JPS6246967A - 易焼結性窒化けい素粉末組成物 - Google Patents

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） 本発明はシリカ質原料の還元、窒化反応により得た窒化
けい素粉末組成物に関する。

（技術的背景とその問題点） 窒化けい紫は金属の使用開離な高温まで強要。

硬度などの材料物性を高いレベルで維持するだけでなく
、熱膨張率が小さく破壊靭性が大きいため耐熱衝撃性に
優れたセラミックスである。この次め、高温における熱
機関用材料などとして脚光をあび、種々の方法により製
造が試みられている。

窒化けい素粉末の従来からの呈要な、製造方法は以下の
通りである。

１）金属けい素を微粉末としこれを窒化する２）四塩化
けい素およびアンモニアを原料としてイミドなどｔｅ成
し、熱分解によシ得た非晶質窒化けい素粉末を結晶化す
る ３）シリカ質原料を炭素などにより還元、窒化する 上記１）の方法では金属などの不純物が混入しやす〈、
得られた焼結体は高温において物性低下が著しい。２）
の方法では高純度な粉体が得られる２＞４原料および中
間生成物の取扱いが容易でなく、工程の数も多く製造コ
ストが高い。３ノの方法は天然に豊富にあるシリカ質原
料など１−、利用できる点で工業的にもつとも有利であ
るが、還元、窒化するさい反応末期に極度に反応速度が
低下し、完全に還元、窒化するのに長時間の反応を要す
るた橢その分の雰囲気ガスとエネルギーが必要にな）コ
スト高となる問題点がある。

窒化けい素は共有結合性化合物である次め、純粋な窒化
けい素粉末単独では極めて焼結が困１ａ″Ｃ一般には酸
化物および窒化物などを焼結助剤として窒化けい素粉末
に添加して焼結する。これらの焼結助剤は焼結後に酸化
物や酸窒化物などの粒界層を形成するが、酸化物の粒界
層に比べ酸窒化物の粒界層を形成する焼結体は、高温に
おける材料物性が優れていることが既に知られている。

たとえば酸化物と窒化物の反応により生成する酸窒化物
に含まれる窒素の量が、多くなるほど形成される結晶相
もしくはガラス相の粒界層の硬度が高く。

しかもガラス相でも高温において形成される融液の粘性
が高く、高温における耐クリープ特性の潰れた材料とな
る。しかし酸化物と窒化物によシ酸窒化物を生成する反
応は、常圧で一般に焼結を行５１７００℃付近では非常
に遅く長時間の焼結が必要となる。ま九焼結を速めるた
めには、さらに高温、高圧で窒化けい素の分解を抑制し
ながら焼結する必要がある。しかしこの方法では生産効
率が悪くコスト高となる。

また焼成前のシリカ質原料と炭素′Ｘ原料との混合原料
に添加しておくことにニジ、窒化けい素粉末組成物中に
焼結を助ける成分としてＭｇ、Ｏａ、ＳｒおよびＢａの
塩類、ムシ２人ｔ１０Ｂ　　、　ＡｔＦｓ、　ＡＩＮ　
、Ｐ＋４０ｓＳｎＯｚ、ＮＪＯ＊　Ｉ　Ｌａｘ０３　ｔ
　０ｒｌＯｓ、　ＯｅＯ＊および０ｒＨＯ２を均一に分
散させ、窒化けい米粉末組成物の焼結性を向上させる方
法があるが、この方法では焼結によル粒界層は酸化物を
形成しやす＜、ｒＲ窒化物の粒界層を容易に形成させる
ことはできない。

（発明の目的） 本発明は公知の製造方法により短時間で製造でき、従来
に比べ容易に焼結する安価な窒化けい米粉末組成物を提
供することを目的とする。

（発明の概要） 一般にシリカ質原料を完全に還元、窒化するさい１反応
床期に極度に反応速度が低下し完全に還元、窒化するの
に長時間の反応を要する。そこで本発明者らは公知の製
造方法において、シリカ質原料を完全に還元、窒化する
のではなく、反応速度が極度に低下するまえに反応を止
め、得られる窒化けい米粉末組成物に関して研究を進め
た結果。

焼結し十すくしかも優れた高温物性を具備する焼結体を
、製造するのに適した窒化けい累粉末組成物を見いだし
た。

すなわち本発明はシリカ′Ｘ原料と炭素質原料との混合
原料を用いるか、もしくはマグネシウム。

カルシウム、イツトリウムおよびジルコニクムのうち、
１徳もしくは２徳以上の元素を含有する原料とシリカ′
Ｘ原料および炭素質原料との混合原料を用い％窒Ｘを含
む非酸化雰囲気にて還元、窒化して得た窒化けい米粉末
組成物であって、第１の発明は窒化けい素成分１重量部
に対してけい素。

酸化けい素お工び酸窒化けい素（これを（一群の成分と
いう〕の合計量が０．００１から０．３重量部を含有す
ることｔ−特徴とする窒化けい米粉末組成物である。

また、第２の発明は、更にマグネシウム、カル置部を含
有することを％徴とする窒化けい米粉末組成物である。

本発明の窒化けい素粉末組晟物に一含まれるけい素、ｃ
Ｒ化けい素および酸窒化けい木は、シリカ質　　　□原
料を完全に還元、窒化するのではなく１反応速度に低下
するまえに反応を止めることによって得られる成分で、
単に焼結を促進するだけでなく非常に反応活性が高く、
容易に酸窒化物の粒界層を形成する。またこれらの成分
は均一に生ずる反応によシ生成するため、均質に分散し
ているか、窒化けい素に結合した状態となっている。こ
の念め高温における材料物性の優れた焼結体を製造する
のに適している。窒化けい素粉末組成物の窒化けい素成
分１ｆｆｌｔｉ部に対して、けい素、酸化けい素および
酸窒化けい素の合計量が０．００１から０．３］［置部
であることが望まれるが、０．００１重量部未満では焼
結促進の効果がな（、０，３！Ｊ１部を越えると得られ
る焼結体の高温特性が好ましくなくなる。

また％第２の発明におけるマグネシクム、カルシウム、
イツトリウムおよびジルコニウム成分ｔｌｊ：％窒化け
い素粉末組成物の製造時においてつぎのような作用があ
る。

（υ　還元、Ｎ化反応の活性化エネルギーを低減し反応
速度を高め５反応時間を短縮する。

（２）　窒化けい素および酸窒化けい素などの結晶核と
なるかもしくは反応し結晶核の生成速度を高め、生成物
である窒化けい累および酸窒化けい素の、ｆ１２径を極
めて小さくする。

このため微粉末で焼結特性の優れた窒化けい素粉末組成
物をより短時間で製造できるうえ、含まれているけい素
、陵化けい素および酸窒化けい累と、焼結時に活発に反
応し焼結を促進する。窒化けい素粉末組成物の鼠牝けい
素成分１！ｉ部に対して、マグネシクム、カルシウム、
イツトリウムおよびジルコニウムの合計ｉｔは０．００
０１から０．３１を部でめることか望まれるが、０．３
重置部を越えると得られる焼結体の高温特性が好ｌしぐ
なくなる。この（υ群の成分だけでは焼結時に十分な効
果が得られずｓ＃紀（ｉ群の成分が共存することが必須
である。また（ａ）群の成分に（ｂ）群の成分が加わる
ことによ勺、焼結しゃすぐ容易に′ｆｉｌ輩化物全化物
しやすい窒化けい素粉末組成物になる。また不発明の窒
化け９索粉末組成物は長時間の反応を必要とせず生産性
も高く、雰り気ガスとエネルギーを節減できＲ造コスト
を低くできる。

以下に本発明の実施Ｎを示す。

（発明の実施例う 粉砕および分級により　１０　Ａｒｎ以下に真実した５
１０２成分を９８％含有する粉末１重蓋部に対しマグネ
シウム、カルシウム、イツトリウムおよびジルコニウム
元素を含む物質を無添加もしくはＰＩＦ定量添加し、純
度９９％以上のカーボンブラックを２１菫部を混合後、
押出成型によシ直径０．１ないし２　ｍｍ８度の貫通す
る細孔を多数持った多孔性の成形体とし、１４５０℃に
て流ｔを請節しながら窒素ガスを供給し排ガス中の一酸
化炭素濃度を５０侵以下となるように反応させた。

残留するカーボンブラックを酸化除去後得られた窒化け
い素粉末ないし窒化けい素粉末組成物に焼結助剤を無添
加ないし添加して窒素ガス雰囲気常圧１７００℃で０．
５時間ないし１時間焼結させた。得た焼結体は＠夏測定
および３点曲げ強さの測定全行った。結果を第１表およ
び第２表に示した。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリカ質原料と炭素質原料との混合原料を、窒素
   を含む非酸化性雰囲気にて還元、窒化して得た窒化けい
   素粉末組成物で、窒化けい素成分１重量部に対してけい
   素、酸化けい素および酸窒化けい素の合計量が０．００
   １から０．３重量部を含有することを特徴とする窒化け
   い素粉末組成物。
2. （２）マグネシウム、カルシウム、イットリウムおよび
   ジルコニウムのうち、１種もしくは２種以上の元素を含
   有する原料とシリカ質原料および炭素質原料との混合原
   料を、窒素を含む非酸化性雰囲気にて還元、窒化して得
   た窒化けい素粉末組成物で、窒化けい素成分１重量部に
   対してけい素、酸化けい素および酸窒化けい素の合計量
   が０．００１から０．３重量部を、またマグネシウム、
   カルシウム、イットリウムおよびジルコニウムの合計量
   が、０．０００１から０．３重量部を含有することを特
   徴とする窒化けい素粉末組成物。