その場反応によるMo_5Si_3粒子強化Si_3N_4とSi_2N_2O複合材料の作製と評価

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MoSi_2とMo_5Si_3粒子強化窒化ケイ素(Si_3N_4)複合材料は高強度,高靭性,耐摩耗性,耐酸化性と低摩擦性等において優れた特性を有しているので,耐摩耗部材や高温用部材として注目されている.MoSi_2とMo_5Si_3粒子強化Si_3N_4複合材料はそれぞれMoSi_2粉末を混合したSi_3N_4の成形体,又はモリブデン溶液を含浸させたSi_3N_4の仮焼体を高温で焼成することにより作製できる.MoSi_2粒子強化Si_3N_4複合材料では,MoSi_2粒子の粒径は出発原料であるMoSi_2粉末の粒径に依存し,1μm以上となるが,Mo_5Si_3粒子強化Si_3N_4複合材料では,含浸法でSi_3N_4の仮焼体に分散させた酸化モリブデンは高温焼成のプロセスでSi_3N_4と反応し,平均粒径0.1μmの球状Mo_5Si_3粒子はSi_3N_4の粒界ガラス相にその場で生成することが可能である.しかし,Mo_5Si_3粒子強化Si_3N_4複合材料では,Mo_5Si_3球状粒子の生成と同時に,酸窒化ケイ素(Si_2N_2O)針状,又は板状粒子も生成した.MoO_3の添加量の増加に伴って,Mo_5Si_3-Si_3N_4複合材料中のSi_2N_2Oの量が増加し,またその形状は針状から板状に変化する.含浸法で6mass%以下のMoO_3を添加した場合,複合材料の曲げ強度は向上したが,それ以上のMoO_3を添加すると,低強度の板状結晶粒子Si_2N_2Oが大量に生成するため,複合材料の強度は低下した.通常,Si_2N_2OはSi_3N_4とシリカに金属酸化物等の焼結助剤を添加した原料粉末を焼結することにより作製され,Si_2N_2Oの機械的性質はSi_3N_4より劣るが,その耐酸化性はSi_3N_4より優れている.このように,多くのMo_5Si_3粒子を複合したSi_3N_4複合材料の機械的性質を更に改善するには,なるべくSi_2N_2Oの生成を抑えることが必要である.一方,その耐酸化性を改善するには,逆にSi_2N_2Oの量を増やした方が有効だと考えられる.そこで,本研究では金属モリブデン粉末と酸化モリブデンの前駆体であるヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物を使って,多量のMo_5Si_3粒子をその場で生成させると同時にSi_2N_2Oの生成量を極力に抑えたMo_5Si_3粒子強化Si_3N_4複合材料とMoO_3とSi_3N_4の反応を利用し逆にSi_2N_2Oを大量に生成させたMo_5Si_3粒子強化Si_2N_2O複合材料の作製を試み,その微構造と機械的性質を評価した.
2003-11-01

その場反応によるMo_5Si_3粒子強化Si_3N_4とSi_2N_2O複合材料の作製と評価

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