JPS60210574A - 高強度耐熱セラミツクス焼結体の製造方法 - Google Patents
高強度耐熱セラミツクス焼結体の製造方法Info
- Publication number
- JPS60210574A JPS60210574A JP59064949A JP6494984A JPS60210574A JP S60210574 A JPS60210574 A JP S60210574A JP 59064949 A JP59064949 A JP 59064949A JP 6494984 A JP6494984 A JP 6494984A JP S60210574 A JPS60210574 A JP S60210574A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高温構造材料として有用な窒化ケイ素系焼結体
の製造に関するものである。
の製造に関するものである。
近年、耐熱構造材料としてのセラミックスの開発が盛ん
に行われており、なかでも高温でも安定な共有結合性の
化合物である窒化ケイ素(S13N、)の焼結体が非常
にすぐれた材料であることが知られている。しかし、S
i3N4は共有結合性の高い物質であるため難焼結性で
あり、それ単味で加圧焼結しても、ち密な焼結体を得る
ことは困難である。
に行われており、なかでも高温でも安定な共有結合性の
化合物である窒化ケイ素(S13N、)の焼結体が非常
にすぐれた材料であることが知られている。しかし、S
i3N4は共有結合性の高い物質であるため難焼結性で
あり、それ単味で加圧焼結しても、ち密な焼結体を得る
ことは困難である。
乙のため、Si N 粉末にMgO、Al2O3,Y2
O3゜4 Ce02.BeOなとの酸化物粉末を焼結助剤として添
加し、焼結することが一般に行われている。しかし、こ
のような酸化物粉末を焼結助剤としてS Is N+粉
末に添加する場合、酸化物が微量ではS+3N4粉末中
に均一に分散させる乙とが困難で焼結助剤としての効果
が充分ではなく、高強度の焼結体が得られない。また酸
化物を多量に使用しtこ場合、製造したsi、3N4焼
結体中で、添加した酸化物の一部は81−4中に固溶し
51M0N (M:金属元素)となるものの、大部分は
非晶質相として、結晶粒界に存在し、焼結体の高温強度
の低下の原因となっている。
O3゜4 Ce02.BeOなとの酸化物粉末を焼結助剤として添
加し、焼結することが一般に行われている。しかし、こ
のような酸化物粉末を焼結助剤としてS Is N+粉
末に添加する場合、酸化物が微量ではS+3N4粉末中
に均一に分散させる乙とが困難で焼結助剤としての効果
が充分ではなく、高強度の焼結体が得られない。また酸
化物を多量に使用しtこ場合、製造したsi、3N4焼
結体中で、添加した酸化物の一部は81−4中に固溶し
51M0N (M:金属元素)となるものの、大部分は
非晶質相として、結晶粒界に存在し、焼結体の高温強度
の低下の原因となっている。
したがって室温から高温にいたるまで強度特性の良好な
焼結体を得るためには、焼結助剤として添加する酸化物
を微量にし、かつ、SI3N4粉末中に均一に分散させ
ることが必要である。
焼結体を得るためには、焼結助剤として添加する酸化物
を微量にし、かつ、SI3N4粉末中に均一に分散させ
ることが必要である。
本発明者らはSI3N4焼結体の製造に際して、上記の
要件を満足すべく鋭意研究をかさねた結果、本発明をな
すに至った。
要件を満足すべく鋭意研究をかさねた結果、本発明をな
すに至った。
即ち本発明はSi3N4系焼結体を製造するにあたって
、1種又は2種以上の金属アルコキシドを酸化物に換算
してS+sN+粉末の0.05〜10重量%となるよう
に秤足し、これをテ)・ラハイドロフラン、ベンセン、
メタノール等の溶媒で溶液とし、これにSi N 粉末
を加え、充分に混合した後、乾燥させ、さらに100〜
1000℃で仮焼して原料となるS rs N4及び焼
結助剤の混合粉末を得る方法、もしくは、上記溶液とS
l3N4粉末の混合物を加水分解して金属水酸化物と
S i a 84粉末の混合物とし、乾燥後、100〜
1000℃で仮焼して原料となるSi N 及び焼結助
剤の混合粉末を得る方法、によって得た混合粉末を用い
て焼結体を製造することにより、高温での強度低下のお
こらない強度特性のすぐれた513N4系焼結体が得ら
れることを見いだしたものである。
、1種又は2種以上の金属アルコキシドを酸化物に換算
してS+sN+粉末の0.05〜10重量%となるよう
に秤足し、これをテ)・ラハイドロフラン、ベンセン、
メタノール等の溶媒で溶液とし、これにSi N 粉末
を加え、充分に混合した後、乾燥させ、さらに100〜
1000℃で仮焼して原料となるS rs N4及び焼
結助剤の混合粉末を得る方法、もしくは、上記溶液とS
l3N4粉末の混合物を加水分解して金属水酸化物と
S i a 84粉末の混合物とし、乾燥後、100〜
1000℃で仮焼して原料となるSi N 及び焼結助
剤の混合粉末を得る方法、によって得た混合粉末を用い
て焼結体を製造することにより、高温での強度低下のお
こらない強度特性のすぐれた513N4系焼結体が得ら
れることを見いだしたものである。
これらの方法は、いずれも溶液中に存在する焼結助剤源
が、蒸発乾固もしくは、加水分解により、液相状態から
固相として析出してくるため、仮焼後、原料として加え
た513N4粉末の表面に焼結助剤の酸化物を均一に付
着することが出来ることに特徴がある。このため添加す
る焼結助剤の量は従来行われてきた粉末どうしの混合に
比べて極めて少量で充分ち密な焼結体が得られ、また高
温で強度低下をおこす非晶質の第2相の生成を防ぐこと
ができるという大きな利点が得られる。また添加剤が少
量てよいという乙とはYやLa系元素のように高価な添
加剤を用いる場合には価格の面からも有利になる。
が、蒸発乾固もしくは、加水分解により、液相状態から
固相として析出してくるため、仮焼後、原料として加え
た513N4粉末の表面に焼結助剤の酸化物を均一に付
着することが出来ることに特徴がある。このため添加す
る焼結助剤の量は従来行われてきた粉末どうしの混合に
比べて極めて少量で充分ち密な焼結体が得られ、また高
温で強度低下をおこす非晶質の第2相の生成を防ぐこと
ができるという大きな利点が得られる。また添加剤が少
量てよいという乙とはYやLa系元素のように高価な添
加剤を用いる場合には価格の面からも有利になる。
ここで使用する313N4粉末は一般の市販品でよいが
、なるべくα相含有率の高い高純度のものが望ましい。
、なるべくα相含有率の高い高純度のものが望ましい。
また金属アルコキシドとしては第1図に示した周期率表
中で太線で囲んだ元素のアルコキシドを使用する乙とが
可能であるが、好ましくはBe、 Mg。
中で太線で囲んだ元素のアルコキシドを使用する乙とが
可能であるが、好ましくはBe、 Mg。
AI、l[a族、■a族あるいはLa系の元素のアルコ
キシドである。
キシドである。
アルコキシドを作るアルコールとしては昇華性や分解性
のアルコキシドを作るアルコール以外のものならどれで
も使用できるが、生成したアルコキシドの溶解度をよく
し、かさを小さくするためにメタノール、エタノール、
l5o−”fロバノール等のC1′G4程度のアルコ
ールが好ましい。
のアルコキシドを作るアルコール以外のものならどれで
も使用できるが、生成したアルコキシドの溶解度をよく
し、かさを小さくするためにメタノール、エタノール、
l5o−”fロバノール等のC1′G4程度のアルコ
ールが好ましい。
アルコキシドを溶解する溶媒としてはアルコール、ベン
ゼン、ヘキサン、テトラハイドロフラン等を用いる乙と
ができるが、望ましくはアルコキシドに対する溶解度が
高く、水とも任意の割合で混ざり、加水分解の操作が楽
に行えることがらテトラハイドロフラン等である。
ゼン、ヘキサン、テトラハイドロフラン等を用いる乙と
ができるが、望ましくはアルコキシドに対する溶解度が
高く、水とも任意の割合で混ざり、加水分解の操作が楽
に行えることがらテトラハイドロフラン等である。
乾燥は513N4粉末と金属アルコキシド溶液の混合物
又は、S + a N 、i粉末と金属アルコキシドを
加水分解した混合物を攪拌しながら蒸発乾固してもよい
が、粉末の流動性を良くするためにはこれらの混合物を
噴霧乾燥をする乙とが望ましい。また乾燥及び仮焼を同
時に行うためにS!aN4粉末と金属アルコキシド溶液
の混合物又は、SI3N4粉末と金属アルコキシドを加
水分解した混合物を噴霧熱分解、又は5iaN4粉末と
金属アルコキシド溶液の混合物を火炎噴霧する乙ともで
きる。
又は、S + a N 、i粉末と金属アルコキシドを
加水分解した混合物を攪拌しながら蒸発乾固してもよい
が、粉末の流動性を良くするためにはこれらの混合物を
噴霧乾燥をする乙とが望ましい。また乾燥及び仮焼を同
時に行うためにS!aN4粉末と金属アルコキシド溶液
の混合物又は、SI3N4粉末と金属アルコキシドを加
水分解した混合物を噴霧熱分解、又は5iaN4粉末と
金属アルコキシド溶液の混合物を火炎噴霧する乙ともで
きる。
Si N 粉末と金属アルコキシド溶液の混合物の加水
分解は水又は水を含む溶媒を添加することにより行う乙
とができるほか、水蒸気流と混合物を接触させること等
により行うことができる。また加水分解後の混合物のp
Hを調節して適当な解こうを行うことにより、よりいっ
そう粉末の均一分散をはかる乙とができる。この際混合
物のp旧よ1〜6の酸性がよく、温度は20〜70℃が
望ましい。
分解は水又は水を含む溶媒を添加することにより行う乙
とができるほか、水蒸気流と混合物を接触させること等
により行うことができる。また加水分解後の混合物のp
Hを調節して適当な解こうを行うことにより、よりいっ
そう粉末の均一分散をはかる乙とができる。この際混合
物のp旧よ1〜6の酸性がよく、温度は20〜70℃が
望ましい。
次に本発明を実施例によってさらに詳しく説明する。
実施例 1
アルミニウムイソプロポキシド(AI 10CH(0%
)213)901gをテトラハイドロフラン100rn
lに溶解し、この溶液にS 13 N 4粉末22.7
5 gを加え、ボールミルを用い6時間混合する。混合
後のスラリーをホットプレート付マグネットスターラー
で加熱攪拌しながら蒸留水を10滴毎分で滴下し、加水
分解を行いながらテトラハイドロフランを蒸発除去する
。
)213)901gをテトラハイドロフラン100rn
lに溶解し、この溶液にS 13 N 4粉末22.7
5 gを加え、ボールミルを用い6時間混合する。混合
後のスラリーをホットプレート付マグネットスターラー
で加熱攪拌しながら蒸留水を10滴毎分で滴下し、加水
分解を行いながらテトラハイドロフランを蒸発除去する
。
蒸留水約100m1を添加した後さらに加熱攪拌を続は
蒸発乾固する。乾燥粉末を60℃で1昼夜減圧乾燥した
後、空気中で900℃、2時間仮焼した。仮焼粉末20
g G 1850℃、 300 kg / ci (7
)圧力下で1時間加圧焼結した。
蒸発乾固する。乾燥粉末を60℃で1昼夜減圧乾燥した
後、空気中で900℃、2時間仮焼した。仮焼粉末20
g G 1850℃、 300 kg / ci (7
)圧力下で1時間加圧焼結した。
第1表に焼結体の密度2曲げ強度、X線組成を513N
4とα−八へ203粉末を実施例1と同じ組成となるよ
うに秤量し、ホールミルで6時間混合後、1850℃、
300 kg / ciの圧力下で焼結した焼結体の
特性値と比較して示した。
4とα−八へ203粉末を実施例1と同じ組成となるよ
うに秤量し、ホールミルで6時間混合後、1850℃、
300 kg / ciの圧力下で焼結した焼結体の
特性値と比較して示した。
第1表、a−513N4とアルミニウムイソプロポキシ
ドの混合物を加水分解して得た粉末から製造した焼結体
の特性 実施例 2 アルミニウムイソプロポキシド(AI [OCR(CH
,)、13110.02 gとチタニウムイソプロポキ
シド(Ti10CH(CH3)21418.90.gを
テトラハイドロフラン100r++4’を溶解し、これ
に513N4粉末45.00 gを加えボールミルを用
いて3時間混合した。混合後のスラリーをホットプレー
ト付マグネツトスターラ−で加熱攪拌しながら蒸留水を
10滴毎分て滴下し加水分解を行った。蒸留水150m
1を加えた後、入ロ渇度140℃、出口温度90℃、噴
霧空気量131/min。
ドの混合物を加水分解して得た粉末から製造した焼結体
の特性 実施例 2 アルミニウムイソプロポキシド(AI [OCR(CH
,)、13110.02 gとチタニウムイソプロポキ
シド(Ti10CH(CH3)21418.90.gを
テトラハイドロフラン100r++4’を溶解し、これ
に513N4粉末45.00 gを加えボールミルを用
いて3時間混合した。混合後のスラリーをホットプレー
ト付マグネツトスターラ−で加熱攪拌しながら蒸留水を
10滴毎分て滴下し加水分解を行った。蒸留水150m
1を加えた後、入ロ渇度140℃、出口温度90℃、噴
霧空気量131/min。
乾燥空気量0.3rn’/minの条件て噴霧乾燥を行
った。
った。
乾燥粉末を空気中で900℃、2時間仮焼した。仮焼後
の粉末を1850℃、 300 kg / cJの圧力
下で1時間焼結した。
の粉末を1850℃、 300 kg / cJの圧力
下で1時間焼結した。
第2表に焼結体の密度2曲げ強度、X線組成を示した。
第2表、α−S l aN4とアルミニウムイソプロポ
キシド。
キシド。
チタニウムイソプロポキシドの混合物を加水分解して得
た粉末から製造した焼結体の特性UK;未知相 実施例 3 公知の方法で合成しtこイッl−リウムイソプロボキシ
ド(Y +0CR(CH3) 213) 1.18gと
アルミニウムイソ7”0 ;i!キシF (AI[11
(CI43)21311(1,02gをテトラハイドロ
フラン200艷に溶解し、これに513N4粉末47.
00gを加え、ボールミルを用いて3時間混合した。こ
の混合スラリーを入口温度80℃、出口温度50℃、噴
震空気量104! /min、乾燥空気量03rn’/
minで噴霧乾燥した。乙の乾燥粉末を600℃。
た粉末から製造した焼結体の特性UK;未知相 実施例 3 公知の方法で合成しtこイッl−リウムイソプロボキシ
ド(Y +0CR(CH3) 213) 1.18gと
アルミニウムイソ7”0 ;i!キシF (AI[11
(CI43)21311(1,02gをテトラハイドロ
フラン200艷に溶解し、これに513N4粉末47.
00gを加え、ボールミルを用いて3時間混合した。こ
の混合スラリーを入口温度80℃、出口温度50℃、噴
震空気量104! /min、乾燥空気量03rn’/
minで噴霧乾燥した。乙の乾燥粉末を600℃。
4時間空気中で仮焼した後、1850℃、 300 k
g / cnrの圧力下で1時間焼結した。
g / cnrの圧力下で1時間焼結した。
第3表に得られた焼結体の密度2曲げ強度、X第3表、
a−8L3N4とイットリウムイソプロポキシド。
a−8L3N4とイットリウムイソプロポキシド。
アルミニウムイソプロポキシドの混合物を原料とした焼
結体の特性 実施例 4 公知の方法で得たマグネシウムエ)・キシド+Mg (
OCR2CI[3) 210.29 gをエタノール1
00+ril’に溶解したものにSI3N4粉末499
gを加えボールミルで3時間混合した。混合後のスラリ
ーを入口温度250℃、出口温度180℃、噴霧空気量
51 /ll1n。
結体の特性 実施例 4 公知の方法で得たマグネシウムエ)・キシド+Mg (
OCR2CI[3) 210.29 gをエタノール1
00+ril’に溶解したものにSI3N4粉末499
gを加えボールミルで3時間混合した。混合後のスラリ
ーを入口温度250℃、出口温度180℃、噴霧空気量
51 /ll1n。
乾燥空気量0.3rn’/n+inで噴震熱分解した。
この粉末を1850℃、 300 kg / c+Jの
圧力下で1時間焼結しtこ。
圧力下で1時間焼結しtこ。
第4表に得られた焼結体の密度2曲げ強度、X線組成を
示した。
示した。
第4表、マグネシウムエトキシドと。−3)3N4粉末
の混合物から得た焼結体の特性
の混合物から得た焼結体の特性
第1図はアルコキシドの合成が可能な元素を示す周期率
表で、太線で囲んj!部分の元素がそれである。 特許出願人 工業技術院長 川 1)裕 部指定代理人
工業技術院 九州工業技術試験所長清 水 嘉 重
部 手続補正書(方式) %式% 2、発明の名称 高強度耐熱セラミックス焼結体の製造方法3、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号 (114)工業技術院長 川 1)裕 部4、@定代理
人 自発 6、補正の対象 願書、明細書の欄 7、補正の内容
表で、太線で囲んj!部分の元素がそれである。 特許出願人 工業技術院長 川 1)裕 部指定代理人
工業技術院 九州工業技術試験所長清 水 嘉 重
部 手続補正書(方式) %式% 2、発明の名称 高強度耐熱セラミックス焼結体の製造方法3、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号 (114)工業技術院長 川 1)裕 部4、@定代理
人 自発 6、補正の対象 願書、明細書の欄 7、補正の内容
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)窒化ケイ素と1種又は2種以上の金属アルコキシド
溶液の混合物を出発原料とする乙とを特徴とする高強度
耐熱セラミックス焼結体の製造方法 2)窒化ケイ素と1種又は2種以上の金属アルコキシド
溶液の混合物を加水分解して得た試料を出発原料とする
ことを特徴とする高強度耐熱セラミックス焼結体の製造
方法 3)金属7 ルコjl−シトとして、Be、 Mg、
AI。 i[a 、 IVa族元素及びランタン系元素のアルコ
キシドを用いる特許請求の範囲第1項、第2項記載の焼
結体の製造方法
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59064949A JPS60210574A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 高強度耐熱セラミツクス焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59064949A JPS60210574A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 高強度耐熱セラミツクス焼結体の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60210574A true JPS60210574A (ja) | 1985-10-23 |
Family
ID=13272795
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59064949A Pending JPS60210574A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 高強度耐熱セラミツクス焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60210574A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60235768A (ja) * | 1984-05-10 | 1985-11-22 | 石川島播磨重工業株式会社 | 窒化珪素基焼結原料の製造方法 |
JPS61251578A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体の製造法 |
JPS62158167A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-14 | 三菱化学株式会社 | 窒化珪素混合粉末の製造方法 |
JPS62187170A (ja) * | 1986-02-14 | 1987-08-15 | 財団法人産業創造研究所 | 窒化ケイ素粒子/炭化ケイ素ウイスカ−混合物に焼結助剤を混合する方法 |
JPH01126276A (ja) * | 1987-11-11 | 1989-05-18 | Inax Corp | セラミック焼結体の製法 |
US4975394A (en) * | 1987-04-28 | 1990-12-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Sintered high density silicon oxnitride and method for making the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56149378A (en) * | 1980-04-21 | 1981-11-19 | Toyota Motor Co Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
JPS5771868A (en) * | 1980-10-22 | 1982-05-04 | Hitachi Chemical Co Ltd | Manufacture of silicon carbide powder clad with aluminum fine powder |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP59064949A patent/JPS60210574A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JPS56149378A (en) * | 1980-04-21 | 1981-11-19 | Toyota Motor Co Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
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