JPH0788258B2 - 焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する方法 - Google Patents
焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する方法Info
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- JPH0788258B2 JPH0788258B2 JP61172917A JP17291786A JPH0788258B2 JP H0788258 B2 JPH0788258 B2 JP H0788258B2 JP 61172917 A JP61172917 A JP 61172917A JP 17291786 A JP17291786 A JP 17291786A JP H0788258 B2 JPH0788258 B2 JP H0788258B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する方法
に関するものであり、特には焼結用添加剤を均質に分散
せしめた窒化珪素物品の製造を可能ならしめる、焼結用
添加剤の実質上一様な厚さのコーティングを有する窒化
珪素粉末を製造する方法に関する。
に関するものであり、特には焼結用添加剤を均質に分散
せしめた窒化珪素物品の製造を可能ならしめる、焼結用
添加剤の実質上一様な厚さのコーティングを有する窒化
珪素粉末を製造する方法に関する。
（発明の背景） セラミック処理における主要な問題は、ハイテク用途向
けに好適な所要の性質を具備するセラミック材料を再現
性良く且つ高い信頼性の下で製造しうるか否かである。
材料性質の再現性の欠如は、特定されたミクロ組織の発
現をコントロールしえないことにある。どのようなミク
ロ組織が発現するかは、焼結材料に対しては、出発粉末
の特性、生の突固め体ミクロ組織並びに焼結及び粗化プ
ロセスに依存する。焼成中に起るプロセスについて多数
の有意義な研究がためされてきたけれども多くの研究者
は焼結中に発現するミクロ組織は粉末特性と生のミクロ
組織によっておおよそ決定されると信じている。従っ
て、一層強靭な且つ一層信頼性のあるセラミックに対す
る鍵となる因子は、破壊につながる傷や空洞をほとんど
生成しない新たな処理技術の開発にある。
けに好適な所要の性質を具備するセラミック材料を再現
性良く且つ高い信頼性の下で製造しうるか否かである。
材料性質の再現性の欠如は、特定されたミクロ組織の発
現をコントロールしえないことにある。どのようなミク
ロ組織が発現するかは、焼結材料に対しては、出発粉末
の特性、生の突固め体ミクロ組織並びに焼結及び粗化プ
ロセスに依存する。焼成中に起るプロセスについて多数
の有意義な研究がためされてきたけれども多くの研究者
は焼結中に発現するミクロ組織は粉末特性と生のミクロ
組織によっておおよそ決定されると信じている。従っ
て、一層強靭な且つ一層信頼性のあるセラミックに対す
る鍵となる因子は、破壊につながる傷や空洞をほとんど
生成しない新たな処理技術の開発にある。
（従来の技術） 通常焼結を促進するために焼結助剤が使用されている
が、焼結助剤はセラミックス粉末と共にボールミルにお
いて添加混合するという乾式法で添加されるために焼結
助剤が均一に分布せず、所期の添加効果を挙げることが
できなかった。
が、焼結助剤はセラミックス粉末と共にボールミルにお
いて添加混合するという乾式法で添加されるために焼結
助剤が均一に分布せず、所期の添加効果を挙げることが
できなかった。
そこで、湿式法による焼結助剤の添加が提唱された。例
えば、特開昭58−64280号は、窒化珪素を含めて非酸化
物セラミックス粉末表面に焼結助剤をコーティングした
後、成型及び焼結を行う非酸化物セラミックス焼結体の
製造法を記載し、コーティング形成方法として、CVD
法、PVD法、溶液浸漬法あるいは塩溶液に浸漬後熱する
分解する方法等を挙げている。実施例では、CVD法が実
施されており、Al2O3と関連して一例のみ塩分解法が呈
示されているが、その詳細は記載されていない。
えば、特開昭58−64280号は、窒化珪素を含めて非酸化
物セラミックス粉末表面に焼結助剤をコーティングした
後、成型及び焼結を行う非酸化物セラミックス焼結体の
製造法を記載し、コーティング形成方法として、CVD
法、PVD法、溶液浸漬法あるいは塩溶液に浸漬後熱する
分解する方法等を挙げている。実施例では、CVD法が実
施されており、Al2O3と関連して一例のみ塩分解法が呈
示されているが、その詳細は記載されていない。
特開昭56−149379号は、窒化珪素焼結体の製造方法とし
て、従来からのスピネル化合物MgAl2O4の乾式添加に替
えて、マグネシウム−アルミニウム−第２ブトキシドを
有機溶媒に溶解し、窒化珪素粉末に混合し、得られた混
合物に水を加えてマグネシウム−アルミニウム−第２ブ
トキシドを加水分解した後、乾燥し、成型・焼結するこ
とを記載している。スピネル組成のアルコレートは水と
の反応により加水分解され、水酸化物となる。この水酸
化物はゲル状の超微粒子の沈殿で、高温加熱することに
よりMgAl2O4の超微粉末が得られる。その結果、窒化珪
素粉末中にスピネルの超微粒子が高度に分散した混合粉
末が得られるというものである。
て、従来からのスピネル化合物MgAl2O4の乾式添加に替
えて、マグネシウム−アルミニウム−第２ブトキシドを
有機溶媒に溶解し、窒化珪素粉末に混合し、得られた混
合物に水を加えてマグネシウム−アルミニウム−第２ブ
トキシドを加水分解した後、乾燥し、成型・焼結するこ
とを記載している。スピネル組成のアルコレートは水と
の反応により加水分解され、水酸化物となる。この水酸
化物はゲル状の超微粒子の沈殿で、高温加熱することに
よりMgAl2O4の超微粉末が得られる。その結果、窒化珪
素粉末中にスピネルの超微粒子が高度に分散した混合粉
末が得られるというものである。
米国特許第第4,487,840号は窒化珪素やサイアロンのよ
うな窒素基セラミックスを対象として、液相形成用添加
剤と共に元素珪素粒子を添加することにより焼結セラミ
ックスの高密度化を図っている。
うな窒素基セラミックスを対象として、液相形成用添加
剤と共に元素珪素粒子を添加することにより焼結セラミ
ックスの高密度化を図っている。
「AMERICAN CERAMIC SOCIETY BULLETIN」Vol.58,No.9
（1979）pp840−844には、アルコキシ誘導CeO2もしくは
Y2O3を焼結助剤として使用した窒化珪素焼結体の製造方
法が記載されている。
（1979）pp840−844には、アルコキシ誘導CeO2もしくは
Y2O3を焼結助剤として使用した窒化珪素焼結体の製造方
法が記載されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これら提唱された湿式法では、焼結助剤
の偏析がまだ起こりやすく、低圧及び低温で理論密度の
98％を超える密度を有する高密化窒化珪素物品の高度の
信頼性の下で形成することは困難であった。
の偏析がまだ起こりやすく、低圧及び低温で理論密度の
98％を超える密度を有する高密化窒化珪素物品の高度の
信頼性の下で形成することは困難であった。
本発明の課題は、低圧及び低温で理論密度の98％を超え
る密度を有する高密化窒化珪素物品の形成を可能とする
焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する技術を確立する
ことである。
る密度を有する高密化窒化珪素物品の形成を可能とする
焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する技術を確立する
ことである。
（課題を解決するための手段） 本発明に従えば、焼結用添加剤を均質に分散せしめた窒
化珪素物品を製造するための、焼結用添加剤の実質上一
様な厚さのコーティングを有する窒化珪素粉末を製造す
る方法が提供される。
化珪素物品を製造するための、焼結用添加剤の実質上一
様な厚さのコーティングを有する窒化珪素粉末を製造す
る方法が提供される。
本方法は次の段階を包含する： 段階１−窒化珪素粒子を高誘電率を有する分散試剤溶液
中に分散せしめて窒化珪素スラリを形成すること、 段階２−該窒化珪素スラリにイットリウム、アルミニウ
ム、マグネシウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、
ジルコニウム、希土類及びその組合せの可溶性塩から成
る群から選択される焼結用添加剤の溶液を添加して７未
満のpHを有する均質スラリを形成すること、 段階３−段階２の生成物を乾燥して、窒化珪素粒子上に
焼結用添加剤の実質上一様な厚さのコーティングを有す
る乾燥窒化珪素粉末を形成すること、 段階４−段階３からの窒化珪素粉末表面コーティングの
焼結用添加剤をそれらの相当する酸化物に変換するこ
と。
中に分散せしめて窒化珪素スラリを形成すること、 段階２−該窒化珪素スラリにイットリウム、アルミニウ
ム、マグネシウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、
ジルコニウム、希土類及びその組合せの可溶性塩から成
る群から選択される焼結用添加剤の溶液を添加して７未
満のpHを有する均質スラリを形成すること、 段階３−段階２の生成物を乾燥して、窒化珪素粒子上に
焼結用添加剤の実質上一様な厚さのコーティングを有す
る乾燥窒化珪素粉末を形成すること、 段階４−段階３からの窒化珪素粉末表面コーティングの
焼結用添加剤をそれらの相当する酸化物に変換するこ
と。
窒化珪素粒子を高誘電率を有する分散試剤溶液中に分散
せしめること、窒化珪素スラリにイットリウム、アルミ
ニウム、マグネシウム、ランタン、セリウム、ハフニウ
ム、ジルコニウム、希土類及びその組合せの可溶性塩か
ら成る群から選択される焼結用添加剤の溶液を添加する
こと、及び焼結用添加の溶液を添加して７未満のpHを有
するものとすることにより緊密な混合が促進され、そし
て窒化珪素粒子上に焼結用添加剤の一様な厚さのコーテ
ィングを有する粉末を生成することを可能ならしめ、非
常に焼結性の良好な窒化珪素粉末が製造でき、粒子焼結
部品中での焼結助剤の偏析を防止することができる。生
成物の焼結用添加剤をそれらの相当する酸化物に変換
後、成型及び焼結後、例えば1690℃という低い温度での
無加圧焼結においてさえ、理論密度の98％を超える密度
を有する高密化窒化珪素物品を形成することを可能なら
しめる。
せしめること、窒化珪素スラリにイットリウム、アルミ
ニウム、マグネシウム、ランタン、セリウム、ハフニウ
ム、ジルコニウム、希土類及びその組合せの可溶性塩か
ら成る群から選択される焼結用添加剤の溶液を添加する
こと、及び焼結用添加の溶液を添加して７未満のpHを有
するものとすることにより緊密な混合が促進され、そし
て窒化珪素粒子上に焼結用添加剤の一様な厚さのコーテ
ィングを有する粉末を生成することを可能ならしめ、非
常に焼結性の良好な窒化珪素粉末が製造でき、粒子焼結
部品中での焼結助剤の偏析を防止することができる。生
成物の焼結用添加剤をそれらの相当する酸化物に変換
後、成型及び焼結後、例えば1690℃という低い温度での
無加圧焼結においてさえ、理論密度の98％を超える密度
を有する高密化窒化珪素物品を形成することを可能なら
しめる。
（発明の具体的説明） ２種のSi3N4基セラミック、即ち6w/oY2O3を焼結助剤と
して有するもの（PY6と表示）と6w/oY2O3及び2w/oAl2O3
を焼結助剤として有するもの（AY6と表示）を例にとっ
て本発明の改善プロセスを説明する。但し、本処理技術
は焼結用添加剤として酸化物を使用するその他のセラミ
ック系にも適用しうる。
して有するもの（PY6と表示）と6w/oY2O3及び2w/oAl2O3
を焼結助剤として有するもの（AY6と表示）を例にとっ
て本発明の改善プロセスを説明する。但し、本処理技術
は焼結用添加剤として酸化物を使用するその他のセラミ
ック系にも適用しうる。
本方法は、分散したSi3N4粉末スラリ、にAY6に対しては
硝酸アルミニウム及び硝酸イットリウムそしてPY6に対
しては硝酸イットリウムのような焼結用添加剤の水溶液
の添加を基礎としている。マグネシウム、ランタン、セ
リウム、ハフニウム、ジルコニウム及び希土類の可溶性
塩のような他の焼結用添加剤も使用可能である。
硝酸アルミニウム及び硝酸イットリウムそしてPY6に対
しては硝酸イットリウムのような焼結用添加剤の水溶液
の添加を基礎としている。マグネシウム、ランタン、セ
リウム、ハフニウム、ジルコニウム及び希土類の可溶性
塩のような他の焼結用添加剤も使用可能である。
一般に、予備粉砕（ミリング）Si3N4粉末が、高誘電率
溶液中に、超音波液体処理装置及び／或いは湿式粉砕
（ミリング）技術の使用により分散せしめられる。分散
試剤は、低分子量アルコール、アセトン、NH4OHのよう
な弱アルカリ媒体或いは1w/oくえん酸アンモニウム溶液
のような弱酸性媒体でありうる。焼結用添加剤の硝酸塩
溶液を含有する、生成分散体は7.0未満のpHと約1.3g/
のスリップ密度を有し、そして固体分含有率は約30〜35
容積％である。その後、この分散体は噴霧乾燥若しくは
パン乾燥（皿状のパン上での乾燥）を施されて、ゆるく
凝集した粉末（噴霧乾燥粉末の場合には球状）を生成
し、続いてN2/空気の下で400〜500℃において焼成され
て硝酸塩をそれらの相当する酸化物に分解する。こうし
て調整された粉末は従来方式でボールミル処理された材
料より1.5〜3.0倍高い表面積を有している。硝酸塩以外
にも、酢酸塩、蓚酸塩及び乳酸塩のような他の無機塩も
また本方法に適用されうる。
溶液中に、超音波液体処理装置及び／或いは湿式粉砕
（ミリング）技術の使用により分散せしめられる。分散
試剤は、低分子量アルコール、アセトン、NH4OHのよう
な弱アルカリ媒体或いは1w/oくえん酸アンモニウム溶液
のような弱酸性媒体でありうる。焼結用添加剤の硝酸塩
溶液を含有する、生成分散体は7.0未満のpHと約1.3g/
のスリップ密度を有し、そして固体分含有率は約30〜35
容積％である。その後、この分散体は噴霧乾燥若しくは
パン乾燥（皿状のパン上での乾燥）を施されて、ゆるく
凝集した粉末（噴霧乾燥粉末の場合には球状）を生成
し、続いてN2/空気の下で400〜500℃において焼成され
て硝酸塩をそれらの相当する酸化物に分解する。こうし
て調整された粉末は従来方式でボールミル処理された材
料より1.5〜3.0倍高い表面積を有している。硝酸塩以外
にも、酢酸塩、蓚酸塩及び乳酸塩のような他の無機塩も
また本方法に適用されうる。
この粉末を使用して、等圧静圧プレス成形技術、スリッ
プ鋳造成形技術等により作製されたビレットが1700℃未
満の温度においてそして周囲圧力において、改善された
強度及び信頼性をもって、理論密度の約98.0％まで焼結
されうる。
プ鋳造成形技術等により作製されたビレットが1700℃未
満の温度においてそして周囲圧力において、改善された
強度及び信頼性をもって、理論密度の約98.0％まで焼結
されうる。
ペレットとしてそしてビレットとして成形された、本発
明により製造されたAY6材料の焼結性の研究結果が表Ｉ
及び表IIにそれぞれ表覧されている。結果は、本方法に
よって製造された粉末が一層反応性でありそしてペレッ
トは生のペレットの密度に無関係に14kg/cm2（200psi）
N2の下で1710℃において理論密度まで焼結されうること
を示している。本粉末の優秀性は焼結温度及び圧力が低
い程顕著である。従来型式のボールミル処理された粉末
を使用した対照用ロットに対しての97.5％と比較して、
本ペレットは4.2kg/cm2（60psi）N2圧力の下で1750℃に
おいて99.0％以上に焼結された。一般に、本発明に従う
Si3N4の焼結用添加剤の化学的処理は、減少せる温度及
び圧力での焼結性に関してまた焼結圧粉体の粒寸のコン
トロールに関して新たな技術的可能性を提供する。
明により製造されたAY6材料の焼結性の研究結果が表Ｉ
及び表IIにそれぞれ表覧されている。結果は、本方法に
よって製造された粉末が一層反応性でありそしてペレッ
トは生のペレットの密度に無関係に14kg/cm2（200psi）
N2の下で1710℃において理論密度まで焼結されうること
を示している。本粉末の優秀性は焼結温度及び圧力が低
い程顕著である。従来型式のボールミル処理された粉末
を使用した対照用ロットに対しての97.5％と比較して、
本ペレットは4.2kg/cm2（60psi）N2圧力の下で1750℃に
おいて99.0％以上に焼結された。一般に、本発明に従う
Si3N4の焼結用添加剤の化学的処理は、減少せる温度及
び圧力での焼結性に関してまた焼結圧粉体の粒寸のコン
トロールに関して新たな技術的可能性を提供する。
焼結されたこれらビレットAY6、PY6の機械的性質が周囲
温度から1200℃まで評価された。その結果は、従来型式
のボールミル処理された粉末から処理されそしてAY6材
料に対して1850℃、14kg/cm2（200psi）N2過剰圧そして
PY6材料に対しては1900℃、14kg/cm2（200psi）N2過剰
圧において焼結されたビレットから得られたデータに匹
敵し、しかももっと高い信頼性を有した。
温度から1200℃まで評価された。その結果は、従来型式
のボールミル処理された粉末から処理されそしてAY6材
料に対して1850℃、14kg/cm2（200psi）N2過剰圧そして
PY6材料に対しては1900℃、14kg/cm2（200psi）N2過剰
圧において焼結されたビレットから得られたデータに匹
敵し、しかももっと高い信頼性を有した。
（実施例） 概説：本発明において使用したSi3N4粉末は本件出願人
によりSN502の表示名において製造されているものであ
る。SN502粉末はSiCl4とNH3（気体）との反応により生
成される高純度材料である。この粉末は、92％以下のα
−Si3N4、７％β−Si3N4そして１％未満の遊離siから成
る結晶性材料である。表面積は約2.5〜4.0m2/gである。
硝酸イットリウム（99.9％純度）及び試薬等級硝酸アル
ミニウムはAE SARジョンソンマシイ社から購入され、
そして焼結用添加剤を調製するのに使用された。
によりSN502の表示名において製造されているものであ
る。SN502粉末はSiCl4とNH3（気体）との反応により生
成される高純度材料である。この粉末は、92％以下のα
−Si3N4、７％β−Si3N4そして１％未満の遊離siから成
る結晶性材料である。表面積は約2.5〜4.0m2/gである。
硝酸イットリウム（99.9％純度）及び試薬等級硝酸アル
ミニウムはAE SARジョンソンマシイ社から購入され、
そして焼結用添加剤を調製するのに使用された。
原料SN502粉末は通常、スコットマーレイ（Scott Murra
y）ミルにおいてSi3N4ミル媒体を使用して4.0重量％ス
テアリン酸と共に48〜72時間粉砕処理された。粉砕SN50
2の粒寸は、0.1〜12ミクロンであり、50重量％は0.6ミ
クロン未満であり、そて85重量％が2.0ミクロン未満で
ある。処理後の代表的粒寸は、0.8〜20ミクロンであ
り、50重量％は５ミクロン未満でありそして85重量％は
10ミクロン未満である。
y）ミルにおいてSi3N4ミル媒体を使用して4.0重量％ス
テアリン酸と共に48〜72時間粉砕処理された。粉砕SN50
2の粒寸は、0.1〜12ミクロンであり、50重量％は0.6ミ
クロン未満であり、そて85重量％が2.0ミクロン未満で
ある。処理後の代表的粒寸は、0.8〜20ミクロンであ
り、50重量％は５ミクロン未満でありそして85重量％は
10ミクロン未満である。
焼結助剤添加セラミックの調製：前述の通り、6w/o Y2O
3及び2w/o Al2O3を有する窒化珪素セラミックはAY6と表
示されそしてw/o Y2O3を有する窒化珪素はWY6と表示さ
れる。
3及び2w/o Al2O3を有する窒化珪素セラミックはAY6と表
示されそしてw/o Y2O3を有する窒化珪素はWY6と表示さ
れる。
PY6の場合、上述のようにして調製された37.0gのSN502
窒化珪素粉末が、100mlの1w/oくえん酸アンモニウム溶
液、27.5mlの硝酸イットリウム溶液（86.6g/のY2O3に
相当する濃度）及び72ml水と混合された。混合物は、窒
化珪素粉末を完全に分散せしめるためヒートシステムズ
ウルトラーソニック社製モデルW375超音波液体処理機を
使用して30分間音波分散処理された。スラリの最終pHは
1.87であった。約30w/o粉末含有率を有する生成スラリ
が約190〜200℃において200ml/hrの送給率でBuchi190ミ
ニスプレイドライヤを使用して噴霧乾燥された。
窒化珪素粉末が、100mlの1w/oくえん酸アンモニウム溶
液、27.5mlの硝酸イットリウム溶液（86.6g/のY2O3に
相当する濃度）及び72ml水と混合された。混合物は、窒
化珪素粉末を完全に分散せしめるためヒートシステムズ
ウルトラーソニック社製モデルW375超音波液体処理機を
使用して30分間音波分散処理された。スラリの最終pHは
1.87であった。約30w/o粉末含有率を有する生成スラリ
が約190〜200℃において200ml/hrの送給率でBuchi190ミ
ニスプレイドライヤを使用して噴霧乾燥された。
噴霧乾燥された粉末はその後450℃で2 1/2時間焼成され
て、イットリウムの硝酸塩を酸化物に変換した。
て、イットリウムの硝酸塩を酸化物に変換した。
AY6の場合、上述のようにして調製された500gのSN502窒
化珪素粉末が、2.5gのくえん酸アンモニウム、377mlの
硝酸イットリウム溶液（86.8g/のY2O3に相当する濃
度）、460mlの硝酸アルミニウム溶液（24.0g/のAl2O3
相当量を含有）及び400mlの1N水酸化アンモニウム溶液
と混合された。混合物はSi3N4ミリング媒体を使用して1
6時間湿式粉砕混練処理された。このスラリは350メッシ
ュ篩を通して分篩された。スラリの密度は約1.3g/mlで
あった。スラリの最終は5.60であった。約35％粉末含有
率を有する生成スラリが190〜200℃においてAnhydro Sp
ray Dryerを使用した場合には２/hrの送給速度で或い
はBuchi190ミニ噴霧乾燥機を使用した場合には200ml/hr
の送給速度で噴霧乾燥された。その後、噴霧乾燥粉末は
500℃で2 1/2時間焼成されて、イットリウム及びアルミ
ニウムの硝酸塩を酸化物に変換した。
化珪素粉末が、2.5gのくえん酸アンモニウム、377mlの
硝酸イットリウム溶液（86.8g/のY2O3に相当する濃
度）、460mlの硝酸アルミニウム溶液（24.0g/のAl2O3
相当量を含有）及び400mlの1N水酸化アンモニウム溶液
と混合された。混合物はSi3N4ミリング媒体を使用して1
6時間湿式粉砕混練処理された。このスラリは350メッシ
ュ篩を通して分篩された。スラリの密度は約1.3g/mlで
あった。スラリの最終は5.60であった。約35％粉末含有
率を有する生成スラリが190〜200℃においてAnhydro Sp
ray Dryerを使用した場合には２/hrの送給速度で或い
はBuchi190ミニ噴霧乾燥機を使用した場合には200ml/hr
の送給速度で噴霧乾燥された。その後、噴霧乾燥粉末は
500℃で2 1/2時間焼成されて、イットリウム及びアルミ
ニウムの硝酸塩を酸化物に変換した。
生成する化学処理粉末の表面積は従来のボールミル処理
粉末の12.0〜13.0m2/g範囲とは対照的に18.0〜22.0m2/g
の範囲を有した。
粉末の12.0〜13.0m2/g範囲とは対照的に18.0〜22.0m2/g
の範囲を有した。
この粉末の焼結性を評価するために、成形及び焼結を行
い、焼結体を作製した。
い、焼結体を作製した。
バインダーを使用しないでのペレットの調製:1.25cm直
径で約1gの重量の小さなペレットが、WCダイ内で210MNm
-2（2.1×103kg/cm2）においてプレス成形された。こう
して調製されたペレットの生の密度は理論密度の50.0〜
55.0％の範囲にあり、これはバインダーとしてステアリ
ン酸を使用してプレスされたペレットの密度より全般的
に低い。
径で約1gの重量の小さなペレットが、WCダイ内で210MNm
-2（2.1×103kg/cm2）においてプレス成形された。こう
して調製されたペレットの生の密度は理論密度の50.0〜
55.0％の範囲にあり、これはバインダーとしてステアリ
ン酸を使用してプレスされたペレットの密度より全般的
に低い。
バインダーを使用してのペレットの調製：噴霧乾燥され
た化学処理ずみの粉末が、4w/oステアリン酸を使用し且
つメタノール／トルエン混合物中で１時間粉砕混練処理
され、続いて溶剤を除去するため50〜60℃において大気
中で乾燥された。乾燥粉末は200メッシュ篩を通して分
篩され、その後1.4×103kg/cm2〜3.5×103kg/cm2におい
て1.25cm径ペレットにダイプレスされた。こうして調製
されたペレットは理論密度の66.5〜68.0％の範囲の密度
を有した。オレイン酸がやはりバインダとして使用され
た。
た化学処理ずみの粉末が、4w/oステアリン酸を使用し且
つメタノール／トルエン混合物中で１時間粉砕混練処理
され、続いて溶剤を除去するため50〜60℃において大気
中で乾燥された。乾燥粉末は200メッシュ篩を通して分
篩され、その後1.4×103kg/cm2〜3.5×103kg/cm2におい
て1.25cm径ペレットにダイプレスされた。こうして調製
されたペレットは理論密度の66.5〜68.0％の範囲の密度
を有した。オレイン酸がやはりバインダとして使用され
た。
AY6及びPY6セラミックにおけるビレットの作製：次の２
種の成形技術を使用して44.5mm×38.1mm×6.4mmビレッ
トを作製した。
種の成形技術を使用して44.5mm×38.1mm×6.4mmビレッ
トを作製した。
A.等圧静圧プレス（アイソスタチックプレス）:20〜23g
の化学処理ずみ噴霧乾燥AY6/PY6粉末が、4w/oステアリ
ン酸を使用して、ゴム製型内で170MNm-2（1.8×103kg/c
m2）においてプレスされた。その後、ビレットはデシケ
ータ内で乾燥されそしてバインダーが450℃での加熱に
より除去された。生成ビレットの生の密度は通常理論密
度の65.0〜67.0％の範囲にあった。
の化学処理ずみ噴霧乾燥AY6/PY6粉末が、4w/oステアリ
ン酸を使用して、ゴム製型内で170MNm-2（1.8×103kg/c
m2）においてプレスされた。その後、ビレットはデシケ
ータ内で乾燥されそしてバインダーが450℃での加熱に
より除去された。生成ビレットの生の密度は通常理論密
度の65.0〜67.0％の範囲にあった。
B.スリップ鋳造：スリップ鋳造技術は、20gの粉砕粒子
を、カーボワックス、水酸化アンモニウム及びくえん酸
アンモニウムを含有するスリップ溶液9g中に懸濁せし
め、続いてこれら粒子を懸濁媒体に対して透過性の材料
に近接して形成される床の形態に一軸付着せしめた。こ
の技術は、「コロイドろ過」プロセスに類似している。
その後、ビレット（44.5mm×38.1mm×6.4mm）をデシケ
ータ内で一晩（12hr）乾燥し、続いてバインダーを除去
した。生成ビレットの生の密度は理論密度の約65.0〜6
7.0％の範囲であった。
を、カーボワックス、水酸化アンモニウム及びくえん酸
アンモニウムを含有するスリップ溶液9g中に懸濁せし
め、続いてこれら粒子を懸濁媒体に対して透過性の材料
に近接して形成される床の形態に一軸付着せしめた。こ
の技術は、「コロイドろ過」プロセスに類似している。
その後、ビレット（44.5mm×38.1mm×6.4mm）をデシケ
ータ内で一晩（12hr）乾燥し、続いてバインダーを除去
した。生成ビレットの生の密度は理論密度の約65.0〜6
7.0％の範囲であった。
焼結 使用された焼結過程は、AY6/PY6サンプルを収納するグ
ラファイト製ボートを焼結炉に置くことから開始され
る。炉は排気されそして空気を除去するため３回窒素で
充満される。炉は窒素を流しながら約30℃／分の割合で
選択された等温焼結温度まで上昇される。焼結挙動を確
認するため、時間零は等温保持温度に到達した時間とさ
れた。温度はマイクロオプティヤルパイロメータを使用
して管理される。焼結後の密度は水中への浸漬により測
定された。Ｘ線回折解析がCu−Ｋα放射を使用して実施
された。
ラファイト製ボートを焼結炉に置くことから開始され
る。炉は排気されそして空気を除去するため３回窒素で
充満される。炉は窒素を流しながら約30℃／分の割合で
選択された等温焼結温度まで上昇される。焼結挙動を確
認するため、時間零は等温保持温度に到達した時間とさ
れた。温度はマイクロオプティヤルパイロメータを使用
して管理される。焼結後の密度は水中への浸漬により測
定された。Ｘ線回折解析がCu−Ｋα放射を使用して実施
された。
機械的性質の評価： 破壊係数試験バーは、高密化賦形体からダイヤモンド鋸
で切出されそして320グリット仕上げまで研摩された。
大半の強度試験（４点曲げ試験）バーは、1.27mm×2.54
mm×25.4mm寸法のものでありそして室温、1000℃、1200
℃及び1400℃においてそれぞれ試験された。得られた破
壊係数データは、最小二乗法によりワイブル（Weibul
l）パラメータ（ｍ）（ワイブル係数とも云う）を計算
するコンピュータプログラムを有するワイブル統計機を
使用して解析された。
で切出されそして320グリット仕上げまで研摩された。
大半の強度試験（４点曲げ試験）バーは、1.27mm×2.54
mm×25.4mm寸法のものでありそして室温、1000℃、1200
℃及び1400℃においてそれぞれ試験された。得られた破
壊係数データは、最小二乗法によりワイブル（Weibul
l）パラメータ（ｍ）（ワイブル係数とも云う）を計算
するコンピュータプログラムを有するワイブル統計機を
使用して解析された。
例１ 表１におけるサンプル１〜４を参照されたい。小さなペ
レット（1.25cm径×1.0g重量）がWC製ダイ内で210MNm-2
（2.1×103kg/cm2）においてプレスされた。こうして調
製された生のペレット生の密度は理論密度の約51.0〜5
4.6％であった。これらペレットが14.1kg/cm2 N2過剰圧
を使用して1760℃において理論密度の99％を超える密度
にまで焼結された。焼結手順は、1400℃で１時間保持
し、続いて焼結温度で２時間保持するというものであっ
た。
レット（1.25cm径×1.0g重量）がWC製ダイ内で210MNm-2
（2.1×103kg/cm2）においてプレスされた。こうして調
製された生のペレット生の密度は理論密度の約51.0〜5
4.6％であった。これらペレットが14.1kg/cm2 N2過剰圧
を使用して1760℃において理論密度の99％を超える密度
にまで焼結された。焼結手順は、1400℃で１時間保持
し、続いて焼結温度で２時間保持するというものであっ
た。
例２ 表１におけるサンプル５〜16を参照されたい。本発明の
化学処理されたAY6セラミック粉末が、4w/oステアリン
酸を使用して粉砕混練されその後1.4×103〜3.5×103kg
/cm2において1.25cm径ペレットにダイプレスされた。こ
うして調製されたペレットは理論密度の66.5〜68.0％の
範囲の生の密度を有した。その後バインダー除去工程が
行われた。焼結手順は例１と同じであった。
化学処理されたAY6セラミック粉末が、4w/oステアリン
酸を使用して粉砕混練されその後1.4×103〜3.5×103kg
/cm2において1.25cm径ペレットにダイプレスされた。こ
うして調製されたペレットは理論密度の66.5〜68.0％の
範囲の生の密度を有した。その後バインダー除去工程が
行われた。焼結手順は例１と同じであった。
例３ ３つの等圧静圧プレスされたAY6ビレットが前記Ａ等圧
静圧プレスの項で記載したようにして作製された。これ
らビレットは約3.0〜3.2kg/cm2 N2過剰圧力を使用して1
765℃で焼結された。焼結手順は次の通りであった。:14
00℃で１時間保持しそして焼結温度で３時間保持。結果
は次の通りでまとめられる： 例４ １つのスリップ鋳造AY6ビレットが前記Ｂスリップ鋳造
の項で記載したようにして作製された。本発明の化学処
理粉末は懸濁体調製に先立って一晩予備ミリング処理さ
れた。このビレットは3.0kg/cm2 N2過剰圧力を使用して
1765℃で焼結された。焼結密度は理論密度の99.73％で
あった（AY6 3.262g/mlに基づく）。（SN502粉末ロッ
トSN66）。
静圧プレスの項で記載したようにして作製された。これ
らビレットは約3.0〜3.2kg/cm2 N2過剰圧力を使用して1
765℃で焼結された。焼結手順は次の通りであった。:14
00℃で１時間保持しそして焼結温度で３時間保持。結果
は次の通りでまとめられる： 例４ １つのスリップ鋳造AY6ビレットが前記Ｂスリップ鋳造
の項で記載したようにして作製された。本発明の化学処
理粉末は懸濁体調製に先立って一晩予備ミリング処理さ
れた。このビレットは3.0kg/cm2 N2過剰圧力を使用して
1765℃で焼結された。焼結密度は理論密度の99.73％で
あった（AY6 3.262g/mlに基づく）。（SN502粉末ロッ
トSN66）。
例５ ３つのスリップ鋳造AY6ビレットが作製された。これら
ビレットは0.8kg/cm2過剰圧力を使用して1765℃で焼結
された。焼結密度は理論密度の99％を越えた。
ビレットは0.8kg/cm2過剰圧力を使用して1765℃で焼結
された。焼結密度は理論密度の99％を越えた。
例６ ２つのスリップ鋳造AY6ビレットが0.8kg/cm2 N2過剰圧
を使用して1690℃で焼結された。焼結密度は理論密度の
98.0〜98.4％の範囲であった。
を使用して1690℃で焼結された。焼結密度は理論密度の
98.0〜98.4％の範囲であった。
例７ １つのスリップ鋳造AY6ビレットが連続N2気流を流しつ
つ1690℃、周囲圧力において焼結された。焼結密度は理
論密度の98.0％であった。Ｘ線回折の結果、完全なαか
らβ−Si3N4相転移が実現されたことが判った。
つ1690℃、周囲圧力において焼結された。焼結密度は理
論密度の98.0％であった。Ｘ線回折の結果、完全なαか
らβ−Si3N4相転移が実現されたことが判った。
例８ ２つのスリップ鋳造AY6ビレット（60.w/o Y2O3）が3.85
〜4.2kg/cm2 N2過剰圧を使用して1850℃で焼結された。
焼結密度は理論密度の97.0〜98.2％であった。
〜4.2kg/cm2 N2過剰圧を使用して1850℃で焼結された。
焼結密度は理論密度の97.0〜98.2％であった。
例９ 0.84kg/cm2 N2過剰圧を使用して1755℃で焼結されたAY6
ビレット及び周囲圧力を使用して1690℃で焼結されたAY
6ビレットに対する機械的試験データは次の通りである
（破壊係数は４点曲げ試験による結果である）： 例10 3.85〜4.2kg/cm2 N2過剰圧力を使用して1850℃で焼結さ
れたPY6ビレットに対する機械的試験データは次の通り
であった： チャートＡ及びＢは、本発明の化学処理されたパン乾燥
AY6材料対対照サンプルとしての従来方式でボールミル
処理された粉末のペレットの焼結研究結果を例示する。
ビレット及び周囲圧力を使用して1690℃で焼結されたAY
6ビレットに対する機械的試験データは次の通りである
（破壊係数は４点曲げ試験による結果である）： 例10 3.85〜4.2kg/cm2 N2過剰圧力を使用して1850℃で焼結さ
れたPY6ビレットに対する機械的試験データは次の通り
であった： チャートＡ及びＢは、本発明の化学処理されたパン乾燥
AY6材料対対照サンプルとしての従来方式でボールミル
処理された粉末のペレットの焼結研究結果を例示する。
A.粉末−SN502＋0.5w/o Al2O3 B.粉末−AY6＋1.5w/o Y2O3 化学処理された（パン乾燥AY6）ビレット対従来ボール
ミル粉末からのビレットの機械的高度試験が更に例示さ
れる。（粉末ロットSN502−02−24。スリップ鋳造によ
り成形。焼結条件は14kg/cm2 N2過剰圧を使用して1850
℃。２つのビレットは同一ボート内で焼結） 更に、化学処理AY6（噴霧乾燥）ビレット対従来ボール
ミル粉末からのビレットの特性比較が例示される（乾燥
条件;2.8〜3.15kg/cm2 N2過剰圧を使用して1765℃、140
0℃で１時間保持そして焼結温度で３時間保持、粉末ロ
ット:SN60−63、成形法：等圧静圧プレス）。
ミル粉末からのビレットの機械的高度試験が更に例示さ
れる。（粉末ロットSN502−02−24。スリップ鋳造によ
り成形。焼結条件は14kg/cm2 N2過剰圧を使用して1850
℃。２つのビレットは同一ボート内で焼結） 更に、化学処理AY6（噴霧乾燥）ビレット対従来ボール
ミル粉末からのビレットの特性比較が例示される（乾燥
条件;2.8〜3.15kg/cm2 N2過剰圧を使用して1765℃、140
0℃で１時間保持そして焼結温度で３時間保持、粉末ロ
ット:SN60−63、成形法：等圧静圧プレス）。
0.8kg/cm2 N2過剰圧を使用して1765℃で焼結された化学
処理AY6ビレットの機械的強度は次の通りである： 0.4〜0.8kg/cm2 N2過剰圧を使用して1690℃で焼結され
た化学処理AY6ビレットの機械的強度は次の通りであ
る： 3.85〜4.2kg/cm2 N2過剰圧を使用して1850℃で焼結され
た化学処理AY6ビレットの機械的強度は次の通りであ
る： 個々の被覆粒子のオージェ解析は、窒化珪素粒子が焼結
用添加剤イットリア及びアルミナの実質一様な被覆を有
していることを実証した。アルミナ及びイットリアが約
200Åの深さまで存在していることを示している。多数
の被覆粒子において、同様の結果が確認された。
処理AY6ビレットの機械的強度は次の通りである： 0.4〜0.8kg/cm2 N2過剰圧を使用して1690℃で焼結され
た化学処理AY6ビレットの機械的強度は次の通りであ
る： 3.85〜4.2kg/cm2 N2過剰圧を使用して1850℃で焼結され
た化学処理AY6ビレットの機械的強度は次の通りであ
る： 個々の被覆粒子のオージェ解析は、窒化珪素粒子が焼結
用添加剤イットリア及びアルミナの実質一様な被覆を有
していることを実証した。アルミナ及びイットリアが約
200Åの深さまで存在していることを示している。多数
の被覆粒子において、同様の結果が確認された。
Claims (7)
- 【請求項１】焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する方
法であって、 段階１−窒化珪素粒子を高誘電率を有する分散試剤溶液
中に分散せしめて窒化珪素スラリを形成すること、 段階２−該窒化珪素スラリにイットリウム、アルミニウ
ム、マグネシウム、ランタン、セリウム、ハフニウム、
ジルコニウム、希土類及びその組合せの可溶性塩から成
る群から選択される焼結用添加剤の溶液を添加して７未
満のpHを有する均質スラリを形成すること、 段階３−段階２の生成物を乾燥して、窒化珪素粒子上に
焼結用添加剤の実質上一様な厚さのコーティングを有す
る乾燥窒化珪素粉末を形成すること、 段階４−段階３からの窒化珪素粉末表面コーティングの
焼結用添加剤をそれらの相当する酸化物に変換すること
を包含する焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する方
法。 - 【請求項２】分散が湿式ボールミル処理により行なわれ
る特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】成形が1.4×103kg/cm2〜3.5×103kg/cm2ゲ
ージ圧（20,000〜50,000psig）でのプレスにより行われ
る特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項４】可溶性塩が硝酸塩である特許請求の範囲第
１項記載の方法。 - 【請求項５】成形が等圧静圧プレスにより行われる特許
請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項６】成形がスリップ鋳造により行われる特許請
求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項７】分散試剤が、くえん酸アンモニウム及び酢
酸アンモニウムを含む１規定水酸化アンモニウム溶液で
ある特許請求の範囲第１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US76145785A | 1985-08-01 | 1985-08-01 | |
| US761457 | 2007-06-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6230668A JPS6230668A (ja) | 1987-02-09 |
| JPH0788258B2 true JPH0788258B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=25062249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61172917A Expired - Lifetime JPH0788258B2 (ja) | 1985-08-01 | 1986-07-24 | 焼結性の良好な窒化珪素粉末を製造する方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0212344A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0788258B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106495703A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-15 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种氮化硅密封环的制备方法 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62158166A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-14 | 三菱化学株式会社 | 窒化珪素混合粉末の製造法 |
| JPS62158167A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-14 | 三菱化学株式会社 | 窒化珪素混合粉末の製造方法 |
| DE3637506A1 (de) * | 1986-11-04 | 1988-05-05 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung von ingenieurkeramischen pulvern mit additiven |
| JPH0662340B2 (ja) * | 1988-05-12 | 1994-08-17 | インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン | セラミツクの製造方法 |
| ES2037650T1 (es) * | 1988-12-22 | 1993-07-01 | Norton Company | Particulas ceramicas revestidas uniformemente. |
| CA2058075C (en) * | 1990-12-26 | 1996-07-02 | Akira Yamakawa | Composite ceramic powder and production process thereof |
| US10532951B2 (en) * | 2016-05-27 | 2020-01-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Sintered material and cutting tool including same |
| JP7455864B2 (ja) * | 2019-05-20 | 2024-03-26 | バテル エナジー アライアンス，エルエルシー | 緻密なグラファイトを作製するための放電プラズマ焼結方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US4487840A (en) | 1983-06-21 | 1984-12-11 | Cornell Research Foundation, Inc. | Use of silicon in liquid sintered silicon nitrides and sialons |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56149378A (en) * | 1980-04-21 | 1981-11-19 | Toyota Motor Co Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS56149379A (en) * | 1980-04-21 | 1981-11-19 | Toyota Motor Co Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS5864280A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 非酸化物セラミツクス焼結体の製造法 |
| JPS60151273A (ja) * | 1984-01-19 | 1985-08-09 | トヨタ自動車株式会社 | セラミツク被膜付き金属化合物の微粉末の製造方法 |
-
1986
- 1986-07-24 JP JP61172917A patent/JPH0788258B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-07-25 EP EP86110318A patent/EP0212344A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4487840A (en) | 1983-06-21 | 1984-12-11 | Cornell Research Foundation, Inc. | Use of silicon in liquid sintered silicon nitrides and sialons |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡＭＥＲＩＣＡＮＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹＢＵＬＬＥＴＩＮＶｏｌ．５８，Ｎｏ．９（１９７９）Ｐ．８４０−８４４ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106495703A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-15 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种氮化硅密封环的制备方法 |
| CN106495703B (zh) * | 2016-10-27 | 2019-11-22 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种氮化硅密封环的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6230668A (ja) | 1987-02-09 |
| EP0212344A1 (en) | 1987-03-04 |
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