JPS6132274B2 - - Google Patents
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Description
本発明はチツ化ケイ素Si3N4の成形体を焼結す
る方法、とくに加圧せずに実施され、または異物
質添加なしで純Si3N4を使用する方法に関する。 約10年来、化合物チツ化ケイ素は高温にさらさ
れる成形部材の潜在的材料として大きい関心が寄
せられている。チツ化ケイ素の特徴は高い分解温
度および良好な熱シヨツク安定性にある。さらに
チツ化ケイ素は耐酸化性であり、一般には耐食性
である。 これらの優れた性質にもかかわらず、現在まで
チツ化ケイ素はSi3N4成形体の製造が困難なた
め、広く工業的には使用されていない。現在まで
満足な機械的性質を有するSi3N4セラミツクは熱
間プレスによらなければ製造することができなか
つた。しかしこの方法は経済的量産には適せず、
さらにこの場合成形は制限された範囲でしか可能
でない。さらに“反応焼結”したSi3N4成形体の
製造が公知であるけれど、その機械的性質は不満
足であり、圧力下に焼結（熱間プレス）した材料
におよばない。 上記２つの方法に焼結助剤の使用が必要である
ことは公知である。現在までこの目的に酸化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム
および酸化イツトリウムがもつとも有効であるこ
とが実証された。この場合これらの金属酸化物は
チツ化ケイ素に添加され、これから得られた粒子
が焼結される。この焼結助剤の添加によつてチツ
化ケイ素成形体の製造が達成されるけれど、同時
にそれによつてSi3N4に固有のきわめて優れた性
質が著しく低化される。 それゆえ本発明の目的は焼結助剤としての異物
質の添加を完全に避け、または無加圧の焼結を可
能とするSi3N4成形体の製法を得ることである。 この目的は本発明によりSi3N4を成形体を使用
して10.5〜35m2/ｇの表面積および0.2〜0.05μｍ
の平均粒子サイズまで摩砕し、得られた粉末を成
形し、成形体をイナートガスまたはチツ素下に
1700〜1900℃の温度範囲が焼結することを特徴と
する、Si3N4成形体を焼結する方法によつて解決
される。 本発明の方法によつて製造した成形体は意外に
もきわめて良好な機械的強度を有し、熱間プレス
したSialon（Si6-XAlXOXN8-X）の強度を凌ぐ。と
くに本発明により機械的性質が高温プレスした
Si3N4成形体のそれに達する焼結体を無加圧で得
ることができる。 本発明の方法の本質的特徴は１つは摩砕体を使
用して所定の粒度まで摩砕することであり、もう
１つは摩砕で得た粉末から成形した成形体を所定
の温度範囲内で焼結することである。本発明の方
法による優れた焼結性の理由は完全には明らかで
ないけれど、摩砕過程により粉末粒子の特殊な表
面組織が得られ、それによつて焼結性が改善され
るものと推定される。この摩砕はアトリタミルで
行うのが有利である。アトリタミルは摩砕すべき
材料と粗粒たとえば直径１〜３mmの摩砕体からな
る懸濁液の強力な運動によつて固体粒子のサイズ
を機械的に減少する装置である（Powder
Technology12（1975）19−28参照）。 本発明の方法をアトリタによつてまたは他の摩
砕体を使用する装置によつて実施するいずれの場
合にも同様に摩砕体を形成する材料が大き役割を
演ずる。それゆえとくにSi3N4よりなる摩砕体ま
たはとくに焼結性に影響を与える材料からなる摩
砕体が使用される。とくにこの材料はアルミニウ
ム、ジルコニウム、マグネシウム、ベリリウムま
たは（および）イツトリウムの酸化物もしくはケ
イ酸塩からなる。この材料の摩砕体を使用する場
合、とくにこれをアトリタに使用する場合、摩砕
体自体が摩耗するので、摩砕されたSi3N4は摩砕
体を形成する材料を少量吸収する。摩砕された
Si3N4の大部分はこの場合なお純化合物からな
り、したがつてこの物質の優れた機械的性質を保
持する。それゆえ前記酸化物またはケイ酸塩から
なる摩砕体による摩砕はとくにSi3N4が酸化物ま
たはケイ酸塩の１〜20重量％とくに２〜７重量％
を吸収するまでの間しか行われない。この場合摩
砕条件はもちろん同時に表面積および平均粒子サ
イズに関する前記条件が達成されるように選ばな
ければならない。 アトリタ使用の場合このために一般に約２〜６
時間が必要である。とくに摩砕機の残りの要素す
なわちアツトリタの場合撹拌アームおよび容器壁
は前記材料からなる。しかし前記効果の大部分は
摩砕体の材料が有し、Si3N4と接触する摩砕装置
の残りの要素を形成する材料は二義的役割しか演
じない。 前記酸化物またはケイ酸塩の表面的浸入はこれ
らを摩砕過程自体に他の形たとえば粉末などの形
で添加することによつても可能である。しかし本
発明の方法のこの実施方式は前記酸化物またはケ
イ酸塩からなる摩砕体を使用する際に達成される
よりよい結果は得られない。 前記摩砕体を使用し、または摩砕の間他の形の
前記酸化物もしくはケイ酸塩を添加する本発明の
方法の実施方式の重要な利点はこのように処理し
たSi3N4の無加圧焼結が可能になることにある。
その結果焼結体の製造が著しく簡単かつ経済的に
行われるだけでなく、可能な形に関する現在まで
の制限が除去される。 本発明の特殊な実施方式によれば摩砕はSi3N4
の摩砕体で行われる。この場合前記金属の酸化物
またはケイ酸塩を摩砕過程の間に添加することが
でき、その際添加剤と摩砕するSi3N4の和に対し
10重量％までの量を使用するのが有利である。こ
の場合も無加圧焼結が可能であるけれど、前記金
属の酸化物またはケイ酸塩からなる摩砕体の場合
と同じ強度は得られない。 しかし本発明のこの実施方式は酸化物またはケ
イ酸塩の添加なしに実施することもでき、この場
は摩砕したSi3N4へのすべての異物質導入が避け
られる。本発明の方法のこの実施方式によれば焼
結は無加圧で実施することはできず、圧力適用下
に焼結しなければならないけれど、それによつて
初めて純Si3N4を焼結体に加工することが可能に
なる。この異物質を含有しないSi3N4焼結体はと
くに破断曲げ強度、破断延性および密度に関して
きわめて優れた性質を示す。 本発明の方法には種々の品質のSi3N4を使用す
ることができる。酸素含量が著しく異なるSi3N4
チヤージを使用した実験でその他の条件が同じで
あればつねに同様の良好な結果が得られる。 生圧縮体の成形には焼結技術でこの種成形体の
製造に使用される常用公知の方法が適する。とく
に結合剤を使用することもできる。焼結を目的と
する生圧縮体の製造技術は当業者に公知であり、
ここに詳述する必要はない。 生成形体の製造に結合剤を使用する場合、加熱
により残渣なく蒸発するものを選ばなければなら
ない。焼結体を粗成形し、次に切削加工し、複雑
な形を得ることも可能である。 焼結自体はイナートガス下とくにチツ素雰囲気
中で行われる。しかし他のイナートガスを使用す
ることもできる。酸素または使用温度条件で酸化
性に作用する他のガスは除外しなければならな
い。 焼結を実施する容器の材料は使用温度に耐えな
ければならず、他の性質は、容器材料によつて多
くの場合焼結挙動への小さい影響が認められると
しても、必要でない。チツ化ホウ素るつぼまたは
酸化アルミニウムるつぼの場合、非常に低い蒸発
損失および10〜20％程度の線形収縮しか認められ
なかつた。黒鉛使用の場合、少し大きい分解損失
および少し低い密度が認められた。容器材料とし
てはチツ化ホウ素が有利である。それは焼結体の
表面に認められる影響がもつとも小さく、容器材
料自体の摩耗がもつとも低いからである。焼結す
る成形体をSi3N4粉末に埋めるのが有利であるこ
とが実証された。 本発明の方法はSi3N4に対してのみならず、
ZrO2含有Si3N4にも使用することができる。この
場合ZrO2含量は約30容量％までである。ZrO2約
15〜27容量％の場合、焼結体の強度および延性の
最高値が達成される。この場合熱間プレスした
Si3N4の最高品質によつても得られないＫIC最大
値約7.5MN/m3/2が達成される。 本発明の利点は表面積および粒度に関する条件
が守られなければ得られず、その際上へ超えても
下へ超えても同様に不利である。たとえばアトリ
タ内でAl2O3摩砕体を使用する18時間の摩砕によ
つて達成される高い摩砕度の場合、製造した焼結
体の性質の著しい低下が認められた。 本発明の方法の本質的利点は焼結を無加圧で、
または圧力を使用するとしても異物質の導入なし
で実施しうることにある。しかし異物質を動入し
て加圧下に焼結することも可能である。この場合
も改善された強度値が達成される。 本発明の方法により製造した焼結成形体は熱機
関およびエネルギー伝達機械、たとえばタービン
羽根車などの高温および摩耗負荷部材、切削セラ
ミツクならびに他のセラミツク物体、アトリタボ
ールなどにとくに適する。本発明の方法は簡単で
あることで優れ、有利な実施方式によれば焼結過
程を無加圧で実施することができ、それによつて
方法の経済性が著しく改善され、装置が簡単化さ
れ、エネルギー消量が低下される。本発明の方法
により製造した成形体は焼結したシアローンおよ
び反応結合したSi3N4（RBS）に比して著しく改
善された破断強度および破断延性を示す利点があ
る。これらの性質は現在得られる焼結したシアロ
ーンまたはRBS品質より約100％上にある。さら
に非常に低い異物質含量でも非常に高い密度が達
成されるので、高温で早期に軟化する相の割合も
非常に低い。相当する高密度は現在まで明らかに
10〜60重量％の異物質たとえばAl2O3の添加によ
らなければ達成できなかつた。さらに遊離Si分も
公知法の場合より低い。性質のばらつきが減少
し、Si3N4出発材料の特殊な前合金を必要としな
い。現在まで不可能であつた比較的大きい焼結体
を製造しうることもとくに有利である。 次に本発明を例によつて説明する。例１〜６は
無加圧焼結、例７〜10は加圧焼結に関する。 例 １ 酸素の低いSi3N4をアトリタ内でAl2O3摩砕体に
より種々の時間摩砕した。出発材料および種々の
摩砕時間後の比表面積m2/ｇは以下の表に示され
る。 摩砕時間４〜６時間の場合の平均粒子サイズは
0.1μｍである。 摩砕を終了したSi3N4のAl2O3含量は４時間の摩
砕後４重量％、６時間の摩砕後6.2重量％であつ
た。 摩砕した粉末をアイソスタチツクに600MN/m2
の圧力で直径35mmのタブレツトに圧縮し、抵抗が
熱黒鉛体内にある閉鎖したチツ化ホウ素るつぼに
装入した。次にアルゴン下に1850〜1900℃の温度
で１時間焼結した。焼結した成形体の密度、破断
曲げ強度および破断延性は同様以下の表に示され
る。成形体から加工した曲げ試験片の端縁は破壊
しなかつた。
る方法、とくに加圧せずに実施され、または異物
質添加なしで純Si3N4を使用する方法に関する。 約10年来、化合物チツ化ケイ素は高温にさらさ
れる成形部材の潜在的材料として大きい関心が寄
せられている。チツ化ケイ素の特徴は高い分解温
度および良好な熱シヨツク安定性にある。さらに
チツ化ケイ素は耐酸化性であり、一般には耐食性
である。 これらの優れた性質にもかかわらず、現在まで
チツ化ケイ素はSi3N4成形体の製造が困難なた
め、広く工業的には使用されていない。現在まで
満足な機械的性質を有するSi3N4セラミツクは熱
間プレスによらなければ製造することができなか
つた。しかしこの方法は経済的量産には適せず、
さらにこの場合成形は制限された範囲でしか可能
でない。さらに“反応焼結”したSi3N4成形体の
製造が公知であるけれど、その機械的性質は不満
足であり、圧力下に焼結（熱間プレス）した材料
におよばない。 上記２つの方法に焼結助剤の使用が必要である
ことは公知である。現在までこの目的に酸化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム
および酸化イツトリウムがもつとも有効であるこ
とが実証された。この場合これらの金属酸化物は
チツ化ケイ素に添加され、これから得られた粒子
が焼結される。この焼結助剤の添加によつてチツ
化ケイ素成形体の製造が達成されるけれど、同時
にそれによつてSi3N4に固有のきわめて優れた性
質が著しく低化される。 それゆえ本発明の目的は焼結助剤としての異物
質の添加を完全に避け、または無加圧の焼結を可
能とするSi3N4成形体の製法を得ることである。 この目的は本発明によりSi3N4を成形体を使用
して10.5〜35m2/ｇの表面積および0.2〜0.05μｍ
の平均粒子サイズまで摩砕し、得られた粉末を成
形し、成形体をイナートガスまたはチツ素下に
1700〜1900℃の温度範囲が焼結することを特徴と
する、Si3N4成形体を焼結する方法によつて解決
される。 本発明の方法によつて製造した成形体は意外に
もきわめて良好な機械的強度を有し、熱間プレス
したSialon（Si6-XAlXOXN8-X）の強度を凌ぐ。と
くに本発明により機械的性質が高温プレスした
Si3N4成形体のそれに達する焼結体を無加圧で得
ることができる。 本発明の方法の本質的特徴は１つは摩砕体を使
用して所定の粒度まで摩砕することであり、もう
１つは摩砕で得た粉末から成形した成形体を所定
の温度範囲内で焼結することである。本発明の方
法による優れた焼結性の理由は完全には明らかで
ないけれど、摩砕過程により粉末粒子の特殊な表
面組織が得られ、それによつて焼結性が改善され
るものと推定される。この摩砕はアトリタミルで
行うのが有利である。アトリタミルは摩砕すべき
材料と粗粒たとえば直径１〜３mmの摩砕体からな
る懸濁液の強力な運動によつて固体粒子のサイズ
を機械的に減少する装置である（Powder
Technology12（1975）19−28参照）。 本発明の方法をアトリタによつてまたは他の摩
砕体を使用する装置によつて実施するいずれの場
合にも同様に摩砕体を形成する材料が大き役割を
演ずる。それゆえとくにSi3N4よりなる摩砕体ま
たはとくに焼結性に影響を与える材料からなる摩
砕体が使用される。とくにこの材料はアルミニウ
ム、ジルコニウム、マグネシウム、ベリリウムま
たは（および）イツトリウムの酸化物もしくはケ
イ酸塩からなる。この材料の摩砕体を使用する場
合、とくにこれをアトリタに使用する場合、摩砕
体自体が摩耗するので、摩砕されたSi3N4は摩砕
体を形成する材料を少量吸収する。摩砕された
Si3N4の大部分はこの場合なお純化合物からな
り、したがつてこの物質の優れた機械的性質を保
持する。それゆえ前記酸化物またはケイ酸塩から
なる摩砕体による摩砕はとくにSi3N4が酸化物ま
たはケイ酸塩の１〜20重量％とくに２〜７重量％
を吸収するまでの間しか行われない。この場合摩
砕条件はもちろん同時に表面積および平均粒子サ
イズに関する前記条件が達成されるように選ばな
ければならない。 アトリタ使用の場合このために一般に約２〜６
時間が必要である。とくに摩砕機の残りの要素す
なわちアツトリタの場合撹拌アームおよび容器壁
は前記材料からなる。しかし前記効果の大部分は
摩砕体の材料が有し、Si3N4と接触する摩砕装置
の残りの要素を形成する材料は二義的役割しか演
じない。 前記酸化物またはケイ酸塩の表面的浸入はこれ
らを摩砕過程自体に他の形たとえば粉末などの形
で添加することによつても可能である。しかし本
発明の方法のこの実施方式は前記酸化物またはケ
イ酸塩からなる摩砕体を使用する際に達成される
よりよい結果は得られない。 前記摩砕体を使用し、または摩砕の間他の形の
前記酸化物もしくはケイ酸塩を添加する本発明の
方法の実施方式の重要な利点はこのように処理し
たSi3N4の無加圧焼結が可能になることにある。
その結果焼結体の製造が著しく簡単かつ経済的に
行われるだけでなく、可能な形に関する現在まで
の制限が除去される。 本発明の特殊な実施方式によれば摩砕はSi3N4
の摩砕体で行われる。この場合前記金属の酸化物
またはケイ酸塩を摩砕過程の間に添加することが
でき、その際添加剤と摩砕するSi3N4の和に対し
10重量％までの量を使用するのが有利である。こ
の場合も無加圧焼結が可能であるけれど、前記金
属の酸化物またはケイ酸塩からなる摩砕体の場合
と同じ強度は得られない。 しかし本発明のこの実施方式は酸化物またはケ
イ酸塩の添加なしに実施することもでき、この場
は摩砕したSi3N4へのすべての異物質導入が避け
られる。本発明の方法のこの実施方式によれば焼
結は無加圧で実施することはできず、圧力適用下
に焼結しなければならないけれど、それによつて
初めて純Si3N4を焼結体に加工することが可能に
なる。この異物質を含有しないSi3N4焼結体はと
くに破断曲げ強度、破断延性および密度に関して
きわめて優れた性質を示す。 本発明の方法には種々の品質のSi3N4を使用す
ることができる。酸素含量が著しく異なるSi3N4
チヤージを使用した実験でその他の条件が同じで
あればつねに同様の良好な結果が得られる。 生圧縮体の成形には焼結技術でこの種成形体の
製造に使用される常用公知の方法が適する。とく
に結合剤を使用することもできる。焼結を目的と
する生圧縮体の製造技術は当業者に公知であり、
ここに詳述する必要はない。 生成形体の製造に結合剤を使用する場合、加熱
により残渣なく蒸発するものを選ばなければなら
ない。焼結体を粗成形し、次に切削加工し、複雑
な形を得ることも可能である。 焼結自体はイナートガス下とくにチツ素雰囲気
中で行われる。しかし他のイナートガスを使用す
ることもできる。酸素または使用温度条件で酸化
性に作用する他のガスは除外しなければならな
い。 焼結を実施する容器の材料は使用温度に耐えな
ければならず、他の性質は、容器材料によつて多
くの場合焼結挙動への小さい影響が認められると
しても、必要でない。チツ化ホウ素るつぼまたは
酸化アルミニウムるつぼの場合、非常に低い蒸発
損失および10〜20％程度の線形収縮しか認められ
なかつた。黒鉛使用の場合、少し大きい分解損失
および少し低い密度が認められた。容器材料とし
てはチツ化ホウ素が有利である。それは焼結体の
表面に認められる影響がもつとも小さく、容器材
料自体の摩耗がもつとも低いからである。焼結す
る成形体をSi3N4粉末に埋めるのが有利であるこ
とが実証された。 本発明の方法はSi3N4に対してのみならず、
ZrO2含有Si3N4にも使用することができる。この
場合ZrO2含量は約30容量％までである。ZrO2約
15〜27容量％の場合、焼結体の強度および延性の
最高値が達成される。この場合熱間プレスした
Si3N4の最高品質によつても得られないＫIC最大
値約7.5MN/m3/2が達成される。 本発明の利点は表面積および粒度に関する条件
が守られなければ得られず、その際上へ超えても
下へ超えても同様に不利である。たとえばアトリ
タ内でAl2O3摩砕体を使用する18時間の摩砕によ
つて達成される高い摩砕度の場合、製造した焼結
体の性質の著しい低下が認められた。 本発明の方法の本質的利点は焼結を無加圧で、
または圧力を使用するとしても異物質の導入なし
で実施しうることにある。しかし異物質を動入し
て加圧下に焼結することも可能である。この場合
も改善された強度値が達成される。 本発明の方法により製造した焼結成形体は熱機
関およびエネルギー伝達機械、たとえばタービン
羽根車などの高温および摩耗負荷部材、切削セラ
ミツクならびに他のセラミツク物体、アトリタボ
ールなどにとくに適する。本発明の方法は簡単で
あることで優れ、有利な実施方式によれば焼結過
程を無加圧で実施することができ、それによつて
方法の経済性が著しく改善され、装置が簡単化さ
れ、エネルギー消量が低下される。本発明の方法
により製造した成形体は焼結したシアローンおよ
び反応結合したSi3N4（RBS）に比して著しく改
善された破断強度および破断延性を示す利点があ
る。これらの性質は現在得られる焼結したシアロ
ーンまたはRBS品質より約100％上にある。さら
に非常に低い異物質含量でも非常に高い密度が達
成されるので、高温で早期に軟化する相の割合も
非常に低い。相当する高密度は現在まで明らかに
10〜60重量％の異物質たとえばAl2O3の添加によ
らなければ達成できなかつた。さらに遊離Si分も
公知法の場合より低い。性質のばらつきが減少
し、Si3N4出発材料の特殊な前合金を必要としな
い。現在まで不可能であつた比較的大きい焼結体
を製造しうることもとくに有利である。 次に本発明を例によつて説明する。例１〜６は
無加圧焼結、例７〜10は加圧焼結に関する。 例 １ 酸素の低いSi3N4をアトリタ内でAl2O3摩砕体に
より種々の時間摩砕した。出発材料および種々の
摩砕時間後の比表面積m2/ｇは以下の表に示され
る。 摩砕時間４〜６時間の場合の平均粒子サイズは
0.1μｍである。 摩砕を終了したSi3N4のAl2O3含量は４時間の摩
砕後４重量％、６時間の摩砕後6.2重量％であつ
た。 摩砕した粉末をアイソスタチツクに600MN/m2
の圧力で直径35mmのタブレツトに圧縮し、抵抗が
熱黒鉛体内にある閉鎖したチツ化ホウ素るつぼに
装入した。次にアルゴン下に1850〜1900℃の温度
で１時間焼結した。焼結した成形体の密度、破断
曲げ強度および破断延性は同様以下の表に示され
る。成形体から加工した曲げ試験片の端縁は破壊
しなかつた。
【表】
０および１時間の摩砕時間で実施した実験は比
較実験である。 例 ２ 例１記載のようにアトリタ内でAl2O3摩砕体を
使用して６時間摩砕した。ZrO2をドープした
Si3N4を使用した。ZrO2含量の容量％および得ら
れた焼結体の性質を次の表に示す。
較実験である。 例 ２ 例１記載のようにアトリタ内でAl2O3摩砕体を
使用して６時間摩砕した。ZrO2をドープした
Si3N4を使用した。ZrO2含量の容量％および得ら
れた焼結体の性質を次の表に示す。
【表】
例 ３
Si3N4粉末（HCST 1910、化学分析：Fe0.02、
Ca0.02、Al 0.21、Ｏ＜0.4、N38.4、C0.5％）100
ｇを６時間Al2O3ボール（直径２〜３mm）800ｇ
により1000rpmのアトリタのアルコール中で摩砕
した。粉末の比表面積はこの過程によつて初めの
6.2m2/ｇから12.6m2/ｇへ上昇し、Al2O3粒子7.5
重量％が導入された。粉末をアイソスタチツクに
100MPaの圧力で円板（直径30mm、厚さ10mm）に
圧縮し、チツ化ホウ素るつぼ内で約1850℃、１時
間焼結した。この材料の密度は2.85ｇ/cm3、曲げ
強度は420±24MPa、破断延性（ＫIC）は5.4±
0.4MN/m3/2であつた。 例 ４ 摩砕の際ZrO2 ５〜30容量％を添加し、焼結温
度が約1900℃である以外は例３の方法を繰返し
た。この場合破断延性（ＫIC）および曲げ強度の
上昇が達成され、これは図面の曲線Ｓに示され
る。 例 ５ Si3N4粉末（HCST2330、HCST1910と同じ分
析値、比表面積6.5m2/ｇ）100ｇをアトリタで
ZrO2ボール（1300ｇ、直径２〜2.5mm）によりそ
の他の条件は例３と同じで摩砕し、13.5m2/ｇの
比表面積、ZrO2粒子26ｇ＝約13容量％を得た。
約1880℃で焼結（その他は例３と同じ）後、密度
3.29ｇ/cm3、破断延性（ＫIC）7.3±0.4MN/m3/2
および曲げ強度690±72MPaが測定された。 例 ６ Si3N4粉末（HCST2330）100ｇをAl2O35容量％
と混合し、例３と同じ条件下にSi3N4ボール（500
ｇ、直径３mm）によつてアトリタ内で摩砕し、比
表面積11.2m2/ｇ（＋６ｇSi3N4アトリタボールの
摩耗粒子）を得た。1880℃で焼結後、密度は2.95
m2/ｇ、破断延性（ＫIC）は4.3±0.2MN/m3/2、
曲げ強度は348±35MPaであつた。 例 ７ Si3N4粉末（HCST2330）100ｇを例３のように
アトリタで処理し、内径35mmの黒鉛型により1850
℃、１時間熱間プレスし、3.18ｇ/cm3の密度、840
±20MPaの曲げ強度および6.5±0.4MN/m3/2の
破断延性を得た。 例 ８ SiN3粉末100ｇ（ZrO2＋SiO2）ボール（SAZ、
Roznthal、直径３mm）1200ｇにより例３のよう
にアトリタ摩砕し、13.5m2/ｇの比表面積および
アトリタボールの摩耗粒子26.7ｇを得た。例７に
記載のように熱間プレスし、成形体の密度は3.25
ｇ/cm3、破断延性（ＫIC）は8.15±0.2MN/m3/2
および曲げ強度は870±90MPaであつた。 例 ９ Si3N4粉末100ｇを例５のとおりアトリタ処理
し、例７のとおり熱間プレスし、密度3.50ｇ/
cm3、破断延性（ＫIC）8.2±0.2MN/m3/2および
曲げ強度970±65MPaを得た。 例 10 Si3N4粉末100ｇを６時間（15時間）Si3N4ボー
ル500ｇで（その他は例３のとおり）アトリタ摩
砕し、比表面積9.3（11.2）m2/ｇを得た。例７と
同様に熱間プレスし、圧縮体は密度3.03（3.19）
ｇ/cm3、破断延性5.15±0.15（6.45±0.15）MN/m
３／２および曲げ強度702±112（760±60）MPaを
示した。
Ca0.02、Al 0.21、Ｏ＜0.4、N38.4、C0.5％）100
ｇを６時間Al2O3ボール（直径２〜３mm）800ｇ
により1000rpmのアトリタのアルコール中で摩砕
した。粉末の比表面積はこの過程によつて初めの
6.2m2/ｇから12.6m2/ｇへ上昇し、Al2O3粒子7.5
重量％が導入された。粉末をアイソスタチツクに
100MPaの圧力で円板（直径30mm、厚さ10mm）に
圧縮し、チツ化ホウ素るつぼ内で約1850℃、１時
間焼結した。この材料の密度は2.85ｇ/cm3、曲げ
強度は420±24MPa、破断延性（ＫIC）は5.4±
0.4MN/m3/2であつた。 例 ４ 摩砕の際ZrO2 ５〜30容量％を添加し、焼結温
度が約1900℃である以外は例３の方法を繰返し
た。この場合破断延性（ＫIC）および曲げ強度の
上昇が達成され、これは図面の曲線Ｓに示され
る。 例 ５ Si3N4粉末（HCST2330、HCST1910と同じ分
析値、比表面積6.5m2/ｇ）100ｇをアトリタで
ZrO2ボール（1300ｇ、直径２〜2.5mm）によりそ
の他の条件は例３と同じで摩砕し、13.5m2/ｇの
比表面積、ZrO2粒子26ｇ＝約13容量％を得た。
約1880℃で焼結（その他は例３と同じ）後、密度
3.29ｇ/cm3、破断延性（ＫIC）7.3±0.4MN/m3/2
および曲げ強度690±72MPaが測定された。 例 ６ Si3N4粉末（HCST2330）100ｇをAl2O35容量％
と混合し、例３と同じ条件下にSi3N4ボール（500
ｇ、直径３mm）によつてアトリタ内で摩砕し、比
表面積11.2m2/ｇ（＋６ｇSi3N4アトリタボールの
摩耗粒子）を得た。1880℃で焼結後、密度は2.95
m2/ｇ、破断延性（ＫIC）は4.3±0.2MN/m3/2、
曲げ強度は348±35MPaであつた。 例 ７ Si3N4粉末（HCST2330）100ｇを例３のように
アトリタで処理し、内径35mmの黒鉛型により1850
℃、１時間熱間プレスし、3.18ｇ/cm3の密度、840
±20MPaの曲げ強度および6.5±0.4MN/m3/2の
破断延性を得た。 例 ８ SiN3粉末100ｇ（ZrO2＋SiO2）ボール（SAZ、
Roznthal、直径３mm）1200ｇにより例３のよう
にアトリタ摩砕し、13.5m2/ｇの比表面積および
アトリタボールの摩耗粒子26.7ｇを得た。例７に
記載のように熱間プレスし、成形体の密度は3.25
ｇ/cm3、破断延性（ＫIC）は8.15±0.2MN/m3/2
および曲げ強度は870±90MPaであつた。 例 ９ Si3N4粉末100ｇを例５のとおりアトリタ処理
し、例７のとおり熱間プレスし、密度3.50ｇ/
cm3、破断延性（ＫIC）8.2±0.2MN/m3/2および
曲げ強度970±65MPaを得た。 例 10 Si3N4粉末100ｇを６時間（15時間）Si3N4ボー
ル500ｇで（その他は例３のとおり）アトリタ摩
砕し、比表面積9.3（11.2）m2/ｇを得た。例７と
同様に熱間プレスし、圧縮体は密度3.03（3.19）
ｇ/cm3、破断延性5.15±0.15（6.45±0.15）MN/m
３／２および曲げ強度702±112（760±60）MPaを
示した。
図面は本発明による焼結体の破壊曲げ強度およ
び破断延性とZrO2容量％の関係を示す図であ
る。
び破断延性とZrO2容量％の関係を示す図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 摩砕体を使用してSi3N4を10.5〜35m2/ｇの表
面積および0.2〜0.05μｍの平均粒子サイズまで
アトリタミルによつて摩砕し、その際アルミニウ
ム、ジルコニウム、マグネシウム、ベリリウムま
たは（および）イツトリウムの酸化物もしくはケ
イ酸塩からなる摩砕体を使用してSi3N4が酸化物
またはケイ酸塩の１〜10重量％を吸収するまで摩
砕し、得られた粉末を成形し、成形体をイナート
ガスまたはチツ素下に1700〜1900℃の温度範囲で
焼結することを特徴とするSi3N4成形体を焼結す
る方法。 ２ 無加圧で焼結する特許請求の範囲第１項記載
の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19782800174 DE2800174A1 (de) | 1978-01-03 | 1978-01-03 | Verfahren zum sintern von siliciumnitrid-formkoerpern |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5497614A JPS5497614A (en) | 1979-08-01 |
| JPS6132274B2 true JPS6132274B2 (ja) | 1986-07-25 |
Family
ID=6028915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15874978A Granted JPS5497614A (en) | 1978-01-03 | 1978-12-25 | Sintering of silicon nitride formed body |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4908171A (ja) |
| JP (1) | JPS5497614A (ja) |
| DE (1) | DE2800174A1 (ja) |
| FR (1) | FR2413346A1 (ja) |
| GB (1) | GB2011952B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4275026A (en) * | 1979-11-02 | 1981-06-23 | Ppg Industries, Inc. | Method for preparing titanium diboride shapes |
| DE3022213C2 (de) * | 1980-06-13 | 1987-12-23 | Feldmühle AG, 4000 Düsseldorf | Keramischer Formkörper mit eutektischen Gefügebestandteilen und Verfahren zu seiner Herstellung |
| SE438849B (sv) * | 1981-05-25 | 1985-05-13 | Svenska Silikatforskning | Forfarande vid framstellning av formkroppar av kiselnitridbaserade material |
| FR2517665B1 (fr) * | 1981-12-08 | 1986-01-31 | Ceraver | Procede de fabrication d'un materiau fritte a base de nitrure de silicium, et materiau obtenu par ce procede |
| JPS58158438U (ja) * | 1982-04-16 | 1983-10-22 | 東芝機械株式会社 | エピタキシヤル成長装置のコイル保持装置 |
| JPS5921506A (ja) * | 1982-07-27 | 1984-02-03 | Ube Ind Ltd | 結晶質窒化ケイ素粉末の製法 |
| JPS6051655A (ja) * | 1983-08-30 | 1985-03-23 | 株式会社東芝 | セラミックス焼結体の製造方法 |
| JPS6054976A (ja) * | 1983-09-02 | 1985-03-29 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
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| US4608354A (en) * | 1984-12-24 | 1986-08-26 | Gte Laboratories Incorporated | Silicon nitride substrate |
| JPS61178470A (ja) * | 1985-02-04 | 1986-08-11 | イビデン株式会社 | 寸法精度の優れた窒化物焼結体の製造方法および寸法精度の優れた耐熱性治具用窒化物焼結体 |
| US4834928A (en) * | 1985-08-01 | 1989-05-30 | Gte Laboratories Incorporated | Doped silicon nitride article |
| JPS6271555A (ja) * | 1985-09-26 | 1987-04-02 | 日本碍子株式会社 | 玉石および玉石を用いる窒化珪素焼結体の製造法 |
| FR2596746B1 (fr) * | 1986-04-03 | 1988-06-03 | Atochem | Poudres pour ceramiques en nitrure de silicium par reduction carbothermique et leur procede de fabrication |
| GB2256651B (en) * | 1986-07-15 | 1993-06-30 | Norton Co | Improved rolling contact bearing,material for bearing surfaces,and processes therefor |
| DE3875879T2 (de) * | 1987-09-02 | 1993-03-18 | Ngk Spark Plug Co | Gesinterte siliciumnitridkoerper. |
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| JPH0761903B2 (ja) * | 1988-08-25 | 1995-07-05 | 本田技研工業株式会社 | 高温高強度窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
| JPH0694390B2 (ja) * | 1988-09-09 | 1994-11-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
| US5316856A (en) * | 1988-12-03 | 1994-05-31 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride base sintered body |
| JP2719942B2 (ja) * | 1988-12-03 | 1998-02-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| JP4707690B2 (ja) * | 2007-04-16 | 2011-06-22 | 株式会社竹内製作所 | エアクリーナ装置 |
| US7685922B1 (en) | 2007-10-05 | 2010-03-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Composite ballistic armor having geometric ceramic elements for shock wave attenuation |
| US8105967B1 (en) | 2007-10-05 | 2012-01-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Lightweight ballistic armor including non-ceramic-infiltrated reaction-bonded-ceramic composite material |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4087500A (en) * | 1973-12-20 | 1978-05-02 | Ford Motor Company | Method of making a duo density silicon nitride article |
| US4143107A (en) * | 1974-06-28 | 1979-03-06 | Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. | Silicon nitride-based sintered material and method for manufacturing the same |
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| US4225356A (en) * | 1979-08-13 | 1980-09-30 | General Electric Company | Sintering of silicon nitride using Be additive |
-
1978
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