JP2687632B2 - 窒化珪素焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素焼結体の製造方法Info
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- JP2687632B2 JP2687632B2 JP1301320A JP30132089A JP2687632B2 JP 2687632 B2 JP2687632 B2 JP 2687632B2 JP 1301320 A JP1301320 A JP 1301320A JP 30132089 A JP30132089 A JP 30132089A JP 2687632 B2 JP2687632 B2 JP 2687632B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガスタービン部品やデイーゼルエンジン部
品などの耐熱性の構造材料として使用できる窒化珪素焼
結体の製造方法に関する。
品などの耐熱性の構造材料として使用できる窒化珪素焼
結体の製造方法に関する。
［従来の技術］ 従来、窒化珪素焼結体は、窒化珪素粉末にイットリ
ヤ、スピネルとイットリヤ、イットリヤとアルミナなど
の焼結助剤の微粉末を加えて成形し、得られる成形体を
ホットプレスや加圧下で窒素雰囲気中で焼結して製造さ
れている。
ヤ、スピネルとイットリヤ、イットリヤとアルミナなど
の焼結助剤の微粉末を加えて成形し、得られる成形体を
ホットプレスや加圧下で窒素雰囲気中で焼結して製造さ
れている。
たとえば特開昭57-77072号公報には、スピネルを焼結
助剤として窒化珪素粉末に添加して成形し、常圧より高
い窒素雰囲気中で焼結することで高密度で高強度の焼結
体が得られる旨の開示がある。
助剤として窒化珪素粉末に添加して成形し、常圧より高
い窒素雰囲気中で焼結することで高密度で高強度の焼結
体が得られる旨の開示がある。
しかしながら、上記の焼結助剤は焼結時に液相を形成
して窒化珪素の焼結を促進するが、焼結後はガラス相を
形成して焼結体中の粒界に残存している。このため焼結
体が高温にさらされると粒界に存在する焼結助剤成分が
再度液相を形成するため焼結体の強度を低下させるので
高温度で使用される部品としての使用は好ましくない。
すなわち窒化珪素−スピネル系の焼結体では、粒界相が
非晶質相を形成している。このため1200℃以上で使用す
るには、この非晶質相を結晶化しないかぎり焼結体の強
度低下を防ぐことができない。
して窒化珪素の焼結を促進するが、焼結後はガラス相を
形成して焼結体中の粒界に残存している。このため焼結
体が高温にさらされると粒界に存在する焼結助剤成分が
再度液相を形成するため焼結体の強度を低下させるので
高温度で使用される部品としての使用は好ましくない。
すなわち窒化珪素−スピネル系の焼結体では、粒界相が
非晶質相を形成している。このため1200℃以上で使用す
るには、この非晶質相を結晶化しないかぎり焼結体の強
度低下を防ぐことができない。
セラミックス製のガスタービンエンジン部品は、使用
時の温度が1300〜1400℃の高い温度域となる。このため
1400℃においても強度の低下の少ない窒化珪素焼結体を
製造することが必要となる。
時の温度が1300〜1400℃の高い温度域となる。このため
1400℃においても強度の低下の少ない窒化珪素焼結体を
製造することが必要となる。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、1400
℃の温度域においても強度の低下の少ない窒化珪素焼結
体とすることを目的とする。
℃の温度域においても強度の低下の少ない窒化珪素焼結
体とすることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法は、窒化珪素粉末
と焼結助剤粉末との混合粉末から成形体を成形する成形
工程と、該成形体を非酸化性雰囲気で焼結して焼結体と
する焼結工程とからなる窒化珪素焼結体の製造方法にお
いて、該成形工程では、該混合粉末を100重量％とした
場合、該窒化珪素粉末99〜93重量％に、酸化イッテルビ
ウム（Yb2O3）粉末とスピネル（MgAl2O4）粉末の比率が
5/2〜2/2の割合で混合した該焼結助剤粉末１〜７重量％
を配合して該混合粉末とすることを特徴とする。
と焼結助剤粉末との混合粉末から成形体を成形する成形
工程と、該成形体を非酸化性雰囲気で焼結して焼結体と
する焼結工程とからなる窒化珪素焼結体の製造方法にお
いて、該成形工程では、該混合粉末を100重量％とした
場合、該窒化珪素粉末99〜93重量％に、酸化イッテルビ
ウム（Yb2O3）粉末とスピネル（MgAl2O4）粉末の比率が
5/2〜2/2の割合で混合した該焼結助剤粉末１〜７重量％
を配合して該混合粉末とすることを特徴とする。
本発明の窒化珪素焼結体の製造方法は、窒化珪素粉末
に特定の組成割合の焼結助剤微粉末を配合して成形体を
形成し、次いでその成形体を焼結する方法である。
に特定の組成割合の焼結助剤微粉末を配合して成形体を
形成し、次いでその成形体を焼結する方法である。
この製造に用いる窒化珪素粉末は、平均粒径が1.0μ
ｍ以下の微粉末を用いるのが、焼結性を高め緻密な焼結
体を形成するために好ましい。窒化珪素粉末の量は、99
〜93重量％である。窒化珪素の量が99重量％を超えると
焼結助剤の量が不足して焼結性が高まらず、かつ焼結助
剤による粒界結晶相が生成できず好ましくない。窒化珪
素の量が93重量％未満であると、焼結助剤が多くなりす
ぎて焼結性が高まり相対密度は高くなるが、焼結体中に
非晶質相の粒界が多くなり高温度域での強度が低下する
ので好ましくない。
ｍ以下の微粉末を用いるのが、焼結性を高め緻密な焼結
体を形成するために好ましい。窒化珪素粉末の量は、99
〜93重量％である。窒化珪素の量が99重量％を超えると
焼結助剤の量が不足して焼結性が高まらず、かつ焼結助
剤による粒界結晶相が生成できず好ましくない。窒化珪
素の量が93重量％未満であると、焼結助剤が多くなりす
ぎて焼結性が高まり相対密度は高くなるが、焼結体中に
非晶質相の粒界が多くなり高温度域での強度が低下する
ので好ましくない。
焼結助剤は、酸化イッテルビウム（Yb2O3）粉末とス
ピネル（MgAl2O4）粉末の混合物で形成される。その混
合比率は、酸化イッテルビウム：スピネルが5:2〜2:2の
範囲の割合とする。酸化イッテルビウムの量が多くその
比率が5:2を超えると相対密度が低下し高温度での強度
が低下するので好ましくない。また酸化イッテルビウム
の量が少なくその比率が2:2より小さいと高温度の強度
がさらに低下するので好ましくない。さらにこの焼結助
剤の混合粉末の合計量が１〜７重量％の範囲であること
が、焼結体の高温度での強度を保持するために必要であ
る。焼結助剤の量が１重量％未満では、粒界にYb4Si2N2
O7の粒界結晶相が生成せず、また７重量％を越えると粒
界相の量が多くなり非晶質相が生成するためかえって曲
げ強度が低下するので好ましくない。この焼結助剤は平
均粒径が0.5μｍ以下の微粉末であることが焼結性を高
めるために好ましい。
ピネル（MgAl2O4）粉末の混合物で形成される。その混
合比率は、酸化イッテルビウム：スピネルが5:2〜2:2の
範囲の割合とする。酸化イッテルビウムの量が多くその
比率が5:2を超えると相対密度が低下し高温度での強度
が低下するので好ましくない。また酸化イッテルビウム
の量が少なくその比率が2:2より小さいと高温度の強度
がさらに低下するので好ましくない。さらにこの焼結助
剤の混合粉末の合計量が１〜７重量％の範囲であること
が、焼結体の高温度での強度を保持するために必要であ
る。焼結助剤の量が１重量％未満では、粒界にYb4Si2N2
O7の粒界結晶相が生成せず、また７重量％を越えると粒
界相の量が多くなり非晶質相が生成するためかえって曲
げ強度が低下するので好ましくない。この焼結助剤は平
均粒径が0.5μｍ以下の微粉末であることが焼結性を高
めるために好ましい。
焼結工程は通常の条件、たとえば非酸化性の窒素雰囲
気中で1750〜1850℃で常圧または加圧下でおこなうこと
ができる。焼結温度が1750℃未満では充分に緻密化した
焼結体とならず、1850℃を超えると異常粒成長により組
織が微細化せず曲げ強度が低下するので好ましくない。
気中で1750〜1850℃で常圧または加圧下でおこなうこと
ができる。焼結温度が1750℃未満では充分に緻密化した
焼結体とならず、1850℃を超えると異常粒成長により組
織が微細化せず曲げ強度が低下するので好ましくない。
得られる焼結体は、静的酸化試験（1400℃、空気中、
300hr.）において酸化増量が少なく、従来の窒化珪素焼
結体よりも耐酸化性が向上する。この理由は充分解明さ
れていないが、粒界の結晶質相であるYb4Si2N2O7が生成
するため、非晶質界のSi3N4が酸化されにくくなってい
るものと推測される。
300hr.）において酸化増量が少なく、従来の窒化珪素焼
結体よりも耐酸化性が向上する。この理由は充分解明さ
れていないが、粒界の結晶質相であるYb4Si2N2O7が生成
するため、非晶質界のSi3N4が酸化されにくくなってい
るものと推測される。
［作用］ 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法では、酸化イッテ
ルビウムとスピネルを特定割合で混合した混合粉末を焼
結助剤として窒化珪素を焼結する。その結果得られる焼
結体の粒界では、焼結助剤と窒化珪素とにより形成され
るYb4Si2N2O7が存在するため、液相部分が少なくなり高
温度域に於ける焼結体の強度低下が少なくなる。
ルビウムとスピネルを特定割合で混合した混合粉末を焼
結助剤として窒化珪素を焼結する。その結果得られる焼
結体の粒界では、焼結助剤と窒化珪素とにより形成され
るYb4Si2N2O7が存在するため、液相部分が少なくなり高
温度域に於ける焼結体の強度低下が少なくなる。
さらに粒界に結晶質相であるYb4Si2N2O7が存在するた
め窒化珪素の耐酸化性が向上する。
め窒化珪素の耐酸化性が向上する。
［実施例］ 以下、実施例により具体的に説明する。
成形工程は、平均粒径が0.5μｍの高純度の窒化珪素
粉末に、焼結助剤として平均粒径が0.2μｍの酸化イッ
テルビウム（Yb2O3）とスピネル（MgAl2O4）の粉末を表
に示す割合で秤量した混合粉末を加え、さらにエタノー
ルを加えてボールミル中で混合をおこなった。エタノー
ルを除去し乾燥した混合粉末を金型で角棒状に成形し
た。得られた成形体を二次成形として3000kg/cm2の静水
圧を負荷して（５×４×50mm）の成形体を作製した。
粉末に、焼結助剤として平均粒径が0.2μｍの酸化イッ
テルビウム（Yb2O3）とスピネル（MgAl2O4）の粉末を表
に示す割合で秤量した混合粉末を加え、さらにエタノー
ルを加えてボールミル中で混合をおこなった。エタノー
ルを除去し乾燥した混合粉末を金型で角棒状に成形し
た。得られた成形体を二次成形として3000kg/cm2の静水
圧を負荷して（５×４×50mm）の成形体を作製した。
焼結工程は、上記の成形体を窒素雰囲気下で圧力9kgf
/cm2で1750〜1850℃で焼結して焼結体を作製した。
/cm2で1750〜1850℃で焼結して焼結体を作製した。
表に各試料の原料の組成割合と焼結温度と焼結体の相
対密度および４点曲げ強度（室温、1200℃、1400℃）を
示す。
対密度および４点曲げ強度（室温、1200℃、1400℃）を
示す。
相対密度は、アルキメデス法により測定した。
４点曲げ強度は、JIS規格の曲げ試験片（３×４×36m
m）に加工し、JIS規格に基づき室温、1200℃、1400℃の
曲げ強度を測定した。
m）に加工し、JIS規格に基づき室温、1200℃、1400℃の
曲げ強度を測定した。
その結果、実施例のNo.1〜10は、相対密度が98.0％TD
以上あり、曲げ強度は、室温で865〜790（MPa）あり、1
200℃では690〜750（MPa）あり、1400℃では585〜635
（MPa）で低下の度合が著しく少ない。特にNo.5は温度
による強度の低下が少ない焼結体である。
以上あり、曲げ強度は、室温で865〜790（MPa）あり、1
200℃では690〜750（MPa）あり、1400℃では585〜635
（MPa）で低下の度合が著しく少ない。特にNo.5は温度
による強度の低下が少ない焼結体である。
一方比較例No.1ではスピネル量が少ないため1400℃の
強度低下が著しく、また相対密度も97.0％で緻密性にか
ける。No.2は逆にスピネルが多い場合で、1400℃におけ
る強度低下が大きい。No.3は焼結助剤が本発明の範囲よ
り多い場合で、やはり1400℃の強度が低い。No.4は従来
のスピネルとイットリアを焼結助剤とした場合で1200℃
の強度が低い。No.5、６は従来の焼結助剤の量と割合を
変えた場合で、高温度での強度が低下が大きい。
強度低下が著しく、また相対密度も97.0％で緻密性にか
ける。No.2は逆にスピネルが多い場合で、1400℃におけ
る強度低下が大きい。No.3は焼結助剤が本発明の範囲よ
り多い場合で、やはり1400℃の強度が低い。No.4は従来
のスピネルとイットリアを焼結助剤とした場合で1200℃
の強度が低い。No.5、６は従来の焼結助剤の量と割合を
変えた場合で、高温度での強度が低下が大きい。
［効果］ 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法によれば、焼結助
剤に酸化イッテルビウムとスピネルとを特定組成割合の
混合物を用いることにより粒界にYb4Si2N2O7の結晶質相
が形成されるので、焼結体の高温度での強度低下が抑制
できる。また従来の焼結体より酸化増量が少なく高温度
での強度の低下が少ないのでエンジン部品としての使用
が可能となる。
剤に酸化イッテルビウムとスピネルとを特定組成割合の
混合物を用いることにより粒界にYb4Si2N2O7の結晶質相
が形成されるので、焼結体の高温度での強度低下が抑制
できる。また従来の焼結体より酸化増量が少なく高温度
での強度の低下が少ないのでエンジン部品としての使用
が可能となる。
Claims (1)
- 【請求項１】窒化珪素粉末と焼結助剤粉末との混合粉末
から成形体を成形する成形工程と、該成形体を非酸化性
雰囲気で焼結して焼結体とする焼結工程とからなる窒化
珪素焼結体の製造方法において、 該成形工程では、該混合粉末を100重量％とした場合、
該窒化珪素粉末99〜93重量％に、酸化イッテルビウム
（Yb2O3）粉末とスピネル（MgAl2O4）粉末との比率が5/
2〜2/2の割合で混合した該焼結助剤粉末１〜７重量％を
配合して該混合粉末とすることを特徴とする窒化珪素焼
結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1301320A JP2687632B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1301320A JP2687632B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03164472A JPH03164472A (ja) | 1991-07-16 |
| JP2687632B2 true JP2687632B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=17895441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1301320A Expired - Fee Related JP2687632B2 (ja) | 1989-11-20 | 1989-11-20 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687632B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0987037A (ja) * | 1995-07-18 | 1997-03-31 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 窒化ケイ素質焼結体とその製造方法 |
| US5921725A (en) * | 1996-03-13 | 1999-07-13 | Kashiwagi; Tetsuya | Sintered silicon nitride articles for tools and method of preparation |
| WO2019008711A1 (ja) | 2017-07-05 | 2019-01-10 | 株式会社村田製作所 | 焼結体の製造方法 |
-
1989
- 1989-11-20 JP JP1301320A patent/JP2687632B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03164472A (ja) | 1991-07-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |