JPS63303865A

JPS63303865A - 導電性サイアロン焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JPS63303865A
Application number: JP62137996A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kubo; 裕久保; Hisao Hara; 久雄原
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1987-06-01
Filing date: 1987-06-01
Publication date: 1988-12-12

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、βサイアロンまたは（α＋β）サイアロンと
主としてチタンの酸窒化物からなる導電性サイアロン焼
結体およびその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

βサイアロンまたは（α＋β）サイアロン焼結体は、Ｓ
ｉ３Ｎ４に比べ高温強度、硬さ、耐酸化性、金属溶湯に
対する耐食性等において優れており、近年種々の分野へ
の応用が進められている。

しかしこれらのサイアロン焼結体は、加工性に難点があ
り、通常ダイヤモンド砥石を用いて加工が行なわれてい
るものの、加工時間およびコストが非常に大きくなると
いう問題点がある。

このため、最近一般式５ｉＧ−、Ａ１．ＯｚＮ、−、で
表わされるβサイアロンのうち、特に２が１ないし４．
２である組成物に容量比にして１５〜５０％のＩＶａｔ
ＶａｙＶＩａ族の元素の酸化物、窒化物、炭化物等を添
加することにより導電性を付与し、放電加工を可能とし
たサイアロン焼結体を得ることが提案されている（特開
昭５９−２０７８８１号公報）。

また、本発明者らはサイアロンに添加する導電性化合物
について種々検討した結果、常圧または加圧窒素中で焼
結を行なった場合、焼結性、強度、耐酸化性等を考慮す
ると、導電性化合物としてはＴｉＮが最も優れることを
見出した（粉体粉末冶金協会昭和６０年度春季大会講演
概要集、Ｐ２Ｏ）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のＴ　ｉ　Ｎを添加した導電性サイアロンは、常圧
焼結が可能であり、強度も高く、放電加工性も良好であ
るため、種々の分野への応用がなされている。しかし導
電性を応用したヒーターとしての適用を考えた場合、以
下のような問題点があることが判明した。

参考図にＺ＝０．３のＴｉＮを添加した導電性サイアロ
ンのＴｉＮ量と電気抵抗率との関係の一例を示す。これ
より電気抵抗率は、ＴｉＮ量２５ｖｏ１％以下で急激に
増加することがわかる。この場合、例えば１０−１Ｏ■
以上の抵抗率を得たい場合、電気抵抗率が急激に変化す
る部分となり、安定した、バラツキの少ない抵抗率を得
ることは極めて困難である。参考図の曲線は焼結条件、
使用するＴｉＮ原料粉末等により変化はするが、その場
合も曲線が横軸方向にズレるのみで曲線の形状および縦
軸方向への変化はほとんどないことがわかった（窯業協
会昭和６２年年会講演概要集）。これより、例えば１０
−１Ｏ口以上で安定した抵抗率を得るためには、ＴｉＮ
（電気抵抗率４Ｘ１０°５Ωａｍ）ではなく、さらに高
い電気抵抗率を有する導電性化合物が必要となることが
わかる。

本発明の目的は、１０゛４〜１０°Ω国の広い範囲にわ
たり、各電気抵抗率において安定した、バラツキの少な
い値の得られ６導電性サイアロン焼結体およびその製造
方法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１発明は、３０〜８０容量≦のβサイアロン
または（α＋β）サイアロンと導電性を有する相および
Ｓ　ｉ　、　Ａ　Ｉ　Ｈｍ　ａ族元素（希土類を含む）
、Ｏ，Ｎ等からなる粒界相からなるサイアロン焼結体に
おいて、前記導電性を有する相の一部または全部がチタ
ンの酸窒化物（不可避的不純物としてＣ，Ｆｅ等を錦以
下含む）であり、前記焼結体の電気抵抗率が１Ｏ口以下
であることを特徴とする導電性サイアロン焼結体である
。また、第２発明は、Ｓｉ３Ｎ４．Ａｌ２Ｏ３，（Ａｌ
ＮポリタイプおよびＡｌＮの１種または２種）、および
Ｈａａ族元素含む化合物のそれぞれ粉末をβサイアロン
または（α＋β）サイアロンを形成する分量とし、これ
にチタンの酸窒化物および／または酸化物（不可避的不
純物としてＣ，Ｆｅ等を錦以下含む）粉末、あるいはチ
タンの窒化物とチタン酸窒化物および／または酸化物粉
末を添加し、混合、成形後、該成形体を１５００〜２０
００℃において窒素雰囲気中で焼結することにより、上
記第１の発明の導電性サイアロン焼結体の製造方法であ
る。

前述の従来の導電性サイアロンの問題点を解決するため
、本発明者はＴ　ｉ　Ｎに替わる導電性化合物について
種々検討を行なった。その結果、焼結性、強度等を低下
させずに１Ｏ−４Ω■から１０°Ω国の広範囲で安定し
た電気抵抗率を得るためには導電性物質としてチタンの
酸窒化物を用いるのが最も好ましいことが判明した。

本発明においてチタンの酸窒化物を２０〜７０容量％と
するのは、２０容量％以下では電気抵抗率が急激に増加
するため安定した、バラツキの少ない値が得られないか
らであり、また７０容量％以上ではサイアロン本体の特
長である、耐酸化性、高い高温強度などが著しく損なわ
れるからである。また好ましくは３０〜５０容量２とす
るのがよい。

電気抵抗率を１Ω口以下とするのはヒーター材としての
要求特性および放電加工性を考慮すると１Ω口以下が好
ましいからである。

また、本発明の導電性サイアロンにおいて特に高強度を
必要とする場合は、Ｚく１とすることが好ましい。

上記の本発明導電性サイアロン焼結体は、次のような本
発明の製造方法により得ることができる。

すなわち、Ｓｉ３Ｎ、粉末、Ａｌ２Ｏ，粉末、ＡｌＮポ
リタイプ粉末、ＡｌＮ粉末、Ｓｉｏ、粉末および１種以
上の■ａ族元素を含む化合物粉末をβサイアロンまたは
（α＋β）サイアロンを形成するように配合する。ここ
でＡｌＮ粉末、Ａ　Ｉ　Ｎポリタイプ粉末はどちらか１
種類でも可であり、また５１０２粉末はＳｉ３Ｎ、粉末
表面上に形成されている５ｉｎ２により替えてもよい。

さて、上述の粉末に対しチタンの酸窒化物粉末を添加し
、混合、成形の後、この成形体を１５００〜２０００℃
において常圧または加圧窒素中で焼結することにより、
主として３０〜８０容量２のβサイアロンまたは（α＋
β）サイアロンと２０〜７０容量２のチタンの酸窒化物
からなる導電性を有する相、残部がＳｉ、Ａｌ、１種以
上のＩＩＩａ族元素、○、Ｎなどからなる粒界相から構
成される焼結体を得ることができる。

ここで焼結は、常圧または加圧窒素中で行なうことが望
ましい。焼結温度として１５００〜２０００℃を選ぶの
は、１５００℃未満では加圧窒素中で焼結を行なっても
緻密化が十分に進まず、また焼結温度が２０００℃を越
える場合には、高圧の窒素ガス中で焼結した場合でも焼
結体の分解を抑制することはできないためである。

なお、チタンは酸窒化物として用いるのが望ましいが、
例えばチタンの酸化物、酸窒化物を用い焼結時に窒化過
程を入れることにより、チタンの酸窒化物としたり、酸
窒化物の組成を変えたり、チタン窒化物と酸窒化物や酸
化物の混合相として高温で焼結することも可能である。

また、本発明において成形方法としては射出成形、押出
成形、プレス成形、ＣＩＰ成形等、各種成形法を用いる
ことができ、また焼結後ＨＩＰ処理によりさらに特性の
向上を図ったり、熱処理を行ない粒界相を結晶化するこ
とも可能である。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明する。

実施例１〜９Ｓｉ、Ｎ、粉末（粒度０．１ｐｍ、ａ化率９３％）、Ｙ
２Ｏ３粉末（粒度１　ｐ　ｍ、９９．９９％）、ＡｌＮ
ポリタイプ粉末（結晶型２１Ｒ９粒度２　μｍ、９８．
８％）、Ａ１．Ｏ。

粉末（粒度０．５μｍ、９９．５％）を用い、焼結体の
Ｚの値が０．５となるように配合した。ここでＹ、Ｏ，
量は６ｗｔ％一定とした。これに対し、ＴｉＮ（比較例
）およびＴｉ０ｘＮｙ（ｘ＋ｙ＝１）粉末（粒度１−１
．５　ｐ　ｍ、不可避的不純物約３ｚ以下）を１０〜８
０容量％添加し、原料粉末とした。これらを混合成形の
後、１７７０℃、４時間、１気圧窒素中で焼結した。得
られた焼結体の電気抵抗率を第１図に示す。

また、各実施例および比較例における抵抗率のバラツキ
を表１に示す。なお、木表の電気抵抗率の欄の値は狙い
値である。

表１これよりチタンの酸窒化物を導電性物質として用いるこ
とにより、ｌＯ°〜１０１Ω備の広い範囲でバラツキの
少ない電気抵抗率が得られることがわかった。

実施例１０〜１４実施例１〜９と同様の粉末およびＡ　Ｉ　Ｎ粉末（粒度
１　μｍ、９９．２％）を用いて、Ｔ　ｉ　ＯＱ　Ｈ２
Ｓ　Ｎ　ｏ　ＩＩ　７　Ｓを導電性物質としてα／（α
＋β）重量比０．５の（α＋β）サイアロンを作製した
。焼結条件は１７９０℃、３時間、５気圧窒素中である
。得られた焼結体の密度、強度（常温１０００°Ｃ）、
電気抵抗率を表２に示す。

表２これよりチタン酸窒化物を２０〜７０容量％添加した導
電性サイアロンは優れた導電性および高強度をもつ材料
であることがわかる。

実施例１５〜２２実施例１〜９と同様の粉末（ＡｌＮポリタイプ粉末の替
りにＡｌＮ粉末を使用）を用い、焼結体のＺの値を種々
変えたβサイアロン組成となるよう配合した（Ｙ２Ｏ，
量は７ｗｔ％一定）。これに対し、Ｔｉ○。＊５Ｎｇ、
５粉末を４０容量２添加し、原料粉末とした。これらを
混合、成形の後、１７５０℃、４時間、９気圧窒素中で
焼結した。

得られた焼結体の電気抵抗率、強度を表３に示す。

表３これよりＺ＜１で特に高強度の焼結体が得られることが
わかる。

実施例２３．２４実施例２，３および比較例２と同一の焼結体を用い、酸
化重量測定による耐酸化性の評価を行なった。酸化条件
は各温度、静止大気中、４０時間保持であり、その結果
を表４に示す。

表４木表から導電性物質としてチタンの酸窒化物粉末を用い
ることにより、耐酸化性も著しく向上することがわかる
。

以上の実施例より導電性サイアロンに用いる導電性物質
としてチタンの酸窒化物粉末を用いることにより、１０
’〜１０→Ω国の広い範囲で安定したバラツキの少ない
電気抵抗率が得られることが明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、導電性サイアロンの導電性物質の一部
または全部としてチタンの酸窒化物を用いることにより
、従来のＴｉＮでは得ることのできなかった、１０°〜
１０−４Ω口の広い範囲での安定した電気抵抗率を得る
ことが可能となった。これにより、ヒーター等の導電性
の機能を利用する用途への適用範囲が非常に拡大した。

このほか、チタンの酸窒化物を用いることにより、従来
材に比べ耐酸化性の向上も可能であり、この点からも高
温での用途が拡大することが期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の導電性サイアロンのチタンの酸窒化
物の量と電気抵抗率の関係を示すものである。〜　、−、、−１，：−７１，。６−−−　　　−゛−”、−一一第１図ＴｉＯｘ’Ｎｙ　ｕ’　　（Ｖｏｔ％　）手続補正書（
自発）昭和　へこ゛６゛月５　日２、発　明　の　名　称　　導電性サイアロン焼結体お
よびその製造方法３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目１番２号
名　　称　　　　（５０８）　　　日立金属株式会社４
、補正の対象補正の内容１、明細書の発明の詳細な説明の欄を次のように訂正す
る。（１）明細書第４頁第７行および第１４行の「参考図」
を「第２図」に訂正する。２、　明細書の図面の簡単な説明の欄を次のように訂正
する。（１）明細書第１４頁第１９行から次を加入する。「第２図は、Ｔ　ｉ　Ｎを用いた従来の導電性サイアロ
ンのＴ　ｉ　Ｎ量と電気抵抗率の関係を示すものである
。」３、　図面の参考図を添付の第２図と差し換える。以上％２図ＴｉＮ童（Ｖｏｔ％）

Claims

【特許請求の範囲】１　３０〜８０容量％のβサイアロンまたは（α＋β）
サイアロンと導電性を有する相およびＳｉ、Ａｌ、III
ａ族元素（希土類を含む）、Ｏ、Ｎ等からなる粒界相か
らなるサイアロン焼結体において、前記導電性を有する
相の一部または全部がチタンの酸窒化物（不可避的不純
物としてＣ、Ｆｅ等を５％以下含む）であり、前記焼結
体の電気抵抗率が１Ωｃｍ以下であることを特徴とする
導電性サイアロン焼結体。２　βサイアロン（Ｓｉ＿６＿−＿ｚＡｌ＿ｚＯ＿ｚＮ
＿９＿−＿ｚ）のＺが、Ｚ＜１であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の導電性サイアロン焼結体。３　Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２Ｏ＿３、（ＡｌＮポリタ
イプおよびＡｌＮの１種または２種）、およびIIIａ族
元素を含む化合物のそれぞれ粉末をβサイアロンまたは
（α＋β）サイアロンを形成する分量とし、これにチタ
ンの酸窒化物および／または酸化物（不可避的不純物と
してＣ、Ｆｅ等を５％以下含む）粉末、あるいはチタン
の窒化物とチタン酸窒化物および／または酸化物粉末を
添加し、混合、成形後、該成形体を１５００〜２０００
℃において窒素雰囲気中で焼結することにより、主とし
て３０〜８０容量％のβサイアロンまたは（α＋β）サ
イアロンと２０〜７０容量％のチタンの化合物（不可避
的不純物としてＣ、Ｆｅ等を５％以下含む）からなる導
電性を有する相およびＳｉ、Ａｌ、IIIａ族元素（希土
類を含む）、Ｏ、Ｎ等からなる粒界相からなる焼結体を
得ることを特徴とする導電性サイアロン焼結体の製造方
法。