JPS5835950B2 - α−サイアロン焼結体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高密度のα−サイアロン焼結体の製造法に関す
る。

従来、サイアロンとしては、一般式 ５ｉａ−ｚＡ７ｚｏｚＮａ−ｚ （ただし、Ｚは０＜２
≦４．２）で示されるβ−サイアロンが高温用機器材料
として注目されてきた。

該β−サイアロンはβ−５ｉ３Ｎ４のＳｉ位置にＡ、／
が、Ｎ位置にＯが置換し、固溶したものであり、例えば
Ｓ １３ Ｎ４ ＊Ａｌ２Ｏ３及びＡ？Ｎとの混合物を
ホットプレスするか、または成形体を１気圧のＮ２雰囲
気中で加熱することによって製造されていた。

その反応式を示すと、次の通りである。

４Ｓｉ３Ｎ４＋２Ａ１２０３＋２ＡＩＮ→３ Ｓ ｔ
４ Ｉ’４２０２ Ｎ６最近、新しいサイアロンとして
、α−８ｉ３Ｎ４のＳｉ位置にＡ−１を、Ｎ位置にＯを
置換すると同時に、格子間に他の元素が固溶したα−サ
イアロンが見出された。

このα−サイアロンは一般式ＭＸ（Ｓｉ、Ａ？）１□（
ｏ 、Ｎ ） １ ａ、（ただし、ＸはＯくＸ＜２．Ｍ
はＬｉ 、 Ｍｇ ｐ ＣａまたはＹを示す）で表わす
ことができる。

このα−サイアロンの焼結法はまだ発表されていない。

本発明はα−サイアロンの高密度焼結体を製造する方法
を提供せんとするものである。

本発明者は前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、窒化
珪素、窒化アルミニウム及びα−サイアロンの格子間に
固溶する金属の酸化物若しくはこれらの金属酸化物を熱
分解により生成する金属塩をα−サイアロンを生成する
割合で混合し、該混合物を窒素雰囲気中で、１４００〜
１８００℃の温度、２〜１ｏｏｏｋｇ／ｄの圧力下で焼
結することにより、気孔率１５％以下の優れた性能を有
するα−サイアロン焼結体が得られることを明らかにし
た。

この知見に基づいて本発明を完成したものである。

α−サイアロンの格子間に固溶する金属としては、Ｌｉ
ｔＮａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙ希土類元素またはこれらの混合
物が酸化物として用いられる。

また熱分解により、前記金属の酸化物を生成するそれら
の金属の炭酸塩、塩基性炭酸塩、しゆう酸塩等の有機酸
塩、水酸塩なども同様に用いられる。

原料粉末の混合化は、下記の化学式に示す割合である。

上記の化学式において、Ｓｉ＋ｋ１１０＋Ｎの元素の比
は常に×であり、α−８ｉ３Ｎ４のＳｉ位置にＡ、／が
、Ｎ位置にＯが置換型固溶し、Ｍで示されるＬｉ 、
Ｎａ 、Ｍｇ 、 Ｃａ 、Ｙ 、希土類元素は格子間
に固溶する。

これらの塩類を使用する場合は酸化物に相当する量を混
合すればよい。

これらの原料混合粉末を窒化硼素で被覆した黒船製型に
入れ、１気圧の窒素中で加圧焼成する。

焼成圧力は２〜ｌｏ ｏ ｏ ｋｇ〆ｉ１好ましくは１
５０〜５００ｋｖｃＩ？である。

この焼成圧力を２ ｋｇ／ａｉ：より小さくすると、高
密度の焼結体が得られない。

また１０００に’；ｌ／ａｔ？を超えると型が圧力に耐
え難くなり実用的でない。

焼成温度は１４００〜１８００℃、好ましくは１６５０
〜１７５０℃で、約１５〜６０分焼成する。

焼成温度が１４００℃より低いと反応が起らず焼結体が
得られず、１８００℃を超えると原料のＳ ｉｓ Ｎ４
が熱分解を起こす。

また窒素雰囲気中で行うのは、原料Ｓｉ３Ｎ４． ｋｌ
Ｎが熱分解、酸化反応を起すのを防止するためである。

本発明の方法によるときは、気孔率１５％以下の高密度
の焼結体が容易に得られ、高温用機器材料、耐火材料と
して優れた性能を有するものが得られる効果を有する。

実施例 １ 窒化珪素（平均粒径０．５μ扉、不純物ＦｅＯ，２５％
、Ａ？ ０．１．８％、０１．２％ただし％は重量％を
示す、以下同じ）、窒化アルミニウム（平均粒径２ｐｍ
、不純物ＳｉＯ，２％、０１．８％）及び炭酸リチウム
（純度９８％）を、それぞれモル比で、２０ ： ９
： ３の割合に混合した。

この混合物２ｇを窒化硼素粉末で表面を被覆した内径１
５朋の黒船製治具に入れた。

窒化硼素で表面を被覆したのは、黒船と原料粉末との反
応を防ぐためである。

この黒船製治具を加圧焼成装置に入れ、窒素で空気を置
換した後、１気圧の窒素ガスを通じながら、３００に９
／ｄの加圧下で昇温し、１７５０℃で１０分保った。

得られたα−サイアロンはＬｉ１０４（Ｓｉ１ｏ、４Ａ
７１，６ ） （００，５Ｎ１５．５ ）の組成を持つ
焼結体であり、その気孔率は１５％であった。

実施例 ２ 実施例１に使用したものと同じ窒化珪素、窒化アルミニ
ウムと炭酸カルシウム（純度９８％）を、それぞれ、モ
ル比で３１：２７：９の割合で混合した。

この混合物約２ｇを使用し、実施例１と同様の手順で、
１５０ ｋｇ／ｄの圧力下で、１７００℃で１時間加圧
焼成した。

得られたα−サイアロンはＣａｏｏｇ （Ｓ１ｇ、３
Ａ７２．７ ） （０００ｇ Ｎ１５．１ ）の組成を
持つ焼結体であり、その気孔率は４％である。

実施例 ３ 実施例１に使用したものと同じ窒化珪素、窒化アルミニ
ウムと酸化イツトリウム（純度９９．９％）を、それぞ
れモル比で、５０：２７：３の割合で混合した。

この混合物を使用し、実施例１と同じ方法及び条件下で
３０分加圧焼成した。

得られたものは、Ｙｏ、４１ （５ｉｔｏ、２Ａ’ｔ、
ｓ ） （００，６Ｎ１５．４ ）の組成のα−サイア
ロンであり、その気孔率は１％であった。

実施例 ４ 実施例１と実施例２において出発原料として用いた混合
粉末を、ｌｆづつ混合した。

得られた混合原料を使用して、実施例１と同じ手順で、
２００に９／ｄの圧力下で、１７００℃で３０分間加圧
焼焼成た。

得られたものは、（ＬｉＯ，５３ＣａＯ，４４） （Ｓ
ｉｏ、ｓＡ？２．２）（Ｏｏ、７Ｎｔｓ、２）の組成の
α−サイアロンであり、その気孔率は８％であった。

実施例 ５ 実施例１に使用した窒化珪素、窒化アルミニウムと、炭
酸ナトリウム（純度９８％）及び酸化エルビウム（純度
９９．９％）を、それぞれモル比で、７０：３６：３：
３の割合で混合した。

この混合物約２ｇを実施例１と同じ手順で、４００ ｋ
ｇ／ａｉの圧力下で、１６５０℃で３０分間加圧焼焼成
た。

得られたものは、 （Ｎａｐ、５３ ＥｒＯ，２０ＸＳ ｉｔｏ、３ Ａ？
ｔ、７） （Ｏｏ、５Ｎ１５．５ ）ノ組成のα−サイ
アロンでアリ、 ％であった。

その気孔率は７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素、窒化アルミニウムとＬｉ 、 Ｎａ 、
   Ｃａ。 Ｍｇ 、 Ｙおよび希土類元素から選ばれた金属酸化物
   若しくはこれらの金属酸化物を熱分解により生成する金
   属塩類の１種または２種以上とを、一般式ＭＸ（Ｓｉ
   、 ｋｌ ） １□（０，Ｎ）１６（Ｍは前記金属、Ｘ
   はＯ＜Ｘ＜２を表わす）で示されるα−サイアロンを生
   成する割合で混合し、該混合物を窒素雰囲気中で１４０
   ０〜１８００℃の温度で、 ２〜１００ ｏ＃／ｄの圧
   力条件下で加圧焼結することを特徴とするα−サイアロ
   ン焼結体の製造法。