JPS6016870A - サイアロン焼結体の製造方法 - 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】 本発明はサイアロン焼結体の製造方法に関し、詳しくは
特開昭５６−１３４５６８号の改良に係るものである。

特開昭５６−１３４５６８号の製造方法は珪素が８０体
績％以下で、アルミナ１０〜３５俸枳％、マグネフッ０
〜１５体積％からなる粉末混合物を成形し、この成形体
を１５００〜１８００℃で焼成してサイアロン焼結体を
得るものである。

しかし、この方法では成形体の形状が大きくなった９、
肉厚が厚くなったりすると珪素の窒化が均一に進行し難
く、を化采件の管理に細心の注意が必要であるばかシで
なく、長時間の焼成が必要となシ、製品として得られる
焼結体の大きさ及び肉厚に限界がめった。その原因は珪
素の窒化反応を容易にするフィラーとしてのアルミナ及
びマグネシアを前記組成範囲以上添加できない点にある
。

即ち、アルミナ３５体積％以上ではｇｌ結体中にＸ相が
多値に存在するようになシ、物性上好ましくなく、また
３５体積％以上、マグネフッ１５体積％以上では焼結体
中にスピネル相が多量に存在するようになって、やはシ
物性上好ましくないからである。この様に、アルミナ及
びマグネシアの添加量は焼結体中の鉱物組成に大きな影
響を与えるため前記組成範囲に制限されているものでア
シ、アルミナ及びマグネシアによって珪素の窒化反応を
容易にする効果を所定以上期待できないものであった。

しかして、アルミナ及びマグネシアが前記の様な組成範
囲であると、成形体の形状が太きいものや肉厚が厚いも
のでは、珪素の窒化が均一　に生じに＜＜、焼成素地中
に珪素の凝集領域が存在したり、クラ、りや空洞が発生
したりし、短時間の焼成が不可能なことがある。

本発明者は？ｆｉＩ記製造方法の改良を鋭怠研究した結
果、珪素の一部を市販の安１＋Ｔｏな窒化珪素に置換す
ることにより、該窒化珪素が珪素の窒化反応を容易にす
る第２のフィラーとして機能し、問題が解決できること
を見出した。

即ち、本発明の第１発明は珪素と窒化珪素が合力ｔで８
０体積％以下で、アルミナ１０〜３５体積％、マグネ７
７０〜１５体枚％からなる粉末混合物を成形し、この成
形体を非酸化性含窒素雰囲気において１５００〜１８０
０℃で焼成してサイアロン焼結体を得ることを特徴とす
るものである。前記窒化珪素の添加量は珪素との含量に
対してθ〜８０体狽％とする必要がある。窒化珪素がか
増大するにしたがって窒化反応は容易になるが、反面焼
成収縮が増大し、焼結体の寸法精度が悪く・なること、
焼結体中にＸ相など望しくない結晶相が増大し、物性が
低下すること、原料コストが上昇することなどの欠点が
ある。

而して、本発明の８１！１発明は先ず合量で８０体積％
以下の珪素及び窒化珪素、１０〜３５体槓％の体積ミナ
、θ〜１５体積％のマグネシアを十分に混合し、必要で
あればこれを粉砕する。

粉砕にはアルミナボールを用い、乾式粉砕るるいは湿式
粉砕を行なう。湿式粉砕では珪素が水と反応して水系ガ
スを発生するため、アルコール、ベンゼン、トルエンな
どの有機溶媒の使用が望ましい。得られた微粒混合粉末
は、プレス成形、ハイドロスタティック成形、押出成形
、鋳込成形、射出成形など形状に応じ７’（成形法を用
いて成形体とする。

成形体は炉中に入れ、窒素又は窒素と水木との混合ガス
、アンモニアガスなどの含窒素非酸化雰囲気で１１５０
〜１４００℃間で徐々に温度を上昇させて窒化９Ａ成す
る。尚１１５０℃以下では珪素の窒化速度が遅く、１４
００℃以上では珪素が溶融し、蟹素ガスの成形体内部へ
の浸透を妨ける。

１１５０〜１４００℃での処理時ＩＢｊは肉厚によって
変化するが、２〜２０時間が適当である。

成形体は炉中でそのままさらに昇温させ、１５００〜１
８００℃で焼結させる。窒化過程で生成した窒化珪素と
アルミナ、マグネシアとの反応は１５００’Ｃ以上では
じま）、ｉサイアロン相が形成され、成形体は緻密化す
る。

この際窒化珪素あるいはβ′サイアロン相の熱分解によ
る重量損失をおさえるため、成形体を窒化珪素粉体中に
埋設して焼成するのが望ましい。

１８００℃以上では成形体の熱分解が著しくなり、緻密
質焼結体が得られなくなる。

上記第１の発明において粉末混合物中にマグネシアが存
在した場合には、水を媒体とした泥漿鋳込成形ができな
い。この原因は、マグネシアが水に溶解し泥漿を凝集さ
せるためである。この問題′　を解決するために、第２
発明では、マグネシアの代シにこれと同一当量で且つ水
に９．’Ｊｌ溶件のマグネシウム塩、例えば炭酸マグネ
シウム、水酸化マグネシウム、弗化マグネシウム、珪酸
マグネシウム、スピネル（ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３）の何れ
が一つ又は複数を組合わせて用い水を媒体とした泥Ｓｊ
ｆ　ｈ造成形を可能にした。

次に本発明の理解を史に高めるため、実施例についてｖ
／ｌ明する。

〔第１発明の実施例　ｌ〕 〒１う販の金属珪素（平均径６μ、純度９８．５％）と
β型窒化珪素（２００メツシユ、純度９７．５％）とア
ルミナ（平均径２μ、純度９９．５％）を表１のように
配合し、エタノールを加えてボールミル中で４０　ｈｒ
粉砕した。エタノールを除去した後、ポリビニール・ブ
チラール１％、ステアリンｅ　１９６をエタノール溶液
として添加し、十分に混合した後エタノールを除き、６
０メツシユ篩を通した。この様にして得られた粉末混合
物を大きさ５×１゜Ｘ４０ｍ＋の試料に金型内で５００
に９／−圧でプレス成形し、さらに１０００　Ｋり／ｃ
Ｊ圧でハイドロスタティック・プレスした。試料をアル
ミナ・ルツボに入れ、〔窒化珪素９０＋窒化硼素１．０
１混合粉末中に埋設し、タンマン炉中で加熱した。加熱
は５００℃まで真空雰囲気で行ない、ついで窒紫′＃囲
気１気圧ｖｃ切りｍえ、１１５０’ＣｊＴＵ　４ｏｏ℃
／ＨｒＴ４温し、１１５０−１４００°Ｃでは１００　
、’Ｃ／　Ｈｒで昇温して窒化させた。さらに１４００
〜１７００’Ｃは４００功（ｒで昇温し、１７００℃で
１時間保持して緻密化させた。結果は衣１の通ｐであっ
た。

辰　１ 窒化珪累亀が増大するにつれて曲げ強Ｊ規が低下するこ
と、βサイアロン生成量が減少し、βＳｉ：＋Ｎ４およ
びＸ相量が増大することが酩められた。

〔第１発明の実施例　２〕 実施例１の粉末混合物を用いて径６５ＩＩＩｌｉ厚さ１
０調の円板を金型プレス５００にり／ｃｄ　、ハイドロ
スタティック・プレス１０００〜／ｄ圧で成形し、これ
を〔屋化珪素９０＋窒化硼素１０〕混合粉末を入れた黒
鉛容器中に埋設し、高周波諌尋炉中で窒素雰囲気におい
て焼成した。昇温速度は、１１５０℃壕では４００°Ｃ
／ｈｒ、１１５０〜１５００℃間は５０°Ｃ／ｈｒ。

１５００〜１７００°Ｃｆｔ４１は４００℃／ｈｒで、
１７００℃で１時間保持した。結果は表２の通ｐであっ
た。

衣　２ 電化珪素を加えていないＮａ　１素地ではクラックが発
生し、Ｓｉの残留が認められたが、窒化珪素を添加した
Ｎ（１２〜＋１１１１４素地では緻留で均質な焼楯体が
得られた。

〔第１発明の実施ｆＩＩＪ３〕 市販の金属珪素・窒化珪素・アルミＴ・マグネシアを衣
３のように配合し、実施例１と同（ンにして、粉砕・プ
レス成形・を行ない、タンマン炉中で尻成した。最終焼
成温度を変化きせ、各紫地について最適の緻密化焼成温
度をめた。結果は表３の通シであった。

衣　３ マグネシアを添加したものでは緻密化温度が低下するこ
と、添加量が多いトＩｒＬ５素地ではスピネル相の生成
が認められた。

〔第２発り」の実施例〕 前記第１発明の実施例３におけるＮｏ、２素地、１・ね
４素地について鋳込成形を試みた、粉砕が終了した素地
を空気中１５０℃に加熱した後、水およびポリアクリル
酸ソーダを加えてスラリーとし、苛性ソーグーによりＰ
Ｌ（を１０に調整した。Ｓｌ、、５１３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ
３から成る阻２素地では鋳込成形が可能な泥漿が得られ
たが、ＭｇＯを含むＮｎ４累地では泥漿が流動せず、鋳
込成形が不可能であった。そこでＭｇＯを水に（９）追
溶なマグネシウム塩例えば炭酸マグネシウム、水酸化マ
グネシウムに置換したところ、泥漿の流動化が可能にな
シ、鋳込成形品が得られるようになった。焼成過程で当
量の＃ｉｇＯが生成するように炭ばマグネシウム、水１
１２化マグネシウムを添〃１したところ、実７１７ｊＮ
３の目ユ４素地と同様の物性を持つ焼ホ１ｊ体が鋳込成
形にてもイ母　られプこ。

以上の実施例の結果よ＃）明らかなように、第１発つ」
によれは工業原石として豊富で安価である金属珪巣、で
ぺ化珪素、アルミナ、を使用し、常圧跣戟法によシ絨警
質でしかも複雑な形状の製品を７１’−ｊ開昭５６−１
３４５６８号の方法に比べよシ答易且つ安価に製造する
ことが可能である。

′１．た、第２発明によれば前記第１発明の効果（て加
え、粉末混合物の成形を水を媒体とした泥漿鋳込成形に
よシ行うと七ができ、生産性の向上を図れる。

特許出願人　東陶イカ！器株式会社 、乙−−− 代理人　早　川　汝（’Ｗｊ−：（ぐ 手続補正書 昭和５８年１１月β日 １、事件の表示 昭和５８年特許願第１２２７４７号 ２、発明の名称 リイアロン焼結体の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名（名称）　（ＡＯ８）東陶機器株式会社４、代理人 住　所　東京都文京区白山５丁目１４番７号５、補正命
令の日（＝ｔ　（自発補正）昭和　年　月　日 ６、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明 ７、補正の内容 別紙の通り 補　正　占 （１）明細書第３頁第８行目の「また３５休偵％以上、
・・・」を［またアルミナ３５体積％以上・・・」に補
正する。

（２）明１ｌｌ書第７頁第９行目の［ビニール．ブチラ
ール１％、」を「ビニール，ブチラール１％、」に補正
する。

（３）明細書第１０頁第６行目の［アルミ１−１を「ア
ルミナ」に補正する。

特δ′Ｆ出願人　東陶機器株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）珪素と窒化珪素との合量が８０体績％以下で、ア
   ルミナ１０〜３５俸枳％、マグネシア０−１５体椎％か
   ら成る粉末混合物を成形し、この成形体を非酸化性含窒
   素雰囲気において１５００〜１８００°Ｃで焼成して焼
   結体を得ることを特徴とするサイアロン焼結体の製造方
   法。
2. （２）上記珪素と窒化珪素との混合割合が珪累１００〜
   ２０体槓％、窒化珪素０〜８０体績％である前記特許請
   求の範囲第１項記載のサイアロン焼結体の製造方法。
3. （３）珪素と窒化珪素との合量が８０体績％以下で、ア
   ルミナ１０〜３５俸枳％、水に難溶性のマグネシウム塩
   がマグネシア換算で０〜１５体績％からなる粉末混合物
   を成形し、この成形体を非酸化性含窒素雰囲気において
   １５００〜１８００℃で焼成して焼結体を得ることを特
   徴とするサイアロン焼結体の製造方法。
4. （４）上記マグネシウム塩が炭酸マグネシウム、水酸化
   マグネシウム、弗化マグネシウム、珪酸マグネシウム及
   びスピネル（ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３）の例れか一つ又は複
   数の組合わせからなる前記吋許晶求の範囲第３項記載の
   サイアロン焼結体の製造方法。