JPH02229765A - 導電性セラミックス焼結体およびヒーター - Google Patents

導電性セラミックス焼結体およびヒーター

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JPH02229765A
JPH02229765A JP1051459A JP5145989A JPH02229765A JP H02229765 A JPH02229765 A JP H02229765A JP 1051459 A JP1051459 A JP 1051459A JP 5145989 A JP5145989 A JP 5145989A JP H02229765 A JPH02229765 A JP H02229765A
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JP
Japan
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sintered body
conductive
oxide
heater
silicon nitride
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JP1051459A
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English (en)
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Yutaka Kubo
裕 久保
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒化珪素系セラミックスを母材とし導電性化
合物を含有する導電性セラミックス焼結体およびヒータ
ーにおいて、高温での耐酸化性をCr酸化物の添加によ
り改善した焼結体およびヒーターに関するものである。
〔従来の技術〕
αまたはβSi,N,を主成分とする窒化珪素、S f
 @ − z A l z O z N m − z 
(0 < Z≦4.2)で示されるβサイアロン、Mx
(SL,Al).(0,N)..(x<2,MはLL,
Mg, CB, Y ,希土類元素(La,Ce除<)
〕で示されるαサイアロン、およびこれらの複合した窒
化珪素系のセラミックスは、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良いため
、近年種々の分野において利用されている。また一方で
、これらは極めて難加工性材料でもあるため、その対策
として放電加工を可能とするために導電性を付与すると
の提案もなされている(特開昭57−188453号公
報、特開昭57−200265号公報、特開昭59−2
07881号公報、特開昭60−33265号公報など
).また、これらをヒーター材として用いるとの提案も
なされている(特開昭60−60983号公報、特開昭
62−140386号公報など)。
またTiNとSiCを複合添加し高抵抗材における電気
抵抗のバラツキを抑制した焼結体について特願昭63〜
238281号として本発明者は提案している。
(発明が解決しようとする問題点) ところが、上記材料は1000℃以上の温度域では表面
に厚い酸化膜が形成され、それ以上酸化が進行しないの
に対して、約800〜900℃で50時間以上の長時間
保持した場合に酸化量が異常に大きくなり、ふくれ、割
れ等の発生につながることが明らかになった。これはヒ
ーターとして用いる場合、断線に直接結びつき、寿命の
低下につながるものである。
本発明の目的は、上記の800〜900℃における酸化
現象を抑制した耐酸化性に優れる導電性セラミックス焼
結体およびヒーターを提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は前記の800〜900℃における酸化現象を
抑制するために種々検討した結果、Cr酸化物を添加す
ることにより、上記の酸化現象を抑制できることを見出
し本発明を完成するに至った。
本発明において、Cr酸化物の添加により、800〜9
00℃の耐酸化性を向上することができるのは以下の理
由によるものと考える。
すなわち、800〜900℃の比較的低温では、100
0℃以上で形成される厚い酸化膜が形成されておらず、
本系焼結体中の粒界相を通じて大気中の酸素が拡散し、
酸化が進行するものと考えられるが、Cr酸化物を添加
することにより粒界相中の酸素の拡散が抑制されること
により、酸化が防止されるものと考えられる。
本発明において、Cr酸化物の添加量は、0.1〜10
wt%であり、その理由は0 . lwt%より少ない
とCr酸化物の添加の効果が現われず、また10wt%
を越えて添加した場合には、焼結性が低下するからであ
る.より好ましくは0.3〜3wt%である.Cr酸化
物としては、化合物として最も安定なCr,O,を用い
ればよい。また、Cr酸化物粉末を原料として加える代
りに、焼結中にCr酸化物に変化する化合物、例えばC
r(N O,),・9H,O,CrCl,・6H,0な
どを用いることも可能である。
また、本発明は従来公知の導電性セラミックス焼結体に
広く遺用が可能である。
すなわち、母材となる窒化珪素系セラミックスとしては
、 αまたはβSt,N4を主成分とする窒化珪素焼結体 Si.−ZAIZO!N,−Z(0<Z≦4.2)で示
されるβサイアロン焼結体、 Mx(Si,AI),.(0,N).[x(2,MはL
i,Mg,Ca, Y ,希土類元素(La,Ce除<
)]で示されるαサイアロン焼結体、 およびこれらの複合した窒化珪素系セラミックス焼結体 のいずれであっても所定の効果を得ることができる。な
お、βサイアロンにあっては、z<1の場合には常温、
高温強度が優れ、硬さ、靭性も高いものとなるので望ま
しい。
また、本系導電性セラミックス焼結体においては、導電
性物質の量を10〜70VO1%とすることが必要であ
る。導電性化合物量が10vol%未満では導電性を付
与することができず、また70vol%を越えると窒化
珪素系セラミックスが本来持つ高温強度、耐酸化性が損
なわれるからである。
導電性物質としては、IVa,VaおよびVla族の遷
移金属元素の炭化物、窒化物およびこれら化合物から形
成される複化合物の1種または2種以上の導電性化合物
としては、種々のものを選択することが可能であるが、
TiNを選択した場合には、焼結性、強度、耐酸化性等
の面から好ましい結果が得られる。
また、前記複化合物とは炭窒化物、さらに複窒化物、複
炭化物等を言う。
導電性セラミックスをヒータiとして用いる場合に高い
電気抵抗率が必要となる場合もある。この場合には、上
記の導電性物質に加え、SiCを添加すれば電気抵抗率
のパラツキを抑制しつつ、高い電気抵抗率を得ることが
できる.SiC添加によって電気抵抗率のパラツキが抑
制される理由は前記特開昭63〜238281号に記載
した通りである.SiCの添加量は0.1〜50vol
%とする必要がある.0.1vol%末滴ではその効果
が期待できず、50vol%を越えると焼結性が低下し
、緻密な焼結体を得ることが困難となるからである.さ
らに望ましいSiCの添加量は3〜30vol%である
。
上記の本発明導電性セラミックス焼結体は、次のような
製造方法により得ることができる.すなわちSi,N4
粉末、Al,O,粉末、AIN粉末、IIIa族元素(
希土類元素を含む)の酸化物粉末,MgO粉末等を所定
の窒化珪素および/またはサイアロンとなるように配合
し、これらに対し導電性物質であるNa,Vaおよび■
a族の遷移金属元素の炭化物、窒化物およびこれら化合
物から形成される複化合物の1種または2種以上の粉末
、あるいはさらにSiC粉末を所定量添加し、さらにC
r酸化物粉末(あるいは焼結中にCr酸化物となる物質
)を添加する.そして、混合、成形の後、非酸化性雰囲
気中で焼結する。ここで焼結は常圧焼結、ガス圧焼結、
HIP焼結(熱間静水圧プレス)、ホットプレス等の各
種方法を選ぶことができる。焼結の雰囲気は非酸化性雰
囲気で行なうことが好ましく、N,ガス雰囲気、加圧N
,ガス雰囲気、減圧N2ガス雰囲気、N,を含む不活性
ガス雰囲気等必要に応じ各種の条件で焼結を行なうこと
が可能である。
なお、IVa、VaおよびVIa族の遷移金属元素の炭
化物、窒化物およびこれら化合物から形成される複化合
物は、焼結中にそれぞれそれらの化合物に変化するもの
を原料として用いることもできる.また、焼結後にHI
P(熱間静水圧プレス)処理によりさらに特性の向上を
図ったり、熱処理を行ない粒界相を結晶化させたりする
ことも可能である。
[実施例] 以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳しく説明する
。
実施例I Si,N,粉末(粒度0.7μrn,α化率93%)、
Y,O,粉末(粒度1μm,純度99.99%)、AI
N粉末(粒度1μm)、At,O,粉末(粒度0.5μ
m,純度99.5%)を用い、Zの値が0.4のβサイ
アロンとなるような組成に配合した(y,o,量は6w
t%)。これに対し、TiN粉末を25vol%添加し
たものを原料粉末とし、これにW.84C,Zr○,、
MOおよびC r@ O s (粉末粒径1〜3μm)
をそれぞれIWt%添加した後、混合、成形し、1気圧
窒素雰囲気中で1720℃×6時間焼結した。
得られた焼結体より3X4X 40mの試験片を切り出
し、大気中で850℃、100時間保持の酸化試験を行
ない、酸化増量を調べた。結果を第1図に示す.これよ
りCr,O,添加により800〜900℃での耐酸化性
が著しく改善されることがわかる. なお、これら焼結体の相対密度はいずれも98%以上で
あった。
実施例2 実施例1と同様の粉末およびSiC粉末(粒径0.7I
Ln)を用いて,実施例1と同一組成のサイアロンおよ
び20vol%のTiN、8v01%のSiCとなるよ
うな組成に配合した。これにCr,O,を0.1〜8w
t%添加した。これらを実施例1と同様な条件で焼結し
、得られた焼結体の密度を測定後、これより3X4X4
0mmの試験片を切出し、大気中で850℃、150時
間保持の酸化試験を行ない。酸化増量を測定した。結果
を第1表に示す。
第  1  表 で耐酸化性向上が達成されることが理解される。
但し、焼結密度を考慮した場合、0.3〜3wt%にす
ることが望ましい。
実施例3 実施例1と同様の粉末およびTiC,ZrN(いずれも
粒径1 .5 μm)、およびMgO(粒径0.5μm
)を用い、第2表に示す組成のSi,N4およびサイア
ロンとなるよう配合し、これらに対し25vol%の導
電性化合物を添加した。さらにCr,O,を1 .5w
t%添加し、混合、成形、焼結を行なった。焼結条件は
表中に示す。これらにつき実施例1と同様に試験片を切
り出し、大気中で850℃、150時間保持の酸化試験
を行なった。ここでそれぞれCr.O,を添加していな
いものを比較例として用いた。結果を第2表に示す。
?上より、Cr■O,添加量が0.1〜8.Owtχの
範囲以上より、各種導電性化合物、サイアロン、Si,
N,の種類によらずCr,○,添加により800〜90
0℃の耐酸化性が大幅に改善されることがわかる。
以上の実施例により、SL,N4基セラミックスを母材
としTiNなとの導電性化合物を添加した導電性セラミ
ックス焼結体およびヒーターにおいて、特に問題となる
800〜900℃の急激な酸化現象を抑制するためにC
r,O,を添加することが極めて有効であることがわか
る。
〔発明の効果〕
本発明により、従来の導電性を有する窒化珪素、サイア
ロン焼結体において問題である800〜900℃におけ
る急激な酸化現象を抑制することが可能となった。これ
によりヒーター材、高温用途への本系材料の使用が可能
となり、用途も大幅に広がる。
【図面の簡単な説明】
第1図は各種添加元素と酸化増量の関係を示すグラフで
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 導電性物質が10〜70vol%、Cr酸化物が0
    .1〜10wt%、残部窒化珪素系セラミックスからな
    ることを特徴とする導電性セラミックス焼結体。 2 窒化珪素系セラミックスがサイアロンである特許請
    求の範囲第1項記載の導電性セラミックス焼結体。 3 導電性物質がIVa、VaおよびVIa族の遷移金属元
    素の炭化物、窒化物およびこれら化合物から形成される
    複化合物の1種または2種以上の導電性化合物である特
    許請求の範囲第1項または第2項記載の導電性セラミッ
    クス焼結体。 4 導電性物質がTiNである特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項記載の導電性セラミックス焼結体。 5 導電性物質がIVa、VaおよびVIa族の遷移金属元
    素の炭化物、窒化物およびこれら化合物から形成される
    複化合物の1種または2種以上の導電性化合物が10〜
    70vol%、ならびに第2の導電性物質としてSiC
    を0.1〜50vol%、Cr酸化物が0.1〜10w
    t%、残部窒化珪素系セラミックスからなることを特徴
    とする導電性セラミックス焼結体。 6 第1の導電性物質がTiNである特許請求の範囲第
    5項記載の導電性セラミックス焼結体。 7 Cr酸化物の添加量が0.3〜3wt%であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項のいず
    れかに記載の導電性セラミックス焼結体。 8 TiNが10〜60vol%、Cr酸化物が0.1
    〜10wt%、残部窒化珪素系セラミックスからなるこ
    とを特徴とするヒーター。 9 TiNが10〜40vol%、SiCが3〜30v
    ol%、Cr酸化物が0.1〜10wt%、残部窒化珪
    素からなることを特徴とするヒーター。
JP1051459A 1989-03-03 1989-03-03 導電性セラミックス焼結体およびヒーター Pending JPH02229765A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303055B1 (en) 1998-01-16 2001-10-16 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Composition of a high sensitivity sensor for detecting mechanical quantity
JP2003300780A (ja) * 2002-04-04 2003-10-21 Toshiba Corp 窒化けい素製耐摩耗性部材およびその製造方法

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US6303055B1 (en) 1998-01-16 2001-10-16 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Composition of a high sensitivity sensor for detecting mechanical quantity
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