JPH0772105B2 - 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体およびその製造方法Info
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- JPH0772105B2 JPH0772105B2 JP60245581A JP24558185A JPH0772105B2 JP H0772105 B2 JPH0772105 B2 JP H0772105B2 JP 60245581 A JP60245581 A JP 60245581A JP 24558185 A JP24558185 A JP 24558185A JP H0772105 B2 JPH0772105 B2 JP H0772105B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は窒化珪素質焼結体及びその製造方法に関し、よ
り詳細には、高温強度、高温耐酸化性に優れた窒化珪素
質焼結体及びその製造方法に関する。
り詳細には、高温強度、高温耐酸化性に優れた窒化珪素
質焼結体及びその製造方法に関する。
（従来技術とその問題点） 窒化珪素から成る焼結体は原子の結合様式が共有結合を
主体として成り、強度、硬度、熱的化学的安定性におい
て、優れた特性を有することからエンジニアリングセラ
ミックス、特に、熱機関として例えばガスタービン等へ
の応用が進められている。
主体として成り、強度、硬度、熱的化学的安定性におい
て、優れた特性を有することからエンジニアリングセラ
ミックス、特に、熱機関として例えばガスタービン等へ
の応用が進められている。
近年、熱機関はその高効率化に伴い熱機関の作動温度が
1400℃以上となることが予測され、この条件下での使用
が可能な材料が望まれている。
1400℃以上となることが予測され、この条件下での使用
が可能な材料が望まれている。
そこで従来から、高温特性に優れた焼結体を得るため
に、焼結体の組成又は、焼結方法の面から各種の検討が
なされている。
に、焼結体の組成又は、焼結方法の面から各種の検討が
なされている。
組成の点では特に、焼結助剤に関して研究され、その中
で周期律表IIIa族化合物の添加によって優れた高温特性
が得られることが知られている。
で周期律表IIIa族化合物の添加によって優れた高温特性
が得られることが知られている。
しかしながらIIIa族化合物を焼結助剤として単独で添加
する場合、例えば、８重量％以上の多量添加では、通常
の焼成方法たとえば、常圧焼成法、ホットプレス法、反
応焼結法あるいはガス圧焼成法等いずれでも緻密化は可
能であるが、得られた焼結体は常温ではある程度の強度
を有するものの1000〜1300℃の温度範囲において酸化に
より生成されるIIIa族元素を含む珪酸化合物が緻密な保
護膜を生成するのが困難となるため、外部からの酸化作
用が焼結体内部まで進行し、強度が極端に劣化する傾向
にある。一方、８重量％以下の少量添加では、ホットプ
レス法での緻密化は達成されるもののその他の焼結方法
での緻密化は達成されていない。しかもホットプレス法
では、焼結体の形状が簡単なものに限定されるため実用
的ではない。このような現状に対し、IIIa族化合物の他
にAl2O3,MgO等を添加することが提案された。この方法
によれば、IIIa族化合物８重量％以上の添加であっても
IIIa族元素を含む珪酸化合物の融点（軟化点）を著しく
低下させ、1100〜1200℃で保護膜が生成されるため、耐
酸化性を向上させることが可能となった。
する場合、例えば、８重量％以上の多量添加では、通常
の焼成方法たとえば、常圧焼成法、ホットプレス法、反
応焼結法あるいはガス圧焼成法等いずれでも緻密化は可
能であるが、得られた焼結体は常温ではある程度の強度
を有するものの1000〜1300℃の温度範囲において酸化に
より生成されるIIIa族元素を含む珪酸化合物が緻密な保
護膜を生成するのが困難となるため、外部からの酸化作
用が焼結体内部まで進行し、強度が極端に劣化する傾向
にある。一方、８重量％以下の少量添加では、ホットプ
レス法での緻密化は達成されるもののその他の焼結方法
での緻密化は達成されていない。しかもホットプレス法
では、焼結体の形状が簡単なものに限定されるため実用
的ではない。このような現状に対し、IIIa族化合物の他
にAl2O3,MgO等を添加することが提案された。この方法
によれば、IIIa族化合物８重量％以上の添加であっても
IIIa族元素を含む珪酸化合物の融点（軟化点）を著しく
低下させ、1100〜1200℃で保護膜が生成されるため、耐
酸化性を向上させることが可能となった。
しかしながら、1200℃以上の高温強度は室温強度の半分
以下にまで低下する傾向にあるため高温材料としては十
分でなく、特に1300℃以上の高温に曝された場合は酸化
が急速に進行するため、酸化性雰囲気での使用はほとん
ど不可能であった。それゆえAl2O3,MgOの添加はむしろ
避ける必要がある。
以下にまで低下する傾向にあるため高温材料としては十
分でなく、特に1300℃以上の高温に曝された場合は酸化
が急速に進行するため、酸化性雰囲気での使用はほとん
ど不可能であった。それゆえAl2O3,MgOの添加はむしろ
避ける必要がある。
（発明の概要） 本発明者等は、上記問題に対し研究を行った結果、焼結
助剤としてAl2O3、MgOの添加なしに少量のIIIa族酸化物
を添加し特定のガス圧焼結方法を用いることによって焼
結体中の酸素含有量を制御でき、特にその過剰酸素量を
特定の範囲に制御することにより常温および高温におけ
る機械的特性および耐酸化性に優れた焼結体が得られる
ことを知見した。
助剤としてAl2O3、MgOの添加なしに少量のIIIa族酸化物
を添加し特定のガス圧焼結方法を用いることによって焼
結体中の酸素含有量を制御でき、特にその過剰酸素量を
特定の範囲に制御することにより常温および高温におけ
る機械的特性および耐酸化性に優れた焼結体が得られる
ことを知見した。
即ち、本発明によれば、酸化物換算で６重量％以下の周
期律表第IIIa族元素化合物と、残部が窒化珪素と陽イオ
ン不純物および過剰酸素から成る焼結体であって、該焼
結体中に含まれる全酸素量から前記周期律表第IIIa族元
素の酸化物換算における結合酸素量を差し引いて求めら
れる前記過剰酸素量が0.67〜1.35重量％であり、対理論
密度比95％以上、1400℃における抗折強度50kg/mm2以
上、1400℃の大気中に24時間保持後の単位面積当たりの
重量増加が0.2mg/cm2以下であることを特徴とする窒化
珪素質焼結体が提供される。
期律表第IIIa族元素化合物と、残部が窒化珪素と陽イオ
ン不純物および過剰酸素から成る焼結体であって、該焼
結体中に含まれる全酸素量から前記周期律表第IIIa族元
素の酸化物換算における結合酸素量を差し引いて求めら
れる前記過剰酸素量が0.67〜1.35重量％であり、対理論
密度比95％以上、1400℃における抗折強度50kg/mm2以
上、1400℃の大気中に24時間保持後の単位面積当たりの
重量増加が0.2mg/cm2以下であることを特徴とする窒化
珪素質焼結体が提供される。
さらに、本発明によれば、６重量％以下の周期律表第II
Ia族酸化物と残部がBET比表面積10m2/g以上の窒化珪素
粉末から成る混合粉末を成形した後、窒素ガス圧2kg/cm
2以下、焼成温度1750乃至1900℃の条件にて一次焼成し
た後、さらに前記一次焼成条件から昇温昇圧し窒素ガス
圧９乃至100kg/cm2、1920乃至2000℃の条件で二次焼成
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。
Ia族酸化物と残部がBET比表面積10m2/g以上の窒化珪素
粉末から成る混合粉末を成形した後、窒素ガス圧2kg/cm
2以下、焼成温度1750乃至1900℃の条件にて一次焼成し
た後、さらに前記一次焼成条件から昇温昇圧し窒素ガス
圧９乃至100kg/cm2、1920乃至2000℃の条件で二次焼成
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。
（発明の実施例） 以下、本発明を詳細に説明する。
通常、窒化珪素質焼結体は、窒化珪素とそれを焼結させ
るための焼結助剤からなり、焼結体としては結晶粒と、
その粒子間に存在する粒界相とから構成される。これら
の構造および組成は、焼結体としての性質に極めて大き
く関与すると考えられている。
るための焼結助剤からなり、焼結体としては結晶粒と、
その粒子間に存在する粒界相とから構成される。これら
の構造および組成は、焼結体としての性質に極めて大き
く関与すると考えられている。
本発明者等の研究によれば、焼結助剤の選択において、
Al2O3、MgOはY2O3などと同様に最も多用される焼結助剤
であるが、Al2O3、MgOは、実質上含まない系が、また、
IIIa族酸化物が少量添加である系が高温特性に優れるこ
とを見いだした。さらに、それによって焼結体中に含ま
れる酸素含有量も低く制御されるが、特に上記の系にお
いて焼結体中の過剰酸素量、即ち、焼結体中の全酸素量
から焼結助剤として添加したIIIa族酸化物中の結合酸素
分を差し引くことによって求められる酸素量が大きく関
与することを知見した。
Al2O3、MgOはY2O3などと同様に最も多用される焼結助剤
であるが、Al2O3、MgOは、実質上含まない系が、また、
IIIa族酸化物が少量添加である系が高温特性に優れるこ
とを見いだした。さらに、それによって焼結体中に含ま
れる酸素含有量も低く制御されるが、特に上記の系にお
いて焼結体中の過剰酸素量、即ち、焼結体中の全酸素量
から焼結助剤として添加したIIIa族酸化物中の結合酸素
分を差し引くことによって求められる酸素量が大きく関
与することを知見した。
そこで、第１図にIIIa族酸化物の１種であるY2O3の添加
量と1000℃と1400℃（24時間）における酸化増量との関
係を示す。第１図から明らかなようにY2O3の単独添加系
によれば、約６重量％を境に急激な酸化増量が大きくな
り、６重量％以下でその酸化増量を小さく制御できるこ
とが理解される。
量と1000℃と1400℃（24時間）における酸化増量との関
係を示す。第１図から明らかなようにY2O3の単独添加系
によれば、約６重量％を境に急激な酸化増量が大きくな
り、６重量％以下でその酸化増量を小さく制御できるこ
とが理解される。
また、第２図には焼結体の過剰酸素量と1400℃における
抗折強度との関係を示す。なお、第２図におけるサンプ
ルはいずれも94％Si3N4、６％Y2O3の組成である。第２
図からも明らかなように過剰酸素量の増加に伴い、強度
が低下する傾向にある。
抗折強度との関係を示す。なお、第２図におけるサンプ
ルはいずれも94％Si3N4、６％Y2O3の組成である。第２
図からも明らかなように過剰酸素量の増加に伴い、強度
が低下する傾向にある。
よって、本発明によれば、焼結体の組成において、酸化
物換算で６重量％以下、特に２乃至６重量％のIIIa族元
素化合物と、残部が窒化珪素と、窒化珪素粉末から混入
する不可避的な陽イオン不純物および過剰酸素からなる
こと、且つ焼結体中の全酸素量から焼結体に添加したII
Ia族酸化物における結合酸素量を差し引いた残りの過剰
酸素量が0.67〜1.35重量％であることが重要である。II
Ia族元素化合物が上記範囲より多いと前述したように焼
結体表面での保護膜の形成が困難となり、外部からの酸
化作用が内部まで進行するため、高温特性が劣化する。
物換算で６重量％以下、特に２乃至６重量％のIIIa族元
素化合物と、残部が窒化珪素と、窒化珪素粉末から混入
する不可避的な陽イオン不純物および過剰酸素からなる
こと、且つ焼結体中の全酸素量から焼結体に添加したII
Ia族酸化物における結合酸素量を差し引いた残りの過剰
酸素量が0.67〜1.35重量％であることが重要である。II
Ia族元素化合物が上記範囲より多いと前述したように焼
結体表面での保護膜の形成が困難となり、外部からの酸
化作用が内部まで進行するため、高温特性が劣化する。
また、上記過剰酸素量が1.35重量％を越えると特に過剰
酸素が結晶粒界に偏析するため粒界相のSiO2量が増加
し、ガラス成分が増加することとなり、特に、高温強度
が著しく劣化する。
酸素が結晶粒界に偏析するため粒界相のSiO2量が増加
し、ガラス成分が増加することとなり、特に、高温強度
が著しく劣化する。
さらに、上記過剰酸素は、焼結体の粒界においてSiO2と
して存在すると考えられ、このSiO2成分はSi3N4は周期
律表第IIIa族元素酸化物と反応して、ワラストナイト
（2RE2O3・Si3N4・SiO2）、アパタイト（5RE2O3・Si3N4
・4SiO2）などのSi3N4−RE2O3−SiO2（RE:IIIa族元素）
系の結晶として粒界中に安定して生成される。これらの
結晶は、Si3N4−RE2O3（RE:IIIa族元素）系の結晶であ
るＮメリライト（Si3N4・Y2O3）に比較して高温酸化性
雰囲気における安定性に優れることから、本発明の焼結
体は、優れた高温強度、高温耐酸化性が発揮される。従
って、このSiO2量、言い換えれば過剰酸素量が非常に少
なくなると、ＮメリライトなどのSi3N4−RE2O3系結晶が
優先的に生成されることとなり、耐酸化性などの特性が
劣化することとなる。後述する実施例においては、過剰
酸素量が0.67重量％以上の範囲で優れた高温強度と耐酸
化性が確認された。
して存在すると考えられ、このSiO2成分はSi3N4は周期
律表第IIIa族元素酸化物と反応して、ワラストナイト
（2RE2O3・Si3N4・SiO2）、アパタイト（5RE2O3・Si3N4
・4SiO2）などのSi3N4−RE2O3−SiO2（RE:IIIa族元素）
系の結晶として粒界中に安定して生成される。これらの
結晶は、Si3N4−RE2O3（RE:IIIa族元素）系の結晶であ
るＮメリライト（Si3N4・Y2O3）に比較して高温酸化性
雰囲気における安定性に優れることから、本発明の焼結
体は、優れた高温強度、高温耐酸化性が発揮される。従
って、このSiO2量、言い換えれば過剰酸素量が非常に少
なくなると、ＮメリライトなどのSi3N4−RE2O3系結晶が
優先的に生成されることとなり、耐酸化性などの特性が
劣化することとなる。後述する実施例においては、過剰
酸素量が0.67重量％以上の範囲で優れた高温強度と耐酸
化性が確認された。
本発明によれば、上記の構成によって1400℃の抗折強度
が50kg/mm2以上、1400℃、大気中に24時間保持後の単位
面積当たりの重量増加が0.2mg/cm2以下の優れた高温強
度、高温耐酸化性を有する焼結体を得ることができる。
が50kg/mm2以上、1400℃、大気中に24時間保持後の単位
面積当たりの重量増加が0.2mg/cm2以下の優れた高温強
度、高温耐酸化性を有する焼結体を得ることができる。
本発明において上記の焼結体を製造するに際し、原料粉
末として基本組成は６重量％以下、特に２乃至６重量％
以下のIIIa族酸化物と、残部が窒化珪素粉末であり、Al
2O3粉末やMgO粉末は一切添加しない。この組成で焼結さ
せるための方法としては、前述したようにIIIa族酸化物
が少量添加であることから、従来法ではホットプレス法
によらざるえない。しかしながら、ホットプレス法では
過剰酸素量を1.35重量％以下に制御することはほとんど
不可能である。その理由としては、使用される窒化珪素
原料中にすでに１乃至３重量％程度の酸素が含まれてお
り、この酸素はホットプレス中にほとんど系外に排出さ
れず、焼結体中に残存するためである。
末として基本組成は６重量％以下、特に２乃至６重量％
以下のIIIa族酸化物と、残部が窒化珪素粉末であり、Al
2O3粉末やMgO粉末は一切添加しない。この組成で焼結さ
せるための方法としては、前述したようにIIIa族酸化物
が少量添加であることから、従来法ではホットプレス法
によらざるえない。しかしながら、ホットプレス法では
過剰酸素量を1.35重量％以下に制御することはほとんど
不可能である。その理由としては、使用される窒化珪素
原料中にすでに１乃至３重量％程度の酸素が含まれてお
り、この酸素はホットプレス中にほとんど系外に排出さ
れず、焼結体中に残存するためである。
本発明では、この焼成をガス圧焼成法によって行うもの
である。
である。
本発明によれば、窒化珪素原料粉末としてBET比表面積
が10m2/g以上、特に12m2/g以上の微粉末を採用する。更
に望ましい特性としてはFe、Al、Ca、等の陽イオン不純
物濃度が酸化物換算で２重量％以下であり、α−窒化珪
素の含有量としてのα分率が85％以上、且つ酸素含有量
が３重量％以下のものが採用される。なお、BET比表面
積を10m2/g以上に限定したのは、焼結助剤量が少量添加
であることから焼結性が低下するが、窒化珪素の比表面
積を大きくすると、液相生成時の窒化珪素粒子の液相と
の接触面積が大きくなり焼結性を改善できる。従って、
上記比表面積が10m2/gより小さいと、本発明のような焼
結助剤量が少ない系においては焼結不良が発生しやすく
なる。
が10m2/g以上、特に12m2/g以上の微粉末を採用する。更
に望ましい特性としてはFe、Al、Ca、等の陽イオン不純
物濃度が酸化物換算で２重量％以下であり、α−窒化珪
素の含有量としてのα分率が85％以上、且つ酸素含有量
が３重量％以下のものが採用される。なお、BET比表面
積を10m2/g以上に限定したのは、焼結助剤量が少量添加
であることから焼結性が低下するが、窒化珪素の比表面
積を大きくすると、液相生成時の窒化珪素粒子の液相と
の接触面積が大きくなり焼結性を改善できる。従って、
上記比表面積が10m2/gより小さいと、本発明のような焼
結助剤量が少ない系においては焼結不良が発生しやすく
なる。
上記の窒化珪素粉末に対して、前述した割合でIIIa族化
合物を添加し、均一に混合された粉体は次に金型成形
法、泥しょう鋳込法、ラバープレス法、射出成形法など
の成形法によって、任意の形に成形されるがこのとき、
成形体の密度は理論密度の50％以上、特に55％以上であ
ることが必要である。前述の微粒の原料粉末を成形時、
上記の密度に設定することにより、各粒子の接触面積を
拡大し、拡散速度を見掛け上高めることができる。
合物を添加し、均一に混合された粉体は次に金型成形
法、泥しょう鋳込法、ラバープレス法、射出成形法など
の成形法によって、任意の形に成形されるがこのとき、
成形体の密度は理論密度の50％以上、特に55％以上であ
ることが必要である。前述の微粒の原料粉末を成形時、
上記の密度に設定することにより、各粒子の接触面積を
拡大し、拡散速度を見掛け上高めることができる。
次に、得られた成形体は焼成されるが、本発明によるガ
ス圧焼成法によれば、１次焼成として、窒素分圧2kg/cm
2以下、特に1.5kg/cm2以下の低圧力下で1750乃至1900
℃、特に1770乃至1850℃の焼成温度で焼成し、理論密度
の90％以上となるまで、焼成を行うことが重要である。
この時、窒化珪素粉末表面に存在する珪酸化合物（Si
O2）と窒化珪素との反応を進行させることができ、それ
によって焼結を進行させることができる。しかも、成形
体に存在する開気孔、閉気孔のうち、開気孔を前記低圧
力下で減少させることによって加圧時に焼結体の高圧ガ
スがトラップされることを防止するものである。それゆ
え特に開気孔率を10体積％以下となるまで焼成すること
が望ましい。なお、窒素分圧が2kg/cm2を超えると、閉
気孔が高圧化し、それ以上、緻密化が促進できない。ま
た、焼成温度が1750℃より低いと十分な液相の生成が行
われず焼結が進行しない。さらに1900℃より高いと、低
圧力であるため窒化珪素が分解を起こし易くなる。
ス圧焼成法によれば、１次焼成として、窒素分圧2kg/cm
2以下、特に1.5kg/cm2以下の低圧力下で1750乃至1900
℃、特に1770乃至1850℃の焼成温度で焼成し、理論密度
の90％以上となるまで、焼成を行うことが重要である。
この時、窒化珪素粉末表面に存在する珪酸化合物（Si
O2）と窒化珪素との反応を進行させることができ、それ
によって焼結を進行させることができる。しかも、成形
体に存在する開気孔、閉気孔のうち、開気孔を前記低圧
力下で減少させることによって加圧時に焼結体の高圧ガ
スがトラップされることを防止するものである。それゆ
え特に開気孔率を10体積％以下となるまで焼成すること
が望ましい。なお、窒素分圧が2kg/cm2を超えると、閉
気孔が高圧化し、それ以上、緻密化が促進できない。ま
た、焼成温度が1750℃より低いと十分な液相の生成が行
われず焼結が進行しない。さらに1900℃より高いと、低
圧力であるため窒化珪素が分解を起こし易くなる。
上述の条件にて焼成が終了した後、次に２次焼成として
一次焼成条件から温度、圧力を高めて緻密化を促進す
る。即ち、緻密化を進める際、焼結体内部の閉気孔を拡
散させる必要がある。それゆえ、閉気孔の拡散消滅を早
めるために、窒化珪素の分解および異常粒成長を抑制し
つつ、高温高圧に保つことが重要である。
一次焼成条件から温度、圧力を高めて緻密化を促進す
る。即ち、緻密化を進める際、焼結体内部の閉気孔を拡
散させる必要がある。それゆえ、閉気孔の拡散消滅を早
めるために、窒化珪素の分解および異常粒成長を抑制し
つつ、高温高圧に保つことが重要である。
特に好ましい条件は焼成温度1920乃至2000℃、窒素ガス
分圧９乃至100kg/cm2である。
分圧９乃至100kg/cm2である。
また、この２次焼成では焼結体としての過剰酸素量を制
御することができる。即ち、前述の焼成条件において、
１次焼成時、焼結を促進させるための液相成分であるSi
O2は低融点であるために高温高圧下では分解、蒸発を起
こし、酸化物として揮散する。この揮散によって、過剰
酸素量を低減させることができる。なお、この揮散を促
進するために、１次焼成完了時の雰囲気ガス、即ち窒素
ガスを常時強制的に置換し、雰囲気の液相成分の蒸気圧
を小さくするのが望ましい。このような雰囲気ガスの置
換は昇温と同時に行うかまたは、降温時に行うことがで
きる。
御することができる。即ち、前述の焼成条件において、
１次焼成時、焼結を促進させるための液相成分であるSi
O2は低融点であるために高温高圧下では分解、蒸発を起
こし、酸化物として揮散する。この揮散によって、過剰
酸素量を低減させることができる。なお、この揮散を促
進するために、１次焼成完了時の雰囲気ガス、即ち窒素
ガスを常時強制的に置換し、雰囲気の液相成分の蒸気圧
を小さくするのが望ましい。このような雰囲気ガスの置
換は昇温と同時に行うかまたは、降温時に行うことがで
きる。
本発明によれば、低融点の液相成分の揮散は、焼結体の
表面相から始まり、内部層へと進行する。このために最
終生成物としての焼結体は、２次焼成の所望時間、また
は、焼結体の形状により、焼結体の内部相から表面相に
かけて酸化物の濃度勾配が生じるため過剰酸素量におい
ても連続的濃度勾配が生じる。もちろん、２次焼成を長
時間に亘り行えば、内部相、表面相とも均一な過剰酸素
量の焼結体が得られるが低融点の液相成分の揮散量を調
整し表面の過剰酸素量を１重量％以下に設定すれば、焼
結体は、優れた高温特性を得ることができる。
表面相から始まり、内部層へと進行する。このために最
終生成物としての焼結体は、２次焼成の所望時間、また
は、焼結体の形状により、焼結体の内部相から表面相に
かけて酸化物の濃度勾配が生じるため過剰酸素量におい
ても連続的濃度勾配が生じる。もちろん、２次焼成を長
時間に亘り行えば、内部相、表面相とも均一な過剰酸素
量の焼結体が得られるが低融点の液相成分の揮散量を調
整し表面の過剰酸素量を１重量％以下に設定すれば、焼
結体は、優れた高温特性を得ることができる。
上述した焼成方法によって、対理論密度比95％以上の高
密度の焼結体を得ることができる。
密度の焼結体を得ることができる。
本発明において用いられるIIIa族化合物としてはY2O3,D
y2O3,Yb2O3,Sm2O3等が挙げられるが、特にY2O3が好まし
い。
y2O3,Yb2O3,Sm2O3等が挙げられるが、特にY2O3が好まし
い。
また、焼成時の雰囲気は窒素もしくは窒素ガスとアルゴ
ンガス，ヘリウムガス，水素ガス等の不活性ガスとの混
合ガスのいずれでも採用し得る。
ンガス，ヘリウムガス，水素ガス等の不活性ガスとの混
合ガスのいずれでも採用し得る。
以下、本発明を詳細に説明する。
実施例 窒化珪素粉末として、BET比表面積19m2/g,陽イオン不純
物濃度0.3重量％（酸化物換算），α分率92％，酸素含
有量1.9重量％のものを用いて、第１表に示す処方にてI
IIa族化合物を添加混合した後、パラフィンワックスを
一時的バインダーとして加え、成形圧1.5t/cm2にて理論
密度の60％の成形体を得た後、脱脂し、第１表の焼成条
件にて焼成を行った。
物濃度0.3重量％（酸化物換算），α分率92％，酸素含
有量1.9重量％のものを用いて、第１表に示す処方にてI
IIa族化合物を添加混合した後、パラフィンワックスを
一時的バインダーとして加え、成形圧1.5t/cm2にて理論
密度の60％の成形体を得た後、脱脂し、第１表の焼成条
件にて焼成を行った。
なお、抗折強度はJISR-1601による４点曲げ法によっ
て、比重はJISC2141-1974に従い、耐酸化性は抗折強度
試験に用いる抗折片を大気中1400℃24時間保持し、単位
面積当たり重量増加にて評価した。
て、比重はJISC2141-1974に従い、耐酸化性は抗折強度
試験に用いる抗折片を大気中1400℃24時間保持し、単位
面積当たり重量増加にて評価した。
また、過剰酸素量はLECO社の酸素、窒素同時分析装置に
よってまず全酸素量を測定し、次にICP分析によって焼
結体中のIIIa族化合物を測定し、それに基づき酸化物換
算における酸素量を算出し、全酸素量からその酸素量を
差し引くことによって算出した。
よってまず全酸素量を測定し、次にICP分析によって焼
結体中のIIIa族化合物を測定し、それに基づき酸化物換
算における酸素量を算出し、全酸素量からその酸素量を
差し引くことによって算出した。
結果は第１表に示す。
比較例 窒化珪素粉末としてBET比表面積が9.1m2/gのものを使用
する他は第１表No.1と同じ処方で同様にして焼成し、焼
結体を得た。結果は第１表No.121に示す。
する他は第１表No.1と同じ処方で同様にして焼成し、焼
結体を得た。結果は第１表No.121に示す。
第１表から明らかなようにIIIa族元素化合物と、Al2O3
を添加したNo.8.9は、1400℃での抗折強度が低く酸化増
量は大きいもので、高温材料として不向きであることが
わかった。
を添加したNo.8.9は、1400℃での抗折強度が低く酸化増
量は大きいもので、高温材料として不向きであることが
わかった。
また、IIIa族酸化物の単独添加系でホットプレス法で焼
成したNo.10は過剰酸素量が大きく、高温強度も低いも
のであった。さらに原料粉末として比表面積が10m2/g未
満の原料を用いた試料No.11では、得られた焼結体の比
重が低く緻密化が不十分であった。これにより窒化珪素
粉末のBET比表面積が10m2/g以上の原料を用いる必要が
あることがわかる。一次焼成時のN2ガス圧が大きいNo.1
2では緻密化が不十分で、Y2O3量が多い試料No.13では酸
化増量が大きかった。過剰酸素量が大きいNo.14は高温
強度が不十分であった。
成したNo.10は過剰酸素量が大きく、高温強度も低いも
のであった。さらに原料粉末として比表面積が10m2/g未
満の原料を用いた試料No.11では、得られた焼結体の比
重が低く緻密化が不十分であった。これにより窒化珪素
粉末のBET比表面積が10m2/g以上の原料を用いる必要が
あることがわかる。一次焼成時のN2ガス圧が大きいNo.1
2では緻密化が不十分で、Y2O3量が多い試料No.13では酸
化増量が大きかった。過剰酸素量が大きいNo.14は高温
強度が不十分であった。
その他の本発明の焼結体No.1乃至No.7はいずれも優れた
強度を示し、1400℃における抗折強度50kg/mm2以上、酸
化増量0.2mg/cm2以下の優れた強度と耐酸化性を有する
ものであった。また、Ｘ線回折測定の結果、本発明品は
いずれも窒化珪素の主結晶以外に粒界にアパタイトまた
はワラストナイトの結晶の存在が確認できた。
強度を示し、1400℃における抗折強度50kg/mm2以上、酸
化増量0.2mg/cm2以下の優れた強度と耐酸化性を有する
ものであった。また、Ｘ線回折測定の結果、本発明品は
いずれも窒化珪素の主結晶以外に粒界にアパタイトまた
はワラストナイトの結晶の存在が確認できた。
（発明の効果） 本発明によれば、微細な窒化珪素粉末と、極めて少量の
周期律表IIIa族化合物を特定の条件のガス圧焼成法によ
って焼成し、焼結体の過剰酸素量を0.67〜1.35重量％に
制御することによって、特に高温特性、例えば高温強
度、高温耐酸化性に優れた窒化珪素質焼結体を得ること
ができ、ガスタービン等の熱機関をはじめとした高温材
料として用いることができる。
周期律表IIIa族化合物を特定の条件のガス圧焼成法によ
って焼成し、焼結体の過剰酸素量を0.67〜1.35重量％に
制御することによって、特に高温特性、例えば高温強
度、高温耐酸化性に優れた窒化珪素質焼結体を得ること
ができ、ガスタービン等の熱機関をはじめとした高温材
料として用いることができる。
第１図はY2O3の添加量と酸化増量との関係を示した図、
第２図は過剰酸素量と1400℃における抗折強度との関係
を示した図である。
第２図は過剰酸素量と1400℃における抗折強度との関係
を示した図である。
Claims (2)
- 【請求項１】酸化物換算で６重量％以下の周期律表第II
Ia族元素化合物と、残部が窒化珪素と陽イオン不純物お
よび過剰酸素から成る焼結体であって、該焼結体中に含
まれる全酸素量から前記周期律表第IIIa族元素の酸化物
換算における結合酸素量を差し引いて求められる前記過
剰酸素量が0.67〜1.35重量％であり、対理論密度比95％
以上、1400℃における抗折強度50kg/mm2以上、1400℃の
大気中に24時間保持後の単位面積当たりの重量増加が0.
2mg/cm2以下であることを特徴とする窒化珪素質焼結
体。 - 【請求項２】６重量％以下の周期律表第IIIa族酸化物と
残部がBET比表面積10m2/g以上の窒化珪素粉末からなる
混合粉末を成形した後、窒素ガス圧2kg/cm2以下、焼成
温度1750乃至1900℃の条件にて一次焼成した後、さらに
前記一次焼成条件から昇温昇圧し窒素ガス圧９乃至100k
g/cm2、1920乃至2000℃の条件で二次焼成したことを特
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 |
|---|---|---|---|
| JP60245581A JPH0772105B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60245581A JPH0772105B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62105957A JPS62105957A (ja) | 1987-05-16 |
| JPH0772105B2 true JPH0772105B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=17135853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60245581A Expired - Fee Related JPH0772105B2 (ja) | 1985-10-31 | 1985-10-31 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772105B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS6456368A (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-03 | Kyocera Corp | Silicon nitride sintered body |
| JP2631108B2 (ja) * | 1987-09-30 | 1997-07-16 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体の製造法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5641595B2 (ja) * | 1973-09-17 | 1981-09-29 | ||
| JPS5155910A (en) * | 1974-11-13 | 1976-05-17 | Hitachi Ltd | Judodendokino bosuisochi |
| SE399061B (sv) * | 1976-05-10 | 1978-01-30 | Asea Ab | Sett att framstella kroppar av kiselnitrid |
| JPS5929545B2 (ja) * | 1976-09-30 | 1984-07-21 | 株式会社東芝 | 高強度窒化けい素焼結体の製造方法 |
| US4280850A (en) * | 1978-06-15 | 1981-07-28 | Gte Laboratories, Incorporated | S13N4 Having high temperature strength and method |
| JPS55104975A (en) * | 1979-02-02 | 1980-08-11 | Asahi Glass Co Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS55113675A (en) * | 1979-02-22 | 1980-09-02 | Tokyo Shibaura Electric Co | Manufacture of si3n4 sintered body |
| JPS5659674A (en) * | 1980-07-25 | 1981-05-23 | Tokyo Shibaura Electric Co | Silicon nitride refractory sintered body |
| JPS57106576A (en) * | 1981-11-02 | 1982-07-02 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ceramic powder material |
| JPS60239363A (ja) * | 1984-05-11 | 1985-11-28 | 科学技術庁無機材質研究所長 | 窒化けい素焼結体の製造法 |
-
1985
- 1985-10-31 JP JP60245581A patent/JPH0772105B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62105957A (ja) | 1987-05-16 |
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