JPH0633169B2 - 窒化珪素質焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体の製造方法Info
- Publication number
- JPH0633169B2 JPH0633169B2 JP60142694A JP14269485A JPH0633169B2 JP H0633169 B2 JPH0633169 B2 JP H0633169B2 JP 60142694 A JP60142694 A JP 60142694A JP 14269485 A JP14269485 A JP 14269485A JP H0633169 B2 JPH0633169 B2 JP H0633169B2
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- silicon nitride
- sintered body
- sintering
- iiia
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は窒化珪素質焼結体の製造方法に関し、より詳細
には、均質で高強度の易焼結性に優れた窒化珪素質焼結
体の製造方法に関する。
には、均質で高強度の易焼結性に優れた窒化珪素質焼結
体の製造方法に関する。
（従来技術） 窒化珪素質焼結体は原子の結合様式が共有結合を主体と
しているので高強度耐熱性部材、高耐食性部材及び高温
高強度部材などに期待されている。
しているので高強度耐熱性部材、高耐食性部材及び高温
高強度部材などに期待されている。
従来周知の通り、窒化珪素質焼結体は焼結助剤の添加に
より液相焼結して緻密化するが、その焼結助剤にはＭｇ
Ｏなどのアルカリ土類金属の酸化物、Ｙ2Ｏ3などの希土
類金属の酸化物、並びにＡｌ2Ｏ3などがあり、これら焼
結助剤と窒化珪素粉末を粉砕混合し、窒化珪素質焼結体
の出発原料に供している。
より液相焼結して緻密化するが、その焼結助剤にはＭｇ
Ｏなどのアルカリ土類金属の酸化物、Ｙ2Ｏ3などの希土
類金属の酸化物、並びにＡｌ2Ｏ3などがあり、これら焼
結助剤と窒化珪素粉末を粉砕混合し、窒化珪素質焼結体
の出発原料に供している。
しかしながら、前記酸化物系の添加量は窒化珪素や、窒
化珪素粉末の結晶表面に存在するＳｉＯ2膜と反応して
粒界相を形成するが、これら原料は十分に粉砕混合して
も、添加物がミクロ的に均一な分布をしておらす、この
粒界相の大きさが不均一となり、その結果、窒化珪素焼
結粒の異常成長が促進し、これにより出来た厚みの大き
い粒界相が破壊源となっていた。加えて、酸化物を添加
することによりイオン結合性が増大し、窒化珪素本来の
優れた特性が減じられていく。従って、焼結体の諸特
性、特に機械的特性を向上せんがためには非酸化物系焼
結助剤を用いて、更にその助剤の添加量を減少させると
供に均一分散させる必要がある。
化珪素粉末の結晶表面に存在するＳｉＯ2膜と反応して
粒界相を形成するが、これら原料は十分に粉砕混合して
も、添加物がミクロ的に均一な分布をしておらす、この
粒界相の大きさが不均一となり、その結果、窒化珪素焼
結粒の異常成長が促進し、これにより出来た厚みの大き
い粒界相が破壊源となっていた。加えて、酸化物を添加
することによりイオン結合性が増大し、窒化珪素本来の
優れた特性が減じられていく。従って、焼結体の諸特
性、特に機械的特性を向上せんがためには非酸化物系焼
結助剤を用いて、更にその助剤の添加量を減少させると
供に均一分散させる必要がある。
（発明が解決しようとする問題点） このような焼結助剤の均一分散に対し、原料粉末として
の粒径を小さくして超微粉化することにより分散効率を
上げる試みが一般的に行なわれているが、このような微
粉化された原料粉末を用いて、成形した際には、成形体
の密度、詳しくは圧粉体の嵩密度が低下する傾向にあ
り、それに伴い、焼結性の低下、収縮量の増大、寸法精
度と悪化および変形等の問題が生じることとなる。
の粒径を小さくして超微粉化することにより分散効率を
上げる試みが一般的に行なわれているが、このような微
粉化された原料粉末を用いて、成形した際には、成形体
の密度、詳しくは圧粉体の嵩密度が低下する傾向にあ
り、それに伴い、焼結性の低下、収縮量の増大、寸法精
度と悪化および変形等の問題が生じることとなる。
この問題点に対し、金属珪素を原料としIIIａ族化合物
を添加した後に、金属珪素を窒素雰囲気中で焼結するこ
とにより窒化した後、さらに焼結を行なう二段焼結法が
提案され、寸法精度、変形に対する改良がなされてき
た。
を添加した後に、金属珪素を窒素雰囲気中で焼結するこ
とにより窒化した後、さらに焼結を行なう二段焼結法が
提案され、寸法精度、変形に対する改良がなされてき
た。
しかしながら、上述の方法によれば金属珪素を窒化し、
易焼結性のα−Ｓｉ3Ｎ4に変性する工程は、焼結温度14
00℃以下で数時間乃至数十時間の時間を要するため実際
の生産においては、効率が悪く、実用的でない。
易焼結性のα−Ｓｉ3Ｎ4に変性する工程は、焼結温度14
00℃以下で数時間乃至数十時間の時間を要するため実際
の生産においては、効率が悪く、実用的でない。
また、焼結助剤として非酸化物系、例えば窒化物ＲｅＮ
（Ｒｅ：周期率表IIIａ族金属）は、水分との反応性が
非常に高く、取り扱い中に大気中と水分と反応し窒化物
から酸化物へ変わるため最終的には、上記の問題点を解
決するには至らないのが現状であった。
（Ｒｅ：周期率表IIIａ族金属）は、水分との反応性が
非常に高く、取り扱い中に大気中と水分と反応し窒化物
から酸化物へ変わるため最終的には、上記の問題点を解
決するには至らないのが現状であった。
（発明の目的） 本発明者は上述の問題点に対し研究を行なったところ、
窒化珪素微粉末に対する添加物として、特定量でＳｉ−
IIIａ族金属の合金の粉末を用いることにより、微粉体
の窒化珪素に対しても十分に成形体の密度を向上させる
ことができるために寸法精度が向上でき、圧つ焼結を活
性化させることができることを見い出した。
窒化珪素微粉末に対する添加物として、特定量でＳｉ−
IIIａ族金属の合金の粉末を用いることにより、微粉体
の窒化珪素に対しても十分に成形体の密度を向上させる
ことができるために寸法精度が向上でき、圧つ焼結を活
性化させることができることを見い出した。
従って本発明の目的は高温度高強度を達成し得る窒化珪
素質焼結体の製造方法を提供するにある。
素質焼結体の製造方法を提供するにある。
本発明の他の目的は、易焼結性、均質性に優れた窒化珪
素質焼結体の製造方法を提供するにある。
素質焼結体の製造方法を提供するにある。
（発明の要旨） 即ち、本発明によれば、重量比で１乃至３０重量部％の
Ｓｉ一周期率表IIIａ族金属合金微粉末と、残部が主と
してα−Ｓｉ3Ｎ4微粉末とから成る原料組成物を成形
後、窒素雰囲気中で焼結したことを特徴とする窒化珪素
質焼結体の製造方法が提供される。
Ｓｉ一周期率表IIIａ族金属合金微粉末と、残部が主と
してα−Ｓｉ3Ｎ4微粉末とから成る原料組成物を成形
後、窒素雰囲気中で焼結したことを特徴とする窒化珪素
質焼結体の製造方法が提供される。
（問題点を解決するための手段） 以下、本発明を詳細に説明する。
本発明によれば、原料組成物として窒化珪素微粉末に添
加物として、Ｓｉ−IIIａ族金属合金を用いることが重
要である。これらと原料組成物は公知の均一混合成形方
法例えばη−ヘキサン、η−プタノールなどの非水溶剤
等で十分混合したのち、パラフィン等の有機バインダー
を添加し、金型にて成形されるがこの時、Ｓｉ−IIIａ
族金属合金を用いることにより、添加成分であるIIIａ
族金属成分自体が、合金状態として均一に分散されてい
るため、従来のような添加物の微粉化を行なうまでもな
く、最終生成物としての窒化珪素質焼結体中に均一分散
化することが可能となるから、原料粉末の微粉化に伴う
圧粉体としての嵩密度の低下を低減できる。
加物として、Ｓｉ−IIIａ族金属合金を用いることが重
要である。これらと原料組成物は公知の均一混合成形方
法例えばη−ヘキサン、η−プタノールなどの非水溶剤
等で十分混合したのち、パラフィン等の有機バインダー
を添加し、金型にて成形されるがこの時、Ｓｉ−IIIａ
族金属合金を用いることにより、添加成分であるIIIａ
族金属成分自体が、合金状態として均一に分散されてい
るため、従来のような添加物の微粉化を行なうまでもな
く、最終生成物としての窒化珪素質焼結体中に均一分散
化することが可能となるから、原料粉末の微粉化に伴う
圧粉体としての嵩密度の低下を低減できる。
次に成形体は、焼結工程に賦されるが、この焼結工程は
窒素雰囲気中で行なわれる。焼結時、まず1300〜1400℃
において、成形体中のＳｉ−IIIａ族金属合金は、雰囲
気中の窒素との反応により、次式 の窒化反応が進行する。この反応による生成物Ｓｉ3Ｎ4
−ＭＮ化合物は窒化珪素微粉末と反応することから焼結
のための助剤として作用し、さらに昇温した場合に焼結
性を促進させることができる。また、生成物ＭＮは、焼
結後にＳｉ3Ｎ4と反応し、粒界に残存しないため、焼結
体の高温での物性劣化が抑制される。これらのことによ
って、易焼結性、および高温強度特性に優れた焼結体を
得ることができる。
窒素雰囲気中で行なわれる。焼結時、まず1300〜1400℃
において、成形体中のＳｉ−IIIａ族金属合金は、雰囲
気中の窒素との反応により、次式 の窒化反応が進行する。この反応による生成物Ｓｉ3Ｎ4
−ＭＮ化合物は窒化珪素微粉末と反応することから焼結
のための助剤として作用し、さらに昇温した場合に焼結
性を促進させることができる。また、生成物ＭＮは、焼
結後にＳｉ3Ｎ4と反応し、粒界に残存しないため、焼結
体の高温での物性劣化が抑制される。これらのことによ
って、易焼結性、および高温強度特性に優れた焼結体を
得ることができる。
なお、焼結工程における温度は通常の窒化珪素の焼結時
と同様にまた、必要に応じてＮ２の雰囲気中で窒化珪素
の分解を抑制しながら1700℃以上に１〜５時間程保持す
れば良く、その他の方法としてＳｉ−IIIａ族金属合金
の窒化反応が進行する1300〜1400℃で一定時間保持し反
応を完結した後、前述の方法に従って焼結を行なうこと
もできる。
と同様にまた、必要に応じてＮ２の雰囲気中で窒化珪素
の分解を抑制しながら1700℃以上に１〜５時間程保持す
れば良く、その他の方法としてＳｉ−IIIａ族金属合金
の窒化反応が進行する1300〜1400℃で一定時間保持し反
応を完結した後、前述の方法に従って焼結を行なうこと
もできる。
さらに本発明によれば、Ｓｉ−IIIａ族金属合金は、原
料粉末中１乃至30重量％、特に５乃至20重量％の割合で
配合することが望ましい。即ち、この金属合金の量が１
重量％未満であると焼結性に及ぼす本発明の効果が達成
できず、30重量％を超えると、この金属合金の完全なる
窒化反応が困難となり、強度が低下する傾向にある。
料粉末中１乃至30重量％、特に５乃至20重量％の割合で
配合することが望ましい。即ち、この金属合金の量が１
重量％未満であると焼結性に及ぼす本発明の効果が達成
できず、30重量％を超えると、この金属合金の完全なる
窒化反応が困難となり、強度が低下する傾向にある。
また、Ｓｉ−IIIａ族金属合金の重量組成比はＳｉ：III
ａ族金属が１：10乃至10：１、特に１：５乃至10：１が
好ましく、IIIａ族金属成分が上記範囲よりも大きい
と、IIIａ族金属粉体の酸化が進み易くなるとともに取
り扱いも不便となる。一方、Ｓｉの量が上記範囲を越え
ると、IIIａ族金属の添加による効果がなくなり、焼結
の進行が困難となる。
ａ族金属が１：10乃至10：１、特に１：５乃至10：１が
好ましく、IIIａ族金属成分が上記範囲よりも大きい
と、IIIａ族金属粉体の酸化が進み易くなるとともに取
り扱いも不便となる。一方、Ｓｉの量が上記範囲を越え
ると、IIIａ族金属の添加による効果がなくなり、焼結
の進行が困難となる。
本発明において用いられる周期律表IIIａ族金属として
は希土類元素であるＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種以上のものが
挙げられる。
は希土類元素であるＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎ
ｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕから選択される１種以上のものが
挙げられる。
Ｓｉおよび周期律表IIIａ族金属の合金化は、通常の方
法が採用し得るもので、例えば金属シリコン粉末と希土
類金属粉末とを混合した後非酸化性雰囲気中で1400〜16
00℃にて融解し、その後冷却することにより得ることが
できる。冷却後の塊を粗粉砕し次いで微粉砕し、平均粒
径0.5 〜５μｍの大きさに設定することが窒化珪素微粉
末に対する分散性の点からも好ましい。
法が採用し得るもので、例えば金属シリコン粉末と希土
類金属粉末とを混合した後非酸化性雰囲気中で1400〜16
00℃にて融解し、その後冷却することにより得ることが
できる。冷却後の塊を粗粉砕し次いで微粉砕し、平均粒
径0.5 〜５μｍの大きさに設定することが窒化珪素微粉
末に対する分散性の点からも好ましい。
なお、本発明によれば、Ｓｉ−IIIａ族金属合金の他の
Ａｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，ＭｇＯ等の焼結助剤を更に加えるこ
とも可能である。
Ａｌ2Ｏ3，Ｙ2Ｏ3，ＭｇＯ等の焼結助剤を更に加えるこ
とも可能である。
本発明を次の例で説明する。
実施例 比表面積15m2／ｇの窒化珪素微粉末に対し、Ｓｉ−III
ａ族金属合金として第１表に示す組成のもの、および他
の添加物を第１表の割合で調合し、Ｓｉ3Ｎ4製ボール振
動ミルにて、粉砕後成形し、第１表の焼結条件下で焼結
し、窒化珪素質焼結体No.１乃至No.７を得た。
ａ族金属合金として第１表に示す組成のもの、および他
の添加物を第１表の割合で調合し、Ｓｉ3Ｎ4製ボール振
動ミルにて、粉砕後成形し、第１表の焼結条件下で焼結
し、窒化珪素質焼結体No.１乃至No.７を得た。
なお、金属合金はＳｉ3Ｎ4製ボール振動ミルにて粉砕
し、平均２μｍとした。
し、平均２μｍとした。
また、他の添加物としては平均粒径1.0 μｍのものを使
用した。
用した。
得られた焼結体に対して、アルキメデス法により比重
を、JIS R 1601に従って４点曲げ（試験片：４×３×30
mm）により抗折強度を測定した。
を、JIS R 1601に従って４点曲げ（試験片：４×３×30
mm）により抗折強度を測定した。
測定の結果、第１表からも明らかなようにいずれも、比
重、強度供に高い値を示した。
重、強度供に高い値を示した。
比較例 実施例において、窒化珪素微粉末に対し、Ｓｉ−IIIａ
族金属合金を添加しないかわりに、Ｙ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，
Ｓｍ2Ｏ3のいずれかを第１表に基づき調合し、焼結体N
o.８，９を得、同等に特性の測定を行なった。結果は第
１表に示す。
族金属合金を添加しないかわりに、Ｙ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，
Ｓｍ2Ｏ3のいずれかを第１表に基づき調合し、焼結体N
o.８，９を得、同等に特性の測定を行なった。結果は第
１表に示す。
測定の結果、いずれも実施例と比較しても比重、強度の
上でも劣るものであり、特に類似組成にあるNo.１とNo.
８と比較した場合、Ｙ化合物としてNo.１がＹＮ，No.８
がＹ2Ｏ3であるが、同一条件下での製造において、明ら
かに比重、強度共にNo.１が優れていた。
上でも劣るものであり、特に類似組成にあるNo.１とNo.
８と比較した場合、Ｙ化合物としてNo.１がＹＮ，No.８
がＹ2Ｏ3であるが、同一条件下での製造において、明ら
かに比重、強度共にNo.１が優れていた。
（発明の効果） 本発明の製造方法によれば、窒化珪素微粉末に対して、
Ｓｉ−IIIａ族金属合金を添加物として用いることによ
り、成形時の密度を低下させることなく、均質な且つ、
高強度の焼結体を得ることができると共に、易焼結性を
も向上することが可能となる。
Ｓｉ−IIIａ族金属合金を添加物として用いることによ
り、成形時の密度を低下させることなく、均質な且つ、
高強度の焼結体を得ることができると共に、易焼結性を
も向上することが可能となる。
Claims (1)
- 【請求項１】重量比で１乃至30重量％のＳｉ（金属シリ
コン）一周期律表IIIａ族金属合金微粉末と、残部が主
としてＳｉ3Ｎ4微粉末とから成る原料組成物を成形後、
窒素雰囲気中にて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 |
|---|---|---|---|
| JP60142694A JPH0633169B2 (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60142694A JPH0633169B2 (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS623075A JPS623075A (ja) | 1987-01-09 |
| JPH0633169B2 true JPH0633169B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=15321361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60142694A Expired - Lifetime JPH0633169B2 (ja) | 1985-06-28 | 1985-06-28 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633169B2 (ja) |
-
1985
- 1985-06-28 JP JP60142694A patent/JPH0633169B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS623075A (ja) | 1987-01-09 |
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