JPS6245195B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 等静圧プレス（isostatic pressing）を用いな
がら粉末を互いに焼結することにより窒化珪素物
品を製造するに際して、粉末を取り扱い易い粉末
体に予備成形するのが適当である。これは、粉末
をたとえば可撓性材料の密封カプセルたとえばプ
ラスチツクカプセルに入れて圧縮することにより
行うことが出来る。圧縮は、室温または焼結と関
連する圧縮中の温度よりかなり低い他の温度で少
なくとも100MPaの圧力で結合剤を全く使用する
ことなく有利に行うことが出来る。その後、生成
物を機械加工して所望の形状とすることが出来
る。予備成形の場合、とりわけ、セラミツク物品
の通常の製造技術を使用することも出来る。した
がつて、普通、窒化珪素粉末は予備成形前に一時
的結合剤たとえばメチルセルロース、硝酸セルロ
ース、アクリル酸結合剤、蝋または蝋混合物と混
合される。予備成形後、結合剤は加熱により追い
払われ、その結果、予備成形粉末体は本質的に結
合剤を含まない状態になる。

予備成形粉末体を焼結温度で等静圧プレスに付
す際、所望の緻密な焼結生成物を与えるために
は、粉末体は、プレス中使用される圧力媒体、普
通ガスが粉末体に浸透するのを防止することが出
来るケーシングに収納することが必要である。シ
ール前の工程中望ましくないガスから中味と同様
に遊離されるケーシングは、プレス中粉末体の細
孔に浸透しないほど十分高い強度または粘度を有
しなければならないことは云うまでもない。ガラ
スの予備成形カプセルをケーシングとして使用す
る場合（このカプセルは高い焼結温度で流れ去ら
ないようにするためまたは粉末体中に浸透しない
ようにするためには高融点型であることが必要で
ある）、ガラスは軟化すると予備成形体のポケツ
トおよび他のくぼみに蓄積するのを防止すること
が出来ない。このため、冷却した場合に焼結物品
の突出部分で破壊が起ることがしばしばである。
何となれば、窒化珪素とガラスの間には熱膨張係
数の差が存在するからである。したがつて、この
方法は、非常に簡単な形状の物品の製造にのみ適
している。特に、非常に複雑な形状の物品の製造
が問題となる場合、ケーシングは、予備成形粉末
体を高融点ガラス粒子の懸濁液に浸漬することに
よりまたはそのようなガラスの粒子層を成形体の
まわりに他の方法で包囲し、次いでその粉末体を
真空下でガラス粒子が粉末体の周囲に緻密なケー
シングを形成するような温度で加熱することによ
り、現場で形成させることが出来る。今述べた方
法により、薄くつくることが出来かつ粉末体の形
状にぴつたり合つたケーシングの適用が可能にな
り、その結果、焼結物品上にガラスが蓄積する傾
向を低減することが出来、したがつて、ガラス蓄
積に伴う欠点を低減することが出来る。粉末体の
周囲にガラス粒子の二重層、すなわち高融点ガラ
スの内部層および低融点ガラスの外部層を使用す
ることも知られている。

粉末体の等静圧プレス後、ガラスケーシングを
粉末体から除去しなければならない。普通、これ
はブラステイングにより行われる。ブラステイン
グ中、窒化珪素物品の表面に傷がつくことを避け
ることは困難であるかも知れない。前述したよう
に、ガラスケーシングの存在により生じる損傷
は、窒化珪素物品の焼結温度からの冷却中にも起
り得る。本発明によれば、ガラスケーシングを完
全に除去するかまたは冷却前にプレス物品に残る
ガラス量をかなり低減させることが可能であり、
その結果前述の欠点が回避されることが見い出さ
れた。本発明によれば、これは、窒化珪素の解離
の際生成する窒素ガスの分圧を用いて、ガラスが
塑性状態にある間に成形体の周囲のガラスケーシ
ングをふくらませることにより達成される。

本発明は、窒化珪素粉末から予備成形した物品
をガラスケーシングに収納し、このケーシングを
圧力容器に入れてガス状圧力媒体を用いて窒化珪
素の焼結に必要な温度で等静圧プレスすることに
より窒化珪素物品を製造する方法において、プレ
ス完了後、圧力容器中の圧力および温度を、圧力
容器中の圧力が、ガラスが塑性状態にある際の温
度で窒化珪素に対する窒素ガスの分圧以下である
ように調節し、ガラスケーシングを成形体のまわ
りでふくらませ、成形体をガラスケーシングと遊
離させるまたは遊離させることが出来るようにす
ることを特徴とする上記方法に関する。

予備成形窒化珪素物品の焼結中の圧力は、焼結
促進添加剤たとえば酸化マグネシウムを窒化珪素
に添加したかあるいはしなかつたかにより変化す
る。そのような添加剤を使用しない場合、圧力は
少なくとも100MPa、好ましくは200−300MPaで
あることが必要である。焼結添加剤を使用する場
合、より低い圧力を使用することが出来るが、し
かし、少なくとも20MPaが適当である。予備成形
物品の焼結は、少なくとも1600℃、好ましくは
1600−1900℃で行われる。

圧力媒体として、アルゴンおよびヘリウムのよ
うな不活性ガスまたは窒素ガスが好ましい。

ガラスのケーシングは、ガラスの予備成形カプ
セルからなることが出来またはガラス粒子の１つ
またはそれ以上の層を物品上に配列し、加熱によ
りその周囲に緊密なケーシングを形成させること
により現場で形成させることが出来る。

窒化珪素上の窒素ガスの分圧は、約1900℃で
0.1MPaに、約1730℃で0.01MPaに、そして約
1550℃で0.001MPaに達する。本発明によれば、
窒化珪素物品の焼結を行う場合、圧力容器中の圧
力は、窒化珪素物品が例示した温度になるように
される場合は、例示した値以下の値になるように
される。

本発明を添付図面を参照して例により詳述す
る。図面には、高融点ガラスの多孔質層によりか
こまれる窒化珪素の予備成形物品が示されてお
り、この多孔質層は等静圧プレス前に、プレスの
際に使用される圧力媒体を通さないケーシングに
変換される。

７ミクロン未満の粉末粒度を有しかつ約0.5重
量％の遊離珪素および約0.1重量％の酸化マグネ
シウムを含有する窒化珪素粉末を、製造すべき予
備成形粉末体とほゞ同じ形状を有するプラスチツ
ク、たとえば軟化ポリ塩化ビニルのカプセルに入
れ、次いで、カプセルをシールし、プレス装置、
たとえば日本特許願133928／75の第１図および第
２図に示される装置に入れる。その粉末を
600MPaで５分間圧縮する。圧縮が終つたら、カ
プセルを除去し、得られた予備成形粉末体を機械
加工して所望の形状とする。

図面の１０で示す予備成形体は円板状フランジ
１１を有する円筒体である。予備成形体は、96.7
重量％SiO₂、2.9重量％B₂O₃および0.4重量％
Al₂O₃からなるガラス粉末の水懸濁液に浸漬し、
次いで乾燥することにより多孔質層１２が被覆さ
れる。

このように処理した予備成形粉末体を、粉末体
の脱ガスのためにガスを放出することが出来かつ
等静圧プレスのために所要圧力を発生させるため
にガスを供給することが出来る導管を設けかつ加
熱装置を設けた高圧炉に入れる。そのような高圧
炉は、たとえば前述の日本特許願133928／75（特
開昭51−70208号）およびその第４図に記載され
ている。

多孔質層を施した予備成形粉末体を、まず高圧
炉で室温で約２時間脱ガスする。その後、炉に大
気圧の窒素ガスを満たし、その圧力を維持しなが
ら炉の温度を1200℃に増大させる。これには、約
２時間かゝるかも知れない。その後、温度を３時
間にわたつて1200℃から1650℃に連続的に増大さ
せ、同時に、窒素ガスを導入して0.7MPaの圧力
にし、予備成形体の層１２の外側の圧力は、少な
くとも予備成形体の細孔内の残存がスにおいて支
配的である圧力に始終維持する。温度が1650℃に
達したら、窒素ガスを通さないケーシングが層１
２から形成された。その後、最終焼結温度で圧力
媒体に250MPaの圧力を与える圧力水準まで追加
の窒素ガスまたはアルゴンまたはヘリウムを供給
する。次に、温度を1750℃に増大させ、窒化珪素
をこの温度および前記圧力で0.5−６時間焼結す
る。その後、圧力を0.001MPaに低減し、温度を
1600℃に低減し、すなわち、圧力容器内の圧力を
窒化珪素物品の周りのガラスケーシング内の窒素
分圧より低くする。次に、ガラスケーシングをふ
くらまし、窒化珪素物品からガラスを除くかまた
はほゞ除く。残りのガラスはブラステイングによ
り除去することが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は、高融点ガラスの多孔質層で取り巻かれ
た窒化珪素の予備成形体を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 窒化珪素粉末から予備成形した物品をガラス
   ケーシングに収容し、ガラスケーシングに入れた
   上記予備成形物品を圧力容器中でガス状圧力媒体
   を用いて窒化珪素の焼結に必要な温度で等静圧プ
   レスすることにより窒化珪素物品を製造する方法
   において、プレス完了後の圧力容器の圧力および
   温度を、圧力容器の圧力が、ガラスが塑性状態に
   あるときの温度における窒化珪素に対する窒素ガ
   スの分圧以下になるように調節し、それによつて
   窒化珪素物品の周囲のガラスケーシングをふくら
   ませ、窒化珪素物品からガラスケーシングを除去
   するかまたは容易に除去することが出来るように
   することを特徴とする、上記方法。