JPS616180A - Thermal hydrostatic pressure treatment for ceramic - Google Patents

Thermal hydrostatic pressure treatment for ceramic

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JPS616180A
JPS616180A JP59122954A JP12295484A JPS616180A JP S616180 A JPS616180 A JP S616180A JP 59122954 A JP59122954 A JP 59122954A JP 12295484 A JP12295484 A JP 12295484A JP S616180 A JPS616180 A JP S616180A
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JP
Japan
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molded body
hot isostatic
isostatic pressing
glass
powder
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岡田 広
克彦 本間
宮永 順一
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、セラミックス粉末の成形体を熱間静水圧加工
(以下、II工Pという)処理によって緻密化し、品質
、性能の優れた製品成形体を得る方法、特に窒化けい素
などの難焼結性セラミックス粉末またはその成形体にガ
ラスシールを施した後、HIP処理を行なう方法に関す
る。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention densifies a ceramic powder compact by hot isostatic processing (hereinafter referred to as II Process), thereby forming a product with excellent quality and performance. The present invention relates to a method for obtaining a ceramic body, particularly a method in which a hard-to-sinter ceramic powder such as silicon nitride or a molded body thereof is glass-sealed and then subjected to HIP treatment.

I従来技術) H工P処理は、高温下で不活性ガスを圧カ媒体円して等
方的に被処理体を圧縮し、セラミックス・粉末、金属粉
末またはそれらの混合物若しくは成形体から緻密な焼結
体を製造したり、超硬合金の残留空孔を圧潰して除去し
たり、あるいは金属材−を拡散接合するための優れた方
法として知らn、広く利用されつつある技術である。一
方、構造材料用などに好適な性能を有するものとして近
時、脚光を浴びているセラミックス成形品は、従来、複
雑な製造工程を経て作られていたが、かかるH4F法の
出現により、その製造工程は著しく簡略化されると同時
に、成形品の特性は大いに向上し、そのバラツキも減少
するに至った。
I Prior Art) The H-P process compresses the object isotropically using an inert gas as a pressurized medium under high temperature. It is a technique that is becoming widely used and is known as an excellent method for manufacturing sintered bodies, crushing and removing residual pores in cemented carbide, or diffusion bonding metal materials. On the other hand, ceramic molded products, which have recently been in the spotlight as having suitable performance for structural materials, were traditionally made through a complicated manufacturing process, but with the advent of the H4F method, the production The process has been significantly simplified, and at the same time, the properties of the molded products have been greatly improved and their variations have been reduced.

HIP’iセラミックスの焼結に利用する方法としては
、大別すれば、 (1)  原材料粉末または成形体全カプセルに充填密
封するなど、適当なガスシール処理をしてからH工P装
置内で加熱、加圧する方法、および(2)予め適当な焼
結法により、理論密度比95%前後の密度を有し、気孔
が閉気孔となった焼結体を作り、これをそのままHIP
処理する方法の2種類に別けられる。
The methods used for sintering HIP'i ceramics can be roughly divided into: (1) Filling and sealing the entire raw material powder or compact into a capsule, performing an appropriate gas sealing process, and then sintering it in the HIP'i P equipment. Using a method of heating and pressurizing, and (2) a suitable sintering method in advance, a sintered body with a density of around 95% of the theoretical density ratio and closed pores is made, and this is then subjected to HIP as it is.
There are two types of processing methods.

上記のうち後者は、予備焼結体を製造する工程を必要と
する不利があるのみならず、そこで添加される焼結助剤
が、HIP処理を受けたセラミックス成形品の高温特性
の劣化Kl々招くという卸点かあり、それは特に高温下
における強度を必要者されることの多い窒化けい素セラ
ミックス等で卓、まさに致命的問題ともいえる。
Of the above, the latter method not only has the disadvantage of requiring a step of manufacturing a pre-sintered body, but also has the disadvantage that the sintering aid added therein may deteriorate the high-temperature properties of the HIP-treated ceramic molded product. This can be said to be a fatal problem, especially in silicon nitride ceramics, which often require strength under high temperatures.

一方、前者の方法は予備焼結による閉気孔化の工程が不
要であり、そのため焼結助剤による製品の悪影響もない
反面、原料粉末または成形体のシール形成という前処理
が必要である。従って、このシール形成技術の如何がセ
ラミックス成形品の性能0品質を左右する鍵であると云
うことができる。
On the other hand, the former method does not require the step of making the pores closed by preliminary sintering, and therefore the product is not adversely affected by the sintering aid, but on the other hand, it requires pretreatment of forming a seal on the raw material powder or the compact. Therefore, it can be said that the seal forming technology is the key to determining the performance and quality of ceramic molded products.

一般に、原料成形体のシールは、HIP処理において圧
力媒体であるガスを内部に侵入させない役割を果たすと
同時に、圧媒ガスによる静水[Eを成形体に加える圧力
伝達媒体ともなる。従って、その材質としては加熱、加
圧下で充分な気密性を保ち、かつ適宜な塑性を示し、最
終段階において成形品から容易に除去できる材質のもの
が望ましい。
In general, the seal of the raw material molded body plays the role of preventing gas, which is a pressure medium, from penetrating into the interior during HIP processing, and at the same time serves as a pressure transmission medium that applies static water [E] to the molded body due to the pressure medium gas. Therefore, it is desirable that the material be one that maintains sufficient airtightness under heating and pressure, exhibits appropriate plasticity, and can be easily removed from the molded product in the final stage.

このようなシール材料として鉄、モリブデン。Iron, molybdenum as such sealing materials.

ニッケル、白金、タンタル、チタンなどの各種金属やガ
ラ込などが用いられているが、セラミックス、特に17
00℃〜2000℃という高温のHIF条件を必要とす
る難焼結性材料で、複雑な形状の成形品を得るには、ガ
ラスは最適なシール材料の1つであるとさ扛、取扱い容
易で、かつ経済罰にも有利であることから、そのHIP
工程におけるシール材料としての応用について、従来か
ら鉢゛<の研究が行なわ扛ている。
Various metals such as nickel, platinum, tantalum, titanium, etc. are used, but ceramics, especially 17
Glass is a difficult-to-sinter material that requires high-temperature HIF conditions of 00°C to 2000°C, and is one of the best sealing materials for producing molded products with complex shapes. , and it is also advantageous for economic punishment, so its HIP
Research has been carried out on pots for their application as sealing materials in manufacturing processes.

例えば、特開昭51−100913号公報には、窒化け
い素などのセラミックス、のHIP成形注形法て、セラ
ミックス粉末予備成形体を高軟化温度の高シリカガラス
粉末中に埋込んだ形で、更に比較的低軟化温度のガラス
カプセル内に収容し、排気密封した後、H工P処理に付
する、所謂、ガラスカプセル法が開示されている。この
方法によ扛ばHIP処理時にガラスカプセルが塑性変形
可能な温度に達した頃を見計らって圧力を加え、カプセ
ルの流失前に、1°、5シリカガラス扮未の外層部分に
気密層が形成された頃に、更に温度、圧力を4−昇させ
るという、複雑にして微妙な条件を設定しなければなら
ず、しかもなお、シール形成に確実を期し難いという難
点がある。そればかりでなく予備成形体が複雑形状で大
型の場合には、それに見合うガラスカプセルの製作、加
工が困短であるという欠点もある。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-100913 discloses a HIP casting method for ceramics such as silicon nitride, in which a ceramic powder preform is embedded in high silica glass powder with a high softening temperature. Furthermore, a so-called glass capsule method is disclosed in which the material is housed in a glass capsule having a relatively low softening temperature, sealed for evacuation, and then subjected to H-P treatment. With this method, pressure is applied when the glass capsule reaches a temperature at which it can be plastically deformed during HIP treatment, and an airtight layer is formed on the outer layer of the 1°, 5 silica glass before the capsule is washed away. When the temperature and pressure are further increased by 4 degrees, complicated and delicate conditions must be set, and there is still a problem in that it is difficult to ensure that the seal is formed. In addition, if the preform has a complicated shape and is large, it is difficult to manufacture and process a glass capsule corresponding to the preform.

また、特開昭54−144413号公報には、高シリカ
ガラス粉末の水懸濁液に窒化けい素子備成形品を浸漬す
るなどして、予備成形品の表面にガラス多孔質層を設け
たもの1HIP処理に付せ軟、HIP処理中の高温によ
ってガラス多孔質層が焼結し、ケーシングが形成される
という、所謂焼結ガラス法が提案されている。しかし、
この方法では、ガス多孔質層の強度が小さいことに起因
する乾燥亀裂および焼結時のガラス多孔質層の収縮によ
る亀裂が発生し易く、I(1F処理に必要な完全なガス
シールの形成は、かなり困難である。
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-144413 discloses a method in which a glass porous layer is provided on the surface of a preformed product by immersing a silicon nitride element-equipped molded product in an aqueous suspension of high silica glass powder. 1. A so-called sintered glass method has been proposed in which a glass porous layer is sintered by the high temperature during the HIP treatment and a casing is formed. but,
In this method, drying cracks due to the low strength of the gas porous layer and cracks due to shrinkage of the glass porous layer during sintering are likely to occur, and the formation of a complete gas seal required for I (1F processing is difficult). , is quite difficult.

更に、特開昭52−58714号公報には、耐熱性の容
器の中にパイレックス■ガラスなどの低軟化温度のガラ
ス粉末を充填し、このガラス粉末中にセラミックスなど
の成形体を埋設した上、高真空中で脱ガスしながら昇温
して、溶融したガラスで被覆された成形体となし、この
全体1HIP処理に付するという、所謂、ガラス浴法が
記載されている。ところが、この方法においては、パイ
!/ッ3/7.■カ’ 77.(Na2OK2Oaz、
o3B。。3−3in2)またはソーダガラス(Na2
Ocao  A1403−3in、)などの低軟化温度
のガラスを使用するため、シール形成は容易であるが、
セラミックスのHIP処理温度である1600−200
01:、という高温においては、Na2O、K2O、B
2O3等の成分の蒸発が著しく、セラミックス成形体は
これら成分に汚染されて性能が劣化する。特に、Na2
O+ K2O。
Furthermore, JP-A No. 52-58714 discloses that a heat-resistant container is filled with a glass powder having a low softening temperature such as Pyrex glass, and a molded body such as ceramics is embedded in the glass powder. The so-called glass bath method is described, in which the temperature is raised while degassing in a high vacuum to form a molded body covered with molten glass, and the entire body is subjected to 1HIP treatment. However, with this method, pie! /t3/7. ■Ka' 77. (Na2OK2Oaz,
o3B. . 3-3in2) or soda glass (Na2
Forming a seal is easy because glass with a low softening temperature, such as Ocao A1403-3in, is used.
1600-200, which is the HIP processing temperature for ceramics.
At a high temperature of 01:, Na2O, K2O, B
The evaporation of components such as 2O3 is significant, and the ceramic molded body is contaminated with these components and its performance deteriorates. In particular, Na2
O+K2O.

’11203 、 OaO等により汚染されたSi3N
、社、粒界に1=、o −Sin2. CaO−Si0
2等の低軟化温度のガラス粉末層され、1000℃以上
のような品温条件下における強度が著しく低下するため
、高温構造材としてのSi3N、セラミックスの長所は
失われてしまう。更にまた、添付図面、第5図の概要説
明図に示したように、坩堝(])に充填されたガラス粉
末(2)の中に埋設されたセラミックス成形体(3)よ
りなる(A)を加執すれば、ガラス(3)がパイレック
ス■ガラス、すなわち硼珪酸ガラスのような低軟化温度
のものである場合は、気密ガラス層(4)が容易に形成
されセラミックス成形44(3)は完全にシールされた
状態(B)となるが、この場合上述の汚染間it伴なう
のみならずB1P加圧工程で粘度が著しく低下した溶融
ガラスが成形体の細孔に侵入し、充分な緻密化が達成さ
れない。そ7″Lを解決せんとして高軟化温度のガラス
を採用すると、第6図に示すように、IjO熱によって
ガラス粉末層(2)は軟化融着して収縮するにも拘らず
、内部の成形体(3)は収縮しないため、(0)図のよ
うにガラス層(4)に収縮によるひび割れ(5)ヲ生じ
、完全なシールが得られないことがある。その傾向は、
Si3N4のHIP成形のように1700℃以上もの高
温を要する時に用いられる高軟化渇ガラスの場合、特に
顕著であり、シリカガラスを用いたときは、ガラス層(
4)の厚さに相当程度に大きくしても、、11700℃
以下のシール形成処理温度では避けられない。
'11203, Si3N contaminated with OaO etc.
, Inc., 1=, o -Sin2. at the grain boundary. CaO-Si0
The strength of Si3N and ceramics as high-temperature structural materials is lost as a result of the glass powder layer having a low softening temperature such as No. Furthermore, as shown in the attached drawings and the schematic explanatory diagram of FIG. In addition, if the glass (3) is Pyrex glass, that is, a material with a low softening temperature such as borosilicate glass, the airtight glass layer (4) can be easily formed and the ceramic molding 44 (3) can be completely completed. However, in this case, not only is the above-mentioned contamination caused, but also the molten glass, whose viscosity has significantly decreased in the B1P pressurization process, enters the pores of the molded body and is not sufficiently densified. is not achieved. If glass with a high softening temperature is used to solve the problem 7″L, as shown in Figure 6, although the glass powder layer (2) softens and fuses and shrinks due to IJO heat, the internal molding Since the body (3) does not shrink, cracks (5) may occur in the glass layer (4) due to shrinkage as shown in figure (0), and a complete seal may not be obtained.
This is particularly noticeable in the case of highly softened glass used when high temperatures of 1700°C or higher are required, such as HIP molding of Si3N4, and when silica glass is used, the glass layer (
Even if the thickness is considerably increased to 4), the temperature will reach 11,700℃.
This is unavoidable at seal forming processing temperatures below.

その他、原料粉末成形体の表面にアルミナ等を溶射法に
よりコーティングする、所謂コーティング法などもある
が、溶射コーティング層は剥離し易く、1だ、コーティ
ング層自体も、ガスシールが可能なほど緻密なものは得
られず、この方法は粉末成形体のシール法としては使用
困%Iである。
In addition, there is a so-called coating method in which the surface of the raw material powder compact is coated with alumina, etc. by thermal spraying, but the thermal spray coating layer is easy to peel off. This method cannot be used as a sealing method for powder compacts.

(発明が解決し、ようとする問題点) 本発明者等は、セラミックスのHI P +Jt+ +
:E処理において、従来技術が有する叙トの&r+き種
々の問題点および難点を解消するために、鋭意(1)[
究を重ねた結果、本発明に到達したものである。
(Problems to be solved and attempted by the invention) The present inventors have solved the problem of ceramics HIP +Jt+ +
:E processing, in order to solve the various problems and difficulties of the prior art, (1) [
As a result of repeated research, we have arrived at the present invention.

すなわち、本発明の]」的は、対理論密度比が少なくと
も99%の密度1でに関度に緻密化され、不純物の汚染
による性能劣fヒのない高品質のセラミックス成形体を
提供するにある。他のlfl的は、難焼結性セラミック
ス、特に、Si3N4の粉末捷たはその予備焼結体より
、高温特性に格別優れた高強度かつ均質な構造材料を取
得するにある。
That is, the object of the present invention is to provide a high-quality ceramic molded body which is densified to a density of at least 99% relative to the theoretical density and has no performance deterioration or damage due to impurity contamination. be. Another lfl objective is to obtain a high-strength and homogeneous structural material with exceptionally excellent high-temperature properties from hard-to-sinter ceramics, especially Si3N4 powder or its pre-sintered body.

別の目的は、1,5い軟化温度を有する高シリカガラス
をガスシール用拐料として、形状複雑にして寸法大なる
セラミックス成形体にも、簡単、容易に確実、完全なシ
ールf:施し、成形体を破損することなくHII)処理
を行なった−11、ガラスシールを難無く離型させる一
連の優れた方法を提供するにある。その他のII的は以
下の記載によって容易に理解される。
Another purpose is to use high silica glass, which has a softening temperature of 1.5 degrees, as a gas sealing material to provide a simple, easy, reliable, and complete seal, even on ceramic molded bodies with complex shapes and large dimensions. The object of the present invention is to provide a series of excellent methods for easily releasing a glass seal from a mold by carrying out HII) treatment without damaging the molded product. Other features will be easily understood from the following description.

(問題点を解決するための手段) しかして上記+1的は、耐熱性の型に充填された高シリ
カガラス粉末中にセラミックス成形体を埋設し、該ガラ
スの粘度が約1010t’イズ以上となる温度テホット
プレスを施し、て、上記セラミックス成形体の周囲にガ
スシール層を形成し、該ガスシール層で蔽われたセラミ
ックス成形体を拡間静水圧加圧処理に付すことによって
達成される。
(Means for solving the problem) However, in the above +1, a ceramic molded body is embedded in high silica glass powder filled in a heat-resistant mold, and the viscosity of the glass is about 1010 t'Is or more. This is achieved by subjecting the ceramic molded body to hot pressing to form a gas sealing layer around the ceramic molded body, and subjecting the ceramic molded body covered with the gas sealing layer to an expansion isostatic pressure treatment.

ここで本発明方法を適用するセラミックスは、Si3N
4 、 SiO、BN 、 TiN 、 Tic、 A
t2o3等、ある→はそれらの少なくとも1つを主成分
とする耐熱性セラミックスであるが、就中、その優れた
高温特性と高強度の故に耐熱構造材用原料として利用価
値が高い813N4は特に重要である。従って、以下本
発明を詳述するに当っては、セラミックスの代表例とし
てSiaN4’を用いることにする。
The ceramic to which the method of the present invention is applied is Si3N
4, SiO, BN, TiN, Tic, A
t2o3, etc. are heat-resistant ceramics containing at least one of them as a main component, and 813N4 is especially important because of its excellent high-temperature properties and high strength, which has high utility as a raw material for heat-resistant structural materials. It is. Therefore, in describing the present invention in detail below, SiaN4' will be used as a representative example of ceramics.

そして、上記セラミックスは、成形体として本発明方法
に適用される。かかる成形体は例えば、1ラミツクス粉
末を、ラバーまたけプラスチックオのような軟質のカプ
セルに入を密封して、周囲4・ら液圧を加えて等方圧縮
する、所謂、冷間・・イドロスタテイックプレス(cI
p)と称スる公知の方法、或いは射出成形、押出成形等
、通常の成形法によって成形され、更に必要に応じて機
械的研削などによって所望の形状に加工されたものであ
る。又、成形体強化の目的のためにさらにシール前に予
備一次焼成を施してもよい。
The above-mentioned ceramic is applied to the method of the present invention as a molded body. Such a molded body is produced, for example, by placing Lamics powder in a soft capsule, such as a rubber-lined plastic capsule, and isotropically compressing it by applying hydraulic pressure from the surrounding area. Static press (cI
It is molded by a conventional molding method such as injection molding, extrusion molding, or a known method called p), and further processed into a desired shape by mechanical grinding or the like as necessary. Further, for the purpose of strengthening the compact, preliminary firing may be performed before sealing.

特に複雑な形状の成形体の場合には生の成形体では欠け
が起ることがあるので、一次焼成をすることが好適であ
る。この場合、一次焼成は、1400℃以下では充分な
強化目的が達成されず、2000℃以上では粒成長が起
り、HIP後の焼結体強度が下がることから、通常、3
.400℃〜2000℃で、助剤無添加で行なうことが
好捷しい。
Particularly in the case of a molded body having a complicated shape, it is preferable to perform primary firing, since chipping may occur in a green molded body. In this case, primary sintering is usually performed at 300°C or less, because sufficient strengthening purposes cannot be achieved at temperatures below 1400°C, and grain growth occurs at temperatures above 2000°C, reducing the strength of the sintered body after HIP.
.. It is preferable to carry out the reaction at a temperature of 400°C to 2000°C without adding any auxiliary agent.

世し、1800℃以下ではN21気圧中で可能であるが
、1800〜20’ O0℃ではN2加圧芥囲気とする
ことが必要である。とりわけS i 3 N。の分解抑
制のためには例えば1800℃ではN、 5気田雰囲気
However, at temperatures below 1800°C, it is possible to use N21 atmosphere, but at 1800 to 20°C, it is necessary to use a N2 pressurized atmosphere. Especially S i 3 N. For example, at 1800°C, use N, 5K atmosphere to suppress decomposition.

2000℃ではN230気圧雰囲気とすることがなf寸
しい。
At 2000°C, it is difficult to create an atmosphere of N230 atm.

又、焼成時間は15〜60分位で充分であり、それ以上
はいくら長時間焼成しても同様である。
Further, a firing time of about 15 to 60 minutes is sufficient, and no matter how long the firing time is, the same holds true.

着して、一次焼成体の密度としては、1400〜485
0℃までは生成形体と変らず、例えば62謬→62%で
あるが、19oO〜2ooo℃でに多少の増加を来たし
、62%−→65%となる。とI″Lは一次焼成では粒
子の接触点において弱い結合を生じるのみで、成形体全
体の収縮は起らないため強度は上がるに拘らず密度では
変化が殆んど見られないことである。
The density of the primary fired body is 1400 to 485.
Up to 0°C, there is no difference from the produced form, for example, 62°C → 62%, but there is a slight increase at 19°C to 200°C, and it becomes 62% - → 65%. and I″L, the primary firing only produces weak bonds at the contact points of the particles and does not cause shrinkage of the entire molded body, so even though the strength increases, there is almost no change in density.

このようにして一次焼成すれば取扱いが良好でかつ崩れ
ないためより高庄が付加でき、シールの高速化を果たす
If the primary firing is performed in this manner, it is easy to handle and does not crumble, making it possible to add more strength and speed up sealing.

かくて本発明におけるセラミックス成形体は前記所望の
形状に成形された生の成形体の外、上記の史に一次焼成
を施した成形体をも包括して意味する。
Thus, the ceramic molded body in the present invention includes not only the raw molded body molded into the desired shape, but also the molded body that has been subjected to primary firing as described above.

(発明の詳細な説明) 以丁、本発明方法の具体的な態様について更に添イ」図
面を浴照しつつ説明を加える。
(Detailed Description of the Invention) Specific embodiments of the method of the present invention will be further explained with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明方法の工程を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the steps of the method of the present invention.

第2図は、温度に対する、外挿ガラスの粘度変化を示す
線図である。
FIG. 2 is a diagram showing the change in viscosity of extrapolated glass with respect to temperature.

第3図は本発明方法の好捷しい態様を示す概要図である
FIG. 3 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the method of the invention.

FIS4図は、本発明方法のHIP加圧処理のプログラ
ムパターンを示す線図である。
FIS diagram 4 is a diagram showing a program pattern of the HIP pressurization process of the method of the present invention.

第1図において、(D)に示したような前記各種形状の
Si3N4等のセラミックス成形体(3)は、先ず、(
E)に示すように、耐熱性の型(6)の中に装入さnる
In FIG. 1, the ceramic molded bodies (3) of Si3N4 or the like having various shapes as shown in (D) are first prepared by (
As shown in E), it is placed into a heat-resistant mold (6).

その際、セラミックス成形体(3)は、型(6)に充填
された高シリカガラス粉末(7)中に埋設された状態と
される。
At this time, the ceramic molded body (3) is embedded in the high silica glass powder (7) filled in the mold (6).

上記型(6)は、少なくとも充填される高シリカガラス
粉末(7)の軟化温度に充分耐えられる硬質材料、例え
ば黒船を以って形成される。
The mold (6) is made of a hard material, such as black ship, which can sufficiently withstand at least the softening temperature of the high silica glass powder (7) to be filled.

また、高シリカガラスは、少なくとも96重量%のSi
02成分からなるものが好−1L<、その典型的な例と
しては、実質的にSi02100%からなるシリカガラ
スおよびSi0296.7重量% 、 B20304重
量%の組成を有するバイコール0ガラス等が挙げられる
Also, high silica glass includes at least 96% Si by weight.
Typical examples thereof include silica glass consisting essentially of 100% Si02 and Vycor 0 glass having a composition of 96.7% by weight of Si02 and 304% by weight of B20.

このようなガラスは、セラミックス成形体のHIP加圧
処理に必要な温度、すなわち1600〜2000℃の高
温においても、Na2O、K2O、Oak。
Such glass retains Na2O, K2O, and Oak even at the temperatures required for HIP pressure treatment of ceramic molded bodies, that is, at high temperatures of 1,600 to 2,000°C.

B2O3等の成分の蒸発が実質的に認められず、Si3
N4を汚染することがない。
There is virtually no evaporation of components such as B2O3, and Si3
No contamination of N4.

上述のように、高シリカガラス粉末(7)中に埋設置れ
た状態で耐熱性の型(6)に装入されたセラミノ刻ス成
形体(3)は、次いでホットプレスを施される。
As mentioned above, the ceramino cut molded body (3), which is embedded in the high silica glass powder (7) and charged into the heat-resistant mold (6), is then subjected to hot pressing.

ホットプレスは先ず高シリカガラス粉末(7)が塑性変
形を起こし得る温度まで、発熱体(8)による直接加熱
又は誘導加熱などの加熱手段によって加熱゛〕〜た上で
、油圧など適宜な手段で作動するブレスレム(9)によ
り、型(6)の上m (Io) k押し下は加用して詐
゛ラス粉末を緻密化し、セラミックス成形体ノ周囲にガ
ラスのガスシール層を形成する。
In hot pressing, the high silica glass powder (7) is first heated by a heating means such as direct heating or induction heating using a heating element (8) to a temperature at which plastic deformation can occur, and then heated by an appropriate means such as hydraulic pressure. The actuated bracelet (9) applies the upper and lower pressures of the mold (6) to densify the glass powder and form a gas-sealing layer of glass around the ceramic compact.

ガラス粉末に塑性変形を起こさせるには、その粘度〔η
〕を約1010ボイズ以丁、好寸しくけ、約109°5
ポイズ以ドとしなければならない。
In order to cause plastic deformation of glass powder, its viscosity [η
] Approximately 1010 boys, approximately 109°5
Must be less than poise.

第2図に示すように、〔η〕≦1010ボイスとなる温
度は、シリカガラスの場合、約1300c以上であり、
バイコール0ガラスの場合で約1150℃以上である。
As shown in Fig. 2, the temperature at which [η]≦1010 voices is approximately 1300c or higher in the case of silica glass,
In the case of Vycor 0 glass, the temperature is about 1150°C or higher.

また〔η) sl O”5ボイズとなるン晶度は前者が
約13jO℃以上、後者が約1250℃以上である。〔
η〕の値が約1o10ボイズを枦えると塑性変形し難く
、緻密なガスシール層の形成が困難でちるばかりでなく
、セラミックス成形体(3)に静水圧的な力が作用せず
に、成形体(3)が破損することがある。破損を防止す
るには、〔η〕が充分に小さくなるよう高温とするほど
良い。′但し約1800℃を趙えると513N4は熱分
解を起こすため、セラミックスがSi3N4の場合は加
熱温度は約1800℃以下とする。熱分解の起こらない
セラミックスのときは、それ以」二でもよいが、実用的
には約100℃以下が好ましい。また、〔η〕が小さ過
ぎると溶融ガラスが型の隙間から漏出する盲とがあるの
で注意を要する。
In addition, the crystallinity of [η) sl O''5 voids is approximately 13JO℃ or higher for the former, and approximately 1250℃ or higher for the latter.
When the value of [η] exceeds approximately 1o10 voids, it is difficult to plastically deform, and it is difficult to form a dense gas sealing layer, which leads to not only the formation of a dense gas sealing layer but also the fact that hydrostatic force does not act on the ceramic molded body (3). The molded body (3) may be damaged. In order to prevent damage, the higher the temperature so that [η] is sufficiently small, the better. 'However, 513N4 causes thermal decomposition when heated to about 1800°C, so if the ceramic is Si3N4, the heating temperature should be about 1800°C or lower. In the case of ceramics that do not undergo thermal decomposition, the temperature may be lower than that, but practically it is preferably about 100°C or lower. Also, care must be taken because if [η] is too small, the molten glass may leak out from the gaps in the mold.

ホットプレスの加圧は、高シリカガラス粉末(7)d加
熱緻密化に伴なう収縮ひび割れを防ぎ、緻密化したガラ
ス層で完全にセラミックス成形体(3)の周凹を蔽い、
ガスシール層を完成させる重要な働きをする。加[f:
、する場合のブレス[Eは1〜100獅が望ましい。こ
の範囲にあればプレス圧が低くても、〔η〕が小である
か、−!たは時間をかければ緻密化は充分性なわれる。
The hot press pressurizes the high silica glass powder (7)d to prevent shrinkage cracks caused by heating and densification, completely covering the circumferential recesses of the ceramic molded body (3) with the densified glass layer,
It plays an important role in completing the gas seal layer. Add [f:
, the breath [E is preferably 1 to 100]. If it is in this range, even if the press pressure is low, [η] is small or -! The densification becomes sufficient if time is spent.

しかしながら、あまり時間をかけると、ガラス粉が結晶
化を起こす等の弊害があるため、温度が低目の場合は、
特に5覧以上のプレスIFが望ましい。プレス圧の上限
は特にないが、100ηもあれば充分であり、あ4り高
圧を急激に印加すると、セラミックス成形体を破損する
ことがある(一次焼成すればある程度防+hすることが
できるが)ため好ましくない。
However, if too much time is spent, the glass powder may cause crystallization, so if the temperature is low,
In particular, a press IF with 5 or more views is desirable. There is no particular upper limit to the press pressure, but 100η is sufficient; sudden application of high pressure may damage the ceramic molded body (although primary firing can prevent this to some extent). Therefore, it is undesirable.

加圧操作はガラス粉末が緻密化し、ガラス層の収縮が完
了して、ブレスラ、ム(9)の動きが停止するまで行な
わむ、その時間は概ね15〜30分程度である。緻密化
に要する時間、すなわち焼結速度は、ガラス粉末の粒度
にも関係する。粒度は細かいほど焼結性すなわちシール
性良好であり、ガラス粉末の平均粒径1fl以下程度が
好1しく、史に0.1mm1以下ならば焼結速度が犬と
なるために、よし好ましい。
The pressurizing operation is continued until the glass powder becomes densified, the shrinkage of the glass layer is completed, and the movement of the Bresler plate (9) stops, which takes about 15 to 30 minutes. The time required for densification, ie, the sintering rate, is also related to the particle size of the glass powder. The finer the particle size, the better the sinterability, that is, the sealing property.The average particle size of the glass powder is preferably about 1 fl or less, and if it is 0.1 mm or less, the sintering speed will be poor.

本発明方法により、ホンドブ1/スを用いてガスシール
層を形成すれば、シリカガラスのような高軟化温度全有
するガラスであっても、ガラス粉体層の収縮を加圧によ
り補うために、ガラス相の収縮割れを生ずることなく、
1400℃程度の温度で充分に、確実かつ完全なガスシ
ールが可能である。
If a gas sealing layer is formed using Hondobu 1/S according to the method of the present invention, even if the glass has a high softening temperature such as silica glass, it will be possible to compensate for the shrinkage of the glass powder layer by applying pressure. without causing shrinkage cracks in the glass phase.
Sufficient, reliable and complete gas sealing is possible at a temperature of about 1400°C.

本発明方法による」―述のホットプレスを、第1図(E
)に示すように、真空チャンバ(11)のような減圧状
態の雰囲気中で行なうことは、セラミックス成形体(3
)および局シリカガラス粉末(7)表面の吸着ガスが除
去されるので゛望ましいことである。すなわち、ホット
プレス装置を気密に収納するケーシング(ロ)の吸引管
(13)を真空ポンプ(図示しない)に接続し、真空チ
ャンバ(11)を好1しくけlo’maHf以下の真空
状態に保つのである。このような真空の他に、窒素ガス
またはアルゴンガスのような不活性ガス雰囲気下でも可
能であるが、内蔵されたガスが、H工P処理[二程の昇
温時に膨張して、シールガラス層を破壊することがある
ので、予め内圧に見合う程度のHIP圧を印加しておく
等の工夫が必要となり、操作が複雑となるので推奨され
ない。
1 (E
), the ceramic molded body (3
) and the adsorbed gas on the surface of the silica glass powder (7) are removed, which is desirable. That is, the suction pipe (13) of the casing (B) that airtightly houses the hot press device is connected to a vacuum pump (not shown), and the vacuum chamber (11) is preferably kept in a vacuum state below lo'maHf. It is. In addition to such a vacuum, it is also possible to use an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas. Since the layer may be destroyed, it is necessary to apply a HIP pressure corresponding to the internal pressure in advance, and the operation becomes complicated, so it is not recommended.

また、ホットプレスを施すA3144などのセラミック
ス成形体が、HI P処理時にガラス層と反応す■こと
を避けるため、BN、すなわちボロンナイト多イドの粉
をガスシール層とセラミックス成形体計の間に介在させ
ることは極めて好ましいことである。このよりなりN粉
の介在は、第3図に示すように、セラミックス成形体(
3)の表面にBN粉0→を約2■以上の厚さ、好ましく
は約3m以上の厚さに塗布した状態(H)のものを、高
シリカガラス粉末(7)中に埋設した状e (、T)と
することによって行なわれる。介在するBN粉はまた、
固体二次用媒体としてセラミックス成形体に、より静水
圧的なH工P圧を伝達する作用をなすものであり、特に
、複雑な形状の成形体にそのような作用をするには、B
N粉の塗布厚さを約31IoI+以上とすることが好ま
しい。
In addition, in order to prevent hot-pressed ceramic molded bodies such as A3144 from reacting with the glass layer during the HIP process, BN, or boronite-rich powder, is placed between the gas seal layer and the ceramic molded body. It is highly preferable to intervene. As shown in FIG.
The state (H) in which BN powder 0→ is coated on the surface of 3) to a thickness of about 2 cm or more, preferably about 3 m or more, is embedded in the high silica glass powder (7) e. (,T). The intervening BN powder is also
It acts as a solid secondary medium to transmit more hydrostatic pressure to the ceramic molded body, and in particular, in order to have such an effect on a molded body with a complicated shape, B
It is preferred that the coating thickness of the N powder be approximately 31 IoI+ or more.

塗布厚さが小さ過ぎると、ホットプレスの際にEN層の
変形により、セラミックス成形体の一部が絽出して、ガ
ラスと接触し、界面で両者の反応が起こり、製品価値を
損なうことがあり、また、複雑形状の成形体の場合、一
次焼成しない生の成形体ではホットプレス時の非静水圧
応力成分により成形体が欠けたり破損することがある。
If the coating thickness is too small, part of the ceramic molded body may come out due to deformation of the EN layer during hot pressing, come into contact with the glass, and a reaction between the two may occur at the interface, resulting in loss of product value. In addition, in the case of a molded body having a complex shape, a raw molded body that has not been primarily fired may be chipped or damaged due to non-hydrostatic stress components during hot pressing.

値上の如</II、て緻密rヒした高シリカガラスより
なるガスシールW (15)で蔽われたセラミックス成
形体(3)を、第1図(F)に示すように耐熱性の型(
6)より取出して、HIF加圧処理に付す。
As shown in FIG. (
6) and subjected to HIF pressure treatment.

HIP加田処理は、ガスシールさnた成形体(3)を、
耐熱性の支持物質(16)、例えばBN粉の中に埋設し
た状態で、耐熱性坩堝07)、例えば黒船坩堝に収容し
、それを、電熱板等の内部加熱要素θ8)を内装し且つ
圧媒ガス導入孔(19)を有する耐圧密閉容器(イ)よ
りなる公知のHIP装置(G)中に装入して行なう。
HIP Kada treatment produces a gas-sealed molded body (3),
It is embedded in a heat-resistant support material (16), for example, BN powder, and placed in a heat-resistant crucible 07), for example, a Kurofune crucible. The process is carried out by charging into a known HIP apparatus (G) consisting of a pressure-tight sealed container (A) having a medium gas introduction hole (19).

加熱加圧条件は、ガスシール層α5)のガラスの物性お
よびセラミックス成形体(3)の種類等により、適宜な
プログラムに設定される。
The heating and pressurizing conditions are set in an appropriate program depending on the physical properties of the glass of the gas seal layer α5), the type of the ceramic molded body (3), and the like.

第4図は、シリカガラスからなるガスシール層で蔽われ
たSi3N4成形体にHIP加田処理を施す場合の処理
プログラム、パターンの一具体例を示したものである。
FIG. 4 shows a specific example of a processing program and pattern for performing HIP Kada treatment on a Si3N4 molded body covered with a gas sealing layer made of silica glass.

このパターンにおいて、最初の昇温過程のように、低圧
で昇温する場合には、通常のHIP装憤でけ炉体の保全
上、最低限I MPa程度の初期圧をかけることが望ま
しい。従って、セラミックス成形体にガラスシール’に
行なっテHIP処理する場合には、ガラスの昇温、軟化
過程で圧力が印加されるため、ガラスの軟化温度より可
成り低い温度で変形が開始さnる。この場合、ガスシー
ル層の各部における変形速度に差が生じ易く、セラミッ
クス成形体に非静水圧力が作用するため、セラミックス
成形体が破損してしまう。それを防ぐためには、この場
合、セラミックス成形体とガスシール層との間に二次王
媒としてBN粉末4介在させ、ガスシール層の変形によ
る非静水圧伽な力がセラミックス成形体に直接作用する
のを避ける構成とする要がある。
In this pattern, when the temperature is raised at low pressure as in the first temperature raising process, it is desirable to apply an initial pressure of at least about I MPa in order to maintain the furnace body during normal HIP charging. Therefore, when performing the HIP treatment on a ceramic molded body to form a glass seal, pressure is applied during the heating and softening process of the glass, so deformation begins at a temperature considerably lower than the softening temperature of the glass. . In this case, differences in deformation speed in each part of the gas seal layer tend to occur, and non-hydrostatic pressure acts on the ceramic molded body, resulting in damage to the ceramic molded body. In order to prevent this, in this case, BN powder 4 is interposed as a secondary royal medium between the ceramic molded body and the gas seal layer, so that the non-hydrostatic force due to the deformation of the gas seal layer acts directly on the ceramic molded body. It is necessary to configure the structure to avoid this.

通常、最も一般的に採用される、セラミックスのHIP
処理条件は、温度約1600〜2000℃、好捷しくに
1700〜1800℃、lF力約10 MPa以上、好
1しくは50 MPa以上であり、この処理条件まで約
2時間を要して竹濡、昇圧し、約0.5〜2時間その条
件に保持して緻密化を行なった上、更に約2時間程度を
要して降温、降[T:、する。
HIP for ceramics, which is usually the most commonly adopted
The processing conditions are a temperature of about 1600 to 2000°C, preferably 1700 to 1800°C, and an IF force of about 10 MPa or more, preferably 50 MPa or more, and it takes about 2 hours to achieve this treatment condition. , the pressure was increased and the conditions were maintained for about 0.5 to 2 hours to achieve densification, and then the temperature was lowered for about 2 hours.

これらの条件が、予熱炉の設置、HIP装置の構造の工
夫、あるいはセラミックスの種M 、 f ’J:U成
形条件等により、種々に変化し得ることは云う迄もない
It goes without saying that these conditions can be varied in various ways depending on the installation of the preheating furnace, the devising the structure of the HIP device, the type of ceramic M, f'J:U molding conditions, etc.

HXP加工処理後のガラスのシール層の除去に関しては
、例えばアルミナを研磨材としたショットピーニング法
により、比較的容易に行なうことができる。
Removal of the glass sealing layer after HXP processing can be done relatively easily, for example, by shot peening using alumina as an abrasive.

」二連の本発明方法によって、無焼結性セラミックス、
例えばSi、N4は、対理論密度比少なくとも99弼の
密度を有し、しかもガスシール層のガラスによる汚染に
よる性能劣化が認めら贅ず、高温特性fの著しく優)ま
た高強度かつ均質な構造材料となる。
” By the two-stage method of the present invention, non-sintering ceramics,
For example, Si and N4 have a density with a theoretical density ratio of at least 99, have no performance deterioration due to contamination of the gas seal layer with glass, and have extremely excellent high-temperature properties f), and have a high strength and homogeneous structure. Becomes a material.

(爽l施例) 以下、本発明を史に実施例について説明する。(Refreshing example) Embodiments of the present invention will be described below.

実施例1 平均粒径0.5μのSi3N4粉末を、焼結助剤を添加
することなく方盤状ゴムカプセルに充填し、500 M
Paの圧力で10分分間間静水圧加圧成形を行なった。
Example 1 Si3N4 powder with an average particle size of 0.5 μm was filled into a disk-shaped rubber capsule without adding a sintering aid, and 500 M
Isostatic pressure molding was performed at a pressure of Pa for 10 minutes.

得らnた予備成形体を切削加工して、3cP″×45α
X5α′もの刃盤状成形体とした。このものは対理論密
度の63%の密度を有していた。
The obtained preform was cut to 3cP″×45α
A blade-shaped molded body of X5α′ was obtained. This had a density of 63% of theoretical density.

刃盤状成形体の全表面に平均粒径】μのBN粉末f 3
 miの厚さに塗布した。325メツシユ以下の粒度の
シリカガラス粉末中に、上記のBNN塗布盤盤状成形体
埋め込1れた状態で、それらを第11A(E)に示すホ
ットプレス機の黒船型(6)の中に充填した。真空チャ
ンバ(11)内をlo2mz)(r名城11モして、成
形体、 BN粉およびガラス粉末の表面に1汲陪したガ
スを除去しつつ加熱した。温度が約>−400℃吉なっ
たところで、油圧装置を作動(7,5この1rE力でホ
ットプレスを行なった。加しE時間約25分後にプレス
ラムが停止したため、真空チャンバ(II) e常[E
に戻して冷却した。得られたガスシール層は全くひび割
゛れがなく、充分緻密で、完全 面実な身−ルを形成し
ており、成形体も破損が認めら11禰かった。
BN powder with an average particle size of μ on the entire surface of the blade-shaped compact f3
It was applied to a thickness of mi. The above-mentioned BNN coated disk-shaped compacts were embedded in silica glass powder having a particle size of 325 mesh or less, and then placed in the black ship type (6) of the hot press machine shown in No. 11A(E). Filled. The inside of the vacuum chamber (11) was heated at lo2mz) (rmeijo 11mo) while removing the gas trapped on the surfaces of the compact, BN powder, and glass powder.The temperature reached approximately >-400°C. By the way, the hydraulic system was activated (7,5) to perform hot pressing with this 1rE force.The press ram stopped after about 25 minutes of application time, so the vacuum chamber (II)
and cooled. The obtained gas seal layer had no cracks at all, was sufficiently dense, and formed a perfectly solid body, and the molded product was 11 times thinner with no damage observed.

、このブロックを前記と同じBN粉の中に埋設した状態
で黒鉛坩堝に入れて、第1図(G)に示したようなHI
F装置に装入し、第4図のプログラムパターンに準じて
、約2時間をかけて1900℃に昇温し、アルゴンガス
で1500気圧に加圧し、その湿度圧力を2時間保持し
てH:tp7JOIt処理を行 ]なった。約2時間を
要して降圧、降温し、被処理体を取り出した。ガラスの
シール層は゛rルミナtilt磨材のショントビ−ニン
グによって容易に取り除くことができた。
, this block was buried in the same BN powder as above and placed in a graphite crucible, and the HI process was performed as shown in Figure 1 (G).
The H: Executed tp7JOIt processing.] It took about 2 hours to lower the pressure and temperature, and then the object to be treated was taken out. The glass seal layer could be easily removed by shot beaning with Lumina tilt abrasive.

得られた513N、l焼結体は、対理論密度比99%の
密度を有しており、曲げ強度値が常温で50にシ、。
The obtained 513N, l sintered body had a density of 99% of the theoretical density, and a bending strength value of 50 at room temperature.

簡 1200℃で55Kg偽、であった。simple The weight was 55 kg at 1200°C.

実施例2 ホットプレスの条件を、温度: 1350℃、目モ力:
lO%7.加圧1:時間:約20分とする他は、実11
1と同−条(’lで、ポットブレスおよU Hi p加
圧処理を行ない、同様に優tた性質の高密度s1、N4
焼結体に?0た。
Example 2 Hot press conditions were as follows: temperature: 1350°C, power:
lO%7. Pressure 1: Time: Approximately 20 minutes.
Same as 1 ('1), pot breath and U Hi p pressure treatment were performed, and high density s1, N4 with similar excellent properties were
In a sintered body? 0.

実施例3 ホットプレスの条件を、温q : l 400 ’C、
[−t=カニlO%、加](二時間:約15分とする他
は、実施例]と同−条flでホットプレスおよヒHs 
P 加圧処理を行ない、同様に優れた性質の高密度Si
 3N。
Example 3 The hot press conditions were: temperature q: l 400'C;
[-t=crab 1O%, added] (2 hours: about 15 minutes, but the same method as in the example]) Hot press and heat Hs
P Pressure treated high-density Si with similar excellent properties
3N.

焼結体を得た。A sintered body was obtained.

七較例1 ホットプレスの条件を、温度:1290℃、 ti:。Seven comparative examples 1 The hot pressing conditions were: temperature: 1290°C, ti:.

カニ10ζ、加工時間30分とする他は、実施例1と同
様にして、ホットプレスを施しまたところ、ガラス粉末
は緻密化せず、シール性は不良であり、HIF処理不能
であった。
Hot pressing was carried out in the same manner as in Example 1, except that the glass powder was 10ζ and the processing time was 30 minutes. However, the glass powder was not densified, the sealing properties were poor, and HIF treatment was not possible.

比較例2 ホットプレス条件を、温度:1350℃、用力zoog
、加圧r時間、2分とする他は、実施例1と同様にして
ホットプレスを施したきころ、シール性良好なガスシー
ル層が形成さハたものの、過大、な圧力を急激に作用さ
せンFために、成形体が破損した。
Comparative Example 2 Hot press conditions: temperature: 1350°C, power: zoog
Although a gas sealing layer with good sealing properties was formed when hot pressing was performed in the same manner as in Example 1, except that the pressurization time was 2 minutes, excessive pressure was applied suddenly. The molded article was damaged due to the strain.

比較例3 Si、N、成形体にBN粉末を塗布せずにシリカガラス
粉末中に埋め込み、ホントプレス条件を、温度:140
0℃、圧カニ200−、加「10時時間分とする他は、
実施例1と同様にしてホットプレスを施したところ、シ
ール性良好なガスシール層が形成されたものの、過大な
圧力を急激に作用させたために成形体が破損した。
Comparative Example 3 A Si, N, molded body was embedded in silica glass powder without applying BN powder, and real press conditions were used at temperature: 140
0°C, pressure crab 200-, and 10 hours.
When hot pressing was performed in the same manner as in Example 1, a gas sealing layer with good sealing properties was formed, but the molded body was damaged due to the rapid application of excessive pressure.

比較例4 ホットプレス条件を、湿/i : ] 350℃、11
:力0.9−9加圧時間、45分とする他は、実施例1
と同様にしてホットプレスを施17たところ、ガラスが
結晶化して良好なシール層を得ることができなかった。
Comparative Example 4 Hot press conditions were wet/i: ] 350°C, 11
: Example 1 except that the force was 0.9-9 and the pressurization time was 45 minutes.
When hot pressing was performed in the same manner as above, the glass crystallized and a good sealing layer could not be obtained.

実施例4・ 平均粒径0.3μのSi3N4粉末を、焼結助剤を浮加
することなく、ポリウレタン製のカプセルに充填し、C
IP成形を行なって、第1図CD)に示した(イ)の複
雑形状を有し、重量1567の成形体を得た。そのもの
の密度は対理論密度比62%であった。この成形体の全
表面に、平均粒径1μのBN粉末を約3鰭の厚さに塗布
した。それを粒度200〜325メ・7ツユのバイっ一
ル■ガラス粉末中に埋め込んだ状態で、黒鉛型の中に収
納し、第1図(E)に示すホットプレス機に仕掛けた。
Example 4 Si3N4 powder with an average particle size of 0.3μ was filled into a polyurethane capsule without adding a sintering aid, and C
IP molding was performed to obtain a molded product having the complex shape (a) shown in FIG. 1 (CD) and weighing 1567. The density of the material was 62% of the theoretical density. BN powder having an average particle size of 1 μm was applied to the entire surface of this compact to a thickness of about 3 fins. The mixture was embedded in a vial of glass powder with a particle size of 200 to 325 mm, and then placed in a graphite mold, which was then placed in a hot press machine as shown in FIG. 1(E).

真空チャンバ(11)内を10−’yunHrの真空度
まで減王して成形体、BN粉およびガラス粉末の表面に
吸着したガスを除去しつつ加執した。温度が約1300
℃に達したところで油圧装置を作動し、10%の圧力で
ホントプレスを行なった。加工時1?U約15分でプレ
スラムの停止を認めたので、真空チャン7置II)を常
圧に戻して冷却した。得られたガスシール層は全くひび
割nがなく、・充分緻密で、完全 確実なシールを形成
してお他、複雑形状の成形体も一切破損していなかった
。このガスシールさハた成形体を、1ル記と同じ< B
N粉末の中に埋設した状態で黒鉛坩堝に入れて第1図(
G)に示したよりなHIP装置に装入し、前記実施例1
と同様条件でHI P加[[処理を行なった後、ガラス
のシール層を取り除いた。
The inside of the vacuum chamber (11) was reduced to a degree of vacuum of 10-'yunHr to remove the gas adsorbed on the surfaces of the compact, BN powder, and glass powder while processing. The temperature is about 1300
When the temperature reached °C, the hydraulic system was activated and real pressing was performed at a pressure of 10%. 1 during processing? Since the press ram was found to have stopped after approximately 15 minutes, the vacuum chamber (7) was returned to normal pressure and cooled. The obtained gas seal layer had no cracks at all, was sufficiently dense and formed a completely reliable seal, and the complex-shaped molded product was not damaged at all. This gas-sealed molded body was prepared in the same way as in Section 1 < B
It is embedded in N powder and placed in a graphite crucible as shown in Figure 1 (
G) and charged into the HIP apparatus shown in Example 1 above.
The glass sealing layer was removed after HIP treatment under the same conditions as above.

得られたSi3N、焼結体は、対理論密度比99.4%
の密度を有しており、その曲げ強度値は常温て52 K
94n2.1200 ℃テ50 ’42 f アラk。
The obtained Si3N sintered body has a theoretical density ratio of 99.4%.
The bending strength value is 52K at room temperature.
94n2.1200℃te50'42f arak.

実施例5 給体を得た。Example 5 I got food.

実施例6 ホットプレス条件を、温度+ 1250 ℃、 Ill
力3〜1加圧時間:3o分とする他は、実施例4.!:
同−条件゛でホットプレスおよびHJP加圧処理を行な
い、同様に優れた性質の高密度Si3N、焼結体を得た
Example 6 Hot press conditions were as follows: temperature +1250°C, Ill
Example 4 except that force 3-1 pressurization time: 30 minutes. ! :
Hot press and HJP pressure treatments were carried out under the same conditions to obtain a high density Si3N sintered body with similarly excellent properties.

と同様にしてホットプレスを施したところ、カラス粉末
は緻密化せず、シール性は不良であり、HIP処理不良
であった。
When hot pressing was performed in the same manner as above, the glass powder was not densified, the sealing performance was poor, and the HIP treatment was defective.

比較例6 ア1.。Comparative example 6 A1. .

璽・ホントブレス条件を、温度+1250’C,王カ:
ス粉末は緻密化せず、シール性は不良であり、HIP処
理不能であった。
Seal/Honto Breath conditions: Temperature +1250'C, King Power:
The powder was not densified, had poor sealing properties, and could not be subjected to HIP treatment.

比較例7 ホントブレス条件’jr、温度: la o o ℃、
 千カ・1OY4.加圧時間;15分とする他は、実施
例4と同様にしてホットプレスを施したところ、軟イヒ
ガラスのLη〕の値が小さく、黒鉛型の隙1川力1ら漏
出し、遂には成形体に非静水IF的な1(ニカカ; j
Joわり破損した。
Comparative example 7 Honto breath conditions 'jr, temperature: la o o ℃,
Thousand kana・1OY4. Hot pressing was carried out in the same manner as in Example 4, except that the pressing time was 15 minutes. The value of Lη of the soft glass was small, leakage occurred from the gaps in the graphite mold, and the molding finally failed. Non-hydrostatic IF 1 (nikaka; j
It was damaged.

比較例8 成形体表面に塗布するBN粉末の厚さf 1 mとする
他は、すべて実施例4と同一条件でホットプレスおよび
HI p 7JO王処理を行なったところ、厚さ不足の
BN層の変形により、成形体の一丁$力”ii Lb 
して、ガラスとSi3N4の接触部分に(1互反応によ
り3i2N20  が生成し、製品価値を損じた。
Comparative Example 8 Hot pressing and HI p 7JO treatment were carried out under the same conditions as in Example 4, except that the thickness of the BN powder applied to the surface of the compact was f 1 m. Due to deformation, the force of one piece of the molded body "ii Lb
As a result, 3i2N20 was generated at the contact area between the glass and Si3N4 due to an interaction reaction, which impaired the product value.

実施例7 成形体表面に塗布するBN粉末の厚さを2能とする他は
、それぞれ実施例1および実施例4・と同一条件でホッ
トプレスを行なった。その結果、実施例1に帛した方法
の場合は、Si3N4成形体の形状が単純であるため、
異常なく、良好なガスシール層の形成が達成されたが、
実施例4に〜tじた場合醇、Si3N4成形体の形状が
複雑であるため、〕゛し不時の非静水田応力成分により
成形体が破損した。
Example 7 Hot pressing was carried out under the same conditions as in Example 1 and Example 4, except that the thickness of the BN powder applied to the surface of the molded body was changed to 2. As a result, in the case of the method described in Example 1, since the shape of the Si3N4 molded body is simple,
Although a good gas seal layer was formed without any abnormalities,
In the case of Example 4, since the shape of the Si3N4 molded body was complicated, the molded body was damaged due to an untimely non-static stress component.

l実施例8 成形体表面に塗布するBN粉末の厚さを5咽とする他は
、すべて実施例4と同一条件でホ゛ノトフルスを行なっ
たところ、完全、確実なガスシール層が形成さn、11
 I P加[E処理によって、同様に優れた品質のSi
3N4焼結体を得た。
l Example 8 A complete and reliable gas sealing layer was formed when a photoflush was carried out under the same conditions as in Example 4, except that the thickness of the BN powder applied to the surface of the molded product was 5 mm.
By I P [E processing, Si
A 3N4 sintered body was obtained.

実施例9 実施例1の成形体にシール層形成に先立ち、1800℃
、N25シuJE雰囲気ドで20分間、一次焼成を施し
、比較例2と同様にしてホントブレスを施したところ、
シール性良好なガスシール層が形成されると共に成形体
においても比較例2で見られたような破損は全く認めら
ねず、シールが著しく迅速であった。
Example 9 The molded product of Example 1 was heated to 1800°C prior to forming a seal layer.
, Primary firing was performed for 20 minutes in an N25 uJE atmosphere, and true breath was applied in the same manner as in Comparative Example 2.
A gas sealing layer with good sealing properties was formed, and no breakage as seen in Comparative Example 2 was observed in the molded product, and sealing was extremely quick.

実施例10 実施例1の成形体そのままの生成形体と、すlに150
0’C,N25気1モ雰囲気下で25分間、−・次焼成
した一次焼成体とを温度:1400℃、11モカ:20
0獅、加圧時間、1分とする他は実施例1と同様にして
ホットプレスを施したところ、生の成形体では一部に割
れが認められだが、一次焼成を施しまたものには全く割
わけ認めらねなかった。
Example 10 The molded body of Example 1 and the molded body with a thickness of 150 mm
Temperature: 1400°C, 11 mocha: 20 min.
When hot pressing was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pressure was 0.0 mm and the pressing time was 1 minute, some cracks were observed in the green compact, but after primary firing, no cracks were observed in the compact. I couldn't accept it in any way.

実施例11 実施例4.の成形体でその捷まの生成形体と、1150
0℃、N25気工雰囲気下で25分間、一次焼成した一
次焼成体を用い、ホットプレス条件を湿食:1140℃
9mカ+lOOη、加V−i一時間=15分とする他は
実施例4と同様にしてホットプレスを施したところ、生
の成形体には一部割)′1を生じたが、−一次焼成体で
は全く割ね、欠けは認められなかった。
Example 11 Example 4. A molded body of 1150
The primary fired body was fired at 0°C for 25 minutes in an N25 gas atmosphere, and the hot press conditions were wet eroded: 1140°C.
When hot pressing was carried out in the same manner as in Example 4 except that 9m force + lOOη, addition V-i 1 hour = 15 minutes, a part of the raw molded body was partially divided, but - primary No cracks were observed in the fired product.

(発明の効果) 以上の各実施例および比較例によっても実1,11され
る通り、本発明方法によ才1ば、Si、、N4によって
代表される各種の難焼結性セラミックス成形体のHIP
成形に際し、高軟化温度を示す高シリカガラスを巧みに
利用し、且つ特定のホットプレス条件を適用することに
よって、完全、確実なガスシール層を形成し、ガラス汚
染を招くこともなく、高強度にして均質な材料、特に高
温特性に優れた構造材料の取得%: 「iJ能ならしめ
ることができる1、また、従来のガラスカプセル法、焼
結ガラス法。
(Effects of the Invention) As shown in the above-mentioned Examples and Comparative Examples, the method of the present invention can produce various hard-to-sinter ceramic molded bodies represented by Si, Si, and N4. HIP
By skillfully utilizing high silica glass, which exhibits a high softening temperature, and applying specific hot press conditions during molding, a complete and reliable gas sealing layer is formed, resulting in high strength without contaminating the glass. Obtaining a homogeneous material, especially a structural material with excellent high-temperature properties: 1, which can also be made using the conventional glass capsule method and sintered glass method.

コーティング法などに見られるソール形成の困雛性を完
全に解消し、特に大型成形品、複雑形状成形体等に対す
る従来至難とされていたシール層形成を、頗る簡便、確
実に、しかも安価に行なうことができ、そのため、HI
P加l((による緻密化が円滑、確実に、珪つ、りい効
率と良好な歩留りとを以って遂行され、理論密度と実質
的に同一の密度を、備えた均質なセラミックス成形体を
提供し、その子」−用4二の増大と応用範囲の拡大に資
するところが大きい。
Completely eliminates the difficulty of sole formation seen in coating methods, etc., and forms a seal layer, which was previously considered to be extremely difficult, especially for large molded products, complex shaped molded products, etc., in an extremely simple, reliable, and inexpensive manner. Therefore, HI
A homogeneous ceramic molded body having a density substantially the same as the theoretical density, in which densification by P addition is carried out smoothly, reliably, with good refining efficiency and good yield. This greatly contributes to increasing the number of children's uses and expanding the range of applications.

しかも、成形体をブレスシールに先ぐち、fめ一次焼成
すればブレスシール時における成形体破損を防止してよ
り高庄による迅速シール処理がi+J能となり、取扱い
の良好さと相俟って工業的価値をより増大する。
Moreover, if the molded body is first fired for the first time before breath sealing, it will prevent damage to the molded body during breath sealing, and the quick sealing process will be more efficient. Increase value.

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

第1図は、本発明方法の工程を示す説明図、第2図は、
温度に対する各種ガラスの粘度変化を示す線図、第3図
は、本発明の好pしい態様を示す概要図であり、また第
4図は、本発明方法のHIP加■処理のプログラム パ
ターンを示−jM図、第5図および第6図は、従来公知
のガラス浴法によるシール成形上程を示す概要説明図で
ある。 (1)・・坩堝、  (2)・ガラス粉末、(3)・セ
ラミックス成形体、(4)・気密ガラス層、(5)・ひ
び割i1.  (6)  型、(7)  高シリカガラ
ス粉末。 (8)・・発熱体、(9)・ プレスラム、  (1o
)・−L蓋。 (11)・・貞空チャンバ、  (+2)・・ケーシン
グ、  (13)・吸引管、  (+4)・ BN粉、
 (15)  ガスシール層。 (16)・支持物質、  (17)  耐熱性坩堝、 
 (1sl  内部加熱要素、  (19)  圧媒ガ
ス導入孔、  (20)・・・耐[F密閉容器。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the steps of the method of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a diagram showing changes in viscosity of various glasses with respect to temperature, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a program pattern for HIP processing of the method of the present invention. -jM, FIG. 5, and FIG. 6 are schematic explanatory diagrams showing the seal forming process by the conventionally known glass bath method. (1) Crucible, (2) Glass powder, (3) Ceramic molded body, (4) Airtight glass layer, (5) Crack i1. (6) Mold, (7) High silica glass powder. (8)・Heating element, (9)・Press ram, (1o
)・-L lid. (11)・Chamber, (+2)・Casing, (13)・Suction pipe, (+4)・BN powder,
(15) Gas seal layer. (16)・Support material, (17) Heat-resistant crucible,
(1sl internal heating element, (19) Pressure gas introduction hole, (20)...proof [F sealed container.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、耐熱性の型に充填された高シリカガラス粉末中にセ
ラミックス成形体を埋設し、該ガラスの粘度が約10^
1^0ポイズ以下となる温度でホットプレスを施して上
記セラミックス成形体の周囲にガスシール層を形成し、
該ガスシール層で蔽われたセラミックス成形体を熱間静
水圧加圧処理に付すことを特徴とするセラミックスの熱
間静水圧加圧処理方法。 2、高シリカガラスが、少なくとも96重量%のSiO
_2成分からなるものである特許請求の範囲第1項記載
のセラミックスの熱間静水圧加圧処理方法。 3、セラミックス成形体がセラミックス粉末を既知の成
形法によって成形した生の成形体である特許請求の範囲
第1項又は第2項記載のセラミックスの熱間静水圧加圧
処理方法。 4、セラミックス成形体がセラミックス粉末を既知の成
形法によって成形した成形体にシール形成に先立ち予備
一次焼成を施した一次焼成体である特許請求の範囲第1
項又は第2項記載のセラミックスの熱間静水圧加圧処理
方法。 5、一次焼成をN_2雰囲気下において温度1400℃
〜2000℃で15分以上行なう特許請求の範囲第3項
記載のセラミックスの熱間静水圧加圧処理方法。 6、セラミックス成形体がSi_3N_4を主成分とす
る粉体よりなるものである特許請求の範囲第1〜4項の
いずれかの項に記載のセラミックスの熱間静水圧加圧処
理方法。 7、ガラスの粘度が約100^9^.^5ポイズ以下と
なる温度でホットプレスを施す前記特許請求の範囲第1
〜5項のいずれかの項に記載のセラミックスの熱間静水
圧加圧処理方法。 8、ホットプレスを約1800℃以下の温度で施す特許
請求の範囲第6項または第7項記載のセラミックスの熱
間静水圧加圧処理方法。 9、ホットプレスを減圧状態の雰囲気で行なう前記特許
請求の範囲第1〜8項のいずれかの項に記載のセラミッ
クスの熱間静水圧加圧処理方法。 10、減圧状態の雰囲気が約10^−^1mmHg以下
の真空である特許請求の範囲第9項記載のセラミックス
の熱間静水圧加圧処理方法。 11、ホットプレスを1〜100kg/cm^2のプレ
ス圧で施す前記特許請求の範囲第1〜10項のいずれか
の項に記載のセラミックスの熱間静水圧加圧処理方法。 12、プレス圧が5kg/cm^2以上である特許請求
の範囲第11項記載のセラミックスの熱間静水圧加圧処
理方法。 13、セラミックス成形体とガラスシール層との間にB
N粉を介在せしめる特許請求の範囲第3〜12項のいず
れかの項に記載のセラミックスの熱間静水圧加圧処理方
法。 14、ガラス粉末中に埋設するに先立ってセラミックス
成形体表面にBN粉を約2mm以上の厚さに塗布するこ
とにより、セラミックス成形体とガスシール層との間に
BN粉を介在せしめる特許請求の範囲第13項記載のセ
ラミックスの熱間静水圧加圧処理方法。 15、ガラス粉末が平均粒度約1mm以下である前記特
許請求の範囲第1〜14項のいずれかの項に記載のセラ
ミックスの熱間静水圧加圧処理方法。 16、平均粒度が約0.1mm以下である特許請求の範
囲第15項記載のセラミックスの熱間静水圧加圧処理方
法。
[Claims] 1. A ceramic molded body is embedded in high silica glass powder filled in a heat-resistant mold, and the viscosity of the glass is about 10^.
hot pressing at a temperature of 1^0 poise or less to form a gas sealing layer around the ceramic molded body;
A method for hot isostatic pressing of ceramics, comprising subjecting the ceramic molded body covered with the gas seal layer to hot isostatic pressing. 2. High silica glass contains at least 96% by weight SiO
The hot isostatic pressure treatment method for ceramics according to claim 1, which comprises two components. 3. The method for hot isostatic pressing of ceramics according to claim 1 or 2, wherein the ceramic molded body is a green molded body obtained by molding ceramic powder by a known molding method. 4. Claim 1, wherein the ceramic molded body is a primary fired body obtained by performing preliminary primary firing on a molded body obtained by molding ceramic powder by a known molding method prior to forming a seal.
A method for hot isostatic pressing of ceramics according to item 1 or 2. 5. Primary firing at 1400℃ under N_2 atmosphere
4. The method of hot isostatic pressing of ceramics according to claim 3, wherein the hot isostatic pressing is carried out at a temperature of ~2000°C for 15 minutes or more. 6. The method for hot isostatic pressing of ceramics according to any one of claims 1 to 4, wherein the ceramic molded body is made of powder containing Si_3N_4 as a main component. 7. The viscosity of glass is approximately 100^9^. Claim 1, wherein hot pressing is performed at a temperature of ^5 poise or less.
The method for hot isostatic pressing of ceramics according to any one of items 1 to 5. 8. A method for hot isostatic pressing of ceramics according to claim 6 or 7, wherein hot pressing is performed at a temperature of about 1800° C. or lower. 9. The hot isostatic pressing method for ceramics according to any one of claims 1 to 8, wherein the hot pressing is performed in a reduced pressure atmosphere. 10. The method for hot isostatic pressing of ceramics according to claim 9, wherein the atmosphere in the reduced pressure state is a vacuum of about 10-1 mmHg or less. 11. The method for hot isostatic pressing of ceramics according to any one of claims 1 to 10, wherein hot pressing is performed at a pressing pressure of 1 to 100 kg/cm^2. 12. The method for hot isostatic pressing of ceramics according to claim 11, wherein the press pressure is 5 kg/cm^2 or more. 13. B between the ceramic molded body and the glass seal layer
A method for hot isostatic pressing of ceramics according to any one of claims 3 to 12, wherein N powder is interposed. 14. A patent claim in which BN powder is interposed between the ceramic molded body and the gas seal layer by applying BN powder to a thickness of about 2 mm or more on the surface of the ceramic molded body before embedding it in the glass powder. A hot isostatic pressing method for ceramics according to Scope 13. 15. The method for hot isostatic pressing of ceramics according to any one of claims 1 to 14, wherein the glass powder has an average particle size of about 1 mm or less. 16. The method for hot isostatic pressing of ceramics according to claim 15, wherein the average particle size is about 0.1 mm or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013146514A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 宇部興産株式会社 Process for producing inorganic-fiber-bonded ceramic material
JP2014224034A (en) * 2013-04-22 2014-12-04 住友化学株式会社 Production method of sintered body

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