JPH0797266A - 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0797266A JPH0797266A JP6155223A JP15522394A JPH0797266A JP H0797266 A JPH0797266 A JP H0797266A JP 6155223 A JP6155223 A JP 6155223A JP 15522394 A JP15522394 A JP 15522394A JP H0797266 A JPH0797266 A JP H0797266A
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- 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
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
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- 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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Abstract
(57)【要約】
【目的】 均一で微細な結晶粒子のみで構成され、中低
温域における強度と破壊靭性を同時に向上させた窒化ケ
イ素系焼結体を提供する。 【構成】 原料粉末に長軸径が２００ｎｍ以下の結晶粒
から構成される結晶質窒化ケイ素粉末、又は非晶質窒化
ケイ素粉末を用い、１２００℃〜１４００℃の温度で焼
結するか、又は１４００℃〜１９００℃の温度で焼結温
度（℃）と焼結時間（秒）の積を６０００００（℃・
秒）以下で焼結して、窒化ケイ素及び／又はサイアロン
結晶の長軸径が２００ｎｍ以下である窒化ケイ素系焼結
体を得る。
温域における強度と破壊靭性を同時に向上させた窒化ケ
イ素系焼結体を提供する。 【構成】 原料粉末に長軸径が２００ｎｍ以下の結晶粒
から構成される結晶質窒化ケイ素粉末、又は非晶質窒化
ケイ素粉末を用い、１２００℃〜１４００℃の温度で焼
結するか、又は１４００℃〜１９００℃の温度で焼結温
度（℃）と焼結時間（秒）の積を６０００００（℃・
秒）以下で焼結して、窒化ケイ素及び／又はサイアロン
結晶の長軸径が２００ｎｍ以下である窒化ケイ素系焼結
体を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車部品や耐摩工具
等に使用される構造用セラミックス材料として、室温か
ら１１００℃の中低温域で優れた機械的性質を有する窒
化ケイ素系焼結体、及びその製造方法に関する。
等に使用される構造用セラミックス材料として、室温か
ら１１００℃の中低温域で優れた機械的性質を有する窒
化ケイ素系焼結体、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ケイ素は強度、破壊靭性値、耐食
性、耐摩耗性、耐熱衝撃性、耐酸化性等においてバラン
スの取れた材料であるため、切削工具からエンジン部品
等の広い範囲で利用されている。特に最近では、自動車
エンジンやガスタービン等の構造用材料として注目を集
めている。しかしながら、自動車エンジン等のように材
料に対して高い信頼性が要求される分野に窒化ケイ素系
焼結体を使用するためには、破壊靭性を更に向上させて
脆さを克服し、且つ同時に強度向上をも図ることが必要
不可欠である。
性、耐摩耗性、耐熱衝撃性、耐酸化性等においてバラン
スの取れた材料であるため、切削工具からエンジン部品
等の広い範囲で利用されている。特に最近では、自動車
エンジンやガスタービン等の構造用材料として注目を集
めている。しかしながら、自動車エンジン等のように材
料に対して高い信頼性が要求される分野に窒化ケイ素系
焼結体を使用するためには、破壊靭性を更に向上させて
脆さを克服し、且つ同時に強度向上をも図ることが必要
不可欠である。
【０００３】例えば、窒化ケイ素単相材料としては特開
昭６１−９１０６５号公報や特開平２−４４０６６号公
報に開示されているように、等軸粒のα’−サイアロン
（一般式 ＭX（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16；式中の
ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｌｉ及び希土類元素を表わす）と柱状
のβ’−サイアロン（β型窒化ケイ素を含む）との結晶
相の組合せ、複合した結晶相を生成させることにより強
度等の機械的特性の向上を示したものがある。しかし、
これらの実施例でも明らかなように、各焼結体の強度特
性が曲げ強度で１００ｋｇ／ｍｍ2 を安定して越える焼
結体製法はいずれもホットプレス法によるものであり、
工業的に安定して高い強度特性を得るまでに至っていな
い。
昭６１−９１０６５号公報や特開平２−４４０６６号公
報に開示されているように、等軸粒のα’−サイアロン
（一般式 ＭX（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16；式中の
ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｌｉ及び希土類元素を表わす）と柱状
のβ’−サイアロン（β型窒化ケイ素を含む）との結晶
相の組合せ、複合した結晶相を生成させることにより強
度等の機械的特性の向上を示したものがある。しかし、
これらの実施例でも明らかなように、各焼結体の強度特
性が曲げ強度で１００ｋｇ／ｍｍ2 を安定して越える焼
結体製法はいずれもホットプレス法によるものであり、
工業的に安定して高い強度特性を得るまでに至っていな
い。
【０００４】又、複合材料においては、例えば特開平４
−２０２０５９号公報に示されるように、長軸径０．０
５〜３μｍ、アスペクト比３〜２０の窒化ケイ素、サイ
アロンに１〜５００ｎｍの微粒子を分散させている例示
がある。実施例の強度は最高１６７ｋｇ／ｍｍ2である
ものの粗大な窒化珪素を含むことがあるため強度劣化を
招く可能性があり、ワイブル係数も９程度で、安定して
高い強度特性を得ることはできない。
−２０２０５９号公報に示されるように、長軸径０．０
５〜３μｍ、アスペクト比３〜２０の窒化ケイ素、サイ
アロンに１〜５００ｎｍの微粒子を分散させている例示
がある。実施例の強度は最高１６７ｋｇ／ｍｍ2である
ものの粗大な窒化珪素を含むことがあるため強度劣化を
招く可能性があり、ワイブル係数も９程度で、安定して
高い強度特性を得ることはできない。
【０００５】又、特開平４−２９５０５６号公報に示さ
れるように、柱状組織を持つ窒化ケイ素の粒界相に異種
粒子を分散させた例もある。この焼結体の場合、最大粒
径は短軸径が２μｍから３．５μｍ、長軸径が１０μｍ
から１４μｍもあるため、マトリックス自身が破壊源と
なり、実施例の強度は最高１５８ｋｇ／ｍｍ2であり、
又、焼成温度も１８００℃以上であることから生産性、
コストの面から十分であるとはいえない。
れるように、柱状組織を持つ窒化ケイ素の粒界相に異種
粒子を分散させた例もある。この焼結体の場合、最大粒
径は短軸径が２μｍから３．５μｍ、長軸径が１０μｍ
から１４μｍもあるため、マトリックス自身が破壊源と
なり、実施例の強度は最高１５８ｋｇ／ｍｍ2であり、
又、焼成温度も１８００℃以上であることから生産性、
コストの面から十分であるとはいえない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく従来の窒
化ケイ素系焼結体の高強度化又は高靭性化の試みにおい
ては、組織の微細化により強度を向上させると破壊靭性
が低下し、逆にウイスカーを添加したり窒化ケイ素を粒
成長させて柱状結晶を存在させることにより破壊靭性を
向上させると強度の低下を招くため、強度と破壊靭性を
同時に向上させることは極めて困難な現状であった。
化ケイ素系焼結体の高強度化又は高靭性化の試みにおい
ては、組織の微細化により強度を向上させると破壊靭性
が低下し、逆にウイスカーを添加したり窒化ケイ素を粒
成長させて柱状結晶を存在させることにより破壊靭性を
向上させると強度の低下を招くため、強度と破壊靭性を
同時に向上させることは極めて困難な現状であった。
【０００７】本発明はかかる従来の事情に鑑み、均一で
非常に微細な結晶粒で構成され、強度と破壊靭性を同時
に向上させた窒化ケイ素系焼結体とその製造方法を提供
することを目的とする。
非常に微細な結晶粒で構成され、強度と破壊靭性を同時
に向上させた窒化ケイ素系焼結体とその製造方法を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の窒化ケイ素系焼結体はα、β−Ｓｉ3Ｎ4、
α、β−サイアロンの内少なくとも１種類以上からな
り、これらの長軸径が２００ｎｍ以下、更に望ましくは
５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
め、本発明の窒化ケイ素系焼結体はα、β−Ｓｉ3Ｎ4、
α、β−サイアロンの内少なくとも１種類以上からな
り、これらの長軸径が２００ｎｍ以下、更に望ましくは
５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】又、本発明の窒化ケイ素系焼結体の製造方
法は、窒化ケイ素粉末を１２００℃〜１４００℃の温度
で焼結することを特徴とする。又は、１４００℃〜１９
００℃の温度では焼結温度（℃）と焼結時間（秒）の積
が６０００００（℃・秒）以下であることを特徴とす
る。
法は、窒化ケイ素粉末を１２００℃〜１４００℃の温度
で焼結することを特徴とする。又は、１４００℃〜１９
００℃の温度では焼結温度（℃）と焼結時間（秒）の積
が６０００００（℃・秒）以下であることを特徴とす
る。
【００１０】窒化ケイ素粉末としては、長軸径：２００
ｎｍ以下の結晶粒から構成されている結晶質窒化ケイ素
粉末もしくは非晶質窒化ケイ素粉末であることが望まし
い。又、結晶質窒化ケイ素粉末を作成する方法として
は、メカニカルアロイング法が望ましい。又、焼結方法
としては、放電プラズマ焼結、マイクロ波焼結、超高圧
焼結等が望ましい。
ｎｍ以下の結晶粒から構成されている結晶質窒化ケイ素
粉末もしくは非晶質窒化ケイ素粉末であることが望まし
い。又、結晶質窒化ケイ素粉末を作成する方法として
は、メカニカルアロイング法が望ましい。又、焼結方法
としては、放電プラズマ焼結、マイクロ波焼結、超高圧
焼結等が望ましい。
【００１１】
【作用】本発明の窒化ケイ素は、母相となる窒化ケイ素
は長軸径：２００ｎｍ以下の結晶粒で構成されている。
このような従来得られていなかった微細かつ均一な組織
が達成されることにより、これまで予想されていない高
い強度が達成できる。
は長軸径：２００ｎｍ以下の結晶粒で構成されている。
このような従来得られていなかった微細かつ均一な組織
が達成されることにより、これまで予想されていない高
い強度が達成できる。
【００１２】更に、本発明においては従来と異なり、粒
径の微細化が破壊靭性の増加につながる。これは、長軸
径が２００ｎｍ以上の従来の焼結体においては、材料が
脆性破壊をするのに対し、長軸径を２００ｎｍ以下まで
微細化すれば、粒界滑り等の現象によりセラミックスの
延性化状態が発現することが原因ではないかと考えられ
る。
径の微細化が破壊靭性の増加につながる。これは、長軸
径が２００ｎｍ以上の従来の焼結体においては、材料が
脆性破壊をするのに対し、長軸径を２００ｎｍ以下まで
微細化すれば、粒界滑り等の現象によりセラミックスの
延性化状態が発現することが原因ではないかと考えられ
る。
【００１３】これらの結果、本発明の焼結体は１１００
℃より低温下で破壊強度：５００ｋｇ／ｍｍ2以上、破
壊靭性：１５ＭＰａ・ｍ1/2以上の高強度・高靭性を示
す。
℃より低温下で破壊強度：５００ｋｇ／ｍｍ2以上、破
壊靭性：１５ＭＰａ・ｍ1/2以上の高強度・高靭性を示
す。
【００１４】本発明の焼結体を作製する方法の一つとし
ては、窒化ケイ素粉末を１２００℃〜１４００℃の温度
で焼結させることが挙げられる。１２００℃未満の温度
では焼結が進行せず、１４００℃を越えると粒成長が進
行し、長軸径が２００ｎｍを越えてしまう。
ては、窒化ケイ素粉末を１２００℃〜１４００℃の温度
で焼結させることが挙げられる。１２００℃未満の温度
では焼結が進行せず、１４００℃を越えると粒成長が進
行し、長軸径が２００ｎｍを越えてしまう。
【００１５】又、別な方法としては、１４００℃〜１９
００℃の温度域で焼結温度（℃）と焼結時間（秒）の積
が６０００００（℃・秒）以下であることが望ましい。
６０００００（℃・秒）以下では、１４００℃以上の温
度でも粒成長が進行せず、長軸径が２００ｎｍ以下にな
るからである。又、温度は１９００℃を越えると、短時
間焼結であっても粒成長は抑制できないため、１９００
℃以下が望ましい。
００℃の温度域で焼結温度（℃）と焼結時間（秒）の積
が６０００００（℃・秒）以下であることが望ましい。
６０００００（℃・秒）以下では、１４００℃以上の温
度でも粒成長が進行せず、長軸径が２００ｎｍ以下にな
るからである。又、温度は１９００℃を越えると、短時
間焼結であっても粒成長は抑制できないため、１９００
℃以下が望ましい。
【００１６】使用する窒化ケイ素原料粉末については特
に制限はないが、焼結性を出来るだけ改善させる意味か
ら、長軸径が２００ｎｍ以下の結晶粒から構成されてい
る結晶質窒化ケイ素粉末を用いることが望ましい。この
原料粉末としては、ＣＶＤ法等で作製した平均直径：２
００ｎｍ以下の超微細粉末を用いてもよいが、一般に粉
末は微細になるほど凝集し易く、取り扱いが困難にな
る。従って、使用する原料粉末としては、図１に示すよ
うに直径が０．５〜２μｍの範囲で、粉末が助剤と窒化
ケイ素の長軸径：２００ｎｍ以下の結晶粒から構成され
ていることが望ましい。このような粉末を作製する方法
として、粉末を高加速度でミリングさせ合金化させるメ
カニカルアロイング法が望ましい。従来、メカニカルア
ロイングは金属でのみ発生する現象とされていたが、従
来より、高い加速度でミリングすることにより、複数の
セラミックス粒子が微細化されながら融合し、１つの粉
末を構成する現象が見いだされた。
に制限はないが、焼結性を出来るだけ改善させる意味か
ら、長軸径が２００ｎｍ以下の結晶粒から構成されてい
る結晶質窒化ケイ素粉末を用いることが望ましい。この
原料粉末としては、ＣＶＤ法等で作製した平均直径：２
００ｎｍ以下の超微細粉末を用いてもよいが、一般に粉
末は微細になるほど凝集し易く、取り扱いが困難にな
る。従って、使用する原料粉末としては、図１に示すよ
うに直径が０．５〜２μｍの範囲で、粉末が助剤と窒化
ケイ素の長軸径：２００ｎｍ以下の結晶粒から構成され
ていることが望ましい。このような粉末を作製する方法
として、粉末を高加速度でミリングさせ合金化させるメ
カニカルアロイング法が望ましい。従来、メカニカルア
ロイングは金属でのみ発生する現象とされていたが、従
来より、高い加速度でミリングすることにより、複数の
セラミックス粒子が微細化されながら融合し、１つの粉
末を構成する現象が見いだされた。
【００１７】又、窒化ケイ素原料粉末として、非晶質の
窒化ケイ素粉末を用いることも望ましい。非晶質粉末は
結晶化時に、微細な結晶粒に分割されるからである。非
晶質粉末の結晶化時の粒径を細かくする方法としては、
上記方法に加えて、焼結助剤に平均粒径が１００ｎｍ以
下の微細な酸化物を用いることが更に望ましい。その理
由は良く分かってはいないが、非晶質粉末が微細な結晶
粒子に分割される際に、微細な酸化物が結晶核のような
働きをするためだと考えられる。かかる微細な焼結助剤
を添加するには、平均粒径：１００ｎｍ以下の微細な焼
結助剤を非晶質粉末とボールミル等により混合する従来
の方法を用いても良いが、一般に粉末は微細になるほど
凝集しやすく均一な混合が困難になる。従って、金属ア
ルコキシド等を有機溶媒に溶かした溶液を加水分解して
酸化物を合成するゾル・ゲル法を用いることにより、非
晶質粉末と酸化物助剤を均一に混合することが好まし
い。
窒化ケイ素粉末を用いることも望ましい。非晶質粉末は
結晶化時に、微細な結晶粒に分割されるからである。非
晶質粉末の結晶化時の粒径を細かくする方法としては、
上記方法に加えて、焼結助剤に平均粒径が１００ｎｍ以
下の微細な酸化物を用いることが更に望ましい。その理
由は良く分かってはいないが、非晶質粉末が微細な結晶
粒子に分割される際に、微細な酸化物が結晶核のような
働きをするためだと考えられる。かかる微細な焼結助剤
を添加するには、平均粒径：１００ｎｍ以下の微細な焼
結助剤を非晶質粉末とボールミル等により混合する従来
の方法を用いても良いが、一般に粉末は微細になるほど
凝集しやすく均一な混合が困難になる。従って、金属ア
ルコキシド等を有機溶媒に溶かした溶液を加水分解して
酸化物を合成するゾル・ゲル法を用いることにより、非
晶質粉末と酸化物助剤を均一に混合することが好まし
い。
【００１８】又、これらの焼結法には放電プラズマ焼結
法もしくはマイクロ波焼結法を用いることが望ましい。
放電プラズマ焼結法は、焼結中に放電プラズマにより粒
子表面の酸化層が除去され、粒子が活性化されると共に
放電により粒子間に電界拡散が発生し、低温で焼結や結
晶化が行われるためであり、マイクロ波焼結法について
も焼結体の内部から焼結が進行するため低温で焼結や結
晶化が行われるためである。
法もしくはマイクロ波焼結法を用いることが望ましい。
放電プラズマ焼結法は、焼結中に放電プラズマにより粒
子表面の酸化層が除去され、粒子が活性化されると共に
放電により粒子間に電界拡散が発生し、低温で焼結や結
晶化が行われるためであり、マイクロ波焼結法について
も焼結体の内部から焼結が進行するため低温で焼結や結
晶化が行われるためである。
【００１９】
（実施例１）平均粒径０．５μｍの窒化ケイ素粉末に、
焼結助剤を加え、ＺｒＯ 2製ボールミルにて金属ポット
（ＳＵＳ３０４、内径：１００ｍｍφ）の中にＡｒガス
封入し、室温にて遊星ボールミルにより一時間、メカニ
カルアロイングを行った。ミルの自転回転数は５００ｒ
ｐｍ、公転回転数は２００ｒｐｍであった。この粉末
を、透過電子顕微鏡で評価したところ、粉末径は１μ
ｍ、粉末中の窒化ケイ素結晶粒子の平均長軸径は１０ｎ
ｍであった。焼結助剤は、平均粒径が０．２μｍで窒化
ケイ素粉末１００に対する重量％で、Ａｌ2Ｏ 3を２ｗｔ
％、ＭｇＯを１ｗｔ％、及びＹ2Ｏ3を５ｗｔ％とした。
焼結助剤を加え、ＺｒＯ 2製ボールミルにて金属ポット
（ＳＵＳ３０４、内径：１００ｍｍφ）の中にＡｒガス
封入し、室温にて遊星ボールミルにより一時間、メカニ
カルアロイングを行った。ミルの自転回転数は５００ｒ
ｐｍ、公転回転数は２００ｒｐｍであった。この粉末
を、透過電子顕微鏡で評価したところ、粉末径は１μ
ｍ、粉末中の窒化ケイ素結晶粒子の平均長軸径は１０ｎ
ｍであった。焼結助剤は、平均粒径が０．２μｍで窒化
ケイ素粉末１００に対する重量％で、Ａｌ2Ｏ 3を２ｗｔ
％、ＭｇＯを１ｗｔ％、及びＹ2Ｏ3を５ｗｔ％とした。
【００２０】次に、混合粉末をプレス成形し、表１で示
す条件で焼結した。得られた焼結体は、３×４×４０ｍ
ｍ相当の抗折試験片に切り出し、＃８００ダイヤモンド
砥石により切削加工仕上げをした後、ＪＩＳ Ｒ １６０
１に準拠して３点曲げ強度を１５本ずつ確認した。又、
各焼結体の相対密度、破壊靭性値ＫIC、平均長軸径も求
めた。結晶平均粒は焼結体の任意の一断面をラッピング
加工した後８０℃のエッチング液（ＨＦ：ＨＮＯ＝２：
１）により３０分エッチング加工した後、倍率１０万倍
にて走査型電子顕微鏡で観察した。これらの結果を表２
に示す。
す条件で焼結した。得られた焼結体は、３×４×４０ｍ
ｍ相当の抗折試験片に切り出し、＃８００ダイヤモンド
砥石により切削加工仕上げをした後、ＪＩＳ Ｒ １６０
１に準拠して３点曲げ強度を１５本ずつ確認した。又、
各焼結体の相対密度、破壊靭性値ＫIC、平均長軸径も求
めた。結晶平均粒は焼結体の任意の一断面をラッピング
加工した後８０℃のエッチング液（ＨＦ：ＨＮＯ＝２：
１）により３０分エッチング加工した後、倍率１０万倍
にて走査型電子顕微鏡で観察した。これらの結果を表２
に示す。
【００２１】又、比較例として上記粉末を、通常のボー
ルミルによる湿式混合を行ったもの（Ｎｏ．１５，１
６）、及びプラズマ焼結によらずホットプレス焼結（以
下、Ｈ．Ｐ．と略す）を行なった試料（Ｎｏ．４）も製
造し、それぞれ評価を行った。
ルミルによる湿式混合を行ったもの（Ｎｏ．１５，１
６）、及びプラズマ焼結によらずホットプレス焼結（以
下、Ｈ．Ｐ．と略す）を行なった試料（Ｎｏ．４）も製
造し、それぞれ評価を行った。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】上記表２の結果から、本発明における実施
例の試料は、Ｈ．Ｐ．で焼結した従来法の比較例（Ｎ
ｏ．４）、ボールミルで混合した比較例（Ｎｏ．１５，
１６）の各試料と比べて、室温・１１００℃いずれも同
等以上の強度及び破壊靭性値を有することが判る。特に
粒径が５０ｎｍ以下の試料（Ｎｏ．５，６，７，８）は
強度及び破壊靭性が格段に改善されていることが判る。
又、その他の比較例（Ｎｏ．１，２，９，１４）は焼結
温度や時間が適切でないため、強度と破壊靭性が著しく
低下している。１９００℃以上の温度では、粒成長の発
生があり特性は劣化した。
例の試料は、Ｈ．Ｐ．で焼結した従来法の比較例（Ｎ
ｏ．４）、ボールミルで混合した比較例（Ｎｏ．１５，
１６）の各試料と比べて、室温・１１００℃いずれも同
等以上の強度及び破壊靭性値を有することが判る。特に
粒径が５０ｎｍ以下の試料（Ｎｏ．５，６，７，８）は
強度及び破壊靭性が格段に改善されていることが判る。
又、その他の比較例（Ｎｏ．１，２，９，１４）は焼結
温度や時間が適切でないため、強度と破壊靭性が著しく
低下している。１９００℃以上の温度では、粒成長の発
生があり特性は劣化した。
【００２５】次に、メカニカルアロイングの時間を１０
分に短縮して、粉末径：２μｍ、粉末中の平均長軸径：
３００ｎｍの複合粉末を作成し使用したところ、１３０
０℃×５分の焼結条件でも焼結体の平均長軸径も３００
ｎｍで、強度も２００ｋｇ／ｍｍ2 と低かった。
分に短縮して、粉末径：２μｍ、粉末中の平均長軸径：
３００ｎｍの複合粉末を作成し使用したところ、１３０
０℃×５分の焼結条件でも焼結体の平均長軸径も３００
ｎｍで、強度も２００ｋｇ／ｍｍ2 と低かった。
【００２６】（実施例２）平均径：０．５μｍの非晶質
窒化ケイ素粉末に、実施例１と同様の割合で焼結助剤を
加え、ナイロン製ボールミルにて１００時間の湿式混合
を行った。次に、混合粉末をプレス成形し、表３で示す
条件でそれぞれ７分焼結した。実施例１と同様に、得ら
れた焼結体の特性について表４に示す。
窒化ケイ素粉末に、実施例１と同様の割合で焼結助剤を
加え、ナイロン製ボールミルにて１００時間の湿式混合
を行った。次に、混合粉末をプレス成形し、表３で示す
条件でそれぞれ７分焼結した。実施例１と同様に、得ら
れた焼結体の特性について表４に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】
【表４】
【００２９】上記表４の結果から、本発明における実施
例の試料は、Ｈ．Ｐ．で焼結した従来法の比較例（Ｎ
ｏ．２１）より高い強度及び破壊靭性値を有することが
判る。又、その他の比較例（Ｎｏ．１７，１８，２３）
は焼結温度が適切でないため、結晶化が不十分であった
り、強度と破壊靭性が著しく低下している。
例の試料は、Ｈ．Ｐ．で焼結した従来法の比較例（Ｎ
ｏ．２１）より高い強度及び破壊靭性値を有することが
判る。又、その他の比較例（Ｎｏ．１７，１８，２３）
は焼結温度が適切でないため、結晶化が不十分であった
り、強度と破壊靭性が著しく低下している。
【００３０】（実施例３）平均径：０．５μｍの非晶質
窒化ケイ素粉末に対し、イットリュウム、アルミニュウ
ム、マグネシュウムの金属アルコキシドを酸化物換算で
それぞれ５ｗｔ％、２ｗｔ％、１ｗｔ％添加し、エタノ
ールを加え超音波混合を行った。混合溶液に、アンモニ
アと水を加え加水分解し、Ｙ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの
微粒子を合成後、混合溶液を乾燥させ、非晶質粉末と酸
化物の混合粉末を作成した。酸化物の粒径をＴＥＭによ
り評価したところ、Ｙ2Ｏ3：５０ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3：８０
ｎｍ、ＭｇＯ：３０ｎｍであった。
窒化ケイ素粉末に対し、イットリュウム、アルミニュウ
ム、マグネシュウムの金属アルコキシドを酸化物換算で
それぞれ５ｗｔ％、２ｗｔ％、１ｗｔ％添加し、エタノ
ールを加え超音波混合を行った。混合溶液に、アンモニ
アと水を加え加水分解し、Ｙ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯの
微粒子を合成後、混合溶液を乾燥させ、非晶質粉末と酸
化物の混合粉末を作成した。酸化物の粒径をＴＥＭによ
り評価したところ、Ｙ2Ｏ3：５０ｎｍ、Ａｌ2Ｏ3：８０
ｎｍ、ＭｇＯ：３０ｎｍであった。
【００３１】次に、混合粉末をプレス成形し、表５で示
す条件でそれぞれ７分焼結した。実施例１と同様に、得
られた焼結体の特性について表６に示す。
す条件でそれぞれ７分焼結した。実施例１と同様に、得
られた焼結体の特性について表６に示す。
【００３２】
【表５】
【００３３】
【表６】
【００３４】上記表６の結果から、平均粒径が０．２μ
ｍの酸化物助剤を用いた表４の結果に比べて、焼結体粒
径は細かく、強度及び破壊靭性値も向上していることが
判る。又、Ｎｏ．２４，２５は焼結温度が低いため結晶
化しておらず、強度は極めて低い。
ｍの酸化物助剤を用いた表４の結果に比べて、焼結体粒
径は細かく、強度及び破壊靭性値も向上していることが
判る。又、Ｎｏ．２４，２５は焼結温度が低いため結晶
化しておらず、強度は極めて低い。
【００３５】（実施例４）実施例１で作製した粉末を焼
結温度１３００℃焼結時間５分でプラズマ焼結した試料
から試験片を２０本切り出し、粒径、強度、破壊靭性を
評価したところ、平均粒径：２０ｎｍ、平均強度：６５
０ｋｇ／ｍｍ2 、ワイブル係数２５、平均靭性値：２０
ＭＰａ・ｍ1/2 と非常に信頼性の高い結果が得られた。
結温度１３００℃焼結時間５分でプラズマ焼結した試料
から試験片を２０本切り出し、粒径、強度、破壊靭性を
評価したところ、平均粒径：２０ｎｍ、平均強度：６５
０ｋｇ／ｍｍ2 、ワイブル係数２５、平均靭性値：２０
ＭＰａ・ｍ1/2 と非常に信頼性の高い結果が得られた。
【００３６】（実施例５）実施例１で作製した成形体を
マイクロ波焼結法により、表７に示す条件で７分間焼結
した。焼結温度及び焼結時間以外のマイクロ波焼結の条
件は、窒素ガス圧：１気圧、マイクロ波周波数：２０Ｇ
Ｈｚである。又、得られた各焼結体試料について、実施
例１と同様に評価し、結果を表８に示した。
マイクロ波焼結法により、表７に示す条件で７分間焼結
した。焼結温度及び焼結時間以外のマイクロ波焼結の条
件は、窒素ガス圧：１気圧、マイクロ波周波数：２０Ｇ
Ｈｚである。又、得られた各焼結体試料について、実施
例１と同様に評価し、結果を表８に示した。
【００３７】
【表７】
【００３８】
【表８】
【００３９】上記の結果より、焼結温度及び焼結時間が
不適切な、Ｎｏ．３１，３２，３６を除いて非常に優れ
た強度及び破壊靭性を有することが判る。
不適切な、Ｎｏ．３１，３２，３６を除いて非常に優れ
た強度及び破壊靭性を有することが判る。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、強度及び破壊靭性がと
もに優れた窒化ケイ素セラミックスを提供することがで
き、高い信頼性が要求される自動車エンジン部材をはじ
め、耐摩工具等の構造用セラミックス材料として極めて
有用である。
もに優れた窒化ケイ素セラミックスを提供することがで
き、高い信頼性が要求される自動車エンジン部材をはじ
め、耐摩工具等の構造用セラミックス材料として極めて
有用である。
【図１】メカニカルアロイング法で作製した複合粉末の
模式図。
模式図。
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 ３０２ Ｚ
Claims (10)
- 【請求項１】 窒化ケイ素及び／又はサイアロン結晶の
長軸径が２００ｎｍ以下であることを特徴とする窒化ケ
イ素系焼結体。 - 【請求項２】 １２００℃〜１４００℃の温度で焼結す
ることを特徴とする窒化ケイ素系焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 １４００℃〜１９００℃の温度で焼結温
度（℃）と焼結時間（秒）の積を６０００００（℃・
秒）以下で焼結することを特徴とする窒化ケイ素系焼結
体の製造方法。 - 【請求項４】 原料粉末に長軸径が２００ｎｍ以下の結
晶粒から構成される結晶質窒化ケイ素粉末を用いること
を特徴とする請求項２又は３に記載の窒化ケイ素系焼結
体の製造方法。 - 【請求項５】 長軸径が２００ｎｍ以下の結晶粒から構
成される窒化ケイ素粉末をメカニカルアロイング法で作
製することを特徴とする請求項４に記載の窒化ケイ素系
焼結体の製造方法。 - 【請求項６】 原料粉末に非晶質窒化ケイ素粉末を用い
ることを特徴とする請求項２又は３に記載の窒化ケイ素
系焼結体の製造方法。 - 【請求項７】 焼結助剤に粒径が１００ｎｍ以下の酸化
物微粒子を用いることを特徴とする請求項６記載の窒化
ケイ素系焼結体の製造方法。 - 【請求項８】 焼結助剤をゾル−ゲル法で添加すること
を特徴とする請求項７記載の窒化ケイ素系焼結体の製造
方法。 - 【請求項９】 焼結法に放電プラズマ焼結法を用いるこ
とを特徴とする請求項２，３，４，５，６，７又は８に
記載の窒化ケイ素系焼結体の製造方法。 - 【請求項１０】 焼結法にマイクロ波焼結法を用いるこ
とを特徴とする請求項２，３，４，５，６，７又は８に
記載の窒化ケイ素系焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15522394A JP3617076B2 (ja) | 1993-06-30 | 1994-06-13 | 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法 |
| EP19940304801 EP0631997B1 (en) | 1993-06-30 | 1994-06-30 | Silicon nitride based sintered body and method for producing the same |
| DE1994607495 DE69407495T2 (de) | 1993-06-30 | 1994-06-30 | Gesinterter Formkörper auf der Basis von Siliciumnitrid und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US08/269,021 US5622905A (en) | 1993-06-30 | 1994-06-30 | Silicon nitride based sintered body |
| US08/448,189 US5698156A (en) | 1993-06-30 | 1995-05-23 | Method of producing a silicon nitride based sintered body |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18734893 | 1993-06-30 | ||
| JP5-187348 | 1993-06-30 | ||
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0797266A true JPH0797266A (ja) | 1995-04-11 |
| JP3617076B2 JP3617076B2 (ja) | 2005-02-02 |
Family
ID=26483283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15522394A Expired - Fee Related JP3617076B2 (ja) | 1993-06-30 | 1994-06-13 | 窒化ケイ素系焼結体及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0631997B1 (ja) |
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| DE (1) | DE69407495T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0848564A (ja) * | 1994-04-05 | 1996-02-20 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素質焼結体及びその製造方法 |
| JPH08208341A (ja) * | 1995-01-24 | 1996-08-13 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 超塑性窒化ケイ素系焼結体の製造方法 |
| JP2005330178A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-12-02 | Qinghua Univ | 高熱伝導率・高強度窒化ケイ素セラミックス及びその製造方法 |
| JP2012500767A (ja) * | 2008-08-29 | 2012-01-12 | アクティエボラゲット・エスコーエッフ | 大型セラミック部品及び製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH0930867A (ja) * | 1995-05-12 | 1997-02-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素系焼結体の製造方法 |
| JP4277666B2 (ja) * | 2003-12-01 | 2009-06-10 | 宇部興産株式会社 | サイアロン系蛍光体の製造方法およびサイアロン系蛍光体 |
| DE102006059402B4 (de) * | 2006-12-11 | 2011-11-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Werkstoff auf Siliciumnitrid-Basis, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4719187A (en) * | 1985-10-10 | 1988-01-12 | Corning Glass Works | Dense sintered bodies of nitride materials |
| CA2001062A1 (en) * | 1989-10-19 | 1991-04-19 | Prasad Shrikrishna Apte | Method of heat-treating unstable ceramics by microwave heating and susceptors used therefor |
| JPH0672054B2 (ja) * | 1991-03-20 | 1994-09-14 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
| US5223186A (en) * | 1991-04-15 | 1993-06-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Microwave sintering of nanophase ceramics without concomitant grain growth |
| DE4126510C2 (de) * | 1991-08-08 | 1997-02-13 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung von Siliziumnitridsinterkörpern hoher Festigkeit und Zähigkeit |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP15522394A patent/JP3617076B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-30 DE DE1994607495 patent/DE69407495T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-06-30 EP EP19940304801 patent/EP0631997B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0848564A (ja) * | 1994-04-05 | 1996-02-20 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 窒化ケイ素質焼結体及びその製造方法 |
| JPH08208341A (ja) * | 1995-01-24 | 1996-08-13 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 超塑性窒化ケイ素系焼結体の製造方法 |
| JP2005330178A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-12-02 | Qinghua Univ | 高熱伝導率・高強度窒化ケイ素セラミックス及びその製造方法 |
| JP2012500767A (ja) * | 2008-08-29 | 2012-01-12 | アクティエボラゲット・エスコーエッフ | 大型セラミック部品及び製造方法 |
| US8772190B2 (en) | 2008-08-29 | 2014-07-08 | Ab Skf | Large ceramic component and method of manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69407495T2 (de) | 1998-05-14 |
| JP3617076B2 (ja) | 2005-02-02 |
| DE69407495D1 (de) | 1998-02-05 |
| EP0631997A1 (en) | 1995-01-04 |
| EP0631997B1 (en) | 1997-12-29 |
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