JPH01133980A - 窒化珪素質焼結体の製造方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は高密度で、常温及び高温強度に優れ且つ焼結工
程での変形が非常に少ない窒化珪素質焼結体の製造方法
に関する。

［従来の技術］ 窒化珪素質焼結体は近年進歩の目覚ましいセラミックス
の１種であり、ガスタービン用部材、治工具、内燃機関
用部材等の苛酷な条件で使用される箇所に適用が検討さ
れつつある。これらの用途は一般に複雑な形状が要求さ
れる等の点から充分要求性能を満たすものは今だ得られ
ていない。

まず、複雑な形状が要求されるという点からホットプレ
ス法による製法には、その適用に限界があり、常圧焼結
法もしくは雰囲気加圧焼結法を採用せざるを得ない。

窒化珪素は共有結合性の高い化合物であること、また、
１気圧の窒素ガス雰囲気中では１９００″Ｃ前後で昇華
分解してしまうために充分高い温度での焼結が不可能で
あることから、少量の焼結助剤を添加する必要がある。

酸化マグネシウムは１９６１年英国０デエーリ−（Ｄｅ
ｅｌｙ）らにより開示された歴史的に最も古い窒化珪素
の代表的焼結助剤であるが、しかしながら、デエーリー
らの報告はホットプレス法によるものであり、常圧焼結
法もしくは雰囲気加圧焼結法によっては充分高密度、高
強度の焼結体が得られなかった。

本発明者は既に窒化珪素に特定量の酸化マグネシウム及
び酸化タングステンを添加することにより酸化マグネシ
ウムの分解、揮散が抑制され、常圧焼結法もしくは雰囲
気加圧焼結法によっても高密度、高強度の窒化珪素質焼
結体が得られることを提案している（特願昭６２−１２
７９４１号）。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、窒化珪素τ１焼路体は構造用部材としてより多
岐にわたり適用されるようになりつつあり、それに伴っ
て構造用部材としてより高い信頼性が要求されるように
なったことから、更に高い強度をもつ窒化珪素質焼結体
の実現と、高温下においても高い強度を維持し得る窒化
珪素質焼結体の実現に対する要求が高まってきた。

また、−ｍに窒化珪素質焼結体の加工工程ではダイヤモ
ンドを用いた高価な工具を必要とするが、この工程の省
略もしくは短縮のためには、焼成工程における変形を可
能な限り抑制する必要があった。

Ｅ問題点を解決するための手段〕 本発明者は上記の欠点を取除くことについて鋭意研究を
進めた結果、窒化珪素粉末の焼結助剤として酸化マグネ
シウム、酸化タングステン並びに酸化イブ１−リウム及
びランタニド系希土類元素の酸化物からなる群から選択
された酸化物を併用することにより優れた窒化珪素質焼
結体が得られることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

すなわち、本発明は酸化マグネシウム１．５〜７．０モ
ル％、酸化タングステン２．５〜５，０モル％、酸化イ
ットリウム、及びランタニド系希土類元素の酸化物から
なる群から選択された１種または２種以上の酸化物１．
０〜６．５モル％及び残部が窒化珪素粉末よりなる混合
物を成形し、得られた成形体を焼結することを特徴とす
る窒化珪素質焼結体の製造方法に係る。

［作　用コ 本発明は窒化珪素粉末に焼結助剤として酸化マグネシウ
ム、酸化タングステン並びに酸化イットリウム、及びラ
ンタニド系希土類元素の酸化物からなる群から選択され
た１種または２種以上の酸化物を同時に添加することを
必須とするものである。

本発明方法により窒化珪素質焼結体を得る際に、原料と
して使用する窒化珪素粉末はα型、β型のいずれでも良
いが、α相を５０％以上含有する窒化珪素粉末を使用す
ることが望ましい。

窒化珪素粉末の粒度は平均粒径で５μｍ以下のものを用
いることが好ましく、２μｍ以下であれば更に好ましい
。

窒化珪素粉末に焼結助剤として酸化マグネシウム、酸［
ヒタングステン並びに酸化イットリウム、及びランタニ
ド系希土類元素の酸化物からなる群から選択された１種
または２種以上の酸化物、を特定量同時に添加した混合
物を成形して焼成することにより焼結助剤相互間の相乗
効果として高密度で、常温及び高温強度に優れ且つ焼成
工程での変形が非常に小さい窒化珪素質焼結体を得るこ
とができる。これは酸化マグネシウム、酸化タングステ
ンに加えて酸化イットリウム、及びランタニド系希土類
元素の酸化物からなる群から選択された１種または２種
以上の酸化物を添加することにより、酸化マグネシウム
の分解、揮散がより一層抑制され、更に酸化イットリウ
ム、及び／またはランタニド系希土類元素の酸化物が粒
界相の軟化温度を上昇させるものと類推される。

焼結助剤が酸化マグネシウムと酸化タングステンのみで
は強度が若干低く、焼結体に変形を生じ易い。酸化イッ
トリウム、及びランタニド系希土類元素の酸化物から選
ばれる１種または２種以上の酸化物と酸化マグネシウム
あるいは酸化イッ■・リウム及びランタニド系希土類元
素の酸化物から選ばれる１種または２種以上の酸化物と
酸化タングステンの組合わせではいずれも充分な高密度
焼結体が得られず、機械的強度が著しく劣る。

酸化マグネシウムと酸化タングステンの添加量がそれぞ
れ１．５〜７．０モル％及び２．５〜５．０モル％の範
囲から外れると、強度の低下をもたらす。また、酸化イ
ットリウム、及びランタニド系希土類元素の酸化物から
選択される１種または２種以上の酸化物の添加量が１．
０モル％未満では強度が低下し、焼結体の変形を生じ易
く、６．５モル％を超えると窒化珪素本来の性質を損な
ってしまい、特に、高温強度が低下する。

焼結助剤として使用する酸化マグネシウム、酸化タング
ステン並びに酸化イットリウム、及びランタニド系希土
類元素の酸化物は窒化珪素粉末と同等もしくはそれ以下
の粒度のものが好ましい。

なお、焼結助剤としては加熱により酸化マグネシウム、
酸化タングステン、酸化イブ１ヘリウム及びランタニド
系希土類元素の酸化物に変化する化合物を用いても差し
支えない。また、これらの酸化物からなる複酸化物を用
いることも可能である。

これらの化合物または複酸化物の添加量は酸化物換算量
で上述の範囲内にあればよい。

上記のような配合をもつ窒化珪素粉末と酸化マグネシウ
ム、酸化タングステン並びに酸化イットリウム、及びラ
ンタニド系希土類元素の酸化物から選択された１種また
は２種以上の酸化物を慣用の方法で混合して得られる混
合物を所望の形状に成形する。成形方法は慣用の成形方
法例えば静水圧成形法等を使用することができる。

次に、得られた成形体を焼結する。焼結温度は１６００
〜１９００°Ｃの範囲内が好ましい。焼結温度が１９０
０℃を超えると、窒化珪素の分解が活発となるために好
ましくなく、また、１６００℃未満では焼結の進行が極
めて遅く、目的とする窒化珪素質焼結体を得るのに長時
間を必要とするので好ましくない。

焼結雰囲気は窒化珪素の酸化を防止するために、真空あ
るいは窒素、アルゴン等の非酸化性雰囲気もしくは非酸
化性雰囲気加圧下で行なうことが望ましい。

また、言うまでもなく、本発明方法ではホットプレス法
あるいは熱間静水圧加圧法といった加圧焼結法を用いて
も良い。

［実　施　例］ 実施例１〜１７、比鮫例１〜９ 平均粒径０．８μ鶴、α化率９０％の窒化珪素粉末と平
均粒径０．１〜０．７μｍの下記の第１表に示す酸化物
粉末とを同表に示す割合で秤取し、エタノールを加えて
湿式ボールミル中で２１時間混合した。得られた混合粉
末からエタノールを蒸発・乾燥後、２トン／Ｃｍ２の圧
力で加圧成形し、３０ｎ＋ｎ＋Ｘ　５０ｍｍＸ　５ｎ＋
ｎ＋の成形体を得た。この成形体を窒素ガス雰囲気中１
８００°Ｃで２時間焼成を行なった。

このようにして得られた窒化珪素質焼結体を加工し、密
度、常温強度及び高温強度を測定し、窒化珪素質焼結体
の変形の有無を観察した。

得られた結果を第１表に併記する。なお、第１表中の密
度はアルキメデス法により測定し、理論密度に対する相
対値として記載する。常温強度はＪＴＳ　Ｒ１６０１に
準拠した３点曲げ強度で、高温強度は窒素ガス雰囲気中
１０００℃における３点曲げ強度を測定した。変形の有
無は得られた窒化珪素質焼結体を目視により観察した結
果を示すもので、第１表中、○印は変形が認められない
ことを示し、Ｘ印は変形が認められたことを示す。

［発明の効果］ 本発明方法により得られる窒化珪素質焼結体は常圧焼結
法もしくは雰囲気加圧焼結法によっても得ることができ
る高密度で、常温及び高温強度に優れ且つ焼結工程での
変形が少ない焼結体であり、優れた性質を有する構造用
部材を安価な加工工程で提供することが可能となるため
に、ガスタービン用部材、耐摩耗摺動部材、工具、内燃
機関用部材等へのセラミックスの適用が飛躍的に増大す
ることが期待される。

特許出願人　小野田セメント株式会社 １：°ベビー ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化マグネシウム１．５〜７．０モル％、酸化タングス
   テン２．５〜５．０モル％、酸化イットリウム、及びラ
   ンタニド系希土類元素の酸化物からなる群から選択され
   た１種または２種以上の酸化物１．０〜６．５モル％及
   び残部が窒化珪素粉末よりなる混合物を成形し、得られ
   た成形体を焼結することを特徴とする窒化珪素質焼結体
   の製造方法。