JP3194761B2 - 窒化ケイ素粉末及びその製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素粉末及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強度特性等の優れた窒
化ケイ素焼結体を得ることができる易焼結性の窒化ケイ
素粉末及びその製造方法に関する。窒化ケイ素焼結体
は、高温強度、硬度、耐食性、耐熱衝撃性に優れた素材
であり、自動車部品等の構造材料として幅広い用途が期
待されている。
化ケイ素焼結体を得ることができる易焼結性の窒化ケイ
素粉末及びその製造方法に関する。窒化ケイ素焼結体
は、高温強度、硬度、耐食性、耐熱衝撃性に優れた素材
であり、自動車部品等の構造材料として幅広い用途が期
待されている。
【０００２】
【従来の技術】窒化ケイ素焼結体は、通常、窒化ケイ素
粉末に焼結助剤を混合し、プレス成形、射出成形等の手
法により成形体とし、それを窒素雰囲気中で焼結するこ
とによって製造される。上記手法によって窒化ケイ素焼
結体を製造する場合、原料の窒化ケイ素粉末の粉体特
性、特に酸素の状態が焼結性及び焼結体特性に大きく影
響していることが知られている。すなわち、一般に酸素
量の多い窒化ケイ素粉末は、易焼結性であるが十分な高
温特性が得られない。また、酸素量の少ない窒化ケイ素
粉末は、難焼結性であり十分に緻密化させることが難し
い。
粉末に焼結助剤を混合し、プレス成形、射出成形等の手
法により成形体とし、それを窒素雰囲気中で焼結するこ
とによって製造される。上記手法によって窒化ケイ素焼
結体を製造する場合、原料の窒化ケイ素粉末の粉体特
性、特に酸素の状態が焼結性及び焼結体特性に大きく影
響していることが知られている。すなわち、一般に酸素
量の多い窒化ケイ素粉末は、易焼結性であるが十分な高
温特性が得られない。また、酸素量の少ない窒化ケイ素
粉末は、難焼結性であり十分に緻密化させることが難し
い。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】本発明者らは、各種
窒化ケイ素粉末を種々の条件で処理を行い、窒化ケイ素
粉末の表面部の組成、特に粉末表面部における酸素状態
と焼結性や焼結体特性との関係について鋭意検討した結
果、窒化ケイ素粉末の表面部をアモルファスSiO2で被覆
したものは、焼結性と高温強度等の焼結体特性が著しく
向上することを見いだし、本発明を完成させた。すなわ
ち、本発明の目的は、易焼結性で、しかも高温強度性等
の特性に優れた窒化ケイ素焼結体を得ることができる窒
化ケイ素粉末及びその製造方法を提供することにある。
窒化ケイ素粉末を種々の条件で処理を行い、窒化ケイ素
粉末の表面部の組成、特に粉末表面部における酸素状態
と焼結性や焼結体特性との関係について鋭意検討した結
果、窒化ケイ素粉末の表面部をアモルファスSiO2で被覆
したものは、焼結性と高温強度等の焼結体特性が著しく
向上することを見いだし、本発明を完成させた。すなわ
ち、本発明の目的は、易焼結性で、しかも高温強度性等
の特性に優れた窒化ケイ素焼結体を得ることができる窒
化ケイ素粉末及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、1
〜5.1wt%のアモルファスSiO2で被覆されてなることを特
徴とする焼結用窒化ケイ素粉末、及び窒化ケイ素粉末の
表面にSiH4等の含Si化合物ガスを供給して含Si化合物を
吸着させた後、酸化処理をして該含Si化合物をアモルフ
ァスSiO 2 に変化させることを特徴とする上記焼結用窒化
ケイ素粉末の製造方法である。
〜5.1wt%のアモルファスSiO2で被覆されてなることを特
徴とする焼結用窒化ケイ素粉末、及び窒化ケイ素粉末の
表面にSiH4等の含Si化合物ガスを供給して含Si化合物を
吸着させた後、酸化処理をして該含Si化合物をアモルフ
ァスSiO 2 に変化させることを特徴とする上記焼結用窒化
ケイ素粉末の製造方法である。
【０００５】以下、さらに詳しく本発明について説明す
る。
る。
【０００６】窒化ケイ素粉末の表面部を被覆するアモル
ファスSiO2量は、1 〜5.1wt%特に2〜3wt%であることが
好ましい。1wt%未満では、窒化ケイ素粉末の焼結初期段
階において、焼結助剤とアモルファスSiO2からなる粒界
相の量が不足するので焼結時の濡れ性が低下し本発明が
目的とする焼結性の著しい向上が見られない。しかも、
焼結性が低下して焼結体組織が不均一となり、強度等の
焼結体特性も向上しにくい。一方、アモルファスSiO2量
が5.1wt%を超えると、焼結体中の粒界相の量が増加し、
しかもその粒界相はSiO2を多量に含む組成となるので、
本発明が目的とする高温強度等に優れた焼結体は得られ
にくい。アモルファスSiO2量と高温強度等の焼結体特性
の関係については、使用する焼結助剤の影響が大きく、
焼結助剤の種類によってアモルファスSiO2の適正量があ
る。
ファスSiO2量は、1 〜5.1wt%特に2〜3wt%であることが
好ましい。1wt%未満では、窒化ケイ素粉末の焼結初期段
階において、焼結助剤とアモルファスSiO2からなる粒界
相の量が不足するので焼結時の濡れ性が低下し本発明が
目的とする焼結性の著しい向上が見られない。しかも、
焼結性が低下して焼結体組織が不均一となり、強度等の
焼結体特性も向上しにくい。一方、アモルファスSiO2量
が5.1wt%を超えると、焼結体中の粒界相の量が増加し、
しかもその粒界相はSiO2を多量に含む組成となるので、
本発明が目的とする高温強度等に優れた焼結体は得られ
にくい。アモルファスSiO2量と高温強度等の焼結体特性
の関係については、使用する焼結助剤の影響が大きく、
焼結助剤の種類によってアモルファスSiO2の適正量があ
る。
【０００７】本発明におけるアモルファスSi02量とは、
処理前後の窒化ケイ素粉末の酸素量をO/N 同時分析計
（LECO社製TCー136）により測定し、その酸素量の差をSi
O2に換算して求めた値である。また、アモルファスとは
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で電子線回折を行った場合
に、結晶相独自の回折スポットが認められず、リング状
の回析像が出るものをいう。
処理前後の窒化ケイ素粉末の酸素量をO/N 同時分析計
（LECO社製TCー136）により測定し、その酸素量の差をSi
O2に換算して求めた値である。また、アモルファスとは
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で電子線回折を行った場合
に、結晶相独自の回折スポットが認められず、リング状
の回析像が出るものをいう。
【０００８】本発明のベース材である窒化ケイ素粉末
は、金属Si直接窒化法、シリコンイミド熱分解法等で得
られた粉末が使用され、その製法には制限されない。好
ましくは酸素量が2wt%以下の粉末である。酸素量の多い
粉末では、後記の本発明の製造方法を行ってもその酸素
量が多くなり過ぎ、前述したアモ ルファスSi02量が増
加し過ぎた場合と同様に高温特性等の焼結体特性が損な
われる恐れがある。
は、金属Si直接窒化法、シリコンイミド熱分解法等で得
られた粉末が使用され、その製法には制限されない。好
ましくは酸素量が2wt%以下の粉末である。酸素量の多い
粉末では、後記の本発明の製造方法を行ってもその酸素
量が多くなり過ぎ、前述したアモ ルファスSi02量が増
加し過ぎた場合と同様に高温特性等の焼結体特性が損な
われる恐れがある。
【０００９】次に、本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法
について説明する。本発明で用いられる原料の窒化ケイ
素粉末は上記したものが使用される。この窒化ケイ素粉
末の表面にSiH4等の含Si化合物を吸着させるには、以下
による方法が望ましい。
について説明する。本発明で用いられる原料の窒化ケイ
素粉末は上記したものが使用される。この窒化ケイ素粉
末の表面にSiH4等の含Si化合物を吸着させるには、以下
による方法が望ましい。
【００１０】すなわち、原料の窒化ケイ素粉末をオート
クレーブ等の減圧可能な反応容器に充填し、撹はんしな
がら真空に引く。この時、窒化ケイ素粉末に付着した水
分等を除去するために容器内を200 ℃程度の温度に昇温
しておくことが望ましい。次いでSiH4等の含Siガスを容
器内に徐々に供給する。容器内が加圧状態になって所定
時間保持した後、未反応の含SiガスをN2、Ar等のガスに
より反応容器内より系外へ排出する。
クレーブ等の減圧可能な反応容器に充填し、撹はんしな
がら真空に引く。この時、窒化ケイ素粉末に付着した水
分等を除去するために容器内を200 ℃程度の温度に昇温
しておくことが望ましい。次いでSiH4等の含Siガスを容
器内に徐々に供給する。容器内が加圧状態になって所定
時間保持した後、未反応の含SiガスをN2、Ar等のガスに
より反応容器内より系外へ排出する。
【００１１】原料の窒化ケイ素粉末の表面に吸着される
含Si化合物源としては、SiH4、SiF6、Si2H6 等のよう
に、Siを含有し室温で気体であるものが望ましい。供給
量については、極端に少ない場合には、窒化ケイ素粉末
の表面に生成するアモルファスの状態のSiO2量が不足
し、また、供給量が極端に多い場合には、窒化ケイ素粉
末の表面に生成するSiO2量が多くなり、いずれの場合に
も、本発明が目的とする焼結体の高温特性等を十分に高
めることができないので、Si量に換算したガス量が窒化
ケイ素1gに対して5 〜25mgになるようにするのが望まし
い。
含Si化合物源としては、SiH4、SiF6、Si2H6 等のよう
に、Siを含有し室温で気体であるものが望ましい。供給
量については、極端に少ない場合には、窒化ケイ素粉末
の表面に生成するアモルファスの状態のSiO2量が不足
し、また、供給量が極端に多い場合には、窒化ケイ素粉
末の表面に生成するSiO2量が多くなり、いずれの場合に
も、本発明が目的とする焼結体の高温特性等を十分に高
めることができないので、Si量に換算したガス量が窒化
ケイ素1gに対して5 〜25mgになるようにするのが望まし
い。
【００１２】次いで、表面に含Si化合物が吸着された窒
化ケイ素粉末を酸化処理してその含Si化合物をアモルフ
ァスSiO2にするには、上記のように、N2、Ar等のガスに
より、反応容器内を十分に置換した後、酸素を徐々に供
給し酸化反応を起こさせる。反応時間は、目的とするア
モルファスSiO2量により決定されるが、30分程度の反応
時間を１回としその繰返し回数によってアモルファスSi
O2量を制御することが好ましい。酸化処理後の窒化ケイ
素粉末は一部凝集等の恐れがあるため、乾式の解砕を行
うことが好ましい。
化ケイ素粉末を酸化処理してその含Si化合物をアモルフ
ァスSiO2にするには、上記のように、N2、Ar等のガスに
より、反応容器内を十分に置換した後、酸素を徐々に供
給し酸化反応を起こさせる。反応時間は、目的とするア
モルファスSiO2量により決定されるが、30分程度の反応
時間を１回としその繰返し回数によってアモルファスSi
O2量を制御することが好ましい。酸化処理後の窒化ケイ
素粉末は一部凝集等の恐れがあるため、乾式の解砕を行
うことが好ましい。
【００１３】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明するが、本発明はこれに限定されない。
に本発明を説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００１４】実施例１〜８ 比較例１〜４ 表１に示すＡ又はＢの窒化ケイ素粉末100gを、内容積10
00ccのオートクレーブに充填し、200 ℃に加熱しながら
24時間真空引きを行いながら表２に示す含Si化合物をガ
スで容器内に供給して窒化ケイ素粉末表面にそれを吸着
させた後、N2ガスで反応容器内を置換した。次いで、10
0cc/min の流量で表２に示す回数の酸化処理を行った。
得られた窒化ケイ素粉末の酸素量、SiO2量及び表面状態
の測定結果を表２に示す。
00ccのオートクレーブに充填し、200 ℃に加熱しながら
24時間真空引きを行いながら表２に示す含Si化合物をガ
スで容器内に供給して窒化ケイ素粉末表面にそれを吸着
させた後、N2ガスで反応容器内を置換した。次いで、10
0cc/min の流量で表２に示す回数の酸化処理を行った。
得られた窒化ケイ素粉末の酸素量、SiO2量及び表面状態
の測定結果を表２に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】また、実施例１の窒化ケイ素粉末の1,000,
000 倍のTEM 写真を図１に示す。表面部の膜状の物質
は、元素分析の結果SiO2の組成であり、また結晶像が認
められないことからアモルファスの状態であることを確
認した。
000 倍のTEM 写真を図１に示す。表面部の膜状の物質
は、元素分析の結果SiO2の組成であり、また結晶像が認
められないことからアモルファスの状態であることを確
認した。
【００１８】次に、得られた窒化ケイ素粉末に、焼結助
剤として平均粒径1.5 μm のY2O35wt%と平均粒径0.8 μ
m のAl2O3 2wt%を内割添加し、1,1,1-トリクロロエタン
を加え、4 時間ボールミルで湿式混合し、乾燥後100kg/
cm2 の成形圧で6 ×10×60mmの形状に金型成形し、それ
を2700kg/cm2の成形圧でCIP 成形した。これらの成形体
をカーボンルツボにセットし、9kg/cm2 の加圧窒素ガス
雰囲気中、1750℃の温度で4 時間焼成して焼結体を得
た。得られた焼結体については、研削後相対密度、室温
及び1200℃における３点曲げ強度を測定した。それらの
結果を表３に示す。
剤として平均粒径1.5 μm のY2O35wt%と平均粒径0.8 μ
m のAl2O3 2wt%を内割添加し、1,1,1-トリクロロエタン
を加え、4 時間ボールミルで湿式混合し、乾燥後100kg/
cm2 の成形圧で6 ×10×60mmの形状に金型成形し、それ
を2700kg/cm2の成形圧でCIP 成形した。これらの成形体
をカーボンルツボにセットし、9kg/cm2 の加圧窒素ガス
雰囲気中、1750℃の温度で4 時間焼成して焼結体を得
た。得られた焼結体については、研削後相対密度、室温
及び1200℃における３点曲げ強度を測定した。それらの
結果を表３に示す。
【００１９】表３に示した測定値は、次の方法によっ
た。 （１）相対密度（% ） ：アルキメデス法による。 （２）３点曲げ強度（MPa）：島津製作所社製オートグ
ラフAG-2000Aによる。
た。 （１）相対密度（% ） ：アルキメデス法による。 （２）３点曲げ強度（MPa）：島津製作所社製オートグ
ラフAG-2000Aによる。
【００２０】
【表３】
【００２１】
【発明の効果】本発明の窒化ケイ素粉末は、易焼結性で
あり、少量の焼結助剤でも容易に緻密化した焼結体を得
ることができ、しかも高温強度等の優れた窒化ケイ素焼
結体となる。
あり、少量の焼結助剤でも容易に緻密化した焼結体を得
ることができ、しかも高温強度等の優れた窒化ケイ素焼
結体となる。
【図１】 実施例１によって得られた窒化ケイ素粉末の
表面部の結晶構造を示す1,000,000 倍のＴＥＭ写真であ
る。
表面部の結晶構造を示す1,000,000 倍のＴＥＭ写真であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−201046（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−201047（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−126754（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−93362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−242904（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−22176（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 21/068 C04B 35/626 ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (2)
- 【請求項１】 1〜5.1wt%のアモルファスSiO2で被覆さ
れてなることを特徴とする焼結用窒化ケイ素粉末。 - 【請求項２】 窒化ケイ素粉末の表面にSiH4等の含Si化
合物ガスを供給して含Si化合物を吸着させた後、酸化処
理をして該含Si化合物をアモルファスSiO 2 に変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の焼結用窒化ケイ素粉末
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25591491A JP3194761B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 窒化ケイ素粉末及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25591491A JP3194761B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 窒化ケイ素粉末及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570110A JPH0570110A (ja) | 1993-03-23 |
| JP3194761B2 true JP3194761B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=17285326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25591491A Expired - Lifetime JP3194761B2 (ja) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | 窒化ケイ素粉末及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3194761B2 (ja) |
-
1991
- 1991-09-09 JP JP25591491A patent/JP3194761B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0570110A (ja) | 1993-03-23 |
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