JPH06135706A - 窒化珪素粉末 - Google Patents
窒化珪素粉末Info
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- JPH06135706A JPH06135706A JP4288773A JP28877392A JPH06135706A JP H06135706 A JPH06135706 A JP H06135706A JP 4288773 A JP4288773 A JP 4288773A JP 28877392 A JP28877392 A JP 28877392A JP H06135706 A JPH06135706 A JP H06135706A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温強度、高温クリープ特性等に優れた焼結
体を製造することができる窒化珪素粉末の提供。 【構成】 金属珪素粉末を窒化して得られた窒化珪素粉
末であって、Ｆ含有量が３００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ａｌ
及びＣａの合計含有量が５００ｐｐｍ以下であることを
特徴とする窒化珪素粉末。
体を製造することができる窒化珪素粉末の提供。 【構成】 金属珪素粉末を窒化して得られた窒化珪素粉
末であって、Ｆ含有量が３００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ａｌ
及びＣａの合計含有量が５００ｐｐｍ以下であることを
特徴とする窒化珪素粉末。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温強度、高温クリ−
プ特性等の高温特性に優れた焼結体を製造することがで
きる窒化珪素粉末に関する。
プ特性等の高温特性に優れた焼結体を製造することがで
きる窒化珪素粉末に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素焼結体は、強度、硬度、靭性、
耐熱性、耐蝕性、耐熱衝撃性等に優れた材料であること
から、各種産業機構部品、自動車部品、ガスタービン部
品等の利用が進められている。
耐熱性、耐蝕性、耐熱衝撃性等に優れた材料であること
から、各種産業機構部品、自動車部品、ガスタービン部
品等の利用が進められている。
【０００３】窒化珪素粉末の製造方法としては、金属珪
素直接窒化法、シリカ還元法、ハロゲン化珪素法が工業
化されている。これらの製法で得られた粉末は、それぞ
れ異なった粉体特性を有し、焼結性や焼結体特性に大き
く影響している。一般に、高温特性は、粒界相の特性に
大きく影響されるので、それを向上させるには高純度の
窒化珪素粉末が用いられている。
素直接窒化法、シリカ還元法、ハロゲン化珪素法が工業
化されている。これらの製法で得られた粉末は、それぞ
れ異なった粉体特性を有し、焼結性や焼結体特性に大き
く影響している。一般に、高温特性は、粒界相の特性に
大きく影響されるので、それを向上させるには高純度の
窒化珪素粉末が用いられている。
【０００４】金属珪素直接窒化法の場合、高純度のＳｉ
粉末を原料とし、さらには得られた窒化珪素粉末のＦｅ
等の金属不純物量を低減するために、酸による精製処理
を行って純度の向上を図っている。しかしながら、この
方法で製造された高純度窒化珪素粉末であっても、高温
特性に優れた焼結体が必ずしも得られないという問題が
あった。
粉末を原料とし、さらには得られた窒化珪素粉末のＦｅ
等の金属不純物量を低減するために、酸による精製処理
を行って純度の向上を図っている。しかしながら、この
方法で製造された高純度窒化珪素粉末であっても、高温
特性に優れた焼結体が必ずしも得られないという問題が
あった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、焼結
性に優れ、高温強度等の高温特性に優れた焼結体を製造
することができる窒化珪素粉末を提供することにある。
性に優れ、高温強度等の高温特性に優れた焼結体を製造
することができる窒化珪素粉末を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、金
属珪素粉末を窒化して得られた窒化珪素粉末であって、
Ｆ含有量が３００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ａｌ及びＣａの合
計含有量が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする窒
化珪素粉末である。
属珪素粉末を窒化して得られた窒化珪素粉末であって、
Ｆ含有量が３００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、Ａｌ及びＣａの合
計含有量が５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする窒
化珪素粉末である。
【０００７】以下、さらに詳しく本発明について説明す
る。
る。
【０００８】本発明者らは、金属珪素直接窒化法による
窒化珪素粉末を用い、その不純物量と焼結性及び焼結体
特性の関係について種々検討した結果、精製処理を行っ
た高純度の窒化珪素粉末において、Ｆｅ等の金属不純物
量が同程度であっても、精製時に使用する酸の種類と濃
度によって得られた窒化珪素粉末のハロゲン不純物量が
異なり、高温強度が著しく影響されることを見いだし
た。
窒化珪素粉末を用い、その不純物量と焼結性及び焼結体
特性の関係について種々検討した結果、精製処理を行っ
た高純度の窒化珪素粉末において、Ｆｅ等の金属不純物
量が同程度であっても、精製時に使用する酸の種類と濃
度によって得られた窒化珪素粉末のハロゲン不純物量が
異なり、高温強度が著しく影響されることを見いだし
た。
【０００９】すなわち、ハロゲン不純物の典型であるＦ
は、初期焼結時に焼結助剤と反応し、生成する粒界相の
粘性低下等を起こして焼結性を低下させる。また、焼結
体の粒界相中に残留したＦは１２００℃以上の高温では
不安定であるので高温クリープ等の高温特性を低下させ
る。
は、初期焼結時に焼結助剤と反応し、生成する粒界相の
粘性低下等を起こして焼結性を低下させる。また、焼結
体の粒界相中に残留したＦは１２００℃以上の高温では
不安定であるので高温クリープ等の高温特性を低下させ
る。
【００１０】そこで、本発明では、まず窒化珪素粉末の
Ｆ含有量を３００ｐｐｍ以下好ましくは１００ｐｐｍ以
下に限定した。Ｆの含有量が３００ｐｐｍをこえると、
初期焼結時にＦが焼結助剤と反応して生成する液相の粘
性を低下させ、焼結性が低下して十分に緻密化できなか
ったり、焼結体密度がばらついて曲げ強度等が低下した
りする。さらには、焼結体の粒界相に残留したＦは、１
２００℃の高温で不安定となり、粒界相中を移動したり
揮発したりして高温強度や高温クリープ特性が低下す
る。
Ｆ含有量を３００ｐｐｍ以下好ましくは１００ｐｐｍ以
下に限定した。Ｆの含有量が３００ｐｐｍをこえると、
初期焼結時にＦが焼結助剤と反応して生成する液相の粘
性を低下させ、焼結性が低下して十分に緻密化できなか
ったり、焼結体密度がばらついて曲げ強度等が低下した
りする。さらには、焼結体の粒界相に残留したＦは、１
２００℃の高温で不安定となり、粒界相中を移動したり
揮発したりして高温強度や高温クリープ特性が低下す
る。
【００１１】次に、本発明では、金属不純物量として、
Ｆｅ、Ａｌ及びＣａの合計を５００ｐｐｍ以下に限定し
た。本発明において、金属不純物成分としてＦｅ、Ａｌ
及びＣａに着目した理由は、これらの金属は、焼結時に
粒界相に固溶又は偏析して粒界相の軟化温度を低下させ
たり粒界相の結晶化を阻害させて高温特性を低下させや
すい成分であるからであり、それらの合計を５００ｐｐ
ｍ以下に限定したのも同様な理由による。Ｆｅ、Ａｌ及
びＣａのそれぞれの含有量は３００ｐｐｍをこえないこ
とが望ましい。
Ｆｅ、Ａｌ及びＣａの合計を５００ｐｐｍ以下に限定し
た。本発明において、金属不純物成分としてＦｅ、Ａｌ
及びＣａに着目した理由は、これらの金属は、焼結時に
粒界相に固溶又は偏析して粒界相の軟化温度を低下させ
たり粒界相の結晶化を阻害させて高温特性を低下させや
すい成分であるからであり、それらの合計を５００ｐｐ
ｍ以下に限定したのも同様な理由による。Ｆｅ、Ａｌ及
びＣａのそれぞれの含有量は３００ｐｐｍをこえないこ
とが望ましい。
【００１２】本発明の窒化珪素粉末の酸素量について
は、焼結助剤の種類によっても異なるが、３重量％以下
であることが好ましい。３重量％をこえると、焼結助剤
と反応して生成する粒界相中のＳｉＯ2 量が増加し、高
温特性を低下させる。
は、焼結助剤の種類によっても異なるが、３重量％以下
であることが好ましい。３重量％をこえると、焼結助剤
と反応して生成する粒界相中のＳｉＯ2 量が増加し、高
温特性を低下させる。
【００１３】また、本発明の窒化珪素粉末の粒度につい
ては、ＢＥＴ法で測定された比表面積が６ｍ2/ｇ以上で
あることが好ましい。比表面積が６ｍ2/ｇ未満では焼結
性が低下し、十分に緻密化した焼結体を得ることが困難
となる。比表面積の上限については特に制限はなく極端
にカサ高となって成形ができなくならなければよい。
ては、ＢＥＴ法で測定された比表面積が６ｍ2/ｇ以上で
あることが好ましい。比表面積が６ｍ2/ｇ未満では焼結
性が低下し、十分に緻密化した焼結体を得ることが困難
となる。比表面積の上限については特に制限はなく極端
にカサ高となって成形ができなくならなければよい。
【００１４】本発明の窒化珪素粉末は、金属珪素粉末を
比表面積１〜２ｍ2/ｇ程度に粉砕してから塩酸とフッ酸
等の混酸で処理して金属不純物量を低減させた後、カサ
比重０．８〜１．５程度の成形体に成形し、それを窒素
及び／又はアンモニアを含む雰囲気中、温度１３００〜
１５００℃で加熱して窒化珪素インゴットを製造する。
次いで、それを所望の粒度まで粉砕した後、上記混酸で
処理し、さらに水素及び／又はアンモニアを含む雰囲気
中、温度１０００〜１６００℃で処理するか、又はアン
モニア、ＮａＯＨ等のアルカリ性溶液中で処理し、Ｆ及
びＣｌを低減させることによって製造することができ
る。
比表面積１〜２ｍ2/ｇ程度に粉砕してから塩酸とフッ酸
等の混酸で処理して金属不純物量を低減させた後、カサ
比重０．８〜１．５程度の成形体に成形し、それを窒素
及び／又はアンモニアを含む雰囲気中、温度１３００〜
１５００℃で加熱して窒化珪素インゴットを製造する。
次いで、それを所望の粒度まで粉砕した後、上記混酸で
処理し、さらに水素及び／又はアンモニアを含む雰囲気
中、温度１０００〜１６００℃で処理するか、又はアン
モニア、ＮａＯＨ等のアルカリ性溶液中で処理し、Ｆ及
びＣｌを低減させることによって製造することができ
る。
【００１５】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
に本発明を説明する。
【００１６】実施例１〜６ 比較例１〜５ 金属珪素粉末（比表面積１．５ｍ2/ｇ）を塩酸とフッ酸
からなる温度５０℃の混酸により２時間の純化処理を行
ってから、カサ密度１．０ｇ／ｃｍ3 の成形体を成形し
た。それを窒素及びアンモニアを含む雰囲気中、１２０
０〜１４５０℃の温度で窒化し、α分率９２％の窒化珪
素インゴットを製造し、次いで、それを粗砕・中砕及び
ボールミルで湿式粉砕した後、上記混酸の濃度を変えて
２時間の精製処理を行った。
からなる温度５０℃の混酸により２時間の純化処理を行
ってから、カサ密度１．０ｇ／ｃｍ3 の成形体を成形し
た。それを窒素及びアンモニアを含む雰囲気中、１２０
０〜１４５０℃の温度で窒化し、α分率９２％の窒化珪
素インゴットを製造し、次いで、それを粗砕・中砕及び
ボールミルで湿式粉砕した後、上記混酸の濃度を変えて
２時間の精製処理を行った。
【００１７】得られた窒化珪素粉末の１００ｇを直径５
０ｍｍのアルミナ管に充填し、菅状炉にて窒素及び水素
の混合雰囲気中で窒素分圧を変え、温度１３００℃、１
時間の熱処理を行い、Ｆ含有量の異なる窒化珪素粉末を
製造した。それらの粉体特性を表１に示す。
０ｍｍのアルミナ管に充填し、菅状炉にて窒素及び水素
の混合雰囲気中で窒素分圧を変え、温度１３００℃、１
時間の熱処理を行い、Ｆ含有量の異なる窒化珪素粉末を
製造した。それらの粉体特性を表１に示す。
【００１８】この窒化珪素粉末９４重量部と平均粒径
１．５μｍのＹ2 Ｏ3 粉末６重量部とを配合し、１，
１，１−トリクロロエタン中で４時間ボールミルで湿式
混合し、乾燥した後、粉末の５０ｇを直径６０ｍｍのカ
ーボンダイスに充填し、窒素雰囲気中、温度１８００
℃、圧力４００ｋｇ／ｃｍ2 で２時間のホットプレス焼
結を行った。
１．５μｍのＹ2 Ｏ3 粉末６重量部とを配合し、１，
１，１−トリクロロエタン中で４時間ボールミルで湿式
混合し、乾燥した後、粉末の５０ｇを直径６０ｍｍのカ
ーボンダイスに充填し、窒素雰囲気中、温度１８００
℃、圧力４００ｋｇ／ｃｍ2 で２時間のホットプレス焼
結を行った。
【００１９】得られた焼結体を３×４×４０ｍｍに研削
加工後、相対密度（アルキメデス法）と温度１２００℃
及び１３００℃における４点曲げ強度（島津製作所社製
「オートグラフＡＧ−２００Ａ」）を測定した。また、
大気中、温度１２５０℃、引っ張り応力２５０ＭＰａに
おける１０００時間の高温クリープ評価を行った。それ
らの結果を表２に示す。
加工後、相対密度（アルキメデス法）と温度１２００℃
及び１３００℃における４点曲げ強度（島津製作所社製
「オートグラフＡＧ−２００Ａ」）を測定した。また、
大気中、温度１２５０℃、引っ張り応力２５０ＭＰａに
おける１０００時間の高温クリープ評価を行った。それ
らの結果を表２に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】なお、表１及び表３に示した粉体特性の測
定は、以下の方法によった。 （１）Ｆｅ、Ａｌ及びＣａの金属不純物量（ｐｐｍ）：
ＪＩＳ Ｇ １３２２に準じる。 （２）Ｆ量（ｐｐｍ）：パイロハイドリシス蒸留、イオ
ンクロマトグラフィ−法による。 （３）酸素量（重量％）：ＬＥＣＯ社製Ｏ／Ｎ同時分析
計「ＴＣ−１３６」による。 （４）比表面積（ｍ2/ｇ）：湯浅アイオニクス社製、カ
ンターソーブＪｒ．ＢＥＴ１点法による。
定は、以下の方法によった。 （１）Ｆｅ、Ａｌ及びＣａの金属不純物量（ｐｐｍ）：
ＪＩＳ Ｇ １３２２に準じる。 （２）Ｆ量（ｐｐｍ）：パイロハイドリシス蒸留、イオ
ンクロマトグラフィ−法による。 （３）酸素量（重量％）：ＬＥＣＯ社製Ｏ／Ｎ同時分析
計「ＴＣ−１３６」による。 （４）比表面積（ｍ2/ｇ）：湯浅アイオニクス社製、カ
ンターソーブＪｒ．ＢＥＴ１点法による。
【００２３】実施例７〜９ 比較例６〜７ 実施例２と同様にして混酸による純化処理を行った窒化
珪素粉末１００ｇ、直径１５ｍｍの窒化珪素製ボール１
０００ｇ及びｐＨを９〜１４に調整したアンモニア水１
リットルを２リットルのボールミルに充填し、２時間湿
式混合した。得られたスラリーをろ過器にて純水で十分
洗浄した後、乾燥・解砕して窒化珪素粉末を製造した。
それらの粉体特性を表３に示す。次いで、これらの窒化
珪素粉末を用いて実施例１と同様の手法にて焼結体を製
造し、焼結体特性を評価した。それらの結果を表４に示
す。
珪素粉末１００ｇ、直径１５ｍｍの窒化珪素製ボール１
０００ｇ及びｐＨを９〜１４に調整したアンモニア水１
リットルを２リットルのボールミルに充填し、２時間湿
式混合した。得られたスラリーをろ過器にて純水で十分
洗浄した後、乾燥・解砕して窒化珪素粉末を製造した。
それらの粉体特性を表３に示す。次いで、これらの窒化
珪素粉末を用いて実施例１と同様の手法にて焼結体を製
造し、焼結体特性を評価した。それらの結果を表４に示
す。
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【発明の効果】本発明の窒化珪素粉末によれば、高温強
度と高温クリープ特性に優れた窒化珪素焼結体を製造す
ることができる。
度と高温クリープ特性に優れた窒化珪素焼結体を製造す
ることができる。
Claims (1)
- 【請求項１】 金属珪素粉末を窒化して得られた窒化珪
素粉末であって、Ｆ含有量が３００ｐｐｍ以下、Ｆｅ、
Ａｌ及びＣａの合計含有量が５００ｐｐｍ以下であるこ
とを特徴とする窒化珪素粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28877392A JP3285621B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 窒化珪素粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28877392A JP3285621B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 窒化珪素粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06135706A true JPH06135706A (ja) | 1994-05-17 |
| JP3285621B2 JP3285621B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=17734534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28877392A Expired - Fee Related JP3285621B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | 窒化珪素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3285621B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011016716A (ja) * | 2010-07-14 | 2011-01-27 | Toshiba Corp | 窒化けい素焼結体 |
| WO2020203697A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | デンカ株式会社 | 窒化ケイ素粉末及びその製造方法、並びに窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
| CN114401923A (zh) * | 2020-03-31 | 2022-04-26 | 电化株式会社 | 块状氮化硼颗粒及其制造方法 |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP28877392A patent/JP3285621B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011016716A (ja) * | 2010-07-14 | 2011-01-27 | Toshiba Corp | 窒化けい素焼結体 |
| WO2020203697A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | デンカ株式会社 | 窒化ケイ素粉末及びその製造方法、並びに窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
| CN113614034A (zh) * | 2019-03-29 | 2021-11-05 | 电化株式会社 | 氮化硅粉末及其制造方法、以及氮化硅烧结体的制造方法 |
| CN114401923A (zh) * | 2020-03-31 | 2022-04-26 | 电化株式会社 | 块状氮化硼颗粒及其制造方法 |
| CN114401923B (zh) * | 2020-03-31 | 2024-04-30 | 电化株式会社 | 块状氮化硼颗粒及其制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3285621B2 (ja) | 2002-05-27 |
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