JPH02255573A - 高靭性窒化珪素焼結体の製造法 - Google Patents
高靭性窒化珪素焼結体の製造法Info
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- JPH02255573A JPH02255573A JP1077177A JP7717789A JPH02255573A JP H02255573 A JPH02255573 A JP H02255573A JP 1077177 A JP1077177 A JP 1077177A JP 7717789 A JP7717789 A JP 7717789A JP H02255573 A JPH02255573 A JP H02255573A
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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
（産業上の利用分野）
本発明は、強度や熱衝撃抵抗が大きいため、自動車部品
やその他の機械部品への応用が期待されている高靭性窒
化珪素焼結体の製造法に関する。 （従来の技術） 従来より、窒化珪素焼結体の焼結法としては、ホットプ
レス法、熱間静水圧法、常圧焼結法、ガス圧焼結法等々
が開発されている。原料粉末としては、α型を主成分と
する窒化珪素粉末が望ましいとされており、−船釣には
、α率が８５％以上（すなわち、β率が１５％以下）の
ものが市販されている。 このように高α率の窒化珪素粉末を用いるのは。 ■α型は低温安定型なので、低い温度で合成でき、コス
ト的に有利である。 ■α型は細かく焼結性が高い。 ■焼結中にα型がβ型に転移し、その際、柱状粒子が発
達する。破壊はクラックガ進むことによって起こるが、
この柱状粒子はクラックの方向を変え、焼結体の破壊靭
性を上げる効果がある。 等の理由からであった。 （発明が解決しようとする課題） 一方、破壊靭性は異常成長した粒子のアスペクト比（長
軸／短軸比）に比例し、この粒子の形状は原料中のα率
に比例するとされてきたので、β型の窒化珪素粉末は原
料として用いられていなかった。 しかし、高α率の窒化珪素粉末は、 ■細かく活性なため、保存中、或いは混合や成形操作の
際に、酸素や水蒸気と反応しやすい。 ■低温で合成する必要性から、非晶質を含む場合があり
、結晶化の際にガスを放出し、焼結を阻害する。 ■破壊靭性を高める目的で柱状粒子の異方性を大きくす
ると、焼結性が低下したり、欠陥が大きくなり、強度が
低いものとなる。 ■柱状粗粒子異常成長粒子であり、原料や成形焼結条件
等の複雑な因子によってその形。 大きさ、量が決定されるので１組織の制御は容易ではな
い。 ■一定収率速度の条件下で焼結すると、より高密度の焼
結体が得られるが、α型は焼結挙動が複雑で収縮速度が
制御できない。 等々の問題点があった。 本発明者の１人は、先に、高窒素下で高温での焼結が可
能になるガス圧焼結法を開発し提案した（特許第１，２
４７，１８３号）。・ガス圧焼結法によると、従来、焼
結性が低いと考えられていたβ型窒化珪素粉末を用いて
も高密度まで焼結し得ることは知られているところであ
る（“ジャーナル・オブ・マテリアルス・サイエンス”
、第１１巻、ｐ。 １１０３〜１１０７（１９７６）及び特公昭５８−１５
１３７１号公報参照）。しかし、前記提案によれば、β
型窒化珪素粉末を用いて得られる焼結体は球状に近い粒
子から成り立ち、α型粉末を用いた場合における柱状粒
子のようにクラックを曲げる作用がないため、破壊靭性
の高い焼結体は得られなかった。 本発明の目的は、上述の如くβ型窒化珪素粉末。 を用いる従来法の問題点を解決するためになされたもの
であって、高靭性の窒化珪素焼結体を製造できる方法を
提供するにある。 （課題を解決するための手段） 本発明者らは、高温で不安定なα型窒化珪素粉末を用い
ると、焼結中に異常粒成長が起こり、得られた焼結体の
組織が不均一になり、強度分布が大きくなることに鑑み
て、β型窒化珪素粉末を使用しても、高靭性で、かつ、
均一組織を持つ焼結体が得られる方法について鋭意研究
を重ねた。その結果、高温安定型の細かいβ型窒化珪素
粉末を用いて特定条件でガス圧焼結することにより、組
織が均一で、破壊靭性が大きい焼結体が得られることを
知見するに至り１本発明を完成したものである。 すなわち、本発明は、β型を主成分とし、平均粒径１．
５μ園以下の窒化珪素粉末に焼結助剤を混合し、成形後
、２〜２００気圧の窒素中で１８００〜２１００℃にて
焼結することを特徴とする高靭性窒化珪素焼結体の製造
法を要旨とするものである。 また、他の本発明は、β型を主成分とし、平均粒径１．
５μｍ以下の窒化珪素粉末と、純粋なβ型で平均粒径２
．５〜５μｌの窒化珪素粉末とを重量比で９５：５〜７
５：２５の割合で配合し、これに焼結助剤を混合し、成
形した後、２〜２００気圧の窒素中で１８００〜２１０
０℃にて焼結することを特徴とする高靭性窒化珪素焼結
体の製造法を要旨とするものである。 以下、本発明について更に詳述する。 （作用） β型を主成分とする窒化珪素粉末は、細かいものである
必要があり、平均粒径１．５μｍ以下、望ましくは０．
３〜１μ■のものを用いる０粒径が１゜５μ閣よりも大
きいと焼結体の粒子が大きく、また大きな残留気孔が存
在することになるので、破壊靭性、強度とも低くなり、
好ましくない。β型を主成分とする粉末は、β型が７０
〜１００ｗｔ％、α型が０〜３０ｖｔ％のものが好まし
いが、望ましくはβ型ｆＰ８５〜１００ｗｔ％、α型が
０〜１５ｗｔ％のものである。α型の含有率が３０ｗｔ
％を超えると焼結中にα→βの転移が起こり、それが粒
成長を促進するので異常粒成長が起こり、不均一な組織
となるので好ましくない。 窒化珪素は焼結助剤が生成した液相を通って拡散し焼結
する液相焼結によるが、高温で不安定なα型粉末の場合
は、焼結と相変化が同時に起こり、異常粒成長が起こる
。成長した粒子の形や大きさが焼結体の破壊靭性を支配
するが、初期に生成したβ型粒子の核の形や数及び焼結
条件等に大きく依存し、制御することは困難である。
一方、高温安定型のβ型粉末の場合は、最初から核が存
在するので、焼結と共に小さな粒子が消滅し、大きな粒
子上に析出する反応が起こるだけである。粒子は球状に
近い形態を保ったまま一定の粒度分布の幅を保ったまま
粒成長する。したがって、α型粉末の場合のように異常
成長がないので、より高密度まで焼結し得る。しかも、
破壊の際、クラックは一部の大きな粒子で曲げられ、破
壊靭性は高くなる。このように球状に近い粒子によって
も高靭性化の機構が働くのが、β型粉末から得られる窒
化珪素焼結体の特徴である。 また、粒成長のための核として、平均粒径２゜５〜５μ
ｍの純粋なβ型粉末を５〜２５％（上記β型を主成分と
する窒化珪素粉末に対する重量比）配合すると、小さく
均一な粒子の間に大きな粒子が成長し、靭性を更に上げ
ることができる。この純粋なβ型粉末の平均粒径は、望
ましくは３〜４ミクロンであり、混合割合は、望ましく
は５〜１５％である。粒径及びその混合量がその下限値
より小さいと核としての効果がなく、大きすぎると組織
全体が粗粒成し、靭性や強度が低下するので好ましくな
い。 なお、原料粉末中の不純物は、金属は合計で０゜４ｗｔ
％以下、酸素は１．５ｗｔ％以下のものが望ましい。こ
れら不純物は靭性値には大きな影響を及ぼさないが、高
温強度を低下させるからである。 焼結助剤としては、Ａｎ、Ｏ，、Ｙ、Ｏ，又はランタニ
ド金属酸化物のうちの２種類以上を用いる。 単独では焼結促進の効果が悪い、ＡＱ、Ｏ，は前記他の
物質よりも効果が大きいが、焼結体の高温強度を低下さ
せるので、その量は少ない方がよい。 すなわち、Ａｇ２Ｏ，と他の酸化物の混合物を使用する
ときは合計で３〜１ｏｗｔ％、望ましくは４〜８ｗｔ％
とする。なお、ＡＱ、Ｏ，の量は０．３〜３重量％、望
ましくは１〜２重量％、Ｙ２Ｏ３又はランタニド金属の
量はそれぞれ２〜７ｗｔ％、望ましくは４〜６ｗｔ％で
ある。 また、Ｙ、Ｏ，又はランタニド金属酸化物の混合物を用
いる場合は、前記の場合よりも多量に必要であり、合計
で５〜１５ｗｔ％、望ましくは７〜１２ｗｔ％どする。 なお、この場合、焼結助剤の量が所定量よりも少ないと
効果が十分でなく、緻密な焼結体は得られない。焼結助
剤が多すぎるとコストが高くなるだけでなく、耐酸化性
等、高温での特性を低下させる。 上記窒化珪素粉末と焼結助剤の混合は、窒化珪素の酸化
を防ぐために有機溶媒中で行うのが望ましい、乾燥後、
静水圧プレス、射出成形、鋳込み成形等、通常の方法で
成形する。 焼結は２〜２００気圧の加圧窒素中で１８００〜２１０
０℃の温度範囲で行う。窒素は、窒化珪素の熱分解を防
ぐために必要で、高温はど高圧を用いる。必要な最低圧
は１８００℃で２気圧、１９００℃で５気圧、２０００
℃で１０気圧、２１００℃で２０気圧である。所定圧力
よりも低いと窒化珪素は熱分解し、窒素を放出してシリ
コンとなるので望ましくない。所定圧より高くてもよい
が、装置が高価になる。窒素圧２〜５０気圧、温度１８
００〜２０００℃で開気孔のない焼結体を作り、第１段
より更に高圧の条件下（５０〜２００気圧）で１８５０
〜２１００℃にて焼結すると更に高密度、高強度の焼結
体を得ることができる。 焼結は、一般に１０〜ｂ 温後、所定範囲内の一定温度に３０分〜４時間、望まし
くは１〜３時間保持する。更に実際の焼結が起こる１５
００℃以上においては、線収縮率を一定にして焼結する
と、粒成長速度に比べ気孔除去速度が大きくなるので、
均一組織となり、高密度、高強度の焼結体が得られるの
で望ましい。そのためには線収縮率を０．５〜１．７５
％／ｍｉｎとするのが望ましい。この範囲より低いと長
時間要し実際的ではなく、また高すぎると昇温速度を大
きくする必要があり、大出力の電源が必要となる。 線収縮率を一定にするには、予め、昇温スケジュールと
収縮率の関係を、小さな試料を用い、差動変圧器を備え
た炉で求めておいて利用するとよい。 大きな部品でも昇温スケジュールを同じにすれば線収縮
率は一定に制御することは容易である。β型粉末は１５
５０〜１９００℃の間に１段階で焼結するので収縮率の
制御は容易であるが、α型粉末は２段階で焼結するので
収縮率の制御は困難である。 上記のように、β型を主成分とする窒化珪素粉末を用い
ると、焼結体中の粒子の粒度分布を一定に保つことがで
きる。また異常粒成長がないので焼結条件の少しの変動
は大きく影響しない。このため、β型粉末は焼結性がα
型より高く、高密度。 高強度の焼結体が得られる。また、破壊の際に大きな粒
子がクラックの方向を曲げ、破壊エネルギーは大きくな
り、破壊靭性は大きいものとなる。 α型から得られた焼結体が繊維強化型の高靭性化機構を
示すのに対し、β型から得られる焼結体は粒子分散型の
機構である。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 裏庭■上 β型を主成分とする窒化珪素粉末（平均粒径０゜８μ市
、β型／（α型＋β型）＝０．９、金属不純物合計０．
３５ｗｔ％、酸素含有率１，２ｗｔ％）に、焼結助剤と
してアルミナ（純度９９．９９％、平均粒径０．３ｐｍ
）、Ｙ ｚ Ｏ３（純度９９．９％、平均粒径０．５μ
ｍ）、ランタニド金属酸化物（純度〉９９％、平均粒径
〈０．８μｍ）を第１表に示す所定量にて加えた後、ｎ
−ヘキサン中で窒化珪素製ボールミルで３時間混合した
。 次いで、空気中、８０℃で乾燥後、２５０Ｓｃｇ／Ｃ１
１２で金型プレスした後、２ ｔｏｎ ／ ｃｍ”で静
水圧プレスし、柱状の成形体とした。成形体を第１表に
示す種々の条件で焼結した後、水を用いたアルキメデス
法で密度を求め、気孔率を算出した。次いで、６００メ
ツシユのダイヤモンドホイールで平面研削し、約３ｍ＋
ｓＸ４＋＋＋ｍＸ４０ｍｍの試料片とし、強度及び破壊
靭性を調べた。それらの結果を第１表に併記する。 なお１強度はＪＩＳＲ１６０１によりスパン３０ＩＩ１
１の３点曲げにより求めた。破壊靭性はシェブロンノツ
チ法で決定した。 第１表より、いずれも高靭性、高強度の焼結体が得られ
ていることがわかる。
やその他の機械部品への応用が期待されている高靭性窒
化珪素焼結体の製造法に関する。 （従来の技術） 従来より、窒化珪素焼結体の焼結法としては、ホットプ
レス法、熱間静水圧法、常圧焼結法、ガス圧焼結法等々
が開発されている。原料粉末としては、α型を主成分と
する窒化珪素粉末が望ましいとされており、−船釣には
、α率が８５％以上（すなわち、β率が１５％以下）の
ものが市販されている。 このように高α率の窒化珪素粉末を用いるのは。 ■α型は低温安定型なので、低い温度で合成でき、コス
ト的に有利である。 ■α型は細かく焼結性が高い。 ■焼結中にα型がβ型に転移し、その際、柱状粒子が発
達する。破壊はクラックガ進むことによって起こるが、
この柱状粒子はクラックの方向を変え、焼結体の破壊靭
性を上げる効果がある。 等の理由からであった。 （発明が解決しようとする課題） 一方、破壊靭性は異常成長した粒子のアスペクト比（長
軸／短軸比）に比例し、この粒子の形状は原料中のα率
に比例するとされてきたので、β型の窒化珪素粉末は原
料として用いられていなかった。 しかし、高α率の窒化珪素粉末は、 ■細かく活性なため、保存中、或いは混合や成形操作の
際に、酸素や水蒸気と反応しやすい。 ■低温で合成する必要性から、非晶質を含む場合があり
、結晶化の際にガスを放出し、焼結を阻害する。 ■破壊靭性を高める目的で柱状粒子の異方性を大きくす
ると、焼結性が低下したり、欠陥が大きくなり、強度が
低いものとなる。 ■柱状粗粒子異常成長粒子であり、原料や成形焼結条件
等の複雑な因子によってその形。 大きさ、量が決定されるので１組織の制御は容易ではな
い。 ■一定収率速度の条件下で焼結すると、より高密度の焼
結体が得られるが、α型は焼結挙動が複雑で収縮速度が
制御できない。 等々の問題点があった。 本発明者の１人は、先に、高窒素下で高温での焼結が可
能になるガス圧焼結法を開発し提案した（特許第１，２
４７，１８３号）。・ガス圧焼結法によると、従来、焼
結性が低いと考えられていたβ型窒化珪素粉末を用いて
も高密度まで焼結し得ることは知られているところであ
る（“ジャーナル・オブ・マテリアルス・サイエンス”
、第１１巻、ｐ。 １１０３〜１１０７（１９７６）及び特公昭５８−１５
１３７１号公報参照）。しかし、前記提案によれば、β
型窒化珪素粉末を用いて得られる焼結体は球状に近い粒
子から成り立ち、α型粉末を用いた場合における柱状粒
子のようにクラックを曲げる作用がないため、破壊靭性
の高い焼結体は得られなかった。 本発明の目的は、上述の如くβ型窒化珪素粉末。 を用いる従来法の問題点を解決するためになされたもの
であって、高靭性の窒化珪素焼結体を製造できる方法を
提供するにある。 （課題を解決するための手段） 本発明者らは、高温で不安定なα型窒化珪素粉末を用い
ると、焼結中に異常粒成長が起こり、得られた焼結体の
組織が不均一になり、強度分布が大きくなることに鑑み
て、β型窒化珪素粉末を使用しても、高靭性で、かつ、
均一組織を持つ焼結体が得られる方法について鋭意研究
を重ねた。その結果、高温安定型の細かいβ型窒化珪素
粉末を用いて特定条件でガス圧焼結することにより、組
織が均一で、破壊靭性が大きい焼結体が得られることを
知見するに至り１本発明を完成したものである。 すなわち、本発明は、β型を主成分とし、平均粒径１．
５μ園以下の窒化珪素粉末に焼結助剤を混合し、成形後
、２〜２００気圧の窒素中で１８００〜２１００℃にて
焼結することを特徴とする高靭性窒化珪素焼結体の製造
法を要旨とするものである。 また、他の本発明は、β型を主成分とし、平均粒径１．
５μｍ以下の窒化珪素粉末と、純粋なβ型で平均粒径２
．５〜５μｌの窒化珪素粉末とを重量比で９５：５〜７
５：２５の割合で配合し、これに焼結助剤を混合し、成
形した後、２〜２００気圧の窒素中で１８００〜２１０
０℃にて焼結することを特徴とする高靭性窒化珪素焼結
体の製造法を要旨とするものである。 以下、本発明について更に詳述する。 （作用） β型を主成分とする窒化珪素粉末は、細かいものである
必要があり、平均粒径１．５μｍ以下、望ましくは０．
３〜１μ■のものを用いる０粒径が１゜５μ閣よりも大
きいと焼結体の粒子が大きく、また大きな残留気孔が存
在することになるので、破壊靭性、強度とも低くなり、
好ましくない。β型を主成分とする粉末は、β型が７０
〜１００ｗｔ％、α型が０〜３０ｖｔ％のものが好まし
いが、望ましくはβ型ｆＰ８５〜１００ｗｔ％、α型が
０〜１５ｗｔ％のものである。α型の含有率が３０ｗｔ
％を超えると焼結中にα→βの転移が起こり、それが粒
成長を促進するので異常粒成長が起こり、不均一な組織
となるので好ましくない。 窒化珪素は焼結助剤が生成した液相を通って拡散し焼結
する液相焼結によるが、高温で不安定なα型粉末の場合
は、焼結と相変化が同時に起こり、異常粒成長が起こる
。成長した粒子の形や大きさが焼結体の破壊靭性を支配
するが、初期に生成したβ型粒子の核の形や数及び焼結
条件等に大きく依存し、制御することは困難である。
一方、高温安定型のβ型粉末の場合は、最初から核が存
在するので、焼結と共に小さな粒子が消滅し、大きな粒
子上に析出する反応が起こるだけである。粒子は球状に
近い形態を保ったまま一定の粒度分布の幅を保ったまま
粒成長する。したがって、α型粉末の場合のように異常
成長がないので、より高密度まで焼結し得る。しかも、
破壊の際、クラックは一部の大きな粒子で曲げられ、破
壊靭性は高くなる。このように球状に近い粒子によって
も高靭性化の機構が働くのが、β型粉末から得られる窒
化珪素焼結体の特徴である。 また、粒成長のための核として、平均粒径２゜５〜５μ
ｍの純粋なβ型粉末を５〜２５％（上記β型を主成分と
する窒化珪素粉末に対する重量比）配合すると、小さく
均一な粒子の間に大きな粒子が成長し、靭性を更に上げ
ることができる。この純粋なβ型粉末の平均粒径は、望
ましくは３〜４ミクロンであり、混合割合は、望ましく
は５〜１５％である。粒径及びその混合量がその下限値
より小さいと核としての効果がなく、大きすぎると組織
全体が粗粒成し、靭性や強度が低下するので好ましくな
い。 なお、原料粉末中の不純物は、金属は合計で０゜４ｗｔ
％以下、酸素は１．５ｗｔ％以下のものが望ましい。こ
れら不純物は靭性値には大きな影響を及ぼさないが、高
温強度を低下させるからである。 焼結助剤としては、Ａｎ、Ｏ，、Ｙ、Ｏ，又はランタニ
ド金属酸化物のうちの２種類以上を用いる。 単独では焼結促進の効果が悪い、ＡＱ、Ｏ，は前記他の
物質よりも効果が大きいが、焼結体の高温強度を低下さ
せるので、その量は少ない方がよい。 すなわち、Ａｇ２Ｏ，と他の酸化物の混合物を使用する
ときは合計で３〜１ｏｗｔ％、望ましくは４〜８ｗｔ％
とする。なお、ＡＱ、Ｏ，の量は０．３〜３重量％、望
ましくは１〜２重量％、Ｙ２Ｏ３又はランタニド金属の
量はそれぞれ２〜７ｗｔ％、望ましくは４〜６ｗｔ％で
ある。 また、Ｙ、Ｏ，又はランタニド金属酸化物の混合物を用
いる場合は、前記の場合よりも多量に必要であり、合計
で５〜１５ｗｔ％、望ましくは７〜１２ｗｔ％どする。 なお、この場合、焼結助剤の量が所定量よりも少ないと
効果が十分でなく、緻密な焼結体は得られない。焼結助
剤が多すぎるとコストが高くなるだけでなく、耐酸化性
等、高温での特性を低下させる。 上記窒化珪素粉末と焼結助剤の混合は、窒化珪素の酸化
を防ぐために有機溶媒中で行うのが望ましい、乾燥後、
静水圧プレス、射出成形、鋳込み成形等、通常の方法で
成形する。 焼結は２〜２００気圧の加圧窒素中で１８００〜２１０
０℃の温度範囲で行う。窒素は、窒化珪素の熱分解を防
ぐために必要で、高温はど高圧を用いる。必要な最低圧
は１８００℃で２気圧、１９００℃で５気圧、２０００
℃で１０気圧、２１００℃で２０気圧である。所定圧力
よりも低いと窒化珪素は熱分解し、窒素を放出してシリ
コンとなるので望ましくない。所定圧より高くてもよい
が、装置が高価になる。窒素圧２〜５０気圧、温度１８
００〜２０００℃で開気孔のない焼結体を作り、第１段
より更に高圧の条件下（５０〜２００気圧）で１８５０
〜２１００℃にて焼結すると更に高密度、高強度の焼結
体を得ることができる。 焼結は、一般に１０〜ｂ 温後、所定範囲内の一定温度に３０分〜４時間、望まし
くは１〜３時間保持する。更に実際の焼結が起こる１５
００℃以上においては、線収縮率を一定にして焼結する
と、粒成長速度に比べ気孔除去速度が大きくなるので、
均一組織となり、高密度、高強度の焼結体が得られるの
で望ましい。そのためには線収縮率を０．５〜１．７５
％／ｍｉｎとするのが望ましい。この範囲より低いと長
時間要し実際的ではなく、また高すぎると昇温速度を大
きくする必要があり、大出力の電源が必要となる。 線収縮率を一定にするには、予め、昇温スケジュールと
収縮率の関係を、小さな試料を用い、差動変圧器を備え
た炉で求めておいて利用するとよい。 大きな部品でも昇温スケジュールを同じにすれば線収縮
率は一定に制御することは容易である。β型粉末は１５
５０〜１９００℃の間に１段階で焼結するので収縮率の
制御は容易であるが、α型粉末は２段階で焼結するので
収縮率の制御は困難である。 上記のように、β型を主成分とする窒化珪素粉末を用い
ると、焼結体中の粒子の粒度分布を一定に保つことがで
きる。また異常粒成長がないので焼結条件の少しの変動
は大きく影響しない。このため、β型粉末は焼結性がα
型より高く、高密度。 高強度の焼結体が得られる。また、破壊の際に大きな粒
子がクラックの方向を曲げ、破壊エネルギーは大きくな
り、破壊靭性は大きいものとなる。 α型から得られた焼結体が繊維強化型の高靭性化機構を
示すのに対し、β型から得られる焼結体は粒子分散型の
機構である。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 裏庭■上 β型を主成分とする窒化珪素粉末（平均粒径０゜８μ市
、β型／（α型＋β型）＝０．９、金属不純物合計０．
３５ｗｔ％、酸素含有率１，２ｗｔ％）に、焼結助剤と
してアルミナ（純度９９．９９％、平均粒径０．３ｐｍ
）、Ｙ ｚ Ｏ３（純度９９．９％、平均粒径０．５μ
ｍ）、ランタニド金属酸化物（純度〉９９％、平均粒径
〈０．８μｍ）を第１表に示す所定量にて加えた後、ｎ
−ヘキサン中で窒化珪素製ボールミルで３時間混合した
。 次いで、空気中、８０℃で乾燥後、２５０Ｓｃｇ／Ｃ１
１２で金型プレスした後、２ ｔｏｎ ／ ｃｍ”で静
水圧プレスし、柱状の成形体とした。成形体を第１表に
示す種々の条件で焼結した後、水を用いたアルキメデス
法で密度を求め、気孔率を算出した。次いで、６００メ
ツシユのダイヤモンドホイールで平面研削し、約３ｍ＋
ｓＸ４＋＋＋ｍＸ４０ｍｍの試料片とし、強度及び破壊
靭性を調べた。それらの結果を第１表に併記する。 なお１強度はＪＩＳＲ１６０１によりスパン３０ＩＩ１
１の３点曲げにより求めた。破壊靭性はシェブロンノツ
チ法で決定した。 第１表より、いずれも高靭性、高強度の焼結体が得られ
ていることがわかる。
ヌ】１１λ
α型窒化珪素粉末を１０気圧の窒素中、１９００℃に１
時間加熱して得た純粋なβ型窒化珪素粉末（平均粒径３
．０μ−１金属不純物合計Ｑ、８ｖｔ％。 酸素含有率１．０ｗｔ％）と、実施例１で用いたβ型を
主成分とする窒化珪素粉末を重量比で、１Ω：、９０に
秤量し、これに実施例１と同じ手順で並びに第２表に示
す条件で焼結助剤を混合し、成形、焼結を行った後、気
孔率及び機械的性質を調べた。 その結果を第２表に示す。 第２表より、いずれの焼結体も、実施例１の場合よりも
少し強度は低いが、靭性は更に向上していることがわか
る。
時間加熱して得た純粋なβ型窒化珪素粉末（平均粒径３
．０μ−１金属不純物合計Ｑ、８ｖｔ％。 酸素含有率１．０ｗｔ％）と、実施例１で用いたβ型を
主成分とする窒化珪素粉末を重量比で、１Ω：、９０に
秤量し、これに実施例１と同じ手順で並びに第２表に示
す条件で焼結助剤を混合し、成形、焼結を行った後、気
孔率及び機械的性質を調べた。 その結果を第２表に示す。 第２表より、いずれの焼結体も、実施例１の場合よりも
少し強度は低いが、靭性は更に向上していることがわか
る。
去」１１１
実施例１の試験ｈ１と同じ原料粉末及び焼結助剤を用い
、同様の操作で直径１４ｍｍ、長さ１５ｍｍのペレット
を作った。これを、１０気圧の窒素中で差動変圧器によ
り収縮率を測定しながらｌ５Ｏｏ℃以上では収縮速度が
０．７５％ｗｉｎになるよう昇温速度を制御しつつ１９
５０℃まで昇温し、その温度で３０分保った後、冷却し
た。実施例１と同じ大きさの試料片を前記の温度スケジ
ュールで昇温し、焼結体を得た。焼結体の気孔率は０．
２％、破壊靭性値は５．７ＭＮ／■暑１強度は８４５Ｍ
Ｐａであった。実施例１の場合に比べ、破壊靭性はあま
り向上していないが、強度は大きくなった。 去】０１先 実施例１の試験＆２で得られたものと同じ成形体を２０
気圧の窒素中で２０５０℃に２０分加熱した後、温度を
１９００℃に下げ、窒素圧を１５０気圧に昇圧した後、
２時間保持した。得られた焼結体の気孔率は０．５％、
破壊靭性は６．７ＭＮ／ １１１９強度は７６５ＭＰａ
であり、密度及び強度が向上した。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、従来は焼結用原
料として望ましくないとされていたβ型窒化珪素粉末を
使用しても、高密度に焼結することができ、高靭性高強
度の窒化珪素焼結体が得られる。
、同様の操作で直径１４ｍｍ、長さ１５ｍｍのペレット
を作った。これを、１０気圧の窒素中で差動変圧器によ
り収縮率を測定しながらｌ５Ｏｏ℃以上では収縮速度が
０．７５％ｗｉｎになるよう昇温速度を制御しつつ１９
５０℃まで昇温し、その温度で３０分保った後、冷却し
た。実施例１と同じ大きさの試料片を前記の温度スケジ
ュールで昇温し、焼結体を得た。焼結体の気孔率は０．
２％、破壊靭性値は５．７ＭＮ／■暑１強度は８４５Ｍ
Ｐａであった。実施例１の場合に比べ、破壊靭性はあま
り向上していないが、強度は大きくなった。 去】０１先 実施例１の試験＆２で得られたものと同じ成形体を２０
気圧の窒素中で２０５０℃に２０分加熱した後、温度を
１９００℃に下げ、窒素圧を１５０気圧に昇圧した後、
２時間保持した。得られた焼結体の気孔率は０．５％、
破壊靭性は６．７ＭＮ／ １１１９強度は７６５ＭＰａ
であり、密度及び強度が向上した。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、従来は焼結用原
料として望ましくないとされていたβ型窒化珪素粉末を
使用しても、高密度に焼結することができ、高靭性高強
度の窒化珪素焼結体が得られる。
Claims (6)
- （１）β型を主成分とし、平均粒径１．５μｍ以下の窒
化珪素粉末に焼結助剤を混合し、成形後、２〜２００気
圧の窒素中で１８００〜２１００℃にて焼結することを
特徴とする高靭性窒化珪素焼結体の製造法。 - （２）β型を主成分とし、平均粒径１．５μｍ以下の窒
化珪素粉末と、純粋なβ型で平均粒径２．５〜５μｍの
窒化珪素粉末とを重量比で９５：５〜７５：２５の割合
で配合し、これに焼結助剤を混合し、成形した後、２〜
２００気圧の窒素中で１８００〜２１００℃にて焼結す
ることを特徴とする高靭性窒化珪素焼結体の製造法。 - （３）前記β型を主成分とする窒化珪素粉末が７０〜１
００ｗｔ％のβ型と、０〜３０ｗｔ％のα型とからなる
ものである請求項１又は２に記載の方法。 - （４）前記焼結助剤として、Ａｌ＿２Ｏ＿３：０．３〜
３ｗｔ％と、Ｙ＿２Ｏ＿３：２〜７ｗｔ％及びランタニ
ド金属酸化物：２〜７ｗｔ％の１種類以上とを合計量で
３〜１０ｗｔ％用いる請求項１又は２項に記載の方法。 - （５）前記焼結助剤として、Ｙ＿２Ｏ＿３及びランタニ
ド金属酸化物の２種類以上を５〜１５ｗｔ％用いる請求
項１又は２に記載の方法。 - （６）前記焼結を、１５００℃以上における線収縮率が
０．５〜１．７５％／ｍｉｎの範囲内となるように行う
請求項１又は２に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1077177A JPH02255573A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 高靭性窒化珪素焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1077177A JPH02255573A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 高靭性窒化珪素焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02255573A true JPH02255573A (ja) | 1990-10-16 |
| JPH0585507B2 JPH0585507B2 (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=13626522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1077177A Granted JPH02255573A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 高靭性窒化珪素焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02255573A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06166571A (ja) * | 1991-09-25 | 1994-06-14 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
| JPH072571A (ja) * | 1991-09-25 | 1995-01-06 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 低温焼結窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
| US5401450A (en) * | 1991-12-20 | 1995-03-28 | Nissan Motor Co., Ltd | β-silicon nitride sintered body and method of producing same |
| JPH07187795A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Honda Motor Co Ltd | 窒化珪素セラミックス材料 |
| US5691261A (en) * | 1993-01-22 | 1997-11-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Silicon nitride ceramic |
| JP2002029850A (ja) * | 2000-07-17 | 2002-01-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 窒化ケイ素焼結体とその製造方法 |
| WO2021125351A1 (ja) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | クラレノリタケデンタル株式会社 | ジルコニア焼結体の製造方法 |
Citations (4)
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| JPS58151371A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-08 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
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| JPH01145380A (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-07 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体の製法 |
-
1989
- 1989-03-29 JP JP1077177A patent/JPH02255573A/ja active Granted
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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| DE4401589B4 (de) * | 1993-01-22 | 2005-03-17 | Ngk Insulators, Ltd., Nagoya | Siliziumnitridkeramik und Verfahren zur Herstellung der Nitridkeramik |
| DE4401589C5 (de) * | 1993-01-22 | 2008-02-14 | Ngk Insulators, Ltd., Nagoya | Siliziumnitridkeramik und Verfahren zur Herstellung der Nitridkeramik |
| JPH07187795A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Honda Motor Co Ltd | 窒化珪素セラミックス材料 |
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| WO2021125351A1 (ja) * | 2019-12-20 | 2021-06-24 | クラレノリタケデンタル株式会社 | ジルコニア焼結体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0585507B2 (ja) | 1993-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |