JPH0426553A - 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 - Google Patents
耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0426553A JPH0426553A JP2127478A JP12747890A JPH0426553A JP H0426553 A JPH0426553 A JP H0426553A JP 2127478 A JP2127478 A JP 2127478A JP 12747890 A JP12747890 A JP 12747890A JP H0426553 A JPH0426553 A JP H0426553A
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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
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は高温、高強度で耐熱衝撃性に優れる低ヤング率
の窒化珪素焼結体及びその製造方法に関するものである
。
の窒化珪素焼結体及びその製造方法に関するものである
。
［従来の技術］
従来、希土類酸化物を含むｍａ系元素の酸化物を添加し
た窒化珪素焼結体として１例えば特公昭４８−７４８６
号公報において、窒化珪素（Ｓｉ、Ｎ。
た窒化珪素焼結体として１例えば特公昭４８−７４８６
号公報において、窒化珪素（Ｓｉ、Ｎ。
）８５モル％以上とｍａ系元素の酸化物から選ばれた少
なくとも一種１５モル％以下とを混合、成形し非酸化性
雰囲気中で焼結する焼結体の製造方法が、また特公昭４
９−２１０９１号公報に３いて、Ｓｉ３Ｎ４が少なくと
も５０ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３またはＩ−ａ系元素の酸化物か
ら選ばれる少なくとも一種５０ｗｔ％以下２及びＡｌ２
Ｏ，３０，０１〜２０ｗｔ％からなる窒化珪素焼結体が
それぞれ開示されている。
なくとも一種１５モル％以下とを混合、成形し非酸化性
雰囲気中で焼結する焼結体の製造方法が、また特公昭４
９−２１０９１号公報に３いて、Ｓｉ３Ｎ４が少なくと
も５０ｗｔ％、Ｙ２Ｏ３またはＩ−ａ系元素の酸化物か
ら選ばれる少なくとも一種５０ｗｔ％以下２及びＡｌ２
Ｏ，３０，０１〜２０ｗｔ％からなる窒化珪素焼結体が
それぞれ開示されている。
しかしなから、単に希土類元素を窒化珪素に添加するた
けでは高温高強度を有する焼結体は得られず、一方、Ａ
文２０ユ添加では緻密化は促進されるが粒界相は軟化点
か低く高温強度か著しく低下する問題があった。
けでは高温高強度を有する焼結体は得られず、一方、Ａ
文２０ユ添加では緻密化は促進されるが粒界相は軟化点
か低く高温強度か著しく低下する問題があった。
この高温強度の問題を解決するため、特開昭６３−１０
００６７号公報においては、所定組成で所定量比の希土
類元素を５ｉＪ４粉末に添加し、焼結体の結晶相を特定
して高温高強度を達成する技術を開示している。
００６７号公報においては、所定組成で所定量比の希土
類元素を５ｉＪ４粉末に添加し、焼結体の結晶相を特定
して高温高強度を達成する技術を開示している。
［発明か解決しようとする課題］
しかしながら、特開昭６３−１０００６７号公報に開示
された窒化珪素焼結体は、ある程度高温で高強度を達成
できるがヤング率が３００ ＧＰａと大きく、耐熱衝撃
温度差が１０００℃と小さい問題があった。これは、こ
の窒化珪素焼結体か微構造的に均質で、窒化珪素固有の
ヤング率と熱膨張係数を有するため、耐熱衝撃温度差か
その強度に依存してほぼ決ってしまうためである。即ち
、セラミックスの耐熱衝撃温度差△Ｔｃ（”Ｃ）は次式
て評価することできる。
された窒化珪素焼結体は、ある程度高温で高強度を達成
できるがヤング率が３００ ＧＰａと大きく、耐熱衝撃
温度差が１０００℃と小さい問題があった。これは、こ
の窒化珪素焼結体か微構造的に均質で、窒化珪素固有の
ヤング率と熱膨張係数を有するため、耐熱衝撃温度差か
その強度に依存してほぼ決ってしまうためである。即ち
、セラミックスの耐熱衝撃温度差△Ｔｃ（”Ｃ）は次式
て評価することできる。
八Ｔｃａｅσ／αＥ
（σ：曲げ強度（Ｐａ）、α：熱膨張係数（１／℃）、
Ｅ：ヤング率（Ｐａ）） 本発明の目的は上述した課題を解消して、常温の強度と
ほぼ同等の高温高強度を有し、且つ耐熱衝撃性に優れる
窒化珪素焼結体及びその製造方法を提供しようとするも
のである。
Ｅ：ヤング率（Ｐａ）） 本発明の目的は上述した課題を解消して、常温の強度と
ほぼ同等の高温高強度を有し、且つ耐熱衝撃性に優れる
窒化珪素焼結体及びその製造方法を提供しようとするも
のである。
［Ｈ題を解決するための手段］
即ち、本発明によれば、窒化珪素と希土類元素化合物か
ら実質的になる焼結体てあって、該焼結体中に１０蒔■
以下の気孔からなる直径が３０鉢■以上でｉｏｏ、■以
下の気孔集合体をｌＯ個／層層２以上含み、且つ耐熱衝
撃温度差が１０００℃以上であることを特徴とする耐熱
衝撃性窒化珪素焼結体、が提供される。
ら実質的になる焼結体てあって、該焼結体中に１０蒔■
以下の気孔からなる直径が３０鉢■以上でｉｏｏ、■以
下の気孔集合体をｌＯ個／層層２以上含み、且つ耐熱衝
撃温度差が１０００℃以上であることを特徴とする耐熱
衝撃性窒化珪素焼結体、が提供される。
また、本発明によれば、窒化珪素粉末、希土類酸化物粉
末及び炭化物粉末からなる原料を混合し成形して成形体
を得た後、成形体を窒素雰囲気下で焼成し、炭化物を窒
化珪素中の珪素酸化物と反応させて窒化物あるいは珪化
物とし、分解ガスを生成させて得られる焼結体中に１ｏ
ｆｔ■以下の気孔を生成し、直径が３０μ重以上１００
μｍ以下の該気孔の集合体を形成することを特徴とする
耐熱衝撃性窒化珪素焼結体の製造方法、が提供される。
末及び炭化物粉末からなる原料を混合し成形して成形体
を得た後、成形体を窒素雰囲気下で焼成し、炭化物を窒
化珪素中の珪素酸化物と反応させて窒化物あるいは珪化
物とし、分解ガスを生成させて得られる焼結体中に１ｏ
ｆｔ■以下の気孔を生成し、直径が３０μ重以上１００
μｍ以下の該気孔の集合体を形成することを特徴とする
耐熱衝撃性窒化珪素焼結体の製造方法、が提供される。
なお、本発明においては、得られた焼結体に対して酸素
含有雰囲気下１０００〜１５００℃の温度で熱処理する
ことにより、焼結体表面に５〜１００膳−の希土類珪酸
塩酸化物及び珪＃塩酸化物からなる表面層を形成させる
と、強度が向上するとともに耐熱衝撃性が更に向上し、
好ましい。
含有雰囲気下１０００〜１５００℃の温度で熱処理する
ことにより、焼結体表面に５〜１００膳−の希土類珪酸
塩酸化物及び珪＃塩酸化物からなる表面層を形成させる
と、強度が向上するとともに耐熱衝撃性が更に向上し、
好ましい。
［作用］
本発明においては、所定の希土類酸化物を含有する窒化
珪素粉末中に炭化物粉末を添加して、Ｎ２雰囲気中て焼
成することにより、焼結体中に１０ル■以下の微細な気
孔からなる、直径が３０ｇ■以上１００ ｐ、、ｍ以下
の集合体をｌＯ個／■■２以り含む、微細に制御された
特徴的な微構造を有する窒化珪素焼結体が得られ、この
窒化珪素焼結体か高温においても常温強度とほぼ同等の
高温度及び優れた耐熱衝撃性を達成できることを見出し
たことに特徴を有する。
珪素粉末中に炭化物粉末を添加して、Ｎ２雰囲気中て焼
成することにより、焼結体中に１０ル■以下の微細な気
孔からなる、直径が３０ｇ■以上１００ ｐ、、ｍ以下
の集合体をｌＯ個／■■２以り含む、微細に制御された
特徴的な微構造を有する窒化珪素焼結体が得られ、この
窒化珪素焼結体か高温においても常温強度とほぼ同等の
高温度及び優れた耐熱衝撃性を達成できることを見出し
たことに特徴を有する。
すなわち、窒化珪素原料は酸素を不純物として含み、酸
素はＳｉＯ□として存在している。このＳｉＯ□と炭化
物の窒素雰囲気中での反応１例えば２ ＳｉＣ＋ＳｉＯ
□＋２ Ｎ２→Ｓｉ、Ｎ４＋２ ＣＯ↑−（１）ＷＣ＋
２ Ｓｉｎ□−ＷＳｉ２＋ＧＯ？ ＋３／２ ｏ
、ｔ−（２）を利用することにより、焼結体中に分解ガ
スを生成させることかできる。本発明では、このように
炭化物を窒化珪素原料に添加し、焼結温度近傍で炭化物
を分解させることにより、第１図に示すような、焼結体
中に１ＯＩＬ−以下の微細な気孔からなる直径か３０ｕ
Ｌ■以上で１１００Ｂ以下の集合体を１０個／ｙａｍ２
以上含む特徴的な微構造を有する窒化珪素焼結体を得る
ことがてきる。尚、第１図において、１は焼結体、２は
微細気孔、３は気孔の集合体を示している。
素はＳｉＯ□として存在している。このＳｉＯ□と炭化
物の窒素雰囲気中での反応１例えば２ ＳｉＣ＋ＳｉＯ
□＋２ Ｎ２→Ｓｉ、Ｎ４＋２ ＣＯ↑−（１）ＷＣ＋
２ Ｓｉｎ□−ＷＳｉ２＋ＧＯ？ ＋３／２ ｏ
、ｔ−（２）を利用することにより、焼結体中に分解ガ
スを生成させることかできる。本発明では、このように
炭化物を窒化珪素原料に添加し、焼結温度近傍で炭化物
を分解させることにより、第１図に示すような、焼結体
中に１ＯＩＬ−以下の微細な気孔からなる直径か３０ｕ
Ｌ■以上で１１００Ｂ以下の集合体を１０個／ｙａｍ２
以上含む特徴的な微構造を有する窒化珪素焼結体を得る
ことがてきる。尚、第１図において、１は焼結体、２は
微細気孔、３は気孔の集合体を示している。
このような微細な気孔の集合体を含む窒化珪素焼結体で
は１通常の気孔を含む焼結体と異なり、強度が劣化する
ことがない。また、この微細気孔の集合体は、ヤング率
を低減させるに有効であり、高強度・低ヤング率の窒化
珪素焼結体を得ることができる０周知のようにセラミッ
クスの耐熱衝撃性は、耐熱衝撃温度差△Ｔｃ（”Ｃ）に
よって評価され、△Ｔｃ値が大なる程耐熱衝撃性に優れ
る０例えば、１０００℃に加熱した材料を０℃の冷水中
に投下したときに、クラック等か発生して強度劣化が起
こり始める場合、耐熱衝撃温度差か１０００℃であると
云う、一般にセラミックスでは△Ｔｃは △Ｔｃ ａｃｃｒ／αＥ −（３）（σ：強度（Ｐ
ａ）、α：熱膨張係数（Ｘ １０−’／ ”Ｃ）、Ｅ：
ヤング率（Ｐａ）） で示され、（コ）式に示す強度、熱膨張係数、ヤング率
に依存する。すなわち、強度が一定ならばヤング率か低
い程ΔＴｃは大きくなり耐熱衝撃性か向上し、材料とし
ての有効性が増大する。
は１通常の気孔を含む焼結体と異なり、強度が劣化する
ことがない。また、この微細気孔の集合体は、ヤング率
を低減させるに有効であり、高強度・低ヤング率の窒化
珪素焼結体を得ることができる０周知のようにセラミッ
クスの耐熱衝撃性は、耐熱衝撃温度差△Ｔｃ（”Ｃ）に
よって評価され、△Ｔｃ値が大なる程耐熱衝撃性に優れ
る０例えば、１０００℃に加熱した材料を０℃の冷水中
に投下したときに、クラック等か発生して強度劣化が起
こり始める場合、耐熱衝撃温度差か１０００℃であると
云う、一般にセラミックスでは△Ｔｃは △Ｔｃ ａｃｃｒ／αＥ −（３）（σ：強度（Ｐ
ａ）、α：熱膨張係数（Ｘ １０−’／ ”Ｃ）、Ｅ：
ヤング率（Ｐａ）） で示され、（コ）式に示す強度、熱膨張係数、ヤング率
に依存する。すなわち、強度が一定ならばヤング率か低
い程ΔＴｃは大きくなり耐熱衝撃性か向上し、材料とし
ての有効性が増大する。
本発明の窒化珪素材料はまさしくこのような特性を有す
る材料で１強度劣化なくヤング率を低減てきるため、耐
熱衝撃性が著しく向上する。
る材料で１強度劣化なくヤング率を低減てきるため、耐
熱衝撃性が著しく向上する。
本発明における窒化珪素原料中の酸素量は１〜３重量％
が望ましい。酸素量は窒化珪素原料を酸化することによ
りコントロールできる。あるいはＳｉＯ□粉末を加えて
もよい。
が望ましい。酸素量は窒化珪素原料を酸化することによ
りコントロールできる。あるいはＳｉＯ□粉末を加えて
もよい。
希土類酸化物の添加量の合計は、６〜２１重量％か好ま
ルい、添加量の合計か６重量％未満では、緻密化に十分
な液相が得られず、２１重量％を超えると緻密化が困難
となりやすい、またＹ２Ｏ１、Ｙｂ、Ｏｆｆ以外の希土
類酸化物としてＬｕ２Ｏ３、Ｔｍｚ０３、Ｅ「２０３等
も同効成分として使用することができる。
ルい、添加量の合計か６重量％未満では、緻密化に十分
な液相が得られず、２１重量％を超えると緻密化が困難
となりやすい、またＹ２Ｏ１、Ｙｂ、Ｏｆｆ以外の希土
類酸化物としてＬｕ２Ｏ３、Ｔｍｚ０３、Ｅ「２０３等
も同効成分として使用することができる。
焼結体中の希土類元素量は、調合時と変わらない。
炭化物の添加量は、０．５〜ｌＯ重量％か好ましい、添
加量が０．５重量％未満では十分な気孔集合体形成効果
か得られず、１０重量％を超えると炭化物か緻密化を阻
害してしまう場合があるためである。更に好ましくは１
〜５重量％か良い。
加量が０．５重量％未満では十分な気孔集合体形成効果
か得られず、１０重量％を超えると炭化物か緻密化を阻
害してしまう場合があるためである。更に好ましくは１
〜５重量％か良い。
焼結体中のＣ含有量は調合時の１７２以下に減少する。
なお、炭化物の結晶相で限定されるものてもなく、例え
ばＳｉＣではα型、β型あるいは非晶質のうち何れであ
っても使用することかできる。
ばＳｉＣではα型、β型あるいは非晶質のうち何れであ
っても使用することかできる。
本発明の窒化珪素焼結体の製造方法では、まず窒化珪素
原料粉末と希土類酸化物及び炭化物の混合物を調製する
０次に、得られた混合物を所定の形状に成形して成形体
を得る。その後、得られた成形体を焼成温度に応じた常
圧あるいは加圧Ｎ２雰囲気中において１７００〜２１０
０℃、好ましくは１９００〜２０００℃の温度で３〜６
時間焼成し、炭化物と窒化珪素中の珪素酸化物と反応さ
せて窒化物あるいは珪化物とし２分解ガスを生成せしめ
てｌｏｇ−以下の気孔を生成し、該気孔の３０μ層以上
てｉｏｏ、１以下の集合体を形成することにより、本発
明の窒化珪素焼結体を得ることかできる。
原料粉末と希土類酸化物及び炭化物の混合物を調製する
０次に、得られた混合物を所定の形状に成形して成形体
を得る。その後、得られた成形体を焼成温度に応じた常
圧あるいは加圧Ｎ２雰囲気中において１７００〜２１０
０℃、好ましくは１９００〜２０００℃の温度で３〜６
時間焼成し、炭化物と窒化珪素中の珪素酸化物と反応さ
せて窒化物あるいは珪化物とし２分解ガスを生成せしめ
てｌｏｇ−以下の気孔を生成し、該気孔の３０μ層以上
てｉｏｏ、１以下の集合体を形成することにより、本発
明の窒化珪素焼結体を得ることかできる。
また２上記のようにして得られた焼結体に対して、研削
加工等を行なって所定形状を付与するかあるいは焼成面
そのままの状態で更に酸素含有雰囲気下１０００〜１５
００℃の温度で熱処理し、焼結体表面に５〜１００４ｍ
の希土類珪酸塩酸化物及び珪酸塩酸化物からなる表面層
を形成させ、更に耐熱衝撃性か向上した窒化珪素焼結体
を得ることかできる。
加工等を行なって所定形状を付与するかあるいは焼成面
そのままの状態で更に酸素含有雰囲気下１０００〜１５
００℃の温度で熱処理し、焼結体表面に５〜１００４ｍ
の希土類珪酸塩酸化物及び珪酸塩酸化物からなる表面層
を形成させ、更に耐熱衝撃性か向上した窒化珪素焼結体
を得ることかできる。
［実施例］
以下、本発明を実施例に基いてさらに詳細に説明するか
１本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
１本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
（実施例、比較例）
純度９７重量％、酸素含有１１２．２重量％、平均粒径
０．６ＩＬｓ 、 ＢＥＴ比表面積１７ｍ２／ｇの窒化
珪素原料粉末と、純度９９．９重量％、平均粒径０．３
〜２．ＳＩＬｗの第１表記載の添加物と、純度９９重量
％、平均粒径０．４〜３鉢−のＳｉＣ。
０．６ＩＬｓ 、 ＢＥＴ比表面積１７ｍ２／ｇの窒化
珪素原料粉末と、純度９９．９重量％、平均粒径０．３
〜２．ＳＩＬｗの第１表記載の添加物と、純度９９重量
％、平均粒径０．４〜３鉢−のＳｉＣ。
ＷＣＪｏｔＣ，ＴｉＣ，ＮｂＣ，ＴａＣ等の炭化物を第
１表記載の割合て調合し、窒化珪素質磁器製玉石と内容
、ｆｉ１２文のナイロン樹脂製容器を用いて、原料調合
物２００ｇに対して玉石１．８ｋｇ、水３０〇−文を加
え、振動数１２００回／分の振動ミルて３時間粉砕した
。その後、木を蒸発させ粒径１５０μｍに造粒し、成形
用粉末とした。次に、７ ｔｏｎ／Ｃ■２の圧力で静水
圧プレスし、５０ｘ４０Ｘ６ｓ＊ｍの成形体を作製し、
！＠１表記載の焼成条件て焼成し、本発明の窒化珪素焼
結体Ｎｏ−１〜１５を得た。なＥ、 Ｎｏ、１０〜１２
については得られた焼結体に対して更に熱処理を施した
。
１表記載の割合て調合し、窒化珪素質磁器製玉石と内容
、ｆｉ１２文のナイロン樹脂製容器を用いて、原料調合
物２００ｇに対して玉石１．８ｋｇ、水３０〇−文を加
え、振動数１２００回／分の振動ミルて３時間粉砕した
。その後、木を蒸発させ粒径１５０μｍに造粒し、成形
用粉末とした。次に、７ ｔｏｎ／Ｃ■２の圧力で静水
圧プレスし、５０ｘ４０Ｘ６ｓ＊ｍの成形体を作製し、
！＠１表記載の焼成条件て焼成し、本発明の窒化珪素焼
結体Ｎｏ−１〜１５を得た。なＥ、 Ｎｏ、１０〜１２
については得られた焼結体に対して更に熱処理を施した
。
また、同じ原料を用いて、第２表記載の添加物及びその
調合割合で調合し、同じく粉砕、造粒。
調合割合で調合し、同じく粉砕、造粒。
成形し、その後第２表記載の焼成条件て焼成して、比較
例Ｎｏ、１〜６の焼結体を得た。
例Ｎｏ、１〜６の焼結体を得た。
これらの焼結体の嵩密度、粒界相の結晶相、室温、１０
００℃及び１４００℃における四点曲げ強度、ヤング率
（室温）、及び耐熱衝撃温度差を測定した。結果を第１
表〜第２表に示す。第１表〜第２表において、焼結体の
嵩密度はアルキメデス法により測定した。尚、表中には
、理論密度に対する値として記載した。たたし、理論密
度は、調合粉末組成と調合物の密度より計算した。調合
物の密度は、５ｉＪ４：３−２ｇ／ｃｍ３．Ｙ２Ｏ３：
５．Ｏｇ／ａｍ’、Ｙｂ２０：ｌ：９−２ｇ１ｃｍ３．
Ｔｍ２０．：８．８ｇ／ｃｍ：ｌ、ＬｕＪ：＋： ９．
４ｇ／ｃｍｆｆ、Ｅｒ２（ｈ ：８−６ｇ／ｃ１． Ｓ
ｉＣ： ３−２ｇ／ｃｍ” 、ＶＩＣ： １５．６ｇ／
ｃ１Ｊｏ□Ｃ：８．９ｇ／ｃｍ’、ＴｉＣ：４．９ｇ／
ｃｍ’ 、ＴａＣ：１４．７ｇ／ｃ１．Ｎｂ（：：７．
８ｇ／ｃ１１３を用いた。四点曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ
−１６０１ｒファイセラミックスの曲げ強さ試験法」に
従って測定した。粒界結晶相は、ＣｕＫα線によるＸ線
回折の結果から求めたものであり、第１表および第２表
中、Ｊはカスビデイン構造の結晶でＪＣＰＤＳカート３
２−１４５１で代表されるＳ ｉｄＬ・４Ｙ２ｏｚ・５
ｉｆｔと同じ型の回折線をもち、Ｙの結晶学的位置は他
の希土類元素て置換てきる。Ｈはアパタイト構造の結晶
でＪＣＰＤＳカード：１Ｏ−１４６２に代表されるＳｉ
：ＩＮ、・１０Ｙ２０３・９ＳｉＯ，と同じ型の回折線
をもち、Ｙの結晶学的位置は他の希土類元素で置換てき
る。Ｋは珪灰石構造の結晶てＪＣＰＤＳカード３１−１
４６２で代表される２Ｙ２０３・Ｓｉｎ、・Ｓｉ、Ｎ、
と同し型の回折線をもち、Ｙの結晶学的位置は他の希土
類元素で置換できる。
００℃及び１４００℃における四点曲げ強度、ヤング率
（室温）、及び耐熱衝撃温度差を測定した。結果を第１
表〜第２表に示す。第１表〜第２表において、焼結体の
嵩密度はアルキメデス法により測定した。尚、表中には
、理論密度に対する値として記載した。たたし、理論密
度は、調合粉末組成と調合物の密度より計算した。調合
物の密度は、５ｉＪ４：３−２ｇ／ｃｍ３．Ｙ２Ｏ３：
５．Ｏｇ／ａｍ’、Ｙｂ２０：ｌ：９−２ｇ１ｃｍ３．
Ｔｍ２０．：８．８ｇ／ｃｍ：ｌ、ＬｕＪ：＋： ９．
４ｇ／ｃｍｆｆ、Ｅｒ２（ｈ ：８−６ｇ／ｃ１． Ｓ
ｉＣ： ３−２ｇ／ｃｍ” 、ＶＩＣ： １５．６ｇ／
ｃ１Ｊｏ□Ｃ：８．９ｇ／ｃｍ’、ＴｉＣ：４．９ｇ／
ｃｍ’ 、ＴａＣ：１４．７ｇ／ｃ１．Ｎｂ（：：７．
８ｇ／ｃ１１３を用いた。四点曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ
−１６０１ｒファイセラミックスの曲げ強さ試験法」に
従って測定した。粒界結晶相は、ＣｕＫα線によるＸ線
回折の結果から求めたものであり、第１表および第２表
中、Ｊはカスビデイン構造の結晶でＪＣＰＤＳカート３
２−１４５１で代表されるＳ ｉｄＬ・４Ｙ２ｏｚ・５
ｉｆｔと同じ型の回折線をもち、Ｙの結晶学的位置は他
の希土類元素て置換てきる。Ｈはアパタイト構造の結晶
でＪＣＰＤＳカード：１Ｏ−１４６２に代表されるＳｉ
：ＩＮ、・１０Ｙ２０３・９ＳｉＯ，と同じ型の回折線
をもち、Ｙの結晶学的位置は他の希土類元素で置換てき
る。Ｋは珪灰石構造の結晶てＪＣＰＤＳカード３１−１
４６２で代表される２Ｙ２０３・Ｓｉｎ、・Ｓｉ、Ｎ、
と同し型の回折線をもち、Ｙの結晶学的位置は他の希土
類元素で置換できる。
ＬはＲｅｚＳｉＯｓ（Ｒｅ：希土類元素）で表わされる
結晶でＪＣＰＤＳカート２１−１４５６．２１−１４５
８．２１−１４６１．２２−９９２、 ：１６−１４７
６のいずれかと同じ型の回折線をもつ。ＳはＲｅ２Ｓｉ
０７（Ｒｅ：希土類元素）で表わされる結晶てＪＣＰＤ
Ｓカート２０−１４１６．２１−１４５７．２１−１４
５９．２１−１４６０゜２２−９９４．２２−１１０３
のいずれかと同じ型の回折線をもつ。
結晶でＪＣＰＤＳカート２１−１４５６．２１−１４５
８．２１−１４６１．２２−９９２、 ：１６−１４７
６のいずれかと同じ型の回折線をもつ。ＳはＲｅ２Ｓｉ
０７（Ｒｅ：希土類元素）で表わされる結晶てＪＣＰＤ
Ｓカート２０−１４１６．２１−１４５７．２１−１４
５９．２１−１４６０゜２２−９９４．２２−１１０３
のいずれかと同じ型の回折線をもつ。
また、ヤング率（室温）はｌＯ■１φＸ２０ｓ■（長さ
）の円柱状試料を用いたパルスエコーオーバーラツプ法
により、また耐熱衝撃温度差は、所定温度に加熱した抗
折試験片を水中に投下、急冷後に室温強度の低下を確認
する水中急冷法により測定した。
）の円柱状試料を用いたパルスエコーオーバーラツプ法
により、また耐熱衝撃温度差は、所定温度に加熱した抗
折試験片を水中に投下、急冷後に室温強度の低下を確認
する水中急冷法により測定した。
モ均気孔径と気孔集合体径は焼結体をラップ研磨して鏡
面とし、光学顕微鏡て観察して画像解析することにより
測定した。また、気孔集合体密度は同様に研削加工した
焼結体を大気中て酸化処理した後、単位面積当たりの気
孔集合体数を計測して求めた。酸化処理することにより
、気孔集合体を容易に計測することか可能となる。但し
大きさは実際の径より大きく見える。
面とし、光学顕微鏡て観察して画像解析することにより
測定した。また、気孔集合体密度は同様に研削加工した
焼結体を大気中て酸化処理した後、単位面積当たりの気
孔集合体数を計測して求めた。酸化処理することにより
、気孔集合体を容易に計測することか可能となる。但し
大きさは実際の径より大きく見える。
また、第２図は本発明の窒化珪素焼結体Ｎｏ、 ｌの研
磨面の酸化後の光学顕微鏡写真であり、写真において白
色の斑点は気孔の集合体である。
磨面の酸化後の光学顕微鏡写真であり、写真において白
色の斑点は気孔の集合体である。
一方、第３図は比較例Ｎｏ、ｌの研磨面の酸化後の光学
顕微鏡写真であり、３０μ謬以上の白色斑点は認められ
ない。
顕微鏡写真であり、３０μ謬以上の白色斑点は認められ
ない。
第４図は比較例Ｎｏ、３の研磨面の酸化後の光学顕微鏡
写真であり、異常に成長した気孔集合体か認められる。
写真であり、異常に成長した気孔集合体か認められる。
（以下、余白）
第１表〜第２表より明らかなように、希土類酸化物を焼
結助剤に用い、かつ炭化物を添加した本発明の実施例Ｎ
ｏ、１〜１５は相対密度か９５％以上と高く、ヤング率
か２７０ ＧＰａ以下で、耐熱衝撃温度差も１０００℃
以上と優れている。これに対して、炭化物の添加量が０
．５重量未満の比較例Ｎ。
結助剤に用い、かつ炭化物を添加した本発明の実施例Ｎ
ｏ、１〜１５は相対密度か９５％以上と高く、ヤング率
か２７０ ＧＰａ以下で、耐熱衝撃温度差も１０００℃
以上と優れている。これに対して、炭化物の添加量が０
．５重量未満の比較例Ｎ。
、１．２では気孔集合体径が３０ ｇｙａ未満であるた
めヤング率か３００ ＧＰａと高く、強度は同等である
ものの、耐熱衝撃温度差が１０００℃未満と低値を示す
。
めヤング率か３００ ＧＰａと高く、強度は同等である
ものの、耐熱衝撃温度差が１０００℃未満と低値を示す
。
また、焼結体中の平均気孔径が１０μ■を超えた比較例
５及び気孔集合体の径が１００ｇ■を超えた比較例３で
は強度が劣化するため、ヤング率は低いものの耐熱衝撃
温度差が低値を示す。
５及び気孔集合体の径が１００ｇ■を超えた比較例３で
は強度が劣化するため、ヤング率は低いものの耐熱衝撃
温度差が低値を示す。
さらに、実施例Ｎｏ−１０〜１２から分るように、大気
中１０００〜１５００℃で熱処理することにより、表面
に希土類珪酸塩酸化物及び珪酸塩酸化物からなる表面層
が形成され、そのような焼結体は強度が向上してさらに
耐熱衝撃性が優れた材料となる。
中１０００〜１５００℃で熱処理することにより、表面
に希土類珪酸塩酸化物及び珪酸塩酸化物からなる表面層
が形成され、そのような焼結体は強度が向上してさらに
耐熱衝撃性が優れた材料となる。
［発明の効果］
以上説明したように１本発明の窒化珪素焼結体及びその
製造方法によれば、所定の希土類酸化物を含有する窒化
珪素粉末中に炭化物を添加してＮ２雰囲気中で焼成し、
炭化物を窒化珪素粉末中に含まれる珪素酸化物と反応さ
せて窒化物あるいは珪化物とし分解ガスを生成させるこ
とより、焼結体中に１０ｇ曹以下の気孔からなる直径か
３０−１以上てｌ ＯＯμｍ以下の気孔集合体をｌＯ個
／−冒２以上含む、耐熱衝撃温度差が１０００℃以上の
耐熱衝撃性に優れた窒化珪素焼結体を得ることができる
。
製造方法によれば、所定の希土類酸化物を含有する窒化
珪素粉末中に炭化物を添加してＮ２雰囲気中で焼成し、
炭化物を窒化珪素粉末中に含まれる珪素酸化物と反応さ
せて窒化物あるいは珪化物とし分解ガスを生成させるこ
とより、焼結体中に１０ｇ曹以下の気孔からなる直径か
３０−１以上てｌ ＯＯμｍ以下の気孔集合体をｌＯ個
／−冒２以上含む、耐熱衝撃温度差が１０００℃以上の
耐熱衝撃性に優れた窒化珪素焼結体を得ることができる
。
第１図は本発明に係る窒化珪素焼結体の微構造を示す模
式図、第２図は本発明に係る窒化珪素焼結体Ｎｏ、１の
研磨面酸化後の光学顕微鏡写真、第３図は比較例Ｎｏ−
１の研磨面酸化後の光学顕微鏡写真第４図は比較例Ｎｏ
−３の研磨面酸化後の光学顕微鏡写真である。
式図、第２図は本発明に係る窒化珪素焼結体Ｎｏ、１の
研磨面酸化後の光学顕微鏡写真、第３図は比較例Ｎｏ−
１の研磨面酸化後の光学顕微鏡写真第４図は比較例Ｎｏ
−３の研磨面酸化後の光学顕微鏡写真である。
Claims (4)
- （１）窒化珪素と希土類元素化合物から実質的になる焼
結体であって、該焼結体中に１０μｍ以下の気孔からな
る直径が３０μｍ以上１００μｍ以下の気孔集合体を１
０個／ｍｍ＾２以上含み、且つ耐熱衝撃温度差が１００
０℃以上であることを特徴とする耐熱衝撃性窒化珪素焼
結体。 - （２）５〜１００μｍの希土類珪酸塩酸化物及び珪酸塩
酸化物からなる表面層を有する請求項１記載の耐熱衝撃
性窒化珪素焼結体。 - （３）窒化珪素粉末、希土類酸化物粉末及び炭化物粉末
からなる原料を混合し成形して成形体を得た後、成形体
を窒素雰囲気下で焼成して炭化物を分解せしめ、得られ
る焼結体中に１０μｍ以下の気孔を生成するとともに直
径３０μｍ以上１００μｍ以下の該気孔の集合体を形成
することを特徴とする耐熱衝撃性窒化珪素焼結体の製造
方法。 - （４）酸素含有雰囲気下１０００〜１５００℃の温度で
熱処理することにより、５〜１００μｍの希土類珪酸塩
酸化物及び珪酸塩酸化物からなる表面層を有する耐熱衝
撃性窒化珪素焼結体を得る請求項３記載の耐熱衝撃性窒
化珪素焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127478A JPH08733B2 (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| US07/699,591 US5118644A (en) | 1990-05-17 | 1991-05-14 | Thermal shock-resistant silicon nitride sintered material |
| DE69122167T DE69122167T2 (de) | 1990-05-17 | 1991-05-17 | Temperaturwechselbeständiges Sintermaterial aus Siliciumnitrid und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP91304484A EP0457618B1 (en) | 1990-05-17 | 1991-05-17 | Thermal shock-resistant silicon nitride sintered material and process for producing the same |
| US07/787,955 US5229046A (en) | 1990-05-17 | 1991-11-05 | Process for producing thermal shock-resistant silicon nitride sintered material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127478A JPH08733B2 (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426553A true JPH0426553A (ja) | 1992-01-29 |
| JPH08733B2 JPH08733B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=14960934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2127478A Expired - Lifetime JPH08733B2 (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5118644A (ja) |
| EP (1) | EP0457618B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08733B2 (ja) |
| DE (1) | DE69122167T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014073945A (ja) * | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Hitachi Metals Ltd | 窒化珪素質焼結体およびそれを用いた摺動部材 |
| JP2014073937A (ja) * | 2012-10-04 | 2014-04-24 | Hitachi Metals Ltd | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた窒化珪素基板並びにその製造方法 |
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| JP3042402B2 (ja) * | 1996-04-26 | 2000-05-15 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素系セラミックス摺動材料及びその製造方法 |
| JPH1059773A (ja) * | 1996-08-20 | 1998-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
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| JP2001247382A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-11 | Ibiden Co Ltd | セラミック基板 |
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1990
- 1990-05-17 JP JP2127478A patent/JPH08733B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-14 US US07/699,591 patent/US5118644A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-17 DE DE69122167T patent/DE69122167T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-17 EP EP91304484A patent/EP0457618B1/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JP2014073937A (ja) * | 2012-10-04 | 2014-04-24 | Hitachi Metals Ltd | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた窒化珪素基板並びにその製造方法 |
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