JPH1067561A - Silicon nitride fired product - Google Patents

Silicon nitride fired product

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Publication number
JPH1067561A
JPH1067561A JP8238616A JP23861696A JPH1067561A JP H1067561 A JPH1067561 A JP H1067561A JP 8238616 A JP8238616 A JP 8238616A JP 23861696 A JP23861696 A JP 23861696A JP H1067561 A JPH1067561 A JP H1067561A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
fired
sintering
firing
additive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8238616A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Ichikawa
浩 市川
Hiroichi Fukuda
博一 福田
Yuka Fukano
由花 深野
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP8238616A priority Critical patent/JPH1067561A/en
Publication of JPH1067561A publication Critical patent/JPH1067561A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a silicon nitride fired product which has reduced surface roughness and alteration layers and is suitable for sliding members by placing a sintering additive of the same components as those in the molded products in a sintering furnace, when a molded product composed of silicon nitride and the sintering additive is fired. SOLUTION: When a molded product comprising a mixed powder of silicon nitride and a firing additive is fired, a firing additive having the same formulation as that of the firing additive included in the molded product is placed in the sintering furnace and fired in an atmosphere containing the sintering additive of the same components at 1,600-1,950 deg.C for 4-15 hours thereby producing sintered silicon nitride ceramic. The silicon nitride to be used in sintering may be produced from any process, but has preferably fine particle sizes, high α-phase content, and is prepared by the thermal decomposition of imide. As a firing additive, oxides and/or nitrides of Y, Al, Mg, Sc, La, Ce, Be, Zr are used, but a combination of Y2 O3 with AL2 O3 is particularly preferred. In the production of the molded products, the addition of a polyhydric alcohol fatty acid ester increases the fluidity of the green mix and is advantageous in the molding. The powders of the raw materials are preferably granulated by using a binder such as polvinyl alcohol or the like.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス焼成
工程における表面変質層の低減化に関し、詳しくは、焼
成工程における表面変質層が極端に少なく、焼成体加工
代を大幅に削減できるセラミックス成形時の焼成条件、
焼成雰囲気に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the reduction of a surface altered layer in a ceramic sintering step, and more particularly, to an extremely small surface altered layer in a sintering step. Firing conditions,
Regarding firing atmosphere.

【0002】[0002]

【従来の技術】焼成は、一般に成形体の表層より進行し
ていくため、成形体内部ではまだ焼成が進行中でも、成
形体の表層では焼成が完了して、成形体内部にポアが残
存し、成形体表層部分に変質層あるいは焼成体の分解が
発生することがある。このため、従来より成形体と同組
成の詰粉中で焼成したり、チッ化ケイ素製のルツボ中で
焼成することにより、焼成体の分解や焼結助剤の蒸発を
防止することが行われている(図16参照)。
2. Description of the Related Art Since sintering generally proceeds from the surface layer of a molded body, sintering is completed in the surface layer of the molded body while sintering is still in progress inside the molded body, and pores remain in the molded body. The deteriorated layer or the fired body may be decomposed in the surface layer portion of the formed body. For this reason, conventionally, by firing in a powder having the same composition as the compact and firing in a crucible made of silicon nitride, decomposition of the fired body and evaporation of the sintering aid have been performed. (See FIG. 16).

【0003】しかし、セラミックスの摺動部材において
は、摺動接触面が重要であり、接触面にポア(面粗さが
悪い)、あるいは変質層が存在することにより、剥離、
振動、焼き付き、破壊などの原因となると考えられる。
従って、摺動部材の製造にあたっては、接触面に面粗さ
や変質層の発生を極力避けなければならないが、従来の
方法では、摺動部材として充分な摺動特性を有するもの
は得られていない。このため、焼成後に変質層を削除す
る工程を行うことが必要であり、削除部分を考慮して成
形体の厚さを設計しなければならない。
However, in a ceramic sliding member, the sliding contact surface is important, and the contact surface has pores (poor surface roughness) or a deteriorated layer, which causes peeling,
It is considered to cause vibration, seizure, and destruction.
Therefore, in the production of a sliding member, it is necessary to avoid the occurrence of surface roughness and a deteriorated layer on the contact surface as much as possible. However, the conventional method does not provide a sliding member having sufficient sliding characteristics. . For this reason, it is necessary to perform a step of removing the altered layer after firing, and the thickness of the molded body must be designed in consideration of the removed portion.

【0004】一方、乾式加圧成形においても、チッ化ケ
イ素成形用顆粒の変形・破壊による緻密化が充分に行わ
れないと成形体中に顆粒間ポアが残存し、その焼成体
は、強度、密度などの物性において、射出成形または鋳
込み成形による焼成体の物性よりも劣ることがある。ま
た、乾式加圧成形の場合、離型時の成形体と金型間の摩
擦が大きいために、成形体にクラックが発生しやすいと
いう問題もある。このため、チッ化ケイ素成形用のバイ
ンダーとしては、ポリビニルアルコール(PVA)、ア
クリル樹脂、またはワックスなどのバインダーに、ポリ
エチレングリコール(PEG)、ジブチルフタル酸など
の可塑剤を併用したものを用いることで、その成形性を
改善することが行われている。しかし、このようなバイ
ンダーを用いても、密度が均質な成形体を得ようとする
と高い成形圧力が必要であり、またポアの減少にも一定
の限界がある。しかも、チッ化ケイ素摺動部材において
は、前述した部材表層の変質層の存在のみならず、微細
な顆粒間ポアの残存が、摺動特性に大きな悪影響を及ぼ
すため、顆粒間ポアをより少なくすることも重要な課題
である。
[0004] On the other hand, even in dry pressure molding, if densification due to deformation and destruction of the silicon nitride forming granules is not sufficiently performed, pores between the granules remain in the formed body, and the fired body has strength, Physical properties such as density may be inferior to physical properties of a fired body obtained by injection molding or casting. Further, in the case of dry pressure molding, there is also a problem that cracks are liable to occur in the molded article due to a large friction between the molded article and the mold at the time of release. Therefore, as a binder for molding silicon nitride, a binder obtained by using a binder such as polyvinyl alcohol (PVA), an acrylic resin, or a wax in combination with a plasticizer such as polyethylene glycol (PEG) or dibutyl phthalic acid is used. It has been attempted to improve the moldability. However, even if such a binder is used, a high molding pressure is required in order to obtain a molded article having a uniform density, and there is a certain limit in the reduction of pores. In addition, in the silicon nitride sliding member, not only the presence of the altered layer on the surface of the member described above, but also the remaining fine intergranular pores have a large adverse effect on the sliding characteristics, so that the intergranular pores are reduced. This is also an important issue.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、優れた摺動
特性を有する焼成体が得られる焼成条件を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide firing conditions under which a fired body having excellent sliding characteristics can be obtained.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、チッ化ケイ素
と焼結助剤で構成された混合粉末からなる成形体を焼成
してなるチッ化ケイ素焼成体であって、成形体に用いた
焼結助剤と同成分の焼結助剤を含有する雰囲気下、1,
600〜1,950℃で4〜15時間焼成されたもので
あるチッ化ケイ素焼成体を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a fired silicon nitride product obtained by firing a molded product comprising a mixed powder composed of silicon nitride and a sintering aid. In an atmosphere containing a sintering aid of the same component as the sintering aid,
The present invention provides a silicon nitride fired body fired at 600 to 1,950 ° C. for 4 to 15 hours.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の焼結体の製造方法が適用
できる成形体は、チッ化ケイ素粉末と焼結助剤からなる
混合粉末を、有機バインダーを用いて成形した成形体で
ある。本発明に用いられるチッ化ケイ素(Si3 4
は、イミド熱分解法、金属ケイ素の直接チッ化法、シリ
カの還元チッ化法、気相反応法など、どのような製法に
より製造されたものであってもよいが、粒子が微細でα
相含有率も高い点で、イミド熱分解法によるチッ化ケイ
素が好適である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A compact to which the method for producing a sintered compact according to the present invention can be applied is a compact obtained by molding a mixed powder comprising silicon nitride powder and a sintering aid using an organic binder. Silicon nitride (Si 3 N 4 ) used in the present invention
May be produced by any method such as imide pyrolysis method, direct siliconizing method of metal silicon, reducing siliconizing method of silica, gas phase reaction method, etc.
In view of the high phase content, silicon nitride by imide pyrolysis is preferred.

【0008】本発明に用いられるチッ化ケイ素粉末の好
ましい比表面積は、5.0〜15.0m2 /gが好まし
く、特に9.0〜13.0m2 /gがより好ましい。比
表面積が5.0m2 /g未満であると、焼結性が低下し
たり、粒度分布によっては粉末の充填性が悪くなる場合
があり、一方、15.0m2 /gを超えると、粉末の成
形性、充填性が低下して、成形体のハンドリング性が悪
くなったり、コストが増加する場合がある。好ましい比
表面積にするための装置としては、ボールミル、攪拌ミ
ル、ジェットミルなどであり、湿式粉砕、乾式粉砕のい
ずれでもよい。湿式粉砕を行う際の媒液としては、エチ
ルアルコール、メチルアルコール、その他の有機溶媒が
用いられる。
A preferred specific surface area of the nitride silicon powder used in the present invention is preferably 5.0~15.0m 2 / g, especially 9.0~13.0m 2 / g is more preferable. If the specific surface area is less than 5.0 m 2 / g, the sinterability may be reduced or the filling property of the powder may be deteriorated depending on the particle size distribution. On the other hand, if the specific surface area exceeds 15.0 m 2 / g, the powder In some cases, the moldability and the filling property of the molded article are reduced, the handling of the molded article is deteriorated, and the cost may increase. Examples of an apparatus for obtaining a preferable specific surface area include a ball mill, a stirring mill, and a jet mill, and any of wet grinding and dry grinding may be used. Ethyl alcohol, methyl alcohol, and other organic solvents are used as a medium for wet grinding.

【0009】本発明では、焼結原料として、チッ化ケイ
素粉末に焼結助剤を添加した混合粉末を用いる。焼結助
剤としては、Y、Al、Mg、Sc、La、Ce、B
e、Zrの酸化物またはチッ化物を用いることができ
る。中でも、Y23 、Al23 、SiO2 、MgO
が好ましく、これらは、単独でも、組み合わせて使用す
ることもできる。本発明では、Y23 およびAl2
3 の併用が最も好ましい。
In the present invention, a mixed powder obtained by adding a sintering aid to a silicon nitride powder is used as a sintering raw material. As sintering aids, Y, Al, Mg, Sc, La, Ce, B
An oxide or nitride of e and Zr can be used. Among them, Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO
And these can be used alone or in combination. In the present invention, Y 2 O 3 and Al 2 O
The combination of 3 is most preferred.

【0010】焼結助剤の比表面積は、3〜50m2
g、特に7〜20m2 /gであることが好ましい。ま
た、このような平均粒径にするための粉砕は、ボールミ
ル、攪拌ミル、ジェットミルなどであり、湿式粉砕、乾
式粉砕のいずれでもよい。
The specific surface area of the sintering aid is 3 to 50 m 2 /
g, particularly preferably 7 to 20 m 2 / g. The pulverization for obtaining such an average particle size is performed by a ball mill, a stirring mill, a jet mill, or the like, and may be any of wet pulverization and dry pulverization.

【0011】混合粉末における焼結助剤の割合として
は、0.5〜13.0重量%が好ましく、特に3.5〜
8.0重量%がより好ましい。焼結助剤の添加の割合
が、0.5重量%未満であると、発生する液相量が少な
く液相焼結がしないため、粒子間ポアの排出が進まず、
一方、13.0重量%を超えると、焼結は進行しやすく
なるが、液相量が多いため、高温特性が低下したり、液
相よりボイドが発生しやすくなり、機械的特性が損なわ
れる。特に、焼結助剤として、Y23 を使用した場合
には、混合粉末中2.5〜5.0重量%が好適であり、
Al23 を使用した場合には、0.5〜5.0重量%
が好適である。また、Y23 およびAl23 を併用
した場合には、Y23 とAl23 の添加量の割合
は、重量比で5:1〜1:1であることが好ましい。
The proportion of the sintering aid in the mixed powder is preferably 0.5 to 13.0% by weight, more preferably 3.5 to 13.0% by weight.
8.0% by weight is more preferred. If the proportion of the sintering aid is less than 0.5% by weight, the amount of liquid phase generated is small and liquid phase sintering is not performed, so that the discharge of pores between particles does not proceed.
On the other hand, if it exceeds 13.0% by weight, sintering tends to proceed, but since the amount of the liquid phase is large, high-temperature characteristics are reduced and voids are more likely to be generated than in the liquid phase, resulting in impaired mechanical characteristics. . In particular, when Y 2 O 3 is used as a sintering aid, 2.5 to 5.0% by weight of the mixed powder is preferable.
When Al 2 O 3 is used, 0.5 to 5.0% by weight
Is preferred. When Y 2 O 3 and Al 2 O 3 are used in combination, the ratio of the added amount of Y 2 O 3 to Al 2 O 3 is preferably 5: 1 to 1: 1 by weight.

【0012】チッ化ケイ素と焼結助剤の混合粉末(以
下、単に「混合粉末」ともいう)は、有機バインダーと
混合され、成形用の顆粒(以下、「チッ化ケイ素成形用
顆粒」という)に造粒される。用いる有機バインダー
は、適宜選択することができるが、例えばポリビニルア
ルコール、ポリアクリル酸エステル、流動パラフィン、
ポリビニルブチラール、カルボキシメチルセルロース、
メチルセルロース、ポリビニルアセテート、ポリアクリ
ルアミド共重合体などが挙げられる。
A powder mixture of silicon nitride and a sintering aid (hereinafter, also simply referred to as a "mixed powder") is mixed with an organic binder to form granules for molding (hereinafter, "granules for molding silicon nitride"). Granulated. The organic binder to be used can be appropriately selected, for example, polyvinyl alcohol, polyacrylate, liquid paraffin,
Polyvinyl butyral, carboxymethyl cellulose,
Examples include methyl cellulose, polyvinyl acetate, and polyacrylamide copolymer.

【0013】バインダーの添加量は、混合粉末100重
量部に対して、固形分または有効成分換算で、0.5〜
20.0重量部が好ましく、特に2.0〜11.0重量
部がより好ましい。バインダーがポリビニルアルコール
である場合には、混合粉末100重量部に対して0.1
〜4重量部が好ましく、特に0.4〜2重量部がより好
ましい。ポリビニルアルコールが0.1重量部未満であ
ると、グリーン成形体の強度が低下してハンドリング性
が悪くなり、一方、4重量部を超えると、顆粒が硬くな
り過ぎ、成形体中に多量の顆粒間ポアが残存するため、
焼成体の物性が低下する。
[0013] The amount of the binder to be added is 0.5 to 100 parts by weight of the mixed powder in terms of solid content or active ingredient.
The amount is preferably 20.0 parts by weight, more preferably 2.0 to 11.0 parts by weight. When the binder is polyvinyl alcohol, 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder.
To 4 parts by weight, and more preferably 0.4 to 2 parts by weight. When the amount of polyvinyl alcohol is less than 0.1 part by weight, the strength of the green molded body is reduced and the handling property is deteriorated. On the other hand, when the amount exceeds 4 parts by weight, the granules become too hard and a large amount of granules is contained in the molded body. Because the pores remain,
The physical properties of the fired body decrease.

【0014】造粒に際し、混合粉末にはバインダーのほ
かにも、可塑剤、潤滑剤、分散剤、湿潤剤、消泡剤など
を添加することができる。
At the time of granulation, a plasticizer, a lubricant, a dispersant, a wetting agent, an antifoaming agent and the like can be added to the mixed powder in addition to the binder.

【0015】可塑剤としては、ポリエチレングリコー
ル、グリセリン、ジブチルフタレートなどが挙げられる
が、中でもポリエチレングリコールが好適である。可塑
剤の添加量は、混合粉末100重量部に対して0.01
〜15.0重量部が好ましい。中でも、可塑剤がポリエ
チレングリコールの場合は、0.1〜9重量部が好まし
く、特に0.6〜7重量部がより好ましい。ポリエチレ
ングリコールが、0.1重量部未満であると、顆粒が硬
くなり過ぎ、成形体中に多量の顆粒間ポアが残存するた
めに、焼成体物性が低くなり、一方、9重量部を超える
と、顆粒の流動性が低下し、充填密度が不均一となり、
またグリーン成形体の強度が低下してハンドリング性が
悪くなる。
[0015] Examples of the plasticizer include polyethylene glycol, glycerin, dibutyl phthalate and the like. Among them, polyethylene glycol is preferable. The amount of the plasticizer added is 0.01 to 100 parts by weight of the mixed powder.
~ 15.0 parts by weight are preferred. Among them, when the plasticizer is polyethylene glycol, the amount is preferably 0.1 to 9 parts by weight, particularly preferably 0.6 to 7 parts by weight. If the polyethylene glycol is less than 0.1 part by weight, the granules become too hard and a large amount of intergranular pores remain in the molded body, so that the physical properties of the fired body are reduced. , The fluidity of the granules decreases, the packing density becomes uneven,
Further, the strength of the green molded body is reduced, and the handling property is deteriorated.

【0016】また、潤滑剤としては、炭化水素系、脂肪
酸系のいずれの潤滑剤を用いることもできる。すなわ
ち、脂肪酸系の潤滑剤として、ステアリン酸、ラウリル
酸、およびその金属塩、脂肪酸アミド、脂肪酸エステル
や、炭化水素系の潤滑剤として、流動パラフィン、パラ
フィンワックス、塩素化炭化水素などを用いることがで
きる。中でも、潤滑剤としては、多価アルコール脂肪酸
エステルが最も好適である。本発明で用いる多価アルコ
ール脂肪酸エステルは、その多価アルコールが、ソルビ
タン、ソルビット、ソルバイトなどのアンヒドロソルビ
ット類であるものが好ましく、特にソルビタンがより好
ましい。また、脂肪酸としては、ラウリン酸、オレイン
酸、パルミチン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸が好
ましく、特に、ラウリン酸、オレイン酸がより好まし
い。
As the lubricant, any of a hydrocarbon-based lubricant and a fatty acid-based lubricant can be used. That is, stearic acid, lauric acid, metal salts thereof, fatty acid amides, fatty acid esters, and liquid lubricants such as liquid paraffin, paraffin wax, and chlorinated hydrocarbons may be used as fatty acid-based lubricants. it can. Among them, polyhydric alcohol fatty acid esters are most suitable as the lubricant. The polyhydric alcohol fatty acid ester used in the present invention is preferably such that the polyhydric alcohol is an anhydrosorbite such as sorbitan, sorbite, and sorbite, and particularly preferably sorbitan. As the fatty acid, higher fatty acids such as lauric acid, oleic acid, palmitic acid and stearic acid are preferable, and lauric acid and oleic acid are more preferable.

【0017】混合粉末に多価アルコール脂肪酸エステル
を添加すると、得られる顆粒の流動性が向上し、比較的
低い成形圧力でも、顆粒間ポアのない成形体が得られ
る。また、成型後離型の際にも、成形体と金型との摩擦
力が小さくなるため、スプリングバックの影響が小さ
く、その結果、クラックの原因となる表面の歪みが生じ
ない。
When the polyhydric alcohol fatty acid ester is added to the mixed powder, the fluidity of the obtained granules is improved, and a molded article without pores between granules can be obtained even at a relatively low molding pressure. In addition, when the mold is released after molding, the frictional force between the molded body and the mold is reduced, so that the influence of springback is small, and as a result, surface distortion that causes cracks does not occur.

【0018】潤滑剤の添加量は、混合粉末100重量部
に対して0.1〜15.0重量部が好ましい。潤滑剤が
多価アルコール脂肪酸エステルである場合は、混合粉末
100重量部に対して0.5〜10重量部であることが
好ましく、特に1〜6重量部がより好ましい。多価アル
コール脂肪酸エステルが、0.5重量部未満であると、
セラミックス成形用顆粒と金型との摩擦力が大きくな
り、離型時に成形体にクラックが発生しやすく、また成
形体中に多量の顆粒間ポアが残存し、焼成体物性が低く
なる。一方、10重量部を超えると、セラミックス成形
用顆粒の流動性が低下して充填密度が不均一になり、グ
リーン成形体の強度が低下して成形体のハンドリング性
が悪くなる。
The amount of the lubricant is preferably 0.1 to 15.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the mixed powder. When the lubricant is a polyhydric alcohol fatty acid ester, the amount is preferably 0.5 to 10 parts by weight, more preferably 1 to 6 parts by weight, based on 100 parts by weight of the mixed powder. When the polyhydric alcohol fatty acid ester is less than 0.5 parts by weight,
The frictional force between the ceramic molding granules and the mold becomes large, cracks are easily generated in the molded body at the time of mold release, and a large amount of intergranular pores remain in the molded body, resulting in low physical properties of the fired body. On the other hand, if it exceeds 10 parts by weight, the fluidity of the granules for ceramic molding decreases, the packing density becomes non-uniform, the strength of the green molding decreases, and the handling of the molding deteriorates.

【0019】造粒の方法としては、例えば、噴霧造粒方
法、攪拌造粒方法、転動造粒方法、流動造粒方法などが
挙げられるが、目的に応じて適宜選択すればよい。
Examples of the granulation method include a spray granulation method, a stirring granulation method, a tumbling granulation method, a fluidized granulation method and the like, and may be appropriately selected according to the purpose.

【0020】本発明で用いるチッ化ケイ素成形用顆粒の
平均粒径は、10〜100μmが好ましく、特に40〜
80μmがより好ましい。平均粒径が10μm未満であ
ると、所望の流動性が得られ難くなり、一方、100μ
mを超えると、顆粒に陥没などの欠陥が生じ易くなる。
The average particle size of the silicon nitride granules used in the present invention is preferably from 10 to 100 μm, particularly preferably from 40 to 100 μm.
80 μm is more preferred. If the average particle size is less than 10 μm, it becomes difficult to obtain desired fluidity, while
When m exceeds m, defects such as depression are likely to occur in the granules.

【0021】チッ化ケイ素成形用顆粒は、加圧成形によ
り成形して成形体となすことができる。加圧成形の方法
は限定されるものではなく、一軸プレス成形、冷間静水
圧プレス成形(ドライ、ウェット)、温間静水圧プレス
成形などが適用されるが、目的に応じて、適宜選択する
ことができる。また、一軸プレス成形法により予備成形
したのち、冷間静水圧プレス、温間静水圧プレスなどに
より二次成形を行ってもよい。
The silicon nitride forming granules can be formed into a compact by molding by pressure molding. The method of pressure molding is not limited, and uniaxial press molding, cold isostatic press molding (dry, wet), warm isostatic press molding, and the like are applied, but are appropriately selected according to the purpose. be able to. Further, after preforming by a uniaxial press forming method, secondary forming may be performed by a cold isostatic press, a warm isostatic press or the like.

【0022】成形圧力は、3〜5t/cm2 が好まし
く、特に3〜4t/cm2 がより好ましい。成形圧力が
3t/cm2 未満であると、顆粒間ポアの消滅が充分で
なく、一方、5t/cm2 を超えると、スプリングバッ
クが大きくなり、クラックが発生し易くなる。また、予
備成形を行う場合は、0.1〜3t/cm2 、好ましく
は0.5〜1t/cm2 で成形を行ったのち、二次成形
を3〜5t/cm2 、好ましくは3〜4t/cm2 で行
うことが好ましい。
The molding pressure is preferably 3~5t / cm 2, particularly 3~4t / cm 2 is more preferable. If the molding pressure is less than 3 t / cm 2 , pores between granules are not sufficiently eliminated, while if it exceeds 5 t / cm 2 , springback increases and cracks are liable to occur. When performing the preforming, 0.1~3t / cm 2, then preferably subjected to molding at 0.5~1t / cm 2, 3~5t / cm 2 the secondary molding, preferably 3 to It is preferably performed at 4 t / cm 2 .

【0023】焼成前の脱脂工程は、特に限定されるもの
ではなく、常法に従って行えばよい。脱脂温度、脱脂時
間は、適宜選択すればよいが、例えば、脱脂温度は、5
00〜700℃が好ましく、特に600〜700℃がよ
り好ましい。脱脂時間は、0.5〜10時間が好まし
く、特に1〜5時間がより好ましい。
The degreasing step before firing is not particularly limited, and may be performed according to a conventional method. The degreasing temperature and the degreasing time may be appropriately selected.
The temperature is preferably from 00 to 700C, more preferably from 600 to 700C. The degreasing time is preferably 0.5 to 10 hours, particularly preferably 1 to 5 hours.

【0024】次いで行う焼成工程は、成形体に用いた焼
結助剤と同成分の焼結助剤を含有する雰囲気下で行う。
ここで、焼結助剤を含有する雰囲気とは、焼結助剤が、
気相、液相、または固相のいずれかの状態で焼成炉内に
存在する雰囲気をいう。また、ここでいう焼結助剤と
は、成形体以外の出所による焼結助剤であり、成形体に
もともと含まれていた焼結助剤は含まれない。従って、
本発明では、焼成炉内を焼結助剤を含有する雰囲気にす
るために、焼成炉内に、成形体に用いたのと同成分の焼
結助剤(以下「焼成雰囲気用焼結助剤」という)を設置
して焼成を行う。例えば、焼結助剤として、Y23
よびAl23 を用いた混合粉末からなる成形体を焼成
する場合には、炉内に、Y23 および/またはAl2
3 を設置して焼成する。中でも、Y23 およびAl
23 を成形体が含有する比率で設置することが最も好
ましい。このとき、焼成用ルツボとしては、ヒーターか
らのカーボンの混入を防止する観点から、原料粉末と同
じ材料であるチッ化ケイ素製のルツボが好適である。
The subsequent firing step is performed in an atmosphere containing the same sintering aid as the sintering aid used for the compact.
Here, the atmosphere containing the sintering aid means that the sintering aid is
An atmosphere that exists in the firing furnace in any of a gas phase, a liquid phase, and a solid phase. In addition, the sintering aid referred to herein is a sintering aid derived from a source other than the molded body, and does not include the sintering aid originally included in the molded body. Therefore,
In the present invention, in order to make the inside of the firing furnace an atmosphere containing a sintering aid, a sintering aid having the same component as that used for the molded article (hereinafter referred to as a “sintering aid for the firing atmosphere” is provided in the firing furnace. ") And fire. For example, when sintering a compact made of a mixed powder using Y 2 O 3 and Al 2 O 3 as a sintering aid, Y 2 O 3 and / or Al 2 O 3 are placed in a furnace.
Place O 3 and fire. Among them, Y 2 O 3 and Al
It is most preferable to provide 2 O 3 at a ratio contained in the molded body. At this time, as the firing crucible, a crucible made of silicon nitride, which is the same material as the raw material powder, is preferable from the viewpoint of preventing carbon from being mixed in from the heater.

【0025】焼成雰囲気用焼結助剤の総設置量は、ルツ
ボ容積に対して0.01g/cm3以上が好ましく、特
に、0.04〜0.50g/cm3 が好ましい。焼成雰
囲気用焼結助剤の形状は、特に限定されるものではない
が、焼成雰囲気により放出されやすいという点で、粉末
状であることが好ましい。
The total installation of the firing atmosphere for the sintering aid, 0.01 g / cm 3 or more preferably against crucible volume, particularly preferably 0.04~0.50g / cm 3. The shape of the sintering aid for the sintering atmosphere is not particularly limited, but is preferably powder because it is easily released by the sintering atmosphere.

【0026】ところで、チッ化ケイ素と焼結助剤からな
る混合粉末を用いた成形体の焼成工程は、焼結助剤が液
相を生成することによりチッ化ケイ素粒子の再配列が起
こり、次いで、チッ化ケイ素粒子が該液相に溶解−析出
してα−チッ化ケイ素からβ−チッ化ケイ素に変化し、
これが粒成長しながら周辺のα−チッ化ケイ素を巻き込
んでさらに粒成長して二次再配列が起こり、β−チッ化
ケイ素の絡み合いのために二次配列が進行しなくなるこ
とで、最終的な組織が形成され、焼成が完了するもので
ある。そして、成形体内に存在するポアは、このような
焼成の過程において、特に、チッ化ケイ素の再配列・溶
解−析出の過程において焼結助剤の液相を移動して、外
部に排出される(図15参照)。
By the way, in the step of firing a molded body using a mixed powder comprising silicon nitride and a sintering aid, rearrangement of silicon nitride particles occurs because the sintering aid generates a liquid phase, and The silicon nitride particles dissolve-precipitate in the liquid phase and change from α-silicon nitride to β-silicon nitride,
This involves the surrounding α-silicon nitride during grain growth and further grain growth to cause secondary rearrangement, and secondary arrangement does not progress due to entanglement of β-silicon nitride, so that the final A structure is formed and firing is completed. The pores existing in the molded body move in the course of such sintering, in particular, in the process of rearrangement / dissolution-precipitation of silicon nitride, and move out of the liquid phase of the sintering aid and are discharged to the outside. (See FIG. 15).

【0027】本発明において焼結助剤を含有する雰囲気
で焼成を行うことの意義は、焼成時に、成形体外部から
絶えず成形体に対して焼結助剤を供給することにより、
成形体の表層における、チッ化ケイ素の再配列・溶解−
析出過程の時間を長くし、その結果、α−チッ化ケイ素
がβ−チッ化ケイ素に相転化して析出する量を増加させ
るとともに、成形体内部のポアが排出される時間を充分
に長く保ち、成形体の緻密化を一段と進めることにあ
る。
The significance of firing in an atmosphere containing a sintering aid in the present invention is that during firing, the sintering aid is constantly supplied to the compact from outside the compact.
Rearrangement and dissolution of silicon nitride in the surface layer of the compact
Prolong the time of the precipitation process, as a result, increase the amount of α-silicon nitride converted to β-silicon nitride and precipitate, and keep the time for the pores inside the molded body to be discharged sufficiently long. Another object of the present invention is to further advance the densification of a molded body.

【0028】従って、焼成温度は、成形体にもともと含
まれる焼結助剤が液相を生成するだけでなく、炉内に設
置した焼結助剤が成形体に供給される温度、例えば焼結
助剤の気化温度以上である必要がある。このため、本発
明では、成形体の焼成は、1,600〜1,950℃に
おいて行う。中でも、焼結助剤が、Y23 およびAl
23 である場合には、1,750〜1,850℃が好
適である。
Therefore, the sintering temperature is not only the temperature at which the sintering aid originally contained in the compact produces a liquid phase, but also the temperature at which the sintering aid installed in the furnace is supplied to the compact, for example, It must be above the vaporization temperature of the auxiliaries. For this reason, in this invention, baking of a molded object is performed at 1,600-1950 degreeC. Among them, sintering aids are Y 2 O 3 and Al
In the case of 2 O 3 , 1,750 to 1,850 ° C. is preferable.

【0029】また、焼成時間は、チッ化ケイ素の再配列
・溶解−析出過程の時間が長い分、焼結を完全に行うた
めに、2〜15時間とすることが好ましく、特に4〜1
0時間がより好ましい。焼成時間が2時間未満である
と、焼成が充分でなく、焼成体密度が低下して強度低下
をもたらし、一方、15時間を超えると、粒成長が必要
以上に進んで、焼成体の強度低下をもたらす上、焼成体
表面層が分解する恐れがある。さらに、成形体の最大肉
厚が大きい場合には、焼成時間を長く設定するなど、最
大肉厚を考慮して焼成時間を選択することが好ましい。
The sintering time is preferably 2 to 15 hours, and more preferably 4 to 1 hour, in order to perform sintering completely because the time required for the rearrangement / dissolution-precipitation process of silicon nitride is long.
0 hours is more preferred. If the sintering time is less than 2 hours, the sintering is insufficient and the density of the sintering body is reduced, resulting in a decrease in strength. If the sintering time exceeds 15 hours, grain growth proceeds more than necessary, and the strength of the sintering body is reduced. And the fired body surface layer may be decomposed. Further, when the maximum thickness of the molded body is large, it is preferable to select the firing time in consideration of the maximum thickness, such as setting the firing time longer.

【0030】また、焼成時の雰囲気は、チッ化ケイ素の
分解反応を防止するために、窒素ガス、アルゴンガスな
どの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
The firing is preferably performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas in order to prevent the decomposition reaction of silicon nitride.

【0031】雰囲気圧力は、焼成炉がGPS炉の場合は
9〜10kg/cm2 が好ましく、HIP炉の場合は1
00〜1,000kg/cm2 がより好ましい。ここで
いう雰囲気圧力とは、炉内が焼成温度に達したときの雰
囲気圧力をいう。脱脂前の成形体の密度が大きい場合に
は、炉内温度がある程度高くなったのち、具体的には8
00℃に達したのちに加圧を開始することが好ましい。
The atmospheric pressure is preferably 9 to 10 kg / cm 2 when the firing furnace is a GPS furnace, and is 1 when the firing furnace is a HIP furnace.
It is more preferably from 1,000 to 1,000 kg / cm 2 . The atmosphere pressure here refers to the atmosphere pressure when the inside of the furnace reaches the firing temperature. If the density of the molded body before degreasing is high, the furnace temperature is increased to some extent,
It is preferable to start pressurizing after reaching 00 ° C.

【0032】このようにして得られたチッ化ケイ素焼成
体は、焼結助剤が絶えず供給されながら長時間にわたり
焼成されるため、成形体内部のポアが充分に排出され
て、ポア面積率が小さく、焼成体表面の変質層の厚さも
かなり薄いものとなる。例えば、本発明のチッ化ケイ素
焼成体は、その表層の変質層の厚さは0.05mm以下
とすることが可能である。また、焼結助剤が液相を生成
し、チッ化ケイ素粉末が、再配列−溶解・析出する時間
を長くしたため、α相からβ相に相転移するチッ化ケイ
素が増加して、β−チッ化ケイ素の絡み合いによる緻密
化が一段と進んで、高強度の焼成体となっている。
Since the silicon nitride fired body thus obtained is fired for a long time while the sintering aid is constantly supplied, the pores inside the molded body are sufficiently discharged, and the pore area ratio is reduced. It is small, and the thickness of the altered layer on the surface of the fired body is considerably small. For example, in the fired silicon nitride body of the present invention, the thickness of the surface altered layer can be set to 0.05 mm or less. In addition, since the sintering aid generates a liquid phase and the silicon nitride powder rearranges and prolongs the time for dissolution and precipitation, the amount of silicon nitride that undergoes a phase transition from the α phase to the β phase increases, and β- Densification by entanglement of silicon nitride has progressed further, resulting in a high-strength fired body.

【0033】さらに、成形体を、潤滑剤を含有する顆粒
で構成した場合には、もともと成形体に含まれるポアが
少ないため、焼成時の焼結助剤の供給により、さらにポ
アが減少し、特に強度、硬度に優れたチッ化ケイ素焼成
体である。
Further, when the molded body is composed of granules containing a lubricant, the number of pores originally contained in the molded body is small, so that the supply of the sintering aid during firing further reduces the pores. Particularly, it is a silicon nitride fired body having excellent strength and hardness.

【0034】[0034]

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例1〜3 (1)顆粒の作成 原料粉末として、比表面積が10±1m2 /gのSi3
4 〔イミド分解法、宇部興産(株)製、E−10〕を
92重量部、Y23 〔日本イットリウム(株)製〕を
5重量部、Al23 〔住友化学工業(株)製、AKP
−30〕を3重量部を計量し、これに水51重量部と、
分散剤0.4重量部を添加して、ボールミルで64時間
混合した。この混合物に、有効成分換算で、ポリビニル
アルコールを2重量部、ソルビタンのオレイン酸エステ
ルを3重量部添加して、スラリー状混濁液を得た。次い
で、これをスプレードライヤーで噴霧乾燥し、メッシュ
パス(150μm)を行い、平均粒径80μmのSi3
4 成形用顆粒を得た。
The present invention will be described below with reference to examples. Examples 1 to 3 (1) Preparation of granules As raw material powder, Si 3 having a specific surface area of 10 ± 1 m 2 / g
92 parts by weight of N 4 [imide decomposition method, manufactured by Ube Industries, Ltd., E-10], 5 parts by weight of Y 2 O 3 [manufactured by Nippon Yttrium Co., Ltd.], Al 2 O 3 [Sumitomo Chemical Industries, Ltd. ), AKP
-30] was weighed at 3 parts by weight, and 51 parts by weight of water was added thereto.
0.4 part by weight of a dispersant was added and mixed by a ball mill for 64 hours. To this mixture, 2 parts by weight of polyvinyl alcohol and 3 parts by weight of oleic acid ester of sorbitan were added in terms of active ingredients to obtain a slurry-like turbid liquid. It was then spray-dried with a spray drier, subjected to mesh pass (150 [mu] m), an average particle size of 80 [mu] m Si 3
It was obtained N 4 molding granules.

【0035】(2)Si3 4 焼成体の作成 Si3 4 成形用顆粒を1t/cm2 で一軸プレス成形
(川田式)し、径5×高さ15mmの円柱に予備成形し
たのち、4t/cm2 で冷間静水圧プレスを行い、二次
成形し、これを、600℃の大気中に1時間保持し、成
形体の脱脂を行った。得られた脱脂体を、粉末状の酸化
イットリウム160g、および酸化アルミニウム160
g設置した容積1,800cm3 のルツボに入れ(図
1)、窒素ガス中、焼成速度を6℃/分として、1,8
00℃で4時間(実施例1)、1,800℃で10時間
(実施例2)、1,850℃で4時間(実施例3)焼成
し(以下、このときの雰囲気を「助剤系雰囲気」とい
う)、Si3 4 焼成体を得た。このとき雰囲気圧力
は、炉内が800℃に達した時から加圧を開始して、焼
成中、9kg/cm2 に維持した。実施例1と実施例2
の焼成パターンを図2に示す。
[0035] (2) a uniaxial press molding a Si 3 N 4 sintered bodies created Si 3 N 4 forming a granulate 1t / cm 2 and (Kawada formula), after preformed into a cylindrical diameter 5 × height 15 mm, Cold isostatic pressing was performed at 4 t / cm 2 , secondary molding was performed, and this was held in the air at 600 ° C. for 1 hour to degrease the molded body. 160 g of powdery yttrium oxide and aluminum oxide 160
g was placed in a crucible having a capacity of 1,800 cm 3 (FIG. 1), and fired in nitrogen gas at a firing rate of 6 ° C./min.
Firing at 00 ° C. for 4 hours (Example 1), 1,800 ° C. for 10 hours (Example 2), and 1,850 ° C. for 4 hours (Example 3) (hereinafter referred to as “auxiliary system”) Atmosphere)) to obtain a sintered body of Si 3 N 4 . At this time, the pressure of the atmosphere was started when the temperature in the furnace reached 800 ° C., and was maintained at 9 kg / cm 2 during firing. Example 1 and Example 2
FIG. 2 shows the firing pattern of.

【0036】得られた焼成体を図3に示すように縦方
向、横方向に切断して鏡面仕上げを行い、その断面から
表層付近のポア面積率と中心部のポア面積率を評価し
た。また、実施例1〜2の焼成体を縦方向に切り出し
て、ビッカース硬度測定用テストピースを作成し、ビッ
カース硬度を測定した。その結果を、図5〜6および表
1に示す。また、実施例2の表層付近の断面の拡大写真
を参考図1に、表層付近および中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真を図7〜8に示す。
As shown in FIG. 3, the obtained fired body was cut in the vertical and horizontal directions and mirror-finished, and from the cross section, the pore area ratio near the surface layer and the pore area ratio at the center were evaluated. Further, the fired bodies of Examples 1 and 2 were cut out in the vertical direction to prepare test pieces for measuring Vickers hardness, and Vickers hardness was measured. The results are shown in FIGS. In addition, an enlarged photograph of a cross section near the surface layer of Example 2 is shown in Reference FIG. 1, and scanning electron microscope photographs of a cross section near the surface layer and in the center are shown in FIGS.

【0037】なお、ポア面積率、ビッカース硬度の測定
は、次のとおりに行った。ポア面積率 切断面の光学顕微鏡像による画像を解析することにより
算出した。ビッカース硬度(Hv) ビッカース硬度測定用TPについて、図4に示した各測
定点においてビッカース硬度を測定し、その平均値を算
出した。なお、荷重を500gf、押し込み時間を15
秒間とした。
The pore area ratio and Vickers hardness were measured as follows. It was calculated by analyzing an image of the cut surface of the pore area ratio by an optical microscope image. Vickers hardness (Hv) With respect to the Vickers hardness measurement TP, the Vickers hardness was measured at each measurement point shown in FIG. 4, and the average value was calculated. The load was 500 gf and the pushing time was 15
Seconds.

【0038】比較例1〜3 Si3 4 粉末として、比表面積;10±1m2 /gの
Si3 4 〔イミド分解法、宇部興産(株)製、E−1
0〕を用い、Y23 、Al23 を設置しないチッ化
ケイ素製ルツボ内(以下「標準雰囲気」という)で焼成
したこと以外は、実施例1と同様に、1,800℃で4
時間(比較例1)、1,800℃で10時間(比較例
2)、1,850℃で4時間(比較例3)焼成して、チ
ッ化ケイ素焼成体を作成し、ポア面積率およびビッカー
ス硬度を測定した。その結果を図5〜6および表1に示
す。また、比較例1の表層付近の断面の拡大写真を参考
図2に、比較例1の焼成体の表層付近および中心部の断
面の走査型電子顕微鏡写真を図9〜10に示す。
[0038] As Comparative Example 1 to 3 Si 3 N 4 powder, the specific surface area; Si 3 N 4 [imide decomposition method 10 ± 1m 2 / g, Ube Industries, Ltd., E-1
0], and baked in a silicon nitride crucible without Y 2 O 3 and Al 2 O 3 (hereinafter referred to as “standard atmosphere”) at 1,800 ° C. in the same manner as in Example 1. 4
Time (Comparative Example 1), fired at 1,800 ° C. for 10 hours (Comparative Example 2), and fired at 1,850 ° C. for 4 hours (Comparative Example 3) to produce a silicon nitride fired body, pore area ratio and Vickers The hardness was measured. The results are shown in FIGS. In addition, FIG. 2 shows an enlarged photograph of a cross section near the surface layer of Comparative Example 1, and FIGS. 9 to 10 show scanning electron micrographs of a cross section near the surface layer and the center of the fired body of Comparative Example 1.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】参考図1〜2によると、比較例1の焼成体
の変質層の厚さは、0.4〜0.5mmであるのに対
し、実施例2の焼成体の変質層は、わずか0.02〜
0.03mm程度と非常に薄いことが分かった。
According to FIGS. 1 and 2, the thickness of the deteriorated layer of the fired body of Comparative Example 1 is 0.4 to 0.5 mm, whereas the thickness of the deteriorated layer of the fired body of Example 2 is slightly 0.02-
It turned out that it is very thin, about 0.03 mm.

【0041】図5〜6によると、実施例1〜2のチッ化
ケイ素焼成体は、切断方向(縦、横)、測定位置(表
層、中心部)のいずれにおいても、助剤系雰囲気で焼成
した焼成体は、標準雰囲気で焼成したものよりもポア面
積率が小さいことが分かった。中でも、1,800℃で
10時間、助剤系雰囲気で焼成したものが、最もポア面
積率が小さいことが分かった。また、測定部位では、表
層よりも中心部の方がポア面積率が大きい傾向があるこ
とが分かった。
According to FIGS. 5 and 6, the silicon nitride fired bodies of Examples 1 and 2 were fired in an auxiliary agent atmosphere in any of the cutting direction (vertical and horizontal) and the measurement position (surface layer, center). It was found that the fired body obtained had a smaller pore area ratio than that fired in a standard atmosphere. Among them, it was found that those fired at 1,800 ° C. for 10 hours in an auxiliary atmosphere had the smallest pore area ratio. In addition, it was found that there was a tendency that the pore area ratio was larger in the central portion than in the surface layer at the measurement site.

【0042】また、表1によると、助剤系雰囲気で焼成
しても、ビッカース硬度の低下が起こらないことが分か
った。表層と中心部においても硬度差は見られなかっ
た。
Further, according to Table 1, it was found that the Vickers hardness did not decrease even when firing in an auxiliary system atmosphere. No difference in hardness was observed between the surface layer and the center.

【0043】図7〜10より、ポア面積率で極小を示し
た実施例2の焼成体(図7〜8)は、β型柱状粒子が絡
み合った焼成体組織となっていることが分かった。この
組織は、助剤系雰囲気で助剤を絶えず供給してやりなが
ら、10時間という長時間焼成したことにより、液相生
成時間が長くなり、β相の柱状粒子量が増加し絡み合っ
たことにより、緻密化したものと考えられる。一方、比
較例1の焼成体(図9〜10)は、α−チッ化ケイ素の
β相転移が進んでいないことが分かった。
7 to 10, it was found that the fired body of Example 2 (FIGS. 7 and 8) having the minimum pore area ratio had a fired body structure in which β-type columnar particles were entangled. This structure has a dense liquid phase due to the prolonged sintering time of 10 hours, while the auxiliary agent is constantly supplied in the auxiliary system atmosphere, and the liquid phase generation time has been prolonged. It is thought that it became. On the other hand, in the fired body of Comparative Example 1 (FIGS. 9 to 10), it was found that the β phase transition of α-silicon nitride did not progress.

【0044】実施例4〜7 一次成形を350kg/cm2 でハンドプレスしたこと
以外は、実施例1と同様に作成した焼成体について、実
施例1と同様にビッカース硬度および抗折強度のワイブ
ル係数を測定し、EPMA分析と蛍光X線定量分析によ
り組成分析した。その結果を、表2〜3に示す。なお、
実施例6〜7については、ソルビタンのオレイン酸エス
テルを添加しないチッ化ケイ素成形用顆粒を用いた。焼
成は、1,800℃で4時間(実施例4,6)、1,8
00℃で10時間(実施例5,7)行った。また、実施
例6〜7の中心部断面の走査型電子顕微鏡写真を図11
〜12に示す。なお、ワイブル係数は、JIS−R16
01に従って3点曲げ抗折強度を測定し、そのワイブル
分布から求めた。
Examples 4 to 7 Except that the primary molding was performed by hand pressing at 350 kg / cm 2 , the fired body produced in the same manner as in Example 1 was subjected to the same procedure as in Example 1 in terms of Vickers hardness and bending strength. Was measured, and the composition was analyzed by EPMA analysis and fluorescent X-ray quantitative analysis. The results are shown in Tables 2 and 3. In addition,
In Examples 6 and 7, granules for molding silicon nitride without adding oleic acid ester of sorbitan were used. Calcination was performed at 1,800 ° C. for 4 hours (Examples 4, 6),
This was performed at 00 ° C. for 10 hours (Examples 5 and 7). FIG. 11 is a scanning electron micrograph of a cross section at the center of Examples 6 and 7.
~ 12. The Weibull coefficient is JIS-R16
The three-point bending strength was measured in accordance with No. 01, and determined from its Weibull distribution.

【0045】比較例4〜7 Y23 、Al23 を設置しない標準雰囲気のルツボ
内で焼成したこと以外は、実施例6と同様に、1,80
0℃で4時間(比較例4,6)、1,800℃で10時
間(比較例5,7)焼成して、チッ化ケイ素焼成体を作
成し、ビッカース硬度およびワイブル係数を測定すると
ともに、EPMA分析と蛍光X線定量分析により組成分
析した。その結果を表2〜3に示す。また、比較例6〜
7の中心部断面の走査型電子顕微鏡写真を図13〜14
に示す。
Comparative Examples 4 to 7 In the same manner as in Example 6, except that the sintering was performed in a crucible in a standard atmosphere without Y 2 O 3 and Al 2 O 3 , 1,80.
By firing at 0 ° C. for 4 hours (Comparative Examples 4 and 6) and at 1,800 ° C. for 10 hours (Comparative Examples 5 and 7), a silicon nitride fired body was prepared, and Vickers hardness and Weibull coefficient were measured. The composition was analyzed by EPMA analysis and quantitative X-ray fluorescence analysis. The results are shown in Tables 2 and 3. Comparative Examples 6 to
7 to 14 show scanning electron micrographs of a central section of FIG.
Shown in

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】表2によると、焼結助剤を含有する雰囲気
で焼成した焼成体は、焼成助剤を含有しない標準雰囲気
で焼成した焼成体よりも、焼成前の含有と比較して焼結
助剤があまり減少していないことが分かった。従って、
雰囲気から焼結助剤を絶えず供給することが、焼結助剤
の減少を防止し、緻密化させる上で有効であることが分
かった。
According to Table 2, the fired body fired in the atmosphere containing the sintering aid has a higher sintering aid than the fired body fired in the standard atmosphere containing no sintering aid. It was found that the agent did not decrease much. Therefore,
It has been found that the constant supply of the sintering aid from the atmosphere is effective in preventing the reduction of the sintering aid and making the sintering agent dense.

【0049】表3より、潤滑剤を添加しないよりも添加
したほうが、強度、ワイブル値ともに優れることが分か
った。中でも、焼成時間については、1,800℃で4
時間焼成するよりも1,800℃で10時間焼成した方
が、また、焼成雰囲気については、標準雰囲気よりも助
剤系雰囲気の方が、強度、ワイブル値が向上することが
分かった。
From Table 3, it was found that the addition of the lubricant was superior to the addition of no lubricant in both the strength and the Weibull value. Above all, the firing time was 4 at 1,800 ° C.
It was found that the baking at 1,800 ° C. for 10 hours and the baking atmosphere improved the strength and Weibull value more in the auxiliary atmosphere than in the standard atmosphere.

【0050】図11〜14によると、潤滑剤を添加せず
に標準雰囲気中、1,800℃で4時間焼成した比較例
6の焼成体(図11)は、潤滑剤を添加せずに助剤系雰
囲気中、1,800℃で10時間焼成した実施例7の焼
成体(図12)よりも、β−チッ化ケイ素への相転移が
進行しておらず、よって緻密化しておらず、強度が低い
ことが分かった。また、実施例5の焼成体(図13)
は、比較例4の焼成体(図14)に比較すると、β−チ
ッ化ケイ素への相転移が進んで、柱状粒子量が増加して
緻密化しており、強度が高いことが分かった。
According to FIGS. 11 to 14, the fired body of Comparative Example 6 (FIG. 11) which was fired at 1,800 ° C. for 4 hours in a standard atmosphere without adding a lubricant was added without adding a lubricant. Compared with the fired body of Example 7 (FIG. 12) fired at 1,800 ° C. for 10 hours in an agent-based atmosphere, the phase transition to β-silicon nitride did not progress, and thus the powder was not densified. The strength was found to be low. Further, the fired body of Example 5 (FIG. 13)
Compared with the fired body of Comparative Example 4 (FIG. 14), it was found that the phase transition to β-silicon nitride was advanced, the amount of columnar particles was increased, the density was increased, and the strength was high.

【0051】[0051]

【発明の効果】本発明のチッ化ケイ素焼成体は、焼結助
剤を絶えず供給しながら、長時間にわたり焼成を行うた
め、液相部と通って成形体内部のポアが充分に外部に排
出されて、ポア面積率が減少し、焼成体表面の変質層の
低減化が可能となる。また、焼結助剤が液相を生成し、
チッ化ケイ素粉末が、再配列−溶解・析出する時間を長
くしたため、α相からβ相に相転移するチッ化ケイ素が
増加して、β−チッ化ケイ素の絡み合いによる緻密化が
一段と進んで、高強度の焼成体となっている。
The fired silicon nitride of the present invention is fired for a long time while continuously supplying the sintering aid, so that pores inside the formed body are sufficiently discharged to the outside through the liquid phase. As a result, the pore area ratio is reduced, and the number of altered layers on the surface of the fired body can be reduced. Also, the sintering aid produces a liquid phase,
Silicon nitride powder, rearrangement-because the time to dissolve and precipitate was extended, the silicon nitride that phase transition from the α phase to the β phase increased, the densification by the entanglement of β-silicon nitride further advanced, It is a high strength fired body.

【0052】さらに、成形体を、潤滑剤を含有する顆粒
で構成した場合には、もともと成形体に含まれるポアが
少ないため、焼成時の焼結助剤の供給により、さらにポ
アが減少し、特に強度、硬度に優れたチッ化ケイ素焼成
体が得られる。
Further, when the compact is composed of granules containing a lubricant, the number of pores originally contained in the compact is small. Therefore, the supply of the sintering aid during firing further reduces the pores. In particular, a fired silicon nitride body having excellent strength and hardness can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1の焼成時のルツボ内の状態を示す模式
断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a state in a crucible at the time of firing in Example 1.

【図2】本発明の実施例の焼成パターンを示すチャート
であり、(a)は実施例1の焼成パターン、(b)は実
施例2の焼成パターンである。
FIGS. 2A and 2B are charts showing firing patterns according to an example of the present invention, in which FIG. 2A shows the firing pattern of Example 1, and FIG. 2B shows the firing pattern of Example 2. FIG.

【図3】実施例1の焼成体の縦方向および横方向におけ
る切断面を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a cut surface of the fired body of Example 1 in a vertical direction and a horizontal direction.

【図4】実施例1のテストピースにおけるビッカース硬
度の測定点を示す図であり、(a)は測定断面の斜視図
であり、(b)は正面図である。
4A and 4B are diagrams showing measurement points of Vickers hardness in the test piece of Example 1, (a) is a perspective view of a measurement cross section, and (b) is a front view.

【図5】実施例1〜3の焼成体の縦方向断面におけるポ
ア面積率を示すチャートである。
FIG. 5 is a chart showing a pore area ratio in a longitudinal section of the fired bodies of Examples 1 to 3.

【図6】実施例1〜3の焼成体の横方向断面におけるポ
ア面積率を示すチャートである。
FIG. 6 is a chart showing a pore area ratio in a cross section in a lateral direction of the fired bodies of Examples 1 to 3.

【図7】実施例2の焼成体の表層付近の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。
FIG. 7 is a scanning electron micrograph of a cross section near the surface layer of the fired body of Example 2.

【図8】実施例2の焼成体の中心部の断面の走査型電子
顕微鏡写真である。
FIG. 8 is a scanning electron micrograph of a cross section of a central portion of a fired body of Example 2.

【図9】比較例1の焼成体の表層付近の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。
FIG. 9 is a scanning electron micrograph of a cross section near the surface layer of the fired body of Comparative Example 1.

【図10】比較例1の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。
FIG. 10 is a scanning electron micrograph of a cross section of a central portion of a fired body of Comparative Example 1.

【図11】比較例6の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。
FIG. 11 is a scanning electron micrograph of a cross section of a central portion of a fired body of Comparative Example 6.

【図12】実施例7の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。
FIG. 12 is a scanning electron micrograph of a cross section of a central portion of a fired body of Example 7.

【図13】実施例5の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。
FIG. 13 is a scanning electron micrograph of a cross section of a central portion of a fired body of Example 5.

【図14】比較例4の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。
FIG. 14 is a scanning electron micrograph of a cross section of a central portion of a fired body of Comparative Example 4.

【図15】焼成におけるチッ化ケイ素の溶解−析出過程
のポアの放出モデルの模式図である。
FIG. 15 is a schematic diagram of a pore release model in a dissolution-precipitation process of silicon nitride during firing.

【図16】従来の詰粉による焼成時のルツボ内の状態を
示す模式断面図である。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a state in a crucible at the time of baking with a conventional filler.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チッ化ケイ素と焼結助剤で構成された混
合粉末からなる成形体を焼成してなるチッ化ケイ素焼成
体であって、成形体に用いた焼結助剤と同成分の焼結助
剤を含有する雰囲気下、1,600〜1,950℃で4
〜15時間焼成されたものであるチッ化ケイ素焼成体。
1. A fired silicon nitride body obtained by firing a molded body comprising a mixed powder composed of silicon nitride and a sintering aid, wherein the sintered body has the same components as the sintering aid used in the molded body. In an atmosphere containing a sintering aid, 4 at 1,600 to 1,950 ° C
A silicon nitride fired body fired for up to 15 hours.
【請求項2】 成形体が、潤滑剤として多価アルコール
脂肪酸エステルを含有するものである請求項1記載のチ
ッ化ケイ素焼成体。
2. The silicon nitride fired body according to claim 1, wherein the molded body contains a polyhydric alcohol fatty acid ester as a lubricant.
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