JP2746761B2 - Method for producing silicon nitride-silicon carbide composite sintered body - Google Patents

Method for producing silicon nitride-silicon carbide composite sintered body

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JP2746761B2
JP2746761B2 JP2416115A JP41611590A JP2746761B2 JP 2746761 B2 JP2746761 B2 JP 2746761B2 JP 2416115 A JP2416115 A JP 2416115A JP 41611590 A JP41611590 A JP 41611590A JP 2746761 B2 JP2746761 B2 JP 2746761B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、窒化珪素および炭化珪
素を主体とする窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体および
その製造方法に関するもので、詳細には、高温構造材料
に適し、室温強度、高温強度および高温クリープ特性に
優れた焼結体の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body mainly composed of silicon nitride and silicon carbide, and a method for producing the same. And a method for producing a sintered body having excellent high-temperature strength and high-temperature creep characteristics.

【0002】[0002]

【従来技術】窒化珪素質焼結体は、従来から、強度、高
度、熱的化学的安定性に優れることからエンジニアリン
グセラミックスとして、特に熱機関構造用材料としてそ
のおうようが進められている。
2. Description of the Related Art Conventionally, silicon nitride sintered bodies have been promoted as engineering ceramics, particularly as heat engine structural materials, because of their excellent strength, high degree of heat, and excellent thermal and chemical stability.

【0003】このような窒化珪素質焼結体を得る方法と
しては、窒化珪素粉末に対して周期律表第3a族元素酸
化物等の焼結助剤を添加混合し、成形後、非酸化性雰囲
気中で1500〜2000℃の温度にて焼成することに
より得られている。
[0003] As a method of obtaining such a silicon nitride sintered body, a sintering aid such as an oxide of an element of Group 3a of the periodic table is added to silicon nitride powder, mixed, molded, and then non-oxidized. It is obtained by firing at a temperature of 1500 to 2000 ° C. in an atmosphere.

【0004】ところが、窒化珪素質焼結体は、優れた特
性を有する反面、高温において強度等が低下するという
問題を有している。この高温強度の劣化という問題に対
してこれまで、焼結助剤の改良や焼成雰囲気や焼成パタ
ーン等を変更することにより改善が進められてきたが、
決定的な対策には至っていないのが現状である。また、
炭化珪素質焼結体は、上記窒化珪素質焼結体に比較して
絶対的な強度は低いものの高温における強度劣化がほと
んどないという特性を有している。
[0004] However, while the silicon nitride sintered body has excellent characteristics, it has a problem that its strength and the like are reduced at high temperatures. Up to now, the problem of deterioration of the high-temperature strength has been improved by improving the sintering aid and changing the firing atmosphere and the firing pattern.
At present, no definitive measures have been taken. Also,
The silicon carbide-based sintered body has a characteristic that although the absolute strength is lower than that of the silicon nitride-based sintered body, the strength is hardly deteriorated at a high temperature.

【0005】そこで、最近に到り、窒化珪素に対して炭
化珪素を添加し焼成した複合焼結体が提案されている。
この複合焼結体は、炭化珪素を添加することにより系の
焼結性が低下することから、通常Y2 3 等の希土類元
素酸化物の他にAl2 3 等を添加することにより高密
度化を図っている。
Therefore, recently, a composite sintered body in which silicon carbide is added to silicon nitride and fired has been proposed.
Since the sinterability of the composite sintered body is reduced by adding silicon carbide, the composite sintered body is generally improved by adding Al 2 O 3 etc. in addition to rare earth element oxides such as Y 2 O 3. We are trying to increase the density.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする問題点】上記の先行技術によ
れば、窒化珪素に対して炭化珪素を添加することにより
高温での強度の劣化は窒化珪素質焼結体に比較して小さ
くすることはできる。しかし、本発明者等は上記の焼結
体に対して高温特性についてさらに詳細に検討したとこ
ろ、焼結体を高温において荷重を付加した状態で長時間
維持した時に強度の劣化が生じる、いわゆるクリープ特
性が低いという問題があることはわかった。この特性
は、焼結体を例えばタービンロータに適用した場合に長
時間作動させることが困難となるために実用化が大きく
阻害される要因となる。このクリープ特性は、焼結体中
の粒界の状態が大きく起因するものと考えられるものの
具体的に検討されておらず、窒化珪素と炭化珪素の複合
化による特性の向上効果が十分に発揮されていないのが
現状であった。
According to the above prior art, deterioration of strength at high temperature by adding silicon carbide to silicon nitride is reduced as compared with a silicon nitride sintered body. Can. However, the present inventors have studied the high-temperature characteristics of the above-mentioned sintered body in more detail. It turned out that there was a problem that the characteristics were low. This characteristic becomes a factor that greatly hinders practical use because it becomes difficult to operate the sintered body for a long time when applied to a turbine rotor, for example. Although this creep characteristic is considered to be largely due to the state of the grain boundary in the sintered body, it has not been specifically studied, and the effect of improving the characteristic by combining silicon nitride and silicon carbide is sufficiently exhibited. It was not at the moment.

【0007】[0007]

【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記窒
化珪素に対して炭化珪素を添加した系に対して、その最
適な焼成条件について検討を加えた結果、焼結助剤とし
て少なくとも周期律表第3a族元素酸化物を所定量添加
した成形体を一旦比較的低温で焼成した後に、該焼成温
度よりも高温で焼成することにより窒化珪素結晶と炭化
珪素結晶とが均一に且つ微細な粒子として相互分散した
焼結体が得られ、これにより焼結体の室温、高温におけ
る抗折強度およびクリープ特性を向上できることを見出
した。
Means for Solving the Problems The present inventors have studied the optimum firing conditions for the above-mentioned system in which silicon carbide is added to silicon nitride, and as a result, at least as a sintering aid, The molded body to which a predetermined amount of the Group 3a element oxide of the periodic table is added is fired once at a relatively low temperature, and then fired at a temperature higher than the firing temperature, whereby the silicon nitride crystal and the silicon carbide crystal are uniformly and finely divided. It has been found that a sintered body interdispersed as fine particles can be obtained, thereby improving the transverse rupture strength and creep characteristics of the sintered body at room temperature and high temperature.

【0008】即ち、本発明の窒化珪素−炭化珪素質複合
焼結体の製造方法は、平均粒径が1μm以下の不純物酸
素を含む窒化珪素粉末を90〜99.5モル%と、周期
律表第3a族酸化物を0.5〜10モル%の割合でそれ
ぞれ含有する窒化珪素成分100重量部に対して、平均
粒径が1μm以下の炭化珪素粉末を1〜100重量部の
割合で分散含有してなり、且つAl、Ca、Mgの酸化
物換算による合量が0.5重量%以下である成形体を作
製する工程と、該成形体を1400〜1800℃の窒素
雰囲気中で焼成する第1焼成工程と、第1焼成工程にお
ける温度よりも高い1500〜2000℃の窒素含有雰
囲気下で焼成する第2焼成工程を具備することを特徴と
するものである。
That is, in the method for producing a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body of the present invention, 90 to 99.5 mol% of silicon nitride powder containing impurity oxygen having an average particle diameter of 1 μm or less is obtained. Silicon carbide powder having an average particle diameter of 1 μm or less is dispersed and contained at a ratio of 1 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a silicon nitride component containing a Group 3a oxide at a ratio of 0.5 to 10 mol%. And forming a compact having a total amount of oxides of Al, Ca, and Mg of 0.5% by weight or less, and baking the compact in a nitrogen atmosphere at 1400 to 1800 ° C. It is characterized by comprising a first firing step and a second firing step of firing in a nitrogen-containing atmosphere at 1500 to 2000 ° C. higher than the temperature in the first firing step.

【0009】本発明の窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体
の製造方法によれば、まず、出発原料として、窒化珪素
粉末、炭化珪素粉末、周期律表第3a族元素酸化物、場
合により酸化珪素粉末を使用する。
According to the method for producing a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body of the present invention, first, silicon nitride powder, silicon carbide powder, an oxide of an element of Group 3a of the periodic table, and in some cases, oxidized as starting materials. Use silicon powder.

【0010】窒化珪素粉末としては、α型、又はβ型の
いずれでもよく、平均粒径1μm 以下、不純物酸素量2
重量%以下のものが好適に使用される。また、炭化珪素
粉末としてはα型、β型のいずれでも使用でき、平均粒
径1μm以下、不純物酸素量2重量%以下の粉末を用い
る。これらの窒化珪素粉末および炭化珪素粉末は、それ
ぞれ個別の粉末として存在する他、窒化珪素と炭化珪素
を所定の割合で複合化した粉末を用いることもできる。
The silicon nitride powder may be either α-type or β-type, and has an average particle size of 1 μm or less and an impurity oxygen content of 2 μm or less.
Those having a weight percent or less are preferably used. As the silicon carbide powder, any of α-type and β-type can be used, and a powder having an average particle diameter of 1 μm or less and an impurity oxygen amount of 2% by weight or less is used. These silicon nitride powder and silicon carbide powder may be present as individual powders, or may be a powder obtained by compounding silicon nitride and silicon carbide at a predetermined ratio.

【0011】次に、上記粉末を用いて不純物酸素を含む
窒化珪素を90〜99.5モル%、特に93〜99モル
%と、周期律表第3a族元素酸化物を0.5〜10モル
%、特に1〜7モル%の割合で含有する窒化珪素成分1
00重量部に対して炭化珪素成分を1〜100重量部、
特に30〜70重量部となるように秤量後、十分に混合
する。
Next, 90 to 99.5 mol%, particularly 93 to 99 mol% of silicon nitride containing impurity oxygen and 0.5 to 10 mol of the oxide of a Group 3a element of the periodic table using the above powder. %, Especially 1 to 7 mol% of silicon nitride component 1
1 to 100 parts by weight of the silicon carbide component with respect to 00 parts by weight,
In particular, the mixture is weighed to 30 to 70 parts by weight and then thoroughly mixed.

【0012】上記窒化珪素成分中の周期律表第3a族元
素酸化物として系全体の焼結性を挙げるために必須の成
分であり、その量が0.5モル%より少ないと焼結性が
低下し緻密質な焼結体が得られず特性が劣化し、10モ
ル%を越えると高温強度が劣化する。また、炭化珪素成
分量を上記の範囲に限定したのは、炭化珪素成分が1重
量部より少ないと、窒化珪素と炭化珪素の複合化による
高温特性の向上効果が望めず、100重量部を越えると
焼結性が低下し強度が劣化するためである。
The oxide of the Group 3a element of the periodic table in the silicon nitride component is an essential component for improving the sinterability of the entire system. If the amount is less than 0.5 mol%, the sinterability will be poor. When the density is reduced, a dense sintered body cannot be obtained, and the properties are deteriorated. When the content exceeds 10 mol%, the high-temperature strength is deteriorated. Further, the amount of the silicon carbide component is limited to the above range. When the amount of the silicon carbide component is less than 1 part by weight, the effect of improving the high-temperature characteristics by combining silicon nitride and silicon carbide cannot be expected, and exceeds 100 parts by weight. This is because sinterability decreases and strength deteriorates.

【0013】また前記窒化珪素には、不可避的に不純物
酸素が含まれているが、この不純物酸素は周期律表第3
a族元素酸化物と同様に焼結性に大きく寄与する物質で
ある。かかる観点から、不純物酸素量(SiO2 換算
量)は、前述した窒化珪素成分中で2〜20モル%であ
ることが望ましく、さらに周期律表第3a族元素の酸化
物換算量(RE2 3 )と不純物酸素(SiO2 )との
SiO2 /RE2 3で表されるモル比が0.5〜1
0、特に1〜7になるように場合により酸化珪素粉末を
添加することにより組成を調整することが望ましい。
The silicon nitride inevitably contains impurity oxygen. The impurity oxygen is contained in the third element of the periodic table.
It is a substance that greatly contributes to sinterability, like the group a element oxide. From this viewpoint, the amount of impurity oxygen (amount in terms of SiO 2 ) is desirably 2 to 20 mol% in the aforementioned silicon nitride component, and the amount in terms of an oxide of a Group 3a element of the periodic table (RE 2 O). 3 ) the molar ratio of impurity oxygen (SiO 2 ) expressed as SiO 2 / RE 2 O 3 is 0.5 to 1;
It is desirable to adjust the composition by adding silicon oxide powder in some cases so as to be 0, particularly 1 to 7.

【0014】また、従来から焼結性を高める成分として
Al2 3 、CaO、MgO等が知られているが、これ
らは最終焼結体中の粒界あるいは一部窒化珪素結晶に固
溶して存在し、これらの成分が粒界に存在すると粒界の
融点が低くなるとともに高温での粘性も低下することか
ら高温強度とともにクリープ特性も劣化する。よって、
Al、Ca、Mgの金属元素は酸化物換算で全量中に
0.5重量%以下、特に0.3重量%以下になるように
混合時のボールの材質等を考慮しつつ制御することが望
ましい。
[0014] Also, Al 2 O 3 , CaO, MgO and the like are conventionally known as components for improving sinterability, but these are solid-solved in grain boundaries in the final sintered body or partially in silicon nitride crystals. When these components are present at the grain boundaries, the melting point of the grain boundaries is lowered and the viscosity at high temperatures is also reduced, so that the creep characteristics are deteriorated together with the high-temperature strength. Therefore,
It is desirable to control the metal elements of Al, Ca, and Mg in consideration of the material of the ball at the time of mixing so as to be 0.5% by weight or less, particularly 0.3% by weight or less in the total amount in terms of oxide. .

【0015】なお、本発明において用いられる周期律表
第3a族元素としては、Y、Sc、Er、Yb、Ho、
Dyが挙げられるが、焼結体中での均一分散性の点から
Er、Ybが特に望ましい。
The elements of Group 3a of the Periodic Table used in the present invention include Y, Sc, Er, Yb, Ho,
Dy is mentioned, but Er and Yb are particularly desirable from the viewpoint of uniform dispersibility in the sintered body.

【0016】次に、上記の混合物をプレス成形、射出成
形、押し出し成形、鋳込み成形、冷間静水圧成形等の周
知の成形法により所望の形状に成形する。本発明によれ
ば、上記のようにして得られた成形体を1450〜20
00℃の窒素含有雰囲気中で焼成するが、この時第1の
焼成工程として、一旦1450〜1800℃の温度で
0.5〜10時間程度保持し、その後温度を1550〜
2000℃に昇温し0.5〜10時間程度焼成すること
が重要である。この時の雰囲気はいずれも窒素を各保持
温度の窒化珪素の分解平衡圧以上に設定されていること
は当然必要である。
Next, the above mixture is formed into a desired shape by a well-known molding method such as press molding, injection molding, extrusion molding, casting molding, cold isostatic pressing and the like. According to the present invention, the molded body obtained as described above is used for 1450 to 20
Firing is performed in a nitrogen-containing atmosphere at 00 ° C. At this time, as a first firing step, the temperature is temporarily maintained at 1450 to 1800 ° C. for about 0.5 to 10 hours, and then the temperature is raised to 1550 to 1550 ° C.
It is important to raise the temperature to 2000 ° C. and bake for about 0.5 to 10 hours. Naturally, the atmosphere at this time must be set to be equal to or higher than the decomposition equilibrium pressure of silicon nitride at each holding temperature.

【0017】なお、焼成手段としては、常圧焼成、ホッ
トプレス焼成、窒素ガス圧力焼成(GPS焼成)、熱間
静水圧焼成(HIP焼成)等が採用され、場合によって
は窒素ガス加圧雰囲気中でホットプレス焼成することも
可能である。また、これらの焼成手段により第1および
第2の設定焼成温度も変化し、ホットプレス法、GPS
法では第1焼成温度を1450〜1800℃、第2の焼
成温度を1650〜2000℃に、また熱間静水圧焼成
法では第1焼成温度を1450〜1800℃、第2焼成
温度を1550〜1900℃にそれぞれ設定することが
望ましい。
As firing means, normal pressure firing, hot press firing, nitrogen gas pressure firing (GPS firing), hot isostatic pressure firing (HIP firing) and the like are employed. And hot press firing. The first and second set firing temperatures are also changed by these firing means, and the hot press method, the GPS
In the method, the first firing temperature is 1450-1800 ° C., the second firing temperature is 1650-2000 ° C., and in the hot isostatic pressing method, the first firing temperature is 1450-1800 ° C. and the second firing temperature is 1550-1900. It is desirable to set each to ° C.

【0018】なお、本発明において、Al2 3 等の低
融点物質を含有しない場合には焼結性が低下する場合が
あるが、これに対しては例えば、ホットプレス法やGP
S焼成により前述した条件で焼成し、理論密度比90%
以上の焼結体を得た後に、HIP法により1600〜1
900℃の窒素、またはアルゴンガス圧力50MPa以
上の圧力下で焼成するか、または成形体をガラス膜を介
して前述したような多段焼でHIP焼成することにより
緻密化を図ることができる。
In the present invention, the sinterability may be reduced when a low melting point substance such as Al 2 O 3 is not contained.
Baking under the above conditions by S baking, theoretical density ratio 90%
After obtaining the above sintered body, 1600 to 1
Densification can be achieved by firing at 900 ° C. under a nitrogen or argon gas pressure of 50 MPa or more, or by HIP firing the molded body by multi-stage firing as described above via a glass film.

【0019】また、得られた焼結体に対しては、110
0〜1700℃の非酸化性雰囲気中で熱処理することに
より焼結体の粒界を結晶化させ、例えばSi3 4 −R
2 3 (RE:周期律表第3a族元素)−SiO2
の周知の結晶相を析出させることにより高温特性の向上
を図ることができる。
Further, the obtained sintered body is
The grain boundary of the sintered body is crystallized by heat treatment in a non-oxidizing atmosphere at 0 to 1700 ° C., for example, Si 3 N 4 —R
High temperature properties can be improved by precipitating a known crystal phase of E 2 O 3 (RE: Group 3a element of the periodic table) -SiO 2 system.

【0020】このようにして得られた焼結体は、窒化珪
素結晶および炭化珪素結晶がいずれも微細な粒子として
存在するもので、窒化珪素結晶はそれ自体粒成長により
針状形状からなり、その平均粒径(短径)が1μm 以
下、特に0.8μm 以下であり、長径/短径で表される
アスペクト比が平均で2〜10、特に3〜10の粒子形
状で存在する。この窒化珪素結晶はそのほとんどがβ−
Si3 4 として存在するが、焼成温度が低い場合によ
ってはα−Si3 4 が存在することもある。
In the sintered body thus obtained, both the silicon nitride crystal and the silicon carbide crystal are present as fine particles, and the silicon nitride crystal itself has a needle-like shape by grain growth. The particles have an average particle diameter (minor diameter) of 1 μm or less, particularly 0.8 μm or less, and have an average particle diameter of 2 to 10, especially 3 to 10, having an aspect ratio expressed by major axis / minor axis. Most of this silicon nitride crystal is β-
Although present as Si 3 N 4 , α-Si 3 N 4 may be present depending on the case where the firing temperature is low.

【0021】一方、炭化珪素結晶はそれ自体粒状形状を
なし、前記窒化珪素結晶の粒界あるいは窒化珪素結晶粒
内に平均粒径1μm 以下、特に0.8μm 以下の粒子と
して存在させる。この炭化珪素結晶はほとんどがβ型で
あるが、場合によってはα型が存在することもある。
On the other hand, the silicon carbide crystal itself has a granular shape, and is present as particles having an average particle size of 1 μm or less, particularly 0.8 μm or less in the grain boundaries of the silicon nitride crystal or in the silicon nitride crystal grains. Most of the silicon carbide crystals are β-type, but α-type may exist in some cases.

【0022】[0022]

【作 用】本発明によれば、成形体を一旦比較的低温で
保持することにより後述する実施例からも明らかなよう
に高温強度、高温におけるクリープ特性に優れた焼結体
を得ることができる。その理由は定かではないが、次の
ように考えられる。焼成時に一旦低温で保持することに
より微細な炭化珪素粉末が窒化珪素と焼結助剤とにより
構成される液相中に均一に溶かし込まれ、その後、第2
の焼成工程において上記均一に分散した炭化珪素粒子が
α−Si3 4 からβ−Si3 4 に相転位する時の核
として作用するために、最終的にに微細で且つ針状の窒
化珪素結晶を成長させることができるためと考えられ
る。
According to the present invention, it is possible to obtain a sintered body having excellent high-temperature strength and high-temperature creep characteristics, as is clear from the examples described later, by temporarily holding the molded body at a relatively low temperature. . The reason is not clear, but is considered as follows. By holding once at a low temperature during firing, fine silicon carbide powder is uniformly dissolved in a liquid phase composed of silicon nitride and a sintering aid.
In the calcination step, the uniformly dispersed silicon carbide particles act as nuclei when phase transition is made from α-Si 3 N 4 to β-Si 3 N 4 , so that the fine and needle-like nitrides are finally formed. This is probably because a silicon crystal can be grown.

【0023】よって、上記第1の焼成工程における温度
が1450℃より低いと炭化珪素の液相への均一な溶け
込みがなく、1800℃を越えると炭化珪素の均一な分
散が成されないままα−Si3 4 からβ−Si3 4
への転位が進行するために一部に異常粒成長による大き
な粒子が存在するようになり、強度、クリープ特性が劣
化する。また、第2の焼成工程における温度が1550
℃より低いとα−Si3 4 からβ−Si3 4 への転
位が生じず、また緻密化が不十分となるために特性は低
くなり、2000℃を越えると窒化珪素結晶の粒成長が
促進されるために粒径の大きい窒化珪素結晶が生成さ
れ、同様に特性は劣化する。
Therefore, if the temperature in the first firing step is lower than 1450 ° C., uniform dissolution of silicon carbide into the liquid phase will not occur, and if it exceeds 1800 ° C., α-Si will not be uniformly dispersed without silicon carbide being uniformly dispersed. from 3 N 4 β-Si 3 N 4
As the dislocation proceeds, large particles due to abnormal grain growth partially exist, and the strength and creep characteristics deteriorate. Further, the temperature in the second firing step is 1550.
If the temperature is lower than ℃, dislocation from α-Si 3 N 4 to β-Si 3 N 4 does not occur, and the properties are lowered due to insufficient densification. Is promoted to generate silicon nitride crystals having a large grain size, and the characteristics are similarly deteriorated.

【0024】[0024]

【実施例】原料粉末として平均粒径0.6μm 、α−S
3 4 含有率98%、酸素含有量1.0〜1.5重量
%の窒化珪素粉末と、平均粒径が0.3μm の炭化珪素
粉末、並びに平均粒径が0.5μm のEr2 3 、Yb
2 3 、Ho2 3 およびDy2 3 の各粉末および酸
化珪素粉末を用いて、これらの組成が表1の割合になる
ように秤量混合し、これをバインダーとともにメタノー
ル中で混合粉砕した。得られたスラリーを乾燥造粒した
後、1ton/cm2 の圧力でプレス成形した。
EXAMPLES The raw material powder had an average particle size of 0.6 μm and α-S
a silicon nitride powder having an i 3 N 4 content of 98% and an oxygen content of 1.0 to 1.5% by weight, a silicon carbide powder having an average particle size of 0.3 μm, and Er 2 having an average particle size of 0.5 μm O 3 , Yb
Each powder of 2 O 3 , Ho 2 O 3 and Dy 2 O 3 and silicon oxide powder were weighed and mixed such that the composition became the ratio shown in Table 1, and this was mixed and pulverized in methanol with a binder. . After drying and granulating the obtained slurry, it was press-molded at a pressure of 1 ton / cm 2 .

【0025】得られた成形体に対して窒素雰囲気中で、
窒素ガス圧力10気圧、333kg/cm2 の機械的圧
力を付与し表1に示す条件で焼成した。また、試料N
o,16〜19の試料では成形体の表面にガラス層を形
成し、表1に示す温度で熱間静水圧焼成した。
In a nitrogen atmosphere, the obtained molded body is
Firing was performed under the conditions shown in Table 1 by applying a nitrogen gas pressure of 10 atm and a mechanical pressure of 333 kg / cm 2 . Sample N
For samples o and 16 to 19, a glass layer was formed on the surface of the molded body, and hot isostatic firing was performed at the temperature shown in Table 1.

【0026】得られた焼結体に対して、アルキメデス法
により相対密度を、JISR1601に基づき室温およ
び1400℃における4点曲げ抗折強度を、IF法によ
り破壊靱性を、さらに電子顕微鏡写真から窒化珪素結晶
および炭化珪素結晶の平均粒径を測定した。また、13
71℃において80ksi、90ksiの荷重下でそれ
ぞれ最高100時間保持し、破断するまでの時間を測定
した。
For the obtained sintered body, the relative density was determined by the Archimedes method, the four-point bending strength at room temperature and 1400 ° C. according to JISR1601, the fracture toughness by the IF method, and the silicon nitride from the electron micrograph. The average grain size of the crystal and the silicon carbide crystal was measured. Also, 13
Each was held at a temperature of 71 ° C. under a load of 80 ksi and 90 ksi for a maximum of 100 hours, and the time until breakage was measured.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】[0028]

【表2】 [Table 2]

【0029】表1および表2の結果によれば、焼成を1
800℃にて行った試料No,11では、高温特性が悪
く、1700℃で焼成した試料No,12ではいずれも
満足した特性の焼結体を得ることはできなかった。ま
た、多段焼成において温度が本発明の範囲を逸脱する場
合においても同様に満足した特性を得ることはできなか
った。さらに系中にAl 23 を含む試料No,15で
は高温強度は本発明品に比較して劣化している。
According to the results shown in Tables 1 and 2, firing was performed for 1
Sample No. 11 performed at 800 ° C. had poor high-temperature characteristics, and Sample No. 12 fired at 1700 ° C. could not obtain a sintered body having satisfactory characteristics. Similarly, even in the case where the temperature deviates from the range of the present invention in multi-stage firing, satisfactory characteristics cannot be obtained. Further, in Sample Nos. 15 and 15 in which Al 2 O 3 is contained in the system, the high temperature strength is deteriorated as compared with the product of the present invention.

【0030】これに対して本発明の試料は、いずれも1
400℃強度750MPa以上、80ksi下でのクリ
ープ特性50hr以上が達成された。
On the other hand, all of the samples of the present invention were 1
A 400 ° C strength of 750 MPa or more and a creep characteristic of 50 hr or more under 80 ksi were achieved.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
窒化珪素および炭化珪素の複合焼結体を製造するに際し
て、所定の温度で多段焼成することにより、窒化珪素結
晶および炭化珪素結晶のそれぞれを微細な粒子として相
互分散させることができ、これにより複合化による高温
の強度劣化を小さくするとともに、優れたクリープ特性
を発揮することができ、複合焼結体のガスタービンやタ
ーボロータ等の熱機関構造用として、またはその他の耐
熱材料として実用化を推進するとともに、その用途を拡
大することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
In producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide, by performing multi-stage firing at a predetermined temperature, each of the silicon nitride crystal and the silicon carbide crystal can be inter-dispersed as fine particles, whereby Reduces the high-temperature strength degradation and exhibits excellent creep characteristics, and promotes its practical use as a composite sintered body for heat engine structures such as gas turbines and turbo rotors, or as other heat-resistant materials. At the same time, its use can be expanded.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 広一 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ 株式会社総合研究所内 (72)発明者 内村 英樹 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ 株式会社総合研究所内 審査官 後谷 陽一 (56)参考文献 特開 昭64−76969(JP,A) 特開 平3−223169(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Koichi Tanaka 1-4-4 Yamashitacho, Kokubu-shi, Kagoshima Inside Kyocera Research Institute (72) Inventor Hideki Uchimura 1-4-4 Yamashitacho, Kokubu-shi, Kagoshima Kyocera Corporation Examiner in the Research Institute Yoichi Gotani (56) References JP-A-64-76969 (JP, A) JP-A-3-223169 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】平均粒径が1μm以下の不純物酸素を含む
窒化珪素粉末を90〜99.5モル%と、周期律表第3
a族酸化物を0.5〜10モル%の割合でそれぞれ含有
する窒化珪素成分100重量部に対して、平均粒径が1
μm以下の炭化珪素粉末を1〜100重量部の割合で分
散含有してなり、且つAl、Ca、Mgの酸化物換算に
よる合量が0.5重量%以下である成形体を作製する工
程と、該成形体を1400〜1800℃の窒素雰囲気中
で焼成する第1焼成工程と、第1焼成工程における温度
よりも高い1500〜2000℃の窒素含有雰囲気下で
焼成する第2焼成工程を具備することを特徴とする窒化
珪素−炭化珪素質複合焼結体の製造方法。
1. The method according to claim 1, wherein said silicon nitride powder containing impurity oxygen having an average particle diameter of 1 μm or less is 90 to 99.5 mol%,
The average particle size is 1 part by weight based on 100 parts by weight of the silicon nitride component containing the group a oxide in a ratio of 0.5 to 10 mol%.
a step of producing a molded body containing silicon carbide powder having a particle size of 1 μm or less dispersed in a proportion of 1 to 100 parts by weight, and having a total amount of 0.5% by weight or less in terms of oxides of Al, Ca, and Mg; A first firing step of firing the molded body in a nitrogen atmosphere at 1400 to 1800 ° C., and a second firing step of firing in a nitrogen-containing atmosphere at 1500 to 2000 ° C. higher than the temperature in the first firing step. A method for producing a silicon nitride-silicon carbide composite sintered body, comprising:
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