JPS6316358B2 - - Google Patents
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- JPS6316358B2 JPS6316358B2 JP58063982A JP6398283A JPS6316358B2 JP S6316358 B2 JPS6316358 B2 JP S6316358B2 JP 58063982 A JP58063982 A JP 58063982A JP 6398283 A JP6398283 A JP 6398283A JP S6316358 B2 JPS6316358 B2 JP S6316358B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
(イ) 技術分野
この発明は高密度、高強度にすぐれた窒化けい
素質焼結体の製造法に関するものである。 (ロ) 技術背景 従来から高温構造部材に使用するエンジニアリ
ングセラミツクの１つとして、窒化けい素質焼結
体が注目されているが、窒化けい素（Si3N4）単
独では焼結が困難であるため、低融点化合物を焼
結助剤に使用して焼結することが行なわれてい
る。 即ち焼結助剤としては、多くの場合酸化物が使
用されており、現在までにアルミニウム（Al）、
マグネシウム（Mg）、イツトリウム（Ｙ）やラ
ンタン（La）、セリウム（Ce）などのランタニド
系希土類元素、ベリリウム（Be）、ジルコニウム
（Zr）などの酸化物の１種または２種以上を添加
する方法が知られている。 また、このほかに上記した元素の窒化物、酸窒
化物を焼結助剤として用いる方法も提案されてい
る。 しかしながら上記の何れの場合においても高い
抗折強度と高い硬度を同時に満たすことは困難で
あるばかりでなく、緻密な焼結体を得るためには
ホツトプレスなど加圧焼結する必要があるなどの
問題点が指摘されているのである。 また酸化ジルコニウム（ZrO2）と酸化アルミ
ニウム（Al2O3）を助剤として用いることは、猪
股らによつて検討され（窯業協会82（12）、
1976）、焼結性向上に効果のあることが認められ
ているが、ZrO2の原料として単斜晶形の高純度
ZrO2を使用しており、特性値は示されていない
が、原料純度、得られた焼結体中のZrO2の結晶
形から判断してZrO2の相変態による特性の劣化
が予想され、事実本発明者らの実験によつてその
劣化が確認された。 (ハ) 発明の開示 本発明者らは、上記の点に鑑みてSi3N4の焼結
助剤について種々検討した結果Si3N4焼結におけ
る焼結助剤としてZrO2として結晶形が正方晶形
の安定化ZrO2粉末を使用し、さらにAl、Mg、あ
るいはａ族元素等の酸化物の１種または２種以
上を同時に添加することによつて焼結性にすぐれ
た高強度の窒化けい素質焼結体が得られることを
見出し、この発明に至つたものである。 即ちこの発明はAl、Mgあるいはａ族元素等
の酸化物、窒化物、珪化物、炭化物またはこれら
の固溶体等の粉末の１種または２種以上を１〜15
重量％と生成焼結体中における含有量が１〜25体
積％となる量の正方晶ZrO2粉末および残部Si3N4
粉末よりなる混合粉末を用いて型押ししたのち、
加圧窒素雰囲気中で1600〜1900℃にて焼結するこ
とを特徴とする高強度の窒化けい素質焼結体の製
造法を提供するものである。 この発明で正方晶安定化ZrO2を使用するのは、
ZrO2の相転移による焼結体特性の劣化を防ぐと
ともに正方晶ZrO2が分散した場合、強度が著し
く向上するためである。 このような正方晶安定化ZrO2の使用量は焼結
体中に1.0〜25体積％含むようにすることが好ま
しい。 これは1.0体積％以下ではZrO2使用の効果が小
さく、また25体積％以上では焼結体の熱伝導率、
強度ともに急激に劣化して好ましくないためであ
る。 なおZrO2を正方晶形に安定化させるために用
いる、上記したMgO、CaO、Y2O3のうちでは
Y2O3が最も高強度を示し、また安定であつて好
ましい。 Y2O3を用いる場合、２〜５モル％をZrO2に添
加することで正方晶形に安定化させることができ
る。 さらにZrO2とともに使用する焼結助剤として
はAl、Mgやａ族元素のうちのＹ、Ce、La、
の元素が好ましく、その添加化合物としては酸化
物、窒化物、珪化物、炭化物またはこれらの固溶
体の何れを用いてもまた２種以上を併用してもそ
の効果に大差は認められない。このような化合物
の添加量は１〜15重量％が適当である。これは１
重量％以下では添加の効果が認められず、また15
重量％以上では焼結体の特性値の劣化が大きくて
好ましくないためである。上記した正方晶安定化
ZrO2粉末、Al、Mg、ａ族元素の酸化物、窒化
物、珪化物、炭化物などの粉末および残部の
Si3N4粉末を混合して得た混合粉末は、型押し後
窒素雰囲気中で焼結されるが、その時の焼結温度
としては1600〜1900℃、好ましくは1700〜1800℃
がよい。また窒素雰囲気については、Si3N4の分
解を抑止するに十分な圧力が望ましく、例えば
1700℃の場合では２気圧、1800℃では10気圧程度
が必要であり、低温側は真空焼結などにて十分脱
ガスを行うことも必要である。 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。 実施例 １ 第１表に示した焼結体組成となるように、α―
Si3N4粉末、３モルのY2O3を固溶した正方晶の
ZrO2粉末、Al2O3粉末、MgO粉末、Y2O3粉末を
湿式混合して乾燥したのち、1t／cm2の圧力で静圧
成形した。 さらにこの成形体から６mm×６mm×40mmの大き
さに切出した成形体を1750℃×２気圧の窒素ガス
中で２時間焼結した。 かくして得られた焼結体について密度、減量
率、硬度、抗折力などを測定したところ第１表の
結果が得られ、この発明の焼結体が高密度、高強
度を有することが認められた。 なお、本実施例において焼結体生成のための配
合量の１例を第１表の番号１のものについて示す
と、Al2O3粉末５重量％、ZrO2粉末12.4重量％、
残部α―Si3N4粉末であり、これによつて第１表
に示す組成の焼結体を得た。 第１表中＊印の番号７、８、９、10はこの発明
の請求範囲以外の組成のものであり、番号11は比
較例である。
素質焼結体の製造法に関するものである。 (ロ) 技術背景 従来から高温構造部材に使用するエンジニアリ
ングセラミツクの１つとして、窒化けい素質焼結
体が注目されているが、窒化けい素（Si3N4）単
独では焼結が困難であるため、低融点化合物を焼
結助剤に使用して焼結することが行なわれてい
る。 即ち焼結助剤としては、多くの場合酸化物が使
用されており、現在までにアルミニウム（Al）、
マグネシウム（Mg）、イツトリウム（Ｙ）やラ
ンタン（La）、セリウム（Ce）などのランタニド
系希土類元素、ベリリウム（Be）、ジルコニウム
（Zr）などの酸化物の１種または２種以上を添加
する方法が知られている。 また、このほかに上記した元素の窒化物、酸窒
化物を焼結助剤として用いる方法も提案されてい
る。 しかしながら上記の何れの場合においても高い
抗折強度と高い硬度を同時に満たすことは困難で
あるばかりでなく、緻密な焼結体を得るためには
ホツトプレスなど加圧焼結する必要があるなどの
問題点が指摘されているのである。 また酸化ジルコニウム（ZrO2）と酸化アルミ
ニウム（Al2O3）を助剤として用いることは、猪
股らによつて検討され（窯業協会82（12）、
1976）、焼結性向上に効果のあることが認められ
ているが、ZrO2の原料として単斜晶形の高純度
ZrO2を使用しており、特性値は示されていない
が、原料純度、得られた焼結体中のZrO2の結晶
形から判断してZrO2の相変態による特性の劣化
が予想され、事実本発明者らの実験によつてその
劣化が確認された。 (ハ) 発明の開示 本発明者らは、上記の点に鑑みてSi3N4の焼結
助剤について種々検討した結果Si3N4焼結におけ
る焼結助剤としてZrO2として結晶形が正方晶形
の安定化ZrO2粉末を使用し、さらにAl、Mg、あ
るいはａ族元素等の酸化物の１種または２種以
上を同時に添加することによつて焼結性にすぐれ
た高強度の窒化けい素質焼結体が得られることを
見出し、この発明に至つたものである。 即ちこの発明はAl、Mgあるいはａ族元素等
の酸化物、窒化物、珪化物、炭化物またはこれら
の固溶体等の粉末の１種または２種以上を１〜15
重量％と生成焼結体中における含有量が１〜25体
積％となる量の正方晶ZrO2粉末および残部Si3N4
粉末よりなる混合粉末を用いて型押ししたのち、
加圧窒素雰囲気中で1600〜1900℃にて焼結するこ
とを特徴とする高強度の窒化けい素質焼結体の製
造法を提供するものである。 この発明で正方晶安定化ZrO2を使用するのは、
ZrO2の相転移による焼結体特性の劣化を防ぐと
ともに正方晶ZrO2が分散した場合、強度が著し
く向上するためである。 このような正方晶安定化ZrO2の使用量は焼結
体中に1.0〜25体積％含むようにすることが好ま
しい。 これは1.0体積％以下ではZrO2使用の効果が小
さく、また25体積％以上では焼結体の熱伝導率、
強度ともに急激に劣化して好ましくないためであ
る。 なおZrO2を正方晶形に安定化させるために用
いる、上記したMgO、CaO、Y2O3のうちでは
Y2O3が最も高強度を示し、また安定であつて好
ましい。 Y2O3を用いる場合、２〜５モル％をZrO2に添
加することで正方晶形に安定化させることができ
る。 さらにZrO2とともに使用する焼結助剤として
はAl、Mgやａ族元素のうちのＹ、Ce、La、
の元素が好ましく、その添加化合物としては酸化
物、窒化物、珪化物、炭化物またはこれらの固溶
体の何れを用いてもまた２種以上を併用してもそ
の効果に大差は認められない。このような化合物
の添加量は１〜15重量％が適当である。これは１
重量％以下では添加の効果が認められず、また15
重量％以上では焼結体の特性値の劣化が大きくて
好ましくないためである。上記した正方晶安定化
ZrO2粉末、Al、Mg、ａ族元素の酸化物、窒化
物、珪化物、炭化物などの粉末および残部の
Si3N4粉末を混合して得た混合粉末は、型押し後
窒素雰囲気中で焼結されるが、その時の焼結温度
としては1600〜1900℃、好ましくは1700〜1800℃
がよい。また窒素雰囲気については、Si3N4の分
解を抑止するに十分な圧力が望ましく、例えば
1700℃の場合では２気圧、1800℃では10気圧程度
が必要であり、低温側は真空焼結などにて十分脱
ガスを行うことも必要である。 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。 実施例 １ 第１表に示した焼結体組成となるように、α―
Si3N4粉末、３モルのY2O3を固溶した正方晶の
ZrO2粉末、Al2O3粉末、MgO粉末、Y2O3粉末を
湿式混合して乾燥したのち、1t／cm2の圧力で静圧
成形した。 さらにこの成形体から６mm×６mm×40mmの大き
さに切出した成形体を1750℃×２気圧の窒素ガス
中で２時間焼結した。 かくして得られた焼結体について密度、減量
率、硬度、抗折力などを測定したところ第１表の
結果が得られ、この発明の焼結体が高密度、高強
度を有することが認められた。 なお、本実施例において焼結体生成のための配
合量の１例を第１表の番号１のものについて示す
と、Al2O3粉末５重量％、ZrO2粉末12.4重量％、
残部α―Si3N4粉末であり、これによつて第１表
に示す組成の焼結体を得た。 第１表中＊印の番号７、８、９、10はこの発明
の請求範囲以外の組成のものであり、番号11は比
較例である。
【表】
実施例 ２
実施例１の第１表に示した組成について1750
℃、１気圧の窒素ガス中で１時間、200Kg／cm2の
圧力下でホツトプレスして焼結体を得た。 この焼結体について実施例１と同様のテストを
行つたところこの発明の組成によるものは硬度、
抗折力にすぐれていた。
℃、１気圧の窒素ガス中で１時間、200Kg／cm2の
圧力下でホツトプレスして焼結体を得た。 この焼結体について実施例１と同様のテストを
行つたところこの発明の組成によるものは硬度、
抗折力にすぐれていた。
Claims (1)
- １ アルミニウム、マグネシウムあるいはａ族
元素の酸化物またはこれらの固溶体等の粉末の１
種または２種以上を１〜15重量％と生成焼結体中
における含有量が１〜25体積％となる量の正方晶
酸化ジルコニウム粉末、および残部窒化けい素粉
末よりなる充分に混合した混合粉末を用いて型押
ししたのち、加圧窒素雰囲気中で1600〜1900℃に
て焼結することを特徴とする窒化けい素質焼結体
の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58063982A JPS59190272A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | 窒化けい素質焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58063982A JPS59190272A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | 窒化けい素質焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59190272A JPS59190272A (ja) | 1984-10-29 |
| JPS6316358B2 true JPS6316358B2 (ja) | 1988-04-08 |
Family
ID=13244995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58063982A Granted JPS59190272A (ja) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | 窒化けい素質焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59190272A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6077174A (ja) * | 1983-10-01 | 1985-05-01 | 株式会社クボタ | 窒化けい素焼結体の製造法 |
| JPH066512B2 (ja) * | 1985-07-31 | 1994-01-26 | 株式会社ノリタケカンパニ−リミテド | 高靭性窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
| JPS62256768A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-11-09 | 株式会社日立製作所 | 窒化けい素焼結体 |
| JPS6389460A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-20 | 住友電気工業株式会社 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
| JPS6395161A (ja) * | 1986-10-06 | 1988-04-26 | 住友電気工業株式会社 | セラミツク複合体及びその製造方法 |
| EP0306001B1 (en) * | 1987-09-02 | 1992-11-11 | NGK Spark Plug Co. Ltd. | Silicon nitride sintered product |
| JPH01157466A (ja) * | 1987-09-02 | 1989-06-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 切削工具用窒化ケイ素焼結体 |
| JPH0694390B2 (ja) * | 1988-09-09 | 1994-11-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5820783A (ja) * | 1981-07-28 | 1983-02-07 | 日本化学陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
-
1983
- 1983-04-12 JP JP58063982A patent/JPS59190272A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5820783A (ja) * | 1981-07-28 | 1983-02-07 | 日本化学陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59190272A (ja) | 1984-10-29 |
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