JPH0772107B2 - 窒化珪素焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素焼結体の製造方法Info
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- JPH0772107B2 JPH0772107B2 JP63011098A JP1109888A JPH0772107B2 JP H0772107 B2 JPH0772107 B2 JP H0772107B2 JP 63011098 A JP63011098 A JP 63011098A JP 1109888 A JP1109888 A JP 1109888A JP H0772107 B2 JPH0772107 B2 JP H0772107B2
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- silicon nitride
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- sintered body
- sintering
- mullite
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は窒化珪素焼結体の製造方法に関し、詳しくは高
温における強度に優れた窒化珪素焼結体の製造方法に関
するものである。
温における強度に優れた窒化珪素焼結体の製造方法に関
するものである。
［従来の技術］ 窒化珪素焼結体は、耐熱性、耐熱衝撃性および強度に優
れ、かつ非鉄溶融金属に対する高い耐食性を有するた
め、近年各種分野に用いられている。しかしながら、窒
化珪素粉末単独では焼結が困難であるために、従来各種
の焼結助剤を利用した窒化珪素焼結体の製造方法が提案
されている。
れ、かつ非鉄溶融金属に対する高い耐食性を有するた
め、近年各種分野に用いられている。しかしながら、窒
化珪素粉末単独では焼結が困難であるために、従来各種
の焼結助剤を利用した窒化珪素焼結体の製造方法が提案
されている。
例えば特公昭49-21091号公報には、アルミナ（Al2O3）
と酸化イットリウム（Y2O3）とを焼結助剤として用いる
製造方法が、特公昭52-3649号公報にはIIIa族酸化物と
アルミナとを焼結助剤として用いる製造方法が、特公昭
52-45724号公報にはアルミナ、酸化珪素（SiO2）および
酸化チタン（TiO2）を焼結助剤として用いる製造方法
が、それぞれ開示されている。また、他の化合物とし
て、マグネシア（MgO）、ジルコニア（ZrO2）、あるい
はMgAl2O4などが知られ、これらの化合物並びに先述の
各公報に開示の化合物を１種あるいは２種以上組合せて
焼結助剤として用いられている。
と酸化イットリウム（Y2O3）とを焼結助剤として用いる
製造方法が、特公昭52-3649号公報にはIIIa族酸化物と
アルミナとを焼結助剤として用いる製造方法が、特公昭
52-45724号公報にはアルミナ、酸化珪素（SiO2）および
酸化チタン（TiO2）を焼結助剤として用いる製造方法
が、それぞれ開示されている。また、他の化合物とし
て、マグネシア（MgO）、ジルコニア（ZrO2）、あるい
はMgAl2O4などが知られ、これらの化合物並びに先述の
各公報に開示の化合物を１種あるいは２種以上組合せて
焼結助剤として用いられている。
［発明が解決しようとする課題］ 上記した各種酸化物は、窒化珪素粒子表面に酸化膜層と
して存在する酸化珪素と加熱により反応して液相を生成
する。これにより物質輸送が促進され、焼結体の密度が
向上するものと考えられている。従って特公昭52-45724
号公報などに見られるように、酸化珪素の添加も焼結促
進に有効である。しかしながら、酸化珪素は焼結後珪酸
塩ガラスとして結晶粒子間に残留し、800℃以上の高温
における焼結体の機械的強度を低下させる原因となって
いる。そのため1200℃で45kg/mm2の曲げ強度を有するよ
うな、高温における強度に優れた焼結体を製造すること
は困難であった。
して存在する酸化珪素と加熱により反応して液相を生成
する。これにより物質輸送が促進され、焼結体の密度が
向上するものと考えられている。従って特公昭52-45724
号公報などに見られるように、酸化珪素の添加も焼結促
進に有効である。しかしながら、酸化珪素は焼結後珪酸
塩ガラスとして結晶粒子間に残留し、800℃以上の高温
における焼結体の機械的強度を低下させる原因となって
いる。そのため1200℃で45kg/mm2の曲げ強度を有するよ
うな、高温における強度に優れた焼結体を製造すること
は困難であった。
なお、上記した酸化物と酸化珪素との間で生成されるガ
ラス相を結晶化させるために、上記特公昭52-45724号な
どには、焼結後所定温度で加熱処理する方法が開示され
ている。しかし焼結体を再度加熱することは、工数、エ
ネルギー面で不具合がある。
ラス相を結晶化させるために、上記特公昭52-45724号な
どには、焼結後所定温度で加熱処理する方法が開示され
ている。しかし焼結体を再度加熱することは、工数、エ
ネルギー面で不具合がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、鋭意研
究の結果、再加熱を不要とするとともに、高温における
強度に優れた窒化珪素焼結体を製造できる焼結助剤の種
類と量の最適値を見出して本発明を完成したものであ
る。
究の結果、再加熱を不要とするとともに、高温における
強度に優れた窒化珪素焼結体を製造できる焼結助剤の種
類と量の最適値を見出して本発明を完成したものであ
る。
［課題を解決するための手段］ 本発明の窒化珪素焼結体製造方法は、窒化珪素粉末94〜
99.2重量％と、ムライト（3Al2O3・2SiO2）粉末および
酸化イットリウム（Y2O3）粉末の合計量0.8〜６重量％
と、を混合して所定形状の成形体を成形する成形工程
と、 成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結する焼結工程
と、よりなることを特徴とする。
99.2重量％と、ムライト（3Al2O3・2SiO2）粉末および
酸化イットリウム（Y2O3）粉末の合計量0.8〜６重量％
と、を混合して所定形状の成形体を成形する成形工程
と、 成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結する焼結工程
と、よりなることを特徴とする。
窒化珪素粉末としては、通常α‐Si3N4が用いられる
が、β相を含有していてもよい。その粒子径としては従
来と同様に0.1〜１μｍのものが好適である。
が、β相を含有していてもよい。その粒子径としては従
来と同様に0.1〜１μｍのものが好適である。
本発明の最大の特徴は、焼結助剤としてムライト粉末と
酸化イットリウム粉末とを併用するところにある。ムラ
イトとしては、不純物金属をほとんど含有しない、高純
度のものを用いるのが望ましい。なかでもAl2O371.6〜7
2.0重量およびSiO228.0〜28.4重量％で、純度99.9％以
上のものが最適である。このムライトは、シリマナイト
族鉱物を加熱する方法、アルミニウム化合物とシリカ化
合物とを同時に加熱して合成する方法などにより形成す
ることができる。その粒子径は0.1〜１μｍのSi3N4粉末
に対し同程度か、それより細かい方が好ましい。
酸化イットリウム粉末とを併用するところにある。ムラ
イトとしては、不純物金属をほとんど含有しない、高純
度のものを用いるのが望ましい。なかでもAl2O371.6〜7
2.0重量およびSiO228.0〜28.4重量％で、純度99.9％以
上のものが最適である。このムライトは、シリマナイト
族鉱物を加熱する方法、アルミニウム化合物とシリカ化
合物とを同時に加熱して合成する方法などにより形成す
ることができる。その粒子径は0.1〜１μｍのSi3N4粉末
に対し同程度か、それより細かい方が好ましい。
酸化イットリウムは、従来より焼結助剤として用いられ
ているものをそのまま用いることができる。その粒子径
は0.1〜１μｍのSi3N4粉末に対し同程度か、それより細
かい方が好ましい。
ているものをそのまま用いることができる。その粒子径
は0.1〜１μｍのSi3N4粉末に対し同程度か、それより細
かい方が好ましい。
ムライト粉末と酸化イットリウム粉末は、合計で0.8〜
６重量％となるように窒化珪素粉末と混合される。この
合計量が0.8重量％より少ないと焼結温度が上昇して、
窒化珪素の昇華分解が生じるようになる。また６重量％
より多くなると、得られる焼結体の高温における強度が
低下する。なお、ムライトと酸化イットリウムの混合比
率は、重量比で2:1〜1:1の範囲にあることが望ましい。
この範囲をはずれると高温における強度が低下する場合
がある。
６重量％となるように窒化珪素粉末と混合される。この
合計量が0.8重量％より少ないと焼結温度が上昇して、
窒化珪素の昇華分解が生じるようになる。また６重量％
より多くなると、得られる焼結体の高温における強度が
低下する。なお、ムライトと酸化イットリウムの混合比
率は、重量比で2:1〜1:1の範囲にあることが望ましい。
この範囲をはずれると高温における強度が低下する場合
がある。
成形工程は、上記窒化珪素粉末、ムライト粉末および酸
化イットリウム粉末を混合した後、成形して所定形状の
成形体を成形する工程である。圧縮成形、スリップキャ
スティング成形など、従来利用されている成形法を利用
することができる。
化イットリウム粉末を混合した後、成形して所定形状の
成形体を成形する工程である。圧縮成形、スリップキャ
スティング成形など、従来利用されている成形法を利用
することができる。
焼結工程は、成形工程で成形された成形体を非酸化性雰
囲気下で加熱して焼結する工程である。なお、加熱温度
は1650〜1850℃の範囲が望ましい。1650℃より低いと焼
結が困難となり、1850℃より高くなると窒化珪素の昇華
分解が生じるようになる。
囲気下で加熱して焼結する工程である。なお、加熱温度
は1650〜1850℃の範囲が望ましい。1650℃より低いと焼
結が困難となり、1850℃より高くなると窒化珪素の昇華
分解が生じるようになる。
［発明の作用および効果］ 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法では、焼結助剤とし
てムライトと酸化イットリウムが併用される。これによ
り焼結が促進されるとともに高温における強度が向上す
る。この理由は明らかではないが、焼結時にはY2O3−Al
2O3−SiO2系の液相を生成し、従来より少量の添加であ
っても焼結を促進し、また冷却固化時には、酸化珪素は
メリライトやムライトとして結晶化して粒界に残留する
ため、高温における強度が向上するものと考えられる。
てムライトと酸化イットリウムが併用される。これによ
り焼結が促進されるとともに高温における強度が向上す
る。この理由は明らかではないが、焼結時にはY2O3−Al
2O3−SiO2系の液相を生成し、従来より少量の添加であ
っても焼結を促進し、また冷却固化時には、酸化珪素は
メリライトやムライトとして結晶化して粒界に残留する
ため、高温における強度が向上するものと考えられる。
すなわち、本発明の製造方法によれば、高い密度を有
し、常温および高温での強度に優れた窒化珪素焼結体
を、工数およびエネルギーの増加無く容易に、かつ確実
に製造することができる。
し、常温および高温での強度に優れた窒化珪素焼結体
を、工数およびエネルギーの増加無く容易に、かつ確実
に製造することができる。
［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。
（実施例１） （１）成形工程 ジイミドを熱分解して得られた平均粒径約0.3μｍのα
‐Si3N4粉末97重量％と、平均粒径約0.4μｍのY2O3粉末
１重量％と、平均粒径0.15μｍの高純度ムライト粉末２
重量％とを、エチルアルコールとともに樹脂製ボールミ
ルにて72時間混合する。なお、Si3N4粉末中には酸素が
1.6重量％、金属不純物が200ppm以下含有されている。Y
2O3粉末中には不純物が0.1重量％以下含有されている。
またムライトは、アルミニウムイソプロキシド（Al(OC2
H5)3）とテトラエトキシシラン（Si(OC2H5)4）を原料と
したゾル−ゲル法で合成され、Ｘ線回折の結果から結晶
相ムライト（3Al2O3・2SiO2）と同定された。また化学
分析の結果、Al2O3は71.6〜72.0重量％、SiO2は28.0〜2
8.4重量％であり、不純物は0.03重量％以下である。
‐Si3N4粉末97重量％と、平均粒径約0.4μｍのY2O3粉末
１重量％と、平均粒径0.15μｍの高純度ムライト粉末２
重量％とを、エチルアルコールとともに樹脂製ボールミ
ルにて72時間混合する。なお、Si3N4粉末中には酸素が
1.6重量％、金属不純物が200ppm以下含有されている。Y
2O3粉末中には不純物が0.1重量％以下含有されている。
またムライトは、アルミニウムイソプロキシド（Al(OC2
H5)3）とテトラエトキシシラン（Si(OC2H5)4）を原料と
したゾル−ゲル法で合成され、Ｘ線回折の結果から結晶
相ムライト（3Al2O3・2SiO2）と同定された。また化学
分析の結果、Al2O3は71.6〜72.0重量％、SiO2は28.0〜2
8.4重量％であり、不純物は0.03重量％以下である。
上記混合物からエチルアルコールを蒸溜除去し、さらに
150℃に加熱して乾燥後、100kg/cm2の圧力で１次成形
し、次いで3000kg/cm2で静水圧成形して所定形状の成形
体を成形した。
150℃に加熱して乾燥後、100kg/cm2の圧力で１次成形
し、次いで3000kg/cm2で静水圧成形して所定形状の成形
体を成形した。
（２）焼結工程 この成形体を、昇温速度２℃／分、圧力１気圧の条件で
窒素ガス中で1760℃まで加熱し、1760℃に到達した後さ
らに9.5気圧まで加圧して４時間保持して焼結した。
窒素ガス中で1760℃まで加熱し、1760℃に到達した後さ
らに9.5気圧まで加圧して４時間保持して焼結した。
（３）試験 得られた焼結体は、密度、室温での曲げ強度、さらに10
00℃および1200℃における曲げ強度が測定され、結果を
表に示す。なお、密度はｎ−ブチルアルコールを用いた
アルキメデス法により測定し、曲げ強度はJIS-R1601に
従って測定した。高温での曲げ強度は、炭化珪素製治具
を用い窒素ガス１気圧下で測定した。
00℃および1200℃における曲げ強度が測定され、結果を
表に示す。なお、密度はｎ−ブチルアルコールを用いた
アルキメデス法により測定し、曲げ強度はJIS-R1601に
従って測定した。高温での曲げ強度は、炭化珪素製治具
を用い窒素ガス１気圧下で測定した。
表より、本実施例の製造方法により得られた焼結体は、
理論密度の98.8％の密度を有し、高温における強度にも
優れていることがわかる。なお、この焼結体の気孔は大
部分が閉気孔であった。（他の実施例、比較例） ムライト粉末および酸化イットリウム粉末の配合量を表
に示すように種々変化させ、実施例１と同様にして成
形、焼結し、同様に試験して結果を表に示す。表より、
実施例の焼結体は、理論密度の少なくとも95％の密度を
有している。またムライトと酸化イットリウムの混合比
率が2:1〜1:1の範囲にあれば、1200℃においても曲 げ強度が45kg/mm2以上と高い値を示し、高温における強
度に特に優れている。さらに、両者の合計量が少なくな
るにつれて焼結温度が高くなっていることもわかる。
理論密度の98.8％の密度を有し、高温における強度にも
優れていることがわかる。なお、この焼結体の気孔は大
部分が閉気孔であった。（他の実施例、比較例） ムライト粉末および酸化イットリウム粉末の配合量を表
に示すように種々変化させ、実施例１と同様にして成
形、焼結し、同様に試験して結果を表に示す。表より、
実施例の焼結体は、理論密度の少なくとも95％の密度を
有している。またムライトと酸化イットリウムの混合比
率が2:1〜1:1の範囲にあれば、1200℃においても曲 げ強度が45kg/mm2以上と高い値を示し、高温における強
度に特に優れている。さらに、両者の合計量が少なくな
るにつれて焼結温度が高くなっていることもわかる。
Claims (1)
- 【請求項１】窒化珪素粉末94〜99.2重量％と、ムライト
（3Al2O3・2SiO2）粉末および酸化イットリウム（Y
2O3）粉末の合計量0.8〜６重量％と、を混合して所定形
状の成形体を成形する成形工程と、 該成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結する焼結工
程と、よりなることを特徴とする窒化珪素焼結体の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63011098A JPH0772107B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63011098A JPH0772107B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01188471A JPH01188471A (ja) | 1989-07-27 |
| JPH0772107B2 true JPH0772107B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=11768529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63011098A Expired - Lifetime JPH0772107B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0772107B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4892848A (en) * | 1985-07-30 | 1990-01-09 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof |
-
1988
- 1988-01-21 JP JP63011098A patent/JPH0772107B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01188471A (ja) | 1989-07-27 |
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