JPH04292466A - 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

Publication number
JPH04292466A
JPH04292466A JP3080633A JP8063391A JPH04292466A JP H04292466 A JPH04292466 A JP H04292466A JP 3080633 A JP3080633 A JP 3080633A JP 8063391 A JP8063391 A JP 8063391A JP H04292466 A JPH04292466 A JP H04292466A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
powder
rare earth
sio2
sintered body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP3080633A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0672054B2 (ja
Inventor
Manabu Isomura
学 磯村
Tomonori Takahashi
知典 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP3080633A priority Critical patent/JPH0672054B2/ja
Publication of JPH04292466A publication Critical patent/JPH04292466A/ja
Publication of JPH0672054B2 publication Critical patent/JPH0672054B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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
、ウォル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。
【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。
【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。
【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、希土類元素としてYbまたはYbとそれ以外
の希土類元素(Re)を酸化物換算で5.5 〜13モ
ル%含み、かつYb/Re のモル比が10/0〜6/
4 であり、粒界の主結晶がJCPDS カードNo.
21ー1458と同一のX線回折パターンを有すること
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
、窒化珪素粉末に、Yb2O3 またはYb2O3 と
その他の希土類酸化物(Re2O3) 粉末を総量で5
.5 〜13モル%、Yb/Re のモル比が10/0
〜6/4 になるよう調合した粉末を粉砕、混合、成形
し、得られた成形体の希土類酸化物(Yb,Re)2O
3に対する酸素(SiO2)の割合SiO2/{SiO
2+(Yb,Re)2O3}を0.55〜0.75とし
た後、不活性雰囲気中で焼成し、さらに900 ℃〜1
500℃で熱処理して、焼結体の粒界相をJCPDS 
カードNo.21ー1458と同一のX線回折パターン
の化合物に結晶化することを特徴とするものである。
【0008】
【作用】上述した構成において、Yb/Re のモル比
を10/0〜6/4 にするとともに、成形体の希土類
酸化物(Yb,Re)2O3に対する酸素(SiO2)
の割合SiO2/{SiO2+(Yb,Re)2O3}
を0.55〜0.75とすることにより粒界の主結晶相
をL相(JCPDS カードNo.21ー1458と同
一のX線回折パターンの化合物)に安定に結晶化し、さ
らに希土類酸化物の添加量を5.5 〜13モル%と従
来より多く添加することにより、高温高強度を達成し、
その結果低温酸化せず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、「主結晶相
」とは、β−Si3N4を除く粒界の各結晶のX線回折
の最強ピークの積分強度の合計値に対する割合で90%
以上を占める結晶相のことをいう。
【0009】なお、本明細書では、SiO2/{SiO
2+(Yb,Re)2O3}の比を酸素量比と呼ぶ。こ
れは、成形体あるいは焼結体のYb、Re、O を定量
分析し、Yb、Reを二三酸化物換算し酸素を割り当て
、残りの酸素をSiO2に換算して求めた。ここで、L
相およびH相の酸素量比はそれぞれ0.5 、0.47
である。そのため、一般的には焼結体の酸素量比が0.
5 程度であればL相、H相の何れも生成することがで
きると考えられる。そのため、本発明では、L相を選択
的に得るために、Yb/Re の比を大きくするすなわ
ち10/0〜6/4 にすることにより、選択的にL相
のみを安定した状態で生成できることを見いだした。ま
た、窒化珪素は焼成中に酸素がSiO やSiO2とな
って蒸発するため、焼結体の酸素量比は焼成前より小さ
くなる。従って、成形体の酸素量比はL相の酸素量比0
.55より大きくなくてはならないとともに、0.75
より大きいと焼結後粒界相にガラスが残留しやすく高温
強度が低下するため、酸素量比を0.55〜0.75と
限定した。
【0010】一方、窒化珪素の高温強度は焼結体の酸素
量比が小さいほど高くなる傾向にある。しかし、L相を
生成させるためには酸素量比が0.55より小さくする
ことはできない。この点を我々は、焼結体の酸素量比が
0.55より大きくても高温強度を増大するための技術
として、粒界相量を多くすれば良いこと、すなわち希土
類酸化物を5.5 モル%以上添加することを見いだし
た。しかし、13モル%を超えると、窒化珪素本来の強
度を発現できなくなる。そのため希土類酸化物量を5.
5 〜13モル%と限定した。
【0011】また、本発明の製造法において、成形体中
の酸素量比を制御する方法としては、例えば、窒化珪素
原料を酸化処理する方法、SiO2を添加する方法ある
いは成形体を酸化処理する方法等がある。このうち、成
形体をカーボンのサヤで焼成する場合は、還元雰囲気に
なり成形体からの酸素の蒸発が多くなるため、酸素の過
度の蒸発を防ぐ必要がある。そのための方法として、例
えば、サヤ内にSiO2やSiOあるいは窒化珪素粉末
を配置する方法がある。または、成形体にガラス不透過
な膜を形成し、ガラスカプセルHIP 法を用いて酸素
の蒸発が殆どない状態で焼成しても良い。
【0012】
【実施例】以下、実際の例について説明する。 実施例1 純度95重量%、酸素含有量2.3 重量%、平均粒径
0.6 μm 、BET 比表面積17m2/g、α含
有率0.95の窒化珪素原料粉末と、純度99重量%、
平均粒径0.3 〜2.0 μm の表1記載の希土類
酸化物粉末とを、表1記載の割合で調合し、粉砕した。 その後、水を蒸発させて粒径150 μm に造粒し、
成形用粉末とした。次に、50×40×6mmの成形体
を作製し、大気中、500 ℃で熱処理して成形体の酸
素量比を高めた後、表1記載の焼成、熱処理条件で焼成
し、本発明の窒化珪素焼結体である試験No.1ー14
 の焼結体を得た。また、同一の方法で比較例である試
験No.15ー18の焼結体を得た。尚、No.10 
−12はガラスカプセルHIP法を用いた。
【0013】これらの焼結体の嵩密度、粒界相の結晶相
、室温および1400℃における4点曲げ強度、大気中
900 ℃×100hrsの酸化増量を測定し、その結
果を表1中に併せて記載した。なお、焼結体の嵩密度は
アルキメデス法により測定し、全焼結体とも調合組成か
ら計算される理論密度に対する割合で99%以上であっ
た。4点曲げ強度は、JIS R−1601「ファイン
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、CuK α線によるX線回折の結果から求
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)、SはR
e2Si2O7で表される結晶である。粒界結晶相の割
合は、βー Si3N4 を除く粒界の各結晶の最強ピ
ークであるL相:(204) 面、J相:(131) 
面、H相:(211) 面、S相:(021) 面の積
分強度の合計値に対する割合とした。なお、表1中、×
印はクラックが入って測定不能であったことを示す。
【0014】
【表1】
【0015】表1の結果から、本発明範囲内の試験No
.1ー14 は、いずれかの点で本発明を満たさない試
験No.15ー19と比べて、高い高温での4点曲げ強
度と低い酸化増量との両者を達成していることがわかる
【0016】実施例2 大気中での熱処理おるいはSiO2を添加して含有酸素
量をコントロールした窒化珪素原料を用い、種々の酸素
量比にコントロールした成形体を作製した。表2記載の
焼成、熱処理条件で焼成し、本発明の窒化珪素焼結体で
ある試験No.19ー26の焼結体を得た。また、同一
方法で比較例の窒化珪素焼結体である試験No.27ー
31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、1400℃における4点曲げ強度およ
び大気中900 ℃×100hrs後の酸化増量を実施
例1と同様に求め、その結果を表2に併せて記載した。
【0017】
【表2】
【0018】表2の結果からも、本発明範囲内の試験N
o.20ー27の、いずれかの点で本発明を満たさない
試験No.28ー32と比べて、高い高温での4点曲げ
強度と低い酸化増量との両者を達成していることがわか
る。
【0019】
【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば、Yb/Re のモル比を10/0〜6/4にす
るとともに、成形体の希土類酸化物(Yb,Re)2O
3に対する酸素(SiO2)の割合SiO2/{SiO
2+(Yb,Re)2O3}を0.55〜0.75とす
ることにより粒界の主結晶相をL相(JCPDS カー
ドNo.21ー1458と同一のX線回折パターンの化
合物)に安定に結晶化し、さらに希土類酸化物の添加量
を5.5 〜13モル%と従来より多く添加することに
より、高温高強度を達成し、その結果低温酸化せず高温
高強度の窒化珪素焼結体を得ることができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、希土類元素としてYbまたはY
    bとそれ以外の希土類元素(Re)を酸化物換算で5.
    5〜13モル%含み、かつYb/Re のモル比が10
    /0〜6/4 であり、粒界の主結晶がJCPDS カ
    ードNo.21ー1458と同一のX線回折パターンを
    有することを特徴とする窒化珪素焼結体。
  2. 【請求項2】  前記ReがY 、ErまたはTmから
    なる請求項1記載の窒化珪素焼結体。
  3. 【請求項3】  窒化珪素粉末に、Yb2O3 または
    Yb2O3 とその他の希土類酸化物(Re2O3) 
    粉末を総量で5.5 〜13モル%、Yb/Re のモ
    ル比が10/0〜6/4 になるよう調合した粉末を粉
    砕、混合、成形し、得られた成形体の希土類酸化物(Y
    b,Re)2O3に対する酸素(SiO2)の割合Si
    O2/{SiO2+(Yb,Re)2O3}を0.55
    〜0.75とした後、不活性雰囲気中で焼成し、さらに
    900 ℃〜1500℃で熱処理して、焼結体の粒界相
    をJCPDS カードNo.21ー1458と同一のX
    線回折パターンの化合物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。
  4. 【請求項4】  前記ReがY 、ErまたはTmから
    なる請求項3記載の窒化珪素焼結体の製造法。
JP3080633A 1991-03-20 1991-03-20 窒化珪素焼結体およびその製造法 Expired - Lifetime JPH0672054B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3080633A JPH0672054B2 (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
JP3080633A JPH0672054B2 (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
JPH04292466A true JPH04292466A (ja) 1992-10-16
JPH0672054B2 JPH0672054B2 (ja) 1994-09-14

Family

ID=13723769

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3080633A Expired - Lifetime JPH0672054B2 (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) JPH0672054B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631997A1 (en) * 1993-06-30 1995-01-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon nitride based sintered body and method for producing the same
EP0825162A1 (en) * 1996-08-20 1998-02-25 Ngk Insulators, Ltd. Silicon nitride sintered material and process for production thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631997A1 (en) * 1993-06-30 1995-01-04 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Silicon nitride based sintered body and method for producing the same
EP0825162A1 (en) * 1996-08-20 1998-02-25 Ngk Insulators, Ltd. Silicon nitride sintered material and process for production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0672054B2 (ja) 1994-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5177038A (en) Silicon nitride sintered bodies
JP3290686B2 (ja) 窒化アルミニウム粉末の製造方法
US5759933A (en) Gas pressure sintered silicon nitride having high strength and stress rupture resistance
JPH04292466A (ja) 窒化珪素焼結体およびその製造法
US4818733A (en) Silicon nitride sintered bodies and a method of producing the same
JP3124863B2 (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製法
JP3140122B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
JP3034106B2 (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JPH0733290B2 (ja) 窒化珪素焼結体およびその製造法
JP2927919B2 (ja) 窒化珪素質焼結体の結晶化熱処理方法
JPH05139840A (ja) 窒化珪素質焼結体およびその製造方法
JPH035371A (ja) Si↓3N↓4焼結体の製造方法
JP2883248B2 (ja) 窒化珪素質焼結体およびその製法
JPH1059773A (ja) 窒化珪素焼結体及びその製造方法
JPS63252967A (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JP2783720B2 (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製法
JP3034099B2 (ja) 窒化珪素質焼結体およびその製造方法
JPH06287066A (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製法
JP2742622B2 (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製造方法
JP3124862B2 (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JPH06100376A (ja) β−サイアロン質焼結体及びその製造方法
JPH0585827A (ja) 窒化ケイ素−混合酸化物系焼結体およびその製造方法
JP2746759B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
JP2671539B2 (ja) 窒化珪素焼結体の製造方法
JP2577155B2 (ja) 窒化珪素焼結体

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070914

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080914

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090914

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100914

Year of fee payment: 16

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110914

Year of fee payment: 17

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110914

Year of fee payment: 17