JPH08733B2 - 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 - Google Patents
耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法Info
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- JPH08733B2 JPH08733B2 JP2127478A JP12747890A JPH08733B2 JP H08733 B2 JPH08733 B2 JP H08733B2 JP 2127478 A JP2127478 A JP 2127478A JP 12747890 A JP12747890 A JP 12747890A JP H08733 B2 JPH08733 B2 JP H08733B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高温、高強度で耐熱衝撃性に優れる低ヤング
率の窒化珪素焼結体及びその製造方法に関するものであ
る。
率の窒化珪素焼結体及びその製造方法に関するものであ
る。
［従来の技術］ 従来、希土類酸化物を含むIII a系元素の酸化物を添
加した窒化珪素焼結体として、例えば特公昭48−7486号
公報において、窒化珪素（Si3N4）85モル％以上とIII a
系元素の酸化物から選ばれた少なくとも一種15モル％以
下とを混合、成形し非酸化性雰囲気中で焼結する焼結体
の製造方法が、また特公昭49−21091号公報において、S
i3N4が少なくとも50wt％、Y2O3またはLa系元素の酸化物
から選ばれる少なくとも一種50wt％以下、及びAl2O30.0
1〜20wt％からなる窒化珪素焼結体がそれぞれ開示され
ている。
加した窒化珪素焼結体として、例えば特公昭48−7486号
公報において、窒化珪素（Si3N4）85モル％以上とIII a
系元素の酸化物から選ばれた少なくとも一種15モル％以
下とを混合、成形し非酸化性雰囲気中で焼結する焼結体
の製造方法が、また特公昭49−21091号公報において、S
i3N4が少なくとも50wt％、Y2O3またはLa系元素の酸化物
から選ばれる少なくとも一種50wt％以下、及びAl2O30.0
1〜20wt％からなる窒化珪素焼結体がそれぞれ開示され
ている。
しかしながら、単に希土類元素を窒化珪素に添加する
だけでは高温高強度を有する焼結体は得られず、一方、
Al2O3添加では緻密化は促進されるが粒界相は軟化点が
低く高温強度が著しく低下する問題があった。
だけでは高温高強度を有する焼結体は得られず、一方、
Al2O3添加では緻密化は促進されるが粒界相は軟化点が
低く高温強度が著しく低下する問題があった。
この高温強度の問題を解決するため、特開昭63−1000
67号公報においては、所定組成で所定量比の希土類元素
をSi3N4粉末に添加し、焼結体の結晶相を特定して高温
高強度を達成する技術を開示している。
67号公報においては、所定組成で所定量比の希土類元素
をSi3N4粉末に添加し、焼結体の結晶相を特定して高温
高強度を達成する技術を開示している。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、特開昭63−100067号公報に開示された
窒化珪素焼結体は、ある程度高温で高強度を達成できる
がヤング率が300GPaと大きく、耐熱衝撃温度差が1000℃
と小さい問題があった。これは、この窒化珪素焼結体が
微構造的に均質で、窒化珪素固有のヤング率と熱膨張係
数を有するため、耐熱衝撃温度差がその強度に依存して
ほぼ決ってしまうためである。即ち、セラミックスの耐
熱衝撃温度差ΔTc（℃）は次式で評価することできる。
窒化珪素焼結体は、ある程度高温で高強度を達成できる
がヤング率が300GPaと大きく、耐熱衝撃温度差が1000℃
と小さい問題があった。これは、この窒化珪素焼結体が
微構造的に均質で、窒化珪素固有のヤング率と熱膨張係
数を有するため、耐熱衝撃温度差がその強度に依存して
ほぼ決ってしまうためである。即ち、セラミックスの耐
熱衝撃温度差ΔTc（℃）は次式で評価することできる。
ΔTc∝σ／αＥ 〔σ：曲げ強度（Pa）、α：熱膨張係数（1/℃）、E:ヤ
ング率（Pa）〕 本発明の目的は上述した課題を解消して、常温の強度
とほぼ同等の高温高強度を有し、且つ耐熱衝撃性に優れ
る窒化珪素焼結体及びその製造方法を提供しようとする
ものである。
ング率（Pa）〕 本発明の目的は上述した課題を解消して、常温の強度
とほぼ同等の高温高強度を有し、且つ耐熱衝撃性に優れ
る窒化珪素焼結体及びその製造方法を提供しようとする
ものである。
［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明によれば、窒化珪素と６〜21重量％の希
土類元素化合物を含む焼結体であって、該焼結体中に10
μｍ以下の気孔からなる直径が30μｍ以上で100μｍ以
下の気孔集合体を10個/mm2以上含み、且つ耐熱衝撃温度
差が1000℃以上であることを特徴とする耐熱衝撃性窒化
珪素焼結体、が提供される。
土類元素化合物を含む焼結体であって、該焼結体中に10
μｍ以下の気孔からなる直径が30μｍ以上で100μｍ以
下の気孔集合体を10個/mm2以上含み、且つ耐熱衝撃温度
差が1000℃以上であることを特徴とする耐熱衝撃性窒化
珪素焼結体、が提供される。
また、本発明によれば、窒化珪素粉末、６〜21重量％
の希土類酸化物粉末及び0.5〜10重量％の炭化物粉末か
らなる原料を混合し成形して成形体を得た後、成形体を
窒素雰囲気下、1700〜2100℃で３〜６時間焼成し、炭化
物を窒化珪素中の珪素酸化物と反応させて窒化物あるい
は珪化物とし、分解ガスを生成させて得られる焼結体中
に10μｍ以下の気孔を生成し、直径が30μｍ以上100μ
ｍ以下の該気孔の集合体を形成することを特徴とする耐
熱衝撃性窒化珪素焼結体の製造方法、が提供される。
の希土類酸化物粉末及び0.5〜10重量％の炭化物粉末か
らなる原料を混合し成形して成形体を得た後、成形体を
窒素雰囲気下、1700〜2100℃で３〜６時間焼成し、炭化
物を窒化珪素中の珪素酸化物と反応させて窒化物あるい
は珪化物とし、分解ガスを生成させて得られる焼結体中
に10μｍ以下の気孔を生成し、直径が30μｍ以上100μ
ｍ以下の該気孔の集合体を形成することを特徴とする耐
熱衝撃性窒化珪素焼結体の製造方法、が提供される。
なお、本発明においては、得られた焼結体に対して酸
素含有雰囲気下1000〜1500℃の温度で熱処理することに
より、焼結体表面に５〜100μｍの希土類元素の珪酸化
物及び酸化珪素からなる表面層を形成させると、強度が
向上するとともに耐熱衝撃性が更に向上し、好ましい。
素含有雰囲気下1000〜1500℃の温度で熱処理することに
より、焼結体表面に５〜100μｍの希土類元素の珪酸化
物及び酸化珪素からなる表面層を形成させると、強度が
向上するとともに耐熱衝撃性が更に向上し、好ましい。
［作用］ 本発明においては、所定の希土類酸化物を含有する窒
化珪素粉末中に炭化物粉末を添加して、N2雰囲気中で焼
成することにより、焼結体中に10μｍ以下の微細な気孔
からなる、直径が30μｍ以上100μｍ以下の集合体を10
個/mm2以上含む、微細に制御された特徴的な微構造を有
する窒化珪素焼結体が得られ、この窒化珪素焼結体が、
高温においても常温強度とほぼ同等の高温度及び優れた
耐熱衝撃性を達成できることを見出したことに特徴を有
する。
化珪素粉末中に炭化物粉末を添加して、N2雰囲気中で焼
成することにより、焼結体中に10μｍ以下の微細な気孔
からなる、直径が30μｍ以上100μｍ以下の集合体を10
個/mm2以上含む、微細に制御された特徴的な微構造を有
する窒化珪素焼結体が得られ、この窒化珪素焼結体が、
高温においても常温強度とほぼ同等の高温度及び優れた
耐熱衝撃性を達成できることを見出したことに特徴を有
する。
すなわち、窒化珪素原料は酸素を不純物として含み、
酸素はSiO2として存在している。このSiO2と炭化物の窒
素雰囲気中での反応、例えば 2SiC＋SiO2＋2N2→Si3N4＋2CO↑ …（１） WC＋2SiO2→WSi2＋CO↑＋3/2O2↑ …（２） を利用することにより、焼結体中に分解ガスを生成させ
ることができる。本発明では、このように炭化物を窒化
珪素原料に添加し、焼結温度近傍で炭化物を分解させる
ことにより、第１図に示すような、焼結体中に10μｍ以
下の微細な気孔からなる直径が30μｍ以上で100μｍ以
下の集合体を10個/mm2以上含む特徴的な微構造を有する
窒化珪素焼結体を得ることができる。尚、第１図におい
て、１は焼結体、２は微細気孔、３は気孔の集合体を示
している。
酸素はSiO2として存在している。このSiO2と炭化物の窒
素雰囲気中での反応、例えば 2SiC＋SiO2＋2N2→Si3N4＋2CO↑ …（１） WC＋2SiO2→WSi2＋CO↑＋3/2O2↑ …（２） を利用することにより、焼結体中に分解ガスを生成させ
ることができる。本発明では、このように炭化物を窒化
珪素原料に添加し、焼結温度近傍で炭化物を分解させる
ことにより、第１図に示すような、焼結体中に10μｍ以
下の微細な気孔からなる直径が30μｍ以上で100μｍ以
下の集合体を10個/mm2以上含む特徴的な微構造を有する
窒化珪素焼結体を得ることができる。尚、第１図におい
て、１は焼結体、２は微細気孔、３は気孔の集合体を示
している。
このような微細な気孔の集合体を含む窒化珪素焼結体
では、通常の気孔を含む焼結体と異なり、強度が劣化す
ることがない。また、この微細気孔の集合体は、ヤング
率を低減させるに有効であり、高強度・低ヤング率の窒
化珪素焼結体を得ることができる。周知のようにセラミ
ックスの耐熱衝撃性は、耐熱衝撃温度差ΔTc（℃）によ
って評価され、ΔTc値が大なる程耐熱衝撃性に優れる。
例えば、1000℃に加熱した材料を０℃の冷水中に投下し
たときに、クラック等が発生して強度劣化が起こり始め
る場合、耐熱衝撃温度差が1000℃であると云う。一般に
セラミックスではΔTcは ΔTc∝σαＥ …（３） 〔σ：強度（Pa）、α：熱膨張係数（×10-6/℃）、E:
ヤング率（Pa）〕 で示され、（３）式に示す強度、熱膨張係数、ヤング率
に依存する。すなわち、強度が一定ならばヤング率が低
い程ΔTcは大きくなり耐熱衝撃性が向上し、材料として
の有効性が増大する。
では、通常の気孔を含む焼結体と異なり、強度が劣化す
ることがない。また、この微細気孔の集合体は、ヤング
率を低減させるに有効であり、高強度・低ヤング率の窒
化珪素焼結体を得ることができる。周知のようにセラミ
ックスの耐熱衝撃性は、耐熱衝撃温度差ΔTc（℃）によ
って評価され、ΔTc値が大なる程耐熱衝撃性に優れる。
例えば、1000℃に加熱した材料を０℃の冷水中に投下し
たときに、クラック等が発生して強度劣化が起こり始め
る場合、耐熱衝撃温度差が1000℃であると云う。一般に
セラミックスではΔTcは ΔTc∝σαＥ …（３） 〔σ：強度（Pa）、α：熱膨張係数（×10-6/℃）、E:
ヤング率（Pa）〕 で示され、（３）式に示す強度、熱膨張係数、ヤング率
に依存する。すなわち、強度が一定ならばヤング率が低
い程ΔTcは大きくなり耐熱衝撃性が向上し、材料として
の有効性が増大する。
本発明の窒化珪素材料はまさしくこのような特性を有
する材料で、強度劣化なくヤング率を低減できるため、
耐熱衝撃性が著しく向上する。
する材料で、強度劣化なくヤング率を低減できるため、
耐熱衝撃性が著しく向上する。
本発明における窒化珪素原料中の酸素量は１〜３重量
％が望ましい。酸化量は窒化珪素原料を酸化することに
よりコントロールできる。あるいはSiO2粉末を加えても
よい。
％が望ましい。酸化量は窒化珪素原料を酸化することに
よりコントロールできる。あるいはSiO2粉末を加えても
よい。
希土類酸化物の添加量の合計は、６〜21重量％が好ま
しい。添加量の合計が６重量％未満では、緻密化に十分
な液相が得られず、21重量％を超えると緻密化が困難と
なりやすい。またY2O3、Yb2O3以外の希土類酸化物とし
てLu2O3、Tm2O3、Er2O3等も同効成分として使用するこ
とができる。焼結体中の希土類元素量は、調合時と変わ
らない。
しい。添加量の合計が６重量％未満では、緻密化に十分
な液相が得られず、21重量％を超えると緻密化が困難と
なりやすい。またY2O3、Yb2O3以外の希土類酸化物とし
てLu2O3、Tm2O3、Er2O3等も同効成分として使用するこ
とができる。焼結体中の希土類元素量は、調合時と変わ
らない。
炭化物の添加量は、0.5〜10重量％が好ましい。添加
量が0.5重量％未満では十分な気孔集合体形成効果が得
られず、10重量％を超えると炭化物が緻密化を阻害して
しまう場合があるためである。更に好ましくは１〜５重
量％が良い。焼結体中のＣ含有量は調合時の1/2以下に
減少する。なお、炭化物の結晶相で限定されるものでも
なく、例えばSiCではα型、β型あるいは非晶質のうち
何れであっても使用することができる。
量が0.5重量％未満では十分な気孔集合体形成効果が得
られず、10重量％を超えると炭化物が緻密化を阻害して
しまう場合があるためである。更に好ましくは１〜５重
量％が良い。焼結体中のＣ含有量は調合時の1/2以下に
減少する。なお、炭化物の結晶相で限定されるものでも
なく、例えばSiCではα型、β型あるいは非晶質のうち
何れであっても使用することができる。
本発明の窒化珪素焼結体の製造方法では、まず窒化珪
素原料粉末と希土類酸化物及び炭化物の混合物を調製す
る。次に、得られた混合物を所定の形状に成形して成形
体を得る。その後、得られた成形体を焼成温度に応じた
常圧あるいは加圧N2雰囲気中において1700〜2100℃、好
ましくは1900〜2000℃の温度で３〜６時間焼成し、炭化
物と窒化珪素中の珪素酸化物と反応させて窒化物あるい
は珪化物とし、分解ガスを生成せしてめ10μｍ以下の気
孔を生成し、該気孔の30μｍ以上で100μｍ以下の集合
体を形成することにより、本発明の窒化珪素焼結体を得
ることができる。
素原料粉末と希土類酸化物及び炭化物の混合物を調製す
る。次に、得られた混合物を所定の形状に成形して成形
体を得る。その後、得られた成形体を焼成温度に応じた
常圧あるいは加圧N2雰囲気中において1700〜2100℃、好
ましくは1900〜2000℃の温度で３〜６時間焼成し、炭化
物と窒化珪素中の珪素酸化物と反応させて窒化物あるい
は珪化物とし、分解ガスを生成せしてめ10μｍ以下の気
孔を生成し、該気孔の30μｍ以上で100μｍ以下の集合
体を形成することにより、本発明の窒化珪素焼結体を得
ることができる。
また、上記のようにして得られた焼結体に対して、研
削加工等を行なって所定形状を付与するか、あるいは焼
成面そのままの状態で更に酸素含有雰囲気下1000〜1500
℃の温度で熱処理し、焼結体表面に５〜100μｍの希土
類元素の珪化物及び酸化珪素からなる表面層を形成さ
せ、更に耐熱衝撃性が向上した窒化珪素焼結体を得るこ
とができる。
削加工等を行なって所定形状を付与するか、あるいは焼
成面そのままの状態で更に酸素含有雰囲気下1000〜1500
℃の温度で熱処理し、焼結体表面に５〜100μｍの希土
類元素の珪化物及び酸化珪素からなる表面層を形成さ
せ、更に耐熱衝撃性が向上した窒化珪素焼結体を得るこ
とができる。
［実施例］ 以下、本発明を実施例に基いてさらに詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
が、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
（実施例、比較例） 純度97重量％、酸素含有量2.2重量％、平均粒径0.6μ
ｍ、BET比表面積17m2/gの窒化珪素原料粉末と、純度99.
9重量％、平均粒径0.3〜2.5μｍの第１表記載の添加物
と、純度99重量％、平均粒径0.4〜３μｍのSiC,Mo2C,Ti
C,NbC,TaC等の炭化物を第１表記載の割合で調合し、窒
化珪素質磁器製玉石と内容積1.2のナイロン樹脂製容
器を用いて、原料調合物200gに対して玉石1.8kg、水300
mlを加え、振動数1200回／分の振動ミルで３時間粉砕し
た。その後、水を蒸発させ粒径150μｍに造粒し、成形
用粉末とした。次に、7ton/cm2の圧力で静水圧プレス
し、50×40×6mmの成形体を作製し、第１表記載の焼成
条件で焼成し、本発明の窒化珪素焼結体No.1〜13を得
た。なお、No.8〜10については得られた焼結体に対して
更に熱処理を施した。
ｍ、BET比表面積17m2/gの窒化珪素原料粉末と、純度99.
9重量％、平均粒径0.3〜2.5μｍの第１表記載の添加物
と、純度99重量％、平均粒径0.4〜３μｍのSiC,Mo2C,Ti
C,NbC,TaC等の炭化物を第１表記載の割合で調合し、窒
化珪素質磁器製玉石と内容積1.2のナイロン樹脂製容
器を用いて、原料調合物200gに対して玉石1.8kg、水300
mlを加え、振動数1200回／分の振動ミルで３時間粉砕し
た。その後、水を蒸発させ粒径150μｍに造粒し、成形
用粉末とした。次に、7ton/cm2の圧力で静水圧プレス
し、50×40×6mmの成形体を作製し、第１表記載の焼成
条件で焼成し、本発明の窒化珪素焼結体No.1〜13を得
た。なお、No.8〜10については得られた焼結体に対して
更に熱処理を施した。
また、同じ原料を用いて、第２表記載の添加物及びそ
の調合割合で調合し、同じく粉砕、造粒、成形し、その
後第２表記載の焼成条件で焼成して、比較例No.1〜６の
焼成体を得た。
の調合割合で調合し、同じく粉砕、造粒、成形し、その
後第２表記載の焼成条件で焼成して、比較例No.1〜６の
焼成体を得た。
これらの焼結体の嵩密度、粒界相の結晶相、室温、10
00℃及び1400℃における四点曲げ強度、ヤング率（室
温）、及び耐熱衝撃温度差を測定した。結果を第１表〜
第２表に示す。第１表〜第２表において、焼結体の嵩密
度はアルキメデス法により測定した。尚、表中には、理
論密度に対する値として記載した。ただし、理論密度
は、調合粉末組成と調合物の密度より計算した。調合物
の密度は、Si3N4:3.2g/cm3,Y2O3:5.0g/cm3,Yb2O3:9.2g/
cm3,Tm2O3:8.8g/cm3,Lu2O3:9.4g/cm3,Er2O3:8.6g/cm3,S
iC:3.2g/cm3,Mo2C:8.9g/cm3,TiC:4.9g/cm3,TaC:14.7g/c
m3,NbC:7.8g/cm3を用いた。四点曲げ強度は、JIS R−16
01「ファイセラミックスの曲げ強さ試験法」に従って測
定した。粒界結晶相は、CuK α線によるＸ線回折の結果
から求めたものであり、第１表および第２表中、Ｊはカ
スピディン構造の結晶でJCPDSカード32−1451で代表さ
れるSi3N4・4Y2O3・SiO2と同じ型の回折線をもち、Ｙの
結晶学的位置は他の希土類元素で置換できる。Ｈはアパ
タイト構造の結晶でJCPDSカード30−1462に代表されるS
i3N4・10Y2O3・9SiO2と同じ型の回折線をもち、Ｙの結
晶学的位置は他の希土類元素で置換できる。Ｋは珪灰石
構造の結晶でJCPDSカード31−1462で代表される2Y2O3・
SiO2・Si3N4と同じ回折線をもち、Ｙの結晶学的位置は
希土類元素で置換できる。ＬはRe2SiO5（Re:希土類元
素）で表わされる結晶でJCPDSカード21−1456,21−145
8,21−1461,22−992,36−1476のいずれかと同じ型の回
折線をもつ。ＳはRe2SiO7（Re:希土類元素）で表わされ
る結晶でJCPDSカード20−1416,21−1457,21−1459,21−
1460,22−994,22−1103のいずれかと同じ型の回折線を
もつ。ＣはSiO2（クリストバライト）結晶で、JCPDSカ
ード11−695,27−605で代表される回折線を持つ。結晶
相の量は各回折線における最強ピークの高さにより決定
した。
00℃及び1400℃における四点曲げ強度、ヤング率（室
温）、及び耐熱衝撃温度差を測定した。結果を第１表〜
第２表に示す。第１表〜第２表において、焼結体の嵩密
度はアルキメデス法により測定した。尚、表中には、理
論密度に対する値として記載した。ただし、理論密度
は、調合粉末組成と調合物の密度より計算した。調合物
の密度は、Si3N4:3.2g/cm3,Y2O3:5.0g/cm3,Yb2O3:9.2g/
cm3,Tm2O3:8.8g/cm3,Lu2O3:9.4g/cm3,Er2O3:8.6g/cm3,S
iC:3.2g/cm3,Mo2C:8.9g/cm3,TiC:4.9g/cm3,TaC:14.7g/c
m3,NbC:7.8g/cm3を用いた。四点曲げ強度は、JIS R−16
01「ファイセラミックスの曲げ強さ試験法」に従って測
定した。粒界結晶相は、CuK α線によるＸ線回折の結果
から求めたものであり、第１表および第２表中、Ｊはカ
スピディン構造の結晶でJCPDSカード32−1451で代表さ
れるSi3N4・4Y2O3・SiO2と同じ型の回折線をもち、Ｙの
結晶学的位置は他の希土類元素で置換できる。Ｈはアパ
タイト構造の結晶でJCPDSカード30−1462に代表されるS
i3N4・10Y2O3・9SiO2と同じ型の回折線をもち、Ｙの結
晶学的位置は他の希土類元素で置換できる。Ｋは珪灰石
構造の結晶でJCPDSカード31−1462で代表される2Y2O3・
SiO2・Si3N4と同じ回折線をもち、Ｙの結晶学的位置は
希土類元素で置換できる。ＬはRe2SiO5（Re:希土類元
素）で表わされる結晶でJCPDSカード21−1456,21−145
8,21−1461,22−992,36−1476のいずれかと同じ型の回
折線をもつ。ＳはRe2SiO7（Re:希土類元素）で表わされ
る結晶でJCPDSカード20−1416,21−1457,21−1459,21−
1460,22−994,22−1103のいずれかと同じ型の回折線を
もつ。ＣはSiO2（クリストバライト）結晶で、JCPDSカ
ード11−695,27−605で代表される回折線を持つ。結晶
相の量は各回折線における最強ピークの高さにより決定
した。
また、ヤング率（室温）は10mmφ×20mm（長さ）の円
柱状試料を用いたパルスエコーオーバーラップ法によ
り、また耐熱衝撃温度差は、所定温度に加熱した抗折試
験片を水中に投下、急冷後に室温強度の低下を確認する
水中急冷法により測定した。
柱状試料を用いたパルスエコーオーバーラップ法によ
り、また耐熱衝撃温度差は、所定温度に加熱した抗折試
験片を水中に投下、急冷後に室温強度の低下を確認する
水中急冷法により測定した。
平均気孔径と気孔集合体径は焼結体をラップ研磨して
鏡面とし、光学顕微鏡で観察して画像解析することによ
り測定した。また、気孔集合体密度は同様に研削加工し
た焼結体を大気中で酸化処理した後、単位面積当たりの
気孔集合体数を計測して求めた。酸化処理することによ
り、気孔集合体を容易に計測することが可能となる。但
し大きさは実際の径より大きく見える。
鏡面とし、光学顕微鏡で観察して画像解析することによ
り測定した。また、気孔集合体密度は同様に研削加工し
た焼結体を大気中で酸化処理した後、単位面積当たりの
気孔集合体数を計測して求めた。酸化処理することによ
り、気孔集合体を容易に計測することが可能となる。但
し大きさは実際の径より大きく見える。
また、第２図は本発明の窒化珪素焼結体No.1の研磨面
の酸化後の光学顕微鏡写真であり、写真において白色の
斑点は気孔の集合体である。
の酸化後の光学顕微鏡写真であり、写真において白色の
斑点は気孔の集合体である。
一方、第３図は比較例No.1の研磨面の酸化後の光学顕
微鏡写真であり、30μｍ以上の白色斑点は認められな
い。
微鏡写真であり、30μｍ以上の白色斑点は認められな
い。
第４図は比較例No.3の研磨面の酸化後の光学顕微鏡写
真であり、異常に成長した気孔集合体が認められる。
真であり、異常に成長した気孔集合体が認められる。
第１表〜第２表より明らかなように、希土類酸化物を
焼結助剤に用い、かつ炭化物を添加した本発明の実施例
No.1〜13は相対密度が95％以上と高く、ヤング率が270G
Pa以下で、耐熱衝撃温度差も1000℃以上と優れている。
これに対して、炭化物の添加量が0.5重量未満の比較例N
o.1,2では気孔集合体径が30μｍ未満であるためヤング
率が300GPaと高く、強度は同等であるものの、耐熱衝撃
温度差が1000℃未満と低値を示す。
焼結助剤に用い、かつ炭化物を添加した本発明の実施例
No.1〜13は相対密度が95％以上と高く、ヤング率が270G
Pa以下で、耐熱衝撃温度差も1000℃以上と優れている。
これに対して、炭化物の添加量が0.5重量未満の比較例N
o.1,2では気孔集合体径が30μｍ未満であるためヤング
率が300GPaと高く、強度は同等であるものの、耐熱衝撃
温度差が1000℃未満と低値を示す。
また、焼結体中の平均気孔径が10μｍを超えた比較例
５及び気孔集合体の径が100μｍを超えた比較例３では
強度が劣化するため、ヤング率は低いものの耐熱衝撃温
度差が低値を示す。
５及び気孔集合体の径が100μｍを超えた比較例３では
強度が劣化するため、ヤング率は低いものの耐熱衝撃温
度差が低値を示す。
さらに、実施例No.8〜10から分るように、大気中1000
〜1500℃で熱処理することにより、表面に希土類元素の
珪酸化物及び酸化珪素からなる表面層が形成され、その
ような焼結体は強度が向上してさらに耐熱衝撃性が優れ
た材料となる。
〜1500℃で熱処理することにより、表面に希土類元素の
珪酸化物及び酸化珪素からなる表面層が形成され、その
ような焼結体は強度が向上してさらに耐熱衝撃性が優れ
た材料となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の窒化珪素焼結体及びそ
の製造方法によれば、所定の希土類酸化物を含有する窒
化珪素粉末中に炭化物を添加してN2雰囲気中で所定条件
で焼成し、炭化物を窒化珪素粉末中に含まれる珪素酸化
物と反応させて窒化物あるいは珪化物とし分解ガスを生
成させることにより、焼結体中に10μｍ以下の気孔から
なる直径が30μｍ以上で100μｍ以下の気孔集合体を10
個/mm2以上含む、耐熱衝撃温度差が1000℃以上の耐熱衝
撃性に優れた窒化珪素焼結体を得ることができる。
の製造方法によれば、所定の希土類酸化物を含有する窒
化珪素粉末中に炭化物を添加してN2雰囲気中で所定条件
で焼成し、炭化物を窒化珪素粉末中に含まれる珪素酸化
物と反応させて窒化物あるいは珪化物とし分解ガスを生
成させることにより、焼結体中に10μｍ以下の気孔から
なる直径が30μｍ以上で100μｍ以下の気孔集合体を10
個/mm2以上含む、耐熱衝撃温度差が1000℃以上の耐熱衝
撃性に優れた窒化珪素焼結体を得ることができる。
第１図は本発明に係る窒化珪素焼結体の微構造を示す模
式図、第２図は本発明に係る窒化珪素焼結体No.1の研磨
面酸化後の光学顕微鏡写真、第３図は比較例No.1の研磨
面酸化後の光学顕微鏡写真、第４図は比較例No.3の研磨
面酸化後の光学顕微鏡写真である。なお、第２図〜第４
図はそれぞれ窒化珪素焼結体の結晶の構造を示すもので
ある。
式図、第２図は本発明に係る窒化珪素焼結体No.1の研磨
面酸化後の光学顕微鏡写真、第３図は比較例No.1の研磨
面酸化後の光学顕微鏡写真、第４図は比較例No.3の研磨
面酸化後の光学顕微鏡写真である。なお、第２図〜第４
図はそれぞれ窒化珪素焼結体の結晶の構造を示すもので
ある。
Claims (4)
- 【請求項１】窒化珪素と６〜21重量％の希土類元素化合
物を含む焼結体であって、該焼結体中に10μｍ以下の気
孔からなる直径が30μｍ以上100μｍ以下の気孔集合体
を10個/mm2以上含み、且つ耐熱衝撃温度差が1000℃以上
であることを特徴とする耐熱衝撃性窒化珪素焼結体。 - 【請求項２】５〜100μｍの希土類元素の珪酸化物及び
酸化珪素からなる表面層を有する請求項１記載の耐熱衝
撃性窒化珪素焼結体。 - 【請求項３】窒化珪素粉末、６〜21重量％の希土類酸化
物粉末及び0.5〜10重量％の炭化物粉末からなる原料を
混合し成形して成形体を得た後、成形体を窒素雰囲気
下、1700〜2100℃で３〜６時間焼成して炭化物を分解せ
しめ、得られる焼結体中に10μｍ以下の気孔を生成する
とともに直径30μｍ以上100μｍ以下の該気孔の集合体
を形成することを特徴とする耐熱衝撃性窒化珪素焼結体
の製造方法。 - 【請求項４】酸素含有雰囲気下1000〜1500℃の温度で熱
処理することにより、５〜100μｍの希土類元素の珪酸
化物及び酸化珪素からなる表面層を有する耐熱衝撃性窒
化珪素焼結体を得る請求項３記載の耐熱衝撃性窒化珪素
焼結体の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127478A JPH08733B2 (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| US07/699,591 US5118644A (en) | 1990-05-17 | 1991-05-14 | Thermal shock-resistant silicon nitride sintered material |
| DE69122167T DE69122167T2 (de) | 1990-05-17 | 1991-05-17 | Temperaturwechselbeständiges Sintermaterial aus Siliciumnitrid und Verfahren zu seiner Herstellung |
| EP91304484A EP0457618B1 (en) | 1990-05-17 | 1991-05-17 | Thermal shock-resistant silicon nitride sintered material and process for producing the same |
| US07/787,955 US5229046A (en) | 1990-05-17 | 1991-11-05 | Process for producing thermal shock-resistant silicon nitride sintered material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2127478A JPH08733B2 (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426553A JPH0426553A (ja) | 1992-01-29 |
| JPH08733B2 true JPH08733B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=14960934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2127478A Expired - Lifetime JPH08733B2 (ja) | 1990-05-17 | 1990-05-17 | 耐熱衝撃性窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5118644A (ja) |
| EP (1) | EP0457618B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08733B2 (ja) |
| DE (1) | DE69122167T2 (ja) |
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| JP3042402B2 (ja) * | 1996-04-26 | 2000-05-15 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素系セラミックス摺動材料及びその製造方法 |
| JPH1059773A (ja) * | 1996-08-20 | 1998-03-03 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| GB2355005B (en) * | 1999-10-04 | 2004-03-24 | Caterpillar Inc | Rare earth silicate coating on a silicon-based ceramic component by controlled oxidation for improved corrosion resistance |
| JP2001247382A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-11 | Ibiden Co Ltd | セラミック基板 |
| JP4070417B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2008-04-02 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素質部材及びその製造方法並びに切削工具 |
| JP5928896B2 (ja) * | 2012-10-04 | 2016-06-01 | 日立金属株式会社 | 窒化珪素焼結体およびそれを用いた窒化珪素基板並びにその製造方法 |
| JP6037218B2 (ja) * | 2012-10-05 | 2016-12-07 | 日立金属株式会社 | 窒化珪素質焼結体およびそれを用いた摺動部材 |
| EP3257927A1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-20 | The Procter & Gamble Company | Liquid laundry detergent composition |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4921091A (ja) * | 1972-06-16 | 1974-02-25 | ||
| JPS5852950A (ja) * | 1981-09-24 | 1983-03-29 | 小型ガス冷房技術研究組合 | 原動機駆動熱ポンプ |
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| JPS59199578A (ja) * | 1983-04-22 | 1984-11-12 | 住友電気工業株式会社 | 窒化ケイ素焼結体 |
| JPS59224306A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-12-17 | 日本碍子株式会社 | セラミツク部品の製造法 |
| JPS63100067A (ja) * | 1986-06-12 | 1988-05-02 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体およびその製造法 |
| EP0397464B1 (en) * | 1989-05-10 | 1993-11-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Silicon nitride sintered bodies and method of manufacturing the same |
-
1990
- 1990-05-17 JP JP2127478A patent/JPH08733B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-05-14 US US07/699,591 patent/US5118644A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-17 DE DE69122167T patent/DE69122167T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-17 EP EP91304484A patent/EP0457618B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0457618A2 (en) | 1991-11-21 |
| EP0457618A3 (en) | 1993-04-14 |
| EP0457618B1 (en) | 1996-09-18 |
| US5118644A (en) | 1992-06-02 |
| JPH0426553A (ja) | 1992-01-29 |
| DE69122167T2 (de) | 1997-02-20 |
| DE69122167D1 (de) | 1996-10-24 |
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