JPH055783B2 - - Google Patents
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- JPH055783B2 JPH055783B2 JP60115039A JP11503985A JPH055783B2 JP H055783 B2 JPH055783 B2 JP H055783B2 JP 60115039 A JP60115039 A JP 60115039A JP 11503985 A JP11503985 A JP 11503985A JP H055783 B2 JPH055783 B2 JP H055783B2
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- Ceramic Products (AREA)
Description
（技術分野）
本発明は高強度を有する窒化珪素基セラミツク
スの製造方法に、特にＣ含有率が比較的高い原料
粉末を用いた場合の製造方法に関する。 （従来技術の問題点） セラミツクスは従来の金属材料や高分子材料に
はないすぐれた特性をもつ構造材料として注目さ
れ、窒化珪素・サイアロン・炭化珪素・ジルコニ
ア・アルミナ等の開発が進められている。中でも
窒化珪素基セラミツクスは優れた特性を兼ね備え
ておりエンジン部品等高温高強度部品として実用
化が進むものと期待されている。 この窒化珪素基セラミツクスはほとんどの場合
焼結助剤を添加する液相焼結によつて製造されて
おり、高強度を有する焼結体を得るためには粒界
相の組成の制御が重要である。粒界相の特性ひい
ては焼結体特性は焼結助剤の組成・焼結条件だけ
でなく原料粉末の特性にも大きな影響を受けるこ
とが知られており、高い特性の原料粉末を得るた
めの研究が行われている。 Si3N4原料粉末が満たすべき条件の１つとして
不純物濃度が低いことがあげられるがそのうちＣ
濃度が高い場合には焼結が進行しにくくなり、焼
結体密度及び強度が低下することが経験的に知ら
れている。この特性低下を防ぐためにはＣ含有率
の低いSi3N4原料を使用することが考えられる
が、このような原料を製造するためには粉末製
造用原料の高純度化工程のより精密な制御Ｃ
を除くための工程を設ける必要が生じるため原料
粉末の価格が上昇するという問題があり、Ｃ含有
率の比較的高い原料を用いた場合でも高い特性の
焼結体が得られる製造技術の確立が待たれてい
た。本発明はこれを解決するためになされたもの
である。 （発明の開示） 本発明によれば、Ｃ含有率の比較的高い原料粉
末あるいは焼結助剤粉末を使用しても特性の高い
窒化珪素基セラミツクス焼結体を得ることができ
る。なおＣ含有率の比較的高いという表現は、
Si3N4原料粉末と焼結助剤粉末を混合した時点で
0.2〜１重量％であることを示す。 さらに詳しく説明すれば、Ｃ含有率の比較的高
い原料粉末を用いる場合焼結時の昇温速度を600
℃／Ｈとすることにより、欠陥が少なく強度の高
い窒化珪素基セラミツクスを製造することができ
る。 昇温速度を大きくする主目的は原料中に含まれ
るＣとSi3N4粉末表面のSiO2によつて昇温中に生
じる式の反応 SiO2＋Ｃ→SiO↑＋CO↑ − の進行を抑え、焼結の駆動力となる液相量の減少
を抑えることにある。 昇温速度を大きくすることによつて式の反応
の進行が抑えられる。 理由は完全に明確にはできないが、 Si3N4原料粉末表面のSiO2がＣとの反応を
する前に焼結助剤と液相を生じる様な化合物を
形成し、化学的に安定となる。 原料粉末中のＣがの反応をする前にSi3N4
と反応し、SiCを生じる温度領域に達する。 等が考えられる。なおＣ含有率の比較的高い原料
粉末を用いた場合には上述の様に昇温速度を大き
くするほか、焼結助剤としてSiO2粉末を加える
ことが有効である。これは、昇温速度の増加だけ
では防ぎ切れないSiO2の蒸発を抑えるためと考
えられる。 以下本発明の効果を実施例に従つて説明する。 実施例 １
スの製造方法に、特にＣ含有率が比較的高い原料
粉末を用いた場合の製造方法に関する。 （従来技術の問題点） セラミツクスは従来の金属材料や高分子材料に
はないすぐれた特性をもつ構造材料として注目さ
れ、窒化珪素・サイアロン・炭化珪素・ジルコニ
ア・アルミナ等の開発が進められている。中でも
窒化珪素基セラミツクスは優れた特性を兼ね備え
ておりエンジン部品等高温高強度部品として実用
化が進むものと期待されている。 この窒化珪素基セラミツクスはほとんどの場合
焼結助剤を添加する液相焼結によつて製造されて
おり、高強度を有する焼結体を得るためには粒界
相の組成の制御が重要である。粒界相の特性ひい
ては焼結体特性は焼結助剤の組成・焼結条件だけ
でなく原料粉末の特性にも大きな影響を受けるこ
とが知られており、高い特性の原料粉末を得るた
めの研究が行われている。 Si3N4原料粉末が満たすべき条件の１つとして
不純物濃度が低いことがあげられるがそのうちＣ
濃度が高い場合には焼結が進行しにくくなり、焼
結体密度及び強度が低下することが経験的に知ら
れている。この特性低下を防ぐためにはＣ含有率
の低いSi3N4原料を使用することが考えられる
が、このような原料を製造するためには粉末製
造用原料の高純度化工程のより精密な制御Ｃ
を除くための工程を設ける必要が生じるため原料
粉末の価格が上昇するという問題があり、Ｃ含有
率の比較的高い原料を用いた場合でも高い特性の
焼結体が得られる製造技術の確立が待たれてい
た。本発明はこれを解決するためになされたもの
である。 （発明の開示） 本発明によれば、Ｃ含有率の比較的高い原料粉
末あるいは焼結助剤粉末を使用しても特性の高い
窒化珪素基セラミツクス焼結体を得ることができ
る。なおＣ含有率の比較的高いという表現は、
Si3N4原料粉末と焼結助剤粉末を混合した時点で
0.2〜１重量％であることを示す。 さらに詳しく説明すれば、Ｃ含有率の比較的高
い原料粉末を用いる場合焼結時の昇温速度を600
℃／Ｈとすることにより、欠陥が少なく強度の高
い窒化珪素基セラミツクスを製造することができ
る。 昇温速度を大きくする主目的は原料中に含まれ
るＣとSi3N4粉末表面のSiO2によつて昇温中に生
じる式の反応 SiO2＋Ｃ→SiO↑＋CO↑ − の進行を抑え、焼結の駆動力となる液相量の減少
を抑えることにある。 昇温速度を大きくすることによつて式の反応
の進行が抑えられる。 理由は完全に明確にはできないが、 Si3N4原料粉末表面のSiO2がＣとの反応を
する前に焼結助剤と液相を生じる様な化合物を
形成し、化学的に安定となる。 原料粉末中のＣがの反応をする前にSi3N4
と反応し、SiCを生じる温度領域に達する。 等が考えられる。なおＣ含有率の比較的高い原料
粉末を用いた場合には上述の様に昇温速度を大き
くするほか、焼結助剤としてSiO2粉末を加える
ことが有効である。これは、昇温速度の増加だけ
では防ぎ切れないSiO2の蒸発を抑えるためと考
えられる。 以下本発明の効果を実施例に従つて説明する。 実施例 １
【表】
表１に示す様にＣ含有率以外はほぼ同じ特性を
持つ市販のSi3N4粉末Ａ、Ｂ及び上記Ｂ粉末に
0.25wt％のＣ粉末（粒径0.2μｍ）に焼結助剤とし
てMgO粉末10mol％、Al2O3粉末5.5mol％を加え
ボールミルを用いて混合した後曲げ試験片形状に
成形し１気圧のN2中で第２表に示すような３種
の昇温速度で1700℃まで昇温しその後１時間保持
して焼結し、４mm×８mm×25mmの試験片に加工し
た。 試験片は20mmスパンで３点曲げ試験を行うと同
時に破壊起点を観察した。結果を第２表に示す。 なお試料数は各条件共10本であり添加した焼結
助剤粉末のＣ含有率はSi3N4粉末に比べ無視でき
る程少ない。
持つ市販のSi3N4粉末Ａ、Ｂ及び上記Ｂ粉末に
0.25wt％のＣ粉末（粒径0.2μｍ）に焼結助剤とし
てMgO粉末10mol％、Al2O3粉末5.5mol％を加え
ボールミルを用いて混合した後曲げ試験片形状に
成形し１気圧のN2中で第２表に示すような３種
の昇温速度で1700℃まで昇温しその後１時間保持
して焼結し、４mm×８mm×25mmの試験片に加工し
た。 試験片は20mmスパンで３点曲げ試験を行うと同
時に破壊起点を観察した。結果を第２表に示す。 なお試料数は各条件共10本であり添加した焼結
助剤粉末のＣ含有率はSi3N4粉末に比べ無視でき
る程少ない。
【表】
第２表よりＣ含有率が比較的大きな原料粉末を
用いた場合でも昇温速度が大きくすれば焼結時の
Ｃ減少率（SiO2蒸発量に相当すると考えられる）
が小さく、焼結に必要な液相量を確保できるため
欠陥が小さく、曲げ強度の比較的高い窒化珪素基
セラミツクスを得られることがわかつた。 実施例 ２ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てMgO粉末10mol、％Al2O3粉末5.5mol％及び
SiO2粉末を1.0mol％又は2.0mol％加え実施例１
と同様の方法で試験を行つた結果を第３表に示
す。
用いた場合でも昇温速度が大きくすれば焼結時の
Ｃ減少率（SiO2蒸発量に相当すると考えられる）
が小さく、焼結に必要な液相量を確保できるため
欠陥が小さく、曲げ強度の比較的高い窒化珪素基
セラミツクスを得られることがわかつた。 実施例 ２ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てMgO粉末10mol、％Al2O3粉末5.5mol％及び
SiO2粉末を1.0mol％又は2.0mol％加え実施例１
と同様の方法で試験を行つた結果を第３表に示
す。
【表】
第３表に示す様にＣ含有率が比較的大きな原料
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツク
スを得ることができる。また第２表と比較するこ
とにより、焼結助剤としてSiO2粉末を添加する
ことが曲げ強度の増加に有効であることがわか
る。 実施例 ３ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てAl2O3粉末13.5mol％Y2O3粉末2.5mol％、及び
一部SiO2粉末を1mol％加え、焼結温度が1800℃
（但し、1700℃以上ではN2圧が4atm）であるこ
とを除き実施例１と同様の方法で試験を行つた結
果を第４表に示す。
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツク
スを得ることができる。また第２表と比較するこ
とにより、焼結助剤としてSiO2粉末を添加する
ことが曲げ強度の増加に有効であることがわか
る。 実施例 ３ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てAl2O3粉末13.5mol％Y2O3粉末2.5mol％、及び
一部SiO2粉末を1mol％加え、焼結温度が1800℃
（但し、1700℃以上ではN2圧が4atm）であるこ
とを除き実施例１と同様の方法で試験を行つた結
果を第４表に示す。
【表】
【表】
第４表に示す様にＣ含有率が比較的大きな原料
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツク
スを得ることができる。 実施例 ４ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てZrO2粉末8mol％、Y2O3粉末6mol％及び一部
SiO2粉末を1mol％加え、焼結温度が1850℃（但
し1700℃以上のN2圧が8atm）であることを除き
実施例１と同様の方法で試験を行つた。 結果を第５表に示す。
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツク
スを得ることができる。 実施例 ４ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てZrO2粉末8mol％、Y2O3粉末6mol％及び一部
SiO2粉末を1mol％加え、焼結温度が1850℃（但
し1700℃以上のN2圧が8atm）であることを除き
実施例１と同様の方法で試験を行つた。 結果を第５表に示す。
【表】
表５表に示す様にＣ含有率が比較的大きな原料
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツク
スを得ることができる。また本実施例の様に液生
性成温度の高い助剤系ではSiO2粉末の添加が焼
結の促進に有効であることがわかる。 実施例 ５ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てAl2O3粉末12mol％CeO2粉末4.0mol％及び一部
SiO2粉末を1mol％加え焼結温度が1850℃（但し
1700℃以上でのN2圧が8atm）であることを除き
実施例１と同様の方法で試験を行つた結果を第６
表に示す。
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツク
スを得ることができる。また本実施例の様に液生
性成温度の高い助剤系ではSiO2粉末の添加が焼
結の促進に有効であることがわかる。 実施例 ５ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てAl2O3粉末12mol％CeO2粉末4.0mol％及び一部
SiO2粉末を1mol％加え焼結温度が1850℃（但し
1700℃以上でのN2圧が8atm）であることを除き
実施例１と同様の方法で試験を行つた結果を第６
表に示す。
【表】
第６表に示す様にＣ含有率が比較的大きな原料
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば、
欠陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツ
クスを得ることができる。 実施例 ６ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てAl2O3粉末11mol％AlN粉末7mol％、Y2O3粉
末4mol％を加え焼結温度が1750℃であることを
除き実施例１と同様の方法で試験を行つた結果を
第７表に示す。
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば、
欠陥が小さく曲げ強度の高い窒化珪素基セラミツ
クスを得ることができる。 実施例 ６ 第１表に示す市販の粉末Ａ、Ｂに焼結助剤とし
てAl2O3粉末11mol％AlN粉末7mol％、Y2O3粉
末4mol％を加え焼結温度が1750℃であることを
除き実施例１と同様の方法で試験を行つた結果を
第７表に示す。
【表】
第７表に示す様にＣ含有率が比較的大きな原料
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく、Ｃ含有率の少ない原料粉末を用いた
場合に近い曲げ強度の窒化珪素基セラミツクス
（SiAlON−Y2O3）を得ることができる。 （発明の効果） 以上の様にＣ含有率の比較的高いSi3N4原料粉
末（焼結助剤を含む）を用いた場合でも昇温速度
を大きくすれば欠陥の小さい高強度窒化珪素基セ
ラミツクス焼結体を得ることができる。
粉末を用いた場合でも昇温速度を大きくすれば欠
陥が小さく、Ｃ含有率の少ない原料粉末を用いた
場合に近い曲げ強度の窒化珪素基セラミツクス
（SiAlON−Y2O3）を得ることができる。 （発明の効果） 以上の様にＣ含有率の比較的高いSi3N4原料粉
末（焼結助剤を含む）を用いた場合でも昇温速度
を大きくすれば欠陥の小さい高強度窒化珪素基セ
ラミツクス焼結体を得ることができる。
Claims (1)
- １ 窒化珪素粉末およびその焼結助剤粉末を主成
分とする混合粉末中のＣ量が0.2重量％以上であ
り、かつその焼結時の昇温速度が600℃／Ｈ以上
とすることを特徴とする窒化珪素基セラミツクス
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60115039A JPS61275167A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 窒化珪素基セラミツクスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60115039A JPS61275167A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 窒化珪素基セラミツクスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61275167A JPS61275167A (ja) | 1986-12-05 |
| JPH055783B2 true JPH055783B2 (ja) | 1993-01-25 |
Family
ID=14652680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60115039A Granted JPS61275167A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 窒化珪素基セラミツクスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61275167A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003034580A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素系複合焼結体及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-05-27 JP JP60115039A patent/JPS61275167A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003034580A (ja) * | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素系複合焼結体及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61275167A (ja) | 1986-12-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |