[发明专利]耐磨元件以及制造该耐磨元件的方法

说明书

本申请是国际申请日为2011年2月10日国际申请号为PCT/JP2011/052910、中国国家申请号为20118009729.X，名称为“耐磨元件以及制造该耐磨元件的方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种耐磨(耐磨损)元件以及制造该元件的方法，并且更具体地涉及一种包含主要由氮化硅所形成的陶瓷烧结体的耐磨元件，以及制造该耐磨元件的方法。

背景技术

陶瓷烧结体具有轻、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和低热膨胀系数的性能，使得陶瓷烧结体广泛地作为元件用于构成精制的装置。具体地，从优异的高硬度和耐磨性的观点来说，陶瓷烧结体已经被优选作为耐磨元件用于构成轴承。在不同的陶瓷烧结体中，氮化硅(Si₃N₄)烧结体具有高硬度和优异的耐磨性，使得氮化硅烧结体优选作为元件用于构成轴承等。

关于这种氮化硅烧结体，为了改进作为构成轴承等的耐磨元件的可靠性，一段时间以来已经进一步改进了性能。例如，已经提出了一种制造氮化硅烧结体的方法，包含步骤：

通过将钇氧化物、尖晶石、氧化铝和/或氮化铝以规定的金属元素的预定摩尔比和预定的含量比加入到氮化硅材料粉末，来制备材料粉末混合物；

制备由该材料粉末混合物所形成的压实体(模制体)；

在1400-1500℃的温度烧结该压实体；

在1500-1650℃的温度进一步烧结该压实体，由此来获得相对密度为大约98％的烧结体；和

在10atm或者更大的氮气氛中，在1400-1650℃的温度对该烧结体进行次级烧结(主烧结)操作，由此来将相对密度提高到大约99％，以便能够制造强度优异，并且在强度性能方面具有较低分散的氮化硅烧结体(例如参考专利文献1)。

另外，作为用于制造这种类型的氮化硅烧结体所用的氮化硅原料粉末，通常已知的是优选使用高纯材料粉末。例如，通过酰亚胺热分解方法所合成的高纯度材料粉末是适用的。

但是，这种高纯度材料粉末是非常昂贵的，并且因此所制造的氮化硅烧结体的机械强度和断裂韧性值倾向于变得过大，因此产生了这样的问题，即，所形成的烧结体的可加工性是不足的。

为了解决这个问题，已经论述了一种通过使用廉价的氮化硅原料粉末来制造氮化硅烧结体的方法，该氮化硅原料粉末是通过将金属Si直接氮化的直接氮化方法来制造的。该通过直接氮化方法所制造的氮化硅原料粉末具有相对大的Fe和Ca含量。

但是，已知的是当将稀土元素、铝成分和碳化硅等的含量控制到预定的范围内时，可以获得机械强度、耐磨性和滚动寿命性能等于或者大于常规烧结体的烧结体，并且所形成的烧结体的可加工性也是优异的(例如参见专利文献2)。

如上所述，当由该含有氮化硅原料粉末的材料粉末的混合物所形成的压实体(模制体)进行初级烧结时，获得了相对密度为大约98％的烧结体。其后，将所形成的烧结体进一步在压力为10atm或者更大的氮气氛中进行次级烧结操作，从而获得相对密度高于98％、优选99％或者更大的烧结体，由此来制造强度优异，并且强度性能分散较小的氮化硅烧结体。

但是，为了在初级烧结操作获得大约98％的相对密度，必须严格的控制该制造方法，因此产生了这样的问题，即，制造氮化硅烧结体所需的生产成本不利地增加了。

如上所述，通过直接氮化方法所制造的氮化硅材料粉末的成本是相对低的。此外，当将包含在氮化硅材料粉末中的稀土元素、铝成分和碳化硅等的量控制到预定的范围内时，可以制造这样的氮化硅烧结体，其具有优异的机械强度、耐磨性和滚动寿命(rolling life)性能等，特别是优异的加工性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请(公开)No.06-080470

专利文献2：国际专利申请(公开)No.WO2005/030674

发明内容

本发明所要解决的技术问题

但是，因此所制造的氮化硅烧结体表现出它特性的离差(分散性)，因此当这些氮化硅烧结体在更苛刻的条件下用作耐磨元件时，产生了这样的问题，即，一些烧结体具有不足的特性。此外，因为存在上述特性的离差(dispersion)，当烧结体加工成耐磨元件时，一些烧结体在加工过程等期间易于损坏，因此产生了在耐磨元件制造加工时，产率降低的严重问题。