JPH01313308A - 易焼結性アルフア窒化ケイ素粉末 - Google Patents

易焼結性アルフア窒化ケイ素粉末

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JPH01313308A
JPH01313308A JP63140454A JP14045488A JPH01313308A JP H01313308 A JPH01313308 A JP H01313308A JP 63140454 A JP63140454 A JP 63140454A JP 14045488 A JP14045488 A JP 14045488A JP H01313308 A JPH01313308 A JP H01313308A
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silicon nitride
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Masahiko Nakajima
征彦 中島
Yoshiyuki Nakamura
中村 美幸
Akio Yoshida
昭夫 吉田
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped 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
    • C04B35/58Shaped 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
    • C04B35/584Shaped 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

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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、高温強度の大きな焼結体を製造することがで
きる易焼結性アルファ窒化ケイ素粉末に関する。
窒化ケイ素は、高温構造材料としてガスタービン部材、
ノズル、軸受等に利用されている。
〔従来の技術〕
従来、窒化ケイ索粉末の製法としては、(1)金属ケイ
素直接窒化法(2)シリカ還元窒化法(3)ノ・ロダン
化ケイ素法が仰られている。これらの方法でつくられる
粉末は、製造履歴が異なるためか、金属不純物量や酸素
量或いは粒径・比表面積が同程度であっても、粉末の焼
結性や焼結後の焼結体の特性例えば曲げ強度に大きな違
いがある。
末は難焼結性であるが高温曲げ強度が高い、(3)の方
法の粉末は中間的な性能を示すといわれている。
酸素量については、(1)の方法の粉末は粉砕工程t−
経るため通常全酸素量が2!t%を越える場合が多く、
少なくても1.5重量%以上はある。(1)の方法で不
純物除去のため酸処理等の工87&:通すと全酸素量は
低減するが表面酸素量が0.2重量%未満と小さくなっ
てしまう。−万、(2)の方法の粉末でも、原料として
シリカ粉末を用いるためノリ力の残留があり全酸素量は
2重flitチを越えるのが普通である。更に(3)の
方法の粉末においても、粉体内部酸素量は通常1.3m
m%である。
以上の粉末が現状入手可能なものである。当然のことな
がら、粉末の焼結性及び焼結体tf!f注には粉体酸素
量の影響があるのは勿論であるが、その他に、比表面積
、結晶性、粒子形状等様々の粉体特性がからみあってお
り、前記各製法の粉末特性が粉体特性にどの工うに関係
しているかは殆んどわかっていないのが現状である◇ 特開昭62−202807号公報VcH1窒化ケイ素粉
末甲の内部酸素が1.5〜4.0 !濾チである粉末及
び七の製法が記載されている。この発明は、金属ケイ素
原料を窒化する際、二酸化ケイ集金酸素源として添加し
、1550°C程度の低温で焼結可能な窒化ケイ素粉末
を提案しているが、酸素iを増や丁と焼結体中の粒界相
の比率が増加するので高温曲げ強度の改善が充分望めず
用途に制約を受けるという問題かあり、さらに改善の必
要があった O 〔発明が解決レエ9とする課題〕 以上の問題点を解決するために、本発明者らが柵々検討
した結果、窒化ケイ素粉末のα分率、比表面積及び#素
i特に表面酸素量と、内部酸素量が特定範囲にある場合
に著るしい高温強度の改善が可能となることを見い出し
本発明ケ完成した。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち本発明は、α分率85チ以上、比表面積711
1”/ji以上であり、表面酸素が0.6〜0.6重t
%で内部酸素が0.5〜1.1重量%であることを特徴
とする易焼結性アルファ窒化ケイ素粉末である。
以下、さらに詳しく説明すると、本発明において、窒化
ケイ素粉末のα分率を85%以上に限定し九のに、それ
エフも少ないと焼結の際に生じるα−1転移が低温から
起きやすくなり、更には焼結助剤が形成する粒界相への
窒化ケイ素の溶解性が変化して充分に成長したアスペク
ト比の高いβ柱状晶を得ることが困難となり、それらの
結果として高温強度が低くなるためである。
比表面積t 7 m2/ 9以上に限定したのは、それ
未満では焼結しにくく緻密化不足となる之めである。し
かしながら20mδ/g以上の高比表面積になると焼結
性は工いが、予備成型がしにくい、焼結収縮が大きい等
の欠点が現われる工うになる。
α分率85チ以上、比表面ff 7 m2/ 、9以上
の条件金偏えていても、焼結性が悪<mIr5体の特性
が向上しないことが非常に多い。これは、粉末中に含ま
れる酸素特に表面と内部に存在する酸素、謂ゆる形態別
酸素に強い影響を受けており、窒化ケイ素粉末の表面酸
素と内部酸素が多くても少なくてもL〈ない。この点に
ついて、本発明者らは、酸素含有鷺の異なる窒化ケイ素
粉末t−意図的に種種合成し、その焼結性と焼結体特性
を評価した結果、表面酸素が0.6〜0.6重量%で内
部酸素が0.5〜1.1.tffiチの範囲にある窒化
ケイ素粉末は焼結性と焼結体の高温強度が着しく工くな
ることを見い出したものである。
窒化ケイ素粉末の表面酸素は、用いる焼結助剤酸化物、
通常は酸化イツトリウム、酸化アルミニウム等と反応し
、結晶相や複合ガラス相でろる粒界相を焼結過程の高温
雰囲気下で形成するが、表面酸素が0.6重量%未満で
はガラス層の形成温度が高くなり光分に#密化しなくな
る。−万、0.6重量%全越えると粒界相の形成温度は
低くなり緻密化しや丁くなるが内部固溶酸素との関係で
全酸素量が増えるとかえってガラス層形成温度を上げて
しまうことがある。即ち、窒化ケイ素粉末の内部酸素を
全くなくすることは困難であるのでこの内部酸素とのバ
ランスから表面酸素は0.6重量%を越えない方が良く
、それを越えると高温強度の改善が認められない。
内部酸素な粉末の製造方法にLり種々の値をもっており
、第1、表に示すように、通常は1重量%以上である0
本発明者らは、表面酸素との関係で0.5〜1.1重量
%が好ましいことを確認した〇内部に固溶した酸素は焼
結助剤が形成する粒界相中へ徐々に溶けこみ粒界相の組
成を変化させる。
組成が変化すると粒界相の融点や焼結下での粘度更には
粒界相への窒化ケイ素の溶解性が異なってくるため、焼
結性及び焼結体の組織に影響を及ぼし、これらの結果と
して焼結体の高温強度に違いが現われる。即ち、内部酸
素が1.1重f%を越えると高温強度が低下し、−万、
0.5重tチ未満ではβ柱状晶が異常成長することがあ
り緻密化しにくくなる。
本発明における表面酸素量及び内部酸素量の分析手法の
一例を示せば次のとおりである。
まず粉末中の全酸素量(A) ’k、例えばLECO社
製OA同時分析計(TC−136型)により測定する。
次に粉末1.9に秤量し、1:9弗化水素酸水溶液50
ゴ全加えた後20°Cの恒tML−円で20分間マグネ
チツクスターラー(300〜60Orpm’、)を用い
て攪拌する。その後5C濾紙を用いて濾過し、濾液をJ
ISR−1603法にニジ分析し81量を求める。この
81童に相当するSiO□量(B)’C算出する。更に
濾液中のNH,+量をインドフェノール宵吸光光度法に
ニジ求めてSi3N4量を算出し、このSiiに相当す
る8102量(C)’を換算する。B−Cにより溶出5
102量(D)が求ま9、その値エフ表面酸素量(X)
は次式にニジ算出される。また、内部酸素はA−Xにニ
ジ求められる。
x = A−(o2//5io2 )D = A−(3
2/6U)Dこの方法により分析された市販窒化ケイ素
粉末の酸素量を第1表に示す。
本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法については特に限定
はないが、前述し九各種籾体%性を考慮するとハロゲン
化ケイ素法が最も適している。何故なら、ハロゲン化ケ
イ素法においては、第一段でシリコンシイミド等の中間
体金倉成し、その中間体を結晶化する際、橿として加え
る窒化ケイ素粉末の量及び粒径、更には結晶化雰囲気中
の酸素量の制御或いはシリカ等の酸素源の添加等により
、生成粉末の粒度、比表面積、形態側酸素量、α分率等
の特性を自由に調節することができるからである。例え
ば、種としてα分率60〜97%で比表面積’18m’
79程度の窒化ケイ素粉末を生成する窒化ケイ素粉末1
00重量部あ友シフ〜12部重量部を中間体イミドに添
加し、酸素分圧上〇−0001〜0.0003 atm
K調節し温度1500〜1600″Cの条件で結晶化す
ることにより製造することができる。
〔実施例〕
以下、実施例と比較例に6けてさらに具体的に説明する
実施例1〜12及び比較例1〜8 四塩化ケイ素とアンモニアtモル比1:6で、2006
C以下の温度で反応させシリコンシイミドと塩化アンモ
ニウムからなる中間体を合成した。
しかる後、種籾として、α分率が異なる比表面積18m
2/gの窒化ケイ素を添加量を変えて添加し窒化ケイ素
製ルツボ内にて窒素ガス流通下500°Cに保持し脱塩
アンモニウム処理を行なったO の そめ後、150080以上の温度に昇温しシリコンジイ
ミドを分解して窒化ケイ素粉末とするが、その際、種籾
の種類(α分率)及び生成窒化ケイ素100崖量部に対
する種の添加量(重量部)及び分S時の雰囲気中の酸素
分圧を変化させてα分率、比表面積及び改累童の異なる
粉末を製造した。
特に表面酸素を多くする場合に生成窒化ケイ素粉末を空
気中で更に温度1000’Cで2時間熱処理金した(比
較例8.)。第2表に粉末特注を示す。
第2表の各a[%注をもつ窒化ケイ素粉末100重量部
に焼結助剤として、Y2O3: Al2O2の1量比が
5:2である混合物を7重量部添加混合し3 t/cm
2の圧力でラバープレス成形した後温度1800℃で4
時間焼結し友。得られた焼結体AのJISR−16[1
1に従う1200℃における3点曲げ強度の測定結果を
第6表に示す。
また、焼結助剤として、MgO: Aj203 : Y
203の重量比が2:1:3である混合物を6重量部添
加し焼結条件を・温度1600°Cで4時間とし友こと
以外は同様にして焼結した。得られた焼結体Bの曲げ強
度の測定結果を同じく第6表に示す。
第  3  表 〔発明の効果〕 本発明の窒化ケイ素粉末は、焼結性に優れ得られた焼結
体の高温曲げ強度は600 MPa以上にすることも可
能である。これは、焼結体のβ柱状晶の発生とその成長
を調節し組織を制御し友結果によるものである。
%許出願人 電気化学工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、α分率85%以上、比表面積7m^2/g以上であ
    り、表面酸素が0.3〜0.6重量%で内部酸素が0.
    5〜1.1重量%であることを特徴とする易焼結性アル
    ファ窒化ケイ素粉末。
JP63140454A 1988-06-09 1988-06-09 易焼結性アルフア窒化ケイ素粉末 Granted JPH01313308A (ja)

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