JPS6016387B2 - 耐熱性材料の製造方法 - Google Patents

耐熱性材料の製造方法

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JPS6016387B2
JPS6016387B2 JP52032125A JP3212577A JPS6016387B2 JP S6016387 B2 JPS6016387 B2 JP S6016387B2 JP 52032125 A JP52032125 A JP 52032125A JP 3212577 A JP3212577 A JP 3212577A JP S6016387 B2 JPS6016387 B2 JP S6016387B2
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JP52032125A
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多禾夫 太田
治男 工藤
寛 井上
泉 留野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒化けし、素系の耐熱性材料の製造方法に関す
る。
ガスタービン、宇宙飛体或いは各種の耐熱性治具などに
用いられる耐熱性材料については高温強度や強い耐熱衝
撃抵抗性が要求されつつある。
このような要求に対して窒化けし、素(Si3N4)系
の凝結体が開発されている。即ち窒化けし、素単独では
高密度で且つ高強度の競結体を得難いので酸化物など添
加し暁結性を向上させたり(反応煤結)、更にホットプ
レス法を採用して、耐熱性材料を得ることも試みられて
いる。しかしながら上記反応暁結法もしくはホットプレ
ス暁結において、Q−Si3N4変態を主成分とした原
料粉末を用いても、8一Si3N4変態へ転移するプロ
セスを経ない限り真比重又は真比重に近い繊密度の高い
暁結体が得られないと云う不都合さがある。しかも上記
Q−Si3N4変態も、8一Si3N4変態もともに化
学的に安定であるため上記転移は容易でなく、従って製
造上高度の技法を要する。またQ−Si3N4変態のみ
からなる峯化けし、素粉末の製造は難しく原料供V給の
点でも実用上問題がある。本発明者らは上記点に対処し
て窒化けし、素系凝結体について原料成分と高温強度や
信頼性との関係を検討した結果、原料粉末の合成法、純
度乃至酸素含有量などが大きく影響していることを確認
した。
本発明はこのような知見に基づき、高温でも高強度で且
つ耐熱衝撃抵抗性のすぐれた室化けし、素系の耐熱性材
料が容易に得られる製造方法を提供しようとするもので
ある。
以下本発明を詳細に説明すると、本発明は{aー ハロ
ゲンもしくは水素の少なくともいずれかを含むけし、素
化合物とアンモニアとを非酸化性雰囲気下で反応させる
工程、【b’‘b)記反応工程についで、酸素分圧0.
5〜3%の雰囲気下、700〜12000Cで加熱処理
を施し酸素含有量1〜5重量%の粉末状生成物を得る工
程、‘c} 前記粉末状生成物にイットリウムおよび希
土類金属の酸化物中の少なくとも1種0.1〜10重量
%添加含有させて原料混合物を調製する工程および{d
)前記原料混合物を形成し非酸化性雰囲気下、1700
〜18300Cで加熱焼結する工程を具備して成ること
を特徴とする耐熱性材料の製造方法であり、次のように
行なわれる。
例えば900〜1200℃程度に加熱し反応炉に装着さ
れ且つ非酸化性雰囲気に保たれた炉心管内に所定のけい
素化合物とアンモニアとを送給して両者を反応させる。
この反応過程もしくは反応終了後、要すれば反応系から
副性したハロゲン化アンモニウムなどを適宜除去すると
ともに酸素分圧0.5〜3%の雰囲気下、700〜12
000○で加熱処理を施すことによって酸素含有量1〜
5重量%の粉末状生成物(8−Si3N4変態を主体と
する)を得る。かくして得た原料Si3N4粉末に酸化
イットリウムおよび希士類金属酸化物の群から選ばれた
少なくとも1種の酸化物を0.1〜1の重量%、要すれ
ばさらにAI203や川Nなどを2の重量%の範囲内で
添加して原料混合物を調製する。次いでこの原料混合物
を成形し、非酸化性雰囲気中1700〜183000で
焼結することにより容易に所要の耐熱性材料(競縞体)
が得られる。尚上記成形体の焼精は普通(常圧)競精に
よらず所詔るホットプレス法によって行なってもよい。
本発明において用いるハロゲンもしくは水素の少なくと
もいずれかを含むムナし、素化合物としては例えば四塩
化けし、素、四臭化けし、素、トリ塩化シラン、トリ臭
化シラン、ジメチル塩化シランなどが拳げられ、これら
は1種もしくは2種以上を濠合して用いてもよい。
またアワモニアと反応させるに当っての温度は900〜
1200午○程度でよく、さらにけし、素化合物とアン
モニアとの供総合量比はけし・素化合物0.4〜2.5
夕/min当りアンモニアガス0.5〜3.0〆/mi
n程度でよく、反応雰囲気については窒素、水素、など
の非酸化性ガスが常に選択される。尚この反応は加熱反
応(ガス反応)に限らず液相反応によって行なうことも
できる。しかして上記反応後、反応系から要すれば反応
副生したハロゲン化アンモニウムを除去するとともに酸
素含有量を制御するために雰囲気の酸素分圧を0.5〜
3%とし、熱処理温度を700〜1200qCに選んだ
のは次の理由による。70000未満ではハロゲン化成
分など反応副生成物などを完全に除去することが困難で
あり、1200oo以上では粉末の焼給性が低下するか
らである。
また雰囲気中の酸素分圧を0.5〜3%とし反応生成物
(粉末状生成物)中の酸素含有量を1〜5重量%とする
。この酸素含有量調整に際しては雰囲気の酸素分圧を0
.5〜3%とする事により達成される。つまり酸素分圧
を0.5〜3%とするのは反応生成物中の酸素含有量を
1〜5重量%とする為であり酸素含有量が1%未満では
暁結性に効果がなく、5%を超えると得られる暁結体の
強度低下がみられるからである。さらに上記粉末状生成
物とともに原料組成物をなすイットリウム酸化の他の希
士類金属酸化物としては酸化ランタン(La203)、
酸化セリウム(Ce02)、酸化デイスプロシウム(D
y203)、酸化ガドリウム(Gら03)、酸化サマリ
ウム(Sm203)などが拳げられ、これらは1種もし
くは2種以上の混合系で用いてもよい。
しかしてこれらの組成比が常に0.1〜1の重量%の範
囲内で選ばれるのは0.1%未満では暁縞性改善、向上
の点で効果がなく10%を超えると高温での耐熱性、耐
食性などが低下するからである。さらにまた本発明にお
いて要すれば用いうる第3の組成分として酸化アルミニ
ウム(AI203)、窒化アルミニウム(NN)などが
拳げられ、これらも1種もしくは2種以上の混合系で用
い得るがその組成比は高々2の重量%である。尚これら
の酸化イットリウム、希士類酸化物、酸化アルミニウム
成分などは粒径0.05〜2r程度のものが好しし、。
本発明において上試論製された原料混合物を成形し、非
酸化性雰囲気下で焼結するに当っては常圧(普通暁結)
または加圧(ホットプレス)によって行なってもよい。
しかしこの競緒温度は1700〜1830ooの範囲内
で常に選択される必要がある。その理由は暁結温度が上
記範囲外の場合はいずれも最終的に所要の性能を備えた
窒化けし、素の耐熱性材料が得られないからである。次
に本発明の実施例を記載する。
実施例 1 約1100CCに加熱された石英製炉〇管(窒素ガス雰
囲気)内に四塩化けし、素を0.5夕/minの割合で
およびガス状NH3を0.6〆/minの割合で供給し
、反応させた後、炉芯管内(反応系)雰囲気を窒素ガス
に対し酸素ガス分圧1.5%として1180℃にて加熱
処理し、反応副生成物の塩化アンモニウムを除去すると
ともに反応生成物の酸素含有量を調製した。
かくして得た反応生成物(粉末状生成物)は窒素分組成
物比3り重量%で、また酸素含有量は約5重量%であっ
た。上記粉末状生成物(平均粒径0.8仏)、平均粒径
1.5〜1.7一の酸化イットリウム粉末または酸化ラ
ンタン粉末、平均粒径1仏の酸化アルミニウム粉末を次
表に示す組成比(重量比)に選び4種の混合粉末(原料
)を調製した。
表 上記原料混合粉末を成形したものを窒素雰囲気下、常圧
または、ホットプレス法でそれぞれ暁結して得た焼結体
はいずれも灰白色で主として8−Si3N4相から構成
されており、これら暁結体について密度、常温および1
2000Cにおける抗析強度をそれぞれ測定した結果を
表に併せて示した。
実施例 2けし・素化合物として三塩化シランを、NH
3の供給量0.7そ/minとし、さらに酸素ガス分圧
1.0%とした他は実施例1の場合と同じ条件で反応お
よび加熱処理して酸素含有量5重量の平均粒径0.7ム
の粉末状生成物(窒素分組成比3抗重量%)を得た。
上記粉末状生成物92重量%、平均粒径1.5rの酸化
イットリウム粉末5重量%および平均粒径1.0ムの酸
化アルミニウム粉末3重量%からなる原料混合粉末を調
製した。
次いでこの原料混合粉末を179000、300k9/
洲、窒素雰囲気下加圧暁結(ホットプレス)し、灰白色
で主として8−Si3N4相からなる暁結体を得た。こ
の焼結体は密度99.0%で、抗析強度は常温で110
k9/柵、120000で73kg/めであった。実施
例 3 窒素ガス雰囲気下、フラスコ内に四塩化けい素を収容す
る一方ノルマルヘキサンを収容し、これで希釈して−4
000に冷却した状態に維持し、これに液体NH3を導
入して反応させた。
この反応終了後窒素ガスに対し酸素ガス分圧を1.5%
に調整して1150ooで加熱処理を行ない反応創生し
たハロゲン化アンモニウムを除去して、酸素含有量5重
量%の粉末状生成物(平均粒径1.0仏)を得た。この
粉末状生成物は窒素分組成比36重量%であつた。上記
によって得た粉末状生成物9紅重量%、平均粒径1.5
仏の酸化イットリウム粉末5重量%および平均粒径1.
0仏の酸化イットリウム粉末2重量%を混合し原料粉末
を調製し、これを窒素雰囲気下1780qC、300k
9/めで加圧焼結して灰白色で、主として8−Si3N
4相からなる暁結体を得た。
この糠結体は密度99.3%で抗祈強度が常温で118
k9/嫌、1200o0で81k9/めであった。比較
例 1前記実施例1の試料Cにおいて1180qoの熱
処理工程における酸素ガス分圧を0.1%とする以外は
同一試料、条件で競結体を得た。
この結果得られた反応生成物(粉末状生成物)の窒素分
組成比は37.5%で又、酸素含有量は0.6%であっ
た。さらに得られた凝結体は暁結体密度91.1%であ
り、抗折強度は常温において72k9/桝、1200q
oにおいて56k9/めであった。尚、上記実施例にお
いてけし、素化合物として四臭化けし・秦またはジメチ
ル塩化シランを用いても同様の結果が得られた。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1(a)ハロゲンもしくは水素の少なくともいずれかを
    含むけい素化合物とアンモニアとを非酸化性雰囲気下で
    反応させる工程、(b)前記反応工程についで、酸素分
    圧0.5〜3%の雰囲気下、700〜1200℃で加熱
    処理を施し酸素含有量1〜5重量%の粉末状生成物を得
    る工程、(c)前記粉末状生成物にイツトリウムおよび
    希土類金属の酸化物中の少なくとも1種を0.1〜10
    重量%添加含有させて原料混合物を調製する工程、(d
    )前記原料混合物を成形し非酸化性雰囲気下、1700
    〜1830℃で加熱焼結する工程を具備して成ることを
    特徴とする耐熱性材料の製造方法。
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