JPH02248367A - 窒化珪素焼結体の製造法 - 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） 本発明は、窒化珪素焼結体の製造法に関するもので、特
にガラスをカプセル材として用いた熱間静水圧プレス（
以下ｒＨＩ　ＰＪという）工程に適用した窒化珪素焼結
体の製造法に関する。

（従来の技術） セラミクス高温材料のうちで高温下で充分な強度を有し
化学的に安定で熱衝撃にも強い材料の一つとして窒化珪
素（ｓ　ｉｓ　Ｎ４　）は最も有望なものとして注目さ
れている。

このような５ｉｌｒｔＪ４焼結体を製造する方法として
は、ガラスをカプセル材として使用するＨ４Ｆ法により
５ｒｓＮａを焼結させることが知られており１例えば特
公昭４８−２５６０５号に金属製箔により包まれた成形
体を、媒体を介して成形および焼結する方法、特公昭６
１−４６４３２号または特公昭６３−５９９９３号には
ＢＮ粉末またはＡＩＮ粉末を介在させてＨＩＰ焼結させ
る方法が開示されている。

（発明が解法しようとする課題） しかしながら、このようにガラスをカプセル材として使
用するＨＩＰ処理において、前記金属箔で包まれた成形
体をＨＩＰ処理するものでは、複雑形状品を気密に金属
箔で包囲することは困難であり、単純な球状の成形体で
あっても表面を完全に金属箔で被覆することはできない
ため、その金属箔周囲のガラス質層が内部の５ｒｓＮａ
成形体に拡散侵入し、その硬度、靭性１強度等を劣化さ
せる問題がある。

また、ＢＮ粉末またはＡｆｉＮ粉末に埋設した窒化珪素
成形体をガラスカプセル材に封入してＨＩＰ処理するも
のでは、ＢＮやＡｌ２Ｎが窒化珪素成形体と反応し具体
的にはＢＮやＡｌＮが焼結助剤とガラスをつくり窒化珪
素内部に拡散侵入していくため、焼結体の表層部と中心
部とに硬度、靭性、強度等の特性のバラツキが生じ、本
来的に要求される高強度高靭性の焼結体を得ることが困
難であるという問題がある。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、従来のカプセルを用いたＨＩＰ処理による窒化珪
素焼結体の製造法の改善をはかり、複雑形状品の製造が
可能でかつ表面層が緻密で変色層が少ない高密度な窒化
珪素焼結体を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 曲記課題を解決するための窒化珪素焼結体の製造法は、
窒化珪素粉末または焼結助剤を含む窒化珪素粉末を成形
した成形体の表層面にＭｏ粉末のスリップを塗布し、こ
のＭｏ粉末の塗布された成形体をガラス膜で被覆し、こ
のガラス膜で被覆された成形体を熱間等方静水圧プレス
することを特徴とする。

窒化珪素粉末の成形体の表層にＭｏ粉末層を形成したの
は、他のどのような物質と比較してもＭｏ粉末であれば
窒化珪素成形体の表層からその内部へのガラス拡散侵入
が効果的に抑止されるためである。また成形体の表面に
Ｍｏ粉末のスリップを塗布したので、成形体の表面を完
全に覆うように形成されるＭｏ皮膜の気密性が確保され
、焼結後の焼結体の表層面に良好な硬度、靭性１強度を
保てるためである。

前記窒化珪素粉末に添加する焼結助剤としてはＹｓ　Ｏ
ｓ　、ＡＪＬ　Ｏｓ　、ＳｒＯ，Ｍｇ０％ＣｅＯ３粉末
等があげられ、これら焼結助剤の添加量は５ｉ３Ｎ４粉
末に対して１０ｗｔ％以下が好ましい。

成形体をガラスカプセル内に封入するのは、ガラスカプ
セル内に封入することなくそのままＨＩＰ処理しても緻
密化は可能であるが、成形体の相対密度が低い場合には
気孔の多くが表面に連通した開孔となっているためその
ままＨＩＰＬ、たのでは開孔部のほとんどがそのまま残
留することになり表層面の緻密化が損なわれるからであ
る。

Ｍｏ粉末の塗布された成形体にガラスを被覆する手段と
してはＭｏ皮膜を有する成形体をあらかじめ容器状に形
成されているガラスカプセルに封入する方法と、ガラス
粉粒体中にＭｏ皮膜を有する成形体を埋設してこれをガ
ラスの軟化点以上に加熱することにより被覆する方法と
があり、いずれの方法を用いても良いが、前者の場合に
は封入時に残留空気の影響を避けるため脱気密封をする
にあたり脱気部分がカプセル内のみとなるから脱気が簡
単である点で有利である。後者の場合は加熱炉内全体を
脱気する必要がある。　なお本発明で使用するガラスと
しては高温でＨｔｐ４理を行なうことから高軟化点のガ
ラス、例えば、パイレックスガラス、バイコールガラス
、石英ガラスあるいはこれらの混合物が好ましい。

以下、本発明について実施例を示すことによりさらに具
体的に説明する。

（実施例） 本発明の実施例について説明する。

数置■」 ９０％以上がａ相からなるＳｉ３Ｎ４原料粉末９３ｗｔ
％に焼結助剤としてＡｌｉ　Ｏｘ　４ｗｔ％、Ｙｓ　Ｏ
ｓ　３ｗｔ％を添加し調合した後、金型ブレス機により
セラミクス製ロッカーアームチップを成形した。

この成形体にＭｏ皮膜をコートするためのスリップは、
水を溶媒としても有機溶剤を溶媒としてもよい、Ｍｏ粉
末は平均粒径２０．６μｍ、比表面積０．４ｍ”／ｇの
ものを用いた。水を溶媒に用いる場合、水分を８０ｗｔ
％程度、Ｍｏ粉末を１８ｗｔ％程度、他に２ｗｔ％程度
の水溶性バインダ例えばポリビニルアルコール等を用い
るとよい。有機溶剤を溶媒に用いる場合、メチルアルコ
。

−ル、エチルアルコール、アセトンなど人体に対して毒
性の低いものが好ましい、この有機溶剤を用いる場合の
バインダは、溶媒に溶けるものを利用すればよい、また
成形体の表層にＭｏ皮膜をコートする方法は、へケ塗り
法やスプレー法など経済的に優位な方法を用いればよい
。

次に成形体の表面を被覆するＭＯ粉末を他の物質と比較
するためにＢＮ粉末およびＡβＮ粉末を同様にしてスリ
ップにし比較試験した。

そして成形体の表面にＭｏ、ＢＮ、ＡβＮのスリップを
それぞれコーティングし、その後、成形体とコーティン
グ層中に残留する有機物質を除去するために５００℃で
１０時間仮焼した。仮焼して得られた成形体をパイレッ
クスのカプセルガラス管中に真空封入した。そして温度
１７５０℃。

圧力１５００気圧に昇温昇圧してこの条件で１時間ＨＩ
Ｐ処理を行なった。

ＨＩＰ装置から取出した焼結体についてそれぞれの焼結
体を切断し、その切断面の中心部から表層面における色
層変化を測定した。その結果、第１表に示す結果を得た
。

第１表 第１表から明らかなように実施例１では、焼結体の表面
における変色層の厚さが０．３ｍｍ以下となり、これは
焼結体のＳＩ３Ｎ４とガラスあるいはＭｏとの反応層で
ある変色層が０．３ｍｍ以下であったことを示している
。これに対し、比較例１では、焼結体表面の変色層が０
．５〜１．０ｍｍ、比較例２では、０．５〜１．５ｍｍ
の変色層があった。これは、ＢＮまたはＡｆｌＮである
と５ｉｓＮ４焼結体の表層面にＢＮまたはＡｌ２Ｎがガ
ラスとともに拡散侵入し易くそのため焼結体の表層に気
孔率の高い低密度の変色層が生成されたものと考えられ
る。従って比較例１および比較例２に比べ本発明の実施
例１によると、ＨＩＰ後の焼結体表面の除去加工代が少
なくてすみ、高硬度で難加工なｓｉ！ｒ’Ｊ４焼結体の
表面切削あるいは研磨加工に要する加工作業が簡便な高
密度焼結体が得られるという効果がある。

拭ＩＩ舛」− 試験例２では試験例１の焼結助剤およびカプセルガラス
の材質、ＨＩＰ条件を代えて試験を行なった。すなわち
９０％以上が０層からなるＳ　ｉ　ｓＮ４原料粉末９３
ｗｔ％に焼結助剤としてＳｒ０１ｗｔ％、Ｍｇ０３ｗｔ
％、Ｃｅ０ａ　３ｗｔ％を添加し調合した後、試験例１
と同様にセラミクス製ロッカーアームチップを成形した
。この成形体に前記と同様にＭｏ、ＢＮまたはＡρＮ粉
末のスリップをコートし、これをバイコールガラスから
なるカプセルに真空封入した。そして真空封入した成形
体をＨＩＰ装置に挿入し、温度１６８０℃。

圧力２０００気圧に昇温昇圧してこの条件で１時間ＨＩ
Ｐ処理を行なった。

ＨＩＰ装置より取出した５ｉｚＮ４焼結体を切断し、そ
の切断面の表層における色層変化を測定したところ、第
２表に示す結果を得た。

第２表 第２表に示すように５焼結体表層の変色層の深さは、実
施例２では変色層が０．２ｍｍ以下であったに対し、比
較例３では０．５〜０．８ｍｍ。

比較例４で０．５〜１．Ｏｍｍであった。このことから
前記試験例１の場合と同様に成形体の表層にＭｏ皮膜を
形成した場合は多気孔性で低密度の変色層が薄かったに
対し、ＢＮ皮膜またはＡ４Ｎ皮膜では変色層が厚かった
ことが判明した。これより、焼結体の表層の除去加工代
が比較例では厚いのに対し本発明の実施例２では除去加
工代が薄く加工作業が簡便化されることが解る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の製造法によれば、窒化珪素
粉末からなる予備焼結体の表層面にＭｏ粉末のスリップ
を塗布し、このＭｏ粉末の塗布された予備焼結体をガラ
スカプセル中で熱間等方静水圧プレスしたため、焼結時
に窒化珪素粉末焼結体の内部にガラス質およびＭｏが拡
散侵入されるのが抑止されるので、得られた焼結体の表
層の除去加工代を最小限に抑え表面研磨または表面切削
作業が大幅に簡便化されるという効果がある。またＭｏ
粉末を窒化珪素粉末焼結体表層面に塗布するようにした
ので、従来より焼結するのが困難であった複雑形状品で
あっても、高密度かつ高強度な窒化珪素焼結体を得るこ
とができるという効果がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化珪素粉末または焼結助剤を含む窒化珪素粉末
   の成形体の表層面にＭｏ粉末を塗布し、このＭｏ粉末の
   塗布された成形体をガラス膜で被覆した後、熱間等方静
   水圧プレスすることを特徴とする窒化珪素焼結体の製造
   法。