JPH1025163A - 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体及びその製造方法Info
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- JPH1025163A JPH1025163A JP8182372A JP18237296A JPH1025163A JP H1025163 A JPH1025163 A JP H1025163A JP 8182372 A JP8182372 A JP 8182372A JP 18237296 A JP18237296 A JP 18237296A JP H1025163 A JPH1025163 A JP H1025163A
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Abstract
を防止する、メリライト相を有する窒化珪素質焼結体、
及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 窒化珪素粉末にY2O3、AlN及びAl
2O3を所定の組成となるように添加して湿式混合し、こ
の混合物を直方体状成形体に成形し、CIPを行った。
その後、成形体を焼成炉にて窒素雰囲気下で1700℃、 4
時間の焼成を行い、メリライト相を有する窒化珪素質焼
結体基材を得た。この基材を加工研磨して得た試験片に
つき、大気中にて1100〜1300℃、 1〜10時間の熱処理を
行った。そして、熱処理後の試験片を低温酸化温度域 9
00〜1000℃にて大気中での 100時間の酸化試験を行い、
酸化増量及び酸化前に対する酸化後の強度比を求めた。
その結果、上記条件下で熱処理した後の試験片が、優れ
た機械的特性を損なうことなく低温酸化を防止できるこ
とを確認した。
Description
む窒化珪素質焼結体に関する。
面から厚さ1〜100μmの表層部のみにシリコンオキ
シナイトライド結晶層(Si2N2O)が存在する窒化珪
素質焼結体が記載され、かかる焼結体は高温強度及び耐
酸化性に優れることが記載されている。
体表面の粒界層がJCPDSカードNo.21−145
8と同一のX線回折パターンの結晶(例えばRe2Si
O5)に結晶化した窒化珪素焼結体が記載され、かかる
焼結体は高温での高強度は維持したまま低温酸化を防止
して低温での強度をも発現できることが記載されてい
る。
相がM3Al5O12(Mは希土類元素)の結晶相からなる
β−サイアロン質焼結体が記載され、かかる焼結体は高
温域での強度が高いことが記載されている。特開平6−
100387号公報には、窒化珪素質焼結体を1300
〜1500℃で酸素含有雰囲気中にて熱処理し、更に表
面層を0.1〜0.5mm切削除去することにより、高
温強度を向上する強化方法が記載されている。この場
合、焼結体内部の焼結助剤成分濃度が初期濃度よりも低
下し、粒界層の耐熱性が向上することにより、焼結体の
高温強度が向上する。
珪素焼結体が5〜100μmの酸化物表面層を有し、そ
のうち5μm以上の深度領域にはSiO2 が存在しない
ものが記載されている。
物を焼結助剤とする窒化珪素質焼結体には、粒界相とし
てメリライト相(Re2O3・Si3N4が1:1の結晶
相、Reは希土類元素)を有するものがある。メリライ
ト相は希土類を焼結助剤とする窒化珪素質焼結体では組
成、焼成条件を限定することにより比較的容易に析出さ
せることができる。また、粒界を結晶化させるので高温
特性が良くなり、たいへん有用である。このため、メリ
ライト相を有する窒化珪素質焼結体は、例えばガスター
ビンの構成部品のように高温下(900〜1000℃)
にて使用される部品に利用することが期待される。
結体はメリライト相を有しない窒化珪素質焼結体に比べ
て、800〜1000℃において耐酸化性が著しく劣化
する傾向にあり、メリライト相の酸化によって極端な酸
化増量の増大が起こる(図1参照)。これを低温酸化と
いう。低温酸化によるメリライト相の変化を下記式
(1)に示す。
かかる低温酸化を受けると、焼結体表面が白く変色し、
体積膨張により表面がひどく荒れてしまい、場合によっ
ては強度に影響が出てくる可能性もある。このため、メ
リライト相を持つ窒化珪素質焼結体をそのままガスター
ビンの構成部品のように高温下(900〜1000℃)
にて使用される部品に利用することは困難であった。
る窒化珪素質焼結体において、優れた機械的特性を損な
うことなく低温酸化を防止することが望まれていたが、
上記の従来技術によってはかかる問題は解消されていな
かった。本発明は、優れた機械的特性を損なうことなく
低温酸化を防止する、メリライト相を有する窒化珪素質
焼結体を提供すること、及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
明の効果】上記課題を解決するため、請求項1記載の発
明は、メリライト相(Re2O3・Si3N4、Reは希土
類元素)を含む窒化珪素質焼結体において、膜厚1〜5
μmのSiO2 含有酸化層が焼結体表面に存在すること
を特徴とする。
μmより小さいと、低温酸化に耐えるに十分な保護膜と
して機能しないため、低温酸化の特性がよくならない。
一方、SiO2 含有酸化層の厚みが5μmより大きい
と、酸化物増加(酸化層形成時に高温酸化が進みすぎ
る)により強度の低下が起こり、酸化増量も増えてく
る。ここで、高温酸化における窒化珪素質焼結体の変化
を下記式(2)に示す。
からのSiO2 含有酸化層の膜厚を最適化することによ
り、機械的特性(例えば強度特性)を維持したまま、8
00〜1000℃における低温酸化を顕著に防止でき、
酸化増量を大幅に低減することができるという効果を奏
するものである。
化珪素質焼結体であって、焼結体表面からの深さが5μ
mを超えるところにはSiO2 を含む酸化層もSiO2
以外の酸化物を含む酸化層も存在しないことを特徴とす
る。焼結体表面からの深さが5μmを超えるところにS
iO2 を含む酸化層やSiO2 以外の酸化層が存在する
と、酸化物増加による強度の低下が起こりやすく、酸化
増量も増える傾向にあるため、好ましくない。
載の窒化珪素質焼結体の製造方法であって、メリライト
相を含む窒化珪素質焼結体基材を、酸化雰囲気中110
0〜1300℃で1〜10時間処理することを特徴とす
る。ここで、メリライト相を含む窒化珪素質焼結体基材
は、例えば、窒化珪素粉末と希土類元素化合物等の焼結
助剤とを混合し、次いでプレス成形、射出成形、鋳込み
成形及び押出成形等により成形し、得られた成形体を所
定の焼成条件(非酸化性雰囲気下であることが好まし
い)で焼成することにより、得ることができる。尚、窒
化珪素質焼結体基材がメリライト相を有していることは
例えばX線回折により得られる回折パターンによって確
認できる。
℃より低いと、低温酸化が高温酸化より優勢になり酸化
増量が増える。このとき生成するダイシリケート相(上
記式(1)参照)が体積膨張を伴い表面の荒れの原因に
なる。一方、熱処理温度が1300℃より高いと、高温
酸化による酸化増量が顕著になり表面の白色化と強度の
低下を起こす。また、熱処理時間が1時間より短いと、
酸化層厚みが1μm未満になり低温酸化低減に十分な酸
化層をつくることができない。一方、酸化時間が10時
間より長いと酸化層厚みが5μmを超え、酸化増量が著
しく増加して、強度低下を起こす。
XPS、EPMA等により測定することができる。ま
た、酸化層にSiO2 が含まれることは例えば焼結体表
面またはこの表面をX線回折し、得られた回折パターン
をJCPDSカードを用いる等により同定できる。
尚、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定さ
れるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種
々の形態を採り得ることはいうまでもない。また、本実
施例で用いた測定装置の名称及び機種名は以下の通りで
ある。 SEM(Scanning Electron Microscope:走査型電子
顕微鏡) 機種:日本電子(株)JSM−840 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy:X線光
電子分光装置) 機種:日本電子(株)JPS−90MX EPMA(Electron Probe MicroAnalyzer:電子プロ
ーブマイクロアナライザー) 機種:日本電子(株)JXA−8800A XRD(X線回折) 機種:(株)理学RU−200T [実施例1〜12、比較例1〜15]下記表1に示すよ
うに、材料組成A、B、Cにつき、窒化珪素粉末にY2
O3、AlN及びAl2O3を所定の組成となるように添
加して、30〜40時間湿式混合した。
素基配合物(材料組成A、B、Cのいずれか)をプレス
成形により50mm角、厚さ20mmの直方体状成形体
に成形し、1.5ton/cm2 の圧力でコールドアイ
ソスタティックプレス(CIP)を行った。その後、成
形体を焼成炉にて窒素雰囲気下で1700℃、4時間の
焼成を行った。
窒化珪素質焼結体基材につき、JIS R−1601に
記載されている試験片形状(3×4×35mm)に加工
研磨した。この試験片につき、メリライト相のピーク比
及び室温強度を測定した。その結果を表1に示す。尚、
メリライト相のピーク比は、X線回折においてのβ窒化
珪素のピーク強度に対するメリライト相のピーク強度の
比、M(121)/β’の第1ピーク(M(121)はメリライト
のピーク高さ、β’の第1ピークはβ−Si3N4の最も
ピーク強度の高いピークのことでありβ窒化珪素では
S R−1601に準拠した4点曲げを行ったときの値
である。一方、加工研磨した試験片につき、実施例1〜
12においては大気中にて1100〜1300℃、1〜
10時間の条件で熱処理を行い、比較例1〜7では熱処
理を行わず、比較例8〜15では上記条件以外の条件で
熱処理を行った(具体的には表2の熱処理条件の欄を参
照)。
域900〜1000℃(具体的には表2の酸化条件の欄
を参照)にて大気中での100時間の酸化試験を行い、
酸化増量、及び、酸化前に対する酸化後の強度比を求め
た。その結果を表2及び表3に示す。尚、強度はJIS
R−1601に準拠した4点曲げで測定した。また、
SiO2 層の厚みは、XPS、EPMAにおいて酸素分
布を測定することにより測定した。更に、実施例1〜1
2において、焼結体表面から5μmを超える領域にはS
iO2 を含む酸化物層やSiO2 以外の酸化物を含む酸
化物層が存在しない点については、酸素分布が内部と同
様であるのと内部の組成にSiO2 以外の酸化物層成分
がX線回折でも検出されないことにより確認した。
例1〜12では、メリライト相を含む窒化珪素質焼結体
の優れた機械的特性を損なうことなく低温酸化を防止す
ることが可能となり、例えばガスタービンの構成部品の
ように高温下(900〜1000℃)にて使用される部
品に利用できるようになった。
O2 含有酸化物層を有しない場合や、比較例8〜15の
ようにSiO2 含有酸化物層の膜厚が1〜5μmの範囲
外の場合には、機械的特性が損なわれるとか、酸化増量
が著しいという問題が生じた。
むものと含まないもの)の温度と酸化増量との関係を表
すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 メリライト相(Re2O3・Si3N4、R
eは希土類元素)を含む窒化珪素質焼結体において、 膜厚1〜5μmのSiO2 含有酸化層が焼結体表面に存
在することを特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項2】 請求項1記載の窒化珪素質焼結体におい
て、 焼結体表面からの深さが5μmを超えるところにはSi
O2 を含む酸化層もSiO2 以外の酸化物を含む酸化層
も存在しないことを特徴とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項3】 メリライト相(Re2O3・Si3N4、R
eは希土類元素)を含む窒化珪素質焼結体基材を、酸化
雰囲気中1100〜1300℃で1〜10時間処理する
ことにより、請求項1又は2記載の窒化珪素質焼結体を
得ることを特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方法。
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JP18237296A JP3437380B2 (ja) | 1996-07-11 | 1996-07-11 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
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---|---|---|---|---|
JP2000327426A (ja) * | 1999-05-21 | 2000-11-28 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 発熱抵抗体並びにセラミックヒータ用発熱抵抗体及びそれを用いたセラミックヒータ |
JP2007130700A (ja) * | 2005-11-08 | 2007-05-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | サイアロン製切削工具及びこれを備えた工具 |
CN109665850A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-04-23 | 陈树 | 一种低温环境高抗冲击性陶瓷基外墙板的制备方法 |
-
1996
- 1996-07-11 JP JP18237296A patent/JP3437380B2/ja not_active Expired - Lifetime
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