窒化ケイ素セラミックスは、比重が軽く、強度が高く、耐摩耗性があり、優れた電気絶縁性と自己潤滑性を備えているため、特に高速、高温、低トルクなどの過酷な使用条件下でのセラミックベアリングの分野で傑出しています。リーンオイル潤滑、転動体セラミックベアリングとしての窒化ケイ素ボール
は、優れた応用可能性を示します。しかし、窒化ケイ素は共有結合が強いため、固相焼結による緻密化が困難であり、窒化ケイ素セラミックスの製造に課題をもたらしています。この論文では、常圧焼結、ホットプレス焼結、加圧焼結を含む窒化ケイ素セラミックスの液相焼結プロセスと、窒化ケイ素セラミックスの微細構造と機械的特性に対するこれらのプロセスの影響について説明します。
窒化ケイ素セラミックは、軽量、高強度、耐摩耗性、電気絶縁性、自己潤滑性などの優れた特性を備えたセラミックベアリングローラーの第一選択です。転動体として窒化ケイ素セラミックボールを使用したセラミックベアリングは、精密工作機械用の高速電動スピンドルベアリング、風力発電用ベアリングなど、高速、高温、低トルク、リーンオイル潤滑などの作業条件下での使用に特に適しています。航空宇宙用ベアリング
窒化ケイ素は共有結合が強く、自己拡散係数が低く、焼結駆動力が不十分なため、単純な固相焼結では緻密化が困難です。したがって、液相焼結による緻密化プロセスを完了するには、一定量の焼結助剤を添加する必要があります。窒化ケイ素セラミックスの液相焼結の原理は、焼結助剤が窒化ケイ素粉末表面のSiO2と反応して液相を形成し、その液相の作用下で粒子再配列、溶液化のプロセスを経て緻密化に達することです。 - 降水量と粒子成長。
窒化ケイ素セラミックスの液相焼結法としては、常圧焼結、ホットプレス焼結、常圧焼結などが一般的である
。
窒化ケイ素は1700℃を超えると分解し始めるため、窒化ケイ素の分解を抑制するために、通常、常圧焼結は粉末を埋め込んで行われますが、粉末を埋め込む効果には限界があるため、常圧焼結の温度は高くできません。 1750°C を超えると、緻密化を促進するために大量の焼結助剤を添加する必要があり、製品の性能に重大な影響を及ぼします。
ホットプレス焼結は、液相と機械的圧力の二重作用の下で緻密化を達成するものであり、焼結温度は低く、製品性能は優れていますが、グラファイトモールドの制限により、それは次の目的でのみ使用できます。単純な形状の製品を生産しており、生産能力が低い
。
加圧焼結（GPS）は、高圧窒素（1～10MPa）を利用して窒化ケイ素の分解を抑制し、窒化ケイ素セラミックスの焼結温度を1900℃以上に上昇させることができ、緻密化と高温分解の間の矛盾を解決します。窒化ケイ素セラミックスの焼結プロセスの改善により、焼結助剤の量を削減し、製品の性能を向上させ、大量生産に適しています。
現在、窒化ケイ素セラミックの微細構造と機械的特性に対する空気圧焼結プロセスの影響に関する文献報告が数多くあります。
例えば、Zhou Changling et al.は、β-Si3N4 粉末を原料として、イットリウム アルミニウム ガーネット (YAG) を焼結助剤として使用し、加圧焼結プロセスによって窒化ケイ素セラミックスを製造しました。その結果、窒化ケイ素セラミックスの緻密化度と機械的特性は、最初は増加し、その後、焼結量の増加とともに減少することがわかりました。焼結温度。
三友らは、α-Si3N4 粉末とβ-Si3N4 粉末を原料として、MgO-Y2O3 を焼結助剤として使用し、異なる原料の圧力によって焼結された窒化ケイ素セラミックスの微細構造の違いを研究し、同じ条件で焼結できることを発見しました。 α-Si3N4 粉末を原料として調製した窒化ケイ素セラミックスの微細構造は、二峰性状態と粗大なβ-Si3N4 粒子を示した。β-Si3N4 粉末を用いて調製した窒化ケイ素セラミックスの微細構造は均一で、単峰性状態を示した。
