JPS6152110B2 - - Google Patents
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- JPS6152110B2 JPS6152110B2 JP56188208A JP18820881A JPS6152110B2 JP S6152110 B2 JPS6152110 B2 JP S6152110B2 JP 56188208 A JP56188208 A JP 56188208A JP 18820881 A JP18820881 A JP 18820881A JP S6152110 B2 JPS6152110 B2 JP S6152110B2
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- silicon nitride
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- sintering
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は機械的強度に優れ、高い耐酸化性を有
する高密度窒化珪素焼結体の製造法に関するもの
である。 窒化珪素焼結体は機械的強度、耐熱性、耐腐食
性などの緒特性に優れているために、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焼
結体を得ることは困難である。従来窒化珪素の製
法には金属珪素を窒化焼結させる反応焼結法、窒
化珪素粉末に焼結助剤を添加して焼結するホツト
プレス法、常圧焼結法がある。反応焼結法では複
雑な形状でも焼結できるが、密度が低いため強
度、耐酸化性が低い。またホツトプレス法では強
度、耐酸化性に最も優れているが、単純な形状し
か焼結できない。常圧焼結法ではかなり高強度の
ものが得られるが、焼結助剤が最も多く必要であ
り、高温下の強度劣下が激しく耐酸化性も反応焼
結法ほどではないが低い。しかし、常圧焼結法に
おいてその焼結助剤の量を減少させ、かつ十分緻
密化が達成できれば、高強度で耐酸化性の良い高
温構造材料となりうるはずである。そこで本発明
者らはこの目的にそつて窒化珪素焼結体の耐酸化
性を向上させるため、常圧焼結法におけるその焼
結方法に対して種々検討を行なつた。その結果、
窒化珪素粉末と焼結助剤との混合物を成形し、得
られた成形体を窒素ガスまたは窒素と非酸化性ガ
スとの混合ガスの雰囲気中で1100〜1550℃の温度
で３時間以上熱処理した後、窒素ガスまたは窒素
と非酸化性ガスとの混合ガスの雰囲気中で、1600
〜2200℃の温度で焼結すれば高い耐熱性と高温強
度を有することを見出し本発明を完成した。 以下に本発明を詳細に説明する。一般に窒化珪
素の焼結は窒化珪素粉末に焼結助剤を添加するこ
とにより液相を形成させ、その液相から針状晶の
β−Si3N4が析出することにより高強度の窒化珪
素焼結体が得られると考えられている。そのう
え、常圧焼結法によると緻密で高強度の焼結体を
得るにはかなり多量の焼結助剤を必要とするため
高温下における機械的強度、耐酸化性を大きく低
下させるという問題があつた。特に、窒化珪素焼
結体の耐酸化性を向上させるためには焼結助剤を
より減少させ、かつ緻密な焼結体を得ることが重
要となる。そこで、本発明においては窒化珪素粉
末と焼結助剤との混合物を成形し、得られた成形
体を窒素ガスまたは窒素と非酸化性ガスとの混合
ガスの雰囲気中で、1100〜1550℃の温度で３時間
以上熱処理した後、窒素ガスまたは窒素と非酸化
性ガスとの混合ガスの雰囲気中で1600〜2200℃の
温度で焼結するという焼成工程を経ることにより
従来の常圧焼結法におけるより少ない焼結助剤
で、緻密で高強度で耐酸化性の高い焼結体が得ら
れた。このような焼成工程によつて緻密で高強度
で耐酸化性の高い焼結体が得られる理由は明らか
ではないが、およそ次のような理由によるもので
はないかと推測される。すなわち、窒化珪素の焼
結過程はその焼結助剤の種類や量によつて異なる
が酸化マグネシウムのような酸化物の焼結助剤を
用いた場合、一般に次のようなことがいえる。ま
ず、窒化珪素の緻密化にはその焼結温度が大きく
影響している。窒化珪素では1100℃以上になると
粒子の再配列による緻密化がわずかであるが起こ
り始め、1300℃を超えるような温度では緻密化速
度はかなり速い。しかし、この緻密化速度も焼結
助剤の量を減少させると次第に遅くなり、同じ温
度でも緻密化に時間を要するようになる。このよ
うな緻密化過程と比較して、窒化珪素の曲げ強度
に大きく影響を及ぼすα型からβ型への転移が起
きる温度はかなり異なり、α−β転移は1500℃か
ら起こりはじめ、1600℃を超えるような温度にな
るとその転移速度は速くなる。特に、焼結助剤が
少ないとその緻密化速度はかなり遅く、α−β転
移が起こり、β−Si3N4の針状晶が成長してしま
うともはや緻密化はそれほど進行しないことが予
測される。すなわち、緻密化が速く進行する温度
とα−β転移により針状晶が成長する温度のずれ
があるため、1100℃〜1550℃の温度で３時間以上
前処理を行なうことによりかなり緻密化を進行さ
せ、さらには焼結体中にβ−Si3N4が均一に成長
するように十分核生成を起こさせたのち、1600℃
を超える温度でさらに十分な緻密化と均一なβ−
Si3N4の針状晶を成長させることにより従来の常
圧焼結法より少ない焼結助剤で緻密で高強度の窒
化珪素焼結体が得られたものと考えられる。また
このような前処理の効果は成形体の大きさ、形状
の影響を受け、大型品に対するほど前処理の効果
は前処理を施さないものに比較して大きい。な
お、この前処理の温度は緻密化に要するエネルギ
ー、時間などを考慮すると望ましくは1300〜1500
℃が適当である。 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１μｍのα型を50％以上含む窒化珪
素と焼結助剤として平均粒径が１μｍのMgOを
用い第１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
す条件によつて焼成し、得られた焼結体の密度、
室温での曲げ強度および酸化増量を測定し、第１
表のような結果を得た。なお曲げ強度は４×８×
25mm（スパン20mm）の試験片でJIS B4104により
測定し、酸化増量は試料を大気中で1200℃の高温
に24時間さらして酸化しその増量を測定した。
する高密度窒化珪素焼結体の製造法に関するもの
である。 窒化珪素焼結体は機械的強度、耐熱性、耐腐食
性などの緒特性に優れているために、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焼
結体を得ることは困難である。従来窒化珪素の製
法には金属珪素を窒化焼結させる反応焼結法、窒
化珪素粉末に焼結助剤を添加して焼結するホツト
プレス法、常圧焼結法がある。反応焼結法では複
雑な形状でも焼結できるが、密度が低いため強
度、耐酸化性が低い。またホツトプレス法では強
度、耐酸化性に最も優れているが、単純な形状し
か焼結できない。常圧焼結法ではかなり高強度の
ものが得られるが、焼結助剤が最も多く必要であ
り、高温下の強度劣下が激しく耐酸化性も反応焼
結法ほどではないが低い。しかし、常圧焼結法に
おいてその焼結助剤の量を減少させ、かつ十分緻
密化が達成できれば、高強度で耐酸化性の良い高
温構造材料となりうるはずである。そこで本発明
者らはこの目的にそつて窒化珪素焼結体の耐酸化
性を向上させるため、常圧焼結法におけるその焼
結方法に対して種々検討を行なつた。その結果、
窒化珪素粉末と焼結助剤との混合物を成形し、得
られた成形体を窒素ガスまたは窒素と非酸化性ガ
スとの混合ガスの雰囲気中で1100〜1550℃の温度
で３時間以上熱処理した後、窒素ガスまたは窒素
と非酸化性ガスとの混合ガスの雰囲気中で、1600
〜2200℃の温度で焼結すれば高い耐熱性と高温強
度を有することを見出し本発明を完成した。 以下に本発明を詳細に説明する。一般に窒化珪
素の焼結は窒化珪素粉末に焼結助剤を添加するこ
とにより液相を形成させ、その液相から針状晶の
β−Si3N4が析出することにより高強度の窒化珪
素焼結体が得られると考えられている。そのう
え、常圧焼結法によると緻密で高強度の焼結体を
得るにはかなり多量の焼結助剤を必要とするため
高温下における機械的強度、耐酸化性を大きく低
下させるという問題があつた。特に、窒化珪素焼
結体の耐酸化性を向上させるためには焼結助剤を
より減少させ、かつ緻密な焼結体を得ることが重
要となる。そこで、本発明においては窒化珪素粉
末と焼結助剤との混合物を成形し、得られた成形
体を窒素ガスまたは窒素と非酸化性ガスとの混合
ガスの雰囲気中で、1100〜1550℃の温度で３時間
以上熱処理した後、窒素ガスまたは窒素と非酸化
性ガスとの混合ガスの雰囲気中で1600〜2200℃の
温度で焼結するという焼成工程を経ることにより
従来の常圧焼結法におけるより少ない焼結助剤
で、緻密で高強度で耐酸化性の高い焼結体が得ら
れた。このような焼成工程によつて緻密で高強度
で耐酸化性の高い焼結体が得られる理由は明らか
ではないが、およそ次のような理由によるもので
はないかと推測される。すなわち、窒化珪素の焼
結過程はその焼結助剤の種類や量によつて異なる
が酸化マグネシウムのような酸化物の焼結助剤を
用いた場合、一般に次のようなことがいえる。ま
ず、窒化珪素の緻密化にはその焼結温度が大きく
影響している。窒化珪素では1100℃以上になると
粒子の再配列による緻密化がわずかであるが起こ
り始め、1300℃を超えるような温度では緻密化速
度はかなり速い。しかし、この緻密化速度も焼結
助剤の量を減少させると次第に遅くなり、同じ温
度でも緻密化に時間を要するようになる。このよ
うな緻密化過程と比較して、窒化珪素の曲げ強度
に大きく影響を及ぼすα型からβ型への転移が起
きる温度はかなり異なり、α−β転移は1500℃か
ら起こりはじめ、1600℃を超えるような温度にな
るとその転移速度は速くなる。特に、焼結助剤が
少ないとその緻密化速度はかなり遅く、α−β転
移が起こり、β−Si3N4の針状晶が成長してしま
うともはや緻密化はそれほど進行しないことが予
測される。すなわち、緻密化が速く進行する温度
とα−β転移により針状晶が成長する温度のずれ
があるため、1100℃〜1550℃の温度で３時間以上
前処理を行なうことによりかなり緻密化を進行さ
せ、さらには焼結体中にβ−Si3N4が均一に成長
するように十分核生成を起こさせたのち、1600℃
を超える温度でさらに十分な緻密化と均一なβ−
Si3N4の針状晶を成長させることにより従来の常
圧焼結法より少ない焼結助剤で緻密で高強度の窒
化珪素焼結体が得られたものと考えられる。また
このような前処理の効果は成形体の大きさ、形状
の影響を受け、大型品に対するほど前処理の効果
は前処理を施さないものに比較して大きい。な
お、この前処理の温度は緻密化に要するエネルギ
ー、時間などを考慮すると望ましくは1300〜1500
℃が適当である。 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１μｍのα型を50％以上含む窒化珪
素と焼結助剤として平均粒径が１μｍのMgOを
用い第１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
す条件によつて焼成し、得られた焼結体の密度、
室温での曲げ強度および酸化増量を測定し、第１
表のような結果を得た。なお曲げ強度は４×８×
25mm（スパン20mm）の試験片でJIS B4104により
測定し、酸化増量は試料を大気中で1200℃の高温
に24時間さらして酸化しその増量を測定した。
【表】
【表】
第１表より明らかな如く、本発明による熱処理
を施したNo.1〜No.10は比較品No.11R、12Rに比
し優れた嵩密度、曲げ強度、特に優れた耐酸化性
を示し、自動車用ガスタービン、エンジン部材、
切削工具その他一般高温用耐熱、耐摩耗、構造部
品としてすぐれた材質を提供するものである。 実施例 ２ 本実施例１では熱処理後冷却して、また再加熱
したが、熱処理後引き続いて本焼成に移つても同
様の結果が得られた。 なお、実施例１、２では焼結助剤としてMgO
を用いたが本発明はこれにこだわることなく、公
知の各種焼結助剤を使用できるものである。
を施したNo.1〜No.10は比較品No.11R、12Rに比
し優れた嵩密度、曲げ強度、特に優れた耐酸化性
を示し、自動車用ガスタービン、エンジン部材、
切削工具その他一般高温用耐熱、耐摩耗、構造部
品としてすぐれた材質を提供するものである。 実施例 ２ 本実施例１では熱処理後冷却して、また再加熱
したが、熱処理後引き続いて本焼成に移つても同
様の結果が得られた。 なお、実施例１、２では焼結助剤としてMgO
を用いたが本発明はこれにこだわることなく、公
知の各種焼結助剤を使用できるものである。
Claims (1)
- １ 窒化珪素粉末と焼結助剤との混合物を成形し
得られた成形体を窒素ガスまたは窒素と非酸化性
ガスとの混合ガスの雰囲気中で1100〜1550℃の温
度で３時間以上熱処理した後、窒素ガスまたは窒
素と非酸化性ガスとの混合ガスの雰囲気中で、
1600〜2200℃の温度で焼結することを特徴とする
窒化珪素焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188208A JPS5891072A (ja) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56188208A JPS5891072A (ja) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5891072A JPS5891072A (ja) | 1983-05-30 |
| JPS6152110B2 true JPS6152110B2 (ja) | 1986-11-12 |
Family
ID=16219653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56188208A Granted JPS5891072A (ja) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5891072A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62184315U (ja) * | 1986-05-13 | 1987-11-24 | ||
| JPS6330953U (ja) * | 1986-08-18 | 1988-02-29 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60186474A (ja) * | 1984-03-02 | 1985-09-21 | トヨタ自動車株式会社 | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
| JPS61215260A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-25 | 日本碍子株式会社 | ＳｒＯ―ＭｇＯ―ＣｅＯ２系窒化珪素セラミックスの製造法 |
| JPS62105958A (ja) * | 1985-11-01 | 1987-05-16 | 工業技術院長 | 繊維組織窒化ケイ素系焼結体の製造方法 |
| JPS63147868A (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-20 | マツダ株式会社 | 耐摩性摺動部材の製造方法 |
-
1981
- 1981-11-24 JP JP56188208A patent/JPS5891072A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62184315U (ja) * | 1986-05-13 | 1987-11-24 | ||
| JPS6330953U (ja) * | 1986-08-18 | 1988-02-29 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5891072A (ja) | 1983-05-30 |
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