JPH09235164A - 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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- JPH09235164A JPH09235164A JP8044691A JP4469196A JPH09235164A JP H09235164 A JPH09235164 A JP H09235164A JP 8044691 A JP8044691 A JP 8044691A JP 4469196 A JP4469196 A JP 4469196A JP H09235164 A JPH09235164 A JP H09235164A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 １２５０℃以上の高温における強度に優れた
窒化珪素焼結体の製造方法を提供する。 【解決手段】 窒素雰囲気で行う一次焼結及び二次焼結
の条件を、一次焼結の温度を粒界相が結晶化する温度よ
りも１００℃以内で高い温度とし、一次焼結の時間をβ
型窒化珪素の緻密化に伴う収縮開始から６時間以内と
し、一次焼結の圧力を0.1kgf/cm2〜3.0kgf/cm2とし、二
次焼結の温度を粒界相が結晶化する温度以上で一次焼結
の温度以下とし、二次焼結の圧力を100kgf/cm2〜2000kg
f/cm2とする。
窒化珪素焼結体の製造方法を提供する。 【解決手段】 窒素雰囲気で行う一次焼結及び二次焼結
の条件を、一次焼結の温度を粒界相が結晶化する温度よ
りも１００℃以内で高い温度とし、一次焼結の時間をβ
型窒化珪素の緻密化に伴う収縮開始から６時間以内と
し、一次焼結の圧力を0.1kgf/cm2〜3.0kgf/cm2とし、二
次焼結の温度を粒界相が結晶化する温度以上で一次焼結
の温度以下とし、二次焼結の圧力を100kgf/cm2〜2000kg
f/cm2とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温環境での耐熱性
に優れた窒化珪素焼結体の製造方法に関する。詳しく
は、窒化珪素粉末に焼結助剤として３ａ族元素の酸化物
を添加した材料を所定の条件下で焼結させることで、従
来以上の高温強度を発揮する窒化珪素焼結体の製造方法
に関する。
に優れた窒化珪素焼結体の製造方法に関する。詳しく
は、窒化珪素粉末に焼結助剤として３ａ族元素の酸化物
を添加した材料を所定の条件下で焼結させることで、従
来以上の高温強度を発揮する窒化珪素焼結体の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素焼結体は高温強度、靱性に優れ
ている。そのため、ガスタービンのタービンローター、
ノズル、ダクト、燃焼室等のように高温、高圧に曝され
る環境で使用される構造部材に応用する研究が数多く行
なわれて来た。例えば、ガスタービンの燃焼効率は、タ
ービンの入り口温度の上昇と共に向上するので、従来用
いられてきたインコネル等の耐熱合金よりも、高い高温
強度を有し、セラミックス材料の中では高い靱性を示す
窒化珪素焼結体について、高温強度の向上を狙った研究
が盛んである。
ている。そのため、ガスタービンのタービンローター、
ノズル、ダクト、燃焼室等のように高温、高圧に曝され
る環境で使用される構造部材に応用する研究が数多く行
なわれて来た。例えば、ガスタービンの燃焼効率は、タ
ービンの入り口温度の上昇と共に向上するので、従来用
いられてきたインコネル等の耐熱合金よりも、高い高温
強度を有し、セラミックス材料の中では高い靱性を示す
窒化珪素焼結体について、高温強度の向上を狙った研究
が盛んである。
【０００３】このように、もともと窒化珪素焼結体は高
温強度に優れているのであるが、更に高温強度を向上さ
せるための提案がなされている。具体的には、特開昭６
３−１０００６７号公報、特開昭６３−２０６３５８号
公報、特開平６−２３４５７１号公報、特開平６−２８
７０６６号公報及び特開平６−３０５８３８号公報が挙
げられる。
温強度に優れているのであるが、更に高温強度を向上さ
せるための提案がなされている。具体的には、特開昭６
３−１０００６７号公報、特開昭６３−２０６３５８号
公報、特開平６−２３４５７１号公報、特開平６−２８
７０６６号公報及び特開平６−３０５８３８号公報が挙
げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−１０００
６７号公報には、窒化珪素にＹ2Ｏ3等の希土類酸化物を
添加した原料粉末を、１０気圧のＮ2雰囲気下、１９０
０℃で２時間焼成した後、更に１４００℃で６時間処理
することで、窒化珪素粒界相を結晶化せしめる技術が開
示されている。しかしながら、この様な方法では、焼結
温度が高いために粒界相を結晶化するには、温度を下げ
てから保持するような余分な結晶化処理が必要となる。
６７号公報には、窒化珪素にＹ2Ｏ3等の希土類酸化物を
添加した原料粉末を、１０気圧のＮ2雰囲気下、１９０
０℃で２時間焼成した後、更に１４００℃で６時間処理
することで、窒化珪素粒界相を結晶化せしめる技術が開
示されている。しかしながら、この様な方法では、焼結
温度が高いために粒界相を結晶化するには、温度を下げ
てから保持するような余分な結晶化処理が必要となる。
【０００５】特開昭６３−２０６３５８号公報には、窒
化珪素粉末をホットプレスするに当り、窒化珪素粉末成
形体の収縮開始温度とこれよりも高温の収縮完了温度と
の間でプレスによる加圧量を増大させる方法が開示され
ている。しかしながら、この方法による場合には、焼結
温度が後半において高くなるように設定しているため、
異常粒成長が生じやすい。
化珪素粉末をホットプレスするに当り、窒化珪素粉末成
形体の収縮開始温度とこれよりも高温の収縮完了温度と
の間でプレスによる加圧量を増大させる方法が開示され
ている。しかしながら、この方法による場合には、焼結
温度が後半において高くなるように設定しているため、
異常粒成長が生じやすい。
【０００６】特開平６−２３４５７１号公報には、１５
００〜１９５０℃の温度でガラスシールＨＩＰ法にて焼
結し、この後１０００〜１６００℃の非酸化性雰囲気で
熱処理することで粒界相を結晶化せしめることが開示さ
れている。しかしながら、この方法による場合には、先
ずガラスシールＨＩＰ法自体、工程的に複雑であり、ま
た雰囲気圧力についての考慮がなされていないので、ポ
アが生じやすい。
００〜１９５０℃の温度でガラスシールＨＩＰ法にて焼
結し、この後１０００〜１６００℃の非酸化性雰囲気で
熱処理することで粒界相を結晶化せしめることが開示さ
れている。しかしながら、この方法による場合には、先
ずガラスシールＨＩＰ法自体、工程的に複雑であり、ま
た雰囲気圧力についての考慮がなされていないので、ポ
アが生じやすい。
【０００７】特開平６−２８７０６６号公報には、窒化
珪素、３ａ族元素酸化物及び過剰酸素を含む原料を焼成
する温度を、１６００〜１９５０℃載範囲内で３ａ族元
素酸化物と窒化珪素との共晶温度よりも高い温度とし、
また焼結雰囲気圧力を１０気圧以下とすることで、窒化
珪素結晶の粒界相を結晶化せしめることが開示されてい
る。しかしながら、この方法による場合には、焼結時間
についての考慮がなく、また単に雰囲気圧力を１０気圧
以下にしただけでは窒化珪素が分解したり、ポアの発生
を防ぐことができない。
珪素、３ａ族元素酸化物及び過剰酸素を含む原料を焼成
する温度を、１６００〜１９５０℃載範囲内で３ａ族元
素酸化物と窒化珪素との共晶温度よりも高い温度とし、
また焼結雰囲気圧力を１０気圧以下とすることで、窒化
珪素結晶の粒界相を結晶化せしめることが開示されてい
る。しかしながら、この方法による場合には、焼結時間
についての考慮がなく、また単に雰囲気圧力を１０気圧
以下にしただけでは窒化珪素が分解したり、ポアの発生
を防ぐことができない。
【０００８】特開平６−３０５８３８号公報には、全圧
力が０．１〜２気圧の窒素雰囲気、１５００〜１７００
℃で開気孔が消滅するまで焼成し、この後、窒素雰囲気
圧力及び焼成温度を高めて焼成する方法が開示されてい
る。しかしながら、この方法による場合には、Ａl2Ｏ3
やＭgＯ等の低融点の焼結助剤を含まない系には適当で
はなく、異常粒成長も生じやすい。
力が０．１〜２気圧の窒素雰囲気、１５００〜１７００
℃で開気孔が消滅するまで焼成し、この後、窒素雰囲気
圧力及び焼成温度を高めて焼成する方法が開示されてい
る。しかしながら、この方法による場合には、Ａl2Ｏ3
やＭgＯ等の低融点の焼結助剤を含まない系には適当で
はなく、異常粒成長も生じやすい。
【０００９】更に、２段焼結を行うことを開示したいず
れの先行例においても、一次焼結の温度、時間及び雰囲
気圧力を如何にして決定するかについての示唆がない。
れの先行例においても、一次焼結の温度、時間及び雰囲
気圧力を如何にして決定するかについての示唆がない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、窒化珪素粉末を主成分としこれに焼結助剤を混
合した原料を成形した後、窒素雰囲気で一次焼結及び二
次焼結を施すようにした窒化珪素焼結体の製造方法にお
いて、一次焼結の温度を粒界相が結晶化する温度よりも
１００℃以内で高い温度とし、一次焼結の時間をβ型窒
化珪素の緻密化に伴う収縮開始から６時間以内とし、一
次焼結の圧力を0.1kgf/cm2〜3.0kgf/cm2とし、二次焼結
の温度を粒界相が結晶化する温度以上で一次焼結の温度
以下とし、更に二次焼結の圧力を100kgf/cm2〜2000kgf/
cm2とした。
発明は、窒化珪素粉末を主成分としこれに焼結助剤を混
合した原料を成形した後、窒素雰囲気で一次焼結及び二
次焼結を施すようにした窒化珪素焼結体の製造方法にお
いて、一次焼結の温度を粒界相が結晶化する温度よりも
１００℃以内で高い温度とし、一次焼結の時間をβ型窒
化珪素の緻密化に伴う収縮開始から６時間以内とし、一
次焼結の圧力を0.1kgf/cm2〜3.0kgf/cm2とし、二次焼結
の温度を粒界相が結晶化する温度以上で一次焼結の温度
以下とし、更に二次焼結の圧力を100kgf/cm2〜2000kgf/
cm2とした。
【００１１】一次焼結の温度を粒界相が結晶化する温度
よりも１００℃以内で高い温度とすることで、粒界相を
確実に結晶化せしめることができ、好ましくは粒界相が
結晶化する温度よりも５０℃以内で高い温度で一次焼結
する。
よりも１００℃以内で高い温度とすることで、粒界相を
確実に結晶化せしめることができ、好ましくは粒界相が
結晶化する温度よりも５０℃以内で高い温度で一次焼結
する。
【００１２】一次焼結の時間をβ型窒化珪素の緻密化に
伴う収縮開始から６時間以内とするのは、以下の理由に
よる。即ち、図１は結晶化温度で焼結した場合の時間と
収縮率との関係を示すグラフであり、図中Ａ−Ｂ間は低
温で安定なα型窒化珪素の再配列（溶けた助剤が窒化珪
素粒子間に侵入することによって起こる）に伴う収縮過
程を示し、Ｂ−Ｃ間はα型窒化珪素から高温での安定性
に優れたβ型窒化珪素への相転移過程を示し、Ｃ以降は
β型窒化珪素の緻密化に伴う粒成長の過程を示してい
る。このグラフから分るように、Ｃ点に至る以前に一次
焼結を終了すると、α型窒化珪素が焼結体中に混在し高
温での特性に影響を及ぼす。またＣ点を超えて長時間焼
結すると、異常粒成長を生じて欠陥となる。したがっ
て、一次焼結の時間は、Ｃ点即ちβ型窒化珪素の緻密化
に伴う収縮開始で終了するか、長くても収縮開始（Ｃ
点）から６時間以内とする。
伴う収縮開始から６時間以内とするのは、以下の理由に
よる。即ち、図１は結晶化温度で焼結した場合の時間と
収縮率との関係を示すグラフであり、図中Ａ−Ｂ間は低
温で安定なα型窒化珪素の再配列（溶けた助剤が窒化珪
素粒子間に侵入することによって起こる）に伴う収縮過
程を示し、Ｂ−Ｃ間はα型窒化珪素から高温での安定性
に優れたβ型窒化珪素への相転移過程を示し、Ｃ以降は
β型窒化珪素の緻密化に伴う粒成長の過程を示してい
る。このグラフから分るように、Ｃ点に至る以前に一次
焼結を終了すると、α型窒化珪素が焼結体中に混在し高
温での特性に影響を及ぼす。またＣ点を超えて長時間焼
結すると、異常粒成長を生じて欠陥となる。したがっ
て、一次焼結の時間は、Ｃ点即ちβ型窒化珪素の緻密化
に伴う収縮開始で終了するか、長くても収縮開始（Ｃ
点）から６時間以内とする。
【００１３】また、一次焼結の圧力を0.1kgf/cm2〜3.0k
gf/cm2とするのは、0.1kgf/cm2未満では緻密化せずに分
解してしまい、3.0kgf/cm2を超えると、部分的に再配列
が生じポア等の欠陥を生じやすいことによる。そして、
好ましくは当該圧力は0.5kgf/cm2〜2.0kgf/cm2とする。
gf/cm2とするのは、0.1kgf/cm2未満では緻密化せずに分
解してしまい、3.0kgf/cm2を超えると、部分的に再配列
が生じポア等の欠陥を生じやすいことによる。そして、
好ましくは当該圧力は0.5kgf/cm2〜2.0kgf/cm2とする。
【００１４】また、二次焼結の温度を粒界相の結晶化温
度以上で一次焼結の温度以下とするのは、結晶化温度以
上とすることで結晶化を促進し、また一次焼結の温度以
下とすることで、異常粒成長を抑制するためである。
度以上で一次焼結の温度以下とするのは、結晶化温度以
上とすることで結晶化を促進し、また一次焼結の温度以
下とすることで、異常粒成長を抑制するためである。
【００１５】更に、二次焼結（ＨＩＰ）の圧力を100kgf
/cm2〜2000kgf/cm2とするのは、100kgf/cm2未満では緻
密化が十分に進行せず、また2000kgf/cm2を超えると窒
素の余分な固溶を招き、特性に影響を及ぼすことによ
る。好ましい範囲としては200kgf/cm2〜1000kgf/cm2で
ある。
/cm2〜2000kgf/cm2とするのは、100kgf/cm2未満では緻
密化が十分に進行せず、また2000kgf/cm2を超えると窒
素の余分な固溶を招き、特性に影響を及ぼすことによ
る。好ましい範囲としては200kgf/cm2〜1000kgf/cm2で
ある。
【００１６】ところで、一次焼結の温度の基準となる粒
界相の結晶化温度は、添加する焼結助剤の種類および添
加量によって左右される。そこで、実際に焼結する原料
から複数の成形体を作製し、これら成形体を異なる温度
で焼結し、粒界相の結晶性が最も高くなる温度を結晶化
温度とし、この結晶化温度から一次焼結の温度を決定
し、また前記一次焼結の時間の基準となるβ型窒化珪素
の緻密化に伴う収縮開始点は、前記によって決定した一
次焼結の温度で加熱したときの経過時間と収縮率との関
係から決定する。
界相の結晶化温度は、添加する焼結助剤の種類および添
加量によって左右される。そこで、実際に焼結する原料
から複数の成形体を作製し、これら成形体を異なる温度
で焼結し、粒界相の結晶性が最も高くなる温度を結晶化
温度とし、この結晶化温度から一次焼結の温度を決定
し、また前記一次焼結の時間の基準となるβ型窒化珪素
の緻密化に伴う収縮開始点は、前記によって決定した一
次焼結の温度で加熱したときの経過時間と収縮率との関
係から決定する。
【００１７】また、焼結助剤としてはＹ2Ｏ3、Ｙb
2Ｏ3、Ｌu2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも一種か、Ｙ2
Ｏ3、Ｙb2Ｏ3、Ｌu2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも一
種とＳiＯ2とし、また添加割合は３wt%〜２０wt%とす
る。添加割合を３wt%〜２０wt%とするのは、３wt%未満
とすると、焼結性が悪くなって緻密な焼結体が得られ
ず、２０wt%を超えると、粒界が占める部分が大きくな
り高温特性が劣化する。したがって、好ましくは５wt%
〜１５wt%とする。
2Ｏ3、Ｌu2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも一種か、Ｙ2
Ｏ3、Ｙb2Ｏ3、Ｌu2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも一
種とＳiＯ2とし、また添加割合は３wt%〜２０wt%とす
る。添加割合を３wt%〜２０wt%とするのは、３wt%未満
とすると、焼結性が悪くなって緻密な焼結体が得られ
ず、２０wt%を超えると、粒界が占める部分が大きくな
り高温特性が劣化する。したがって、好ましくは５wt%
〜１５wt%とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。 （実施例１）Ｓi3Ｎ4を４６０ｇ（８９．５wt%）、Ｌu2
Ｏ3を４０ｇ（７．８wt%）及びＳiO2を１４．１ｇ
（２．７wt%）を混合した粉末から試料１〜４を作製
し、以下の（表１）に示す温度でホットプレスした。
する。 （実施例１）Ｓi3Ｎ4を４６０ｇ（８９．５wt%）、Ｌu2
Ｏ3を４０ｇ（７．８wt%）及びＳiO2を１４．１ｇ
（２．７wt%）を混合した粉末から試料１〜４を作製
し、以下の（表１）に示す温度でホットプレスした。
【００１９】
【表１】
【００２０】試料１，２については緻密化が十分でなか
ったが、試料３，４についてはＸ線回折から１７５０℃
〜１８００℃において十分にＬu2Ｓi2Ｏ7相が生成され
ていることが確認された。更に高い温度でホットプレス
した試料は粒界相がアモルファス化するため、Ｘ線回折
パターンのＬu2Ｓi2Ｏ7相に該当するピークが減少して
行くことが確認された。従って粒界相の結晶性が最も高
くなる（結晶化率が最も高い）温度は１７５０℃〜１８
００℃と考えられるが、微細化には低温の方が効果があ
るので、１７５０℃をこの原料の結晶化温度とした。
ったが、試料３，４についてはＸ線回折から１７５０℃
〜１８００℃において十分にＬu2Ｓi2Ｏ7相が生成され
ていることが確認された。更に高い温度でホットプレス
した試料は粒界相がアモルファス化するため、Ｘ線回折
パターンのＬu2Ｓi2Ｏ7相に該当するピークが減少して
行くことが確認された。従って粒界相の結晶性が最も高
くなる（結晶化率が最も高い）温度は１７５０℃〜１８
００℃と考えられるが、微細化には低温の方が効果があ
るので、１７５０℃をこの原料の結晶化温度とした。
【００２１】次に、プレス成形後冷間静水圧プレス（Ｃ
ＩＰ）を行った成形体を窒素雰囲気中で焼結した。焼結
温度は１７５０℃（結晶化温度）で焼結時間は１２時間
とし、雰囲気圧力を異ならせて行った。結果を図２に示
す。尚、この図２は前記図１の線分Ａ−Ｂを各雰囲気圧
力毎に示したグラフであり、線分の傾きが大きい程、成
形体全体で同時に再配列が起こっていることを示す。そ
して、再配列が同時に起こればそれだけ均一性が増すこ
とを示している。図２のグラフからは、一次焼結の圧力
を0.1kgf/cm2〜3.0kgf/cm2、好ましくは0.5kgf/cm2〜2.
0kgf/cm2とすべきことが分る。
ＩＰ）を行った成形体を窒素雰囲気中で焼結した。焼結
温度は１７５０℃（結晶化温度）で焼結時間は１２時間
とし、雰囲気圧力を異ならせて行った。結果を図２に示
す。尚、この図２は前記図１の線分Ａ−Ｂを各雰囲気圧
力毎に示したグラフであり、線分の傾きが大きい程、成
形体全体で同時に再配列が起こっていることを示す。そ
して、再配列が同時に起こればそれだけ均一性が増すこ
とを示している。図２のグラフからは、一次焼結の圧力
を0.1kgf/cm2〜3.0kgf/cm2、好ましくは0.5kgf/cm2〜2.
0kgf/cm2とすべきことが分る。
【００２２】また図２からは、β型窒化珪素の緻密化開
始までの時間（図１のＣ点に相当する点）が約８時間
（４８０分）であることが分る。
始までの時間（図１のＣ点に相当する点）が約８時間
（４８０分）であることが分る。
【００２３】以上より、一次焼結及び二次焼結の条件を
決定し、各焼結を行い、１４５０℃及び１２５０℃での
強度及びワイブル係数を測定した。これを以下の（表
２）に示す。また（表２）には、比較例１，２の条件と
結果も示す。尚、実施例１の原料粉末と比較例１，２の
原料粉末は同一のものを使用し、ＪＩＳ Ｒ１６０１に
規定される３点曲げ試験で測定した。比較例１から明ら
かなように、一次焼結圧力が9kgf/cm2と実施例１に比べ
て高い圧力で焼結した試料については二次焼結後の高温
強度が低く、またばらつきも大きかった。比較例２から
明らかなように、一次焼結の時間が実施例１と比べて短
く、一次焼結の温度が高いと、高温強度が著しく低下し
た。
決定し、各焼結を行い、１４５０℃及び１２５０℃での
強度及びワイブル係数を測定した。これを以下の（表
２）に示す。また（表２）には、比較例１，２の条件と
結果も示す。尚、実施例１の原料粉末と比較例１，２の
原料粉末は同一のものを使用し、ＪＩＳ Ｒ１６０１に
規定される３点曲げ試験で測定した。比較例１から明ら
かなように、一次焼結圧力が9kgf/cm2と実施例１に比べ
て高い圧力で焼結した試料については二次焼結後の高温
強度が低く、またばらつきも大きかった。比較例２から
明らかなように、一次焼結の時間が実施例１と比べて短
く、一次焼結の温度が高いと、高温強度が著しく低下し
た。
【００２４】
【表２】
【００２５】（実施例２）Ｓi3Ｎ4を４７０ｇ（９１．
８wt%）、Ｙb2Ｏ3を２５ｇ（４．９wt%）、Ｙ2Ｏ3を
５．０ｇ（１．０wt%）及びＳiＯ2を１１．９ｇ（２．
３wt%）を混合して原料粉末とし、この原料粉末を成形
し、（実施例１）と同様にして結晶化温度を１６５０℃
と決定し、更にβ型窒化珪素の緻密化開始までの時間
（８時間）を知り、これらに基づいて一次焼結及び二次
焼結の条件を定め焼結した。焼結の条件と結果を以下の
（表３）に示す。尚、（表３）における比較例３の原料
粉末は実施例２と同一のものを使用した。比較例３から
明らかなように、一次焼結の時間が実施例２と比べて短
く、一次焼結の温度と圧力が高く、更に二次焼結の温度
が高いと、高温強度が著しく低下した。
８wt%）、Ｙb2Ｏ3を２５ｇ（４．９wt%）、Ｙ2Ｏ3を
５．０ｇ（１．０wt%）及びＳiＯ2を１１．９ｇ（２．
３wt%）を混合して原料粉末とし、この原料粉末を成形
し、（実施例１）と同様にして結晶化温度を１６５０℃
と決定し、更にβ型窒化珪素の緻密化開始までの時間
（８時間）を知り、これらに基づいて一次焼結及び二次
焼結の条件を定め焼結した。焼結の条件と結果を以下の
（表３）に示す。尚、（表３）における比較例３の原料
粉末は実施例２と同一のものを使用した。比較例３から
明らかなように、一次焼結の時間が実施例２と比べて短
く、一次焼結の温度と圧力が高く、更に二次焼結の温度
が高いと、高温強度が著しく低下した。
【００２６】
【表３】
【００２７】（実施例３）Ｓi3Ｎ4を４８５ｇ（９７．
０wt%）、Ｙb2Ｏ3を１２．５ｇ（２．５wt%）及びＹ2Ｏ
3を２．５ｇ（０．５wt%）を混合して原料粉末とし、こ
の原料粉末を成形し、（実施例１）と同様にして結晶化
温度を１６５０℃と決定し、更にβ型窒化珪素の緻密化
開始までの時間（８時間）を知り、これらに基づいて一
次焼結及び二次焼結の条件を定め焼結した。焼結の条件
と結果を以下の（表４）に示す。尚、（表４）における
比較例４の原料粉末は実施例３と同一のものを使用し
た。比較例４から明らかなように、一次焼結の時間が実
施例３と比べて短く、一次焼結の温度と圧力が高く、更
に二次焼結の温度が高いと、高温強度が著しく低下し
た。
０wt%）、Ｙb2Ｏ3を１２．５ｇ（２．５wt%）及びＹ2Ｏ
3を２．５ｇ（０．５wt%）を混合して原料粉末とし、こ
の原料粉末を成形し、（実施例１）と同様にして結晶化
温度を１６５０℃と決定し、更にβ型窒化珪素の緻密化
開始までの時間（８時間）を知り、これらに基づいて一
次焼結及び二次焼結の条件を定め焼結した。焼結の条件
と結果を以下の（表４）に示す。尚、（表４）における
比較例４の原料粉末は実施例３と同一のものを使用し
た。比較例４から明らかなように、一次焼結の時間が実
施例３と比べて短く、一次焼結の温度と圧力が高く、更
に二次焼結の温度が高いと、高温強度が著しく低下し
た。
【００２８】
【表４】
【００２９】以上の（表１）、（表２）及び（表３）か
ら、本発明の範囲に含まれる方法で作製した焼結体は、
高温強度に優れることが分る。
ら、本発明の範囲に含まれる方法で作製した焼結体は、
高温強度に優れることが分る。
【００３０】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
窒化珪素粉末を主成分としこれに焼結助剤を混合した原
料を成形した後、窒素雰囲気で一次焼結及び二次焼結を
施すようにした窒化珪素焼結体の製造方法において、一
次焼結の温度、一次焼結の時間、一次焼結の圧力、二次
焼結の温度及び二次焼結の圧力を適切な範囲に設定する
ことにより、組織が緻密で強度ばらつきが小さく均一な
高温特性に優れた窒化珪素焼結体を得ることができる。
窒化珪素粉末を主成分としこれに焼結助剤を混合した原
料を成形した後、窒素雰囲気で一次焼結及び二次焼結を
施すようにした窒化珪素焼結体の製造方法において、一
次焼結の温度、一次焼結の時間、一次焼結の圧力、二次
焼結の温度及び二次焼結の圧力を適切な範囲に設定する
ことにより、組織が緻密で強度ばらつきが小さく均一な
高温特性に優れた窒化珪素焼結体を得ることができる。
【００３１】また、前記した一次焼結の条件を決定する
方法として、原料から複数の成形体を異なる温度で焼結
し、粒界相の結晶性が最も高くなる温度から一次焼結の
温度の基準となる粒界相が結晶化する温度を決定し、ま
た前記一次焼結の時間の基準となるβ型窒化珪素の緻密
化に伴う収縮開始点は、前記によって決定した一次焼結
の温度で加熱したときの経過時間と収縮率との関係から
決定するようにすれば、焼結助剤の種類、添加割合等の
実際に使用する原料粉末に最適の条件を決定することが
できる。
方法として、原料から複数の成形体を異なる温度で焼結
し、粒界相の結晶性が最も高くなる温度から一次焼結の
温度の基準となる粒界相が結晶化する温度を決定し、ま
た前記一次焼結の時間の基準となるβ型窒化珪素の緻密
化に伴う収縮開始点は、前記によって決定した一次焼結
の温度で加熱したときの経過時間と収縮率との関係から
決定するようにすれば、焼結助剤の種類、添加割合等の
実際に使用する原料粉末に最適の条件を決定することが
できる。
【図１】結晶化温度で焼結した場合の時間と収縮率との
関係を示すグラフ
関係を示すグラフ
【図２】保持時間と線収縮率との関係を雰囲気圧力毎に
示すグラフ
示すグラフ
Claims (3)
- 【請求項１】 窒化珪素粉末を主成分としこれに焼結助
剤を混合した原料を成形した後、窒素雰囲気で一次焼結
及び二次焼結を施すようにした窒化珪素焼結体の製造方
法において、一次焼結及び二次焼結を以下の条件で行う
ようにしたことを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方
法。 一次焼結の温度：粒界相が結晶化する温度よりも１００
℃以内で高い温度。 一次焼結の時間：β型窒化珪素の緻密化に伴う収縮開始
から６時間以内。 一次焼結の圧力：0.1kgf/cm2〜3.0kgf/cm2。 二次焼結の温度：粒界相が結晶化する温度以上で一次焼
結の温度以下。 二次焼結の圧力：100kgf/cm2〜2000kgf/cm2。 - 【請求項２】 請求項１に記載の窒化珪素焼結体の製造
方法において、前記一次焼結の温度の基準となる粒界相
が結晶化する温度は、原料から複数の成形体を異なる温
度で焼結し、粒界相の結晶性が最も高くなる温度から決
定し、また前記一次焼結の時間の基準となるβ型窒化珪
素の緻密化に伴う収縮開始点は、前記によって決定した
一次焼結の温度で加熱したときの経過時間と収縮率との
関係から決定するようにしたことを特徴とする窒化珪素
焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の窒化珪
素焼結体の製造方法において、前記焼結助剤はＹ2Ｏ3、
Ｙb2Ｏ3、Ｌu2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも一種か、
Ｙ2Ｏ3、Ｙb2Ｏ3、Ｌu2Ｏ3の中から選ばれる少なくとも
一種とＳiＯ2とし、また添加割合は３wt%〜２０wt%とす
ることを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8044691A JPH09235164A (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| EP97301335A EP0792854B1 (en) | 1996-02-28 | 1997-02-27 | Silicon nitride sintered body |
| DE69708353T DE69708353T2 (de) | 1996-02-28 | 1997-02-27 | Sinterkörper aus Siliziumnitrid |
| US08/807,539 US6187706B1 (en) | 1996-02-28 | 1997-02-28 | Silicon nitride sintered body and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8044691A JPH09235164A (ja) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09235164A true JPH09235164A (ja) | 1997-09-09 |
Family
ID=12698454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8044691A Pending JPH09235164A (ja) | 1996-02-28 | 1996-03-01 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09235164A (ja) |
-
1996
- 1996-03-01 JP JP8044691A patent/JPH09235164A/ja active Pending
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