JPH04292465A - 窒化珪素焼結体およびその製造法 - Google Patents
窒化珪素焼結体およびその製造法Info
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- JPH04292465A JPH04292465A JP3080632A JP8063291A JPH04292465A JP H04292465 A JPH04292465 A JP H04292465A JP 3080632 A JP3080632 A JP 3080632A JP 8063291 A JP8063291 A JP 8063291A JP H04292465 A JPH04292465 A JP H04292465A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温および低温における
酸化がともに少なく高強度の窒化珪素焼結体およびその
製造法に関するものである。
酸化がともに少なく高強度の窒化珪素焼結体およびその
製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、希土類酸化物を５モル％以下含み
、粒界結晶相がアパタイト構造の結晶（以下、Ｈ相と記
す）と希土類のダイシリケート（以下、Ｓ相と記す）に
、ウォラストナイト構造の結晶（以下、Ｋ相と記す）ま
たはカスピディン構造の結晶（以下、Ｊ相と記す）に、
およびメリライト（以下、Ｍ相と記す）に結晶化した高
温高強度の窒化珪素焼結体が、それぞれ特開平１ー５６
３６８ 号公報、特開平１ー６１３５７号公報および特
開平１ー６１３５８ 号公報において開示されている。
、粒界結晶相がアパタイト構造の結晶（以下、Ｈ相と記
す）と希土類のダイシリケート（以下、Ｓ相と記す）に
、ウォラストナイト構造の結晶（以下、Ｋ相と記す）ま
たはカスピディン構造の結晶（以下、Ｊ相と記す）に、
およびメリライト（以下、Ｍ相と記す）に結晶化した高
温高強度の窒化珪素焼結体が、それぞれ特開平１ー５６
３６８ 号公報、特開平１ー６１３５７号公報および特
開平１ー６１３５８ 号公報において開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した窒化珪素焼結
体では、それぞれ高温での強度は高いものの低温での強
度が低下する場合があると考えられる。これは、我々の
研究によれば、高温高強度化には窒化珪素の粒界主結晶
がＭ、Ｊ、Ｈ相のような希土類酸化物のＳｉＯ２に対す
る比が大きくかつ窒素を含む結晶相であるのが望ましい
が、上述した技術に示されたこれらの結晶を粒界相に有
すると、大気中８００ 〜１０００℃で粒界相の選択酸
化（以下、低温酸化と記す）がおこり、その際他の結晶
の析出により体積膨張し、クラックを生じ機械的特性を
損なう。最も酸化が激しい温度は、粒界相の組成や結晶
の種類により多少異なるが９００ ℃前後である。
体では、それぞれ高温での強度は高いものの低温での強
度が低下する場合があると考えられる。これは、我々の
研究によれば、高温高強度化には窒化珪素の粒界主結晶
がＭ、Ｊ、Ｈ相のような希土類酸化物のＳｉＯ２に対す
る比が大きくかつ窒素を含む結晶相であるのが望ましい
が、上述した技術に示されたこれらの結晶を粒界相に有
すると、大気中８００ 〜１０００℃で粒界相の選択酸
化（以下、低温酸化と記す）がおこり、その際他の結晶
の析出により体積膨張し、クラックを生じ機械的特性を
損なう。最も酸化が激しい温度は、粒界相の組成や結晶
の種類により多少異なるが９００ ℃前後である。
【０００４】一方、上述した各公報には記載がないが一
般的に粒界の主結晶相がＲｅ２ＳｉＯ５ （以下、Ｌ相
と記す）やＲｅ２Ｓｉ２Ｏ７であると低温酸化しないが
、Ｒｅ２ＳｉＯ５ は安定して粒界主結晶として生成さ
せるのが難しく、Ｒｅ２Ｓｉ２Ｏ７が主結晶として生成
する粒界相組成では高温強度が発現できない問題があっ
た。さらに、大気中、１２００℃以上の高温下で熱処理
し焼結体表面全体を酸化膜で覆う方法も知られているが
、焼結体の表面が荒れる等の問題があった。
般的に粒界の主結晶相がＲｅ２ＳｉＯ５ （以下、Ｌ相
と記す）やＲｅ２Ｓｉ２Ｏ７であると低温酸化しないが
、Ｒｅ２ＳｉＯ５ は安定して粒界主結晶として生成さ
せるのが難しく、Ｒｅ２Ｓｉ２Ｏ７が主結晶として生成
する粒界相組成では高温強度が発現できない問題があっ
た。さらに、大気中、１２００℃以上の高温下で熱処理
し焼結体表面全体を酸化膜で覆う方法も知られているが
、焼結体の表面が荒れる等の問題があった。
【０００５】本発明の目的は上述した課題を解消して、
高温での高強度は維持したまま低温酸化を防止して低温
での強度をも発現させることのでき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。
高温での高強度は維持したまま低温酸化を防止して低温
での強度をも発現させることのでき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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化珪素焼結体
は、粒界相が希土類元素化合物からなる窒化珪素焼結体
であって、焼結体表面の粒界相がＪＣＰＤＳ カードＮ
ｏ．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パターンの結晶に
結晶化しており、焼結体内部は希土類元素（Ｒｅ）−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ からなる粒界相からなることを特徴とする
ものである。
は、粒界相が希土類元素化合物からなる窒化珪素焼結体
であって、焼結体表面の粒界相がＪＣＰＤＳ カードＮ
ｏ．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パターンの結晶に
結晶化しており、焼結体内部は希土類元素（Ｒｅ）−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎ からなる粒界相からなることを特徴とする
ものである。
【０００７】また、本発明の窒化珪素焼結体の製造法は
、希土類元素（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ からなる粒界相
を有する窒化珪素焼結体を、酸化性雰囲気中７００ 〜
１０００℃で熱処理した後、窒素以外の不活性雰囲気中
９００ 〜１３５０℃で熱処理することにより、焼結体
表面の粒界相をＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１ー１４５
８と同一のＸ線回折パターンの結晶に結晶化することを
特徴とするものである。
、希土類元素（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ からなる粒界相
を有する窒化珪素焼結体を、酸化性雰囲気中７００ 〜
１０００℃で熱処理した後、窒素以外の不活性雰囲気中
９００ 〜１３５０℃で熱処理することにより、焼結体
表面の粒界相をＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１ー１４５
８と同一のＸ線回折パターンの結晶に結晶化することを
特徴とするものである。
【０００８】
【作用】上述した窒化珪素焼結体の構成において、焼結
体内部は従来から高温高強度であるとして知られている
希土類元素（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ からなる粒界相を
有する焼結体のままとし、焼結体の表面の粒界相のみを
改質してＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１ー１４５８と同
一のＸ線回折パターンの結晶に結晶化させているため、
低温酸化の生じない高温高強度の窒化珪素焼結体を得る
ことができる。ここで「ＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１
−１４５８と同一のＸ線回折パターンの化合物」とは、
これと同一の結晶構造を有するという意味である。よっ
て構成される希土類元素の種類により回折位置および強
度が若干異なることもあり得る。また、ＪＣＰＤＳ カ
ードＮｏ．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パターンの
結晶の一例としては、Ｒｅ２ＳｉＯ５からなるＬ相の結
晶がある。
体内部は従来から高温高強度であるとして知られている
希土類元素（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ からなる粒界相を
有する焼結体のままとし、焼結体の表面の粒界相のみを
改質してＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１ー１４５８と同
一のＸ線回折パターンの結晶に結晶化させているため、
低温酸化の生じない高温高強度の窒化珪素焼結体を得る
ことができる。ここで「ＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１
−１４５８と同一のＸ線回折パターンの化合物」とは、
これと同一の結晶構造を有するという意味である。よっ
て構成される希土類元素の種類により回折位置および強
度が若干異なることもあり得る。また、ＪＣＰＤＳ カ
ードＮｏ．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パターンの
結晶の一例としては、Ｒｅ２ＳｉＯ５からなるＬ相の結
晶がある。
【０００９】また、上述した窒化珪素焼結体の製造法に
おいて、所定の窒化珪素焼結体を先ず酸化性雰囲気中７
００ 〜１０００℃で熱処理するのは、表面の粒界相に
酸素を供給するためである。酸素を供給していく過程で
粒界結晶は非晶質化し、その後酸化反応が進行しつつＬ
相（Ｒｅ２ＳｉＯ５ ）の結晶化がはじまる。さらに酸
化を続けると粒界相が体積膨張しクラックを生じるため
、酸素の供給は粒界結晶が非晶質化する程度で止めてお
くのが良い。次に、窒素以外の不活性雰囲気中９００
〜１３５０℃で熱処理するのは、焼結体の表面にＬ相（
Ｒｅ２ＳｉＯ５ ）の結晶を生成させるためである。窒
素以外の不活性雰囲気中で熱処理するのは、窒素中で熱
処理すると窒素が焼結体に供給され低温酸化する結晶が
生成してしまうためである。また、熱処理温度を９００
〜１３５０℃と限定するのは、９００ ℃未満である
と結晶化に長時間を要し、１３５０℃を超えると窒化珪
素の分解が激しくなるためである。
おいて、所定の窒化珪素焼結体を先ず酸化性雰囲気中７
００ 〜１０００℃で熱処理するのは、表面の粒界相に
酸素を供給するためである。酸素を供給していく過程で
粒界結晶は非晶質化し、その後酸化反応が進行しつつＬ
相（Ｒｅ２ＳｉＯ５ ）の結晶化がはじまる。さらに酸
化を続けると粒界相が体積膨張しクラックを生じるため
、酸素の供給は粒界結晶が非晶質化する程度で止めてお
くのが良い。次に、窒素以外の不活性雰囲気中９００
〜１３５０℃で熱処理するのは、焼結体の表面にＬ相（
Ｒｅ２ＳｉＯ５ ）の結晶を生成させるためである。窒
素以外の不活性雰囲気中で熱処理するのは、窒素中で熱
処理すると窒素が焼結体に供給され低温酸化する結晶が
生成してしまうためである。また、熱処理温度を９００
〜１３５０℃と限定するのは、９００ ℃未満である
と結晶化に長時間を要し、１３５０℃を超えると窒化珪
素の分解が激しくなるためである。
【００１０】
【実施例】以下、実際の例について説明する。
実施例
表１に示す希土類酸化物を添加してなり、表１に示す（
Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ からなる種々の粒界結晶相を有
する窒化珪素焼結体を準備し、表１に示す条件の大気中
の熱処理および不活性雰囲気中の熱処理を行い、本発明
範囲内の試験Ｎｏ．１ー７と本発明範囲外の試験Ｎｏ．
８ー９の焼結体を得た。得られた焼結体の粒界相の結晶
相および大気中９００ ℃×１００ｈｒｓの酸化増量を
測定するとともに、熱処理前の焼結体の一部についても
比較のため同様の条件下での酸化増量を測定した。結果
を表１に示す。
Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ からなる種々の粒界結晶相を有
する窒化珪素焼結体を準備し、表１に示す条件の大気中
の熱処理および不活性雰囲気中の熱処理を行い、本発明
範囲内の試験Ｎｏ．１ー７と本発明範囲外の試験Ｎｏ．
８ー９の焼結体を得た。得られた焼結体の粒界相の結晶
相および大気中９００ ℃×１００ｈｒｓの酸化増量を
測定するとともに、熱処理前の焼結体の一部についても
比較のため同様の条件下での酸化増量を測定した。結果
を表１に示す。
【００１１】なお、粒界結晶相は、ＣｕＫα線によるＸ
線回折の結果からもとめたものであり、表１記載のＪは
カスピディン構造の結晶、Ｈはアパタイト構造の結晶、
ＬはＲｅ２ＳｉＯ５ （Ｒｅ：希土類元素でＪＣＰＤＳ
カードＮｏ．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パター
ンの化合物）の結晶、Ｍはメリライト構造の結晶である
。粒界結晶相の割合は、βー Ｓｉ２Ｎ４ を除く粒界
の各結晶の最強のピークであるＪ相：（１３１）面、Ｈ
相：（２１１） 面、Ｌ相：（２０４） 面、Ｍ相：（
１２１） 面の積分強度の合計値に対する割合とした。
線回折の結果からもとめたものであり、表１記載のＪは
カスピディン構造の結晶、Ｈはアパタイト構造の結晶、
ＬはＲｅ２ＳｉＯ５ （Ｒｅ：希土類元素でＪＣＰＤＳ
カードＮｏ．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パター
ンの化合物）の結晶、Ｍはメリライト構造の結晶である
。粒界結晶相の割合は、βー Ｓｉ２Ｎ４ を除く粒界
の各結晶の最強のピークであるＪ相：（１３１）面、Ｈ
相：（２１１） 面、Ｌ相：（２０４） 面、Ｍ相：（
１２１） 面の積分強度の合計値に対する割合とした。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１の結果から、本発明範囲内の試験Ｎｏ
．１ー７は、いずれ化の点で本発明を満たさない比較例
試験Ｎｏ．８−９と比べて、酸化増量がなく低温酸化を
起こしていないことがわかる。また、本発明試験Ｎｏ．
１ー７の熱処理前の結晶相と熱処理後の焼結体表面の結
晶相とは異なり、本発明における大気中での熱処理およ
び不活性雰囲気中での熱処理が表面のみにＬ相が形成で
きることがわかる。
．１ー７は、いずれ化の点で本発明を満たさない比較例
試験Ｎｏ．８−９と比べて、酸化増量がなく低温酸化を
起こしていないことがわかる。また、本発明試験Ｎｏ．
１ー７の熱処理前の結晶相と熱処理後の焼結体表面の結
晶相とは異なり、本発明における大気中での熱処理およ
び不活性雰囲気中での熱処理が表面のみにＬ相が形成で
きることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、焼結体内部は従来から高温高強度であるとし
て知られている希土類元素（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ か
らなる粒界相を有する焼結体のままとし、焼結体の表面
の粒界相のみを改質してＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１
ー１４５８と同一のＸ線回折パターンの結晶に結晶化さ
せているため、低温酸化の生じない高温高強度の窒化珪
素焼結体を得ることができる。
によれば、焼結体内部は従来から高温高強度であるとし
て知られている希土類元素（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ か
らなる粒界相を有する焼結体のままとし、焼結体の表面
の粒界相のみを改質してＪＣＰＤＳ カードＮｏ．２１
ー１４５８と同一のＸ線回折パターンの結晶に結晶化さ
せているため、低温酸化の生じない高温高強度の窒化珪
素焼結体を得ることができる。
Claims (2)
- 【請求項１】 粒界相が希土類元素化合物からなる窒
化珪素焼結体であって、焼結体表面の粒界相がＪＣＰＤ
Ｓ カードＮｏ．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パタ
ーンの結晶に結晶化しており、焼結体内部は希土類元素
（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ からなる粒界相からなること
を特徴とする窒化珪素焼結体。 - 【請求項２】 希土類元素（Ｒｅ）−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ
からなる粒界相を有する窒化珪素焼結体を、酸化性雰囲
気中７００ 〜１０００℃で熱処理した後、窒素以外の
不活性雰囲気中９００ 〜１３５０℃で熱処理すること
により、焼結体表面の粒界相をＪＣＰＤＳ カードＮｏ
．２１ー１４５８と同一のＸ線回折パターンの結晶に結
晶化することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080632A JPH0676260B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3080632A JPH0676260B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04292465A true JPH04292465A (ja) | 1992-10-16 |
| JPH0676260B2 JPH0676260B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=13723742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3080632A Expired - Lifetime JPH0676260B2 (ja) | 1991-03-20 | 1991-03-20 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676260B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0848565A (ja) * | 1994-04-05 | 1996-02-20 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素焼結体及びその製造法 |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP3080632A patent/JPH0676260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0848565A (ja) * | 1994-04-05 | 1996-02-20 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素焼結体及びその製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0676260B2 (ja) | 1994-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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