JPH0948671A - 窒化珪素焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化珪素焼結体及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0948671A JPH0948671A JP7219723A JP21972395A JPH0948671A JP H0948671 A JPH0948671 A JP H0948671A JP 7219723 A JP7219723 A JP 7219723A JP 21972395 A JP21972395 A JP 21972395A JP H0948671 A JPH0948671 A JP H0948671A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- silicon nitride
- grain boundary
- strength
- phase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 特定の結晶相を、焼結体の表層部の粒界相に
のみ存在させることにより、高温強度を劣化させること
なく、破壊靱性と室温付近での強度を向上させた窒化珪
素焼結体及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元
素、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化合物からなる
粒界相とから構成される焼結体を、アルミニウム成分を
含有する窒化珪素製ケース内で、１６５０〜１７５０℃
で２〜２０時間熱処理し、表層部の粒界相にのみ、Ｒ10
Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 （Ｒは希土類元素）によって表さ
れる相を生成させ、高温強度、破壊靱性を兼ね備えた焼
結体を得た。
のみ存在させることにより、高温強度を劣化させること
なく、破壊靱性と室温付近での強度を向上させた窒化珪
素焼結体及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元
素、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化合物からなる
粒界相とから構成される焼結体を、アルミニウム成分を
含有する窒化珪素製ケース内で、１６５０〜１７５０℃
で２〜２０時間熱処理し、表層部の粒界相にのみ、Ｒ10
Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 （Ｒは希土類元素）によって表さ
れる相を生成させ、高温強度、破壊靱性を兼ね備えた焼
結体を得た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、室温及び高温にお
ける抗折強度（以下、単に「強度」という。）、並びに
破壊靱性に優れた窒化珪素焼結体及びその製造方法に関
する。本発明の窒化珪素焼結体は、ガスタービン等の熱
機関の構造用部品等として使用することができる。
ける抗折強度（以下、単に「強度」という。）、並びに
破壊靱性に優れた窒化珪素焼結体及びその製造方法に関
する。本発明の窒化珪素焼結体は、ガスタービン等の熱
機関の構造用部品等として使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素焼結体は、機械的特性、耐熱性
及び耐食性等に優れているため、自動車用エンジンやガ
スタービンエンジン等の熱機関に用いられる構造材料へ
の応用が試みられている。
及び耐食性等に優れているため、自動車用エンジンやガ
スタービンエンジン等の熱機関に用いられる構造材料へ
の応用が試みられている。
【０００３】窒化珪素は、共有結合性が高いため難焼結
性であって、焼結させるためにはＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ及
び希土類元素酸化物等の焼結助剤を使用する必要があ
る。しかし、これら助剤を使用して得られる窒化珪素焼
結体は、高温における強度が低下する傾向にあり、焼結
助剤の種類、使用量等の検討、或いは粒界を結晶化する
等の方法により、上記強度の低下を抑える試みがなされ
ている。
性であって、焼結させるためにはＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ及
び希土類元素酸化物等の焼結助剤を使用する必要があ
る。しかし、これら助剤を使用して得られる窒化珪素焼
結体は、高温における強度が低下する傾向にあり、焼結
助剤の種類、使用量等の検討、或いは粒界を結晶化する
等の方法により、上記強度の低下を抑える試みがなされ
ている。
【０００４】例えば、特開昭６４−５６３６８号公報に
おいては、粒界相の主結晶相をアパタイト或いはダイシ
リケートに、特開昭６４−６１３５７号公報においては
同様にウォラストナイト或いはＹＡＭに、また特開昭６
４−６１３５８号公報においては同様にメリライトとす
ることにより、高温における強度を向上させている。更
に、特開平４−１５４６６７号公報には、表面状態の劣
化による強度の低下を防ぐため、焼結体の表層部におけ
る酸素量及び珪素量を内部より多くする試みが開示され
ている。
おいては、粒界相の主結晶相をアパタイト或いはダイシ
リケートに、特開昭６４−６１３５７号公報においては
同様にウォラストナイト或いはＹＡＭに、また特開昭６
４−６１３５８号公報においては同様にメリライトとす
ることにより、高温における強度を向上させている。更
に、特開平４−１５４６６７号公報には、表面状態の劣
化による強度の低下を防ぐため、焼結体の表層部におけ
る酸素量及び珪素量を内部より多くする試みが開示され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来、窒化珪素焼結体
においては、主として組成及び焼結条件等を検討するこ
とにより高強度を達成してきた。しかし、これらの焼結
体は室温においては高強度であっても、高温下では、強
度劣化が大きい或いは耐クリープ性が低いという問題が
ある。また、高温での強度を維持させるため粒界の結晶
化処理を施した結果として、室温での強度及び破壊靱性
が低下してしまう等の問題もある。特に、破壊靱性の低
下は焼結体の加工や組付けの際に、割れや欠けといった
問題を生じ易く、非常に取り扱い難い焼結体となってし
まう。
においては、主として組成及び焼結条件等を検討するこ
とにより高強度を達成してきた。しかし、これらの焼結
体は室温においては高強度であっても、高温下では、強
度劣化が大きい或いは耐クリープ性が低いという問題が
ある。また、高温での強度を維持させるため粒界の結晶
化処理を施した結果として、室温での強度及び破壊靱性
が低下してしまう等の問題もある。特に、破壊靱性の低
下は焼結体の加工や組付けの際に、割れや欠けといった
問題を生じ易く、非常に取り扱い難い焼結体となってし
まう。
【０００６】本発明は、上記の問題点を解決するもので
あり、高温における強度等を劣化させることなく破壊靱
性と室温付近の強度を向上させ、熱機関の構造材料等と
して取り扱い易い窒化珪素焼結体及びその製造方法を提
供するものである。
あり、高温における強度等を劣化させることなく破壊靱
性と室温付近の強度を向上させ、熱機関の構造材料等と
して取り扱い易い窒化珪素焼結体及びその製造方法を提
供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１発明の窒化珪素焼結
体は、窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元素（Ｒとす
る。）、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化合物から
なる粒界相とから構成される窒化珪素焼結体において、
該窒化珪素焼結体の表層部の粒界相にのみ、Ｒ10Ａｌ2
Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 によって表される相を有することを特徴
とする。
体は、窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元素（Ｒとす
る。）、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化合物から
なる粒界相とから構成される窒化珪素焼結体において、
該窒化珪素焼結体の表層部の粒界相にのみ、Ｒ10Ａｌ2
Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 によって表される相を有することを特徴
とする。
【０００８】上記「窒化珪素粒子」を形成するための原
料粉末としては、不純物としての酸素量が１〜３重量％
程度であり、その他の不純物は極く少ないものが好まし
く、α型、β型いずれも特に制限されることなく使用す
ることができる。また、上記「希土類元素」としては、
Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｅｒ及びＹｂ等の元素が挙げられる。上記「化合
物」を形成するための原料粉末としては、窒化珪素の他
は、酸化物であることが多く、例えば酸化珪素の他、酸
化エルビウム、酸化イットリウム等である。また、本発
明では、この他の焼結助剤としてＶ、Ｍｏ及びＷ等の各
元素の酸化物などを使用することもできる。
料粉末としては、不純物としての酸素量が１〜３重量％
程度であり、その他の不純物は極く少ないものが好まし
く、α型、β型いずれも特に制限されることなく使用す
ることができる。また、上記「希土類元素」としては、
Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｅｒ及びＹｂ等の元素が挙げられる。上記「化合
物」を形成するための原料粉末としては、窒化珪素の他
は、酸化物であることが多く、例えば酸化珪素の他、酸
化エルビウム、酸化イットリウム等である。また、本発
明では、この他の焼結助剤としてＶ、Ｍｏ及びＷ等の各
元素の酸化物などを使用することもできる。
【０００９】上記化合物は、各窒化珪素粒子間の界面に
「粒界相」を形成するものであり、この粒界相は、ガラ
ス相及び／又は結晶相からなり、窒化珪素粒子とともに
「窒化珪素焼結体」を構成する。
「粒界相」を形成するものであり、この粒界相は、ガラ
ス相及び／又は結晶相からなり、窒化珪素粒子とともに
「窒化珪素焼結体」を構成する。
【００１０】粒界相が、上記「Ｒ10Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ
4 によって表される相」（以下、Ａ相という。）により
構成される上記「表層部」の厚さは、第２発明のよう
に、「１０〜５００μｍ」、特に１００〜３００μｍの
範囲であることが好ましい。この表層部の厚さが１０μ
ｍ未満と薄い場合は、得られる焼結体の室温付近及び高
温での強度が不十分となる。また、この厚さが５００μ
ｍを越える場合は、粒界に拡散したアルミニウム成分の
影響で、高温での強度が低下する。更に、表層部におけ
る残留応力が小さくなるため、室温での強度も不十分と
なる。この表層部の厚さが１００〜３００μｍの範囲で
あれば、焼結体の高温及び低温でのいずれの抗折強度特
性も低下することがなく好ましい。
4 によって表される相」（以下、Ａ相という。）により
構成される上記「表層部」の厚さは、第２発明のよう
に、「１０〜５００μｍ」、特に１００〜３００μｍの
範囲であることが好ましい。この表層部の厚さが１０μ
ｍ未満と薄い場合は、得られる焼結体の室温付近及び高
温での強度が不十分となる。また、この厚さが５００μ
ｍを越える場合は、粒界に拡散したアルミニウム成分の
影響で、高温での強度が低下する。更に、表層部におけ
る残留応力が小さくなるため、室温での強度も不十分と
なる。この表層部の厚さが１００〜３００μｍの範囲で
あれば、焼結体の高温及び低温でのいずれの抗折強度特
性も低下することがなく好ましい。
【００１１】また、本発明の窒化珪素焼結体では、第３
発明のように、上記希土類元素を含む化合物をＲ2 Ｏ3
とした場合の、そのモル数をＭｒ、上記窒化珪素焼結体
中の全酸素量から上記Ｒ2 Ｏ3 に含まれる酸素量を差し
引いた酸素のすべてが、ＳｉＯ2 を構成するものとした
場合の、そのモル数をＭｓとすれば、「Ｍｓ／（Ｍｒ＋
Ｍｓ）」が「０．５０〜０．８０」であることが好まし
い。
発明のように、上記希土類元素を含む化合物をＲ2 Ｏ3
とした場合の、そのモル数をＭｒ、上記窒化珪素焼結体
中の全酸素量から上記Ｒ2 Ｏ3 に含まれる酸素量を差し
引いた酸素のすべてが、ＳｉＯ2 を構成するものとした
場合の、そのモル数をＭｓとすれば、「Ｍｓ／（Ｍｒ＋
Ｍｓ）」が「０．５０〜０．８０」であることが好まし
い。
【００１２】上記の比が０．５０未満では、焼結体組織
が全体的に柱状の粗大粒子を中心とする粗い構造とな
り、緻密化の程度が低下するとともに、室温付近での強
度が不十分となる。この比が０．８０を越えると、焼結
体の緻密化の程度がやや低下し、且つ高温における強度
が大きく低下する。尚、表層部より内部の粒界相は、焼
結助剤の種類、焼結条件及び焼結後の熱処理条件等によ
り異なったものとなり、ガラス相の他、Ｒ4 Ｓｉ2 Ｎ2
Ｏ7 或いはＲ2 Ｓｉ2 Ｏ7 等の結晶相となる。また、熱
処理を長時間行った場合など、この内部もまたＡ相とな
ることもある。
が全体的に柱状の粗大粒子を中心とする粗い構造とな
り、緻密化の程度が低下するとともに、室温付近での強
度が不十分となる。この比が０．８０を越えると、焼結
体の緻密化の程度がやや低下し、且つ高温における強度
が大きく低下する。尚、表層部より内部の粒界相は、焼
結助剤の種類、焼結条件及び焼結後の熱処理条件等によ
り異なったものとなり、ガラス相の他、Ｒ4 Ｓｉ2 Ｎ2
Ｏ7 或いはＲ2 Ｓｉ2 Ｏ7 等の結晶相となる。また、熱
処理を長時間行った場合など、この内部もまたＡ相とな
ることもある。
【００１３】本発明の窒化珪素焼結体の製造方法は、第
４発明のように、窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元
素、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化合物からなる
粒界相とから構成される焼結体を、粒界相にアルミニウ
ム成分を含有する窒化珪素焼結体からなるケース、又は
その内表面にアルミニウム化合物を含む無機粉末をコー
ティングしたケース内において、不活性雰囲気下、１６
５０〜１７５０℃で２〜２０時間熱処理し、上記焼結体
の表層部の粒界相を結晶化することを特徴とする。
４発明のように、窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元
素、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化合物からなる
粒界相とから構成される焼結体を、粒界相にアルミニウ
ム成分を含有する窒化珪素焼結体からなるケース、又は
その内表面にアルミニウム化合物を含む無機粉末をコー
ティングしたケース内において、不活性雰囲気下、１６
５０〜１７５０℃で２〜２０時間熱処理し、上記焼結体
の表層部の粒界相を結晶化することを特徴とする。
【００１４】上記焼結体は、窒化珪素等の各原料粉末の
所要量を秤量し、調合した後、混合した粉末に適当なバ
インダ等を添加し、成形後、脱脂仮焼し、焼成すること
により得られる。原料粉末としては、酸化物又は脱脂仮
焼過程において酸化物に変化し得るもの、例えば炭酸
塩、酢酸塩等の塩或いは水酸化物等の粉末を使用するこ
とができる。
所要量を秤量し、調合した後、混合した粉末に適当なバ
インダ等を添加し、成形後、脱脂仮焼し、焼成すること
により得られる。原料粉末としては、酸化物又は脱脂仮
焼過程において酸化物に変化し得るもの、例えば炭酸
塩、酢酸塩等の塩或いは水酸化物等の粉末を使用するこ
とができる。
【００１５】上記の成形は公知の方法で実施することが
でき、例えばプレス成形、鋳込成形、押出成形及びイン
ジェクション成形等の方法によって、所望の形状に成形
することができる。成形品の焼成は、例えば１５００〜
２０００℃の温度範囲で、窒素ガス、窒素ガスと水素ガ
ス或いは不活性ガスとの混合ガス等の雰囲気下に実施さ
れる。焼成方法としては、常圧焼成法、ガス圧焼成法、
熱間静水圧プレス法、ホットプレス法などが挙げられ、
また、珪素粉末と希土類元素化合物、或いはこれに窒化
珪素粉末を加えた系を窒素雰囲気下、焼成した反応焼結
体を、上記焼成方法で再度焼成することもできる。
でき、例えばプレス成形、鋳込成形、押出成形及びイン
ジェクション成形等の方法によって、所望の形状に成形
することができる。成形品の焼成は、例えば１５００〜
２０００℃の温度範囲で、窒素ガス、窒素ガスと水素ガ
ス或いは不活性ガスとの混合ガス等の雰囲気下に実施さ
れる。焼成方法としては、常圧焼成法、ガス圧焼成法、
熱間静水圧プレス法、ホットプレス法などが挙げられ、
また、珪素粉末と希土類元素化合物、或いはこれに窒化
珪素粉末を加えた系を窒素雰囲気下、焼成した反応焼結
体を、上記焼成方法で再度焼成することもできる。
【００１６】上記「アルミニウム成分」は、ケースの材
質である窒化珪素焼結体の粒界相に主に非晶質として存
在する。また、「アルミニウム化合物」としては、アル
ミナ等を使用することができる。
質である窒化珪素焼結体の粒界相に主に非晶質として存
在する。また、「アルミニウム化合物」としては、アル
ミナ等を使用することができる。
【００１７】上記熱処理温度が１６５０℃未満では、た
とえ、２０時間を越えて長時間の熱処理をしても、十分
な量のアルミニウム成分又は化合物をケース又はコーテ
ィング層から揮発させることができず、試料内部にアル
ミニウム成分が存在しない焼結体の表層部にはＡ相を析
出させることができない。
とえ、２０時間を越えて長時間の熱処理をしても、十分
な量のアルミニウム成分又は化合物をケース又はコーテ
ィング層から揮発させることができず、試料内部にアル
ミニウム成分が存在しない焼結体の表層部にはＡ相を析
出させることができない。
【００１８】一方、この温度が１７５０℃を越え、且つ
処理時間が２０時間を越えて長い場合は、窒化珪素粒子
の粒成長が進みすぎ、靱性が低下するとともに、強度、
特に高温における強度が低下する。また、熱処理時間が
２時間未満では、十分な厚さのＡ相を形成することがで
きず、強度が不十分となる。尚、この処理時間が２０時
間を越える場合は、アルミニウム成分等が焼結体の内部
にまで拡散するため、上記の問題を生ずるとともに、焼
結体表面に肌荒れを生ずる原因ともなる。
処理時間が２０時間を越えて長い場合は、窒化珪素粒子
の粒成長が進みすぎ、靱性が低下するとともに、強度、
特に高温における強度が低下する。また、熱処理時間が
２時間未満では、十分な厚さのＡ相を形成することがで
きず、強度が不十分となる。尚、この処理時間が２０時
間を越える場合は、アルミニウム成分等が焼結体の内部
にまで拡散するため、上記の問題を生ずるとともに、焼
結体表面に肌荒れを生ずる原因ともなる。
【００１９】また、上記の方法によって結晶化された焼
結体の表層部の粒界相は、第５発明のように、Ｒ10Ａｌ
2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 によって表される相、即ちＡ相とな
る。
結体の表層部の粒界相は、第５発明のように、Ｒ10Ａｌ
2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 によって表される相、即ちＡ相とな
る。
【００２０】一般的に、同一の焼結助剤を用いて焼成し
た窒化珪素焼結体では、粒界相が結晶化していると、ガ
ラス相の場合に比べて、通常、高温での強度劣化は小さ
くなるが、一方、室温での強度は低下する。本発明の窒
化珪素焼結体では、その表層部の粒界相は実質的にＲ10
Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 （Ａ相）に結晶化しているため、
室温付近では焼結体に圧縮の残留応力が発生し、破壊靱
性が向上する。そのため、室温付近での強度は耐熱材料
としては比較的高く、例えば１０００ＭＰａ以上の値を
示す。
た窒化珪素焼結体では、粒界相が結晶化していると、ガ
ラス相の場合に比べて、通常、高温での強度劣化は小さ
くなるが、一方、室温での強度は低下する。本発明の窒
化珪素焼結体では、その表層部の粒界相は実質的にＲ10
Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 （Ａ相）に結晶化しているため、
室温付近では焼結体に圧縮の残留応力が発生し、破壊靱
性が向上する。そのため、室温付近での強度は耐熱材料
としては比較的高く、例えば１０００ＭＰａ以上の値を
示す。
【００２１】上記の圧縮の残留応力は、粒界相がＡ相に
より構成される表層部と、異なった結晶相により構成さ
れる内部との界面近傍で最大になり、そこから離れるに
従って小さくなる。そのため、表層部の厚さが大きくな
り過ぎると、焼結体の表面近傍の残留応力が大きく低下
し、室温での強度が低下することになる。
より構成される表層部と、異なった結晶相により構成さ
れる内部との界面近傍で最大になり、そこから離れるに
従って小さくなる。そのため、表層部の厚さが大きくな
り過ぎると、焼結体の表面近傍の残留応力が大きく低下
し、室温での強度が低下することになる。
【００２２】また、焼結体の組織に関しては、微細な等
軸状の窒化珪素粒子の均一な組織である場合は、室温近
傍では高強度を示すものの、高温での強度劣化が大き
く、同時に耐クリープ性も低下する。高温での優れた強
度等を維持するためには、等軸状の微細粒子と柱状の粗
大粒子の複合組織であるほうが有利であり、本発明で
は、Ｍｓ／（Ｍｒ＋Ｍｓ）の値が、第３発明に特定した
範囲となるように焼結体を調製することによって、上記
の複合組織からなる焼結体とすることができる。それに
よって焼結体の緻密化が十分に進み、且つ室温、高温い
ずれにおいても優れた強度を有する焼結体を得ることが
できる。
軸状の窒化珪素粒子の均一な組織である場合は、室温近
傍では高強度を示すものの、高温での強度劣化が大き
く、同時に耐クリープ性も低下する。高温での優れた強
度等を維持するためには、等軸状の微細粒子と柱状の粗
大粒子の複合組織であるほうが有利であり、本発明で
は、Ｍｓ／（Ｍｒ＋Ｍｓ）の値が、第３発明に特定した
範囲となるように焼結体を調製することによって、上記
の複合組織からなる焼結体とすることができる。それに
よって焼結体の緻密化が十分に進み、且つ室温、高温い
ずれにおいても優れた強度を有する焼結体を得ることが
できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により更に
詳しく説明する。平均粒径０．６μｍ、α率９７％の窒
化珪素粉末に、平均粒径１〜３μｍの希土類元素酸化物
及び平均粒径約１μｍのＳｉＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、ＭｏＯ3
及びＷＯ3 の各粉末を表１に示す割合で配合し、窒化珪
素製のボールミルを使用して、湿式で混合粉砕した。そ
の後、粉砕物を乾燥し、得られた粉末を５５×５５×２
５ｍｍの形状に４ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で静水圧プレス
成形し、２ａｔｍの窒素雰囲気中、１８５０℃で４時間
予備焼成後、１０００ａｔｍの窒素雰囲気中、１８００
℃で２時間の熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理をし、熱
処理前の焼結体を得た。
詳しく説明する。平均粒径０．６μｍ、α率９７％の窒
化珪素粉末に、平均粒径１〜３μｍの希土類元素酸化物
及び平均粒径約１μｍのＳｉＯ2 、Ｖ2 Ｏ5 、ＭｏＯ3
及びＷＯ3 の各粉末を表１に示す割合で配合し、窒化珪
素製のボールミルを使用して、湿式で混合粉砕した。そ
の後、粉砕物を乾燥し、得られた粉末を５５×５５×２
５ｍｍの形状に４ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で静水圧プレス
成形し、２ａｔｍの窒素雰囲気中、１８５０℃で４時間
予備焼成後、１０００ａｔｍの窒素雰囲気中、１８００
℃で２時間の熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理をし、熱
処理前の焼結体を得た。
【００２４】その後、表１に示す条件によってそれぞれ
の焼結体を熱処理した。熱処理後の焼結体の特性を表２
に示す。この表１及び表２において、＊は第２〜３発明
のうちのいずれかの数値他の限定を外れていることを示
す。また、＊＊は第４発明の数値他の限定を外れている
ことを表す。尚、表２の各特性の測定方法は下記の通り
である。
の焼結体を熱処理した。熱処理後の焼結体の特性を表２
に示す。この表１及び表２において、＊は第２〜３発明
のうちのいずれかの数値他の限定を外れていることを示
す。また、＊＊は第４発明の数値他の限定を外れている
ことを表す。尚、表２の各特性の測定方法は下記の通り
である。
【００２５】(1) 焼結体密度；アルキメデス法により測
定し、混合則で計算した理論密度に対する比で表した。 (2) 焼結体が含有する酸素量；酸素量分析装置により測
定した。 (3) 希土類元素量；ＩＣＰ発光分析により定量した。 (4) 粒界相の同定；Ｘ線回折装置を用いて測定した。 (5) 抗折強度；ＪＩＳ Ｒ １６０１及びＲ １６０４
に従う四点曲げ強度により測定した。
定し、混合則で計算した理論密度に対する比で表した。 (2) 焼結体が含有する酸素量；酸素量分析装置により測
定した。 (3) 希土類元素量；ＩＣＰ発光分析により定量した。 (4) 粒界相の同定；Ｘ線回折装置を用いて測定した。 (5) 抗折強度；ＪＩＳ Ｒ １６０１及びＲ １６０４
に従う四点曲げ強度により測定した。
【００２６】(6) Ａ相を有する表層部の厚み；焼結体断
面を鏡面研磨した後、電子顕微鏡観察により決定した。
尚、粒界相には焼結助剤として添加したＶ、Ｗ、Ｍｏ等
の珪化物（ＶＳｉ2 、Ｖ5 Ｓｉ3 、ＷＳｉ2 、Ｗ5 Ｓｉ
3 、ＭｏＳｉ2 ）及びこれらの固溶体の存在が認められ
る場合があったが、これらは極く微量であり、また、焼
結体全体に均一に存在していたため、表２の粒界相の欄
には記載を省略した。
面を鏡面研磨した後、電子顕微鏡観察により決定した。
尚、粒界相には焼結助剤として添加したＶ、Ｗ、Ｍｏ等
の珪化物（ＶＳｉ2 、Ｖ5 Ｓｉ3 、ＷＳｉ2 、Ｗ5 Ｓｉ
3 、ＭｏＳｉ2 ）及びこれらの固溶体の存在が認められ
る場合があったが、これらは極く微量であり、また、焼
結体全体に均一に存在していたため、表２の粒界相の欄
には記載を省略した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】尚、表１のケースの欄において、ＳＮ／３
Ｙ３Ａ（５Ｙ２Ａ）は、３（５）重量％のＹ2 Ｏ3 と３
（２）重量％のＡｌ2 Ｏ3 を助剤とする窒化珪素製のケ
ースであることを表す。また、ＳｉＣは炭化珪素製ケー
スを、ＳｉＣ＋コーティングは、炭化珪素製ケースの内
側にＳｉ3 Ｎ4 ９４重量％、Ｙ2 Ｏ3 ３重量％及びＡｌ
2 Ｏ3 ３重量％の量比の無機混合粉末を被覆したケース
であることを示す。
Ｙ３Ａ（５Ｙ２Ａ）は、３（５）重量％のＹ2 Ｏ3 と３
（２）重量％のＡｌ2 Ｏ3 を助剤とする窒化珪素製のケ
ースであることを表す。また、ＳｉＣは炭化珪素製ケー
スを、ＳｉＣ＋コーティングは、炭化珪素製ケースの内
側にＳｉ3 Ｎ4 ９４重量％、Ｙ2 Ｏ3 ３重量％及びＡｌ
2 Ｏ3 ３重量％の量比の無機混合粉末を被覆したケース
であることを示す。
【００３０】更に、表２中の粒界相の欄において、Ａは
Ｒ10Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 （ＪＣＰＤＳカード番号３２
−１４２６と略同一の結晶構造を有する。尚、略同一と
は、希土類元素の種類及び使用量によって、単位格子の
大きさが若干変化する可能性があることを意味してい
る。）、ＪはＲ4 Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ7 、ＨはＲ20Ｓｉ12Ｎ4
Ｏ48及びＤはＲ2 Ｓｉ2 Ｏ7 によって表される相であ
る。
Ｒ10Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 （ＪＣＰＤＳカード番号３２
−１４２６と略同一の結晶構造を有する。尚、略同一と
は、希土類元素の種類及び使用量によって、単位格子の
大きさが若干変化する可能性があることを意味してい
る。）、ＪはＲ4 Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ7 、ＨはＲ20Ｓｉ12Ｎ4
Ｏ48及びＤはＲ2 Ｓｉ2 Ｏ7 によって表される相であ
る。
【００３１】表２の結果によれば、実験例１〜５の窒化
珪素焼結体では、焼結体密度及び靱性が高く、１４００
℃という高温での強度を何ら損なうことなく、室温にお
いても優れた強度が得られていることが分かる。また、
実験例６では、Ｍｓ／（Ｍｒ＋Ｍｓ）の値が第３発明の
下限値をやや下回っているため、実験例１〜５に比べて
緻密化の程度が低く、室温での強度も不十分である。更
に、実験例７では、この値が上限値を若干上回っている
ため、緻密化の程度が低く、強度、特に高温における強
度が低下していることが分かる。
珪素焼結体では、焼結体密度及び靱性が高く、１４００
℃という高温での強度を何ら損なうことなく、室温にお
いても優れた強度が得られていることが分かる。また、
実験例６では、Ｍｓ／（Ｍｒ＋Ｍｓ）の値が第３発明の
下限値をやや下回っているため、実験例１〜５に比べて
緻密化の程度が低く、室温での強度も不十分である。更
に、実験例７では、この値が上限値を若干上回っている
ため、緻密化の程度が低く、強度、特に高温における強
度が低下していることが分かる。
【００３２】また、実験例８及び９の焼結体では、前者
は熱処理を施しておらず、後者はアルミニウム化合物を
含む無機粉末がコーティングされていないＳｉＣケース
で熱処理している。そのため、表層部の粒界相にＡ相が
存在せず、表層部、内部ともに実験例８ではガラス相、
実験例９ではＤ相となっており、靱性が低く、室温及び
高温における強度も不十分なものとなっている。実験例
１０では、熱処理の温度、時間ともに上限を上回ってお
り、Ａ相を有する表層部の厚さが５００μｍを越えてい
る。そのため、靱性と高温における強度が低下してい
る。
は熱処理を施しておらず、後者はアルミニウム化合物を
含む無機粉末がコーティングされていないＳｉＣケース
で熱処理している。そのため、表層部の粒界相にＡ相が
存在せず、表層部、内部ともに実験例８ではガラス相、
実験例９ではＤ相となっており、靱性が低く、室温及び
高温における強度も不十分なものとなっている。実験例
１０では、熱処理の温度、時間ともに上限を上回ってお
り、Ａ相を有する表層部の厚さが５００μｍを越えてい
る。そのため、靱性と高温における強度が低下してい
る。
【００３３】更に、実験例１１は、熱処理温度が１２５
０℃と非常に低く、処理時間を１００時間と第４発明の
上限を大きく越える長時間とした例であるが、焼結体内
に元々アルミニウム成分を含んでいるため、表層部及び
内部の粒界相のすべてがＡ相となっている。そのため、
靱性が低く、高温での強度が大きく低下していることが
分かる。また、実験例１２は、熱処理の時間が１時間と
短い例であり、表層部の厚さが８μｍと、第２発明の下
限を下回っている。この例では、靱性がやや低く、強度
も室温、高温ともに不十分である。
０℃と非常に低く、処理時間を１００時間と第４発明の
上限を大きく越える長時間とした例であるが、焼結体内
に元々アルミニウム成分を含んでいるため、表層部及び
内部の粒界相のすべてがＡ相となっている。そのため、
靱性が低く、高温での強度が大きく低下していることが
分かる。また、実験例１２は、熱処理の時間が１時間と
短い例であり、表層部の厚さが８μｍと、第２発明の下
限を下回っている。この例では、靱性がやや低く、強度
も室温、高温ともに不十分である。
【００３４】
【発明の効果】第１発明の窒化珪素焼結体では、第２発
明のように、粒界相が、特定の結晶組成を有するＡ相か
らなる、特定の厚さの表層部を設けることにより、高温
における強度を劣化させることなく、靱性及び室温付近
での強度の大きい焼結体を得ることができる。また、第
３発明の、特定の酸化物モル比とすることによって、強
度等のより優れた焼結体とすることができる。更に、第
４発明の窒化珪素焼結体の製造方法によれば、焼結体
を、特定ケース中、特定の処理条件によって熱処理する
ことによって、その表層部の粒界相に、第５発明のよう
な結晶構造の相を存在せさることにより、第１発明等の
優れた特性の窒化珪素焼結体を容易に製造することがで
きる。
明のように、粒界相が、特定の結晶組成を有するＡ相か
らなる、特定の厚さの表層部を設けることにより、高温
における強度を劣化させることなく、靱性及び室温付近
での強度の大きい焼結体を得ることができる。また、第
３発明の、特定の酸化物モル比とすることによって、強
度等のより優れた焼結体とすることができる。更に、第
４発明の窒化珪素焼結体の製造方法によれば、焼結体
を、特定ケース中、特定の処理条件によって熱処理する
ことによって、その表層部の粒界相に、第５発明のよう
な結晶構造の相を存在せさることにより、第１発明等の
優れた特性の窒化珪素焼結体を容易に製造することがで
きる。
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元素
（Ｒとする。）、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化
合物からなる粒界相とから構成される窒化珪素焼結体に
おいて、該窒化珪素焼結体の表層部の粒界相にのみ、Ｒ
10Ａｌ2 Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 によって表される相を有するこ
とを特徴とする窒化珪素焼結体。 - 【請求項２】 上記表層部の厚さが、１０〜５００μｍ
である請求項１記載の窒化珪素焼結体。 - 【請求項３】 上記希土類元素を含む化合物をＲ2 Ｏ3
とした場合の、そのモル数をＭｒ、上記窒化珪素焼結体
中の全酸素量から上記Ｒ2 Ｏ3 に含まれる酸素量を差し
引いた酸素のすべてが、ＳｉＯ2 を構成するものとした
場合の、そのモル数をＭｓとすれば、Ｍｓ／（Ｍｒ＋Ｍ
ｓ）が０．５〜０．８である請求項１又は２記載の窒化
珪素焼結体。 - 【請求項４】 窒化珪素粒子と、少なくとも希土類元
素、珪素、酸素及び窒素の各元素を含む化合物からなる
粒界相とから構成される焼結体を、粒界相にアルミニウ
ム成分を含有する窒化珪素焼結体からなるケース、又は
内表面にアルミニウム化合物を含む無機粉末をコーティ
ングしたケース内において、不活性雰囲気下、１６５０
〜１７５０℃で２〜２０時間熱処理し、上記焼結体の表
層部の粒界相を結晶化することを特徴とする窒化珪素焼
結体の製造方法。 - 【請求項５】 結晶化された上記粒界相が、Ｒ10Ａｌ2
Ｓｉ3 Ｏ18Ｎ4 によって表される相を有する請求項４記
載の窒化珪素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7219723A JPH0948671A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7219723A JPH0948671A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0948671A true JPH0948671A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16739966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7219723A Pending JPH0948671A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0948671A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103396798A (zh) * | 2013-07-24 | 2013-11-20 | 江苏博睿光电有限公司 | 一种用于近紫外激发的氮氧化物荧光粉及其制备方法 |
-
1995
- 1995-08-03 JP JP7219723A patent/JPH0948671A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103396798A (zh) * | 2013-07-24 | 2013-11-20 | 江苏博睿光电有限公司 | 一种用于近紫外激发的氮氧化物荧光粉及其制备方法 |
| CN103396798B (zh) * | 2013-07-24 | 2015-10-07 | 江苏博睿光电有限公司 | 一种用于近紫外激发的氮氧化物荧光粉及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2842723B2 (ja) | 窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体およびその製造方法 | |
| JP3231944B2 (ja) | 窒化珪素質耐熱部材の製造方法 | |
| JPH0948671A (ja) | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 | |
| JP3152790B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP3145597B2 (ja) | アルミナ質焼結体およびその製造方法 | |
| JP3034100B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JP2724764B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JPH08208317A (ja) | アルミナ質焼結体およびその製造方法 | |
| JPH1121175A (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
| JP2746761B2 (ja) | 窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体の製造方法 | |
| JP3124867B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 | |
| JPH1081568A (ja) | 窒化珪素−炭化珪素複合焼結体及びその製造方法 | |
| JP3207065B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
| JP3236733B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
| JP3618036B2 (ja) | アルミナ質焼結体の製法 | |
| JP3034099B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JPH0840774A (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
| JPH1059773A (ja) | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 | |
| JP3207045B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP2694368B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP2783702B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体 | |
| JPH0826829A (ja) | 窒化珪素焼結体 | |
| JP2000001370A (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JPH07187792A (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP3237963B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製法 |