JPS6096576A - 窒化珪素焼結体の製造法 - Google Patents

窒化珪素焼結体の製造法

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JPS6096576A
JPS6096576A JP58201117A JP20111783A JPS6096576A JP S6096576 A JPS6096576 A JP S6096576A JP 58201117 A JP58201117 A JP 58201117A JP 20111783 A JP20111783 A JP 20111783A JP S6096576 A JPS6096576 A JP S6096576A
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silicon nitride
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sintering aid
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荒川 敏彦
月舘 隆明
笠井 清
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Tosoh Corp
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Toyo Soda Manufacturing Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、焼結性に優れた窒化珪素粉末の製造法に関り
るものぐあり、含窒素シラン化合物と焼結助剤とを加熱
し窒化珪素粉末を製造り°る際の、これらの混合方法の
改良に係わるものである。
窒化珪素(Si2N3)又は、窒化珪素の焼結体は周知
の通り、従来の窯業製品に比べて 1)II械内的強度
び硬度が非常に大きく、高温強度も大きい。
2)熱衝撃に強く耐火度も大きい。3)化学的に安定で
耐食性が大きい。4)電気絶縁性が大きい。などの性質
を具備している。このため、その用途は広く、金属製錬
、窯業、機械工業用などの高級耐火物、耐火材料、耐摩
耗材料、電気絶縁材料などに使用されている。
また、近年、特に極めて広範囲の温度域に渡って高強度
、耐熱性機械的衝撃性が要求されるガスタービンのよう
な高温材料の原石として注目されている。
窒化珪素は、もともと難焼結性であるがために、従来か
らその焼結性を改善する工夫が種々なされているものの
、いまだ満足しうるちのは開発されていない。そして、
従来の技術においては、焼結性を改良すれば、高温強度
が低下するという矛盾が生じ、これら両特性を同時に満
足する焼結体を得ることが困辣とされている。例えば、
これまで開発されている種々の製法により1gられIこ
窒化珪素粉末を常圧焼結等による通常の条件で焼結した
場合は、焼結による収量はほとんど起こらflこめlこ
めlfられlc焼帖体の密度は小さく強喰も低く側底、
使用目的に耐えうるちのではない。一般に窒化珪素をは
じめとして炭化珪素等の難焼結性材料を焼結助剤等を使
用り°ることなく、直接高密度に焼結りるには、ダイ鬼
7モンド合成の如く、超高圧下ぐホラl ルスすること
によって、その目的物を冑ることも可能であるが、この
方法は、超高圧下で行わな【ノればならず、このためそ
の焼結コストがnく経済的かつ工業的な面で側底採用し
うるものでない。このため、これまで窒化珪素粉末に焼
結助剤どしl 、IIgO,八j、+ 01 、 Yt
 Oi 、 Zrα等の酸化物を10〜20重量に添加
りることが一般的に行われている。しかし、これらの焼
結助剤を添加して得た窒化珪素の焼結体は、窒化珪素の
結晶粒界に低融点物質を形成しており、このため焼結が
促進され、^密11な焼結体を得ることはできるが、一
方この低融点物質の形成が逆に高温強度特性の低下の原
因となり、両特性を同時に満足Jる焼結体を骨ることは
困難である。
本発明者等は、先に含窒素シラン化合物と焼結助剤との
混合物を非酸化性雰囲気で加熱す”ることを特徴とする
焼結性に優れた窒化珪素粉末の製造法を特許出願した(
特願昭57−213995 )。この方法で得た粉末を
焼結すると焼結助剤の添加量を低減しても焼結体はa密
度化し、高温強度特性の優れたものが得られた。しかし
、常温強度特性は、従来の窒化珪素粉末と比較して大き
な差異はなかった。そのため、上記粉末を更に改良すべ
く鋭意研究の結果、高密度でかつ常a! d3よび高温
強度特性を同時に満足りる窒化珪素の焼結体を経済的か
つ簡便な通常実施している焼結手段で得ることを可能と
した窒化珪素粉末を製造する方法を開発し、本発明を完
成したものである。
即ち、本発明は、含窒素シラン化合物と焼結助剤とを解
砕と分散の両方のtI能を同時に有する方法で混合した
粉末を非酸化性雰囲気下で加熱づることを特徴とする焼
結性に優れた窒化珪素粉末の製造法を提供りるものひあ
る。
ここeA発明に用いられる含窒素シラン化合物としくは
、ハト1グン化珪素とアン[ニアとの反応生成物である
シリコンジイミド(5i(Nil) 2 ) 、ハロゲ
ン化アンしニウムの′8へ合物を液体アンモニウムぐ洗
浄しく単1111 L、たシリコンジイミド、あるいは
5t(Ill) 2 、ハロゲン化アンモニウムの混合
物を非酸化性雰囲気ト、例えば400℃〜1300℃で
加熱し°(得Iこ分解生成物51.1+、非晶質5II
N4等で本発明では、後の熱分解に供りるこれらの原料
には、実質的にハ0グンは含まれ−C43らず、例え含
まれていlことしくb11t!mz以下の極く微量であ
る。焼結助剤としCは、Y、 O,、^1.0. 、 
HIIO等のS化物及び加熱して酸化物に変化しつる炭
酸塩、蓚酸/ 塩等、AIHllic等の非酸化物であ
る。これらの混合割合は、17ff!1M%以下、好ま
しくは、2〜81■更に好ましくは3〜5mff1%で
ある。
本発明におい(は、含窒素シラン化合物と焼結助剤との
混合方法に特徴がある。即ら本発明では粉末の形状を壊
さない混合機であるV型混合機や水平円筒型混合機等の
混合では、含窒素シラン化合物と焼結助剤が不均一に分
散するため、解砕と分散の両方の機能を同時にイjづる
混合機ぐある撹拌捕潰機、アトライター、湿式ボールミ
ル等の混合方式で行うことが心数である。これら混合方
式の混合痕の差異を確認゛するため混合粉末を非酸化性
雰囲気中で加熱した粉末を粉末X線回折試験および化学
分析をおこなった。前者つまり単なる混合に於いては、
粉末X線回折試験から、焼結助剤が未反応のまま一部残
存していることが判り、又化学分析によってサンプル箇
所により、焼結助剤mのかなりのバラツキが確認された
のに対しis即も、解砕と分散を兼ね備えた混合方式で
は、そのような結果は得られなかった。(の理由は定か
ではないが含窒素シラン化合物の比表面積が100〜1
000Td/IJと極めて大きいため粒子間の凝集力は
極めて強く、その凝集を打ち破つC11合しないと一次
粒子段階での均一な混合は不可能とJft測される。そ
して混合物の形態は、混合粉末自体又は該混合粉末を造
粒、成型したものを適宜使用することができる。
本発明にお番ノる含窒素シラン化合物と焼結助剤との混
合物の加熱は、1200℃〜1700T;の4疫で非酸
化f!l雰囲気で加熱−りる。そしてこの加熱温度は加
熱時の雰囲気の相違により決定される。即ち、窒素を主
成ブ)ど4る雰m1気中での加熱温度は1400℃〜1
700’C貞空Fまたは水素、アルゴンの1杯以上を主
成分とする雰囲気では1200℃〜1350T;の温度
にて加熱する。ぞの理由は窒素を主成分とづる雰囲気で
加熱温度1400℃未満で実施した場合は、含窒素シラ
ン化合物の熱分解が不完全で非晶質の窒化珪素が(1成
し、またi roo℃を超えると窒化珪素の粒成長が起
こり好ましくないためである。また貞空下a3よび水素
、)Iルゴン雰囲気で加熱a!11200℃未満で実施
した場合においても同様に非品質窒化珪素が生成し、ま
た1350℃を超えるど金属珪素への分解が起こり9f
ましくない。含窒素シラン化合物とv1帖助剤との混合
物を加熱しく4!Iた窒化珪素F5)末を焼結しIC場
合、復述のように焼結助剤の添加…が少ない場合におい
ても、t&密痩焼結体が得られる理由は定かではないが
、1)含窒素シラン化合物の比表面積が極めて大きく、
添加し1c焼結助剤と速やかに反応し、かつ均質となる
。2)焼結助剤と反応した窒化珪素粉末であるがため焼
結時の金属珪素への分解が抑制されるためと推測される
このように含窒素シラン化合物と焼結助剤の混合物を特
定の条件下に+3い(加熱することにより製造した窒化
珪素粉末を焼結に供しUK/だ該焼結体は第1表に示づ
焼結性、焼結体の常温およびへ温での強度特性共に優れ
た焼結体である。
本発明において、特徴的なことは、本発明により製造し
た窒化珪素粉末を原料として窒化珪素焼結体を骨た場合
、驚くべき事実として焼結助剤の添加mが少なくても優
れkt4密I11焼結体を冑ることが可能となったのみ
ならず、通常の方法による焼結体と比較して8温および
常温での曲げ強度も数段優れた焼結体を得られた。これ
は、窒化珪素と焼結助剤を粉末の状態で反応さゼること
により、焼結体の組織の均一・竹が向上したためとIt
 lされる。本発明により1すられた窒化珪素は、殊に
高強度、67頼11を請求されるLンジン部品用の原料
としく最適′cL1+56゜ 次に実施例で本発明を更に8T述する。
実施例′1〜/Iおよび比較例1〜4 二川仕込むの外管に窒素ガスを般送とした四塩化珪′M
飽和魚気(25℃)を3317/llr、また内管にア
ンしニアガスを20<1/I+rの速痕で夫々流し、水
冷−で10℃に保つIこ反応管(GOm/*φX 28
01/l)に尋人し、内省を?12続的に反応さI生成
した微粉体を窒素ガスにJ、すm送し、反応管下部の容
器に捕集した。次に11う記のr!J)末をイーitA
で形成された140m/lφの簀状かに充用し!cノ7
ンモニア雰囲気トで200℃/l+r F b”?温し
、1000℃の潟瓜下で2時間保持して白色を呈りる非
晶質粉末を拐だ。化学分析からこの生成V)木の組成は
S l、 +4 IIに極め−〔近いものぐあった。
1記わ)未ど第゛1表に示り焼結助剤をIt器11境打
間澗機で1時間混合しk *)末を251/Ifφ金型
プレスにより2001cfl・dの成形圧で加圧成形し
、窒素雰囲気下1550℃に加熱し0.5時間保持して
4種の粉末を得た。これをポリエチレン製ボ〜ルミルに
より解砕し、金型プレスにより5x 50X 4(−一
)の形状にプレス成形した後1650℃〜1750’c
の窒素雰囲気中で4時間焼成し、焼結体を得た。この焼
結体の表面を番400のダイ17モンド砥石により研削
した後、密度、曲げ強度の測定を行フIご。結果を第1
表に示した。比較例としで、含窒素シラン化合物と焼結
助剤との混合をV型81合I!I C−fjい実施例と
同様に焼結体を得、その焼結体の測定値を第1表に示し
た。なお曲げ強度は支点間301mの3点曲げ試験によ
る値のそれぞれ10個の平均である。また実施例3と比
較例3のLojの化学分Fi崎を表2に示す。任意に5
り所がら約0.2jlずつ取り出したものである。
実施例5〜8 実施例1〜4と同様にして冑た5i(Nll)2、N1
1゜C1混合粉末を一70℃の液体アンモニアで洗浄し
副生じたN11.CIを除去し、Si’(Nll)2を
単lII]シた。ごの5t(Nll)2粉末と第2表に
示1焼粘助剤を湿式ボールミル(21,″I間混合し真
空乾燥J3よび加圧成形後、Il+ 7を囲気、+ :
l (10℃(−11に’1間保1”iシ(44Φのわ
)末を得lこ。これを実施例1ど同様に焼結し、密度、
曲げ強11の測定を行った。その結果を!T3表に示し
た。
実施例9〜゛12 窒素ガスを搬送とした四塩化J1−累飽和魚気(25℃
)を33g/Iu゛、アン七ニノ7ガスを20g/I+
rの速度で、1000℃に保った(−1’/”Q (5
0111/IIφx 1100o/w+ )に導入し、
両省を連続的に反応さμ生成した微粉体を窒素ガスにJ
こり、500℃に保った容器l\捕集した。
上記粉末ど第3表に承り焼結助剤を窒化珪M製アトライ
ターにJ−り20分間沢合した粉末を真空下、1300
℃で1時間保持して 4秤の粉末を得た。これを実施例
1と同様に焼結し、密度、曲げ弾痕の測定を1“iっだ
。ぞの結果を第4表に示した。
第1表 ■続補正書(6式) %式%] 昭和58イl 特J1願 第201117号2、梵明の
名称 焼結性に1りれIこ窒化1毒粉末の製造法3、補正をり
る貨 1目′1との関係 Q@ S’l出馳人4、補正命令の
1−1イ1 昭和59年 1月11「1 5 補正の対イ! 明It’ll F’1 6、補正の内容 明11IF!のタイ111 Pi (内容に変更なし)
7 添fl内類の目録

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)含窒素シラン化合物と焼結助剤との混合物を非酸
    化性雰囲気下で加熱し、窒化珪素粉末を製造づるに当り
    、含窒素シラン化合物と焼結助剤とを解砕と分散の機能
    を持つ混合方式で処理し加熱Jることを特徴とりる焼結
    性に優れた窒化珪素粉末の製造法。
JP58201117A 1983-10-28 1983-10-28 窒化珪素焼結体の製造法 Granted JPS6096576A (ja)

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JP58201117A JPS6096576A (ja) 1983-10-28 1983-10-28 窒化珪素焼結体の製造法

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JP58201117A JPS6096576A (ja) 1983-10-28 1983-10-28 窒化珪素焼結体の製造法

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JPS6096576A true JPS6096576A (ja) 1985-05-30
JPH0429626B2 JPH0429626B2 (ja) 1992-05-19

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63185863A (ja) * 1987-01-28 1988-08-01 本田技研工業株式会社 窒化珪素質焼結体及びその製造法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63185863A (ja) * 1987-01-28 1988-08-01 本田技研工業株式会社 窒化珪素質焼結体及びその製造法

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JPH0429626B2 (ja) 1992-05-19

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