JPS5953234B2 - 高強度窒化けい素焼結体の製造法 - Google Patents
高強度窒化けい素焼結体の製造法Info
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- JPS5953234B2 JPS5953234B2 JP53054835A JP5483578A JPS5953234B2 JP S5953234 B2 JPS5953234 B2 JP S5953234B2 JP 53054835 A JP53054835 A JP 53054835A JP 5483578 A JP5483578 A JP 5483578A JP S5953234 B2 JPS5953234 B2 JP S5953234B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は窒化けい素（８１３Ｎ４）を主成分とする高強
度窒化けい素焼給体の製造法に関する。
度窒化けい素焼給体の製造法に関する。
詳しくは窒化けい素に酸化アルミニウム
（Ａｌ２０３）および酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ３）を
添加して高強度化された焼結体を製造する方法の改良に
関するものである。
添加して高強度化された焼結体を製造する方法の改良に
関するものである。
Ｓｉ３Ｎ４を主成分とする焼結体は、耐熱性、高温での
高強度、および低い熱膨張係数の緒特性をもつことから
自動車用エンジン部品、ガスタービン部品、切削工具、
原子炉構造材料などに使用されている。
高強度、および低い熱膨張係数の緒特性をもつことから
自動車用エンジン部品、ガスタービン部品、切削工具、
原子炉構造材料などに使用されている。
そして従来より高強度化、高密度化するためＳｉ３Ｎ４
の焼結助剤としてＹ２Ｏ３−Ａ１□０３、ＭｇＯ，Ａｌ
２０３−ＭｇＯ系の化合物が試みられている。
の焼結助剤としてＹ２Ｏ３−Ａ１□０３、ＭｇＯ，Ａｌ
２０３−ＭｇＯ系の化合物が試みられている。
ところがこれらの焼結助剤を添加してもなを焼結体の強
度が充分でなかった。
度が充分でなかった。
ところで本発明者らは、上記従来品に対しなを一層の強
度を増加させることができないかについて鋭意検討した
結果、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＴｉの３成分を焼結助
剤として特定量添加すれば良いことを見出し本発明を完
成した。
度を増加させることができないかについて鋭意検討した
結果、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＴｉの３成分を焼結助
剤として特定量添加すれば良いことを見出し本発明を完
成した。
すなわち本発明の目的は、Ａ１゜０３、Ｙ２Ｏ３及びＴ
ｉの３成分を有する新規な高強度窒化けい素焼給体を製
造する方法を提供することにあり、その要旨はα相を７
０％以上含む５ｉ３Ｎ４９０〜９８重量％と、Ａｌ２Ｏ
３、Ｙ２Ｏ３およびＴｉとを重量基準で次の０式、■式
を満足するように配合し、 １気圧以上の非酸化性雰囲気中１６００〜１８５０℃で
焼結することを特徴とする高強度窒化けい素焼給体の製
造法にある。
ｉの３成分を有する新規な高強度窒化けい素焼給体を製
造する方法を提供することにあり、その要旨はα相を７
０％以上含む５ｉ３Ｎ４９０〜９８重量％と、Ａｌ２Ｏ
３、Ｙ２Ｏ３およびＴｉとを重量基準で次の０式、■式
を満足するように配合し、 １気圧以上の非酸化性雰囲気中１６００〜１８５０℃で
焼結することを特徴とする高強度窒化けい素焼給体の製
造法にある。
以下に本発明の詳細な説明するに、本発明ではα相を７
０％以上含むＳｉ３Ｎ４が無機質原料の９０〜９８重量
％を占めていることが必要である。
０％以上含むＳｉ３Ｎ４が無機質原料の９０〜９８重量
％を占めていることが必要である。
Ｓｉ３Ｎ４としてはα型およびβ型の２種類あるがα型
が多い方が焼結性が良好で、β型は焼結性が悪いため使
用できない。
が多い方が焼結性が良好で、β型は焼結性が悪いため使
用できない。
α型は少なくとも７０％含むことが必要であり、好まし
くは８０％以上、特に好ましくは９０％以上含んでいる
と最も焼結性がよく、最終的に目的とする高強度焼結体
が得られる。
くは８０％以上、特に好ましくは９０％以上含んでいる
と最も焼結性がよく、最終的に目的とする高強度焼結体
が得られる。
またＳｉ３Ｎ４の無機質原料中に占める割合が９０重量
％未満であると、焼結体の高温時の劣化が激しくなり、
また９８重量％より多くなると焼結困難になる。
％未満であると、焼結体の高温時の劣化が激しくなり、
また９８重量％より多くなると焼結困難になる。
焼結助剤として本発明では、Ａ１□０３、Ｙ２Ｏ３およ
びＴｉの３成分を使用する。
びＴｉの３成分を使用する。
無機質原料中にこれら焼結助剤が占める割合は１０〜２
重量％であり、焼結助剤中の３成分は前記０式および０
式を満足する必要がある。
重量％であり、焼結助剤中の３成分は前記０式および０
式を満足する必要がある。
〜２．０であるとよく、更に好ましくは０．７５〜１．
２５であると最も焼結性がよく従って強度も最大となる
。
２５であると最も焼結性がよく従って強度も最大となる
。
また０、２５〜４．０の範囲外であるとその理由は明ら
かではないが焼結性が悪くなる。
かではないが焼結性が悪くなる。
０．５よりも小さくなると、窒化チタンが析出して焼結
性が悪化し、引いては強度低下を起こす。
性が悪化し、引いては強度低下を起こす。
０．９８よりも大きいと所望の強度の焼結体が得られな
い。
い。
Ａｌ２Ｏ３としてはα型でもγ型でも使用でき、Ｙ２Ｏ
３は最初からこのものでなくても、焼結するとＹ２Ｏ３
になるイツトリウムの塩類でも使用でき、このような場
合も本発明に含まれる。
３は最初からこのものでなくても、焼結するとＹ２Ｏ３
になるイツトリウムの塩類でも使用でき、このような場
合も本発明に含まれる。
本発明では焼結助剤として金属チタン（Ｔｉ）又は水素
化チタン（ＴｉＨ２）を添加することを大きな特徴とし
ている。
化チタン（ＴｉＨ２）を添加することを大きな特徴とし
ている。
ＴｉＨ２を添加した場合には、焼結中にＴｉに変化し、
結果的にはＴｉを添加した場合と同じとなる。
結果的にはＴｉを添加した場合と同じとなる。
以上の本発明原料より高強度窒化けい素焼給体を製造す
るには、まずＳｉ３Ｎ４粉末、Ａ１□０３粉末、Ｙ２Ｏ
３粉末、Ｔｉ粉末を所定の組成比に選び混合して調製す
る。
るには、まずＳｉ３Ｎ４粉末、Ａ１□０３粉末、Ｙ２Ｏ
３粉末、Ｔｉ粉末を所定の組成比に選び混合して調製す
る。
次いでこの混合物に必要に応じて粘結剤を加え、プレス
し所定の成形体を得、しかる後この成形体を１気圧以上
の非酸化性雰囲気、例えばＮ２ガス、Ａｒ力゛ス中、１
６００〜１８５０℃、好ましくは１７００〜１８５０℃
で加圧しながら焼結する。
し所定の成形体を得、しかる後この成形体を１気圧以上
の非酸化性雰囲気、例えばＮ２ガス、Ａｒ力゛ス中、１
６００〜１８５０℃、好ましくは１７００〜１８５０℃
で加圧しながら焼結する。
焼結は通常黒鉛型による一軸ホットプレス、または熱間
静水圧プ°レスで行われる。
静水圧プ°レスで行われる。
その圧力は一般に高い程良好な焼結体が得られるが、普
通黒鉛型では２００〜４００ｋｇ／ｃｍ２、熱間静水圧
プレスでは２０００ｋｇ／ｃｍ２が普通である。
通黒鉛型では２００〜４００ｋｇ／ｃｍ２、熱間静水圧
プレスでは２０００ｋｇ／ｃｍ２が普通である。
このようにして焼結するとＡ１２０３−Ｙ２Ｏ３−Ｔｉ
系の非晶質の結合相を有する新規な窒化けい素焼給体が
得られる。
系の非晶質の結合相を有する新規な窒化けい素焼給体が
得られる。
該新規焼結体の組成を詳しく述べると、α型からβ型に
移行した５ｉ３Ｎ４９０〜９８重量％、残りがＡ１２０
３−Ｙ２Ｏ３−Ｔｉ系の非晶質相であり、この非晶質中
の３成分は前記０式および０式を満足している。
移行した５ｉ３Ｎ４９０〜９８重量％、残りがＡ１２０
３−Ｙ２Ｏ３−Ｔｉ系の非晶質相であり、この非晶質中
の３成分は前記０式および０式を満足している。
以上の本発明方法により製造された新規な高強度窒化け
い素焼給体は、１３００℃以下における強度において従
来の窒化けい素焼給体より優れている。
い素焼給体は、１３００℃以下における強度において従
来の窒化けい素焼給体より優れている。
そのためこの焼結体は衝撃や疲労等の応力集中が問題と
なる構造体の材料に適する。
なる構造体の材料に適する。
その理由はＴｉの反応性が良好なため、Ａ１□０３−￥
２０３−Ｔｉ系からなるガラス質がＳｉ３Ｎ４粒子の周
囲を取り巻いているだけでなく、一部はＳｉ３Ｎ４粒子
と反応し、その結果粒子−粒子界の境界強度が大きくな
っているからではないかと考えられる。
２０３−Ｔｉ系からなるガラス質がＳｉ３Ｎ４粒子の周
囲を取り巻いているだけでなく、一部はＳｉ３Ｎ４粒子
と反応し、その結果粒子−粒子界の境界強度が大きくな
っているからではないかと考えられる。
また焼結後Ｓｉ３Ｎ４粒子の周りに生成して、焼結体の
強度に悪影響を及は゛すＳｉＯ２薄膜をＴｉが次式のよ
うに還元し、ＳｉＯ２薄膜を消し去りＳｉ３Ｎ４に転化
するのも原因の一つと考えられる。
強度に悪影響を及は゛すＳｉＯ２薄膜をＴｉが次式のよ
うに還元し、ＳｉＯ２薄膜を消し去りＳｉ３Ｎ４に転化
するのも原因の一つと考えられる。
５ｉｎ２＋ Ｔｉ−＋ＴｉＯ２＋５ｉ
３Ｓｉ ＋ ２Ｎ２→Ｓｉ３Ｎ４
以下に本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、
本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例により限
定されるものではない。
本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例により限
定されるものではない。
実施例および比較例
純度９９％平均粒径１μのα相９０％のＳｉ３Ｎ４粉末
９４重量％に、純度９９．９７％平均粒径０．２μのＡ
ｌ２Ｏ３粉末、純度９９．９９％平均粒径０．８μのＹ
２Ｏ３粉末および純度９９％平均粒径２μのＴｉＨ２粉
末をＴｉに換算して表１に示すように所定量配合して５
種類の混合粉末を調整した。
９４重量％に、純度９９．９７％平均粒径０．２μのＡ
ｌ２Ｏ３粉末、純度９９．９９％平均粒径０．８μのＹ
２Ｏ３粉末および純度９９％平均粒径２μのＴｉＨ２粉
末をＴｉに換算して表１に示すように所定量配合して５
種類の混合粉末を調整した。
次いで該混合粉末を予め窒化はう素を塗布した黒鉛型中
に入れ、温度１８００℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２で３
０分間加圧焼結し、焼結体の密度、機械的強度の測定お
よびＸ線による構成物質の同定を行なった。
に入れ、温度１８００℃、圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２で３
０分間加圧焼結し、焼結体の密度、機械的強度の測定お
よびＸ線による構成物質の同定を行なった。
結果を表１に示す。
表１で判るように本発明による実施例１〜３は室温での
抗折強度及びアイゾツト値が比較例１又は２よりも格段
に高いが、これは比較例１が前記の如くβ−８ｉ３Ｎ４
表面に脆性のＳｉＯ２層を含み、比較例２がＴｉＮを含
むのに対し本発明品はβ−８ｉ３Ｎ４の表面のＳｉＯ２
層がＴｉにより還元されＳｉとなり更に周囲の窒素と反
応して窒化けい素となっているためと思われる。
抗折強度及びアイゾツト値が比較例１又は２よりも格段
に高いが、これは比較例１が前記の如くβ−８ｉ３Ｎ４
表面に脆性のＳｉＯ２層を含み、比較例２がＴｉＮを含
むのに対し本発明品はβ−８ｉ３Ｎ４の表面のＳｉＯ２
層がＴｉにより還元されＳｉとなり更に周囲の窒素と反
応して窒化けい素となっているためと思われる。
次にこれらの試料で室温から１３００℃迄の抗折力を測
定し横軸に測定温度、縦軸に抗折強度をとると第１図の
如くになった。
定し横軸に測定温度、縦軸に抗折強度をとると第１図の
如くになった。
これにより本発明による実施例１〜３は１３００℃迄の
抗折力が比較例１及び２よりも大であった。
抗折力が比較例１及び２よりも大であった。
第１図は実施例および比較例で製造した窒化けい素焼給
体の３点抗折強度と温度の関係を示すグラフである。
体の３点抗折強度と温度の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- １ α相を７０％以上含む５１３Ｎ４９０〜９８重量％
と、Ａ１□０３、Ｙ２Ｏ３およびＴｉを重量基準で、下
式を満足するように配合して１気圧以上の非酸化性雰囲
気中１６００〜１８５０℃で焼結することを特徴とする
高強度窒化けい素焼給体の製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53054835A JPS5953234B2 (ja) | 1978-05-08 | 1978-05-08 | 高強度窒化けい素焼結体の製造法 |
| US06/035,970 US4216021A (en) | 1978-05-08 | 1979-05-04 | High strength silicon nitride sintered material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53054835A JPS5953234B2 (ja) | 1978-05-08 | 1978-05-08 | 高強度窒化けい素焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54154417A JPS54154417A (en) | 1979-12-05 |
| JPS5953234B2 true JPS5953234B2 (ja) | 1984-12-24 |
Family
ID=12981683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53054835A Expired JPS5953234B2 (ja) | 1978-05-08 | 1978-05-08 | 高強度窒化けい素焼結体の製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4216021A (ja) |
| JP (1) | JPS5953234B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6275427U (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-14 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5747706A (en) * | 1980-09-04 | 1982-03-18 | Toshio Hirai | Lump of silicon nitride containing ti and its manufacture |
| EP0100380B1 (en) * | 1981-02-05 | 1987-06-16 | Sumitomo Electric Industries Limited | Method for plastic deformation of non-ferrous metals |
| DE3484318D1 (de) * | 1983-01-10 | 1991-05-02 | Ngk Spark Plug Co | Schneidwerkzeug auf nitridbasis. |
| GB2256651B (en) * | 1986-07-15 | 1993-06-30 | Norton Co | Improved rolling contact bearing,material for bearing surfaces,and processes therefor |
| JPH0774103B2 (ja) * | 1986-12-27 | 1995-08-09 | 日本碍子株式会社 | 高硬度窒化珪素焼結体 |
| DE4126509C2 (de) * | 1991-08-08 | 1997-01-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Herstellung einer Siliziumnitridkeramik |
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| GB0504899D0 (en) * | 2005-03-09 | 2005-04-13 | Guest John Int Ltd | Improvements in or relating to tube couplings |
| CN115849918A (zh) * | 2021-09-27 | 2023-03-28 | 赛默肯(苏州)电子新材料有限公司 | 氮化硅陶瓷材料、基板及其原料组合物、制备方法和应用 |
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| US4097293A (en) * | 1969-04-30 | 1978-06-27 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Method for manufacturing heat-resistant reinforced composite materials |
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| US4145224A (en) * | 1974-11-22 | 1979-03-20 | Gte Sylvania Incorporated | Method for enhancing the crystallization rate of high purity amorphous Si3 N4 powder, powders produced thereby and products therefrom |
| JPS5238500A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-25 | Toshiba Corp | Production of alpha-silicon nitride powder |
| US4043381A (en) * | 1976-08-09 | 1977-08-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Self-destructive core mold materials for metal alloys |
| US4102698A (en) * | 1976-11-23 | 1978-07-25 | Westinghouse Electric Corp. | Silicon nitride compositions in the Si3 N4 -Y2 O3 -SiO2 system |
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1978
- 1978-05-08 JP JP53054835A patent/JPS5953234B2/ja not_active Expired
-
1979
- 1979-05-04 US US06/035,970 patent/US4216021A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6275427U (ja) * | 1985-10-30 | 1987-05-14 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54154417A (en) | 1979-12-05 |
| US4216021A (en) | 1980-08-05 |
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