JPH02160668A

JPH02160668A - 高温高強度窒化珪素焼結体及び製造方法

Info

Publication number: JPH02160668A
Application number: JP63314974A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Mori; 利之森; Toshihiko Arakawa; 荒川　敏彦; Yoshitaka Kubota; 吉孝窪田
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1988-12-15
Filing date: 1988-12-15
Publication date: 1990-06-20

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、高温で耐酸化性及び高強度を有する窒化珪素
焼結体及びその製造方法に関するものである。

（従来の技術）窒化珪素焼結体は、高強度、高耐熱性、高耐熱衝撃性、
高耐摩耗性、耐酸化性などの優れた性質を有することか
ら、製濁用の高温ロール材など高温での苛酷な使用条件
下での利用が検討されている。

しかし窒化珪素焼結体は単味では、焼結しにくい材料で
あることから、各種の焼結助剤を利用した高密度化の方
法が検討されている。

しかし、用いた焼結助剤が焼結体の粒界に低融点ガラス
相を形成してしまい、この粒界の低融点ガラス相を通し
て酸素が拡散し、高温における機械的性質を低下させる
ことが多い。

この問題点を解決するために、以下の様な方法が提案さ
れている。

（１）　　窒化珪素粉末に希土類元素の酸化物及び窒化
物と周期律表のｌｉａ族元素の酸化物を０．５〜２５ｗ
ｔ％添加する（例えば、特開昭５９−２１３６７６号公
報）（２）　　窒化珪素粉末にＹＯＨ（１０を総量に２３゜おいて２．Ｏｖｕ％以下添加する。（例えば、特開昭６
１−１７８４７３号公報）しかし、これらの方法には以下に記すような欠点を持ち
、実用上からみた場合、未だ問題があるものである。

（１）の希土類元素の酸化物及び窒化物と周期律表の■
ａ族元素の酸化物を０．５〜２５ｗｔ％添加する方法で
は、酸窒化物を粒界に形成することから酸化物のみの助
剤系に比して破壊靭性においては向上するもの、焼結性
を向上させるために、多量の助剤を添加しているなめ、
ガラス相も残存して十分な高温における耐酸化性を得ら
れておらす、高温におｃする優れた機械的性質は得られ
ない。

（２）のＹＯＨｇＯを総量において２．（ｈｖｔ％以２
３゛下添加する方法においては、粒界に存在する酸化物量が
極めて少量であることから、高温における耐酸化性にお
いては優れた物が得られるものの、窒化珪素焼結体特有
のβ相柱状粒子は十分に成長せず、柱状粒子の絡み合い
による破壊靭性値の向上が十分に機能せず高温構造材料
としては、未だ実用上問題のあるものであった。

（Ｑ明が解決しようとする課題）本発明は、上記問題点を改善するしのである。

すなわち、高温で高強度を有し、耐酸化性にほれた窒化
珪素焼結体およびその製造方法を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段）一般に良好な焼結性を付与するために、さまざ虚な添加
剤が使用されているが、これら添加剤の多くは、高温に
おいてガラス相を生成するか、軟化しやすいものが多く
、不満足な結果しか得られないことから、これらの点に
ついて鋭意研究を続けた結果、ＹＯＨ（１０及び窒化珪
素からなる２　３・系において、その配合割合を制御することによって、１
４００°Ｃにおいても良好な耐酸化性を有し、物性の低
下のない窒化珪素セラミ・ｙクスが得られることを見出
だすに至った。

すなわち、本発明は全体の組成が酸化イツトリウム（Ｙ
２Ｏ３）２〜４ｗｔ％、ｉ！！化マグネシウム（ＨｇＯ
）０．２〜０．４ｗｔ％及びｆｌ　部カ窒化珪素テア’
）、ただし、Ｙ　２０３／Ｍ！１１０重量比１６　　以
下であり、かつ密度が３．０　ｇ／ｃｍ３以上である焼
結体を提供するものである。また、含有酸素２．０ｗｔ
Ｘ以下、金属不純物総量２００ｐｐｍ以下窒化珪素粉末
を用いた上記組成物の混合粉末を窒素雰囲気中で１９０
０〜２１００°Ｃ１５ｋｇ／ｄ　Ｇ以上で焼結すること
による窒化珪素質焼結体の製造方法を提供するものであ
る。

本発明（こおいて、Ｙ２Ｏ３及びＨｇＯの含有量が上記
範囲を上回ると耐酸化性及び高温での強度が低下し、そ
の範囲を下回ると焼結体の緻密化が進行せず、Ｙ２Ｏ３
／Ｈ９０重量比１６を越える場合では、耐酸化°性が低
下する。

また、Ｈ（１０粉末の粒径は０．１μｌ以下でなくては
ならず、これを越える粒径では緻密化しない。

本発明の製造方法における焼結温度は、１９００〜２１
００℃でなければならず、焼結温度が低くすぎると焼結
体の緻密化は十分に進行せず、焼結体の密度は上がらな
い、また、逆に高すぎると窒化珪素の分解が進み好まし
くない。

焼結方法は、公知の各種方法が採用され、例えば、ホン
トプレス法、雰囲気加圧法、熱間静水圧法等があげられ
る。

焼結時間は焼結温度との関係で適宜選択することができ
るが、２時間以上が好ましい。

これらの条件を満たすことによって、本発明におけるｍ
密化、耐酸化性、高強度１ヒの効果が達成される。

（作用）上記の割合で焼結助剤を添加し、焼結することにより本
発明の効果が何故、発現するかについては、未だ十分に
は解明されてはいないが、以下のような理由によるもの
と考えられる。Ｙ２Ｏ３とＨｇＯが上記の請求範囲内に
ある場合は、Ｙ２Ｏ３とＨｇＯの２成分系の状態図より
予想される１８００℃以上の融点を有する高融点化合物
が粒界に生成し、かつまた本発明による製造方法により
この化合物相を結晶化させることを得るために、粒界を
通して進むと考えられる高温における酸化を防ぎ、優れ
た高温物性を発現させるに至ったものと考えられる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の窒化珪素質焼結体は、１
４００℃という高温においても非常に高い耐酸化性及び
強度を有するセラミックスであって、従来の窒化珪素質
焼結体の使用範囲を拡張することが可能となり、この温
度範囲における高温部材への応用を可能なものとするこ
とができる。また、本発明の方法によって、上記の窒化
珪素質焼結体を製造することができる。

（実施例）実施例１〜７　　、比較例１〜１０下記窒化珪素粉末のいずれかと下表のＡ；東ソー（株）製ＴＳ−１０、シリコンイミド
の熱分解によって合成されたもの０粒径０．２〜０．３μｍ。

含有酸素　　　　１　、２ｗｔ％以下金属不純物総量　８０ｐｐ１゜下表のＢ；電気化学工業（株）製５Ｎ−９８゜金属珪素
の直接窒化によって合成されたもの０粒径１０ＡＬｍ以下。

含有酸素　　　　２．ｈｖｊ先金属不純物総ｉ　　０．７ｗｔ％。

酸化イツトリウム粉末（三菱化学工業（株）製）酸化マ
グネシウム粉末Ａ；宇部興産（株）製１１００平均粒径
０．０１μｍＢ；岩谷化学工業（株）製平均粒径０．３μｍとを窒化珪素製のボットミル中で２４時間混合した。

得られた混合を１５００にｇ／−の圧力で、５０ｍｍＸ
３０ｍｍＸ５ｍｍの成形体に静水圧プレスし、窒化ホウ
素粉末中に収めて、窒素雰囲気中で４時間焼成した。

得られた焼結体の１４００°Ｃにおける曲げ強度をＪＩ
Ｓ　ＲＩＧＯｌ［１９８１）の規定によって、また耐酸
化性を空気中１４００℃、１００時間における酸化増量
によって測定した。

上記の条件以外の条件及び上記の測定結果を下表に示す
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）組成がＹ＿２Ｏ＿３２．０〜４．０ｗｔ％ＭｇＯ０．２〜０．４ｗｔ％ただし、Ｙ＿２Ｏ＿３／ＭｇＯ重量比１６以下Ｓｉ＿３
Ｎ＿４残部であり、かつ密度３．０ｇ／ｃｍ＾３以上であることを特徴とする窒化珪素焼結体。
（２）Ｙ＿２Ｏ＿３，ＭｇＯ，およびＳｉ＿３Ｎ＿４の
各粉末の配合割合がＹ＿２Ｏ＿３２．０〜４．０ｗｔ％ＭｇＯ０．２〜０．４ｗｔ％ただし、Ｙ＿２Ｏ＿３／ＭｇＯ重量比１６以下Ｓｉ＿３
Ｎ＿４残部であり、かつ該Ｓｉ＿３Ｎ＿４粉末が粒径０．３μｍ以下金属不純物総量２００ｐｐｍ以下であり、かつ該ＭｇＯ粉末の粒径が０．１ μｍ以下である混合粉末を窒素雰囲気中で温度１９００〜２１００℃ 圧力５ｋｇ／ｃｍ＾２Ｇ以上で焼結することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。