JPS5814392B2 - サイアロン焼結体の製造法 - Google Patents
サイアロン焼結体の製造法Info
- Publication number
- JPS5814392B2 JPS5814392B2 JP53163726A JP16372678A JPS5814392B2 JP S5814392 B2 JPS5814392 B2 JP S5814392B2 JP 53163726 A JP53163726 A JP 53163726A JP 16372678 A JP16372678 A JP 16372678A JP S5814392 B2 JPS5814392 B2 JP S5814392B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- molded body
- sialon
- powder
- firing
- 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.)
- Expired
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はサイアロン焼結体の製造法の改良に関するもの
である。
である。
サイアロンは窒化けい素ＳｉｓＮ４にＡｔ２０３，Ａｔ
Ｎスピネルが固溶した形の一般式Ｓｔ６−ｚＡｔＺＯｚ
Ｎ８−Ｚ（但しＺはＯ〜４、２を示す）で表わされるベ
ータ窒化けい素構造を有する物質であり、窒化けい素や
炭化けい素と共にその耐熱性，耐酸化性、耐食性などか
ら高温材料として優れたものである。
Ｎスピネルが固溶した形の一般式Ｓｔ６−ｚＡｔＺＯｚ
Ｎ８−Ｚ（但しＺはＯ〜４、２を示す）で表わされるベ
ータ窒化けい素構造を有する物質であり、窒化けい素や
炭化けい素と共にその耐熱性，耐酸化性、耐食性などか
ら高温材料として優れたものである。
特ｃＺ＝１（Ｓｉ５ＡｔＯＮ７）近傍のような酸化物固
溶量の小さいサイアロンは、２が大Ｌいｍｊ比べ優れた
高温特性が期待されるものである。
溶量の小さいサイアロンは、２が大Ｌいｍｊ比べ優れた
高温特性が期待されるものである。
従来、サイアロンの焼結は殆んどホットプレス法によっ
て行われてきた。
て行われてきた。
この方法によると，高密度な製品が得られる特長がある
が、反面複雑な形状の物を作ることが出来ず、コストも
高くなる問題点があった。
が、反面複雑な形状の物を作ることが出来ず、コストも
高くなる問題点があった。
従って、工業的には原料粉末を成型した後、得られた成
型体を窒素ガス大気圧下あるいは加圧下で焼成する焼結
法が安価で多量生産が可能である点で有利である。
型体を窒素ガス大気圧下あるいは加圧下で焼成する焼結
法が安価で多量生産が可能である点で有利である。
しかしながら、この焼結法によるときは、焼結中にサイ
アロンの熱分解が起こり、成型体の収縮が進行し難く、
また焼結体の組成も原料組成と異ったものとなる欠点が
ある。
アロンの熱分解が起こり、成型体の収縮が進行し難く、
また焼結体の組成も原料組成と異ったものとなる欠点が
ある。
従来、この欠点をなくするために、焼成中に原料の飛散
を防止する方法が提案されてきた。
を防止する方法が提案されてきた。
例えば、（１）原料成型体の周囲をＳｉ３Ｎ４粉末で覆
う方法、（２）原料成型体の周囲を成型体と同じ組成の
粉末で覆う方法が知られている。
う方法、（２）原料成型体の周囲を成型体と同じ組成の
粉末で覆う方法が知られている。
しかしながら、このいずれの方法も満足する程度まで原
料の飛散を防止することができず、高密度の焼結体を得
ることができない。
料の飛散を防止することができず、高密度の焼結体を得
ることができない。
特にｚ＝１（Ｓｉ５Ａｔ０７）近傍のような酸化物固溶
量の小さいサイアロンでは、焼結が困難であった。
量の小さいサイアロンでは、焼結が困難であった。
また、従来の焼結法では、焼結を容易にするため、Ｓｉ
６−ｚＡｔｚＯｚＮＢ−ｚの組成より酸素含有量の多い
原料粉末を使用して成型していた。
６−ｚＡｔｚＯｚＮＢ−ｚの組成より酸素含有量の多い
原料粉末を使用して成型していた。
しかしながら、この方法によると、得られる焼結体はサ
イアロン相以外のＸ相（推定組成Ｓｉ，ＡＪ，０２１Ｎ
９）と呼ばれる酸素含有量の多い量が共存したものとな
る。
イアロン相以外のＸ相（推定組成Ｓｉ，ＡＪ，０２１Ｎ
９）と呼ばれる酸素含有量の多い量が共存したものとな
る。
Ｘ相が共存すると融点が低くなり、また高温における諸
性質が著しく低下してくる欠点がある。
性質が著しく低下してくる欠点がある。
本発明の目的は従来のこれらの欠点をなくし、焼結中に
おける原料の飛散を少なくし、またＸ相の量も少なく、
高密度な均一な焼結体を窒素加圧雰囲気下で得る方法を
提供せんとするものである。
おける原料の飛散を少なくし、またＸ相の量も少なく、
高密度な均一な焼結体を窒素加圧雰囲気下で得る方法を
提供せんとするものである。
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、
原料の飛散はＳｉＯの発生によるものであることを明ら
かとしサイアロンの原料粉末を成型体とし、得られた成
型体をＳｉ３Ｎ４とＳｉ０２とを主成分とする混合物で
被覆した状態でＮ２ガスを含む加圧雰囲気下で焼成する
ときは、Ｎ２ガス常圧下での焼成に比べ、高温で焼結を
行ってもＳｉＯの飛散が少なくてすみ、常圧法では困難
であったＺ−１近傍の酸化物固溶量の少ないサイアρン
も高密度で焼結でき、Ｘ相への量もＯ〜２重量％以下と
少なく、理論密度の９０％以上で、しかも均一な焼結体
が得られることを究明し得た。
原料の飛散はＳｉＯの発生によるものであることを明ら
かとしサイアロンの原料粉末を成型体とし、得られた成
型体をＳｉ３Ｎ４とＳｉ０２とを主成分とする混合物で
被覆した状態でＮ２ガスを含む加圧雰囲気下で焼成する
ときは、Ｎ２ガス常圧下での焼成に比べ、高温で焼結を
行ってもＳｉＯの飛散が少なくてすみ、常圧法では困難
であったＺ−１近傍の酸化物固溶量の少ないサイアρン
も高密度で焼結でき、Ｘ相への量もＯ〜２重量％以下と
少なく、理論密度の９０％以上で、しかも均一な焼結体
が得られることを究明し得た。
この究明事実に基づいて本発明を完成したものである。
サイアロンの原料としては、Ｓｉ３Ｎ４−Ａｔ２０３−
ＡｔＮ、またはＳｔ３Ｎ，−Ｓｔ０２−ＡｔＨの系があ
り、これらを目的とするサイアロン（Ｓｉ６−ｚＡｔｚ
ＯｚＮ８−ｚ）の組成となるように原料を混合する。
ＡｔＮ、またはＳｔ３Ｎ，−Ｓｔ０２−ＡｔＨの系があ
り、これらを目的とするサイアロン（Ｓｉ６−ｚＡｔｚ
ＯｚＮ８−ｚ）の組成となるように原料を混合する。
この原料粉末を所望の形状に密度が１．７〜２．０ｇ／
ｃｒｙ程度に成型する。
ｃｒｙ程度に成型する。
この成型体をアルミナ、窒化けい素、炭化けい素または
サイアロンなどで作ったるつぼ中に設置する。
サイアロンなどで作ったるつぼ中に設置する。
この際、成型体の表面全体がｓｉ３Ｎ，とＳｉ０２を主
成分とする混合粉末によって均一に覆われるようにする
。
成分とする混合粉末によって均一に覆われるようにする
。
この混合粉末の混合比は、ｓｉ３Ｎ，は２０重量％以上
であることが好ましく、Ｓｉ０２は５〜８０重量％、好
ましくは５〜６０重量％である。
であることが好ましく、Ｓｉ０２は５〜８０重量％、好
ましくは５〜６０重量％である。
ＳｉｎＳの混合比が５重量％より少なくなると焼成中の
重量減を防ぐことが困難となり、また８０重量％を超え
ると、溶融ＳｉＯ２が成型体と反応してくっつき、焼成
後の取扱いが困難となる。
重量減を防ぐことが困難となり、また８０重量％を超え
ると、溶融ＳｉＯ２が成型体と反応してくっつき、焼成
後の取扱いが困難となる。
またこの混合粉末がＳｉ３Ｎ４とＳｔ０２との混合比が
前記の如き範囲であれば、これにＡｔ２０３，Ｓｉ，Ｓ
ｉＣ，Ｓｉ２Ｎ２０などが共存しても差支えない。
前記の如き範囲であれば、これにＡｔ２０３，Ｓｉ，Ｓ
ｉＣ，Ｓｉ２Ｎ２０などが共存しても差支えない。
原料成型体に対するこの混合粉末量は成型体の単位面積
当り０．１〜０．３ｇ７ｃｒｉ程度である。
当り０．１〜０．３ｇ７ｃｒｉ程度である。
成型体の焼成は加圧窒素ガス雰囲気下で行う。
焼成温度は１７００〜２３００℃好ましくは１８００〜
２１００℃で．約３０〜９０分程度焼成する。
２１００℃で．約３０〜９０分程度焼成する。
１７００℃より低いと反応速度がおそくなり、十分な収
縮が得難く、２３００℃を超えると原料中のＳｉａＮ４
や、生成したサイアロンの熱分解が活発となり、しばし
ば金属Ｓｉが遊離し不適当である。
縮が得難く、２３００℃を超えると原料中のＳｉａＮ４
や、生成したサイアロンの熱分解が活発となり、しばし
ば金属Ｓｉが遊離し不適当である。
窒素ガス圧は、焼成温度におけるｓｉ３Ｎ４の分解窒素
ガス圧以上であることが必要で、２〜１００Ｋｙ／ｃｒ
ｌが適当である。
ガス圧以上であることが必要で、２〜１００Ｋｙ／ｃｒ
ｌが適当である。
２Ｋｙ／ｄｍ２より低圧では、熱分解が激しく、十分な
収縮が得難く１００Ｋｇ／ａｆｔ以上は装置が高くなり
、実用上好ましくない。
収縮が得難く１００Ｋｇ／ａｆｔ以上は装置が高くなり
、実用上好ましくない。
前記の適当な方法で焼成すると、焼成中の重量減は０〜
３重量％であり、理論密度の９０％以上の緻密で均一な
焼結体が得られる。
３重量％であり、理論密度の９０％以上の緻密で均一な
焼結体が得られる。
このように本発明の方法によるときは、焼成中の重量減
が小さく、高密度な焼結体が得られる理由は、Ｘ線回折
による反応過程の追跡の結果から次のように推察される
。
が小さく、高密度な焼結体が得られる理由は、Ｘ線回折
による反応過程の追跡の結果から次のように推察される
。
昇温中、１６００℃位の温度から成型体周囲の粉末中で
、 Ｓｉ３Ｎ４＋Ｓｉ０２→２Ｓｌ２Ｎ２０ の反応によって酸窒化けい素が生成する。
、 Ｓｉ３Ｎ４＋Ｓｉ０２→２Ｓｌ２Ｎ２０ の反応によって酸窒化けい素が生成する。
これと同時に成型体の表面にも成型体中のＳＩ３Ｎ４と
周辺のＳｉＯ２との反応によってＳｉ２Ｎ２０の薄い層
が生成する。
周辺のＳｉＯ２との反応によってＳｉ２Ｎ２０の薄い層
が生成する。
この周辺および成型体表面の両Ｓｉ２Ｎ２０層は成型体
の収縮が大部分完了するまで存在する。
の収縮が大部分完了するまで存在する。
このＳｉ２Ｎ２０は
３Ｓｉ２Ｎ２０→Ｓｉ３Ｎ４＋３ＳｉＯ＋Ｎ２の反応に
よってＳｉＯガスが発生し、８１２Ｎ２０が存在してい
る間は原料粉末が熱分解してＳｉＯを発生させるのを妨
げ、雰囲気の窒素ガスを加圧すると、Ｓ１２Ｎ２Ｃυ消
失を防ぐことができる。
よってＳｉＯガスが発生し、８１２Ｎ２０が存在してい
る間は原料粉末が熱分解してＳｉＯを発生させるのを妨
げ、雰囲気の窒素ガスを加圧すると、Ｓ１２Ｎ２Ｃυ消
失を防ぐことができる。
周辺の粉の中のＳｉＯ２が５％以下になると、成型体の
収縮が十分でない内に、周辺の粉および成型体表面のＳ
ｉ２Ｎ２０が熱分解して消失し、成型体の熱分解を抑制
できなくなる。
収縮が十分でない内に、周辺の粉および成型体表面のＳ
ｉ２Ｎ２０が熱分解して消失し、成型体の熱分解を抑制
できなくなる。
またＳｉ２Ｎ２０生成のために周辺の粉末中には少なく
とも２０重量％以上のＳｔ３Ｎ４が存在することが必要
であるものと考えられる。
とも２０重量％以上のＳｔ３Ｎ４が存在することが必要
であるものと考えられる。
焼成過程中で生成する成型体表面のＳｔ２Ｎ２０の層の
厚さは１００μｍ以下であり、最終的には消失する。
厚さは１００μｍ以下であり、最終的には消失する。
焼成後、焼結体と周囲の粉末との分離は容易であり，取
扱いも非常に簡単である。
扱いも非常に簡単である。
次に、本発明の方法（表１）と従来法およびその他の方
法（表２）、（共に．実施例と同様な手順で行った）に
よる結果を示すと次の通りである。
法（表２）、（共に．実施例と同様な手順で行った）に
よる結果を示すと次の通りである。
前記表の結果から、本発明の方法によるときは重量減が
極めて少なく、また焼結体の密度が極めて太きいものが
得られることが明らかである。
極めて少なく、また焼結体の密度が極めて太きいものが
得られることが明らかである。
以上のように、本発明によると、ホットプレス法のよう
に、焼結中圧力が加わらないので、強度に方向性をおこ
すことがなく、スリツプキャステング法、インジエクシ
ョンモールデイング法等の成型法により複雑な形状の成
型体を作り焼成することが可能である。
に、焼結中圧力が加わらないので、強度に方向性をおこ
すことがなく、スリツプキャステング法、インジエクシ
ョンモールデイング法等の成型法により複雑な形状の成
型体を作り焼成することが可能である。
その上焼成重量減が少なく、且つ焼結密度の大きなホッ
トプレス法による製品と同等の強度を持つものが極めて
容易に得られる特長を有し、ガスタービン部品、熱交換
器、高温用機械部品等の高温材料として利用し得られる
優れた効果を有する。
トプレス法による製品と同等の強度を持つものが極めて
容易に得られる特長を有し、ガスタービン部品、熱交換
器、高温用機械部品等の高温材料として利用し得られる
優れた効果を有する。
実施例 １．
高純度なＳｓ３Ｎ４（分析値：Ｓｉ５８．６，Ｎ３７．
９，Ａｔ０．１８，Ｆｅ０．２５，０１．２１ｗｔ％）
，Ａ４２０３（純度９９．９％以上）、およびＡｔＮ（
分析値：Ａｔ６５．０，Ｎ３２．３，ＳｉＯ．２，０１
．８ｗｔ％）の粉末をＳｉ５ＡｔＯＮ７（Ｚ＝１）の組
成となるよう精秤し、高純度アルミナミルを用いヘキサ
ン中で４時間混合した。
９，Ａｔ０．１８，Ｆｅ０．２５，０１．２１ｗｔ％）
，Ａ４２０３（純度９９．９％以上）、およびＡｔＮ（
分析値：Ａｔ６５．０，Ｎ３２．３，ＳｉＯ．２，０１
．８ｗｔ％）の粉末をＳｉ５ＡｔＯＮ７（Ｚ＝１）の組
成となるよう精秤し、高純度アルミナミルを用いヘキサ
ン中で４時間混合した。
乾燥後この混合粉末１．５ｇを、１２ｍｍ径の金型で一
軸プレス（５００Ｋｙ／ｃｒｌ）Ｌた後、ラバープレス
（１５００Ｋｙ／ｄｍ２）で二次成型して密度約１．８
０ｌ／ｄｍ３の成型体を得た。
軸プレス（５００Ｋｙ／ｃｒｌ）Ｌた後、ラバープレス
（１５００Ｋｙ／ｄｍ２）で二次成型して密度約１．８
０ｌ／ｄｍ３の成型体を得た。
この成型体をＳｉ３Ｎ４と８１０２の等モル混合粉末で
均一に覆った状態でＢＮで内張リした黒鉛るつぼ中に設
置した。
均一に覆った状態でＢＮで内張リした黒鉛るつぼ中に設
置した。
次いでこのるつぼを、Ｎ２ガス２０気圧下、１９００℃
で１時間加熱した。
で１時間加熱した。
焼成後の重量減は約２％で、得られた焼結体の密度は２
．９９ｇ／ｉｍ３，気孔率は約５％であった。
．９９ｇ／ｉｍ３，気孔率は約５％であった。
実施例 ２．
実施例１と同様の手順で、原料、被覆、焼成条件を変え
て得た結果を表１に示す。
て得た結果を表１に示す。
比較例 １．
実施例２と同様の手順で行った比較実験結果を表２に示
す。
す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一般式Ｓｉａ−ｚＡｔｚＯｚＮｓ−ｚ（但し２は０
〜４．２を示す）で表わされるサイアロンの原料粉末を
成型し、該成型体をＳｔ３Ｎ４とＳｔＯ２を主成分とす
る混合物で被覆した状態で、Ｎ２ガス分圧が２〜１００
Ｋｆ／ｃｒｌの雰囲気下で焼成することを特徴とするサ
イアロン焼結体の製造法。 ２ Ｓ１３Ｎ４とＳ１０２を主成分とする混合物が、Ｓ
ｉ０２の重量比が５〜８０％で、ＳｔｓＮ４の重量比が
２０％以上の混合物である特許請求の範囲第１項記載の
サイアロン焼結体の製造法。 ３ 焼成温度が１７００〜２３００℃である特許請求の
範囲第１項または第２項記載のサイアロン焼結体の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53163726A JPS5814392B2 (ja) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | サイアロン焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53163726A JPS5814392B2 (ja) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | サイアロン焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5590474A JPS5590474A (en) | 1980-07-09 |
| JPS5814392B2 true JPS5814392B2 (ja) | 1983-03-18 |
Family
ID=15779488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53163726A Expired JPS5814392B2 (ja) | 1978-12-27 | 1978-12-27 | サイアロン焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5814392B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52147607A (en) * | 1976-06-03 | 1977-12-08 | Lucas Industries Ltd | Manufacture of ceramic materials |
| JPS5363413A (en) * | 1976-11-17 | 1978-06-06 | Toshiba Ceramics Co | Process for making sintered reaction products containing beta dash *saiaron* *solid solution of silicon nitride and0alumina* as main component |
| JPS5375208A (en) * | 1976-12-17 | 1978-07-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Method of manufacturing heat resistant ceramics |
-
1978
- 1978-12-27 JP JP53163726A patent/JPS5814392B2/ja not_active Expired
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52147607A (en) * | 1976-06-03 | 1977-12-08 | Lucas Industries Ltd | Manufacture of ceramic materials |
| JPS5363413A (en) * | 1976-11-17 | 1978-06-06 | Toshiba Ceramics Co | Process for making sintered reaction products containing beta dash *saiaron* *solid solution of silicon nitride and0alumina* as main component |
| JPS5375208A (en) * | 1976-12-17 | 1978-07-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Method of manufacturing heat resistant ceramics |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5590474A (en) | 1980-07-09 |
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