JP2958569B2 - 常圧焼結ｈ―ＢＮ系セラミック焼結体の処理方法 - Google Patents
常圧焼結ｈ―ＢＮ系セラミック焼結体の処理方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、常圧焼結ｈ−BN系セラミック焼結体の処理
方法に係わるものである。
方法に係わるものである。
〈従来の技術〉 本発明者は、特願昭61−186459、特願昭61−261559、
特願昭62−116627、特願昭63−284868で一連の常圧焼結
六方晶系窒化硼素（以下ｈ−BNと記す）焼結体及び耐蝕
性のある常圧焼結ｈ−BN系焼結体を開示した。
特願昭62−116627、特願昭63−284868で一連の常圧焼結
六方晶系窒化硼素（以下ｈ−BNと記す）焼結体及び耐蝕
性のある常圧焼結ｈ−BN系焼結体を開示した。
常圧焼結ｈ−BN焼結体及びｈ−BN系焼結体は、不活性
Gas、雰囲気、常圧中で焼結する為、焼結過程に於いて
揮発性成分は焼結体外へ気散し、その結果として焼結体
密度が理論密度とならず多孔質体となる。しかしながら
これらの焼結体強度は後加工やハンドリングに差し支え
ない常温強度を有し、又高温で軟化する様な低融点の化
合物や、Glass成分は先に述べた様に焼結過程で揮発性
成分として除外されている為に、これらの成分は焼結体
中に多量に残存しておらず、様々な適応部材での高温下
に於ける強度劣化が少ないという特徴がある。
Gas、雰囲気、常圧中で焼結する為、焼結過程に於いて
揮発性成分は焼結体外へ気散し、その結果として焼結体
密度が理論密度とならず多孔質体となる。しかしながら
これらの焼結体強度は後加工やハンドリングに差し支え
ない常温強度を有し、又高温で軟化する様な低融点の化
合物や、Glass成分は先に述べた様に焼結過程で揮発性
成分として除外されている為に、これらの成分は焼結体
中に多量に残存しておらず、様々な適応部材での高温下
に於ける強度劣化が少ないという特徴がある。
しかしながら焼結過程で焼結体から揮発する成分は、
焼結体の表面から気散するので、焼結体内部と表面では
揮発性成分が異なり、特に内部に揮発性成分は残存しが
ちである。
焼結体の表面から気散するので、焼結体内部と表面では
揮発性成分が異なり、特に内部に揮発性成分は残存しが
ちである。
この様な揮発性成分が偏析した焼結体を応用する場
合、焼結体全体としては揮発性成分濃度は低く、高温部
材としての強度は十分であるが、場合によっては焼結体
からGasが発生し、これらを用いて製作された製品に悪
影響を及ぼす問題点があった。
合、焼結体全体としては揮発性成分濃度は低く、高温部
材としての強度は十分であるが、場合によっては焼結体
からGasが発生し、これらを用いて製作された製品に悪
影響を及ぼす問題点があった。
〈発明が解決する問題点〉 本発明は、かかる現状技術の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところはｈ−BN系セラミック中
の基本成分を残し、金属、無機溶融体に対する耐蝕性、
難濡れ性、強度等の基礎物性を保持させたまま、該焼結
体中の揮発性成分のみを除去する処理方法を提供するに
ある。
もので、その目的とするところはｈ−BN系セラミック中
の基本成分を残し、金属、無機溶融体に対する耐蝕性、
難濡れ性、強度等の基礎物性を保持させたまま、該焼結
体中の揮発性成分のみを除去する処理方法を提供するに
ある。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明者は、上記問題点に関して鋭意研究を行った結
果、次の様な新しい知見を得るに至った。即ち、 常圧焼結ｈ−BN系セラミック焼結体を高温加熱、又
は高温真空処理、又は酸溶液処理をすると該焼結体内部
の揮発性成分を除去することができる。
果、次の様な新しい知見を得るに至った。即ち、 常圧焼結ｈ−BN系セラミック焼結体を高温加熱、又
は高温真空処理、又は酸溶液処理をすると該焼結体内部
の揮発性成分を除去することができる。
高温加熱処理の場合は、温度が1500℃〜1800℃で該
焼結体内部の揮発性成分を除去することができる。
焼結体内部の揮発性成分を除去することができる。
高温真空処理の場合は、温度が1200℃〜1600℃かつ
真空度が0.1Torr以下である場合、該焼結体内部の揮発
性成分を除去することができる。
真空度が0.1Torr以下である場合、該焼結体内部の揮発
性成分を除去することができる。
酸溶液処理の場合には、酸溶液種が、HCl、HF、HNO
3、H2SO4である為、該焼結体内部の揮発性成分を除去す
ることができる。
3、H2SO4である為、該焼結体内部の揮発性成分を除去す
ることができる。
本発明は、以上の知見を基になされたものである。
〈作用〉 常圧焼結ｈ−BN焼結体は、その焼結過程に於いて揮発
性物質や低融点物質は焼結体外へ放出され、その結果と
して焼結体には開気孔が存在する。ｈ−BN焼結体の焼結
温度は、特願昭和60−259788、特願昭和61−186459で開
示した様に様々な温度が選択されが、少なくとも1500℃
以上の焼結温度があれば常圧焼結ｈ−BN焼結体を得るの
に十分である。
性物質や低融点物質は焼結体外へ放出され、その結果と
して焼結体には開気孔が存在する。ｈ−BN焼結体の焼結
温度は、特願昭和60−259788、特願昭和61−186459で開
示した様に様々な温度が選択されが、少なくとも1500℃
以上の焼結温度があれば常圧焼結ｈ−BN焼結体を得るの
に十分である。
ところが、焼結体中に残存する揮発性成分を完全に除
去する為には、少なくとも焼結温度以上の温度が必要で
ある。
去する為には、少なくとも焼結温度以上の温度が必要で
ある。
高温加熱処理温度を1500℃以上にしたのは上記理由の
為である。
為である。
又、ｈ−BN焼結体中に残存する揮発性成分はH3BO3、B
2O3が主たるものであり、B2O3は1200℃〜1500℃でB2O3
ガスとして揮発することが知られており、又B2O3蒸気圧
は0.1Torrで約1300℃である為、高温真空処理する場合
には、温度は1200℃〜1600℃、真空度は0.1Torr以下で
あればよい。
2O3が主たるものであり、B2O3は1200℃〜1500℃でB2O3
ガスとして揮発することが知られており、又B2O3蒸気圧
は0.1Torrで約1300℃である為、高温真空処理する場合
には、温度は1200℃〜1600℃、真空度は0.1Torr以下で
あればよい。
加熱処理及び高温真空処理の為に常温下で焼結体内部
の揮発性成分であるB2O3又はH3BO3を除去する方法とし
て、酸溶液に浸漬、保持し、内部B2O3又はH3BO3を溶解
させるものである。その酸溶液種は一般的な酸HCl、H
F、HNO3、H2SO4が用いられる。
の揮発性成分であるB2O3又はH3BO3を除去する方法とし
て、酸溶液に浸漬、保持し、内部B2O3又はH3BO3を溶解
させるものである。その酸溶液種は一般的な酸HCl、H
F、HNO3、H2SO4が用いられる。
ｈ−BN系セラミック焼結体は、少なくともｈ−BN成分
が焼結体中に存在しており、ｈ−BN焼結体と同様であ
る。
が焼結体中に存在しており、ｈ−BN焼結体と同様であ
る。
高温真空処理の場合には、所定の焼結温度で焼結され
た、ｈ−BN系焼結体を後加工後、再び高温真空処理して
もよいし、又焼結過程の昇温又は昇温時に雰囲気を真空
にしてもよい。ｈ−BN及びその他の基本構成成分が焼結
体中に発現し、それらが安定で処理可能な温度域であれ
ば、いかなる方法でも適宜使用できる。
た、ｈ−BN系焼結体を後加工後、再び高温真空処理して
もよいし、又焼結過程の昇温又は昇温時に雰囲気を真空
にしてもよい。ｈ−BN及びその他の基本構成成分が焼結
体中に発現し、それらが安定で処理可能な温度域であれ
ば、いかなる方法でも適宜使用できる。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例をもって詳細に説明する。
実施例1. 37φ×40Lの丸棒に成形されたｈ−BN成形体を1800℃
窒素雰囲気下で焼結し、この焼結体表面部と中心部から
切り出されたサンプルをＸ線回折装置（フィリップス社
製、PW−1700シリーズ）で焼結体相を、酸素分析装置
（LECO社製、TC−136）で酸素量をそれぞれ測定した。
窒素雰囲気下で焼結し、この焼結体表面部と中心部から
切り出されたサンプルをＸ線回折装置（フィリップス社
製、PW−1700シリーズ）で焼結体相を、酸素分析装置
（LECO社製、TC−136）で酸素量をそれぞれ測定した。
結果を表１にまとめ、又Ｘ線回析結果を図１に示し
た。
た。
1800℃焼結ｈ−BN焼結体はＸ線回折結果（以下XRDと
記す）、酸素分析結果（以下〔Ｏ〕量と記す）から内部
にB2O3又はH3BO3が存在していることが判った。又、こ
れらの化合物量に対応する酸素量も表面より内部に多く
検出された。
記す）、酸素分析結果（以下〔Ｏ〕量と記す）から内部
にB2O3又はH3BO3が存在していることが判った。又、こ
れらの化合物量に対応する酸素量も表面より内部に多く
検出された。
実施例2. 実施例１で作製したｈ−BN焼結体を図２の様な形状に
加工し、薄膜被覆用部材として応用した。
加工し、薄膜被覆用部材として応用した。
薄膜被覆用部材とは概して言えば、このｈ−BN焼結体
上に被薄膜部材をせ、回転させながら加熱し、減圧下で
膜を形成させるものである。図２のＡ部には回転モータ
に連結されたSiO2棒が挿入され、SiO2棒の回転がｈ−BN
部材へ伝達される仕組みを行っている。
上に被薄膜部材をせ、回転させながら加熱し、減圧下で
膜を形成させるものである。図２のＡ部には回転モータ
に連結されたSiO2棒が挿入され、SiO2棒の回転がｈ−BN
部材へ伝達される仕組みを行っている。
結果はｈ−BN焼結体からGas状のものが吹き出し、膜
が汚染され、又SiO2棒とｈ−BN焼結体が強固に付着し、
SiO2棒を強く引き抜くと破損した。
が汚染され、又SiO2棒とｈ−BN焼結体が強固に付着し、
SiO2棒を強く引き抜くと破損した。
このGas状の揮発性成分は、少なくともB2O3又はH3BO3
であり、又SiO2棒の強固な付着原因もB2O3とSiO2の反応
でB2O3−SiO2Glass成分を形成したものである。
であり、又SiO2棒の強固な付着原因もB2O3とSiO2の反応
でB2O3−SiO2Glass成分を形成したものである。
実施例3. 実施例１で作製されたｈ−BN焼結体を炉内に入れ、真
空度約１×10-2Torrに保持し、加熱昇温し、1600℃で12
時間保持の高温真空処理を施した。
空度約１×10-2Torrに保持し、加熱昇温し、1600℃で12
時間保持の高温真空処理を施した。
この高温真空処理したｈ−BN焼結体を実施例１と同
様、表面部と内部に於いて分析した。
様、表面部と内部に於いて分析した。
結果は表２で示した。
高温真空処理にて内部のB2O3が除去され、XRDの結果
ｈ−BNのピークのみが観察され、又酸素量も0.2％と、
表面と内部の値が一定となった。
ｈ−BNのピークのみが観察され、又酸素量も0.2％と、
表面と内部の値が一定となった。
実施例4. 実施例３で高温真空処理されたｈ−BN焼結体を実施例
２と同様な薄膜製造用部材に適応した。
２と同様な薄膜製造用部材に適応した。
結果はGas発生もなく良好な薄膜が得られ、又回転SiO
2棒とｈ−BN焼結体の付着もなく良好であった。
2棒とｈ−BN焼結体の付着もなく良好であった。
実施例5. 1800℃窒素雰囲気下で常圧焼結されたｈ−BN系セラミ
ック焼結体が作製され、この焼結体組成がＸ線回折によ
り調査された結果を図３に示した。
ック焼結体が作製され、この焼結体組成がＸ線回折によ
り調査された結果を図３に示した。
焼結体の構成相はｈ−BNが殆どで、ｈ−BN以外の基本
成分としては3Al2O3、2SiO2であった。その他の成分、
即ち揮発性成分のB2O3又はH3BO3のピークは観察されな
かった。
成分としては3Al2O3、2SiO2であった。その他の成分、
即ち揮発性成分のB2O3又はH3BO3のピークは観察されな
かった。
このｈ−BN系セラミック焼結体をセラミックモールド
として適用した。図４にセラミックモールドの概略図を
示し、以下図４で説明する。
として適用した。図４にセラミックモールドの概略図を
示し、以下図４で説明する。
図４の様にセラミックモールドはタンディッシュと水
冷されたCuモールド３とを連結させる部材であり、タン
ディッシュ内の加熱溶融体１は、水冷されたCuモールド
３に熱を奪われ、セラミックモールド（図中Ａ部）から
凝固が開始する様に設計されている。凝固体２はセラミ
ックモールドの断面形状に従い、連続的に引き抜かれ
（図中矢印方向）促進される。
冷されたCuモールド３とを連結させる部材であり、タン
ディッシュ内の加熱溶融体１は、水冷されたCuモールド
３に熱を奪われ、セラミックモールド（図中Ａ部）から
凝固が開始する様に設計されている。凝固体２はセラミ
ックモールドの断面形状に従い、連続的に引き抜かれ
（図中矢印方向）促進される。
セラミックモールドは加熱溶融体とその凝固体、即ち
液相と固相の両方に接触していることになる。
液相と固相の両方に接触していることになる。
セラミックモールドの形状、大きさがID20mmφ、OD36
mmφ、長さ160mmであり、又加熱溶融体としてFe−50％N
iを用い鋳造したところ、セラミックモールドには割れ
もなく鋳造ができたが、鋳造品、即ち凝固体２の表面部
にセラミックモールドから揮発したGasによるGasホール
が存在した。
mmφ、長さ160mmであり、又加熱溶融体としてFe−50％N
iを用い鋳造したところ、セラミックモールドには割れ
もなく鋳造ができたが、鋳造品、即ち凝固体２の表面部
にセラミックモールドから揮発したGasによるGasホール
が存在した。
鋳造された鋳片表面のGasホール状況を図５に示し
た。図５に示したGasホールの数も非常に多く、その大
きさも最大5mmと大きいものであり、製品の品質上不良
品であった。
た。図５に示したGasホールの数も非常に多く、その大
きさも最大5mmと大きいものであり、製品の品質上不良
品であった。
実施例6. 実施例５で得られた同様のサンプルを、真空度0.02To
rrで加熱温度を変化させ、高温加熱処理を行った。これ
らの高温加熱処理のサンプルの重量減少率及び密度及び
常温曲げ強度評価を測定した。
rrで加熱温度を変化させ、高温加熱処理を行った。これ
らの高温加熱処理のサンプルの重量減少率及び密度及び
常温曲げ強度評価を測定した。
結果を図６にまとめた。
高温真空処理温度が1200℃以上になると焼結体から揮
発性成分が気散し、焼結体の重量減少が次第に大きくな
り、これに伴い焼結体密度も低下した。高温真空処理温
度が1600℃以上になると重量減少率も極端に大きくな
り、又密度も極端に小さくなる。強度値は、1600℃高温
真空処理温度までは約5.5kg f/mm2とセラミックモール
ド材としては適当な強度を有するが、1600℃以上になる
と極端に低い値を示す様になり、セラミックモールド材
としては不適な値を示す。
発性成分が気散し、焼結体の重量減少が次第に大きくな
り、これに伴い焼結体密度も低下した。高温真空処理温
度が1600℃以上になると重量減少率も極端に大きくな
り、又密度も極端に小さくなる。強度値は、1600℃高温
真空処理温度までは約5.5kg f/mm2とセラミックモール
ド材としては適当な強度を有するが、1600℃以上になる
と極端に低い値を示す様になり、セラミックモールド材
としては不適な値を示す。
〈発明の効果〉 ｈ−BN焼結体、及びｈ−BNセラミック焼結体中のｈ−
BN成分及び基本成分以外の揮発性成分のみを除去するこ
とで、本来ｈ−BN系焼結体の耐蝕性、難濡れ性等の基本
的物性を変化させず、揮発性成分がもたらす様々な問題
を解決し、適応用途が拡大した。
BN成分及び基本成分以外の揮発性成分のみを除去するこ
とで、本来ｈ−BN系焼結体の耐蝕性、難濡れ性等の基本
的物性を変化させず、揮発性成分がもたらす様々な問題
を解決し、適応用途が拡大した。
第１図は1800℃で焼結されたｈ−BN系焼結体の内部及び
表面部のXRD分析結果である。 第２図は薄膜製造用ｈ−BN焼結体部品概略図である。 第３図は1800℃で焼結されたｈ−BN系セラミック焼結体
のXRD分析結果である。 第４図は加熱溶融体が、少なくとも一部凝固する様な部
材（セラミックモールド）への適応を説明した図であ
る。 １……加熱溶融体、２……凝固体 ３……水冷されたCuモールド Ａ……適応部材が加熱溶融体と接触する部位 Ｂ……適応部材が凝固体と接触する部位 図５は揮発性成分除去処理なしのｈ−BN系セラミック焼
結体を、セラミックモールド材として適応したときの凝
固体表面状態を示す図である。 図６は高温真空処理温度と密度、重量減少率及び常温強
度の関係図である。 図７は揮発性成分を除去したｈ−BN系セラミック焼結体
を、セラミックモールド材として適応したときの凝固体
表面状態を示す図である。
表面部のXRD分析結果である。 第２図は薄膜製造用ｈ−BN焼結体部品概略図である。 第３図は1800℃で焼結されたｈ−BN系セラミック焼結体
のXRD分析結果である。 第４図は加熱溶融体が、少なくとも一部凝固する様な部
材（セラミックモールド）への適応を説明した図であ
る。 １……加熱溶融体、２……凝固体 ３……水冷されたCuモールド Ａ……適応部材が加熱溶融体と接触する部位 Ｂ……適応部材が凝固体と接触する部位 図５は揮発性成分除去処理なしのｈ−BN系セラミック焼
結体を、セラミックモールド材として適応したときの凝
固体表面状態を示す図である。 図６は高温真空処理温度と密度、重量減少率及び常温強
度の関係図である。 図７は揮発性成分を除去したｈ−BN系セラミック焼結体
を、セラミックモールド材として適応したときの凝固体
表面状態を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】常圧焼結ｈ−BN系セラミック焼結体中の基
本成分以外の成分を1500℃〜1800℃の高温加熱処理又は
1200℃〜1600℃の温度で且つ真空度が0.1Torr以下であ
る高温真空処理又はHCl、HF、HNO3、H2SO4の酸溶液で処
理し、除去することを特徴とする該焼結体の処理方法。 - 【請求項２】上記焼結体の基本成分以外の成分が、原料
粉末として添加されていない或いは焼結過程で生成する
B2O3（水和物も含む）やこれを主成分とするガラス成分
であることを特徴とする請求項に記載の該焼結体の処
理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173123A JP2958569B2 (ja) | 1990-06-30 | 1990-06-30 | 常圧焼結ｈ―ＢＮ系セラミック焼結体の処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173123A JP2958569B2 (ja) | 1990-06-30 | 1990-06-30 | 常圧焼結ｈ―ＢＮ系セラミック焼結体の処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0465366A JPH0465366A (ja) | 1992-03-02 |
| JP2958569B2 true JP2958569B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=15954563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2173123A Expired - Fee Related JP2958569B2 (ja) | 1990-06-30 | 1990-06-30 | 常圧焼結ｈ―ＢＮ系セラミック焼結体の処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2958569B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7494635B2 (en) | 2003-08-21 | 2009-02-24 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Boron nitride agglomerated powder |
-
1990
- 1990-06-30 JP JP2173123A patent/JP2958569B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0465366A (ja) | 1992-03-02 |
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