JPH06172034A - 黒色窒化珪素質焼結体とその製造方法 - Google Patents
黒色窒化珪素質焼結体とその製造方法Info
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- JPH06172034A JPH06172034A JP4351492A JP35149292A JPH06172034A JP H06172034 A JPH06172034 A JP H06172034A JP 4351492 A JP4351492 A JP 4351492A JP 35149292 A JP35149292 A JP 35149292A JP H06172034 A JPH06172034 A JP H06172034A
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Abstract
分反射率が15%以下の黒色窒化珪素質焼結体の製造方
法に関する。 【構成】 窒化珪素およびサイアロンを黒色系に着色し
て、可視光および紫外線光の積分反射率を15%以下に
する。着色方法としてTiC、TiCN、NbC、Zr
C、HfC、TaCの1種または数種を0.2〜5重量
%含ませ、また色調の調整剤としてV、Cr、Co、N
i、Cu、Hfの1種または数種を金属又は酸化物とし
て0.2〜5重量%添加する。
Description
外線光の積分反射率が15%以下の黒色窒化珪素質焼結
体の製造方法に関する(以後、可視光および紫外線光の
積分反射率の事を単に反射率と称する。また積分反射率
とは入射光量と全方位に反射した光量の総和との比を意
味する)。
関連装置部品の内には光の反射を嫌う部品が多くある。
率の低い材料が求められる。また、それらの部品は精密
部品として同時に軽量・高剛性・低熱膨張・耐摩耗性等
を求められる場合が多くある。
焼結体が最適で、このような部品に広く適用される。
化珪素系と表現する。
く、軽量と言う条件からアルミニュウム合金の表面を黒
色アルマイト処理をした部品が良く使用されている。
に要求される精度や寿命が厳しくなり、アルミニュウム
合金の剛性(弾性率)の低さや、塑性変形しやすさ、高
い熱膨張率、耐摩耗性の悪さ等の性質が問題となってい
る。
用しようとする試みがあるが、黒色(低反射率)・高剛
性・軽量・低熱膨張・耐摩耗性を十分に満足する材料は
セラミックスでも多くは見当らない。
1ではアミルナ焼結体を黒色に着色する技術が公開され
ている。
小さいもののまだ十分とはいえなく、また耐摩耗性も十
分ではない。
ミナの1/3以下で、耐摩耗性も非常に優れている。ま
た比重もアルミナの80%と軽く、より軽量を要求され
る場合には優っている。
色から灰色で、その反射率は20〜35%と大きい。
はTiNを30%程度入れて金色系に着色する技術があ
るが金色系では反射率はあまり下がらない。
昭62―248773と特開平01―192766に、
黒色窒化珪素質焼結体について開示されている。
合物を添加する事、後者はCoまたはFeを含む有機金
属化合物を添加する事により黒色化しており、本発明と
は異なる。
TiN、TiC、Ti(CN)の1種以上を5〜40w
t%添加しHIP焼結する焼結体について開示されてい
るが、これらの添加物をこのように多量に添加すると比
重が重くなり、また焼結性が阻害されてHIP・HP等
の圧力焼成が必要となり焼成費用により高価な焼結体と
なってしまう。
ていない。
は高剛性・低熱膨張・軽量・耐摩耗を同時に満足する材
料は見当らない。
5%以下という材料は種々あるが、高剛性・低熱膨張・
軽量・耐摩耗の観点からは窒化珪素系の材料が最適であ
る。
〜30%と高く、また反射率を下げるための着色方法は
従来得られていない。
を黒色化して反射率を15%以下にすると言う課題は、
着色剤としてTiC、TiC―TiN固溶体、NbC、
ZrC、HfC、TaCの1種または2種以上を0.2
〜5wt%含み、また色調調整剤としてV、Cr、F
e、Co、Ni、Cu、Hfの1種または2種以上を金
属または酸化物として0.1〜5wt%含み、残部が実
質的に窒化珪素系材料よりなる混合粉体を窒素雰囲気の
非加圧または10kgf/cm2以下のガス圧条件で1
600〜1850℃の温度範囲で焼結する事により解決
される。
い(黒色化)窒化珪素系材料が低価格でえられる。
ZrC、HfC、TaCの1種または2種以上の添加量
は5wt%以上では窒化珪素系の焼結を阻害し、非加圧
では十分緻密な焼結体を得られず、剛性や耐摩耗性を極
端に低下させると共に各種の機械的性質が低下する。
比較して熱膨張率が高く、また比重が高いため多量に添
加すると熱膨張率が大きく、重量が重くなり性能が低下
する。
十分となり反射率は低下しない。
1wt%〜3wt%程度が好ましく十分な黒色の色調を
保有し、緻密で高剛性・低熱膨張の窒化珪素系焼結体が
安価に製造できる。
は色むらや濃淡が発生する場合があり、黒色色調の安定
化させるために添加するものである。
o、Ni、Cu、Hfの1種または2種以上を金属また
は酸化物として0.2〜5wt%添加する事が好まし
い。
合1〜5wt%、Co、Ni、Cuの場合0.5〜4w
t%、Hfの場合0.2〜1.5wt%が最適であまり
少ないと調整効果が少なく、あまり多いと低融点のガラ
ス等を生成して発泡する場合がある。
意味しており、サイアロンとはα―サイアロンとβ―サ
イアロンを含む。
粉末とその焼結助剤粉末よりなる。
2O3、MgO、SiO2、Yr2O3、Er2O3、Sc2O
3等の1種または数種の組合せを言う。
イアロン粉末とその焼結助剤よりなる場合と焼結後にサ
イアロンとなるような窒化珪素粉末とその他の粉末より
なる場合がある。
面から平均粒径10μm以下である事が好ましく、特に
5μm以下であることが望ましい。
体は得られず、そのため充分に高い剛性・耐摩耗性が得
られない場合がある。
力はなく、雰囲気圧力は10kgf/cm2 以下で実施
されるため、HPやHIP等の高圧焼結に比較して安価
に各種の複雑形状品が焼成できる。
助剤が十分多い場合には1600〜1750℃程度の低
い温度で焼結可能であるが、TiC、TiC―TiN固
溶体、NbC、ZrC、HfC、TaCの1種または2
種以上の添加量が多く、焼結助剤が少ない場合、または
原料粉体の粒度が大きい場合には1700〜1800℃
が必要である。
の分解が発生するが、雰囲気加圧(10kgf/cm2
以下)を利用した場合には1850℃程度まで高温での
焼結が可能である。
の色調をもち、その可視光および紫外線の積分反射率は
15%以下と小さく、また高い剛性と耐摩耗性、低熱膨
張性を有する。
ZrC、HfC、TaCの1種または2種以上の添加量
が十分多く、色調添加剤が適度に添加された場合には1
0%以下の低反射率が得られる。
明する。
4重量部に焼結助剤としてMgO4.8重量部、Al2
O34.8重量部、着色剤として平均粒径1μmのTi
C粉末3重量部、色調調整剤として酸化鉄2重量部より
なる混合粉体に樹脂バインダー3重量部を加え、水を溶
媒としてアルミナポットミル中で24時間混合した。
0kg/cm2で成形した。得られた成形体をN2ガス1
atm中で昇温し、1750℃で2時間焼結した。
8.0%、ヤング率は3.1×104kgf/mm2、曲
げ強度は85kgf/mm2で色調は黒色で反射率は波
長350〜800nmの間で9.2%であった。また2
0℃〜100℃の熱膨張係数は2.0×10-6/℃であ
った。
83.6重量部に焼結助剤としてY2O34.7重量部、
Al2O34.7重量部、着色剤として平均粒径1μmの
Ti(CN)粉末5重量部、色調調整剤としてCoO2
重量部よりなる混合粉体に樹脂バインダー3重量部を加
え、水を溶媒としてアルミナポットミル中で24時間混
合した。
0kg/cm2で成形した。得られた成形体をN 2ガス1
0atm中で昇温し、1850℃で2時間焼結した。
8.5%、ヤング率は3.2×104kgf/mm2、曲
げ強度は78kgf/mm2で色調は黒茶色で反射率は
波長350〜800nmの間で11.5%であった。ま
た20℃〜100℃の熱膨張係数は1.8×10-6/℃
であった。
末(窒化珪素粉末+Y 2O3+Al2O3+AlN)97重
量部に、着色剤として平均粒径0.8μmのNbC粉末
2重量部、色調調整剤としてHf2O31重量部を混合
し、樹脂バインダー3重量部を加え、アルコールを溶媒
としてアルミナポットミル中で24時間混合した。
0kg/cm2 で成形した。得られた成形体をN2ガス1
0atm中で昇温し、1850℃で2時間焼結した。
7.8%、ヤング率は3.0×104 kgf/mm2、曲
げ強度は68kgf/mm2で色調は黒褐色で反射率は
波長350〜800nmの間で12.2%であった。ま
た20℃〜100℃の熱膨張係数は1.9×10-6/℃
であった。
88.0重量部に焼結助剤として、МgO5重量部、着
色剤として平均粒径1μmのTaC粉末5重量部、色調
調整剤としてNiO1重量部、酸化鉄1重量部よりなる
混合粉体に樹脂バインダー3重量部を加え、アルコール
を溶媒としてアルミナポットミル中で24時間混合し
た。
0kg/cm2で成形した。得られた成形体をN 2ガス1
atm中で昇温し、1750℃で2時間焼結した。
7.7%、ヤング率は3.2×104 kgf/mm2、曲
げ強度は65kgf/mm2で色調は黒色で反射率は波
長350〜800nmの間で10.5%であった。また
20℃〜100℃の熱膨張係数は2.1×10-6/℃で
あった。
量部に焼結助剤としてY 2O35重量部、Al2O34重量
部よりなる窒化珪素混合粉末に対して着色剤や色調調整
剤を第1表の割合で混合し、樹脂バインダー3重量部を
加え、水を溶媒としてアルミナポットミル中で24時間
混合した。
0kg/cm2で成形した。得られた成形体をN2ガス1
atm中で昇温し、1750℃で2時間焼結した。
強度・反射率・20℃〜100℃の熱膨張係数を第1表
にしめした。
部に焼結助剤としてY2O35重量部、Al2O34重量部
よりなる窒化珪素混合粉末に対して着色剤や色調調整剤
を第1表の割合で混合し、樹脂バインダー3重量部を加
え、水を溶媒としてアルミナポットミル中で24時間混
合した。
0kg/cm2で成形した。得られた成形体をN2ガス1
atm中で昇温し、1750℃で2時間焼結した。
強度・反射率・20℃〜100℃の熱膨張係数を第2表
にしめした。
アロン)焼結体に黒色系の着色をし、15%以下の反射
率にして、反射を嫌いまた高剛性・低熱膨張・耐摩耗性
を必要とするレーザー・紫外線等の光装置関連の精密部
品の製造に広く応用可能である。
Claims (6)
- 【請求項1】 窒化珪素とサイアロンの一種または数種
を90%以上含み、可視光および紫外線の積分反射率が
15%以下である事を特徴とする黒色窒化珪素質焼結
体。 - 【請求項2】 着色剤としてTiC、TiC―TiN固
溶体、NbC、ZrC、HfC、TaCの1種または2
種以上を0.2〜5wt%含む事を特徴とする請求項1
記載の黒色窒化珪素質焼結体。 - 【請求項3】 色調調整剤としてV、Cr、Fe、C
o、Ni、Cu、Hfの1種または数種を金属または酸
化物として0.2〜5wt%添加する事を特徴とする請
求項1記載の黒色窒化珪素質焼結体。 - 【請求項4】 20〜100℃の熱膨張係数が2.5×
10-6/℃以下である事を特徴とする請求項1記載の黒
色窒化珪素質焼結体。 - 【請求項5】 ヤング率が2.8×104kgf/mm2
以上である事を特徴とする請求項1記載の黒色窒化珪素
質焼結体。 - 【請求項6】 焼結温度が1600〜1850℃で非加
圧または10kgf/cm2以下の窒素雰囲気加圧下で
焼結する事を特徴とする請求項1記載の黒色窒化珪素質
焼結体の製造方法。
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