JPH0269359A - 窒化珪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］ 本発明は窒化珪素焼結体の製造方法に関し、詳しく、は
高温における強度に優れた窒化珪素焼結体の製造方法に
関するものである。

［従来の技術］ 窒化珪素焼結体は、耐熱性、耐熱衝撃性および強度に優
れ、かつ非鉄溶融金属に対する高い耐食性を有するため
、近年各種分野に用いられている。

しかしながら、窒化珪素粉末単独では焼結が困難である
ために、従来各種の焼結助剤を利用した窒化珪素焼結体
の製造方法が提案されている。

例えば、特公昭４９−２１０９１号公報には、アルミナ
（Ａｊ！ｇｏ３＞と酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）とを
焼結助剤として用いる製造方法が開示されている。特公
昭５２−３６４９号公報には［［ａ族酸化物とアルミナ
とを焼結助剤として用いる製造方法が開示されている。

特公昭５２−４５７２４号公報にはアルミナ、酸化珪素
（Ｓｉｎ２）および酸化チタン（Ｔｉｅｓ）を焼結助剤
として用いる製造方法が開示されている。また、マグネ
シア（Ｍｏｏｄ、ジルコニア（ＺｒＯｔ　）　、あるい
はマグネシア・アルミナスピネル（ＭｇＯ・Ａｌｔｏｉ
）等の、化合物並びに先述の各公報に開示の化合物を１
種あるいは２種以上組合せて焼結助剤として用いる製造
方法も知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した各種酸化物からなる焼結助剤は、窒化珪素粒子
表面に酸化膜層として存在する酸化珪素と加熱により反
応して液相を生成する。これにより物質輸送が促進され
、焼結体の密度が向上するものと考えられている。従っ
て、特公昭５２−４５７２４号公報などに見られるよう
に、酸化珪素の添加も焼結促進に有効である。しかしな
がら、酸化珪素は焼結後珪酸塩ガラスとして結晶粒子間
に残留し、８００℃以上の高温における焼結体の機械的
強度を低下させる原因となっている。そのため１２００
℃Ｆ４０ｋＱｆ／ｍｒｎ’以Ｅの曲げ強度を有するよう
な、高温における強度に優れた焼結体を製造することは
困難であった。

なお、上記した酸化物と酸化珪素との間で生成されるガ
ラス相を結晶化させるために、上記特公昭５２−４５７
２４号などには、焼結後所定温度で加熱処理する方法が
開示されている。しかし焼結体を再度加熱することは、
工数、エネルギー面で不具合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、鋭意研
究の結果、再加熱を不要とするとともに、高温における
強度に優れた窒化珪素焼結体を製造できる焼結助剤の種
類と量の最適値を見出して本発明を完成したものである
。

［１題を解決するための手段］ 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法は、窒化珪素粉末９
０〜９９．２重量％と、ムライト（３Ａ文ｔ０３・２Ｓ
ｉＯｚ）粉末および窒化アルミニウム粉末の合計量０．
８〜１０重量％と、を混合して所定形状の成形体を成形
する成形工程と、成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して
焼結する焼結工程と、よりなることを特徴とする。

窒化珪素粉末としては、通常α−３ｉ３Ｎ＋が用いられ
るが、β相を含有していてもよい。その粒子径としては
従来と同様に０．１〜１μｍのものが好適である。

本発明の最大の特徴は、焼結助剤としてムライト粉末と
窒化アルミニウム粉末とを併用するところにある。ムラ
イトとしては、不純物金属をほとんど含有しない、高純
度のものを用いるのが望ましい。なかでもＡＲｔＯ３７
１，６〜７２．０重量９６ｔ３よＵｓ　ｉｏｚ　２Ｂ、
Ｏ〜２８．４１量％で、純度９９．９％以上のものが最
適である。このムライトは、シリマナイト族鉱物を加熱
する方法、アルミニウム化合物とシリカ化合物とを同時
に加熱して合成する方法などにより形成することができ
る。その粒−子径は０．１〜１μｍの３ｉ３Ｎ４扮末に
対し同程度か、それより細かい方が好ましい。

窒化アルミニウム（ＡＲＮ＞の粒子径は０．１〜１μｍ
の５ｉｓＮａ粉末に対し同程度か、それより細かいもの
が好ましい。

ムライト粉末と窒化アルミニウム粉末は、合計で０．８
〜ｉ　ｏｍｍ％となるように窒化珪素粉末と混合される
。この合計量が０．８重量％より少ないと焼結温度が上
昇して、窒化珪素の４華分解が生じるようになる。また
１０重撮％より多くなると、得られる焼結体の高温にお
ける強度が低下する。なお、ムライト粉末と窒化アルミ
ニウム粉末の個々の混合割合は、各々０．４ｍ１％以上
とするのが好ましい。

成形工程は、上記窒化珪素粉末、ムライト粉末および窒
化アルミニウム粉末を合計１００重量％となるように混
合した後、成形して所定形状の成形体を成形する工程で
ある。圧縮成形、スリップキャスティング成形など、従
来利用されている成形法を利用することができる。

焼結工程は、成形工程で成形された成形体を非酸化性雰
囲気下で加熱して焼結する工程である。

なお、加熱温度は１７００〜１８００℃の範囲が望まし
い。１７００℃より低いと焼結が困難となり、１８００
℃より高くなると窒化珪素の昇華分解が生じるようにな
る。

［作用］ 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法では、焼結助剤とし
てムライトと窒化アルミニウムが併用される。これによ
り焼結が促進されるとともに高温における強度が向上す
る。この理由は明らかではないが、焼結時には５ｉｆｔ
分が焼結を促進し、また、冷却同化時にムライトおよび
窒化アルミニウムが粒界あるいは粒内に固溶されて高温
における強度が向上するものと考えられる。

［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。表に示す１〜６
の実施例のうち、実施例５をとって説明する。

（１）成形工程 平均粒径的０．３μｍの高純度のα−８ｉ３Ｎ４粉末９
３重槍％と、平均粒径的０．１５μｍの高純度のムライ
ト粉末３重ｊ％と、平均粒径的０゜２μｍの高純度ＡＩ
Ｎ粉末４重量％とを、エチルアルコールとともに樹脂製
ボールミルにて７２時間混合した。

上記混合物からエチルアルコールを蒸発除去し、さらに
１５０℃に加熱して乾燥後、２００ｋ（ｊｆ／ｃｍ２の
圧力で１次成形し、次いで５ｔｏｎ／Ｃｍ２で静水圧成
形して所定形状の成形体を成形した。

（２）焼結工程 この成形体を、昇温速度２℃／分、圧力１気圧、窒素ガ
ス中の条件で１７４０℃まで加熱し、１７４０℃に到達
した後さらに窒素ガスを１００気圧まで加圧して４時間
保持して焼結した。

（３）試験 得られた焼結体について、密度、室温での曲げ強度、さ
らに１０００℃および１２００℃における曲げ強度を測
定した。結果を表に示す。なお、密度（％ＴＤ）はｎ−
ブチルアルコールを用いたアルキメデス法により測定し
、理論密度との比較により表わした。曲げ強度（ｋａｆ
／ｍｍｚ＞はＪＩＳ−Ｒ１６０１に従って測定した。高
温での曲げ強度は、炭化珪素（ＳｉＣ）製油具を用いて
窒素ガス１気圧下で測定した。

（他の実施例、比較例） ムライト粉末およびＡ又Ｎ粉末の配合量を表に示すよう
に種々変化させ、実施例５と同様にして成形、焼結し、
同様に試験した。結果を表に合わせて示す。

（以下余白） 表より、実施例（１〜６）の焼結体は、少なくとも理論
密度の９７．０％の密度を有し、かつ高温における強度
にも優れていることがわかる。なお、この焼結体の気孔
は大部分が閉気孔であった。

また、ムライトと窒化アルミニウムの合計量が少なくな
るにつれて焼結温度が高くなっていることもわかる。

一方、比較例（７〜９）の焼結体は、その密度が理論密
度の９３．２％以上であるが、高温における強度に劣る
ことがわかる。

［発明の効果］ 本発明の製造方法によれば、成形体がムライト（３Ａ１
ｇＯｉ・２ＳｉＯｚ）粉末および窒化アルミニウム粉末
を合計０．８〜１０重量％含有するため、常温および高
温での強度に優れた窒化珪素焼結体を、工数およびエネ
ルギーの増加無く容易に、かつ確実に製造することがで
きる。

特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　　弁理士　　　大川　宏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化珪素粉末９０〜９９．２重量％と、ムライト
   （３Ａｌ＿２Ｏ＿３・２ＳｉＯ＿２）粉末および窒化ア
   ルミニウム粉末の合計量０．８〜１０重量％と、を混合
   して所定形状の成形体を成形する成形工程と、 該成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結する焼結工
   程と、よりなることを特徴とする窒化珪素焼結体の製造
   方法。