JPH06305840A - 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体及びその製造方法Info
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- JPH06305840A JPH06305840A JP5101335A JP10133593A JPH06305840A JP H06305840 A JPH06305840 A JP H06305840A JP 5101335 A JP5101335 A JP 5101335A JP 10133593 A JP10133593 A JP 10133593A JP H06305840 A JPH06305840 A JP H06305840A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】室温から高温まで実用的なレベルの機械的特性
と、高い熱伝導率を有する耐熱衝撃抵抗に優れた窒化珪
素質焼結体を提供する。 【構成】窒化珪素又は珪素及び／または窒化珪素と、軽
希土類元素、重希土類元素、酸化珪素、酸化アルミニウ
ムから成る混合物を成形後、珪素を含有する場合には８
００℃〜１５００℃の窒素含有雰囲気中で窒化した後、
焼成し、ｚが０．０５〜０．３５のＳｉ6-z ＡｌZ ＯZ
Ｎ8-Z で表されるβ−サイアロン結晶相と軽希土類元素
と重希土類元素と珪素とアルミニウムと酸素と窒素で構
成される粒界相から成る、室温の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の焼結体を得る。
と、高い熱伝導率を有する耐熱衝撃抵抗に優れた窒化珪
素質焼結体を提供する。 【構成】窒化珪素又は珪素及び／または窒化珪素と、軽
希土類元素、重希土類元素、酸化珪素、酸化アルミニウ
ムから成る混合物を成形後、珪素を含有する場合には８
００℃〜１５００℃の窒素含有雰囲気中で窒化した後、
焼成し、ｚが０．０５〜０．３５のＳｉ6-z ＡｌZ ＯZ
Ｎ8-Z で表されるβ−サイアロン結晶相と軽希土類元素
と重希土類元素と珪素とアルミニウムと酸素と窒素で構
成される粒界相から成る、室温の熱伝導率が１５Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の焼結体を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、室温から高温までの強
度特性に優れ、かつ高い熱伝導率を有し、耐熱衝撃抵抗
に優れた、特に自動車用部品やガスタ−ビンエンジン用
部品等に使用される窒化珪素質焼結体及びその製造方法
に関するものである。
度特性に優れ、かつ高い熱伝導率を有し、耐熱衝撃抵抗
に優れた、特に自動車用部品やガスタ−ビンエンジン用
部品等に使用される窒化珪素質焼結体及びその製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、窒化珪素質焼結体は、耐熱
性、耐熱衝撃性及び耐酸化性等の特性に優れ、高強度か
つ比較的軽量であることからエンジニアリングセラミッ
クス、とりわけタ−ボロ−タ−をはじめとする各種熱機
関用部品としての応用が進められている。
性、耐熱衝撃性及び耐酸化性等の特性に優れ、高強度か
つ比較的軽量であることからエンジニアリングセラミッ
クス、とりわけタ−ボロ−タ−をはじめとする各種熱機
関用部品としての応用が進められている。
【０００３】一般に、前記窒化珪素質焼結体は、窒化珪
素原料粉末に対して焼結助剤として酸化アルミニウムあ
るいは酸化マグネシウム等を添加することにより高密度
化及び高強度化を実現しようとしていた。
素原料粉末に対して焼結助剤として酸化アルミニウムあ
るいは酸化マグネシウム等を添加することにより高密度
化及び高強度化を実現しようとしていた。
【０００４】しかしながら、近年、窒化珪素質焼結体に
対する使用条件がより高温となり、高温下での強度及び
耐酸化性の更なる改善が要求されるようになってきた。
対する使用条件がより高温となり、高温下での強度及び
耐酸化性の更なる改善が要求されるようになってきた。
【０００５】そこで、係る要求に応えて高密度かつ高強
度の窒化珪素質焼結体を作製するために、窒化珪素原料
に焼結助剤としてイットリア等の希土類元素酸化物（Ｒ
Ｅ2Ｏ3 ）や酸化アルミニウム等を添加することが特公
昭５２−３６４９号公報や特公昭５８−５１９０号公報
等で提案されてきた。
度の窒化珪素質焼結体を作製するために、窒化珪素原料
に焼結助剤としてイットリア等の希土類元素酸化物（Ｒ
Ｅ2Ｏ3 ）や酸化アルミニウム等を添加することが特公
昭５２−３６４９号公報や特公昭５８−５１９０号公報
等で提案されてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように窒化珪素原料の焼結助剤として希土類元素酸化物
（ＲＥ2 Ｏ3 ）や酸化アルミニウム等を用いて高密度化
し、高温での高強度化を実現しようとすると、前記焼結
助剤の添加量を極力少なくして非酸化性ガス中、１５０
０〜１８５０℃もの高温下、高圧の雰囲気加圧焼成をし
なければならず、製造コストが著しく増大するという課
題があった。
ように窒化珪素原料の焼結助剤として希土類元素酸化物
（ＲＥ2 Ｏ3 ）や酸化アルミニウム等を用いて高密度化
し、高温での高強度化を実現しようとすると、前記焼結
助剤の添加量を極力少なくして非酸化性ガス中、１５０
０〜１８５０℃もの高温下、高圧の雰囲気加圧焼成をし
なければならず、製造コストが著しく増大するという課
題があった。
【０００７】また、逆に、製造コストを低減するために
焼成温度を下げて低圧の雰囲気焼成を実現しようとする
と、焼結助剤の添加量を増加せざるを得ず、その結果、
所期の強度や熱衝撃抵抗が得られず実用的でないという
課題があった。
焼成温度を下げて低圧の雰囲気焼成を実現しようとする
と、焼結助剤の添加量を増加せざるを得ず、その結果、
所期の強度や熱衝撃抵抗が得られず実用的でないという
課題があった。
【０００８】
【発明の目的】本発明は、前記課題に鑑みてなされたも
ので、その目的は、低い焼成温度と低圧の雰囲気焼成を
可能とし、室温から高温まで自動車用部品やガスタ−ビ
ンエンジン用部品等として使用するに充分な機械的特
性、即ち、室温から８００℃までの強度が実用的なレベ
ルで確保でき、かつ高い熱伝導率を有する耐熱衝撃抵抗
に優れた窒化珪素質焼結体及びその製造方法を提供する
ことにある。
ので、その目的は、低い焼成温度と低圧の雰囲気焼成を
可能とし、室温から高温まで自動車用部品やガスタ−ビ
ンエンジン用部品等として使用するに充分な機械的特
性、即ち、室温から８００℃までの強度が実用的なレベ
ルで確保でき、かつ高い熱伝導率を有する耐熱衝撃抵抗
に優れた窒化珪素質焼結体及びその製造方法を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化珪素質焼結
体及びその製造方法は、焼結体の機械的、熱的特性を向
上するために、Ｓｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβ
−サイアロンの結晶相を主たる結晶相とし、その粒界相
を軽希土類元素、重希土類元素、珪素、アルミニウム、
酸素及び窒素で構成し、β−サイアロンの組成式中のｚ
の値を０．０５〜０．３５の範囲に特定し、かつ室温の
熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるように焼結体の主
たる結晶相と該結晶相の粒界に存在する副相を制御して
成ることを特徴とするものである。
体及びその製造方法は、焼結体の機械的、熱的特性を向
上するために、Ｓｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβ
−サイアロンの結晶相を主たる結晶相とし、その粒界相
を軽希土類元素、重希土類元素、珪素、アルミニウム、
酸素及び窒素で構成し、β−サイアロンの組成式中のｚ
の値を０．０５〜０．３５の範囲に特定し、かつ室温の
熱伝導率が１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上となるように焼結体の主
たる結晶相と該結晶相の粒界に存在する副相を制御して
成ることを特徴とするものである。
【００１０】その製造方法は、窒化珪素量と酸化アルミ
ニウムの合計量に対する酸化アルミニウム量のモル分率
が１．２〜８．４となるように調合した窒化珪素と、軽
希土類元素酸化物と重希土類元素酸化物と酸化珪素及び
／または全希土類元素酸化物と酸化珪素から合成したＲ
Ｅ2 Ｓｉ2 ０7 （ＲＥ：希土類元素）と、酸化アルミニ
ウムから成る粉末混合物を成形した後、焼結するもので
ある。
ニウムの合計量に対する酸化アルミニウム量のモル分率
が１．２〜８．４となるように調合した窒化珪素と、軽
希土類元素酸化物と重希土類元素酸化物と酸化珪素及び
／または全希土類元素酸化物と酸化珪素から合成したＲ
Ｅ2 Ｓｉ2 ０7 （ＲＥ：希土類元素）と、酸化アルミニ
ウムから成る粉末混合物を成形した後、焼結するもので
ある。
【００１１】または、珪素の窒化珪素換算量及び窒化珪
素量と酸化アルミニウムの合計量に対する酸化アルミニ
ウム量のモル分率が１．２〜８．４となるように調合し
た珪素及び窒化珪素と、軽希土類元素酸化物と重希土類
元素酸化物と酸化珪素及び／または全希土類元素酸化物
と酸化珪素から合成したＲＥ2 Ｓｉ2 ０7 （ＲＥ：希土
類元素）と、酸化アルミニウムから成る粉末混合物を成
形した後、８００℃〜１５００℃の窒素含有雰囲気中で
前記珪素を窒化処理した後、焼結することを特徴とする
ものである。
素量と酸化アルミニウムの合計量に対する酸化アルミニ
ウム量のモル分率が１．２〜８．４となるように調合し
た珪素及び窒化珪素と、軽希土類元素酸化物と重希土類
元素酸化物と酸化珪素及び／または全希土類元素酸化物
と酸化珪素から合成したＲＥ2 Ｓｉ2 ０7 （ＲＥ：希土
類元素）と、酸化アルミニウムから成る粉末混合物を成
形した後、８００℃〜１５００℃の窒素含有雰囲気中で
前記珪素を窒化処理した後、焼結することを特徴とする
ものである。
【００１２】
【作用】前記構成によれば、粒界相を軽希土類元素酸化
物と重希土類元素酸化物を同時に用いて形成することか
ら、双方の希土類元素のイオン半径差が大であり、共晶
反応を起こして窒化珪素粒子の間隙に形成される液相の
融点を低下させ、再配列による緻密化が進行して低い温
度で緻密な焼結体が得られるようになる。
物と重希土類元素酸化物を同時に用いて形成することか
ら、双方の希土類元素のイオン半径差が大であり、共晶
反応を起こして窒化珪素粒子の間隙に形成される液相の
融点を低下させ、再配列による緻密化が進行して低い温
度で緻密な焼結体が得られるようになる。
【００１３】また、β−サイアロンの組成式中のｚの値
を０．０５〜０．３５の範囲となるように制御するする
ことにより、β−サイアロンの優れた特徴を維持したま
ま高い熱伝導率が実現でき、その結果、熱衝撃破壊抵抗
係数が高くなって耐熱衝撃抵抗が高くなる。
を０．０５〜０．３５の範囲となるように制御するする
ことにより、β−サイアロンの優れた特徴を維持したま
ま高い熱伝導率が実現でき、その結果、熱衝撃破壊抵抗
係数が高くなって耐熱衝撃抵抗が高くなる。
【００１４】一方、焼結過程では、軽希土類元素、重希
土類元素、珪素、アルミニウム、酸素及び窒素から構成
される液相を通して、窒化珪素粒子が溶解−再析出段階
で液相中のアルミニウム元素と酸素元素を取り込みなが
ら焼結が進行して、組成式がＳｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z
で表されるβ−サイアロンが生成される。
土類元素、珪素、アルミニウム、酸素及び窒素から構成
される液相を通して、窒化珪素粒子が溶解−再析出段階
で液相中のアルミニウム元素と酸素元素を取り込みなが
ら焼結が進行して、組成式がＳｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z
で表されるβ−サイアロンが生成される。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の窒化珪素質焼結体及びその製
造方法を実施例に基づき詳細に説明する。本発明に係る
窒化珪素質焼結体は、組成上はＳｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ
8-Z で表されるβ−サイアロンを主成分とし、軽希土類
元素、重希土類元素、珪素、アルミニウム、酸素及び窒
素とから構成される粒界相を持っており、本発明では軽
希土類元素と重希土類元素の両方を含有することが特徴
となるものであり、前記軽希土類元素とは、原子番号５
７〜６３のランタニド系元素であり、具体的にはＬａ、
Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ等であり、とりわけ酸化物の吸湿性が
小さいＳｍが望ましく、一方、重希土類元素とは、原子
番号３９のＹと原子番号６４〜７１のランタニド系元素
であり、具体的にはＥｒ、Ｙｂ、Ｌｕ等があるが、一般
にはＹが好ましい。
造方法を実施例に基づき詳細に説明する。本発明に係る
窒化珪素質焼結体は、組成上はＳｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ
8-Z で表されるβ−サイアロンを主成分とし、軽希土類
元素、重希土類元素、珪素、アルミニウム、酸素及び窒
素とから構成される粒界相を持っており、本発明では軽
希土類元素と重希土類元素の両方を含有することが特徴
となるものであり、前記軽希土類元素とは、原子番号５
７〜６３のランタニド系元素であり、具体的にはＬａ、
Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ等であり、とりわけ酸化物の吸湿性が
小さいＳｍが望ましく、一方、重希土類元素とは、原子
番号３９のＹと原子番号６４〜７１のランタニド系元素
であり、具体的にはＥｒ、Ｙｂ、Ｌｕ等があるが、一般
にはＹが好ましい。
【００１６】即ち、本発明では、軽希土類元素と重希土
類元素を同時に用いることが必要であり、例えば、軽希
土類元素酸化物同士、または重希土類元素元素酸化物同
士を用いた場合、各希土類元素同士のイオン半径が近似
していることから、希土類元素酸化物同士で固溶体を形
成するだけで、大幅な融点の低下は期待できない。
類元素を同時に用いることが必要であり、例えば、軽希
土類元素酸化物同士、または重希土類元素元素酸化物同
士を用いた場合、各希土類元素同士のイオン半径が近似
していることから、希土類元素酸化物同士で固溶体を形
成するだけで、大幅な融点の低下は期待できない。
【００１７】従って、軽希土類元素酸化物と重希土類元
素酸化物を同時に用いることによって、共晶反応を起こ
して融点を低下させ、再配列による緻密化が進行して窒
化珪素粒子の粒成長を抑制でき、低い焼成温度で緻密か
つ高強度な焼結体を得る事ができる。
素酸化物を同時に用いることによって、共晶反応を起こ
して融点を低下させ、再配列による緻密化が進行して窒
化珪素粒子の粒成長を抑制でき、低い焼成温度で緻密か
つ高強度な焼結体を得る事ができる。
【００１８】尚、前記軽希土類元素酸化物と重希土類元
素酸化物の共晶組成は、５０モル％近傍に存在するた
め、両者の組成比は１近傍が好ましい。
素酸化物の共晶組成は、５０モル％近傍に存在するた
め、両者の組成比は１近傍が好ましい。
【００１９】また、前記焼結体中の軽希土類元素と重希
土類元素の酸化物換算量の合計が１０モル％を越える
と、焼結体中に占める粒界相の体積分率が増加して高温
強度を低下させると共に熱伝導率を低下させてしまう恐
れがあるため、前記酸化物換算量の合計は１〜１０モル
％、更に３〜６モル％がより望ましい。
土類元素の酸化物換算量の合計が１０モル％を越える
と、焼結体中に占める粒界相の体積分率が増加して高温
強度を低下させると共に熱伝導率を低下させてしまう恐
れがあるため、前記酸化物換算量の合計は１〜１０モル
％、更に３〜６モル％がより望ましい。
【００２０】次に、β−サイアロンの組成式中のｚの値
が、０．０５未満では、β−サイアロンの優れた特徴が
引き出せなく、逆にｚが０．３５を越えると焼結体の熱
伝導率が低下してしまうため、前記ｚの値は０．０５〜
０．３５であることが必要となる。
が、０．０５未満では、β−サイアロンの優れた特徴が
引き出せなく、逆にｚが０．３５を越えると焼結体の熱
伝導率が低下してしまうため、前記ｚの値は０．０５〜
０．３５であることが必要となる。
【００２１】即ち、セラミックスは結晶と粒界相から構
成される多結晶体であり、熱伝導率を低下させるフォノ
ン散乱の要因が多数存在する。前記β−サイアロン焼結
体の熱伝導率は、粒子内部や粒界に残存している不純物
量、結晶の完全性、微構造に大きく依存しており、特
に、結晶内のＡｌとＯの固溶量の増加とともに熱伝導率
は低下する。
成される多結晶体であり、熱伝導率を低下させるフォノ
ン散乱の要因が多数存在する。前記β−サイアロン焼結
体の熱伝導率は、粒子内部や粒界に残存している不純物
量、結晶の完全性、微構造に大きく依存しており、特
に、結晶内のＡｌとＯの固溶量の増加とともに熱伝導率
は低下する。
【００２２】また、熱衝撃破壊抵抗係数は下記の式より
求めることができる。 Ｒ’＝Ｓ（１−ν）ｋ／Ｅα （Ｒ’は熱衝撃破壊抵抗係数、Ｓは抗折強度、Ｅはヤン
グ率、νはポアソン比、ｋは熱伝導率、αは熱膨張率で
ある。）ここではセラミック焼結体のヤング率、ポアソ
ン比、熱膨張率は、粒界相の量が極端に多くならない限
り、ほぼ一定である。しかし、抗折強度と熱伝導率は焼
結体により大幅に変化する。特に、高強度材料において
は前記式から明白なように、熱伝導率を向上させること
で熱衝撃破壊抵抗係数を高めることができ、ひいては、
耐熱衝撃抵抗を高めることができる。
求めることができる。 Ｒ’＝Ｓ（１−ν）ｋ／Ｅα （Ｒ’は熱衝撃破壊抵抗係数、Ｓは抗折強度、Ｅはヤン
グ率、νはポアソン比、ｋは熱伝導率、αは熱膨張率で
ある。）ここではセラミック焼結体のヤング率、ポアソ
ン比、熱膨張率は、粒界相の量が極端に多くならない限
り、ほぼ一定である。しかし、抗折強度と熱伝導率は焼
結体により大幅に変化する。特に、高強度材料において
は前記式から明白なように、熱伝導率を向上させること
で熱衝撃破壊抵抗係数を高めることができ、ひいては、
耐熱衝撃抵抗を高めることができる。
【００２３】次に、本発明の窒化珪素質焼結体を製造す
る方法について説明する。まず、原料粉末として窒化珪
素粉末または珪素粉末及び窒化珪素粉末を主成分とし、
添加成分として軽希土類元素酸化物、重希土類元素酸化
物、酸化珪素及び酸化アルミニウムの粉末を用いる他
に、あるいは軽希土類元素酸化物、重希土類元素酸化物
及び酸化珪素及び／または全希土類元素酸化物と酸化珪
素から合成したＲＥ2 Ｓｉ2 ０7 （ＲＥ：希土類元素）
と酸化アルミニウムの粉末を用いることもできる。
る方法について説明する。まず、原料粉末として窒化珪
素粉末または珪素粉末及び窒化珪素粉末を主成分とし、
添加成分として軽希土類元素酸化物、重希土類元素酸化
物、酸化珪素及び酸化アルミニウムの粉末を用いる他
に、あるいは軽希土類元素酸化物、重希土類元素酸化物
及び酸化珪素及び／または全希土類元素酸化物と酸化珪
素から合成したＲＥ2 Ｓｉ2 ０7 （ＲＥ：希土類元素）
と酸化アルミニウムの粉末を用いることもできる。
【００２４】前記窒化珪素粉末は、α−Ｓｉ3 Ｎ4 、β
−Ｓｉ3 Ｎ4 のいずれでも良く、その平均粒径は０．４
〜１．２μｍが好ましく、また、前記珪素粉末は窒化を
容易にするためにその平均粒径が１０μｍ以下、とりわ
け３μｍ以下の微粒のものが好適である。
−Ｓｉ3 Ｎ4 のいずれでも良く、その平均粒径は０．４
〜１．２μｍが好ましく、また、前記珪素粉末は窒化を
容易にするためにその平均粒径が１０μｍ以下、とりわ
け３μｍ以下の微粒のものが好適である。
【００２５】前記主成分として珪素粉末を用いると、後
述する窒化工程では寸法変化が無くて重量が増加するた
め、成形体の密度が向上するとともに焼成時の寸法収縮
量を小さくでき、焼結体の寸法精度を向上できる。但
し、珪素粉末を多量に含むと後述する窒化工程におい
て、添加された珪素粉末を全て窒化することが困難とな
り、逆に窒化珪素質焼結体としての特性が低下する恐れ
があるため、珪素粉末の量は、窒化珪素粉末量に対する
珪素粉末の窒化珪素換算量の比率が１以下であることが
好ましい。
述する窒化工程では寸法変化が無くて重量が増加するた
め、成形体の密度が向上するとともに焼成時の寸法収縮
量を小さくでき、焼結体の寸法精度を向上できる。但
し、珪素粉末を多量に含むと後述する窒化工程におい
て、添加された珪素粉末を全て窒化することが困難とな
り、逆に窒化珪素質焼結体としての特性が低下する恐れ
があるため、珪素粉末の量は、窒化珪素粉末量に対する
珪素粉末の窒化珪素換算量の比率が１以下であることが
好ましい。
【００２６】本発明による窒化珪素と酸化アルミニウム
の反応による前記組成式のβ−サイアロンの生成反応は
下記のように考えられる。
の反応による前記組成式のβ−サイアロンの生成反応は
下記のように考えられる。
【００２７】 〔２−（ｚ／４）〕Ｓｉ3 Ｎ4 ＋（ｚ／２）Ａｌ2 Ｏ3 →Ｓｉ6-z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z ＋（ｚ／４）ＳｉＯ2 従って、前記ｚの値を０．０５〜０．３５の範囲に制御
するためには、珪素の窒化珪素換算量及び／または窒化
珪素量の合計とアルミニウムの酸化物換算量の合計に対
するアルミニウムの酸化物換算量のモル分率を１．２〜
８．４に調製、混合する必要がある。
するためには、珪素の窒化珪素換算量及び／または窒化
珪素量の合計とアルミニウムの酸化物換算量の合計に対
するアルミニウムの酸化物換算量のモル分率を１．２〜
８．４に調製、混合する必要がある。
【００２８】かくして得られた混合粉末を公知の成形方
法、例えば、プレス成形、鋳込み成形、押出し成形、射
出成形や冷間静水圧成形等により所望の形状に成形す
る。
法、例えば、プレス成形、鋳込み成形、押出し成形、射
出成形や冷間静水圧成形等により所望の形状に成形す
る。
【００２９】次いで、成形体に珪素粉末を含有する場合
には、該成形体を窒素含有雰囲気中、８００℃〜１５０
０℃の温度で窒化処理して窒化珪素とする。尚、前記窒
化処理により含有する珪素粉末をすべて窒化させるに
は、前記温度範囲内で温度を小刻みに上昇させながら、
徐々に窒化させていくことが好ましい。
には、該成形体を窒素含有雰囲気中、８００℃〜１５０
０℃の温度で窒化処理して窒化珪素とする。尚、前記窒
化処理により含有する珪素粉末をすべて窒化させるに
は、前記温度範囲内で温度を小刻みに上昇させながら、
徐々に窒化させていくことが好ましい。
【００３０】その後、例えばホットプレス方法、常圧焼
成、窒素ガスを用いた加圧焼成、更には前記焼成後のＨ
ＩＰ焼成や、ガラスシ−ルＨＩＰ焼成等、公知の焼成方
法により緻密な焼結体を得る。
成、窒素ガスを用いた加圧焼成、更には前記焼成後のＨ
ＩＰ焼成や、ガラスシ−ルＨＩＰ焼成等、公知の焼成方
法により緻密な焼結体を得る。
【００３１】その際、焼成温度が高過ぎると主相である
β−サイアロン結晶が粒成長して強度が低下するため、
焼成温度は１８５０℃以下、とりわけ１６００〜１７５
０℃の温度とし、窒素ガス含有非酸化性雰囲気中で焼成
することが望ましい。
β−サイアロン結晶が粒成長して強度が低下するため、
焼成温度は１８５０℃以下、とりわけ１６００〜１７５
０℃の温度とし、窒素ガス含有非酸化性雰囲気中で焼成
することが望ましい。
【００３２】また、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素
金属や、それらの炭化物、窒化物、珪化物や、炭化珪素
等を、周知技術により分散粒子やウィスカ−として窒化
珪素質焼結体中に存在させて複合化し、窒化珪素質焼結
体の特性を改善することも可能である。
金属や、それらの炭化物、窒化物、珪化物や、炭化珪素
等を、周知技術により分散粒子やウィスカ−として窒化
珪素質焼結体中に存在させて複合化し、窒化珪素質焼結
体の特性を改善することも可能である。
【００３３】（実施例１）ＢＥＴ比表面積９ｍ2 ／ｇ、
α率９８％、酸素量１．２重量％の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）と各種の軽希土類元素酸化物（Ｌ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、
重希土類元素酸化物（Ｈ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（Ｓ
ｉＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3）の粉末を用
いて、表１に示す組成となるように調合後、１ｔ／ｃｍ
2 の成形圧力で金型成形した。
α率９８％、酸素量１．２重量％の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）と各種の軽希土類元素酸化物（Ｌ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、
重希土類元素酸化物（Ｈ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（Ｓ
ｉＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3）の粉末を用
いて、表１に示す組成となるように調合後、１ｔ／ｃｍ
2 の成形圧力で金型成形した。
【００３４】
【表１】
【００３５】次に、これらの成形体を炭化珪素質の匣鉢
に入れ、組成の変動を少なくするために、雰囲気を制御
して常圧の窒素雰囲気中、１７００℃、１０時間の条件
で焼成した。
に入れ、組成の変動を少なくするために、雰囲気を制御
して常圧の窒素雰囲気中、１７００℃、１０時間の条件
で焼成した。
【００３６】かくして得られた焼結体をＪＩＳ−Ｒ１６
０１規格に準じて所定の寸法形状に研磨加工して評価用
の試料を作成した。
０１規格に準じて所定の寸法形状に研磨加工して評価用
の試料を作成した。
【００３７】前記評価用の試料により、アルキメデス法
に基づき比重測定を行い、理論密度比を算出し、Ｘ線回
折測定によりβ−窒化珪素結晶のピ−クシフトからｚ値
を求めた。また、ＪＩＳ−Ｒ１６０１規格に基づき室温
及び８００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施し、熱伝
導率はレ−ザ−フラシュ法により測定した。以上の結果
を表２に示す。
に基づき比重測定を行い、理論密度比を算出し、Ｘ線回
折測定によりβ−窒化珪素結晶のピ−クシフトからｚ値
を求めた。また、ＪＩＳ−Ｒ１６０１規格に基づき室温
及び８００℃での４点曲げ抗折強度試験を実施し、熱伝
導率はレ−ザ−フラシュ法により測定した。以上の結果
を表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】表１及び表２の結果によると、組成式がＳ
ｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβ−サイアロン結晶
相中のｚ値が、０．０５未満の試料番号１は緻密化不足
であり、ｚ値が０．３５を越える試料番号１９は熱伝導
率が低下していた。また、軽希土類元素と重希土類元素
を両方使用していない試料番号４、８、１５はいずれも
緻密化不足であった。更に、軽希土類元素と重希土類元
素の酸化物換算量が１０モル％を越える試料番号２５は
熱伝導率が低下していた。
ｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβ−サイアロン結晶
相中のｚ値が、０．０５未満の試料番号１は緻密化不足
であり、ｚ値が０．３５を越える試料番号１９は熱伝導
率が低下していた。また、軽希土類元素と重希土類元素
を両方使用していない試料番号４、８、１５はいずれも
緻密化不足であった。更に、軽希土類元素と重希土類元
素の酸化物換算量が１０モル％を越える試料番号２５は
熱伝導率が低下していた。
【００４０】それに対して本発明は、いずれも実用レベ
ルで充分な抗折強度と高い熱伝導率を有していた。
ルで充分な抗折強度と高い熱伝導率を有していた。
【００４１】（実施例２）平均粒径３μｍ、酸素量１．
１重量％の珪素（Ｓｉ）とＢＥＴ比表面積９ｍ2／ｇ、
α率９８％、酸素量１．２重量％の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）、各種の軽希土類元素酸化物（Ｌ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、
重希土類元素酸化物（Ｈ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（Ｓ
ｉＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または、一
部、希土類元素酸化物と酸化珪素粉末から合成したＲＥ
2 Ｓｉ2 Ｏ7 と酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）の粉末
を用いて表３に示す組成となるように調合後、１ｔ／ｃ
ｍ2の成形圧力で金型成形した。
１重量％の珪素（Ｓｉ）とＢＥＴ比表面積９ｍ2／ｇ、
α率９８％、酸素量１．２重量％の窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）、各種の軽希土類元素酸化物（Ｌ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、
重希土類元素酸化物（Ｈ−ＲＥ2 Ｏ3 ）、酸化珪素（Ｓ
ｉＯ2 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または、一
部、希土類元素酸化物と酸化珪素粉末から合成したＲＥ
2 Ｓｉ2 Ｏ7 と酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）の粉末
を用いて表３に示す組成となるように調合後、１ｔ／ｃ
ｍ2の成形圧力で金型成形した。
【００４２】
【表３】
【００４３】得られた成形体は、窒素ガス気流中、１２
００℃の温度で５時間、更に１４００℃の温度で１０時
間の窒化処理をした。この際の重量増加率を測定し、該
重量増加率を添加した珪素が１００％窒化珪素に変換し
た時の重量増加率で除して珪素の窒化率を求めた。
００℃の温度で５時間、更に１４００℃の温度で１０時
間の窒化処理をした。この際の重量増加率を測定し、該
重量増加率を添加した珪素が１００％窒化珪素に変換し
た時の重量増加率で除して珪素の窒化率を求めた。
【００４４】次いで、前記窒化体を炭化珪素質の匣鉢に
入れて、組成変動を少なくするために、雰囲気を制御
し、常圧の窒素雰囲気中、１７００℃、１０時間の条件
で焼成した。
入れて、組成変動を少なくするために、雰囲気を制御
し、常圧の窒素雰囲気中、１７００℃、１０時間の条件
で焼成した。
【００４５】かくして得られた焼結体を実施例１と同様
に処理し、同一項目の評価を行い表４の結果を得た。
に処理し、同一項目の評価を行い表４の結果を得た。
【００４６】
【表４】
【００４７】表３及び表４の結果によると、組成式がＳ
ｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβ−サイアロン結晶
相中のｚ値が、０．０５未満の試料番号１、５は緻密化
不足であり、ｚ値が０．３５を越える試料番号１０は熱
伝導率が低下していた。また、軽希土類元素と重希土類
元素を両方使用していない試料番号８、９は緻密化不足
であった。更に、軽希土類元素と重希土類元素の酸化物
換算量が１０モル％を越える試料番号１１は熱伝導率が
低下していた。
ｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表されるβ−サイアロン結晶
相中のｚ値が、０．０５未満の試料番号１、５は緻密化
不足であり、ｚ値が０．３５を越える試料番号１０は熱
伝導率が低下していた。また、軽希土類元素と重希土類
元素を両方使用していない試料番号８、９は緻密化不足
であった。更に、軽希土類元素と重希土類元素の酸化物
換算量が１０モル％を越える試料番号１１は熱伝導率が
低下していた。
【００４８】それに対して本発明は、いずれも実用レベ
ルで充分な抗折強度と高い熱伝導率を有していた。
ルで充分な抗折強度と高い熱伝導率を有していた。
【００４９】
【発明の効果】本発明の窒化珪素質焼結体及びその製造
方法によれば、低い焼成温度と低圧の雰囲気焼成が可能
となり、室温から高温まで自動車用部品やガスタ−ビン
エンジン用部品等として使用するに充分な機械的特性を
実用的なレベルで確保でき、かつ高い熱伝導率を有する
耐熱衝撃抵抗に優れた窒化珪素質焼結体を得ることが可
能となる。
方法によれば、低い焼成温度と低圧の雰囲気焼成が可能
となり、室温から高温まで自動車用部品やガスタ−ビン
エンジン用部品等として使用するに充分な機械的特性を
実用的なレベルで確保でき、かつ高い熱伝導率を有する
耐熱衝撃抵抗に優れた窒化珪素質焼結体を得ることが可
能となる。
Claims (3)
- 【請求項１】組成式がＳｉ6-Z ＡｌZ ＯZ Ｎ8-Z で表さ
れるβ−サイアロンの結晶相を主相とし、その粒界相が
軽希土類元素、重希土類元素、珪素、アルミニウム、酸
素及び窒素から構成され、前記組成式中のｚの値が０．
０５〜０．３５であり、かつ室温の熱伝導率が１５Ｗ／
ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】窒化珪素と、軽希土類元素酸化物、重希土
類元素酸化物、酸化珪素及び／または全希土類元素酸化
物と酸化珪素より合成したＲＥ2 Ｓｉ2 ０7（ＲＥ：希
土類元素）、酸化アルミニウムから成り、かつ窒化珪素
量と酸化アルミニウムの合計量に対する酸化アルミニウ
ム量のモル分率が１．２〜８．４である粉末混合物を成
形した後、焼結することを特徴とする窒化珪素質焼結体
の製造方法。 - 【請求項３】珪素及び窒化珪素と、軽希土類元素酸化
物、重希土類元素酸化物、酸化珪素及び／または全希土
類元素酸化物と酸化珪素より合成したＲＥ2 Ｓｉ2 ０7
（ＲＥ：希土類元素）、酸化アルミニウムから成り、か
つ珪素の窒化珪素換算量及び窒化珪素量と酸化アルミニ
ウムの合計量に対する酸化アルミニウム量のモル分率が
１．２〜８．４である粉末混合物を成形した後、８００
℃〜１５００℃の窒素含有雰囲気中で前記珪素を窒化処
理し、その後、焼結することを特徴とする窒化珪素質焼
結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05101335A JP3124865B2 (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05101335A JP3124865B2 (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06305840A true JPH06305840A (ja) | 1994-11-01 |
| JP3124865B2 JP3124865B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=14297971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05101335A Expired - Fee Related JP3124865B2 (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124865B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006068220A1 (ja) * | 2004-12-22 | 2006-06-29 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | サイアロン製インサート及びこれを備えた切削工具 |
| JP2016132004A (ja) * | 2015-01-20 | 2016-07-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 摩擦攪拌接合用工具 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6511774B1 (en) | 1997-01-16 | 2003-01-28 | Mitsubishi Paper Mills Limited | Separator for nonaqueous electrolyte batteries, nonaqueous electrolyte battery using it, and method for manufacturing separator for nonaqueous electrolyte batteries |
-
1993
- 1993-04-27 JP JP05101335A patent/JP3124865B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006068220A1 (ja) * | 2004-12-22 | 2006-06-29 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | サイアロン製インサート及びこれを備えた切削工具 |
| JP2016132004A (ja) * | 2015-01-20 | 2016-07-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 摩擦攪拌接合用工具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3124865B2 (ja) | 2001-01-15 |
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