JPS6016389B2 - 緻密質窒化珪素磁器の製造法 - Google Patents
緻密質窒化珪素磁器の製造法Info
- Publication number
- JPS6016389B2 JPS6016389B2 JP54013085A JP1308579A JPS6016389B2 JP S6016389 B2 JPS6016389 B2 JP S6016389B2 JP 54013085 A JP54013085 A JP 54013085A JP 1308579 A JP1308579 A JP 1308579A JP S6016389 B2 JPS6016389 B2 JP S6016389B2
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- silicon nitride
- sintering
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Description
【発明の詳細な説明】
窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質磁器は、特有の低い熱風鞍張
性と高い機械的強度を具え、耐熱性も優れているため各
種の高強度耐熱材料として注目されているが、１気圧下
では１９００ｏｏ前後で分解蒸発する特性を有するため
、ホットプレス法、普通暁結法、反応競結法何れも１８
００００以下の暁絹温度が採用されてきた。
性と高い機械的強度を具え、耐熱性も優れているため各
種の高強度耐熱材料として注目されているが、１気圧下
では１９００ｏｏ前後で分解蒸発する特性を有するため
、ホットプレス法、普通暁結法、反応競結法何れも１８
００００以下の暁絹温度が採用されてきた。
このうちホットプレス法は強度が大きい鋼密な焼結体が
得られるが複雑な形状の製品には難しく、普通暁結法と
反応暁結法は１気圧下の雰囲気では競緒中に蒸発するた
めピンホールが多く強度の大きな材質が得られなかった
。本発明は上記の問題点を解消し、従来得られなかった
優れた諸特性を具えた窒化珪素質磁器の量産を可能とす
るもので、別紙三元系組成図の点Ａ，Ｂ，ＣおよびＤを
結ぶ４辺形区域によってそれぞれ定められた割合のＳｉ
３Ｎ４と、ＴをＱおよびＮ２０３、ただし点Ａ，Ｂ，Ｃ
およびＤはＳｉ３Ｎ４ Ｔａ２０５ ＡＩ２０３ Ａ ４０％ ５９孫 １発 Ｂ ４５％ ２０孫３５多 〇 ６９．５％ ０．５％ ３０．０多１） ９
８‐５％ 〇５多 １．０％からなる混合粉末を
成形し、該成形体を競結する際に窒素又は窒素と非酸化
性ガスとの混合ガスにて炭素るつぼ中又は、炭素化合物
と窒素、又は炭素化合物と窒素と非酸化性ガスとの混合
ガス中にて１．５〜１３０ｋ９／地の加圧雰囲気におい
て競結することを特徴とする繊密質窒化珪素暁結体の製
造法を提供するもので１気圧下での焼結に比較し、圧力
雰囲気下での焼精であるため窒化珪素の分解蒸発が少く
なり、より高温にて焼給可能で焼結時の粒子同志の体積
拡散が起り易く鱗結体のピンホールは非常に減少し、従
来のホットプレス糠結体に匹敵する高強度材料を得るこ
とができる。
得られるが複雑な形状の製品には難しく、普通暁結法と
反応暁結法は１気圧下の雰囲気では競緒中に蒸発するた
めピンホールが多く強度の大きな材質が得られなかった
。本発明は上記の問題点を解消し、従来得られなかった
優れた諸特性を具えた窒化珪素質磁器の量産を可能とす
るもので、別紙三元系組成図の点Ａ，Ｂ，ＣおよびＤを
結ぶ４辺形区域によってそれぞれ定められた割合のＳｉ
３Ｎ４と、ＴをＱおよびＮ２０３、ただし点Ａ，Ｂ，Ｃ
およびＤはＳｉ３Ｎ４ Ｔａ２０５ ＡＩ２０３ Ａ ４０％ ５９孫 １発 Ｂ ４５％ ２０孫３５多 〇 ６９．５％ ０．５％ ３０．０多１） ９
８‐５％ 〇５多 １．０％からなる混合粉末を
成形し、該成形体を競結する際に窒素又は窒素と非酸化
性ガスとの混合ガスにて炭素るつぼ中又は、炭素化合物
と窒素、又は炭素化合物と窒素と非酸化性ガスとの混合
ガス中にて１．５〜１３０ｋ９／地の加圧雰囲気におい
て競結することを特徴とする繊密質窒化珪素暁結体の製
造法を提供するもので１気圧下での焼結に比較し、圧力
雰囲気下での焼精であるため窒化珪素の分解蒸発が少く
なり、より高温にて焼給可能で焼結時の粒子同志の体積
拡散が起り易く鱗結体のピンホールは非常に減少し、従
来のホットプレス糠結体に匹敵する高強度材料を得るこ
とができる。
しかして焼結雰囲気の圧力を１．５〜１３０ｋｇ／のに
限定した理由は１．５ｋ９／桝以下では窒化珪素の分鱗
蒸発を抑える効果が小さく、１３０ｋ９／の以上では鱗
給体内の気泡が高圧となり焼結時の毛管現象により気泡
を閉塞しようとする焼結の原動力が相殺され、且つ装置
も大型化し生産性が悪くコストも高価となるからである
。
限定した理由は１．５ｋ９／桝以下では窒化珪素の分鱗
蒸発を抑える効果が小さく、１３０ｋ９／の以上では鱗
給体内の気泡が高圧となり焼結時の毛管現象により気泡
を閉塞しようとする焼結の原動力が相殺され、且つ装置
も大型化し生産性が悪くコストも高価となるからである
。
本発明において非酸化性ガスを焼成雰囲気中に混合する
場合、該非酸化性ガスに炭素化合物を含有させるのが望
ましく、特に炭素、一酸化炭素又は金属の浸炭処理に使
用されているメタン、プロパン等の炭化水素が炭素化合
物として好適である。
場合、該非酸化性ガスに炭素化合物を含有させるのが望
ましく、特に炭素、一酸化炭素又は金属の浸炭処理に使
用されているメタン、プロパン等の炭化水素が炭素化合
物として好適である。
以下実施例により具体的に説明する。
実施例 １
平均粒径１山のＳｉ３Ｎ４粉末、平均粒径１．５一のＴ
ａ２０５粉末、平均粒径１仏のＡＩ２０３粉末（いずれ
も市販品）を各種の割合に配合、常法により有機質の結
合剤を加えて製造した原料粉末を２０００ｋ９／均の圧
力で５×１０×３仇舷の寸法にプレス成型し、一旦Ｎ２
雰囲気において５００００に加熱して有機質結合剤を除
去した後、該成形体を黒鉛るつぼの中でＮ２又はＮ２と
Ａｒの１：１混合ガス中にて１．５〜１３０ｋ９ノ流の
圧力下で加熱焼成して得た試料Ｎｏ．１〜１駅について
諸特性を測定した結果を第１表に示す。
ａ２０５粉末、平均粒径１仏のＡＩ２０３粉末（いずれ
も市販品）を各種の割合に配合、常法により有機質の結
合剤を加えて製造した原料粉末を２０００ｋ９／均の圧
力で５×１０×３仇舷の寸法にプレス成型し、一旦Ｎ２
雰囲気において５００００に加熱して有機質結合剤を除
去した後、該成形体を黒鉛るつぼの中でＮ２又はＮ２と
Ａｒの１：１混合ガス中にて１．５〜１３０ｋ９ノ流の
圧力下で加熱焼成して得た試料Ｎｏ．１〜１駅について
諸特性を測定した結果を第１表に示す。
，第 一 表
註）１）抗折力測定：４×８×２５仇ののテストピ−ス
を使用し、ＪＩＳ Ｂ−４１０４により測定した。
を使用し、ＪＩＳ Ｂ−４１０４により測定した。
２） ピンホ‐ル測定：試料を鏡面研磨し、ＡＳＴＭ規
格Ｂ２７６−５４により測定した。
格Ｂ２７６−５４により測定した。
３）雌９のみＮ２：Ａｒの１：１混合ガス中で、その他
はＮ２の雰囲気で焼結した。
はＮ２の雰囲気で焼結した。
第１表から明らかなように、本発明の試料舷．１〜１０
は範囲外の恥．１１Ｒ〜Ｍ．１凪に比して競結内部のピ
ンホールが極短に少くなり抗新力値を著しく高めること
ができた。上記実施例において、主成分のＳｉ３Ｎ４に
対して副成分として特定の割合で添加したＴａ２Ｑと山
２０３によって耐熱性を初め優れた諸特性が得られた理
由は、組成中のＴａ２Ｑと山２０３の両者がまず固溶し
て主成分のＳｉ３Ｎ４と反応し繊密な競緒体を生成した
のち、Ｔａ２０５が雰囲気中の黒鉛るつぼによってもた
らされた炭素によって還元されＴａＣを生じ該ＴａＣ特
有の高融点、高熱伝導性によって暁結体の耐熱性を高め
て発泡を抑制し、かつその高い機械的強度がこれと固有
する同じく高い機械的強度を有するＡＩ２０３とによっ
て抗折力を高めるものと考えられる。
は範囲外の恥．１１Ｒ〜Ｍ．１凪に比して競結内部のピ
ンホールが極短に少くなり抗新力値を著しく高めること
ができた。上記実施例において、主成分のＳｉ３Ｎ４に
対して副成分として特定の割合で添加したＴａ２Ｑと山
２０３によって耐熱性を初め優れた諸特性が得られた理
由は、組成中のＴａ２Ｑと山２０３の両者がまず固溶し
て主成分のＳｉ３Ｎ４と反応し繊密な競緒体を生成した
のち、Ｔａ２０５が雰囲気中の黒鉛るつぼによってもた
らされた炭素によって還元されＴａＣを生じ該ＴａＣ特
有の高融点、高熱伝導性によって暁結体の耐熱性を高め
て発泡を抑制し、かつその高い機械的強度がこれと固有
する同じく高い機械的強度を有するＡＩ２０３とによっ
て抗折力を高めるものと考えられる。
又さらに焼結時の雰囲気を加圧しているため、窒化珪素
の分解蒸発を抑え１気圧下での競結に比べ、より高温で
焼結することが可能となり、暁給時の粒子同志の体積拡
散率を向上し、ピンホールの極めて少い焼結体を得るこ
とができたものと考えられる。
の分解蒸発を抑え１気圧下での競結に比べ、より高温で
焼結することが可能となり、暁給時の粒子同志の体積拡
散率を向上し、ピンホールの極めて少い焼結体を得るこ
とができたものと考えられる。
又Ｓｉ○の蒸気圧はＳｉ３Ｎ４の蒸気圧よりも少々高い
ため、従釆窒化珪素質磁器の強度を劣化すると言われて
いる結晶粒界のガラス相の主成分であるＳｉ０２をＳｉ
○の形で一部揮発させる事ができるので、焼結体の耐熱
性を高め従来のホットプレス体に匹敵するような高強度
の競結体が得られる。しかして、本発明の出発原料とし
て主成分のＳｉ３Ｎ４と副成分のＴａ２Ｑ、ＡＩ２０３
の配合割合を、重量百分比でＳｉ３Ｎ４４０〜聡．５％
、Ｔａ２ＱＯ．５〜５９．０％、山２０３１．０〜３５
％の範囲内において別紙三元系組成図Ａ、Ｂ、Ｃおよび
Ｄの各点を結ぶ４辺形区域内に限定する理由は、第１表
の試料恥．１〜１０によって示されるように上記区域内
の組成がいずれも斑結後の暁結体内部のピンホールが少
く拡折力値が高い数値を示し従来のホットプレス競結体
に匹敵する値となるからである。
ため、従釆窒化珪素質磁器の強度を劣化すると言われて
いる結晶粒界のガラス相の主成分であるＳｉ０２をＳｉ
○の形で一部揮発させる事ができるので、焼結体の耐熱
性を高め従来のホットプレス体に匹敵するような高強度
の競結体が得られる。しかして、本発明の出発原料とし
て主成分のＳｉ３Ｎ４と副成分のＴａ２Ｑ、ＡＩ２０３
の配合割合を、重量百分比でＳｉ３Ｎ４４０〜聡．５％
、Ｔａ２ＱＯ．５〜５９．０％、山２０３１．０〜３５
％の範囲内において別紙三元系組成図Ａ、Ｂ、Ｃおよび
Ｄの各点を結ぶ４辺形区域内に限定する理由は、第１表
の試料恥．１〜１０によって示されるように上記区域内
の組成がいずれも斑結後の暁結体内部のピンホールが少
く拡折力値が高い数値を示し従来のホットプレス競結体
に匹敵する値となるからである。
しかし区域外の試料Ｍ．１１Ｒ〜ＮＯ．１４Ｒは１０山
以上のピンホール（Ｂランクのピンホール）が発生し抗
折力値も低下する。
以上のピンホール（Ｂランクのピンホール）が発生し抗
折力値も低下する。
次に本発明の前記Ａ，Ｂ，ＣおよびＤの各点を結ぶ４辺
形区域内の組成に対して、Ｍｇ○，Ｃａ○，Ｂａ○等の
アルカリ士類金属の酸化物の少量を添加することによっ
て、主成分Ｓｉ３Ｎ４中に存在する徴量のＳｊ０２と副
成分Ｔａ２０５，ＡＩ２０３の融液の粘性を低下して競
結温度を引下げ、繊密化を促進するが、過度の添加はピ
ンホールの増加、耐熱性其の他の性能低下をもたらすた
め下記の実施例によって明らかにされるように主成分Ｓ
ｉ３Ｎ４、副成分Ｔａ２０５，ＡＩ２０３からなる原料
粉末１０の重量部に対し、７重量部が限度である。
形区域内の組成に対して、Ｍｇ○，Ｃａ○，Ｂａ○等の
アルカリ士類金属の酸化物の少量を添加することによっ
て、主成分Ｓｉ３Ｎ４中に存在する徴量のＳｊ０２と副
成分Ｔａ２０５，ＡＩ２０３の融液の粘性を低下して競
結温度を引下げ、繊密化を促進するが、過度の添加はピ
ンホールの増加、耐熱性其の他の性能低下をもたらすた
め下記の実施例によって明らかにされるように主成分Ｓ
ｉ３Ｎ４、副成分Ｔａ２０５，ＡＩ２０３からなる原料
粉末１０の重量部に対し、７重量部が限度である。
実施例 ２
試料地．１の主成分Ｓｉ３Ｎ４と副成分Ｔａ２０５，山
２０３の混合粉末１０の重量部に対してアルカリ士類金
属の酸化物を種々の重量部で添加し、試料容器を窒化珪
素焼結体とした他は実施例１と同様に製作した試料の諸
特性を第２表に示す。
２０３の混合粉末１０の重量部に対してアルカリ士類金
属の酸化物を種々の重量部で添加し、試料容器を窒化珪
素焼結体とした他は実施例１と同様に製作した試料の諸
特性を第２表に示す。
第 ２ 表
なお、上記実施例１および２においては、副成分、添加
成分共に直接酸化物を出発原料として使用したが、常法
に従って加熱によって酸化物となる他の化合物、例えば
塩類を用いることができる。
成分共に直接酸化物を出発原料として使用したが、常法
に従って加熱によって酸化物となる他の化合物、例えば
塩類を用いることができる。
また、上記実施例では炭素化合物を雰囲気中に含有させ
る一つの手段として黒鉛るつぼを用いたが、焼成前に炭
素化合物を雰囲気中に含有させておけば、アルミナ、ム
ラィト、マグネシヤ、窒化珪素又は炭化珪素等よりなる
るつぼも適用可能である。
る一つの手段として黒鉛るつぼを用いたが、焼成前に炭
素化合物を雰囲気中に含有させておけば、アルミナ、ム
ラィト、マグネシヤ、窒化珪素又は炭化珪素等よりなる
るつぼも適用可能である。
図面は本発明の基本成分を示す三元系組成図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量百分比で別紙三元組成図の点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ
を結ぶ４辺形区域によつてそれぞれ定められた割合のＳ
ｉ＿３Ｎ＿４と、Ｔａ＿２Ｏ＿５及びＡｌ＿２Ｏ＿３、
ただし、点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤはＳｉ＿３Ｎ＿４ Ｔａ＿
２Ｏ＿５ Ａｌ＿２Ｏ＿３Ａ ４０％ ５９％ １％Ｂ
４５％ ２０％ ３５％ Ｃ ６９．５％ ０．５％ ３０．０％ Ｄ ９８．５％ ０．５％ １．０％ からなる混合粉末を成形し、該成形体を焼結する際に窒
素又は窒素と非酸化性ガスとの混合ガスにて炭素るつぼ
中又は、炭素化合物と窒素、又は炭素化合物と窒素と非
酸化性ガスとの混合ガス中にて１．５〜１３０ｋｇ／ｃ
ｍ＾２の加圧雰囲気において焼結することを特徴とする
緻密質窒化珪素磁器の製造法。 ２ 重量百分比で別紙三元組成図の点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ
を結ぶ４辺形区域によつてそれぞれ手められた割合のＳ
ｉ＿３Ｎ＿４と、Ｔａ＿２Ｏ＿５及びＡｌ＿２Ｏ＿３、
ただし、点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤはＳｉ＿３Ｎ＿４ Ｔａ＿
２Ｏ＿５ Ａｌ＿２Ｏ＿３Ａ ４０％ ５９％ １％Ｂ
４５％ ２０％ ３５％ Ｃ ６９．５％ ０．５％ ３０．０％ Ｄ ９８．５％ ０．５％ １．０％ からなる混合粉末１００重量部に対してアルカリ土類金
属の酸化物の１種又は２種以上を７重量部以下の割合で
添加した粉末を成形し該成形体を焼結する際に窒素又は
窒素と非酸化性ガスとの混合にて炭素るつぼ中又は、炭
素化合物と窒素、又は炭素化合物と窒素と非酸化性ガス
との混合ガス中にて１．５〜１３０ｋｇ／ｃｍ＾２の加
圧雰囲気において焼結することを特徴とする緻密質窒化
珪素磁器の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54013085A JPS6016389B2 (ja) | 1979-02-07 | 1979-02-07 | 緻密質窒化珪素磁器の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54013085A JPS6016389B2 (ja) | 1979-02-07 | 1979-02-07 | 緻密質窒化珪素磁器の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55104972A JPS55104972A (en) | 1980-08-11 |
| JPS6016389B2 true JPS6016389B2 (ja) | 1985-04-25 |
Family
ID=11823323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54013085A Expired JPS6016389B2 (ja) | 1979-02-07 | 1979-02-07 | 緻密質窒化珪素磁器の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6016389B2 (ja) |
-
1979
- 1979-02-07 JP JP54013085A patent/JPS6016389B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55104972A (en) | 1980-08-11 |
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