JP2826080B2 - Silicon nitride / silicon carbide composite sintered body and method for producing composite powder - Google Patents

Silicon nitride / silicon carbide composite sintered body and method for producing composite powder

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JP2826080B2
JP2826080B2 JP7098064A JP9806495A JP2826080B2 JP 2826080 B2 JP2826080 B2 JP 2826080B2 JP 7098064 A JP7098064 A JP 7098064A JP 9806495 A JP9806495 A JP 9806495A JP 2826080 B2 JP2826080 B2 JP 2826080B2
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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/炭化珪素複合
焼結体及び複合粉末の製造方法に関し、特にナノコンポ
ジット構造を有するために室温強度、高温強度、硬度、
靭性、耐熱衝撃性、耐腐食性、耐静疲労特性及び耐摩耗
性等に優れ、また安価な原料も利用できて製造プロセス
も簡単であるので、ガスタービン、自動車エンジン等の
高温用構造材料あるいはロッカーアーム等の摺動材料の
低コストな製造方法として好適な方法を提供することで
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a silicon nitride / silicon carbide composite sintered body and a composite powder.
It is excellent in toughness, thermal shock resistance, corrosion resistance, static fatigue resistance, wear resistance, etc., it can use inexpensive raw materials and the manufacturing process is simple, so it can be used for high temperature structural materials such as gas turbines and automobile engines. An object of the present invention is to provide a method suitable as a low-cost method for manufacturing a sliding material such as a rocker arm.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】窒化珪
素系セラミック焼結体は、高強度、高耐熱性、高耐熱衝
撃性、高耐摩耗性、耐酸化性などの点から、高温での使
用条件が苛酷な構造用セラミックスとしての利用が期待
されている。またその機械的強度を向上する目的で、種
々の成分が添加されている。なかでも炭化珪素は良好な
機械的強度を発揮し得るセラミックス成分であり、窒化
珪素に炭化珪素を配合したセラミックス焼結体が提案さ
れいてる。しかし単に窒化珪素粉末と炭化珪素粉末とを
混合して得た焼結体では、炭化珪素粒子(ミクロンオー
ダの大きさ)は窒化珪素の粒界に存在するにとどまる
か、あるいはナノコンポジット構造を有するとしても、
窒化珪素粒子内に複合する炭化珪素粒子の割合が小さ
く、十分な複合効果が得られない。そのため窒化珪素中
に炭化珪素が微細に分散したナノコンポジット構造を有
する焼結体を得るために、種々の方法が提案されてい
る。
2. Description of the Related Art Silicon nitride-based ceramic sintered bodies are required to be used at high temperatures in view of high strength, high heat resistance, high thermal shock resistance, high abrasion resistance and oxidation resistance. It is expected to be used as structural ceramics that are used under severe conditions. Various components are added for the purpose of improving the mechanical strength. Among them, silicon carbide is a ceramic component capable of exhibiting good mechanical strength, and a ceramic sintered body in which silicon carbide is mixed with silicon nitride has been proposed. However, in a sintered body obtained by simply mixing a silicon nitride powder and a silicon carbide powder, silicon carbide particles (size on the order of microns) exist only at the grain boundaries of silicon nitride, or have a nanocomposite structure. As
The ratio of the silicon carbide particles to be compounded in the silicon nitride particles is small, and a sufficient compounding effect cannot be obtained. Therefore, various methods have been proposed to obtain a sintered body having a nanocomposite structure in which silicon carbide is finely dispersed in silicon nitride.

【0003】特開平2-160669号は、平均粒径1μm以下
の炭化珪素が粒界に分散し、かつ数ナノメータから数百
ナノメータの大きさの炭化珪素の微細粒子が窒化珪素粒
子内に分散した微細構造を有する窒化珪素−炭化珪素複
合焼結体を開示している。この複合焼結体は、液相焼結
系において平均粒径が0.5 μm以下の微細な炭化珪素を
生成する非晶質窒化珪素−炭化珪素複合粉末又は窒化珪
素−炭化珪素混合粉末を使用し、焼結助剤の存在下で15
00〜2300℃の温度で焼結することにより製造される。し
かし、非晶質窒化珪素−炭化珪素複合粉末は、有機珪素
化合物の気相反応法により得られるもので、非常にコス
ト高であり、かつ量産性に劣る。また、非晶質粉末は成
形性に劣るという問題がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-160669 discloses that silicon carbide having an average particle size of 1 μm or less is dispersed in grain boundaries, and fine particles of silicon carbide having a size of several nanometers to several hundred nanometers are dispersed in silicon nitride particles. A composite silicon nitride-silicon carbide sintered body having a microstructure is disclosed. This composite sintered body uses an amorphous silicon nitride-silicon carbide composite powder or a silicon nitride-silicon carbide mixed powder that generates fine silicon carbide having an average particle diameter of 0.5 μm or less in a liquid phase sintering system, 15 in the presence of sintering aids
It is manufactured by sintering at a temperature of 00-2300 ° C. However, the amorphous silicon nitride-silicon carbide composite powder is obtained by a gas phase reaction method of an organic silicon compound, and is very expensive and inferior in mass productivity. Further, there is a problem that the amorphous powder is inferior in moldability.

【0004】また特開平3-103361号は、窒化珪素粉末を
母材とし、強化材として大きさが1μm以下及び5〜20
μmの両範囲にわたる炭化珪素粒子を含む複合焼結体を
開示しているが、この複合焼結体は窒化珪素粉末と炭化
珪素粉末を混合して得た焼結体であり、炭化珪素が微細
に分散したナノコンポジット構造を有するには至らず、
複合効果が十分に得られないという問題がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-103361 discloses that a silicon nitride powder is used as a base material, and a reinforcing material having a size of 1 μm or less and 5 to 20 μm is used.
A composite sintered body containing silicon carbide particles covering both ranges of μm is disclosed, but this composite sintered body is a sintered body obtained by mixing silicon nitride powder and silicon carbide powder, and the silicon carbide is fine. Does not have a nanocomposite structure dispersed in
There is a problem that a combined effect cannot be sufficiently obtained.

【0005】また特開平3-261611号は、窒化珪素/炭化
珪素複合焼結体を製造するための窒化珪素複合粉末を製
造する方法であって、金属Si粉末と炭素質粉末とを混
合し、得られた混合物を窒素含有不活性ガス雰囲気中、
1400℃以下の温度で加熱して、金属Si粉末の炭化反応
と窒化反応とを同時に行うことを特徴とする方法を開示
している。しかし、この複合粉末は反応中に粒成長する
ので得られる粉末は粒径が大きく、また出発原料に焼結
助剤を含まないため熱処理により生成する窒化珪素はβ
型になりやすく、焼結性に劣るという問題がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-261611 discloses a method for producing a silicon nitride composite powder for producing a silicon nitride / silicon carbide composite sintered body, comprising mixing a metal Si powder and a carbonaceous powder, The resulting mixture in a nitrogen-containing inert gas atmosphere,
A method is disclosed in which heating is performed at a temperature of 1400 ° C. or lower to simultaneously perform a carbonization reaction and a nitridation reaction of metal Si powder. However, since this composite powder grows during the reaction, the resulting powder has a large particle size, and since the starting material does not contain a sintering aid, the silicon nitride produced by the heat treatment is β
There is a problem that the mold is easily formed and the sinterability is poor.

【0006】したがって本発明の目的は、良好な強度、
耐静疲労特性、耐摩耗性及び硬度を有する窒化珪素/炭
化珪素複合焼結体を低コストで製造する方法を提供する
ことである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide good strength,
An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon nitride / silicon carbide composite sintered body having static fatigue resistance, wear resistance and hardness at low cost.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】以上の目的に鑑み鋭意研
究の結果、本発明者等は、出発材料として珪素粉末と炭
素質粉末と焼結助剤とを使用し、熱処理により珪素の窒
化反応と炭化反応を起こせば、窒化珪素と炭化珪素とか
らなる焼結性に優れた複合粉末及び複合焼結体を得るこ
とができることを発見し、本発明を完成した。
As a result of intensive studies in view of the above objects, the present inventors have used silicon powder, carbonaceous powder, and a sintering aid as starting materials, and performed a nitriding reaction of silicon by heat treatment. The present inventors have found that a composite powder and a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide which are excellent in sinterability can be obtained by causing a carbonization reaction with silicon carbide.

【0008】すなわち、窒化珪素と炭化珪素との複合焼
結体を製造する本発明の方法は、珪素粉末に炭素質粉末
と焼結助剤とを混合し、得られた混合粉末或いはそれか
ら形成した成形体を窒素ガス含有雰囲気中で熱処理し
て、珪素の窒化反応と炭化反応とを起こし、その後窒素
ガス含有雰囲気中で焼結することを特徴とする。また窒
化珪素と炭化珪素との複合粉末を製造する本発明の方法
は、珪素粉末に炭素質粉末と焼結助剤とを混合し、得ら
れた混合粉末を窒素ガス含有雰囲気中で熱処理して、珪
素の窒化反応と炭化反応とを起こし、α型窒化珪素を含
む窒化珪素と炭化珪素との複合粉末を生成することを特
徴とする。
That is, in the method of the present invention for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide, a carbon powder and a sintering aid are mixed with silicon powder, and the resulting mixed powder or a mixture formed therefrom is obtained. The molded body is heat-treated in an atmosphere containing nitrogen gas to cause a nitridation reaction and a carbonization reaction of silicon, and thereafter, is sintered in an atmosphere containing nitrogen gas. Further, the method of the present invention for producing a composite powder of silicon nitride and silicon carbide comprises mixing a silicon powder with a carbonaceous powder and a sintering aid, and subjecting the resulting mixed powder to a heat treatment in a nitrogen gas-containing atmosphere. , to Oko the carbonization reaction and nitriding reaction of silicon, containing the α-silicon nitride
A composite powder of silicon nitride and silicon carbide .

【0009】以下、本発明を詳細に説明する。 [1] 出発原料 (a) 珪素粉末 本発明に使用する珪素粉末は、平均粒径が0.2 〜20μ
m、特に0.3 〜10μmであるのが好ましい。平均粒径が
0.2 μmより小さいと、粉末表面の酸化が大であり、ま
た20μmより大きいと均一な分散が困難となるとともに
反応性に乏しくなる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. [1] Starting material (a) Silicon powder The silicon powder used in the present invention has an average particle size of 0.2 to 20 µm.
m, particularly preferably 0.3 to 10 μm. Average particle size
If it is smaller than 0.2 μm, the oxidation of the powder surface is large, and if it is larger than 20 μm, uniform dispersion becomes difficult and reactivity becomes poor.

【0010】なお、珪素粉末としては、JIS G 2312 に
規定されているような比較的低純度で安価なものから、
半導体のシリコンウェーハの破材を粉砕したような高純
度のものまで、広い範囲のものを使用することができ
る。また高純度の珪素粉末を使用した場合、Fe、Cr、Co
等の化合物あるいは単体を添加し、反応を促進すること
もできる。
[0010] The silicon powder may be selected from relatively low-purity and inexpensive materials as defined in JIS G 2312.
A wide range of materials can be used, including high-purity materials obtained by pulverizing broken materials of semiconductor silicon wafers. When high-purity silicon powder is used, Fe, Cr, Co
The reaction can be promoted by adding a compound such as described above or a simple substance.

【0011】出発原料中の珪素粉末と炭素質粉末の合計
量を100 重量%としたとき、珪素粉末の含有量は、81.2
〜97.6重量%が好ましく、84.2〜93.2重量%がより好ま
しい。珪素粉末が81.2重量%より少ないと焼結体が緻密
化しずらくなり、所望の複合焼結体が得られない。また
97.6重量%より多いと炭化珪素の複合効果が十分でなく
なる。
When the total amount of the silicon powder and the carbonaceous powder in the starting material is 100% by weight, the content of the silicon powder is 81.2%.
997.6% by weight is preferred, and 84.2-93.2% by weight is more preferred. If the silicon powder is less than 81.2% by weight, the sintered body is hard to be densified, and a desired composite sintered body cannot be obtained. Also
If it exceeds 97.6% by weight, the combined effect of silicon carbide will not be sufficient.

【0012】(b) 炭素質粉末 本発明に使用する炭素質粉末は、微細であれば特に限定
されないが、グラファイト粉末もしくはアセチレンブラ
ック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック粉末が
好ましい。炭素質粉末は、平均粒径が20μm以下、特に
10μm以下であるのが好ましい。平均粒径が20μmより
大きいと均一な分散が困難となる。
(B) Carbonaceous powder The carbonaceous powder used in the present invention is not particularly limited as long as it is fine, but graphite powder or carbon black powder such as acetylene black or Ketjen black is preferred. The carbonaceous powder has an average particle size of 20 μm or less, particularly
It is preferably 10 μm or less. If the average particle size is larger than 20 μm, uniform dispersion becomes difficult.

【0013】出発原料中の珪素粉末と炭素質粉末の合計
量を100 重量%としたとき、炭素質粉末の含有量は、2.
4 〜18.8重量%が好ましく、6.8 〜15.8重量%がより好
ましい。炭素質粉末が2.4 重量%より少ないと複合効果
が得られず、また18.8重量%より多いと焼結体が緻密化
しない。
When the total amount of the silicon powder and the carbonaceous powder in the starting material is 100% by weight, the content of the carbonaceous powder is 2.
It is preferably from 4 to 18.8% by weight, more preferably from 6.8 to 15.8% by weight. If the carbonaceous powder is less than 2.4% by weight, the composite effect cannot be obtained, and if it is more than 18.8% by weight, the sintered body will not be densified.

【0014】(c) 窒化珪素粉末 混合粉末の成形性を良くするとともに、窒化珪素生成の
核とするために、0.1〜5μm、好ましくは0.1 〜3μ
mの平均粒径を有する窒化珪素粉末を添加してもよい。
窒化珪素粉末の添加量は、熱処理により生成する窒化珪
素と添加する窒化珪素の合計を100 重量%として、0〜
10重量%とするのが好ましく、より好ましくは0〜5重
量%とする。窒化珪素粉末の添加量が多すぎると(珪素
粉末に対する窒化珪素粉末の割合が高すぎると)、Si
の反応焼結が不十分であり、複合効果が得られない。
(C) Silicon nitride powder In order to improve the moldability of the mixed powder and to make it a nucleus for silicon nitride formation, 0.1 to 5 μm, preferably 0.1 to 3 μm.
A silicon nitride powder having an average particle size of m may be added.
The addition amount of the silicon nitride powder is 0 to 100% by weight of the total of the silicon nitride formed by the heat treatment and the added silicon nitride.
The content is preferably 10% by weight, more preferably 0 to 5% by weight. If the addition amount of the silicon nitride powder is too large (if the ratio of the silicon nitride powder to the silicon powder is too high), Si
Is insufficient in reaction sintering, and a combined effect cannot be obtained.

【0015】(d) 炭化珪素粉末 炭化珪素粉末は、窒化珪素粉末と同様の目的、つまり珪
素粉末混合物の成形性を良くするとともにして炭化珪素
生成の核とするために少量添加してもよい。好ましい炭
化珪素粉末の添加量は、熱処理により生成する炭化珪素
と添加する炭化珪素との合計量を100 重量%として、0
〜10重量%であり、より好ましくは0〜5重量%であ
る。炭化珪素の添加量が多すぎると珪素の反応焼結が不
十分となり、複合効果が得られない。
(D) Silicon Carbide Powder The silicon carbide powder may be added in a small amount for the same purpose as the silicon nitride powder, that is, to improve the moldability of the silicon powder mixture and to serve as a core for silicon carbide formation. . The preferable addition amount of silicon carbide powder is 0% with respect to the total amount of silicon carbide formed by heat treatment and silicon carbide to be added being 100% by weight.
-10% by weight, more preferably 0-5% by weight. If the addition amount of silicon carbide is too large, the reaction sintering of silicon becomes insufficient, and a combined effect cannot be obtained.

【0016】(e) 焼結助剤粉末 焼結助剤粉末としてAl2 3 、MgO、HfO2 、Al
N、及びY2 3 、Yb2 3 、Lu2 3 、Tm2
3 等の希土類元素の化合物から選ばれた少なくとも1種
を添加する。中でも、Y2 3 が好ましく、Y2 3
前出の焼結助剤粉末を組み合わせて使用してもよい。
(E) Sintering aid powder Al 2 O 3 , MgO, HfO 2 , Al
N, and Y 2 O 3, Yb 2 O 3, Lu 2 O 3, Tm 2 O
At least one selected from compounds of rare earth elements such as 3 is added. Among them, Y 2 O 3 is preferable, and Y 2 O 3 may be used in combination with the sintering aid powder described above.

【0017】焼結助剤粉末の含有量は、熱処理により生
成した複合粉末の全量を100 重量%として、5〜20重量
%とするのが好ましく、より好ましくは7〜15重量%と
する。焼結助剤粉末が5重量%より少ないと焼結性が不
十分であり、また20重量%より多いと焼結体の高温強度
が低い。
The content of the sintering aid powder is preferably 5 to 20% by weight, more preferably 7 to 15% by weight, based on 100% by weight of the total amount of the composite powder produced by the heat treatment. If the amount of the sintering aid powder is less than 5% by weight, the sinterability is insufficient, and if it is more than 20% by weight, the high-temperature strength of the sintered body is low.

【0018】[2] 複合焼結体の製造方法 (1) 成形体の作製 まず、各成分を上記配合比となるように配合し、ボール
ミル、ニーダー等で十分に混合する。混合は乾式でも湿
式でも良い。湿式混合の場合には、粉末混合物に水、エ
タノール、ブタノール等の分散媒体を加える。得られた
混合粉末を所望の形状に成形するが、成形方法としては
プレス成形、スリップキャスティング成形、射出成形等
を使用することができる。
[2] Manufacturing method of composite sintered body (1) Preparation of molded body First, the respective components are blended so as to have the above-mentioned blending ratio, and are sufficiently mixed by a ball mill, a kneader or the like. Mixing may be dry or wet. In the case of wet mixing, a dispersion medium such as water, ethanol, or butanol is added to the powder mixture. The obtained mixed powder is molded into a desired shape. As a molding method, press molding, slip casting molding, injection molding or the like can be used.

【0019】プレス成形の場合には、分散媒体を除去後
に所望のプレス型を用いて成形を行う。スリップキャス
ティング成形の場合には、分散媒体とともに吸湿性の型
に流し込む。射出成形の場合には適当な有機又は無機バ
インダーを添加して、型内に射出する。有機バインダー
としては、例えばエチルシリケート、ポリエチレングリ
コール、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリルエ
マルジョン、ポリウレタンエマルジョン等が挙げられ
る。また無機バインダーも添加することができる。複雑
な形状の成形体を作製するにはスリップキャスティング
成形や射出成形が好ましい。
In the case of press molding, molding is performed using a desired press mold after removing the dispersion medium. In the case of slip casting, it is poured into a hygroscopic mold together with the dispersion medium. In the case of injection molding, an appropriate organic or inorganic binder is added and the mixture is injected into a mold. Examples of the organic binder include ethyl silicate, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol (PVA), acrylic emulsion, and polyurethane emulsion. An inorganic binder can also be added. To produce a molded article having a complicated shape, slip casting or injection molding is preferred.

【0020】(2) 窒化/炭化処理 成形体を窒素含有雰囲気下で加熱し、成形体中の珪素粉
末の窒化反応と炭化反応を行う。窒化率と炭化率は出発
原料中の炭素質粉末の添加量により決まる。すなわち、
実質的に全ての炭素は珪素と結合して炭化珪素となるの
で、未反応の珪素が実質的に全て窒化珪素に転化するこ
とになる。例えば、珪素と炭素とが100:7のモル比で
混合されているとすると、窒化珪素と炭化珪素とのモル
比は31:7となる。
(2) Nitriding / Carburizing Treatment The molded body is heated in a nitrogen-containing atmosphere to perform a nitriding reaction and a carbonizing reaction of the silicon powder in the molded body. The nitriding rate and carbonization rate are determined by the amount of the carbonaceous powder in the starting material. That is,
Since substantially all of the carbon is combined with silicon to form silicon carbide, substantially all of the unreacted silicon is converted to silicon nitride. For example, if silicon and carbon are mixed at a molar ratio of 100: 7, the molar ratio of silicon nitride to silicon carbide is 31: 7.

【0021】窒化/炭化処理の諸条件は、成形体の厚
さ、出発原料粉末の粒径等により多少変更する必要があ
るが、温度は1450℃以下とする。1450℃を超える温度に
加熱すると、珪素が溶出するので好ましくない。窒化/
炭化処理温度の下限は1000℃とするのが好ましい。1000
℃未満であると、窒化/炭化反応が起こらないか、起こ
っても反応速度が低すぎる。より好ましい反応温度は12
00〜1400℃である。
The conditions of the nitriding / carbonizing treatment need to be slightly changed depending on the thickness of the compact, the particle size of the starting material powder, etc., but the temperature is set to 1450 ° C. or less. Heating to a temperature exceeding 1450 ° C. is not preferable because silicon elutes. Nitriding /
The lower limit of the carbonization temperature is preferably set to 1000 ° C. 1000
If the temperature is lower than 0 ° C, the nitriding / carbonizing reaction does not occur, or the reaction rate is too low even if it occurs. A more preferred reaction temperature is 12
00-1400 ° C.

【0022】窒素含有雰囲気の圧力は1kg/cm2 以上と
するのが好ましく、より好ましくは5〜2000kg/cm2
する。窒素含有雰囲気の圧力が1kg/cm2 未満であると
窒化が良好に進まない。窒化/炭化処理の時間は、成形
体の厚さ、出発原料粉末の粒径、窒化処理温度等により
多少変化するが、一般に1〜10時間程度とするのが好ま
しい。なお、窒素含有雰囲気とは窒素含有ガスの雰囲気
で、窒素含有ガスとしては窒素ガス、窒素と水素の混合
ガスあるいは窒素とアンモニアの混合ガス等が挙げられ
る。
The pressure of the nitrogen-containing atmosphere is preferably 1 kg / cm 2 or more, more preferably 5 to 2000 kg / cm 2 . If the pressure of the nitrogen-containing atmosphere is less than 1 kg / cm 2 , the nitriding does not proceed well. The time for the nitriding / carbonizing treatment varies somewhat depending on the thickness of the compact, the particle size of the starting raw material powder, the nitriding treatment temperature, and the like, but is generally preferably about 1 to 10 hours. Note that the nitrogen-containing atmosphere is an atmosphere of a nitrogen-containing gas, and examples of the nitrogen-containing gas include a nitrogen gas, a mixed gas of nitrogen and hydrogen, or a mixed gas of nitrogen and ammonia.

【0023】以上の条件で窒化/炭化処理を行うと、成
形体中の珪素粒子は窒化されて出発原料の珪素粒子より
も微細なα−窒化珪素を含む窒化珪素が生成されるとと
もに、炭素と反応して出発原料の珪素粒子及び炭素粒子
よりも微細な炭化珪素粒子を生成する。
When the nitriding / carburizing treatment is performed under the above conditions, the silicon particles in the compact are nitrided to form silicon nitride containing α-silicon nitride finer than the starting material silicon particles, and to form carbon and carbon nitrides. It reacts to produce silicon carbide particles finer than the starting silicon particles and carbon particles.

【0024】なお上記工程(1) と(2) は逆転してもよ
い。すなわち、まず窒化/炭化処理を行って複合粉末を
作製し、次いで複合粉末を粉砕後成形・焼結をしてもよ
い。この場合に作製する複合粉末については、以下の
[3] で詳述する。
The above steps (1) and (2) may be reversed. That is, first, a nitriding / carbonizing treatment may be performed to produce a composite powder, and then the composite powder may be pulverized and then molded and sintered. For the composite powder produced in this case,
Details are described in [3].

【0025】(3) 焼結 窒化処理後の成形体を1600〜2200℃の温度で、好ましく
は1800〜2000℃の温度で焼結する。焼結温度が1600℃未
満であると、焼結体の緻密化が不十分になり、所望の特
性が得られない。また焼結温度が2200℃を超えると窒化
珪素の分解が始まるので好ましくない。焼結は窒素ガス
含有雰囲気中で行う。このとき、雰囲気ガス圧は5〜20
00kg/cm2 程度とするのが好ましい。また、焼結時間は
1〜5時間程度とするのが好ましい。良好な焼結体密度
を達成するためにはホットプレス又はHIPが好まし
い。
(3) Sintering The compact after nitriding is sintered at a temperature of 1600 to 2200 ° C., preferably at a temperature of 1800 to 2000 ° C. If the sintering temperature is lower than 1600 ° C., the densification of the sintered body becomes insufficient, and desired characteristics cannot be obtained. If the sintering temperature exceeds 2200 ° C., decomposition of silicon nitride starts, which is not preferable. Sintering is performed in an atmosphere containing nitrogen gas. At this time, the atmospheric gas pressure is 5 to 20
It is preferable to be about 00 kg / cm 2 . The sintering time is preferably about 1 to 5 hours. Hot pressing or HIP is preferred in order to achieve a good sintered body density.

【0026】(4) 窒化珪素/炭化珪素複合焼結体 上記方法で得られた窒化珪素/炭化珪素複合焼結体は、
窒化珪素粒子内に微細な炭化珪素粒子が分散したいわゆ
るナノコンポジット構造を有する。炭化珪素粒子は窒化
珪素粒子より熱膨張率が大きいため、窒化珪素粒子に残
留応力が働くと考えられる。また窒化珪素の粒界に分散
した微細な炭化珪素粒子は、窒化珪素の粒界すべりを抑
制するくさびのような作用をすると考えられる。
(4) Silicon nitride / silicon carbide composite sintered body The silicon nitride / silicon carbide composite sintered body obtained by the above method is:
It has a so-called nanocomposite structure in which fine silicon carbide particles are dispersed in silicon nitride particles. Since silicon carbide particles have a larger coefficient of thermal expansion than silicon nitride particles, it is considered that residual stress acts on the silicon nitride particles. It is also considered that fine silicon carbide particles dispersed in the silicon nitride grain boundaries act like a wedge that suppresses grain boundary sliding of silicon nitride.

【0027】従って、炭化珪素/窒化珪素の比が小さい
場合、上記効果が十分に得られない。一方、炭化珪素/
窒化珪素の比が大きすぎると、分散する炭化珪素粒子が
多すぎて窒化珪素の粒成長が抑制されてしまい、焼結体
密度が十分に増大しない。以上の点から炭化珪素/窒化
珪素の重量比は5/95〜50/50が好ましく、15/85〜40
/60がより好ましい。
Therefore, when the ratio of silicon carbide / silicon nitride is small, the above effects cannot be sufficiently obtained. On the other hand, silicon carbide /
If the ratio of silicon nitride is too large, too many silicon carbide particles are dispersed, so that grain growth of silicon nitride is suppressed, and the density of the sintered body does not sufficiently increase. From the above points, the weight ratio of silicon carbide / silicon nitride is preferably 5/95 to 50/50, and 15/85 to 40/50.
/ 60 is more preferred.

【0028】[3] 複合粉末の製造方法 上記[2] 複合焼結体の製造方法の欄で記載したのと同じ
材料及び方法で各成分を混合した後で、成形することな
く窒化/炭化処理を行う。窒化/炭化処理の条件は上記
[2] (2) の欄に記載したのと同じでよいが、粉末の場合
には成形体の熱処理よりもやや低温で窒化/炭化反応が
起こる傾向がある。従って、窒化/炭化反応の温度は11
00〜1380℃とするのがより好ましい。
[3] Production method of composite powder After mixing each component with the same material and method as described in the above section [2] Production method of composite sintered body, nitriding / carbonizing treatment is performed without molding. I do. Nitriding / carbonization conditions are as above
[2] The same as described in (2) may be used, but in the case of powder, the nitriding / carbonization reaction tends to occur at a slightly lower temperature than the heat treatment of the molded body. Therefore, the temperature of the nitridation / carbonization reaction is 11
The temperature is more preferably set to 00 to 1380 ° C.

【0029】窒化/炭化反応の後粉砕して複合粉末を得
る。複合粉末の平均粒径は0.1 〜5μm程度であるのが
好ましい。複合粉末は上記[2] (1) 及び(3) の欄に記載
したものと同じ方法で成形し、焼結することができる。
After the nitriding / carbonization reaction, the mixture is ground to obtain a composite powder. The average particle size of the composite powder is preferably about 0.1 to 5 μm. The composite powder can be molded and sintered by the same method as described in the above [2] (1) and (3).

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明を具体的実施例によりさらに詳
細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited thereto.

【0031】実施例1 平均粒径が0.5 μmの珪素粉末(JIS MSi 1 )71.7重量
%と、平均粒径が0.2μmのカーボンブラック粉末11.9
重量%と、平均粒径が0.1 μmの窒化珪素粉末3.9 重量
%と、平均粒径が0.2 μmの炭化珪素粉末2.1 重量%
と、平均粒径が1.4 μmのY2 3 粉末10.4重量%と
を、100 %反応が進行した時に合計300 gとなるように
秤量し、ボールミルによりエタノールを溶媒として18
時間混合し、乾燥した。
Example 1 71.7% by weight of silicon powder having an average particle diameter of 0.5 μm (JIS MSi 1) and 11.9% of carbon black powder having an average particle diameter of 0.2 μm
Wt%, 3.9 wt% of silicon nitride powder having an average particle size of 0.1 μm, and 2.1 wt% of silicon carbide powder having an average particle size of 0.2 μm
And 10.4% by weight of Y 2 O 3 powder having an average particle size of 1.4 μm were weighed so that a total of 300 g was obtained when 100% of the reaction had proceeded, and a ball mill was used to weigh 18 g of ethanol as a solvent.
Mix for hours and dry.

【0032】得られた原料粉末1を、図1に示すような
直径50mmの黒鉛ダイス2に充填し、9気圧の窒素ガス
含有雰囲気中で1400℃に4時間保持して窒化/炭化反応
を起こさせ、次いで窒素ガス雰囲気中で5tの荷重で最
高1800℃まで昇温して4時間ホットプレス焼結を行っ
た。得られた焼結体の組織を電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、図2に概略的に示すナノコンポジット構造を有する
ことが分かった。図中Aは窒化珪素粒子を示し、Bは炭
化珪素粒子を示し、CはSi−Y−Oからなる相を示
す。また焼結体の密度をアルキメデス法で測定後、炭化
珪素含有量及び硬度をそれぞれ測定した。結果は以下の
通りである。
The obtained raw material powder 1 is filled in a graphite die 2 having a diameter of 50 mm as shown in FIG. 1 and kept at 1400 ° C. for 4 hours in an atmosphere containing nitrogen gas at 9 atm to cause a nitriding / carbonization reaction. Then, the temperature was increased to a maximum of 1800 ° C. under a load of 5 t in a nitrogen gas atmosphere, and hot press sintering was performed for 4 hours. Observation of the structure of the obtained sintered body with an electron microscope revealed that it had a nanocomposite structure schematically shown in FIG. In the figure, A indicates silicon nitride particles, B indicates silicon carbide particles, and C indicates a phase composed of Si-YO. After measuring the density of the sintered body by the Archimedes method, the silicon carbide content and the hardness were measured. The results are as follows.

【0033】焼結体密度: 3.3 g/cm3 炭化珪素含有量* :35重量% 硬度(Hv)**:2197kg/mm2 注*:焼結体中のSi、C及びN元素の定量分析結果か
ら計算で求めた。 〔SiC/(SiC+Si3 4 )〕×100 % **:試料の表面をダイヤモンド研磨し、ビッカース硬
度試験機により500 g×10秒で測定した。
Sintered body density: 3.3 g / cm 3 Silicon carbide content * : 35% by weight Hardness (Hv) ** : 2197 kg / mm 2 Note *: Quantitative analysis of Si, C and N elements in the sintered body It was calculated from the results. [SiC / (SiC + Si 3 N 4 )] × 100% **: The surface of the sample was polished with diamond and measured with a Vickers hardness tester at 500 g × 10 seconds.

【0034】また、焼結体を3mm×4mm×40mmの
大きさに切断して試験片とし、3点曲げ強度試験(室温
及び1400℃)、及び静疲労試験を以下の条件で行った。
結果は以下の表1に示す通りである。 (1) 3点曲げ強度試験:室温の場合にはスパン30mm及
びクロスヘッドスピード0.5 mm/分の条件で行い、ま
た1400℃の場合には1400℃に昇温し、1時間保持した後
上記条件で行った。 (2) 静疲労試験:試験片をスパン30mmの3点曲げ治具
にセットし、1300℃に昇温した後1時間保持し、所定の
応力を負荷して破断するまでの時間を計測した。なお一
定時間経過しても破断しない場合は試験を停止した。試
験中は試験片の変位を高分解能CCDカメラで観測し
た。
Further, the sintered body was cut into a size of 3 mm × 4 mm × 40 mm to obtain a test piece, and a three-point bending strength test (room temperature and 1400 ° C.) and a static fatigue test were performed under the following conditions.
The results are as shown in Table 1 below. (1) Three-point bending strength test: At room temperature, the test is performed under the conditions of a span of 30 mm and a crosshead speed of 0.5 mm / min. I went in. (2) Static fatigue test: The test piece was set in a three-point bending jig having a span of 30 mm, heated to 1300 ° C., held for 1 hour, and measured for the time required to break by applying a predetermined stress. The test was stopped if the sample did not break after a certain period of time. During the test, the displacement of the test piece was observed with a high-resolution CCD camera.

【0035】 表1 3点曲げ強度 室温: 580 MPa 1400℃: 591 MPa 静疲労試験(負荷応力 396 MPa、160 時間) 破断せず、最大変位0.15mm以下Table 1 Three-point bending strength Room temperature: 580 MPa 1400 ° C .: 591 MPa Static fatigue test (load stress 396 MPa, 160 hours) No breakage, maximum displacement 0.15 mm or less

【0036】実施例2〜3、比較例1 平均粒径が0.5 μmの珪素粉末(JIS MSi 1 )と、平均
粒径が0.2 μmのカーボンブラック粉末と、平均粒径が
0.1 μmの窒化珪素粉末と、平均粒径が0.2 μmの炭化
珪素粉末と、平均粒径が1.4 μmのY2 3 粉末と、平
均粒径が2μmのAlN粉末とを、表2に示す割合で
(ただし100 %反応が進行した時に全量が300 gとな
る)秤量し、ボールミルによりエタノールを溶媒として
18時間混合し、乾燥した。得られた原料粉末を実施例1
と同条件でホットプレス焼結した後特性を評価した。結
果を表2に示す。
Examples 2-3, Comparative Example 1 Silicon powder (JIS MSi 1) having an average particle size of 0.5 μm, carbon black powder having an average particle size of 0.2 μm,
The proportions of the silicon nitride powder having a particle diameter of 0.1 μm, the silicon carbide powder having an average particle diameter of 0.2 μm, the Y 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1.4 μm, and the AlN powder having an average particle diameter of 2 μm are shown in Table 2. (However, the total amount is 300 g when 100% reaction has progressed.)
Mix for 18 hours and dry. The obtained raw material powder was used in Example 1.
After hot press sintering under the same conditions as above, the characteristics were evaluated. Table 2 shows the results.

【0037】 表2原料粉末組成(重量%) 実施例2 実施例3 比較例1 珪素粉末 72.9 69.9 80.6 カーボンブラック粉末 10.4 11.3 − 窒化珪素粉末 4.3 3.9 7.1 炭化珪素粉末 1.8 2.0 − Y2 3 粉末 10.6 9.0 12.3 AlN粉末 − 3.9 − 特性 焼結体密度(g/cm3 ) 3.2 3.2 3.0 炭化珪素含有量(重量%)(1) 30 34 0 硬度(Hv)(2) 2012 − 1062 3点曲げ強度 室温 570 328 170 (MPa) 1400℃ 584 252 −* 静疲労特性 破断せず(3) 破断せず(4) * 最大変位(mm)(5) 0.14以下 0.21以下 − 注:(1) 実施例1と同じ方法で算出した。 (2) 実施例1と同じ方法で測定した。 (3) 負荷応力368 MPaで140 時間経過しても試験片は
破断せず、試験を停止した。 (4) 負荷応力190 MPaで90時間経過しても試験片は破
断せず、試験を停止した。 (5) 各静疲労試験条件での最大変位量。 * 珪素の溶出のため高温特性の測定は行わなかった。
Table 2 Composition of raw material powder (% by weight) Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Silicon powder 72.9 69.9 80.6 Carbon black powder 10.4 11.3-Silicon nitride powder 4.3 3.9 7.1 Silicon carbide powder 1.8 2.0-Y 2 O 3 powder 10.6 9.0 12.3 AlN powder-3.9- Characteristic sintered body density (g / cm 3 ) 3.2 3.2 3.0 Silicon carbide content (% by weight) (1) 30 340 Hardness (Hv) (2) 2012-1062 Three-point bending strength Room temperature 570 328 170 (MPa) 1400 ℃ 584 252- * Static fatigue characteristics No break (3) No break (4) - * Maximum displacement (mm) (5) 0.14 or less 0.21 or less-Note: (1) Example 1 It was calculated in the same way as in. (2) Measurement was performed in the same manner as in Example 1. (3) The test piece did not break even after 140 hours at a load stress of 368 MPa, and the test was stopped. (4) The test piece did not break even after 90 hours at a load stress of 190 MPa, and the test was stopped. (5) Maximum displacement under each static fatigue test condition. * High temperature properties were not measured due to silicon elution.

【0038】比較例2、3 平均粒径が1.2 μmの窒化珪素粉末(直接窒化法、α/
α+β=92%)と、平均粒径が1.2 μmの炭化珪素粉末
と、平均粒径が1.4 μmのY2 3 粉末とを、表2に示
す割合で(全量は300 g)秤量し、ボールミルによりエ
タノールを溶媒として18時間混合し、乾燥した。得ら
れた原料粉末を図1に示すような直径50mmの黒鉛ダイ
スに充填し、窒素ガス中で5tの荷重で最高1800℃まで
昇温して4時間ホットプレス焼結を行った。得られた焼
結体の特性を実施例1と同様に評価した。結果を表3に
示す。
Comparative Examples 2 and 3, silicon nitride powder having an average particle size of 1.2 μm (direct nitriding method, α /
α + β = 92%), a silicon carbide powder having an average particle diameter of 1.2 μm, and a Y 2 O 3 powder having an average particle diameter of 1.4 μm were weighed at the ratio shown in Table 2 (the total amount was 300 g), and were weighed using a ball mill. For 18 hours using ethanol as a solvent and dried. The obtained raw material powder was filled in a graphite die having a diameter of 50 mm as shown in FIG. 1, heated to a maximum of 1800 ° C. under a load of 5 t in a nitrogen gas, and subjected to hot press sintering for 4 hours. The characteristics of the obtained sintered body were evaluated in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the results.

【0039】 表3原料粉末組成(重量%) 比較例比較例3 窒化珪素粉末 92.0 64.4 炭化珪素粉末 − 27.6 Y2 3 粉末 8.0 8.0 特性 焼結体密度(g/cm3 ) 3.2 3.0 炭化珪素含有量(重量%)(1) 0 30 硬度(Hv)(2) 1698 1194 3点曲げ強度 室温 775 408 (MPa) 1400℃ 139 123 静疲労特性 破断(3) 破断(4) 注:(1) 実施例1と同じ方法で算出した。 (2) 実施例1と同じ方法で測定した。 (3) 負荷応力83MPa、36秒で破断。 (4) 負荷応力83MPa、1秒で破断。Table 3 Raw material powder composition (% by weight) Comparative example 2 Comparative example 3 Silicon nitride powder 92.0 64.4 Silicon carbide powder-27.6 Y 2 O 3 powder 8.0 8.0 Characteristic sintered compact density (g / cm 3 ) 3.2 3.0 Silicon carbide Content (% by weight) (1) 0 30 Hardness (Hv) (2) 1698 1194 Three-point bending strength Room temperature 775 408 (MPa) 1400 ° C 139 123 Static fatigue properties Rupture (3) Rupture (4) Note: (1) It was calculated in the same manner as in Example 1. (2) Measurement was performed in the same manner as in Example 1. (3) Fracture in a load stress of 83 MPa for 36 seconds. (4) Breaking load stress 83MPa, 1 second.

【0040】以上の通り、珪素粉末の反応焼結により形
成された焼結体でない比較例2及び3の焼結体は十分な
機械的強度及び耐熱性を有しない。これは、窒化珪素粒
子中に炭化珪素微粒子が存在するナノコンポジット構造
を有しないからであると考えられる。
As described above, the sintered bodies of Comparative Examples 2 and 3 which are not sintered bodies formed by reaction sintering of silicon powder do not have sufficient mechanical strength and heat resistance. This is presumably because the silicon nitride particles do not have a nanocomposite structure in which silicon carbide particles exist.

【0041】実施例4 平均粒径が3.4 μmの珪素粉末(JIS MSi 1 )78.0重量
%と、平均粒径が5μmのグラファイト粉末11.2重量%
と、平均粒径が1.4 μmのY2 3 粉末10.8重量%と
を、100 %反応した時に合計300 gとなるように秤量
し、ボールミルによりエタノールを溶媒として18時間
混合し、乾燥した。得られた粉末を9気圧の窒素ガス雰
囲気中で1380℃で熱処理した後、200 重量部の窒化珪素
ボールと200重量部のエタノールとともに500 mlのポ
ットに入れて7日間粉砕し、目開き355 μmのふるいで
パスしたものを集めて、複合粉末を得た。この複合粉末
を図1に示すような直径42mmの黒鉛ダイス2に充填
し、9気圧の窒素ガス雰囲気中、5トンの荷重で最高18
50℃まで昇温して4時間ホットプレス焼結した。得られ
た焼結体の密度をアルキメデス法で測定後、JIS R 1601
に従って室温及び高温(1300℃及び1400℃)で3点曲げ
試験を行った。結果は以下の通りである。
Example 4 78.0% by weight of silicon powder (JIS MSi 1) having an average particle size of 3.4 μm and 11.2% by weight of graphite powder having an average particle size of 5 μm
And 10.8% by weight of Y 2 O 3 powder having an average particle size of 1.4 μm were weighed so that a total of 300 g when reacted 100% was mixed, mixed by a ball mill using ethanol as a solvent for 18 hours, and dried. The obtained powder was heat-treated at 1380 ° C. in a nitrogen gas atmosphere at 9 atm, and then pulverized together with 200 parts by weight of silicon nitride balls and 200 parts by weight of ethanol in a 500 ml pot for 7 days. Those that passed through the sieve were collected to obtain a composite powder. This composite powder was filled in a graphite die 2 having a diameter of 42 mm as shown in FIG.
The temperature was raised to 50 ° C., and hot press sintering was performed for 4 hours. After measuring the density of the obtained sintered body by the Archimedes method, JIS R 1601
A three-point bending test was performed at room temperature and high temperature (1300 ° C. and 1400 ° C.) according to the above. The results are as follows.

【0042】焼結体密度:3.32g/cm3 炭化珪素含有量:30重量% 3点曲げ強度 室温:1084MPa 1300℃:1000MPa 1400℃:830 MPaSintered body density: 3.32 g / cm 3 Silicon carbide content: 30% by weight Three-point bending strength Room temperature: 1084 MPa 1300 ° C .: 1000 MPa 1400 ° C .: 830 MPa

【0043】実施例5 実施例4で得られた複合粉末を金型に入れてプレス成形
し、さらにCIP装置で4t/cm2 の等方圧をかけ、55
mm×35mm×6mmの成形体とした。この成形体を9
気圧の窒素ガス雰囲気中2000℃で4時間常圧焼結し、次
いで1000気圧の窒素ガス雰囲気中1850℃で1時間HIP
焼結した。得られた焼結体の密度をアルキメデス法で測
定後、JIS R 1601に従って室温及び高温(1400℃)で3
点曲げ試験及び静疲労試験を行った。結果は以下の通り
である。
Example 5 The composite powder obtained in Example 4 was put into a mold and press-molded, and further subjected to an isotropic pressure of 4 t / cm 2 with a CIP device to obtain 55%.
A molded body of mm × 35 mm × 6 mm was obtained. 9
Atmospheric pressure sintering at 2000 ° C for 4 hours in a nitrogen gas atmosphere, then HIP at 1850 ° C for 1 hour in a 1000 atmosphere nitrogen gas atmosphere
Sintered. After measuring the density of the obtained sintered body by the Archimedes method, the density is measured at room temperature and high temperature (1400 ° C.) in accordance with JIS R 1601.
A point bending test and a static fatigue test were performed. The results are as follows.

【0044】焼結体密度:3.29g/cm3 炭化珪素含有量:30重量% 3点曲げ強度 室温:958 MPa 1400℃:756 MPa 静疲労試験(負荷応力 592 MPa、90時間) 破断せず、最大変位0.07mm以下Sintered body density: 3.29 g / cm 3 Silicon carbide content: 30% by weight Three-point bending strength Room temperature: 958 MPa 1400 ° C .: 756 MPa Static fatigue test (load stress 592 MPa, 90 hours) Maximum displacement 0.07mm or less

【0045】[0045]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明では珪素粉
末と炭素粉末と焼結助剤を含有する混合粉末を出発材料
として用い、窒素ガス含有雰囲気中での熱処理により珪
素の窒化反応と炭化反応とを起こさせるので、得られる
複合焼結体中の窒化珪素粒子内には炭化珪素粒子が微細
に分散し、ナノコンポジット構造を有する。このため本
発明の方法により得られた複合焼結体は室温強度、高温
強度、硬度、靭性、耐熱衝撃性、耐腐食性、耐静疲労特
性及び耐摩耗性等に優れている。また本発明の複合焼結
体及び複合粉末の製造方法は、安価な原料を利用できて
製造プロセスも簡単であるので、ガスタービン、自動車
エンジン等の高温用構造材料あるいはロッカーアーム等
の摺動材料の低コストな製造方法として好適である。
As described in detail above, in the present invention, a mixed powder containing a silicon powder, a carbon powder and a sintering aid is used as a starting material, and a nitriding reaction of silicon is performed by heat treatment in a nitrogen gas-containing atmosphere. Since a carbonization reaction is caused, silicon carbide particles are finely dispersed in silicon nitride particles in the obtained composite sintered body, and have a nanocomposite structure. Therefore, the composite sintered body obtained by the method of the present invention is excellent in room temperature strength, high temperature strength, hardness, toughness, thermal shock resistance, corrosion resistance, static fatigue resistance, wear resistance, and the like. In addition, the method for producing a composite sintered body and composite powder of the present invention can use inexpensive raw materials and the production process is simple. Is suitable as a low-cost manufacturing method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の複合焼結体用成形体の製造に用いるホ
ットプレス用黒鉛ダイスを概略的に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a graphite die for hot pressing used for manufacturing a molded body for a composite sintered body of the present invention.

【図2】実施例1で得られた複合焼結体の組織を表す概
略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a composite sintered body obtained in Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01D 5/28 C04B 35/56 101D F01L 1/18 101U F02C 7/00 35/58 102V (72)発明者 樋口 義勝 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−261611(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/584 C01B 21/068 C04B 35/565──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F01D 5/28 C04B 35/56 101D F01L 1/18 101U F02C 7/00 35/58 102V (72) Inventor Yoshikatsu Higuchi Wako Saitama 1-4-1, Ichichuo, Japan Inside Honda R & D Co., Ltd. (56) References JP-A-3-261611 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C04B 35/584 C01B 21/068 C04B 35/565

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 窒化珪素と炭化珪素との複合焼結体の製
造方法であって、珪素粉末に炭素質粉末と焼結助剤とを
混合し、得られた混合粉末から形成した成形体を窒素ガ
ス含有雰囲気中で熱処理して、珪素の窒化反応と炭化反
応とを起こし、その後窒素ガス含有雰囲気中で焼結する
ことを特徴とする方法。
1. A method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide, comprising mixing a siliconaceous powder with a carbonaceous powder and a sintering aid, and forming a compact formed from the resulting mixed powder. A method comprising heat-treating in a nitrogen gas-containing atmosphere to cause a nitridation reaction and a carbonization reaction of silicon, and thereafter sintering in a nitrogen gas-containing atmosphere.
【請求項2】 請求項1に記載の窒化珪素と炭化珪素と
の複合焼結体の製造方法において、前記焼結助剤の含有
量は、熱処理により生成した成形体の全量を100重量%
として、5〜20重量%であることを特徴とする方法。
2. The method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide according to claim 1, wherein the content of the sintering aid is 100% by weight of the total amount of the molded body produced by the heat treatment.
A method of 5 to 20% by weight.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の窒化珪素と炭化
珪素との複合焼結体の製造方法において、前記混合粉末
は、珪素粉末と、炭素質粉末と、焼結助剤と、窒化珪素
及び/又は炭化珪素とを混合してなることを特徴とする
方法。
3. The method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide according to claim 1, wherein the mixed powder comprises a silicon powder, a carbonaceous powder, a sintering aid, A method comprising mixing silicon and / or silicon carbide.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の窒化珪
素と炭化珪素との複合焼結体の製造方法において、炭化
珪素/窒化珪素の重量比は5/95〜50/50であることを
特徴とする方法。
4. The method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide according to claim 1, wherein the weight ratio of silicon carbide / silicon nitride is 5/95 to 50/50. A method comprising:
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の窒化珪
素と炭化珪素との複合焼結体の製造方法において、前記
窒素ガス含有雰囲気中における熱処理を1450℃以下の温
度で行うことを特徴とする方法。
5. The method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide according to claim 1, wherein the heat treatment in the nitrogen gas-containing atmosphere is performed at a temperature of 1450 ° C. or less. Features method.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の窒化珪
素と炭化珪素との複合焼結体の製造方法において、前記
成形体を窒素ガス含有雰囲気中において1600℃〜2200℃
で焼結することを特徴とする方法。
6. The method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide according to claim 1, wherein the molded body is heated to 1600 ° C. to 2200 ° C. in an atmosphere containing nitrogen gas.
And sintering.
【請求項7】 窒化珪素と炭化珪素との複合粉末の製造
方法であって、珪素粉末に炭素質粉末と焼結助剤とを混
合し、得られた混合粉末を窒素ガス含有雰囲気中で熱処
理して、珪素の窒化反応と炭化反応とを起こし、α型窒
化珪素を含む窒化珪素と炭化珪素との複合粉末を生成す
ことを特徴とする方法。
7. A method for producing a composite powder of silicon nitride and silicon carbide, comprising mixing a silicon powder with a carbonaceous powder and a sintering aid, and subjecting the resulting mixed powder to a heat treatment in a nitrogen gas-containing atmosphere. and, to Oko the carbonization reaction and nitriding reaction of silicon, alpha-type nitrogen
Produces composite powder of silicon nitride containing silicon carbide and silicon carbide
Wherein the that.
【請求項8】 請求項7に記載の窒化珪素と炭化珪素と
の複合粉末の製造方法において、前記焼結助剤の含有量
は、熱処理により生成した複合粉末の全量を100重量%
として、5〜20重量%であることを特徴とする方法。
8. The method for producing a composite powder of silicon nitride and silicon carbide according to claim 7, wherein the content of the sintering aid is such that the total amount of the composite powder produced by the heat treatment is 100% by weight.
A method of 5 to 20% by weight.
【請求項9】 請求項7又は8に記載の窒化珪素と炭化
珪素との複合粉末の製造方法において、前記混合粉末
は、珪素粉末と、炭素質粉末と、焼結助剤と、窒化珪素
及び/又は炭化珪素とを混合してなることを特徴とする
方法。
9. The method for producing a composite powder of silicon nitride and silicon carbide according to claim 7, wherein the mixed powder comprises silicon powder, carbonaceous powder, a sintering aid, silicon nitride, and silicon nitride. And / or mixing with silicon carbide.
【請求項10】 請求項7〜9のいずれかに記載の窒化
珪素と炭化珪素との複合粉末の製造方法において、炭化
珪素/窒化珪素の重量比は5/95〜50/50であることを
特徴とする方法。
10. The method for producing a composite powder of silicon nitride and silicon carbide according to claim 7, wherein the weight ratio of silicon carbide / silicon nitride is 5/95 to 50/50. Features method.
【請求項11】 請求項7〜10のいずれかに記載の窒
化珪素と炭化珪素との複合粉末の製造方法において、前
記窒素ガス含有雰囲気中における熱処理を1450℃以下の
温度で行うことを特徴とする方法。
11. The method for producing a composite powder of silicon nitride and silicon carbide according to claim 7, wherein the heat treatment in the nitrogen gas-containing atmosphere is performed at a temperature of 1450 ° C. or less. how to.
【請求項12】 窒化珪素と炭化珪素との複合焼結体の
製造方法であって、請求項7〜11のいずれかに記載の
窒化珪素と炭化珪素との複合粉末から形成した成形体を
窒素ガス含有雰囲気中で焼結することを特徴とする方
法。
12. A method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide, wherein the compact formed from the composite powder of silicon nitride and silicon carbide according to claim 7 is nitrogen-coated. A method characterized by sintering in a gas-containing atmosphere.
【請求項13】 請求項12に記載の窒化珪素と炭化珪
素との複合焼結体の製造方法において、前記成形体を窒
素ガス含有雰囲気中において1600℃〜2200℃で焼結する
ことを特徴とする方法。
13. The method for producing a composite sintered body of silicon nitride and silicon carbide according to claim 12, wherein the compact is sintered at 1600 ° C. to 2200 ° C. in an atmosphere containing nitrogen gas. how to.
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