JP2966644B2 - 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体及びその製造方法Info
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- JP2966644B2 JP2966644B2 JP4138634A JP13863492A JP2966644B2 JP 2966644 B2 JP2966644 B2 JP 2966644B2 JP 4138634 A JP4138634 A JP 4138634A JP 13863492 A JP13863492 A JP 13863492A JP 2966644 B2 JP2966644 B2 JP 2966644B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性や耐磨耗性に優
れた窒化珪素質焼結体及びその製造方法に関する。
れた窒化珪素質焼結体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素焼結体は、耐熱性を要求される
高温構造材料や耐磨耗材料として期待されるが、難焼結
性物質であるため、焼結助剤としてＡｌ2 ０3 、Ｙ2 Ｏ
3 、ＭｇＯなどを添加して焼結する方法が採用されてい
る。しかし、この方法で作製した焼結体は、粒界ガラス
相の固相温度（加熱により液相が現れ始める温度）が約
１３００℃と低いため、高温に加熱されると１３００℃
前後の温度領域で粒界に液相が現れ始め、焼結体の強度
が徐々に低下するという問題があった。
高温構造材料や耐磨耗材料として期待されるが、難焼結
性物質であるため、焼結助剤としてＡｌ2 ０3 、Ｙ2 Ｏ
3 、ＭｇＯなどを添加して焼結する方法が採用されてい
る。しかし、この方法で作製した焼結体は、粒界ガラス
相の固相温度（加熱により液相が現れ始める温度）が約
１３００℃と低いため、高温に加熱されると１３００℃
前後の温度領域で粒界に液相が現れ始め、焼結体の強度
が徐々に低下するという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
上記の問題点を解消し、粒界相に液相が現れる温度即ち
固相温度の高い粒界相を有する窒化珪素質焼結体、及
び、その製造方法を提供しようとするものである。
上記の問題点を解消し、粒界相に液相が現れる温度即ち
固相温度の高い粒界相を有する窒化珪素質焼結体、及
び、その製造方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下に記載の
窒化珪素質焼結体及びその製造方法である。（１）窒化珪素粒子の間隙に、Ａｌ−Ｙｂ−Ｓｉ−Ｏ−
Ｎ系酸窒化物ガラス及びＹｂ 2 Ｓｉ 2 Ｏ 7 微結晶を含有
することを特徴とする窒化珪素質焼結体。 （２）平均粒径が１０μｍ以下の窒化珪素粒子に対し
て、いずれも平均粒径が１０μｍ以下の酸化物である、
第１添加物のアルミナ及び第２添加物の酸化イッテルビ
ウム、又は、第１添加物のアルミナ、第２添加物の酸化
イッテルビウム及び第３添加物のシリカを、全添加量が
３〜３０重量％となるように添加調整し、有機溶媒中で
分散剤とともに均一に混合した後、乾燥・成形し、脱脂
してから窒素加圧ガス雰囲気中で１６００〜１９５０℃
の温度で焼結することを特徴とする窒化珪素質焼結体の
製造方法。 （３）上記（２）記載の製造方法で得た窒化珪素質焼結
体を窒素ガス雰囲気中で８５０〜１０５０℃の温度で熱
処理して粒界ガラス中に結晶核を形成し、次いで、窒素
加圧ガス雰囲気中で１１００〜１５００℃の温度で熱処
理して結晶を成長させ、粒界ガラス相にＹｂ 2 Ｓｉ 2 Ｏ
7 微結晶を生成することを特徴とする窒化珪素質焼結体
の製造方法。 （４）上記（２）又は（３）記載の窒化珪素質焼結体の
製造方法において、第２添加物の酸化イッテルビウムと
第１添加物のアルミナの重量比を０．５〜７の範囲に保
つか、又は、第２添加物の酸化イッテルビウムと第１添
加物のアルミナの重量比を０．５〜７の範囲に保ち、か
つ第３添加物のシリカを２７重量％以下添加することを
特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方法。
窒化珪素質焼結体及びその製造方法である。（１）窒化珪素粒子の間隙に、Ａｌ−Ｙｂ−Ｓｉ−Ｏ−
Ｎ系酸窒化物ガラス及びＹｂ 2 Ｓｉ 2 Ｏ 7 微結晶を含有
することを特徴とする窒化珪素質焼結体。 （２）平均粒径が１０μｍ以下の窒化珪素粒子に対し
て、いずれも平均粒径が１０μｍ以下の酸化物である、
第１添加物のアルミナ及び第２添加物の酸化イッテルビ
ウム、又は、第１添加物のアルミナ、第２添加物の酸化
イッテルビウム及び第３添加物のシリカを、全添加量が
３〜３０重量％となるように添加調整し、有機溶媒中で
分散剤とともに均一に混合した後、乾燥・成形し、脱脂
してから窒素加圧ガス雰囲気中で１６００〜１９５０℃
の温度で焼結することを特徴とする窒化珪素質焼結体の
製造方法。 （３）上記（２）記載の製造方法で得た窒化珪素質焼結
体を窒素ガス雰囲気中で８５０〜１０５０℃の温度で熱
処理して粒界ガラス中に結晶核を形成し、次いで、窒素
加圧ガス雰囲気中で１１００〜１５００℃の温度で熱処
理して結晶を成長させ、粒界ガラス相にＹｂ 2 Ｓｉ 2 Ｏ
7 微結晶を生成することを特徴とする窒化珪素質焼結体
の製造方法。 （４）上記（２）又は（３）記載の窒化珪素質焼結体の
製造方法において、第２添加物の酸化イッテルビウムと
第１添加物のアルミナの重量比を０．５〜７の範囲に保
つか、又は、第２添加物の酸化イッテルビウムと第１添
加物のアルミナの重量比を０．５〜７の範囲に保ち、か
つ第３添加物のシリカを２７重量％以下添加することを
特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方法。
【０００５】
【作用】本発明は、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）粉末に、２
〜３種の酸化物粉末（Ａｌ2 Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2
Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ 2 ）を３〜３０重量％加え、
有機溶媒中で分散剤を添加して均一に混合、乾燥、成
形、脱脂、焼成することにより、窒化珪素粒子の間隙に
Ａｌ−Ｙｂ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系酸窒化物ガラス及びＹｂ 2
Ｓｉ 2 Ｏ 7 微結晶を含有させ、窒化珪素質焼結体を提供
しようとするものである。ところで、窒化珪素（Ｓｉ3
Ｎ4 ）の焼結は、液相焼結であるため、添加助剤や窒化
珪素の原料粉末中の不純物として含有されるシリカ、及
び助剤として添加されるシリカにより液相を発生させる
必要がある。
〜３種の酸化物粉末（Ａｌ2 Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2
Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ 2 ）を３〜３０重量％加え、
有機溶媒中で分散剤を添加して均一に混合、乾燥、成
形、脱脂、焼成することにより、窒化珪素粒子の間隙に
Ａｌ−Ｙｂ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系酸窒化物ガラス及びＹｂ 2
Ｓｉ 2 Ｏ 7 微結晶を含有させ、窒化珪素質焼結体を提供
しようとするものである。ところで、窒化珪素（Ｓｉ3
Ｎ4 ）の焼結は、液相焼結であるため、添加助剤や窒化
珪素の原料粉末中の不純物として含有されるシリカ、及
び助剤として添加されるシリカにより液相を発生させる
必要がある。
【０００６】本発明者等は、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 −
ＳｉＯ2 系のガラス化範囲を調べたところ、およそ図１
に実線で囲まれた範囲であることが分かった。即ち、粒
界をガラス相とするためには、Ｙｂ2 Ｏ 3 とＡｌ2 Ｏ3
との重量比を０．５〜７の範囲に調整し、全酸化物中の
ＳｉＯ2 濃度を１８〜５０重量％の範囲に調整すること
が望ましい。粒界相中のＳｉＯ2 濃度をこの範囲に納め
るためには、粒界相中の、ＳｉＯ2成分が全てＳｉ3 Ｎ
4 原料中の不純物に由来する場合、助剤の添加量を３〜
１５重量％とする必要がある。
ＳｉＯ2 系のガラス化範囲を調べたところ、およそ図１
に実線で囲まれた範囲であることが分かった。即ち、粒
界をガラス相とするためには、Ｙｂ2 Ｏ 3 とＡｌ2 Ｏ3
との重量比を０．５〜７の範囲に調整し、全酸化物中の
ＳｉＯ2 濃度を１８〜５０重量％の範囲に調整すること
が望ましい。粒界相中のＳｉＯ2 濃度をこの範囲に納め
るためには、粒界相中の、ＳｉＯ2成分が全てＳｉ3 Ｎ
4 原料中の不純物に由来する場合、助剤の添加量を３〜
１５重量％とする必要がある。
【０００７】図２は、Ｙｂ2 Ｏ3 ／Ａｌ2 Ｏ3 のモル比
を３／５とし（Ａｌ1.25Ｙｂ0.75Ｏ 3 は５Ａｌ2 Ｏ3 ・
３Ｙｂ2 Ｏ3 に相当する）、Ｓｉ3 Ｎ4 濃度とＳｉＯ2
濃度との濃度比を変化させて１６００℃で２０時間熱処
理して得た焼結体の結晶構造を示した図であり、助剤濃
度が３０％以下でＳｉ3 Ｎ4 （図中、ＳＮで表記）以外
にＹｂ2 Ｓｉ2 Ｏ7 （図中、Ｄで表記）などの結晶が析
出した領域（ＳＮ＋Ｄ＋Ｌ領域）では、酸化物粒子の析
出効果により高温における強度劣化の少ない材料が得ら
れる。しかし、助剤添加量が３０重量％を越えると、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 の量が少なくなり、焼結体の密度が上昇しにく
い等の問題が生じ、Ｓｉ3 Ｎ4 焼結体の優れた性質が損
なわれる。なお、図２では、Ｓｉ3 Ｎ4 量が７０％以上
でＳＮ＋Ｌ領域並びにＳＮ＋Ｄ＋Ｌ領域が主として好ま
しい窒化珪素質焼結体を生成する領域である。
を３／５とし（Ａｌ1.25Ｙｂ0.75Ｏ 3 は５Ａｌ2 Ｏ3 ・
３Ｙｂ2 Ｏ3 に相当する）、Ｓｉ3 Ｎ4 濃度とＳｉＯ2
濃度との濃度比を変化させて１６００℃で２０時間熱処
理して得た焼結体の結晶構造を示した図であり、助剤濃
度が３０％以下でＳｉ3 Ｎ4 （図中、ＳＮで表記）以外
にＹｂ2 Ｓｉ2 Ｏ7 （図中、Ｄで表記）などの結晶が析
出した領域（ＳＮ＋Ｄ＋Ｌ領域）では、酸化物粒子の析
出効果により高温における強度劣化の少ない材料が得ら
れる。しかし、助剤添加量が３０重量％を越えると、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 の量が少なくなり、焼結体の密度が上昇しにく
い等の問題が生じ、Ｓｉ3 Ｎ4 焼結体の優れた性質が損
なわれる。なお、図２では、Ｓｉ3 Ｎ4 量が７０％以上
でＳＮ＋Ｌ領域並びにＳＮ＋Ｄ＋Ｌ領域が主として好ま
しい窒化珪素質焼結体を生成する領域である。
【０００８】また、Ａｌ2 Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2
系焼結体の固相温度は約１５００℃であり、従来のＡｌ
2 Ｏ3 −Ｙ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系焼結体の固相温度約１３
５０℃より約１５０℃高い固相温度を有する。それ故、
本発明の焼結体は、液相が現れ始める温度が、上記の従
来の焼結体より約１５０℃も高くなり、耐熱性を向上さ
せることができた。
系焼結体の固相温度は約１５００℃であり、従来のＡｌ
2 Ｏ3 −Ｙ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系焼結体の固相温度約１３
５０℃より約１５０℃高い固相温度を有する。それ故、
本発明の焼結体は、液相が現れ始める温度が、上記の従
来の焼結体より約１５０℃も高くなり、耐熱性を向上さ
せることができた。
【０００９】本発明において、Ｓｉ3 Ｎ4 や助剤などの
原料粉末を分散させる分散剤としては、ポリエチレンア
ミン、ポリビニールアルコール等を使用することがで
き、その使用量は、セラミックス原料１００重量部に対
して１〜１０重量部の範囲が好ましくい。分散剤の使用
量が１重量部を下回ると、原料粉末の分散効果がなく、
１０重量部を越えると、脱脂に要する時間が長くなるの
で適当でない。また、有機溶媒としては、エタノール、
ブタノール等を挙げることができ、その使用量は、セラ
ミックス原料１００重量部に対して５０〜１５０重量部
の範囲が好ましくい。
原料粉末を分散させる分散剤としては、ポリエチレンア
ミン、ポリビニールアルコール等を使用することがで
き、その使用量は、セラミックス原料１００重量部に対
して１〜１０重量部の範囲が好ましくい。分散剤の使用
量が１重量部を下回ると、原料粉末の分散効果がなく、
１０重量部を越えると、脱脂に要する時間が長くなるの
で適当でない。また、有機溶媒としては、エタノール、
ブタノール等を挙げることができ、その使用量は、セラ
ミックス原料１００重量部に対して５０〜１５０重量部
の範囲が好ましくい。
【００１０】得られた均一混合分散粉末は１〜５ｔ／ｃ
ｍ2 の静水圧で加圧して成形する。成形体は、焼結に先
立って真空中で３００〜７００℃に加熱することによ
り、分散剤を脱脂することができる。脱脂された成形体
は、窒素ガス加圧下で１６００〜１９５０℃の温度で熱
処理することにより、緻密な焼結体を得ることができ
る。本発明の焼結助剤を添加するため、粒界相が液相に
なる温度が高くなり、焼結温度が１６００℃より低いと
きには、焼結にともなう堆積収縮がなく、焼結が進まな
い。１９５０℃を越えると、分解などのために密度は上
昇せず、良質の焼結体を得ることができないという問題
が生ずる。加圧条件は窒素ガスで約３気圧以上が好まし
い。
ｍ2 の静水圧で加圧して成形する。成形体は、焼結に先
立って真空中で３００〜７００℃に加熱することによ
り、分散剤を脱脂することができる。脱脂された成形体
は、窒素ガス加圧下で１６００〜１９５０℃の温度で熱
処理することにより、緻密な焼結体を得ることができ
る。本発明の焼結助剤を添加するため、粒界相が液相に
なる温度が高くなり、焼結温度が１６００℃より低いと
きには、焼結にともなう堆積収縮がなく、焼結が進まな
い。１９５０℃を越えると、分解などのために密度は上
昇せず、良質の焼結体を得ることができないという問題
が生ずる。加圧条件は窒素ガスで約３気圧以上が好まし
い。
【００１１】原料微粉末の平均粒径は、均一な組成のセ
ラミックスを製造するために、１０μｍ以下の微粉末を
用いる必要があり、特に、１μｍ前後の粒径の微粉末を
用いることにより、均一で良質の焼結体を比較的短時間
で製造することが可能である。
ラミックスを製造するために、１０μｍ以下の微粉末を
用いる必要があり、特に、１μｍ前後の粒径の微粉末を
用いることにより、均一で良質の焼結体を比較的短時間
で製造することが可能である。
【００１２】粒界のガラス相を結晶化するためには、ガ
ラス相中に結晶核を発生させる必要がある。結晶核の形
成速度を種々検討したところ、８５０〜１０５０℃の温
度範囲が最も速く、温度がこれよりも高くてもまた低く
ても遅くなる。即ち、結晶核形成のためには、８５０〜
１０５０℃の温度領域で０．５〜３時間熱処理すれば十
分である。続いて、結晶を成長させるには、１１００〜
１５００℃の温度領域で０．５〜４８時間熱処理する必
要があり、１１００℃を下回ると、結晶成長速度が遅
く、また、１５００℃を越えると、粒界に液相が出現し
始めるので、一度成長した結晶を溶かす。そこで、１１
００〜１５００℃の温度領域で０．５〜４８時間熱処理
すれば十分である。
ラス相中に結晶核を発生させる必要がある。結晶核の形
成速度を種々検討したところ、８５０〜１０５０℃の温
度範囲が最も速く、温度がこれよりも高くてもまた低く
ても遅くなる。即ち、結晶核形成のためには、８５０〜
１０５０℃の温度領域で０．５〜３時間熱処理すれば十
分である。続いて、結晶を成長させるには、１１００〜
１５００℃の温度領域で０．５〜４８時間熱処理する必
要があり、１１００℃を下回ると、結晶成長速度が遅
く、また、１５００℃を越えると、粒界に液相が出現し
始めるので、一度成長した結晶を溶かす。そこで、１１
００〜１５００℃の温度領域で０．５〜４８時間熱処理
すれば十分である。
【００１３】
【実施例】（実施例１） 平均粒径が０．３μｍのＳｉ3 Ｎ4 、及び、助剤として
平均粒径０．８〜１μｍのＡｌ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓ
ｉＯ2 を表１の配合比で配合し、原料粉末１００重量部
に対して分散剤ポリエチレンアミンを３重量部、溶媒エ
タノールを１２０重量部添加してアルミナボールミルで
均一に混合した後、乾燥し、プレスで直径６０ｍｍ、厚
さ約６ｍｍの円板状に成形し、４ｔ／ｃｍ2 の静水圧プ
レスで成形体を得た。この成形体を真空中で５００℃ま
で加熱し、１時間保持して脱脂した後、窒素ガス１０気
圧で加圧して表２の熱処理条件でそれぞれ熱処理して窒
化珪素質焼結体を得た。
平均粒径０．８〜１μｍのＡｌ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｓ
ｉＯ2 を表１の配合比で配合し、原料粉末１００重量部
に対して分散剤ポリエチレンアミンを３重量部、溶媒エ
タノールを１２０重量部添加してアルミナボールミルで
均一に混合した後、乾燥し、プレスで直径６０ｍｍ、厚
さ約６ｍｍの円板状に成形し、４ｔ／ｃｍ2 の静水圧プ
レスで成形体を得た。この成形体を真空中で５００℃ま
で加熱し、１時間保持して脱脂した後、窒素ガス１０気
圧で加圧して表２の熱処理条件でそれぞれ熱処理して窒
化珪素質焼結体を得た。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】得られた焼結体の熱処理条件と相対密度及
び曲げ強度の関係を表２に示した。表２から明らかなよ
うに、本発明の焼結体は、室温曲げ強度と１３００℃に
おけま曲げ強度との比が約０．７であり、従来の焼結体
の約０．５に比較して大きな値を示している。これは、
高温における強度の低下割合が少ないことを示してお
り、本発明の焼結体では、粒界に液相が現れ始める温度
が従来の焼結体と比較して１００℃以上も高くなったこ
とにより、この特性が得られたと考えられる。
び曲げ強度の関係を表２に示した。表２から明らかなよ
うに、本発明の焼結体は、室温曲げ強度と１３００℃に
おけま曲げ強度との比が約０．７であり、従来の焼結体
の約０．５に比較して大きな値を示している。これは、
高温における強度の低下割合が少ないことを示してお
り、本発明の焼結体では、粒界に液相が現れ始める温度
が従来の焼結体と比較して１００℃以上も高くなったこ
とにより、この特性が得られたと考えられる。
【００１７】また、上記の配合組成について、別に１６
００℃で２０時間熱処理して得た焼結体の結晶構造と助
剤配合組成（重量％）との関係を調べると、概略図２に
示す通りであった。助剤添加物の中でＡｌ1.25 Ｙｂ 0.75
Ｏ3 （５Ａｌ2 Ｏ3 ・３Ｙｂ2 Ｏ3 の略、Ｇ相）の量が
多くなると、Ｓｉ3 Ｎ4 （ＳＮ相）以外にＹｂ2 Ｓｉ2
Ｏ7 結晶（Ｄ相）の析出が見られ、ＳｉＯ2 量が多くな
ると、Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ結晶（Ｏｘ相）の析出が見られ、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 と他の結晶相とが複合した複合焼結体が得られ
る。なお、Ｃ相はＳｉＯ2 結晶（クリストバライト）を
意味する。また、このような窒化珪素質焼結体であって
も実用材料として利用することができる。
００℃で２０時間熱処理して得た焼結体の結晶構造と助
剤配合組成（重量％）との関係を調べると、概略図２に
示す通りであった。助剤添加物の中でＡｌ1.25 Ｙｂ 0.75
Ｏ3 （５Ａｌ2 Ｏ3 ・３Ｙｂ2 Ｏ3 の略、Ｇ相）の量が
多くなると、Ｓｉ3 Ｎ4 （ＳＮ相）以外にＹｂ2 Ｓｉ2
Ｏ7 結晶（Ｄ相）の析出が見られ、ＳｉＯ2 量が多くな
ると、Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ結晶（Ｏｘ相）の析出が見られ、Ｓ
ｉ3 Ｎ4 と他の結晶相とが複合した複合焼結体が得られ
る。なお、Ｃ相はＳｉＯ2 結晶（クリストバライト）を
意味する。また、このような窒化珪素質焼結体であって
も実用材料として利用することができる。
【００１８】（実施例２） 表１の試料番号Ｙ１，Ｙ３，Ｙ７の配合組成について１
８００℃で４時間熱処理して得た焼結体を、９５０℃で
１時間熱処理して結晶核を形成した後、１３５０℃で２
０時間熱処理して粒界相を結晶化させた。この結晶体の
１３００℃における曲げ強度を測定したところ、表３の
通りであった。また、ガラス相を結晶化させて生成した
結晶構造をＸ線回折により調べたところ、Ｙｂ2 Ｓｉ2
Ｏ7 結晶（Ｄ相）、Ａｌ1.25 Ｙｂ 0.75Ｏ3 （Ｇ相）及び
Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13（Ｍ相）であると推定された。この結
果から、粒界ガラス相の結晶化により強度が向上するこ
とが確認された。
８００℃で４時間熱処理して得た焼結体を、９５０℃で
１時間熱処理して結晶核を形成した後、１３５０℃で２
０時間熱処理して粒界相を結晶化させた。この結晶体の
１３００℃における曲げ強度を測定したところ、表３の
通りであった。また、ガラス相を結晶化させて生成した
結晶構造をＸ線回折により調べたところ、Ｙｂ2 Ｓｉ2
Ｏ7 結晶（Ｄ相）、Ａｌ1.25 Ｙｂ 0.75Ｏ3 （Ｇ相）及び
Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13（Ｍ相）であると推定された。この結
果から、粒界ガラス相の結晶化により強度が向上するこ
とが確認された。
【００１９】
【表３】
【００２０】（実施例３）９３Ｓｉ3 Ｎ4 −２Ａｌ2 Ｏ
3 −５Ｙｂ2 Ｏ3 組成（実施例３）並びに９３Ｓｉ3 Ｎ
4 −２Ａｌ2 Ｏ3 −５Ｙ2 Ｏ3 組成（従来例）の原料に
ついて、１８００℃で４時間窒素加圧雰囲気下で熱処理
して得られた焼結体を、１３５０℃で２０時間大気中で
酸化し、酸化重量増を熱天秤で測定し、結果を表４に示
した。従来例では、約１３００℃前後で粒界相に液相が
現れるため、粒界中のＹイオン及びＡｌイオンの拡散が
速く、高温における酸化速度も速い。他方、実施例３で
は、液相が現れる温度は従来例より約１５０℃も高いた
め、上記の酸化温度である１３５０℃では粒界相はまだ
固相のままである。このため、金属イオンの拡散速度は
液相の場合に比べて非常に遅い。それ故、実施例３の焼
結体の酸化速度は従来例と比較して遅く、耐酸化性にも
優れていることが分かる。
3 −５Ｙｂ2 Ｏ3 組成（実施例３）並びに９３Ｓｉ3 Ｎ
4 −２Ａｌ2 Ｏ3 −５Ｙ2 Ｏ3 組成（従来例）の原料に
ついて、１８００℃で４時間窒素加圧雰囲気下で熱処理
して得られた焼結体を、１３５０℃で２０時間大気中で
酸化し、酸化重量増を熱天秤で測定し、結果を表４に示
した。従来例では、約１３００℃前後で粒界相に液相が
現れるため、粒界中のＹイオン及びＡｌイオンの拡散が
速く、高温における酸化速度も速い。他方、実施例３で
は、液相が現れる温度は従来例より約１５０℃も高いた
め、上記の酸化温度である１３５０℃では粒界相はまだ
固相のままである。このため、金属イオンの拡散速度は
液相の場合に比べて非常に遅い。それ故、実施例３の焼
結体の酸化速度は従来例と比較して遅く、耐酸化性にも
優れていることが分かる。
【００２１】
【表４】
【００２２】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、高温における強度の低下する割合が低く、緻密で
耐熱性、高強度の窒化珪素質焼結体を提供することが可
能となった。
より、高温における強度の低下する割合が低く、緻密で
耐熱性、高強度の窒化珪素質焼結体を提供することが可
能となった。
【図１】本発明の実施例に係る焼結体の粒界相を形成す
るＡｌ2 Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系酸化物のガラス
化範囲を示す図である。
るＡｌ2 Ｏ3 −Ｙｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 系酸化物のガラス
化範囲を示す図である。
【図２】１６００℃で２０時間熱処理して得た焼結体の
結晶構造と添加した酸化物の配合組成（５Ａｌ2 Ｏ3 ・
３Ｙｂ2 Ｏ3 ）との関係を示す図である。
結晶構造と添加した酸化物の配合組成（５Ａｌ2 Ｏ3 ・
３Ｙｂ2 Ｏ3 ）との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 武彦 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 (72)発明者 秋山 勝徳 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社 基盤技術研究 所内 (56)参考文献 特開 平２−157161（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/58
Claims (4)
- 【請求項１】 窒化珪素粒子の間隙に、Ａｌ−Ｙｂ−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ系酸窒化物ガラス及びＹｂ 2 Ｓｉ 2 Ｏ 7 微結
晶を含有することを特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】 平均粒径が１０μｍ以下の窒化珪素粒子
に対して、いずれも平均粒径が１０μｍ以下の酸化物で
ある、第１添加物のアルミナ及び第２添加物の酸化イッ
テルビウム、又は第１添加物のアルミナ、第２添加物の
酸化イッテルビウム及び第３添加物のシリカを、全添加
量が３〜３０重量％となるように添加調整し、有機溶媒
中で分散剤とともに均一に混合した後、乾燥・成形し、
脱脂してから窒素加圧ガス雰囲気中で１６００〜１９５
０℃の温度で焼結することを特徴とする窒化珪素質焼結
体の製造方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の製造方法で得た窒化珪素
質焼結体を窒素ガス雰囲気中で８５０〜１０５０℃の温
度で熱処理して粒界ガラス中に結晶核を形成し、次い
で、窒素加圧ガス雰囲気中で１１００〜１５００℃の温
度で熱処理して結晶を成長させ、粒界ガラス相にＹｂ 2
Ｓｉ 2 Ｏ 7 微結晶を生成することを特徴とする窒化珪素
質焼結体の製造方法。 - 【請求項４】 請求項２又は３記載の窒化珪素質焼結体
の製造方法において、第２添加物の酸化イッテルビウム
と第１添加物のアルミナの重量比を０．５〜７の範囲に
保つか、又は、第２添加物の酸化イッテルビウムと第１
添加物のアルミナの重量比を０．５〜７の範囲に保ち、
かつ第３添加物のシリカを２７重量％以下添加すること
を特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP4138634A JP2966644B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|
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| JPH05330919A JPH05330919A (ja) | 1993-12-14 |
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|---|---|---|---|
| JP4138634A Expired - Fee Related JP2966644B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
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-
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- 1992-05-29 JP JP4138634A patent/JP2966644B2/ja not_active Expired - Fee Related
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