JPS6364975A - Manufacture of electroconductive sialon sintered body - Google Patents

Manufacture of electroconductive sialon sintered body

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JPS6364975A
JPS6364975A JP61208957A JP20895786A JPS6364975A JP S6364975 A JPS6364975 A JP S6364975A JP 61208957 A JP61208957 A JP 61208957A JP 20895786 A JP20895786 A JP 20895786A JP S6364975 A JPS6364975 A JP S6364975A
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JP
Japan
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powder
sintered body
sialon
tin
sialon sintered
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JP61208957A
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Japanese (ja)
Inventor
裕 久保
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、サイアロン焼結体の製造方法に関するもので
あり、特にβサイアロン相とTiN相を主体とする導電
性サイアロン焼結体の製造方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a sialon sintered body, and particularly a method for manufacturing a conductive sialon sintered body mainly composed of a β-sialon phase and a TiN phase. It is related to.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

βサイアロン焼結体は、高温強度および耐酸化性に優れ
、熱膨張係数が小さく耐熱衝撃性が非常に大きい等の利
点があるため、近年種々の分野において利用されている
。このβサイアロン焼結体は1例えば特公昭58−14
391号公報または特公昭58−52949号公報など
により知られているように、窒化ケイ素、窒化アルミニ
ウムおよびアルミナからなる第1成分と、イツトリウム
、スカンジウム、セリウム、ランタンおよびランタニド
系譜金属のうちの少なくとも1つの元素の酸化物からな
る第2成分とからなる粉末混合物を成形し、この成形体
を加圧下または非加圧下において保護雰囲気内で焼結す
ることにより得られている。
β-sialon sintered bodies have been used in various fields in recent years because they have advantages such as excellent high-temperature strength and oxidation resistance, a small coefficient of thermal expansion, and very high thermal shock resistance. This β-sialon sintered body is 1, for example,
As is known from Japanese Patent Publication No. 391 or Japanese Patent Publication No. 58-52949, a first component consisting of silicon nitride, aluminum nitride, and alumina, and at least one of yttrium, scandium, cerium, lanthanum, and lanthanide family metals. It is obtained by molding a powder mixture consisting of a second component consisting of oxides of two elements, and sintering this molded body in a protective atmosphere with or without pressure.

しかし、βサイアロン焼結体は加工性に足点があり、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、加工時間及びコストが非常に大きくなるという問
題点がある。
However, the β-sialon sintered body has a drawback in workability, and although it is usually processed using a diamond grindstone, there is a problem in that the processing time and cost are extremely large.

このため、最近、一般式Si、、Al、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IV
a、Va、VIa族元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼
化物のうち1種以上の化合物および/または5iC1A
1.C,より選ばれた1種以上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59−20788
1号公報)。
For this reason, recently, among the β-sialons represented by the general formula Si, Al, OzN, -, especially 2 is 1. or 4
.. 2, 15-50% IV by volume
one or more compounds of oxides, nitrides, carbides, and borides of group a, Va, and VIa elements and/or 5iC1A
1. It has been proposed to obtain a sialon sintered body that can be electrically discharge-machined by imparting conductivity by adding one or more selected from C.
Publication No. 1).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明者は上記公知事実に従い、導電性を有するサイア
ロン焼結体を作製し、放電加工して複雑形状の製品を得
るべく種々実験検討を行なった結果、実用的にはより一
層放電加工性を改善し、さらに加工性に優れた焼結体を
得ることが必要であることが判明した。
In accordance with the above-mentioned known facts, the present inventor prepared a conductive sialon sintered body and conducted various experiments and studies to obtain a product with a complex shape by electrical discharge machining. It has been found that it is necessary to improve the process and obtain a sintered body with excellent workability.

すなわち、上記提案による導電性サイアロンは、実施例
1.2.3に見られるように電気抵抗率がいずれの場合
とも1O−1(Ω・c!1)以上であり、放電加工は可
能であるものの加工速度が遅いとか、一定以上の厚さの
焼結体のワイヤーカットは不可能になる等の問題点があ
ることが明らかとなった。
In other words, as seen in Example 1.2.3, the conductive Sialon proposed above has an electrical resistivity of 1O-1 (Ω・c!1) or more in all cases, and electrical discharge machining is possible. It has become clear that there are problems such as slow processing speed and the impossibility of wire cutting a sintered body with a certain thickness or more.

また、上記提案によるサイアロンは実施例に見られるよ
うにホットプレス焼結を行なうことが主体となっており
、製品の形状が極めて限定されることも問題点として浮
び上がってきた。
Furthermore, as seen in the examples, the SiAlON proposed above is mainly based on hot press sintering, and the problem has also emerged that the shape of the product is extremely limited.

本発明は、上記事情に鑑み、より放電加工性に優れ、か
つ本来βサイアロンが持つ耐酸化性、耐熱衝撃性等の劣
化を最小限に抑制した導電性サイアロン焼結体の製造方
法を提供とすることを目的とするものである。
In view of the above circumstances, the present invention provides a method for manufacturing a conductive sialon sintered body that has better electrical discharge machinability and minimizes deterioration of the oxidation resistance, thermal shock resistance, etc. that β-sialon inherently has. The purpose is to

c問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために本発明は、主としてSi、N
、粉末、A1□O1粉末、AINポリタイプ粉末(AI
Nを含む)、Sio、粉末および1種以上のma族元素
の酸化物または窒化物粉末およびこれらに対し、25〜
70容量%のTiN粉末を添加し、混合、成形の後、こ
の成形体を1600−2000℃において常圧または加
圧窒素中で焼結することにより、βサイアロン相および
TiN相を主体として残部が、Si、 Al、1種以上
のma族元素、O,Nからなる粒界相で構成される導電
性サイアロン焼結体を得る方法において、前記T i 
N粉末が気相反応により得られたものであることを特徴
とする導電性サイアロン焼結体の製造方法である。
Means for Solving the Problem c] In order to achieve the above object, the present invention mainly uses Si, N
, powder, A1□O1 powder, AIN polytype powder (AI
(containing N), Sio, powder, and oxide or nitride powder of one or more MA group elements, and for these, 25 to
After adding 70% by volume of TiN powder, mixing and molding, this molded body is sintered at 1600-2000°C under normal pressure or pressurized nitrogen to form a mixture consisting mainly of β-sialon phase and TiN phase with the remainder being , Si, Al, one or more Ma group elements, O, N, in a method for obtaining a conductive sialon sintered body composed of a grain boundary phase consisting of
This is a method for producing a conductive sialon sintered body, characterized in that the N powder is obtained by a gas phase reaction.

1  TiNの   ゛ 本製造法における最大の特徴は、TiN粉末として気相
反応により得られたTiN粉末を用いることである。こ
こでTiNの製造方法として表1に記すような各種の方
法がある。大別すると、■Tiを直接窒化しT i N
とする、oTie、を還元、窒化する、 ■T i H,を窒化する、 ■気相反応によりT i Nとする、 の4方法に分けられる。ここで現在量産化されているプ
ロセスは、■のTiを直接窒化するやり方である0本発
明者は、各種プロセスにより作られたTiN粉末を集め
検討を行なった。粉末の粒子構造を第1図に示す(比表
面積も併示)、これより直接窒化法による粉末は、塊状
のものを粉砕しているため、微粒のものがかなり多く含
まれることがわかる。また、TiO□より還元、窒化し
たものは比表面積は、直接窒化によるものと変わらない
が、粒径がよくそろっている。一方、気相反応により作
製したものは、上記のものに比べ粒径が非常に細かく、
比表面積も約7倍となる。そこで、これらのTiN粉末
を用い、導電性サイアロンを作製したところ、同一の体
積%を加えた場合にも電気抵抗率に大きな差が生じるこ
とが判明した。
1. TiN The most important feature of this manufacturing method is that TiN powder obtained by gas phase reaction is used as the TiN powder. Here, there are various methods for manufacturing TiN as shown in Table 1. Broadly speaking, ■ directly nitriding Ti
There are four methods: reducing and nitriding oTie, (2) nitriding T i H, and (2) converting T i N by gas phase reaction. The process that is currently being mass-produced here is the direct nitriding of Ti (2).The present inventor collected and studied TiN powder produced by various processes. The particle structure of the powder is shown in Figure 1 (the specific surface area is also shown), and it can be seen from this that the powder produced by the direct nitriding method contains a considerable amount of fine particles because the powder is pulverized in the form of lumps. Further, the specific surface area of the product reduced and nitrided from TiO□ is the same as that of the product obtained by direct nitridation, but the particle size is well matched. On the other hand, those produced by gas phase reactions have much finer particle sizes than those mentioned above.
The specific surface area is also approximately 7 times larger. Therefore, when conductive sialon was produced using these TiN powders, it was found that there was a large difference in electrical resistivity even when the same volume % was added.

すなわち、気相反応によるTiNを用いた場合には、直
接窒化によるT i Nを用いた場合に比べ、極めて電
気抵抗率が低いことが判明した。電気抵抗率が低いほど
放電加工性は良好となり、加工速度も大きくすることが
でき、加工の効率が上昇する。また、同一の電気抵抗率
とするためのT i N量も少なくてすみ、耐酸化性、
耐熱衝撃性を向上することが可能となる。
That is, it has been found that when TiN produced by gas phase reaction is used, the electrical resistivity is extremely lower than when TiN produced by direct nitridation is used. The lower the electrical resistivity, the better the electrical discharge machinability, the higher the machining speed, and the higher the machining efficiency. In addition, the amount of TiN required to maintain the same electrical resistivity is small, and the oxidation resistance and
It becomes possible to improve thermal shock resistance.

ここでT i N粉末の添加量25−70容量%とする
のは、25容量%未満では、T i N粒子相互の接触
が不十分であり、良好な放電加工性を得られず、また抵
抗率のバラツキも大きいためであり、70容量%を越え
るとβサイアロン本来の特長である耐酸化性、高温強度
等の特性の低下が著しいからである。より好ましいT 
i N量は、30〜50容量%である。
The reason why the amount of TiN powder added is 25-70% by volume is that if it is less than 25% by volume, the contact between the TiN particles is insufficient, good electrical discharge machinability cannot be obtained, and the resistance This is because the variation in the ratio is also large, and if it exceeds 70% by volume, the characteristics inherent to β-sialon, such as oxidation resistance and high-temperature strength, will deteriorate significantly. More preferable T
The amount of iN is 30 to 50% by volume.

なお、本発明においては、ma族元素が添加されるが、
これは常圧焼結、ガス圧焼結等を可能にするためである
。ここでma族元素は焼結時に液相を形成し焼結を促進
する。モしてβサイアロン中には固溶しないため、焼結
体中においては粒界相の主成分となる。このような作用
をもたらすためにはMgO等の使用も可能であるが、高
温強度を高く保持するためにはma族元素が望ましい。
In addition, in the present invention, a Ma group element is added,
This is to enable normal pressure sintering, gas pressure sintering, etc. Here, the Ma group elements form a liquid phase during sintering and promote sintering. Since it is not solidly dissolved in β-SiAlON, it becomes the main component of the grain boundary phase in the sintered body. Although it is possible to use MgO or the like to bring about such an effect, it is preferable to use a Ma group element in order to maintain high high-temperature strength.

なお、焼結は常圧又は加圧窒素中で1600〜2000
℃で行なうのが好ましい。1600℃未満の焼結温度で
は緻密化が十分に進まず、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
からの分解ガスの発生を完全には抑制できなくなる。
In addition, sintering is performed at normal pressure or pressurized nitrogen at a temperature of 1600 to 2000
Preferably, it is carried out at °C. If the sintering temperature is less than 1,600°C, densification will not proceed sufficiently, and if the sintering temperature exceeds 2,000°C, the generation of decomposition gas from the sintered body will be completely suppressed even when sintered in high-pressure nitrogen gas. cannot be suppressed.

また、ma族元素の酸化物、窒化物のかわりに、焼結中
にこれら物質に変わるもの、例えばma族元素の硝酸塩
、水酸化物、アルコキシド等を用いてもよい。
Furthermore, instead of the oxides and nitrides of the MA group elements, substances that convert into these substances during sintering, such as nitrates, hydroxides, alkoxides, etc. of the MA group elements, may be used.

さらにまた、本発明において混合粉末を成形する際には
、射出成形、プレス、ラバープレス、スリップキャスト
等の成形方法を用いることができ、また焼結後HIP処
理により更に特性の向上を図ったり、熱処理を行ない粒
界相を強化することも可能である。
Furthermore, when molding the mixed powder in the present invention, molding methods such as injection molding, pressing, rubber pressing, and slip casting can be used, and the properties can be further improved by HIP treatment after sintering. It is also possible to perform heat treatment to strengthen the grain boundary phase.

〔実施例〕〔Example〕

実施例I Si□N4粉末(粒径0.7μ鳳、α化率93%)、A
INポリタイプ粉末(結晶型21R1粒径2μm、98
.8%)、A1□0.粉末(粒度0.5μ墓、99.5
%)、T20.粉末(粒径1μ瓢、99.99%)を用
い、βサイアロンにおいてz =0.5となるように配
合した( Y a Os量は7%)。
Example I Si□N4 powder (particle size 0.7μ, gelatinization rate 93%), A
IN polytype powder (crystal type 21R1 particle size 2 μm, 98
.. 8%), A1□0. Powder (particle size 0.5μ grave, 99.5
%), T20. Powder (particle size 1μ, 99.99%) was used and blended so that z = 0.5 in β-sialon (Y a Os amount was 7%).

これに対し、製造プロセスの異なる3種類のT i N
を35容量%添加し、これらを混合、成形後、1750
℃、4時間、1気圧窒素雰囲気中で焼結した。
On the other hand, three types of T i N with different manufacturing processes
After adding 35% by volume, mixing and molding, 1750
C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere at 1 atmosphere.

得られた焼結体の電気抵抗率、密度、常温強度を表2に
示す。
Table 2 shows the electrical resistivity, density, and room temperature strength of the obtained sintered body.

表2 これらよりTiO□気相合成法によるTiNを用いると
同量のTiNを添加した場合でも電気抵抗が大きく低下
することがわかる。
Table 2 From these results, it can be seen that when using TiN produced by the TiO□ vapor phase synthesis method, the electrical resistance is greatly reduced even when the same amount of TiN is added.

実施例2 実施例1と同様の粉末を用い、z=0.4のβサイアロ
ン組成になるよう配合し、これに31容量%の実施例1
で用いたT i Nを添加した。これを混合、成形後、
1780℃、4時間、5気圧の窒素雰囲気中で焼結した
。得られた焼結体の組織を第2図に示す、また、原料粉
末の比表面積、電気抵抗率を表3に示す。
Example 2 Using the same powder as in Example 1, it was blended to have a β-sialon composition of z = 0.4, and 31% by volume of Example 1 was added to this powder.
The T i N used in was added. After mixing and forming this,
Sintering was carried out at 1780° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere of 5 atm. The structure of the obtained sintered body is shown in FIG. 2, and the specific surface area and electrical resistivity of the raw material powder are shown in Table 3.

表  3 第2図より、T1Ni料Aより作製した焼結体中のTi
Nの粒径ぼ、B、Cより作製したものに比べ、著しく細
かいことがわかる。
Table 3 From Figure 2, Ti in the sintered body made from T1Ni material A
It can be seen that the particle size of N is significantly smaller than those made from B and C.

そして、電気抵抗率もこれに対応して著しく低  ゛く
なる。
Correspondingly, the electrical resistivity also decreases significantly.

実施例3 実施例1と同様の粉末を用い、z =0.5のβサイア
ロン組成となるように配合し、これに20〜75容量%
のT i N (B粉末)を添加した。これを混合、成
形の後、1750℃、4時間、1気圧の窒素中で焼結し
た0表4に焼結体の相対密度、電気抵抗率、高温強度(
1100℃)を示す。
Example 3 Using the same powder as in Example 1, it was blended to have a β-SiAlON composition with z = 0.5, and 20 to 75% by volume was added to this powder.
of T i N (B powder) was added. After mixing and molding, this was sintered at 1750°C for 4 hours in 1 atm nitrogen.Table 4 shows the relative density, electrical resistivity, and high temperature strength of the sintered body.
1100°C).

表4 以上より、Si3N、粉末、Al、03粉末、AINポ
リタイプ粉末およびまたはSin、粉末および1種以上
のma族元素の化合物およびこれらに対し、25〜70
容量%のT i N粉末を添加し、混合、成形、焼結し
て導電性サイアロン焼結体を得る製造方法において、気
相反応により作られたT i Nを用いることにより電
気抵抗率が低く、機械的性質の優れた導電性サイアロン
焼結体が得られることがわかる。
Table 4 From the above, Si3N, powder, Al, 03 powder, AIN polytype powder and/or Sin, powder, and compounds of one or more ma group elements and 25 to 70
In the manufacturing method for obtaining a conductive sialon sintered body by adding % by volume TiN powder, mixing, molding, and sintering, the electrical resistivity is low by using TiN made by gas phase reaction. It can be seen that a conductive sialon sintered body with excellent mechanical properties can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明により、放電加工性に優れ、かつ本来のβサイア
ロンが持つ耐酸化性、耐熱衝撃性等の劣化を最小限に抑
制した導電性サイフロン焼結体の製造が可能となる。こ
れにより、従来のサイアロンでは不可能であった複雑形
状の穴加工等が可能となり、ダイス、構造用部材等とし
ての応用範囲が拡がる他、導電性を利用したヒーター等
の分野ヘサイアロンを適用することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to manufacture a conductive siflone sintered body that has excellent electrical discharge machinability and minimizes deterioration of the oxidation resistance, thermal shock resistance, etc. of the original β-sialon. This makes it possible to drill holes with complex shapes that were impossible with conventional Sialons, expanding the range of applications for dies, structural members, etc., and also allowing SiAlons to be applied to fields such as heaters that utilize conductivity. becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は各種プロセスにより作られたT iN粉末の粒
子構造を示す顕微鏡写真、第2図はTiN粉末A、B、
Cを原料として作られた焼結体のミクロ組織を示す顕微
鏡写真である。 第  1  図 第2図 A、 ’ x 20 oO
Figure 1 is a micrograph showing the particle structure of TiN powder made by various processes, Figure 2 is a photomicrograph showing the particle structure of TiN powder A, B,
It is a micrograph showing the microstructure of a sintered compact made using C as a raw material. Fig. 1 Fig. 2 A, ' x 20 oO

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 気相反応より得られたTiN粉末を用いることを特徴と
する、導電相がTiN相である導電性サイアロン焼結体
の製造方法。
A method for producing a conductive sialon sintered body whose conductive phase is a TiN phase, the method comprising using TiN powder obtained by a gas phase reaction.
JP61208957A 1986-09-05 1986-09-05 Manufacture of electroconductive sialon sintered body Pending JPS6364975A (en)

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