JP2015086125A - Nitrogen and silicon-based sintered body and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、焼結性が悪いために緻密な焼結体が製造されてこなかった、酸化物助剤を含まない緻密な窒素・ケイ素系焼結体に関するもので、より詳しくは、焼結性に優れたLn2Si4N6C（LnはSc、Yまたはランタノイド元素）化合物や、LnSi3N5化合物から得られる緻密な窒素・ケイ素系焼結体、およびこの二つの化合物を窒化ケイ素に加えて得られる窒素・ケイ素系焼結体ならびにその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a dense nitrogen / silicon-based sintered body that does not contain an oxide auxiliary agent and has not been produced due to poor sinterability. Ln 2 Si 4 N 6 C (Ln is Sc, Y or a lanthanoid element) compound, a dense nitrogen / silicon-based sintered body obtained from LnSi 3 N 5 compound, and these two compounds into silicon nitride In addition, the present invention relates to a nitrogen / silicon-based sintered body and a method for producing the same.
窒素・ケイ素系焼結体は、強度、硬度、靭性が大きく、耐酸化性に優れ、耐食性に富み、熱伝導性に優れ、高温においても強度の低下が小さい等の優れた特性を有するセラミック材料である。工業的な利用も多方面にわたっている。すなわち、ターボチャージャーローター、ディーゼルエンジンおよびグロープラグやホットプラグなどの自動車部品、研削用チップなどの機械器具用部材、ガスタービン用タービンブレードや燃焼室壁などの熱機関部材、高周波トランジスタやパワーデバイス用の電気絶縁基板などとして使われている。 Nitrogen / silicon-based sintered body is a ceramic material with excellent properties such as high strength, hardness, toughness, excellent oxidation resistance, excellent corrosion resistance, excellent thermal conductivity, and low strength drop even at high temperatures. It is. There are many industrial uses. In other words, turbocharger rotors, diesel engines, automotive parts such as glow plugs and hot plugs, machine tool parts such as grinding chips, heat engine parts such as gas turbine turbine blades and combustion chamber walls, high frequency transistors and power devices It is used as an electrical insulating substrate.
これまで、強度の大きい窒素・ケイ素系焼結体を作ることができる窒化ケイ素系化合物、難焼結性の窒化ケイ素を焼結できる窒化ケイ素系化合物は知られていなかった。そのため、難焼結性の窒化ケイ素を焼結するために、アルミナ、マグネシヤ、希土類酸化物をなどの酸化物系助剤を添加して、緻密な焼結体を製造してきた（例えば、非特許文献１参照）。窒化ケイ素は、２００W/m・K以上の熱伝導性があるといわれている。この高熱伝導性は、窒化アルミニウムに次ぐ大きさである。窒素・ケイ素系焼結体の強度と靭性とは、セラミックスの中でジルコニア焼結体に次ぐ大きさであり、さらにジルコニア焼結体に比べ、高温での強度がはるかに大きいという特徴を有している。この窒素・ケイ素系焼結体の大きい強度は、直径が数ミクロン以下で、長さが２０ミクロンから数ミクロンの柱状結晶（底辺は六角形）が絡み合った組織によって説明されている。 Up to now, there has been no known silicon nitride compound capable of producing a strong nitrogen / silicon sintered body and silicon nitride compound capable of sintering difficult-to-sinter silicon nitride. Therefore, in order to sinter difficult-to-sinter silicon nitride, oxide-based auxiliary agents such as alumina, magnesia, and rare earth oxides are added to produce a dense sintered body (for example, non-patent Reference 1). Silicon nitride is said to have a thermal conductivity of 200 W / m · K or more. This high thermal conductivity is the second largest after aluminum nitride. The strength and toughness of nitrogen / silicon-based sintered bodies are the second largest in ceramics after zirconia sintered bodies, and the strength at high temperatures is much higher than that of zirconia sintered bodies. ing. The high strength of this nitrogen / silicon-based sintered body is explained by a structure in which columnar crystals (the base is hexagonal) having a diameter of several microns or less and a length of 20 microns to several microns are intertwined.
通常のセラミックスにおいては、焼結体の組織が球状の粒で主に構成されているので、破壊のクラックは粒界の弱い部分をその経路にし、ほぼ直線的に進行することができ、クラックの進展はあまり妨害されず行われる。しかし、窒素・ケイ素系焼結体では、先に述べたように、その組織が大きさの異なる柱状の結晶が絡み合った状態であり、クラックの進展は粒界の弱い部分を選択して進行するために、大きくその方向を変えるか、強度の大きい結晶を壊して直進するか、小さい柱状晶を引き抜いて直進するかいずれかの方法、あるいはこの三つの進展の仕方の混合方式となる。これは、球状粒の組織と比較して大きなエネルギーを必要とすることを意味し、結果的にはクラックの進展が妨げられ、強度と靭性とが大きくなっている。 In ordinary ceramics, the structure of the sintered body is mainly composed of spherical particles, so the fracture cracks can travel almost linearly with the weak part of the grain boundary as its path. Progress is made without much interruption. However, in the nitrogen / silicon-based sintered body, as described above, columnar crystals having different sizes are intertwined, and the crack progresses by selecting a weak part of the grain boundary. For this reason, either the direction is largely changed, the crystal having high strength is broken and straightened, or the small columnar crystal is drawn and straightened, or a mixed method of these three methods of development is adopted. This means that a larger energy is required as compared with the structure of the spherical particles, and as a result, the progress of cracks is hindered, and the strength and toughness are increased.
窒化ケイ素中の窒素とケイ素との拡散係数は、高温においても急激に大きくはならないが、酸素の拡散係数は、１５００℃のような高温においては急激に大きくなる。このために、酸化物助剤を含む窒素・ケイ素系焼結体は、高温において塑性変形するようになり、本来の窒化ケイ素とは異なり、強度と硬度とは大きく低下するようになる。酸化物助剤は、窒化ケイ素より強度が小さく、焼結体中の窒化ケイ素結晶の粒界に存在している。この焼結体は、窒化ケイ素結晶が酸化物助剤により結合され、弱い物質が強い窒化ケイ素粒を結合しているという状態である。強度の大きい窒化ケイ素系の助剤で焼結できれば、室温および高温での強度を大きくできる。さらに、酸化物助剤が窒化ケイ素結晶の中に固溶し、あるいは窒素・ケイ素系焼結体の粒界に存在し、それがフォノン散乱要因となっているため、本来持っている優れた窒化ケイ素の熱伝導性が小さくなっている。このために、酸化物ではなく窒化物を焼結助剤とすれば、焼結体中の窒化ケイ素結晶中への酸素の混入を阻止すること、あるいは窒化ケイ素粒界での酸化物の存在をなくすことができる。 The diffusion coefficient between nitrogen and silicon in silicon nitride does not increase rapidly even at high temperatures, but the diffusion coefficient of oxygen increases rapidly at high temperatures such as 1500 ° C. For this reason, the nitrogen / silicon-based sintered body containing the oxide auxiliary agent is plastically deformed at a high temperature, and the strength and hardness are greatly reduced unlike the original silicon nitride. The oxide auxiliary agent has a lower strength than silicon nitride and exists at the grain boundaries of silicon nitride crystals in the sintered body. This sintered body is in a state in which silicon nitride crystals are bonded by an oxide auxiliary agent and weak substances are bonded to strong silicon nitride grains. If sintering can be performed with a silicon nitride-based auxiliary having a high strength, the strength at room temperature and high temperature can be increased. In addition, the oxide aid is dissolved in the silicon nitride crystal, or exists at the grain boundary of the nitrogen / silicon-based sintered body, which is a phonon scattering factor. The thermal conductivity of silicon is low. For this reason, if nitride rather than oxide is used as a sintering aid, it prevents the mixing of oxygen into the silicon nitride crystal in the sintered body or the presence of oxide at the silicon nitride grain boundary. Can be eliminated.
従来、高熱伝導性の窒素・ケイ素系焼結体を製造する試みが行われている。すなわち、窒化ケイ素粉にMgSiN2を添加し、緻密な焼結体を製造する試みである。しかし、この化合物は、窒化ケイ素を焼結する焼結助剤としての機能が小さいので、原料のSi3N4粉にSc2O3、Y2O3、Nd2O3、Yb2O3等の希土類酸化物や、HfO2、ZrO2などの酸化物助剤を付加添加し、緻密な焼結体を製造している。この方法で得られる窒素・ケイ素系焼結体は、酸化物助剤のみを用いたものより高い熱伝導率を示している（例えば、特許文献１参照）。別の製造方法では、ケイ素粉あるいはケイ素と窒化ケイ素との混合粉とを用い、MgSiN2と希土類酸化物とを同時に加え、窒素ガス中で加熱することで、ケイ素を窒化しながら焼結することで緻密化を達成し、熱伝導性の大きな窒素・ケイ素系焼結体が製造されている（例えば、特許文献２参照）。これらの例で見られるように、これまでの窒素・ケイ素系焼結体の製造では、希土類酸化物などの酸化物助剤の添加が補助的にも不可欠であり、完全に窒化ケイ素系の化合物を助剤とする窒素・ケイ素系焼結体は製造されてこなかった。 In the past, attempts have been made to produce highly heat conductive nitrogen / silicon-based sintered bodies. That is, it is an attempt to produce a dense sintered body by adding MgSiN 2 to silicon nitride powder. However, since this compound has a small function as a sintering aid for sintering silicon nitride, Sc 2 O 3 , Y 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Yb 2 O 3 is added to the raw material Si 3 N 4 powder. A dense sintered body is manufactured by adding rare earth oxides such as HfO 2 , ZrO 2 and other oxide assistants. The nitrogen / silicon-based sintered body obtained by this method shows higher thermal conductivity than that using only an oxide auxiliary agent (see, for example, Patent Document 1). In another manufacturing method, silicon powder or a mixed powder of silicon and silicon nitride is used, and MgSiN 2 and rare earth oxide are simultaneously added and heated in nitrogen gas to sinter while nitriding silicon. A nitrogen / silicon-based sintered body that achieves densification and has high thermal conductivity has been manufactured (for example, see Patent Document 2). As can be seen in these examples, the addition of oxide assistants such as rare earth oxides is indispensable in the production of conventional nitrogen / silicon-based sintered bodies. Nitrogen / silicon-based sintered bodies using as an auxiliary have not been produced.
窒素・ケイ素系焼結体を製造するためには、焼結助剤に、アルミナ、マグネシヤ、希土類酸化物などの酸化物を使用する製造方法が従来から行われてきた。酸化物助剤の代わりに、MgSiN2を助剤とする製造方法も提案されたが、ここでも補助的な焼結助剤として酸化物の添加が行われている。酸化物助剤の添加量を少なくすることで、酸化物によるフォノン散乱は少なくなり、確実に窒化物ケイ素焼結体の熱伝導性は改善されている。酸化物の助剤の影響を完全に除去できないために、窒化ケイ素の本来の性質を持った焼結体の製造に成功したとは言いがたい状態であるが、酸化物助剤の低減により熱伝導性の改善が大幅になされている。 In order to manufacture a nitrogen / silicon-based sintered body, a manufacturing method using an oxide such as alumina, magnesia, rare earth oxide or the like as a sintering aid has been conventionally performed. A manufacturing method using MgSiN 2 as an auxiliary agent instead of an oxide auxiliary agent has also been proposed, but again, an oxide is added as an auxiliary sintering auxiliary agent. By reducing the addition amount of the oxide auxiliary agent, phonon scattering by the oxide is reduced, and the thermal conductivity of the nitride silicon sintered body is surely improved. Since the influence of the oxide auxiliary agent cannot be completely removed, it is difficult to say that the sintered body having the original properties of silicon nitride has been successfully produced. There has been a significant improvement in conductivity.
アルミナ、マグネシヤ、希土類酸化物は、室温および高温での強度は窒化ケイ素のそれに比べて小さく、窒化ケイ素とは異なる化学組成のためフォノン散乱の原因となり、窒素・ケイ素系焼結体に対し負の影響が大きいので、酸化物助剤の添加無しに窒素・ケイ素系焼結体を製造できる技術を開発すれば、室温と高温での強度は大きくなり、フォノン散乱の原因がなくなるめに熱伝導性が改善できる。 Alumina, magnesia, and rare earth oxides have a lower strength at room temperature and higher temperature than that of silicon nitride, which causes phonon scattering due to the chemical composition different from that of silicon nitride. Because it has a great influence, if a technology that can produce a nitrogen / silicon-based sintered body without the addition of an oxide auxiliary agent is developed, the strength at room temperature and high temperature will increase, and the cause of phonon scattering will be eliminated. Can be improved.
そこで、本発明は、酸化物助剤を含まず、室温や高温での強度が大きく、熱伝導性に優れた窒素・ケイ素系焼結体およびその製造方法を提供することを目的としている。窒化物系化合物としては多くの化合物が存在しているが、本発明者等は、それらの中から、それ自身も焼結して緻密で強度の大きな焼結体を与え、かつ窒化ケイ素粉を焼結できる機能を持った化合物の探索を行った。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitrogen / silicon-based sintered body that does not contain an oxide auxiliary agent, has high strength at room temperature or high temperature, and has excellent thermal conductivity, and a method for producing the same. There are many compounds as nitride-based compounds, but the present inventors also sintered themselves to give a dense sintered body with high strength, and silicon nitride powder. We searched for compounds that have the ability to sinter.
本発明者等は、上記の課題を解決するために、窒化物系の化合物の検索とそれを使った焼結実験を行った結果、Ln2Si4N6CとLnSi3N5の各化合物は、それ自身が焼結し、さらに窒化ケイ素粉を焼結できる能力を持っていることを見つけることができた。これらを使えば、酸化物助剤を補助的にも使う必要がなくなり、完全に酸素を含まない窒素・ケイ素系焼結体が得られる。 In order to solve the above problems, the present inventors conducted a search for a nitride compound and a sintering experiment using the compound, and as a result, each compound of Ln 2 Si 4 N 6 C and LnSi 3 N 5 Was found to have the ability to sinter itself and further sinter silicon nitride powder. If these are used, it is not necessary to use an auxiliary oxide, and a nitrogen / silicon-based sintered body containing no oxygen is obtained.
本発明によれば、窒化ケイ素（Si3N4）を９７重量％から０重量％含み、窒化ケイ素系化合物のLn2Si4N6C（LnはSc、Yまたはランタノイド元素）を３重量％から１００重量％含むことを特徴とする窒素・ケイ素系焼結体が得られる。 According to the present invention, silicon nitride (Si 3 N 4 ) is contained in an amount of 97 wt% to 0 wt%, and the silicon nitride compound Ln 2 Si 4 N 6 C (Ln is Sc, Y or a lanthanoid element) is 3 wt%. To 100% by weight of a nitrogen / silicon-based sintered body.
また、本発明によれば、窒化ケイ素（Si3N4）を９７重量％から０重量％含み、窒化ケイ素系化合物のLnSi3N5（LnはSc、Yまたはランタノイド元素）を３重量％から１００重量％含むことを特徴とする窒素・ケイ系素焼結体が得られる。 Further, according to the present invention, silicon nitride (Si 3 N 4 ) is contained in an amount of 97% to 0% by weight, and a silicon nitride compound LnSi 3 N 5 (Ln is Sc, Y or a lanthanoid element) is added from 3% by weight. A nitrogen / silica-based element sintered body containing 100% by weight is obtained.
また、本発明によれば、窒化ケイ素粉が９７重量％から０重量％の範囲になり、Ln2Si4N6C化合物粉（LnはSc、Yまたはランタノイド元素）が３重量％から１００重量％の範囲になるよう、前記窒化ケイ素粉と前記Ln2Si4N6C化合物粉とを混合し、この混合粉を窒素ガス中で、１５００℃から１９００℃の範囲で、５分から１０時間の間焼結することを特徴とする窒素・ケイ素系焼結体の製造方法が得られる。 Further, according to the present invention, the silicon nitride powder is in the range of 97 wt% to 0 wt%, and the Ln 2 Si 4 N 6 C compound powder (Ln is Sc, Y or a lanthanoid element) is 3 wt% to 100 wt%. The silicon nitride powder and the Ln 2 Si 4 N 6 C compound powder are mixed so as to be in the range of%, and this mixed powder is in a range of 1500 ° C. to 1900 ° C. for 5 minutes to 10 hours in nitrogen gas. A method for producing a nitrogen / silicon-based sintered body, characterized by performing inter-sintering, is obtained.
また、本発明によれば、前記Ln2Si4N6C化合物粉を使用する代わりに、焼結中に反応してLn2Si4N6Cを生成するよう、２モルのLnN粉と、１モルのSi3N4粉と、１モルのSiC粉とを混合して焼結することを特徴とする窒素・ケイ素系焼結体の製造方法が得られる。 In addition, according to the present invention, instead of using the Ln 2 Si 4 N 6 C compound powder, 2 mol of LnN powder to react during sintering to produce Ln 2 Si 4 N 6 C; A method for producing a nitrogen / silicon-based sintered body is obtained, wherein 1 mol of Si 3 N 4 powder and 1 mol of SiC powder are mixed and sintered.
また、本発明によれば、窒化ケイ素粉が９７重量％から０重量％の範囲になり、LnSi3N5化合物粉（LnはSc、Yまたはランタノイド元素）が３重量％から１００重量％の範囲になるよう、前記窒化ケイ素粉と前記LnSi3N5化合物粉とを混合し、この混合粉を窒素ガス中で、１５００℃から１９００℃の範囲で、５分から１０時間の間焼結することを特徴とする窒素・ケイ素系焼結体の製造方法が得られる。 According to the present invention, silicon nitride powder is in the range of 97% to 0% by weight, and LnSi 3 N 5 compound powder (Ln is Sc, Y or lanthanoid element) is in the range of 3% to 100% by weight. The silicon nitride powder and the LnSi 3 N 5 compound powder are mixed so that the mixture powder is sintered in a range of 1500 ° C. to 1900 ° C. for 5 minutes to 10 hours in nitrogen gas. A characteristic method for producing a nitrogen / silicon-based sintered body is obtained.
更に、本発明によれば、前記LnSi3N5化合物粉を使用する代わりに、焼結中に反応してLnSi3N5を生成するよう、１モルのLnN粉と、１モルのSi3N4粉とを混合して焼結することを特徴とする窒素・ケイ素系焼結体の製造方法が得られる。 Further, according to the present invention, instead of using the LnSi 3 N 5 compound powder, 1 mol of LnN powder and 1 mol of Si 3 N are reacted to produce LnSi 3 N 5 during the sintering. A method for producing a nitrogen / silicon-based sintered body obtained by mixing and sintering four powders is obtained.
本発明によれば、酸化物助剤を含まず、室温や高温での強度が大きく、熱伝導性に優れた窒素・ケイ素系焼結体およびその製造方法を提供することができる。また、高温度での強度や熱伝導率の低下の少ない機械材料および絶縁性基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a nitrogen / silicon-based sintered body that does not contain an oxide auxiliary agent, has high strength at room temperature or high temperature, and has excellent thermal conductivity, and a method for producing the same. In addition, it is possible to provide a mechanical material and an insulating substrate with little decrease in strength and thermal conductivity at high temperatures.
本発明で助剤として使用される二つの化合物は、複数の方法で製造される。LnSi3N5に関しては、Si3N4とLn2O3とを窒素ガス中で２０００℃で反応させる、あるいはLaNとSi3N4とを窒素ガス中で１７００℃で反応させて得られる。Ln2Si4N6Cについては、炭素熱還元法を利用した方法がある。例えば、Y2Si4N6Cの場合には、８Si3N4、６Y2O3、１５C、２N2を１５００℃の温度で反応させ、６Y2Si4N6Cと９CO2（ガス）とを生成させる反応によって合成されている。さらに別の報告では、４Si3N4、６YN、CおよびN2とを１７５０℃で反応させ、３Y2Si4N6Cと３H2の生成物を得る反応で製造している。 The two compounds used as auxiliaries in the present invention are produced in several ways. LnSi 3 N 5 can be obtained by reacting Si 3 N 4 and Ln 2 O 3 in nitrogen gas at 2000 ° C. or reacting LaN and Si 3 N 4 in nitrogen gas at 1700 ° C. For Ln 2 Si 4 N 6 C, there is a method using a carbothermal reduction method. For example, in the case of Y 2 Si 4 N 6 C, 8Si 3 N 4 , 6Y 2 O 3 , 15C and 2N 2 are reacted at a temperature of 1500 ° C., and 6Y 2 Si 4 N 6 C and 9CO 2 (gas) are reacted. It is synthesized by a reaction that generates In yet another report, 4Si 3 N 4 , 6YN, C and N 2 are reacted at 1750 ° C. to produce 3Y 2 Si 4 N 6 C and 3H 2 products.
Ln2Si4N6C化合物あるいはLnSi3N5化合物は、窒化ケイ素とは異なりそれ自身で焼結して緻密な焼結体となる。この焼結体の組織は、大きさの異なる柱状の結晶が絡み合った構造で、窒素・ケイ素系焼結体の組織的特徴を有し、かつこの柱状結晶の強度が大きいので、焼結体が高強度・高靭性になる条件を満たしている。化合物の焼結に際し、化合物の粉を使用することができる。また、Ln2Si4N6C化合物に関しては、２モルのLnN、１モルのSi3N4、１モルのSiCの各粉体を用い、焼結中に反応してLn2Si4N6C化合物の緻密な焼結体になる。LnSi3N5化合物に関しては、LnNとSi3N4とが反応して緻密なLnSi3N5化合物の焼結体とすることができる。 Unlike silicon nitride, the Ln 2 Si 4 N 6 C compound or LnSi 3 N 5 compound is sintered by itself and becomes a dense sintered body. The structure of this sintered body is a structure in which columnar crystals of different sizes are intertwined, and has the structural characteristics of a nitrogen / silicon-based sintered body, and the strength of this columnar crystal is great, It meets the conditions for high strength and toughness. In sintering the compound, a powder of the compound can be used. As for the Ln 2 Si 4 N 6 C compound, 2 mol of LnN, 1 mol of Si 3 N 4 , and 1 mol of SiC powder were used and reacted during sintering to react with Ln 2 Si 4 N 6. It becomes a dense sintered body of C compound. As for the LnSi 3 N 5 compound, LnN and Si 3 N 4 react to form a dense sintered body of the LnSi 3 N 5 compound.
次いで、Ln2Si4N6C化合物あるいはLnSi3N5化合物と、Si3N4粉とを混合して得られる窒素・ケイ素系焼結体の組織について説明する。それぞれの二つの化合物を助剤にして得られる緻密な焼結体は、底辺が六角で大きさの異なる円柱状結晶から構成されている。この組織は、従来から報告されている酸化物を助剤とする窒素・ケイ素系焼結体の組織と同じである。化合物の量が窒化ケイ素に比較して少ない場合には、化合物が大きな結晶の形をとることなく窒化ケイ素粒の粒界に存在している。窒化ケイ素に対し化合物の量が多くなると、焼結助剤として窒化ケイ素粒界に存在して焼結を促進するために必要とされる量以上の化合物は、本来の結晶の形を取って窒化ケイ素結晶と混在するようになる。化合物結晶も窒化ケイ素系であり、酸化物結晶とは異なり強度が大きいので、窒化ケイ素結晶と化合物との混在した組織が形成されても、窒素・ケイ素系焼結体の強度と靭性とが低下することはない。ただし、化合物の窒化ケイ素粉に対する添加量が少なくなると、その焼結機能が低下するために、その添加量は３重量％以上にする必要がある。化合物を使用する代わりに、Ln2Si4N6Cに関しては、２モルのLnNと１モルのSi3N4と１モルのSiCとを、この割合で一定量をSi3N4粉と混合し、焼結中にこれらが反応して化合物を生成することで焼結機能を発揮させ、焼結体を得ることもできる。LnSi3N5については、１モルのLnNと１モルのSi3N4とを、この割合で一定量をSi3N4粉と混合し、焼結中にLnSi3N5化合物を生成させて焼結を促進して、焼結体を得ることができる。 Next, the structure of the nitrogen / silicon-based sintered body obtained by mixing the Ln 2 Si 4 N 6 C compound or the LnSi 3 N 5 compound and the Si 3 N 4 powder will be described. A dense sintered body obtained by using each of the two compounds as auxiliary agents is composed of columnar crystals having hexagonal bases and different sizes. This structure is the same as the structure of a nitrogen / silicon-based sintered body using an oxide as an auxiliary agent that has been reported in the past. When the amount of the compound is smaller than that of silicon nitride, the compound exists at the grain boundary of the silicon nitride grains without taking a large crystal form. When the amount of the compound increases with respect to silicon nitride, the compound exceeding the amount required to promote sintering existing in the silicon nitride grain boundary as a sintering aid takes the form of the original crystal and is nitrided. It becomes mixed with silicon crystal. Since compound crystals are also silicon nitride and have high strength unlike oxide crystals, the strength and toughness of nitrogen / silicon-based sintered bodies are reduced even when a mixed structure of silicon nitride crystals and compounds is formed. Never do. However, if the amount of the compound added to the silicon nitride powder decreases, the sintering function is lowered, so the amount added must be 3% by weight or more. Mixing Instead of using compounds, for Ln 2 Si 4 N 6 C, and 2 moles of LnN with one mole of Si 3 N 4 1 a mole of SiC, a certain amount at this ratio and Si 3 N 4 powder Then, these can react during sintering to produce a compound, thereby exhibiting a sintering function and obtaining a sintered body. For LnSi 3 N 5 , 1 mol of LnN and 1 mol of Si 3 N 4 are mixed in this proportion with a certain amount of Si 3 N 4 powder to produce LnSi 3 N 5 compound during sintering. Sintering can be promoted to obtain a sintered body.
焼結体の製造について具体的に説明すると次のようになる。窒素・ケイ素系焼結体を得るために定量した原料粉体を混合するのに、乾式混合と湿式混合の２種類の方法を適用できる。一般的には、水あるいはアルコールの溶媒を使った湿式の方が、混合効率が良いので使われている。原料粉体を溶媒に投入しスラリーを作る。このスラリーをボールミル、遊星ボールミル、自転公転ミキサー、またはアペックスミルを使い、３分から３時間の範囲で混合する。３分以下では混合が不十分であり、３時間以上行っても混合への効果は少ない。LnNの中で、例えばLaNのように空気中において不安定で酸化されやすいものについては、混合を窒素ガスなどの不活性ガス中で行うと、混合中の酸化を防ぐことができる。 The production of the sintered body will be specifically described as follows. Two methods, dry mixing and wet mixing, can be applied to mix the raw material powder determined in order to obtain a nitrogen / silicon-based sintered body. In general, the wet method using a solvent of water or alcohol is used because the mixing efficiency is better. Raw material powder is put into a solvent to make a slurry. This slurry is mixed in a range of 3 minutes to 3 hours using a ball mill, a planetary ball mill, a rotation and revolution mixer, or an apex mill. Mixing is insufficient for 3 minutes or less, and even if it is performed for 3 hours or more, the effect on mixing is small. Among LnNs, for example, those that are unstable and easily oxidized in the air, such as LaN, can be prevented from being oxidized when mixing is performed in an inert gas such as nitrogen gas.
混合して得られた原料を使って焼結する方法には、２つの方法がある。一つは、スラリーの溶媒の量を調整してから、射出成型機や押出し成型機を使って生成型体を作り、この生成型体を十分乾燥してから、雰囲気焼結炉を用いて焼結する方法である。この焼結の雰囲気は窒素ガスであり、その圧力は大気圧の０．０５MPaから３００MPaの範囲である。０．０５MPa以下では、窒化物からの窒素の蒸発の可能性があり、３００MPa以上になるとこの圧力を支える金属容器の材質で制限されるようになる。焼結温度は１５００℃から１９００℃の範囲である。１５００℃以下では焼結を十分に進行させることができない。１９００℃以上になると窒化物の分解が始まる。焼結時間は５分から１０時間である。５分以下では焼結が十分に行われない。１０時間以下で焼結が十分に進行しており、これ以上の時間を必要としない。 There are two methods for sintering using raw materials obtained by mixing. First, after adjusting the amount of solvent in the slurry, make a production mold using an injection molding machine or an extrusion molding machine, dry the production mold sufficiently, and then fire it using an atmosphere sintering furnace. It is a way to tie. The sintering atmosphere is nitrogen gas, and the pressure is in the range of 0.05 MPa to 300 MPa of atmospheric pressure. If it is 0.05 MPa or less, there is a possibility of evaporation of nitrogen from the nitride, and if it is 300 MPa or more, it is limited by the material of the metal container that supports this pressure. The sintering temperature is in the range of 1500 ° C to 1900 ° C. If the temperature is 1500 ° C. or lower, the sintering cannot be sufficiently advanced. When the temperature reaches 1900 ° C. or higher, the decomposition of nitride begins. The sintering time is 5 minutes to 10 hours. Sintering is not sufficiently performed in 5 minutes or less. Sintering is sufficiently advanced in 10 hours or less, and no more time is required.
もう一つの焼結法は、スラリーを乾燥し、あるいはスラリーから造粒してペレットを作って乾燥し、これら乾燥原料を黒鉛型につめ、ホットプレスあるいは放電プラズマ焼結機を用いて加圧焼結する方法である。加圧焼結の雰囲気は窒素ガスであり、ガス圧は０．０５MPaから０．２MPaの範囲である。０．２MPa以下とするのは、加圧焼結機が耐圧容器となっていないためである。焼結温度は、無加圧焼結と同じ１５００℃から１９００℃の範囲である。焼結のための加圧力は５MPaから３００MPaである。５MPa以下では、圧力の効果が小さく無加圧焼結と変わらない製品となる。３００MPaを上限にするのはこれ以上に加圧できる黒鉛型が存在しないためである。 In another sintering method, the slurry is dried or granulated from the slurry to form pellets and dried. The dried raw materials are packed into a graphite mold and subjected to pressure sintering using a hot press or a discharge plasma sintering machine. It is a way to tie. The atmosphere of pressure sintering is nitrogen gas, and the gas pressure is in the range of 0.05 MPa to 0.2 MPa. The reason why the pressure is set to 0.2 MPa or less is that the pressure sintering machine is not a pressure vessel. The sintering temperature is in the range of 1500 ° C. to 1900 ° C., which is the same as pressureless sintering. The applied pressure for sintering is 5 MPa to 300 MPa. If it is 5 MPa or less, the effect of pressure is small, and the product is the same as pressureless sintering. The reason why the upper limit is set to 300 MPa is that there is no graphite mold that can pressurize more than this.
１００から３００MPaの窒素ガス中の高圧ガス処理条件下で、一旦焼結した窒素・ケイ素系焼結体を１５００℃から１９００℃の温度範囲で再処理することにより、焼結体に含まれる欠陥を除去することができ、材料としての寿命や強度、靭性を大きくでき、材料としての信頼性を向上できる。この場合、１００MPa以下のガス圧下では欠陥を除くことが十分に果たされない。 Under the high-pressure gas treatment conditions in nitrogen gas of 100 to 300 MPa, the nitrogen-silicon-based sintered body that has been sintered once is reprocessed in the temperature range of 1500 ° C. to 1900 ° C., thereby removing defects contained in the sintered body. It can be removed, the life, strength and toughness of the material can be increased, and the reliability of the material can be improved. In this case, the defects are not sufficiently removed under a gas pressure of 100 MPa or less.
本発明の窒素・ケイ素系焼結体は、その組織が大きさの異なる柱状結晶が絡み合った構造になっている。そのために、球状結晶で構成されているほかのセラミックス材料に比較して、強度と靭性とが２倍近く、あるいはそれ以上に大きくなっている。すなわち、本発明の窒素・ケイ素系焼結体の強度は、８００MPa以上であり、靭性は８MPa・ｍ1/2以上となっている。 The nitrogen / silicon-based sintered body of the present invention has a structure in which columnar crystals having different sizes are intertwined. For this reason, the strength and toughness are nearly doubled or larger than other ceramic materials made of spherical crystals. That is, the strength of the nitrogen / silicon-based sintered body of the present invention is 800 MPa or more, and the toughness is 8 MPa · m 1/2 or more.
窒化ケイ素粉（９５％以上α）19.253g、YbN粉0.675g、SiC粉0.072gをアルコール１５ｍｌに加えてスラリーを作り、自転公転ミキサーを使い、２０００ｒｐｍの条件下で、２０分間混合した。このスラリーを乾燥後、放電プラズマ焼結機を使い、４０ＭＰａの加圧下で、０．１ＭＰａの窒素ガスの雰囲気で、１７００℃まで２０分で昇温し、この温度に１５分間保持して焼結を完了し、窒素・ケイ素系焼結体を得た。この焼結体は、Yb2Si4N6Cを５ｗｔ％含み、そのかさ密度が３．２４ｇ/ｍｌとなっており、曲げ強度は１０５０ＭＰａと大きく、破壊靭性値は１０．５ＭＰａ・ｍ１／２である。この焼結体の曲げ強度を測定した試料の破断面を観察した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真は、図１のようになる。直径が３ミクロン以下で長さが１０ミクロンの大きい柱状の結晶から、直径０．３ミクロンで長さが２から３ミクロンの小さい柱状結晶が絡み合った構造であり、小さい結晶の引き抜きにより穴が生成しているのが分かる。 19.253 g of silicon nitride powder (95% or more α), 0.675 g of YbN powder, and 0.072 g of SiC powder were added to 15 ml of alcohol to form a slurry, which was mixed for 20 minutes under the condition of 2000 rpm using a rotating and rotating mixer. After drying this slurry, using a discharge plasma sintering machine, the temperature was raised to 1700 ° C. in 20 minutes under a pressure of 40 MPa in a nitrogen gas atmosphere of 0.1 MPa, and this temperature was maintained for 15 minutes to sinter. Was completed to obtain a nitrogen / silicon-based sintered body. This sintered body contains 5 wt% of Yb 2 Si 4 N 6 C, has a bulk density of 3.24 g / ml, a bending strength as high as 1050 MPa, and a fracture toughness value of 10.5 MPa · m 1 / 2 . A scanning electron microscope (SEM) photograph observing the fracture surface of the sample for which the bending strength of the sintered body was measured is as shown in FIG. A structure in which a large columnar crystal with a diameter of 3 microns or less and a length of 10 microns is entangled with a small columnar crystal with a diameter of 0.3 microns and a length of 2 to 3 microns. You can see that
窒化ケイ素粉（９５％以上α）を18.090g、YNを粉1.599g、SiC粉を0.311gの量で秤量し、これらすべてをアルコール１５ｍｌに加えてスラリーを作り、自転公転ミキサーを使い、２０００ｒｐｍの条件下で、２０分間混合した。このスラリーを乾燥後、放電プラズマ焼結機を使い、４０ＭＰａの加圧下の条件で、大気圧の窒素ガスの雰囲気で、１７００℃まで２０分で昇温し、この温度に１５分間保持して焼結を完了し、窒素・ケイ素系焼結体を得た。この焼結体はY2Si4N6Cを１５ｗｔ％含み、そのかさ密度が３．２９ｇ／ｍｌとなっており、曲げ強度は１１００ＭＰａと大きく、破壊靭性値は１１．０ＭＰａ・ｍ１／２である。この焼結体の曲げ強度を測定した試料の破断面を観察した走査型電子顕微鏡写真は、図２のようになる。直径が３ミクロン以下で長さが１０ミクロンの大きい柱状の結晶から、直径０．３ミクロンで長さが２から３ミクロンの小さい柱状結晶が絡み合った構造であり、直径１ミクロンの結晶の引き抜けた穴も見られる。 Weigh silicon nitride powder (95% or more α) in an amount of 18.090 g, YN 1.599 g, SiC powder 0.311 g, and add all of these to 15 ml of alcohol to make a slurry. Mix under conditions for 20 minutes. After drying this slurry, using a discharge plasma sintering machine, the temperature was raised to 1700 ° C. in an atmosphere of nitrogen gas at atmospheric pressure under a pressure of 40 MPa in 20 minutes, and this temperature was maintained for 15 minutes. As a result, a nitrogen / silicon-based sintered body was obtained. This sintered body contains 15 wt% of Y 2 Si 4 N 6 C, has a bulk density of 3.29 g / ml, a bending strength as high as 1100 MPa, and a fracture toughness value of 11.0 MPa · m 1/2. It is. A scanning electron micrograph obtained by observing the fracture surface of the sample for which the bending strength of the sintered body was measured is as shown in FIG. A structure in which a large columnar crystal with a diameter of 3 microns or less and a length of 10 microns is entangled with a small columnar crystal with a diameter of 0.3 microns and a length of 2 to 3 microns. You can also see holes.
窒化ケイ素粉を1.914gと、LaNを2.086gの量で秤量し、これらを窒素ガス中で、メノー製乳鉢を用いて混合し、無加圧雰囲気炉を用い、０．２ＭＰａの窒素ガス下において１５５０℃で２時間反応させてLaSi3N5を生成させた。これを粉砕して１６ｇの窒化ケイ素粉と、アルコール１５ｍｌに加えてスラリーを作り、自転公転ミキサーを使い、２０００ｒｐｍの条件下で、５分間混合した。このスラリーを乾燥後、直径３３ｍｍの円盤状に成型し、０．１ＭＰａの窒素ガスの雰囲気で、１８００℃まで１時間かけで昇温し、この温度に５時間間保持して焼結を完了し、窒素・ケイ素系焼結体を得た。この焼結体はLaSi3N5を２０ｗｔ％含み、そのかさ密度が３．３５ｇ／ｍｌとなっており、曲げ強度は９５０ＭＰａと大きく、破壊靭性値は９．２ＭＰａ・ｍ１／２である。 Weigh silicon nitride powder in the amount of 1.914 g and LaN in the amount of 2.086 g, and mix these in nitrogen gas using a menor mortar, using a non-pressurized atmosphere furnace, under 0.2 MPa nitrogen gas Reaction was performed at 1550 ° C. for 2 hours to produce LaSi 3 N 5 . This was pulverized and added to 16 g of silicon nitride powder and 15 ml of alcohol to form a slurry, which was mixed for 5 minutes under the condition of 2000 rpm using a rotating and rotating mixer. After drying this slurry, it was molded into a disk with a diameter of 33 mm, heated to 1800 ° C over 1 hour in an atmosphere of 0.1 MPa nitrogen gas, and held at this temperature for 5 hours to complete the sintering. A nitrogen / silicon-based sintered body was obtained. This sintered body contains 20 wt% LaSi 3 N 5 , its bulk density is 3.35 g / ml, its bending strength is as large as 950 MPa, and its fracture toughness value is 9.2 MPa · m 1/2 .
窒化ケイ素粉を5.33g、YN粉を3.63g、SiC粉を1.04gの量で秤量し、これらすべての粉体を７ｍｌのアルコールに入れて、自転公転ミキサーを使い、２０００ｒｐｍの条件下で２０分間混合した。アルコールを蒸発させてから成型し、無加圧焼結炉を用い、大気圧の窒素ガス雰囲気下で、１８００℃まで２時間で昇温し、この温度に３時間保持してY2Si4N6Cの生成と焼結とを完了した。この焼結体のかさ密度は４．１６ｇ／ｍｌである。曲げ強度は８９０ＭＰａであり、破壊靭性値は８．７ＭＰａ．ｍ１／２である。図３には、焼結体の破断面のＳＥＭ像を示す。直径が１ミクロン以上の長い結晶の破断面が観察できると同時に、直径１ミクロンの結晶の引き抜けで生成した穴もみられる。 Weigh 5.33g of silicon nitride powder, 3.63g of YN powder and 1.04g of SiC powder, put all these powders in 7ml of alcohol, and use a rotating mixer for 20 minutes under the condition of 2000rpm. Mixed. After evaporating the alcohol, it was molded, heated to 1800 ° C in 2 hours in a nitrogen gas atmosphere at atmospheric pressure using a pressureless sintering furnace, and kept at this temperature for 3 hours. Y 2 Si 4 N The formation and sintering of 6 C was completed. The bulk density of this sintered body is 4.16 g / ml. The bending strength is 890 MPa and the fracture toughness value is 8.7 MPa . m 1/2 . In FIG. 3, the SEM image of the torn surface of a sintered compact is shown. A fracture surface of a long crystal having a diameter of 1 micron or more can be observed, and at the same time, a hole formed by pulling out a crystal having a diameter of 1 micron can be seen.
窒化ケイ素粉を5.77g、YN粉を4.23gの量で秤量し、この２粉体を７ｍｌのアルコールに入れて、自転公転ミキサーを使い、２０００ｒｐｍの条件化で２０分間混合した。アルコールを蒸発させ乾燥してから、放電プラズマ焼結機を用い、大気圧の窒素ガス雰囲気下で、１０ＭＰａで加圧しながら、１７００℃まで２０分で昇温し、この温度に１０分間保持してYSi3N5を生成させると同時に焼結して緻密化した。この焼結体のかさ密度は４．０４ｇ／ｍｌである。曲げ強度は９９０ＭＰａであり、破壊靭性値は９．５ＭＰａ．ｍ１／２である。図４には、焼結体の破断面のＳＥＭ像を示す。直径が数ミクロンの長い結晶から１ミクロンの細長い結晶と、その引き抜けた穴が観察できる。 The silicon nitride powder was weighed in the amount of 5.77 g, and the YN powder was weighed in the amount of 4.23 g. The two powders were put in 7 ml of alcohol, and mixed for 20 minutes under the condition of 2000 rpm using a rotating and rotating mixer. After evaporating and drying the alcohol, the temperature was raised to 1700 ° C. in 20 minutes using a discharge plasma sintering machine under a nitrogen gas atmosphere at atmospheric pressure while being pressurized at 10 MPa, and kept at this temperature for 10 minutes. YSi 3 N 5 was formed and simultaneously sintered and densified. The bulk density of this sintered body is 4.04 g / ml. The bending strength is 990 MPa, and the fracture toughness value is 9.5 MPa . m 1/2 . In FIG. 4, the SEM image of the torn surface of a sintered compact is shown. A long crystal having a diameter of several microns to a long and narrow crystal having a diameter of 1 micron and a hole pulled out can be observed.
窒化ケイ素粉を6.82g、YNを2.66g、SiCを0.52gの量でそれぞれ秤量し、これらすべてを７ｍｌのアルコールに入れ、自転公転ミキサーにて、２０００ｒｐｍの条件で２０分間混合した。混合後、アルコールを蒸発させ乾燥した。乾燥粉体を黒鉛型につめ、放電プラズマ焼結機を使用し、大気圧の窒素ガス中で、２０分間かけて１７００℃まで昇温し、この温度に３０分間保持して焼結体を作製した。この焼結体にはY2Si4N6Cが５０ｗｔ％含まれ、かさ密度は３．５９ｇ／ｍｌであった。この焼結体の曲げ強度は１１００ＭＰａであり、破壊靭性値は１０．１ＭＰａ．ｍ１／２であった。図５には、破断面のＳＥＭ像を示した。直径が０．５からすうミクロンの柱状結晶の破断面が観察され、３ミクロンの大きい結晶の引き抜けた穴も見られる、 Silicon nitride powder was weighed in amounts of 6.82 g, YN 2.66 g, and SiC 0.52 g, respectively, all of these were put in 7 ml of alcohol, and mixed for 20 minutes under the condition of 2000 rpm in a rotating and rotating mixer. After mixing, the alcohol was evaporated and dried. The dry powder is packed into a graphite mold, and heated to 1700 ° C over 20 minutes in a nitrogen gas at atmospheric pressure using a discharge plasma sintering machine, and kept at this temperature for 30 minutes to produce a sintered body. did. This sintered body contained 50 wt% of Y 2 Si 4 N 6 C, and the bulk density was 3.59 g / ml. The bending strength of this sintered body is 1100 MPa, and the fracture toughness value is 10.1 MPa 2 . m 1/2 . FIG. 5 shows an SEM image of the fracture surface. A fracture surface of a columnar crystal having a diameter of 0.5 to 0.5 microns is observed, and a pulled hole of a large crystal of 3 microns is also seen.
窒化ケイ素粉を2.91g、YNを4.26g、SiCを0.83gの量でそれぞれ秤量し、これらをすべて７ｍｌのアルコールに入れてスラリーを作り、これを自転公転ミキサーで１０分間混合した。アルコールを蒸発させてから３０ｍｍの大きさに成型し、無加圧焼結炉を用いて、大気圧の窒素ガス中で、室温から１６５０℃まで１時間で昇温し、ついでこの温度に１時間保持してY2Si4N6Cを生成させた。これを粉砕し2gの窒化ケイ素粉と７ｍｌのアルコールとからスラリーを作り、自転公転ミキサーで３０分間混合した。アルコールを蒸発させてから、直径３３ｍｍの円盤状に成型し、先の無加圧焼結炉を使い、大気圧の窒素ガス中で、１８５０℃まで２時間で昇温し、この温度に３時間保持し、Y2Si4N6Cが８０ｗｔ％と窒化ケイ素が２０ｗｔ％とから成る焼結体を得た。この焼結体のかさ密度は３．９１ｇ／ｍｌであり、曲げ強度は８７０ＭＰａであり、破壊靭性値は１０．０ＭＰａ．ｍ１／２であった。図６には、曲げ強度の測定に使った試料の破断面のＳＥＭ像を示す。直径１ミクロン以上の長い結晶と、直径０．５ミクロン以下の細長い結晶の二つが観察される。小さい結晶は窒化ケイ素からできている。 Silicon nitride powder was weighed in amounts of 2.91 g, YN 4.26 g, and SiC 0.83 g, all of which were placed in 7 ml of alcohol to form a slurry, which was mixed for 10 minutes with a rotating and rotating mixer. After evaporating the alcohol, it is molded into a size of 30 mm, and heated in a nitrogen gas at atmospheric pressure from room temperature to 1650 ° C. in 1 hour using a pressureless sintering furnace. This was retained to produce Y 2 Si 4 N 6 C. This was pulverized to make a slurry from 2 g of silicon nitride powder and 7 ml of alcohol, and mixed for 30 minutes with a rotating and rotating mixer. After evaporating the alcohol, it was molded into a disk shape with a diameter of 33 mm, and heated up to 1850 ° C. in 2 hours using the pressureless sintering furnace in 2 hours, and this temperature was increased to 3 hours. The sintered body comprising Y 2 Si 4 N 6 C of 80 wt% and silicon nitride of 20 wt% was obtained. The sintered body has a bulk density of 3.91 g / ml, a bending strength of 870 MPa, and a fracture toughness value of 10.0 MPa . m 1/2 . In FIG. 6, the SEM image of the fracture surface of the sample used for the measurement of bending strength is shown. Two crystals, a long crystal having a diameter of 1 micron or more and an elongated crystal having a diameter of 0.5 micron or less, are observed. Small crystals are made of silicon nitride.
窒化ケイ素粉を0.458g、EuNを0.542gの量でそれぞれ秤量し、これらを窒素ガス中で、メノー製乳鉢を用いて混合した。この混合粉を黒鉛型に入れて、無加圧焼結炉を用いて、大気圧下の窒素ガス中で、１６００℃まで１時間で昇温し、この温度に１時間保持してEuSi3N5を生成させた。この生成物を粉砕し、窒化ケイ素粉９ｇと一緒に７ｍｌのアルコールに入れてスラリーを作り、自転公転ミキサーで１０分間混合した。混合後アルコールを蒸発させて乾燥し、放電プラズマ焼結機を用い、大気圧の窒素ガス中で、４０ＭＰａの加圧のもと室温から１７００℃まで３０分で昇温し、この温度に１５分間保持し、EuSi3N5を１０ｗｔ％含む焼結体を得た。この焼結体の密度は３．２８ｇ／ｍｌであった。曲げ強度は１１５０ＭＰａであり、破壊靭性値は１１．０ＭＰａ．ｍ１／２であった。 Silicon nitride powder was weighed in an amount of 0.458 g and EuN in an amount of 0.542 g, and these were mixed in nitrogen gas using a mortar made of menor. This mixed powder is put into a graphite mold, heated in a nitrogen gas under atmospheric pressure to 1600 ° C. in 1 hour using a pressureless sintering furnace, held at this temperature for 1 hour, and EuSi 3 N 5 was generated. This product was pulverized and placed in 7 ml of alcohol together with 9 g of silicon nitride powder to make a slurry, and mixed for 10 minutes with a rotating and rotating mixer. After mixing, the alcohol was evaporated and dried, and the temperature was raised from room temperature to 1700 ° C. in 30 minutes under a pressure of 40 MPa in an atmospheric pressure nitrogen gas using a discharge plasma sintering machine. The sintered body containing 10 wt% EuSi 3 N 5 was obtained. The density of this sintered body was 3.28 g / ml. The bending strength is 1150 MPa and the fracture toughness value is 11.0 MPa. m 1/2 .
本発明に係る窒素・ケイ素系焼結体は、強度、硬度、靭性が大きく、耐酸化性、耐食性および熱伝導性に優れ、高温における強度および硬度の低下が小さい等の優れた特性を有するセラミック材料である。工業的な利用も多方面にわたる。すなわち、ターボチャージャーローター、ディーゼルエンジンのグロープラグやホットプラグ、タペット、インジェクターリンクなどの自動車部品、研削用チップ、ガスタービン用タービンブレードや燃焼室壁などの熱機関および熱交換器部材、熱電対保護感、ノズル、ノズルカバー、塑性加工用ローター、アルミ溶湯部品、研磨布ドレッシングプレート、モーターシャフト、軸受、釣具糸道などの耐摩耗性部品、ＩＣ用検査台、クランパー、チャック、突き上げ台などの半導体製造装置部品、高周波トランジスタやパワーデバイス用の電気絶縁基板などとして利用することができる。さらに、炭化ケイ素繊維と複合材料にすることで、高信頼性が要求されるジェットエンジン用のタービンブレードとして利用できる。Ln2Si4N6C化合物あるいはLnSi3N5化合物は、光を吸収して紫外線を発光するフォトルミネッセンスの性質を有していることから、これらの化合物から得られる本発明に係る窒素・ケイ素系焼結体は、スパッター用のターゲット材として、紫外線を発光するダイオードを作るのに利用できる。
The nitrogen / silicon-based sintered body according to the present invention is a ceramic having excellent properties such as high strength, hardness and toughness, excellent oxidation resistance, corrosion resistance and thermal conductivity, and small decrease in strength and hardness at high temperatures. Material. There are many industrial uses. In other words, turbocharger rotors, diesel engine glow plugs and hot plugs, tappets, injector links and other automotive parts, grinding chips, gas turbine turbine blades and combustion chamber walls and other heat engines and heat exchanger components, thermocouple protection Sensitivity, nozzle, nozzle cover, rotor for plastic processing, molten aluminum parts, polishing cloth dressing plate, motor shaft, bearing, wear-resistant parts such as fishing line, semiconductors such as IC inspection table, clamper, chuck, push-up table It can be used as a manufacturing equipment component, a high-frequency transistor, an electrically insulating substrate for a power device, or the like. Furthermore, by using silicon carbide fiber and a composite material, it can be used as a turbine blade for a jet engine that requires high reliability. Since the Ln 2 Si 4 N 6 C compound or the LnSi 3 N 5 compound has the property of photoluminescence that absorbs light and emits ultraviolet light, the nitrogen / silicon according to the present invention obtained from these compounds The sintered body can be used as a target material for sputtering to produce a diode that emits ultraviolet light.
Claims (6)
Instead of using the LnSi 3 N 5 compound powder, 1 mole of LnN powder and 1 mole of Si 3 N 4 powder are mixed and sintered so as to generate LnSi 3 N 5 by reacting during sintering. The method for producing a nitrogen / silicon-based sintered body according to claim 5.
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