JPS58185484A - Manufacture of ceramic matter and product - Google Patents

Manufacture of ceramic matter and product

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JPS58185484A
JPS58185484A JP58029599A JP2959983A JPS58185484A JP S58185484 A JPS58185484 A JP S58185484A JP 58029599 A JP58029599 A JP 58029599A JP 2959983 A JP2959983 A JP 2959983A JP S58185484 A JPS58185484 A JP S58185484A
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silicon nitride
phase
mixture
weight
formula
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エドウイン・グランヴイル・バトラ−
アンドリユウ・ツウエダ
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ZF International UK Ltd
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Lucas Industries Ltd
Joseph Lucas Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、セラミック物質及びセラミック製品を形成す
る方法、及びその方法により形成されたセラミック物質
及びセラミック製品に関する。本発明は特K、高強度及
び高硬度を有し、焼結操作により工具チップ、ガスター
ビン部材及びシールを作るために有用である置換窒化ケ
イ素と広く言われる物質に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of forming ceramic materials and articles, and to ceramic materials and articles formed by the method. This invention relates to materials broadly referred to as substituted silicon nitrides that have special properties, high strength and hardness, and are useful for making tool tips, gas turbine components and seals by sintering operations.

置換窒化ケイ素の典型的な例は、窒化ケイ素(811□
N16)のβ相格子構造を持ち、これがケイ素原子の一
部をアルミニウム原子で置換し、窒素原子の一部を酸素
原子で置換して展開される。しかし、β相窒化ケイ素格
子は、原子価バランスを維持しながらその原子位置にお
いてアルミニウム及び酸素以外の置換元素を有しうろこ
とが判る。
A typical example of substituted silicon nitride is silicon nitride (811□
It has a β-phase lattice structure of N16), which is expanded by replacing some of the silicon atoms with aluminum atoms and replacing some of the nitrogen atoms with oxygen atoms. However, it can be seen that the β-phase silicon nitride lattice may have substituent elements other than aluminum and oxygen at its atomic positions while maintaining valence balance.

置換窒化ケイ素の別の例はα相窒化ケイ素格子を持ち、
これがケイ素原子の一部をアルミニウム原子で置き代え
、原子価バランスを達成するために格子間11に変性用
カチオンたとえばイツトリウム、カルシウム及びリチウ
ムを導入することにより展開される。この原子価バラン
スは通常、これら変性用カチオンの酸化物の使用により
達成され、結局、酸素が格子の窒素の位置の・一部に導
入されるであろう0本明細書において置換窒化ケイ素と
いう言葉は、このように解されるべきである。
Another example of substituted silicon nitride has an alpha-phase silicon nitride lattice,
This is developed by replacing some of the silicon atoms with aluminum atoms and introducing modifying cations such as yttrium, calcium and lithium in the interstitials 11 to achieve valence balance. This valence balance is usually achieved through the use of oxides of these modifying cations, with the result that oxygen will eventually be introduced at some of the nitrogen positions in the lattice. should be interpreted in this way.

S、 Hampshire、 H−K、 Park、 
D、 P、 Thompson及びに、 H,Jack
著の「rX’ −8ialon GeramicsJ 
(Nature。
S, Hampshire; H-K, Park;
D. P. Thompson and H. Jack
Author: rX'-8ialon GeramicsJ
(Nature.

vol 274@ No、5674 + 880〜88
24−ジ、1978年8B31日)では、第5図のX線
写真が、α′がAn、03と反応してβ′ を与えるこ
とを示し、そしてこれを下記の式で例示している: alpM      1 y z=2.84 しかし先の英国特許ム1578434で指摘されている
ように、β′−シアロンの強度は2値が1.5のオーダ
ーより大きくなると減少しはじめ、上述のNature
誌の記事のようにα′−シアロンをイツトリウムを含む
第二相を持つ高いZ値の!−シアロンに転化すると、こ
のような生成物はエンジニアリングセラミックとして十
分に機能しない。
vol 274 @ No, 5674 + 880~88
24-G, 8B31, 1978), the radiograph in Figure 5 shows that α' reacts with An,03 to give β', and this is illustrated by the formula: alpM 1 y z=2.84 However, as pointed out in the previous British patent M1578434, the strength of β'-sialon begins to decrease when the binary value becomes larger than the order of 1.5, and the above-mentioned Nature
As shown in the magazine article, α′-sialon has a high Z value with a second phase containing ythtrium! - When converted to sialon, such products do not function well as engineering ceramics.

α相置換窒化ケイ素を高割合に含む粉末を10重量%未
満のアルミナ(Nature誌では33重量%であった
。)及び/又は少くとも一種類のケイ素の窒化物(下記
で定義さ、れる。)と反応させることにより、1.5以
下の2値を持つβ′相置換窒化ケイ素が、制御された量
の他の結晶相及び制御された量のガラス相と共に作られ
5ること、そしてこれにより製品の強度はエンジニアリ
ングセラミックとして許容でき、高温(約1200C)
での特性の維持が良いことを本発明者は見い田した。
The powder contains a high proportion of α-phase substituted silicon nitride, less than 10% by weight of alumina (33% by weight in Nature) and/or at least one silicon nitride (as defined below). ), a β'-phase substituted silicon nitride having a binary value of 1.5 or less is produced with a controlled amount of other crystalline phases and a controlled amount of a glass phase, and The strength of the product is acceptable for engineering ceramics, and the product can withstand high temperatures (approximately 1200C).
The present inventor found that the properties are well maintained at .

また本発明者は、出発混合物中のアルミナ含量を10重
量%より少くしてゆくと、制御された量のガラスを伴っ
て、1.5未満の2値を持つβ置換窒化ケイ素相の減少
において焼結生成物中のα置換窒化ケイ素相がだんだん
増加し、これにより室温及び高温における強度が良いこ
とのみならず硬度もまた、同じ最少ガラス量でα相置換
窒化ケイ素が無い生成物の硬度より改善されることを見
い出した。しかし、アルミナ含量を漸進的に少くしてゆ
くと、β相置換窒化ケイ素が極めて低い2値(<0.7
5)を持つ製品を形成することが困難になってゆくこと
を見い出した。α相置換窒化ケイ素を高割合に含む粉末
へのアルミナ添加をケイ素の窒化物の添加:により補う
又は部分的又は完全に置き代えるととKよって、β相置
換窒化ケイ素の2値を0.75未満に下げることができ
ることが見い出された。従って、10重量%を越えない
量で窒化ケイ素又はアルミナを添加することにより(或
は窒化ケイ素とアルミナの双方を添加して、但しアルミ
ナの量は、α相置換窒化ケイ素を高割合に含む粉末に対
し00重ft%を越えないこと)、制御された量の他の
結晶及びガラス相を伴5.1.5までの2値のβ相置換
窒化ケイ素より成るセラミック生成物を作ることができ
、結晶相はα相置換窒化ケイ素を包含しうろことが理解
されるであろう。α相置換窒化ケイ素への添加物を上述
では窒化ケイ素及び/又はアルミナと述べたが、必要な
元素つまりケイ素、窒素、アルミニウム及び酸素を与え
る他の添加物たとえばオキシ窒化ケイ素、及び/又はケ
イ素が部分的にアルミニウム原子を置換しかつ酸素原子
が部分的に窒素原子を置換して原子価バランスは維持さ
れている窒化アルミニウムの結晶格子構造を持つオキシ
窒化ケイ素アルミニウムであるいわゆるポリタイプが適
当な添加物でありうる。本明細書においてケイ素の窒化
物という言葉は、このように解されるべきである。
The inventors have also found that increasing the alumina content below 10% by weight in the starting mixture leads to a reduction in β-substituted silicon nitride phases with a binary value of less than 1.5, with a controlled amount of glass. The α-substituted silicon nitride phase in the sintered product gradually increases, which results in not only good strength at room and high temperatures, but also hardness, which is higher than that of the product without α-phase substituted silicon nitride with the same minimum glass content. I found that it can be improved. However, when the alumina content is progressively reduced, the β-phase substituted silicon nitride has a very low binary value (<0.7
5) It has been found that it becomes increasingly difficult to form products with If the addition of alumina to a powder containing a high proportion of α-phase substituted silicon nitride is supplemented or partially or completely replaced by the addition of silicon nitride, the binary value of β-phase substituted silicon nitride is 0.75. It has been found that it can be lowered to less than Therefore, by adding silicon nitride or alumina in an amount not exceeding 10% by weight (or by adding both silicon nitride and alumina, the amount of alumina is determined by adding powder containing a high proportion of α-phase substituted silicon nitride). Ceramic products consisting of binary β-phase substituted silicon nitride up to 5.1.5 can be made with controlled amounts of other crystalline and glassy phases (not exceeding 00% by weight). It will be appreciated that the crystalline phase may include alpha phase substituted silicon nitride. Although silicon nitride and/or alumina are mentioned above as additives to α-phase substituted silicon nitride, other additives that provide the necessary elements, such as silicon, nitrogen, aluminum, and oxygen, such as silicon oxynitride and/or silicon, can also be used. The so-called polytype, which is silicon aluminum oxynitride having a crystal lattice structure of aluminum nitride, in which valence balance is maintained by partially replacing aluminum atoms and oxygen atoms partially replacing nitrogen atoms, is a suitable addition. It can be a thing. In this specification, the term silicon nitride should be understood in this way.

本発明の第一の対象は、高密度のセラミック製品を作る
方法において、式 %式%) (ここで、Xは2より大きくなく、Mは変性用カチオン
たとえばイツトリウム、カルシウム、リチウム、マグネ
シウム、セリウムである。)に従うα相置換窒化ケイ素
を高割合に含むセラミック肴末を、少くとも一種類のケ
イ素の゛窒化物及び/又はアルミナと混合する段階、但
しアルミナは混合物の10重量%を越えてはならない;
及びこの混合物を1700ないし1900Cの温度で非
酸化性雰囲気下で焼結して (1)一般式 8式% (ここで2は零より大きくかつ1.5より大きくない。
A first object of the invention is a method for making high-density ceramic products, with the formula % (%) (where X is not greater than 2 and M is a modifying cation such as yttrium, calcium, lithium, magnesium, cerium ) of mixing a ceramic powder containing a high proportion of α-phase substituted silicon nitride with at least one silicon nitride and/or alumina, provided that the alumina exceeds 10% by weight of the mixture. Must not be;
and this mixture is sintered at a temperature of 1700 to 1900 C in a non-oxidizing atmosphere to obtain (1) formula 8% (where 2 is greater than zero and not greater than 1.5).

)を持つβ相置換窒化ケイ素及び上述の変性用カチオン
元素を含む少量の別の相より主として成る高密度セラミ
ック製品、又は (2)上述のβ相置換窒化ケイ素、制
御された量(たとえば0.05重量%ないし90重景’
i:t>の式 %式%) K従うα相置換窒化ケイ素及び上述の変性用カチオン元
素Mを含む少量(たとえば0,05重it%ないし20
重量%)の別の相より主として成る高密度セラミック製
品を作る段階より成る方法である。
) with a β-phase substituted silicon nitride and a small amount of another phase containing a modifying cationic element as described above, or (2) a β-phase substituted silicon nitride as described above, in a controlled amount (e.g. 0. 05% by weight to 90% weight
i:t> formula % formula %) α-phase substituted silicon nitride according to K and a small amount (for example, 0.05 weight % to 20
% by weight) of another phase.

必要な焼結時間は、焼結温度に依存し、1900Cの焼
結温度の場合に少くとも10分間であり、前述の範囲の
低い方の温度ではより長い時間を要す。
The required sintering time depends on the sintering temperature and is at least 10 minutes for a sintering temperature of 1900C, with longer times required at lower temperatures in the aforementioned range.

置換窒化ケイ素の優れた特性の故に、最終的生成物及び
中間生成物の双方は加工することが極めて困難であり、
多くの研究が材料の加工を最少にする最終的生成物の製
造法の開発に注がれてきた。
Due to the excellent properties of substituted silicon nitride, both the final and intermediate products are extremely difficult to process;
Much research has been devoted to developing methods for producing the final product that minimize processing of materials.

経済的な製造経路を考案する努力において、多くの研究
が操作・署うメータの簡単化の方法たとえば高圧の使用
の回避、時間、温度の減少及びまた他のコストのかかる
段階の回避に向けられてきた。
In an effort to devise economical manufacturing routes, much research has been devoted to ways to simplify the operation and signing of meters, such as avoiding the use of high pressures, reducing time, temperature, and also avoiding other costly steps. It's here.

上述の高密度セラミック製品(2)を作るためには、焼
結される混合物中でkl 293の量を7.5重量%よ
り多くないようにするのが好ましい。
In order to make the above-mentioned high-density ceramic product (2), it is preferred that the amount of kl 293 in the mixture to be sintered is not more than 7.5% by weight.

置換窒化ケイ素製品を作るにおいて、中間材料を作り、
粉末に細かくし、次にこの中間材料粉末を別の粉末化し
た成分と反応させて最終的製品を得るのが有利である。
In making substituted silicon nitride products, we make intermediate materials,
It is advantageous to comminute into a powder and then react this intermediate material powder with other powdered components to obtain the final product.

そのような方法は英国特許A1573199に記載され
ており、そこではアルミニウム、ケイ素及びアルミナの
混合物が窒化雰囲気下で加熱され、発熱を実質上抑制す
るように制御された加熱スケジュールに付される。これ
に続いてこの物質を砕きそして挽き、保!!環境下で焼
結して中間生成物を作る。これは、最終生成物の望む化
学式とは違う化学式に従5オキシ窒化ケイ素アルミニウ
ムを含むセラミック物質である。
Such a method is described in British Patent A1573199, in which a mixture of aluminum, silicon and alumina is heated under a nitriding atmosphere and subjected to a controlled heating schedule to substantially suppress exotherm. This is followed by crushing and grinding this material and keeping it! ! It is sintered in the environment to create an intermediate product. This is a ceramic material containing 5 silicon aluminum oxynitride according to a different chemical formula than the desired chemical formula of the final product.

この物質はポリタイプである。焼結に続いて中間的セラ
ミック物質を砕き、挽いて粉末とする。この粉末を、不
純物としてケイ素を含む窒化ケイ素粉末及び一時的なバ
インダーと混合する。−又は複数のガラス形成性酸化物
、たとえばマグネシウム、マンガン、鉄、硼素、リチウ
ム、イツトリウムの酸化物及び他の希土類酸化物を混合
物に加えてもよい。この混合物をコールドプレスしてプ
リフォームを形成し、これを次にキャリア液としてのケ
トン中の窒化硼素及びケイ素から成る保線混合物でスプ
レーコートする。このプリフォームを次に、1200な
いし2000Cの温度で加熱することにより開放焼結し
てj!を終的セラミック製品を作る。これは、β窒化ケ
イ素に基づく結晶構造を持ち、しかし増大した単位格子
大きさを持ち、一般式 %式% (ここで2は零より大きく、かつ5より大きくない。)
に従う単−相オキシ窒化ケイ素アルミニウムを少くとも
90重量係含む。このタイプの方法は多数の利点を持つ
。第一に、山元材料として窒化アルミニウムを用いるこ
とを回避できる。窒化アルミニウムは極めて吸湿性であ
り、従って貯蔵、取扱いが困難であり、また無水の条件
下で利用することが必要である。第二に、セラミック製
品の最終的な形を作るために開放焼結法が用いられる。
This material is polytypic. Following sintering, the intermediate ceramic material is crushed and ground into a powder. This powder is mixed with silicon nitride powder containing silicon as an impurity and a temporary binder. - or several glass-forming oxides such as oxides of magnesium, manganese, iron, boron, lithium, yttrium and other rare earth oxides may be added to the mixture. This mixture is cold pressed to form a preform, which is then spray coated with a wire retention mixture consisting of boron nitride and silicon in ketone as a carrier liquid. This preform is then open sintered by heating at a temperature of 1200 to 2000C. Make the final ceramic products. It has a crystal structure based on β-silicon nitride, but with increased unit cell size, and has the general formula % (where 2 is greater than zero and not greater than 5).
at least 90% by weight of a single-phase silicon aluminum oxynitride according to the invention. This type of method has numerous advantages. First, it is possible to avoid using aluminum nitride as the base material. Aluminum nitride is highly hygroscopic and therefore difficult to store and handle, and requires application under anhydrous conditions. Second, an open sintering method is used to create the final shape of the ceramic product.

しかしこの方法は、中間的セラミック材料の製造の間及
び最終的製品の製造に用いる前の中間材料に対して、コ
ストのかかるショークラッシャーの使用を必要とする。
However, this method requires the use of costly show crushers during the production of the intermediate ceramic material and on the intermediate material before it is used to produce the final product.

d相置換窒化ケイ素を用いる従来のやり力は、高密度の
硬い製品を作ることを意図しており、そのような生成物
を細砕して得られた粉末を本発明の第一の対象に従う方
法における出発物質の一つとして用いることは可能であ
るが、製造方法としてそうすることは魅力がない。従来
技術のα相置換窒化ケイ素を作り、そして高密度化を助
けるプロセスの全段階を回避することは可能であり、そ
してそのようなやり方は細砕化を容易にし、本発明の第
一の対象に従う方法をより容易に行うことを可能にする
が、それはなおショークラッシャーのようなコストのか
かる細砕段階を必要とする。
Conventional milling with d-phase substituted silicon nitride is intended to produce dense and hard products, and the powder obtained by comminution of such products is used according to the first subject of the present invention. Although it is possible to use it as one of the starting materials in a process, it is unattractive to do so as a manufacturing process. It is possible to make prior art α-phase substituted silicon nitrides and avoid all steps in the process that aid in densification, and such an approach facilitates comminution and is the first subject of the present invention. Although it allows the method to be carried out more easily, it still requires a costly comminution stage such as a show crusher.

また、細砕プロセスは製造コストの増加は別としても反
応物中に不純物を持ち込み、これは最終製品の再現性に
悪影響を与えることに留意されねばならない。
It must also be noted that the comminution process, apart from increasing manufacturing costs, introduces impurities into the reactants, which adversely affects the reproducibility of the final product.

本発明の第二の対象の目的は、前述のα相窒化ケイ素を
高割合に含むセラミック粉末を作る方法であって、ショ
ークラッシャーのようなコストのかかる細砕段階を要し
ない方法を提供することである。
A second object of the present invention is to provide a method for producing the above-mentioned ceramic powder containing a high proportion of α-phase silicon nitride, which does not require a costly crushing step such as a show crusher. It is.

本発明の第二の対象は、セラミック物質を作る方法にお
いて、ケイ素、アルミニウム、アルミナ、及び変性用カ
チオン元素(たとえばイツトリウム、カルシウム、リチ
ウム、マグネシウム、セリウム)の酸化物又は窒化物よ
り成る粉末混合物を窒化雰囲気下でアルミニウムの融点
より下の温度で、第一段階の窒化が実質上完了する、ま
で加熱することにより第一段階の窒化を行うこと;第一
段階で窒化した混合物を窒化雰囲気を維持しながらケイ
素の融点より下の温度で、第二段階の窒化が実質上完了
するまで加熱し、これによって砕けやすい物質を作る第
二段階の窒化を行うとと;このようにして得た砕けやす
い物質を細砕すること;及び続いて、細かくした砕けや
すい物質を1500c及び1900Cの間の温度で非酸
化ず囲気を維持しながら焼結して、式 %式%) (ここでIは2より太き(な(、Mは変性用カチオン元
素である。)に従うα相置換窒化ケイ素な50重量%よ
り多く含む砕けやすいセラミック物質、又は上述のα相
置換窒化ケイ素と式8式% (ここで2は零より大きく、かつ1.5より大きくない
、)K従うβ相置換窒化ケイ素との混合物を50重量%
より多く含む砕しナやすいセラミックを得ることの各段
階より成るセラミック物質の製造方法である。
A second object of the invention is a method for producing ceramic materials, in which powder mixtures of silicon, aluminum, alumina and oxides or nitrides of modifying cationic elements (for example yttrium, calcium, lithium, magnesium, cerium) are used. Performing a first stage nitriding by heating the first stage nitriding mixture to a temperature below the melting point of aluminum in a nitriding atmosphere until the first stage nitriding is substantially complete; maintaining the first stage nitriding mixture in a nitriding atmosphere; the second stage of nitriding is carried out at a temperature below the melting point of silicon until the second stage of nitriding is substantially complete, thereby producing a brittle material; comminution of the material; and subsequent sintering of the comminuted friable material at a temperature between 1500C and 1900C while maintaining a non-oxidizing atmosphere to obtain the formula % (where I is from 2). A brittle ceramic material containing more than 50% by weight of α-phase substituted silicon nitride according to the formula 8 (where M is a cationic element for modification) or the above-mentioned α-phase substituted silicon nitride and formula 8% (where M is a cationic element for modification). 2 is greater than zero and not greater than 1.5) 50% by weight of the mixture with β-phase substituted silicon nitride according to K
A method for producing a ceramic material consisting of steps to obtain a more easily friable ceramic.

β相置換窒化ケイ素に対するα相置換窒化ケイ素の相対
的割合は、焼結段階の温度に依存し、1500C〜19
00Cの範囲で温度が高ければ高い程、所与の処理時間
においてα相物質の割合が大きくなるであろう。
The relative proportion of α-phase substituted silicon nitride to β-phase substituted silicon nitride depends on the temperature of the sintering step, ranging from 1500C to 19
The higher the temperature in the 00C range, the greater the proportion of alpha phase material will be for a given treatment time.

上述の方法で用いられる粉末混合物は、窒化ケイ素及び
/又は窒化アルミニウムを含んでいることができる。
The powder mixture used in the method described above may contain silicon nitride and/or aluminum nitride.

好ましくは、置換窒化ケイ素のα及びβ相の混合物を含
む砕けやすいセラミック物質は、50重量%より多いα
相物質を含む、このことは好ましくは、最後の焼結段階
を約1700tll’及び1900Cの間の温度で実施
することにより行われる。
Preferably, the brittle ceramic material comprising a mixture of alpha and beta phases of substituted silicon nitride has more than 50% by weight alpha
This is preferably done by carrying out the final sintering step at a temperature between about 1700tll' and 1900C.

使用される粉末混合物の成分の割合は、もちろん、要求
される砕けやすいセラミック生成物のタイプに依る。最
も好ましくは、粉末混合物の成分の割合は、得られる砕
けやすいセラミック物質が実質的に完全にα相物質から
成るか又は実質上完全にα相とβ相の物質の混合物から
成るように選択される。
The proportions of the components of the powder mixture used will, of course, depend on the type of friable ceramic product required. Most preferably, the proportions of the components of the powder mixture are selected such that the resulting friable ceramic material consists essentially entirely of alpha phase material or substantially entirely a mixture of alpha and beta phase material. Ru.

変性用元素としてカルシウムが用いられる場合、α相セ
ラミック物質は、式 %式% 又は式 Ca08S192Aj2 gol 2N148を持ちう
る。
When calcium is used as the modifying element, the alpha phase ceramic material may have the formula % formula % or the formula Ca08S192Aj2 gol 2N148.

変性用カチオン元素がリチウムである場合、α相セラミ
ック物質は典型的には、式 8式% 変性用カチオン元素がイツトリウムである場合、α相セ
ラミック物質は、式 %式% 又は式 YO藝”’92”28011N14 eを持ちうる。
When the modifying cationic element is lithium, the alpha-phase ceramic material typically has the formula %. When the modifying cationic element is yttrium, the alpha-phase ceramic material typically has the formula 92”28011N14e.

すなわち、成分の割合は好ましくは、適当な式に従って
実質上バランスするようにされる。
That is, the proportions of the components are preferably substantially balanced according to a suitable formula.

本発明の第二の対象に従う方法により形成された砕けや
すいセラミック物質は、前述のβ相物質及び前述の変性
用カチオン元素を含む少割合の他の相から本質的に成る
高密度のセラミック製品;又は前述のβ相物質、制御さ
れた量(たとえば0.05重量%ないし90重量%)の
α相物質及び前述の変性用カチオン元素を含む少割合の
他の相から本質的に成る高密度のセラミック製品の形成
のための中間体として適している。
The friable ceramic material formed by the method according to the second subject of the invention is a dense ceramic product consisting essentially of the aforementioned β-phase material and a small proportion of other phases comprising the aforementioned modifying cationic elements; or a dense mass consisting essentially of the aforementioned β-phase material, a controlled amount (e.g. 0.05% to 90% by weight) of the alpha-phase material, and a small proportion of other phases containing the aforementioned modifying cationic elements. Suitable as an intermediate for the formation of ceramic products.

従って本発明の第三の対象は、セラミック製品を作る方
法において、本発明の第二の対象に従う方法で作られた
粉末形態の砕けやすいセラミック物質を少くとも一種類
のケイ素の窒化物及び/又はアルミナと混合すること、
但しアルミナは混合物の10重量%より多くないこと;
該混合物を非酸化雰囲気で1700t:’ないし190
01:’の温度で焼結して、(1)一般式 %式% (ここで2は零より大きく、1,5より大きくな〜・。
A third object of the invention is therefore a method for making a ceramic article, in which the brittle ceramic material in powder form produced by the method according to the second object of the invention contains at least one silicon nitride and/or mixing with alumina,
However, the alumina should not exceed 10% by weight of the mixture;
The mixture was heated in a non-oxidizing atmosphere for 1700 t:' to 190 t.
Sintering at a temperature of 01:' (1) General formula % formula % (where 2 is greater than zero and greater than 1,5...).

)を持つβ相置換窒化ケイ素及び前述の変性用カチオン
元素Mを含む少量の他の相より本質的に成る高密度セラ
ミック製品、又は(2)上述のβ相置換窒化ケイ素、制
御された量(たとえばo、osmi−%ないし90重量
qb)の前述の式 %式%) に従うα相置換窒化ケイ素及び前述の変性用カチオン元
素Mを含む少11(たとえば0.05重量幅ないし20
重量%)の他の相より本質的に成る高密度セラミック製
品を作ることの各段階より成る方法である。
) with a β-phase substituted silicon nitride and small amounts of other phases containing the aforementioned modifying cationic element M; or (2) a β-phase substituted silicon nitride as described above, a controlled amount of ( For example, α-phase substituted silicon nitride according to the above formula (% formula %) of o, osmi-% to 90 wt qb) and a small amount containing the above-mentioned modifying cationic element M (for example, 0.05 wt qb to 20 wt qb)
% by weight) of other phases.

必要な焼結時間は、焼結一度に依存し、1900Cで少
くとも10分間であり、上述の範囲内で低い温度が採用
されたなら、より長い時間を要する。
The required sintering time depends on the sintering time and is at least 10 minutes at 1900C, with longer times required if lower temperatures within the ranges mentioned above are employed.

好都合には、セラミック粉末は、セラミック粉末を含む
混合物の5〜96.5重量%である。
Conveniently, the ceramic powder is 5-96.5% by weight of the mixture containing the ceramic powder.

好都合には、セラミック粉末は、該セラミック粉末を含
む混合物の30重量%未満の蓄で存在し、そして酸化イ
ツトリウム、酸化カルシウム、酸化リチウム、酸化セリ
ウム、希土類元素故化物及びランタニド系列元素の酸化
物、酸化マグネシウム、酸化マンガン及び酸化鉄から選
ばれた少くとも一種類のガラス形成性金属酸化物が、上
述のセラミック粉末を含む混合物中に含まれる。
Conveniently, the ceramic powder is present in an amount of less than 30% by weight of the mixture comprising the ceramic powder and contains yttrium oxide, calcium oxide, lithium oxide, cerium oxide, rare earth oxides and oxides of lanthanide series elements, At least one glass-forming metal oxide selected from magnesium oxide, manganese oxide and iron oxide is included in the mixture containing the ceramic powder described above.

最も好都合には、上述の少くとも一種類のガラス形成性
金属酸化物は、上述のセラミック粉末を含む混合物の1
0重量%未満の量で含まれる。
Most conveniently, the at least one glass-forming metal oxide as described above is part of the mixture comprising the ceramic powder as described above.
Contained in an amount less than 0% by weight.

好ましくは、窒化ケイ素は、上述のセラミック粉末を含
む混合物の75重量%までの量、より好ましくは5〜7
5重量%の量を示す。
Preferably, silicon nitride is present in an amount up to 75% by weight of the mixture comprising the ceramic powder described above, more preferably from 5 to 7%.
Represents an amount of 5% by weight.

好都合には、冷却後の製品を、ガラス相を失透させるた
めに、好ましくは1400Cを越えない温度で再加熱す
る。 ′ 本発明の第一の対象に従う実施例1において、2ミクロ
ンの平均粒子径を持ち不純物として5重量%のケイ素を
含む窒化ケイ素粉末(約90%のα相を含むe ) (
Lucas 5yalon社からSi、N4(K2)と
表示して供給される物)を79.3重量%、10ミクロ
ンの平均粒子径を持ち不純物として6重量%のアルミナ
を含む窒化アルミニウム粉末(5tark社:西ト0イ
ツ国から供給される物)を13重量%、そして約1ミク
ロンの粒子径を持つ酸化イットリウA (Rare E
arth Products社から供給された)を7.
7重量係含んで成る混合物を、アルミナボールを用いて
24時間ボールミルにかけた。これにより、窒化アルミ
ニウム粉末に含まれたアルミナに加えて、2重量%のア
ルミナの増加が起った。混合した粉末を次に緩い形態で
炉中に入れ、窒化雰囲気の存在下で炉の温度をゆっくり
と1820tl:’に上げ、そして5時間保持した。
Conveniently, the product after cooling is reheated, preferably at a temperature not exceeding 1400C, in order to devitrify the glass phase. ' In Example 1 according to the first object of the present invention, silicon nitride powder (containing about 90% α phase) having an average particle size of 2 microns and containing 5% by weight of silicon as an impurity (
Aluminum nitride powder (5tark: Yttrium oxide (Rare E) with a particle size of approximately 1 micron and
7.
The mixture comprising 7 parts by weight was ball milled for 24 hours using alumina balls. This resulted in an increase in alumina of 2% by weight in addition to the alumina contained in the aluminum nitride powder. The mixed powder was then placed in the furnace in loose form and the temperature of the furnace was slowly increased to 1820 tl:' in the presence of a nitriding atmosphere and held for 5 hours.

冷却した生成物は、イツトリウムが変性用カチオンであ
るα相置換窒化ケイ素の高割合(98%)と少量(2%
のオーダーと推定される。)の式8式% (2は0.3のオーダーの値である。)のβ相置換窒化
ケイ素より成ることが判った。
The cooled product contains a high proportion (98%) and a small proportion (2%) of α-phase substituted silicon nitride in which yttrium is the modifying cation.
estimated to be on the order of . ) Formula 8 Formula % (2 is a value on the order of 0.3).

焼結した生成物は、硬い焼結ケーキであり、これを次の
プロセスに付されうる中間体粉末にするためにはショー
クラッシャーを用いることが必要であった。ジョークラ
ツクヤーで砕いた中間体粉末90重量部を次に、先に用
いた窒化ケイ素10重量部と混合し、そして再びアルミ
ナボールな用いてアルミナの増加が8.45重量部にな
るまでボールミルにかけた。得られた粉末を次に等方的
に20.000 psi (140MN−屏一うでプレ
スし、そして窒化雰囲気を含む炉中で焼結した。炉の温
度は1750t:’に上げられ、5時間保持された。
The sintered product was a hard sintered cake and it was necessary to use a show crusher to turn it into an intermediate powder that could be subjected to the next process. 90 parts by weight of the intermediate powder crushed in a jaw cracker was then mixed with 10 parts by weight of the silicon nitride used earlier and ball milled again using alumina balls until the alumina increase was 8.45 parts by weight. Ta. The resulting powder was then isotropically pressed at 20,000 psi (140 MN) and sintered in a furnace containing a nitriding atmosphere. The temperature of the furnace was raised to 1750 t:' and heated for 5 hours. Retained.

生成物において検出された結晶相は、96%のオーダー
を占めるβ相置換窒化ケイ素、12Hと云われるポリタ
イプ結晶相の約3%、そしてコン跡のB相(Y2SiA
jO,N)より成る。!相生構成要素の2値は1.5の
オーダーであり、三点−げの破壊ノモジュラスは90.
00(lpai(62ONM4  )のオーダーであっ
た。この実験は、α相置換窒化ケイ素が主構成要素であ
る中間体粉末から、1.5以下の2値を持つβ相置換9
化ケイ素を含む製品を作る本発明の第一の対象の方法を
確認した。しかし以下の総ての実験は、本発明の第二の
対象に従い作られた中間体粉末、1なわちコストのかか
る細砕を要しない砕けやすい粉末を用いて行われた。
The crystalline phases detected in the product are β-phase substituted silicon nitride, which accounts for 96% of the total, about 3% of the polytype crystalline phase called 12H, and B-phase (Y2SiA
jO, N). ! The binary value of the mutualistic component is on the order of 1.5, and the fracture nomodulus of the three-point barb is 90.
00 (lpai (62ONM4 )
A method of the first subject of the invention for making products containing silicon oxide has been identified. However, all the following experiments were carried out using an intermediate powder made in accordance with the second object of the invention, ie a friable powder that does not require costly comminution.

本発明の第二の対象に対する対照例である第二の実験に
おいては、20ミクロンより小さい粒径な持つケイ素粉
末(スエーテンのKema Nord より供給された
物)29.5重蓋%、アルミニウム粉末(Johnso
n and Bloy社より120 dust”という
商標で供給された物)10.6重量%、2ミクロンの平
均粒子径を持つ窒化ケイ素(約90重量%のα相を含み
、不純物として5重量%のケイ素を含む: 5i3N4
(K2)という表示でL+ucaa 5yalon社よ
り供給された物)49重i%、1ミクロンの平均粒子径
を持つアルミナの粉末(米国のTheAluminiu
m社からALCIOA XA15として供給されたもの
)1.4重量%、及び約1ミクロンの粒子径を持つ酸化
イツトリウム粉末(Rare Earth Produ
cts社から供給されたもの)9.5重量%より成る混
合物を、Nautamiエ ミキサーで均一に混合した
。i置部は、元素の原子比が式 %式% に従うように調整された。
In a second experiment, which is a control example for the second object of the present invention, 29.5% of silicon powder (supplied by Kema Nord, Sueten) with a particle size smaller than 20 microns, 29.5% aluminum powder ( Johnso
10.6% by weight of silicon nitride with an average particle size of 2 microns (contains about 90% by weight of alpha phase and 5% by weight of silicon as impurities) Contains: 5i3N4
(K2) supplied by L+ucaa 5yalon Co., Ltd.) 49wt%, alumina powder with an average particle size of 1 micron (The Aluminium of the United States)
Yttrium oxide powder (supplied as ALCIOA XA15 by Rare Earth Produ.
A mixture consisting of 9.5% by weight (supplied by CTS) was homogeneously mixed in a Nautami mixer. The i placement was adjusted so that the atomic ratio of the elements followed the formula %.

酸化イツトリウムは、変性用カチオンを与えるために存
在した。混合物を窒化炉に入れ、窒素及び水素の窒化雰
囲気下で、温度を1分間当り約10〜15Cの速度で6
40Cに上昇させた、この温度で反熱反応が始まり、混
合物を640Cで20時間窒化した。発熱反応は、混合
物の温度及び炉壁の温度を監視し、発熱反応が640C
という要求温度を越えるほど激しく起きないように抑制
する必要がある時にアルゴンで窒化雰囲気を希釈するこ
とによって制御された。すなわち、混合物の温度がアル
ミニウムの融点(約660U)より高くならないように
保証された。上述の混合物及び壁の温度検出によって発
熱がもはや感知されなくなった時に、窒化プロセスの第
1段階が完了したことを示すと解された。
Yttrium oxide was present to provide the modifying cation. The mixture was placed in a nitriding furnace and the temperature was increased to 6°C at a rate of about 10-15C per minute under a nitriding atmosphere of nitrogen and hydrogen.
The antithermal reaction started at this temperature, which was increased to 40C, and the mixture was nitrided at 640C for 20 hours. The exothermic reaction was monitored by monitoring the temperature of the mixture and the temperature of the furnace wall.
This was controlled by diluting the nitriding atmosphere with argon when necessary to prevent it from occurring so violently as to exceed the required temperature. That is, it was ensured that the temperature of the mixture did not rise above the melting point of aluminum (approximately 660 U). It was taken to indicate that the first stage of the nitriding process was complete when no exotherm was anymore detected by temperature sensing of the mixture and walls as described above.

次に第1段階において用いたのと同じ窒化雰囲気を維持
しながら、炉中の温度を1200Cに上げた。混合物を
この温度で10時間保ち、その後、1250CK上げ、
5時間保ち、更に1300Cに上げ、5時間保ち、次に
135Orに上げ、5時間保ち、最後に1400Cに上
げこの温度で10時間保った。この段階の反応の進行を
、第1段階の窒化におけると同様に混合物及び炉壁の温
度を監視することによって監視し、必要な時にはアルゴ
ンで雰囲気を希釈して温度が高くなりすぎないよう制御
した。この第二段階の窒化において、反熱が無くなるこ
とは窒化が完了したことを示すと解された。得られた物
質は、砕けやすく、冷却後に簡単なスチールボールミル
処理によって容易に砕かれる窒化された混合物であった
。この段階でジョークラッカーのようなコストのかかる
細砕手段を用いる必要はない。このようにして得た粉末
化した物質をグラファイトのポットに入れ、非酸化雰囲
気で1分間当り10〜15Cの加熱速度で1600tl
:まで炉中で加熱した。この例では非酸化雰囲気は、1
気圧の窒素である。この物質を、この温度で5時間保ち
、その間にそれは反応した。
The temperature in the furnace was then increased to 1200C while maintaining the same nitriding atmosphere used in the first stage. The mixture was kept at this temperature for 10 hours, then raised to 1250 CK,
The temperature was kept for 5 hours, then raised to 1300C, kept for 5 hours, then raised to 135Or, kept for 5 hours, and finally raised to 1400C and kept at this temperature for 10 hours. The progress of the reaction at this stage was monitored as in the first stage nitridation by monitoring the temperature of the mixture and the furnace wall, and when necessary the temperature was controlled by diluting the atmosphere with argon to prevent it from getting too high. . In this second stage of nitriding, the disappearance of reaction heat was understood to indicate that the nitriding was complete. The resulting material was a friable, nitrided mixture that was easily crushed by simple steel ball milling after cooling. There is no need to use costly comminution means such as jaw crackers at this stage. The powdered material thus obtained was placed in a graphite pot and heated to 1600 tl at a heating rate of 10-15 C per minute in a non-oxidizing atmosphere.
: Heated in a furnace until . In this example, the non-oxidizing atmosphere is 1
Atmospheric nitrogen. This material was kept at this temperature for 5 hours during which time it reacted.

反応後に物質を炉から取出し、室温に放冷した。After the reaction, the material was removed from the furnace and allowed to cool to room temperature.

得られたセラミック物質は、砕け℃すく、次の使用のた
めに粉末とするのに小さな力のみを要した。
The resulting ceramic material shattered and required only a small amount of force to powder for subsequent use.

しかし、この物質のX線スイクトル分析は、それが式 %式% のα相置換窒化ケイ素30重量%、及び式S’46”1
4N@ 6ol 4 のβ相置換窒化ケイ素50重量%、更に15重量%の未
反応α窒化ケイ素及び5重量%の酸化イツトリウムより
成ることを示した。この生成物はα′相置換窒化ケイ素
を高割合に含むものではなく、従って本発明の範囲に入
らなく、それは下記の実施例のための対照実験として考
えられる。
However, X-ray spectral analysis of this material revealed that it was 30% by weight of α-phase substituted silicon nitride with the formula % and the formula S'46"1
It was shown to consist of 50% by weight of β-phase substituted silicon nitride of 4N@6ol 4 , further 15% by weight of unreacted α-silicon nitride, and 5% by weight of yttrium oxide. This product does not contain a high proportion of α'-phase substituted silicon nitride and therefore does not fall within the scope of the present invention, and it is considered as a control experiment for the examples below.

上述の実験(2)をいくつかのサンプルについて繰返し
た(実施例3〜6)、但し、最後の焼結段階において、
各サンプルの温度を順次高く設定し、実施例2における
と同じく5時間、規定した温度に保った。これらの実験
の結果を表1に示す。
Experiment (2) above was repeated for several samples (Examples 3-6), except that in the last sintering step:
The temperature of each sample was set successively higher and kept at the specified temperature for 5 hours as in Example 2. The results of these experiments are shown in Table 1.

表−」 表1の実施例2〜5から、作られたセラミック物質にお
けるβ相物質に対するα相物質の比は最後の焼結段階の
温度によって制御されることができ、一定の焼結時間で
温度が高ければ高い程、α相物質が多くなることが判る
。上述した条件すなわち上述の実験における窒素1気圧
下で、α相置換窒化ケイ素の最大量が形成された最高温
度は、18201:’のオーダーであった。そして、α
相置換窒化ケイ素が高割合にすなわち50%越で存在す
る最低温度は、1650Uのオーダーであると決定され
た。
From Examples 2 to 5 of Table 1, it can be seen that the ratio of α-phase material to β-phase material in the ceramic material made can be controlled by the temperature of the last sintering step, and at a constant sintering time. It can be seen that the higher the temperature, the more α-phase material is present. Under the conditions described above, ie, under 1 atmosphere of nitrogen in the experiment described above, the maximum temperature at which the maximum amount of α-phase substituted silicon nitride was formed was of the order of 18201:'. And α
The minimum temperature at which a high proportion of phase-substituted silicon nitride is present, ie greater than 50%, was determined to be on the order of 1650U.

実施例2に従う予備焼結したサンプルを用いて、温度に
対する時間の効果及び表1の実験で用いた最高温度より
高い温度の効果を研究するために、更に一連の実験を行
った。この結果を表2に示す。
A further series of experiments were carried out using the pre-sintered samples according to Example 2 to study the effect of time on temperature and of temperatures higher than the maximum temperature used in the experiments in Table 1. The results are shown in Table 2.

考−1 上の表から、たとえば実施例11.8及び6から、所定
温度で時間を長くすると、α/β相比が大きくなること
が判る。しかし実施例8及び9から、1気圧の窒素の条
件で1870Cで2時間に温度を上げるとα/β相比が
−少し始めること、一方、実施例10から1900t:
’で2時間では解離が起って、砕けやすい生成物中に他
の相が現われ始めることか判る。従って結論として、α
相が多い生成物は最大1900Cのオーダーの温度で作
られることができ、1820t:’のオーダーの温度は
合理的な焼結時間(5時間のオーダー)で生成物の正確
な制御を可能にするようである。また、そのような温度
の絶対値は、炉内の他の条件たとえば圧力によっても影
響されるであろうことが理解され、使用されるべき製造
設備の条件を定量化するためにいくつかの予備実験を行
うことが有用であろう。
Consideration-1 From the table above, for example from Examples 11.8 and 6, it can be seen that the α/β phase ratio increases as the time at a given temperature increases. However, from Examples 8 and 9, it can be seen that when the temperature is increased to 1870C for 2 hours under the condition of 1 atm nitrogen, the α/β phase ratio starts to decrease slightly, whereas from Example 10 at 1900t:
It can be seen that after 2 hours, dissociation has occurred and other phases begin to appear in the friable product. Therefore, in conclusion, α
Phase-rich products can be made at temperatures on the order of up to 1900C, and temperatures on the order of 1820T:' allow precise control of the product with reasonable sintering times (on the order of 5 hours). It seems so. It is also understood that the absolute value of such temperature will also be influenced by other conditions within the furnace, e.g. pressure, and some preliminary steps should be taken to quantify the conditions of the manufacturing equipment to be used. It may be useful to perform an experiment.

上述の例では出発物質として ケイ素、アルミニウム、
窒化ケイ素、アルミナ及び酸化イツトリウムが用いられ
たが、有用な砕けやすいセラミック物質がイツトリウム
の窒化物を用いて及び/又は他の変性用カチオンたとえ
ばカルシウム、リチウム、マグネシウム又はセリウムの
酸化物及び/又は窒化物を用いて得られることが理解さ
れるであろう。更K、出発物質の一つとして窒化ケイ素
の使用は必須ではないことが理解されよう。しかし、窒
化操作は反熱的である故に、窒化ケイ素を含むことが有
利である。何故ならば、このことは発熱反応を制御する
のを助けるのみならず、熱的暴走を起すことなしに高い
窒化温度を用いることを可能にする、即ち総体として高
効率の窒化段階を可能にするからである。同じ理由から
、アルミニウムに加えて又はその代りに窒化アルミニウ
ムを出発物質の一つとして含めることができる。しかし
、窒化ケイ素及び/又は窒化アルミニウムの量を、各々
ケイ素及び/又はアルミニウムを減らしながら漸次増加
させると、本発明の有効が減少してゆく。従って好まし
くは、窒化ケイ素及び/又は窒化アルミニウムを、ケイ
素に対する窒化ケイ素の重量比又はアルミニウムに対す
る窒化アルミニウムの重量比が3:1より大きくならな
(・ような量で含めることが考えられる。
In the example above, the starting materials are silicon, aluminum,
Although silicon nitride, alumina, and yttrium oxide have been used, useful brittle ceramic materials may be used with nitride of yttrium and/or with other modifying cations such as oxides and/or nitrides of calcium, lithium, magnesium, or cerium. It will be understood that it can be obtained using objects. Furthermore, it will be appreciated that the use of silicon nitride as one of the starting materials is not essential. However, since the nitriding operation is antithermal, it is advantageous to include silicon nitride. This is because this not only helps to control the exothermic reaction, but also allows high nitriding temperatures to be used without thermal runaway, thus allowing an overall highly efficient nitriding step. It is from. For the same reason, aluminum nitride can be included as one of the starting materials in addition to or instead of aluminum. However, as the amount of silicon nitride and/or aluminum nitride is progressively increased while decreasing silicon and/or aluminum, respectively, the effectiveness of the present invention decreases. Preferably, therefore, silicon nitride and/or aluminum nitride may be included in an amount such that the weight ratio of silicon nitride to silicon or the weight ratio of aluminum nitride to aluminum is not greater than 3:1.

本発明の第−及び第三の対象に従う一連の実施例におい
て、実施例4に従い作られた、72重重量%α′相及び
28重重量%β′相(β相置換窒化ケイ素)を有する、
高割合でα相置換窒化ケイ素を持つ砕けやすい中間体粉
末サンプルsoo、pを、種々のAl2O,ポール(即
ち1/4“、 l/2#、 3// )を含む球形ミル
を用いて挽き、24時間かけて3.47重重量%Al2
O,増加を与え、あるいは円筒形ミルで24時間挽いて
5.41重量受のAl2O。
In a series of examples according to the first and third objects of the invention, having 72% by weight α' phase and 28% by weight β' phase (β phase substituted silicon nitride), made according to Example 4,
A friable intermediate powder sample with a high proportion of α-phase substituted silicon nitride was ground using a spherical mill containing various Al2O, poles (i.e. 1/4", 1/2#, 3//). , 3.47wt% Al2 over 24 hours
O, increased or milled for 24 hours in a cylindrical mill to give a weight of 5.41 Al2O.

増加を与えた。別の800gのサンプルを、1/4“直
径のボールを用いて円筒形ミルで各々、24時間で6.
88重重量%A4203増加、48時間で9.19重重
量%AI、O,増加を与えるべく挽いた。
gave an increase. Another 800 g sample was run in a cylindrical mill using 1/4" diameter balls for 6.5 hours each for 24 hours.
Grinded to give 88 wt% A4203 gain and 9.19 wt% AI, O, gain in 48 hours.

総ての処理は、イソプロピルアルコール(i−p−a)
をキャリア液として用いた。各スラリーを空気炉で12
Orで乾燥し、粉末を篩い、次に20,000pst(
140MN−落−2)で等方的にプレスして窒素雰囲気
下での焼結のためにビレットとした。表3に処理条件、
得られた生成物及び特性を示す。
All treatments were performed using isopropyl alcohol (i-p-a).
was used as a carrier liquid. Each slurry was heated in an air furnace for 12 hours.
Dry in the oror, sieve the powder, then 20,000 pst (
It was pressed isotropically at 140 MN-2) to form a billet for sintering in a nitrogen atmosphere. Table 3 shows the processing conditions.
The products obtained and their properties are shown.

実施例12〜15から、良好な密度、強度及び硬度特性
を持つ有用なエンジニアリングセラミックが作られたこ
とが判る。推定により7.5重量%より多いA/ 、O
,増加の場合に、α′ 相が検出されないが、この条件
における主たる相は855重量%オーダーのβ′相であ
る。アルミナ含量が約7.5重量%より少な(なると、
α′相の量がだんだん増加する。ここの実施例で中間体
の相が288重量%オーダーのβ′相を含む場合、混合
物へ窒化アルミニウムを加えることなしに、この量より
少いβ′相を含む高書度最終製品を作ることは出来ない
It can be seen from Examples 12-15 that useful engineering ceramics with good density, strength and hardness properties were made. Estimated to be more than 7.5% by weight A/, O
, the α' phase is not detected, but the predominant phase under this condition is the β' phase of the order of 855% by weight. If the alumina content is less than about 7.5% by weight,
The amount of α′ phase gradually increases. In the examples herein, if the intermediate phase contains on the order of 288% by weight of β' phase, making a high-quality final product containing less than this amount of β' phase without adding aluminum nitride to the mixture I can't.

最終製品において28重重量上り少いβ′相を含む生成
物が要求されるなら、中間体の相は適当量のβ′相を有
するか又は適当量の窒化アルミニウムが加えられなけれ
ばならない。
If a product containing 28% less β' phase by weight is required in the final product, the intermediate phase must have an appropriate amount of β' phase or an appropriate amount of aluminum nitride must be added.

アルミナ含量を100重量%オーダーより少く、かつ7
.5重量%のオーダーより多くすることKより、0.7
5 < z < 1.5である2値を持つβ′相が多く
、制御された量の他の結晶相を持つ生成物を得ることを
保証することができる。
The alumina content is less than 100% by weight, and 7
.. More than K on the order of 5% by weight, 0.7
It can be ensured that a product is obtained which is rich in β' phase with a binary value of 5 < z < 1.5 and has a controlled amount of other crystalline phases.

本発明の第−及び第三の対象に従う実施例16において
、得られる製品の範囲を拡張するため、%にアルミナ増
加のみで得られるよりも低い値にβ′相の2値を制御で
きるようにするために、アルミナ粉末の他に窒化ケイ素
粉末を用いた。
In Example 16 according to the second and third objects of the present invention, in order to expand the range of products obtained, it is possible to control the binary value of the β' phase to a lower value than that obtained by increasing the alumina in % alone. In order to do this, silicon nitride powder was used in addition to alumina powder.

実施例5に従う中間体粉末75′i量部を、米国のKe
nnametal 社から供給された窒化ケイ素粉25
重量部と混合し、アルミナボールを用いてイソプロピル
アルコール中で72時間ボールミル粉砕した。この時点
で出発混合物は8.89重量部のアルミナ増加を有する
ことが判った。このように作られた細かい粉末を次に乾
燥し、実施例12〜15と同様に等方プレスし、窒素雰
囲気下で16000で2時間、続いて17501:l’
で5時間焼結した。
75'i parts of the intermediate powder according to Example 5 were added to Ke
Silicon nitride powder 25 supplied by nnametal
parts by weight and ball milled in isopropyl alcohol using alumina balls for 72 hours. At this point the starting mixture was found to have an alumina gain of 8.89 parts by weight. The fine powder thus produced was then dried and isostatically pressed as in Examples 12-15, under nitrogen atmosphere at 16000 for 2 hours followed by 17501:l'
It was sintered for 5 hours.

得られた生成物は、主構成要素としてβ′相物質を、3
重量%のオーダーの12Hと共に含み、3.231ce
−’の密度、室−で三点臼げの破壊モジュラス89,8
00 psi(620MNm−2)、92のロックウェ
ルA硬度を示す。β′相物質の2値は0.8であると判
った。
The obtained product contains β' phase material as the main constituent, and 3
Contains with 12H on the order of % by weight, 3.231ce
Density of −', fracture modulus of three-point crushing in chamber −89,8
00 psi (620 MN m-2), exhibiting a Rockwell A hardness of 92. The binary value of the β' phase material was found to be 0.8.

更に、実施例13と同様にSt、N4及びAl2O3を
用い、実施例5の砕けやすい中間体を使用してサンプル
を作った。処理及び製品を表4に示す。
Additionally, samples were made using St, N4, and Al2O3 as in Example 13, and using the brittle intermediate of Example 5. The treatments and products are shown in Table 4.

実施例16〜19は、2値をアルミナ単独で得られるよ
りも小さく下げることを許しながら、高割合のβ′相の
生成物を作ることを一貫して可能としている。
Examples 16-19 consistently make it possible to make products with a high proportion of β' phase while allowing the binary value to be lowered to less than that obtained with alumina alone.

実施例19においてはY2O3が出発物に加えられたこ
とに気付くであろう。これは、中間体相の量が少<(2
8,6重量部)、従ってα′相からのイツトリウムが高
密度化を助けるためのガラス形成において不足である故
である。従ってこの不足を補うためにY2O3が加えら
れた。
It will be noticed that in Example 19 Y2O3 was added to the starting materials. This is because the amount of intermediate phase is small <(2
8.6 parts by weight), therefore yttrium from the α' phase is insufficient in glass formation to aid in densification. Therefore, Y2O3 was added to compensate for this deficiency.

しかし、他のガラス形成性金属酸化物又は窒化物、たと
えばマグネシウム、マンガン、鉄、リチウム、カルシウ
ム、セリウム及びランタニド9系列及び他の希土類元素
の酸化物又は窒化物を加えることも出来ることが理解さ
れよう。
However, it is understood that other glass-forming metal oxides or nitrides may also be added, such as oxides or nitrides of magnesium, manganese, iron, lithium, calcium, cerium and the lanthanide series 9 and other rare earth elements. Good morning.

これら添加物は、要求される状態に変化しうる化合物の
形であることができ、しかしα′相のカチオンを形成す
る金属の酸化物を用いることが好ましい。
These additives can be in the form of compounds which can be transformed into the required state, but preference is given to using oxides of metals which form cations of the α' phase.

実施例18と19の比較によれば、最後のβ′相の2値
の増加は、アルミナ及び中間体相の量の増加及び窒化ケ
イ素の量の減少により達成されうる。実施例18及び1
9において、イツトリウムの合計量は実質的に同一であ
る。最終生成物中にα′相を作るためK、実施例16及
び17を、アルミナ含量を各々6.13及び8.1重i
t%に減少して繰返す。得られた生成物はα′相を含み
、実施例16の出発物質を用い、但し低いAj20.含
量を用いた場合に155重量部α′相を含み、実施例1
7の出発物質を用い、但し低いAl2O3含量を用いた
場合に5重量%のα′相を含むことが判った。実施例1
6(すなわち中間体粉末を高割合に用い、α′相含量が
高い、)を、アルミナの量を2重量%に下げて繰返した
。得られた生成物は、800重量%α′相を含んでいた
According to a comparison of Examples 18 and 19, a binary increase in the final β' phase can be achieved by increasing the amount of alumina and intermediate phases and decreasing the amount of silicon nitride. Examples 18 and 1
9, the total amount of yttrium is substantially the same. K, Examples 16 and 17 to create the α' phase in the final product, the alumina content was adjusted to 6.13 and 8.1%, respectively.
Reduce to t% and repeat. The resulting product contains an α' phase, using the starting material of Example 16, but with a lower Aj of 20. Example 1
Using the starting material No. 7, but with a low Al2O3 content, it was found to contain 5% by weight of α' phase. Example 1
6 (i.e., using a high proportion of intermediate powder and high α' phase content) was repeated with the amount of alumina reduced to 2% by weight. The product obtained contained 800% by weight α' phase.

本発明の実施例20において、実施例5に従い作られた
砕けやすいセラミック物質(92,6%のα′相、7.
4%のβ′相)の95重量部を、実施例1の窒化ケイ素
5重量部と混合し、混合物をコロイド9ミルで微粒子に
挽いた。コロイド゛ミル粉砕においては、アルミナボー
ルミル粉砕において起ったような粉砕媒体からの成分増
加は起きないことが理解されよう。粉末を、2インチ(
51冨1)直径のグラファイトダイ(これは窒化砿素を
豊富にコーティングされている。)に入れ、4600p
si (31,7MPa)の圧力下で1時間1750t
:’で加熱プレスして、一般式 %式%) の主として(90%の)α′相置換窒化ケイ素及び8%
のβ′相(2値=0.2)、イツトリウムを含むガラス
2%及びこん跡の遊離ケイ素より成る高密度生成物を形
成した。この実施例においては熱プレスにより高密度が
達成されたが、いく分のアルミナがたとえばアルミナボ
ールミル粉砕によって混合物に含まれることを保証する
ことにより、圧力を用いずに同じ書度を達成することが
できる。
In Example 20 of the present invention, a friable ceramic material made according to Example 5 (92.6% α' phase, 7.
95 parts by weight of 4% β' phase) were mixed with 5 parts by weight of silicon nitride from Example 1 and the mixture was ground to fine particles in a colloid 9 mill. It will be appreciated that in colloid milling, no enrichment from the grinding media occurs as occurs in alumina ball milling. Pour the powder into a 2 inch (
51 to 1) diameter graphite die (this is richly coated with nitride) and 4600 p.
1750t for 1 hour under pressure of si (31,7MPa)
:', mainly (90%) α′ phase substituted silicon nitride and 8%
A dense product was formed consisting of a β' phase (binary value = 0.2), 2% glass containing yttrium and traces of free silicon. Although high density was achieved in this example by heat pressing, it is possible to achieve the same density without using pressure by ensuring that some alumina is included in the mixture, for example by alumina ball milling. can.

しかしそのようなアルミナの混入によって、最終生成物
における一般式 %式%) のα相置換窒化ケイ素の重量割合が減少される。
However, such incorporation of alumina reduces the weight proportion of alpha-phase substituted silicon nitride of the general formula % in the final product.

カチオン変性用元素としてイツトリウムを用いる実施例
を示したが、他のカチオン変性用元素たとえばカルシウ
ム、リチウム、マグネシウム及びセリウムを用いて本発
明の方法及び生成物が等しく達成される。
Although examples are shown using yttrium as the cation-modifying element, the methods and products of the invention are equally accomplished using other cation-modifying elements such as calcium, lithium, magnesium, and cerium.

上述の実施例ではアルミナ及び/又は窒化ケイ素が、α
′相を含む中間体に加えられたが、ケイ素、窒素、アル
ミニウム及び酸素は、上述の化合物の代りに又はそれら
と共に別の化合物を用いることにより導入できることが
理解されよう。たとえば、初めに述べたオキシ窒化ケイ
素又はポリタイプを用いることができた。
In the embodiments described above, alumina and/or silicon nitride
It will be understood that silicon, nitrogen, aluminum and oxygen can be introduced by using other compounds in place of or in conjunction with the compounds mentioned above. For example, silicon oxynitride or the polytype mentioned at the beginning could be used.

本発明の実施例21において、実施例7に従う中間体粉
末(877重量部α′相、133重量部β′相を含む。
In Example 21 of the present invention, an intermediate powder according to Example 7 (containing 877 parts by weight α' phase and 133 parts by weight β' phase) was used.

)12重量部を、76重量部の窒化ケイ素、7重量部の
英国特許41573199の物質21R1及び5重量部
のY2O3(実施例19で説明したように中間体の量が
少いので加える。)と混合し、全体をアルミナ媒体を用
いてボールミルで砕き、2.91重量部の増加をもたら
す。
) with 76 parts by weight of silicon nitride, 7 parts by weight of the substance 21R1 of GB 41573199 and 5 parts by weight of Y2O3 (added due to the small amount of intermediates as described in Example 19). Mix and ball mill the whole using alumina media to give a weight gain of 2.91 parts.

1750rで5時間の焼結及び続く1400Cで5時間
の焼ナマシにより、室温で99,700 psi(69
0MNm )、1200Cで52,200 psi(3
60MNFIL−2)のモジュラス、92のロックウェ
ルA硬度を持つ生成物が得られた。これは高割合のβ′
相と約5重量係のα′相を裏付ける。β相の2値は1.
2であった。Z Ii&の制御は、窒化ケイ素を減少さ
せてその分だけポリタイプ及び/又はアルミナの量を増
すことによって2値を増大でき、2値の減少のためには
逆にする。またもし最終生成物におけるα′相含量の増
加が望まれるなら、このことは窒化ケイ素量を減少しな
がら中間体の量を増すことにより、またアルミナ含量を
減少することにより;又は加えるY2O3の量を減少し
ながら中間体含量を増加することによって達成され5る
。最終生成物のα′相を減少させる場合、中間体の量を
出発混合物の5%より少く減少しないで顆粒間ガラス層
の重量割合を許容限界内に留めることが望ましい。
Sintering at 1750R for 5 hours followed by annealing at 1400C for 5 hours to 99,700 psi (69
0MNm), 52,200 psi (3
A product with a modulus of 60 MNFIL-2) and a Rockwell A hardness of 92 was obtained. This is a high proportion of β′
This confirms an α' phase with a weight ratio of about 5%. The binary value of β phase is 1.
It was 2. Control of Z Ii& can be increased by decreasing the silicon nitride and increasing the amount of polytype and/or alumina by that amount, or vice versa for decreasing the binary. Also, if it is desired to increase the α' phase content in the final product, this can be done by increasing the amount of intermediate while decreasing the amount of silicon nitride, and by decreasing the alumina content; or by increasing the amount of Y2O3 added. This is achieved by increasing the intermediate content while decreasing the When reducing the α' phase of the final product, it is desirable not to reduce the amount of intermediates below 5% of the starting mixture and to keep the weight proportion of the intergranular glass layer within acceptable limits.

実施例12〜21では出発混合物中に、本発明の第二の
方法(すなわち、コストのかかる細砕プロセスを要しな
い、粉末が砕けやすい方法)によって作られた、α相置
換窒化ケイ素を高割合に含む粉末を用いたが、粉末は他
の方法たとえば実施例1で述べた方法で作られることが
でき、また本発明の第一の対象に従い得た良好な生成物
であることができる。しかし本発明の第二の対象により
作られた粉末を用いることが明らかに好ましい。
Examples 12 to 21 contain a high proportion of α-phase substituted silicon nitride in the starting mixture, made by the second method of the invention (i.e., a method that does not require an expensive comminution process and provides a more friable powder). Although a powder was used containing powders, the powders can be made in other ways, such as the method described in Example 1, and can also be good products obtained according to the first subject of the invention. However, it is clearly preferred to use powders made according to the second subject of the invention.

実施例は、制御されたβ相置換窒化ケイ素を含み、α相
置換窒化ケイ素を有する又は有しない良好な生成物が、
β相置換窒化ケイ素を有する又は有さない、α相置換窒
化ケイ素を含む粉末から作られうろことを例示したが、
α相置換窒化ケイ素の多い(〉90%)出発粉末を用い
ることが、これが反応物の熱動力学的挙動を高めるので
、好ましい。高割合のα相の中間体が好まし〜・もう一
つの理由は、それが、α相中間体の存在しない、)? 
IJタイプ中間体を用いるルートにより得られる製品に
比べて、得られる製品の組成コントロールの巾をより広
くすることを可能にすることである。
Examples include controlled β-phase substituted silicon nitride, and good products with or without alpha-phase substituted silicon nitride are
Although scales made from powders containing α-phase substituted silicon nitride with or without β-phase substituted silicon nitride are illustrated,
It is preferred to use starting powders that are high in α-phase substituted silicon nitride (>90%) as this enhances the thermodynamic behavior of the reactants. A high proportion of α-phase intermediates is preferred. Another reason is that it is the absence of α-phase intermediates).
It is possible to have a wider range of control over the composition of the resulting product compared to products obtained by the route using IJ type intermediates.

手続補正書(烏べ) 昭和58イ16 月 6 日 昭和58年特許願第 29599’」 2、発明の名称 セラミック吻′鉤及びセラミツタ製、f、J(7)製l
告法3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 名 称  ルーカス・インダストリーズ・バフリック・
リミアッド・カンーゼ二−昭和58年 5 月11日(
発送日 昭和5d年 5JJ51日)6 補正により増
加する発明の数 0 7、補正の対象         :1.、・・91e
l告σ卿1(内容に友史なし)8 補正の内容 ン3’1K(の」出り
Procedural Amendment (Rabbe) June 6, 1981 Patent Application No. 29599' 2. Name of the invention: Ceramic proboscis hook and Ceramic Ivy, f, J (7) L
Complaint Law 3 Relationship with the person making the amendment Case Patent applicant name Lucas Industries Buffrick
Limiad Kanzeni - May 11, 1982 (
Date of dispatch: 5JJ51, 1937) 6 Number of inventions increased by amendment: 0 7, Subject of amendment: 1. ,...91e
1 (no history in the content) 8 Contents of the amendment 3'1K (no')

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、式 %式%) (ここで、Xは2より大きくなく、Mは変性用カチオ/
である。)K従うα相置換窒化ケイ素を高割合に含むセ
ラミック粉末を、少くとも一種類のケイ素の窒化物及び
/又はアルミナと混合する段階、但しアルミナは混合物
の10重f%より多くてはならない;及びこの混合物を
1700t:’ないし1900Cの温度で非酸化雰囲気
下で焼結して、(1)一般式 %式% (ここで、2は零より太き(、かつ1.5より大きくな
い。)を持つβ相置換窒化ケイ素、及び上述の変性用カ
チオンMを含む少量の別の相より主として成る高密度セ
ラミック製品、又は(2)上述のβ相置換窒化ケイ素、
制御された量の式 %式%) に従うα相置換窒化ケイ素、及び上述の変性用カチオン
Mを含む少量の別の相より主として成る高密度セラミッ
ク製品を作る段階より成る、高密度セラミック製品の製
造法。 2、ケイ素、アルミニウム、アルミナ、及び変性用カチ
オンの酸化物又は窒化物より成る粉末混合物を窒化雰囲
気下でアルミニウムの融点より下の温度で、この第一段
階の窒化が実質上完了するまで加熱することにより第一
段階の窒化を行うこと:第一段階で窒化した混合物を窒
化芥囲気を維持しながらケイ素の融点より下の温度で、
この第二段階の窒化が実質上完了するまで加熱し、これ
によって砕けやすい物質を作る第二段階の窒化を行うと
と;このようKして得た砕けやすい物質を細砕するとと
;続いて、細かくした砕けやすい物質を1650C及び
1900t:”の間の温度で非酸化雰囲気を維持しなが
ら焼結して、式 %式%) (ここで、Iは2より大きくなく、Mは変性用カチオン
である。)K従5α相置換窒化ケイ素を50重量%より
多く含む砕けやすいセラミック物質、又は上述のα相置
換窒化ケイ素と式8式% (ここで、2は零より大きく、かつ1.5より大きくな
い。)K従うβ相置換窒化ケイ素の混合物を50重量%
より多く含む砕けやすいセラミック物質を得ること:上
述の砕けやすいセラミック物質から形成したセラミック
粉末をケイ素の窒化物及び/又はアルミナと混合するこ
と、但しアルミナは混合物の10重量%より多くてはな
らない:及びこの混合物を1700ないし190(1”
の温度で非酸化雰囲気下で1900Cの場合には少くと
も10分間焼結し【、(1)一般式 8式% (ここで、2は零より大きく、かつ1.5より大きくな
い。)を持つβ相−換窒化ケイ素、及び上述の変性用カ
チオンMを含む少量の別の相より主として成る高密度セ
ラミック製品、又は(2)上述のβ相置換窒化ケイ素、
制御された量の上述の式8式%) に従うα相置換窒化ケイ素、及び上述の変性用カチオン
Mを含む少量の別の相より主として成る高密度セラミッ
クス製品を作ることの各段階より成る、セラミックス製
品の製造法。 3、変性用カチオンがイツトリウム、カルシウム、リチ
ウム、マグネシウム又はセリウムである特許請求の範囲
第1項又は第2項に記載の方法。 4、高密度セラミック製品(2)が式 8式%) に従うα相置換窒化ケイ素を0.05乃至90重量係含
む特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の方法。 5、セラミック(,1)又はセラミック(2)が0.0
5乃至20重量%の別の相を含む4許請求の範囲第1項
又は第2項記載の方法。 6、セラミック粉末を含む混合物のアルミナ含量が7.
5重量%以下である特許請求の範囲第1]lJ又は第2
項記載の方法。 7、 セラミック粉末が、該セラミック粉末な含む混合
物の5乃至96.5重量%である特許請求の範囲第1項
又は第2項記載の方法。 8、 セラミック粉末が、該セラミック粉末を含む混合
物の30重量%より少い量で存在し、かつこのセラミッ
ク粉末を含む混合物中に、酸化イツトリウム、酸化カル
シウム、酸化リチウム、酸化セリウム、希土類元素酸化
物及びランタニド系元素の酸化物、酸化マグネシウム、
酸化マンガン及び酸化鉄から選ばれた少くとも一種類の
ガラス形成性金属酸化物が含まれている特許請求の範囲
第1項又は第2項記載の方法。 9、少くとも一種類のガラス形成性金属酸化物が、セラ
ミック粉末を含む混合物の10重量%より少い量で含ま
れている特許請求の範囲第8項記載の方法。 10、  窒化ケイ素が、セラミック粉末を含む混合物
の75重量%までの量で存在する特許請求の範囲第1項
〜第9項のいずれか一つに記載の方法。 11、窒化ケイ素が、セラミック粉末を含む混合物の5
〜75重量%の量で存在する特許請求の範囲第10項記
載の方法。 12、生成物を冷却後にガラス相を失透、させるために
再加熱する特許請求の範囲第1項〜第11項のいずれか
一つに記載の方法。 13、再加熱温度が1400Cより高くな〜・特許請求
の範囲第12項記載の方法。 14、ケイ素、アルミニウム、アルミナ、及び変性用カ
チオンの酸化物又は窒化物より成る粉末混合物を窒下雰
囲気下でアルミニウムの融点より下の温度で、この第一
段階の窒化が実質上完了するまで加熱することにより第
一段階の窒化を行うとと;第一段階で窒化した混合物を
窒化雰囲気を維持しながらケイ素の融点より下の温度で
、この第二段階の窒化が実質上完了するまで加熱し、こ
れによって砕けやすい物質を作る第二段階の窒イヒな行
うとと:続いて、細かくした砕けやす(・物質を165
0C及び1900t:’の間の温度で非酸イし雰囲気を
維持しながら焼結して、式 %式%) (ここで、工は2より大きくなく、M+ま変性用カチオ
ンである。)に従うα相置換窒化ケイ素を50重重量上
り多く含む砕けやすいセラミック物質、又は上述のα相
置換窒化ケイ素と式3式% (ここで、2は零より太き(、かつ1.5より大きくな
い。)に従うβ相置換窒化ケイ素の混合物を50重重量
上り多く含む砕けやすいセラミック物質を得ることの段
階より成る、セラミック物質を製造する方法。 15、変性用カチオンがイツトリウム、カルシウム、リ
チウム、マグネシウム又はセリウムである特許請求の範
囲第14項記載の方法。 16、焼結を約1820Gの温度で行い、α相置換窒化
ケイ素が砕けやすい生成物の9o]1t%より多くを占
める特許請求の範囲第14項又は第15項記載の方法。 17、焼結を約1820Cの温度で約5時間行い、α相
置換窒化ケイ素が砕けやすい生成物の95Ji量係より
多くを占める特許請求の範囲第14項、第15項又は第
16項に記載の方法。 18、変性用カチオンがカルシウムであり、粉末混合物
中の元素が式 %式% に従って実質的にバランスしている特許請求の範囲第1
4項〜第17項のいずれか一つに記載の方法。 19、  変性用カチオンがカルシウムであり、粉末混
合物中の元素が式 %式% に従って実質的にバランスしている特許請求の範囲第1
4項〜第17項のいずれか一つに記載の方法。 20、  変性用カチオン元素がリチウムであり、粉末
混合物中の元素が式 %式% に従って実質的にバランスしている特許請求の範囲第1
4項〜第17項のいずれか一つに記載の方法。 21、変性用カチオン元素がイツトリウムであり、粉末
混合物中の元素が式 %式% に従って実質的にバランスしている特許請求の範囲第1
4項〜第17項のいずれか一つに記載の方法。 22、変性用カチオン元素がイツトリウムであり、粉末
混合物中の元素が式 %式% に従って実質的にバランスしている特許請求の範囲第1
4項〜第17項のいずれか一つに記載の方法。
[Claims] 1.Formula %Formula %) (wherein, X is not greater than 2, and M is a modifying cation/
It is. ) mixing a ceramic powder containing a high proportion of α-phase substituted silicon nitride according to K with at least one nitride of silicon and/or alumina, provided that the alumina does not exceed 10% by weight of the mixture; and this mixture is sintered in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1700t:' to 1900C to obtain (1) the general formula %, where 2 is greater than zero (and not greater than 1.5). ), and a small amount of another phase containing the above-mentioned modifying cation M; or (2) the above-mentioned β-phase substituted silicon nitride,
The production of a dense ceramic article consisting essentially of a controlled amount of α-phase substituted silicon nitride according to the formula %) and a small amount of another phase containing the above-mentioned modifying cation M Law. 2. A powder mixture of silicon, aluminum, alumina, and an oxide or nitride of a modifying cation is heated in a nitriding atmosphere at a temperature below the melting point of aluminum until this first stage of nitridation is substantially complete. Performing the first stage nitriding by: heating the first stage nitrided mixture at a temperature below the melting point of silicon while maintaining a nitriding atmosphere;
A second stage of nitriding is carried out by heating until this second stage of nitriding is substantially completed, thereby producing a brittle material; and the brittle material thus obtained is comminuted; , the finely divided brittle material is sintered at a temperature between 1650C and 1900T:'' while maintaining a non-oxidizing atmosphere, with the formula %, where I is not greater than 2 and M is the modifying cation. ) A brittle ceramic material containing more than 50% by weight of K-sub5α-phase substituted silicon nitride, or the above-mentioned α-phase substituted silicon nitride with the formula 8% (where 2 is greater than zero and 1.5 (not greater than 50% by weight) of a mixture of β-phase substituted silicon nitrides according to K
To obtain a friable ceramic material containing more: Mixing the ceramic powder formed from the above-mentioned friable ceramic material with silicon nitride and/or alumina, provided that the alumina should not be more than 10% by weight of the mixture: and this mixture at 1700 to 190 (1”
Sinter for at least 10 minutes at 1900C in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of (1), where 2 is greater than zero and not greater than 1.5. (2) a β-phase substituted silicon nitride as described above, or (2) a β-phase substituted silicon nitride as described above;
Ceramics comprising the steps of making a dense ceramic article consisting essentially of a controlled amount of α-phase substituted silicon nitride according to the above formula 8) and a small amount of another phase containing the above-mentioned modifying cation M. How the product is manufactured. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the modifying cation is yttrium, calcium, lithium, magnesium, or cerium. 4. The method according to claim 1 or 2, wherein the high-density ceramic product (2) contains 0.05 to 90% by weight of α-phase substituted silicon nitride according to the formula 8. 5. Ceramic (,1) or ceramic (2) is 0.0
4. A method according to claim 1 or claim 2, comprising from 5 to 20% by weight of another phase. 6. The alumina content of the mixture containing ceramic powder is 7.
5% by weight or less Claim 1]lJ or 2nd claim
The method described in section. 7. A method according to claim 1 or 2, wherein the ceramic powder is 5 to 96.5% by weight of the mixture containing the ceramic powder. 8. Ceramic powder is present in an amount of less than 30% by weight of the mixture containing the ceramic powder, and yttrium oxide, calcium oxide, lithium oxide, cerium oxide, rare earth element oxide is present in the mixture containing the ceramic powder. and oxides of lanthanide elements, magnesium oxide,
3. The method of claim 1 or 2, wherein at least one glass-forming metal oxide selected from manganese oxide and iron oxide is included. 9. The method of claim 8, wherein the at least one glass-forming metal oxide is present in an amount less than 10% by weight of the mixture containing the ceramic powder. 10. A method according to any one of claims 1 to 9, wherein silicon nitride is present in an amount up to 75% by weight of the mixture comprising the ceramic powder. 11. 5 of the mixture containing silicon nitride and ceramic powder
11. The method of claim 10, wherein the amount is present in an amount of -75% by weight. 12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the product is reheated after cooling to devitrify the glass phase. 13. The method according to claim 12, wherein the reheating temperature is higher than 1400C. 14. Heating a powder mixture of silicon, aluminum, alumina, and an oxide or nitride of a modifying cation under nitrogen at a temperature below the melting point of aluminum until this first stage of nitridation is substantially complete. The first stage nitriding is carried out by heating the first stage nitrided mixture at a temperature below the melting point of silicon while maintaining a nitriding atmosphere until this second stage nitriding is substantially complete. This is the second step of making a friable material: Next, the material is made into a finely friable material (165
Sintering while maintaining a non-acidic atmosphere at a temperature between 0 C and 1900 t:' according to the formula % (where E is not greater than 2 and M+ is the converting cation). A friable ceramic material containing up to 50% by weight of α-phase substituted silicon nitride, or the above-mentioned α-phase substituted silicon nitride and formula 3% (where 2 is greater than zero (and not greater than 1.5). 15. A process for producing a ceramic material comprising the steps of: obtaining a brittle ceramic material containing up to 50 wt. 14. The method of claim 14, wherein sintering is carried out at a temperature of about 1820 G, and the alpha-phase substituted silicon nitride accounts for more than 90]1 t% of the friable product. 17. The method of claim 14, wherein the sintering is carried out at a temperature of about 1820C for about 5 hours, and the alpha phase substituted silicon nitride accounts for more than 95JI of the brittle product. The method of claim 15 or 16. 18. The modifying cation is calcium and the elements in the powder mixture are substantially balanced according to the formula %.
The method according to any one of Items 4 to 17. 19. Claim 1, wherein the modifying cation is calcium and the elements in the powder mixture are substantially balanced according to the formula %.
The method according to any one of Items 4 to 17. 20. Claim 1, wherein the cationic element for modification is lithium, and the elements in the powder mixture are substantially balanced according to the formula %.
The method according to any one of Items 4 to 17. 21. Claim 1, wherein the cationic element for modification is yttrium, and the elements in the powder mixture are substantially balanced according to the formula %.
The method according to any one of Items 4 to 17. 22. Claim 1, wherein the cationic element for modification is yttrium, and the elements in the powder mixture are substantially balanced according to the formula %.
The method according to any one of Items 4 to 17.
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