Effect of h-BN Content on Microstructure and Mechanical Properties of Si3N4

$Si_{3}N_{4}$-BN based machinable ceramics were fabricated by hot-pressing at $1800^{\circ}C$ for 2 h under a pressure of 25 MPa. The microstructure, mechanical properties, and machinability were investigated. With increasing h-BN content from 5 vol% to 30 vol%, three point flexural strength decreased from 1000 MPa of monolithic S $i_3$ $N_4$ to 720～400 MPa. The fracture toughness, $K_{IC}$ , was decreased from 7.6 MPaㆍ$m^{1/2}$ of monolithic S $i_3$ $N_4$ to 6.5～4.1 MPaㆍ$m^{1/2}$. The grain size and aspect ratio of $\beta$-S $i_3$ $N_4$ slightly decreased with increasing h-BN content. S $i_3$ $N_4$ monolith could not be machined due to brittle fracture, but S $i_3$ $N_4$-BN based machinable ceramics could be machined without fracture, showing excellent machinability. With increasing h-BN content, the thurst force during cutting and micro-drilling process was decreased.

질화규소의 미세조직과 기계적 성질에 미치는 h-BN 첨가의 영향

$Si_{3}N_{4}$-BN계 기계 가공서 세라믹스를 $1800^{\circ}C$에서 2시간동안 25MPa의 압력하에서 열간 가압소결하여 제조하였다. $Si_{3}N_{4}$ 매트릭스에 판상의 h-BN 첨가량을 5-30 vol%까지 증가함에 따라 굽힘강도는 $Si_{3}N_{4}$ 단미의 1000 MPa에서 720~400 MPa로 감소하였고, 파괴인성도 $Si_{3}N_{4}$ 단미의 7.6MPaㆍ$m^{1/2}$에서 6.5~4.1 MPaㆍ$m^{1/2}$로 감소하였다. $\beta$-$Si_{3}N_{4}$의 결정립 크기와 형상비는 h-BN 첨가에 의해 약간 감소하였다. $Si_{3}N_{4}$ 단미는 절삭시 취성 파괴를 나타내어 절삭이 불가능하였으나, $Si_{3}N_{4}$-BN계 기계 가공서 세라믹스는 파괴가 발생하지 않으면서 절삭이 가능하여, 우수한 기계 가공성을 나타내었다. h-BN 함량이 증가할수록 절삭과 마이크로 드릴링시의 절삭력은 감소하였다.