JPH075390B2 - 高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents
高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法Info
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- JPH075390B2 JPH075390B2 JP2160689A JP16068990A JPH075390B2 JP H075390 B2 JPH075390 B2 JP H075390B2 JP 2160689 A JP2160689 A JP 2160689A JP 16068990 A JP16068990 A JP 16068990A JP H075390 B2 JPH075390 B2 JP H075390B2
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- sintering
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法に関するも
のである。
のである。
「従来の技術」 一般にセラミックスの強度は気孔率や結晶粒径、表面状
態に影響を受ける。構造用セラミックスとして注目され
ているSi3N4系焼結体の強度もこれらに支配される。
態に影響を受ける。構造用セラミックスとして注目され
ているSi3N4系焼結体の強度もこれらに支配される。
Si3N4系焼結体の強度を向上させる試みとして、焼結助
剤の開発、焼結方法の開発が図られている。例えばホッ
トプレス焼結ではAm.Ceram.Soc.Bull.,52（1973）pp560
で〜100kg/mm2（曲げ強度）が、又常圧焼結では昭和56
年窯業協会年会講演予稿集、（1981）178で〜100kg/mm2
（曲げ強度）が報告されている。いずれも気孔率を極力
少なくすることによって強度向上を図っている。
剤の開発、焼結方法の開発が図られている。例えばホッ
トプレス焼結ではAm.Ceram.Soc.Bull.,52（1973）pp560
で〜100kg/mm2（曲げ強度）が、又常圧焼結では昭和56
年窯業協会年会講演予稿集、（1981）178で〜100kg/mm2
（曲げ強度）が報告されている。いずれも気孔率を極力
少なくすることによって強度向上を図っている。
又、主たる焼結補助としてY2O3を用いたSi3N4−Y2O3−A
l2O3系窒化ケイ素焼結体の製造方法が特公昭49−21091
号、特公昭48−38448号に開示されている。
l2O3系窒化ケイ素焼結体の製造方法が特公昭49−21091
号、特公昭48−38448号に開示されている。
これらは該当特公明細書中に示されているように、β結
晶格子のSi3N4が繊維状組織を有し、これがマトリック
ス相中に分散することから強度、靭性を向上し得るもの
と考えられている。すなわちこれはβ晶Si3N4格子が六
方晶でありＣ軸方向に異方性成長をすることを積極的に
利用したものであり、とくに特公昭48−38448号やまた
窯業協会誌94巻pp96（1986）に示される如く、繊維状の
β晶Si3N4の結晶粒が長手方向に10数μｍ以上成長して
いる場合がある。
晶格子のSi3N4が繊維状組織を有し、これがマトリック
ス相中に分散することから強度、靭性を向上し得るもの
と考えられている。すなわちこれはβ晶Si3N4格子が六
方晶でありＣ軸方向に異方性成長をすることを積極的に
利用したものであり、とくに特公昭48−38448号やまた
窯業協会誌94巻pp96（1986）に示される如く、繊維状の
β晶Si3N4の結晶粒が長手方向に10数μｍ以上成長して
いる場合がある。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら前記技術では、繊維状組織の強化機構とす
るため、それに伴う異常粒成長あるいは気孔の発勢が伴
う可能性があり必ずしも強度を向上させるために有効で
あるとは考えられない。
るため、それに伴う異常粒成長あるいは気孔の発勢が伴
う可能性があり必ずしも強度を向上させるために有効で
あるとは考えられない。
またとくに特公昭49−21091号に示される繊維状組織を
呈するためにはホットプレス焼結を用いる場合や、ある
いは窯業協会誌94巻pp167（1986）に示されるようにあ
らかじめ繊維状に成長させる熱処理を施したβ晶のSi3N
4原料を添加することによりこの繊維状組織の成長を積
極的に用いる場合はなお更である。
呈するためにはホットプレス焼結を用いる場合や、ある
いは窯業協会誌94巻pp167（1986）に示されるようにあ
らかじめ繊維状に成長させる熱処理を施したβ晶のSi3N
4原料を添加することによりこの繊維状組織の成長を積
極的に用いる場合はなお更である。
上記に鑑み、本発明は上に述べたような問題点を解消す
るため開発されたものである。
るため開発されたものである。
本発明では前記の如くマトリックス中に長大な繊維状結
晶を分散せしめるのではなく細粒かつ高アスペクト比か
つ均一粒のβ晶によりセラミックス相を構成させた焼結
体が前記の繊維強化型焼結体以上に高強度を有すること
を見いだしたものである。
晶を分散せしめるのではなく細粒かつ高アスペクト比か
つ均一粒のβ晶によりセラミックス相を構成させた焼結
体が前記の繊維強化型焼結体以上に高強度を有すること
を見いだしたものである。
「課題を解決するための手段」 即ち本発明は、上記の従来の欠点を解決するために機械
的強度に優れた窒化ケイ素焼結体の製造を目的として、
平均粒径0.8μｍ以下、粒度分布３σ＝0.4μｍ以下であ
る窒化ケイ素粉末を主体とする原料粉末を混合し、成
形、焼結して窒化ケイ素焼結体を製造する製造法におい
て、N2ガス雰囲気中にて1300〜1600℃で２時間以上熱処
理し、β型窒化ケイ素を85％以上生成させ、相対密度を
80％以上望ましくは80〜85％に上昇させた後に、1700〜
2000℃の温度において焼結することを特徴とする高強度
窒化ケイ素焼結体の製造方法である。
的強度に優れた窒化ケイ素焼結体の製造を目的として、
平均粒径0.8μｍ以下、粒度分布３σ＝0.4μｍ以下であ
る窒化ケイ素粉末を主体とする原料粉末を混合し、成
形、焼結して窒化ケイ素焼結体を製造する製造法におい
て、N2ガス雰囲気中にて1300〜1600℃で２時間以上熱処
理し、β型窒化ケイ素を85％以上生成させ、相対密度を
80％以上望ましくは80〜85％に上昇させた後に、1700〜
2000℃の温度において焼結することを特徴とする高強度
窒化ケイ素焼結体の製造方法である。
なお本発明の実施の態様として少なくとも下記が含まれ
る。
る。
熱処理のN2ガス雰囲気が1300℃以上1450℃以下の温度
域で１〜100気圧のN2雰囲気、1450℃をこえ1600℃以下
の温度域で100torr〜10気圧のN2雰囲気の組合わせより
なる上記本発明の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。
域で１〜100気圧のN2雰囲気、1450℃をこえ1600℃以下
の温度域で100torr〜10気圧のN2雰囲気の組合わせより
なる上記本発明の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。
焼結が100〜2000気圧のN2ガス加圧雰囲気下（HIP）で
行う上記本発明の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。
行う上記本発明の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。
窒化ケイ素原料粉末の製造方法がイミド分解法である
上記本発明の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。
上記本発明の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。
窒化ケイ素原料粉末を予め〜800℃の大気中で２〜５
時間の酸化処理を施す上記本発明の高強度窒化ケイ素焼
結体の製造方法。
時間の酸化処理を施す上記本発明の高強度窒化ケイ素焼
結体の製造方法。
「作用」 以下に本発明を詳細に説明する。一般に窒化ケイ素の焼
結はα型窒化ケイ素粉末に焼結助剤を添加することによ
り液相を発生させ、その時の原子の再配列による緻密
化、α型窒化ケイ素の液相中への固溶、α→β変態によ
るβ型窒化ケイ素の核発生、β型窒化ケイ素粒の成長に
より緻密化が進行すると言われている。本発明者らは前
記問題点を解決するために鋭意研究した結果、高強度を
有する組織つまり細粒かつ高アスペクト比かつ均一粒の
β相によるマトリックス相を構成させた焼結体の実現に
は、窒化ケイ素原料粉末の粒度の調整および高温焼結前
の熱処理による成形体のβ相の量と密度の調整が重要と
なるを見出した。
結はα型窒化ケイ素粉末に焼結助剤を添加することによ
り液相を発生させ、その時の原子の再配列による緻密
化、α型窒化ケイ素の液相中への固溶、α→β変態によ
るβ型窒化ケイ素の核発生、β型窒化ケイ素粒の成長に
より緻密化が進行すると言われている。本発明者らは前
記問題点を解決するために鋭意研究した結果、高強度を
有する組織つまり細粒かつ高アスペクト比かつ均一粒の
β相によるマトリックス相を構成させた焼結体の実現に
は、窒化ケイ素原料粉末の粒度の調整および高温焼結前
の熱処理による成形体のβ相の量と密度の調整が重要と
なるを見出した。
すなわち窒化ケイ素原料粉末の粒度についてはその平均
粒径が0.8μｍ以下でかつ粒度分布巾が３σ＝0.4μｍ以
下の微細均一であることが必要であり、さらにα分率が
90％以上望ましくは95％以上とする必要がある。
粒径が0.8μｍ以下でかつ粒度分布巾が３σ＝0.4μｍ以
下の微細均一であることが必要であり、さらにα分率が
90％以上望ましくは95％以上とする必要がある。
次に成形体の熱処理については特にα→β変態反応が進
行する1300℃〜1600℃で２時間以上熱処理してβ型窒化
ケイ素を85％以上、相対密度で80％以上望ましくは80〜
85％にさせることが必要であることを見いだした。
行する1300℃〜1600℃で２時間以上熱処理してβ型窒化
ケイ素を85％以上、相対密度で80％以上望ましくは80〜
85％にさせることが必要であることを見いだした。
出発原料窒化ケイ素粉末の平均粒径が0.8μｍを超えあ
るいは又粒度分布が３σ＝0.4μｍを超えた場合得られ
る焼結体には粗大粒の窒化ケイ素粒が出現し、いずれの
焼結条件でも微細均粒、高アスペクト比の焼結体が得ら
れない。
るいは又粒度分布が３σ＝0.4μｍを超えた場合得られ
る焼結体には粗大粒の窒化ケイ素粒が出現し、いずれの
焼結条件でも微細均粒、高アスペクト比の焼結体が得ら
れない。
また熱処理については、1300℃未満での熱処理ではα→
β変態が充分に進行せず、逆に1600℃を超えてはα→β
変態速度が急激に進行してしまい、生成するβ型窒化ケ
イ素粒径にばらつきを生じ均一微細な組織が得られな
い。
β変態が充分に進行せず、逆に1600℃を超えてはα→β
変態速度が急激に進行してしまい、生成するβ型窒化ケ
イ素粒径にばらつきを生じ均一微細な組織が得られな
い。
又、この熱処理の間にβ型窒化ケイ素を85％以上生成さ
せることの必要性は、β型窒化ケイ素が85％未満だとこ
の熱処理後の高い温度でα→β変態が進行するため不均
一粒を生じやすいためであり、又相対密度が80％未満で
あると熱処理後の焼結中にβ型窒化ケイ素が長軸方向に
成長しやすいため長軸径が５μｍを超えるため好ましく
ないためである。
せることの必要性は、β型窒化ケイ素が85％未満だとこ
の熱処理後の高い温度でα→β変態が進行するため不均
一粒を生じやすいためであり、又相対密度が80％未満で
あると熱処理後の焼結中にβ型窒化ケイ素が長軸方向に
成長しやすいため長軸径が５μｍを超えるため好ましく
ないためである。
一方この異方性を有するβ型窒化ケイ素の結晶核を発生
させるためには添加した焼結助剤粉末と主としてSi3N4
原料粉末表面に存在するSiO2若しくはSi2N2O等の酸化若
しくは酸窒化物と反応して生成される液相が析出する13
00℃〜1450℃の領域での液相の成分及び雰囲気も重要で
ある。すなわち液相中にSiあるいはＮの固溶量が多い場
合、上記の異方性結晶核の発生量が多くなる。このため
SiO2若しくはSi2N2Oの液相中への固溶量を増加させる手
法については以下の手法等がある。
させるためには添加した焼結助剤粉末と主としてSi3N4
原料粉末表面に存在するSiO2若しくはSi2N2O等の酸化若
しくは酸窒化物と反応して生成される液相が析出する13
00℃〜1450℃の領域での液相の成分及び雰囲気も重要で
ある。すなわち液相中にSiあるいはＮの固溶量が多い場
合、上記の異方性結晶核の発生量が多くなる。このため
SiO2若しくはSi2N2Oの液相中への固溶量を増加させる手
法については以下の手法等がある。
一般にSi3N4原料粉末は微粒粉末程表面酸化量が増加す
る傾向にあるが、粉末性状が本発明の粒度分布、平均粒
径から著しく外れることは好ましくない。従って本発明
のα→β結晶変態を十分制御するためには前述した平均
粒径0.8μｍ以下、粒度分布３σ＝0.4μｍ以下であるこ
とに加え粉末の比表面積がBET＝10〜18m3/gであること
が望ましくまた表面酸素量については1.5〜2.5重量％が
望ましい。とくにこの表面酸素量を調整する手法として
は粉末表面をあらかじめ〜800℃大気中で２〜5H酸化処
理を施す手法も考えられる。この場合２時間未満である
と該酸化処理の効果が十分ではなく、また800℃を超え
るかまたは５時間を超えると該酸化処理が過剰となり、
粉末同志の固着による後工程の混合、成形工程の均一性
に悪影響を及ぼすため好ましくない。
る傾向にあるが、粉末性状が本発明の粒度分布、平均粒
径から著しく外れることは好ましくない。従って本発明
のα→β結晶変態を十分制御するためには前述した平均
粒径0.8μｍ以下、粒度分布３σ＝0.4μｍ以下であるこ
とに加え粉末の比表面積がBET＝10〜18m3/gであること
が望ましくまた表面酸素量については1.5〜2.5重量％が
望ましい。とくにこの表面酸素量を調整する手法として
は粉末表面をあらかじめ〜800℃大気中で２〜5H酸化処
理を施す手法も考えられる。この場合２時間未満である
と該酸化処理の効果が十分ではなく、また800℃を超え
るかまたは５時間を超えると該酸化処理が過剰となり、
粉末同志の固着による後工程の混合、成形工程の均一性
に悪影響を及ぼすため好ましくない。
一方とくにSi2N2Oについてはあらかじめ合成したSi2N2O
粉末を上記表面酸素量の範囲になるような量を追加別添
加する手法が考えられる。
粉末を上記表面酸素量の範囲になるような量を追加別添
加する手法が考えられる。
一方雰囲気の効果についてはとくに液相が析出しα→β
結晶変態が開始される初期即ち1300℃以上1450℃以下の
範囲においてN2ガス分圧を上げることが効果的である。
このN2ガス分圧は好ましくは１〜100気圧の範囲が良
く、１気圧未満では上述の効果が十分でなく、また100
気圧を超えると焼結初期において気孔発生の原因となる
可能性がある。
結晶変態が開始される初期即ち1300℃以上1450℃以下の
範囲においてN2ガス分圧を上げることが効果的である。
このN2ガス分圧は好ましくは１〜100気圧の範囲が良
く、１気圧未満では上述の効果が十分でなく、また100
気圧を超えると焼結初期において気孔発生の原因となる
可能性がある。
さらにこのN2分圧は実際の焼結過程においては搬送ガス
（キャリアガス）等の手法により常時新規にN2ガスが供
給される場合は更に好ましい。またその作用はN2ガス中
のO2分圧が与える影響が大きいため不純物として含まれ
るO2量は100ppm以下が望ましい。
（キャリアガス）等の手法により常時新規にN2ガスが供
給される場合は更に好ましい。またその作用はN2ガス中
のO2分圧が与える影響が大きいため不純物として含まれ
るO2量は100ppm以下が望ましい。
以上α→β結晶変態の初期過程の作用について記述した
が更にα→β結晶変態の後期過程についてその作用につ
いて述べる。
が更にα→β結晶変態の後期過程についてその作用につ
いて述べる。
ここでα→β結晶変態の後期とは焼結体の結晶比率がβ
／（α＋β）＝50〜100％の間であり1450℃を超え1600
℃以下の温度範囲にある。ここで結晶比率の測定法とし
ては通常のＸ線回折法により算出する。この間での作用
は結晶変態の初期過程で生成した結晶核をより異方性、
即ちアスペクト比の高い、より均一な結晶成長を目的と
しこのためには雰囲気としてはN2分圧は100torr〜10気
圧が望ましい。これは100torr未満ではSi3N4の分解が生
じ、また10気圧を超えると結晶成長の異方性が抑制され
るためである。
／（α＋β）＝50〜100％の間であり1450℃を超え1600
℃以下の温度範囲にある。ここで結晶比率の測定法とし
ては通常のＸ線回折法により算出する。この間での作用
は結晶変態の初期過程で生成した結晶核をより異方性、
即ちアスペクト比の高い、より均一な結晶成長を目的と
しこのためには雰囲気としてはN2分圧は100torr〜10気
圧が望ましい。これは100torr未満ではSi3N4の分解が生
じ、また10気圧を超えると結晶成長の異方性が抑制され
るためである。
本発明では以上述べてきた作用のため1300℃以上1600℃
以下の間で２時間以上既述の雰囲気中で熱処理を行うが
この作用を十分出すためには焼結体の寸法効果も含めて
２時間以上必要となる。またこの間で連続的に温度勾配
をつけて実施する熱処理も同様の効果を得ることが可能
である。この場合温度勾配は毎分２℃〜５℃が好まし
い。
以下の間で２時間以上既述の雰囲気中で熱処理を行うが
この作用を十分出すためには焼結体の寸法効果も含めて
２時間以上必要となる。またこの間で連続的に温度勾配
をつけて実施する熱処理も同様の効果を得ることが可能
である。この場合温度勾配は毎分２℃〜５℃が好まし
い。
またさらに本発明の焼結体の高強度をより安定して得る
ためには焼結を100〜2000気圧のN2雰囲気下（HIP）で行
うことが好ましい。100気圧未満では高強度が安定して
得られず、2000気圧を超えると焼結設備が大型化し経済
性に問題がある。
ためには焼結を100〜2000気圧のN2雰囲気下（HIP）で行
うことが好ましい。100気圧未満では高強度が安定して
得られず、2000気圧を超えると焼結設備が大型化し経済
性に問題がある。
また該当焼結体の構造を観察したところ、とくに強度≧
130kg/mm2の高強度焼結体において窒化ケイ素の平均長
軸粒径が５μｍ以下、アスペクト比が５以上でかつこの
形状のβ相が焼結体中に15体積％以上含まれていること
が明らかになった。
130kg/mm2の高強度焼結体において窒化ケイ素の平均長
軸粒径が５μｍ以下、アスペクト比が５以上でかつこの
形状のβ相が焼結体中に15体積％以上含まれていること
が明らかになった。
すなわち本発明焼結体の中でも特にβ晶格子の長軸平均
粒径が５μｍ以下、アスペクト比が５以上かつこれが焼
結体中に15体積％以上含まれこのβ柱状粒子とそれ以外
のα等軸粒子によって構成される網目状構造を持った焼
結体が従来のSi3N4系材料にない高強度を有することが
明らかとなった。
粒径が５μｍ以下、アスペクト比が５以上かつこれが焼
結体中に15体積％以上含まれこのβ柱状粒子とそれ以外
のα等軸粒子によって構成される網目状構造を持った焼
結体が従来のSi3N4系材料にない高強度を有することが
明らかとなった。
さらにこのような本発明焼結体は結晶組織が微細で均一
となり高強度を有すると共に高い強度信頼性すなわち強
度について高いワイプル係数（ｍ＝15〜30）を有するこ
とが明らかとなった。
となり高強度を有すると共に高い強度信頼性すなわち強
度について高いワイプル係数（ｍ＝15〜30）を有するこ
とが明らかとなった。
「実施例」 以下に本発明の実施例を述べる。
実施例1: 平均粒径0.3μｍ、粒度分布３σ＝0.25μｍ、α結晶化
率97％、酸素量1.3重量％のSi3N4原料92重量％、及び平
均粒径が各々0.μｍ、0.4μｍ、1.1μｍのY2O2、Al
2O3、AlN粉末を４、３、１重量％添加し、エタノール中
100時間ボールミルにて湿式混合した後、乾燥し得られ
た混合粉末を3000kg/cm2でCIP成形、この成形体をN2ガ
ス１気圧中で1600℃、４時間熱処理した後1750℃にてN2
ガス４気圧下５時間焼結し、得られた焼結体を1720℃、
1000気圧N2中にて３時間HIP処理した。
率97％、酸素量1.3重量％のSi3N4原料92重量％、及び平
均粒径が各々0.μｍ、0.4μｍ、1.1μｍのY2O2、Al
2O3、AlN粉末を４、３、１重量％添加し、エタノール中
100時間ボールミルにて湿式混合した後、乾燥し得られ
た混合粉末を3000kg/cm2でCIP成形、この成形体をN2ガ
ス１気圧中で1600℃、４時間熱処理した後1750℃にてN2
ガス４気圧下５時間焼結し、得られた焼結体を1720℃、
1000気圧N2中にて３時間HIP処理した。
その焼結体よりJIS Ｒ 1601に準拠した３（mm）×４
（mm）×40（mm）のテストピースを切り出し曲げ強度を
測定した。
（mm）×40（mm）のテストピースを切り出し曲げ強度を
測定した。
この試験片30本について３点曲げテストを行なったとこ
ろ、平均強度155kg/mm2、ワイプル係数20を得た。又こ
の焼結条件での熱処理後の状態をモデルピースで調査し
たところ、β−Si3N4＝90.2％相対密度８％であった。
ろ、平均強度155kg/mm2、ワイプル係数20を得た。又こ
の焼結条件での熱処理後の状態をモデルピースで調査し
たところ、β−Si3N4＝90.2％相対密度８％であった。
実施例2: 窒化ケイ素および焼結助剤は実施例１と同一の粉末を用
い混合した第１表に示す混合粉末をN2ガス１気圧下の各
熱処理及びN2ガス４気圧下の各焼結条件で焼結し、さら
に1720℃、N2ガス1000気圧下、２時間HIP処理した焼結
体の曲げ強度を求めた。
い混合した第１表に示す混合粉末をN2ガス１気圧下の各
熱処理及びN2ガス４気圧下の各焼結条件で焼結し、さら
に1720℃、N2ガス1000気圧下、２時間HIP処理した焼結
体の曲げ強度を求めた。
その結果を第１表に示す。
実施例3: 実施例１と同様の方法により作製した成形体を第２表に
示す各種２段階条件の熱処理及び焼結条件にて焼結体を
作製した。尚、焼結時のN2ガス圧力は全て８気圧とし
た。又、比較例としてα結晶比率、酸素量は実施例１と
同じで平均粒径が第４表に示すSi3N4粉末を用い、実施
例１と同様の焼結助剤を加え、混合・成形した成形体を
第２表のNo.4、No.15と同一熱処理・焼結条件で焼結し
た試料も作製した。以上の本発明例および比較例の試料
をさらに1800℃、１時間、2000気圧N2ガス雰囲気中にて
HIP処理した焼結体より、JIS Ｒ 1601に準拠した３
（mm）×４（mm）×40（mm）のテストピースを30本切出
し曲げ強度及びそのワイブル係数を測定した。一方焼結
体中のβ型Si3N4柱状結晶粒の体積分率を測定するた
め、焼結体の任意の一段面をラッピング加工した後、80
℃HF:HNO3＝2:1のエッチング液により30分エッチング加
工した後、倍率2500倍にて走査型電顕で観察した観察面
上にて柱状形状の結晶粒の占有面積を求めそれを体積率
換算することにより求めた。これらの焼結体の特性とそ
の組織の評価結果を本発明例については第３表に、比較
例については第４表に示す。
示す各種２段階条件の熱処理及び焼結条件にて焼結体を
作製した。尚、焼結時のN2ガス圧力は全て８気圧とし
た。又、比較例としてα結晶比率、酸素量は実施例１と
同じで平均粒径が第４表に示すSi3N4粉末を用い、実施
例１と同様の焼結助剤を加え、混合・成形した成形体を
第２表のNo.4、No.15と同一熱処理・焼結条件で焼結し
た試料も作製した。以上の本発明例および比較例の試料
をさらに1800℃、１時間、2000気圧N2ガス雰囲気中にて
HIP処理した焼結体より、JIS Ｒ 1601に準拠した３
（mm）×４（mm）×40（mm）のテストピースを30本切出
し曲げ強度及びそのワイブル係数を測定した。一方焼結
体中のβ型Si3N4柱状結晶粒の体積分率を測定するた
め、焼結体の任意の一段面をラッピング加工した後、80
℃HF:HNO3＝2:1のエッチング液により30分エッチング加
工した後、倍率2500倍にて走査型電顕で観察した観察面
上にて柱状形状の結晶粒の占有面積を求めそれを体積率
換算することにより求めた。これらの焼結体の特性とそ
の組織の評価結果を本発明例については第３表に、比較
例については第４表に示す。
尚、特性評価法については曲げ強度はJIS Ｒ 1601に
準拠した３点曲げ試験方法にて、破壊靱性ＫICは荷重10
kgインデンテーションフロー法、Evansの式（1976）を
用いて算出した。
準拠した３点曲げ試験方法にて、破壊靱性ＫICは荷重10
kgインデンテーションフロー法、Evansの式（1976）を
用いて算出した。
実施例4: 平均粒径0.5μｍ、粒度分布３σ＝0.30μｍ、α結晶化
率98％、酸素量1.4重量％のイミド分解法により製造し
たSi3N4原料91重量％にポリカルボン酸系解膠剤0.5重量
％及びエタノール（純度99.9％）を加え、Si3N4焼結体
メディアボールを用いたボールミルにて20時間湿式混合
した後、平均粒径が0.7μｍ、0.4μｍ、1.1μｍのY
2O3、Al2O3、AlN粉末を５、３、１重量％添加した後更
に120時間ボールミルにて湿式混合した後得られたスラ
リーを、メディア等より摩砕混入する摩砕粉を除去する
ため目開き10μｍのメッシュにてスラリーをふるい分け
した後、真空乾燥機にて乾燥した。
率98％、酸素量1.4重量％のイミド分解法により製造し
たSi3N4原料91重量％にポリカルボン酸系解膠剤0.5重量
％及びエタノール（純度99.9％）を加え、Si3N4焼結体
メディアボールを用いたボールミルにて20時間湿式混合
した後、平均粒径が0.7μｍ、0.4μｍ、1.1μｍのY
2O3、Al2O3、AlN粉末を５、３、１重量％添加した後更
に120時間ボールミルにて湿式混合した後得られたスラ
リーを、メディア等より摩砕混入する摩砕粉を除去する
ため目開き10μｍのメッシュにてスラリーをふるい分け
した後、真空乾燥機にて乾燥した。
この乾燥粉を目開き200μｍメッシュにて造粒した後、
約60mm×40mm×10mmの成形体にCIP成形した、ここでCIP
条件は5000kg/cm2とした。
約60mm×40mm×10mmの成形体にCIP成形した、ここでCIP
条件は5000kg/cm2とした。
この成形体をｈ−BN焼結体よりなる焼結ケースに装填し
た後1000℃、１時間真空処理を行い、次いで1450℃、５
時間、10気圧N2ガス雰囲気中にて第１段の熱処理を実施
さらに1600℃５時間１気圧N2ガス雰囲気中にて第２段の
熱処理を実施した。
た後1000℃、１時間真空処理を行い、次いで1450℃、５
時間、10気圧N2ガス雰囲気中にて第１段の熱処理を実施
さらに1600℃５時間１気圧N2ガス雰囲気中にて第２段の
熱処理を実施した。
ここで得られた熱処理体の相体密度とβ結晶率を測定し
た結果は各々90％及び88％であった。この熱処理体を17
50℃、５時間５気圧N2ガス雰囲気中さらに1850℃、２時
間100気圧N2ガス雰囲気中にて連続焼結して得られた焼
結体よりJIS Ｒ 1601に準拠した3mm×4mm×40mmのテ
ストピースを切り出し、３点曲げ強度を測定した。
た結果は各々90％及び88％であった。この熱処理体を17
50℃、５時間５気圧N2ガス雰囲気中さらに1850℃、２時
間100気圧N2ガス雰囲気中にて連続焼結して得られた焼
結体よりJIS Ｒ 1601に準拠した3mm×4mm×40mmのテ
ストピースを切り出し、３点曲げ強度を測定した。
この試験片30本について測定した結果平均で140kg/m
m2、そのワイブル係数22を得た。
m2、そのワイブル係数22を得た。
実施例5: 実施例４の第１段及び第２段の熱処理及び焼結の各工程
を連続して実施した場合に得られた焼結体の特性を実施
例４と同様の手法により評価した結果、曲げ強度は150k
g/mm2、ワイブル係数は25を得た。
を連続して実施した場合に得られた焼結体の特性を実施
例４と同様の手法により評価した結果、曲げ強度は150k
g/mm2、ワイブル係数は25を得た。
「発明の効果」 以上の様に、本発明の製造方法では従来のSi3N4焼結体
に比較して著しく高強度のSi3N4焼結体が製造可能であ
る。
に比較して著しく高強度のSi3N4焼結体が製造可能であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 松夫 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 三宅 雅也 兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−215260（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−212278（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−107567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−88171（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−13310（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−57388（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (4)
- 【請求項１】平均粒径0.8μｍ以下、粒度分布３σ＝0.4
μｍ以下である窒化ケイ素粉末を主体とする原料粉末を
混合し、成形、焼結して窒化ケイ素焼結体を製造する製
造法において、N2ガス雰囲気中にて1300〜1600℃で２時
間以上熱処理し、β型窒化ケイ素を85％以上生成させ、
相対密度を80％以上に上昇させた後に、1700〜2000℃の
温度において焼結することを特徴とする高強度窒化ケイ
素焼結体の製造方法。 - 【請求項２】熱処理のN2ガス雰囲気が1300℃以上1450℃
以下の温度域で１〜100気圧のN2雰囲気、1450℃を超え1
600℃以下の温度域で100torr〜10気圧のN2雰囲気の組合
わせよりなる特許請求の範囲第（１）項記載の高強度窒
化ケイ素焼結体の製造方法。 - 【請求項３】焼結が100〜2000気圧のN2加圧雰囲気で行
われることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項又は
第（２）項記載の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。 - 【請求項４】窒化ケイ素原料粉末の製造方法がイミド分
解法である特許請求の範囲第（１）項、第（２）項又は
第（３）項記載の高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP19900113763 EP0409193B1 (en) | 1989-07-18 | 1990-07-18 | Process for production of sintered silicon nitride made article |
| DE1990608064 DE69008064T2 (de) | 1989-07-18 | 1990-07-18 | Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Gegenstandes aus Siliciumnitrid. |
| US07/829,571 US5225127A (en) | 1989-07-18 | 1992-02-03 | Process for production of sintered silicon nitride made article |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18652489 | 1989-07-18 | ||
| JP1-186524 | 1989-07-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03131572A JPH03131572A (ja) | 1991-06-05 |
| JPH075390B2 true JPH075390B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=16190004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2160689A Expired - Lifetime JPH075390B2 (ja) | 1989-07-18 | 1990-06-18 | 高強度窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075390B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5100201B2 (ja) * | 2007-05-16 | 2012-12-19 | 株式会社東芝 | 窒化珪素焼結体とそれを用いた摺動部材 |
| US20200399125A1 (en) * | 2018-02-28 | 2020-12-24 | Tokuyama Corporation | Process for producing silicon nitride powder |
| JP2023034353A (ja) * | 2021-08-30 | 2023-03-13 | Ntn株式会社 | 窒化ケイ素焼結体、機械部品および軸受 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5888171A (ja) * | 1981-11-17 | 1983-05-26 | 株式会社神戸製鋼所 | 高密度窒化珪素焼結体の製造方法 |
| JPS61215260A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-25 | 日本碍子株式会社 | ＳｒＯ―ＭｇＯ―ＣｅＯ２系窒化珪素セラミックスの製造法 |
| JPS6213310A (ja) * | 1985-07-12 | 1987-01-22 | Toshiba Mach Co Ltd | 射出成形機 |
| JPS6357388A (ja) * | 1986-08-27 | 1988-03-12 | スズキ株式会社 | オ−トバイのフレ−ム |
| JPH01212278A (ja) * | 1988-02-17 | 1989-08-25 | Mazda Motor Corp | セラミック部品の製造方法 |
| JP2678775B2 (ja) * | 1988-10-13 | 1997-11-17 | 日本特殊陶業株式会社 | 高密度窒化珪素焼結体の製造方法 |
-
1990
- 1990-06-18 JP JP2160689A patent/JPH075390B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03131572A (ja) | 1991-06-05 |
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