JPS6346031B2

JPS6346031B2 -

Info

Publication number: JPS6346031B2
Application number: JP58063984A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamakawa; Eiji Kamijo
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1983-04-12
Publication date: 1988-09-13
Also published as: JPS59190274A

Description

【発明の詳細な説明】

(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
素質焼結体およびそ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
化物の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
抗析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（ZnO₂）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。 (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粉末の焼結
における焼結助剤としてZrO₂とともにAl、Ｙの
酸化物の１種または２種およびａ族（Zrを除
く）ａ族、ａ族元素即ちTi、Hf、Ｖ、Nb、
Ta、Cr、Mo、Ｗから選ばれた元素の炭化物ま
たは窒化物の１種または２種以上を添加すること
によつて高強度、高硬度の窒化けい素焼結体が得
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
焼結助剤としてZrO₂を生成焼結体中に１〜25体
積％含有する量とａ族（Zrを除く）、ａ族、
ａ族元素の炭化物または窒化物の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１〜15重量％となる量およびAl、Ｙの酸化物
の１種または２種をそれらの元素としての焼結体
中の含有が0.5〜10重量％となる量含有してなる
窒化けい素焼結体およびその製造法を提供するも
のである。この発明はSi₃N₄粉末の焼結における焼結助剤
としてZrO₂とAl、Ｙの酸化物に加えてａ族
（Zrを除く）、ａ族、ａ族元素の炭化物ある
いは窒化物を使用することによつて焼結性を向上
するとともに、このａ族、ａ族、ａ族の元
素の炭化物、窒化物が高い硬度をもち、高温で安
定な特性を発揮するために、すぐれた特性の焼結
体が得られるのである。この発明において、ZrO₂の生成焼結体中に占
める量は、１体積％以下では該ZrO₂の焼結助剤
としての添加効果が小さく、また25体積％以上で
は焼結体の強度、硬度が急激に低下してしまうこ
とから望ましくなく、従つて１〜25体積％の範囲
内が適当である。またAl、Ｙの酸化物の使用量は、生成焼結体
中におけるこれら元素の量として規定され、この
量が0.5重量％以下では効果が少なく、10重量％
以上では焼結体の高温強度が低下して望ましくな
く、従つて0.5〜10重量％の範囲が適当である。またａ族（Zrを除く）、ａ族、ａ族元素
は、炭化物、窒化物またはこれらの固溶物、混合
物のいずれの形態で使用してもよく、その何れの
場合でも効果は同様である。その添加量として
は、それらの元素の生成焼結体中における量とし
て規定され、その量が１重量％以下では効果が小
さく、また15重量％以上になると焼結が困難であ
り、また却つて焼結体特性が劣化するために１〜
15重量％の範囲が適当である。次にZrO₂をａ族（Zrを除く）、ａ族、ａ
族元素の炭化物または窒化物の１種または２種以
上、さらにAl、Ｙの酸化物の１種または２種お
よび残部Si₃N₄よりなる混合粉末を用いて焼結体
を得る場合の製造法についてのべると、上記粉末
を十分に混合し、型押し後、窒素雰囲気中で焼結
あるいは加圧焼結を行う。ホツトプレスの場合50Kg／cm²以上の圧力下で行
うことが好ましく、焼結温度としては1600〜1900
℃緻密化が得られるが、好ましいのは1700〜1800
℃である。また窒素ガス雰囲気は窒化けい素の分解を抑え
るために最少限の圧力以上であればよく、例えば
1700℃の場合で１気圧、1800℃の場合で10気圧程
度が好ましい。また窒化けい素の分解が問題にならない温度域
では脱ガスのために真空下で昇温してもよい。以下、この発明を実施例により詳細に説明す
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、Al₂O₃粉末、単斜晶ZrO₂粉末、TiC
粉末を配合し、湿式混合を行つて乾燥したのち、
1t／cm²の圧力で静圧成形を行つた。この成形体を６mm×６mm×40mmの大きさに切出
し、これらを1750℃×２気圧の窒素ガス中で２時
間焼結した。得られた焼結体の密度、減量率、硬度、抗折力
などを測定したところ、第１表の結果を得た。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3.8重量％、単斜晶ZrO₂粉末5.5重
量％、TiC粉末6.3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７〜
10はこの発明の請求範囲外の組成であり、11は比
較例である。

【表】実施例２実施例１における第１表に示した組成のうち、
No.４の組成の混合粉末を1750℃×１時間、200
Kg／cm²の圧力でホツトプレスを行つて焼結体を得
た。なお窒素雰囲気は１気圧とした。得られた焼結体は密度98％、硬度94.5HRA、
抗折力90Kg／mm²で、従来の窒化けい素焼結体に比
べて極めて高い硬度を示した。実施例３実施例１の第１表中のNo.４の組成のうちTiCの
代りにWC、Hfc、TaC、TiN、TaNを用い、１
気圧の窒素雰囲気中1750℃で１時間200Kg／cm²の
圧力でホツトプレス焼結を行つた。得られた焼結体の密度、減量率、硬度、抗析力
を測定したところ第２表の結果が得られた。なお
番号７は比較例である。

【表】なお、上記実施例においてはZrO₂は１例とし
て単斜晶のものを用いたが、ZrO₂の結晶形態と
しては、このほか立方晶、正方晶のものであつて
も同一の結果が得られることは明らかである。

Claims

【特許請求の範囲】１窒化けい素粉末を主成分とし、これに酸化ジ
ルコニウムを生成焼結体中に１〜25体積％と、ジ
ルコニウムを除くａ族あるいはａ族、ａ族
元素の炭化物または窒化物またはこれらの化合物
の１種または２種以上を元素量換算で１〜15重量
％とアルミニウム、イツトリウムの酸化物または
これらの化合物１種または２種を元素量換算で合
計して0.5〜10重量％生成焼結体中に含有せしめ
たことを特徴とする窒化けい素質焼結体。２ジルコニウムを除くａ族あるいはａ族、
ａ族元素の炭化物または窒化物粉末の１種また
は２種以上を使用元素量換算で１〜15重量％とな
る量と、アルミニウム、イツトリウムの酸化物を
その元素量換算で0.5〜10重量％となる量、さら
に生成焼結体中における含有量が１〜25体積％と
なるべき量の酸化ジルコニウム粉末、および残部
が窒化けい素粉末よりなる混合粉末を型押しした
のち、減圧または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。