JPS5930768A - 高耐食性室化珪素焼結体の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐酸化特性の優れた窒化珪素焼結体の製造方法
に関するものである。

従来窒化珪素の焼結においては窒化珪素自体の焼結性が
非常に悪い為、焼結助剤の添加により焼結を促進するこ
とが一般に行なわれている。しかし、これらの焼結助剤
は焼結体の粒界相に残留するため焼結助剤の種類によっ
て焼結体を酸化させた時に生成づる酸化層の性質は大き
く異なる。

これらの焼結助剤を含んだ窒化珪素焼結体の酸化メカニ
ズムについてはいくつかの報告があるが、そのうちの代
表的なものを示す。酸化イソ１−リウムを焼結助剤とし
た場合には、酸化における臨界温度（約１２００℃＞Ｊ
ｙ、上では酸化層を通る酸素の拡散が律速となり、酸化
層が純粋な酸化珪素に助剤とした場合には、酸化はマグ
ネシウムイオンが母材から酸化層へ達する拡散が律速と
なり、酸・化層中の速い酸素拡散及び反応生成物である
窒素ガスが試料外へ出た後に残る気孔のために、酸化イ
ツトリウムを焼結助剤とした場合よりも酸化による重量
増加及び酸化後の強度劣化は激しくなる。

このように焼結助剤の種類によって酸化メカニズムは変
化するが、同時に焼結助剤量の影響も大である。従って
焼結助剤の種類及び量の検討により酸化によって生成す
る酸化層の特性を改善１ノようという試みが各種なされ
ているが、未だ、特性的に満足したものは得られていな
いのが現状である。

そこで本発明者等は耐酸化特性を向上させるために窒化
珪素焼結体を得るに当って、焼結方法、及び添加させる
焼結助剤につき、種々検討を行なった。その結果、金属
珪素に゛焼結助剤としてクロム成分及び、ある種の酸化
物成分の両成分をそれぞれ一定の割り合いで組み合わせ
て添加し、まずして好適なものであることを見い出した
。

即ち、本発明の要旨は、最大粒径２０μｍ以下の金属珪
素１００重量部に対しイツトリウム、ランタン、セリウ
ム、ガドリニウム及びエルビウムの各酸化物の１種又は
２種以上１０〜２０重量部の酸化物成分と酸化クロムに
換算して０．２〜１重量部のクロム成分を混合し、窒素
又は窒素を含む非酸化性雰囲気にて窒化処理を行った後
、ホットプレス焼結を行なう事を特徴とする高耐食性窒
化珪素焼結体の製造方法にある。

以下、本発明を更に詳細に説明するに、本発明方法に使
用される原料成分は、金属珪素にイツトリウム、ランタ
ン、セリウム、ガドリニウム及びエルビウムの各酸化物
の１種又は２種以上の酸化物成分、酸化クロムに代表さ
れるクロム成分及び窒素ガス成分を必須とする。この上
記酸化物成分及びクロム成分の両成分を焼結助剤として
組み合わせ使用することにより、その相乗効果として、
耐酸化特性と機械的強度の著しく向上した窒化珪素焼結
体が得られる。特に焼結助剤のうち、クロうち酸化物成
分はホラ１〜プレス時の焼結助剤としこの範囲を超える
どこの場合も緻密性は良いが機械的強度は低（、耐酸化
特性は劣る。又この範囲よりも少ないと緻密性が劣り、
機械的強度が低下する。又、焼結助剤のもう一方の成分
である酸化クロムは窒化処理において窒化反応を促進す
る効果があり未反応珪素を少な（する事ができる。また
金属珪素を窒化処理して生成づ゛る窒化Ｊ」素のα相の
割合が多いほど後工程のホットプレス焼結により得られ
る焼結体の強度は高くなるが、酸化クロムはこのα相の
生成の割合を多くする働ぎがある。また酸化クロムはボ
ッ１〜プレス焼結体を酸化した場合に生ずるイソ１−リ
ウム、ランタン、セリウム、ガドリニウム、エルビウム
の各酸化物と酸化珪素のガラス状化合物の結晶化を促進
し、ホットプレス焼結体の酸化層内でのクラックの発生
を抑え、その結果として耐酸化性の向上が達成されるも
のと考えられる。このクロム成分は金属珪素１００重量
部に対し、酸化クロムに換算して００２〜１重量部の範
囲で添加されることが必要である。この範囲よりも少な
いと、窒化処理におけるる効果が少なくなる。窒化促進
効果及び結晶化の効果は、大量に添加しても、はとんど
変化せず、また添加量があまり多くなり過ぎるとホット
プレス焼結体の機械的強度が低下するので酸化クロムの
最大添加量は１重量部が好ましい。

本発明においては出発原料として窒化珪素粉末を使用せ
ず、金属珪素粉末を用いて窒化処理を行うという工程を
採用しているが、この期山としては窒化処理によって生
成する窒化珪素粒子が市販の窒化珪素粉末にりも微細で
かつ粒径が比較的ｌ前っているので焼結性が優れるから
である。また窒化珪素粉末の表面には酸素が必ず存在す
るが、金属珪素を窒化処理して得られた窒化珪素に含ま
れる酸素量はこれよりもずっと少なく、その結果として
ホットプレス体の粒界相の性質が、窒化珪素粉末を出発
原料とした場合にりも優れるからである。本発明におけ
る金属珪素粉末は最大粒径２０μｍ以下である事が必要
である。その理由は最大粒径が２０μｍよりも大きくな
ると窒化処理において窒化反応を促進する酸化クロムを
添加しても未反応の金属珪素が残留し、これがホットプ
レス部に焼結助剤としてイツトリウム、ランタン、セリ
ウム、方トリニウム、エルビウムの各酸化物を微粒化し
たものを１０〜２０ｍｆｆ１部と微粒化した酸化クロム
を０．２〜１重量部の割合で例えばボールミル等により
混合粉砕し、成形づる場合には約２０００　ｋｇ／−の
圧力を加えて所望の形状に成形する。次にこれを窒素ま
た。は窒素を含む非酸化性雰囲気にて１３００〜１５０
０’Ｃ：好ましくは１３５０〜１４５０℃の温度で窒化
処理を行った後、ボットプレス焼結を行う。ホットプレ
スの条件は、温度は１６００〜１９００℃、圧力は１０
０〜５００ｋＱ／ｃｒｆｌ、雰囲気は還元性、中性など
の非酸化性雰囲気であればよい。

本発明は以上述べたように、窒化■」素に、焼結助剤ど
して特定割合のクロム成分と酸化物成分とを組み合わせ
添加してなる焼結体であり、このような新規な組成より
なることによりに４酸化特性が優れまた高緻密性で機械
的強度も高いため、耐熱性耐酸化性の要求されるガスタ
ービン部品、ディーゼルエンジン用部品等どしてＱ’ｌ
Ｊ４なものである。

実施例１ °次の第２表に示す最大粒径２０μｍ以下の金属珪素と
、焼結助剤としてはクロム成分としての平均粒径６μｍ
の酸化クロムど酸化物成分としての平均粒径１〜５μｍ
の各種酸化物を同表に示す割合でボールミルにより混合
粉砕後、２０００　ｋａｌ−の圧力で成形し、窒素気流
中、温度１４００℃の条件により反応焼結し、１ｑられ
たものを１８００℃、２時間、２００　ｋａｌ　ａａの
条件ぐボッｌ−プレスし、その焼結体のＩＩ！論密度比
及び酸化増ｍを測ここで理論密度は下式により計算した
。

但しＰ：珪素粉末の純度［％］、 Ｘｊ　、Ｘ　２　：焼結助剤の添加ｍ、ｄｓｉａＮａ：
窒化珪素の理論密度［ｇ／ｃｎｔ］、ｄｘｌ　、ｄｘ２
　：焼結助剤の密度［ｇ／ｃｒＡ’ｌである。

し、そのｙ５果を記載した。

この結果、実施例の試料Ｎ００７と比較して、同じ酸化
イツトリウム（化学式：　Ｙ２０ａ　）を使用しても酸
化クロムをＩＩＪ１用しなかフた比較例の試料Ｎ０１１
〜３の場合、酸化増量が非常に大きくなっており、材質
の緻密性を表わす理論！？度比も試料Ｎ００１について
は低く不十分な値であった。

又、酸化イツトリウム、酸化ランタン、（化学式：Ｌａ
ｚＯｓ）、酸化セリウム（化学式：Ｃｅ０２）、酸化ガ
ドリニウム（化学式：ＧｄｚＯａ）、又は酸化エルビウ
ム（化学式：Ｅｒ２０３）を１６重量部配合した実施例
の試料Ｎｏ、７〜１１に比べて、本発明に使用されな０
酸化物である酸化プラセオジム（化学式：　Ｐｒ６　０
１１　＞　、Ｍ化ネオジム（化学式：Ｎｄ２０ａ）及び
酸化ジスプロシウム（化学式：ＤＶｚＯａ）を同量使用
した試料Ｎ００４〜６は酸化増量が多く、特にＤＶ２Ｃ
ｈを使用した場合は、理論密度比が非常に低く、酸化増
量が非常に大きいといった極めて悪い結果であった。

特許出願人　工業技術院長

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 最大粒径２０ｕｍ以下の金属珪素１００重量部に対しイ
   ットリウム、ランタン、セリウム、ガドリニウム及びエ
   ルビウムの各酸化物の１種又は２種以上１ｏ−：２ｏ重
   量部の酸化物成分と、酸化クロムに換算して０．２〜１
   ｍＭ部のクロム成分を混合し窒素又は窒素を含む非酸化
   性雰囲気にて窒化処理を行なった後ホットプレス焼結を
   行なうことを特徴とする高耐食性窒化珪素焼結体の製造
   方法。