JPH01131086A

JPH01131086A - 導電性被膜をもつ窒化珪素焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01131086A
Application number: JP62288345A
Authority: JP
Inventors: Goro Saiki; 斎木　五郎; Shigeharu Matsubayashi; 重治松林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1987-11-17
Publication date: 1989-05-23
Also published as: JPH0556311B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、導電性被膜を有する窒化珪素を主成分とする
セラミックス焼結体及びその製造方法に関するもので、
焼結体製造後、特に導電性被膜を付与する処理をせずに
、単に原料粉末の混合段階で導電性を付与できる粉末を
添加するだけで、焼結時に焼結体表面に電気接合可能な
だけの導電性被膜を形成することができる焼結体の製造
方法に関するものである。

（従来の技術）セラミックス焼結体の中でも、窒化珪素セラミックスは
、高温高強度部材としてその用途が広い。

しかし、セラミックス単味での設計は難しく、金属材料
との接合や、同種または異種のセラミックスとの接合が
必要となっている。

接合方法には、接着材法、固相接合法、ろう接合法、メ
タライズ法等があるが、−旦できあがったセラミックス
焼結体にさらに多くの処理プロセスを付加する必要があ
り、また材質の点でも問題点が多い。そこで、精度が高
（、操作が簡便な点から電気接合法が有力視されている
。しかしながら、非導電性のセラミックスでは、焼結後
導電膜を形成させるという余分な工程が必要となってい
る。蒸着、塗布、メツキ等により導電性被膜形成がなさ
れているが、いずれも膜と母材の密着性が低く、問題が
多い。

従来の接合方法のほとんどは、雰囲気加熱炉を使用する
。これには、以下の問題点がある。接合に時間がかかり
、炉の大きさに合わせ接合材の寸法が制限され、さらに
接合時の材料保持が難しいため精度良い接合品が得にく
く、後工程で機械加工が必要なことなどがある。また、
ろう接合法やメタライズ法は、接合前工程で接合表面処
理を施す必要があり、複雑なプロセスを経なければ接合
できない問題点もある。これらの問題点を解決できる方
法として、電気接合法が考えられる。

電気接合に用いられる材料には、導電性が必要である。

多くのセラミックス（＾ｌ−２０３，ＳｉＣ。

５ｉ３Ｎ６等）は、絶縁性を有する。これらのセラミッ
クスに導電性を付与するには、一般にセラミックス焼結
体上に、モリブデン粉末とマンガン粉末とを主成分とす
るモリブデン−マンガンメクライズペーストを塗布し、
還元雰囲気中で焼成して、金属化被膜を形成する方法が
行なわれている。しかしながら、このような工程では膜
の密着性やコストの点で問題である。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、窒化珪素系セラミックスの導電性被膜を有す
るセラミックス焼結体及びその製造方法を提供し、強固
で信頼性の高い電気接合を簡便に行なえるようにするこ
とを目的とする。

（問題点を解決するだめの手段）本発明の要旨とするところは、下記の通りである。

（１）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％及び残部
が窒化珪素からなり、焼結体表面にＺｒＮの導電性被膜
を有することを特徴とする窒化珪素焼結体。

（２）希土類酸化物の中から選ばれる少くとも１種以上
を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５重
量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％、さらに窒
化ジルコニウム０．１〜５重量％あるいは窒化アルミニ
ウム０．１〜１０重量％のいずれか１種もしくは２種、
および残部が窒化珪素からなり、焼結体表面にＺｒＮの
導電性被膜を有することを特徴とする窒化珪素焼結体。

（３）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％及び残部
が窒化珪素からなる混合粉末を成形し、該成形体を窒素
ガスを含む非酸化性常圧雰囲気中で１６００〜１７８０
℃で１時間以上保持し、焼結することを特徴とする導電
性被膜をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。

（４）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重景％重量残部
が窒化珪素からなる混合粉末を成形し、該成形体を窒素
ガス加圧雰囲気下で窒化珪素が分解しない温度以下で３
０分以上保持し、焼結することを特徴とする導電性被膜
をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。

（５）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％、さらに
窒化ジルコニウム０．１〜５重量％あるいは窒化アルミ
ニウム０．１〜１０重量％のいずれか１種もしくは２種
、及び残部が窒化珪素から成る混合粉末を成形し、該成
形体を窒素ガスを含む非酸化性常圧雰囲気下で１６００
〜１７８０℃で１時間以上保持し、焼結することを特徴
とする導電性被膜をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。

（６）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重景重量珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％、さらに
窒化ジルコニウム０．１〜５重量％あるいは窒化アルミ
ニウム０．１〜１０重量％のいずれか１種もしくは２種
、及び残部が窒化珪素から成る混合粉末を成形し、該成
形体を窒素ガス加圧雰囲気下で、窒化珪素が分解しない
温度以下で３０分以上保持し、焼結することを特徴とす
る導電性被膜をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。

以下に本発明について詳述する。

本発明は、導電性被膜を有する窒化珪素焼結体及びその
製造方法を提供するものである。

本発明者らは、窒化珪素の焼結時に珪化ジルコニウムを
添加して、窒素雰囲気炉中で焼結すると、Ｚｒ５ｉｚ　
＋１１／６　Ｎ２　→２／３　Ｓｉ３Ｎ４＋ＺｒＮなる
反応を生じ、焼結体の表面にＺｒＮが濃化して、導電性
の被膜を形成するのを見出した。この被膜は、添加する
Ｚｒ５ｉｚ量および焼結処理時間によって増減する。例
えばＺｒＳｉ２添加が２重量％、焼結時間が１時間のも
のについて、Ｘ線回折法によって分析した結果、表面の
約１０μｍにわたってＺｒＮの濃化層が認められ、表面
から、内部に向って、濃度が漸減しているのが認められ
た。また表面の導電性を測定した結果、比抵抗は１０−
１Ω・ｃｍ以下の値と示した。

ＺｒＳｉ、は、０．１重量％以上であれば導電性の被膜
を形成する。しかし、５０重量％を超えると焼結体の耐
酸化性を劣化させるので好ましくない。

希土類酸化物および酸化アルミニウムは、いずれも窒化
珪素の焼結時にα相からβ相への結晶相転移をその融液
中で促進させる機能をもつ。希土類酸化物としては、Ｙ
ｚＯ３＋　Ｌａｇ’３．　ＣｅＯ２をはじめとする化合
物を用い、配合量としては０．１〜１０重量％と限定す
る。重量で０．１％以上の添加で効果を示すが１０％を
超えると過剰な液相が粒界での強度劣化を起こすので好
ましくない。

酸化アルミニウムは０．１重量％以上で効果があり、５
重量％を超えると希土類酸化物と同様強度劣化を起こす
ので好ましくない。窒化アルミニウムは、窒化珪素の焼
結時にα相からβ相への結晶相転移をその融液中で促進
させる機能を持つとともに、焼結体の高温強度付与の効
果も有する。

０．１％以上の添加で効果を示すが、１０重量％を超え
ると強度劣化を起こすので好ましくない。さらに、窒化
ジルコニウムは、強度を向上させる効果が高い添加量と
して０．１〜５重量％を選定した。

窒化ジルコニウムは５重量％を超えると耐酸化性が劣化
し、好ましくない。

粉体の成形方法としては、１軸成形の後、静水圧成形を
行なう常用の方法による。窒素雰囲気を用いるのは、表
面のＺｒを窒化することと窒化珪素の分解をおさえるた
めである。焼結は、窒素ガスを含む非酸化性常圧雰囲気
中で１６００〜１７８０℃の温度に１時間以上保持する
か、或いは窒素ガス加圧雰囲気下で窒化珪素が分解しな
い温度以下で３０分以上行なうかである。１６００℃未
満では酸化物の融液の形成が不充分で焼結が行なわれな
い。また、１７８０℃超では窒化珪素が常圧では分解し
、窒素を含む雰囲気中で加圧焼成を行なう必要があるた
めである。焼結時間は、常圧下で前述したようにＺｒＮ
導電性被膜の形成には１６００〜１７８０℃で１時間以
上が必要であり、また窒素ガス加圧雰囲気下では３０分
以上必要である。

以上のように、本発明により得られた焼結体は、相対密
度が９８％以上、抗折強度が８５ｋｇｆ／−以上、導電
性被膜の膜厚１０μｍ以上、比抵抗１０月Ω・ｃｍ以下
なる特徴をもつ。これら特性は、窒素を含む非酸化性雰
囲気中の常圧もしくは雰囲気加圧下で容易に得られ、大
量に窒化珪素系セラミックスの製造を可能とする。

以下、本発明の詳細な説明する。

（実施例）第１表に示した配合比で、各成分を所定の配合比（重量
％）で配合しアセトンを適量添加後、窒化珪素質ボール
ミルで２４時間それぞれ混合した。

これを蒸発乾燥させ、混合粉末を得て５０ｍｍ　Ｘ　５
０肝Ｘ　１０ｍｎ１平板に成形した。酸化インドリウム
は日本イツトリウム社製の０．３μｍ平均粒径、酸化ア
ルミニウムは住友化学製０．２８ｍ平均粒径、珪化ジル
コニウムは共立窯業製１．０μｍ平均粒径、及び窒化ジ
ルコニウムは３μｍ平均粒径である。焼成方法としては
、１６００℃まで毎分１０度で昇温し、ここで２時間保
持した後、毎分５０度にて１７５０℃に昇温、ここで５
時間保持した。これを毎分１０度で降温し、得られた各
焼結体についてその密度、抗折強度、導電膜の膜厚、導
電膜の表面での端子間距離１０ｍｍの直流四端子法によ
る比抵抗値を測定した。

その結果を第１表に示す。

第１表より明らかなように、本発明によって得られた焼
結体は、相対密度が９８％以上と高く、その抗折強度が
８５ｋｇｆ／−以上と大きく、ＺｒＮを主体とする導電
膜を形成した。

また、第１表の試料Ｎｏ、　２の成分系についてＮ２の
４０気圧、２０００℃で１時間焼成した結果を次に示す
。即ち、密度３．２９ｇ／ｃｆｆｌ　（９８，７％）、
抗折強度１０５　ｋｇｆ／ｍｎ、膜厚２０μｍ、比抵抗
８．５×１０−２Ω・ｃｍなる値を得た。

（発明の効果）以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、
相対密度が９８％以上、抗折強度が８５ｋｇｆ／−以上
、導電性被膜の膜厚１０μｍ以上、比抵抗１０−’Ω・
ｃｎ＋以下なる特徴を持ちかつ強固で信頼性の高い電気
接合を簡便に行なえる窒化珪素系セラミックスを、窒素
を含む非酸化性雰囲気中の常圧もしくは窒素雰囲気加圧
下で容易に得られるので産業界に稗益するところが極め
て大であり、特に非酸化物系セラミックスについて従来
より密着性が高いことより電気接合技術にその応用が期
待される。

特許出願人　新日本製鐵株式會社手続補正書（自発）昭和６３年２月８日特許庁長官　小　川　邦　夫　殿１、事件の表示昭和６２年特許願第２８８３４５号２、発明の名称導電性被膜をもつ窒化珪素焼結体及びその製造方法３、補正をする者事件との関係　特許出願人東京都千代田区大手町二丁目６番３号（６６５）新日本製鐵株式會社代表者　齋　　藤　　　　裕４、代理人〒１００東京都千代田区丸の内二丁目４番１号６、補正の対象（１）明細書４頁１〜２行［単に原料粉末の混合段階で
導電性を付与できる粉末を添加するだけで、」を「単に
、原料粉末の混合段階で、導電性を付与できる粉末を添
加するだけで、」に補正する。

（２）同５頁１行「いずれも膜と母材の密着性が」を１
いずれも膜と母材との密着性が」に補正する。

（３）同５頁１５〜１６行「絶縁性を有する。これらの
セラミックスに導電性を付与するには、」を「電気接合
に充分なだけの導電性を有しない。これらのセラミック
スに条件を満たす導電性を付与するには、」に補正する
。

（４）同６頁１〜２行「膜の密着性やコストの点で問題
である。」を１膜の密璃性やコストの点か問題である。

」に補正する。

（５）同９頁４〜５行「窒化珪素の焼結時に珪化ジルコ
ニウム」を「窒化珪素と助剤との混練時に珪化ジルコニ
ウム」に補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％及び残部
が窒化珪素からなり、焼結体表面にＺｒＮの導電性被膜
を有することを特徴とする窒化珪素焼結体。
（２）希土類酸化物の中から選ばれる少くとも１種以上
を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５重
量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％、さらに窒
化ジルコニウム０．１〜５重量％あるいは窒化アルミニ
ウム０．１〜１０重量％のいずれか１種もしくは２種、
および残部が窒化珪素からなり、焼結体表面にＺｒＮの
導電性被膜を有することを特徴とする窒化珪素焼結体。
（３）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％及び残部
が窒化珪素からなる混合粉末を成形し、該成形体を窒素
ガスを含む非酸化性常圧雰囲気中で１６００〜１７８０
℃で１時間以上保持し、焼結することを特徴とする導電
性被膜をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。
（４）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％及び残部
が窒化珪素からなる混合粉末を成形し、該成形体を窒素
ガス加圧雰囲気下で窒化珪素が分解しない温度以下で３
０分以上保持し、焼結することを特徴とする導電性被膜
をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。
（５）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％、さらに
窒化ジルコニウム０．１〜５重量％あるいは窒化アルミ
ニウム０．１〜１０重量％のいずれか１種もしくは２種
、及び残部が窒化珪素から成る混合粉末を成形し、該成
形体を窒素ガスを含む非酸化性常圧雰囲気下で１６００
〜１７８０℃で１時間以上保持し、焼結することを特徴
とする導電性被膜をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。
（６）希土類酸化物の中から選ばれる少なくとも１種以
上を０．１〜１０重量％、酸化アルミニウム０．１〜５
重量％、珪化ジルコニウム０．１〜５０重量％、さらに
窒化ジルコニウム０．１〜５重量％あるいは窒化アルミ
ニウム０．１〜１０重量％のいずれか１種もしくは２種
、及び残部が窒化珪素から成る混合粉末を成形し、該成
形体を窒素ガス加圧雰囲気下で、窒化珪素が分解しない
温度以下で３０分以上保持し、焼結することを特徴とす
る導電性被膜をもつ窒化珪素焼結体の製造方法。