JPH02175658A - 窒化珪素および/あるいは炭化珪素を基とするセラミックス組成物およびその製造方法、成形助剤 - Google Patents
窒化珪素および/あるいは炭化珪素を基とするセラミックス組成物およびその製造方法、成形助剤Info
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- JPH02175658A JPH02175658A JP63332045A JP33204588A JPH02175658A JP H02175658 A JPH02175658 A JP H02175658A JP 63332045 A JP63332045 A JP 63332045A JP 33204588 A JP33204588 A JP 33204588A JP H02175658 A JPH02175658 A JP H02175658A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped 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
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- C04B35/584—Shaped 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。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、耐熱性、耐食性に優れた焼結助剤を含まない
新規セラミック組成物およびその製造方法、成形助剤に
関する。
新規セラミック組成物およびその製造方法、成形助剤に
関する。
[従来技術及び発明が解決しようとする課題]窒化珪素
(S13N4)または炭化珪素(SiC)の焼結体を得
る手法として反応焼結法、常圧焼結法、加圧焼結法、雰
囲気焼結法等が行われている。
(S13N4)または炭化珪素(SiC)の焼結体を得
る手法として反応焼結法、常圧焼結法、加圧焼結法、雰
囲気焼結法等が行われている。
そして炭化珪素の焼結に際しては、α−8iC粉と黒鉛
粉混合粉末を素地としてバインダーを添加し各種成形法
で成形後バインダーを除去したのち、真空炉中で160
0〜1700℃で珪素を溶融させ熱処理すると成形体中
の黒鉛が珪素と反応してβ−8iCを反応生成させる。
粉混合粉末を素地としてバインダーを添加し各種成形法
で成形後バインダーを除去したのち、真空炉中で160
0〜1700℃で珪素を溶融させ熱処理すると成形体中
の黒鉛が珪素と反応してβ−8iCを反応生成させる。
一方、窒化珪素の反応焼結法は、金属珪素粉末を出発原
料とし、SiCの場合と同様にバインダーを加えて成形
後バインダー分を除去する。その後1200〜1400
℃下、窒素雰囲気で熱処理すると金属Si成形体のすき
まに窒素が入り金属珪素と反応してSi、N、になる。
料とし、SiCの場合と同様にバインダーを加えて成形
後バインダー分を除去する。その後1200〜1400
℃下、窒素雰囲気で熱処理すると金属Si成形体のすき
まに窒素が入り金属珪素と反応してSi、N、になる。
この様に、常圧焼結法はSiCあるいはSi3N4粉体
を焼結するものであるが、どちらも難焼結性であり、し
かもSi、N、は焼結温度を高くすると、SiとN2に
解離するため、Al2O,、MgOなどの酸化物を焼結
助剤として数%以上添加し、Si、N4と焼結助剤から
液相を生成させることにより、1650℃〜1700℃
の比較的低温度で焼結させる方法である。
を焼結するものであるが、どちらも難焼結性であり、し
かもSi、N、は焼結温度を高くすると、SiとN2に
解離するため、Al2O,、MgOなどの酸化物を焼結
助剤として数%以上添加し、Si、N4と焼結助剤から
液相を生成させることにより、1650℃〜1700℃
の比較的低温度で焼結させる方法である。
またSiCでは、焼結助剤として少量の硼素(B)や炭
素(C)を加え、成形体を脱脂した後、不活性ガスある
いは真空中にて1800℃以上の温度で焼結する。また
Si3N4の雰囲気加圧焼結法については、雰囲気N2
の圧力を高めてSi3N4の解離を抑えるものであるが
、焼結温度を高めることができるので、焼結助剤を少な
くでき、緻密で高温強度の高い焼結体を得ることができ
る。例えば、N2/ 10atm、焼結温度1800
”Cでは、理論密度の90数%の5j3N4焼結体が得
られる。
素(C)を加え、成形体を脱脂した後、不活性ガスある
いは真空中にて1800℃以上の温度で焼結する。また
Si3N4の雰囲気加圧焼結法については、雰囲気N2
の圧力を高めてSi3N4の解離を抑えるものであるが
、焼結温度を高めることができるので、焼結助剤を少な
くでき、緻密で高温強度の高い焼結体を得ることができ
る。例えば、N2/ 10atm、焼結温度1800
”Cでは、理論密度の90数%の5j3N4焼結体が得
られる。
しかしながら従来技術の問題点として反応焼結はN2お
よび融体Siを成形体内部まで拡散させ、反応させる必
要があるため焼結時間が長くかかる。
よび融体Siを成形体内部まで拡散させ、反応させる必
要があるため焼結時間が長くかかる。
常圧焼結法は反応焼結法に較べ焼結時間は短縮できるが
、Si3N、では焼結助剤をどうしても添加するため、
高温での機械的強度、例えば曲げ強度が低下し、813
N4.SiC粉ともに焼結助剤との均一混粉に長時間を
必要とする。また焼結時の体積収縮が大きく高寸法精度
の焼結体を得ることは困難である。さらにSi3N、の
雰囲気加圧焼結では、助剤量を低減できるが高温強度の
低下は避けることができず、助剤量を低減すると、均一
混粉が一層困難なものとなる。また焼結時の体積収縮が
大きくなり高寸法精度の焼結体を得ることは困難である
。さらに、従来の技術では、焼結の前に成形体中のバイ
ンダー除去工程が必要とされる。これらバインダーはセ
ラミック粉体に成形性を付与し成形体に強度を持たせる
ために使用されるものであり、成形方法、技術によりそ
の使用量は異なるが、例えば、バインダー使用量は、機
械プレスで4〜14wt%、熱間押出し8〜25tyt
%、射出成形10〜25wt%であり、一般に複雑形状
物はど長時間のバインダー除去工程が必要となる。
、Si3N、では焼結助剤をどうしても添加するため、
高温での機械的強度、例えば曲げ強度が低下し、813
N4.SiC粉ともに焼結助剤との均一混粉に長時間を
必要とする。また焼結時の体積収縮が大きく高寸法精度
の焼結体を得ることは困難である。さらにSi3N、の
雰囲気加圧焼結では、助剤量を低減できるが高温強度の
低下は避けることができず、助剤量を低減すると、均一
混粉が一層困難なものとなる。また焼結時の体積収縮が
大きくなり高寸法精度の焼結体を得ることは困難である
。さらに、従来の技術では、焼結の前に成形体中のバイ
ンダー除去工程が必要とされる。これらバインダーはセ
ラミック粉体に成形性を付与し成形体に強度を持たせる
ために使用されるものであり、成形方法、技術によりそ
の使用量は異なるが、例えば、バインダー使用量は、機
械プレスで4〜14wt%、熱間押出し8〜25tyt
%、射出成形10〜25wt%であり、一般に複雑形状
物はど長時間のバインダー除去工程が必要となる。
[問題を解決するための手段]
本発明者らは、前記の如き実情に鑑み、鋭意研究をした
結果、焼結助剤を必要とせず、また焼結時の収縮が小さ
い窒化珪素または炭化珪素質焼結体を脱脂工程なしでし
かも短時間で得ることができる発明を完成するに至った
。
結果、焼結助剤を必要とせず、また焼結時の収縮が小さ
い窒化珪素または炭化珪素質焼結体を脱脂工程なしでし
かも短時間で得ることができる発明を完成するに至った
。
本発明は、まず、窒化珪素粉末および/あるいは炭化珪
素粉末と、窒素および/あるいはアンモニアの加圧下で
800〜2200℃の焼成雰囲気で窒化珪素、炭化珪素
、または窒化珪素と炭化珪素になるポリシラザンとから
なる成形体を、焼結助剤のない状態で焼成して成ること
を特徴とするセラミックス組成物の製造方法である。
素粉末と、窒素および/あるいはアンモニアの加圧下で
800〜2200℃の焼成雰囲気で窒化珪素、炭化珪素
、または窒化珪素と炭化珪素になるポリシラザンとから
なる成形体を、焼結助剤のない状態で焼成して成ること
を特徴とするセラミックス組成物の製造方法である。
そして前記ポリシラザンとしては、式(イ)(ロ)また
は(ハ)であることを特徴とするものである。
は(ハ)であることを特徴とするものである。
ここで式(イ)は、
の繰返し単位からなる骨格構造を有し、式:R1
Si−N
H
なる単位を有する複数の先駆体残基が、一部R4−N−
8i−R2 なる構造単位となり、一部は式: なる構造単位により互いに連結していることを特徴とす
るポリシラザンである。
8i−R2 なる構造単位となり、一部は式: なる構造単位により互いに連結していることを特徴とす
るポリシラザンである。
また式(ロ)については、
の繰返し単位から成る骨格構造を有し、先駆体における
式:RlH −Si −N − なる単位の繰返しである残基が、 H および式:R5 −Si −N 6H なる単位から構成されていることを特徴とするポリシラ
ザンである。
式:RlH −Si −N − なる単位の繰返しである残基が、 H および式:R5 −Si −N 6H なる単位から構成されていることを特徴とするポリシラ
ザンである。
さらに式(ハ)については、
の繰返し単位からなる骨格構造を有し、式: R□
−Si −N −
H
なる単位を有する複数の先駆体残基が、一部なる構造単
位で互いに連結してなるポリシラザンであって、前記先
駆体は、式: なる構造単位となり、一部は なる構造単位により互いに連結してなるポリシラザンで
あって、さらに前記先駆体の一部または式: R9 Si −N − R,H なる単位から構成されていることを特徴とするポリシラ
ザンである。
位で互いに連結してなるポリシラザンであって、前記先
駆体は、式: なる構造単位となり、一部は なる構造単位により互いに連結してなるポリシラザンで
あって、さらに前記先駆体の一部または式: R9 Si −N − R,H なる単位から構成されていることを特徴とするポリシラ
ザンである。
尚、各式(イ)(ロ)(ハ)において、R□、R2、R
3、R4,R5、R6は、水素(但し、水素はR1、R
2、R3の場合は含むことができ、RいR5、RGは含
まない。以下同じ。)、メチル基、エチル基、n−プロ
ピル基、イソプロピル基等の1から6個までの炭素原子
を有する低級アルキル基、置換または非置換のビニル基
、置換または非置換のアリル基、フェニル基、I−リル
基、キシリル基等の6から10個までの炭素原子を有す
る置換または非置換の低級アリール基、1へリメチルジ
メチルー、メチルエチル−11−リエチルーシリル基等
のトリ(低級)アルキル−またはジ(低級)アルキルシ
リル基、若しくはジメチル−、ジエチル−、メチルエチ
ル−、ジイソプロピル−アミノ基等のジ(低級)アルキ
ルアミノ基(但しジ(低級)アルキルアミノ基はR□、
R2、R3は含むことができ、R4は含まない。以下同
じ。)であって、しかもR□、R2、R3、R1、R5
、R6は同じであっても異なっていても良いものである
(以下同じ)。
3、R4,R5、R6は、水素(但し、水素はR1、R
2、R3の場合は含むことができ、RいR5、RGは含
まない。以下同じ。)、メチル基、エチル基、n−プロ
ピル基、イソプロピル基等の1から6個までの炭素原子
を有する低級アルキル基、置換または非置換のビニル基
、置換または非置換のアリル基、フェニル基、I−リル
基、キシリル基等の6から10個までの炭素原子を有す
る置換または非置換の低級アリール基、1へリメチルジ
メチルー、メチルエチル−11−リエチルーシリル基等
のトリ(低級)アルキル−またはジ(低級)アルキルシ
リル基、若しくはジメチル−、ジエチル−、メチルエチ
ル−、ジイソプロピル−アミノ基等のジ(低級)アルキ
ルアミノ基(但しジ(低級)アルキルアミノ基はR□、
R2、R3は含むことができ、R4は含まない。以下同
じ。)であって、しかもR□、R2、R3、R1、R5
、R6は同じであっても異なっていても良いものである
(以下同じ)。
さらにまた本発明は、窒化珪素粉末および/あるいは炭
化珪素粉末と、窒素および/あるいは加圧下で800〜
2200℃の焼成雰囲気下で窒化珪素および炭化珪素お
よび窒化珪素と炭化珪素になるポリシラザンとからなる
成形体を、焼結助剤のない状態で焼成して成形されるこ
とを特徴とするものである。
化珪素粉末と、窒素および/あるいは加圧下で800〜
2200℃の焼成雰囲気下で窒化珪素および炭化珪素お
よび窒化珪素と炭化珪素になるポリシラザンとからなる
成形体を、焼結助剤のない状態で焼成して成形されるこ
とを特徴とするものである。
そしてこのものにおいて、ポリシラザンは、前記式(イ
)(ロ)または(ハ)で示されるポリシラザンとしたこ
とを特徴とするものである。
)(ロ)または(ハ)で示されるポリシラザンとしたこ
とを特徴とするものである。
また本発明は、窒化珪素粉末および/あるいは炭化珪素
粉末と混練され、焼結助剤のない状態で熱可塑成形法、
泥漿鋳込み成形法、圧粉成形法等の各成形法を可能とす
るために用いる成形助剤であって、該成形助剤は、窒素
および/あるいはアンモニア加圧下で800〜2200
℃の焼成雰囲気にて窒化珪素、炭化珪素、または窒化珪
素と炭化珪素になるポリシラザンであることを特徴とす
る新規セラミック組成物の成形助剤に関するものである
。
粉末と混練され、焼結助剤のない状態で熱可塑成形法、
泥漿鋳込み成形法、圧粉成形法等の各成形法を可能とす
るために用いる成形助剤であって、該成形助剤は、窒素
および/あるいはアンモニア加圧下で800〜2200
℃の焼成雰囲気にて窒化珪素、炭化珪素、または窒化珪
素と炭化珪素になるポリシラザンであることを特徴とす
る新規セラミック組成物の成形助剤に関するものである
。
そしてこのポリシラザンは、前記に記載される式(イ)
(ロ)または(ハ)で示されるポリシラザンであること
を特徴とするものである。
(ロ)または(ハ)で示されるポリシラザンであること
を特徴とするものである。
本発明については、前記ポリシラザン(Polysil
azane)をSi3N4または/およびSiC粉末と
助剤なしで混練し、成形後そのまま焼成することにより
、十分な機械的強度を持つ513N4または/およびS
iC質のセラミック組成物をより短い工程で得ることに
成功したものである。
azane)をSi3N4または/およびSiC粉末と
助剤なしで混練し、成形後そのまま焼成することにより
、十分な機械的強度を持つ513N4または/およびS
iC質のセラミック組成物をより短い工程で得ることに
成功したものである。
前記の各ポリシラザンは、NH3加圧雰囲気下にて80
0〜2200℃の温度で焼成すると813N4を、また
はN2加圧雰囲気下で800〜2200℃の温度で焼成
するとSi、N4/Sicの混合物をそれぞれ高収率で
の生成するものであり、これに基づいてSi、C,Nを
主成分とするセラミックスを焼成助剤を用いることなく
高収率で生成することができる。このため上記ポリシラ
ザンを成形助剤として用いた場合、焼成時に分解気化す
るガスも少ないので亀裂、ふくれ等の欠陥が生じにくく
、そのうえ焼成助剤の除去工程を必要としない。また本
発明におけるポリシラザンは一般の有機高分子と同様に
有機溶媒に可溶であり、また加熱軟化するなどの性質を
合わせ持っており、他の有機物を添加することなしにセ
ラミックスの一般的成形法、例えば押出し成形、射出成
形、泥漿鋳込み成形、圧粉成形等の成形が可能である。
0〜2200℃の温度で焼成すると813N4を、また
はN2加圧雰囲気下で800〜2200℃の温度で焼成
するとSi、N4/Sicの混合物をそれぞれ高収率で
の生成するものであり、これに基づいてSi、C,Nを
主成分とするセラミックスを焼成助剤を用いることなく
高収率で生成することができる。このため上記ポリシラ
ザンを成形助剤として用いた場合、焼成時に分解気化す
るガスも少ないので亀裂、ふくれ等の欠陥が生じにくく
、そのうえ焼成助剤の除去工程を必要としない。また本
発明におけるポリシラザンは一般の有機高分子と同様に
有機溶媒に可溶であり、また加熱軟化するなどの性質を
合わせ持っており、他の有機物を添加することなしにセ
ラミックスの一般的成形法、例えば押出し成形、射出成
形、泥漿鋳込み成形、圧粉成形等の成形が可能である。
さらに上記ポリシラザンとSi3N、または/およびS
iC粉を焼結助剤なしで混練し成形体をそのまま焼成す
ることにより、焼結助剤なしでも十分な機械的強度をも
つセラミック組成物が得られる。
iC粉を焼結助剤なしで混練し成形体をそのまま焼成す
ることにより、焼結助剤なしでも十分な機械的強度をも
つセラミック組成物が得られる。
驚くべきことに1000℃前後の低温での焼成でも反応
焼結体に匹敵する強度が得られ、焼成時間は反応焼結法
に比べてはるかに短い。また焼成助剤を添加していない
ので水洗で得られたSi3N4質焼結体でも高温強度が
低下するという欠点もない。
焼結体に匹敵する強度が得られ、焼成時間は反応焼結法
に比べてはるかに短い。また焼成助剤を添加していない
ので水洗で得られたSi3N4質焼結体でも高温強度が
低下するという欠点もない。
さらに線収縮も0〜6%以内に抑えられ、高寸法精度の
焼結体が得られる。
焼結体が得られる。
本発明、Si3N4粉末または/およびSiC粉末と前
記ポリシラザンからなる混成物をセラミックスの成形方
法である熱可塑成形、泥漿鋳込み成形、プレス成形等で
成形することができ、N2またはNH3ならびにこれら
の混合雰囲気下(必要においてArの如き不活性ガスを
混合してもよい)において加圧状態で800〜2200
℃で焼成することができる。
記ポリシラザンからなる混成物をセラミックスの成形方
法である熱可塑成形、泥漿鋳込み成形、プレス成形等で
成形することができ、N2またはNH3ならびにこれら
の混合雰囲気下(必要においてArの如き不活性ガスを
混合してもよい)において加圧状態で800〜2200
℃で焼成することができる。
Si3N4、SiC粉末は従来から使用しているもので
よいが、不純物の少ないものが好ましい。前記ポリシラ
ザンは焼成温度、焼成雰囲気ならびに雰囲気圧により生
成するセラミック組成が変化する。
よいが、不純物の少ないものが好ましい。前記ポリシラ
ザンは焼成温度、焼成雰囲気ならびに雰囲気圧により生
成するセラミック組成が変化する。
例えば窒化珪素質セラミックを得るには513N4粉末
を原料粉末に選び、Si、N4が解離を生じない温度と
N2圧を選択するとよい。焼成温度は800〜2200
℃であるが、1400℃以下ではポリシラザンからSi
−N −Cを中心とするセラミックスが生成し、それ
より高温になるとN2圧によってSi、N4あるいはS
i3N、 / Si C混合物が生成する。
を原料粉末に選び、Si、N4が解離を生じない温度と
N2圧を選択するとよい。焼成温度は800〜2200
℃であるが、1400℃以下ではポリシラザンからSi
−N −Cを中心とするセラミックスが生成し、それ
より高温になるとN2圧によってSi、N4あるいはS
i3N、 / Si C混合物が生成する。
これは、前記ポリシラザンから生成するSi3N、とC
からSiCが生成するためであり、従ってN2圧が高い
ほどSiCの生成は抑制される。
からSiCが生成するためであり、従ってN2圧が高い
ほどSiCの生成は抑制される。
また雰囲気をNH3またはN H3/ N2混合ガスを
用いるとポリシラザン中のCはほとんど除かれる。炭化
珪素質セラミックを得る場合には原料粉末ニSi Cを
選び、焼成温度は800〜2200℃であり、この場合
も同様に雰囲気圧と温度によりポリシラザンから生成す
るセラミックの組成は変化する。雰囲気はN2、Ar、
Heのいずれでもよい。さらに原料粉末にSi、N4と
SiCの混合粉末を用いてもよい。
用いるとポリシラザン中のCはほとんど除かれる。炭化
珪素質セラミックを得る場合には原料粉末ニSi Cを
選び、焼成温度は800〜2200℃であり、この場合
も同様に雰囲気圧と温度によりポリシラザンから生成す
るセラミックの組成は変化する。雰囲気はN2、Ar、
Heのいずれでもよい。さらに原料粉末にSi、N4と
SiCの混合粉末を用いてもよい。
前記ポリシラザンの原料粉末への添加量は、用いる成形
法により異なるが、概略5〜80vo1%が好ましい。
法により異なるが、概略5〜80vo1%が好ましい。
また焼成昇温速度は700℃までは15℃/min以下
が好ましく、5℃/min以下がより好ましい。前記ポ
リシラザンは主鎖骨格がSiとNからなる重合体であり
、分子式あるいは分子構造はその製造方法により異なり
、またセラミック収率も様々である。本発明においては
以下に示すセラミック収率が高く加熱軟化性のものが好
適に使用できる。またポリシラザンの数平均分子量は概
略500〜7000であってこれも成形方法により異な
るが、800〜1400が好ましい。
が好ましく、5℃/min以下がより好ましい。前記ポ
リシラザンは主鎖骨格がSiとNからなる重合体であり
、分子式あるいは分子構造はその製造方法により異なり
、またセラミック収率も様々である。本発明においては
以下に示すセラミック収率が高く加熱軟化性のものが好
適に使用できる。またポリシラザンの数平均分子量は概
略500〜7000であってこれも成形方法により異な
るが、800〜1400が好ましい。
[以下余白コ
前記各ポリシラザンの製造方法には次のようなものがあ
る。例えば式(イ)のポリシラザンについては、無水ア
ンモニアを、オルガノジハロシランR□Si HX 2
と溶液中で反応させて環状または直鎖状のシラザン先駆
体を形成させ、該先駆体混合物に対し、式: で表されるシラザンまたはシリルアミン化合物を先駆体
中に共存させつつ、珪素原子に隣接する窒素原子から水
素を脱プロトン化する能力のある塩基性触媒の存在下で
反応させ、脱水素環化架橋せしめることにより高分子量
化すること得ることができる。ここでXは塩素、臭素等
のハロゲンである(以下同じ)。
る。例えば式(イ)のポリシラザンについては、無水ア
ンモニアを、オルガノジハロシランR□Si HX 2
と溶液中で反応させて環状または直鎖状のシラザン先駆
体を形成させ、該先駆体混合物に対し、式: で表されるシラザンまたはシリルアミン化合物を先駆体
中に共存させつつ、珪素原子に隣接する窒素原子から水
素を脱プロトン化する能力のある塩基性触媒の存在下で
反応させ、脱水素環化架橋せしめることにより高分子量
化すること得ることができる。ここでXは塩素、臭素等
のハロゲンである(以下同じ)。
また式(ロ)のポリシラザンについては、無水アンモニ
アを、R1SiHX 2およびR5RGSiX2のオル
ガノハロシラン混合物と溶液中で反応させ、これによっ
て環状または直鎖状のシラザン先駆体を形成させ、該先
駆体を、珪素原子に隣接する窒素原子から水素を脱プロ
トン化する能力を有する塩基性触媒の存在下で脱プロト
ン環化架橋せしめることにより重合体を製造することが
できる。
アを、R1SiHX 2およびR5RGSiX2のオル
ガノハロシラン混合物と溶液中で反応させ、これによっ
て環状または直鎖状のシラザン先駆体を形成させ、該先
駆体を、珪素原子に隣接する窒素原子から水素を脱プロ
トン化する能力を有する塩基性触媒の存在下で脱プロト
ン環化架橋せしめることにより重合体を製造することが
できる。
さらに式(ハ)のポリシラザンについては、無水アンモ
ニアを、R15iHX2およびR2H,5iX2のオル
ガノハロシラン混合物と溶液中で反応させて環状または
直鎖状のシラザン先駆体を形成させ、該先駆体混合物に
対し1式: で表されるシラザンまたはシリルアミン化合物を先駆体
中に共存させつつ、珪素原子に隣接する窒素原子から水
素を脱プロトン化する能力のある塩基性触媒の存在下で
反応させ、脱水素環化架橋せしめることにより高分子量
化すること得ることができる。そしてこのものにおいて
、特に前記(A)の含有率は1〜60モル%、R,R,
5iX2の含有率は1〜60モル%、であって(A)と
R,R,5iX2を加えた含有率は2〜60モル%であ
ることが好ましい。
ニアを、R15iHX2およびR2H,5iX2のオル
ガノハロシラン混合物と溶液中で反応させて環状または
直鎖状のシラザン先駆体を形成させ、該先駆体混合物に
対し1式: で表されるシラザンまたはシリルアミン化合物を先駆体
中に共存させつつ、珪素原子に隣接する窒素原子から水
素を脱プロトン化する能力のある塩基性触媒の存在下で
反応させ、脱水素環化架橋せしめることにより高分子量
化すること得ることができる。そしてこのものにおいて
、特に前記(A)の含有率は1〜60モル%、R,R,
5iX2の含有率は1〜60モル%、であって(A)と
R,R,5iX2を加えた含有率は2〜60モル%であ
ることが好ましい。
[作用効果]
本発明は、救述の如く構成されたものであるから、窒化
珪素粉末および/あるいは炭化珪素粉末を用いてセラミ
ックス組成物を形成する場合に、上記粉末と窒素及び/
又はアンモニアの加圧下で、800〜2200℃の焼成
雰囲気下で窒化珪素、炭化珪素、または窒化珪素と炭化
珪素を生成するポリシラザンを用いたのみで、焼成時間
も従来の焼成法に比べて大いに短縮できるうえに、焼結
助剤や脱脂工程が必要となるバインダーを全く用いない
でも良好なセラミックス組成物ができることになって、
焼結工程の簡略化が計れることになる。
珪素粉末および/あるいは炭化珪素粉末を用いてセラミ
ックス組成物を形成する場合に、上記粉末と窒素及び/
又はアンモニアの加圧下で、800〜2200℃の焼成
雰囲気下で窒化珪素、炭化珪素、または窒化珪素と炭化
珪素を生成するポリシラザンを用いたのみで、焼成時間
も従来の焼成法に比べて大いに短縮できるうえに、焼結
助剤や脱脂工程が必要となるバインダーを全く用いない
でも良好なセラミックス組成物ができることになって、
焼結工程の簡略化が計れることになる。
しかも採用される成形法は、圧粉成形法のみでなく、熱
可塑成形法、泥漿鋳込み成形法、ドクターブレード成形
法等の必要に応じた種々の成形法を用いることができ、
そのうえ生成したセラミックス組成物は、焼結助剤を添
加しないものであっても、曲げ強度、線収縮率等の物性
が優れたものにできて、寸法精度が高く、良好な機械的
強度を有するものとなる等の有用な効果を奏するもので
ある。
可塑成形法、泥漿鋳込み成形法、ドクターブレード成形
法等の必要に応じた種々の成形法を用いることができ、
そのうえ生成したセラミックス組成物は、焼結助剤を添
加しないものであっても、曲げ強度、線収縮率等の物性
が優れたものにできて、寸法精度が高く、良好な機械的
強度を有するものとなる等の有用な効果を奏するもので
ある。
次に本発明の具体的な実施例について述べる。
[実施例1]
α−8i3N4粉末(電気化学工業製5N−98)96
.7すt%に上記(ロ)に記載するR工、RS、R6が
いずれもメチル基で数平均分子量が約1200のポリシ
ラザンをトルエン溶液で加え混練し、真空乾燥してα−
8i3N、粉末と上記ポリシラザンが均一に分散した粉
末を得た。その粉末を50X60mm鉄製金型に入れ、
約30 Kg/印2で一軸加圧成形しその後3000
Kg/cm2の静水圧プレスをして63%TD(真比重
)の成形体を得た。その成形体を窒化珪素るつぼに入れ
てSi3N4の詰め粉をした。焼成は1気圧窒素雰囲気
で3℃/minで700℃まで昇温し、その後15°C
/minで1100℃まで昇温し、さらに10 ’C/
minで1650℃まで昇温した。その後圧力を9.5
気圧に保ちながら、10 ’C/minで1850°C
まで昇温、3時間保持し自然冷却した。得られた焼成体
の密度は77%TD、線収縮率6.4%、常温曲げ強度
360MPaであった。
.7すt%に上記(ロ)に記載するR工、RS、R6が
いずれもメチル基で数平均分子量が約1200のポリシ
ラザンをトルエン溶液で加え混練し、真空乾燥してα−
8i3N、粉末と上記ポリシラザンが均一に分散した粉
末を得た。その粉末を50X60mm鉄製金型に入れ、
約30 Kg/印2で一軸加圧成形しその後3000
Kg/cm2の静水圧プレスをして63%TD(真比重
)の成形体を得た。その成形体を窒化珪素るつぼに入れ
てSi3N4の詰め粉をした。焼成は1気圧窒素雰囲気
で3℃/minで700℃まで昇温し、その後15°C
/minで1100℃まで昇温し、さらに10 ’C/
minで1650℃まで昇温した。その後圧力を9.5
気圧に保ちながら、10 ’C/minで1850°C
まで昇温、3時間保持し自然冷却した。得られた焼成体
の密度は77%TD、線収縮率6.4%、常温曲げ強度
360MPaであった。
[実施例2]
α−8i3N4粉末88.5wtに実施例1に記載した
ポリシラザン11.5rt%をトルエン溶液で加え実施
例1の要領で成形し、68.7%TDの成形体を得た。
ポリシラザン11.5rt%をトルエン溶液で加え実施
例1の要領で成形し、68.7%TDの成形体を得た。
これを1気圧窒素雰囲気下に3℃/minで700℃ま
で昇温し、その後15℃/minで1200℃まで昇温
し、3時間保持し自然冷却した。
で昇温し、その後15℃/minで1200℃まで昇温
し、3時間保持し自然冷却した。
得られた焼成体の密度は76.3%TD、線収縮率0.
7%、常温曲げ強度130Mpaであった。
7%、常温曲げ強度130Mpaであった。
[実施例3コ
α−8iC粉末(昭和電工製A−2)90すt%に実施
例1に記載したポリシラザンLout%をトルエン溶液
で加え実施例1の要領で成形し、66%TDの成形体を
得た。これを実施例2の要領で焼成した。焼成体の密度
は77%TD、線収縮率0゜5%、常温曲げ強度180
Mpaであった。
例1に記載したポリシラザンLout%をトルエン溶液
で加え実施例1の要領で成形し、66%TDの成形体を
得た。これを実施例2の要領で焼成した。焼成体の密度
は77%TD、線収縮率0゜5%、常温曲げ強度180
Mpaであった。
[実施例4〕
α−8i3N4粉末70.7重量%に実施例1に記載し
たポリシラザン29.3wt%を1ヘルエン溶液で加え
実施例1の要領で均一に分散した粉末を得た。その粉末
を、90℃に加熱した円筒に入れ100 K g /
0m2の圧力で直径1.0mmの口金から押し出して直
径0.9mmの円柱形成形体を得た。この成形体を実施
例1の要領で焼成した。得られた焼成体の密度は68.
2%TD、線収縮率5.2%であった。
たポリシラザン29.3wt%を1ヘルエン溶液で加え
実施例1の要領で均一に分散した粉末を得た。その粉末
を、90℃に加熱した円筒に入れ100 K g /
0m2の圧力で直径1.0mmの口金から押し出して直
径0.9mmの円柱形成形体を得た。この成形体を実施
例1の要領で焼成した。得られた焼成体の密度は68.
2%TD、線収縮率5.2%であった。
[実施例5]
α−8i3N4粉末93tyt%に実施例1で用いたポ
リシラザン7wt%をトルエン溶液で加え撹拌後均−な
スラリーにした。このスラリーを型に流し込み減圧乾燥
して成形体を得た。この成形体を実施例1の要領で焼成
した。得られた焼成体の密度は65.8%TD、線収縮
率7.6%、常温曲げ強度150Mpaであった。
リシラザン7wt%をトルエン溶液で加え撹拌後均−な
スラリーにした。このスラリーを型に流し込み減圧乾燥
して成形体を得た。この成形体を実施例1の要領で焼成
した。得られた焼成体の密度は65.8%TD、線収縮
率7.6%、常温曲げ強度150Mpaであった。
[実施例6]
a−8i3N、粉末96.’7wt%に3.3wt%の
上記(イ)に記載するR□、R2、R3、R4が何れも
メチル基で数平均分子量が1100のポリシラザンをト
ルエン溶液で加え、実施例1の要領で成形、焼成した。
上記(イ)に記載するR□、R2、R3、R4が何れも
メチル基で数平均分子量が1100のポリシラザンをト
ルエン溶液で加え、実施例1の要領で成形、焼成した。
得られた焼成体の密度は76.5%TD、線収縮率は6
.4%、常温曲げ強度は313Mpaであった。
.4%、常温曲げ強度は313Mpaであった。
[実施例7]
a−8i3N<粉末93tyt%に7tit%の上記(
ハ)に記載するR1、R2、R3、R4、R5、R6が
何れもメチル基で数平均分子量が1200のポリシラザ
ンをトルエン溶液で加え、実施例1の要領で成形、焼成
した。得られた焼成体の密度は78.4%TD、線収縮
率は6.1%、常温曲げ強度は300Mpaであった。
ハ)に記載するR1、R2、R3、R4、R5、R6が
何れもメチル基で数平均分子量が1200のポリシラザ
ンをトルエン溶液で加え、実施例1の要領で成形、焼成
した。得られた焼成体の密度は78.4%TD、線収縮
率は6.1%、常温曲げ強度は300Mpaであった。
[実施例8]
α−8jC粉末83wt%に前記実施例6のポリシラザ
ン17wt%をトルエン溶液で加え、実施例1の要領で
成形、焼成した。得られた焼成体の密度は77%TD、
線収縮率は5.6%、常温曲げ強度は280Mpaであ
った。
ン17wt%をトルエン溶液で加え、実施例1の要領で
成形、焼成した。得られた焼成体の密度は77%TD、
線収縮率は5.6%、常温曲げ強度は280Mpaであ
った。
[実施例9コ
α−8iC粉末88.5tyt%に前記実施例7のポリ
シラザン11.5υt%をトルエン溶液で加え、実施例
1の要領で成形、焼成した。得られた焼成体の密度は7
6%TD、線収縮率は5.3%、常温曲げ強度は209
Mpaであった。
シラザン11.5υt%をトルエン溶液で加え、実施例
1の要領で成形、焼成した。得られた焼成体の密度は7
6%TD、線収縮率は5.3%、常温曲げ強度は209
Mpaであった。
[実施例10]
β−8iCウイスカー(タテ水化学製scw)s3tl
t%に前記実施例1のポリシラザン17wt%をトルエ
ン溶液で加え、実施例5と同様に成形し、この成形体を
実施例1の要領で焼成した。得られ焼成体の密度は67
.2%TD、線収縮率は6゜5%、常温曲げ強度は27
0Mpaであった。
t%に前記実施例1のポリシラザン17wt%をトルエ
ン溶液で加え、実施例5と同様に成形し、この成形体を
実施例1の要領で焼成した。得られ焼成体の密度は67
.2%TD、線収縮率は6゜5%、常温曲げ強度は27
0Mpaであった。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)窒化珪素粉末および/あるいは炭化珪素粉末と、窒
素および/あるいはアンモニアの加圧下で800〜22
00℃の焼成雰囲気で窒化珪素、炭化珪素、または窒化
珪素と炭化珪素になるポリシラザンとからなる成形体を
、焼結助剤のない状態で焼成して成ることを特徴とする
新規セラミックス組成物の製造方法。 2)前記第1請求項のポリシラザンは、式(イ)で示さ
れるものであることを特徴とする新規セラミックス組成
物の製造方法。 式(イ)は、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ の繰返し単位からなる骨格構造を有し、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ なる単位を有する複数の先駆体残基が、一部は式:▲数
式、化学式、表等があります▼ なる構造単位となり、一部は式: ▲数式、化学式、表等があります▼ なる構造単位により互いに連結していることを特徴とす
るポリシラザンである。 [尚、各式中、R_1、R_2、R_3、R_4は、水
素(但し、水素はR_1、R_2、R_3の場合は含む
ことができ、R_4は含まない。以下同じ。)、メチル
基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基等の1
から6個までの炭素原子を有する低級アルキル基、置換
または非置換のビニル基、置換または非置換のアリル基
、フェニル基、トリル基、キシリル基等の6から10個
までの炭素原子を有する置換または非置換の低級アリー
ル基、トリメチル−、ジメチル−、メチルエチル−、ト
リエチル−シリル基等のトリ(低級)アルキル−または
ジ(低級)アルキルシリル基、若しくはジメチル−、ジ
エチル−、メチルエチル−、ジイソプロピル−アミノ基
等のジ(低級)アルキルアミノ基(但しジ(低級)アル
キルアミノ基はR_1、R_2、R_3は含むことがで
き、R_4は含まない。以下同じ。)であつて、しかも
R_1、R_2、R_3、R_4は同じでも異なつてい
ても良いものである(以下同じ)。]3)前記第1請求
項記載のポリシラザンは、式(ロ)で示されるものであ
ることを特徴とする新規セラミックス組成物の製造方法
。 式(ロ)は、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ の繰返し単位から成る骨格構造を有し先駆体における式
: ▲数式、化学式、表等があります▼ なる単位の繰返しである残基が、 式: ▲数式、化学式、表等があります▼ なる構造単位で互いに連結してなるポリシラザンであつ
て、前記先駆体は、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ ぉよび式:▲数式、化学式、表等があります▼ なる単位から構成されていることを特徴とするポリシラ
ザンである。 [尚、式中において、R_1は第2請求項に記載された
ものに準じ、またR_5、R_6は、メチル基、エチル
基、n−プロピル基、イソプロピル基等の1から6個ま
での炭素原子を有する低級アルキル基、置換または非置
換のビニル基、置換または非置換のアリル基、フェニル
基、トリル基、キシリル基等の6から10個までの炭素
原子を有する置換または非置換の低級アリール基、トリ
メチル−、ジメチル−、メチルエチル−、トリエチル−
シリル基等のトリ(低級)アルキル−またはジ(低級)
アルキルシリル基、若しくは、ジメチル−、ジエチル−
、メチルエチル−、ジイソプロピル−アミノ基等のジ(
低級)アルキルアミノ基であつて、かつR_1、R_5
、R_6は同じでも異なつていても良い(以下同じ)。 ] 4)前記第1請求項記載のポリシラザンは、式(ハ)で
示されるものであることを特徴とする新規セラミックス
組成物の製造方法。 式(ハ)は、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ の繰返し単位からなる骨格構造を有し、 式:▲数式、化学式、表等があります▼ なる単位を有する複数の先駆体残基が、一部は式:▲数
式、化学式、表等があります▼ なる構造単位となり、一部は式: ▲数式、化学式、表等があります▼ なる構造単位により互いに連結しているポリシラザンで
あつて、さらにその先駆体の一部は、式:▲数式、化学
式、表等があります▼ および式:▲数式、化学式、表等があります▼ なる単位から構成されていることを特徴とするポリシラ
ザンである。 [尚、R_1、R_2、R_3、R_4、R_5、R_
6については、前記第2、第3請求項に記載されたもの
に準じ、かつR_1、R_2、R_3、R_4、R_5
、R_6は同じでも異なつていても良い(以下同じ)。 ] 5)窒化珪素粉末および/あるいは炭化珪素粉末と、窒
素および/あるいはアンモニア加圧下で800〜220
0℃の焼成雰囲気下で窒化珪素または炭化珪素または窒
化珪素と炭化珪素になるポリシラザンとからなる成形体
を、焼結助剤のない状態で焼成して成形されることを特
徴とする新規セラミックス組成物。 6)前記第5請求項のポリシラザンは、前記第2〜第4
請求項に記載される式(イ)(ロ)または(ハ)で示さ
れるポリシラザンであることを特徴とする新規セラミッ
クス組成物。 7)窒化珪素粉末および/あるいは炭化珪素粉末と混練
され、焼結助剤のない状態で熱可塑成形法、泥漿鋳込み
成形法、圧粉成形法等の各成形法を可能とするために用
いる成形助剤であつて、該成形助剤は、窒素および/あ
るいはアンモニア加圧下で800〜2200℃の焼成雰
囲気にて窒化珪素、炭化珪素、または窒化珪素と炭化珪
素になるポリシラザンであることを特徴とする新規セラ
ミック組成物の成形助剤。 8)前記第7請求項に記載されるポリシラザンは、第2
〜第4請求項に記載される式(イ)(ロ)または(ハ)
で示されるポリシラザンであることを特徴とする新規セ
ラミック組成物の成形助剤。
Priority Applications (2)
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JP63332045A JP2741046B2 (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 窒化珪素および/あるいは炭化珪素を基とするセラミックス組成物およびその製造方法、成形助剤 |
EP89123736A EP0376183A1 (en) | 1988-12-28 | 1989-12-22 | Ceramic composition and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63332045A JP2741046B2 (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 窒化珪素および/あるいは炭化珪素を基とするセラミックス組成物およびその製造方法、成形助剤 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02175658A true JPH02175658A (ja) | 1990-07-06 |
JP2741046B2 JP2741046B2 (ja) | 1998-04-15 |
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ID=18250524
Family Applications (1)
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EP (1) | EP0376183A1 (ja) |
JP (1) | JP2741046B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7018707B2 (en) | 2000-03-03 | 2006-03-28 | Noritake Co., Limited | Porous ceramic laminate and production thereof |
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US5952421A (en) * | 1995-12-27 | 1999-09-14 | Exxon Research And Engineering Co. | Synthesis of preceramic polymer-stabilized metal colloids and their conversion to microporous ceramics |
US5852088A (en) * | 1995-12-27 | 1998-12-22 | Exxon Research And Engineering Company | Nanoporous ceramics with catalytic functionality |
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EP0079678B1 (en) * | 1981-10-12 | 1985-09-04 | Sumitomo Electric Industries Limited | Method for sintering silicon nitride |
US4482669A (en) * | 1984-01-19 | 1984-11-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Preceramic organosilazane polymers |
JPH0662775B2 (ja) * | 1987-06-12 | 1994-08-17 | チッソ株式会社 | 新規ポリシラザン及びその製造方法 |
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-
1988
- 1988-12-28 JP JP63332045A patent/JP2741046B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-12-22 EP EP89123736A patent/EP0376183A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2741046B2 (ja) | 1998-04-15 |
EP0376183A1 (en) | 1990-07-04 |
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