JPH0321500B2 - - Google Patents

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JPH0321500B2
JPH0321500B2 JP61068287A JP6828786A JPH0321500B2 JP H0321500 B2 JPH0321500 B2 JP H0321500B2 JP 61068287 A JP61068287 A JP 61068287A JP 6828786 A JP6828786 A JP 6828786A JP H0321500 B2 JPH0321500 B2 JP H0321500B2
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JP
Japan
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silicon nitride
sintered body
powder
sintering aid
obtaining
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JP61068287A
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JPS62241876A (ja
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Masahiro Shirai
Tomonori Takahashi
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Priority to DE3744692A priority patent/DE3744692C2/de
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Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、酸化特性を向上した窒化珪素焼結体
およびその製造法に関するものである。 (従来の技術) 従来、窒化珪素焼結体の製造方法としては、市
販の窒化珪素原料粉末にY2O3、Al2O3、MgO等
の粒界に液相を形成する焼結助剤を添加し、成形
後不活性ガス雰囲気下で焼成する方法が、例えば
特公昭58−49509号公報において開示されている。 (発明が解決しようとする問題点) ところで、酸化物添加物や窒化珪素原料に元来
含まれ焼結助剤として働くSiO2は、粒界相にガ
ラスを形成して組織の緻密化や微構造の形成に有
効に作用する。しかしながら原料として使用する
市販の窒化珪素原料粉末は、酸化含有量が少ない
と共にロツト間の酸素含有量の変動が大きいた
め、全般的に酸化特性の悪い窒化珪素焼結体が得
られることが多く、最近要望が高まつている酸化
特性および高温強度をともに満足する窒化珪素焼
結体を得ることができなかつた。 本発明の目的は上述した不具合を解消して、高
い耐酸化特性および高い高温強度特性を有する窒
化珪素焼結体およびその製造法を提供しようとす
るものである。 (問題点を解決するための手段) 本発明の窒化珪素焼結体は、Yは必須成分とす
る焼結助剤を含む窒化珪素焼結体において、該焼
結体中に含まれるSi以外の金属イオンMと酸化イ
オンOとのモル比が、M:O=1:2〜1:3の
範囲内にあり、かつ該焼結体がJCPDSカード31
−1462のX線回析パターンと同一と同定される
YSiO2N形態の結晶を実質的に含まない結晶から
なることを特徴とするものである。 また、本発明の窒化珪素焼結体の製造法は、
4.5〜7.5wt%のSiO2を含む窒化珪素原料粉末と、
Yを必須成分としMgおよび/またはCeを含む焼
結助剤とからなる窒化珪素調整粉末を得る調製工
程と、前記窒化珪素調製粉末を成形して成形体を
得る成形工程と、前記成形体を窒素あるいは不活
性ガス雰囲気中で焼成する焼成工程とからなり、
焼結体中に含まれるSi以外の金属イオンMと酸素
イオンOとのモ比が、M:O=1:2〜1:3の
範囲内にあり、かつ焼結体がJCPDSカード31−
1462のX線回析パターンと同一と同定される
YSiO2N形態の結晶を実質的に含まない焼結体を
得ることを特徴とするものである。 (作用) 上述した構成において所定範囲の酸素を含む窒
化珪素調製粉末を使用して酸素含有量の多い窒化
珪素焼結体を作製することにより、酸化による体
積膨張が大きな結晶相は生ぜず、高い耐酸化特性
および高い高温強度特性を有する窒化珪素焼結体
を得ることができる。すなわち、酸素含有量の多
い焼結体組成ほど耐酸化特性が良好になるが、あ
まり多すぎるとその粒界相が十分結晶化せずガラ
ス相が残存するため、高温強度の高くない焼結体
となる。従つてSiO2に換算して4.5〜7.5wt%の酸
素を含有する窒化珪素粉末を含んだ窒化珪素調製
粉末を使用し、焼結体中に含まれるSi以外の金属
イオンMと酸素イオンOとのモル比がM:O=
1:2〜1:3の範囲に入る焼結体を得た。な
お、本発明において窒化珪素調製粉末中の酸素含
有量をSiO2の量に換算して表わしたのは、焼結
助剤および不純物の量まで考慮すると酸素含有量
だけを実際を規定することが困難になるためであ
る。粒界結晶にYSiO2N形態の結晶を含まないよ
うにするのは、これを含むと酸化により体積膨張
の大きな結晶相を生じ、この時クラツクを生じ破
壊してしまうからである。 また、原料としてSiO2に換算して4.5〜7.5wt%
という従来市販の原料より多い酸素含有量を達成
するには、原料を所定の条件で仮焼するか後述す
るスラリー加温法を行つて得ると好適である。原
料粉末あるいはスラリー状態にて酸素含有量を増
加させるのは、均一な酸素含有量の分布を持つ焼
結体を得るためである。すなわち、成形体を仮焼
して酸素含有量を増加させることも考えられるが
この場合、酸化される層が表面のみに限られ、中
まで充分に酸化しない。これに対して粉末あるい
はスラリーを酸化させた場合、空気あるいは水の
拡散、分散が充分であるため、均一な酸化反応が
進行するとともに、後工程の混合工程により、さ
らに均一な成形体及び焼結体を得ることができる
ためである。また本発明において仮焼温度を800
〜1200℃と規定したのは、800℃以下だと原料が
酸化せず所定の酸化含有量を達成できないと共
に、1200℃以上だと酸化しすぎてしまい同様に所
定の酸素含有量を達成できないためである。ま
た、スラリー加温時の温度を50〜150℃と規定し
たのは、50℃以下だと酸化反応が進行せず所定の
酸化含有量を達成できないと共に、150℃以上だ
とスラリーが乾燥してしまい同様に反応が進行し
なくなるためである。 さらに、所定量のSiO2を含む窒化珪素調製粉
末から作製した窒化珪素焼結体は、焼結体中に含
まれるSi以外の金属イオンMと酸化イオンOとの
モル比が、M:O=1:2〜1:3の範囲内の従
来よりは高い範囲の酸素量を含み、それを含むと
耐酸化特性が著しく悪化するJCPDSカード31−
1462のX線回析パターンと同一と同定される
YSiO2N形態の結晶を実質的に含まない耐酸化特
性が良好で高い高温強度を有する窒化珪素焼結体
を得ることができる。 さらに、焼結助剤中にMg、Ceを加えた場合
は、Mgの添加は焼結しやすくなると共にMg+
Ceの添加ではさらに焼結しやすくなるため好ま
しい。 (実施例) 以下、本発明における窒化珪素焼結体の作製方
法について説明する。まず、市販の窒化珪素原料
を処理して、4.5〜7.5wt%のSiO2を含む窒化珪素
原料粉末とYを必須成分とする焼結助剤とからな
る窒化珪素調製粉末を準備する。この調製法とし
ては、市販の窒化珪素原料を800〜1200℃の温度
で適当時間仮焼する方法や、スラリー状態の原料
を50〜150℃で6時間〜1日スラリー状態のまま
加温するスラリー加温法が好適である。上述した
調製時の粉砕法としては、湿式のアトリツシヨン
ミル、ボールミル、振動ミル等が好適である。 次に、得られた窒化珪素調製粉末をスプレード
ライヤ等の方法で乾燥した後、ラバープレス、射
出成形等の方法により成形して所望の成形体を得
る。さらに、得られた成形体を好ましくは1650〜
1800℃の温度で焼成して、所定の高い耐酸化特性
と高い高温強度を有する窒化珪素焼結体を得る。 以下、実際の例について説明する。 実施例 1 第1図に示す本実施例のフローチヤートにそつ
て説明すると、まず市販の窒化珪素原料を第1表
に示す条件で仮焼した後、Yを必須成分とし
Mg、Ceを適当量含む焼結助剤とともに湿式アト
リツシヨンミルにより湿式粉砕し、第1表に示す
種々の組成の窒化珪素調製粉末を得た。次に、得
られた窒化珪素調製粉末をスプレードライヤによ
り乾燥した後、ラバープレスにより60×60×7mm
の直方体形状に成形して成形体を得た。さらに、
得られた成形体をN2雰囲気、1750℃の条件で焼
成して、所望の試験片を得た。 得られた試験片に対して、X線回析法により
YSiO2N形態の結晶の有無を確認し、さらに焼結
体中に含まれるSi以外の金属イオンと酸素イオン
とのモル比、1200℃におけるJISR−1601「フアイ
ンセラミツクスの曲げ強さ試験法」に準ずる四点
曲げ強度および耐酸化特性として800℃、100時間
保持後の破壊の有無をそれぞれ測定した。結果を
第1表に示す。なお第1表の耐酸化特性中、○は
800℃、100時間保持後も破壊しなかつたものを、
×は800℃、100時間以内で破壊したものを示す。
【表】 * 処理せず
第1表の結果から明らかなように、本発明の範
囲内の試料はすべて良好な耐酸化特性と共に高い
高温強度を有しているのに対し、一つでも本発明
の条件を満たしていない試料は所定の耐酸化特性
又は高温強度を満たさなかつた。 実施例 2 第2図に示す本実施例のフローチヤートにそつ
て説明すると、まず市販の窒化珪素原料とYを必
須成分しMg、Ceを適当量含む焼結助剤とを湿式
アトリツシヨンミルにより湿式粉砕し、第2表に
示す種々の温度に所定時間保持してスラリー加温
処理して第2表に示す種々の組成の窒化珪素調製
粉末を得た。次に、得られた窒化珪素調製粉末を
スプレードライヤにより乾燥した後、ラバープレ
スにより60×60×7mmの直方体形状に成形して成
形体を得た。さらに、得られた成形体をN2雰囲
気、1750℃の条件で焼成して、所望の試験片を得
た。 得られた試験片に対して、X線回析法により
YSiO2N形態の結晶の有無を確認し、さらに焼結
体中に含まれるSi以外の金属イオンと酸素イオン
とのモル比、1200℃におけるJISR−1601「フアイ
ンセラミツクスの曲げ強さ試験法」に準ずる四点
曲げ強度および耐酸化特性として800℃、100時間
保持後の破壊の有無をそれぞれ測定した。結果を
第2表に示す。なお第2表の耐酸化特性中、○は
800℃、100時間保持後も破壊しなかつたものを、
×は800℃、100時間以内で破壊したものを示す。
【表】 * スラリーが乾燥したため、正確な処
理時間は不明
** 処理せず
第2表の結果から明らかなように、本発明の範
囲内の試料はすべて良好な耐酸化特性と共に高温
強度を有しているのに対し、一つでも本発明の条
件を満たしていない試料は所定の耐酸化特性又は
高温強度を満たさなかつた。 (発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなよう
に、本発明の窒化珪素焼結体およびその製造法に
よれば、従来の含有量より多い所定量の酸素を含
有する窒化珪素調製粉末を出発原料として窒化珪
素焼結体を作製しているため、高い耐酸化特性お
よび高い高温強度を共に満足する窒化珪素焼結体
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ本発明の一実施
例を示すフローチヤートである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Yを必須成分とする焼結助剤を含む窒化珪素
    焼結体において、該焼結体中に含まれるSi以外の
    金属イオンMと酸素イオンOとのモル比が、M:
    O=1:2〜1:3の範囲内にあり、かつ該焼結
    体がJCPDSカード31−1462のX線回折パターン
    と同一と同定されるYSiO2N形態の結晶を実質的
    に含まない結晶からなることを特徴とする窒化珪
    素焼結体。 2 前記焼結助剤がMgを含む特許請求の範囲第
    1項記載の窒化珪素焼結体。 3 前記焼結助剤がMgおよびCeを含む特許請求
    の範囲第1項記載の窒化珪素焼結体。 4 4.5〜7.5wt%のSiO2を含む窒化珪素原料粉末
    と、Yを必須成分としMgおよび/またはCeを含
    む焼結助剤とからなる窒化珪素調整粉末を得る調
    製工程と、前記窒化珪素調製粉末を成形して成形
    体を得る成形工程と、前記成形体を窒素あるいは
    不活性ガス雰囲気中で焼成する焼成工程とからな
    り、焼結体中に含まれるSi以外の金属イオンMと
    酸素イオンOとのモル比が、M:O=1:2〜
    1:3の範囲内にあり、かつ焼結体がJCPDSカ
    ード31−1462のX線回折パターンと同一と同定さ
    れるYSiO2N形態の結晶を実質的に含まない焼結
    体を得ることを特徴とする窒化珪素焼結体の製造
    法。 5 前記調製工程が、窒化珪素を主成分とする粉
    末を空気中で800〜1200℃に仮焼する工程を含む
    ことを特徴とする前記窒化珪素調製粉末を得る工
    程よりなる特許請求の範囲第4項記載の窒化珪素
    焼結体の製造法。 6 前記調製工程が、窒化珪素を主成分とする粉
    末のスラリーを50〜150℃に加温する工程を含む
    ことを特徴とする前記窒化珪素調製粉末を得る工
    程よりなる特許請求の範囲第4項記載の窒化珪素
    焼結体の製造法。
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