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公開番号2025022231
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023126623
出願日2023-08-02
発明の名称窒化ケイ素焼結体、それを用いた機械部品、および軸受
出願人NTN株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C04B 35/587 20060101AFI20250206BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】加工性と良好な機械特性を両立した窒化ケイ素焼結体、それを用いた機械部品、および軸受を提供する。
【解決手段】窒化ケイ素焼結体は、希土類元素およびアルミニウム元素を含む焼結助剤成分を含有する窒化ケイ素焼結体であって、表層が中心部に比べて焼結助剤成分が多く、中心部に対する表層の焼結助剤成分の比率が1.10以上1.40未満であり、表層に焼結助剤成分を多く含有するリッチ層が形成され、該リッチ層の窒化ケイ素焼結体の表面からの深さが、0.12mm以上0.19mm未満である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
希土類元素およびアルミニウム元素を含む焼結助剤成分を含有する窒化ケイ素焼結体であって、
表層が中心部に比べて前記焼結助剤成分が多く、前記中心部に対する前記表層の前記焼結助剤成分の比率が１．１０以上１．４０未満であることを特徴とする窒化ケイ素焼結体。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記表層に前記焼結助剤成分を多く含有するリッチ層が形成され、該リッチ層の前記窒化ケイ素焼結体の表面からの深さが、０．１２ｍｍ以上０．１９ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項３】
前記希土類元素の含有量は、前記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で６重量％以上１５重量％以下であり、前記アルミニウム元素の含有量は、前記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で６重量％以上１５重量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項４】
前記希土類元素および前記アルミニウム元素の含有量の合計が、前記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で１８重量％以上２２重量％以下であることを特徴とする請求項３記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項５】
前記希土類元素はＣｅであり、前記窒化ケイ素焼結体は遷移金属元素を含まないことを特徴とする請求項１または請求項２記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項６】
前記表層に前記焼結助剤成分を多く含有するリッチ層が形成され、該リッチ層の前記窒化ケイ素焼結体の表面からの深さが、０．１２ｍｍ以上０．１９ｍｍ未満であり、
前記希土類元素の含有量は、前記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で６重量％以上１５重量％以下であり、前記アルミニウム元素の含有量は、前記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で６重量％以上１５重量％以下であり、前記希土類元素および前記アルミニウム元素の含有量の合計が、前記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で１８重量％以上２２重量％以下であり、
前記希土類元素はＣｅであり、前記窒化ケイ素焼結体は遷移金属元素を含まないことを特徴とする請求項１記載の窒化ケイ素焼結体。
【請求項７】
請求項１または請求項２記載の窒化ケイ素焼結体の研磨加工品であることを特徴とする機械部品。
【請求項８】
前記機械部品は、転動体であることを特徴とする請求項７記載の機械部品。
【請求項９】
請求項８記載の転動体を用いたことを特徴とする軸受。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ケイ素焼結体、それを用いた機械部品、および軸受に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素（Ｓｉ
３
Ｎ
４
）焼結体は、優れた機械特性、熱伝導性、および電気絶縁性を有することから、ベアリング部材、エンジン部品、工具材料、および放熱基板材料などへの適用が進められている。窒化ケイ素焼結体は窒化ケイ素粉末を出発原料として用いて製造することが知られている。窒化ケイ素粉末は難焼結性であるため、緻密化した窒化ケイ素焼結体を製造するためには、窒化ケイ素粉末とともに焼結助剤が用いられる。このような焼結助剤として、一般的には希土類元素の酸化物、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコンなどが挙げられる。
【０００３】
窒化ケイ素粉末は価格が高いため、窒化ケイ素粉末を用いて窒化ケイ素焼結体を製造すると、窒化ケイ素焼結体の価格も上昇する傾向にある。そこで、窒化ケイ素粉末に比較して低価格であるケイ素粉末（金属シリコン粉末）を出発原料として用い、これを反応焼結させることにより窒化ケイ素焼結体を製造する製造方法が注目されている。このような製造方法として、ＰＳ－ＲＢＳＮ（Ｐｏｓｔ－ＳｉｎｔｅｒｉｎｇｏｆＲｅａｃｔｉｏｎＢｏｎｄｅｄＳｉｌｉｃｏｎ－Ｎｉｔｒｉｄｅ）法と称される方法が知られている。
【０００４】
また、窒化ケイ素焼結体は機械特性に優れる反面、硬度が非常に高いため、難加工性である。そのため加工にかかる時間が長く、コストも高くなってしまう。例えば、加工液の濃度を調整することで加工性を向上できる技術が提案されているが（特許文献１）、濃度管理が難しく安定して加工することが困難である。一方で、加工性を向上するべく硬度を下げると、耐摩耗特性も下がるため、窒化ケイ素焼結体を軸受部材などに使用すると、製品寿命の低下などに繋がるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１９－０３６６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加工性と良好な機械特性を両立した窒化ケイ素焼結体、それを用いた機械部品、および軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化ケイ素焼結体は、希土類元素およびアルミニウム元素を含む焼結助剤成分を含有する窒化ケイ素焼結体であって、表層が中心部に比べて上記焼結助剤成分が多く、上記中心部に対する上記表層の上記焼結助剤成分の比率（単に、成分比率ともいう）が１．１０以上１．４０未満であることを特徴とする。本発明において、表層とは、窒化ケイ素焼結体において、表面から０．２５ｍｍまでの領域を指し、中心部とは、その表層以外の領域を指す。
【０００８】
上記表層に上記焼結助剤成分を多く含有するリッチ層が形成され、該リッチ層の上記窒化ケイ素焼結体の表面からの深さが、０．１２ｍｍ以上０．１９ｍｍ未満であることを特徴とする。
【０００９】
上記希土類元素の含有量は、上記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で６重量％以上１５重量％以下であり、上記アルミニウム元素の含有量は、上記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で６重量％以上１５重量％以下であることを特徴とする。
【００１０】
上記希土類元素および上記アルミニウム元素の含有量の合計が、上記窒化ケイ素焼結体の総重量に対して、酸化物換算で１８重量％以上２２重量％以下であることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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