KR100200385B1 - Si3n4 세라믹스와 그 제조용 si기 조성물 및 그들의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물을 분산매체로 하는 Si₃N₄세라믹스제조용의 슬러리형상의 Si기조성물 및 이 Si기조성물을 사용해서 제조된 값싸고, 치밀하고 또한 고강도의 Si₃N₄세라믹스를 제공하는 것을 과제로 하여, 그 해결수단으로서, 표면 산화막의 두께가 1.5~15nm인 Si분말과, 50~90중량%의 물과, 산화물환산으로 0.2~7.5중량%의 소결보조제와, 0.05~3중량%의 분산제를 함유하고, pH가 8~12로 조정되어 있는 슬러리형상의 Si 기조성물로, 상기 Si분말은, 시판의 Si분말을 대기속에서 200℃~800℃에서 산화처리해서 얻게되는 것으로 하고,이 Si기조성물로부터 제조한 Si₃N₄소결체는 상대밀도 95%이상, 항절강도 800MPa이상이 되는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

Si3N4세라믹스와 그 제조용 Si기조성물 및 이들의 제조방법

본 발명은, Si₃N₄세라믹스의 제조에 사용하는 물을 분산매체로 한 슬러리형상의 Si기조성물 및 이 슬러리형상 Si기조성물로부터 제조되는 치밀하고 또한 고강도의 Si₃N₄세라믹스 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.

종래,실리콘(Si)분말을 원료로 해서 세라믹스를 제조하는 경우, 혼합 및 성형공정에 있어서 분말의 분산성을 높이는 관점에서,Mat. RES,Soc ,Symp. Proc. Vol. 60, pp.51~61(1986)에 기재된 바와 같이, 분산매체로서 알콜류가 사용되어 왔다. 그러나, 공업적으로 봐서 알콜을 사용하는 프로세스는, 고가의 방폭설비를 사용하지 않으면 안되기 때문에, 이것이 제품의 코스트상승의 일요인으로 되고 있었다.

한편, 방폭설비를 필요로 하지 않는 물을 분산매체로서 이용하는 방법이, 일본국 특개평 3-261662호 공보나 동 특개평 1-212279호 공보에 제안되어 있다. 이들 방법은, Si분말을 물에 분산시키고, 또 유기바인더나 질화제등을 첨가해서 슬러리로 하는 이들 슬러리를 탈수해서 성형한 후, 가열소성해서 Si₃N₄소결체를 제조하는 것이다.

그러나, 상기 일본국 특개평 3-261662호 공보 및 동 특개평 1-212279호 공보에 기재된 방법에서는, 슬러리속에 치밀화에 펄요한 소결보조제가 첨가되도록은 이르지 못하기 때문에, 예를 들면 일본국 특개평 3-261662호 공보에도 명기된 바와 같이, 얻게된 Si₃N₄소결체에는 작은 기공이 다수 분산상태로 존재하는 것을 피할 수 없고, 따라서 그 Si₃N₄소결체의 항절(抗折)강도는 매우 낮은 것으로 예측되고, 실제 600MPa이하의 항절강도밖에 얻지 못하고 있다.

이들 종래의 방법에 있어서, 그 물슬러리속에 소결보조제가 첨가되지 않은 이유는 알콜속과 달리 물속에서는 Si분말과 소결보조제의 분산성이 좋지 않고, 시료내에 있어서 밀도의 불균일이 발생하기 때문이라고 여겨진다.

본 발명은, 그와 같은 종래사정에 비추어, 물속에서의 분말의 분산성을 개선함으로써, 물을 분산매체로 하고, 소결보조제를 함유하고 있는 Si₃N₄세라믹스 제조용의 슬러리형상 Si기조성물을 제공하는 것 및 이 Si기조성물을 사용해서 제조되는 값싸고, 치밀하고 또한 고강도의 Si₃N₄세라믹스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 본 발명에 의한 Si₃N₄세라믹스를 EPMA로 관찰한 조직의 상태도(소결보조제의 Y 및 Sm을 도면속에 점으로 표시하고 있음).

제2도는 산화처리를 행하지 않은 시판의 Si분말을 사용한 슬러리로부터 제조한 Si₃N₄세라믹스를 EPMA로 관찰한 조직의 상태도(마찬가지로 소결보조제의 Y 및 Sm을 도면속에 점으로 표시하고 있음).

제3도는 알콜을 사용한 종래법의 슬러리로부터 제조한 Si₃N₄세라믹스를 EPMA를 관찰한 조직의 상태도(마찬가지로 소결보조제의 Y 및 Sm을 도면속에 점으로 표시하고 있음).

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명이 제공하는 슬러리형상의 Si기조성물은, 표면산화막의 두께가 1.5~15nm의 Si분말과, 50~90중량%의 물과,산화물환산으로 0.2~7.5중량%의 소결보조제와, 0.05~3중량%의 분산제를 함유하고, pH가 8~12로 조정되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 슬러리형상의 Si기조성물은, 대기속에서 200℃~800℃에서 산화처리된Si분말에, 50~90중량%의 물, 산화물환산으로 0.2~7.5중량%의 소결보조제 및 0.05~3중량%의 분산제를 첨가하고, pH를 8~12로 조정하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 제조된다.

또, 이 슬러리형상의 Si기조성물을 사용함으로써, 방폭설비를 필요로 하지않고 Si₃N₄세라믹스를 값싸게 제조할 수 있고, 또 얻어지는 Si₃N₄세라믹스는 치밀하고, 또한 균질이며, 고강도이다. 구체적으로는, 상대밀도가 96%이상, 항절강도가 800MPa이상인 Si₃N₄세라믹스를 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서는, Si분말의 표면처리,분산매체로서의 물의 양의 제어, 슬러리의 pH조정,분산제의 이용에 의해, 더 바람직하게는 유기바인더의 사용에 의해서, 물속에서의 si분말과 소결보조제의 분산성을 향상시키고, 물에 의한 혼합과 성형의 공정을 가능하게 하였다. 따라서, 본 발명의 슬러리형상 Si기조성물은, 방폭설비를 필요로 하지 않고 취급할 수 있기 때문에, 값싼 Si₃N₄세라믹스를 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서 사용하는 Si분말은, 시판의 Si분말을 200~800℃의 대기속에서 산화처리하고, 표면에 두께 1.5~15nm의 두꺼운 산화막을 형성한 것이다. 시판의 Si분말에 있어서는, 표면산화막의 두께는 통상 0.3~1.0nm의 사이에 있으나, 이것을 대기속에서 200~800℃에서 산화처리함으로써, 산화막의 두께를 1.5~15nm의 범위내에 제어할 수 있다. 또한, 상기 산화막의 두께는,분말의 산소량과 비표면적의 측정결과로부터 견적한 값이다.

상기 산화처리를 행함으로써 Si분말의 분산성을 향상시킬 수 있다. 분산성이 향상되는 이유는 명백하지 않으나, 통상의 시판의 Si분말의 표면의 조성은 SiO로서, 물과의 젖음성이 나쁜 Si의 양이 많은데 대하여, 산화처리들 행함으로써 물의 1성분인 산소의 양이 증가되어 Si0₂로 변화되므로, 물과의 젖음성이 향상되어 Si분말끼리의 응집이 풀려서, 분산성이 향상된 것으로 여겨진다. 또, 혼합시에 분말끼리의 접촉에 의해서 표면산화막의 박리가 부분적으로 발생해도, 산화막이 두껍기 때문에, 물과의 젖음성이 나쁜 Si가 표면에 노출되기 어려운 것도 이유의 하나라고 여겨진다.

상기 Si분말의 산화처리에 있어서, 처리온도가 200℃보다 낮은 경우에는, 충분한 표면산화처리가 되지 않기 때문에, 분말끼리의 응집이 발생되고, 뒤에 첨가하는 소결보조제와 균일하게 혼합되지 않아, 소결했을 때 밀도의 불균일이 발생되어, 저강도의 Si₃N₄세라믹스밖에 얻지 못한다. 또, 800℃를 초과하는 온도에서 처리를 행한 경우, 표면에 Si0₂가 다량으로 생성되므로, 이 Si0₂가 세라믹스속에 입자계상(相)불순물로서 다량으로 잔존하여, 역시 저강도의 Si₃N₄세라믹스 밖에 얻지 못한다.

또, Si분말의 평균입자직경은 0.1~10㎛의 범위가 바람직하다. 그 이유는, 평균입자직경이 0.1㎛미만인 분말은 부피밀도가 높고, 취급성이 떨어지기 때문이며, 반대로 10㎛를 초과하는 분말은 슬러리로 했을 때, 응집 및 침전이 일어나, 균일한 슬러리가 되기 어렵다.

다음에, 소결보조제로서는, 종래부터 Si₃N₄의 소결에 사용되고 있는 것으로 양호하나, 특히 주기율표의 Ⅱa족, Ⅲa족, 또는 희토류원소로 이루어진 화합물, 보다 구체적으로는 Ca, Sr, Mg, Al, Y, La, Sm, Nd, Yb의 화합물이 바람직하다. 특히, 비교적 저렴하게 입수할 수 있는 Ca, Mg, Al, Y, La, Sm의 산화물, 질화물, 산질화물, 혹은 그들의 복합화합물 중에서 적어도 1종류가 바람직하다. 소결보조제는 상기 화합물의 분말을 첨가해도 되나, 가열하면 1500℃까지 상기 산화물, 질화물, 산질화물로 변화하는 전구체, 예를 들면 라우르산칼슘, 스테아르산이트륨 등을 사용할 수도 있다.

또, 소결보조제의 첨가량은 슬러리형상조성물전체에 대해서 산화물환산으로 0.2~7.5중량%(Si분말에 대해서 산화물환산으로 0.5~17중량%)로 한다. 소결보조제가 조성물전체에 대해서 0.2중량%보다 적은 경우, 소결보조제로서의 역할을 다하지 못하기 때문에, 얻게되는 소결체의 상대밀도는 96%보다 낮게 되고, 다수의 포어가 존재해서 낮은 항절강도밖에 발현하지 못한다. 반대로 7.5중량%를 초과하면, 소결체속에 강도가 낮은 입자계상의 양이 많아져서, 얻어지는 Si₃N₄세라믹스가 저강도로 되므로 바람직하지 않다.

분산제로서는, 폴리카르복시산암모늄계분산제가 특히 바람직하다. 분산제의 첨가량은, 슬러리형상조성물전체에 대해서 0.005~3중량% (Si분말에 대해서 0.5~5중량%), 바람직하게는 0.05~2.5중량%로 한다. 이 분산제의 첨가에 의해, 분말의 분산성이 향상되어, 분말끼리의 응집이 전혀 없어지기 때문에, 성형시에 성형체내에서의 밀도의 불균일이 적게되고, 상대밀도가 높아 취급성이 뛰어난 성형체를 얻을 수 있다. 단, 첨가량이 0.05중량%미만에서는 분산제로서의 기능을 다하지 못하고, 2.5중량%를 초과해도 성형체의 밀도에 변화는 없으나, 3중량%보다 많아지면 가열해서 얻게된 소결체속에 분산제가 불순물로서 남게되어, 강도가 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

상기의 Si분말, 소결보조제, 분산제 및 물을 혼합하고, 슬러리속의 물량이 50~90중량%가 되도록 조정을 행하고, 암모니아 동의 알칼리성용액을 사용해서 pH를 8~12로 조정함으로써 분말의 분산성이 현저하게 향상되어,매우 균일한 슬러리형상의 si기 조성물을 얻을 수 있다.

이때, 물의 양을 50중량%미만으로 하면 슬러리의 점도가 높아져서,Si분말 및 소결보조제분말이 균일하게 혼합되지 않는다. 또, 물의 양이 90중량%를 초과하면, 슬러리로부터 성형체를 얻는 공정에 있어서 밀도가 낮은 성형체 밖에 얻지 못하기 때문에, 성형체의 취급성이 나빠진다. 또, 슬러리의 pH가 8보다 작거나 또는 pH가 12보다 큰 경우에는, 분말끼리의 응집이 발생한다.

이와 같이 해서 얻게된 슬러리형상 Si기조성물로부터 Si₃N₄세라믹스를 제조하는 방법은, 상기 슬러리를 보올밀 등을 사용하여 충분히 혼합해서, 성형한 후, 성형체를 질소분위기속에서 가열소결한다.

여기서 슬러리속에 미리 아크릴계 동의 유기바인더를 첨가혼합한 경우에는 슬러리의 수분을 가압하에서 탈수하면서 성형을 행할 수 있다. 유기바인더의 첨가량은, 분산제와 마찬가지로 0.05 ~ 3중량%, 바람직하게는 0.05 ~ 2.5 중량%의 범위로 한다. 그 이유는 분산제의 경우와 마찬가지이다. 한편,유기바인더를 슬러리에 첨가하지 않는 경우에는, 그 슬러리를 동결건조기, 스프레이드라이어 등을 사용해서 건조하고, 얻게된 이상의 공정을 거쳐건 조분말에 유기바인더를 분무해서 행한다.

이상의 공정을 거쳐 얻게된 성형체를 탈바인더처리한 후, 가열소성해서, Si₃N₄세라믹스를 얻는다. 이렇게 해서 얻게된 Si₃N₄세라믹스를 EPMA(Electron Probe Micro Analysis)로 관찰한 결과, 도1에 표시한 바와 같이 소결보조제(도면속에 점으로 표시)가 균일하게 분산된 조직으로 되어 있음을 알 수 있었다.

참고를 위해, 도2에 산화처리를 행하지 않은 시판의 Si분말을 사용한 경우의 Si₃N₄세라믹스의 조직 및 도3에 알콜을 사용한 종래법으로 얻게된 Si₃N₄세라믹스의 조직을 표시한다. 소결보조제의 분산을 비교하면, 시판 Si분말을 사용한 도2에서는 소결보조제가 응집해 있는데 대하여, 본 발명에 의한 도 1에서는 알콜을 사용한 종래법의 도3과 같은 정도로 균일하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이 해서 얻게된 본 발명의 Si₃N₄세라믹스는 상기와 같이 균일하고 상대밀도가 96%이상으로 치밀화되고, 또한 JIS R-1601에 준거한 3점굽힘강도에 의한 항절시험을 행한 결과, 800MPa이상의 고강도를 표시하는 것을 알았다. 상기 일본국 특개평 3-261662호 공보 등에 기재된 종래의 물혼합에서는, 항절강도가 최고에서도 600MPa정도인 것에 비교하면, 매우 고강도인 것을 알 수 있다.

또, 본 발명의 제조방법에 의하면, 분산매체가 물로서 알콜을 사용하지 않기 때문에, 방폭설비를 일절 필요로 하지 않는 저렴한 제조라인을 사용할 수 있고, 값싸고 또한 고품질의 Si₃N₄세라믹스제품을 제공할 수 있다.

[실시예 1]

평균입자직경이 2.8㎛인 시판 Si분말을, 대기속에 있어서 하기표 1에 표시한 온도에서 각각 5시간의 산화처리를 행하였다. 얻게된 각 시료의 Si분말의 표면산화막의 막두께를 표 1에 아울러 표시하였다. 이들 각 Si분말에, 슬러리전체에 대해서, 물 70중량%, 소결보조제로서 Y₂0₃분말 2중량%와 Sm₂0₃분말 3중량%, 폴리카르복시산알루미늄계의 분산제 0.05중량%가 되도록 첨가하였다.

다음에, 암모니아로 pH를 8.5로 조정하고, 보올밀에 의해 48시간 홉합해서, 각각 슬러리를 얻었다. 시료 2에서는, 상기 슬러리에 0.5중량%의 아크릴계유기바인더를 첨가하고, 가압하에 탈수하면서 성형체를 제작하였다. 또, 그 이외의 시료에서는, 상기와 같이 얻게된 슬러리를 스프레이드라이어에 의해 건조시키면서, 아크릴계의 유기바이더를 분무함으로써 조립(造粒)을 행하고, 성형체를 얻었다.

그 후, 이들 각 성형체를 질소분위기속에서 800℃로 가열해서 탈바인더처리를 행한 후, 질소분위기속에 있어서 1800℃까지 가열하고, 4시간 유지해서 Si₃N₄소결체를 제조하였다. 얻게된 각 Si₃N₄소결체속에 존재하는 소결보조제원소는, Y가4.4중량% 및 Sm이 6.7중량%였다.

얻게된 Si₃N₄소결체의 상대밀도 및 상기와 마찬가지로 해서 얻은 각 성형체의 상대밀도를 아르키메데스법에 의해서 측정하였다. 또, JIS-R-1601에 준거한 3점굽힘시험에 의해, 각 소결체의 항절강도를 측정하였다. 얻게된 결과를 각각 표 1에 종합해서 표시하였다.

(주)표속의 *를 붙인 시료는 비교예이다.

상기의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 시료에 있어서는 Si 분말을 200℃~800℃에서 처리함으로써 분말표면의 산화막의 막두께를 1.5~15nm로 제어할 수 있어, 성형체 및 소결체가 균질하고 양호한 상대밀도가 되어, 항절강도가 800MPa이상인 Si₃N₄소결체를 얻을 수 있었다.

이에 대해서, 산화처리를 행하지 않은 Si분말을 사용한 시료 4에서는,분말응집 하기 때문에, 균일한 성형체를 얻지 못하고 상대밀도가 50%로 낮게 되고, 마찬가지의 소결조건에도 불구하고, 얻게된 소결체는 상대밀도 및 항절강도 다같이 낮았다. 또, 900℃에서 산화처리한 Si분말을 사용한 시료 5에서는, 산화막에서 유래되는 산화물이 소결체의 입자계에 다량으로 존재하므로, 항절강도가 저하되었다.

[실시예 2]

하기 표 2에 표시한 바와 같이 슬러리속의 물의 양을 변화시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 마찬가지로 해서 Si₃N₄소결체를 얻었다. 또한, 사용한 Si분말은, 실시예 1의 시료 2와 마찬가지로, 시판의 Si분말을 대기속에서 600℃에서 5시간 산화처리한 것으로, 그 산화막의 막두께는 5.3nm이다.

사용한 소결보조제의 종류와 양은 실시예 1과 동일하며, 따라서 얻게된 각 Si₃N₄소결체속의 소결보조제원소는 Y가 4.4중량% 및 Sm이 6.7중량%이다. 또한, 슬러리의 pH 및 분산제도 실시예 1과 동일하면, 또 시료 8은 슬러리에 유기바인더를 0.5중량% 첨가하고,기타의 시료는 건조분말에 유기바인더를 분무해서 성형하였다.

얻게된 각 Si₃N₄소결체에 대해서 실시예 1과 마찬가지로 상대밀도 및 항절강도를 측정하고 마찬가지로 측정한 성형체의 상대밀도와 같이, 표 2에 표시하였다.

(주)표속의 *표를 붙인 시료는 비교예이다.

상기의 결과에서, 슬러리속의 물의 양을 50~90중량%로 조정함으로써,양호한 밀도를 가진 성형체를 얻게되고, 또 이것을 소결함으로써 800MPa이상의 항절강도를 가진 소결체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

[실시예 3]

하기 표 3에 표시한 바와 같이 소결보조제의 종류 및 그 첨가량을 변화시킨것을 제외하고, 상기 실시예 1과 마찬가지로 해서 Si₃N₄소결체를 얻었다. 또한, 사용한 Si분말은, 실시예 1의 시료 2와 마찬가지로, 시판의 Si분말을 대기속에서 600℃에서 5시간 산화처리한 것이며, 그 산화막의 막두께는 5.3nm이다.

또, 사용한 소결보조제는, 시료 11~13,18,19,21에서는 산화물로서,시료 14에서는 질화물로서, 시료 15와 20에서는 산질화물로서, 시료 16에서는 라우르산 및 시료 17에서는 스테아르산의 형태로 첨가하였다. 단,소결보조제의 첨가량은 모두 산화물 환산으로 표시하였다. 또한, 물의 양, 슬러리의 pH 및 분산제는 실시예 1과 동일하며, 또 시료 16~19에 있어서는 슬러리속에 유기바인더를 0.5중량%첨가하고, 기타의 시료에서는 건조분말에 유기바인더를 분무해서 성형하였다.

얻게된 각 Si₃N₄소결체에 대해서 실시예 1과 마찬가지로 상대밀도 및 항절강도를 측정하고, 마찬가지로 측정한 성형체의 상대밀도 및 소결체속의 소결보조제 원소량과 같이, 각각 표 3에 표시하였다.

(주)표속의 %표를 붙인 시료는 비교예이다

상기의 결과에서, 소결보조제인 Ⅱa족, Ⅲa족, 희토류 원소를 산화물 환산으로 0.2~7.5중량%첨가함으로써,상대밀도 96%이상 또한 항절강도 800MPa이상의 Si₃N₄소결체를 얻게되는 것을 알 수 있다.

[실시예 4]

하기 표 4에 표시한 바와 같이 슬러리의 pH를 변화시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 마찬가지로 해서 Si₃N₄소결체를 얻었다. 또한,사용한 분말은,실시예1의 시료 2와 마찬가지로, 시판의 Si분말을 대기속에서 600℃에서 5시간 산화처리한 것이며, 그 산화막의 막두께는 5.3nm이다.

또, 사용한 소결보조제는 실시예 1과 같이 2중량% Y₂0₃와 3중량%Sm₂0₃이며, 따라서 얻게된 소결체속의 보조제원소량은 Y가 4.4중량%및 Sm이 6.7중량%이다. 물의 양 및 분산제도 실시예 1과 마찬가지이며, 또 유기바인더는 모두 건조분말에 분무해서 첨가하였다.

얻게된 각 Si₃N₄소결체에 대해서 실시예 1과 마찬가지로 상대밀도 및 항절강도를 측정하고, 마찬가지로 특정한 성형체의 상대밀도와 같이, 표 4에 표시하였다.

(주)표속의*표를 붙인 시료는 비교예이다.

상기의 결과에서,슬러리의 pH를 8~12로 유지함으로써,양호한 밀도를 가진 성형체를 얻게되고,또 이 성형체를 소결함으로써,치밀하고 또한 항절강도가800MPa이상인 Si₃N₄소결체를 얻게되는 것을 알 수 있다.

[실시예 5]

고분산제 혹은 유기바인더를 하기 표 5에 표시한 양으로 조성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 마찬가지로 해서, Si₃N₄소결체를 얻었다. 또한,사용한 Si분말은, 실시예 1의 시료 2와 마찬가지로, 시판의 Si분말을 대기속에서 600℃에서 5시간 산화처리한 것이며, 그 산화막의 막두께는 5.3nm이다.

유기바인더의 첨가방법은, 시료 27~31에서는 슬러리를 건조한 분말에 유기바인더를 분무하고, 기타의 시료 32~37에서는 유기바인더를 슬러리속에 첨가하였다. 사용한 소결보조제의 종류와 양은 실시예 1과 마찬가지이며 따라서 얻게된 각 Si₃N₄소결체속의 소결보조제원소는 Y가 4.4중량% 및 Sm이 6.7중량%이다. 물의 양 및 슬러리의 pH도 실시예 1과 동일하다.

얻게된 각 Si₃N₄소결체에 대해서 실시예 1과 마찬가지로 상대밀도 및 항절강도를 측정하고, 마찬가지로 측정한 표 5에 표시하였다. 성형체의 상대밀도와 같이, 표 5에 표시하였다.

(주)표속의 *표롤 붙인 시료는 비교예이다.

상기의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 슬러리속의 분산제량 및 유기바인더량을 각각 0.05~3중량%의 범위로 유지함으로써, 슬러리로부터 직접 양호한 밀도를 가진 성형체를 얻게되고, 나아가 그것을 소결함으로써 치밀하고, 또한 항절강도가 800MPa이상인 Si₃N₄소결체를 얻게된다.

본 발명에 의하면, 물을 분산매체로 하고 또한 소결보조제를 함유한 Si₃N₄세라믹스제조용의 슬러리형상 Si기조성물을 얻게되고, 이 Si기조성물의 사용에 의해 방폭설비를 사용하지 않고 분말의 혼합, 성형을 할 수 있으므로 저렴한 제품을 공급할 수 있고, 또 적절한 조건으로 조정한 Si기조성물로부터 밀도가 균일한 성형체를 거쳐 치밀하고 고강도의 소결체를 제조할 수 있기 때문에, 상대밀도가 96%이상이며 항절강도가 800MPa이상인 고품질의 Si₃N₄세라믹스제품을 제공할 수 있다.

Claims (16)

1. 표면산화막의 두께가 1.5~15nm인 Si분말과,50~90중량%의 물과,산화물산으로 0.2~7.5중량%의 소결보조제와, 0.05~3중량%의 분산제를 함유하고, pH가 8~12로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 소결보조제가 Ⅱa족, Ⅲa족, 희토류원소의 화합물의 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 슬라리형상의 Si기조성물.
3. 제2항에 있어서, 상기 Ⅱa족, Ⅲa족, 희토류원소가 Ca, Sr, Mg, Al, Y, La, Sm, Nd, Yb인 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 Ⅱa족, Ⅲa족, 희토류원소의 화합물이, 산화물, 질화물 또는 산질화물이거나, 혹은 가열에 의해 상기 산화물, 절화물, 산질화물이 될 수 있는 소결보조제의 전구체의 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물.
5. 제1항에 있어서, 상기 슬러리형상의 조성물이, 또 유기바인더를 함유한 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물.
6. 제5항에 있어서, 상기 유기바인더량이 0.05~3중량%인 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물.
7. 대기속에서 200℃~800℃에서 산화처리한 Si분말에, 50~90중량%의 물, 산화물 환산으로 0.2~7.5중량%의 소결보조제 및 0.05~3중량%의 분산제를 첨가하고, pH를 8~12로 조정하는 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 소결보조제로서, Ⅱa족, Ⅲa족, 희토류원소의 화합물의 적어도 1종을 사용하는 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 Ⅱa족, Ⅲa족, 희토류원소가 Ca, Sr, Mg, Al, Y, La, Sm, Nd, Yb인 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물의 제조방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 Ⅱa족, Ⅲa족, 희토류원소의 화합물로서,산화물, 질화물 또는 산질화물의 분말 혹은 가열에 의해 상기 산화물, 질화물, 산질화물로 될 수 있는 소결보조제의 전구체를 사용하는 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물의 제조방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 슬러리형상의 조성물에, 또 유기바인더들 첨가하는것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 유기바인더의 첨가량이 0.05~3중량%인 것을 특징으로 하는 슬러리형상의 Si기조성물의 제조방법.
13. 제1항 기재의 슬러리형상의 Si기조성물로부터 제조되는 상대밀도가 96%이상이며 항절강도가 800MPa이상인 것을 특징으로 하는 Si₃N₄세라믹스.
14. 제1항 기재의 슬러리형상의 Si기조성물을 성형하고,그 성형체를 질소분위기속에 있어서 가열소성하는 것을 특징으로 하는 Si₃N₄세라믹스의 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 슬러리형상의 Si기조성물이 유기바인더를 함유하고,이 Si기조성물을 가압하에 탈수하면서 성형하는 것을 특징으로 하는 Si₃N₄세라믹스의 제조방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 슬러리형상의 Si기조성물을 건조해서, 얻게된 건조분말에 유기바인더를 분무해서 성형하는 것을 특징으로 하는 Si₃N₄세라믹스의 제조방법.