JPS6316359B2 - - Google Patents
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- JPS6316359B2 JPS6316359B2 JP58063981A JP6398183A JPS6316359B2 JP S6316359 B2 JPS6316359 B2 JP S6316359B2 JP 58063981 A JP58063981 A JP 58063981A JP 6398183 A JP6398183 A JP 6398183A JP S6316359 B2 JPS6316359 B2 JP S6316359B2
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
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。 ＜従来の技術とその問題点＞ 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（Sl2O3）を助剤として用いることは、猪
股らによつて検討され（窯業協会誌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。 ＜問題点を解決するための手段＞ 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として結晶形が立方晶
形の安定化ZrO2を使用し、これにAlの酸化物を
焼結助剤として使用するとともに、さらに、ａ
族（Zrを除く）、ａ族、ａ族元素の酸化物の
１種または２種以上を共存させることによつて一
段と緻密で高強度な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Si3N4を主成分とし、これに
CaO、MgO、Y2O3の少なくとも１種で安定化し
た立方晶形のZrO2を生成焼結体中に１〜25体積
％含有する量と、Alを１〜15重量％、さらに
Mg、ａ族（但しZrを除く）、ａ族、ａ族
元素の酸化物のうちの１種または２種以上をこれ
らの元素としての焼結体中の含有量が0.1〜５重
量％となる量を含有してなる混合粉末を窒素ガス
雰囲気中で通常の焼結をすることによつてSi3N4
の大部分がβ相で、平均粒径が2μ以下の緻密で
高強度な窒化けい素質焼結体を得る方法を提供す
るものである。 ＜作 用＞ この発明において、立方晶形ZrO2の生成焼結
体中に占める量は１体積％以下では該ZrO2添加
の効果が小さく、また25体積％以上になると、焼
結体強度の低下が著しくなることから１〜25体積
％の範囲が適当である。 ZrO2を立方晶形に安定化させるにはCaO、
MgO、Y2O3の何れを用いても同じ効果を奏し、
安定化物質の種類による影響は小さい。 焼結助剤としてのAlは、取扱い上の容易さの
点から酸化物が望ましい。そして、このAl酸化
物の量は、焼結体中のAlの量として規定され、
この量が１重量％以下では焼結体の緻密化が困難
であり、また15重量％以上では焼結体における強
度の低下が著しくなるため、１〜15重量％の範囲
が適当である。 次に、MgあるいはZrを除くａ族、ａ族、
ａ族元素の酸化物としての量はそれら金属元素
の正成焼結体中における量として規定され、その
量が0.1重量％以下では添加の効果が殆どなく、
また５重量％以上になると、焼結体の特性値を低
下させるという点から0.1〜５重量％が好ましい。 以上、詳述したようにこの発明は窒化けい素質
焼結体の製造に当つて、Si3N4中に安定化した立
方晶のZrO2を分散させるとともに、焼結助剤と
してAlの酸化物と、Mgあるいはａ族（Zrを除
く）、ａ族、ａ族元素の酸化物の１種または
２種以上を同時に用いることによつて、従来にな
い高強度の窒化けい素質焼結体を得ることができ
るのである。 ＜実施例＞ 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。 第１表に示した焼結体組成となるように、α―
Si3N4粉末、市販のMgO安定化ZrO2粉末、Al2O3
粉末、MgO粉末、TiO2粉末、TaO2粉末を混合
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℃×５気圧の窒素ガ
ス中で２時間焼結した。 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、この発明の有用性が認められた。 なお、本実施例において焼結体生成のための配
合量の一例を第１表の番号１のものについて示す
と、Al2O3粉末9.5重量％、MgO粉末3.3重量％、
MgO安定化ZrO2粉末5.5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
結体を得たものである。 下記第１表中※印の番号のものは、この発明の
請求範囲外の組成であり、No.12、13は比較例であ
る。 【表】
素質焼結体の製造法に関するものである。 ＜従来の技術とその問題点＞ 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（Sl2O3）を助剤として用いることは、猪
股らによつて検討され（窯業協会誌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。 ＜問題点を解決するための手段＞ 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として結晶形が立方晶
形の安定化ZrO2を使用し、これにAlの酸化物を
焼結助剤として使用するとともに、さらに、ａ
族（Zrを除く）、ａ族、ａ族元素の酸化物の
１種または２種以上を共存させることによつて一
段と緻密で高強度な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Si3N4を主成分とし、これに
CaO、MgO、Y2O3の少なくとも１種で安定化し
た立方晶形のZrO2を生成焼結体中に１〜25体積
％含有する量と、Alを１〜15重量％、さらに
Mg、ａ族（但しZrを除く）、ａ族、ａ族
元素の酸化物のうちの１種または２種以上をこれ
らの元素としての焼結体中の含有量が0.1〜５重
量％となる量を含有してなる混合粉末を窒素ガス
雰囲気中で通常の焼結をすることによつてSi3N4
の大部分がβ相で、平均粒径が2μ以下の緻密で
高強度な窒化けい素質焼結体を得る方法を提供す
るものである。 ＜作 用＞ この発明において、立方晶形ZrO2の生成焼結
体中に占める量は１体積％以下では該ZrO2添加
の効果が小さく、また25体積％以上になると、焼
結体強度の低下が著しくなることから１〜25体積
％の範囲が適当である。 ZrO2を立方晶形に安定化させるにはCaO、
MgO、Y2O3の何れを用いても同じ効果を奏し、
安定化物質の種類による影響は小さい。 焼結助剤としてのAlは、取扱い上の容易さの
点から酸化物が望ましい。そして、このAl酸化
物の量は、焼結体中のAlの量として規定され、
この量が１重量％以下では焼結体の緻密化が困難
であり、また15重量％以上では焼結体における強
度の低下が著しくなるため、１〜15重量％の範囲
が適当である。 次に、MgあるいはZrを除くａ族、ａ族、
ａ族元素の酸化物としての量はそれら金属元素
の正成焼結体中における量として規定され、その
量が0.1重量％以下では添加の効果が殆どなく、
また５重量％以上になると、焼結体の特性値を低
下させるという点から0.1〜５重量％が好ましい。 以上、詳述したようにこの発明は窒化けい素質
焼結体の製造に当つて、Si3N4中に安定化した立
方晶のZrO2を分散させるとともに、焼結助剤と
してAlの酸化物と、Mgあるいはａ族（Zrを除
く）、ａ族、ａ族元素の酸化物の１種または
２種以上を同時に用いることによつて、従来にな
い高強度の窒化けい素質焼結体を得ることができ
るのである。 ＜実施例＞ 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。 第１表に示した焼結体組成となるように、α―
Si3N4粉末、市販のMgO安定化ZrO2粉末、Al2O3
粉末、MgO粉末、TiO2粉末、TaO2粉末を混合
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℃×５気圧の窒素ガ
ス中で２時間焼結した。 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、この発明の有用性が認められた。 なお、本実施例において焼結体生成のための配
合量の一例を第１表の番号１のものについて示す
と、Al2O3粉末9.5重量％、MgO粉末3.3重量％、
MgO安定化ZrO2粉末5.5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
結体を得たものである。 下記第１表中※印の番号のものは、この発明の
請求範囲外の組成であり、No.12、13は比較例であ
る。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 生成焼結体中における含有量が１〜25体積％
となる量の立方晶酸化ジルコニウム粉末とアルミ
ニウム量として１〜15重量％に相当する量のアル
ミニウムの酸化物粉末およびMg、Zrを除くａ
族、ａ族、ａ族元素の酸化物の粉末あるいは
これらの複合物粉末を使用元素量換算で0.1〜５
重量％となる量および残部が窒化けい素粉末より
なる混合物を窒素ガス雰囲気中で1600〜1900℃に
て焼結し、窒化けい素の大部分がβ相で、平均粒
径が2μ以下の焼結体を得ることを特徴とする窒
化けい素質焼結体の製造法。 ２ 立方晶酸化ジルコニウムは酸化カルシウム、
酸化マグネシウム、酸化イツトリウムの少なくと
も１種により安定化させて用いることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の窒化けい素質焼結
体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58063981A JPS59190271A (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 |
|---|---|---|---|
| JP58063981A JPS59190271A (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 |
|---|---|
| JPS59190271A JPS59190271A (ja) | 1984-10-29 |
| JPS6316359B2 true JPS6316359B2 (ja) | 1988-04-08 |
Family
ID=13244966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58063981A Granted JPS59190271A (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) | JPS59190271A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61101482A (ja) * | 1984-10-23 | 1986-05-20 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素切削工具 |
| US4880756A (en) * | 1987-09-02 | 1989-11-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride sintered product |
| 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 |
| DE3905271A1 (de) * | 1989-02-21 | 1990-08-23 | Hoechst Ag | Siliziumnitrid-keramik und verfahren zu ihrer herstellung |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57145079A (en) * | 1981-03-03 | 1982-09-07 | Ngk Spark Plug Co | Sintered body for cutting tool and manufacture |
| JPS57205376A (en) * | 1981-06-10 | 1982-12-16 | Ngk Spark Plug Co | Sintered body for cutting tool and manufacture |
| JPS57205374A (en) * | 1981-06-09 | 1982-12-16 | Ngk Spark Plug Co | Sintered body for cutting tool and manufacture |
-
1983
- 1983-04-12 JP JP58063981A patent/JPS59190271A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57145079A (en) * | 1981-03-03 | 1982-09-07 | Ngk Spark Plug Co | Sintered body for cutting tool and manufacture |
| JPS57205374A (en) * | 1981-06-09 | 1982-12-16 | Ngk Spark Plug Co | Sintered body for cutting tool and manufacture |
| JPS57205376A (en) * | 1981-06-10 | 1982-12-16 | Ngk Spark Plug Co | Sintered body for cutting tool and manufacture |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59190271A (ja) | 1984-10-29 |
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