JPS6152108B2 - - Google Patents

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JPS6152108B2
JPS6152108B2 JP56155452A JP15545281A JPS6152108B2 JP S6152108 B2 JPS6152108 B2 JP S6152108B2 JP 56155452 A JP56155452 A JP 56155452A JP 15545281 A JP15545281 A JP 15545281A JP S6152108 B2 JPS6152108 B2 JP S6152108B2
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chromium
silicon nitride
oxide
weight
sintering
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JP56155452A
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Kazunori Miura
Yoshinori Hatsutori
Yasushi Matsuo
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は機械的強度が高く、耐酸化特性の優れ
た高緻密性の窒化珪素焼結体及びその製造方法に
関するものである。 窒化珪素焼結体は機械的強度、耐熱性、耐腐蝕
性などの諸特性に優れているため、例えばガスタ
ービン部品のような高温構造材料としての用途が
ある。しかし、一方窒化珪素は共有結合性が高い
ために、焼結性に乏しく高密度かつ高強度の窒化
珪素を得ることは困難である。 従来窒化珪素の焼結体を得るには金属シリコン
の成型窒化による反応焼結法、焼結助剤を含む窒
化珪素粉末の常圧焼結法、ホツトプレス法があ
る。しかしこれらの方法には次の第1表に示すよ
うな長所、短所がある。
【表】
【表】 これらのいずれの方法もそれぞれ一長一短があ
り、例えば、ガスタービン、エンジン部品等の複
雑形状をした耐酸化特性をもつた耐熱高温部材を
製作するには未だ充分な方法とは言えない。しか
し常圧焼結法又はホツトプレス法には上記のよう
な優れた長所があり、この長所をそのまま生かし
つつ短所を解決する方法を見い出せば耐熱高温部
材用として最適なものとなるはずである。そこで
本発明者等は窒化珪素、又は窒化珪素を形成しう
る原料から常圧焼結法又はホツトプレス法によ
り、或いは反応焼結法を適用して焼結体を得るに
当つて、添加される焼結助剤につき、種々検討を
行なつた。その結果、窒化珪素に焼結助剤とし
て、金属クロムを始めとする或る種のクロム成
分、及び希土類元素の酸化物を始めとする或る種
の酸化物成分の両成分をそれぞれ一定の割合で組
合せて添加したものから得られる焼結体は高緻密
性で機械的強度ならびに耐酸化特性にすぐれ、耐
熱高温部材として好適なものであることを見出し
た。 即ち、本発明は、窒化珪素を60〜98.9重量%
と、焼結助剤として金属クロム、酸化クロム及び
窒化クロムのなかから選ばれたクロム成分の1種
又は2種以上を0.1〜15重量%と、イツトリウム
及び希土類元素の酸化物、酸化アルミニウム、酸
化ジルコニウム、及び二酸化珪素のなかから選ば
れた酸化物成分の1種又は2種以上を1〜25重量
%含有する窒化珪素焼結体及びその製造方法を要
旨とするものである。 以下、本発明を更に詳細に説明するに、本発明
の窒化珪素焼結体は、窒化珪素に金属クロム、酸
化クロム及び窒化クロムのなかから選ばれたクロ
ム成分と、イツトリウム及び希土類元素の酸化
物、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム及び二
酸化珪素のなかから選ばれた酸化物成分の両成分
を焼結助剤として添加使用してなることを必須と
するものである。この両成分を焼結助剤として組
合わせ使用することにより、その相乗効果とし
て、機械的強度と耐酸化特性の著しく向上した窒
化珪素焼結体が得られる。特に焼結助剤のうち、
クロム成分は得られる窒化珪素焼結体の耐酸化特
性の向上に大きく貢献するものであることが本発
明者等の検討の結果明らかとなつた。 本発明の窒化珪素焼結体において、焼結助剤の
うちクロム成分は窒化珪素60〜98.9重量%に対
し、0.1〜15重量%の範囲で添加されることが必
要である。この範囲を超えると、得られる焼結体
は緻密性はよいが機械的強度は低く、クロムを含
む粒界が分解し易くなるため、耐酸化特性は低下
する。反対に、この範囲よりも少ないと緻密性が
劣り、機械的強度が低くなり耐酸化特性の効果が
充分発揮されない。又、焼結助剤の他の成分であ
る酸化物成分は、窒化珪素60〜98.9重量%に対
し、1〜25重量%の範囲で添加されることが必要
である。この範囲を超えるとこの場合も緻密性は
よいが機械的強度は低く、耐酸化特性は劣る。又
この範囲よりも少ないと緻密性が劣り、機械的強
度が低下する。 本発明の窒化珪素焼結体を得るには、微粒化し
た窒化珪素に、焼結助剤としてのクロム成分及び
酸化物成分の各々を微粒化したものを窒化珪素60
〜98.9重量%、クロム成分0.1〜15重量%、酸化
物成分1〜25重量%の割合で例えばボールミル等
により混合粉砕し、約2000Kg/cm2の圧力を加え
て、所望の形状に成形する。次に、1600℃〜2200
℃の範囲で常圧又は加圧下で非酸化性雰囲気例え
ば窒素ガス或いは窒素含有ガス雰囲気下に焼結さ
せる。 原料の窒化珪素はα相が50%以上含まれている
ことが望ましい。これは、窒化珪素の焼結には
α/β相転移が大きく関係し、α相が50%以下で
は充分に焼結が進行しないからである。なお窒化
珪素は充分な焼結体とするために、粒度を10ミク
ロン以下に整粒したものであることが望ましい。
この場合出発原料の窒化珪素の代りに窒化珪素を
形成しうる原料例えば金属珪素粉末を用い、これ
に上記の焼結助剤を添加充分混合して成形したも
のを窒素ガス雰囲気中1200〜1500℃で焼結して得
られる窒化反応焼結体を使用することもできる。
この方法では焼結助剤のうちクロム成分は金属珪
素の窒化促進剤としての働きをなし、また窒化反
応焼結体のα相の割合を増加させる。又、この方
法によつて得られる窒化珪素焼結体は窒化反応焼
結の段階で充分窒化され、緻密性が高いので窒化
珪素を原料とした場合にくらべて焼結性に優れ、
焼結助剤の添加量が少なくて済み且つ、更に高い
耐酸化特性を備えてなるものである。 焼結は常圧で行なう場合、1600〜1900℃の温度
範囲で行なうのが好ましい。この範囲外即ち1600
℃より低いと、充分緻密化した機械的強度の高い
焼結体が得られず、又、1900℃を超えると窒化珪
素自体の分解が著しくて好結果が得られない。
又、窒素ガス雰囲気下で加圧焼結を行なうと緻密
化された機械的強度の高い焼結体が得られる。そ
の場合、1〜3000気圧までの範囲で1600〜2200℃
の温度範囲で行なうのが好ましい。この範囲外、
即ち圧力がこの範囲より低いと焼結温度が1900℃
以上のとき窒化珪素が分解しやすく、この範囲よ
り高いと安全面と装置の面から工業的には適さな
い。又、1600℃より低いと充分緻密化した機械的
強度の高い焼結体が得られず、2200℃を超えると
これも装置の面及び安全面から工業的に適さな
い。尚、加圧焼結を500〜3000気圧で行なう場合
には、焼結前の成形体、或いは反応焼結体が開気
孔のない場合にはそのまま、焼結又は再焼結(金
属珪素を原料とする場合)を行なつても差支えな
いが、開気孔のある場合にはそのまま焼結すると
緻密化が阻害される恐れがあるので、例えば、シ
リカ系のガラス等で表面を完全に覆つて焼結する
のがよい。又、1〜500気圧で焼結又は再焼結す
る場合には開気孔があつても表面を覆わず焼結し
てもよい。尚、この焼結工程は金属珪素を原料と
する場合には窒化反応焼結工程に連続して行なう
ことができる。 以上のようにして、窒化珪素又は窒化珪素を形
成しうる原料に焼結助剤として上記のクロム成分
と酸化物成分とを組合せて特定割合で添加した混
合物を成形し、常圧又は加圧焼結するか、窒化反
応焼結後再焼結して得られた本発明の窒化珪素焼
結体は高緻密性で機械的強度が高く特に耐酸化特
性に優れている。本発明の窒化珪素焼結体と、本
発明以外の窒化珪素焼結体とを比較すると次表の
とおりで、本発明品の方が物性において明らかに
優れている。
【表】 本発明は以上述べたように、窒化珪素に、焼結
助剤として特定割合のクロム成分と酸化物成分と
を組合わせ添加してなる焼結体であり、このよう
な新規な組成よりなることにより高緻密性で機械
的強度が高く、耐酸化特性を備え、耐熱性酸化性
の要求されるガスタービン部品、エンジン用部品
として好適なものである。 次に、本発明を実施例により更に詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実
施例に限定されることはない。 実施例 1 平均粒径が次の第3表に示すような窒化珪素と
焼結助剤としてのクロム成分及び酸化物成分を用
い、第2表に示すような割合でボールミルにより
混合粉砕後、2000Kg/cm2の圧力で成形し、同表に
示す条件により非酸化性雰囲気中で1時間焼結
し、得られた焼結体の曲げ強度、酸化試験及び酸
化後の強度の変化率を測定した。その結果を第4
表に示す。曲げ強度は4×8×25mm(スパン20
mm)の試験片で測定し、酸化試験は試料を大気中
で1200℃の高温にさらして酸化しその増量を測定
した。又、酸化後の強度の変化率はσOX−σRT/σ
RT ×100%〔σRT:室温曲げ強度、σOX:酸化後
の室温曲げ強度〕より算出した。
【表】
【表】
【表】 実施例 2 実施例1における窒化珪素の代りに平均粒径が
10μmの金属珪素を用い焼結助剤は第1表に示す
ものを用い、第5表に示すような割合でボールミ
ルにより混合粉砕後、2000Kg/cm2の圧力で成形
し、窒化ガスを含む雰囲気下、圧力1〜100気
圧、温度1200〜1450℃で窒化焼結反応後この反応
焼結体を同表に示す条件により非酸化性雰囲気下
で1時間焼結し、実施例1と同様の方法で得られ
た焼結体の曲げ強度、酸化試験及び酸化後の強度
の変化率を測定した。その結果を第5表に示す。
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒化珪素を60〜98.9重量%と、焼結助剤とし
    て金属クロム、酸化クロムおよび窒化クロムのな
    かから選ばれたクロム成分の1種又は2種以上を
    0.1〜15重量%と、イツトリウム及び希土類元素
    の酸化物、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウ
    ム、及び二酸化珪素のなかから選ばれた酸化物成
    分の1種又は2種以上を1〜25重量%含有するこ
    とを特徴とする窒化珪素焼結体。 2 窒化珪素60〜98.9重量%に、焼結助剤として
    金属クロム、酸化クロム及び窒化クロムのなかか
    ら選ばれたクロム成分の1種又は2種以上を0.1
    〜15重量%と、イツトリウム及び希土類元素の酸
    化物、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及
    び二酸化珪素のなかから選ばれた酸化物成分の1
    種又は2種以上1〜25重量%を混合成形し、非酸
    化性雰囲気中で焼結することを特徴とする窒化珪
    素焼結体の製造方法。 3 窒化珪素60〜98.9重量%に相当する金属珪素
    に、焼結助剤として金属クロム、酸化クロム、及
    び窒化クロムのなかから選ばれたクロム成分の1
    種又は2種以上を0.1〜15重量%と、イツトリウ
    ム及び希土類元素の酸化物、酸化アルミニウム、
    酸化ジルコニウム及び二酸化珪素のなかから選ば
    れた酸化物成分の1種又は2種以上を1〜25重量
    %混合成形し、窒素ガス雰囲気中で反応焼結し、
    次いで非酸化性雰囲気中で焼結することを特徴と
    する窒化珪素焼結体の製造方法。
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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4746363A (en) * 1982-12-30 1988-05-24 Corning Glass Works Reaction sintered cermet
JPS59190273A (ja) * 1983-04-12 1984-10-29 住友電気工業株式会社 窒化けい素質焼結体およびその製造法
US4628039A (en) * 1984-03-06 1986-12-09 Kyocera Corporation Sintered silicon nitride body
JPS6178657A (ja) * 1984-09-27 1986-04-22 Toshiba Corp プリンタ用ガイド部材
US4642299A (en) * 1985-04-08 1987-02-10 Gte Products Corporation Silicon nitride having low dielectric loss
US4654315A (en) * 1985-04-08 1987-03-31 Gte Products Corporation Low dielectric loss silicon nitride based material
JPS61266359A (ja) * 1985-05-20 1986-11-26 日本碍子株式会社 窒化珪素焼結体の製造法
US4650592A (en) * 1985-05-28 1987-03-17 Gte Products Corporation Self lubricating silicon nitride article
JPH0692270B2 (ja) * 1985-08-15 1994-11-16 株式会社日立製作所 窒化珪素焼結体
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
JPS6325277A (ja) * 1986-07-17 1988-02-02 日本特殊陶業株式会社 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JPS63185864A (ja) * 1986-09-05 1988-08-01 株式会社日立製作所 複合セラミツクスおよびその製法
US5120328A (en) * 1988-01-27 1992-06-09 The Dow Chemical Company Dense, self-reinforced silicon nitride ceramic prepared by pressureless or low pressure gas sintering
US5118645A (en) * 1988-01-27 1992-06-02 The Dow Chemical Company Self-reinforced silicon nitride ceramic of high fracture toughness and a method of preparing the same
JP2732078B2 (ja) * 1988-08-24 1998-03-25 日本特殊陶業株式会社 窒化珪素焼結体
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
US5032554A (en) * 1988-12-16 1991-07-16 Ngk Spark Plug Co. Sintered silicon nitride products
US5030599A (en) * 1990-07-19 1991-07-09 W. R. Grace & Co.-Conn. Silicon nitride sintered materials
US5091347A (en) * 1990-08-15 1992-02-25 The Dow Chemical Company Self-reinforced silicon nitride ceramic body and a method of preparing the same
US5352395A (en) * 1992-07-17 1994-10-04 Phillips Petroleum Company Carbon and ceramic-containing layers for use in sintering of silicon nitride article
US5312785A (en) * 1993-05-18 1994-05-17 The Dow Chemical Company Sintered self-reinforced silicon nitride
US6977233B2 (en) * 2003-07-15 2005-12-20 Honeywell International, Inc. Sintered silicon nitride
US8357262B2 (en) * 2005-08-31 2013-01-22 Kyocera Corporation Corrosion-resistant member, treatment apparatus and sample treatment method using the member, and method for manufacture of corrosion-resistant member
JP5567486B2 (ja) * 2007-10-31 2014-08-06 ラム リサーチ コーポレーション 窒化シリコン−二酸化シリコン高寿命消耗プラズマ処理構成部品

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57200266A (en) * 1981-06-04 1982-12-08 Tokyo Shibaura Electric Co Ceramic sintered body and manufacture

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1039365A (en) * 1964-06-01 1966-08-17 Du Pont Improvements relating to refractory compositions
JPS523647B2 (ja) * 1972-10-24 1977-01-29

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57200266A (en) * 1981-06-04 1982-12-08 Tokyo Shibaura Electric Co Ceramic sintered body and manufacture

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Publication number Publication date
US4511402A (en) 1985-04-16
JPS5860676A (ja) 1983-04-11

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