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
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
.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
。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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)
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 |
-
1991
- 1991-03-20 JP JP3080633A patent/JPH0672054B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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 |
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