JPS6214506B2 - - Google Patents

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JPS6214506B2
JPS6214506B2 JP56155451A JP15545181A JPS6214506B2 JP S6214506 B2 JPS6214506 B2 JP S6214506B2 JP 56155451 A JP56155451 A JP 56155451A JP 15545181 A JP15545181 A JP 15545181A JP S6214506 B2 JPS6214506 B2 JP S6214506B2
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JP
Japan
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silicon nitride
sintering
weight
boron
oxide
Prior art date
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JP56155451A
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English (en)
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JPS5860675A (ja
Inventor
Kazunori Miura
Yoshinori Hatsutori
Yasushi Matsuo
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は機械的強度に優れ、高温下における強
度低下の少ない高密度窒化珪素焼結体及びその製
造方法に関するものである。 窒化硼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。従来窒化珪素焼結
体の製法には、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
雑形状の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硼素を始めとする或る種の
硼素化合物、及び希土類元素の酸化物を始めとす
る或る種の酸化物をそれぞれ一定の割合で添加し
たものから得られる焼結体は高温下においても強
度の劣化が起らず、耐熱高温部材として極めて優
れていることを見い出した。即ち、本発明は、窒
化珪素を68〜98.99重量%と、焼結助剤として硼
素又は硼化ランタンのなかから選ばれた1種又は
2種の硼素成分を0.01〜7重量%(以下「重量」
を昇く)と、希土類元素の酸化物、酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、二
酸化珪素のなかから選ばれた1種又は2種以上の
酸化物を1〜25%とを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
では、窒化珪素に硼素又は硼化ランタンのなかか
ら選ばれた硼素成分と、希土類元素の酸化物、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム、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
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、室温時は勿論高温度下においても従来
のものよりはるかに優れた機械的強度を有する窒
化珪素焼結体が得られる。特に焼結助剤のうち、
硼素化合物は得られる窒化珪素焼結体の高温度下
における機械的強度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。このように、焼結助剤として硼素成分を併
用することによつて得られる窒化珪素焼結体の高
温度下における機械的強度が向上するのは、必ず
しも明らかではないが凡そ次のような理由による
ものではないかと推測される。即ち、一般に窒化
珪素焼結体の高温下における機械的強度の低下は
粒界の酸化物ガラス相の軟化に起因している。こ
れは焼結助剤として酸化物を添加するため粒界の
イオン結合性が強いためである。ポーリング
(Pauling)によれば、2つの原子間のイオン結合
性は原子間の電気陰性度の差が大きい程イオン結
合性は強くなる。 原子の電気陰性度をXA(Aは元素記号とす
る)でXB=2.0、XSi=1.8、XN=3.0、XO=3.5
であるためこれらの電気陰性度の差はXO−XSi
=1.7、XN−XSi=1.2、XN−XB=1.0、XB−X
Si=0.2である。これより、それぞれのイオン結
合性の凡その値は順に50%、22%、14%、2.0%
となるが酸化物を添加したことによるイオン結合
性の増加をホウ素元素の添加によりそのイオン結
合性が弱められ、かくして、窒化珪素焼結体の高
温度下における機械的強度が向上する。また焼結
助剤としての硼素は、正二十面体に近い構造を、
硼化ランタンは、塩化セシウム型構造をとるため
に、粒界すべりが起こりにくいのでクリープに対
する耐久性に優れている。 本発明の窒化珪素焼結体において、焼結助剤の
うち、硼素化合物は、窒化珪素68〜98.99重量%
に対し、0.01〜7重量%の範囲で添加されている
ことが必要である。この範囲を超えると、却つて
焼結性が阻害され、反対にこの範囲より少ないと
高温度下における機械的強度を向上させる効果が
充分発揮されない。又、酸化物は窒化珪素68〜
98.99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焼
結性は増大するが、粒界相の量が多くなるため、
高温度下における機械的強度の低下を招く。反対
にこの範囲より少ないと生成する焼結体が緻密化
せず、常温及び高温度下における機械的強度も弱
い。 本発明の窒化珪素焼結体を製造するにはまず窒
化珪素、焼結助剤としての硼素化合物及び酸化物
の各々を微粒化したものを、窒化珪素68〜98.99
重量%、硼素化合物0.01〜7重量%、酸化物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、窒化珪素を充分な焼結
体とするために、焼結助剤も含めて粒度を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
を形成しうる原料即ち、金属珪素粉末を用い、こ
れに上記の焼結助剤を添加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
こに窒素ガス雰囲気とは窒素ガス中若しくは窒素
を含む混合ガス雰囲気を指す。この方法は、窒化
焼結時に、焼結助剤のうち、硼素化合物が充分分
散しているため、反応焼結体の粒径を細かくさ
せ、その結果として、再焼結における焼結速度が
促進される利点がある。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
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、焼結又は再焼結を行な
つても差支えないが、開気孔のある場合にそのま
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〜約500気圧で焼
結又は再焼結(金属珪素を原料とする場合)する
場合には、開気孔があつても表面を覆わずに焼結
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硼素系化合
物と酸化物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
は優れた物性を備えており、クリープに対する耐
久性に優れ高緻密化で機械的強度が高く高温度下
においても強度の低下は殆んど認められない。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】
【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、特定割合の硼素成分と酸化物とを組合
わせ添加してなる焼結体であり、このような新規
な組成としてなることにより高緻密性で常温下は
勿論高温度下においても低下することのない機械
強度を備えており、耐熱性の要求される、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
焼結助剤としての硼素系化合物、及び酸化物を用
い、第4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下で1時間焼結
し、得られた焼結体の室温での曲げ強度及び高温
強度の変化率を測定し、第4表のような結果を得
た。尚、この表中のB成分とは硼素成分の合計の
重量%を示し、金属成分とは酸化物の酸素を除い
た元素の重量%を示しており、曲げ強度は4×8
×25mm(スパン20mm)の試験片で測定した。また
高温強度の変化率はσRT−σ1200/σRT×100
%〔σ RT:室温曲げ強度、σ1200:1200℃での曲げ強
度〕より算出した。さらに1200℃におけるクリー
プ試験を、15Kg/mm2の荷重を加え、500時間に渡
つて行つた。
【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、その他の焼結助剤は第
3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、窒素ガスを含む雰囲気下、圧力1〜
100気圧、温度1200〜1450℃で窒化反応焼結後、
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、得られた焼結体の曲げ
強度及び高温強度の変化率を測定し第5表のよう
な結果をえた。またクリープ試験も行つた。尚測
定法は実施例1の場合と同様である。
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒化珪素68〜98.99重量%と、焼結助剤とし
    て硼素又は硼化ランタンのなかから選ばれた硼素
    成分の1種または2種の0.01〜7重量%と、希土
    類元素の酸化物、酸化アルミニウム、酸化マグネ
    シウム、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68〜98.99重量%と、焼結助剤とし
    て硼素又は硼化ランタンのなかから選ばれた硼素
    成分の1種または2種の0.01〜7重量%と、希土
    類元素の酸化物、酸化アルミニウム、酸化マグネ
    シウム、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 窒化珪素の68〜98.99重量%に相当する金属
    珪素に、焼結助剤として硼素又は硼化ランタンの
    なかから選ばれた硼素成分の1種又は2種の0.01
    〜7重量%と、希土類元素の酸化物、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
    よび二酸化珪素のなかから選ばれた酸化物の1種
    又は2種以上1〜25重量%を混合成形し、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。
JP56155451A 1981-09-30 1981-09-30 窒化珪素焼結体及びその製造方法 Granted JPS5860675A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3483588D1 (de) * 1983-04-22 1990-12-20 Toshiba Tungaloy Co Ltd Gesinterter siliziumnitridformkoerper und verfahren zu seiner herstellung.
JPS6256307A (ja) * 1985-09-05 1987-03-12 Tokuyama Soda Co Ltd 窒化ほう素と他の非酸化物セラミックスとの混合粉末の製造方法
ES2020104A6 (es) * 1990-01-23 1991-07-16 Ercros Sa Materiales ceramicos composites para aplicaciones ingenieriles de alta temperatura y severas condiciones de choque termico y su procedimiento de fabricacion.
DE69524352T2 (de) * 1994-09-16 2002-05-23 Honda Giken Kogyo K.K., Tokio/Tokyo Siliciumnitrid-Sinterkörper zur Verwendung als Gleitlagerbauteil

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57188465A (en) * 1981-05-15 1982-11-19 Daido Steel Co Ltd Manufacture of high density silicon nitride reaction sintered body
JPS5820782A (ja) * 1981-07-27 1983-02-07 住友電気工業株式会社 窒化けい素焼結体およびその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57188465A (en) * 1981-05-15 1982-11-19 Daido Steel Co Ltd Manufacture of high density silicon nitride reaction sintered body
JPS5820782A (ja) * 1981-07-27 1983-02-07 住友電気工業株式会社 窒化けい素焼結体およびその製造方法

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