JPH07206522A - BN−AlN系複合焼結体及びその製造方法 - Google Patents
BN−AlN系複合焼結体及びその製造方法Info
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- JPH07206522A JPH07206522A JP5352569A JP35256993A JPH07206522A JP H07206522 A JPH07206522 A JP H07206522A JP 5352569 A JP5352569 A JP 5352569A JP 35256993 A JP35256993 A JP 35256993A JP H07206522 A JPH07206522 A JP H07206522A
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- Japan
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- aln
- mgo
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- sintered body
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 BN−AlN系複合焼結体およびその製造方
法に関し、マシナブルな特性を損なわずに溶融金属に対
する耐食性、耐熱衝撃性、機械的強度に優れたBN−A
lN系複合焼結体及びその製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】 窒化硼素原料(BN) 5〜60重量%と、窒化
アルミニウム原料(AlN) 35〜95重量%とに、焼結助
剤としてMgO,MgO・Al2 O3 ,2MgO・Si
O2 ,MgO・SiO2 等のMgO含有化合物の中から
選択される少なくとも1種を、0.3〜10重量%添加
した組成で構成し、その製造方法としては上記組成の混
合粉末を成形し、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気で、5
〜760Torrの減圧下、あるいは1〜10気圧のガス圧
下にて、温度1600〜2000℃で焼成を行うように
する。
法に関し、マシナブルな特性を損なわずに溶融金属に対
する耐食性、耐熱衝撃性、機械的強度に優れたBN−A
lN系複合焼結体及びその製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】 窒化硼素原料(BN) 5〜60重量%と、窒化
アルミニウム原料(AlN) 35〜95重量%とに、焼結助
剤としてMgO,MgO・Al2 O3 ,2MgO・Si
O2 ,MgO・SiO2 等のMgO含有化合物の中から
選択される少なくとも1種を、0.3〜10重量%添加
した組成で構成し、その製造方法としては上記組成の混
合粉末を成形し、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気で、5
〜760Torrの減圧下、あるいは1〜10気圧のガス圧
下にて、温度1600〜2000℃で焼成を行うように
する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマシナブル材料で電気絶
縁性、放熱性、耐食性、耐熱衝撃性に優れた常圧焼結B
N−AlN系複合焼結体およびその製造方法に関する。
縁性、放熱性、耐食性、耐熱衝撃性に優れた常圧焼結B
N−AlN系複合焼結体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】窒化硼素(BN)焼結体は溶融金属に対する耐
食性、耐熱衝撃性、及び電気絶縁性に優れることから、
種々の工業分野で利用されているが、機械的強度が低
く、熱伝導率もさほど高くない。一方、窒化アルミニウ
ム(AlN) 焼結体は機械的強度や熱伝導率が高い利点があ
るが、加工性に劣るため複雑な形状の製品には不向きで
ある。
食性、耐熱衝撃性、及び電気絶縁性に優れることから、
種々の工業分野で利用されているが、機械的強度が低
く、熱伝導率もさほど高くない。一方、窒化アルミニウ
ム(AlN) 焼結体は機械的強度や熱伝導率が高い利点があ
るが、加工性に劣るため複雑な形状の製品には不向きで
ある。
【0003】従って、上記窒化硼素(BN)及び窒化アルミ
ニウム(AlN) の両者の利点を生かし、所要の特性を備え
るセラミックス焼結体として、両者を複合させたBN−
AlN系複合焼結体が提案されている(例えば特開昭60
-195059 号公報参照)。
ニウム(AlN) の両者の利点を生かし、所要の特性を備え
るセラミックス焼結体として、両者を複合させたBN−
AlN系複合焼結体が提案されている(例えば特開昭60
-195059 号公報参照)。
【0004】上記BN−AlN系複合焼結体はマシナブ
ルで熱伝導率が高く、かつ構造材料として使用可能な強
度を備えることとなるが、依然として一方の主成分であ
る窒化硼素の焼結性が低く、窒化アルミニウム(AlN) 焼
結体と比較すると機械的強度に劣ることとが指摘されて
おり、この点を改善すべく、鋭意研究開発がなされてい
る。
ルで熱伝導率が高く、かつ構造材料として使用可能な強
度を備えることとなるが、依然として一方の主成分であ
る窒化硼素の焼結性が低く、窒化アルミニウム(AlN) 焼
結体と比較すると機械的強度に劣ることとが指摘されて
おり、この点を改善すべく、鋭意研究開発がなされてい
る。
【0005】例えば、特開昭60-195060 号公報において
は、1500〜2100℃程度の温度で2〜50MPa 程度の圧力を
かけるホットプレスによる成形方法が開示され、これに
よって曲げ強さが 100〜400MPa、熱伝導率が30〜35W/m
・K程度でマシナブルな焼結体が得られることが確認さ
れている。
は、1500〜2100℃程度の温度で2〜50MPa 程度の圧力を
かけるホットプレスによる成形方法が開示され、これに
よって曲げ強さが 100〜400MPa、熱伝導率が30〜35W/m
・K程度でマシナブルな焼結体が得られることが確認さ
れている。
【0006】また特開平2-252662号公報においては、上
記窒化硼素原料の焼結を促進させる焼結助剤として、カ
ルシウム化合物、イットリウム化合物、アルミニウム化
合物、ホウ素化合物等を0.1 〜10重量%添加し、非酸化
雰囲気または真空中で、1850〜2000℃で無加圧焼結させ
るようにした製造方法が提案されている。
記窒化硼素原料の焼結を促進させる焼結助剤として、カ
ルシウム化合物、イットリウム化合物、アルミニウム化
合物、ホウ素化合物等を0.1 〜10重量%添加し、非酸化
雰囲気または真空中で、1850〜2000℃で無加圧焼結させ
るようにした製造方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭60-195060 号公報に開示されたようなホットプレス
による成形方法では、設備上の制約から大型形状品の製
造が困難である。また、在来の設備では単純形状のイン
ゴットしか得られないため、ある程度マシナブルである
BN−AlN系複合焼結体のインゴットを所望の形状に
加工する工程が必要になり、加工に多大のコストを要す
るところから、製品の用途が限定される。
開昭60-195060 号公報に開示されたようなホットプレス
による成形方法では、設備上の制約から大型形状品の製
造が困難である。また、在来の設備では単純形状のイン
ゴットしか得られないため、ある程度マシナブルである
BN−AlN系複合焼結体のインゴットを所望の形状に
加工する工程が必要になり、加工に多大のコストを要す
るところから、製品の用途が限定される。
【0008】さらに上記特開平2-252662号公報に開示さ
れたような焼結助剤を原料に添加する方法によれば、該
焼結助剤成分が主成分である窒化硼素粒子及び窒化アル
ミニウム粒子の粒界部分にガラス相となって集積分布す
る。この結果、特に高温下における曲げ強度が著しく低
下するとともに、溶融金属に対する耐食性、耐熱衝撃性
が劣化することから高温域で使用される製品には適用し
難い。
れたような焼結助剤を原料に添加する方法によれば、該
焼結助剤成分が主成分である窒化硼素粒子及び窒化アル
ミニウム粒子の粒界部分にガラス相となって集積分布す
る。この結果、特に高温下における曲げ強度が著しく低
下するとともに、溶融金属に対する耐食性、耐熱衝撃性
が劣化することから高温域で使用される製品には適用し
難い。
【0009】本発明は上記従来の事情に鑑みてなされた
ものであって、溶融金属に対する耐食性、耐熱衝撃性、
機械的強度に優れたBN−AlN系複合焼結体及びその
製造方法を提供することを目的とするものである。
ものであって、溶融金属に対する耐食性、耐熱衝撃性、
機械的強度に優れたBN−AlN系複合焼結体及びその
製造方法を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は以下の手段を採用する。すなわち、窒化硼素
原料(BN) 5〜60重量%と、窒化アルミニウム原料(A
lN) 35〜95重量%とに、焼結助剤としてMgO,M
gO・Al2 O3 ,2MgO・SiO2 ,MgO・Si
O2 等のMgO含有化合物の中から選択される少なくと
も1種を、0.3〜10重量%添加した組成で構成され
るBN−AlN系複合焼結体である。
め本発明は以下の手段を採用する。すなわち、窒化硼素
原料(BN) 5〜60重量%と、窒化アルミニウム原料(A
lN) 35〜95重量%とに、焼結助剤としてMgO,M
gO・Al2 O3 ,2MgO・SiO2 ,MgO・Si
O2 等のMgO含有化合物の中から選択される少なくと
も1種を、0.3〜10重量%添加した組成で構成され
るBN−AlN系複合焼結体である。
【0011】上記BN−AlN系複合焼結体は、上記組
成の混合粉末を成形し、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気
で、5〜760Torrの減圧下、あるいは1〜10気圧の
ガス圧下にて、温度1600〜2000℃で焼成を行う
ようにして製造される。
成の混合粉末を成形し、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気
で、5〜760Torrの減圧下、あるいは1〜10気圧の
ガス圧下にて、温度1600〜2000℃で焼成を行う
ようにして製造される。
【0012】
【作用】上記構成における焼結助剤中のMgO成分は、
主原料であるBN、AlN粒子表面に微量含有されるB
2 O3 、Al2 O3 といった酸化物と焼成過程で容易に
反応して融液相を生成し、これを介して物質移動が活発
化し、焼結が進む。
主原料であるBN、AlN粒子表面に微量含有されるB
2 O3 、Al2 O3 といった酸化物と焼成過程で容易に
反応して融液相を生成し、これを介して物質移動が活発
化し、焼結が進む。
【0013】さらに上記融液相は焼成終了後の冷却時に
は主成分粒子の粒界部分に極めて薄い層で分布し、特定
の部位に集積分布する現象が抑えられる。このことが高
温下で機械的強度および耐食性向上につながるものと考
えられる。特に、MgO成分は溶融金属との反応性に乏
しいところから、BN粒子とAlN粒子との粒界面にM
gO成分を介在させることにより、耐食性が極めて良好
となり、実使用中の損耗が抑制されるのである。
は主成分粒子の粒界部分に極めて薄い層で分布し、特定
の部位に集積分布する現象が抑えられる。このことが高
温下で機械的強度および耐食性向上につながるものと考
えられる。特に、MgO成分は溶融金属との反応性に乏
しいところから、BN粒子とAlN粒子との粒界面にM
gO成分を介在させることにより、耐食性が極めて良好
となり、実使用中の損耗が抑制されるのである。
【0014】本発明に係るBN−AlN系複合焼結体に
おける窒化硼素の配合量は上記のように5〜60重量%
とすることが望ましく、5重量%未満では相対的に窒化
アルミニウムの配合量が多くなり、耐熱衝撃性および機
械加工性が低下する。一方、窒化硼素配合量が60重量
%を超えると、逆に耐熱衝撃性および機械加工性が向上
するが、熱伝導率が低くなり、機械的強度、耐食性が劣
化する。
おける窒化硼素の配合量は上記のように5〜60重量%
とすることが望ましく、5重量%未満では相対的に窒化
アルミニウムの配合量が多くなり、耐熱衝撃性および機
械加工性が低下する。一方、窒化硼素配合量が60重量
%を超えると、逆に耐熱衝撃性および機械加工性が向上
するが、熱伝導率が低くなり、機械的強度、耐食性が劣
化する。
【0015】また焼結助剤として添加するMgO,Mg
O・Al2 O3 ,2MgO・SiO2 ,MgO・SiO
2 などのMgO含有化合物のうちより選定された単独も
しくは2種以上を0.3〜10重量%添加するのが好適
であり、添加量が0.3重量%未満では焼結助剤として
の効果が認められず、得られる焼結体の密度が上がら
ず、焼結性向上に及ぼす影響は小となる。逆に添加量が
10重量%を超えると、焼結体の密度は上がり、焼結性
向上に対する効果は認められる半面、添加物の多くが窒
化硼素粒子及び窒化アルミニウム粒子の粒界部分にガラ
ス相を形成し、集積分布することから、特に高温下にお
ける機械的強度劣化につながり、さらに該ガラス相の存
在する粒界を通じての溶融金属の侵入を助長することに
もなり好ましくない。
O・Al2 O3 ,2MgO・SiO2 ,MgO・SiO
2 などのMgO含有化合物のうちより選定された単独も
しくは2種以上を0.3〜10重量%添加するのが好適
であり、添加量が0.3重量%未満では焼結助剤として
の効果が認められず、得られる焼結体の密度が上がら
ず、焼結性向上に及ぼす影響は小となる。逆に添加量が
10重量%を超えると、焼結体の密度は上がり、焼結性
向上に対する効果は認められる半面、添加物の多くが窒
化硼素粒子及び窒化アルミニウム粒子の粒界部分にガラ
ス相を形成し、集積分布することから、特に高温下にお
ける機械的強度劣化につながり、さらに該ガラス相の存
在する粒界を通じての溶融金属の侵入を助長することに
もなり好ましくない。
【0016】また窒化硼素原料の純度は95%以上、平
均粒子径は10μm以下が望ましく、窒化アルミニウム
原料は純度98%以上、平均粒子径5μm以下が望まし
い。焼結助剤については、焼結過程において融液化する
ため粒子径において大きな制約はないが、各粒子を均一
に混合させるためには20μm以下とし、より望ましく
は10μm程度とする。また純度は96%以上であれば
よい。
均粒子径は10μm以下が望ましく、窒化アルミニウム
原料は純度98%以上、平均粒子径5μm以下が望まし
い。焼結助剤については、焼結過程において融液化する
ため粒子径において大きな制約はないが、各粒子を均一
に混合させるためには20μm以下とし、より望ましく
は10μm程度とする。また純度は96%以上であれば
よい。
【0017】原料および焼結助剤の混合には、ボールミ
ルなどの公知の方法による乾式混合、湿式混合が使用で
きるが、混合効率の面からは湿式混合が好適である。湿
式混合に用いられる分散媒体は特に限定されないがアル
コール類が好適であり、例えば水を分散媒体として使用
すると、3時間程度を超える長時間の混合では窒化アル
ミニウム原料と反応してアンモニアガスを生成しやす
く、設備上等の必要性を除き用いない方が良い。
ルなどの公知の方法による乾式混合、湿式混合が使用で
きるが、混合効率の面からは湿式混合が好適である。湿
式混合に用いられる分散媒体は特に限定されないがアル
コール類が好適であり、例えば水を分散媒体として使用
すると、3時間程度を超える長時間の混合では窒化アル
ミニウム原料と反応してアンモニアガスを生成しやす
く、設備上等の必要性を除き用いない方が良い。
【0018】得られた混合粉末の成形はCIP成形など
の加圧成形により行う。CIP成形の場合の成形圧力は
50MPa以上、より好ましくは100MPa以上で行う。ここ
で、成形圧力が 50MPa未満であれば成形体自体のかさ密
度が低く、焼結時の焼結体の緻密化が十分に進行しない
ことに加えて変形の要因になる。CIP成形の他に鋳込
成形、金型成形、射出成形法等も使用される。
の加圧成形により行う。CIP成形の場合の成形圧力は
50MPa以上、より好ましくは100MPa以上で行う。ここ
で、成形圧力が 50MPa未満であれば成形体自体のかさ密
度が低く、焼結時の焼結体の緻密化が十分に進行しない
ことに加えて変形の要因になる。CIP成形の他に鋳込
成形、金型成形、射出成形法等も使用される。
【0019】焼成は窒素ガスを含む非酸化性雰囲気で5
〜760Torr程度の減圧下、または1〜10気圧のガス
加圧下で1600〜2000℃の温度範囲で行う。上記
焼成における雰囲気中に窒素ガスを供給することによ
り、窒素分圧を高めて主成分である窒化硼素及び窒化ア
ルミニウムの高温での分解を抑制するためである。雰囲
気圧力が5Torr未満では原料中の微量酸化物の蒸発が進
み、焼結体の緻密化が阻害され、好ましくない。逆に1
0気圧を越えるガス圧になると、焼結体に及ぼす悪影響
は特に見当たらないが、設備上の制約および経済性の面
で不利となり、条件的には避けたほうが良い。
〜760Torr程度の減圧下、または1〜10気圧のガス
加圧下で1600〜2000℃の温度範囲で行う。上記
焼成における雰囲気中に窒素ガスを供給することによ
り、窒素分圧を高めて主成分である窒化硼素及び窒化ア
ルミニウムの高温での分解を抑制するためである。雰囲
気圧力が5Torr未満では原料中の微量酸化物の蒸発が進
み、焼結体の緻密化が阻害され、好ましくない。逆に1
0気圧を越えるガス圧になると、焼結体に及ぼす悪影響
は特に見当たらないが、設備上の制約および経済性の面
で不利となり、条件的には避けたほうが良い。
【0020】焼結温度について1600℃未満では焼結
体の緻密化が十分に進まず、目的とする特性が得られに
くく、逆に2000℃を越えると原料粉末の分解、蒸発
が顕著となり、また焼結体組織を構成する粒子の粒成長
による肥大化が著しく、特に機械的強度と耐熱衝撃性の
低下につながり好ましくない。
体の緻密化が十分に進まず、目的とする特性が得られに
くく、逆に2000℃を越えると原料粉末の分解、蒸発
が顕著となり、また焼結体組織を構成する粒子の粒成長
による肥大化が著しく、特に機械的強度と耐熱衝撃性の
低下につながり好ましくない。
【0021】
【実施例】以下、本発明に関し、実施例に基づいて説明
する。純度97%、平均粒子径0.9μmの六方晶窒化
硼素(BN)粉末と、純度99.4%、平均粒子径0.6μ
mの窒化アルミニウム(AlN) 粉末とに、下記表1に示す
各焼結助剤を表記の割合で配合し、エタノール溶媒中、
ボールミルで18時間湿式混合を行った。
する。純度97%、平均粒子径0.9μmの六方晶窒化
硼素(BN)粉末と、純度99.4%、平均粒子径0.6μ
mの窒化アルミニウム(AlN) 粉末とに、下記表1に示す
各焼結助剤を表記の割合で配合し、エタノール溶媒中、
ボールミルで18時間湿式混合を行った。
【0022】次に混合粉末スラリーをスプレードライヤ
ーによって造粒後、150MPa の圧力で冷間静水圧成形
(CIP)を行い、100φ×20Hmmの成形体を得
た。これらの成形体についてBN−AlN製円筒ルツボ
中に置き、650Torr,窒素ガス雰囲気中、1850℃
×4時間で焼結を行った。得られた焼結体について密
度、曲げ強度(常温1200℃)、熱伝導率、耐熱衝撃
性およびSUS321を侵食材とする耐食性試験を行
い、評価したので結果を表1に示す。
ーによって造粒後、150MPa の圧力で冷間静水圧成形
(CIP)を行い、100φ×20Hmmの成形体を得
た。これらの成形体についてBN−AlN製円筒ルツボ
中に置き、650Torr,窒素ガス雰囲気中、1850℃
×4時間で焼結を行った。得られた焼結体について密
度、曲げ強度(常温1200℃)、熱伝導率、耐熱衝撃
性およびSUS321を侵食材とする耐食性試験を行
い、評価したので結果を表1に示す。
【0023】表1に示すように、本発明に係る実施例1
〜10の全てにわたって密度の高い焼結体が得られると
ともに、抗折強度においても比較例1〜4を大きく上回
り、特に1200℃下での熱間強度の向上が著しい。
〜10の全てにわたって密度の高い焼結体が得られると
ともに、抗折強度においても比較例1〜4を大きく上回
り、特に1200℃下での熱間強度の向上が著しい。
【0024】さらに注目すべきは本発明に係る実施例は
いずれも比較例に対して飛躍的に向上する。なお、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば焼結
助剤として添加する物質を適宜調合して実施することが
できる。
いずれも比較例に対して飛躍的に向上する。なお、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば焼結
助剤として添加する物質を適宜調合して実施することが
できる。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明のBN−AlN系複
合焼結体はマシナブルな特性を有する上に、溶融金属に
対する耐食性、耐熱衝撃性に優れ、機械的強度及び熱伝
導率の高い材料を提供することができる。また、常圧焼
結法という極めて簡便な方法での製造が可能であるた
め、幅広い高温構造材料への用途があり、産業上極めて
有用である。
合焼結体はマシナブルな特性を有する上に、溶融金属に
対する耐食性、耐熱衝撃性に優れ、機械的強度及び熱伝
導率の高い材料を提供することができる。また、常圧焼
結法という極めて簡便な方法での製造が可能であるた
め、幅広い高温構造材料への用途があり、産業上極めて
有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 104 U
Claims (2)
- 【請求項1】 窒化硼素原料(BN) 5〜60重量%と、
窒化アルミニウム原料(AlN) 35〜95重量%とに、焼
結助剤としてMgO,MgO・Al2 O3 ,2MgO・
SiO2 ,MgO・SiO2 等のMgO含有化合物の中
から選択される少なくとも1種を、0.3〜10重量%
添加した組成で構成されるBN−AlN系複合焼結体。 - 【請求項2】 上記請求項1に記載の組成からなる混合
粉末を成形し、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気で、5〜
760Torrの減圧下、あるいは1〜10気圧のガス圧下
にて、温度1600〜2000℃で焼成を行うようにし
たBN−AlN系複合焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5352569A JPH07206522A (ja) | 1993-12-30 | 1993-12-30 | BN−AlN系複合焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5352569A JPH07206522A (ja) | 1993-12-30 | 1993-12-30 | BN−AlN系複合焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07206522A true JPH07206522A (ja) | 1995-08-08 |
Family
ID=18424957
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5352569A Pending JPH07206522A (ja) | 1993-12-30 | 1993-12-30 | BN−AlN系複合焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07206522A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012008502A1 (ja) * | 2010-07-14 | 2012-01-19 | 日本発條株式会社 | セラミックス部材、プローブホルダ及びセラミックス部材の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-30 JP JP5352569A patent/JPH07206522A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012008502A1 (ja) * | 2010-07-14 | 2012-01-19 | 日本発條株式会社 | セラミックス部材、プローブホルダ及びセラミックス部材の製造方法 |
JP2012020901A (ja) * | 2010-07-14 | 2012-02-02 | Nhk Spring Co Ltd | セラミックス部材、プローブホルダ及びセラミックス部材の製造方法 |
CN102985390A (zh) * | 2010-07-14 | 2013-03-20 | 日本发条株式会社 | 陶瓷构件、探针支架及陶瓷构件的制造方法 |
KR101468552B1 (ko) * | 2010-07-14 | 2014-12-03 | 니혼 하츠쵸 가부시키가이샤 | 세라믹 부재, 프로브 홀더 및 세라믹 부재의 제조 방법 |
US9238593B2 (en) | 2010-07-14 | 2016-01-19 | Nhk Spring Co., Ltd. | Ceramic member, probe holder, and manufacturing method of ceramic member |
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