JP3106208B2 - 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体およびその製造方法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、高温における機械特性等に優れた窒化珪素
質焼結体およびその製造方法に関する。
質焼結体およびその製造方法に関する。
高温構造材料として窒化珪素焼結体が注目され、様々
な分野への応用が試みられている。
な分野への応用が試みられている。
窒化珪素粉末を主原料とする焼結体を製造するとき、
該窒化珪素の粒界を形成する組成相が製造物の特性の優
劣を決定する。サイアロン（SIALON）系焼結体を見るよ
うに、この粒界に結晶相を作る可能性が知見されたけれ
ども、この結晶相を安定形成する的確な方法がなかっ
た。即ち、結晶相における結晶形成元素の比率に合せて
酸化物、窒化物などを配合した焼結助剤を使用する方法
では十分な結晶相を粒界に形成することが難しい。
該窒化珪素の粒界を形成する組成相が製造物の特性の優
劣を決定する。サイアロン（SIALON）系焼結体を見るよ
うに、この粒界に結晶相を作る可能性が知見されたけれ
ども、この結晶相を安定形成する的確な方法がなかっ
た。即ち、結晶相における結晶形成元素の比率に合せて
酸化物、窒化物などを配合した焼結助剤を使用する方法
では十分な結晶相を粒界に形成することが難しい。
該焼結体の高温における機械特性、耐酸化性を向上さ
せるために、焼結助剤の化学組成や焼結プロセスを制御
することによって該焼結体粒界に生成する結晶相構成を
制御することが行われている（特開昭63−307166号参
照）が未だ不十分である。
せるために、焼結助剤の化学組成や焼結プロセスを制御
することによって該焼結体粒界に生成する結晶相構成を
制御することが行われている（特開昭63−307166号参
照）が未だ不十分である。
前者の焼結助剤の化学組成制御は、助剤組成を例えば
YAG（5Al2O3・3Y2O3）の組成となるような配合比で主原
料に混合して焼結し、粒界にYAG結晶相を形成させよう
とする方法であるが、焼成時に気化等により助剤組成が
変動してしまう恐れが高く、形成されたYAG結晶相は予
期通りとはならなかった。
YAG（5Al2O3・3Y2O3）の組成となるような配合比で主原
料に混合して焼結し、粒界にYAG結晶相を形成させよう
とする方法であるが、焼成時に気化等により助剤組成が
変動してしまう恐れが高く、形成されたYAG結晶相は予
期通りとはならなかった。
また後者の焼結プロセス制御は、焼成温度を所定の温
度（1200〜1400℃位）に保ち、非晶質の粒界相を結晶化
しようとする方法であるが、形成された焼結体の粒界中
に非晶質相が残存する問題を解決できなかった。
度（1200〜1400℃位）に保ち、非晶質の粒界相を結晶化
しようとする方法であるが、形成された焼結体の粒界中
に非晶質相が残存する問題を解決できなかった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、粒界相と
してYAG等の所定の結晶相を容易にかつ確実に形成させ
ることができ、これによって焼結体の高温特性を向上し
得る窒化珪素質焼結体およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
してYAG等の所定の結晶相を容易にかつ確実に形成させ
ることができ、これによって焼結体の高温特性を向上し
得る窒化珪素質焼結体およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
本発明の窒化珪素焼結体は、窒化珪素−添加物系焼結
体からなる窒化珪素質セラミックスにおいて、窒化珪素
80〜98wt％と、焼結助剤としてＹおよびAlの各酸化物、
各窒化物または各酸窒化物になり得る物質のうち少なく
とも一種２〜20wt％と、ＹおよびAlを含む酸化物または
酸窒化物の結晶体0.1〜0.5wt％（外比）とを混合し、成
形、焼成してなることを特徴とする。
体からなる窒化珪素質セラミックスにおいて、窒化珪素
80〜98wt％と、焼結助剤としてＹおよびAlの各酸化物、
各窒化物または各酸窒化物になり得る物質のうち少なく
とも一種２〜20wt％と、ＹおよびAlを含む酸化物または
酸窒化物の結晶体0.1〜0.5wt％（外比）とを混合し、成
形、焼成してなることを特徴とする。
また本発明の窒化珪素質焼結体の製造方法は、窒化珪
素−添加物系焼結体からなる窒化珪素質セラミックスの
製造において、窒化珪素原料粉末に、焼結助剤としてＹ
およびAlの各酸化物、各窒化物または各酸窒化物になり
得る物質のうち少なくとも一種と、ＹおよびAlを含む酸
化物または酸窒化物の結晶体とを添加混合し、成形、焼
成することを特徴とする。
素−添加物系焼結体からなる窒化珪素質セラミックスの
製造において、窒化珪素原料粉末に、焼結助剤としてＹ
およびAlの各酸化物、各窒化物または各酸窒化物になり
得る物質のうち少なくとも一種と、ＹおよびAlを含む酸
化物または酸窒化物の結晶体とを添加混合し、成形、焼
成することを特徴とする。
焼結助剤の量が2wt％未満では焼結しないこともあ
り、仮に焼結したとしても併用する結晶体を添加した場
合、性能（耐熱性）に十分な効果がみられず、また20wt
％を超える量では耐熱性が低下する。
り、仮に焼結したとしても併用する結晶体を添加した場
合、性能（耐熱性）に十分な効果がみられず、また20wt
％を超える量では耐熱性が低下する。
配合する結晶体の量が0.1wt％未満では結晶化する度
合いが低く効果が薄い。また、0.5wt％を超える量では
0.1〜0.5wt％と高温強度等の高温特性が変わらずコスト
高となる。
合いが低く効果が薄い。また、0.5wt％を超える量では
0.1〜0.5wt％と高温強度等の高温特性が変わらずコスト
高となる。
配合する結晶体としては、YAGが最も適している。ま
たＹおよびAlの各酸化物、各窒化物または酸窒化物にな
り得る物質としては、例えば、Y2O3、Al2O3、AlN、YNが
好適である。
たＹおよびAlの各酸化物、各窒化物または酸窒化物にな
り得る物質としては、例えば、Y2O3、Al2O3、AlN、YNが
好適である。
窒化珪素粉末の結晶相の形成成分を加えるとともに、
さらにこれに添加したＹおよびAlを含む酸化物または酸
窒化物の結晶体が結晶核の役割を果たすため、YAG等の
所定の粒界結晶相が容易にかつ確実に形成され、これに
より焼結体の高温強度が向上する。
さらにこれに添加したＹおよびAlを含む酸化物または酸
窒化物の結晶体が結晶核の役割を果たすため、YAG等の
所定の粒界結晶相が容易にかつ確実に形成され、これに
より焼結体の高温強度が向上する。
実施例１ 窒化珪素粉末として、シリカ還元法により合成したα
−Si3N4が90％以上含まれ平均粒径が0.85μｍのもの90w
t％に、焼結助剤としてY2O35wt％とAl2O35wt％を加え、
さらに結晶体として、Y2O3とAl2O3の混合物を1800℃に
加熱して得たYAGの粉末を外比で0.1wt％添加してボール
ミル混合し成形した後、圧力5kgf/cm2の窒素雰囲気中に
おいて1800℃で焼成した（第１表、試料２）。
−Si3N4が90％以上含まれ平均粒径が0.85μｍのもの90w
t％に、焼結助剤としてY2O35wt％とAl2O35wt％を加え、
さらに結晶体として、Y2O3とAl2O3の混合物を1800℃に
加熱して得たYAGの粉末を外比で0.1wt％添加してボール
ミル混合し成形した後、圧力5kgf/cm2の窒素雰囲気中に
おいて1800℃で焼成した（第１表、試料２）。
比較例として、上記配合においてYAGを添加しないも
のを同様の条件で焼成した（試料１）。
のを同様の条件で焼成した（試料１）。
試料１、２について、JIS R1601〜２にしたがって室
温および1200℃における３点曲げ強度を測定したとこ
ろ、第２表のように1200℃ではYAGを添加したものが740
MPaであったのに対し、添加しないものは530MPaであっ
た。
温および1200℃における３点曲げ強度を測定したとこ
ろ、第２表のように1200℃ではYAGを添加したものが740
MPaであったのに対し、添加しないものは530MPaであっ
た。
また試料１、２の粉末Ｘ線回折を行い、β′−Si3N4
相の回折強度の合計に対するYAG相の回折強度の合計を
比較したところ、第２表のようにYAGを添加した試料２
の方が100％以上大きかった。
相の回折強度の合計に対するYAG相の回折強度の合計を
比較したところ、第２表のようにYAGを添加した試料２
の方が100％以上大きかった。
実施例２ 窒化珪素粉末として、実施例１と同様のものを90wt％
に、焼結助剤としてY2O35wt％、Al2O32wt％およびAlN3w
t％を加え、さらに結晶体として、Y2O3とAl2O3の混合物
を1800℃に加熱して得たYAGの粉末を外比で0.1wt％添加
してボールミル混合、成形した後、圧力5kgf/cm2の窒素
雰囲気中において1800℃で焼成した（第１表、試料
４）。
に、焼結助剤としてY2O35wt％、Al2O32wt％およびAlN3w
t％を加え、さらに結晶体として、Y2O3とAl2O3の混合物
を1800℃に加熱して得たYAGの粉末を外比で0.1wt％添加
してボールミル混合、成形した後、圧力5kgf/cm2の窒素
雰囲気中において1800℃で焼成した（第１表、試料
４）。
比較例として、上記配合においてYAGを添加しないも
のを同様の条件で焼成した（試料３）。
のを同様の条件で焼成した（試料３）。
試料３、４について、JIS R1601〜２にしたがって室
温および1200℃における３点曲げ強度を測定したとこ
ろ、第２表のように1200℃ではYAGを添加したものが800
MPaであったのに対し、添加しないものは720MPaであっ
た。
温および1200℃における３点曲げ強度を測定したとこ
ろ、第２表のように1200℃ではYAGを添加したものが800
MPaであったのに対し、添加しないものは720MPaであっ
た。
また試料３、４の粉末Ｘ線回折を行い、β′−Si3N4
相を回折強度の合計に対するYAG相の回折強度の合計を
比較したところ、第２表のようにYAGを添加した試料４
の方が100％大きかった。
相を回折強度の合計に対するYAG相の回折強度の合計を
比較したところ、第２表のようにYAGを添加した試料４
の方が100％大きかった。
〔発明の効果〕 本発明においては、予め添加したＹおよびAlを含む酸
化物または酸窒化物の結晶体が結晶核の役割を果たすた
め、YAG等の所定の粒界結晶相が容易にかつ確実に得ら
れ、これにより窒化珪素質焼結体の高温強度等の高温特
性を著しく向上させることができる。
化物または酸窒化物の結晶体が結晶核の役割を果たすた
め、YAG等の所定の粒界結晶相が容易にかつ確実に得ら
れ、これにより窒化珪素質焼結体の高温強度等の高温特
性を著しく向上させることができる。
Claims (2)
- 【請求項１】窒化珪素−添加物系焼結体からなる窒化珪
素質セラミックスにおいて、窒化珪素80〜98wt％と、焼
結助剤としてＹおよびAlの各酸化物、各窒化物または各
酸窒化物になり得る物質のうち少なくとも一種２〜20wt
％と、ＹおよびAlを含む酸化物または酸窒化物の結晶体
0.1〜0.5wt％（外比）とを混合し、成形、焼成してなる
ことを特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】窒化珪素−添加物系焼結体からなる窒化珪
素質セラミックスの製造において、窒化珪素原料粉末
に、焼結助剤としてＹおよびAlの各酸化物、各窒化物ま
たは各酸窒化物になり得る物質のうち少なくとも一種
と、ＹおよびAlを含む酸化物または酸窒化物の結晶体と
を添加混合し、成形、焼成することを特徴とする窒化珪
素質焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02246801A JP3106208B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02246801A JP3106208B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130062A JPH04130062A (ja) | 1992-05-01 |
| JP3106208B2 true JP3106208B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=17153887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02246801A Expired - Fee Related JP3106208B2 (ja) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3106208B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-17 JP JP02246801A patent/JP3106208B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04130062A (ja) | 1992-05-01 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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