JPH0321503B2 - - Google Patents
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- JPH0321503B2 JPH0321503B2 JP60055252A JP5525285A JPH0321503B2 JP H0321503 B2 JPH0321503 B2 JP H0321503B2 JP 60055252 A JP60055252 A JP 60055252A JP 5525285 A JP5525285 A JP 5525285A JP H0321503 B2 JPH0321503 B2 JP H0321503B2
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はSrO−MgO−CeO2系の焼結助剤を用
いた窒化珪素セラミツクスの製造法の改良に関す
るものであり、特に内部と表面とが均質で強度の
大きい上記助剤系の窒化珪素セラミツクスを工業
的に製造することができるSrO−MgO−CeO2系
窒化珪素セラミツクスの製造法に関するものであ
る。
いた窒化珪素セラミツクスの製造法の改良に関す
るものであり、特に内部と表面とが均質で強度の
大きい上記助剤系の窒化珪素セラミツクスを工業
的に製造することができるSrO−MgO−CeO2系
窒化珪素セラミツクスの製造法に関するものであ
る。
（従来の技術）
窒化珪素セラミツクスは高温における強度、破
壊靱性、耐熱衝撃性、耐酸化性等において優れた
特性を有し、炭化珪素、ジルコニアセラミツクス
とともに構造用セラミツクスの中心的存在として
期待されている材料である。特に本出願人の開発
したSrO−MgO−CeO2系の焼結助剤を用いた窒
化珪素セラミツクスは、高密度で強度や耐熱衝撃
性に優れたものとして、広く実用に供されてい
る。
壊靱性、耐熱衝撃性、耐酸化性等において優れた
特性を有し、炭化珪素、ジルコニアセラミツクス
とともに構造用セラミツクスの中心的存在として
期待されている材料である。特に本出願人の開発
したSrO−MgO−CeO2系の焼結助剤を用いた窒
化珪素セラミツクスは、高密度で強度や耐熱衝撃
性に優れたものとして、広く実用に供されてい
る。
このSrO−MgO−CeO2系の焼結助剤を用いた
窒化珪素セラミツクスは、特公昭55−46997号公
報に示されるように、SrO、MgO、CeO2、BeO、
Y2O3等の焼結助剤を窒化珪素粉末に添加し、窒
素ガスあるいは不活性ガス雰囲気中で常圧下で焼
結する方法により製造されていた。しかしこの方
法により得られるSrO−MgO−CeO2系窒化珪素
セラミツクスの曲げ強度は約70Kg／mm3程度であ
り、未だ満足できるものではなかつた。
窒化珪素セラミツクスは、特公昭55−46997号公
報に示されるように、SrO、MgO、CeO2、BeO、
Y2O3等の焼結助剤を窒化珪素粉末に添加し、窒
素ガスあるいは不活性ガス雰囲気中で常圧下で焼
結する方法により製造されていた。しかしこの方
法により得られるSrO−MgO−CeO2系窒化珪素
セラミツクスの曲げ強度は約70Kg／mm3程度であ
り、未だ満足できるものではなかつた。
また窒化珪素セラミツクスの曲げ強度特性は焼
結体中の気孔に大きく影響されることから、気孔
を減少させることを狙つた窒化珪素セラミツクス
の焼結法が種々提案されている。例えば加圧焼成
法については特開昭52−47015号公報、特開昭59
−18165号公報、特開昭57−77072号公報等の方法
が知られている。しかしこれらはいずれも焼結助
剤系が異なるうえ、成形体を高圧のガス雰囲気中
で常温から次第に昇温して焼結を行わせるもので
あり、焼結の所期段階から高圧が加えられている
ために成形体の内部に存在する気孔の内部も当然
に高圧となり、結晶過程で気孔を排除することが
極めて困難となる欠点があつた。このため、得ら
れた製品は内部に多数の気孔を含んだものとな
り、機械的強度が低いうえに表面と内部との結晶
状態が異なり不均質なものとなり、特にターボロ
ーターのような形状が複雑で羽根部分の肉厚と軸
部分の肉厚とが極度に異なる製品においては実用
に耐える製品を得ることが困難とされていた。一
方、特開昭58−64274号公報に示されるように、
焼結の初期段階を減圧下で行う方法も研究されて
いるが、やはり結晶助剤系が異なるうえ、この場
合には成形体に含まれている焼結助剤や窒化珪
素、酸化珪素等が蒸発し易いために特に表面部分
の気孔が多くなり、表面と内部との機械的強度特
性差や肉厚差による焼結状態の差を防止できない
ことは前記の方法による場合と同様であつた。
結体中の気孔に大きく影響されることから、気孔
を減少させることを狙つた窒化珪素セラミツクス
の焼結法が種々提案されている。例えば加圧焼成
法については特開昭52−47015号公報、特開昭59
−18165号公報、特開昭57−77072号公報等の方法
が知られている。しかしこれらはいずれも焼結助
剤系が異なるうえ、成形体を高圧のガス雰囲気中
で常温から次第に昇温して焼結を行わせるもので
あり、焼結の所期段階から高圧が加えられている
ために成形体の内部に存在する気孔の内部も当然
に高圧となり、結晶過程で気孔を排除することが
極めて困難となる欠点があつた。このため、得ら
れた製品は内部に多数の気孔を含んだものとな
り、機械的強度が低いうえに表面と内部との結晶
状態が異なり不均質なものとなり、特にターボロ
ーターのような形状が複雑で羽根部分の肉厚と軸
部分の肉厚とが極度に異なる製品においては実用
に耐える製品を得ることが困難とされていた。一
方、特開昭58−64274号公報に示されるように、
焼結の初期段階を減圧下で行う方法も研究されて
いるが、やはり結晶助剤系が異なるうえ、この場
合には成形体に含まれている焼結助剤や窒化珪
素、酸化珪素等が蒸発し易いために特に表面部分
の気孔が多くなり、表面と内部との機械的強度特
性差や肉厚差による焼結状態の差を防止できない
ことは前記の方法による場合と同様であつた。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は前記した本出願人の特公昭55−46997
号公報に示されたSrO−MgO−CeO2系の焼結助
剤を用いた窒化珪素セラミツクスの製造法の改良
に関するものであり、形状が複雑で部分的な肉厚
差のある場合でも表面と内部を均質に焼結させる
ことができ、70Kg／mm3よりもはるかに大きい曲げ
強度を持つSrO−CeO2系窒化珪素セラミツクス
の製造法を目的として完成されたものである。
号公報に示されたSrO−MgO−CeO2系の焼結助
剤を用いた窒化珪素セラミツクスの製造法の改良
に関するものであり、形状が複雑で部分的な肉厚
差のある場合でも表面と内部を均質に焼結させる
ことができ、70Kg／mm3よりもはるかに大きい曲げ
強度を持つSrO−CeO2系窒化珪素セラミツクス
の製造法を目的として完成されたものである。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、窒化珪素粉末にSrO−MgO−CeO2
系の焼結助剤５〜15％を添加し成形、焼結する窒
化珪素セラミツクスの製造法において、その焼結
をまず絶対圧で１〜1.3Kg／cm2の窒素ガス雰囲気
中において1450〜1600℃の範囲内の一定温度で１
〜５時間の１次焼結を行い、次に５〜10Kg／cm2の
窒素ガス雰囲気中において1600〜1800℃の温度で
２次焼結を行う２段階焼結によつて行うことを特
徴とするものであり、これによつて焼結体の表面
と内部の機械的強度特性が均一で、全体として緻
密で高強度の窒化珪素セラミツクスを経済的に製
造することができる。次に本発明の工程について
更に詳細に説明する。
系の焼結助剤５〜15％を添加し成形、焼結する窒
化珪素セラミツクスの製造法において、その焼結
をまず絶対圧で１〜1.3Kg／cm2の窒素ガス雰囲気
中において1450〜1600℃の範囲内の一定温度で１
〜５時間の１次焼結を行い、次に５〜10Kg／cm2の
窒素ガス雰囲気中において1600〜1800℃の温度で
２次焼結を行う２段階焼結によつて行うことを特
徴とするものであり、これによつて焼結体の表面
と内部の機械的強度特性が均一で、全体として緻
密で高強度の窒化珪素セラミツクスを経済的に製
造することができる。次に本発明の工程について
更に詳細に説明する。
窒化珪素セラミツクスの原料としては、微細で
焼結性の良好な粉末原料を選択して用いるものと
し、市販されている窒化珪素粉末のうち、粒径
1μ以下でα−Si3N4の含有率が90％以上のものが
好ましい。焼結助剤としてはSrO、MgO、CeO2
を用い、窒化珪素粉末に対して５〜15％が添加さ
れる。ここで焼結助剤としてSrO−MgO−CeO2
を選択したのは、前記したように高密度で強度や
耐熱衝撃性に優れた窒化珪素セラミツクスが得ら
れるためである。なお前記した本出願人の特公昭
55−46997号公報では、焼結助剤としてBeO、
Y2O3等も用いられているが、BeOは毒性があつ
て取扱いが困難であり、またY2O3は同様の作用
を持つCeO2に比較して極めて高価であるので、
本発明ではSrO−MgO−CeO2系を採用した。ま
た焼結助剤の添加量を５〜15％としたのは、５％
未満であると均一分散の点から窪化珪素粉末との
混合時間が長くなつて混合槽中の玉石から不純物
が多くなり、逆に15％を越えると焼結助剤と窒化
珪素とが反応して気孔が発生し易くなるためであ
る。
焼結性の良好な粉末原料を選択して用いるものと
し、市販されている窒化珪素粉末のうち、粒径
1μ以下でα−Si3N4の含有率が90％以上のものが
好ましい。焼結助剤としてはSrO、MgO、CeO2
を用い、窒化珪素粉末に対して５〜15％が添加さ
れる。ここで焼結助剤としてSrO−MgO−CeO2
を選択したのは、前記したように高密度で強度や
耐熱衝撃性に優れた窒化珪素セラミツクスが得ら
れるためである。なお前記した本出願人の特公昭
55−46997号公報では、焼結助剤としてBeO、
Y2O3等も用いられているが、BeOは毒性があつ
て取扱いが困難であり、またY2O3は同様の作用
を持つCeO2に比較して極めて高価であるので、
本発明ではSrO−MgO−CeO2系を採用した。ま
た焼結助剤の添加量を５〜15％としたのは、５％
未満であると均一分散の点から窪化珪素粉末との
混合時間が長くなつて混合槽中の玉石から不純物
が多くなり、逆に15％を越えると焼結助剤と窒化
珪素とが反応して気孔が発生し易くなるためであ
る。
窒化珪素粉末と上記の焼結助剤との混合物は粉
砕混合機で更に粉砕して微粉化するとともに焼結
助剤との混合を確実なものとする。次に少量の有
機バインダを加えて顆粒とする。そしてプレス成
形、流込み成形、押出成形、射出成形等目的とす
る成形方法に適した成形助剤を添加調整した後、
目的の方法により所定形状に成形する。
砕混合機で更に粉砕して微粉化するとともに焼結
助剤との混合を確実なものとする。次に少量の有
機バインダを加えて顆粒とする。そしてプレス成
形、流込み成形、押出成形、射出成形等目的とす
る成形方法に適した成形助剤を添加調整した後、
目的の方法により所定形状に成形する。
プレス成形体では先ず有機バインダを取除くた
め空気中で約500℃まで徐々に加熱し、有機バイ
ンダを燃焼させる。昇温速度は成形体の形状によ
つて異なるが20〜100℃／Ｈが普通である。次に
１〜1.3Kg／cm2６の窒素ガス雰囲気中において
1450〜1600℃の範囲内の一定温度に１〜５時間保
持する１次焼結を行う。この１次焼結中に成形体
の表面及び内部で徐々に焼結が進行し、終了時点
では理論密度の80％以上まで焼結するが、この間
の窒素ガス雰囲気圧は常圧に近いため、脱気の効
果がある減圧雰囲気より焼結助剤の蒸発飛散は少
なく、また蒸発飛散を制御できる高加圧雰囲気で
生じる成形体内部の気孔への高圧ガスの封じ込み
を生ずることもなく、表面も内部も均一状態に焼
結される。なお１次焼結の圧力は助剤量が少ない
ときは13Kg／cm2に近い方が蒸発量が制御される。
逆に助剤量が多いときは1.0Kg／cm2に近い方が好
ましい。これは助剤が少々飛散しても全体の助剤
量が多いために支障がないうえ、気孔の放出がな
され易いからである。
め空気中で約500℃まで徐々に加熱し、有機バイ
ンダを燃焼させる。昇温速度は成形体の形状によ
つて異なるが20〜100℃／Ｈが普通である。次に
１〜1.3Kg／cm2６の窒素ガス雰囲気中において
1450〜1600℃の範囲内の一定温度に１〜５時間保
持する１次焼結を行う。この１次焼結中に成形体
の表面及び内部で徐々に焼結が進行し、終了時点
では理論密度の80％以上まで焼結するが、この間
の窒素ガス雰囲気圧は常圧に近いため、脱気の効
果がある減圧雰囲気より焼結助剤の蒸発飛散は少
なく、また蒸発飛散を制御できる高加圧雰囲気で
生じる成形体内部の気孔への高圧ガスの封じ込み
を生ずることもなく、表面も内部も均一状態に焼
結される。なお１次焼結の圧力は助剤量が少ない
ときは13Kg／cm2に近い方が蒸発量が制御される。
逆に助剤量が多いときは1.0Kg／cm2に近い方が好
ましい。これは助剤が少々飛散しても全体の助剤
量が多いために支障がないうえ、気孔の放出がな
され易いからである。
この１次焼結の温度と焼結された窒化珪素セラ
ミツクスの抗折強度との関係は第１図に示される
とおりであつて、1450℃未満では長時間保持して
も焼結が不十分であり、後の２次焼結の加圧時に
気孔に高圧ガスが入つて緻密な製品が得られず、
特に内部に欠陥が残り易くなる。逆に1600℃を越
えると、窒化珪素の分解や焼結助剤の蒸発等によ
り表面が多孔質となり易く、最終的に強度の低い
製品しか得られなくなる。このように、1450〜
1600℃の範囲内の一定温度に維持しつつ１次焼結
を行わせることが好ましく、緩やかな昇温を行つ
ても近似した結果が得られるものの、昇温カーブ
によつてやはり表面と内部との機械的強度差が付
き易くなる。保持時間は第２図のグラウからも明
らかなように、肉厚によつても異なるが１時間未
満では焼結が不十分となり、５時間を越えると若
干の蒸発が生じて強度の低下を生ずる。更に、窒
素ガス雰囲気圧力は第３図からも明らかなように
1.0Kg／cm2未満、即ち減圧状態となる焼結助剤の
蒸発が増加して製品の強度が弱くなり、額に1.3
Kg／cm2を越えると気孔への高圧ガスの封じ込みが
生じてやはり製品強度の低下を生ずる。
ミツクスの抗折強度との関係は第１図に示される
とおりであつて、1450℃未満では長時間保持して
も焼結が不十分であり、後の２次焼結の加圧時に
気孔に高圧ガスが入つて緻密な製品が得られず、
特に内部に欠陥が残り易くなる。逆に1600℃を越
えると、窒化珪素の分解や焼結助剤の蒸発等によ
り表面が多孔質となり易く、最終的に強度の低い
製品しか得られなくなる。このように、1450〜
1600℃の範囲内の一定温度に維持しつつ１次焼結
を行わせることが好ましく、緩やかな昇温を行つ
ても近似した結果が得られるものの、昇温カーブ
によつてやはり表面と内部との機械的強度差が付
き易くなる。保持時間は第２図のグラウからも明
らかなように、肉厚によつても異なるが１時間未
満では焼結が不十分となり、５時間を越えると若
干の蒸発が生じて強度の低下を生ずる。更に、窒
素ガス雰囲気圧力は第３図からも明らかなように
1.0Kg／cm2未満、即ち減圧状態となる焼結助剤の
蒸発が増加して製品の強度が弱くなり、額に1.3
Kg／cm2を越えると気孔への高圧ガスの封じ込みが
生じてやはり製品強度の低下を生ずる。
このようにして１次焼結を行わせた後引続き、
あるいは一度常温に冷却したうえで、２次焼結が
行わる。２次焼結は絶対圧で５〜10Kg／cm2の窒素
ガス雰囲気中において1600〜1800℃で行われる。
２次焼結は焼結を完全に行わせるために高温で行
われるため、窒化珪素の熱分解や焼結助剤の蒸発
が生じ易い。このために窒素ガス雰囲気の圧力を
高めることが有効であるが、成形体は１次焼結に
よつて80％以上焼結していて開気孔は少いため、
気孔内に高圧のガスが封入されることもなく焼結
が進行する。これにつれて表面及び内部の気孔は
排除されて均質かつ緻密な焼結体となり、抗折強
度が特公昭55−46997号公報に示される常圧焼結
に比べて約30％も向上し、信頼性に暮れた製品が
得られる。なお、２次焼結の温度が16000℃未満
では本発明のSrO−MgO−CeOＤ2系の焼結助剤
を用いた窒化珪素セラミツクスは焼結が完結しに
くく、1800℃を越えると窒化珪素の熱分解及び焼
結助剤の蒸発が顕著となり表面が多孔質となり易
い。また２次焼結における窒素ガス雰囲気圧は第
４図に示されるように５Kg／cm2以上で安定した特
性が得られるが、10Kg／cm2を越しても目立つた効
果はなく、不経済である。
あるいは一度常温に冷却したうえで、２次焼結が
行わる。２次焼結は絶対圧で５〜10Kg／cm2の窒素
ガス雰囲気中において1600〜1800℃で行われる。
２次焼結は焼結を完全に行わせるために高温で行
われるため、窒化珪素の熱分解や焼結助剤の蒸発
が生じ易い。このために窒素ガス雰囲気の圧力を
高めることが有効であるが、成形体は１次焼結に
よつて80％以上焼結していて開気孔は少いため、
気孔内に高圧のガスが封入されることもなく焼結
が進行する。これにつれて表面及び内部の気孔は
排除されて均質かつ緻密な焼結体となり、抗折強
度が特公昭55−46997号公報に示される常圧焼結
に比べて約30％も向上し、信頼性に暮れた製品が
得られる。なお、２次焼結の温度が16000℃未満
では本発明のSrO−MgO−CeOＤ2系の焼結助剤
を用いた窒化珪素セラミツクスは焼結が完結しに
くく、1800℃を越えると窒化珪素の熱分解及び焼
結助剤の蒸発が顕著となり表面が多孔質となり易
い。また２次焼結における窒素ガス雰囲気圧は第
４図に示されるように５Kg／cm2以上で安定した特
性が得られるが、10Kg／cm2を越しても目立つた効
果はなく、不経済である。
このように本発明は焼結を１次焼結と２次焼結
との２段階焼結によつて行うことにより、表面も
内部も均質で気孔の少ない高強度の窒化珪素セラ
ミツクスを製造することができるものであるが、
１次焼結により10％を越える収縮が生ずるので、
高温高圧を受ける２次焼結用の炉は比較的小さく
て済み、経済性に優れる利点もある。
との２段階焼結によつて行うことにより、表面も
内部も均質で気孔の少ない高強度の窒化珪素セラ
ミツクスを製造することができるものであるが、
１次焼結により10％を越える収縮が生ずるので、
高温高圧を受ける２次焼結用の炉は比較的小さく
て済み、経済性に優れる利点もある。
（実施例）
実施例 １
純度99.5％、粒径1μ以下、α−Si3N4が90％以
上の窒化珪素粉末20Kgに対し、焼結助剤として
SrO1.5％、MgO5.0％、CeO24.0％を加えてトロ
ンメルに投入し、ZrO2球石を用いて乾式にて６
時間粉砕混合した。その後球石を分離したうえ有
機バインダーとしてPVA粉末に換算して全体の
２％を加えてＶ型ミキサーで十分混合した。これ
を金型プレスにより2ton／cm2の圧力でプレスして
60×60×15mmの板状サンプルを形成した。成形物
を大気雰囲気の電気炉中で加熱して500℃で３時
間加熱し、PVAを完全に除去した。その後この
成形体を窒素ガス雰囲気焼結炉に入れ、窒素ガス
の流量を３／minとし、ガス出口側の窒素ガス
圧1.0Kg／cm2の雰囲気中で500℃／Ｈの割合で
1400、1450、1500、1550、1600、1650℃まで昇温
し、それぞれの温度で１時間保持して１次焼結し
たうえ、引続いて窒素ガス圧を8.0Kg／cm2とし、
200℃／Ｈの割合で1700℃まで昇温して１時間保
持の２次焼結を行つた。得られた板状のサンプル
から曲げ試験用サンプルを切出し、万能試験機に
よりJISに規定される４点曲げ強度を測定した。
その結果は第１図に示したとおりであり、1450〜
1600℃で１次焼結したものは強度が約90Kg／mm3以
上で表面、内部ともに均質な高強度のSrO−
MgO−CeO2系窒化珪素セラミツクスが得られ。
上の窒化珪素粉末20Kgに対し、焼結助剤として
SrO1.5％、MgO5.0％、CeO24.0％を加えてトロ
ンメルに投入し、ZrO2球石を用いて乾式にて６
時間粉砕混合した。その後球石を分離したうえ有
機バインダーとしてPVA粉末に換算して全体の
２％を加えてＶ型ミキサーで十分混合した。これ
を金型プレスにより2ton／cm2の圧力でプレスして
60×60×15mmの板状サンプルを形成した。成形物
を大気雰囲気の電気炉中で加熱して500℃で３時
間加熱し、PVAを完全に除去した。その後この
成形体を窒素ガス雰囲気焼結炉に入れ、窒素ガス
の流量を３／minとし、ガス出口側の窒素ガス
圧1.0Kg／cm2の雰囲気中で500℃／Ｈの割合で
1400、1450、1500、1550、1600、1650℃まで昇温
し、それぞれの温度で１時間保持して１次焼結し
たうえ、引続いて窒素ガス圧を8.0Kg／cm2とし、
200℃／Ｈの割合で1700℃まで昇温して１時間保
持の２次焼結を行つた。得られた板状のサンプル
から曲げ試験用サンプルを切出し、万能試験機に
よりJISに規定される４点曲げ強度を測定した。
その結果は第１図に示したとおりであり、1450〜
1600℃で１次焼結したものは強度が約90Kg／mm3以
上で表面、内部ともに均質な高強度のSrO−
MgO−CeO2系窒化珪素セラミツクスが得られ。
実施例 ２
実施例１と同一の原料から2.5ton／cm2の圧力で
60×60×５mmと60×60×30mmの板状サンプルを成
形し、実施例１と同様にバインダーを除去したう
え窒素ガス雰囲気焼結炉に入れ窒素ガス圧1.1
Kg／cm2、温度1500℃、保持時間0.5〜６時間の１
次焼結と、引続いて窒素ガス圧10Kg／cm2、温度
1700℃、１時間の２次焼結を行つた。１次焼結の
ための昇温速度は700℃／Ｈ、２次焼結のための
昇温速度は300℃／Ｈである。得られた板状サン
プルの中心部から３×４×40mmのテストピースを
切出して強度測定した結果、第２図に示すように
肉厚30mmの場合には１次焼結の保持時間は２〜５
時間が好ましく、肉厚５mmの場合には１〜５時間
が適当であることが明らかとなつた。
60×60×５mmと60×60×30mmの板状サンプルを成
形し、実施例１と同様にバインダーを除去したう
え窒素ガス雰囲気焼結炉に入れ窒素ガス圧1.1
Kg／cm2、温度1500℃、保持時間0.5〜６時間の１
次焼結と、引続いて窒素ガス圧10Kg／cm2、温度
1700℃、１時間の２次焼結を行つた。１次焼結の
ための昇温速度は700℃／Ｈ、２次焼結のための
昇温速度は300℃／Ｈである。得られた板状サン
プルの中心部から３×４×40mmのテストピースを
切出して強度測定した結果、第２図に示すように
肉厚30mmの場合には１次焼結の保持時間は２〜５
時間が好ましく、肉厚５mmの場合には１〜５時間
が適当であることが明らかとなつた。
実施例 ３
実施例２と同様に60×60×５mmの板状のサンプ
ルを成形し、0.9〜1.4Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中
で1500℃、２時間の１次焼結を行い、次いて４〜
12Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中で1750℃、30分の２
次焼結を行つた。なお0.9Kg／cm2の圧力は、ガス
出口側に真空ポンプを接続し、出口側開閉弁を調
節してコントロールした。得られた板状サンプル
からテストピースを切出し強度測定した結果、第
３図及び第４図に示されるように次焼結時の窒素
ガス雰囲気圧は1.0〜1.3Kg／cm2が好ましく、２次
焼結時の窒素ガス雰囲気圧は５〜10Kg／cm2が適当
であることが判明した。これにより表面、内部と
もに均質で強度が90Kg／mm2以上の高強度の窒化珪
素セラミツクスが得られた。
ルを成形し、0.9〜1.4Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中
で1500℃、２時間の１次焼結を行い、次いて４〜
12Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中で1750℃、30分の２
次焼結を行つた。なお0.9Kg／cm2の圧力は、ガス
出口側に真空ポンプを接続し、出口側開閉弁を調
節してコントロールした。得られた板状サンプル
からテストピースを切出し強度測定した結果、第
３図及び第４図に示されるように次焼結時の窒素
ガス雰囲気圧は1.0〜1.3Kg／cm2が好ましく、２次
焼結時の窒素ガス雰囲気圧は５〜10Kg／cm2が適当
であることが判明した。これにより表面、内部と
もに均質で強度が90Kg／mm2以上の高強度の窒化珪
素セラミツクスが得られた。
実施例 ４
実施例１と同様に60×60×15mmの板状サンプル
を形成し、1.2Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中で1500
℃に２時間保持した後、常温まで冷却して寸法を
測定したところ52.0×52.2×13.0mmであつた。こ
れを７Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中で1700℃、１時
間の２次焼結を行つたところ、抗折強度が約90
Kg／mm2を越える高強度の窒化珪素セラミツクスが
得られた。２次焼結後に再度寸法を測定したとこ
ろ、51.3×51.4×12.8mmであつた。
を形成し、1.2Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中で1500
℃に２時間保持した後、常温まで冷却して寸法を
測定したところ52.0×52.2×13.0mmであつた。こ
れを７Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中で1700℃、１時
間の２次焼結を行つたところ、抗折強度が約90
Kg／mm2を越える高強度の窒化珪素セラミツクスが
得られた。２次焼結後に再度寸法を測定したとこ
ろ、51.3×51.4×12.8mmであつた。
比較例 １
実施例１と同一の原料から2000Kg／cm2で形成し
た60×60×15mmの板状サンプルを窒素ガス雰囲気
の常圧下で1500℃まで500℃／Ｈ、1700℃まで200
℃／Ｈの昇温速度で昇温し、１時間保持して焼結
した。得られた板状サンプルの表面部および中心
部から曲げ強度試験体を各10本切出し、それぞれ
の強度を測定したところ、中心部の強度は68.1±
4.3Kg／mm2、表面部は51.2±5.6Kg／mm2であつた。
た60×60×15mmの板状サンプルを窒素ガス雰囲気
の常圧下で1500℃まで500℃／Ｈ、1700℃まで200
℃／Ｈの昇温速度で昇温し、１時間保持して焼結
した。得られた板状サンプルの表面部および中心
部から曲げ強度試験体を各10本切出し、それぞれ
の強度を測定したところ、中心部の強度は68.1±
4.3Kg／mm2、表面部は51.2±5.6Kg／mm2であつた。
比較例 ２
比較例１と同一の板状サンプルを加圧雰囲気炉
に入れ、８Kg／cm2の加圧窒素ガス雰囲気中で1500
℃まで500℃／Ｈ、1700℃まで200℃／Ｈの速度で
昇温し、１時間保持して焼結した。得らえた焼結
体の中心部及び表面部より曲げ強度試験体を各10
本切り出し、それぞれの強度を測定したところ、
59.3±5.2Kg／mm2及び54.4±4.4Kg／mm2であつた。
また焼結温度を1900℃としたときの強度は、中心
部が52.6±3.9Kg／mm2、表面部が40.8±2.6Kg／mm2
であつた。
に入れ、８Kg／cm2の加圧窒素ガス雰囲気中で1500
℃まで500℃／Ｈ、1700℃まで200℃／Ｈの速度で
昇温し、１時間保持して焼結した。得らえた焼結
体の中心部及び表面部より曲げ強度試験体を各10
本切り出し、それぞれの強度を測定したところ、
59.3±5.2Kg／mm2及び54.4±4.4Kg／mm2であつた。
また焼結温度を1900℃としたときの強度は、中心
部が52.6±3.9Kg／mm2、表面部が40.8±2.6Kg／mm2
であつた。
比較例 ３
比較例１と同一の板状サンプルを窒素ガス雰囲
気炉の常圧下で1500℃まで500℃／Ｈの速度で昇
温し、３時間保持した後に1700℃まで200℃／Ｈ
の速度で昇温し、１時間保持して焼結した。焼結
体の中心部の曲げ強度は63.3±5.5Kg／mm2、表面
部は49.4±3.3Kg／mm2であつた。
気炉の常圧下で1500℃まで500℃／Ｈの速度で昇
温し、３時間保持した後に1700℃まで200℃／Ｈ
の速度で昇温し、１時間保持して焼結した。焼結
体の中心部の曲げ強度は63.3±5.5Kg／mm2、表面
部は49.4±3.3Kg／mm2であつた。
（発明の効果）
以上の説明からも明らかなように、本発明によ
ればSrO−MgO−CeO2系窒化珪素セラミツクス
の焼結を前記の通りの２段階の圧力と温度で行う
ことにより、内部、表面ともに均質で強度の大き
いSrO−MgO−CeO2系窒化珪素セラミツクスを
得ることができ、特に肉厚差のある場合も均質で
緻密な機械的強度に優れた製品を得ることができ
る。また、本発明は低圧の１次焼結により収縮し
た成形体を２次焼結するので、２次焼結を別の炉
で行う場合にも比較的小型の炉を用いることがで
きる利点もある。このように、本発明は構造用セ
ラミツクスとして期待されているSrO−MgO−
CeO2系窒化珪素セラミツクスを形状の如何を問
わず工業的に生産することができるものであるか
ら、従来の常圧下で焼結するSrO−MgO−CeO2
系窒化珪素セラミツクスの製造法の問題点を解消
したもので、産業の発展に寄与するところは極め
て大である。
ればSrO−MgO−CeO2系窒化珪素セラミツクス
の焼結を前記の通りの２段階の圧力と温度で行う
ことにより、内部、表面ともに均質で強度の大き
いSrO−MgO−CeO2系窒化珪素セラミツクスを
得ることができ、特に肉厚差のある場合も均質で
緻密な機械的強度に優れた製品を得ることができ
る。また、本発明は低圧の１次焼結により収縮し
た成形体を２次焼結するので、２次焼結を別の炉
で行う場合にも比較的小型の炉を用いることがで
きる利点もある。このように、本発明は構造用セ
ラミツクスとして期待されているSrO−MgO−
CeO2系窒化珪素セラミツクスを形状の如何を問
わず工業的に生産することができるものであるか
ら、従来の常圧下で焼結するSrO−MgO−CeO2
系窒化珪素セラミツクスの製造法の問題点を解消
したもので、産業の発展に寄与するところは極め
て大である。
第１図は１次焼結温度と製品の抗折強度との関
係を示すグラフ、第２図は１次焼結時の保持時間
と抗折強度との関係を示すグラフ、第３図は１次
焼結時の窒素ガス雰囲気圧と抗折強度との関係を
示すグラフ、第４図は２次焼結時の窒素ガス雰囲
気圧と抗折強度との関係を示すグラフである。
係を示すグラフ、第２図は１次焼結時の保持時間
と抗折強度との関係を示すグラフ、第３図は１次
焼結時の窒素ガス雰囲気圧と抗折強度との関係を
示すグラフ、第４図は２次焼結時の窒素ガス雰囲
気圧と抗折強度との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- １ 窒化珪素粉末にSrO−MgO−CeO2系の焼結
助剤５〜15％を添加し成形、焼結する窒化珪素セ
ラミツクスの製造法において、その焼結をまず絶
対圧で１〜1.3Kg／cm2の窒素ガス雰囲気中におい
て1450〜1600℃の範囲内の一定温度で１〜５時間
の１次焼結を行い、次に５〜10Kg／cm2の窒素ガス
雰囲気中において1600〜1800℃の温度で２次焼結
を行う２段階焼結によつて行うことを特徴とする
SrO−MgO−CeO2系窒化珪素セラミツクスの製
造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055252A JPS61215260A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | ＳｒＯ―ＭｇＯ―ＣｅＯ２系窒化珪素セラミックスの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60055252A JPS61215260A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | ＳｒＯ―ＭｇＯ―ＣｅＯ２系窒化珪素セラミックスの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61215260A JPS61215260A (ja) | 1986-09-25 |
| JPH0321503B2 true JPH0321503B2 (ja) | 1991-03-22 |
Family
ID=12993403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60055252A Granted JPS61215260A (ja) | 1985-03-19 | 1985-03-19 | ＳｒＯ―ＭｇＯ―ＣｅＯ２系窒化珪素セラミックスの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61215260A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0688838B2 (ja) * | 1985-08-31 | 1994-11-09 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
| JPS63147868A (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-20 | マツダ株式会社 | 耐摩性摺動部材の製造方法 |
| JPH075390B2 (ja) * | 1989-07-18 | 1995-01-25 | 住友電気工業株式会社 | 高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5247015A (en) * | 1975-10-11 | 1977-04-14 | Kagaku Gijutsucho Mukizai | Manufacture of silicon nitride sintered bodies |
| JPS55109277A (en) * | 1979-02-15 | 1980-08-22 | Kagaku Gijutsucho Mukizai | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS55116677A (en) * | 1979-02-27 | 1980-09-08 | Ngk Insulators Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS5891072A (ja) * | 1981-11-24 | 1983-05-30 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
-
1985
- 1985-03-19 JP JP60055252A patent/JPS61215260A/ja active Granted
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5247015A (en) * | 1975-10-11 | 1977-04-14 | Kagaku Gijutsucho Mukizai | Manufacture of silicon nitride sintered bodies |
| JPS55109277A (en) * | 1979-02-15 | 1980-08-22 | Kagaku Gijutsucho Mukizai | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS55116677A (en) * | 1979-02-27 | 1980-09-08 | Ngk Insulators Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS5891072A (ja) * | 1981-11-24 | 1983-05-30 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61215260A (ja) | 1986-09-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |