JP3559382B2 - 窒化珪素質焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3559382B2 JP3559382B2 JP07784796A JP7784796A JP3559382B2 JP 3559382 B2 JP3559382 B2 JP 3559382B2 JP 07784796 A JP07784796 A JP 07784796A JP 7784796 A JP7784796 A JP 7784796A JP 3559382 B2 JP3559382 B2 JP 3559382B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- nitriding
- mol
- sintered body
- silicon nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims description 14
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 65
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 31
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 27
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 19
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 17
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 12
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 21
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 4
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- GPTXWRGISTZRIO-UHFFFAOYSA-N chlorquinaldol Chemical compound ClC1=CC(Cl)=C(O)C2=NC(C)=CC=C21 GPTXWRGISTZRIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/068—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
- C01B21/0687—After-treatment, e.g. grinding, purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/591—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by reaction sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/50—Agglomerated particles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/10—Solid density
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車部品用、ガスタ−ビン等の各種エンジン用、耐摩耗用等の産業用部品に使用される窒化珪素質焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
従来から、窒化珪素質焼結体は、強度特性、耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性および耐食性に優れ、かつ軽量であることからエンジニアリングセラミックス、特にタ−ボロ−タ等の熱機関用として応用が進められている。また、窒化珪素は難焼結性であるため、高密度で高強度の焼結体を作製するために焼結助剤としてY2 O3 、Sc2 O3 などの希土類元素酸化物や酸化アルミニウムを添加することが特公昭52−3649号、特公昭58−5190号にて提案されている。
【0003】
また、焼成収縮を小さくできるという利点から、金属Siと、MgO、Y2 O3 、CeO2 等の焼結助剤との成形体を窒素中で1500℃以下の温度で加熱しSiをSi3 N4 に窒化させた後、1500℃を越える温度で緻密化させる方法が、USP4,351,787号等にて提案されている。また、特公平2−24789には粒径2μm以下の金属Si粉末と窒化珪素粉末と周期律表第3a族の酸化物粉末と酸化アルミニウム粉末からなる成形体を窒化、焼成する方法も提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
窒化珪素質焼結体の機械的特性面から、焼結体は微細構造であることが望まれている。そのため、上記のような窒化反応による焼結体の作製においては、特公平2−24789号にて記載されるように、粒径2μm以下の微細な金属Si粉末が一般的に用いられている。また、Siと窒素との反応を進める上においても、微細なSi粉末が用いられる。
【0005】
しかしながら、金属Si粉末を窒素中で窒化させる場合、窒化反応は発熱反応であるため、Si粉末が微細になるほど自己燃焼による温度上昇を誘発して、Siが溶融し十分に窒化できないことがあり、その窒化反応の制御が難しいものとなっていた。
【0006】
よって、本発明は、粒径が大きなSi粉末を用いた場合においても、Siの窒化を十分に行うことができ、しかも優れた強度を有する窒化珪素質焼結体を作製することのできる方法を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、Siの窒化反応の制御を容易に行う方法について検討を重ねた結果、Si粉末として比較的粗粒の粉末を用い、しかもα率の高いSi3 N4 粉末とともに混合すること、さらに焼結助剤として周期律表第3a族元素酸化物と酸化アルミニウムを併用することにより、窒化を十分に行わせることができるとともに、高強度化も実現できることを見いだし本発明に至った。
【0008】
即ち、本発明の窒化珪素質焼結体の製造方法は、α化率が50%以上の窒化珪素(Si3 N4 )粉末と、平均粒径2.5〜30μmの珪素(Si)粉末とを、Si/(Si3 N4 +Si)重量比が0.95〜0.2の割合からなる主成分に対して、焼結助剤として周期律表第3a族酸化物粉末の1種以上を1〜7モル%と、酸化アルミニウム粉末を1〜13モル%で添加してなる成形体を、窒素を含む雰囲気中にて1000〜1500℃で窒化し、その後1700〜2000℃の非酸化性雰囲気中で焼成することを特徴とするものであり、さらには、前記成形体中に、窒化促進剤として、W、Mn、Fe、Cuの酸化物、炭化物、珪化物のうちの1種以上を全量中、0.1〜5重量%の割合で含むことを特徴とするものである。なお、最終的に得られる焼結体中において、前記周期律表第3a族が酸化物換算で全量中1〜7モル%、アルミニウムが酸化物換算で1〜13モル%の割合で存在することが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化珪素質焼結体の製造方法によれば、出発原料において、平均粒径が2.5〜30μm、特に2.5〜20μmのSi粉末と、Si3 N4 粉末とを主成分とするものである。これは、平均粒径が2.5μmより小さいと窒素と反応する表面積が大きいために、窒化反応が急激に進行しやすくなり、発熱反応による温度上昇が顕著になって、Siの溶融を引き起こしやすくなり、窒化反応の制御が難しくなるためである。逆に30μmより大きいと、粉砕に長時間を有したり、粉砕が十分でないとSiが残存し特性が劣化することになる。また、平均粒径が2.5μm以上のSi粉末は、それより微細なSi粉末よりも安価に入手することができる。
【0010】
また、Si3 N4 粉末においては、α化率が50%以上、特に70%以上であることが重要である。Si3 N4 粉末のα化率が50%以上の場合、Siの窒化により生成したSi3 N4 は高α型となり、1700〜2000℃の温度域で緻密化する際にアスペクト比の大きい針状組織となりやすく、その為高強度が発現しやすくなる。従って、α化率が50%よりも低いと最終的に得られる焼結体の機械的強度において十分な特性が得られない。また、Si3 N4 粉末は、微細な方が高強度発現のために好ましく、特に平均粒径は0.5〜2.0μmであることが望ましい。
【0011】
本発明によれば、上記主成分において、珪素粉末と窒化珪素粉末の割合が重量比でSi/(Si+Si3 N4 )が0.95〜0.2の割合となるように添加することも重要である。この割合よりSi量が多いと窒化が困難になり、未窒化Siが残留したり、発熱反応により温度の暴走を引き起こし、逆にこの割合よりSi量が少ないと、焼成収縮が大きくなり、焼結体の加工の必要性が生じる。
【0012】
本発明によれば、これら主成分に、焼結助剤として周期律表第3a族の酸化物粉末の1種以上と酸化アルミニウム(Al2 O3 )粉末とを添加する。これらの成分は、緻密化のために不可欠な焼結助剤であり、周期律表第3a族酸化物粉末はSi3 N4 の針状化に、Al2 O3 は緻密化の促進に寄与する。
【0013】
これら焼結助剤の量は、周期律表第3a族酸化物が1〜7モル%、酸化アルミニウムが1〜13モル%であることが望ましい。これは、周期律表第3a族元素酸化物で7モル%を越えるか、あるいはAl2 O3 が13モル%を越えると、高温特性の低下を引き起こし、また焼成中の成分の分解による焼結体の内外差が生じやすくなるためである。また、上記個々の含有量が1モル%より少ないと緻密化および強度が低下するためである。なお、これら焼結助剤の含有量は、主成分中のSiをSi3 N4 と換算した全量中の割合を示すものである。
【0014】
また、窒化反応の促進剤として、W、Mn、Fe、Cuの酸化物、炭化物、珪化物のうち1種以上を全量中、0.1〜5重量%の割合で添加することものできる。これらのうち、酸化物が最も望ましい。この窒化促進剤は、0.1重量%未満ではその作用が弱く、5重量%を越えると、焼結体中に異物として存在するために強度低下を招く恐れがある。これらの窒化促進剤粉末は平均粒径が1μm以下の微細なものが望ましい。
【0015】
また、本発明によれば、添加成分として、上記以外にSiO2 粉末を添加することもできる。このSiO2 も焼結助剤として作用するが、Si粉末、Si3 N4 粉末中に不可避的に含まれる酸素もSiO2 として存在しているものと考えられる。従って、このSiO2 成分量の調整としてSiO2 粉末を添加するのである。このSiO2 成分は、Si粉末、Si3 N4 粉末に含まれる酸素分をSiO2 換算したものも合わせて、主成分中のSiをSi3 N4 と換算した全量中における比率が総量で1〜25モル%であるのが望ましい。
【0016】
次に、上記に従い配合された粉末に所望により有機バインダーを添加したものを、振動ミル、バレルミル、回転ミルなどにより十分に配合した後、この混合粉末を公知の成形方法、例えばプレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成形、冷間静水圧成形等により所望の形状に成形する。
【0017】
そしてこの成形体を、有機バインダーを含む場合は300〜800℃程度で脱脂した後、窒素を含有する雰囲気中にて1000℃〜1500℃の温度域で窒化し、成形体中に含まれるSi成分をSi3 N4 に変換する。この時の窒素分圧は0.1〜10atmが望ましい。この窒化反応により、成形体の相対密度を向上することができるために、その後の焼結過程での焼成収縮が小さくなるのである。焼成収縮を小さくするためには窒化前の成形体の相対密度が40%以上あることが望ましい。
【0018】
そして、この窒化後の成形体を1700℃〜2000℃の温度にて公知の焼成方法、例えば、常圧焼成法や、窒素圧1.5〜200気圧下での窒素ガス圧焼成法にて緻密化させる。さらには、上記のようにして得られた焼結体を窒素またはアルゴン雰囲気中で1000〜2000気圧下で熱間静水圧プレス(HIP)処理しても構わない。
【0019】
この焼成は、窒化工程に引き続いて同一焼成炉内で行ってもよいが、窒化工程と焼成工程とを別の焼成炉で行ってもよい。個別に行う場合は、焼成工程をホットプレス法、ガラス浴HIP法等を採用することもできる。
【0020】
このような本発明の方法によれば、Si3 N4 粉末とSi粉末を主成分とし、焼結助剤を含むため、焼成収縮の小さい緻密な焼結体が得られる。さらには、α化率の高いSi3 N4 粉末を使用するため、針状組織となりやすく高強度の焼結体を得ることが出来る。また、本発明では2.5〜30μmの粗粒Si粉末を使用するため、急激な窒化反応を抑制することができ、さらには高価な微粉を使用する必要がないためコストの低減を図ることができるのである。
【0021】
【実施例】
実施例1(試料No.1〜15)
主成分としてα化率90%、平均粒径0.9μmのSi3 N4 粉末と粒径の異なるSi粉末を使用した。これに焼結助剤として、平均粒径5μmのY2 O3 粉末2.5モル%、平均粒径1μmのAl2 O3 3.0モル%、さらにSiO2 粉末を主成分のSi粉末またはSi3 N4 粉末に含まれる酸素分のSiO2 換算量との合計量が5モル%となるように添加した。また窒化促進剤としてW、Mn、Fe、Cuの酸化物、炭化物、珪化物の粉末を添加した。それぞれの添加した割合は、表1に示す通りである。
【0022】
上記粉末をイソプロピルアルコール中で50時間混合し、乾燥後、バインダーを添加し、金型プレスにて厚さ10mmの平板を作製し、500℃の窒素雰囲気中で脱脂した。この成形体を窒素分圧が0.5気圧または1気圧の雰囲気中でいずれも1300℃、5時間で窒化処理した。これらの窒化後の成形体から切り出し、断面の観察およびX線回折法により残留Siの存在を調査した。結果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
表1の結果によると、窒化パターン1、2のいずれの場合もSiの粒径が2.5μm未満の場合(試料No.1、7)、窒化促進剤の有無によらず、急激な窒化反応による発熱のためSiが溶融し試料中心部にSiが凝集していた。また、窒化パターン2において、Siの粒径が2.5μm以上であれば残留Siは確認されなかった(試料No.2〜5)が、窒化促進剤を添加した場合(試料No.8〜15)は、窒素分圧の低い窒化パターン1でも残存Siは確認されず完全に窒化された。
【0025】
実施例2(試料No.16〜22)
主成分としてα化率90%、平均粒径0.9μmのSi3 N4 粉末と粒径3.7μmのSi粉末を用い、SiとSi3 N4 の割合を変化させて調合した。これに焼結助剤として、実施例1で用いたものと同じ粉末でY2 O3 粉末2.5モル%、Al2 O3 粉末3.0モル%、SiO2 成分5モル%となるように添加した。これに窒化促進剤としてWO3 とMnO2 をそれぞれ0.5重量%添加した。
【0026】
調合粉末を金型プレスし、脱脂した。調合、成形、脱脂方法は実施例1に従った。次に、この成形体を実施例1の窒化パターン1により窒化後、さらに1700℃−5時間、2000℃−2時間にて緻密化させ焼結体を得た。これらの焼結体を切り出し、断面の観察およびX線回折法により残留Siの存在を調査した。また、焼結体の成形体との寸法収縮を測定した。結果を表1に示す。
【0027】
表1の結果によると、Si/(Si+Si3 N4 )が0.95よりも大きいとき(試料No.16)、急激な窒化反応による発熱のためSiが溶融し試料中心部にSiが凝集していた。またSi/(Si+Si3 N4 )が0.2より小さいとき(試料No.21、22)は寸法収縮が大きかった。
【0028】
実施例3(試料No.23〜27)
主成分としてα化率の異なるSi3 N4 粉末(平均粒径はいずれも2μm以下)と平均粒径7.0μmのSi粉末を用い、Si/(Si+Si3 N4 )=0.75の割合で調合した。これに焼結助剤として、実施例1で用いたものと同じ粉末のY2 O3 粉末を2.5モル%、Al2 O3 粉末を3.0モル%、SiO2 成分を5モル%となるように添加した。これに窒化促進剤としてWO3 とMnO2 をそれぞれ0.5重量%添加した。調合粉末を金型プレスし、脱脂した。調合、成形、脱脂方法は実施例1に従った。次に、この成形体を実施例1の窒化パターン1により窒化後、さらに1750℃−5時間、1900℃−2時間にて緻密化させ焼結体を得た。これらの焼結体からJIS−R1601形状の試験片を各10本切り出し、常温強度および1000℃を測定した。結果を表2に示す。
【0029】
表2の結果によると、α化率が50%以上のSi3 N4 粉末を用いた場合、常温強度が高い(試料No.23〜26)が、α化率が50%未満の場合(試料No.27)は常温強度が低いことがわかる。なお、これらの試料の収縮率はいずれも12.5〜12.7%であった。
【0030】
実施例4(試料No.28〜32)
主成分としてα化率90%のSi3 N4 粉末と平均粒径7.0μmのSi粉末を用いた。このとき使用したSi3 N4 粉末は、初期の平均粒径が4.5μmであったが、表2試料No.26〜30に示すような粒径に予備解砕によりあらかじめ粒度調整して使用した。またSiとSi3 N4 はSi/(Si+Si3 N4 )=0.75の割合で調合した。これに焼結助剤として、実施例1で用いたものと同じ粉末のY2 O3 粉末2.5モル%、Al2 O3 粉末3.0モル%、SiO2 粉末5モル%となるように添加した。これに窒化促進剤としてWO3 とMnO2 をそれぞれ0.5重量%添加した。調合粉末を金型プレスし、脱脂した。調合、成形および脱脂方法は実施例1に従った。次に、この成形体を実施例1の窒化パターン1により窒化後、さらに1750℃5時間、1900℃2時間にて緻密化させ焼結体を得た。これらの焼結体からJIS−R1601形状の試験片を各10本切り出し、常温および1000℃強度を測定した。結果を表2に示す。
【0031】
表2の結果によると、平均粒径が3μm以下のSi3 N4 粉末を用いた場合、常温強度が高い(試料No.30〜32)が、平均粒径3μmを越える場合(試料No.28、29)は常温強度が低くなる傾向にある。なお、これらの試料の収縮率はいずれも12.5〜12.7%であった。
【0032】
実施例5(試料No.33〜61)
主成分としてα化率90%、平均粒径0.9μmのSi3 N4 粉末と平均粒径3.7μmのSi粉末を用い、Si/(Si+Si3 N4 )=0.75の割合で調合した。焼結助剤として各種周期律表第3a族酸化物粉末、Al2 O3 粉末、さらにSiO2 粉末を主成分のSi粉末またはSi3 N4 粉末に含まれる酸素分のSiO2 換算量との合計量で表2、3の組成になるように調整して添加した。
【0033】
窒化促進剤としてはWO3 とMnO2 をそれぞれ表2、3に示す割合で添加した。調合粉末を金型プレスし、脱脂した。調合、成形、脱脂方法は実施例1に従った。そして、この成形体を実施例1の窒化パターン1により窒化後、さらに1750℃−5時間、1900℃−2時間にて緻密化させ焼結体を得た。これらの焼結体からJISR1601形状の試験片を各10本切り出し、常温および1000℃強度を測定した。結果を表2に示す。
【0034】
表2の結果によると、周期律表第3a族酸化物1〜7モル%、酸化アルミニウムが1〜13モル%、また添加したSi粉末、Si3 N4 粉末に含まれる酸素分をSiO2 換算あるいは添加したSiO2 粉末との総量で1〜25モル%の場合(試料No.33〜40、42〜44、47〜50、52〜61)、常温強度、高温強度ともに高いものであった。また、周期律表第3a族酸化物粉末であればいずれも満足できる特性を示した(試料No.33〜40)。なお、これらの試料の収縮率はいずれも12.5〜12.7%であった。
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の方法によれば、焼成収縮が小さく機械的特性に優れた緻密な窒化珪素質焼結体が得られ、コストの大幅な低減を図ることができる。従って、本発明は、自動車部品用、ガスタ−ビンなどの各種エンジン用、耐摩耗用等の産業用部品への実用化を図ることができる。
Claims (1)
- α化率が50%以上の窒化珪素(Si3N4)粉末と、平均粒径2.5〜30μmの珪素(Si)粉末とを、Si/(Si3N4+Si)重量比が0.95〜0.2の割合からなる主成分に対して、焼結助剤として周期律表第3a族酸化物粉末の1種以上を1〜7モル%と、酸化アルミニウム粉末を1〜13モル%と、窒化促進剤として、W、Mn、Fe、Cuの酸化物、炭化物、珪化物のうちの1種以上を全量中、0.1〜5重量%の割合で添加してなる成形体を、窒素を含む雰囲気中にて1000〜1500℃で窒化し、その後1700〜2000℃の非酸化性雰囲気中で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 (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07784796A JP3559382B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
US08/826,306 US5902761A (en) | 1996-03-29 | 1997-03-27 | Ceramic granules, process for preparing the same, and process for producing sintered product of silicon nitride |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07784796A JP3559382B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09268072A JPH09268072A (ja) | 1997-10-14 |
JP3559382B2 true JP3559382B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=13645455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07784796A Expired - Fee Related JP3559382B2 (ja) | 1996-03-29 | 1996-03-29 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5902761A (ja) |
JP (1) | JP3559382B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2686248B2 (ja) * | 1995-11-16 | 1997-12-08 | 住友電気工業株式会社 | Si3N4セラミックスとその製造用Si基組成物及びこれらの製造方法 |
JPH1149572A (ja) | 1997-08-01 | 1999-02-23 | Honda Motor Co Ltd | セラミックス複合粒子及びその製造方法 |
JP3182648B2 (ja) * | 1999-05-12 | 2001-07-03 | ティーディーケイ株式会社 | セラミック成形体の成形用のセラミック顆粒、その製造または処理方法、セラミック成形体およびその製造方法 |
EP1294639A1 (de) * | 2000-06-17 | 2003-03-26 | Kunkel, Klaus | Verfahren zur gewinnung von siliciumnitrid |
JP2003040679A (ja) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
DE10235965B3 (de) * | 2002-08-06 | 2004-04-15 | H. C. Starck Ceramics Gmbh & Co. Kg | Keramischer Werkstoff hoher Stoßfestigkeit, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
JP4969030B2 (ja) * | 2003-08-26 | 2012-07-04 | 京セラ株式会社 | 耐溶融金属用部材およびその製造方法 |
DE112004001567B4 (de) * | 2003-08-26 | 2010-09-30 | Kyocera Corp. | Auf Siliciumnitrid basierendes Sintermaterial und Verfahren zur Erzeugung desselben und ein schmelzfestes Bauteil und ein verschleissfestes Bauteil unter Verwendung desselben |
CN100406407C (zh) * | 2003-08-26 | 2008-07-30 | 京瓷株式会社 | 氮化硅质烧结体及其制造方法,和使用其的耐熔融金属用构件、耐磨损用构件 |
JP2005213081A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-11 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体およびこれを用いた金属溶湯用部材 |
JP5238161B2 (ja) * | 2004-11-26 | 2013-07-17 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法、並びに金属溶湯用部材、熱間加工用部材、掘削用部材 |
JP4628085B2 (ja) * | 2004-12-20 | 2011-02-09 | 京セラ株式会社 | 抄網支持部材とその製造方法およびこれを用いた抄紙機 |
US9409825B2 (en) | 2013-08-20 | 2016-08-09 | Los Alamos National Security, Llc | Granulation of fine powder |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SE438849B (sv) * | 1981-05-25 | 1985-05-13 | Svenska Silikatforskning | Forfarande vid framstellning av formkroppar av kiselnitridbaserade material |
DE4102628A1 (de) * | 1991-01-30 | 1992-08-06 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung eines werkstoffes auf si(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)n(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts)-basis, so hergestellte werkstoffe sowie deren verwendung |
DK0603787T3 (da) * | 1992-12-23 | 1998-09-28 | Hoechst Ag | Højtemperaturfast siliciumnitridkeramik og fremgangsmåde til fremstilling deraf |
US5591687A (en) * | 1994-02-07 | 1997-01-07 | Isuzu Ceramics Research Insitute Co., Ltd. | Silicon nitride based sintered product |
-
1996
- 1996-03-29 JP JP07784796A patent/JP3559382B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-03-27 US US08/826,306 patent/US5902761A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09268072A (ja) | 1997-10-14 |
US5902761A (en) | 1999-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3559382B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
JPH07172921A (ja) | 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法 | |
JP4651144B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
JP2649220B2 (ja) | 窒化珪素/炭化珪素複合粉末及び複合成形体並びにそれらの製造方法及び窒化珪素/炭化珪素複合焼結体の製造方法 | |
WO1990012768A1 (en) | Method of producing aluminum nitride sinter | |
JPS6212663A (ja) | B4c質複合体およびその製造方法 | |
JPH06116045A (ja) | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 | |
JPH06279124A (ja) | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 | |
JPH0224789B2 (ja) | ||
JP3570676B2 (ja) | セラミックス多孔体及びその製造方法 | |
JP3236739B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
JP3564164B2 (ja) | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 | |
JP2946593B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
JP3667145B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
JP3176203B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
JP3241215B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
JP3567001B2 (ja) | 炭化珪素と窒化珪素の複合焼結体の製造方法 | |
JP2826080B2 (ja) | 窒化珪素/炭化珪素複合焼結体及び複合粉末の製造方法 | |
JP2706304B2 (ja) | 窒化けい素焼結体の製造方法 | |
JPH06345535A (ja) | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 | |
JP2694368B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
JPH08325061A (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
JP3981510B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
JPH05238829A (ja) | 窒化けい素セラミックス焼結体 | |
JP2000143352A (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040210 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040409 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040518 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040521 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090528 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090528 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100528 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110528 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110528 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120528 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120528 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130528 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140528 Year of fee payment: 10 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |