JPH0578184A - 窒化けい素系構造物 - Google Patents

窒化けい素系構造物

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JPH0578184A
JPH0578184A JP3150683A JP15068391A JPH0578184A JP H0578184 A JPH0578184 A JP H0578184A JP 3150683 A JP3150683 A JP 3150683A JP 15068391 A JP15068391 A JP 15068391A JP H0578184 A JPH0578184 A JP H0578184A
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JP
Japan
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silicon nitride
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periodic table
coating material
silicon
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JP3150683A
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Mamoru Kosakai
守 小坂井
Makoto Mabuchi
真 馬渕
Hiroshi Suzuki
弘 鈴木
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Sumitomo Cement Co Ltd
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Sumitomo Cement Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5066Silicon nitride

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温高強度材料として、特に断熱性がありか
つ高機械強度を有する窒化けい素系構造物を提供する。 【構成】 相対密度が10%以上で70%以下の窒化け
い素材の表面の少なくとも一部に、酸窒化物からなる被
覆材が5μmから5000μmの厚さで被覆されてなる
窒化けい素系構造物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温下での使用に耐え
得る窒化けい素系構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】耐熱衝撃性が高く1000℃付近まで使
用できる素材としては、石英ガラス、コーデュエライト
材、チタン酸アルミニウム材等があげられる。しかし、
コーデュエライト材、チタン酸アルミニウム材は非酸化
雰囲気中においてその使用温度が制約される。一方、窒
化けい素材は、Si−N間の結合強度が高く、膨張係数
が2.5〜3.2×10-6/℃とセラミックス中で最も低
い部類に入ることから高温下でも高い機械的強度を有
し、耐磨耗性にも優れ、さらに窒素雰囲気中では150
0℃以上の使用に耐えられる素材であり、熱衝撃性に優
れた材料として位置付けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、窒化けい素材
は金属材料に比較して比重、熱伝導率は低いものの、石
英ガラス、コーデュエライト材に比較すると熱伝導率が
高く、断熱性が悪いという欠点を有している。このよう
な欠点を解消するため、気孔率を増加させて熱伝導率を
低下させることも考えられるが、その場合には気孔率が
70%以上になると連続気孔になってしまい、気密性を
もたせることが困難になってしまうといった新たな問題
がある。
【0004】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、高温高強度材料として、
特に断熱性がありかつ高機械強度を有する窒化けい素系
構造物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明における請求項1
記載の窒化けい素系構造物では、相対密度が10%以上
で70%以下の窒化けい素材の表面の少なくとも一部
に、酸窒化物からなる被覆材が5μmから5000μm
の厚さで被覆されてなることを前記課題の解決手段とし
た。請求項2記載の窒化けい素系構造物では、前記窒化
けい素材が、針状もしくは繊維状の窒化けい素の複数個
が互いに結合してなるものであることを前記課題の解決
手段とした。請求項3記載の窒化けい素系構造物では、
前記窒化けい素材が、窒化けい素以外の第2成分とし
て、周期律表第IIa属元素、周期律表第IIIa属元
素、イットリウムを含む希土類元素の酸化物、および酸
化けい素のうち少なくとも一種を含有してなることを前
記課題の解決手段とした。請求項4記載の窒化けい素系
構造物では、前記被覆材が、SiO2、CaO、および
周期律表第IIa属元素、周期律表第IIIa属元素、
希土類元素の酸化物のうちの少なくとも一種を含む混合
物と、窒化けい素とからなり、被覆処理温度にて酸窒化
物の一部もしくは全部が溶解もしくは軟化するよう調整
されてなることを特徴とする窒化けい素系構造物。請求
項5記載の窒化けい素系構造物では、前記被覆材におけ
るSiO2とCaOとのモル比が1:1.5以上であり、
窒化けい素の量が0.1重量%以上70重量%以下であ
ることを前記課題の解決手段とした。
【0006】以下、本発明の窒化けい素系構造物を詳し
く説明する。本発明の窒化けい素系構造物は、相対密度
が10%以上で70%以下の窒化けい素材の表面の少な
くとも一部に、酸窒化物からなる被覆材を5μmから5
000μmの厚さで被覆して所望する形状のものにした
ものであり、被覆材で被覆することにより窒化けい素材
に気密性をもたせたものである。ここで、被覆材の厚さ
を5μmから5000μmとしたのは、5μm未満では
窒化けい素材の十分な気密性が確保できず、また500
0μmを越えると被覆材と窒化けい素材との熱膨張差に
基づく被覆材の剥離が生じたり、使用時における機械
的、熱的衝撃によって被覆材に剥離や破壊が生じる恐れ
があるからである。なお、相対密度とは、理論密度に対
する割合を百分率で示したものであり、また窒化けい素
の理論密度は3.19g/cm3としている。
【0007】窒化けい素材の相対密度を、70%以下で
10%以上としたのは、70%を越えると十分な断熱性
が得られず、10%未満では十分な強度が得られないか
らである。また、この窒化けい素材の構造としては、針
状もしくは繊維状の窒化けい素の複数個が互いに結合し
てなるもので、気孔率が90%以下で30%以上である
多孔質体が好ましい。針状もしくは繊維状の窒化けい素
材としては、線径が0.05〜10μm程度、長さが0.
01〜10mm程度のものが好ましい。ここで、このよ
うな針状もしくは繊維状の窒化けい素材を用いるのは、
粒状の窒化けい素材料を用いるのに比較して得られる焼
結体の機械強度を高く保つことができ、かつ該焼結体を
低密度にすることができるからである。
【0008】針状もしくは繊維状の窒化けい素として
は、α−窒化けい素ウィスカー、β−窒化けい素ウィス
カー、窒化けい素繊維等を用いることができる。そし
て、これらを単独で用いて混合焼結するか、もしくはこ
れらに周期律表の第IIa属元素、第IIIa属元素、
希土類元素の酸化物、酸化けい素の少なくとも一種を第
2成分として配合し、混合焼結して第2の窒化けい素焼
結体を得る。なお、断熱性の点からみると、α−窒化け
い素ウィスカーを用いるほうがβ−窒化けい素ウィスカ
ーを用いるより好ましいが、その場合には焼結温度およ
び被覆処理温度を1600℃以下とする必要がある。
【0009】前記第2成分として、周期律表の第IIa
属元素、第IIIa属元素、希土類元素の酸化物、酸化
けい素の少なくとも一種を配合するのは次の理由によ
る。すなわち、これら第2成分が窒化けい素材と反応す
ることによって窒化物が形成され、この窒化物が針状も
しくは繊維状の窒化けい素同士の接合材として作用する
からである。また、アルミニウムや酸素原子等が窒化け
い素に固溶することにより、窒化けい素の熱伝導率が低
下するからである。
【0010】被覆材は酸窒化物からなるもので、その組
成としては、SiO2−CaOガラス、および周期律表
第IIa属元素、周期律表第IIIa属元素、希土類元
素の酸化物のうちの少なくとも一種を含む混合物と、窒
化けい素とからなるものであり、被覆処理温度にて酸窒
化物の一部もしくは全部が溶解もしくは軟化するよう調
整されたものである。
【0011】CaO−SiO2ガラスとしては、CaO
とSiO2とのモル比が1:0.8〜1:2、好ましくは
1:1〜1:1.5の範囲の組成のものが好適に用いら
れる。ここで、前記モル比(1:0.8)よりCaO量
が多くなると、被覆材の熱膨張率が大きくなり過ぎて好
ましくなく、またCaO量が少なくなると、窒化けい素
材との反応性が低下して好ましくない。
【0012】また、被覆材にAl23を(周期律表第I
IIa属元素の酸化物)を添加した場合には、添加によ
りCaO−SiO2溶融時の液相分離を防止することが
できる。また、Y23を含む希土類酸化物を添加すれ
ば、被覆材の熱膨張率を低下させるのに有効であり、さ
らには非酸化雰囲気下での窒化けい素材とSiO2との
反応によるSiO2、N2ガスの発生を抑制し、かつ窒化
けい素材からの窒素の固溶を促進して被覆材の耐熱性、
強度を高めることができる。
【0013】また、このような被覆材に窒化けい素粉を
0.1重量%〜70重量%添加することもできる。そし
て、この添加により被覆材の熱膨張率を低下させること
ができ、さらには該被覆材の窒化けい素材との接合時に
おける粘性を上げ、窒化けい素材への吸い込みを防止す
ることができる。なお、窒化けい素粉の添加量(含有
量)が0.1重量%未満では添加の効果が得られず、7
0重量%を越えると気密性のある被膜が得られないため
好ましくない。
【0014】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。β−窒化けい素ウィスカーが80重量%、S
iO2超微粉(平均粒径0.01μm)が20重量%、A
23、Y23が各2.5重量%となるように配合して
これらを混合、成形し、さらに窒素気流中にて1800
℃で焼成して気孔率70重量%、直径100mm、厚さ
5mmの円盤体(窒化けい素材)を得た。ここで、この
円盤体の相対密度を調べたところ、30%であった。次
に、得られた円盤体の一方の面にCaO−SiO2−A
23−Y23ガラス粉60重量%と窒化けい素粉40
重量%との混合粉(被覆材)を塗布し、窒素気流中にて
1500℃で熱処理を行ない、厚さ100μmの酸窒化
膜を円盤体表面に被覆した。
【0015】得られた構造物の物性を調べたところ、熱
伝導が1.5w/mK、圧縮強度5kg/mm2、曲げ強
度5kg/mm2であった。また、ヘリウムリークディ
テクターにより円盤両面間での気密性を調べたところ、
洩れ量が装置の検出限界以下であり、十分な気密性が確
保されていることが確認された。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項1記載の窒化けい素系構造物は、相対密度が10%以
上で70%以下の窒化けい素材の表面の少なくとも一部
に、酸窒化物からなる被覆材を5μmから5000μm
の厚さで被覆して窒化けい素の気密性を確保したもので
あるから、断熱性がありかつ十分な機械強度を有する構
造物となる。請求項2記載の窒化けい素系構造物は、前
記窒化けい素材が、針状もしくは繊維状の窒化けい素の
複数個が互いに結合してなるものであるから、該窒化け
い素材が高断熱性を有するものとなり、よって高温強度
および断熱性が要求される部材に好適となる。
【0017】請求項3記載の窒化けい素系構造物は、前
記窒化けい素材が、窒化けい素以外の第2成分として、
周期律表第IIa属元素、周期律表第IIIa属元素、
イットリウムを含む希土類元素の酸化物、および酸化け
い素のうち少なくとも一種を含有してなるものであるか
ら、これら第2成分が窒化けい素材と反応することによ
って窒化物が形成され、この窒化物が針状もしくは繊維
状の窒化けい素同士の接合材として作用することにより
該窒化けい素材の機械強度が高まる。また、アルミニウ
ムや酸素原子等が窒化けい素に固溶することにより、窒
化けい素の熱伝導率が低下して構造物全体の断熱性が向
上する。請求項4記載の窒化けい素系構造物は、前記被
覆材がSiO2、CaO、および周期律表第IIa属元
素、周期律表第IIIa属元素、希土類元素の酸化物の
うちの少なくとも一種を含む混合物と、窒化けい素とか
らなり、被覆処理温度にて酸窒化物の一部もしくは全部
が溶解もしくは軟化するよう調整されてなるものである
から、例えば被覆材にAl23を添加すれば、CaO−
SiO2溶融時の液相分離を防止することができ、また
23を含む希土類酸化物を添加すれば、被覆材の熱膨
張率を低下させ、さらには非酸化雰囲気下での窒化けい
素材からのSiO2の分解を抑制し、かつ窒化けい素材
からの窒素の固溶を促進して被覆材の耐熱性、強度を高
めることができる。
【0018】請求項5記載の窒化けい素系構造物は、前
記被覆材におけるSiO2とCaOとのモル比が1:1.
5以上であり、窒化けい素の量が0.1重量%以上70
重量%以下であることから、窒化けい素により被覆材の
熱膨張率を低下させることができ、さらには該被覆材の
窒化けい素材との接合時における粘性を上げて窒化けい
素材への吸い込みを防止することができる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対密度が10%以上で70%以下の窒
    化けい素材の表面の少なくとも一部に、酸窒化物からな
    る被覆材が5μmから5000μmの厚さで被覆されて
    なることを特徴とする窒化けい素系構造物。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の窒化けい素系構造物にお
    いて、前記窒化けい素材が、針状もしくは繊維状の窒化
    けい素の複数個が互いに結合してなるものであることを
    特徴とする窒化けい素系構造物。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の窒化けい素系構造物にお
    いて、前記窒化けい素材が、窒化けい素以外の第2成分
    として、周期律表第IIa属元素、周期律表第IIIa
    属元素、イットリウムを含む希土類元素の酸化物、およ
    び酸化けい素のうち少なくとも一種を含有してなること
    を特徴とする窒化けい素系構造物。
  4. 【請求項4】 請求項1、2及び3記載の窒化けい素系
    構造物において、前記被覆材が、SiO2、CaO、お
    よび周期律表第IIa属元素、周期律表第IIIa属元
    素、希土類元素の酸化物のうちの少なくとも一種を含む
    混合物と、窒化けい素とからなり、被覆処理温度にて酸
    窒化物の一部もしくは全部が溶解もしくは軟化するよう
    調整されてなることを特徴とする窒化けい素系構造物。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の窒化けい素系構造物にお
    いて、前記被覆材におけるSiO2とCaOとのモル比
    が1:1.5以上であり、窒化けい素の量が0.1重量%
    以上70重量%以下であることを特徴とする窒化けい素
    系構造物。
JP3150683A 1991-06-21 1991-06-21 窒化けい素系構造物 Withdrawn JPH0578184A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5982060A (en) * 1994-04-07 1999-11-09 Kone Oy Elevator machinery

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US5982060A (en) * 1994-04-07 1999-11-09 Kone Oy Elevator machinery

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Effective date: 19980903