JPH02239155A - 窒化けい素焼結体の製造方法 - Google Patents

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、窒化けい素焼結体の製造方法に関し、とくに
、高温構造用材料としてより好適な高熱用窒化けい素焼
結体の製造方法についての提案である。

〔従来の技術〕

窒化けい素焼結体は、窒化けい素粉末に焼結助荊を添加
して所定の形状に成形し、常圧または加圧下の１７００
〜１８００℃の温度で加熱焼結することによって製造す
るのが最も一般的である。

ここで用いられる窒化けい素粉末は、例えば、■シリコ
ンジイミドやシリコンテトライミドなど、シリコンのイ
ミド化合物（これを「シリコンイミド」と言う）を、窒
素やアルゴンなどの非酸化性ガス、この非酸化性ガスと
水素ガスとの混合ガス雰囲気中で加熱することにより、
該前記シリコンイミドを熱分解させる、いわゆる“イミ
ド分解法”によって得た窒化けい素粉末、■金属けい素
粉末を窒素および／またはアンモニアガスの雰囲気中で
１１００〜１６００℃の温度で加熱して、該金”，．，
い素を直接窒化させ窒化けい素とする、いわゆる“直接
窒化法”と称する方法によって得た窒化けい素粉末、■
けい素酸化物に炭素物質を加え″″：７′雰囲気中で還
元窒化させる、いわゆる“シリカ還元法”によって得た
窒化けい素粉末であった。

これらの中で主に用いられている粉末は、従来、イミド
分解窒化けい素粉末と直接法窒化けい素粉末のどちらか
を、単独で使用していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

さて、上記従来技術のうち、“イミド分解法”により得
た窒化けい素粉末を原料として用いる方法は、焼結体の
密度が高く、強度の優れた焼結体を得ることができる。

しかしながら、成形する際の充填率が低いために、乾燥
時や脱バインダ一時にひび割れを生じたりしてグリーン
成形体に欠陥が入り易かった。また、焼成時の収縮率が
大きくなるため、焼結後の寸法精度が悪くなったり、特
に形状が太き《なった場合や形状が複雑な製品を製造し
ようとすると、焼成時の収縮が大きいがために欠陥が入
り易いという重大な問題があった。

これに対し、“直接窒化法”により得た窒化けい素粉末
を原料とする上記従来方法は、プレス成形やスラリー成
形により所定形状に成形した場合、充填率が高く、寸法
精度も良い。しかしながら、焼結体の強度特性がバラッ
クという欠点があった。

すなわち、このような粉末原料を用いる従来の窒化けい
素焼結体の製造方法は、焼結後の寸法精度も良い反面、
高い強度の焼結体製品を歩留り良く得るのが難しいとい
う状況にあった。

本発明は、前記各従来技術の欠点を克服することを目的
とし、強度特性に優れ、一方では高い充填率が得られて
寸法精度の良い窒化けい素焼結体を歩留り良く得る有利
な製造方法を開発提案するところにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、上掲の目的を実現すべく鋭意研究した結
果、出発原料の違いが、最終製品（焼結体）に与える影
響が大きいことに着目し、次のような原料調整を特徴と
する方法によって高熱用窒化けい素焼結体を製造する方
法に想到した。

すなわち、本発明は、シリコンイミドを加熱分解するこ
とよって得られるイミド分解窒化けい素粉末と、金属け
い素を窒素雰囲気中で加熱して直接窒化することによっ
て得られる直接法窒化けい素粉末とを、前記イミド分解
窒化けい素１０〜８０ｗｔ％に対し、直接法窒化けい素
粉末９０〜２０ｗｔ％を混合し、成形し、その後加熱焼
結することを特徴とする窒化けい素焼結体の製造方法、 である。

〔作　用〕

さて、出発原料の１つであるところの、シリコンジイミ
ドおよびシリコンテトライミドなどのシリコンイミドは
、常温以下での四塩化けい素とアンモニアとの反応によ
って製造することができるものである。このシリコンイ
ミドを、窒素やヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスま
たは非酸化性ガスと水素との混合ガス雰囲気下で、１２
００〜１６００℃の温度で加熱することにより、本発明
で使用するイミド分解窒化けい素粉末が得られる。

また、本発明の一方の出発原料である直接窒化による窒
化けい素粉末は、金属けい素を窒素ガスまたは込要によ
りアンモニアガスとの混合ガス雰囲気中で１１００〜１
６００℃の温度で直接加熱窒化することにより得られる
。

なお、上述のようにして得られた窒化けい素は、一部が
焼結しているので、これらを粉砕して微粉末とし、本発
明で使用する原料とする。

この発明の特徴は、原料として上記イミド分解窒化けい
素粉末と金属シリコンの窒化により得た直接法窒化けい
素粉末との混合粉末を用いることにある。出発原料がこ
れらの混合粉末になることによって、それぞれのもつ欠
点が他方の粉末によって緩和される一方で、利点がその
ままに残ることにある。

これら両粉末の混合割合は、イミド分解窒化けい素粉末
１０〜８０社％に対し、直接法窒化けい素粉末９０〜２
０１％を混合する。イミド分解窒化けい素粉末の量が１
０ｗｔ％に満たないか、前記直接法窒化けい素粉末の量
が９０ｗｔ％を超えると、両粉末を混合して用いること
による効果が全く発現せず、直接窒化の窒化けい素粉末
を単独で用いる従来法と同じくなる。

一方、イミド分解窒化けい素粉末の量が８０帆％を超え
るか、直接法窒化けい素粉末の量が２０１ＡＩＬ％未満
になると、イミド分解窒化けい素粉末の成形性の悪さが
そのまま現れてしまい、混合する意味がないのである。

？述のように混合調整された混合粉末は、通常の成形方
法、すなわち、金型ブレス成形，射出成形，押出し成形
，泥しよう鋳込み法などにより成形し、ついでその成形
体を窒素、アルゴン、ヘリウムなど非酸化性ガス雰囲気
または気流中で１６００〜１８００℃の温度で加熱焼結
する。この焼結温度が１６００℃未満では緻密化が不十
分となり、結果として得られる焼結体の強度が低くなる
う一方、１８００℃を超えると窒化けい素自体の分解が
激しくなり、やはり低強度となりがちである。

上記の他、非酸化性ガスにより焼成炉内圧力を加圧条件
として１８００℃以上の窒化けい素の分解を抑制しつつ
焼成するガス圧焼結法や、通常のホットプレスＨＩＰ法
等の焼結手段も、もちろん本発明に適用することができ
る， なお、上記混合粉末に対しては、窒化けい素粉末総量に
対し、５〜５０ｗｔ％のＳｉＣなどの炭化物、ＯＮなど
のホウ化物、ＡＩ．ｚＯ：＋，　ＺｒＯ■などの酸化物
を混合することができる。このような添加物を混合し，
で焼結することにより、例えば靭性，耐酸化性，耐熱衝
撃性などの改善を試みることができる。

〔実施例〕

イミド分解窒化けい素粉末（平均粒径０．８μ）と；直
接窒化法により製造された窒化けい素粉末（平均粒径１
．０μｍ）とを； 第１表に示す配合割合で混合し、水を分散媒とした泥し
ようを作成し、石膏型枠内に流し込み成形した。各配合
で同一形状品を１０コずつ作成した。

ついで、この成形体を上記加熱炉内に装入し、窒素雰囲
気中で１７５０℃，２時間加熱して板状の窒化けい素焼
結体（寸法５０ｍ　Ｘ　５０ｍ　Ｘ　６　ｔｍ　）を得
た。

得られた焼結体について外観検査，密度測定を行った後
、焼結体よりＪＩＳ曲げ試験片を切り出し、三点曲げ強
度を測定した。その結果をまとめて第１表に示す。

非中の歩留りは、作製した１０コの焼結品中、外観検査
により欠陥（ひび割れ、極端な変形）が認められなかっ
た割合を表示した。欠陥品数は、成形品乾燥時に生じた
ものと焼結時に生じたものの合計数である６ 第１表 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明方法により製造した窒化け
い素焼結体は、強度に優れ、また焼結時の収縮も小さく
、寸法精度の良好なものが高い歩留りで得られることか
ら、混合する２種の窒化けい素粉末の特徴が減殺される
ることな《、それらの特徴がそのまま生かされて実用性
の高い焼結体が得られる。

この表からわかるように、本発明の焼結体の場合、強度
は９５ｋｇ／ｍｍ”以上と高く、イミド分解窒化けい素
粉末のもつ特徴がそのまま維持できると共に、一方では
グリーン密度が大きく、焼結時の収縮が少ないために寸
法精度が良く、グリーン成形体の乾燥中の割れや焼結時
の割れ、変形が少なく、いわゆる直接窒化法で製造した
窒化けい素粉末原料のもつ特徴をも併せ持つものである
ことが明らかである。

特許出願人　日本重化学工業株式会社 代理人　弁理士　　小　川　順　三 同　　弁理士　　中　村　盛　夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．シリコンイミドを加熱分解することよって得られる
   イミド分解窒化けい素粉末と、金属けい素を窒素雰囲気
   中で加熱して直接窒化することによって得られる直接法
   窒化けい素粉末とを、前記イミド分解窒化けい素１０〜
   ８０ｗｔ％に対し、直接法窒化けい素粉末９０〜２０ｗ
   ｔ％を混合し、成形し、その後加熱焼結することを特徴
   とする窒化けい素焼結体の製造方法。