JPH01203269A

JPH01203269A - 窒化珪素質焼結体用原料の予備処理方法

Info

Publication number: JPH01203269A
Application number: JP63027795A
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: 1988-02-10
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1989-08-16

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、高温高強度窒化珪素質焼結体用原料のＰ＠処
理方法に関するものである。

従来の技術非酸化物系セラミックスの中でも窒化珪素質焼結体は、
高温強度に優れた材料であり、近年注目を集めている。

しかし、市阪の窒化珪素質原料には、不純物としてＳｉ
、　Ｃａ、　Ｔｉ、　Ｆｅ、　Ｍｎ等の酸化物が含まれ
ている。この中で、シリカ（ＳｉＯ７）は空気中の０２
、Ｈ２Ｏ等によって窒化珪素粉末の表面層に容易に形成
され、通常、重量割合で１．３〜１．８％は含まれる。

この不純物によって、低融点のガラス質が形成されて高
温強度が充分望めなかったり、窒化珪素焼結後の酸化物
を主成分とするガラス質の結晶化処理（ポストφシンタ
リング等）にコストと労力をかけていた。

この欠点を改良するために、特公昭８０−３８３５１に
みられるようなカーボン添加によるＣ０１Ｃ０２ガスと
しての脱酸素処理方法が考案されたが、窒化珪素質粉末
の表面層の酸化物を除去した後に、大気との接触を遮断
したり、また混練するときの溶媒中の水分ｌｉｋを厳格
に規制する必要がある。従って、これを実行するための
装置や操作が簡便ではなく、工業的プロセスとしては、
なお改善が望まれている。

発明が解決しようとする課題本発明は上記の問題点に鑑み、熱分解によりセラミック
ス化し得る有機金属高分子を窒化珪素表面にコーティン
グすることにより、高温強度を劣化させる酸化物層の再
生成を抑制し、高温強度の優れた窒化珪素質焼結体用原
料を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段すなわち１本発明は窒化珪素質粉末に対して５〜２０重
量％の有機金属高分子を混合し、これを有機溶媒にてス
ラリーとなし、このスラリーを粉末とした後、これを成
形した成形体を、またはスラリーを直接鋳込み成形を行
なうことによって得られた成形体を、非酸化性雰囲気中
もしくは真空中で、１３５０〜１８００℃、１時間以上
保持して熱処理することを特徴とする窒化珪素質焼結体
用原料の予備処理方法である。

作用本発明者らは、焼成熱分解することによってセラミック
ス化しうる有機金属高分子を窒化珪素質粉末材料に対し
て５〜２０重縫％混合した粉末を有機溶媒にてスラリー
となし、このスラリーを粉体とした後、成形する。粉体
化はスラリーを噴霧乾燥すれば微細な乾燥粉末（２次粒
子）が直接的に得られるので好ましいが、噴霧乾燥以外
の方法でスラリーを乾燥、粉砕して２次粒子を得てもよ
い。

成形は、セラミックスの通常の成形を用いればよいが、
スラリーから直接鋳込み成形を行ってもよい。

上記粉体化、成形、及び後記する熱処理の過程で窒化珪
素質粉末はその表面を有機金属高分子によって被覆（コ
ーティング）されたことになり、窒化珪素質粉末の耐酸
化性が確保される。さらに、後記する熱処理後に残炭す
るカーボンによっても、酸化物が除かれる。

このことによって、高温強度劣化のもとと考えられる酸
化物（シリカ）が容易に除かれ、その上有機金属高分子
はバインダーとしても機能することによって成形・焼結
の後段の処理が極めて簡便となる。

ここで本発明の窒化珪素質粉末とは、重版の窒化珪素粉
末あるいは窒化珪素粉末に各種焼結助剤を添加されたも
のである。各種焼結助剤としては、イツトリウム、アル
ミニウム、チタン、ジルコニウム、セリウム、等の酸化
物あるいは窒化物あるいは珪化物から選ばれる少なくと
も１種の物質が挙げられる。

有機金属高分子としては、−Ｓｉ（Ｇ■３）Ｈ−ＮＨ−
を主骨格にもつポリサイラゼンを用いる。その使用量は
、窒化珪素質粉末に対して５〜２０重量％が望ましい、
たとえば、０．３１Ｌｍの平均粒径をもつＳｉ３Ｎ４粉
末を直接大気にふれさせないように被覆（コーティング
）し、かつ平均粒径２０〜３０ｐｍ程度に造粒すること
によって、比表面積を小さくすることで再酸化を防ぐた
めには、この場がふされしい、その配合駿が２０重量％
を超えても窒化珪素質粉末の酸化防止効果が飽和してし
まい、また、５上置％未溝の場合は、酸化防止効果が小
さくなり高温強度の改善に寄与しなくなるためである。

有機溶媒としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフ
ラン、酢酸、オレイン酸、ステアリン酸、メタノール、
エタノール、プロパツール、アセトン、エチルメチルケ
トン、ベンゼン、トルエン、キシレンより選ばれる１種
もしくは２種以上を用いる。スラリーの濃度は混線時の
粘度を上げ過ぎなくするため、　５０ｗｔ％以下が好ま
しい、スラリー製造のための混線は、たとえば密閉式の
ポットを用い、酸素・水分の入らないように留意する。

噴霧熱乾燥については、酸素濃度の低い状態で行ない、
粉体密度の高い、粉の凝集が少ないことが好ましい。

熱処理は、非酸化性雰囲気、たとえば窒素、アルゴン雰
囲気、水素ガスを含む還元性雰囲気、又は５　Ｘ　１０
＝　〜ｌ　Ｘ　１Ｇ−５Ｔｏｒｒの範囲の真空中で行う
。さらに、熱処理温度としては、１３５０〜１８００°
Ｃ１好ましくは１４００〜１６００℃の温度範囲で行な
う、　１３５０℃より低いと脱酸の効果が少なく、１８
００℃より高いと窒化珪素自体が相転移あるいは分解し
てしまうため、好ましくない、熱処理時間は、ト記温度
域で有機金属高分子が分解して生成した無定形セラミッ
クスが結晶化するためには１時間以上が必要である。無
定形のままでは酸化され易く、焼成時の寸法変化が不安
定になるので、結晶化させることが必要である。

以上の様にして予備処理した窒化珪素質成形体の酸素含
有量は、　１．０重量％以下となり、この成形体を焼結
した焼結製品は通常の方法で焼成した焼結製品に比較し
て高い高温強度を示した。

以下実施例により、さらに詳細に説明する。

実施例実施例１窒化珪素質粉末としては、市販のα型窒化珪素質粉末の
脱酸化物処理をしていないもの（酸素分析値：　　１．
８ｗｔ％）を用い、焼結助剤としてイツトリア、アルミ
ナ、さらに、前記有機金属高分子ポリサイラゼンを第１
表の成分割合で配合し、テトラヒドロフラン中で遊星型
ボールミルの密閉式ポットにて混練した。得られたスラ
リーを窒素ガス循環型の噴霧熱乾燥法にて造粒し、平均
粒径３０ルｍの二次粒子を得た。

この粉末を、１００１００Ｏ／ｃ層２で一軸成形し、さ
らに静水圧加圧にて７０００ｋｇｆ／ｃｍ２で５０ａｖ
Ｘ５ＧｍｍＸ　１０Ｉの寸法に成形した。この成形体を
、水素５マｏｆ％を含む窒素中で１４００℃、１時間熱
処理した後に、酸素量を分析した。このサンプルを１７
５０℃、５時間焼成し焼結体を得た。得られた焼結体か
ら３ｍｍＸ４腸層Ｘ４０■思の角材を切り出し、研磨の
のちスパン３０腸■、クロスヘツド速度０．５１霞／鵬
ｉｎで三点曲げ抗折強度試験を行なった。その結果を第
１表に示す。

（以下余白）データ番号１〜３は本発明の実施例であり、データ番号
４は比較例である。これから本発明の場合、明らかに高
温強度に優れていることがわかる。

実施例２極低酸素のα型窒化珪素粉末（酸素分析値二〇、３重量
％）を原料とし、脱酸化物処理をせずに、混合・造粒ま
では、噴霧乾燥の代わりに、グローブボックス中で行な
い、成形は大気中で行なった。その他は実施例１と同じ
条件で実施した。

その結果、ポリサイラゼンを配合した場合は酸素量は０
．４重量％を示し、三点曲げ抗折強度試験の結果として
は、Ｒ，Ｔ、で７８ｋｇＦ／−１２、１２００℃で５５
ｋｇｆ／ａｍ２が得られた。また、ポリサイラゼンを配
合しない場合は酸素量は１．７重量％に上昇し、１２０
０℃三点曲げ抗折強度は３７ｋｇｆ／■會２と低下した
。

発明の効果本発明の予備処理を行うことにより、酸化物層の再生成
が抑制され、高温強度の優れた窒化珪素質焼結体を得る
ことができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒化珪素質粉末に対して５〜２０重量％の有機金
属高分子を混合し、これを有機溶媒にてスラリーとなし
、このスラリーを粉末とした後、これを成形した成形体
を、またはスラリーを直接鋳込み成形を行なうことによ
って得られた成形体を、非酸化性雰囲気中もしくは真空
中で、１３５０〜１８００℃、１時間以上保持して熱処
理することを特徴とする窒化珪素質焼結体用原料の予備
処理方法。
（２）有機金属高分子として、−Ｓｉ（ＣＨ＿３）Ｈ−
ＮＨ−を主骨格にもつポリサイラゼンを用いる特許請求
の範囲第１項記載の窒化珪素質焼結体用原料の予備処理
方法。