JPH02184572A - 失透された内部顆粒相を有する窒化珪素セラミックおよびその製法 - Google Patents
失透された内部顆粒相を有する窒化珪素セラミックおよびその製法Info
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- JPH02184572A JPH02184572A JP1304957A JP30495789A JPH02184572A JP H02184572 A JPH02184572 A JP H02184572A JP 1304957 A JP1304957 A JP 1304957A JP 30495789 A JP30495789 A JP 30495789A JP H02184572 A JPH02184572 A JP H02184572A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- 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
- C04B35/58—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
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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。
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、低温および約１０００℃以上の高温の両方で
高い機械的強度を示す窒化珪素セラミックに関するもの
である。
高い機械的強度を示す窒化珪素セラミックに関するもの
である。
（従来技術）
窒化珪素に基づくセラミック材料は、機械的強度が高い
ので、技術、特に機械工学における種々の用途に重要な
材料である。室温において高い強度を有する窒化珪素セ
ラミックは、一般には例えば酸化マグネシウム、酸化イ
ツトリウム、酸化アルミニウムおよび／または窒化アル
ミニウム等の酸化物或いは窒化物焼成添加剤を使用して
、種々のプロセスによってα−５ｉ３Ｎｎ粉末から得ら
れる。
ので、技術、特に機械工学における種々の用途に重要な
材料である。室温において高い強度を有する窒化珪素セ
ラミックは、一般には例えば酸化マグネシウム、酸化イ
ツトリウム、酸化アルミニウムおよび／または窒化アル
ミニウム等の酸化物或いは窒化物焼成添加剤を使用して
、種々のプロセスによってα−５ｉ３Ｎｎ粉末から得ら
れる。
通常、出発成分を混合しそして粉砕した後に、該成分を
圧縮、スリップキャストまたはグイキャスト成形により
成形せしめ、得られた成形体を焼成させる。焼成プロセ
スは、通常は保護気体雰囲気下、好ましくは窒素雰囲気
下に常圧で或いは約１゜０ｂａｒまでの高圧下に或いは
２００ｂａｒまでのオーダーの圧力で１７５０〜２００
０’Ｃの温度で等圧圧縮により行われる。特定のプロセ
スにより、焼成添加剤の含有量は、約５〜２０重量％で
ある。非常に広範囲の焼成添加剤の数多くの組合せが従
来技術の記載に既に述べられている。特定の参考文献に
、窒化珪素と該窒化珪素セラミックにおける非結晶の内
部ガラス相の形態で焼成後に存在する希土類金属類およ
び酸化アルミニウムとの組合せが記載されている。
圧縮、スリップキャストまたはグイキャスト成形により
成形せしめ、得られた成形体を焼成させる。焼成プロセ
スは、通常は保護気体雰囲気下、好ましくは窒素雰囲気
下に常圧で或いは約１゜０ｂａｒまでの高圧下に或いは
２００ｂａｒまでのオーダーの圧力で１７５０〜２００
０’Ｃの温度で等圧圧縮により行われる。特定のプロセ
スにより、焼成添加剤の含有量は、約５〜２０重量％で
ある。非常に広範囲の焼成添加剤の数多くの組合せが従
来技術の記載に既に述べられている。特定の参考文献に
、窒化珪素と該窒化珪素セラミックにおける非結晶の内
部ガラス相の形態で焼成後に存在する希土類金属類およ
び酸化アルミニウムとの組合せが記載されている。
組成物により、結晶相は、例えば、酸化イツトリウムを
焼成助剤として使用した場合、この非結晶内部顆粒相か
ら晶出することができる。
焼成助剤として使用した場合、この非結晶内部顆粒相か
ら晶出することができる。
米国特許第４．１０２．６９８号明細書は、これに関し
てＹｚＳｉ０５およびＹ、５ｉ２０７を提案している。
てＹｚＳｉ０５およびＹ、５ｉ２０７を提案している。
米国特許第４．３８８．４１４号明細書にも、酸化に対
する安定性および若干高温に対する安定性を改良するこ
とが可能な手段によって組成物ＹａＳｉｚＯＪｚ、ＹＳ
ｉＪまたはＹ、。５ｉｔＯ□３Ｎ４の内部顆粒相が記載
されている。酸化アルミニウムを加えた場合、Ｙ２ＡＩ
ＳＯＩ２（特公昭５８−第５５．３７５明細書）および
Ｙ、Ａｌ２Ｏ、は、Ｓｉ−八！−Ｙ−０−Ｎの５死相シ
ステムに存在するのでこれらも、原則的に晶出すること
ができる。
する安定性および若干高温に対する安定性を改良するこ
とが可能な手段によって組成物ＹａＳｉｚＯＪｚ、ＹＳ
ｉＪまたはＹ、。５ｉｔＯ□３Ｎ４の内部顆粒相が記載
されている。酸化アルミニウムを加えた場合、Ｙ２ＡＩ
ＳＯＩ２（特公昭５８−第５５．３７５明細書）および
Ｙ、Ａｌ２Ｏ、は、Ｓｉ−八！−Ｙ−０−Ｎの５死相シ
ステムに存在するのでこれらも、原則的に晶出すること
ができる。
従来、非晶質相成分の減少およびいわゆるクリープの関
連する減少によって引き起こされる約ｉｏｏ。
連する減少によって引き起こされる約ｉｏｏ。
℃以上の高温における強度の増加に無関係に、特定の相
の結晶化に対する強度の増加に関する情報は知られてい
ない。
の結晶化に対する強度の増加に関する情報は知られてい
ない。
Ｃｅｒａｍ、 Ｉｎｔ、 １３ （１９８７）第２１５
頁から結晶化が一般に室温から約９００℃の間の強度値
の減少を引き起こすということが知られている。
頁から結晶化が一般に室温から約９００℃の間の強度値
の減少を引き起こすということが知られている。
（発明が解決しようとする課題）
これに反して、本発明の課題は、低温および１０００℃
以上の高温の両方において高い強度を有する窒化珪素を
提供すること並びにこの型のセラミックの製造方法を提
供することにあった。
以上の高温の両方において高い強度を有する窒化珪素を
提供すること並びにこの型のセラミックの製造方法を提
供することにあった。
（課題を解決するための手段）
本発明によると、驚くべきことに、新規であり且つ従来
知られていない結晶イットリウム−含有相が３〜６重量
％のＹ２Ｏ３および場合により焼成助剤として約４％ま
での酸化アルミニウムを添加し、焼成体を熱により後処
理することによって製造される窒化珪素セラミックスに
おける内部顆粒ガラス相から形成されるということを見
出した。この失透化は、室温および１ｏｏｏ℃以上の高
温の両方において機械強度の著しい増加をもたらす。こ
のようにして製造された新規の窒化珪素セラミックは、
少なくとも９０重量％のβ−窒化珪素および１０重量％
未満の新規イットリウム−含有結晶質相および場合によ
り残部の非晶質内部顆粒ガラス相から構成される。
知られていない結晶イットリウム−含有相が３〜６重量
％のＹ２Ｏ３および場合により焼成助剤として約４％ま
での酸化アルミニウムを添加し、焼成体を熱により後処
理することによって製造される窒化珪素セラミックスに
おける内部顆粒ガラス相から形成されるということを見
出した。この失透化は、室温および１ｏｏｏ℃以上の高
温の両方において機械強度の著しい増加をもたらす。こ
のようにして製造された新規の窒化珪素セラミックは、
少なくとも９０重量％のβ−窒化珪素および１０重量％
未満の新規イットリウム−含有結晶質相および場合によ
り残部の非晶質内部顆粒ガラス相から構成される。
上記の新規イットリウム−含有結晶質相は、ＣｕＫ、放
射を使用したＸ−線回折反射によって特徴付けられてい
る。以下のｄ−値が測定されている。即ち、４．６９Å
： ４．０５Å；３．４８Å； ３．２０Å；３．０６
Å：２．８１Å： ２．４０Å：２．０７Å：および１
．８７人である。
射を使用したＸ−線回折反射によって特徴付けられてい
る。以下のｄ−値が測定されている。即ち、４．６９Å
： ４．０５Å；３．４８Å； ３．２０Å；３．０６
Å：２．８１Å： ２．４０Å：２．０７Å：および１
．８７人である。
低い強度のＸ−線回折反射の付加的なｄ−値、大きい角
度における反射、即ち小さいｄ−値またはβ−Ｓｉ□Ｎ
、の反射に重ねられる反射は、注意されていない。
度における反射、即ち小さいｄ−値またはβ−Ｓｉ□Ｎ
、の反射に重ねられる反射は、注意されていない。
ｄ−値における誤差の範囲は、約±０．０１人である。
最高の強度を有するＸ−線回折反射は、３．０６人のｄ
−値を示す。
−値を示す。
第１図は、本発明による窒化珪素セラミックのＸ−線回
折反射パターンをこれに含まれる新規イットリウム−含
有結晶質相（ｏ）とともに示したＸ−線回折反射図であ
る。β−Ｓｉ、Ｎ、に対するピークを（Ｘ）で示す。両
図において、横軸における図の上列は、２θ−値［］
に相当し、また下列は、ｄ値［１０−”ｃｍｌ に相当
する。
折反射パターンをこれに含まれる新規イットリウム−含
有結晶質相（ｏ）とともに示したＸ−線回折反射図であ
る。β−Ｓｉ、Ｎ、に対するピークを（Ｘ）で示す。両
図において、横軸における図の上列は、２θ−値［］
に相当し、また下列は、ｄ値［１０−”ｃｍｌ に相当
する。
上記結晶相は、イツトリウム、珪素、酸素および数例に
おいて窒素を含有する。今まで観察されていないが、本
発明による相の構造がイツトリウム以外の希土類から或
いは数種類の希土類の混合物から形成することができる
ことを明確に予想される。
おいて窒素を含有する。今まで観察されていないが、本
発明による相の構造がイツトリウム以外の希土類から或
いは数種類の希土類の混合物から形成することができる
ことを明確に予想される。
更に、驚くべきことに１０重量％までの、好ましくは４
〜１０重量％の酸化イツトリウムおよび場合により４重
量％までの、好ましくは２〜３重量％の酸化アルミニウ
ムを含有するセラミックスの場合、熱後処理における本
発明によるイットリウム−含有相の結晶化は、０．５〜
５重量％の範囲の二酸化チタンの添加によっても補助さ
れることを見出した。上記の制限内で、二酸化チタンの
含有量は、臨界的でない。約１０重量％の酸化イツトリ
ウムを含有するセラミックスを製造し、そして熱後処理
に供す際に二酸化チタンを添加しない場合、グラナイト
、即ちＹ、Ａｌ５Ｏ，□およびＹ２Ａｌ２０？は晶出す
るが、これは機械強度に対して悪影響を及ぼす。
〜１０重量％の酸化イツトリウムおよび場合により４重
量％までの、好ましくは２〜３重量％の酸化アルミニウ
ムを含有するセラミックスの場合、熱後処理における本
発明によるイットリウム−含有相の結晶化は、０．５〜
５重量％の範囲の二酸化チタンの添加によっても補助さ
れることを見出した。上記の制限内で、二酸化チタンの
含有量は、臨界的でない。約１０重量％の酸化イツトリ
ウムを含有するセラミックスを製造し、そして熱後処理
に供す際に二酸化チタンを添加しない場合、グラナイト
、即ちＹ、Ａｌ５Ｏ，□およびＹ２Ａｌ２０？は晶出す
るが、これは機械強度に対して悪影響を及ぼす。
本発明によると、酸化イツトリウムに加えて更にチタン
酸アルミニウム（ＡｌｚＴｉＯｓ）を付加的な焼成助剤
としてその製造の際に窒化珪素に加えたとしても、窒化
珪素セラミックの機械強度を改良することができること
が見出された。二酸化チタンまたはチタン酸アルミニウ
ムを使用した場合、本発明によるこの型の窒化珪素セラ
ミックは、少なくとも８５重置火のβ−窒化珪素、１５
重量％までの新規イットリウム−含有結晶質相および場
合により５重量％までの窒化チタン（ＴｉＮ）および残
部の非晶質内部顆粒ガラス相から構成され、その際に残
部なしであることも可能である。
酸アルミニウム（ＡｌｚＴｉＯｓ）を付加的な焼成助剤
としてその製造の際に窒化珪素に加えたとしても、窒化
珪素セラミックの機械強度を改良することができること
が見出された。二酸化チタンまたはチタン酸アルミニウ
ムを使用した場合、本発明によるこの型の窒化珪素セラ
ミックは、少なくとも８５重置火のβ−窒化珪素、１５
重量％までの新規イットリウム−含有結晶質相および場
合により５重量％までの窒化チタン（ＴｉＮ）および残
部の非晶質内部顆粒ガラス相から構成され、その際に残
部なしであることも可能である。
第２図は、この型の窒化珪素セラミックのＸ−回折パタ
ーンを示す図面である。新規の相のピークは、（ｏ）で
示され、β−５ｉ３Ｎ４のピークは、（Ｘ）で示され、
そしてＴｉＮのピークは、 （φ）で示される。
ーンを示す図面である。新規の相のピークは、（ｏ）で
示され、β−５ｉ３Ｎ４のピークは、（Ｘ）で示され、
そしてＴｉＮのピークは、 （φ）で示される。
本発明による窒化珪素セラミックスの製造は、従来技術
に記載された通常のプロセスによって、即ち摩砕機、環
状隙間ミルまたは同様な装置において出発成分の激しく
混合するか或いは粉砕することによって行われる。この
方法において、α−３ｉ、Ｎ、、Ｙ２Ｏ３および場合に
よりＡｌ２Ｏ３を互いに粉砕し、そしてこのようにして
製造された均一な粉末混合物を、ウェット粉砕に続いて
乾燥させる場合、−軸または等圧圧縮、スリップキャス
ト、スリップ圧力グイキャスト、グイキャスト成形、バ
ンドキャストまたはその他の成形プロセスという公知の
プロセスによって多孔性素地に転換する。本発明による
この方法で成形された素地は、引き続いて不活性ガス雰
囲気の圧力下に、１７５０〜２０００℃の温度範囲で焼
成することが好ましい。この不活性ガス雰囲気の圧力は
、０．１〜２００ＭＰａであることが好ましい。使用さ
れる不活性ガスは、窒素が好ましい。通常の焼成時間は
、３０分〜５時間の間である。
に記載された通常のプロセスによって、即ち摩砕機、環
状隙間ミルまたは同様な装置において出発成分の激しく
混合するか或いは粉砕することによって行われる。この
方法において、α−３ｉ、Ｎ、、Ｙ２Ｏ３および場合に
よりＡｌ２Ｏ３を互いに粉砕し、そしてこのようにして
製造された均一な粉末混合物を、ウェット粉砕に続いて
乾燥させる場合、−軸または等圧圧縮、スリップキャス
ト、スリップ圧力グイキャスト、グイキャスト成形、バ
ンドキャストまたはその他の成形プロセスという公知の
プロセスによって多孔性素地に転換する。本発明による
この方法で成形された素地は、引き続いて不活性ガス雰
囲気の圧力下に、１７５０〜２０００℃の温度範囲で焼
成することが好ましい。この不活性ガス雰囲気の圧力は
、０．１〜２００ＭＰａであることが好ましい。使用さ
れる不活性ガスは、窒素が好ましい。通常の焼成時間は
、３０分〜５時間の間である。
本発明による窒化珪素セラミックスを製造するために、
熱後処理が行わなければならないことも見出された。こ
の熱後処理は、１２００〜１５００’Ｃで不活性ガス雰
囲気下に常圧で有効に行われる。利用される不活性ガス
は、窒素および／またはアルゴンが好ましい。本発明に
よる後処理の保持時間は、１０時間以上である。この熱
後処理の際に、結晶性二次相が、非晶質内部顆粒ガラス
相から晶出する。
熱後処理が行わなければならないことも見出された。こ
の熱後処理は、１２００〜１５００’Ｃで不活性ガス雰
囲気下に常圧で有効に行われる。利用される不活性ガス
は、窒素および／またはアルゴンが好ましい。本発明に
よる後処理の保持時間は、１０時間以上である。この熱
後処理の際に、結晶性二次相が、非晶質内部顆粒ガラス
相から晶出する。
本発明によるセラミックスの製造方法において、３〜６
重量％のイツトリウムおよび場合によっては０〜４重量
％の酸化アルミニウムを焼成添加剤としてα−窒化珪素
粉末、これは場合により表面を酸化させてもよいに加え
る。
重量％のイツトリウムおよび場合によっては０〜４重量
％の酸化アルミニウムを焼成添加剤としてα−窒化珪素
粉末、これは場合により表面を酸化させてもよいに加え
る。
更なる変法は、４〜１０重量％のＹ２Ｏ，および４重量
％までの酸化アルミニウムを加える際に、更に０．５〜
５重量％の二酸化チタンを加ることにある。
％までの酸化アルミニウムを加える際に、更に０．５〜
５重量％の二酸化チタンを加ることにある。
焼成および熱後処理の際、二酸化チタンは、窒化チタン
に転換され、このようにしてイットリウム−含有相の結
晶化を促進する。二酸化チタンを加えない場合、グラナ
イトおよびＹｚＳｉｚＯｌは、後処理の際に高い含有量
の上記酸化イツトリウムおよび酸化アルミニウムで結晶
化する。酸化イツトリウム、酸化アルミニウムおよび二
酸化チタンの代わりに、付加的な酸化アルミニウムまた
は二酸化チタンとともに或いはこれらなしで高温で酸化
物に転換しえる微量のその他のイツトリウム、アルミニ
ウムおよびチタン化合物を利用することもできる。上記
金属の硝酸塩類、炭酸塩類、シュウ酸塩類および酢酸塩
類をここで特に記載する。
に転換され、このようにしてイットリウム−含有相の結
晶化を促進する。二酸化チタンを加えない場合、グラナ
イトおよびＹｚＳｉｚＯｌは、後処理の際に高い含有量
の上記酸化イツトリウムおよび酸化アルミニウムで結晶
化する。酸化イツトリウム、酸化アルミニウムおよび二
酸化チタンの代わりに、付加的な酸化アルミニウムまた
は二酸化チタンとともに或いはこれらなしで高温で酸化
物に転換しえる微量のその他のイツトリウム、アルミニ
ウムおよびチタン化合物を利用することもできる。上記
金属の硝酸塩類、炭酸塩類、シュウ酸塩類および酢酸塩
類をここで特に記載する。
好ましい変法において、Ａｌ２Ｏ３粉末およびＴｉＯ□
粉末の機械的混合物の代わりにチタン酸アルミニウム（
ＡｌｚＴｉＯｓ）を付加的な酸化アルミニウムまたは二
酸化チタンとともに或いはこれらなしで焼成添加物とし
て利用することができるということが見出された。従っ
て、本発明によるセラミックスの製造にチタン酸アルミ
ニウムは、１０重量％までの量で、特に７重量％までの
量で使用されるのが好ましい。加えて、チタン酸アルミ
ニウムは、そのまま或いはその他の焼成助剤と組み合わ
せて窒化珪素セラミックスの優れた焼成添加剤として使
用することができる。この型の窒化珪素セラミッりは、
代表的な組成として、約８６重量％のα−窒化珪素、約
１０重量％の酸化イツトリウム粉末および約４重量％の
チタン酸アルミニウム粉末を含有する。これからの異な
る重量比は、明らかに本発明の一部分である。熱後処理
なしの標準製造法においても、焼成添加物としてのチタ
ン酸アルミニウムの使用は、酸化アルミニウムおよび二
酸化チタン粉末を用いて製造されたセラミ・ンクと比較
して改良された機械的特性のセラミックとなる。
粉末の機械的混合物の代わりにチタン酸アルミニウム（
ＡｌｚＴｉＯｓ）を付加的な酸化アルミニウムまたは二
酸化チタンとともに或いはこれらなしで焼成添加物とし
て利用することができるということが見出された。従っ
て、本発明によるセラミックスの製造にチタン酸アルミ
ニウムは、１０重量％までの量で、特に７重量％までの
量で使用されるのが好ましい。加えて、チタン酸アルミ
ニウムは、そのまま或いはその他の焼成助剤と組み合わ
せて窒化珪素セラミックスの優れた焼成添加剤として使
用することができる。この型の窒化珪素セラミッりは、
代表的な組成として、約８６重量％のα−窒化珪素、約
１０重量％の酸化イツトリウム粉末および約４重量％の
チタン酸アルミニウム粉末を含有する。これからの異な
る重量比は、明らかに本発明の一部分である。熱後処理
なしの標準製造法においても、焼成添加物としてのチタ
ン酸アルミニウムの使用は、酸化アルミニウムおよび二
酸化チタン粉末を用いて製造されたセラミ・ンクと比較
して改良された機械的特性のセラミックとなる。
本発明による窒化珪素セラミックが表す高い値の機械強
度により、機械工学における用途に特に好適となる。上
記のプロセスにより、特に１５００℃までの温度におけ
る用途のための上記セラミ・ンクスから高い強度の成分
、例えばターボスーパーチャージャーロータ類、ピスト
ンヘッド類、シリンダーヘッドプレート類、バルブフェ
ース類、パルプガイド類、ロッカーアーム類、ヒーター
プラグ類および予備燃焼室類としておよびガスタービン
類およびその他の数多くの用途例えば、ボールベアリン
グ類およびノズルおよび切断用セラミックス等の内燃機
関の範囲外における用途の成分を製造することができる
。
度により、機械工学における用途に特に好適となる。上
記のプロセスにより、特に１５００℃までの温度におけ
る用途のための上記セラミ・ンクスから高い強度の成分
、例えばターボスーパーチャージャーロータ類、ピスト
ンヘッド類、シリンダーヘッドプレート類、バルブフェ
ース類、パルプガイド類、ロッカーアーム類、ヒーター
プラグ類および予備燃焼室類としておよびガスタービン
類およびその他の数多くの用途例えば、ボールベアリン
グ類およびノズルおよび切断用セラミックス等の内燃機
関の範囲外における用途の成分を製造することができる
。
（実施例）
実施例１〜５
α−３ｉｓＮａ粉末（平均粒子径０．５ミクロン；９５
％α−１５％β−変性１２．５％のＳｉＯ□含有） 、
Ｙ２Ｏ３粉末（平均粒子径１．４ミクロン）およびＡｌ
□０．粉末（平均粒子径０．５ミクロン）を第１表に示
した量で、イソプロパツール中激しく混合し、そして湿
潤条件下に解凝集し、８５％の八１ｚＯｚおよび１２〜
１３％のＳｉＯ□からなる■Ｓ ｔｅｍａ ｆｏｘグラ
インディングボール（Ｈｏｅｃｈｓｔ ＣｅｒａｍＴｅ
ｃ ＡＧ）を使用して磨砕機中粉砕した。スリップをロ
ータリーエバポレータで乾燥した後、このようにして得
られた粉末を、３００ＭＰａの圧力で等圧圧縮して６０
Ｘ１５Ｘ１０ｍｍ’程度の寸法の素地とした。この素地
を、０．ＩＭＰａのＮ２圧の下に１．５時間かけて１８
００℃まで昇温し、１時間１８００℃で等圧焼成し、次
いで約３時間かけて室温まで冷却した。４．５ Ｘ３．
５ Ｘ４５ｍｍ３ｆ程度の寸法の試験ロッドをダイアモ
ンドカッターを使用して焼結セラミックから切断しくｓ
ａｉｍｎ）、研磨し、そして空気中室温および１２００
℃で４０／２０ ｔｔｍのベアリングにおいて４点試験
で曲げ強度について試験した。粉末混合物の組成および
得られた強度の値を第１表に示す。
％α−１５％β−変性１２．５％のＳｉＯ□含有） 、
Ｙ２Ｏ３粉末（平均粒子径１．４ミクロン）およびＡｌ
□０．粉末（平均粒子径０．５ミクロン）を第１表に示
した量で、イソプロパツール中激しく混合し、そして湿
潤条件下に解凝集し、８５％の八１ｚＯｚおよび１２〜
１３％のＳｉＯ□からなる■Ｓ ｔｅｍａ ｆｏｘグラ
インディングボール（Ｈｏｅｃｈｓｔ ＣｅｒａｍＴｅ
ｃ ＡＧ）を使用して磨砕機中粉砕した。スリップをロ
ータリーエバポレータで乾燥した後、このようにして得
られた粉末を、３００ＭＰａの圧力で等圧圧縮して６０
Ｘ１５Ｘ１０ｍｍ’程度の寸法の素地とした。この素地
を、０．ＩＭＰａのＮ２圧の下に１．５時間かけて１８
００℃まで昇温し、１時間１８００℃で等圧焼成し、次
いで約３時間かけて室温まで冷却した。４．５ Ｘ３．
５ Ｘ４５ｍｍ３ｆ程度の寸法の試験ロッドをダイアモ
ンドカッターを使用して焼結セラミックから切断しくｓ
ａｉｍｎ）、研磨し、そして空気中室温および１２００
℃で４０／２０ ｔｔｍのベアリングにおいて４点試験
で曲げ強度について試験した。粉末混合物の組成および
得られた強度の値を第１表に示す。
実施例６
セラミックスの製造および強度試験を実施例１〜５のよ
うに行った。しかしながら、実施例１〜５との相違とし
て、以下の混合物；即ち８５．９％のα−５ｔＪａ ；
１０．０％のＹｚ０３；２．３％のＡｌ□０３；およ
び工。
うに行った。しかしながら、実施例１〜５との相違とし
て、以下の混合物；即ち８５．９％のα−５ｔＪａ ；
１０．０％のＹｚ０３；２．３％のＡｌ□０３；およ
び工。
８χのＴｉＯ□を使用した。Ｘ−線回折分析は、β−５
ｉＪｎに加えＴｉＮも 該セラミックス中に存在したこ
とを示している。強度データを第１表に示す。
ｉＪｎに加えＴｉＮも 該セラミックス中に存在したこ
とを示している。強度データを第１表に示す。
実施例７
セラミックスの製造および強度試験を実施例１〜５のよ
うに行った。しかしながら、実施例１〜５との相違とし
て、以下の混合物；即ち８５．９％のα−８１，ＩＮａ
； １０．９％のｙ、ｏ、 、および４．１χのＡｌ
ｚＴｉＯｓを使用した。Ｘ−線回折分析は、β−３ｉ３
Ｎ、に加えＴｉＮも 該セラミックス中に存在したこと
を示している。強度データを第１表に示す。
うに行った。しかしながら、実施例１〜５との相違とし
て、以下の混合物；即ち８５．９％のα−８１，ＩＮａ
； １０．９％のｙ、ｏ、 、および４．１χのＡｌ
ｚＴｉＯｓを使用した。Ｘ−線回折分析は、β−３ｉ３
Ｎ、に加えＴｉＮも 該セラミックス中に存在したこと
を示している。強度データを第１表に示す。
実施例８〜１４
各々実施例１〜７の方法に従って製造された窒化珪素セ
ラミック体を０． ＩＭＰａのＮ２雰囲気下に熱後処理
を行った。この後処理の際に、上記セラミック体を１時
間かけて１３５０℃にまで昇温し、２４時間等圧条件下
に１３５０℃で保持し、次いで再び３時間かけて室温ま
で冷却した。冷却した後、上記セラミック体を４．５
Ｘ３．５ Ｘ４５ｍｍ３の寸法に切断し、その曲げ強度
を２５℃および１２００℃で４点試験で測定した。得ら
れた値を第２表に示す。Ｘ−１回折によって同定された
結晶質相も示す。第１図および第２図は、実施例１１お
よび実施例１３に相当する窒化珪素セラミックスのＸ−
線回折パターンを示すものである。
ラミック体を０． ＩＭＰａのＮ２雰囲気下に熱後処理
を行った。この後処理の際に、上記セラミック体を１時
間かけて１３５０℃にまで昇温し、２４時間等圧条件下
に１３５０℃で保持し、次いで再び３時間かけて室温ま
で冷却した。冷却した後、上記セラミック体を４．５
Ｘ３．５ Ｘ４５ｍｍ３の寸法に切断し、その曲げ強度
を２５℃および１２００℃で４点試験で測定した。得ら
れた値を第２表に示す。Ｘ−１回折によって同定された
結晶質相も示す。第１図および第２図は、実施例１１お
よび実施例１３に相当する窒化珪素セラミックスのＸ−
線回折パターンを示すものである。
実施例１〜６および実施例１２は、比較例である。
本発明に従って実施例８〜１１と実施例１〜４、実施例
１３と実施例１２および実施例７と実施例１４の間の比
較を行った。
１３と実施例１２および実施例７と実施例１４の間の比
較を行った。
第１表
Ｙ２Ｏ３，Ａｌｚ０３、ＴｔＯ□および／またはＡｌ２
ＴｔＯｓを焼成助剤として使用し、残部はＳｉ、Ｎ、で
ある窒化珪素セラミックスの４点曲げ強度グ。
ＴｔＯｓを焼成助剤として使用し、残部はＳｉ、Ｎ、で
ある窒化珪素セラミックスの４点曲げ強度グ。
ミンクの×−線回折反射パターンをこれに含まれる新規
イットリウム−含有結晶質相（ｏ）とともに示したＸ−
線回折反射図であり、そして 第２図は、この型の窒化珪素セラミックのχ−回折パタ
ーンを示す図面である。
イットリウム−含有結晶質相（ｏ）とともに示したＸ−
線回折反射図であり、そして 第２図は、この型の窒化珪素セラミックのχ−回折パタ
ーンを示す図面である。
Claims (16)
- （１）少なくとも９０重量％のβ−窒化珪素およびＸ−
線回折によって測定されたｄ値が４．６９Å；４．０５
Å；３．４８Å；３．２０Å；３．０６Å；２．８１Å
；２．４０Å；２．０７Å；および１．８７Åであるこ
とで特徴付けられる１０重量％以下のイットリウム−含
有結晶質相を含有する窒化珪素セラミックであって、最
強回折反射がｄ値３．０６ű０．０１Åを有し、且つ
窒化珪素が場合によりＸ−線に対して非晶質のガラス相
の残部を含有する上記窒化珪素セラミック。 - （２）少なくとも８５重量％のβ−窒化珪素およびＸ−
線回折によって測定されたｄ値が４．６９Å；４．０５
Å；３．４８Å；３．２０Å；３．０６Å：２．８１Å
；２．４０Å：２．０７Å；および１．８７Åであるこ
とで特徴付けられる１５重量％以下のイットリウム−含
有結晶質相を含有する窒化珪素セラミックであって、最
強回折反射がｄ値３．０６ű０．０１Åを有し、且つ
５重量％までの窒化チタンおよび０またはそれ以上のＸ
−線に対して非晶質のガラス相の残部を含有するする上
記窒化珪素セラミック。 - （３）イットリウム−含有結晶質相がイットリウムだけ
でなく珪素、酸素および場合により窒素をも含有する請
求項１または２に記載の窒化珪素セラミック。 - （４）β−窒化珪素に加えておよび０またはそれ以上の
Ｘ−線に対して非晶質のガラス相の残部を含有し、結晶
構造が請求項１に記載したイットリウム−含有結晶相の
ものと同一である結晶相を含有し、イットリウムが一部
或いは全部が他の希土類元素で置き換えられている請求
項１〜３のいずれか一つに記載の窒化珪素セラミック。 - （５）出発物質としてα−窒化珪素および酸化イットリ
ウムまたはＹ＿２Ｏ＿３先駆体および０〜４重量％のＡ
ｌ＿２Ｏ＿３を激しく混合し、該混合物にけるＹ＿２Ｏ
＿３の含有量が３〜６重量％であり、得られた粉末混合
物を成形して素地を形成し、後者を１〜１００バールの
圧力下に窒素雰囲気中で１７５０〜２０００℃で焼成し
、そして該焼成体を１２００〜１５００℃で少なくとも
１０時間不活性雰囲気下に熱後処理せしめることからな
る請求項１、３または４項のいずれか一つに記載の窒化
珪素セラミックの製造方法。 - （６）出発物質としてα−窒化珪素および酸化イットリ
ウムまたはＹ＿２Ｏ＿３先駆体および０〜４重量％のＡ
ｌ＿２Ｏ＿３および０．５〜５重量％のＴｉＯ＿２を激
しく混合し、該混合物にけるＹ＿２Ｏ＿３の含有量が４
〜１０重量％であり、得られた粉末混合物を成形して素
地とし、後者を１〜１００バールの圧力下に窒素雰囲気
中１７５０〜２０００℃で焼成し、そして該焼成体を１
２００〜１５００℃で少なくとも１０時間不活性雰囲気
下に熱後処理せしめることからなる請求項２、３または
４項のいずれか一つに記載の窒化珪素セラミックの製造
方法。 - （７）上記素地を不活性ガス雰囲気下に１３００〜１４
００℃で２０〜３０時間熱後処理してセラミック体とす
る請求項５または６項に記載の方法。 - （８）上記出発物質の激しい混合が磨砕機或いは環状間
隙ミル（ａｎｎｕｌａｒ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｍｉｌ
ｌ）中で行われる請求項５または６項に記載の方法。 - （９）成形が冷間等圧または一軸圧縮、スリップキャス
ト、ダイキャストモールディング或いはバンドキャスト
によって行われる請求項５〜８のいずれか一つに記載の
方法。 - （１０）素地の焼成が０．１〜２００ＭＰａの窒素の不
活性ガス雰囲気下に１７５０〜２０００℃で０．５〜５
時間行われる請求項５または６項に記載の方法。 - （１１）セラミック出発物質の組成物が４〜１０重量％
の酸化イットリウム粉末、０〜４重量％の酸化アルミニ
ウム粉末、および０〜５重量％の二酸化チタン粉末また
はアリコート量の分解性Ｙ，ＡｌおよびＴｉ化合物を含
有する請求項５および６項の少なくとも一つに記載の方
法。 - （１２）Ｙ化合物およびＡｌ化合物がその硝酸塩、炭酸
塩、シュウ酸塩および／または酢酸塩の形態で利用され
る請求項１１項に記載の方法。 - （１３）Ａｌ＿２Ｏ＿３およびＴｉＯ＿２の当モル混合
物の代わりに少なくとも部分的にチタン酸アルミニウム
粉末を使用する請求項６に記載の方法。 - （１４）セラミック出発物質の組成物が焼成助剤として
４〜１０重量％の酸化イットリウム粉末またはアリコー
ト量の分解性Ｙ化合物および７重量％までのチタン酸ア
ルミニウム粉末を含有する求項１３に記載の方法。 - （１５）請求項１〜４に記載の窒化珪素セラミックを内
燃機関、ガスタービン、ボールベアリング、ノズルおよ
び切断用セラミックとして使用する方法。 - （１６）ターボスーパーチャージャーローター、ピスト
ンヘッド、シリンダーヘッドプレート、バルブフェース
、バルブガイド、ロッカーアーム、加熱プラグおよび予
備燃焼室として使用する請求項１６に記載の使用方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3840173A DE3840173A1 (de) | 1988-11-29 | 1988-11-29 | Siliciumnitridkeramik mit devitrifizierter integranularer glasphase und verfahren zu ihrer herstellung |
| DE3840173.8 | 1988-11-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02184572A true JPH02184572A (ja) | 1990-07-19 |
| JP2848876B2 JP2848876B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=6368069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1304957A Expired - Lifetime JP2848876B2 (ja) | 1988-11-29 | 1989-11-27 | 失透された内部顆粒相を有する窒化珪素セラミックおよびその製法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5128287A (ja) |
| EP (1) | EP0371420B1 (ja) |
| JP (1) | JP2848876B2 (ja) |
| DE (2) | DE3840173A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6973277B2 (en) | 2003-11-25 | 2005-12-06 | Eastman Kodak Company | Printing apparatus and method with improved control of airflow |
| US7031633B2 (en) | 2003-11-25 | 2006-04-18 | Eastman Kodak Company | Printing apparatus and method with improved control of humidity and temperature |
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| DE4126509C2 (de) * | 1991-08-08 | 1997-01-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung einer Siliziumnitridkeramik |
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| JP4744704B2 (ja) * | 2000-03-16 | 2011-08-10 | 株式会社東芝 | 耐摩耗性部材の製造方法 |
| CN112851365B (zh) * | 2021-02-02 | 2022-03-29 | 中材高新氮化物陶瓷有限公司 | 一种氮化硅基复相导电陶瓷的制备方法 |
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1988
- 1988-11-29 DE DE3840173A patent/DE3840173A1/de not_active Withdrawn
-
1989
- 1989-11-25 DE DE58909410T patent/DE58909410D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-25 EP EP89121810A patent/EP0371420B1/de not_active Expired - Lifetime
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Cited By (2)
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| EP0371420B1 (de) | 1995-08-30 |
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| DE58909410D1 (de) | 1995-10-05 |
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