JPH02157161A - 窒化珪素質焼結体 - Google Patents
窒化珪素質焼結体Info
- Publication number
- JPH02157161A JPH02157161A JP63312468A JP31246888A JPH02157161A JP H02157161 A JPH02157161 A JP H02157161A JP 63312468 A JP63312468 A JP 63312468A JP 31246888 A JP31246888 A JP 31246888A JP H02157161 A JPH02157161 A JP H02157161A
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- JP
- Japan
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- sintered body
- silicon nitride
- terms
- oxidation
- based sintered
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- Pending
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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。
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〕
本発明は高温における耐酸化性、特に８００°Ｃ〜１１
００℃の温度域における耐酸化性に優れた窒化珪素質焼
結体の製造方法に関する。
００℃の温度域における耐酸化性に優れた窒化珪素質焼
結体の製造方法に関する。
従来から、窒化珪素質焼結体は高温における強度、硬度
、熱的化学的安定性に優れることからエンジニアリング
セラミックスとして注目されていス 通常、窒化珪素は単味による焼結が困難であることから
、周期律表第ｍａ族酸酸化物以下、ＩＩＥ２０３と略す
）やＡ１□０３等を焼結助剤として用いて焼成すること
によって得られている。
、熱的化学的安定性に優れることからエンジニアリング
セラミックスとして注目されていス 通常、窒化珪素は単味による焼結が困難であることから
、周期律表第ｍａ族酸酸化物以下、ＩＩＥ２０３と略す
）やＡ１□０３等を焼結助剤として用いて焼成すること
によって得られている。
一方、窒化珪素質焼結体をクーボロータ、ガスタービン
用部品等の熱機関に応用する場合に要求される特性とし
て高温抗折強度の他に耐酸化性がある。
用部品等の熱機関に応用する場合に要求される特性とし
て高温抗折強度の他に耐酸化性がある。
この耐酸化性挙動についてはＣ，ｌｌ、Ｑｕａｃｋｅｎ
ｂｕｓｈ等によって詳細に述べられている。（Ｐｒｏｇ
ｒｅｓｓ ｉｎＮｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、
１９８３ Ｐ ６６９〜６Ｂ２）。
ｂｕｓｈ等によって詳細に述べられている。（Ｐｒｏｇ
ｒｅｓｓ ｉｎＮｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｅｒａｍｉｃｓ、
１９８３ Ｐ ６６９〜６Ｂ２）。
この論文によれば、窒化珪素に対し、Ｙ２Ｏ３のみを焼
結助剤とした場合、高温では良好な耐酸化性を示すが、
１２００°Ｃ以下から８００°Ｃ付近の温度領域で急激
に耐酸化性が低下するという異常な酸化挙動を示すこと
が示されている。
結助剤とした場合、高温では良好な耐酸化性を示すが、
１２００°Ｃ以下から８００°Ｃ付近の温度領域で急激
に耐酸化性が低下するという異常な酸化挙動を示すこと
が示されている。
また、このような異常な酸化挙動に対しては、Ａ１□０
３を添加するか、又は酸化処理を施すことによって改善
できることが開示されている。
３を添加するか、又は酸化処理を施すことによって改善
できることが開示されている。
しかし乍ら、前記文献によれば、確かに異常酸化挙動を
ある程度は改善できるものの、未だ不十分であり、完全
に改善はされていない。
ある程度は改善できるものの、未だ不十分であり、完全
に改善はされていない。
しかも、Ａｌ２Ｏ３を多量に添加しないと、上記改善効
果が得られず、Ａｌ２Ｏ３を多量に含むことは１２００
°Ｃ以上の高温域での耐酸化性を劣化させるという問題
があった。
果が得られず、Ａｌ２Ｏ３を多量に含むことは１２００
°Ｃ以上の高温域での耐酸化性を劣化させるという問題
があった。
本発明者等は」１記問題点に対し、研究を重ねた結果、
焼結助剤として用いる周期律表第ｎｌａ族酸化物のうち
、従来から用いられているＹ２Ｏ３に代えてＹｂ２ｏ、
を用いると、異常酸化挙動を防止するために添加するＡ
１□０３との反応性が顕著に増大することにより少量の
Ａ１□０３を添加しても、容易に焼結体中にＳｉ−Ｙｂ
−ＡＩ−０−Ｎ系化合物が生成されるとともに、これが
酸化時に焼結体表面にＳｉ−Ｙｂ−Ａｌ０系化合物から
成る保護膜を形成することから、高温耐酸化性を劣化さ
せることなく、異常酸化挙動を完全に皆無となすことが
できるという新規知見を得た。
焼結助剤として用いる周期律表第ｎｌａ族酸化物のうち
、従来から用いられているＹ２Ｏ３に代えてＹｂ２ｏ、
を用いると、異常酸化挙動を防止するために添加するＡ
１□０３との反応性が顕著に増大することにより少量の
Ａ１□０３を添加しても、容易に焼結体中にＳｉ−Ｙｂ
−ＡＩ−０−Ｎ系化合物が生成されるとともに、これが
酸化時に焼結体表面にＳｉ−Ｙｂ−Ａｌ０系化合物から
成る保護膜を形成することから、高温耐酸化性を劣化さ
せることなく、異常酸化挙動を完全に皆無となすことが
できるという新規知見を得た。
即ち、本発明の窒化珪素質焼結体は、Ｓｌが窒化物換算
で８７．５〜９９．５モル％、Ｙｂが酸化物換算で０５
〜１０モル％およびＢが酸化物換算で２．５モル％以下
の割合から成るものであって、酸化時に焼結体表層部に
Ｓｉ−Ｙｂ−Ａ ｌ−０系の化合物が生成されるという
１．〜徴を有するものでる。
で８７．５〜９９．５モル％、Ｙｂが酸化物換算で０５
〜１０モル％およびＢが酸化物換算で２．５モル％以下
の割合から成るものであって、酸化時に焼結体表層部に
Ｓｉ−Ｙｂ−Ａ ｌ−０系の化合物が生成されるという
１．〜徴を有するものでる。
以下、詳細に説明する。
窒化珪素質焼結体、特にＳｉＪ４−ＲＥｚＯ３系組成の
ものの中温域（８００〜１１００°Ｃ）の異常酸化挙動
の原因は未だ明らかではないが、次のように推測される
。即ち、焼結体中の粒界ではＲＥ２Ｏ３と原料粉末中に
不純物として含有される酸素とが反応し、ＲＥｚ（］＋
−３ｉＯ□系化合物が生成されるが、この化合物はそれ
自体高融点であるがために、中温域では溶融しきれず、
焼結体表面においては完全な保護膜の形成が困難である
ため、外部からの酸素の浸入を有効に防止することがで
きない。しかし、高温域では前記化合物力９容融するた
め完全な保護膜が形成され、耐酸化性は良好なものとな
る。
ものの中温域（８００〜１１００°Ｃ）の異常酸化挙動
の原因は未だ明らかではないが、次のように推測される
。即ち、焼結体中の粒界ではＲＥ２Ｏ３と原料粉末中に
不純物として含有される酸素とが反応し、ＲＥｚ（］＋
−３ｉＯ□系化合物が生成されるが、この化合物はそれ
自体高融点であるがために、中温域では溶融しきれず、
焼結体表面においては完全な保護膜の形成が困難である
ため、外部からの酸素の浸入を有効に防止することがで
きない。しかし、高温域では前記化合物力９容融するた
め完全な保護膜が形成され、耐酸化性は良好なものとな
る。
そこで、中温域の耐酸化性の改善を目的とじてＡ１□０
３を添加すると、化合物組成がＳｉ−ＡＩ−ＲＥ−０ま
たはＳｉ−Ａ Ｉｌ−ＲＥ−０−Ｎとなり、その融点を
下げる傾向にあるため、中温域においても焼結体表面に
緻密な保護膜が形成され、結果として中温域の耐酸化性
を向上することができる。
３を添加すると、化合物組成がＳｉ−ＡＩ−ＲＥ−０ま
たはＳｉ−Ａ Ｉｌ−ＲＥ−０−Ｎとなり、その融点を
下げる傾向にあるため、中温域においても焼結体表面に
緻密な保護膜が形成され、結果として中温域の耐酸化性
を向上することができる。
本発明によれば、上記理論に基づいて用いる第ｍａ族元
素について検討したところ、Ｙ２Ｏ，に比較してＹｂ２
ｏ３ はＳｉ−ＡＩ−ＲＥ−０またはＳｉ−八ｆｆ −
ＲＥ−０−Ｎ系化合物の形成が容易になし得るという性
質を有する。このことは添加するＡｌｚＣｈ量が少量で
あっても、上記化合物の形成を容易にすることを意味す
るもので、八１□０３の多量添加による弊害、即ち高温
強度の劣化を有効に防止することができるのである。
素について検討したところ、Ｙ２Ｏ，に比較してＹｂ２
ｏ３ はＳｉ−ＡＩ−ＲＥ−０またはＳｉ−八ｆｆ −
ＲＥ−０−Ｎ系化合物の形成が容易になし得るという性
質を有する。このことは添加するＡｌｚＣｈ量が少量で
あっても、上記化合物の形成を容易にすることを意味す
るもので、八１□０３の多量添加による弊害、即ち高温
強度の劣化を有効に防止することができるのである。
本発明における焼結体の組成はＳｌが窒化物換算で８７
．５〜９９．５モル％、特に９０〜９５モル％、Ｙｂが
酸化物換算で０．５〜１０モル％、特に１〜５モル％、
１１が酸化物換算で２．５モル％以下、特に１〜２モル
％である。ＳｉまたはＹｂのいずれかが上記の範囲をは
ずれても高強度、高密度の焼結体を得ることができず、
Ｉｌが２．５モル％を超えると１４００°Ｃにおける高
温強度が劣化する。
．５〜９９．５モル％、特に９０〜９５モル％、Ｙｂが
酸化物換算で０．５〜１０モル％、特に１〜５モル％、
１１が酸化物換算で２．５モル％以下、特に１〜２モル
％である。ＳｉまたはＹｂのいずれかが上記の範囲をは
ずれても高強度、高密度の焼結体を得ることができず、
Ｉｌが２．５モル％を超えると１４００°Ｃにおける高
温強度が劣化する。
本発明の窒化珪素質焼結体の製造にあたっては、まず、
原料としてＳｉ３Ｎａ粉末８７．５〜９９．５モル％、
特に９０〜９５モル％とＹｂの酸化物、炭化物、窒化物
あるいは珪化物を酸化物換算で０．５〜１０モル％、特
に１〜５モル％の割合で、また八ｅの酸化物、炭化物、
窒化物あるいは珪化物を酸化物換算で２゜５モル％以下
、特に１〜２モル％の割合で混合する。この時ＹｂｚＯ
３を１モル％以上含有することが望ましい。
原料としてＳｉ３Ｎａ粉末８７．５〜９９．５モル％、
特に９０〜９５モル％とＹｂの酸化物、炭化物、窒化物
あるいは珪化物を酸化物換算で０．５〜１０モル％、特
に１〜５モル％の割合で、また八ｅの酸化物、炭化物、
窒化物あるいは珪化物を酸化物換算で２゜５モル％以下
、特に１〜２モル％の割合で混合する。この時ＹｂｚＯ
３を１モル％以上含有することが望ましい。
混合物は周知の成形手段、例えばプレス成形、鋳込み成
形、押出成形、冷間静水圧成形等によって所望の形に成
形される。
形、押出成形、冷間静水圧成形等によって所望の形に成
形される。
次に成形体を１８００〜２０００°Ｃの焼成温度で窒素
を含む非酸化性雰囲気で焼成する。焼成方法としては常
圧焼成、ホットプレス、ガス圧力焼成、熱間静水圧焼成
等が採用できるが、強度あるいは形状の多様性からガス
圧力焼成、熱間静水圧焼成が望ましい。
を含む非酸化性雰囲気で焼成する。焼成方法としては常
圧焼成、ホットプレス、ガス圧力焼成、熱間静水圧焼成
等が採用できるが、強度あるいは形状の多様性からガス
圧力焼成、熱間静水圧焼成が望ましい。
なお、上記方法において、焼成前の成形体がＳｉと前記
Ｙｂ成分、前記へ〇成分とから成る成形体を窒化した、
いわゆる反応焼結体であっても良いことは言うまでもな
い。
Ｙｂ成分、前記へ〇成分とから成る成形体を窒化した、
いわゆる反応焼結体であっても良いことは言うまでもな
い。
窒化珪素粉末として、平均粒径０．５ μｍ、酸素含有
量１．０重量％、β化率５０χの原料に対し、Ｙｂ化合
物および／ｌ化合物を第１表に示す割合で配合した後、
成形し２０００’ｃ 、 Ｎ２ガス圧９．８ａｔｍの雰
囲気で２時間焼成した。
量１．０重量％、β化率５０χの原料に対し、Ｙｂ化合
物および／ｌ化合物を第１表に示す割合で配合した後、
成形し２０００’ｃ 、 Ｎ２ガス圧９．８ａｔｍの雰
囲気で２時間焼成した。
得られた各焼結体を大気中１０００°Ｃで５０時間保持
し、酸化重量増を測定した。また、１４００°Ｃにおけ
る抗折強度をＪＩＳＲ１６０１に従い測定した。
し、酸化重量増を測定した。また、１４００°Ｃにおけ
る抗折強度をＪＩＳＲ１６０１に従い測定した。
また、比較例としてＹｂ化合物の代わりにＹ２Ｏ３をは
じめとする他の酸化物を加えて同様に特性を測定し、評
価を行った。
じめとする他の酸化物を加えて同様に特性を測定し、評
価を行った。
第１表の結果によれば、従来法であるＹ２Ｏ３およびＡ
１□０：ｌを添加した試料（１ｔ１３ ）では酸化増量
は大きく、実質的改善になっていないのに対し、Ｙｂ２
０：ｌを用いた本発明の試料（ｋ２，３．５〜１１）は
いずれも良好な耐酸化性を示し、且つ高温強度も優れた
ものであった。また、Ｙ２Ｏ３，Ｙｂ２０．以外の周期
律表第ｍａ族酸酸化物あるＣｅＯ□、Ｌａ２Ｏ３を用い
た試料（１１ｈ１４．１５ ）も十分な耐酸化性は達成
されなかった。
１□０：ｌを添加した試料（１ｔ１３ ）では酸化増量
は大きく、実質的改善になっていないのに対し、Ｙｂ２
０：ｌを用いた本発明の試料（ｋ２，３．５〜１１）は
いずれも良好な耐酸化性を示し、且つ高温強度も優れた
ものであった。また、Ｙ２Ｏ３，Ｙｂ２０．以外の周期
律表第ｍａ族酸酸化物あるＣｅＯ□、Ｌａ２Ｏ３を用い
た試料（１１ｈ１４．１５ ）も十分な耐酸化性は達成
されなかった。
なお、本発明の試料に対し、耐酸化性試験後のサンプル
に対し、螢光Ｘ線によって表面部を分析したところ、Ｓ
ｉ−Ａｌ−Ｙｂ−ｏ系化合物がほぼ全面に生成されてい
た。
に対し、螢光Ｘ線によって表面部を分析したところ、Ｓ
ｉ−Ａｌ−Ｙｂ−ｏ系化合物がほぼ全面に生成されてい
た。
以上の通り、本発明の窒化珪素質焼結体は、周期律表第
ｍａ族酸酸化物してＹｂｚｏａを用いることによって高
温強度を劣化することなく、中温域（８００〜１１００
’Ｃ）の耐酸化性を大きく向上させることが可能となり
、それにより、熱機関への応用に対し信頼性を向上させ
ることが可能となる。
ｍａ族酸酸化物してＹｂｚｏａを用いることによって高
温強度を劣化することなく、中温域（８００〜１１００
’Ｃ）の耐酸化性を大きく向上させることが可能となり
、それにより、熱機関への応用に対し信頼性を向上させ
ることが可能となる。
Claims (1)
- Ｓｉが窒化物換算で８７．５〜９９．５モル％、Ｙｂが
酸化物換算で０．５〜１０モル％、Ａｌが酸化物換算で
２．５モル％以下の割合から成る窒化珪素質焼結体であ
って、酸化時に該焼結体の表層部にＳｉ−Ａｌ−Ｙｂ−
Ｏ系化合物が存在することを特徴とする窒化珪素質焼結
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312468A JPH02157161A (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 窒化珪素質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63312468A JPH02157161A (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 窒化珪素質焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157161A true JPH02157161A (ja) | 1990-06-15 |
Family
ID=18029564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63312468A Pending JPH02157161A (ja) | 1988-12-09 | 1988-12-09 | 窒化珪素質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02157161A (ja) |
-
1988
- 1988-12-09 JP JP63312468A patent/JPH02157161A/ja active Pending
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