JPH0360790B2 - - Google Patents
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- JPH0360790B2 JPH0360790B2 JP56189793A JP18979381A JPH0360790B2 JP H0360790 B2 JPH0360790 B2 JP H0360790B2 JP 56189793 A JP56189793 A JP 56189793A JP 18979381 A JP18979381 A JP 18979381A JP H0360790 B2 JPH0360790 B2 JP H0360790B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
この発明は非酸化物系セラミツクス焼結体に係
り、詳しくのべると、粒子径0.1μ超〜10μの非酸
化物系セラミツクス粉末に粒子径0.1μ以下の超微
粉非酸化物系セラミツクス粉末30容量％以下およ
び焼結助剤５容量％以下を加えた混合粉末を用い
て焼結したことを特徴とするものであり、これに
よつて高温強度の向上した非酸化物系セラミツク
ス焼結体を得んとするものである。 Si3N4やSiCで代表される非酸化物系セラミツ
クス焼結体は、高温時の機械的強度が大きいこ
と、耐熱衝撃性が良好であること、など高温特性
が通常の金属よりすぐれているため、工業材料と
して多くの用途が期待されている。 一般にセラミツクス焼結体は、原料セラミツク
ス粉末を成形、焼結して得られるものであるが、
Si3N4やSiCの場合は一般のセラミツクスと異な
り難焼結性物質であるため、単独組成たとえば
Si3N4粉末のみを焼結しても緻密な焼結体を得る
ことは困難である。 このためSi3N4粉末を用いて焼結体とするには
通常Al2O3，Y2O3，MgO，CeO2などの酸化物粉
末を焼結助剤として配合し、焼結過程で液相を出
すことによつて焼結が行われている。 これは焼結過程で粒界に発生した液相成分の一
部が高温下で粒内即ち焼結体中に拡散されるもの
である。ところが、この焼結助剤の量が多くなる
と、発生する液相量も多くなり、従つて焼結体
中、特に粒界に耐熱性の劣る低融点成分が過度に
残ることとなり、得られた焼結体の高温における
強度低下がさけられない。 このために、焼結助剤の量を減少したり、ある
いは焼結助剤を全く用いずに高圧ガス雰囲気中で
焼結したり、爆発成型などで粉末に瞬間的に高圧
を加えて粉砕したのち焼結するなどの方法が試み
られているが、何れの方法も焼結コストが高かつ
たり、あるいは高温強度の低下現象が残つたりし
て工業的な方法としては成功していない。 本発明者らは上記の点に鑑みて、焼結助剤の量
を減じてしかも高温での強度が期待できる非酸化
物系セラミツクス焼結体を得るべく検討した結
果、この発明に至つたものである。 即ち本発明者らは、焼結助剤の添加量を必要最
小限に抑えるためには、非酸化物系やセラミツク
ス自体の焼結活性をあげてやることが必要である
こと、云いかえれば、非酸化物系セラミツクス自
体の活性が高ければ焼結助剤との反応性が高くな
り、過度の量の焼結助剤を入れなくても速やかに
液相が発生し、焼結を進行させることができる、
ということを見出したものである。 即ち、この発明は非酸化物系セラミツクス粉末
の焼結活性を上げるための方策として、該粉末の
表面積を増大する、即ち超微粒子化した粉末を用
いることが特徴である。 例えば、0.5μ粒径のSi3N4粉末に対してMgOを
焼結助剤に用いて緻密な焼結体を得るためには、
MgOを少くとも10容量％程度は必要である。こ
れに対してSi3N4粉末の粒径を0.05μの超微粒にす
ると、MgO量を２容量％程度に減じても同等の
焼結体が得られる。 このことからみるとSi3N4粉末としてすべて超
微粉のものを用いればよいように考えられるが、
これでは、粉末のカサ密度が大きすぎて均一で高
密度の成形体が得にくいという欠点が生ずる。 このための発明では0.1μ超〜10μの比較的粗い
粒子と0.1μ以下の超微粒子の双方のセラミツクス
粉末を混合して使用するものであり、その混合比
率は0.1μ超〜10μのセラミツクス粉末に対して
0.1μ以下の超微粒粉末を30容量％以下とすればよ
い。 この限定はさきにのべたようにカサ密度の調整
のほか、経済性の点からも好ましいことである。
この発明で使用する非酸化物セラミツクス粉末と
しては、固相反応法または気相反応法の何れの方
法で合成したものでもよい。 以下この発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １ 平均粒径0.3μのSi3N4粉末98.5容量％にMgO1.5
容量％を配合し、ボールミルにて80時間の粉砕混
合を行つて混合物Ａを得た。 次いでこの混合物Ａの80容量％に平均粒径
0.05μのSi3N4粉末20容量％を配合してボールミル
にて20時間粉砕混合を行い、混合物Ｂを得た。 この混合物Ｂを用いて2t／cm2にて型押成形して
４mm×６mm×30mmの形状の抗折試験片を作成し
た。 次いでこの試験片をBN＋Si3N4粉末中に入れ
てバツキングしたのちN2ガス雰囲気中で1700℃、
30分の焼結を行つた。その後得られた焼結体を
＃400のダイヤ砥石で研摩仕上げしてからスパン
20mm、荷重速度0.5mm／minの条件下で室温およ
び1200℃における抗折強度を測定したところ夫々
84Kg／mm2、62Kg／mm2の結果を得た。 なお比較例として混合物Ａを用いて上記実施例
と同様の型押成形、焼結を行つた焼結体の同条件
での抗折強度を測定したところ室温で82Kg／mm2、
1200℃で46Kg／mm2の値を示し、この発明の非酸化
物セラミツクス焼結体がすぐれていることが認め
られた。 実施例 ２ 平均粒径0.4μおよび0.05μのSi3N4粉末と焼結助
剤としてAl2O3およびY2O3を第１表に示すように
配合して72時間ボールミル混合（湿式エタノール
中）した後、４重量％の成形用有機バインダーを
添加し乾燥、造粒を行なつた。 得られた混合粉末を1.5t／cm2でプレス成形（８
mm×８mm×45mm）し、次いで50℃、２時間待機中
で処理した後、第１表に示す温度、時間にて４気
圧N2ガス雰囲気中で焼結を行なつた。 得られた焼結体をさらに1800℃、２時間、1000
気圧N2ガス雰囲気中でHIP処理した後、JIS Ｒ
−1601準拠の３mm×４mm×35mmの抗折試験片を各
条件について30本作製した。 この試験片について相対密度およびJIS4点曲げ
強度の測定を行ない、その結果を第２表に示し
た。 尚、表中＊を付したNo.は比較例である。
り、詳しくのべると、粒子径0.1μ超〜10μの非酸
化物系セラミツクス粉末に粒子径0.1μ以下の超微
粉非酸化物系セラミツクス粉末30容量％以下およ
び焼結助剤５容量％以下を加えた混合粉末を用い
て焼結したことを特徴とするものであり、これに
よつて高温強度の向上した非酸化物系セラミツク
ス焼結体を得んとするものである。 Si3N4やSiCで代表される非酸化物系セラミツ
クス焼結体は、高温時の機械的強度が大きいこ
と、耐熱衝撃性が良好であること、など高温特性
が通常の金属よりすぐれているため、工業材料と
して多くの用途が期待されている。 一般にセラミツクス焼結体は、原料セラミツク
ス粉末を成形、焼結して得られるものであるが、
Si3N4やSiCの場合は一般のセラミツクスと異な
り難焼結性物質であるため、単独組成たとえば
Si3N4粉末のみを焼結しても緻密な焼結体を得る
ことは困難である。 このためSi3N4粉末を用いて焼結体とするには
通常Al2O3，Y2O3，MgO，CeO2などの酸化物粉
末を焼結助剤として配合し、焼結過程で液相を出
すことによつて焼結が行われている。 これは焼結過程で粒界に発生した液相成分の一
部が高温下で粒内即ち焼結体中に拡散されるもの
である。ところが、この焼結助剤の量が多くなる
と、発生する液相量も多くなり、従つて焼結体
中、特に粒界に耐熱性の劣る低融点成分が過度に
残ることとなり、得られた焼結体の高温における
強度低下がさけられない。 このために、焼結助剤の量を減少したり、ある
いは焼結助剤を全く用いずに高圧ガス雰囲気中で
焼結したり、爆発成型などで粉末に瞬間的に高圧
を加えて粉砕したのち焼結するなどの方法が試み
られているが、何れの方法も焼結コストが高かつ
たり、あるいは高温強度の低下現象が残つたりし
て工業的な方法としては成功していない。 本発明者らは上記の点に鑑みて、焼結助剤の量
を減じてしかも高温での強度が期待できる非酸化
物系セラミツクス焼結体を得るべく検討した結
果、この発明に至つたものである。 即ち本発明者らは、焼結助剤の添加量を必要最
小限に抑えるためには、非酸化物系やセラミツク
ス自体の焼結活性をあげてやることが必要である
こと、云いかえれば、非酸化物系セラミツクス自
体の活性が高ければ焼結助剤との反応性が高くな
り、過度の量の焼結助剤を入れなくても速やかに
液相が発生し、焼結を進行させることができる、
ということを見出したものである。 即ち、この発明は非酸化物系セラミツクス粉末
の焼結活性を上げるための方策として、該粉末の
表面積を増大する、即ち超微粒子化した粉末を用
いることが特徴である。 例えば、0.5μ粒径のSi3N4粉末に対してMgOを
焼結助剤に用いて緻密な焼結体を得るためには、
MgOを少くとも10容量％程度は必要である。こ
れに対してSi3N4粉末の粒径を0.05μの超微粒にす
ると、MgO量を２容量％程度に減じても同等の
焼結体が得られる。 このことからみるとSi3N4粉末としてすべて超
微粉のものを用いればよいように考えられるが、
これでは、粉末のカサ密度が大きすぎて均一で高
密度の成形体が得にくいという欠点が生ずる。 このための発明では0.1μ超〜10μの比較的粗い
粒子と0.1μ以下の超微粒子の双方のセラミツクス
粉末を混合して使用するものであり、その混合比
率は0.1μ超〜10μのセラミツクス粉末に対して
0.1μ以下の超微粒粉末を30容量％以下とすればよ
い。 この限定はさきにのべたようにカサ密度の調整
のほか、経済性の点からも好ましいことである。
この発明で使用する非酸化物セラミツクス粉末と
しては、固相反応法または気相反応法の何れの方
法で合成したものでもよい。 以下この発明を実施例により詳細に説明する。 実施例 １ 平均粒径0.3μのSi3N4粉末98.5容量％にMgO1.5
容量％を配合し、ボールミルにて80時間の粉砕混
合を行つて混合物Ａを得た。 次いでこの混合物Ａの80容量％に平均粒径
0.05μのSi3N4粉末20容量％を配合してボールミル
にて20時間粉砕混合を行い、混合物Ｂを得た。 この混合物Ｂを用いて2t／cm2にて型押成形して
４mm×６mm×30mmの形状の抗折試験片を作成し
た。 次いでこの試験片をBN＋Si3N4粉末中に入れ
てバツキングしたのちN2ガス雰囲気中で1700℃、
30分の焼結を行つた。その後得られた焼結体を
＃400のダイヤ砥石で研摩仕上げしてからスパン
20mm、荷重速度0.5mm／minの条件下で室温およ
び1200℃における抗折強度を測定したところ夫々
84Kg／mm2、62Kg／mm2の結果を得た。 なお比較例として混合物Ａを用いて上記実施例
と同様の型押成形、焼結を行つた焼結体の同条件
での抗折強度を測定したところ室温で82Kg／mm2、
1200℃で46Kg／mm2の値を示し、この発明の非酸化
物セラミツクス焼結体がすぐれていることが認め
られた。 実施例 ２ 平均粒径0.4μおよび0.05μのSi3N4粉末と焼結助
剤としてAl2O3およびY2O3を第１表に示すように
配合して72時間ボールミル混合（湿式エタノール
中）した後、４重量％の成形用有機バインダーを
添加し乾燥、造粒を行なつた。 得られた混合粉末を1.5t／cm2でプレス成形（８
mm×８mm×45mm）し、次いで50℃、２時間待機中
で処理した後、第１表に示す温度、時間にて４気
圧N2ガス雰囲気中で焼結を行なつた。 得られた焼結体をさらに1800℃、２時間、1000
気圧N2ガス雰囲気中でHIP処理した後、JIS Ｒ
−1601準拠の３mm×４mm×35mmの抗折試験片を各
条件について30本作製した。 この試験片について相対密度およびJIS4点曲げ
強度の測定を行ない、その結果を第２表に示し
た。 尚、表中＊を付したNo.は比較例である。
【表】
【表】
【表】
上表から本発明の焼結体は超微粉末を併用する
ことによつて焼結助剤の量が少ないにも拘らず焼
結が促進され緻密性が改善され、あわせて高温で
の強度特性も改善されることが認められた。
ことによつて焼結助剤の量が少ないにも拘らず焼
結が促進され緻密性が改善され、あわせて高温で
の強度特性も改善されることが認められた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 粒子径0.1μ超〜10μの非酸化物系セラミツク
ス粉末に粒子径0.1μ以下の超微粉非酸化物系セラ
ミツクス粉末30容量％以下および焼結助剤５容量
％以下を加えた混合粉末を用いて焼結したことを
特徴とする非酸化物系セラミツクス焼結体。 ２ 非酸化物系セラミツクス粉末がSi3N4である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非
酸化物系セラミツクス焼結体。 ３ 非酸化物系セラミツクス粉末がSiCであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非酸
化物系セラミツクス焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56189793A JPS5891057A (ja) | 1981-11-25 | 1981-11-25 | 非酸化物系セラミツクス焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56189793A JPS5891057A (ja) | 1981-11-25 | 1981-11-25 | 非酸化物系セラミツクス焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891057A JPS5891057A (ja) | 1983-05-30 |
| JPH0360790B2 true JPH0360790B2 (ja) | 1991-09-17 |
Family
ID=16247295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56189793A Granted JPS5891057A (ja) | 1981-11-25 | 1981-11-25 | 非酸化物系セラミツクス焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5891057A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62176958A (ja) * | 1986-01-29 | 1987-08-03 | トヨタ自動車株式会社 | 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 |
| JPS62260772A (ja) * | 1986-05-06 | 1987-11-13 | 科学技術庁無機材質研究所長 | 高純度炭化珪素焼結体の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55136175A (en) * | 1979-04-06 | 1980-10-23 | Nissan Motor | Manufacture of high density silicon nitride sintered body |
-
1981
- 1981-11-25 JP JP56189793A patent/JPS5891057A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55136175A (en) * | 1979-04-06 | 1980-10-23 | Nissan Motor | Manufacture of high density silicon nitride sintered body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5891057A (ja) | 1983-05-30 |
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