JPS6163570A - 窒化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents

窒化ケイ素焼結体の製造方法

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JPS6163570A
JPS6163570A JP59183731A JP18373184A JPS6163570A JP S6163570 A JPS6163570 A JP S6163570A JP 59183731 A JP59183731 A JP 59183731A JP 18373184 A JP18373184 A JP 18373184A JP S6163570 A JPS6163570 A JP S6163570A
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silicon nitride
sintered body
nitride sintered
producing
sintering
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宮永 順一
隆男 藤川
岡田 広
克彦 本間
寛 井上
勝利 米屋
柘植 章彦
博康 大田
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は窒化ケイ素焼結体の製造方法、詳しくは熱間静
水圧プレス(以下、H工Pと略記する)工程を適用した
窒化ケイ素焼結体の製造方法の改良に関するものである
(従来の技術) HIF焼結は、被焼結体に対し、高温で等方的な圧力が
加えられるため、難焼結物質の繊密化、PM雑形状物の
加圧焼結等に極めて有効な手段とされている。特に、あ
る程度緻密化された焼結体に対して行なうH工P焼結は
、残留気泡の減少又は微細化、均一化に有効で、焼結体
の機械特性改善、信頼性向上を目的として粉末冶金の分
野では実用化されている。
ところで、上述したH、IP焼結は高温地機関等への適
用が有望視されている窒化ケイ累セラミックスのような
難焼結物質にも応用が考えられ、具体的な手法、製造条
件が検討されている。その一つとして、通常の焼結法(
ホットプレス法、常圧焼結法)である程度緻密化された
一次焼結体(理論密度値比≧90%)をそのままHIF
焼結する方法が知られている。しかしながら、かかる方
法にあっては、高密度化された窒化ケイ素焼結体を得る
ことができるものの、その焼結体は高温下での機械的強
度の低いものであった。
一方、前記−次焼結体をガラスで密封してガラスカプセ
ルとし、該焼結体を外部環境から遮断した状聾でHIP
焼結する方法も行われている。しかしながら、かかる方
法にあっても、高密度の窒化ケイ素焼結体を得ることが
できるものの、その焼結体は高温下での機械的強度の低
いものであった。
ところが、近年、頓に活溌に進められている各種機器の
開発、特に高温下稼動機器の開発は上記■如き磯城的特
性では海足できず、高冨度で、かつ高温下機械的強度に
優れた高温構造材料の利用が必至であり、そのためには
高温下機械的強度知優れた窒化ケイ素焼結体の出現が待
たれている。
(発明が解決しようとする開閉へ) 本発明は上述の如き実状に鑑み、高温下での1畏械的強
度を含め、より高温特性に優れた窒化ケイ素焼結体を得
ること全課題とし、特にそのHIP焼結における成形体
密封手段全問題へとしてその解決全はかるものである。
(問題点を解決するだめの手段) 即ち、上記問題点に対処する本発明の特徴とするところ
は、窒化ケイ素質の成形体をガラス質材料で密封した後
、熱間静水王プレスにて緻密化された窒化ケイ素焼結体
金製造するにあたり、前記成形体と、密封ガラス層との
間に窒化アルミニウム粉末を介在させて前記熱間静水王
プレス焼結金行なう方法にある。
しかして、かかる本発明の方法は以下の煩き研究と知見
に立脚する。
即ち、窒化ケイ素は単体では焼結性が低いところから、
α型窒化ケイ素粉末に焼結助剤としての酸化イツトリウ
ム、酸化アルミニウムを添加して通常の焼結法で繊密化
度合の異なる密度80%以上の窒化ケイ素質−次焼結体
を作製し、この焼結体をガラスで密封し外部から遮断し
た状朗とした後、H工P焼結を行なったところ、得られ
た窒化ケイ素焼結体は高密度のものではあったが、高温
下の機械的強度においては充分でなかった。
このようなことから、本発明者らは、上述したガラスで
密封された一次焼結体のH工P焼結による高温下での機
械的強度の低下原因について種々検討した結果、−次焼
結体全ガラスで直接密封した状頭でH工P焼結を行なう
と、緻密化の促進作用として慟〈酸素分(ケイ素と酸素
との化合物と考えられる)が蒸発散逸できず、必要以上
に焼結体内に押込まn残留し、同時に密封ガラス層から
の酸素分の浸6も相乗的に生じ、窒化ケイ素質焼結体中
に低融点ガラス質粒界相が形成されることに起因するこ
とを究明した。
つまり、高温での機械的強度は、窒化ケイ素焼結体の結
晶粒界相の耐熱性に大きく関与するため、前述の如く低
融点ガラス質粒界相が形成されると、高温での機械的強
度が著しく低下するのである。
そこで、本発明者らは、上記の究明結果を踏まえて、更
に鋭意研究を行ない、上記窒化ケイ素焼結体内に低融点
ガラス質粒界相が形成されるのを阻止することに観点を
絞り、H工P焼結時に窒化ケイ素質の成形体と密封ガラ
ス層との間に窒化アルミニウム粉末全介在させた状便で
HIP焼結を行なうことによって、高密度で、高温下で
の機械的強度が著しく高い窒化ケイ素質焼結体を製造で
きる方法を見出した。かかる効果は、H工P焼結に際し
、焼結体に存在する過剰の酸譜分を該焼結体と密封ガラ
ス層の間に介在させた窒化アルミニウム粉末でAを5i
−0−Nの形で吸収すると共に、密封ガラス層からの酸
素分の浸透を前記窒化アルミニウム粉末で吸収して防止
し、焼結体中に低融点ガラス質粒界相が形成されるの全
阻止し、耐熱性の擾れた結晶粒界相が形成された窒化ケ
イ緊放焼結体となることによるものと考えられる。
かくして、1itl記本発明において窒化アルミニウム
粉末の介在が特徴づけられるが、本発明方法の適用され
る成形体としては、生の成形体の外、ホットプレス法、
常圧焼結法などの手段によりある程度緻密1ヒした一次
焼結体が含まれる。
なかでも、特に効果の得られる成形体の相対密度(理論
値に対する)は50〜95%である。この場合、用対密
度50%以下の成形体では成形体自体の強度が不十分で
、I(UP焼結時に密封ガラス層に作用する力により成
形体が破損することが多く実用的ではない。また、成形
体の密度95%以上では、成形体中の空孔は閉気孔とな
っており、密封ガラス層を用いることなく、緻冨化が可
能であり、この場合には、H工P焼結時に雰囲気調整用
の詰め粉としてAtNを使用すれば良く、本発明による
効果は期待し得るものの必ずしも実用的ではない。
なお、前述の如く成形体は相対密度が低いと強度が低い
ために、これを改善すべく焼成もしくは前記の如き一次
焼結を行なって相対密度を50〜95%の範囲に調節す
ることは本発明方法の適用に際し頗る有効である。
又、一方、前記窒化アルミニウム(AtN )は単体で
使用するこ−とも勿論可能であるが、H工P焼結に際し
AtN自体が緻密化して出来上がった窒化ケイ素焼結体
からの除去が困難な場合があるので成形体表面に難焼結
性の粉末、例えば窒化ボロン(Bm)や黒鉛などの被覆
Rを設けた上でAtNを介在させたり、又はAa粉にそ
れら難焼結性の粉末を好ましくは50%程度の範囲内で
混合して介在させるようにすることがより効果的である
(発明の実施例) 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例1〜7 まず、平均粒径1μmのα相含有率が95%の!窒化ケ
イ素粉末、及び平均粒径0.3〜05μmの各種の焼結
助剤を第1表に示す組成割合で配合し、これらを充分に
混合した後、パラフィンを5重量%添加して6種の出発
原料を調製した。続いて、これら原料を5 Q OKg
 / tyn”の圧力で成形して37×aりX8mの寸
法の成形体としだ後、これら成形体を脱脂し、1780
℃、2時間の常圧焼結、ホントプレス全行なって同第1
表に示す密度の一次焼結体を作った。引き続き、これら
−次焼結体を第1表記載の如く窒化アルミニウム粉末中
もしくは窒化アルミニウム粉末と窒化ポロン粉末の混合
粉末中に夫々埋没させて全体を軽く加圧し、整準した。
次いで、これら各整準体をシリカガラス中に入れて脱気
し、加熱してガラスで披慨、カプセル化した後、175
0 C、1000atomの条件で2時間HIP焼結を
行なって7種の窒化ケイ素焼結体を製造した。
かくして、得らnた各窒化ケイ素質焼結体について、各
々密度、室温曲げ強度及び1200cでの曲げ強度を調
べた。その結果は第1表に併記した通りであった。
なお、第1表中には常圧焼結法により作られた一次焼結
体を、窒化ポロン粉末のみ全介在させてガラスカプセル
化した後、HIF焼結して得だ窒化ケイ素焼結体ならび
に介在層を作ることなく直接、ガラスカプセル化した窒
化ケイ紫焼結体を、比較例1及び2として併記した。
(以下、余白) 上記第1表より明らかな如く、ガラスカプセル化を採泪
した本実施例1〜7の窒化ケイ素質焼結体は一次焼結体
を作るための焼結助剤の種類に関係なく、比較例1及び
2の窒化ケイ素質焼結体に比べて優れた高温機械的強度
特性を有することがわかる。
(発明の効果) 本発明は以上、詳述した如く、H工P焼結による窒化ケ
イ素焼結体の製造において成形体と密封ガラス層との間
に窒化アルミニウム粉末を介在させてH工P焼結を行な
うようにしたものであり、窒化アルミニウムにより成形
体に存在する過剰酸素外を吸収すると共に、密封ガラス
層からの酸素外の浸rsをも防止して焼結体中にガラス
質粒界相が形成されるのを阻止し、従来懸案となってい
た高密度窒化ケイ素焼結体の高温での機械的強度を向上
させ、高密度で、かつ高温下での機械的強度の優れた窒
化ケイ素焼結体を簡単に製造し得る方法を提供すること
ができる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、窒化ケイ素質成形体をガラス質材料で密封した後、
    熱間静水圧プレスにて緻密化された窒化ケイ素焼結体を
    製造するにあたり、前記成形体と、密封ガラス層との間
    に窒化アルミニウム粉末を介在させて熱間静水圧プレス
    焼結を行なうことを特徴とする窒化ケイ素焼結体の製造
    方法。 2、成形体の相対密度が50〜95%である特許請求の
    範囲第1項記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。 3、成形体が予め一次焼結された一次焼結体である特許
    請求の範囲第1項又は第2項記載の窒化ケイ素焼結体の
    製造方法。 4、窒化アルミニウム粉末に難焼結性の粉末を混合して
    介在させる特許請求の範囲第1〜3項の何れかの項記載
    の窒化ケイ素焼結体の製造方法。 5、成形体が難焼結性の粉末被覆層により予め被覆され
    ている特許請求の範囲第1〜3項の何れかの項記載の窒
    化ケイ素焼結体の製造方法。 6、難焼結性の粉末が窒化ボロン、黒鉛からなる群より
    選ばれた少くとも1種の粉末である特許請求の範囲第4
    項又は第5項記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。
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