JPS6131360A - Manufacture of composite sintered body - Google Patents

Manufacture of composite sintered body

Info

Publication number
JPS6131360A
JPS6131360A JP59148623A JP14862384A JPS6131360A JP S6131360 A JPS6131360 A JP S6131360A JP 59148623 A JP59148623 A JP 59148623A JP 14862384 A JP14862384 A JP 14862384A JP S6131360 A JPS6131360 A JP S6131360A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
nitride powder
aluminum nitride
powder
sintering
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.)
Granted
Application number
JP59148623A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0451512B2 (en
Inventor
倉元 信行
和哉 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP59148623A priority Critical patent/JPS6131360A/en
Publication of JPS6131360A publication Critical patent/JPS6131360A/en
Publication of JPH0451512B2 publication Critical patent/JPH0451512B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒化アルミニウムと窒化ホウ素を含有する高密
度な複合焼結体の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a high-density composite sintered body containing aluminum nitride and boron nitride.

詳しくは窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末および
周期律表第、IIa族金属及び、第1IIa族金属より
選ばれた少くとも1種の金属又は金属化合物からなる混
合粉末の成形体を2〜100気圧の窒素ガス雰囲気下、
1750〜2400℃の温度で焼結することを特徴とす
る複合焼結体の製造方法を提供する。
Specifically, a molded body of a mixed powder consisting of aluminum nitride powder, boron nitride powder, and at least one metal or metal compound selected from Group IIa metals and Group IIIa metals of the periodic table is heated at 2 to 100 atmospheres. Under nitrogen gas atmosphere,
Provided is a method for producing a composite sintered body, characterized in that sintering is performed at a temperature of 1750 to 2400°C.

窒化ケイ素や炭化ケイ素などのいわゆる非酸化物系セラ
ミックスは、高温高強度材料として最近特に注目されて
いるセラミックスであるが、これらの焼結体は一旦焼結
すると、後加工による任意形状の付与は非常に困難とな
り、この問題が実用上のひとつの大きな難点とされてい
る。
So-called non-oxide ceramics such as silicon nitride and silicon carbide are ceramics that have recently attracted particular attention as high-temperature, high-strength materials, but once these sintered bodies are sintered, it is difficult to give them an arbitrary shape by post-processing. This has become extremely difficult, and this problem is considered to be one of the major practical difficulties.

このため酸化物では最近ガラスの中に微細な雲母の結晶
を多数析出させたガラスセラミックスや、天然又は合成
雲母の粉末をホットプレスして得られるいわゆるマイカ
セラミックスが開発されている。これらのセラミックス
は普通工具テ切s+、研削可能なマシーナブルセラミッ
クスであり、セラミックスの加工性を改良したものとし
て有用なものである。また非酸化性セラミックスの中で
は六方晶の窒化ホウ素が層状黒鉛構造であることからそ
の焼結体は普通工具で切削、研削が可能であり古くから
実用化されている。しかしながら、前記の各種マシーナ
ブルセラミックスは易加工性であるという長所はあるが
、反面“やわらかψ”、′弱い”という根本的な欠点を
有しており、セラミックスとして広汎に利用されるとい
う状況にはなっていない。
For this reason, in the field of oxides, glass ceramics in which many fine mica crystals are precipitated in glass, and so-called mica ceramics obtained by hot pressing natural or synthetic mica powder have recently been developed. These ceramics are machinable ceramics that can be cut with ordinary tools and ground, and are useful as ceramics with improved workability. Furthermore, among non-oxidizing ceramics, hexagonal boron nitride has a layered graphite structure, so its sintered body can be cut and ground with ordinary tools, and has been in practical use for a long time. However, although the above-mentioned various machinable ceramics have the advantage of being easy to process, they also have the fundamental drawback of being ``soft'' and ``weak'', which prevents them from being widely used as ceramics. It's not.

本発明者等は非酸化物系のマシーナブルセラミックスに
ついて鋭意研究した結果、窒化アルミニウム、窒化ホウ
素及び周期律表第1a族金属又は第1IIa族金属より
選ばれた少くとも一種の金属化合物からなる新規な複合
焼結体を開発し既に提案した。該複合焼結体は機械的破
断面が多角形状の結晶粒が緊密に充填され、その充填さ
れた粒子の粒界面の一部又は全部に薄層状の結晶粒が介
在した状態で構成された焼結体で、普通工具によって高
速切削が可能であり、しかも曲げ強度が組成によっては
35に9/xi以上と、高強度セラミックス並みの強さ
を有する画期的なセラミックスである。本発明者等は該
複合焼結体の製造方法について鋭意研究した結果、窒化
アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末および周期律表第I
Ia族金属又は第11a族金属より選ばれた少くとも1
種の金属化合物の混合粉末の成形体を窒素ガス加圧下で
焼結することによって、得られる焼結体の普通工具によ
る切削性は維持されたままで、機械的強度及び熱伝導性
が向上することを見出し、本発明を完成するに到った。
As a result of intensive research into non-oxide machinable ceramics, the present inventors have discovered a new material consisting of aluminum nitride, boron nitride, and at least one metal compound selected from Group 1a metals or Group 1IIa metals of the periodic table. We have already developed and proposed a composite sintered body. The composite sintered body is a sintered body in which crystal grains with polygonal mechanical fracture surfaces are closely packed, and thin layered crystal grains are interposed in part or all of the grain interface of the packed particles. It is a revolutionary ceramic that can be cut at high speed with ordinary tools, and has a bending strength of 35 to 9/xi or more depending on the composition, which is comparable to high-strength ceramics. As a result of intensive research into the manufacturing method of the composite sintered body, the present inventors found that aluminum nitride powder, boron nitride powder and
At least one selected from Group Ia metals or Group 11a metals
By sintering a compact of a mixed powder of a metal compound under nitrogen gas pressure, the mechanical strength and thermal conductivity of the resulting sintered compact are improved while machinability with ordinary tools is maintained. They discovered this and completed the present invention.

即ち、本発明は、窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉
末および周期律表第1ia族金属及び第1Ja族金属よ
り選ばれた少くとも1種の金属又は金属化合物からなる
混合粉末の成形体を2〜100気圧の窒素ガス雰囲気下
、1750〜2400℃の温度で焼結することを特徴と
する複合焼結体の製造方法である。
That is, the present invention provides a molded body of a mixed powder consisting of aluminum nitride powder, boron nitride powder, and at least one metal or metal compound selected from Group IA metals and Group I Ja metals of the periodic table. This is a method for producing a composite sintered body, characterized by sintering at a temperature of 1750 to 2400°C in a nitrogen gas atmosphere at atmospheric pressure.

本発明の窒化アルミニウム粉末は、いかなるものでも採
用することができるが、ち密な複合焼結体を得る場合は
、窒化アルミニウム粉末の平均粒子径(遠心式粒度分布
測定装置、例えば堀場製作所製の0APA 500など
で測定した凝集粒子の平均粒径を言う)が5μm以下で
あることが好ましい。好適には3μm以下、最も好適に
は2μm以下の粉末が採用される。特に3μm以下の粒
子を70容量−以上含む粉末が好適である。また、高熱
伝導性の複合焼結体を得る場合はAINの含有ft(A
JN粉末の窒素の含有量から計算される)は90重7%
以上の窒化アルミニウム粉末が好適に採用され、更には
94重量≦以上、また、さらに好適には97重7%以上
の粉末が採用される。
Any type of aluminum nitride powder can be used as the aluminum nitride powder of the present invention, but in order to obtain a dense composite sintered body, it is necessary to It is preferable that the average particle diameter of the aggregated particles measured by a method such as 500 μm or less is 5 μm or less. Powders with a diameter of 3 μm or less, most preferably 2 μm or less are used. Particularly suitable is a powder containing 70 volumes or more of particles of 3 μm or less. In addition, when obtaining a composite sintered body with high thermal conductivity, the AIN content ft (A
(calculated from the nitrogen content of JN powder) is 90% by weight and 7%
The above aluminum nitride powders are preferably employed, and more preferably powders having a weight of 94 ≦ or more, and even more preferably 7% or more by weight of 97 are employed.

本発明に於いて好適に使用される窒化アルミニウム粉末
としては、平均粒子径が2μm以下の粉末で、3μm以
下の粒子を70容量%以上含み、醗素含有蓋が3.0爪
i%以下、且つ窒化アルミニウム組成をMNとするとき
含有する陽イオン不純物が0.5重量%以下である窒化
アルミニウム粉末である。このような窒化アルミニウム
粉末を用いた場合は、得られる投合焼結体の熱伝導率の
向上と共に高温での機械的強度の低下を抑制することが
できるために本発明で好適に使用される。就中、平均粒
子径が2μm以下の粉末で、3μm以下の粒子を70容
量%以上含み、酸素含有量が1.5重量%以下、且つ窒
化アルミニウム組成をAJNとするとき含有する陽イオ
ン不純物が03重量%以下である窒化アルミニウム粉末
を用いた場合には、得られる複合焼結体の熱伝導率の向
上と高温での機械的強度の低下の抑制効果とが著しいた
め、本発明では特に好適に使用される。
The aluminum nitride powder suitably used in the present invention is a powder with an average particle diameter of 2 μm or less, containing 70% by volume or more of particles with a size of 3 μm or less, and containing 3.0% or less of nitride, Moreover, the aluminum nitride powder contains 0.5% by weight or less of cationic impurities when the aluminum nitride composition is MN. When such aluminum nitride powder is used, it is preferably used in the present invention because it can improve the thermal conductivity of the resulting cast sintered body and suppress a decrease in mechanical strength at high temperatures. In particular, the powder has an average particle diameter of 2 μm or less, contains 70% by volume or more of particles of 3 μm or less, has an oxygen content of 1.5% by weight or less, and contains cationic impurities when the aluminum nitride composition is AJN. The use of aluminum nitride powder having a content of 0.3% by weight or less is particularly preferred in the present invention because it significantly improves the thermal conductivity of the resulting composite sintered body and suppresses the decrease in mechanical strength at high temperatures. used for.

前記窒化アル1ニウム粉末の製法は特に限定されず公知
の方法が採用できる。例えば、金属アルミニウムを窒素
中で窒化した後粉砕処理する方法、アルミナを還元窒化
する方法、金属アルミニウムを窒素中でアーク放電する
方法、IJ C13とNH3との気相反応による方法、
(NH4)。
The method for producing the aluminum nitride powder is not particularly limited, and any known method can be employed. For example, a method of nitriding metal aluminum in nitrogen and then pulverizing it, a method of reducing and nitriding alumina, a method of arc discharging metal aluminum in nitrogen, a method of gas phase reaction between IJ C13 and NH3,
(NH4).

AlF6や1107!3 ・NH3などの熱分解による
方法等が採用できる。
A method using thermal decomposition of AlF6, 1107!3, NH3, etc. can be adopted.

前記窒化ホウ素粉末も特に限定されずいかなるものも使
用することが出来る。一般に好適に使用される代表的な
ものを例示すれば次の通りである。
The boron nitride powder is not particularly limited, and any powder can be used. Typical examples that are generally suitably used are as follows.

一般に好適に使用される窒化ホウ素粉末は、窒化ホウ素
の純度が99.(1重量%以上で、平均粒子径が5μm
以下のものである。また該窒化ホウ素粉末の製法も特に
限定されず公知の方法が採用出来る。
Generally, the boron nitride powder preferably used has a purity of 99.9%. (At 1% by weight or more, the average particle size is 5 μm)
These are as follows. Further, the method for producing the boron nitride powder is not particularly limited, and any known method can be employed.

例えば、 (1)尿素の存在下にH3BO3又はH& 2 B 4
07をNH3雰囲気中で500〜950℃で加熱して製
造する方法。
For example, (1) H3BO3 or H&2B4 in the presence of urea
A method of manufacturing by heating 07 at 500 to 950°C in an NH3 atmosphere.

(2)  BO工、とNH3とを反応させて製造する方
法。
(2) A method of manufacturing by reacting BO and NH3.

(3)Fe−B合金を500〜1400°Cの温度で加
熱し、その後Fθを例えば酸で溶解除去する方法。
(3) A method in which the Fe-B alloy is heated at a temperature of 500 to 1400°C, and then Fθ is dissolved and removed using, for example, an acid.

等が採用出来る。etc. can be adopted.

また、前記周期律表第IIa族金属及び第111a族金
属から選ばれた少くとも一種の金属又は金属化合物(以
下、単に焼結助剤と呼ぶこともある。)は特に限定され
ず公知のものを使用出来る。特に好適に使用される代表
的なものを例示すると次の通りである。該周期律表第I
Ia族からなる金属としては一般にベリリウム、カルシ
ウム、ストロンチウム、バリウム等が好適であはイツト
リウム又はランタン族金属が好適に使用され、より具体
的に挙げればイツトリウム。
In addition, at least one metal or metal compound selected from Group IIa metals and Group 111a metals of the Periodic Table (hereinafter sometimes simply referred to as sintering aids) is not particularly limited and is a known one. can be used. Typical examples that are particularly preferably used are as follows. The periodic table I
As metals of Group Ia, beryllium, calcium, strontium, barium, etc. are generally preferred, and yttrium or lanthanum group metals are preferred, with yttrium being more specific.

ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム。Lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium.

プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、力゛トリニ
ウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エル
ビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等特に
イツトリウム、ランタン、セリウム、ネオジム等が好適
である。これらの周期律表第IIa族又は第111a族
よりなる金属化合物は特に限定されず窒化アルミニウム
粉末及び/又は窒化ホウ素粉末の焼結助剤として公知の
前記金属化合物が使用出来る。一般には例えば硝酸塩、
炭酸塩、ハロゲン化物、酸化物等の化合物が好適に使用
される。
Preferred are promethium, samarium, europium, trithium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, and especially yttrium, lanthanum, cerium, neodymium, and the like. These metal compounds from Group IIa or Group 111a of the periodic table are not particularly limited, and the metal compounds known above can be used as sintering aids for aluminum nitride powder and/or boron nitride powder. Generally, for example, nitrates,
Compounds such as carbonates, halides, and oxides are preferably used.

また本発明の複合焼結体を構成する各成分の組成比は該
複合焼結体に髪求される性状に応じて広い範囲から選択
出来る。一般には、例えば窒化アルミニウムを50〜9
7重量部、好ましくは65〜95重量部に対して 、窒
化ホウ素を3〜50重量部、好ましくは5〜35重量部
の範囲で、また周期律表第IIa族金属及び第11a族
金属より選ばれた少なくとも一種の金属又は金属化合物
をo4〜10翫量部、好ましくは0.2〜5重量部の範
囲で含むように選択すれば良好である。
Further, the composition ratio of each component constituting the composite sintered body of the present invention can be selected from a wide range depending on the desired properties of the composite sintered body. Generally, for example, aluminum nitride is 50 to 9
7 parts by weight, preferably 65 to 95 parts by weight, boron nitride in the range of 3 to 50 parts by weight, preferably 5 to 35 parts by weight, and selected from metals of group IIa and group 11a of the periodic table. It is preferable to select the amount of at least one metal or metal compound in an amount of 4 to 10 parts by weight, preferably 0.2 to 5 parts by weight.

以上に説明した窒化アルミニウム粉末、窒化示つ素粉末
及び焼結助剤は、混合された彼に成形して窒素ガス加圧
下の焼結に供する。ここで、焼結助剤は必らずしも窒化
アルミニウム粉末又は窒化ホウ素粉末に添加する必要は
なく、予め窒化アルミニウム粉末又は窒化ホウ素粉末の
製造時に焼結助剤が含まれるように該粉末の製造原料中
に混合しても良い。
The aluminum nitride powder, nitride powder, and sintering aid described above are mixed, shaped, and subjected to sintering under nitrogen gas pressure. Here, the sintering aid does not necessarily need to be added to the aluminum nitride powder or boron nitride powder, and the sintering aid is not necessarily added to the aluminum nitride powder or boron nitride powder in advance so that the sintering aid is included in the powder. It may be mixed into the manufacturing raw materials.

本発明における前記窒化アルミニウム粉末。The aluminum nitride powder in the present invention.

窒化ホウ素粉末及び焼結助剤との混合は特に限定されず
、乾式混合であっても湿式混合であってもよい。特に好
適な実施態様は湿式混合すなわち液体分散媒体を使用す
る湿式状態での混合である。該液体分散媒体は特に限定
されず、一般に使用される水、アルコール類、炭化水素
類またはこれらの混合物が好適に使用される。特に工業
的に最も好適に採用されるのは、メタノール、エタノー
ル、ブタノールなどの炭素i千成4以下の低級アルコー
ル類である。
The mixing of the boron nitride powder and the sintering aid is not particularly limited, and may be dry mixing or wet mixing. A particularly preferred embodiment is wet mixing, ie mixing in the wet state using a liquid dispersion medium. The liquid dispersion medium is not particularly limited, and commonly used water, alcohols, hydrocarbons, or mixtures thereof are preferably used. In particular, lower alcohols having carbon atoms of 4 or less, such as methanol, ethanol, and butanol, are most preferably employed industrially.

また、前記の混合に使用する湿式混合装置としては、特
に限定されず公知のものが使用されるが、特に純度の高
い窒化アルミニウム粉末及び窒化ホウ素粉末の混合に使
用する場合には、材質に基因する不純物成分を生じない
ものを選ぶのが好ましい。例えば、材質としては窒化ア
ルミニウム自身あるいはポリエチレン、ポリウレタン、
ナイロンなどのプラスチック材料あるいはこれらで被覆
された材質などを選定すればよい。
In addition, the wet mixing device used for the above mixing is not particularly limited and any known device may be used. However, when used for mixing particularly high purity aluminum nitride powder and boron nitride powder, It is preferable to choose one that does not produce any impurity components. For example, the material may be aluminum nitride itself, polyethylene, polyurethane,
Plastic materials such as nylon or materials coated with these materials may be selected.

また前記複合焼結体を得るに際し、前記原料以外に結合
剤、解膠剤、可塑剤等の添加混合は必要におおじて適宜
採用して実施することができる。
Further, when obtaining the composite sintered body, addition and mixing of a binder, a deflocculant, a plasticizer, etc. in addition to the raw materials may be appropriately employed as necessary.

本発明における焼結の具体的な態様としては、前記窒化
アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末及び焼結助剤を添加
した混合粉末を適当な成形手段例えば乾式プレス法、ラ
バープレス、押出し法、射出法、ドクターブレードシー
ト成形法などによって目的の形状に成形した後これを適
当なるつは、サヤ材などの上に設置して窒素加圧下高温
で焼結する方法が最も一般的に採用される。また別の態
様として前記窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末及
び焼結助剤からなる混合粉末に50〜50(lの機械的
圧力を印加しつつガス加圧下で焼結する方法も採用する
ことができる。
As a specific embodiment of sintering in the present invention, the mixed powder containing the aluminum nitride powder, boron nitride powder, and sintering aid is formed by a suitable molding method such as a dry press method, a rubber press, an extrusion method, an injection method, The most commonly used method is to form the desired shape by a doctor blade sheet forming method or the like, then place it on a suitable pod material or the like and sinter it at high temperature under nitrogen pressure. As another embodiment, a method may be adopted in which the mixed powder consisting of the aluminum nitride powder, boron nitride powder, and sintering aid is sintered under gas pressure while applying a mechanical pressure of 50 to 50 (l). .

本発明で採用される窒素ガス圧力は2〜100気圧の範
囲である。2気圧下即ち大気圧程度あるいは減圧下の焼
結ではしばしば高温でのAJHの熱分廃によって複合焼
結体の熱伝導率及び機械的強度の向上が難しい場合が生
じる。また、100気圧以上のガス圧は効果のそれはど
の改良をもたらさず、装置的な困難性も伴うので好まし
くない。好適に採用し得る窒素ガス圧力は4〜20気圧
の範囲である。また本発明にお−てこの窒素ガス雰囲気
は主体が窒素ガスであればよく、一部にアルゴンやヘリ
ウムなどのガスを含んでも問題はない。
The nitrogen gas pressure employed in the present invention is in the range of 2 to 100 atmospheres. When sintering under 2 atmospheres, that is, around atmospheric pressure or under reduced pressure, it is often difficult to improve the thermal conductivity and mechanical strength of the composite sintered body due to the heat dissipation of AJH at high temperatures. Further, a gas pressure of 100 atmospheres or more is not preferable because it does not bring about any improvement in effectiveness and is accompanied by equipment difficulties. The nitrogen gas pressure that can be suitably employed is in the range of 4 to 20 atmospheres. Further, in the present invention, the nitrogen gas atmosphere only needs to be mainly nitrogen gas, and there is no problem even if it partially contains gases such as argon and helium.

本発明の焼結は1750〜2400℃好ましくは180
0〜2300℃の温度範囲で実施される。
Sintering of the present invention is carried out at 1750-2400°C, preferably at 180°C.
It is carried out in a temperature range of 0 to 2300°C.

1750℃以下の温度では複合焼結体の熱伝導率及び機
械的強度の向上が困難な場合があり、2400℃以上の
温度ではAIHの熱分解が大きくなって好ましくない。
At a temperature of 1750° C. or lower, it may be difficult to improve the thermal conductivity and mechanical strength of the composite sintered body, and at a temperature of 2400° C. or higher, thermal decomposition of AIH increases, which is undesirable.

焼結温度の選択は窒化アルミニウム粉末及び窒化ホウ素
粉末の粒度。
The selection of sintering temperature depends on the particle size of aluminum nitride powder and boron nitride powder.

窒素ガス圧力により適宜決定すればよい。It may be determined appropriately based on nitrogen gas pressure.

焼結時間は焼結温度によって異なるが、通常30分〜1
0時間の範囲から選択される。
The sintering time varies depending on the sintering temperature, but is usually 30 minutes to 1
Selected from a range of 0 hours.

本発明の方法により得られる複合焼結体は、添付図面第
1図にその機械的な破断面を示すことで明らかなように
、機械的な破断面が多角状の結晶粒で充填され、その充
填された粒子の粒界面の一部又は全部に薄層状の結晶粒
が介在した状態で構成されている。
As is clear from the mechanical fracture surface of the composite sintered body obtained by the method of the present invention shown in FIG. 1 of the attached drawing, the mechanical fracture surface is filled with polygonal crystal grains. It is composed of thin layered crystal grains interposed in part or all of the grain interface of the filled particles.

第1図における上記機械的な破断面が多角状で示される
結晶粒は窒化アルミニウムの焼結結晶粒である。該窒化
アルミニウム焼結粒は機械的な破断面が明瞭な輪郭によ
って互に区別される微細な結晶粒の緊密な充填状態によ
って形成されており、該微細な結晶粒の該破断面におけ
る該明瞭な輪郭は多角形状であり、該微細な結晶は該明
瞭な輪郭によって規定される該破断面におりる平均粒子
径をD(μrIL)で定義するとき、0.3D−1,8
Dの範囲の粒子径を持つ結晶粒が少なくとも70%を占
めることによって構成されている。該Q、3D A−1
,81の範囲に70%以上の粒子が存在する破断面を与
える窒化アルミニウム焼結体すなわち破断面に比較的大
きさの揃った多角形状の粒子を持つ窒化アルミニウム焼
結体は従来知られていない。
The crystal grains whose mechanically fractured surfaces are polygonal in FIG. 1 are sintered crystal grains of aluminum nitride. The aluminum nitride sintered grains are formed by a close packing of fine grains whose mechanical fracture surfaces are distinguished from each other by clear contours, The contour is polygonal, and the fine crystals have an average particle diameter of 0.3D-1,8 when the average particle diameter at the fracture surface defined by the clear contour is defined as D (μrIL).
At least 70% of the crystal grains have a particle size in the range D. Said Q, 3D A-1
, 81, that is, an aluminum nitride sintered body that has polygonal particles of relatively uniform size on the fracture surface has not been known so far. .

1だ上記窒化アルミニウムの機械的な破断面における外
観上の特徴は個々の粒子の破断面に埃われた結晶面が比
較的円滑なフラット面を形成していることに本ある。こ
のことは、前記結晶粒に不純物の混入あるいはガス相の
混入等が原因となって形成される異質の相(破断面に通
常円形状の小凹部として現われる)をはとんと有して≠
ないことを示している。
1. The main feature of the external appearance of the mechanically fractured surface of aluminum nitride is that the crystal planes covered with dust on the fractured surface of individual particles form a relatively smooth flat surface. This means that the crystal grains often contain foreign phases (usually appearing as small circular depressions on the fracture surface) that are formed due to the incorporation of impurities or gaseous phases.
It shows that there is no.

また第1図から、該窒化アルミニウムよりなる多角状の
結晶粒が充填された粒子の粒界面の一部又は全部に薄層
状の結晶粒が介在した状態で存在することが明らかであ
る。この薄層状の結晶粒が窒化ホウ素よりなる焼結結晶
粒である。
Furthermore, from FIG. 1, it is clear that the grains filled with polygonal crystal grains made of aluminum nitride have thin layered crystal grains interposed in part or all of the grain interface. These thin layered crystal grains are sintered crystal grains made of boron nitride.

第1図で明確なように焼結体の機械的な破断面において
、窒化アルミニウムの粒子の粒界面に存在する窒化ホウ
素よりなる薄層状の結晶粒が本発明の複合焼結体にマシ
ーナブルセラミックの性状を与える重要な要因になって
いるものと推定している。即ち、該窒化アルミニウムの
粒子の粒界面に存在する窒化ホウ素よりなる薄層状の結
晶粒が切削加工時において外部から加わる力を吸収して
窒化アルミニウム焼結体の破壊を防ぎ、複合焼結体の普
通工具による高速切削加工を可能にしているものと考え
ている。
As clearly shown in Figure 1, on the mechanically fractured surface of the sintered body, thin layer-like crystal grains made of boron nitride existing at the grain interface of the aluminum nitride particles form the machinable ceramic of the composite sintered body of the present invention. It is estimated that this is an important factor that gives the properties of That is, the thin layered crystal grains made of boron nitride present at the grain interface of the aluminum nitride particles absorb the force applied from the outside during cutting, prevent the aluminum nitride sintered body from breaking, and improve the composite sintered body. We believe that this enables high-speed cutting using ordinary tools.

本発明で得られる腹合焼結体を機械的に破断した破断面
の写真からは周期律表第11a族金属及び第111a族
金属より選ばれた少なくとも一種の金属化合物は確認す
ることが出来ない。該金属化合物は一般にX線マイクロ
アナライザーあるいは螢光X線分析装置等を用いて分析
することが出来る。またその含有量は焼結処理前に窒化
アルミニウム粉末と窒化ホウ素粉末と共に混合する前記
金属化合物又は該金属化合物となりうる物質の添加量に
比べると減少したfttとなって確認される事もある。
At least one metal compound selected from Group 11a metals and Group 111a metals of the periodic table cannot be confirmed from photographs of mechanically fractured fracture surfaces of the ventralized sintered bodies obtained in the present invention. . The metal compound can generally be analyzed using an X-ray microanalyzer or a fluorescent X-ray analyzer. In addition, the content may be confirmed as a decreased ftt compared to the amount of the metal compound or the substance that can become the metal compound mixed with the aluminum nitride powder and boron nitride powder before the sintering process.

即ち、前記金属化合物又は該金属化合物になりうる物質
の一部が焼結時に昇華する事もあるものと考えられる。
That is, it is considered that a part of the metal compound or a substance that can become the metal compound may sublimate during sintering.

しかしながら、その存在量は少ないにもかかわらず本発
明により得られた腹合焼結体における前記金属化合物は
窒化アルミニウム粉末と窒化ホウ素粉末との焼結を助け
る働きをすると共に、窒化アルミニウムと窒化ホウ素粉
末と一体になって、これらの複合焼結体にマシーナブル
セラミックとしての性状を与える何らかの要因となって
いるものと考えられる。
However, although the amount thereof present is small, the metal compound in the ventral sintered body obtained by the present invention functions to assist in sintering the aluminum nitride powder and the boron nitride powder, and also serves to assist the sintering of the aluminum nitride powder and the boron nitride powder. It is thought that this, together with the powder, is a factor that gives these composite sintered bodies the properties of machinable ceramics.

本発明により得られる腹合焼結体は高密度及び高純度の
焼結体であり、一般に、例えば90%以上、好ましくは
95%以上の純度及び25g/−以上、好ましくは2.
7g/all!以上の密度となる。
The ventralized sintered body obtained by the present invention is a sintered body of high density and high purity, and generally has a purity of, for example, 90% or more, preferably 95% or more, and 25g/- or more, preferably 2.0g/- or more.
7g/all! The density will be higher than that.

本発明の窒素ガス加圧下での焼結は、後述する実施例で
明らかなように複合焼結体の熱伝導率および機械的強度
の改良に著るしい効果を与える。これは、高温での焼結
の際に加圧窒素ガスがAIHの熱分解を抑制するために
焼結が加速され、かつ最終的に焼結体中の気孔が大幅に
除去されろことによるものと考えられる。
Sintering under nitrogen gas pressure according to the present invention has a remarkable effect on improving the thermal conductivity and mechanical strength of the composite sintered body, as will be clear from the examples described below. This is because pressurized nitrogen gas suppresses the thermal decomposition of AIH during sintering at high temperatures, accelerating sintering, and ultimately eliminating a large amount of pores in the sintered body. it is conceivable that.

本発明の加圧窒素下における焼結方法は常圧焼結法と同
様、複雑な形状の製品を大量に製造することが可能なた
め、その工業的価値は極めて大きい。以下実施例によっ
て本発明を具体的に例示するが本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。
Like the normal pressure sintering method, the sintering method under pressurized nitrogen according to the present invention enables the production of products with complex shapes in large quantities, and therefore has extremely high industrial value. The present invention will be specifically illustrated below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1 平均粒子径が1.31μmで3μm以下が90容i%を
占め、且つ表1に示す組成の窒化アルミニウム粉末80
jii1部と平均粒子径2.5μm1粒径5μm以下の
粒子の割合が95容ijk%で且つ純度が995%の六
方晶窒化ホウ素粉末20重量部および硝酸バリウム3重
量部とをナイロン触ボットとナイロン・コーティングし
たボールを用−エタノールを分散媒体として均一にボー
ルミル混合した。得られた混合粉末を乾燥した後、約1
2Iiを2000%  の圧力でラバープレスし外径的
40 tnxp−#約6.3mmの円板状成形体とした
。この成形体を窒化ホウ素粉末を内壁にコーティングし
た黒鉛製子つほに入れ、98気圧の窒素ガス加圧下、2
200 ℃の温度で3時間焼成した。得られた白色の焼
結体の密度はz931/cd  であった。この焼結体
から約3間角の柱状試験片を切り出し、1500番のサ
ントペー パー 仕上ケをして、クロスヘッドスピード
05朋/分 。
Example 1 Aluminum nitride powder 80 with an average particle diameter of 1.31 μm and 3 μm or less accounts for 90 volume i% and has the composition shown in Table 1.
20 parts by weight of hexagonal boron nitride powder and 3 parts by weight of barium nitrate with an average particle size of 2.5 μm and a particle size of 5 μm or less in a proportion of 95 volume ijk% and a purity of 995%. - The coated balls were uniformly mixed in a ball mill using ethanol as a dispersion medium. After drying the obtained mixed powder, about 1
2Ii was rubber pressed at a pressure of 2000% to form a disc-shaped molded product with an outer diameter of 40 tnxp-# about 6.3 mm. This molded body was placed in a graphite container whose inner wall was coated with boron nitride powder, and heated under nitrogen gas pressure of 98 atmospheres for 2 hours.
It was baked at a temperature of 200°C for 3 hours. The density of the obtained white sintered body was z931/cd. A columnar test piece of about 3 square inches was cut out from this sintered body, finished with No. 1500 sandpaper, and crossheaded at a speed of 05 m/min.

表 I    Ag’N粉末分析値 AIM含有量     97.8% 元 素     含有量 ”g       <5   (PPM)cr    
    21   (’)sl      125  
 (〃) Zn         9   (tr )Fe   
     20   (#)cu       <s 
  (〃) Mn        5  (〃) N1      27  (〃) T1   <5(#) Co             <s     (#)
AI        64.8  (wt%)N   
     33.4(#) 0        1.1(#) 0        0.11(#) スパン20隨の3点曲げ強度を測定した結果、平均値4
2kl?/mm  を得た。また同じ試料から直径約1
0鰭、厚さ2.511IIの円板状試料を切り出し、室
温における熱伝導率をシーサンフラッシュ法で求めたと
ころ93W/mKであった。さらに本実施例で得られた
腹合ML結体の加工性を調べたところ、超硬ドリルによ
る穿孔、超硬バイトによる高速切削のいずれも容易に行
え快削性であることが判った。
Table I Ag'N powder analysis value AIM content 97.8% Element content"g <5 (PPM) cr
21 (')sl 125
(〃) Zn 9 (tr) Fe
20 (#) cu <s
(〃) Mn 5 (〃) N1 27 (〃) T1 <5 (#) Co <s (#)
AI 64.8 (wt%)N
33.4 (#) 0 1.1 (#) 0 0.11 (#) As a result of measuring the 3-point bending strength of 20 spans, the average value was 4
2kl? /mm was obtained. Also, from the same sample, the diameter is about 1
A disc-shaped sample with 0 fins and a thickness of 2.511 II was cut out, and its thermal conductivity at room temperature was determined by the sea sun flash method and was 93 W/mK. Furthermore, when the workability of the ventral ML structure obtained in this example was investigated, it was found that both drilling with a carbide drill and high-speed cutting with a carbide cutting tool were easily performed, and the material was free-cutting.

実施例2 窒化アルミニウム、窒化ホウ素および周期律表第1Ia
族又は第111a族金属化合物の組成比をかえて実施例
1と同様の方法で焼結した結果を表2に示す。
Example 2 Aluminum nitride, boron nitride and Periodic Table Ia
Table 2 shows the results of sintering in the same manner as in Example 1 while changing the composition ratio of the group metal compound or the group 111a metal compound.

実施例3 実施例1で用いたものと同じ窒化アルミニウム粉末、窒
化ホウ素粉末および硝酸バリウムの混合粉末的129を
内壁を窒化ホウ素粉末でコーティングした内径40mm
の黒鉛製モールドに充填し、200製の機械的圧力を一
軸で加えながら9.8気圧の窒素ガス加圧下、2100
℃で3時間焼結した。得られた焼結体の密度は2.95
1!iI/cI!で、容易に切削できるものであった」
またこの焼結体の曲げ強度、熱伝導率を実施例1と同様
の条件で測定したところ各々441’J/mx  であ
った。
Example 3 The same mixed powder 129 of aluminum nitride powder, boron nitride powder and barium nitrate as used in Example 1 was coated with boron nitride powder on the inner wall and had an inner diameter of 40 mm.
Filled in a graphite mold of
Sintered at ℃ for 3 hours. The density of the obtained sintered body is 2.95
1! iI/cI! It was easy to cut."
Further, the bending strength and thermal conductivity of this sintered body were measured under the same conditions as in Example 1, and were each 441'J/mx.

実施例4 窒化アルミニウムとして平均粒子径が1.8μmで3μ
m以下が75容量%を占め、主な不純物としてFe0.
07%、810.03%、TiO,08%を含み酸素含
有量が2.1wt%である窒化アルミニウム粉末を用い
た以外は実施例1と同様の操作により混合粉末を調製し
た。この混合粉末を実施例1と同様の条件で円板状に成
形し、この成形体を9.8気圧の交線ガス加圧下215
0℃の温度で3時間焼結した。得られた焼結体は密度2
.89Jil/7で 、超硬ドリル、バイトで簡単に穴
あけ、研削可能なマシーナブルセラミックスであった。
Example 4 As aluminum nitride, the average particle size is 1.8 μm and 3μ
m or less accounts for 75% by volume, and Fe0.
A mixed powder was prepared in the same manner as in Example 1, except that aluminum nitride powder containing 0.07%, 810.03%, and 08% TiO with an oxygen content of 2.1 wt% was used. This mixed powder was molded into a disc shape under the same conditions as in Example 1, and the molded body was heated at 215 m
Sintering was carried out at a temperature of 0° C. for 3 hours. The obtained sintered body has a density of 2
.. At 89 Jil/7, it was a machinable ceramic that could be easily drilled and ground using a carbide drill or cutting tool.

またこの焼結体の曲げ強度および熱伝導率は各々31 
kg/*m l 47 w/axであった。
Moreover, the bending strength and thermal conductivity of this sintered body are each 31
kg/*ml 47 w/ax.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図1は実艶例1で侍られた複合焼結体の機械的な破断面
の焼結体粒子構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。
FIG. 1 is a scanning electron micrograph showing the sintered body particle structure of the mechanically fractured surface of the composite sintered body prepared in Real Gloss Example 1.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 窒化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末お よび周期律表第IIa族金属及びIIIa族金属より選ばれ
た少くとも1種の金属又は金属化合物からなる混合粉末
の成形体を2〜100気圧の窒素ガス雰囲気下、175
0〜2400℃の温度で焼結することを特徴とする複合
焼結体の製造方法。
[Claims] A compact of a mixed powder consisting of aluminum nitride powder, boron nitride powder, and at least one metal or metal compound selected from group IIa metals and group IIIa metals of the periodic table is heated at 2 to 100 atmospheres. under a nitrogen gas atmosphere of 175
A method for producing a composite sintered body, characterized by sintering at a temperature of 0 to 2400°C.
JP59148623A 1984-07-19 1984-07-19 Manufacture of composite sintered body Granted JPS6131360A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59148623A JPS6131360A (en) 1984-07-19 1984-07-19 Manufacture of composite sintered body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59148623A JPS6131360A (en) 1984-07-19 1984-07-19 Manufacture of composite sintered body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6131360A true JPS6131360A (en) 1986-02-13
JPH0451512B2 JPH0451512B2 (en) 1992-08-19

Family

ID=15456923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59148623A Granted JPS6131360A (en) 1984-07-19 1984-07-19 Manufacture of composite sintered body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6131360A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62128971A (en) * 1985-11-28 1987-06-11 京セラ株式会社 Aluminum nitride base sintered body and manufacture
JPH01252584A (en) * 1987-09-22 1989-10-09 Nippon Steel Corp Sintered composite ceramic compact and production thereof
US4960734A (en) * 1987-09-22 1990-10-02 Nippon Steel Corporation Ceramic composite and process for preparation thereof
US5308044A (en) * 1987-05-12 1994-05-03 Kabushiki Kaisha Kouransha Boron nitride ceramics and molten metal container provided with members made of the same ceramics

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56164075A (en) * 1980-05-16 1981-12-16 Mitsubishi Metal Corp Tenacious and friction-resistant cubic boron nitride base super high pressure sintered material
JPS57106572A (en) * 1980-12-19 1982-07-02 Kobe Steel Ltd Method of sintering nitride ceramic

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56164075A (en) * 1980-05-16 1981-12-16 Mitsubishi Metal Corp Tenacious and friction-resistant cubic boron nitride base super high pressure sintered material
JPS57106572A (en) * 1980-12-19 1982-07-02 Kobe Steel Ltd Method of sintering nitride ceramic

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62128971A (en) * 1985-11-28 1987-06-11 京セラ株式会社 Aluminum nitride base sintered body and manufacture
US5308044A (en) * 1987-05-12 1994-05-03 Kabushiki Kaisha Kouransha Boron nitride ceramics and molten metal container provided with members made of the same ceramics
JPH01252584A (en) * 1987-09-22 1989-10-09 Nippon Steel Corp Sintered composite ceramic compact and production thereof
US4960734A (en) * 1987-09-22 1990-10-02 Nippon Steel Corporation Ceramic composite and process for preparation thereof
JPH0515668B2 (en) * 1987-09-22 1993-03-02 Nippon Steel Corp

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0451512B2 (en) 1992-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3833389A (en) Heat resistant and strengthened composite materials and method for producing same
US4642298A (en) Composite nitride sintered body
US4073845A (en) High density high strength S13 N4 ceramics prepared by pressureless sintering of partly crystalline, partly amorphous S13 N4 powder
US4416840A (en) Al2 O3 Ceramic composite
US4801564A (en) High-toughness ceramic tool materials
JPS61201751A (en) High hardness sintered body and its manufacture
EP0035777A1 (en) Abrasion resistant silicon nitride based articles
JPH05105870A (en) Sintered composite abrasive material and preparation and use thereof
US4433979A (en) Abrasion resistant silicon nitride based articles
US4497228A (en) Method of machining cast iron
US4407968A (en) Ceramic Al2 O3 substoichiometric TiC body
JPS6131360A (en) Manufacture of composite sintered body
US4874725A (en) High-density sintered article of silicon carbid
EP0441316B1 (en) Silicon nitride based sintered material and process of manufacturing same
JPH0466831B2 (en)
JPH0248513B2 (en)
JP2000033467A (en) Sleeve of multilayered structure
JPS59199584A (en) Silicon nitride base sintered body
JPH0455996B2 (en)
JPS5950075A (en) Manufacture of cubic boron nitride sintered body
JPS6230665A (en) High temperature strength sintered body
JPS58120505A (en) Cubic system boron nitride particle
JPS59182275A (en) Manufacture of high strength silicon nitride sintered body
JPS59213676A (en) High strength silicon nitride sintered body and manufacture
JPS5891066A (en) Silicon carbide sintered body and manufacture