[发明专利]双相共晶硅合金及其制造方法、以及使用该硅合金粉末的烧结体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及双相共晶硅合金及其制造方法，以及使用该硅合金粉末的烧结体的制造方法。

背景技术

具有双相结构的合金，由于高强度、韧性值较大，因而，在特种钢(铁合金)领域被应用于各种各样的物品。作为JIS SUS329J1而被规格化的双相不锈钢就是其中的代表性存在，各种具有双相结构的特种钢多数都在走向实用化。

另一方面，在陶瓷领域，正处于反复研究开发单相形成的陶瓷、并推进其实用化的阶段。发明人通过同时控制压力和温度而进行燃烧合成的方法，成功地开发出了以地壳中大量存在的廉价硅为原料的“硅合金”，并将其作为替代特种钢的结构材料在推进其实用化。

但是，具有双相结构的陶瓷还处于未开发状态。

现有技术文献

专利文献1：特开2004-91272号公报

专利文献2：特开2008-162851号公报

专利文献3：特许第4339352号公报

非专利文献

非专利文献1：JIS G4304-1999

非专利文献2：渡边敏幸及其他FC Report 26、68页(2008年)

发明内容

发明要解决的问题

细陶瓷(fine ceramics)与钢铁材料材质之间很大的差异就在于是否能够塑性变形。所谓的“陶瓷脆，钢铁材料黏”是一般性见解。即，由于陶瓷的破坏形态为脆性破坏，因此，它难以完全替代钢铁材料。

由于硅合金为固溶体，因而通过利用燃烧合成后的共晶反应构成双相组织的可能性较高。另外，具有双相形成的组织结构的陶瓷，如双相不锈钢那样，兼具各相的优点，显示延展性的可能性高，因此，与现有的单相形成的陶瓷相比，可以期待它有大得多的韧性。

但是，在现有的硅合金的燃烧合成方法中，由于使用了小型的燃烧合成装置并且使用了冷却能力强的冷却装置，因而冷却速度快，并且认为只能得到单相硅合金。这种情况对于钢铁等金属也是同样，要想得到共晶就需要慢冷却。因此，通过控制燃烧合成后的冷却速度，得到具有双相共晶组织的硅合金的可能性高。

另外，对于这样得到的双相共晶硅合金，如果利用已经申请并实用化的关于硅合金的制造方法(特愿2009-158407、特愿2009-202440)，也很容易进行商品化生产。

这样，通过双相共晶硅合金的开发，陶瓷能够替代通用工业材料特种钢的情况进一步增加，可以期待硅合金(金属陶瓷)的利用领域的扩大。

因此，本发明的目的在于得到具有双相结构的共晶硅合金。

解决问题的手段

本发明通过双相共晶硅合金解决了所述的问题，所述双相共晶硅合金为含有以重量百分比计硅为30-70、氮为10-45、铝为1-40、且氧为1-40的硅合金，其特征在于，具有由β′SiALON相和o′SiALON相构成的共晶组织。

另外，本发明提供双相共晶硅合金的制造方法，所述双相共晶硅合金的制造方法为含有以重量百分比计硅为30-70、氮为10-45、铝为1-40、且氧为1-40的硅合金的燃烧合成方法，其特征在于，通过将燃烧合成时的冷却速度控制在每分钟50℃以下进行冷却，得到具有由β′SiALON相和o′SiALON相构成的共晶组织的双相共晶硅合金。

进而，本发明提供双相共晶硅合金烧结体的制造方法，其特征在于，

将以下成形体保持在可以投入所述成形体具有的热容量的十倍以上的热量的烧结炉内，在常压或常压以上，且在硅气体的摩尔分数为10％以上的氮气氛围气体中，在1400℃以上1700℃以下的温度烧结，

所述成形体为由双相共晶硅合金粉末形成的成形体，该双相共晶硅合金为含有以重量百分比计硅为30-70、氮为10-45、铝为1-40、氧为1-40的硅合金，并具有由β′SiALON相和o′SiALON相构成的共晶组织。

发明效果

根据本发明，得到了破坏形态不是脆性破坏而是延性破坏的双相共晶硅合金。即，发明人成功地开发了可以塑性变形且远比现有的单相形成的陶瓷坚韧得多的陶瓷。由此，陶瓷对钢铁材料的进一步替代成为可能，从而使得陶瓷能够作为通用工业材料广泛应用于工业界。

附图说明

图1是示出本发明的双相共晶硅合金的生成区域、通过燃烧合成形成的50Si-AI-N-O的三元相图。

图2是图1以(2)-(2)线(Si：50重量％、Al：10重量％)切断的情况下的设想相图。

图3是示出本发明的双相共晶硅合金的一个实例的组成图。

图4是本发明的双相共晶硅合金粉末的X射线衍射图。