JP5937506B2 - Ceramic member and heat conduction member - Google Patents
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Description
本発明は、セラミック部材および熱伝導部材に関するものである。 The present invention relates to a ceramic member and a heat conducting member.
例えば、アルミニウムなどの金属の溶解において、金属を加熱して溶融するためのヒーターを溶湯金属の浸食から保護するために、少なくとも一部が溶湯金属に浸漬された状態で使用される構造体、例えば、一方端が封止された管状体であるセラミック部材が使用されている。 For example, in the melting of a metal such as aluminum, in order to protect a heater for heating and melting the metal from erosion of the molten metal, a structure used in a state where at least a part is immersed in the molten metal, for example, A ceramic member which is a tubular body sealed at one end is used.
また、金属粉末やセラミックス等の焼成においては、金属粉末やセラミックスを収容して使用される構造体、例えば、箱状の容器であるセラミック部材が使用されている。 In firing metal powder, ceramics and the like, a structure used by containing metal powder or ceramics, for example, a ceramic member which is a box-shaped container is used.
上記構造体としては、一般的に、耐熱性に優れる窒化珪素質焼結体が用いられている。このような窒化珪素質焼結体を作製するにあたっては、通常、焼結助剤成分が添加される。例えば、特許文献1では、焼結助剤成分として金属元素酸化物が添加された窒化珪素質焼結体が提案されている。
In general, a silicon nitride sintered body having excellent heat resistance is used as the structure. In producing such a silicon nitride sintered body, a sintering aid component is usually added. For example,
しかしながら、特許文献1で提案された窒化珪素質焼結体を用いて、内周面が空間と接する構造体を作製すると、製造時の焼成処理により空間と接する内周面から焼結助剤成分が揮散するため、内周面近傍の領域では、焼結助剤成分の揮散により、密度が低下することで、熱伝導性が低下する。それゆえ、このような構造体の内周面側の空間にヒーター等の熱源を配置する場合には、熱源の熱を効率よく外部に伝えることができないという問題があった。また、内周面側の空間に金属粉末やセラミックスを配置する場合には、金属粉末やセラミックスを焼成後に放熱させるときに、金属粉末やセラミックスの熱を効率よく外部に伝えることができないという問題があった。
However, when a silicon nitride sintered body proposed in
本発明は上述のような課題を解決するために提案されたものであって、その目的は、熱伝導性が高いセラミック部材およびこれを用いた熱伝導部材を提供するものである。 The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a ceramic member having high thermal conductivity and a heat conducting member using the same.
本発明のセラミック部材は、内周面が空間と接する構造体であって、該構造体はマグネシウムを含有する窒化珪素質焼結体からなり、前記構造体は、前記空間と接する内周面から前記構造体の厚み方向に存在する第1の領域と、該第1の領域以外の第2の領域とからなり、前記第1の領域に存在する前記マグネシウムの含有量が、前記第2の領域に存在する前記マグネシウムの含有量より多いことを特徴とするものである。 The ceramic member of the present invention is a structure whose inner peripheral surface is in contact with a space, and the structure is made of a silicon nitride sintered body containing magnesium, and the structure is formed from an inner peripheral surface in contact with the space. The first region present in the thickness direction of the structure and a second region other than the first region, and the content of the magnesium present in the first region is the second region The content of magnesium is higher than the content of magnesium.
本発明の熱伝導部材は、上記セラミック部材の前記空間に熱源が配置されてなることを特徴とするものである。 The heat conducting member of the present invention is characterized in that a heat source is disposed in the space of the ceramic member.
本発明のセラミック部材によれば、内周面が空間と接する構造体であって、構造体はマ
グネシウムを含有する窒化珪素質焼結体からなり、構造体は、空間と接する内周面から構造体の厚み方向に存在する第1の領域と、第1の領域以外の第2の領域とからなり、第1の領域に存在するマグネシウムの含有量が、第2の領域に存在するマグネシウムの含有量より多い。このような構成であると、マグネシウムは窒化珪素の結晶粒子に固溶しにくいので、窒化珪素の結晶粒子のアスペクト比の増大を抑制し、窒化珪素の結晶粒子が充填されやすくなると考えられる。このような現象に起因して、第1の領域の密度を高めることができ、熱伝導性を向上することができる。
According to the ceramic member of the present invention, the inner peripheral surface is in contact with the space, the structure is made of a silicon nitride sintered body containing magnesium, and the structure is structured from the inner peripheral surface in contact with the space. The first region present in the thickness direction of the body and the second region other than the first region, the content of magnesium present in the first region is the content of magnesium present in the second region More than quantity. With such a structure, it is considered that magnesium is difficult to be dissolved in silicon nitride crystal particles, so that an increase in the aspect ratio of the silicon nitride crystal particles is suppressed and the silicon nitride crystal particles are easily filled. Due to such a phenomenon, the density of the first region can be increased and the thermal conductivity can be improved.
また、本発明の熱伝導部材によれば、上記セラミック部材の空間に熱源が配置されてなることから、熱伝導性が向上した熱伝導部材とすることができる。 Moreover, according to the heat conductive member of this invention, since a heat source is arrange | positioned in the space of the said ceramic member, it can be set as the heat conductive member which improved thermal conductivity.
図1は、本実施形態のセラミック部材の一例を示す、(a)はセラミック部材の縦断面図で、(b)は(a)のX−X’線におけるセラミック部材の断面を拡大した図である。 1A and 1B show an example of a ceramic member according to the present embodiment. FIG. 1A is a longitudinal sectional view of the ceramic member, and FIG. 1B is an enlarged view of a cross section of the ceramic member taken along line XX ′ in FIG. is there.
本実施形態のセラミック部材10は、内周面20が空間と接する構造体であって、マグネシウムを含有する窒化珪素質焼結体からなる。そして、セラミック部材10は空間と接する内周面20から厚み方向に存在する第1の領域1と、第1の領域1以外の第2の領域2とからなる。ここで、本実施形態における第1の領域1とは、図1(b)のX−X’線における断面(以下、単に断面ともいう。)において内周面20から外周面21までの厚みTに対して、構造体の内周面20からの厚みが50%以内の領域をいう。なお、図1(b)に、厚みTが50%となる位置を破線12で示している。
The
また、セラミック部材10は、第1の領域1に存在するマグネシウムの含有量が、第2の領域2に存在するマグネシウムの含有量より多い。なお、第1の領域1においてマグネシウムは酸化マグネシウムとして存在していることが好適であるが、一部がその他の化合物または単体で存在していても構わない。
In the
このような構成であると、マグネシウムは窒化珪素の結晶粒子に固溶しにくいので、窒化珪素の結晶粒子のアスペクト比の増大を抑制し、窒化珪素の結晶粒子が充填されやすくなると考えられる。このような現象に起因して、第1の領域1の密度を高めることができ、熱伝導性を向上することができる。
With such a structure, it is considered that magnesium is difficult to be dissolved in silicon nitride crystal particles, so that an increase in the aspect ratio of the silicon nitride crystal particles is suppressed and the silicon nitride crystal particles are easily filled. Due to such a phenomenon, the density of the
また、第1の領域1および第2の領域2におけるマグネシウムの含有量の比較は、例えば、電子線マイクロ分析装置(EPMA)を用いて、Mg元素の存在量を面分析で測定して比較すればよい。
The comparison of the magnesium content in the
また、図1に示すセラミック部材10は、一方端が封止された管状体(有底筒状体)であるが、本発明はこの形状に特定されるものではなく、内部に空間を有する形状であればよく、一方端が封止されているのみならず、両端が封止されている、もしくは両端ともに封止されていなくてもかまわない。例えば、本発明のセラミック部材は筒状(リング等の環
状も含む),筐体状,球状であってもよい。
Moreover, although the
また、本実施形態における窒化珪素質焼結体とは、主結晶相として窒化珪素を全質量に対して80質量%以上含有し、特に85質量%以上含有すると熱伝導率および機械的強度がより高まる傾向があるため好適である。さらに、窒化珪素からなる相に不可避不純物が含まれていても何ら差し支えないことはいうまでもない。また、窒化珪素の成分量の測定は、蛍光X線分析法またはICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法を用いればよく、窒化珪素質焼結体が含有する珪素の含有量を測定し、その珪素の含有量から窒化珪素の含有量に換算して求めればよい。ここで、粒界相において珪素を含む成分(窒化珪素を除く)が存在するものの、窒化珪素質焼結体全体における成分としては微量であるため、窒化珪素の含有量の算出に当たっては、窒化珪素質焼結体に含まれる珪素はすべて窒化珪素を構成するものとみなせばよい。 In addition, the silicon nitride sintered body in the present embodiment contains 80% by mass or more of silicon nitride as a main crystal phase with respect to the total mass, and more particularly 85% by mass or more has higher thermal conductivity and mechanical strength. This is preferable because it tends to increase. Furthermore, it goes without saying that inevitable impurities are contained in the phase made of silicon nitride. In addition, the component amount of silicon nitride may be measured by fluorescent X-ray analysis or ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis, and the silicon content of the silicon nitride sintered body is measured. It may be obtained by converting the content of silicon into the content of silicon nitride. Here, although a component containing silicon (excluding silicon nitride) exists in the grain boundary phase, the amount of the component in the entire silicon nitride-based sintered body is very small. Therefore, in calculating the silicon nitride content, silicon nitride All the silicon contained in the sintered material may be regarded as constituting silicon nitride.
また、本実施形態のセラミック部材10は、単位面積当たりの気孔の個数が、第1の領域1が第2の領域2よりも少ないことが好適である。このような構成であると、第1の領域1の密度を高めることができ、熱伝導性をより向上することができる。
In the
なお、セラミック部材10の第1の領域1および第2の領域2の気孔の個数は、断面において、単位面積当たりの個数をそれぞれの領域で求めればよく、例えば、構造体の断面を研磨し、光学顕微鏡を用いて、倍率を200倍にしてその断面をCCDカメラで撮影し、画
像解析装置((株)ニレコ製LUZEXシリーズ)により画像内の1視野測定面積を2.25×10
−2mm2、測定視野数を20、つまり測定総面積を4.5×10−1mm2として単位面積当
たりの気孔の個数をカウントし、第1の領域1および第2の領域2における気孔の個数を比較すればよい。
The number of pores in the
-2 mm 2 , the number of fields of view is 20, that is, the total measurement area is 4.5 × 10 −1 mm 2 , the number of pores per unit area is counted, and the number of pores in the
図2は、本実施形態のセラミック部材の他の一例を示す、セラミック部材の断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a ceramic member showing another example of the ceramic member of the present embodiment.
セラミック部材10’は、窒化珪素質焼結体にマグネシウムとアルミニウムとを含有してなり、第2の領域2が、構造体の外周面21から構造体の厚み方向に存在する第3の領域3と、第3の領域3以外の第4の領域4とからなり、第3の領域3に存在するアルミニウムの含有量が、第4の領域4に存在するアルミニウムの含有量より多い。ここで、第3の領域3とは、断面において、第2の領域2の厚みT’に対して、構造体の外周面21からの厚みが50%以内の領域をいう。なお、図2において、第2の領域2の厚みT’に対して、構造体の外周面21からの厚みが50%となる位置を破線13で示している。
The
このような構成であると、第3の領域3に第4の領域4よりもアルミニウムの含有量が多いため、第3の領域3おいて、窒化珪素の粒界相にアルミニウムが酸化アルミニウムとして存在する量が多いことで、窒化珪素の結晶粒子同士が強く結合し、その結果、窒化珪素質焼結体における第3の領域3の機械的強度が高まる。つまり、セラミック部材10’は、他の物体と接触機会のある第3の領域3の機械的強度が高いため、他の物体と接触しても破損しにくく信頼性が高い。また、構造体の最外周側の領域である第3の領域3における機械的強度が高まることにより、セラミック部材10’全体としても機械的強度が高まる傾向がある。なお、アルミニウムは酸化アルミニウムとして存在していることが好適であるが、一部がその他の化合物または単体で存在していてもかまわない。
With such a configuration, the
また、第3の領域3および第4の領域4におけるアルミニウムの含有量の比較は、例えば、電子線マイクロ分析装置(EPMA)を用いて、断面において、Al元素の存在量を面分析でそれぞれの領域で測定して比較すればよい。
In addition, the comparison of the aluminum content in the
また、本実施形態のセラミック部材10および10’は、マグネシウムの含有量が第2の領域2側から第1の領域1側に向けて増加していることが好適である。このような構成であると、第1の領域1側から第2の領域2側に向かう熱伝導が特異的に低下するのを抑制できるため、第1の領域1側から第2の領域2側に効率よく熱を伝えることができる。
In the
また、本実施形態のセラミック部材10’は、アルミニウムの含有量が、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて増加していることが好適である。このような構成であると、第4の領域4側から第3の領域3側に向かって機械的強度を高めることができる。言い換えれば、外周側に向けて強度を高めることができ、セラミック部材10’全体として機械的強度をより高めることができる。
In the
ここで、マグネシウムまたはアルミニウムが、セラミック部材10,10’の断面において、第2の領域2側から第1の領域1側に向けて、または第4の領域4側から第3の領域3側に向けて増加しているかどうかは、例えば以下に示すようにして、セラミック部材10,10’の断面における、元素の含有量の濃度分布を確認すればよい。
Here, magnesium or aluminum is applied from the
まず、構造体の断面において、第2の領域2側から第1の領域1側に向けて、または第4の領域4側から第3の領域3側に向けて少なくとも各領域内で5個所以上選択する。そして、選択されたそれらの個所においてマグネシウムまたはアルミニウムの含有量を電子線マイクロ分析装置(EPMA)を用いた面分析で測定する。そして、その測定値の分布が構造体の断面における測定した元素の濃度分布を示しているとみなせばよい。濃度分布をみたとき、第2の領域2側から第1の領域1側に向けて、または第4の領域4側から第3の領域3側に向けて測定元素の濃度が増加傾向にあるかは測定値を最小二乗法により近似して増減を判断すればよい。
First, in the cross section of the structure, at least five locations in each region from the
なお、マグネシウムおよびアルミニウムの含有量の濃度分布は、例えば、電子線マイクロ分析装置(EPMA)を用いて、中空セラミック部材10,10’の断面において、面分析のかわりに線分析で確認してもかまわない。
Note that the concentration distribution of the contents of magnesium and aluminum may be confirmed by line analysis instead of surface analysis in the cross section of the hollow
また、本実施形態のセラミック部材10,10’は、窒化珪素の粒界相がFeSi2,WSi2,CrSi2,NiSi2およびMoSi2の少なくとも1種を含んでいることが好適である。
Further, in the
珪化物は熱力学的に安定しているため、粒界相に上記珪化物が含まれていると、機械的応力や熱応力がかかった場合でも粒界相が相変態を起こしにくい。したがって、セラミック部材10,10’の高温における耐熱衝撃性を向上させることができる。
Since silicide is thermodynamically stable, if the above-described silicide is contained in the grain boundary phase, the grain boundary phase is unlikely to undergo phase transformation even when mechanical stress or thermal stress is applied. Therefore, the thermal shock resistance at high temperatures of the
粒界相は、上述した珪化物のうち、特にFeSi2およびWSi2を含んでいることが好適である。この理由は、FeSi2およびWSi2の結晶構造が特に近似しており、これらの珪化物が隣接すると、セラミック部材10,10’の使用環境温度が高い場合も機械的強度が安定することから、高温における耐熱衝撃性をさらに向上できるからである。
The grain boundary phase preferably contains FeSi 2 and WSi 2 among the above-described silicides. The reason for this is that the crystal structures of FeSi 2 and WSi 2 are particularly approximate. When these silicides are adjacent to each other, the mechanical strength is stabilized even when the use environment temperature of the
本実施形態のセラミック部材10,10’の機械的特性は、4点曲げ強度が650MPa以上
であり、動的弾性率が300GPa以上であり、ビッカース硬度(Hv)が13GPa以上で
あり、破壊靱性(K1C)が5MPam1/2以上であることが好適である。これら機械的特性が上記範囲であることにより、セラミック部材10,10’を熱伝導部材として用いた場合に、特に、耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性を向上させることができるため、高い信頼性が得られるとともに長期間にわたって使用することができる。
The mechanical properties of the
なお、本実施形態のセラミック部材10,10’が、多孔体である場合には、その機械的特
性は、室温における4点曲げ強度が35MPa以上であり、800℃における4点曲げ強度が25MPa以上であり、動的弾性率が35GPa以上であり、ビッカース硬度(Hv)が13G
Pa以上であり、破壊靱性(K1C)が5MPam1/2以上であることが好適である。
In addition, when the
It is preferable that it is Pa or more and the fracture toughness (K 1C ) is 5 MPam 1/2 or more.
ここで、4点曲げ強度については、JIS R 1601−2008(ISO 17565:2003(
MOD))に準拠して測定すればよい。ただし、セラミック部材10,10’の厚みTが薄く、切り出した試験片の厚みを3mmとすることができない場合には、厚みTをそのまま試験片の厚みTとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好適である。
Here, regarding the four-point bending strength, JIS R 1601-2008 (ISO 17565: 2003 (
MOD)). However, when the thickness T of the
また、セラミック部材10,10’の動的弾性率は、JIS R 1602−1995で規定される超音波パルス法に準拠して測定すればよい。ただし、厚みTが薄く、セラミック部材10,10’から切り出した試験片の厚みを10mmとすることができない場合には、片持ち梁共振法を用いて評価するものとし、その結果が上記数値を満足することが好適である。
Further, the dynamic elastic modulus of the
ビッカース硬度(Hv)および破壊靱性(K1C)については、それぞれJIS R 1610−2003(ISO 14705:2000(MOD))およびJIS R 1607−1995に規定さ
れる圧子圧入法(IF法)に準拠して測定すればよい。なお、セラミック部材10,10’が多孔体である場合には、ビッカース硬度(Hv)については、ナノインデンテーション法を用いればよい。また、セラミック部材10,10’の厚みTが薄く、セラミック部材10,10’から切り出した試験片の厚みをそれぞれJIS R 1610−2003およびJIS R 1607−1995の圧子圧入法(IF法)で規定する0.5mmおよび3mmとすることができない
ときには、厚みTをそのまま試験片の厚みとして評価して、その結果が上記数値を満足することが好適である。ただし、そのままの厚みTの試験片で評価して上記数値を満足することができないほどに厚みTが薄いとき、例えば0.2mm以上0.5mm未満のときには、セラミック部材10,10’に加える試験力および押込荷重をいずれも0.245Nとし、試験力お
よび押込荷重を保持する時間をいずれも15秒としてビッカース硬度(Hv)および破壊靱性(K1C)を測定すればよい。
Vickers hardness (Hv) and fracture toughness (K 1C ) are in accordance with the indenter press-in method (IF method) defined in JIS R 1610-2003 (ISO 14705: 2000 (MOD)) and JIS R 1607-1995, respectively. To measure. In the case where the
そして、本実施形態の熱伝導部材は、上述したセラミック部材10,10’からなり、空間に熱源を配置して用いることが好適である。
The heat conducting member of the present embodiment is composed of the
本実施形態の熱伝導部材は、上述した通り、熱伝導性が向上したセラミック部材10または10’からなることから、熱源によって供給される熱の損失を抑制し、外部に熱を効率よく伝えることができる。このような熱伝導部材としては、例えば、ヒーターチューブが挙げられる。また、空間に熱源のない熱伝導部材であってもよく、このような熱伝導部材としては、バーナーチューブ,ラジアントチューブ等が挙げられる。さらに、セラミック部材を,熱電対用保護管,ラドル,ストーク,脱ガス用ロータ,釣具用ガイド部材,シールリング,焼成用容器,球状またはころ状の転動体等に用いることもできる。
As described above, the heat conducting member of the present embodiment is made of the
図3は、本実施形態のセラミック部材を用いた熱伝導部材の一例を示す縦断面図である。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of a heat conducting member using the ceramic member of the present embodiment.
図3に示す熱伝導部材30は、アルミニウムなどの金属の溶解において用いられるものであり、ヒーター5と、ヒーター5を内包し保護するためのセラミック部材10または10’と、ヒーター5に電力を供給するための電源6とを備えている。
A
熱伝導部材30は、セラミック部材10の少なくとも一部が溶湯金属(図示せず)中に浸漬するように配置され、電源6から電力が供給されてヒーター5が加熱される。ヒーター5から発せられる熱は、セラミック部材10を介して溶湯金属に効率良く熱を伝えることがで
きる。なお、熱伝導部材は金属溶湯以外の加熱用途に用いることもできることはいうまでもない。
The
次に、本実施形態のセラミック部材10および10’の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、金属シリコンの粉末と、β化率が20%以下である窒化珪素の粉末とを準備して、(金属シリコンの粉末)/(窒化珪素の粉末)の質量比が1以上10以下となるように混合して第1の混合粉末を得る。ここで、金属シリコンの粉末の粒径によっては、窒化不足および焼結不足の原因となるおそれがあるので、金属シリコンの粉末は、粒度分布曲線の累積体積の総和を100%としたときの累積体積が90%となる粒径(D90)を10μm以下、
好ましくは6μm以下のものを用いる。
First, metal silicon powder and silicon nitride powder having a β conversion ratio of 20% or less are prepared, and the mass ratio of (metal silicon powder) / (silicon nitride powder) is 1 or more and 10 or less. To obtain a first mixed powder. Here, depending on the particle size of the metal silicon powder, there is a risk of insufficient nitriding and insufficient sintering. Therefore, the metal silicon powder is cumulative when the total volume of the particle size distribution curve is 100%. The particle size (D 90 ) with a volume of 90% is 10 μm or less,
Those having a size of 6 μm or less are preferably used.
また、焼結助剤として、金属化合物の粉末と、アルミン酸マグネシウムの粉末とを混合し第2の混合粉末とする。金属化合物とは、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化ジルコニウムおよび炭酸カルシウムの少なくともいずれか1種からなるものである。なお、第2の混合粉末の含有量は、第1の混合粉末および第2の混合粉末の合計を100質量%としたと
き、10質量%以上23質量%以下とすることが好適である。また、その他の焼結助剤として、希土類元素の酸化物の粉末と、マグネシウム化合物の粉末とを混合したものを第2の混合粉末として用いても構わない。なおマグネシウム化合物とは、水酸化マグネシウム,酸化マグネシウムおよび炭酸マグネシウムの少なくともいずれか1種からなるものである。なお希土類元素の酸化物の粉末とマグネシウム化合物の粉末との混合粉末を第2の混合粉末として用いる場合には、第1の混合粉末と第2混合粉末との合計を100質量%としたと
き、希土類元素の酸化物の粉末は10質量%以上14質量%以下、マグネシウム化合物の粉末は2質量%以上4質量%以下とすればよい。
Further, as a sintering aid, a metal compound powder and a magnesium aluminate powder are mixed to form a second mixed powder. The metal compound is made of at least one of aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide and calcium carbonate. The content of the second mixed powder is preferably 10% by mass or more and 23% by mass or less when the total of the first mixed powder and the second mixed powder is 100% by mass. As another sintering aid, a mixture of rare earth element oxide powder and magnesium compound powder may be used as the second mixed powder. The magnesium compound is composed of at least one of magnesium hydroxide, magnesium oxide and magnesium carbonate. When a mixed powder of rare earth element oxide powder and magnesium compound powder is used as the second mixed powder, when the total of the first mixed powder and the second mixed powder is 100% by mass, The rare earth element oxide powder may be 10 mass% to 14 mass%, and the magnesium compound powder may be 2 mass% to 4 mass%.
また、酸化鉄,酸化タングステン,酸化クロム,酸化ニッケルおよび酸化モリブデンの少なくとも1種の粉末を、第1の混合粉末と第2の混合粉末との合計100質量部に対して0.02質量部以上4質量部以下添加してもよい。酸化鉄,酸化タングステン,酸化クロム,
酸化ニッケルおよび酸化モリブデンは、焼成時に珪素と反応して、酸素を脱離し、粒界相内に融点の高い珪化物を生成することができ、粒界相内に珪化物を含んでいることにより、高温における機械的特性や耐熱衝撃性を向上させることができる。
Also, at least one powder of iron oxide, tungsten oxide, chromium oxide, nickel oxide and molybdenum oxide is added in an amount of 0.02 parts by mass or more and 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the first mixed powder and the second mixed powder. A part or less may be added. Iron oxide, tungsten oxide, chromium oxide,
Nickel oxide and molybdenum oxide react with silicon during firing to release oxygen and produce a silicide with a high melting point in the grain boundary phase. By containing silicide in the grain boundary phase, The mechanical properties and thermal shock resistance at high temperatures can be improved.
次に、所定量秤量した第1の混合粉末および第2の混合粉末を溶媒とともに、従来の方法、例えば、バレルミル,回転ミル,振動ミル,ビーズミルなどによって湿式で混合・粉砕してスラリーとする。この粉砕で用いる粉砕用メディアとしては、窒化珪素質焼結体,ジルコニア質焼結体またはアルミナ質焼結体等からなるものが使用可能であるが、混入したときに不純物となる影響を少なくするには、作製する窒化珪素質焼結体と同じ材料組成または近似組成の窒化珪素質焼結体からなる粉砕用メディアを用いることが好適である。 Next, the first mixed powder and the second mixed powder weighed in a predetermined amount together with a solvent are mixed and pulverized in a wet manner by a conventional method such as a barrel mill, a rotary mill, a vibration mill, a bead mill, etc. to obtain a slurry. As the pulverizing media used in this pulverization, a silicon nitride sintered body, a zirconia sintered body, an alumina sintered body, or the like can be used, but the influence of impurities when mixed is reduced. It is preferable to use a pulverizing medium made of a silicon nitride sintered body having the same material composition or approximate composition as the silicon nitride sintered body to be produced.
なお、この湿式で行なう粉砕は、焼結性を向上させるために、粒径(D90)が3μm以下となるまで行なうことが好適である。なお、得ようとする粒度分布とするには、粉砕用メディアの外径,量,または粉砕時間等の設定値を適宜調整すればよい。 Note that this wet pulverization is preferably performed until the particle size (D 90 ) is 3 μm or less in order to improve the sinterability. In order to obtain the particle size distribution to be obtained, the set values such as the outer diameter, amount, or grinding time of the grinding media may be appropriately adjusted.
また、パラフィンワックス、PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)などの有機バインダを、第1の混合粉末と第2の混合粉末との合計100質量
部に対して1質量部以上10質量部以下として、スラリーに混合することで成形性を向上させることができる。さらに、分散性を高めるために分散剤を添加してもよい。
In addition, an organic binder such as paraffin wax, PVA (polyvinyl alcohol), and PEG (polyethylene glycol) is added in an amount of 1 to 10 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the first mixed powder and the second mixed powder. As a result, the formability can be improved by mixing with the slurry. Further, a dispersant may be added to enhance the dispersibility.
また、本実施形態の窒化珪素質焼結体を多孔体とする場合には、樹脂ビーズからなる気孔形成剤をスラリーに混合すればよい。 Further, when the silicon nitride sintered body of the present embodiment is a porous body, a pore forming agent made of resin beads may be mixed into the slurry.
気孔率が、例えば、20体積%以上60体積%以下の多孔体を得るには、気孔形成剤の添加量は、混合粉末と焼結助剤である上記粉末との合計を100質量%としたとき、2質量%6
質量%とすればよい。
For example, in order to obtain a porous body having a porosity of 20% by volume or more and 60% by volume or less, the amount of the pore forming agent added is 100% by mass of the total of the mixed powder and the above powder as a sintering aid. 2
What is necessary is just mass%.
気孔形成剤としては、例えば、シリコーンビーズ、ポリスチレンおよびポリアクリル−スチレンの少なくとも1種からなる懸濁重合された非架橋性の樹脂ビーズを用いるのが好適である。これらの樹脂ビーズは、その圧縮強度が1.2MPa以下と低いために、成形工
程で加圧方向に容易に塑性変形して、弾性回復に伴って発生しやすいマイクロクラックの発生を抑制することができる。
As the pore forming agent, for example, suspension-polymerized non-crosslinkable resin beads comprising at least one of silicone beads, polystyrene, and polyacryl-styrene are preferably used. Since these resin beads have a low compressive strength of 1.2 MPa or less, they can be easily plastically deformed in the pressurizing direction in the molding process, and the occurrence of microcracks that tend to occur with elastic recovery can be suppressed. .
次に、粒径(D90)が3μm以下となるまで粉砕したスラリーを篩いに通した後に、噴霧乾燥装置を用いて造粒した顆粒を得る。 Next, the pulverized slurry is passed through a sieve until the particle size (D 90 ) is 3 μm or less, and then granulated granules are obtained using a spray dryer.
次に、得られた顆粒を、プレス成形、CIP成形(Cold Isostatic Pressing)などに
よって有底筒状体の成形体とする。成形圧力は50〜120MPaの範囲であれば、成形体の
密度の向上や顆粒の潰れ性の観点から好適である。
Next, the obtained granules are formed into a bottomed cylindrical body by press molding, CIP molding (Cold Isostatic Pressing), or the like. If the molding pressure is in the range of 50 to 120 MPa, it is preferable from the viewpoint of improving the density of the molded body and the collapsibility of the granules.
また、鋳込み成形、射出成形、テープ成形などの成形方法を用いてもよい。また、それぞれの成形方法で成形して成形体を作製した後に、成形体を切削したり、積層したり、接合したりすることによって有底筒状体の成形体としてもよい。 Moreover, you may use shaping | molding methods, such as casting molding, injection molding, and tape shaping | molding. In addition, after forming a molded body by molding by each molding method, the molded body may be cut, laminated, or bonded to form a bottomed cylindrical body.
次に、炭化珪素製または表面が窒化珪素質の結晶粒子で覆われたカーボン製の甲鉢中に得られた成形体を載置して、窒素雰囲気中または真空中で脱脂する。脱脂する温度は添加した有機バインダの種類によって異なるが900℃以下であることが好適である。特に、好
ましくは450℃以上800℃以下である。なお、このように成形体から有機バインダなどの脂質の成分を取り除くことを脱脂といい、この脱脂したものを脱脂体という。
Next, the molded body obtained in a silicon armor made of silicon carbide or a carbon whose surface is covered with silicon nitride crystal particles is placed and degreased in a nitrogen atmosphere or in a vacuum. The degreasing temperature varies depending on the kind of the added organic binder, but is preferably 900 ° C. or less. In particular, it is preferably 450 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. The removal of lipid components such as organic binder from the molded body is called degreasing, and the degreased body is called degreased body.
次に、窒化処理炉内に脱脂体を載置し、窒素雰囲気中にて、脱脂したときの温度よりも高い温度で窒化する。 Next, a degreased body is placed in the nitriding furnace, and nitriding is performed at a temperature higher than the temperature when degreasing in a nitrogen atmosphere.
窒化の工程としては、低温での窒化(第1の窒化工程)の後、高温での窒化(第2の窒化工程)を行なえばよい。 As the nitriding step, nitriding at a high temperature (second nitriding step) may be performed after nitriding at a low temperature (first nitriding step).
まず、第1の窒化工程として、窒素の圧力を10〜200kPaとし、1000〜1200℃の温度
で15〜25時間保持することで、脱脂体中の金属シリコン(Si)の10〜70質量%を窒化する。次に、第2の窒化工程として、第1の窒化工程の温度から1400℃の間の温度で5〜15時間保持することで脱脂体中の金属シリコン(Si)の残部を窒化させて窒化体を得る。
First, as the first nitriding step, the pressure of nitrogen is set to 10 to 200 kPa, and held at a temperature of 1000 to 1200 ° C. for 15 to 25 hours, so that 10 to 70 mass% of metallic silicon (Si) in the degreased body is obtained. Nitrid. Next, as the second nitriding step, the remaining portion of the metal silicon (Si) in the degreased body is nitrided by holding at a temperature between the temperature of the first nitriding step and 1400 ° C. for 5 to 15 hours. Get.
そして、窒化体を焼成炉内に設置された、炭化珪素質焼結体からなる甲鉢の内部に配置した後、窒化体の内周面側においてマグネシウムを含む酸化物の揮散が抑制されるように、窒化体の内周面側に、例えば、気体供給管を配置して窒素を供給しながら、昇温を続け、温度を1760℃以上1860℃以下として、8〜12時間保持した後、降温速度を120℃/時間
以上200℃/時間未満として降温することで、本実施形態のセラミック部材10を得ること
ができる。
And after arrange | positioning the nitride in the shell which consists of a silicon carbide sintered body installed in the baking furnace, volatilization of the oxide containing magnesium is suppressed on the inner peripheral surface side of the nitride. Further, for example, a gas supply pipe is arranged on the inner peripheral surface side of the nitride, and while continuing to raise the temperature while supplying nitrogen, the temperature is set to 1760 ° C. or higher and 1860 ° C. or lower and held for 8 to 12 hours. The
ここで、上記炭化珪素質焼結体の相対密度は、95%以上であることが好適である。相対密度がこの範囲であると、熱が逃げにくいため、効率よく焼成することができる。 Here, the relative density of the silicon carbide based sintered body is preferably 95% or more. When the relative density is within this range, it is difficult for heat to escape, so that firing can be performed efficiently.
ここで、断面において、単位面積当たりの気孔の個数が、第1の領域1の方が第2の領
域2よりも少ないセラミック部材10を得るには、窒化体の内周面側が外周面側よりも熱容量が大きくなるように、シリコン(Si)および二酸化珪素(SiO2)の各粉末を、モル比をSi:SiO2=0.6〜1.4:1として混合して窒化体の内周面側に配置した筒状の多孔質の焼成用容器に充填するか、または、前記モル比で混合した粉末および水を混合したスラリーを作製し、このスラリーを窒化体の内周面側に塗布し、乾燥すればよい。なお、上記各粉末を混合して窒化体の内周面側に配置した筒状の多孔質の焼成用容器に充填した場合には、窒化体を焼成した後に、前記焼成用容器を取り除けばよい。
Here, in order to obtain a
また、マグネシウムの含有量が、第2の領域2側から第1の領域1側に向けて増加しているセラミック部材10を得るには、窒素の圧力が窒化体の外側よりも内周面20側の方が、例えば、1気圧以上高くなるように窒化体の内周面側に窒素を供給すればよい。
Further, in order to obtain the
また、構造体がさらにアルミニウムを含有してなり、第2の領域2が、構造体の外周面21から構造体の厚み方向に存在する第3の領域3と、第3の領域3以外の第4の領域4とからなり、第3の領域3に存在するアルミニウムの含有量が、第4の領域4に存在するアルミニウムの含有量よりも多いセラミック部材10’を得るには、酸化アルミニウム,酸化珪素,酸化ジルコニウムおよび炭酸カルシウムの少なくともいずれか1種からなる金属化合物と、アルミン酸マグネシウムとの混合粉末を第2の混合粉末とし、酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウムの少なくともいずれかからなる粉末を雰囲気調整材として甲鉢の内部に配置した窒化体と接触しないように甲鉢の底板に敷く、または雰囲気調整剤および水を混合したスラリーを作製し、このスラリーを甲鉢の側壁に塗布して乾燥させた後に窒化体を焼成すること以外は、セラミック部材10と同様にすればよい。
Further, the structure further contains aluminum, and the
ここで、雰囲気調整材の粒度は、扱いが容易であることおよび比表面積を高くすることにより、高い反応性が得られることを考慮して、JIS R 6001−1998で規定される粒度がF16〜F220である粉末を用いればよい。 Here, the particle size of the atmosphere adjusting material is F16 to a particle size defined in JIS R 6001-1998 in consideration of easy handling and high reactivity obtained by increasing the specific surface area. A powder that is F220 may be used.
また、アルミニウムの含有量が、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて増加するセラミック部材10’を得るには、雰囲気調整材の粒度をF24〜F220とすればよい。
In order to obtain a
また、例えば、相対密度が99質量%以上であるセラミック部材10,10’を得る場合には、熱間静水圧加圧処理を施してもよく、この処理を施すことにより、セラミック部材10,10’の熱伝導性をさらに高くすることができる。
Further, for example, when obtaining the
また、上述した製造方法によって得られたセラミック部材10,10’は、必要に応じて研磨,ブラスト処理等の加工を施しても構わない。
In addition, the
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.
まず、平均粒径(D50)が3μmである金属シリコンの粉末と、平均粒径(D50)が1μmであり、β化率が10%(即ち、α化率が90%)の窒化珪素の粉末とを準備して、(金属シリコンの粉末)/(窒化珪素の粉末)の質量比が5.4となるように混合して第1
の混合粉末を得た。ここで、金属シリコンの粉末は、粒度分布曲線の累積体積の総和を100%としたときの累積体積が90%となる粒径(D90)を5μmとした。
First, a powder of metal silicon average particle diameter (D 50) is 3 [mu] m, an average particle diameter (D 50) is 1 [mu] m, the silicon nitride of β rate is 10% (i.e., alpha-conversion rate 90%) And mixed so that the mass ratio of (metal silicon powder) / (silicon nitride powder) is 5.4.
Of mixed powder was obtained. Here, the metal silicon powder had a particle size (D 90 ) of 5 μm at which the cumulative volume was 90% when the total cumulative volume of the particle size distribution curve was 100%.
次に、表1に示す成分の粉末の混合粉末を第2の混合粉末とし、第1の混合粉末,水および窒化珪素質焼結体からなる粉砕用メディアとともにバレルミルに入れて、粒径(D90)が1μm以下となるまで混合粉砕した。ここで、第2の混合粉末の各粉末の含有量は
、第1の混合粉末および第2の混合粉末の合計100質量%に対して、それぞれ表1に示す
量となるように秤量した。
Next, the mixed powder of the powders of the components shown in Table 1 is used as the second mixed powder, put into a barrel mill together with the first mixed powder, water and a grinding medium made of silicon nitride sintered body, and the particle size (D 90 ) was mixed and ground until it became 1 μm or less. Here, the content of each powder of the second mixed powder was weighed so as to be the amount shown in Table 1 with respect to 100% by mass in total of the first mixed powder and the second mixed powder.
その後、ポリビニルアルコール(PVA)を、第1の混合粉末と第2の混合粉末との総和100質量部に対して5質量部添加して混合することによりスラリーを得た。このスラリ
ーを噴霧乾燥装置を用いて造粒して顆粒を得た。
Thereafter, 5 parts by mass of polyvinyl alcohol (PVA) was added to and mixed with 100 parts by mass of the total of the first mixed powder and the second mixed powder to obtain a slurry. The slurry was granulated using a spray dryer to obtain granules.
次に、得られた顆粒をCIP成形して、さらに切削加工を施して、外径および内径がそれぞれ180mm,157mmであり、長さが1205mmのセラミック部材10となる成形体を得た。
Next, the obtained granule was CIP-molded, and further subjected to cutting to obtain a molded body to be the
次に、炭化珪素製の甲鉢中に成形体を載置し、窒素雰囲気中500℃で5時間保持するこ
とにより脱脂して、脱脂体を得た。次に、窒化処理炉内に脱脂体を載置し、実質的に窒素からなる150kPaの窒素分圧中にて、1050℃で20時間、1250℃で10時間順次保持して窒
化した。そして、窒化体の内周面側の窒素の圧力Pinおよび外側の窒素の圧力Poutを表
1に示す値として、昇温し、焼成温度および保持時間をそれぞれ1800℃,12時間として焼成した後、降温速度を190℃/時間として冷却することにより、外径および内径がそれぞ
れ150mm,130mmであり、長さが1000mmのセラミック部材10の試料No.1〜12を得た。
Next, the compact was placed in a silicon carbide armor and degreased by holding at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere for 5 hours to obtain a degreased body. Next, the degreased body was placed in a nitriding furnace, and nitrided by sequentially holding at 1050 ° C. for 20 hours and at 1250 ° C. for 10 hours in a nitrogen partial pressure of 150 kPa consisting essentially of nitrogen. Then, the nitrogen pressure P in on the inner peripheral surface side of the nitride and the pressure P out of the outer nitrogen were raised as values shown in Table 1, and the firing temperature and the holding time were fired at 1800 ° C. and 12 hours, respectively. Thereafter, by cooling at a cooling rate of 190 ° C./hour, the outer diameter and inner diameter are 150 mm and 130 mm, respectively. 1-12 were obtained.
なお、試料No.3,7,11については、シリコン(Si)および二酸化珪素(SiO2)の各粉末を、モル比をSi:SiO2=1:1として混合し、窒化体の内周面側に配置した筒状の多孔質の焼成用容器に充填し、窒化体の焼成後に、前記焼成容器を取り除く工程をくわえた。 Sample No. 3, 7, and 11, cylinders in which powders of silicon (Si) and silicon dioxide (SiO 2 ) are mixed at a molar ratio of Si: SiO 2 = 1: 1 and arranged on the inner peripheral surface side of the nitride. A step of removing the firing container after filling the cylindrical porous firing container and firing the nitride was added.
得られた試料No.1〜12に含まれる珪素の含有量をICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法により測定し、珪素の含有量から窒化珪素の含有量に換算したところ、いずれの試料も窒化珪素の含有量が80質量%以上であることを確認した。 The obtained sample No. The content of silicon contained in 1 to 12 was measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometry and converted from the silicon content to the silicon nitride content. All samples had a silicon nitride content of 80. It was confirmed that it was at least mass%.
そして、電子線マイクロ分析装置(EPMA)(日本電子(株)製 JXA−8530F)を
用いて、各試料の長手方向の中央部における断面において面分析して、第1の領域1および第2の領域2におけるそれぞれのマグネシウムの含有量M1,M2およびその差であるM1−M2(ΔM)を求めた。なお、M1−M2(ΔM)については、EPMAの測定値から質量比率に換算して計算した。
Then, using an electron beam microanalyzer (EPMA) (JXA-8530F manufactured by JEOL Ltd.), surface analysis is performed in the cross section at the center in the longitudinal direction of each sample, and the
ここで、面分析においては、電子線マイクロ分析装置(EPMA)の測定条件として、加速電圧および照射電流を、それぞれ15kV,2.0×10―7Aとし、第1の領域1および
第2の領域2における各測定範囲は、いずれも5.04mm×5.04mmの面積とした。
Here, in the surface analysis, the acceleration voltage and the irradiation current are 15 kV and 2.0 × 10 −7 A, respectively, as measurement conditions of the electron beam microanalyzer (EPMA), and the
また、電子線マイクロ分析装置(EPMA)を用いて、上記断面において線分析して、第2の領域2側から第1の領域1側に向けての、マグネシウムの含有量の増加の有無を確認した。
Also, using an electron beam microanalyzer (EPMA), line analysis is performed on the cross section to confirm whether there is an increase in the magnesium content from the
また、単位面積当たりの気孔の個数については、上記断面を研磨し、光学顕微鏡を用いて、倍率を200倍にして、上記断面をCCDカメラで撮影し、画像解析装置((株)ニレ
コ製LUZEXシリーズ)により画像内の1視野測定面積を2.25×10−2mm2、測定視野数
を20、つまり測定総面積を4.5×10−1mm2として調べ、第1の領域1および第2の領
域2におけるそれぞれの単位面積当たりの気孔の個数P1,P2を比較した。
As for the number of pores per unit area, the cross section was polished, the magnification was 200 times using an optical microscope, the cross section was photographed with a CCD camera, and an image analyzer (LUZEX manufactured by Nireco Corporation) was used. The
また、各試料の第1の領域1からJIS R 1611−1997に準ずる試験片を切り出し、
熱伝導率を測定した。
In addition, a test piece according to JIS R 1611-1997 is cut out from the
The thermal conductivity was measured.
表1にマグネシウムの含有量M1,M2を比較した結果、マグネシウムの含有量の差ΔM、マグネシウムの含有量の増加の有無、気孔の個数P1,P2を比較した結果および熱伝導率の測定値を示す。 As a result of comparing the magnesium contents M 1 and M 2 in Table 1, the difference ΔM in the magnesium content, the presence or absence of an increase in the magnesium content, the result of comparing the number of pores P 1 and P 2 and the thermal conductivity The measured value is shown.
表1に示す通り、第2の混合粉末の成分および含有量が同じである試料No.1〜4を比べると、試料No.2〜4は、第1の領域1に存在するマグネシウムの含有量M1が、第2の領域2に存在するマグネシウムの含有量M2より多いことから、含有量M1が含有量M2より少ない試料No.1の熱伝導率より高く、試料No.2〜4は試料No.1より熱伝導性が向上しているといえる。
As shown in Table 1, the sample No. 2 in which the components and contents of the second mixed powder are the same. 1 to 4 are compared, sample No. 2-4, the content M 1 of magnesium present in the
また、試料No.3は、単位面積当たりの気孔の個数が、第2の領域2よりも第1の領域1の方が少ないことから、第2の領域2と第1の領域1とが同じである試料No.2よりも熱伝導率が高く、試料No.3は試料No.2より熱伝導性が向上しているといえる。
Sample No. 3 has a smaller number of pores per unit area in the
また、試料No.4は、マグネシウムの含有量が、第2の領域2側から第1の領域1側に向けて増加していることから、増加が認められない試料No.2よりも熱伝導率が高く、第1の領域1から第2の領域2に向かって効率よく熱を伝えられると言える。
Sample No. No. 4 is a sample No. 4 in which the magnesium content increases from the
また、第2の混合粉末の成分および含有量が同じである試料No.5〜8を比べると、試料No.6〜8は、第1の領域1に存在するマグネシウムの含有量M1が、第2の領域2に存在するマグネシウムの含有量M2より多いことから、含有量M1が含有量M2より少ない試料No.5の熱伝導率より高く、試料No.6〜8は試料No.5より熱伝導性が向上しているといえる。
Sample No. 2 in which the components and contents of the second mixed powder are the same. Comparing
また、試料No.7は、単位面積当たりの気孔の個数が、第2の領域2よりも第1の領域1の方が少ないことから、第2の領域2と第1の領域1とが同じである試料No.6よりも熱伝導率が高く、試料No.7は試料No.6より熱伝導性が向上しているといえる。
Sample No. 7 shows that the number of pores per unit area is smaller in the
また、試料No.8は、マグネシウムの含有量が、第2の領域2側から第1の領域1側に向けて増加していることから、増加が認められない試料No.6よりも熱伝導率が高く、第1の領域1から第2の領域2に向かって効率よく熱を伝えられると言える。
Sample No. No. 8 is a sample No. in which the magnesium content increases from the
また、第2の混合粉末の成分および含有量が同じである試料No.9〜12を比べると、試料No.10〜12は、第1の領域1に存在するマグネシウムの含有量M1が、第2の領域2に存在するマグネシウムの含有量M2より多いことから、含有量M1が含有量M2より少ない試料No.9の熱伝導率より高く、試料No.10〜12は試料No.9より熱伝導性が向上しているといえる。
Sample No. 2 in which the components and contents of the second mixed powder are the same. When comparing 9-12, sample no. 10-12, the content M 1 of magnesium present in the
また、試料No.11は、単位面積当たりの気孔の個数が、第2の領域2よりも第1の領域1の方が少ないことから、第2の領域2と第1の領域1とが同じである試料No.10よりも熱伝導率が高く、試料No.11は試料No.10より熱伝導性が向上しているといえる。
Sample No. 11 shows that the number of pores per unit area is smaller in the
また、試料No.12は、マグネシウムの含有量が、第2の領域2側から第1の領域1側に向けて増加していることから、増加が認められない試料No.10よりも熱伝導率が高く、第1の領域1から第2の領域2に向かって効率よく熱を伝えられると言える。
Sample No. Sample No. 12 in which the magnesium content increased from the
実施例1で作製した試料No.2および試料No.6のそれぞれの窒化体を準備し、これらの窒化体の内周面側の窒素の圧力Pinおよび外側の窒素の圧力Poutを1.2気圧および1気圧として、昇温し、焼成温度および保持時間をそれぞれ1800℃,12時間として焼成し
た後、降温速度を190℃/時間として冷却することにより、外径および内径がそれぞれ150mm,130mmであり、長さが1000mmのセラミック部材10’である試料No.13〜18を
得た。
Sample No. 1 prepared in Example 1 was used. 2 and Sample No. 6 is prepared, and the temperature is raised by setting the pressure P in of nitrogen on the inner peripheral surface side of these nitrides and the pressure P out of the outside nitrogen to 1.2 atm and 1 atm, and firing temperature and holding time After being fired at 1800 ° C. for 12 hours and cooling at a temperature drop rate of 190 ° C./hour, the sample No. is a
なお、試料No.14,15,17,18については、雰囲気調整剤としてJIS R 6001−1998で規定される粒度が表2に示される酸化アルミニウムの粉末を甲鉢の底板に敷いて、焼成した。ここで、酸化アルミニウムの粉末のJIS R 6001−1998で規定される粒度は、表2に示す通りである。 Sample No. For 14, 15, 17, and 18, the powder of aluminum oxide whose particle size specified in JIS R 6001-1998 shown in Table 2 was laid on the bottom plate of the mortar as an atmosphere adjusting agent and fired. Here, the particle size defined by JIS R 6001-1998 of the aluminum oxide powder is as shown in Table 2.
得られた試料No.13〜18に含まれる珪素の含有量をICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法により測定し、珪素の含有量から窒化珪素の含有量に換算したところ、いずれの試料も窒化珪素の含有量が80質量%以上であることを確認した。 The obtained sample No. The silicon content contained in 13 to 18 was measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectrometry, and the silicon content was converted to the silicon nitride content. As a result, each sample had a silicon nitride content of 80. It was confirmed that it was at least mass%.
そして、電子線マイクロ分析装置(EPMA)(日本電子(株)製 JXA−8530F)を
用いて、実施例1と同様の測定条件として各試料の断面で面分析して、第3の領域3および第4の領域4におけるそれぞれのアルミニウムの含有量A3,A4を比較した。
Then, using an electron beam microanalyzer (EPMA) (JXA-8530F manufactured by JEOL Ltd.), surface analysis was performed on the cross section of each sample as measurement conditions similar to Example 1, and the
また、電子線マイクロ分析装置(EPMA)を用いて、各試料の長手方向の中央部における断面で線分析して、第4の領域4側から第3の領域3側に向けての、アルミニウムの含有量の増加の有無を確認した。
In addition, an electron beam microanalyzer (EPMA) is used to perform a line analysis at a cross section at the center in the longitudinal direction of each sample, and the aluminum region from the fourth region 4 side to the
また、各試料の第3の領域3からJIS R 1601−2008に準ずる試験片を10本切り出し、室温における4点曲げ強度を測定した。ただし、切り出した各試料の試験片の厚みは第3の領域3の厚みとした。
Moreover, ten test pieces according to JIS R 1601-2008 were cut out from the
表2にアルミニウムの含有量A3,A4を比較した結果、アルミニウムの含有量の増加の有無および4点曲げ強度の測定値を示す。 Table 2 shows the results of comparing the aluminum contents A 3 and A 4 .
表2に示す通り、第2の混合粉末の成分および含有量が同じである試料No.13〜15を比べると、試料No.14および15は、第3の領域3に存在するアルミニウムの含有量A3が、第4の領域4に存在するアルミニウムの含有量A4より多いことから、機械的強度が高まっており、セラミック部材10’である試料No.14および15全体としても機械的強度が高まっていることがわかる。
As shown in Table 2, sample No. 2 in which the components and contents of the second mixed powder are the same. When comparing 13 to 15, sample no. 14 and 15, since the aluminum content A 3 present in the
また、試料No.15は、アルミニウムの含有量が、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて増加していることから、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて機械的強度を高めることができ、外周側の機械的強度がさらに高くなり、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて増加が確認されない試料No.14よりも機械的強度が高くなっているこ
とがわかる。
Sample No. No. 15, since the aluminum content increases from the fourth region 4 side to the
また、第2の混合粉末の成分および含有量が同じである試料No.16〜18を比べると、試料No.17および18は、第3の領域3に存在するアルミニウムの含有量A3が、第4の領域4に存在するアルミニウムの含有量A4より多いことから、機械的強度が高まっており、セラミック部材10’である試料No.17および18全体としても機械的強度が高まっていることがわかる。
Sample No. 2 in which the components and contents of the second mixed powder are the same. When comparing 16-18, sample no. 17 and 18, the content A 3 of aluminum present in the
また、試料No.18は、アルミニウムの含有量が、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて増加していることから、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて機械的強度を高めることができ、外周側の機械的強度がさらに高くなり、第4の領域4側から第3の領域3側に向けて増加が確認されない試料No.17よりも機械的強度が高くなっているこ
とがわかる。
Sample No. 18, since the aluminum content increases from the fourth region 4 side to the
1:第1の領域
2:第2の領域
3:第3の領域
4:第4の領域
10,10’:セラミック部材
20:内周面
21:外周面
30:熱伝導部材
1: First area
2: Second region 3: Third region 4: Fourth region
10, 10 ': Ceramic material
20: Inner peripheral surface
21: Outer surface
30: Heat conduction member
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