JP2910359B2 - 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素質焼結体の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化ケイ素質焼結体に係
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】本出願人は、先に、焼結助剤としてＳｃ
2 Ｏ3 ２〜６wt％、Ｙ2 Ｏ3 をＳｃ2 Ｏ3 と合計して３
〜８wt％、残部を窒化珪素とする組成の粉体を成形し、
この成形体をＮ2 ガス中、常圧で１５５０〜１６５０℃
まで昇温し、昇温後圧力を１５００〜２０００気圧まで
昇圧し、さらに１９００℃未満の温度にまで昇温して焼
結することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法を開
示した（特願平３−１２０３７号）。焼結助剤としてＳ
ｃ2 Ｏ3を用いることによってβ−Ｓｉ3 Ｎ4 の異方性
粒子が自生し、破壊靱性が向上する効果を有するもので
ある。
2 Ｏ3 ２〜６wt％、Ｙ2 Ｏ3 をＳｃ2 Ｏ3 と合計して３
〜８wt％、残部を窒化珪素とする組成の粉体を成形し、
この成形体をＮ2 ガス中、常圧で１５５０〜１６５０℃
まで昇温し、昇温後圧力を１５００〜２０００気圧まで
昇圧し、さらに１９００℃未満の温度にまで昇温して焼
結することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法を開
示した（特願平３−１２０３７号）。焼結助剤としてＳ
ｃ2 Ｏ3を用いることによってβ−Ｓｉ3 Ｎ4 の異方性
粒子が自生し、破壊靱性が向上する効果を有するもので
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の窒化ケイ素焼結
体の製造方法によれば、焼結体の破壊靱性値は大きく向
上するが、高温強度は必ずしも向上せず、低強度のもの
もある。しかしながら、セラミックス製ガスタービンエ
ンジンは１３５０〜１４００℃で使用されるので、ガス
タービンエンジン用に用いるためには１４００℃で高強
度（６００MPa 以上）を有する必要がある。
体の製造方法によれば、焼結体の破壊靱性値は大きく向
上するが、高温強度は必ずしも向上せず、低強度のもの
もある。しかしながら、セラミックス製ガスタービンエ
ンジンは１３５０〜１４００℃で使用されるので、ガス
タービンエンジン用に用いるためには１４００℃で高強
度（６００MPa 以上）を有する必要がある。
【０００４】そこで、本発明はこのような窒化ケイ素焼
結体の高温強度を改善することを目的とする。
結体の高温強度を改善することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、平均粒径０．５μｍ以下で金属元素不純
物総量１００ppm 以下のＳｉ3 Ｎ4 粉末に、焼結助剤と
して平均粒径０．５μｍ以下のＳｃ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 の
粉末３〜８wt％と、平均粒径０．３μｍ以下の非晶質Ｓ
ｉ−Ｎ−Ｃ粉末２〜１５wt％とを混合して成形し、該成
形体を窒素ガス雰囲気で１５００〜１８００℃の温度で
焼結することを特徴とする窒化ケイ素質焼結体の製造方
法を提供する。
成するために、平均粒径０．５μｍ以下で金属元素不純
物総量１００ppm 以下のＳｉ3 Ｎ4 粉末に、焼結助剤と
して平均粒径０．５μｍ以下のＳｃ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 の
粉末３〜８wt％と、平均粒径０．３μｍ以下の非晶質Ｓ
ｉ−Ｎ−Ｃ粉末２〜１５wt％とを混合して成形し、該成
形体を窒素ガス雰囲気で１５００〜１８００℃の温度で
焼結することを特徴とする窒化ケイ素質焼結体の製造方
法を提供する。
【０００６】原料窒化ケイ素粉末は平均粒径０．５μｍ
以下、好ましくは０．２〜０．４μｍの粉末を用いる。
粒径が小さいことによって焼結時の駆動力が大きくな
り、緻密化が達成される。しかし、粒径が０．１μｍよ
り小さくなると、粉末自体が嵩高になり、焼結時の収縮
量が大きくなり、工業上有利ではない。また、原料窒化
ケイ素粉末は金属元素不純物総量が１００ppm 以下、好
ましくは５０ppm 以下のものを用いる。金属元素不純物
量がこれより多くなると、１４００℃で焼結体が酸化し
易くなり、焼結体表面にピットが生成され、高温強度が
低下する。
以下、好ましくは０．２〜０．４μｍの粉末を用いる。
粒径が小さいことによって焼結時の駆動力が大きくな
り、緻密化が達成される。しかし、粒径が０．１μｍよ
り小さくなると、粉末自体が嵩高になり、焼結時の収縮
量が大きくなり、工業上有利ではない。また、原料窒化
ケイ素粉末は金属元素不純物総量が１００ppm 以下、好
ましくは５０ppm 以下のものを用いる。金属元素不純物
量がこれより多くなると、１４００℃で焼結体が酸化し
易くなり、焼結体表面にピットが生成され、高温強度が
低下する。
【０００７】焼結助剤としてのＳｃ2 Ｏ3 粉末はＹ2Ｏ
3 と協働して液相焼結を促進し、また、耐酸化性を向上
させ、さらにβ−Ｓｉ3 Ｎ4 針状結晶の自生を促進する
働きがある。焼結助剤としてのＹ2 Ｏ3 粉末は、針状晶
のβ−Ｓｉ3 Ｎ4 結晶を生成させると共に、そのアスペ
クト比を大きくし、焼結体の強度、破壊靱性を向上する
効果がある。
3 と協働して液相焼結を促進し、また、耐酸化性を向上
させ、さらにβ−Ｓｉ3 Ｎ4 針状結晶の自生を促進する
働きがある。焼結助剤としてのＹ2 Ｏ3 粉末は、針状晶
のβ−Ｓｉ3 Ｎ4 結晶を生成させると共に、そのアスペ
クト比を大きくし、焼結体の強度、破壊靱性を向上する
効果がある。
【０００８】微細でアスペクト比が大きいβ−Ｓｉ3 Ｎ
4 結晶が３次元的に絡みかつ緻密に焼結すれば、高温強
度が向上する。Ｓｃ2 Ｏ3 粉末とＹ2 Ｏ3 粉末の添加量
の合計は３〜８wt％である。３wt％未満では焼結性が低
下して微細柱状晶が生成せず、強度が低下し、８wt％よ
り多いと、粒界相が非晶質に成りやすく高温強度が低下
する。Ｙ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 の重量比は、７９：１〜
１：７の範囲が好ましい。
4 結晶が３次元的に絡みかつ緻密に焼結すれば、高温強
度が向上する。Ｓｃ2 Ｏ3 粉末とＹ2 Ｏ3 粉末の添加量
の合計は３〜８wt％である。３wt％未満では焼結性が低
下して微細柱状晶が生成せず、強度が低下し、８wt％よ
り多いと、粒界相が非晶質に成りやすく高温強度が低下
する。Ｙ2 Ｏ3 とＳｃ2 Ｏ3 の重量比は、７９：１〜
１：７の範囲が好ましい。
【０００９】本発明では、さらに非晶質Ｓｉ−Ｎ−Ｃ粉
末を添加する。この粉末は、例えば、ヘキサメチルジシ
ラザンとアンモニアを１０００℃でＣＶＤ反応させ、Ｎ
2 気流中１３５０℃で熱処理して製造される非晶質の複
合粉末であり、１５００℃程度でＳｉ3 Ｎ4 とＳｉＣに
熱分解するものである。この粒子を添加することによ
り、Ｓｉ3 Ｎ4 の焼結過程で粒界３重点内にＳｉＣ粒子
を生成し、これにより高温時に粒界相の軟化を防止す
る。また、ＳｉＣ粒子の分散効果により、亀裂進展に対
し抵抗し、強度・破壊靱性が向上する。
末を添加する。この粉末は、例えば、ヘキサメチルジシ
ラザンとアンモニアを１０００℃でＣＶＤ反応させ、Ｎ
2 気流中１３５０℃で熱処理して製造される非晶質の複
合粉末であり、１５００℃程度でＳｉ3 Ｎ4 とＳｉＣに
熱分解するものである。この粒子を添加することによ
り、Ｓｉ3 Ｎ4 の焼結過程で粒界３重点内にＳｉＣ粒子
を生成し、これにより高温時に粒界相の軟化を防止す
る。また、ＳｉＣ粒子の分散効果により、亀裂進展に対
し抵抗し、強度・破壊靱性が向上する。
【００１０】このＳｉ−Ｎ−Ｃ粒子は非晶質でないと、
活性が低いので焼結性を低下させる。非晶質Ｓｉ−Ｎ−
Ｃ粒子は平均粒径０．３μｍ以下の粒子を用いる。粒径
が０．３μｍより大きいと焼結体密度が向上しない。ま
た添加量は２〜１５wt％とする。添加量が少ないと上記
の効果が得られず、一方添加量が多すぎると焼結性が低
下する。
活性が低いので焼結性を低下させる。非晶質Ｓｉ−Ｎ−
Ｃ粒子は平均粒径０．３μｍ以下の粒子を用いる。粒径
が０．３μｍより大きいと焼結体密度が向上しない。ま
た添加量は２〜１５wt％とする。添加量が少ないと上記
の効果が得られず、一方添加量が多すぎると焼結性が低
下する。
【００１１】本発明の方法における粉末混合物の成形及
び成形体の焼結は常法に従うことができる。一次成形
後、Ｎ2 雰囲気下、１５００〜１８００℃で焼結する。
１５００℃未満では緻密に焼結せず、一方１８００℃を
越えると窒化ケイ素が異常粒成長して強度が低下する。
焼結圧力は大気圧下ででもよいし、例えば１０〜２００
０気圧以上の範囲で加圧してもよい。
び成形体の焼結は常法に従うことができる。一次成形
後、Ｎ2 雰囲気下、１５００〜１８００℃で焼結する。
１５００℃未満では緻密に焼結せず、一方１８００℃を
越えると窒化ケイ素が異常粒成長して強度が低下する。
焼結圧力は大気圧下ででもよいし、例えば１０〜２００
０気圧以上の範囲で加圧してもよい。
【００１２】
【作用】非晶質Ｓｉ−Ｎ−Ｃ粉末の添加により、焼結過
程中に微細ＳｉＣを粒界３重点に生成でき、これによっ
て、粒界相の軟化を防止し、強度低下の防止、亀裂
進展に対して抵抗となり、強度低下の防止効果を得るこ
とができる。
程中に微細ＳｉＣを粒界３重点に生成でき、これによっ
て、粒界相の軟化を防止し、強度低下の防止、亀裂
進展に対して抵抗となり、強度低下の防止効果を得るこ
とができる。
【００１３】
【実施例】平均粒径０．２μｍ、金属元素不純物総量５
０ppm のＳｉ3 Ｎ4 粉末に、平均粒径０．２μｍのＹ2
Ｏ3 粉末とＳｃ2 Ｏ3 粉末と、平均粒径０．１μｍの非
晶質Ｓｉ−Ｎ−Ｃ粉末（加熱により生成するＳｉＣ換算
で３０wt％のＣを含む粉末）を、表１に示す組成になる
よう秤量し、エタノール中で均一に混合後、該混合粉末
を金型成形したのち該成形体に３ｔ／cm2 の静水圧を負
荷させ、該成形体を１５００〜１８００℃の温度で焼結
した。尚、最高温度到達後に表１に示す窒素ガス圧力ま
で毎分２０気圧の昇圧速度で加圧した。
０ppm のＳｉ3 Ｎ4 粉末に、平均粒径０．２μｍのＹ2
Ｏ3 粉末とＳｃ2 Ｏ3 粉末と、平均粒径０．１μｍの非
晶質Ｓｉ−Ｎ−Ｃ粉末（加熱により生成するＳｉＣ換算
で３０wt％のＣを含む粉末）を、表１に示す組成になる
よう秤量し、エタノール中で均一に混合後、該混合粉末
を金型成形したのち該成形体に３ｔ／cm2 の静水圧を負
荷させ、該成形体を１５００〜１８００℃の温度で焼結
した。尚、最高温度到達後に表１に示す窒素ガス圧力ま
で毎分２０気圧の昇圧速度で加圧した。
【００１４】得られた焼結体の強度をＪＩＳ規格に準
じ、室温と高温４点曲げ試験で測定し、その結果を表１
に示した。４点曲げ強度は各試料１０本についての測定
値の平均値である。比較のために、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末の純
度と、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 粉末及び非晶質Ｓｉ−Ｎ−
Ｃ粉末の組成の点で本発明以外の請求範囲の場合につい
て結果を表１に併せて示す。比較例１２，１３及び１４
は窒化ケイ素原料粉末の金属不純物総量がそれぞれ１５
０ppm ，９８０ppm ，５５００ppm で本発明の範囲外で
ある。
じ、室温と高温４点曲げ試験で測定し、その結果を表１
に示した。４点曲げ強度は各試料１０本についての測定
値の平均値である。比較のために、Ｓｉ3 Ｎ4 粉末の純
度と、Ｙ2 Ｏ3 ，Ｓｃ2 Ｏ3 粉末及び非晶質Ｓｉ−Ｎ−
Ｃ粉末の組成の点で本発明以外の請求範囲の場合につい
て結果を表１に併せて示す。比較例１２，１３及び１４
は窒化ケイ素原料粉末の金属不純物総量がそれぞれ１５
０ppm ，９８０ppm ，５５００ppm で本発明の範囲外で
ある。
【００１５】
【表１】
【００１６】本発明の窒化ケイ素焼結体は破壊靱性値も
優れており、実施例７の焼結体は８MPa √ｍを示し、従
来のＡｌ2 Ｏ3 −Ｙ2 Ｏ3 −Ｓｉ3 Ｎ4 にもとづく同じ
条件で作製した焼結体の６MPa √ｍと比べて大幅に向上
している。
優れており、実施例７の焼結体は８MPa √ｍを示し、従
来のＡｌ2 Ｏ3 −Ｙ2 Ｏ3 −Ｓｉ3 Ｎ4 にもとづく同じ
条件で作製した焼結体の６MPa √ｍと比べて大幅に向上
している。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、窒化ケイ素焼結体の１
４００℃強度が向上し、６００MPa 以上の高強度が実現
され、しかも破壊靱性値も優れている。
４００℃強度が向上し、６００MPa 以上の高強度が実現
され、しかも破壊靱性値も優れている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−113675（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−218970（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−164474（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−174577（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−159256（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−294903（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−254472（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−202060（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/584 C04B 35/626
Claims (1)
- 【請求項１】 平均粒径０．５μｍ以下で金属元素不純
物総量１００ppm 以下のＳｉ3 Ｎ4 粉末に、焼結助剤と
して平均粒径０．５μｍ以下のＳｃ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 の
粉末３〜８wt％と、平均粒径０．３μｍ以下の非晶質Ｓ
ｉ−Ｎ−Ｃ粉末２〜１５wt％とを混合して成形し、該成
形体を窒素ガス雰囲気で１５００〜１８００℃の温度で
焼結することを特徴とする窒化ケイ素質焼結体の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272820A JP2910359B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3272820A JP2910359B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05105520A JPH05105520A (ja) | 1993-04-27 |
| JP2910359B2 true JP2910359B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=17519216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3272820A Expired - Fee Related JP2910359B2 (ja) | 1991-10-21 | 1991-10-21 | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910359B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102052592B1 (ko) * | 2017-02-24 | 2019-12-06 | 한국기계연구원 | 고열전도 질화규소 소결체의 제조방법 |
-
1991
- 1991-10-21 JP JP3272820A patent/JP2910359B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05105520A (ja) | 1993-04-27 |
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