KR100235203B1 - 표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 - Google Patents
표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100235203B1 KR100235203B1 KR1019970008870A KR19970008870A KR100235203B1 KR 100235203 B1 KR100235203 B1 KR 100235203B1 KR 1019970008870 A KR1019970008870 A KR 1019970008870A KR 19970008870 A KR19970008870 A KR 19970008870A KR 100235203 B1 KR100235203 B1 KR 100235203B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- sialon
- composition
- sintering
- powder
- modified
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 29
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 abstract description 25
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 5
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 oxygen ion Chemical class 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001226 reprecipitation Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- BPJYAXCTOHRFDQ-UHFFFAOYSA-L tetracopper;2,4,6-trioxido-1,3,5,2,4,6-trioxatriarsinane;diacetate Chemical compound [Cu+2].[Cu+2].[Cu+2].[Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O.[O-][As]1O[As]([O-])O[As]([O-])O1.[O-][As]1O[As]([O-])O[As]([O-])O1 BPJYAXCTOHRFDQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
본 발명은 표면층의 상이 내부상과는 다른 상으로 이루어지는 구조를 가지는 표면이 기질된 α-β 사이알론 복합체 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은 첨가제를 포함하는 β-사이알론 조성 또는 α-사이알론 조성의 혼합분말로 성형된 압분체를 , 각각 첨가제를 포함하는 α-사이알론 조성 또는 β-사이알론 조성의 혼합분말의 혼합분말 속에 넣고 소결하는 것으로 이루어진다.
Description
본 발명은 표면층의 상이 내부상과는 다른 상으로 이루어진 α- 또는 β-사이알론 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
질화규소계에서는 매우 다양한 상들이 존재하는 것으로 알려져 있으나, 순수 질화규소(Si3N4)는 α상과 β-상의 2가지 상을 가지고 있다. 순수 질화규소에서 금속양이온과 산소이온이 치환된 상을 사이알론(Sialon)이라 하는데, 결정구조가 α-Si3N4와 같은 구조를 갖는 것을 α-사이알론, β-Si3N4와 같은 구조를 갖는 것을 β-사이알론이라 한다.
지금까지 가장 많이 연구되어 온 α-사이알론 및 β-사이알론의 일반적인 성질을 요약하여 표1에 나타내었다.
[표 1]
α-사이알론 및 β-사이알론의 물리적 성질.
순수 질화규소의 조성식은 Si3N4로 나타내는데 비하여, α-사이알론의 조성은 일반적으로 MpSi12-(m+n)A1(m+n)OnN16-n으로, β-사이알론은 Si6-zAIzOzN8-z로 나타낸다. 여기서 p, m, n 및 z값은 변수로서 각각의 용해도 범위에서 변화할 수 있다. 또한, 원소 M은 치환가능한 금속이온으로서, Y, Sm, Yb, Nd, Mg, Ca, Er, Gd, Dy, Na, Li, Ce, Be 등의 원소가 해당된다.
β-사이알론에서 고용도는 온도에 따라 변화하지만, Z=4.2가 최대 고용도로 알려져 있으며, Y(이트륨)를 포함하는 Y-α-사이알론의 경우, 0＜p＜2이고, p=m/3일 때, 약 m=1, n=0 ∼ m=1, n=1.7에 이르는 조성의 범위에서 m 값이 증가하는 일정한 영역에서 생성되는 상이다.
치밀한 β-사이알론이나 α-사이알론을 제조하기 위해서는 일반적으로 소결 첨가제를 첨가하고 상압소결을 하거나 고온 가압소결을 한다. β-사이알론을 제조하기 위하여 첨가되는 첨가제에는 Y2O3, AI2O3, AIN, CeO2, Nd2O3, La2O3, Sm2O3, Er2O3, Yb2O3, Dy2O3, Gd2O3등이 있으며 이들 첨가제는 Si3N4와 Si3N4표면에 존재하는 SiO2층과 고온에서 반응하여 산지로하 액상을 형성한다.
한편, α-사이알론을 제조하기 위하여 첨가되는 첨가제에는 Y2O3, AI2O3, MgO, CaO, Li2O3, AIN, Sm2O3, Er2O3, Yb2O3, Dy2O3, Gd2O3등이 있으며, 이들 첨가제의 양이온들은 α-Si3N4의 망목구조에 침입형으로 들어가서 α-사이알론을 만든다.
β-사이알론이나 α-사이알론은 원료분말들사이의 반응으로 미리 생성된 액상을 통하여 용해-재석출 반응에 의하여 원료 Si3N4로부터 사이알론이 생성되는 데, 이 때 액상의 조성에 따라 β-사이알론, α-사이알론, 혹은 α-β복합 사이알론이 생성된다. 즉 원료 분말로부터 생성되는 액상의 조성이 사이알론의 조성과 양을 결정하게 되는 것이다. 따라서 적절한 조정의 분말을 사용함으로써 생성되는 사이알론의 상을 조절할 수 있다.
사이알론의 미세구조는 생성된 상의 종류에 따라 다르다. β-사이알론은 주로 장경비가 큰 입자를 많이 가지는 미세구조를, α-사이알론은 주로 장경비가 1에 가까운 입자들로 이루어진 미세구조를 보여주고 있다. 또한 α-사이알론의 β-사이알론에 비해 상대적으로 강한 입계강도를 가진다.
이러한 α-사이알론과 β-사이알론의 미세구조 및 입계강도의 차이가 기계적 성질의 차이를 나타내는 원인이 되고 있는데, 파괴시 α-사이알론은 주로 입내과 괴가 일어나는데 비해 β-사이알론은 주로 입계파괴가 일어나고, 균열 진행시 β-사이알론에서는 균열 후반부에서 균열가교와 같은 파괴인성증진 기구가 작용하여 파괴인성이 증진되는 것으로 보고되어 있다. 이러한 균열진행 양상의 차이가 β-사이알론의 파괴인성이 α-사이알론의 파괴인성에 비해 상대적으로 높은 원인으로 알려져 있다. 그러나 재료의 결정구조의 특징에 크게 의존하는 경도의 경우, 파괴인성과는 반대로 α-사이알론의 경도값이 β-사이알론의 경도값에 비해 높다. 또한 입계상의 특성에 의존하는 고온에서의 내산화성도 α-사이알론이 β-사이알론보다 우수하다.
한편, 적절한 소결체의 조성을 선택하면 α-β사이알론의 복합체를 제조하는 것이 가능하다. 한가지 예로서 소결조제로 Y2O3·9AIN을 적절히 첨가하여 소결하면 α-β사이알론 복합체가 만들어진다(S. Hampshire, et al., ＂α-Sialon Ceramics＂, Nature (London), 274, 880-82 (1978)). 이 경우 소결조제의 양을 조절함으로써 α-사이알론과 β-사이알론의 상비율을 조절할 수 있다. 예를 들면 소결조제의 양이 20wt% 정도에서는 생성상의 비율은 약 반반이 되게 된다. 이외에도 선 등이 보인 바와 같이 넓은 영역에서 소결체의 조성에 따라 α-β사이알론 복합체를 제조할 수 있다(Wei-Ying Sun, et al., J. Am. Ceram. Soc., 74 [11]2753-58 (1991)). 그러나 이 때 얻어지는 α-β사이알론 복합체는 여느 복합체와 마찬가지로 두 가지 서로 다른 성질을 가진 상이 시편 전체에 균일하게 분포된 구조를 가지고 있다.
재료의 표면 특성은 표면에 존재하는 상의 특성에 의존하며 재료가 전체 부피로서 가져할 특성은 재료 내부의 특성에 의존한다. 즉, 소결체의 내산화성, 경도, 내마모성은 소결체의 표면 아래 수 백 ㎛의 까지의 표면층의 특성에 크게 의존하는데 비해, 강도나 파괴인성은 소결체 전체의 재료 특성에 의존한다. 기존의 복합재료의 경우 복합화되는 두 상중 어느 한 상의 물성이 개선된다 할지라도 그것이 실제로 복합체 전체의 특성을 향상시키지는 못하였다.
본 발명의 목적은 표면의 상만을 변화시킴으로써 그 특성이 선택적으로 향상된 표면이 개질된 사이알론 복합체를 제공한다.
본 발명의 또다른 목적은 내부의 상과는 다른 제2상이 시편 표면의 수 백 ㎛내에서만 존재하는 표면이 개질된 사이알론 복합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 내부의 상과는 다른 제2상이 시편 표면의 수 백 ㎛내에서만 존재하는 표면이 개질된 사이알론 복합체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 β-사이알론에서 표면층의 상을 α-사이알론에서 α-β사이알론 복합체까지 다양하게 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 α-사이알론의 표면층의 상을 β-사이알론에서 α-β 사이알론 복합체까지 다양하게 조절하는 방법을 제공하는 것이다.
제1a도는 α-사이알론이나 α-β 복합사이알론으로 표면이 개질된 β-사이알론의 모식도이다.
제1b도는 B-사이알론이나 α-β 복합사이알론으로 표면이 개질된 α-사이알론의 모식도이다.
제2도는 α-사이알론으로 표면 개질된 β-사이알론과, 표면기질되지 않은 β-사이알론을 공기중에서 1200℃, 1300℃, 1350℃에서 각각 열처리 하였을 때 시간에 따라 무게 증가를 나타낸 것이다.
본 발명에서 밝힌 사이알론 소결체의 구조는 도1과 같이 표면층의 상이 소결체 내부의 사이알론상과는 다른 사이알론상이 되도록 표면이 개질된 구조이다.
본 발명에 따른 사이알론 복합체는 내부의 상과는 다른 제 2상이 시편 표면의 수 백 ㎛내에서만 존재한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 사이알론 복합체는 표면에 두께 수백 ㎛로 치밀한 α-사이알론 층 또는 α-β사이알론 복합체층을 가지는 β-사이알론일 수 있다. 또 다른 예로서, 표면에 두께 수백 ㎛내의 치밀한 β-사이알론 층 또는 α-β사이알론 복합체층을 가지는 α-사이알론일 수 있다.
표면층이 α-사이알론 또는 α-β복합사이알론으로 개질된 β-사이알론 소결체는 표면개질되지 않은 β-사이알론보다 표면강도와 내산화성이 향상되는 반면 β-사이알론 자체의 파괴인성은 그대로 유지하게 된다. 따라서 내마모, 내산화성이 요구되는 고온 구조용 부품으로 이용하는데 큰 장점이 있다.
또한, 표면층이 β-사이알론 또는 α-β복합사이알론으로 표면이 개질된 α-사이알론 소결체는 표면개질 되지 않은 α-사이알론에 비해 표면강도와 표면인성이 증가되기 때문에 저온 구조용 부품에 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 표면개질된 사이알론의 제조 방법은 표면 개질하고자 하는 질화규소계 압분체를 적절히 조절된 조성을 갖는 질화규소계의 혼합분말 속에서 소결하는 것으로 이루어진다.
본 발명의 방법에서, 필요에 따라, 소결에 앞서 소결온도 보다 낮은 온도, 예를 들어 1100∼1700°C에서 수시간까지 열처리할 수 있다. 이와 같은 열처리 조건을 변화시킴으로써 표면개질되는 표면층의 두께를 쉽게 조절할 수 있다.
본 발명의 제조방법의 한 예로서, α-사이알론이나 α-β복합사이알론으로 표면개질된 β-사이알론의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
β-사이알론을 형성할 수 있는 조성의 Si6-zAIzOzN8-z혼합분말을 냉간정수압 성형하여 압분체를 만든다. 이 때 조직의 치밀화를 촉진하기 위해 일반적으로 첨가되는 소결조제, 예를 들어 Y2O3, AI2O3, AIN, CeO2, Nd2O3, La2O3, Sm2O3, Er2O3, Yb2O3, Dy2O3, Gd2O3등의 화합물을 상기 혼합분말에 수 wt% 첨가할 수 있다. 성형된 압분체를 α-사이알론을 형성할 수 있는 MpSi12-(m+n)AI(m+n)OnN16-n혼합분말 속에 넣고 일반적인 소결온도인 1400∼1900°C, 질소 분위기하에서 수 분-수 시간동안 소결한다.
이때 표면층의 두께를 조절하기 위하여 필요에 따라, 소결에 앞서, 소결온도 보다 낮은 온도, 예를 들어 1400∼1700°C에서 수 시간까지 열처리할 수 있다. 예를 들어, Y2O3를 포함하며 α-사이알론으로 표면개질된 β-사이알론을 제조하는 경우, Y2O3를 포함하는 83.0Si3N4-12.1AI2O3-4.1AIN의 혼합분만 압분체를, Y-α-사이알론 조성의 혼합분말 속에서 열처리없이 1750°C에서 1시간 소결한 경우 표면개질층의 두께는 약 50㎛이었다. 반면 1600°C에서 3시간 열처리한 후 1750°C에서 1시간 소결한 경우 표면개질층의 두께는 약 200㎛였다.
β-사이알론 압분체를 제조하기 위한 Si6-zAIzOzN8-z의 조성 및 첨가될 수 있는 소결조제는 한정되지 않는다. 성형된 압분체 표면에 α-사이알론을 형성할 수 있는 MpSi12-(m+n)AI(m+n)OnN16-n혼합분말의 조성 역시 특별히 한정되지는 않으며, p, m 및 n값을 달리함으로써 표면개질된 β-사이알론의 표면층을 α-사이알론 또는 α-β사이알론 복합체로 다양하게 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, M=Y, p=m/3일 때 m=1, n=1.7의 조성이 바람직하다.
본 발명의 제조방법의 또다른 예로서, β-사이알론이나 α-β복합사이알론으로 표면개질된 α-사이알론의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
α-사이알론을 형성할 수 있는 조성인 MpSi12-(m+n)AI(m+n)OnN16-n혼합분말을 냉간정수압성형하여 압분체를 만든다. 이때 조직의 치밀화를 촉진하기 위해 추가로 수 wt%의 첨가제를 첨가하여 압분체를 만들 수 있는데, 이때 첨가하는 소결조제와 양은 단지 치밀화를 위한 것이므로 상기 언급한 소결조제가 모두 해당될 수 있다. 성형된 압분체를 β-사이알론을 형성할 수 있는 Si6-zAIzOzN8-z혼합분말 속에 넣고 일반적인 소결온도인 1600∼1900°C, 질소 분위기에서 수 시간 소결한다.
이때 표면층의 두께를 조절하기 위하여 필요에 따라, 소결에 앞서, 소결온도 보다 낮은 온도, 예를 들어 1400∼1700°C에서 수 시간까지 열처리할 수 있다. 예를 들어, Y2O3를 포함하며 β-사이알론으로 표면개질된 α-사이알론을 제조하는 경우 MpSi12-(m+n)AI(m+n)OnN16-n혼합분말 압분체를 소결조제를 포함하거나 포함하지 않는 Si6-zAIzOzN8-z혼합분말 속에 넣고 소결에 앞서 열처리 하지 않은 경우 β-사이알론 표면층의 두께는 약 50㎛ 였고, 열처리한 경우 열처리 시간에 따라 200 ㎛ 정도까지 형성되었다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 설명하고자 하나, 본 발명의 범위가 아래가 실시예에 의해 제한 되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
조성식 Si6-ZAlZOZN8-Z에서 z=1이 되도록 Si3N4, Al2O3, AlN,을 칭량한 후 여기에 전체분말 중량의 5wt%에 해당하는 Y2O3를 첨가하고, 200 MPa에서 냉간정수압성형하여 β-사이알론을 형성할 수 있는 압분체를 만들었다. 압분체를 넣고 열처리하기 위하여, MPSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n에서 M=Y, p-m/3, m-1, n-1.7에 해당하도록 Si3N4, Al2O3, AlN, Y2O3를 칭량하고 혼합하여 α-사이알론 조성의 혼합분말을 준비하였다. 압분체를 준비된 α-사이알론의 조성의 혼합분말에 넣고 1750℃, 질소 분위기에서 1시간 소결하였다. 엑스선 희절 분석 결과 표면층은 α-사이알론이었고 내부는 β-사이알론이었다. 소결체를 절단하고 절단면을 1 ㎛까지 미세연마한 후 전자현미경으로 관찰한 결과 표면개질층의 두께는 약 50㎛이었다.
[실시예 2]
조성을 표 2에 기재된 바와 같이 z=0에서 z=1.5로 변화시키면서, 실시예 1과 동일한 방법으로 β-사이알론 압분체를 제조하였다. 압분체를 넣고 열처리하기 위하여, m=1, n-1.7에 해당하는 α-사이알론 조성의 혼합분말을 실시예 1과 동일하게 제조하였다. 얻어진 압분체를, 준비된 α-사이알론의 조성의 혼합분말에 넣고 1750℃, 질소 분위기에서 1시간 소결하였다. 압분체의 조성에 따른 표면층의 생성상을 표 2에 나타낸다.
[표 2]
β-사이알론 압분체의 조성에 따른 β-사이알론의 표면개질형태
[실시예 3]
조성식 MPSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n에서 M=Y, p-m/3, m-1, n-1.7이 되도록 Si3N4, Al2O3, AlN, Y2O3을 칭량하여 혼합한 후, 200MPa에서 냉간정수압성형하여 α-사이알론을 형성할 수 있는 압분체을 만들었다. 첨가제로 Si3N4, Al2O3, AlN 및 Y2O3를 칭량하여 Si6-ZAlZOZN8-Z에서 z=2에 해당하는 혼합분말을 준비하였다. 압분체를, 준비된 β-사이알론의 조성의 혼합분말에 넣고 1800℃, 질소분위기에서 2시간소결하였다. 엑스선 회절분석결과 표면층은 β-사이알론이었고 내부는 α-사이알론이었다. 엑스선 회절분석결과 표면층은 β-사이알론이었고 내부는 α-사이알론이었다. 소결체를 절단하고 표면층을 1㎛까지 미세연마한 후 전자현미경으로 관찰한결과, 표면개질층의 두께는 약 50㎛이었다.
[실시예 4]
실시예 1과 동일한 조성으로 압분체와 압분체를 덮어 소결할 혼합분말을 만들었다. 압분체를, 압분체를 덮어 소결할 혼합분말에 넣고, 1600℃에서 0∼3시간 열처리한 후, 1750℃에서 1시간 소결하였다. 표면개질층의 두께를 측정하고 그 결과를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
β-사이알론에서, 열처리시간에 따른 표면개질층의 두께
[실시예 5]
실시예 1과 동일한 조성으로 압분체와 압분체를 넣고 소결할 혼합분말을 만들었다. 압분체를, 압분체를 덮어 소결할 혼합분말에 넣고, 1600℃에서 3시간 열처리한 후 1750℃에서 1시간 소결하였다. 소결체를 절단하고 절단면을 1 ㎛까지 미세연마한 후 인덴테이션방법으로 절단면의 표면과 내부의 경도를 구하였다. α-사이알론으로 표면개질된 β-사이알론내부의 경도는 1700㎏/㎟인데 비하여, 표면의 비커스경도는 2100㎏/㎟으로 높았다.
[실시예 6]
실시예 1과 동일한 조성으로 압분체와 압분체를 넣고 소결할 혼합분말을 만들었다. 압분체를, 압분체를 덮어 소결할 혼합분말에 넣고, 1600℃에서 3 시간 열처리한 후 1750℃에서 1시간 소결하였다. 소결이 끝난 시편의 표면을 표면개질층이 벗겨지지 않는 한도내에서 1㎛까지 미세연마한 후 1200℃, 1300℃, 1350℃ 공기중에서 무게 변화를 측정하였다. 그 결과를 도2에 나타낸다. 무게 증가가 작을수록 내산화성이 좋음을 뜻한다. β-사이알론에 비해, α-사이알론으로 표면개질된 β-사이알론의 무게 증가가 적어서 내산화성이 증가되었음을 알 수 있다.
[실시예 7]
실시예 1과 동일한 조성의 압분체와, 압분체를 넣고, 소결할 혼합분말을 만들었다. 압분체를, 압분체를 덮어 소결할 혼합분말에 넣고, 1600℃에서 3시간 및 6시간 열처리한 후 1750℃에서 1시간 소결하였다(표면 개질된 β-사이알론).
대조구로 동일한 압분체를 BN 분말에 넣고, 1600℃에서 3시간 및 6시간 열처리한 후 1750℃에서 1시간 소결하였다(표면 개질되지 않은 β-사이알론).
소결이 끝난 시편의 표면을 표면개질층이 벗겨지지 않는 한도내에서 1 ㎛까지 미세연마한 후 내마모 특성을 조사하였다. 마세연마된 시편 위에 알루미나 볼을 올려 놓고 시편의 표면에 소직으로 280 N의 힘을 가하면서 알루미나 볼을 분당 100회전시켰을 때 (볼의 선형속도 0.04 m/sec)시간에 따라 시편에 나타나는 마모 흔적의 직경을 측정하여 내마모성을 평가하였다. 이때 사용된 알루미나 볼의 직경은 12.7㎜였고, 표면의 거칠기는 0.05 ㎛ 이하였으며 윤활제로 테라핀 오일을 사용하였다. 표면개질된 β-사이알론과 표면개질되지 않은 β-사이알론의 마모 흔적 직경을 측정한 결과를 표 4에 나타낸다. 측정된 마모 흔적의 직경이 작을수록 내마모성이 우수함을 의미한다. 어느 경우에나 표면개질된 β-사이알론의 내마모성이 표면개질되지 않은 β-사이알론에 비하여 우수하며, 1600℃에서의 열처리 시간이 길수록, 즉 표면개질층의 두께가 두꺼울수록 내마모성이 우수하였다.
표면개질된 β-사이알론과 표면개질되지 않은 β-사이알론의 내마모성
[표 4]
표면개질된 β-사이알론과 표면개질되지 않은 β-사이알론의 내마모성
본 발명의 사이알론은 사이알론 자체의 부피성질(bulk property)을 최대한 유지하면서 표면층만 사용자가 원하는 방향으로, 예를 들어 경도나 내산화성, 표면 파괴인성 향싱시킬 수 있다. 따라서, 소결제 부피 전체의 물성저하를 막고, 두 상이 갖고 있는 우수한 특성을 모두 충분히 발현시킬 수 있는 복합체이다.
또 본 발명의 제조방법은, 복잡한 새로운 공정을 추가하지 않고 적절한 혼합 분말 속에서 압분체를 소결함에 의해 원하는 형태로 표면 개질된 사이알론을 제조 할 수 있다.
Claims (4)
- 표면층이 내부와는 다른 사이알론사응로 이루어진 사이알론 복합체에 있어서, 상기 표면층이 β-사이알론상 또는 α-β복삽 사이알론상이고 상기 내부가 α-사이알론상인 사이알론 복합체
- β-사잉라론 형성할 수 있는 조성의Si6-zAIzOzN8-z(Z는 각 성분의 용해도가 허용되는 범위에서 변화됨) 분말로 성형된 압분체체를, α-사이알론 형성할 수 있는 조성의 MPSi12-(m+n)OnN16-n(p,m,n는 각 성분의 용해도가 허용되는 범위에서 변화됨)분말에 넣고 액상소결할 온도보다 낮은 온도에서 열처리한 후에,액상 소결하는 것으로 이루어지는, β-사이알론의 표면개질 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 β-사이알론을 형성할 수 있는 분말 또는 α-사이알론을 형성할 수 있는 부말이 소결조제를 함유하는 방법.
- α-사이알론을 형설할 수 있는 조성의 MPSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n(p, m n는 각 성분의 용해도가 허용되는 범위에서 변화됨) 분말로 형성된 압분체를, β-사이랄론을 형성 할 수 있는 조성의 Si6-ZAlZOZN8-Z(z는 각 성분의 용해도가 허용되는 범위에서 변화됨) 분말속에 넣고 액상소결할 온도보다 낮은 온도에서 열처리한 후에, 액상소결하는 것으로 이루어지는, α-사이알론의 표면개질 방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970008870A KR100235203B1 (ko) | 1997-03-15 | 1997-03-15 | 표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 |
| US09/039,094 US5990026A (en) | 1997-03-15 | 1998-03-13 | Method of producing a surface modified sialon composite |
| JP10065290A JPH10259058A (ja) | 1997-03-15 | 1998-03-16 | サイアロン複合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970008870A KR100235203B1 (ko) | 1997-03-15 | 1997-03-15 | 표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980073543A KR19980073543A (ko) | 1998-11-05 |
| KR100235203B1 true KR100235203B1 (ko) | 1999-12-15 |
Family
ID=19499860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970008870A Expired - Lifetime KR100235203B1 (ko) | 1997-03-15 | 1997-03-15 | 표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5990026A (ko) |
| JP (1) | JPH10259058A (ko) |
| KR (1) | KR100235203B1 (ko) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6471734B1 (en) | 1998-07-09 | 2002-10-29 | Kennametal Pc Inc. | Ceramic and process for the continuous sintering thereof |
| JP4070417B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2008-04-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素質部材及びその製造方法並びに切削工具 |
| DE10146719A1 (de) * | 2001-09-20 | 2003-04-17 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Beleuchtungseinheit mit mindestens einer LED als Lichtquelle |
| US7144934B2 (en) * | 2002-10-24 | 2006-12-05 | Dow Global Technologies Inc. | Charge dissipation modifiers for olefinic interpolymer compositions |
| KR101181548B1 (ko) * | 2003-08-07 | 2012-09-10 | 세람텍 아게 | ＳｉＡｌＯＮ 계열 물질 |
| US20080119349A1 (en) † | 2004-12-22 | 2008-05-22 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sialon Insert and Cutting Tool Equipped Therewith |
| CN107001157B (zh) * | 2014-12-12 | 2021-04-02 | 陶瓷技术有限责任公司 | 具有改善的烧结活性和高边缘强度的α/β-赛隆 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4880755A (en) * | 1987-05-19 | 1989-11-14 | Kennametal Inc. | Sialon cutting tool composition |
| JP2719941B2 (ja) * | 1988-11-24 | 1998-02-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
| US5316856A (en) * | 1988-12-03 | 1994-05-31 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride base sintered body |
| JPH0383865A (ja) * | 1989-08-25 | 1991-04-09 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
| JP2663028B2 (ja) * | 1989-12-28 | 1997-10-15 | 株式会社豊田中央研究所 | 窒化珪素質焼結体 |
| JPH05148026A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素系焼結体 |
| US5352395A (en) * | 1992-07-17 | 1994-10-04 | Phillips Petroleum Company | Carbon and ceramic-containing layers for use in sintering of silicon nitride article |
-
1997
- 1997-03-15 KR KR1019970008870A patent/KR100235203B1/ko not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-03-13 US US09/039,094 patent/US5990026A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-03-16 JP JP10065290A patent/JPH10259058A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10259058A (ja) | 1998-09-29 |
| US5990026A (en) | 1999-11-23 |
| KR19980073543A (ko) | 1998-11-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3142560B2 (ja) | 反応焼結したムライト含有セラミック成形体、該成形体の製造方法および該成形体の使用法 | |
| KR19990088209A (ko) | 고열전도성질화규소소결체및그제조방법 | |
| JPH0680470A (ja) | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 | |
| KR960016070B1 (ko) | 질화알루미늄 소결체 및 그 제조방법 | |
| KR100235203B1 (ko) | 표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 | |
| KR0127871B1 (ko) | 질화규소기 소결체 및 그 제조방법 | |
| KR900005512B1 (ko) | SiC-Al_2O_3 복합소결체 및 그 제조방법 | |
| Kim et al. | Effect of annealing on mechanical properties of self-reinforced alpha-silicon carbide | |
| KR900005511B1 (ko) | SiC-Al_2S_3 복합소결체 및 그 제조방법 | |
| Li et al. | Effect of magnesium titanate content on microstructures, mechanical performances and dielectric properties of Si3N4-based composite ceramics | |
| US5118644A (en) | Thermal shock-resistant silicon nitride sintered material | |
| KR100325325B1 (ko) | 강도와 인성이 우수한 질화규소 세라믹 제조방법 | |
| JPS605079A (ja) | サイアロン基セラミツクスの製造法 | |
| US5229046A (en) | Process for producing thermal shock-resistant silicon nitride sintered material | |
| Kaga et al. | Fabrication of Elongated α‐SiAlON via a Reaction‐Bonding Process | |
| JP3152790B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP3426823B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JP3124865B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 | |
| JPH1179848A (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
| Chen et al. | Pressurelessly sintering silicon carbide with additives of holmium oxide and alumina | |
| JP3207065B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
| JP3124864B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体及びその製法 | |
| Davies et al. | Physical properties of hot-pressed magnesium silicon nitride compacts with yttrium oxide addition | |
| JPH07101777A (ja) | 窒化ケイ素質焼結体およびその製造方法 | |
| KR910002077B1 (ko) | Si_3N_4- Al_2O_3 복합소결체 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19970315 |
|
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 19970315 Comment text: Request for Examination of Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 19981130 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 19990630 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 19990921 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 19990922 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20020826 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20030901 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20040819 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20050826 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20060901 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20070831 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20080822 Start annual number: 10 End annual number: 10 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20090828 Start annual number: 11 End annual number: 11 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20100901 Start annual number: 12 End annual number: 12 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20110902 Start annual number: 13 End annual number: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120830 Year of fee payment: 14 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20120830 Start annual number: 14 End annual number: 14 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130902 Year of fee payment: 15 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20130902 Start annual number: 15 End annual number: 15 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140901 Year of fee payment: 16 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140901 Start annual number: 16 End annual number: 16 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150901 Start annual number: 17 End annual number: 17 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20160901 Start annual number: 18 End annual number: 18 |
|
| PC1801 | Expiration of term |