JP2696734B2 - 窒化珪素質焼結体の製造法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体の製造法Info
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- JP2696734B2 JP2696734B2 JP3335547A JP33554791A JP2696734B2 JP 2696734 B2 JP2696734 B2 JP 2696734B2 JP 3335547 A JP3335547 A JP 3335547A JP 33554791 A JP33554791 A JP 33554791A JP 2696734 B2 JP2696734 B2 JP 2696734B2
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- sintered body
- silicon nitride
- gas
- pressure
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温構造用材料として
有用な窒化珪素質焼結体の製造法に関する。
有用な窒化珪素質焼結体の製造法に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】窒化珪素質焼結体は、高温
での機械的特性が優れていることから高温構造材料とし
て有望視されている。この窒化珪素質焼結体を高密度に
製造するには、主成分である窒化珪素が難焼結性材料で
あり、しかも高温で熱分解するおそれがあるために、ホ
ットプレス法、熱間静水圧プレス法、雰囲気加圧焼結法
等の高温高圧下で成形体を焼結することが不可欠であ
る。このうち、雰囲気加圧焼結法は製品形状に制約を受
けることなく、少量の焼結助剤で緻密な焼結体を量産す
るのに最適な手段である。
での機械的特性が優れていることから高温構造材料とし
て有望視されている。この窒化珪素質焼結体を高密度に
製造するには、主成分である窒化珪素が難焼結性材料で
あり、しかも高温で熱分解するおそれがあるために、ホ
ットプレス法、熱間静水圧プレス法、雰囲気加圧焼結法
等の高温高圧下で成形体を焼結することが不可欠であ
る。このうち、雰囲気加圧焼結法は製品形状に制約を受
けることなく、少量の焼結助剤で緻密な焼結体を量産す
るのに最適な手段である。
【０００３】しかし、製品が相当大きくなると、雰囲気
加圧焼結法によっても焼結過程で焼結体中に気孔が残存
して、緻密な焼結体を得ることが困難となる。これを改
善する方法として、特開昭５９−１８１６５号公報や同
６２−１１３７６９号公報には窒化珪素を主成分とする
成形体を加圧窒素雰囲気中で一次焼結し、次いで一次焼
結よりも高圧下で二次焼結する二段焼結方法が提案され
ている。
加圧焼結法によっても焼結過程で焼結体中に気孔が残存
して、緻密な焼結体を得ることが困難となる。これを改
善する方法として、特開昭５９−１８１６５号公報や同
６２−１１３７６９号公報には窒化珪素を主成分とする
成形体を加圧窒素雰囲気中で一次焼結し、次いで一次焼
結よりも高圧下で二次焼結する二段焼結方法が提案され
ている。
【０００４】しかしながら、雰囲気加圧焼結法では、通
常ヒーターや断熱材等の炉材がカーボン製の材料で形成
されている焼成炉を用いるために、助剤から揮発した酸
素含有成分と炉材のカーボンとの反応によってＣＯガス
が発生し、このＣＯガスと窒化珪素が反応して炭化珪素
が生成する結果、焼結体中に有害なポアが残存して、焼
結体の強度が低下するという問題があった。
常ヒーターや断熱材等の炉材がカーボン製の材料で形成
されている焼成炉を用いるために、助剤から揮発した酸
素含有成分と炉材のカーボンとの反応によってＣＯガス
が発生し、このＣＯガスと窒化珪素が反応して炭化珪素
が生成する結果、焼結体中に有害なポアが残存して、焼
結体の強度が低下するという問題があった。
【０００５】
【発明の目的】本発明の目的は、前記問題点を解決し、
機械的強度が優れた緻密な窒化珪素質焼結体の製造法を
提供するものである。
機械的強度が優れた緻密な窒化珪素質焼結体の製造法を
提供するものである。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明は、窒化珪素粉
末と焼結助剤との混合物を成形し、該成形体を焼結する
に際し、窒素又は窒素含有不活性ガスを１．０〜２０kg
／cm2 のガス圧で流通しながら、１６５０〜１９５０℃
で一次焼結して、気孔率０．５〜５％の焼結体とした
後、一次焼結の圧力の５〜５０倍のガス圧で１６５０〜
１９５０℃で二次焼結することを特徴とする窒化珪素質
焼結体の製造法に関するものである。
末と焼結助剤との混合物を成形し、該成形体を焼結する
に際し、窒素又は窒素含有不活性ガスを１．０〜２０kg
／cm2 のガス圧で流通しながら、１６５０〜１９５０℃
で一次焼結して、気孔率０．５〜５％の焼結体とした
後、一次焼結の圧力の５〜５０倍のガス圧で１６５０〜
１９５０℃で二次焼結することを特徴とする窒化珪素質
焼結体の製造法に関するものである。
【０００７】本発明における窒化珪素粉末としては、特
に制限はないが、非晶質窒化珪素粉末及び／又は含窒素
シラン化合物を窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含
有還元性ガス雰囲気下に焼成することにより得られる結
晶質窒化珪素粉末が好ましく用いられる。
に制限はないが、非晶質窒化珪素粉末及び／又は含窒素
シラン化合物を窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含
有還元性ガス雰囲気下に焼成することにより得られる結
晶質窒化珪素粉末が好ましく用いられる。
【０００８】本発明における焼結助剤としては、マグネ
シア、アルミナ、イットリア、ベリリア、セリア、ジル
コニア、シリカ、窒化アルミニウム及びこれらの混合物
が挙げられる。焼結助剤の配合量は、窒化珪素粉末に対
して１〜１５重量％、好ましくは４〜９重量％が望まし
い。
シア、アルミナ、イットリア、ベリリア、セリア、ジル
コニア、シリカ、窒化アルミニウム及びこれらの混合物
が挙げられる。焼結助剤の配合量は、窒化珪素粉末に対
して１〜１５重量％、好ましくは４〜９重量％が望まし
い。
【０００９】混合した粉末原料は金型プレス成形法、泥
しょう鋳込法、ラバープレス法、射出成形法等により所
望の形状に成形される。
しょう鋳込法、ラバープレス法、射出成形法等により所
望の形状に成形される。
【００１０】次いで、この成形体を、窒素又は窒素含有
不活性ガスを１．０〜２０kg／cm2 のガス圧で流通しな
がら、一次焼結し、気孔率０．５〜５％の焼結体とす
る。
不活性ガスを１．０〜２０kg／cm2 のガス圧で流通しな
がら、一次焼結し、気孔率０．５〜５％の焼結体とす
る。
【００１１】雰囲気ガスの圧力は１．０〜２０kg／c
m2 、好ましくは１．５〜１０kg／cm2 である。圧力が
１．０kg／cm2 よりも低いと、窒化珪素の熱分解を抑制
する効果が発揮されず、また、圧力が２０kg／cm2 より
も高いと、焼結体中の閉気孔内に閉じ込められたガスが
高圧化して、緻密化が促進されないので好ましくない。
m2 、好ましくは１．５〜１０kg／cm2 である。圧力が
１．０kg／cm2 よりも低いと、窒化珪素の熱分解を抑制
する効果が発揮されず、また、圧力が２０kg／cm2 より
も高いと、焼結体中の閉気孔内に閉じ込められたガスが
高圧化して、緻密化が促進されないので好ましくない。
【００１２】また、焼成温度は、１６５０〜１９５０℃
の範囲である。焼成温度が１６５０℃よりも低いと焼結
体の緻密化が不十分となり、１９５０℃よりも高くなる
と窒化珪素の熱分解が起こってしまうので好ましくな
い。
の範囲である。焼成温度が１６５０℃よりも低いと焼結
体の緻密化が不十分となり、１９５０℃よりも高くなる
と窒化珪素の熱分解が起こってしまうので好ましくな
い。
【００１３】本発明においては、一次焼結の間に、雰囲
気ガスを流通させることが重要である。これにより、助
剤から揮発した酸素含有成分と炉材のカーボンとの反応
によって発生するＣＯガスを炉外に流出させて、雰囲気
ガス中のＣＯガス濃度を０．２％以下に抑制することが
でき、ＣＯガスと窒化珪素との反応による炭化珪素の生
成を抑制できる。
気ガスを流通させることが重要である。これにより、助
剤から揮発した酸素含有成分と炉材のカーボンとの反応
によって発生するＣＯガスを炉外に流出させて、雰囲気
ガス中のＣＯガス濃度を０．２％以下に抑制することが
でき、ＣＯガスと窒化珪素との反応による炭化珪素の生
成を抑制できる。
【００１４】次に、得られた焼結体を、一次焼結の圧力
の５〜５０倍のガス圧で１６５０〜１９５０℃で二次焼
結する。二次焼結のガス圧は、例えば、一次焼結のガス
圧が２．０kg／cm2 の場合には、１０〜１００kg／cm2
となり、一次焼結のガス圧が１０kg／cm2 の場合には、
５０〜５００kg／cm2 となる。また、二次焼結の温度は
１６５０〜１９５０℃の範囲内であれば、一次焼結の温
度よりも高くても低くてもよい。
の５〜５０倍のガス圧で１６５０〜１９５０℃で二次焼
結する。二次焼結のガス圧は、例えば、一次焼結のガス
圧が２．０kg／cm2 の場合には、１０〜１００kg／cm2
となり、一次焼結のガス圧が１０kg／cm2 の場合には、
５０〜５００kg／cm2 となる。また、二次焼結の温度は
１６５０〜１９５０℃の範囲内であれば、一次焼結の温
度よりも高くても低くてもよい。
【００１５】本発明においては、一次焼結により、二次
焼結時に排出し難いような成形体内部のガスを排出し、
表面部と内部の密度差の小さい気孔率０．５〜５％の焼
結体とした後、雰囲気圧力の更に高い二次焼結におい
て、内部に残存するポアを排出する。これにより、均質
な焼結体が得られる。
焼結時に排出し難いような成形体内部のガスを排出し、
表面部と内部の密度差の小さい気孔率０．５〜５％の焼
結体とした後、雰囲気圧力の更に高い二次焼結におい
て、内部に残存するポアを排出する。これにより、均質
な焼結体が得られる。
【００１６】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさ
らに具体的に説明する。 実施例１〜６ 窒化珪素粉末（宇部興産（株）製：比表面積１１m2／
ｇ、酸素含有量１．３ｗｔ％）９２．５重量％に、イッ
トリア（信越化学（株）製）５重量％及びアルミナ（住
友化学（株）製：ＡＫＰ−３０）２．５重量％を添加し
た配合粉を、媒体としてエタノールを用いて４８時間湿
式混合した後、減圧乾燥した。
らに具体的に説明する。 実施例１〜６ 窒化珪素粉末（宇部興産（株）製：比表面積１１m2／
ｇ、酸素含有量１．３ｗｔ％）９２．５重量％に、イッ
トリア（信越化学（株）製）５重量％及びアルミナ（住
友化学（株）製：ＡＫＰ−３０）２．５重量％を添加し
た配合粉を、媒体としてエタノールを用いて４８時間湿
式混合した後、減圧乾燥した。
【００１７】得られた混合物を断面が５０×８０mm角の
金型を用いて矩形状に予備成形した後、圧力１．５ton/
cm2 でラバープレスした。得られた成形体を雰囲気加圧
焼結炉に装入し、表１に記載の温度−窒素ガス圧力条件
下で二段焼結を行った。一次焼結時に５ｌ／分の流量で
ガスを流通させることにより、炉内のＣＯガス濃度は
０．１％以下であった。また、保持時間は、一次焼結、
二次焼結共に１．５時間とした。
金型を用いて矩形状に予備成形した後、圧力１．５ton/
cm2 でラバープレスした。得られた成形体を雰囲気加圧
焼結炉に装入し、表１に記載の温度−窒素ガス圧力条件
下で二段焼結を行った。一次焼結時に５ｌ／分の流量で
ガスを流通させることにより、炉内のＣＯガス濃度は
０．１％以下であった。また、保持時間は、一次焼結、
二次焼結共に１．５時間とした。
【００１８】得られた焼結体の嵩密度及び曲げ強度の測
定結果を表１に示す。嵩密度はアルキメデス法により測
定した。また、曲げ強度は、作製した焼結体から３×４
×４０mmのテストピースを切り出し、これを外スパン３
０mm、内スパン１０mmの４点曲げ試験治具にセットし
て、室温及び１３００℃における曲げ強度を測定した。
室温における曲げ強度はテストピース４０本の平均値、
１３００℃おける曲げ強度はテストピース１０本の平均
値で求めた。
定結果を表１に示す。嵩密度はアルキメデス法により測
定した。また、曲げ強度は、作製した焼結体から３×４
×４０mmのテストピースを切り出し、これを外スパン３
０mm、内スパン１０mmの４点曲げ試験治具にセットし
て、室温及び１３００℃における曲げ強度を測定した。
室温における曲げ強度はテストピース４０本の平均値、
１３００℃おける曲げ強度はテストピース１０本の平均
値で求めた。
【００１９】比較例１〜６ 一次焼結時に窒素ガスを流通させなかった以外は、実施
例１〜６と同様の操作を繰り返した。一次焼結時に炉内
のＣＯガス濃度は５％以上に上昇した。得られた焼結体
の嵩密度及び曲げ強度の測定結果を表１に示す。得られ
た焼結体の表層部は緑灰色に変色していた。Ｘ線回折測
定によれば、焼結体の表層部にはβ−ＳｉＣのピークが
検出された。
例１〜６と同様の操作を繰り返した。一次焼結時に炉内
のＣＯガス濃度は５％以上に上昇した。得られた焼結体
の嵩密度及び曲げ強度の測定結果を表１に示す。得られ
た焼結体の表層部は緑灰色に変色していた。Ｘ線回折測
定によれば、焼結体の表層部にはβ−ＳｉＣのピークが
検出された。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、ＣＯガスと窒化珪素と
の反応による炭化珪素の生成を抑制できるので、機械的
強度が優れた緻密な窒化珪素質焼結体を製造することが
できる。
の反応による炭化珪素の生成を抑制できるので、機械的
強度が優れた緻密な窒化珪素質焼結体を製造することが
できる。
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化珪素粉末と焼結助剤との混合物を成
形し、該成形体を焼結するに際し、窒素又は窒素含有不
活性ガスを１．０〜２０kg／cm2のガス圧で流通しなが
ら、１６５０〜１９５０℃で一次焼結して、気孔率０．
５〜５％の焼結体とした後、一次焼結の圧力の５〜５０
倍のガス圧で１６５０〜１９５０℃で二次焼結すること
を特徴とする窒化珪素質焼結体の製造法。 - 【請求項２】 一次焼結の雰囲気ガス中のＣＯガス濃度
が０．２％以下であることを特徴とする請求項１の窒化
珪素質焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335547A JP2696734B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 窒化珪素質焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3335547A JP2696734B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 窒化珪素質焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05148034A JPH05148034A (ja) | 1993-06-15 |
| JP2696734B2 true JP2696734B2 (ja) | 1998-01-14 |
Family
ID=18289802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3335547A Expired - Lifetime JP2696734B2 (ja) | 1991-11-26 | 1991-11-26 | 窒化珪素質焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2696734B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3889536B2 (ja) | 1999-10-29 | 2007-03-07 | 日本特殊陶業株式会社 | セラミックヒータ及びその製造方法、並びに該セラミックヒータを備えるグロープラグ |
| JP4541477B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2010-09-08 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素質焼結体、それを用いた工具ならびに摺動部材、及び窒化珪素質焼結体の製造方法 |
-
1991
- 1991-11-26 JP JP3335547A patent/JP2696734B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05148034A (ja) | 1993-06-15 |
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