JPS6131071B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6131071B2 JPS6131071B2 JP58063980A JP6398083A JPS6131071B2 JP S6131071 B2 JPS6131071 B2 JP S6131071B2 JP 58063980 A JP58063980 A JP 58063980A JP 6398083 A JP6398083 A JP 6398083A JP S6131071 B2 JPS6131071 B2 JP S6131071B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintered body
- silicon nitride
- oxide
- powder
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Ceramic Products (AREA)
Description
(イ) 技術分野
この発明は高密度、高強度にすぐれた窒化けい
素質焼結体およびその製造法に関するものであ
る。 (ロ) 技術背景 従来から高温構造部材に使用するエンジニアリ
ングセラミツクの１つとして、窒化けい素質焼結
体が注目されているが、窒化けい素（Si3N4）単独
では焼結が困難であるため、低融点化合物を焼結
助剤に使用して焼結することが行なわれている。 即ち焼結助剤としては、多くの場合酸化物が使
用されており、現在までにアルミニウム（Al）、
マグネシウム（Mg）、イツトリウム（Ｙ）やラン
タン（La）、セリウム（Ce）などのランタニド系
希土類元素、ベリリウム（Be）、ジルコニウム
（Zr）などの酸化物の１種または２種以上を添加
する方法が知られている。 また、このほかに上記した元素の窒化物、酸窒
化物を焼結助剤として用いる方法も提案されてい
る。 しかしながら上記の何れの場合においても高い
抗折強度と高い硬度を同時に満たすことは困難で
あるばかりでなく、緻密な焼結体を得るためには
ホツトプレスなど加圧焼結する必要があるなどの
問題点が指摘されているのである。 また酸化ジルコニウム（ZrO2）と酸化アルミニ
ウム（Al2O3）を助剤として用いることは、猪股
らによつて検討され（窯業協会誌82（12），
1976）、焼結性向上に効果のあることが認められ
ているが、ZrO2の原料として単斜晶形の高純度
ZrO2を使用しており、特性値は示されていない
が、原料純度、得られた焼結体中のZrO2の結晶
形から判断してZrO2の相変態による特性の劣化
が予相され、事実本発明者らの実験によつてその
劣化が確認された。 (ハ) 発明の開示 本発明者らは、上記の点に鑑みてSi3N4の焼結
助剤について種々検討した結果、Si3N4焼結にお
ける焼結助剤としてZrO2として結晶形が立方晶
形の安定化ZrO2を使用し、さらにAl，Ｙ、ラン
タニド系希土類元素の酸化物を焼結助剤として使
用することによつて、焼結性にすぐれた高強度の
窒化けい素質焼結体が得られることを見出し、こ
の発明に至つたものである。即ち、この発明は
Si3N4を主成分とし、これにCaO，MgO，Y2O3の
少くとも１種で安定化した立方晶形のZrO2を生
成焼結体中に１〜25体積％含むような量と、
Al2O3，Y2O3、ランタニド系希土類元素の酸化物
の１種または２種以上をこれらの元素としての焼
結体中の含有量が１〜15重量％となる量を含有す
ることからなる窒化けい素質焼結体、および上記
の混合粉末を窒素ガス雰囲気中で焼結することに
よつてSi3N4の大部分がβ相で、平均粒径が２μ
以下の焼結体を得る窒化けい素質焼結体の製造法
を提供するものである。 この発明において、立方晶形ZrO2の生成焼結
体中に占める量は１体積％以下では該ZrO2添加
の効果が小さく、また25体積％以上となると焼結
体強度の低下が著しくなることから１〜25体積％
の範囲が適当である。 ZrO2を立方晶形に安定化させるにはCaO，
MgO，Y2O3の何れを用いても同じ効果を奏し、
安定化物質の種類による影響は小さい。 焼結助剤としてのAl2O3，Y2O3、ランタニド系
希土類元素の酸化物は必ずしもこれに限定される
ものではなく、それらの元素の窒化物であつても
同等の効果は得られるが、取扱い上の容易さから
上記の酸化物が望ましい。 そしてこれらの酸化物は、１種または２種以上
でも同様の効果が得られるが、その量はAl，
Ｙ，Laなどの元素の焼結体中における含有量と
して規定され、その量が１重量％以下では焼結体
の緻密化が困難であり、また15重量％以上では焼
結体における強度の低下が著しくなるので１〜15
重量％含んでいることが好ましい。 焼結体の製造方法としては、所定の配合に粉末
を混合後常法によつて成形、焼結を行なう。 特に原料窒化けい素粉末は、平均粒径１μ以下
を用い、焼結条件として1700〜1900℃の窒素ガス
雰囲気を用いる。得られる窒化けい素質焼結体が
β−Si3N4を主成分とし、平均粒径が２μ以下で
すぐれた特性を得ることができる。即ち、原料
Si3N4の粒度が１μより大きい場合、焼結体強度
が小さくなるし、焼結条件が1700℃以下では焼結
体が緻密化せず、また1900℃以上では粒成長が著
しいため好ましくない。 以上詳述のように、この発明は従来から知られ
ている焼結助剤とともに立方晶形の安定化ZrO2
を使用することによつて従来にない焼結性と強度
を兼ね備えた窒化けい素質焼結体を得ることがで
きるのである。 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。 実施例 １ 第１表に示した焼結体組成となるように、平均
粒径0.6μのα−Si3N4粉末、市販のMgO安定化、
ZrO2粉末、Al2O3粉末、Y2O3粉末、La2O3粉末、
CeO2粉末を混合したのち、1t／cm2の圧力で静圧
成形した。 さらにこの成形体から６mm×６mm×40mmの大き
さに切出した成形体を1750℃×２気圧の窒素ガス
中で２時間焼結した。 得られた焼結体について密度、減量率、硬度、
抗折力などを測定したところ、第１表の結果が得
られ、この発明の有用性が認められた。 なお本実施例において焼結体生成のための配合
量の１例を第１表の番号１のものについて示す
と、MgO安定化、ZrO2粉末5.5重量％、Al2O3粉
末9.5重量％、残部α−Si3N4粉末であり、これに
よつて第１表に示す組成の焼結体を得たものであ
る。 第１表中＊印の番号のものは、この発明の請求
範囲外の組成であり、No.12，13は比較例である。
素質焼結体およびその製造法に関するものであ
る。 (ロ) 技術背景 従来から高温構造部材に使用するエンジニアリ
ングセラミツクの１つとして、窒化けい素質焼結
体が注目されているが、窒化けい素（Si3N4）単独
では焼結が困難であるため、低融点化合物を焼結
助剤に使用して焼結することが行なわれている。 即ち焼結助剤としては、多くの場合酸化物が使
用されており、現在までにアルミニウム（Al）、
マグネシウム（Mg）、イツトリウム（Ｙ）やラン
タン（La）、セリウム（Ce）などのランタニド系
希土類元素、ベリリウム（Be）、ジルコニウム
（Zr）などの酸化物の１種または２種以上を添加
する方法が知られている。 また、このほかに上記した元素の窒化物、酸窒
化物を焼結助剤として用いる方法も提案されてい
る。 しかしながら上記の何れの場合においても高い
抗折強度と高い硬度を同時に満たすことは困難で
あるばかりでなく、緻密な焼結体を得るためには
ホツトプレスなど加圧焼結する必要があるなどの
問題点が指摘されているのである。 また酸化ジルコニウム（ZrO2）と酸化アルミニ
ウム（Al2O3）を助剤として用いることは、猪股
らによつて検討され（窯業協会誌82（12），
1976）、焼結性向上に効果のあることが認められ
ているが、ZrO2の原料として単斜晶形の高純度
ZrO2を使用しており、特性値は示されていない
が、原料純度、得られた焼結体中のZrO2の結晶
形から判断してZrO2の相変態による特性の劣化
が予相され、事実本発明者らの実験によつてその
劣化が確認された。 (ハ) 発明の開示 本発明者らは、上記の点に鑑みてSi3N4の焼結
助剤について種々検討した結果、Si3N4焼結にお
ける焼結助剤としてZrO2として結晶形が立方晶
形の安定化ZrO2を使用し、さらにAl，Ｙ、ラン
タニド系希土類元素の酸化物を焼結助剤として使
用することによつて、焼結性にすぐれた高強度の
窒化けい素質焼結体が得られることを見出し、こ
の発明に至つたものである。即ち、この発明は
Si3N4を主成分とし、これにCaO，MgO，Y2O3の
少くとも１種で安定化した立方晶形のZrO2を生
成焼結体中に１〜25体積％含むような量と、
Al2O3，Y2O3、ランタニド系希土類元素の酸化物
の１種または２種以上をこれらの元素としての焼
結体中の含有量が１〜15重量％となる量を含有す
ることからなる窒化けい素質焼結体、および上記
の混合粉末を窒素ガス雰囲気中で焼結することに
よつてSi3N4の大部分がβ相で、平均粒径が２μ
以下の焼結体を得る窒化けい素質焼結体の製造法
を提供するものである。 この発明において、立方晶形ZrO2の生成焼結
体中に占める量は１体積％以下では該ZrO2添加
の効果が小さく、また25体積％以上となると焼結
体強度の低下が著しくなることから１〜25体積％
の範囲が適当である。 ZrO2を立方晶形に安定化させるにはCaO，
MgO，Y2O3の何れを用いても同じ効果を奏し、
安定化物質の種類による影響は小さい。 焼結助剤としてのAl2O3，Y2O3、ランタニド系
希土類元素の酸化物は必ずしもこれに限定される
ものではなく、それらの元素の窒化物であつても
同等の効果は得られるが、取扱い上の容易さから
上記の酸化物が望ましい。 そしてこれらの酸化物は、１種または２種以上
でも同様の効果が得られるが、その量はAl，
Ｙ，Laなどの元素の焼結体中における含有量と
して規定され、その量が１重量％以下では焼結体
の緻密化が困難であり、また15重量％以上では焼
結体における強度の低下が著しくなるので１〜15
重量％含んでいることが好ましい。 焼結体の製造方法としては、所定の配合に粉末
を混合後常法によつて成形、焼結を行なう。 特に原料窒化けい素粉末は、平均粒径１μ以下
を用い、焼結条件として1700〜1900℃の窒素ガス
雰囲気を用いる。得られる窒化けい素質焼結体が
β−Si3N4を主成分とし、平均粒径が２μ以下で
すぐれた特性を得ることができる。即ち、原料
Si3N4の粒度が１μより大きい場合、焼結体強度
が小さくなるし、焼結条件が1700℃以下では焼結
体が緻密化せず、また1900℃以上では粒成長が著
しいため好ましくない。 以上詳述のように、この発明は従来から知られ
ている焼結助剤とともに立方晶形の安定化ZrO2
を使用することによつて従来にない焼結性と強度
を兼ね備えた窒化けい素質焼結体を得ることがで
きるのである。 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。 実施例 １ 第１表に示した焼結体組成となるように、平均
粒径0.6μのα−Si3N4粉末、市販のMgO安定化、
ZrO2粉末、Al2O3粉末、Y2O3粉末、La2O3粉末、
CeO2粉末を混合したのち、1t／cm2の圧力で静圧
成形した。 さらにこの成形体から６mm×６mm×40mmの大き
さに切出した成形体を1750℃×２気圧の窒素ガス
中で２時間焼結した。 得られた焼結体について密度、減量率、硬度、
抗折力などを測定したところ、第１表の結果が得
られ、この発明の有用性が認められた。 なお本実施例において焼結体生成のための配合
量の１例を第１表の番号１のものについて示す
と、MgO安定化、ZrO2粉末5.5重量％、Al2O3粉
末9.5重量％、残部α−Si3N4粉末であり、これに
よつて第１表に示す組成の焼結体を得たものであ
る。 第１表中＊印の番号のものは、この発明の請求
範囲外の組成であり、No.12，13は比較例である。
【表】
実施例 ２
第１表に示した番号のうち２，３，９，10，12
の混合物について1750℃、１気圧窒素中、200
Kg／cm2の圧力下で１時間ホツトプレスを行つて焼
結体を得た。 得られた焼結体について実施例１と同様のテス
トを行い第２表の結果を得た。
の混合物について1750℃、１気圧窒素中、200
Kg／cm2の圧力下で１時間ホツトプレスを行つて焼
結体を得た。 得られた焼結体について実施例１と同様のテス
トを行い第２表の結果を得た。
【表】
参考例 ３
第１表の番号２の混合物について、ZrO2とし
て結晶形が単斜晶で２次粒子径が平均５μの
ZrO2粉末を用いて実施例１の条件で焼結したと
ころ得られた焼結体にヘアクラツクが発生し、良
好な焼結体が得られないことがわかつた。
て結晶形が単斜晶で２次粒子径が平均５μの
ZrO2粉末を用いて実施例１の条件で焼結したと
ころ得られた焼結体にヘアクラツクが発生し、良
好な焼結体が得られないことがわかつた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化けい素を主成分とし、これに立方晶の酸
化ジルコニウムを生成焼結体中に１〜25体積％、
およびアルミニウム、イツトリウム、ランタニド
系希土類元素の酸化物１種または２種以上を金属
元素に換算して生成焼結体中に１〜15重量％含有
せしめるようにしたことを特徴とする窒化けい素
質焼結体。 ２ 立方晶酸化ジルコニウムは酸化カルシウム、
酸化マグネシウム、酸化イツトリウムの少くとも
１種により安定化されたものを用いることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の窒化けい素質
焼結体。 ３ 生成焼結体中における含有量が１〜25体積％
となる量の立方晶酸化ジルコニウム粉末と、酸化
アルミニウム、酸化イツトリウム、ランタニド系
希土類元素の酸化物粉末の１種または２種以上を
使用元素量に換算して１〜15重量％となる量およ
び残部が平均粒径１μ以下の窒化けい素粉末より
なる混合粉末を窒素ガス雰囲気中1700〜1900℃で
焼結し、窒化けい素の大部分がβ相で平均粒径が
２μ以下の焼結体を得ることを特徴とする窒化け
い素質焼結体の製造法。 ４ 立方晶酸化ジルコニウムは酸化カルシウム、
酸化マグネシウム、酸化イツトリウムの少くとも
１種により安定化されたものを用いることを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載の窒化けい素質
焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58063980A JPS59190270A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | 窒化けい素質焼結体およびその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58063980A JPS59190270A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | 窒化けい素質焼結体およびその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59190270A JPS59190270A (ja) | 1984-10-29 |
| JPS6131071B2 true JPS6131071B2 (ja) | 1986-07-17 |
Family
ID=13244935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58063980A Granted JPS59190270A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | 窒化けい素質焼結体およびその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59190270A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0199178B2 (en) * | 1985-04-08 | 1992-03-25 | Sumitomo Electric Industries Limited | Process for preparation of sintered silicon nitride |
| JPS6246966A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-28 | 株式会社豊田中央研究所 | 窒化けい素質焼結体の製造方法 |
| US4891342A (en) * | 1985-11-20 | 1990-01-02 | Kyocera Corporation | Process for preparing a silicon nitride sintered body |
| JPS62256768A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | 株式会社日立製作所 | 窒化けい素焼結体 |
| EP0262654B2 (en) * | 1986-09-30 | 1997-03-26 | Sumitomo Electric Industries Limited | Silicon nitride sintered material for cutting tools and process for making the same |
| JPS6395161A (ja) * | 1986-10-06 | 1988-04-26 | 住友電気工業株式会社 | セラミツク複合体及びその製造方法 |
| JPS6451379A (en) * | 1987-08-24 | 1989-02-27 | Sumitomo Electric Industries | Silicon nitride sintered body |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6016390B2 (ja) * | 1980-10-20 | 1985-04-25 | 住友電気工業株式会社 | 経靭セラミック工具材料の製造方法 |
-
1983
- 1983-04-12 JP JP58063980A patent/JPS59190270A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59190270A (ja) | 1984-10-29 |
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