外，用EPMA檢查稀土元素的存在時(shí)，如有必要，稀土元素的富集在顏色上表現(xiàn)為比一般晶界相更暗，可以清楚地辯認(rèn)。
從相應(yīng)各燒結(jié)體切割制備3mm×40mm×4mm厚的彎曲測(cè)試樣條(試樣)，在跨度(各支點(diǎn)距離)為30mm、施加荷載的速度為0.5mm/min下進(jìn)行三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測(cè)量。
使用圖1中所示的推力滾動(dòng)磨耗(磨損)測(cè)試機(jī)對(duì)各耐磨部件的滾動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試機(jī)的構(gòu)造包括放在測(cè)試儀主體1中的板式耐磨部件2、放在耐磨部件2上表面上的多個(gè)滾動(dòng)鋼球3、放在滾動(dòng)鋼球3上的導(dǎo)向板4、與導(dǎo)向板4連接的傳動(dòng)軸5、以及限定相應(yīng)各滾動(dòng)鋼球3之間間距的壓圈(holder)(保持器)6。主體1充有潤滑油7以潤滑滾動(dòng)部分。滾動(dòng)鋼球3和導(dǎo)向板4由符合日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS G4805)的高碳軸承鉻鋼(SUJ2)形成。潤滑油7可以是石蠟類的潤滑油(40℃時(shí)粘度67.2mm2/S)或汽輪油。
在汽輪油浴中，將3個(gè)直徑為9.35mm的SUJ2鋼球3放置在直徑為40mm的軌道上，軌道放在耐磨部件2的上表面，在400Kg的荷載下以1200rpm旋轉(zhuǎn)，由此測(cè)定的本實(shí)施例的板狀耐磨部件的滾動(dòng)壽命高達(dá)1×107轉(zhuǎn)，所述滾動(dòng)壽命定義為碳化硅耐磨部件2發(fā)生剝落時(shí)已發(fā)生的旋轉(zhuǎn)次數(shù)。表1中所示為測(cè)量結(jié)果。
表1

表1中所示的測(cè)量結(jié)果清楚表明，本實(shí)施例含有預(yù)定量添加組分的氮化硅耐磨部件沒有或很少有孔，并且組分在晶界相中的分布沒有表現(xiàn)出偏差。雖然與本比較例的某些氮化硅耐磨部件相比，本實(shí)施例的氮化硅耐磨部件的強(qiáng)度較低，但還是可以獲得具有出色的滾動(dòng)壽命和耐久性的本實(shí)施例的氮化硅耐磨部件。此外，本實(shí)施例的耐磨部件的晶界相中最大孔徑大小為0.4μm或更小(表1中未給出)。
另一方面，比較例1的耐磨部件不含SiC組分，所以在該實(shí)施例中液相組分的粘結(jié)聚集增加，晶界相中組分分布有偏差，并且強(qiáng)度特性和滾動(dòng)壽命降低。
另一方面，在燒結(jié)體經(jīng)過HIP處理但不含SiC組分的比較例2中，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度高，但晶界相中組分分布偏差現(xiàn)象沒有充分減少，并且滾動(dòng)壽命降低。
在比較例3中，氮化硅原料粉末通過金屬氮化方法合成，但含有量更少的α-相型氮化硅(70％)，所以在該實(shí)施例中晶界相組分分布偏差的現(xiàn)象增多，因此滾動(dòng)壽命降低。
進(jìn)而，在比較例4中使用了通過酰亞胺熱分解合成的氮化硅原料粉末，在該實(shí)施例中孔隙率、彎曲強(qiáng)度、斷裂韌度、晶界相組分分布偏差和滾動(dòng)壽命都十分出色。然而，可加工性方面存在問題。而且，由于該原料粉末昂貴，所以制造成本大為增加。
以下實(shí)施例和比較例具體描述本發(fā)明的耐磨部件在軸承滾球中的應(yīng)用。
將實(shí)施例1和2以及比較例1-4中的顆粒狀制備物注入模具中，并壓制成球狀壓塊的前體。然后在150MPa下對(duì)壓塊前體進(jìn)行CIP處理以制得用作破碎強(qiáng)度和滾動(dòng)壽命試樣的直徑11mm的球狀壓塊。
對(duì)球狀壓塊在與各自相應(yīng)的實(shí)施例和比較例中相同的條件下進(jìn)行脫脂、燒結(jié)，如有必要可進(jìn)一步經(jīng)過HIP處理而制備出致密的燒結(jié)體。將燒結(jié)體研磨成軸承滾球，用作實(shí)施例1B和2B以及比較例1B-4B的耐磨部件。軸承滾球的直徑為9.52mm、表面粗糙度為0.01μm Ra。所述表面粗糙度為沿著滾球大圓用觸針表面光度儀測(cè)得的中線平均粗糙度(Ra)。
對(duì)由此制得的用作本實(shí)施例和比較例中耐磨部件的滾球評(píng)測(cè)可加工性、孔隙率、室溫破碎強(qiáng)度、根據(jù)Niihara研發(fā)的微壓痕方法的斷裂韌度、晶界相組分分布偏差和滾動(dòng)疲勞壽命等。
可加工性確定為當(dāng)燒結(jié)體研磨成具有預(yù)定直徑(9.52mm)和表面粗糙度(0.01μm Ra)的球時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)直徑的減少速度，并就此進(jìn)行測(cè)量得到。減少速度表示為以下球的減少速度(參考值為1)的相對(duì)值所述球?yàn)槭褂猛ㄟ^熱分解酰亞胺而合成的粉末狀氮化硅制得的比較例4B的高硬度耐磨部件。
滾動(dòng)疲勞壽命通過圖1所示的推力滾動(dòng)磨耗(磨損)測(cè)試機(jī)來進(jìn)行測(cè)量。在上述實(shí)施例和比較例中，試驗(yàn)樣條為耐磨部件2，SUJ2滾動(dòng)鋼球3在耐磨部件2的表面上旋轉(zhuǎn)。與此對(duì)比，在對(duì)氮化硅滾球8進(jìn)行測(cè)評(píng)的實(shí)施例1B和2B以及比較例1B-4B中，用SUJ2軸承鋼板9替代耐磨部件2。
用上述耐磨部件制備出3個(gè)直徑為9.52mm的滾球8。將這3個(gè)滾球8放置在直徑為40mm的軌道上，軌道放在SUJ2鋼板9的上表面上。所述3個(gè)滾球8在汽輪油浴中在最大接觸應(yīng)力為5.9GPa下以1200rpm旋轉(zhuǎn)400小時(shí)或更少。燒結(jié)氮化硅滾球8的滾動(dòng)疲勞壽命確定為在滾球8發(fā)生剝落前所經(jīng)過的時(shí)間。表2給出了測(cè)量結(jié)果。
表2

表2中所示測(cè)量結(jié)果清楚表明，本實(shí)施例含有預(yù)定添加組分的氮化硅滾球具有出色的可加工性、晶界相組分分布沒有偏差、破碎強(qiáng)度與本比較例有可比性，并且滾動(dòng)疲勞壽命在400小時(shí)以上。因此，根據(jù)本實(shí)施例的氮化硅滾球的耐久性高，并且不貴。
在不含SiC比較例1B中，晶界相組分分布偏差大，破碎強(qiáng)度和滾動(dòng)疲勞壽命降低。
在燒結(jié)后進(jìn)行了HIP處理但不含SiC的比較例2B中，孔徑大小變小，但滾動(dòng)疲勞壽命降低。
在氮化硅原料粉末通過金屬氮化方法合成、但α-相型氮化硅的含量較少(70％)的比較例3B中，經(jīng)證實(shí)晶界相組分分布偏差增大，因此滾動(dòng)壽命降低。
在所使用的氮化硅粉末是通過熱分解酰亞胺而合成的比較例4B中，孔隙率、彎曲強(qiáng)度、斷裂韌度、晶界相組分分布偏差和滾動(dòng)壽命都十分出色。然而，可加工性方面有問題。而且，由于該原料粉末昂貴，再次證實(shí)制造成本大幅增加。
在測(cè)量本實(shí)施例的碳化硅滾球的滾動(dòng)疲勞壽命時(shí)，使用了3個(gè)直徑為9.52mm的滾球。即使改變其直徑及要布置的球的數(shù)量，經(jīng)證實(shí)可得到依賴于荷載條件或滾動(dòng)條件的滾動(dòng)特性。
以下實(shí)施例和比較例具體描述了具有不同組成、或在與上述實(shí)施例中不同的處理?xiàng)l件下制備的板狀耐磨部件。
在實(shí)施例3-21中，對(duì)以下組分進(jìn)行混合、復(fù)配，以提供具有表3中所示組成的原料混合物實(shí)施例1中使用的氮化硅原料粉末、Y2O3粉末、平均粒徑為1.0μm的Al2O3粉末、平均粒徑為0.5μm的AlN粉末、平均粒徑為0.5μm的SiC粉末，以及如表3所示平均粒徑為0.9μm的Er2O3粉末、平均粒徑為0.5μm的TiO2粉末、平均粒徑為1.0μm的Mo2C粉末和平均粒徑為0.4-0.5μm的各種粉末狀化合物。
對(duì)得到的原料混合物進(jìn)行模制及在與實(shí)施例1相同條件下進(jìn)行脫脂處理，由此制備得到成型體。然后，對(duì)由所述原料混合物構(gòu)成的成型體在表3中所示條件下進(jìn)行燒結(jié)并進(jìn)行HIP處理，由此制備得到實(shí)施例3-21的板狀的氮化硅耐磨部件。
在如表3中所示的比較例5-10中，以不足或多余的量加入各種添加劑，如用作稀土氧化物的Y2O3、Al2O3、AlN和SiC等，以制備出用于各比較例的原料混合物。
對(duì)得到的原料混合物進(jìn)行模制以制備出成型體，在與實(shí)施例1相同的條件下對(duì)成型體進(jìn)行脫脂處理。然后，對(duì)由所述原料混合物構(gòu)成的成型體在表3中所示條件下進(jìn)行燒結(jié)并進(jìn)行HIP處理，由此制備得到比較例5-10的氮化硅耐磨部件。
對(duì)本實(shí)施例和比較例中由此制備的氮化硅耐磨部件在與實(shí)施例1相同的條件下測(cè)量孔隙率、室溫下的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、斷裂韌度、晶界相組分分布偏差(分散狀態(tài)下)，以及圓板的滾動(dòng)壽命。表3給出了結(jié)果。
表3

表3中所示測(cè)量結(jié)果清楚表明，通過燒結(jié)含有預(yù)定量的稀土元素及特定量的各種添加劑的原料壓塊(成型體)，以及按照需要對(duì)燒結(jié)體進(jìn)行HIP處理而制備的本實(shí)施例的耐磨部件沒有或很少有孔，并且晶界相組分分布沒有表現(xiàn)出偏差，強(qiáng)度特性與本比較例具有可比性，滾動(dòng)壽命大于107。因此，本實(shí)施例的氮化硅耐磨部件的耐久性高。
另一方面，根據(jù)比較例5-10，對(duì)于其中含有量超出本發(fā)明指定范圍的包括稀土元素組分的各種添加劑的燒結(jié)體而言，即使經(jīng)過充分燒結(jié)或HIP處理，所述燒結(jié)體中的大部分表現(xiàn)出晶界相組分分布有偏差，且滾動(dòng)壽命短，不能滿足本發(fā)明的特性要求。
以下實(shí)施例和比較例具體描述實(shí)施例3-21和比較例5-10的耐磨部件在軸承滾球中的應(yīng)用。
將實(shí)施例3和21以及比較例5-10中的顆粒狀制備物(顆粒狀粒子)注入模具中，并壓制成球狀壓塊的前體。然后在150MPa的成型壓力下對(duì)壓塊前體進(jìn)行CIP處理，由此制備出直徑為11mm的用作測(cè)量破碎強(qiáng)度和滾動(dòng)壽命試樣的球狀壓塊。
對(duì)所述球狀壓塊在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行脫脂，并在表4中所示的條件下進(jìn)行燒結(jié)和HIP處理。將得到的燒結(jié)體研磨成用作實(shí)施例3B和21B以及比較例5B-10B中的耐磨部件的軸承滾球。軸承滾球的直徑為9.52mm、表面粗糙度為0.01μm Ra。所述表面粗糙度表示為沿著滾球大圓用觸針表面光度儀測(cè)得的中線平均粗糙度(Ra)。
對(duì)由此制備得到的用作本實(shí)施例和比較例耐磨部件的滾球評(píng)測(cè)可加工性、孔隙率、破碎強(qiáng)度、斷裂韌度、晶界相組分分布偏差和滾動(dòng)疲勞壽命等，其中可加工性按照當(dāng)將燒結(jié)體研磨成球時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)直徑的減少速度來測(cè)定。滾動(dòng)疲勞壽命以與實(shí)施例1B中相同的方式測(cè)定。表4給出了測(cè)量和評(píng)價(jià)的結(jié)果。
表4

表4中所示結(jié)果清楚表明，通過燒結(jié)含有預(yù)定量的稀土元素及特定量的各種添加劑如Al2O3、AlN和SiC的原料壓塊，以及按照需要對(duì)所述燒結(jié)體進(jìn)行HIP處理而制備的本實(shí)施例的滾球沒有或很少有孔，并且晶界相組分分布沒有表現(xiàn)出偏差，破碎強(qiáng)度高且滾動(dòng)疲勞壽命大于400小時(shí)。因此，本實(shí)施例的氮化硅滾球的耐久性高。
另一方面，如比較例5B-10B中所示，對(duì)于其中含有量超出本發(fā)明預(yù)定范圍的包括稀土組分的各種添加劑的燒結(jié)體而言，即使經(jīng)過充分燒結(jié)或HIP處理，已證實(shí)所述燒結(jié)體表現(xiàn)出的可加工性差，晶界相組分分布偏差大，且滾動(dòng)疲勞壽命短。
以下實(shí)施例和比較例具體描述耐磨部件應(yīng)用于軸承滾球的情況，所述軸承滾球由含有不同量Fe和Ca雜質(zhì)的氮化硅原料粉末制得。
將實(shí)施例3-21中使用的各種粉末狀化合物，包括如Y2O3粉末等氧化物粉末、氮化物粉末和碳化物粉末進(jìn)行復(fù)配，以提供表5-7中所示的組成，由此制備出原料混合物。將原料混合物注入模具中并壓制成球狀壓塊的前體。然后在150MPa成型壓力下對(duì)壓塊前體下進(jìn)行CIP處理，由此制備出用作測(cè)量破碎強(qiáng)度和滾動(dòng)壽命的試樣的直徑為11mm的球狀壓塊。
對(duì)所述球狀壓塊在與實(shí)施例1相同的條件下進(jìn)行脫脂，并在表5-7所示條件下燒結(jié)和HIP處理。將得到的燒結(jié)體研磨成用作實(shí)施例22B和76B以及比較例11B-21B耐磨部件的軸承滾球。軸承滾球的直徑為9.52mm、表面粗糙度為0.01μm Ra。所述表面粗糙度表示為沿著滾球大圓用觸針表面光度儀測(cè)得的中線平均粗糙度(Ra)。
對(duì)由此制備的用作本實(shí)施例和比較例耐磨部件的滾球評(píng)測(cè)可加工性、孔隙率、破碎強(qiáng)度、斷裂韌度、晶界相組分分布偏差和滾動(dòng)疲勞壽命等，其中可加工性按照當(dāng)燒結(jié)體研磨成球時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)直徑的減少速度來測(cè)定。滾動(dòng)疲勞壽命以與實(shí)施例1B中相同的方式測(cè)定。表5-7給出了測(cè)量的結(jié)果。
表5

表6

表7

表5-7中所示結(jié)果清楚表明，當(dāng)所述燒結(jié)體的Fe含量或Ca含量各自超出10-3000ppm和10-1000ppm的范圍時(shí)，已證實(shí)所述球的滾動(dòng)壽命易于降低。
另一方面，根據(jù)本比較例，即使Fe和Ca雜質(zhì)的含量控制在本發(fā)明要求的范圍內(nèi)，原料組成、燒結(jié)條件和HIP條件對(duì)強(qiáng)度特性和燒結(jié)體結(jié)構(gòu)的均勻性有很大影響，因此證實(shí)球滾動(dòng)壽命之間的差異可能會(huì)很大。
工業(yè)適用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明的耐磨部件及其制造方法，向通過金屬氮化方法合成的便宜的氮化硅原料粉末中加入預(yù)定量的稀土元素、鋁組分如Al2O3等、碳化硅、及任選的如Ti、Hf或Zr等化合物，由此便可制得原料混合物。因此，本發(fā)明可提供一種便宜的氮化硅耐磨部件，該耐磨部件的燒結(jié)特性和可加工性有極大改善，并具有可與常規(guī)燒結(jié)氮化硅相比或更高的高密度和高機(jī)械強(qiáng)度，以及高抗磨損特性，尤其是滾動(dòng)壽命長，適用于滾動(dòng)軸承部件。
此外，可防止或減少孔隙的形成，消除晶界相組分分布偏差。因此，得到的耐磨部件滾動(dòng)壽命長、耐久性高。使用該耐磨部件為滾動(dòng)軸承部件制備的軸承可以在長時(shí)間內(nèi)保持出色的滾動(dòng)特性。因此，可以提供具有高的操作可靠性和高耐久性的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種由氮化硅燒結(jié)體形成的氮化硅耐磨部件，所述氮化硅燒結(jié)體含有以其氧化物計(jì)2-4質(zhì)量％的用作燒結(jié)助劑的稀土元素、以其氧化物計(jì)2-6質(zhì)量％的Al組分、及2-7質(zhì)量％的碳化硅，其中所述氮化硅燒結(jié)體具有1％或更低的孔隙率、800-1000MPa的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、及5.7-6.6MPa·m1/2的斷裂韌度。
2.權(quán)利要求1的氮化硅耐磨部件，其中所述氮化硅燒結(jié)體含有以其氧化物計(jì)3質(zhì)量％或更低的至少一種選自以下組中的元素Ti、Zr、Hf、W、Mo、Ta、Nb和Cr。
3.權(quán)利要求1的氮化硅耐磨部件，其中所述氮化硅燒結(jié)體含有10-3000ppm的Fe。
4.權(quán)利要求1的氮化硅耐磨部件，其中所述氮化硅燒結(jié)體含有10-1000ppm的Ca。
5.權(quán)利要求1的耐磨部件，其中將3個(gè)直徑為9.35mm的SUJ2鋼質(zhì)滾球放置在直徑為40mm的軌道上，該軌道放在用燒結(jié)的氮化硅形成的板狀耐磨部件的上表面上，當(dāng)這些鋼質(zhì)滾球在39.2MPa的壓力荷載下以1200rpm旋轉(zhuǎn)時(shí)，定義為在氮化硅耐磨部件發(fā)生剝落時(shí)已發(fā)生的旋轉(zhuǎn)次數(shù)的滾動(dòng)壽命為至少1×107。
6.權(quán)利要求1的耐磨部件，其中當(dāng)?shù)锜Y(jié)體具有的破碎強(qiáng)度為150-200MPa、斷裂韌度為5.7-6.5MPa·m1/2時(shí)，由所述氮化硅燒結(jié)體形成的耐磨部件制成的、直徑為9.35mm的3個(gè)滾球被放置在直徑為40mm的軌道上，該軌道放在SUJ2鋼板的上表面上，當(dāng)所述3個(gè)滾球在5.9GPa的最大接觸應(yīng)力下以1200rpm旋轉(zhuǎn)時(shí)，定義為在燒結(jié)的氮化硅滾球發(fā)生剝落前已經(jīng)過的時(shí)間的滾動(dòng)疲勞壽命為至少400小時(shí)。
7.一種制造氮化硅耐磨部件的方法，其包括以下步驟向氮化硅粉末加入以其氧化物計(jì)2-4質(zhì)量％的稀土元素、2-4質(zhì)量％的Al2O3、以及2-7質(zhì)量％的碳化硅來制備原料混合物；將所述原料混合物模制成為成型體；在非氧化性氛圍中燒結(jié)所述成型體，其中所述氮化硅粉末由金屬氮化方法合成，含有1.5質(zhì)量％或更低的氧及至少80質(zhì)量％的α-相型氮化硅，并且具有1μm或更小的平均粒徑。
8.權(quán)利要求7的制造氮化硅耐磨部件的方法，其中以其氧化物計(jì)3質(zhì)量％或更低的選自以下組中的至少一種元素被加入所述氮化硅粉末中Ti、Hf、Zr、W、Mo、Ta、Nb和Cr。
9.權(quán)利要求7的制造氮化硅耐磨部件的方法，其中2-4質(zhì)量％的Al2O3和1-3質(zhì)量％的AlN被加入所述氮化硅粉末中，并且所述原料混合物中以其氧化物計(jì)鋁組分的總含量為6質(zhì)量％或更低。
10.權(quán)利要求7的制造氮化硅耐磨部件的方法，其中在燒結(jié)步驟后對(duì)所述氮化硅燒結(jié)體在非氧化性氛圍中在30MPa或更高的壓力下進(jìn)行HIP處理。
全文摘要
一種氮化硅耐磨部件是由氮化硅燒結(jié)體形成的，該氮化硅燒結(jié)體含有以其氧化物計(jì)2－4質(zhì)量％的用作燒結(jié)助劑的稀土元素、以其氧化物計(jì)2－6質(zhì)量％的Al組分、及2－7質(zhì)量％的碳化硅。該氮化硅燒結(jié)體具有1％或更低的孔隙率、800－1000MPa的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度、及5.7－6.6MPa·m
文檔編號(hào)F16C33/30GK1856454SQ20048002773
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者小松通泰, 高尾實(shí) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝, 東芝高新材料公司