JPH0230672A

JPH0230672A - 窒化珪素セラミックス焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0230672A
Application number: JP63179145A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Matsubayashi; 重治松林; Goro Saiki; 斎木　五郎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1988-07-20
Publication date: 1990-02-01

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、窒化珪素を主成分とするセラミックス焼結体
及びその製造方法に関し、特に焼結時の理論密度との比
（相対密度）が高く、高温での機械的強度が高く、破壊
靭性値の高い焼結体及びその製造方法に関するものであ
る。

従来の技術セラミックス焼結体の中でも、窒化珪素セラミックスは
常温から１２００℃までの酸化性雰囲気での機械的強度
が高い、＃に高抗折強度をもち、靭性値、＃熱衝撃性が
高く、さらに耐摩耗性に優れた軽比重セラミックスとし
てその用途が広い。

これまで窒化珪素セラミックスの焼結法で、常圧での非
酸化性雰囲気下で、成形後、そのまま加熱して焼結する
方法によって、高密度で機械的強度の大きい焼結体を得
ようと様々な試みがなされている。

例えば、特公昭５８−４９５０９号公報において開示さ
れているように、Ｙ２Ｏ３、Ｍ、０３　、ＭｇＯ等の焼
結助剤を添加したものが多かった。ところが、これらの
焼結助剤では、高温での機械的強度の劣化が著しく、ガ
ラス相の結晶化が技術的な問題点とされている。

発明が解決しようとする課題本発明は、常圧焼結法によって高密度で、高靭性、高抗
折強度の性質をもち、しかも上記の問題点を解決し、高
温酸化性雰囲気下でも機械的強度の低下が小さい窒化珪
素セラミックス焼結体及び七の製造方法を提供すること
を目的とする。

そのため、焼結助剤の組合せとして、酸化セリウム０．
１〜１０重量％及び酸化ハフニウム０．１〜１０重量％
が、この問題点を解決するために有効であることを見出
した。

課題を解決するための手段本発明は、醸化セリウムＯ０１〜１０重量％及び酸化ハ
フニウム０．１〜１０重量％及び残部が窒化珪素からな
ることを特徴とする窒化珪素焼結体及びその製造方法で
ある。

作用本発明に用いる酸化セリウム、酸化ハフニウムは、いず
れも窒化珪素の焼結時にα相からβ相への結晶相転移な
その融液中で促進させる機能をもつ。

これらの成分の合計が、２０重量％を超えると得られた
焼結体の機械的強度が低下し、これらの化合物の合計が
５ｆｆｉ量％より少ないと融液が不十分で常圧では、な
かなか緻密化しないので、合計量として５〜１５ｆｉ量
％の配合が好ましい、また、酸化セリウムまたは酸化ハ
フニウムのそれぞれの配合量が、１０重量％より多いと
高温での耐融化性が著しく劣化する。即ち、酸化セリウ
ムが０．１重量％の場合酸化ハフニウムを４．９重量％
以上とするか、逆に酸化ハフニウムが０．１重量％の場
合酸化セリウムを４．８重量％以上とすることが好まし
い、その結果、ホットプレス法による焼結体に匹敵する
緻密化と高温高強度を有することになる。

本発明のセラミックス焼結体の製造方法は、酸化セリウ
ムを０．１Ｎ１０ｆｆｉ量％及び融化ｌ＼フニウム０．
１〜！Ｏ重量％及び残部は窒化珪素からなる混合粉末を
成形し、該成形体を、窒素を含む非酸化性ガス雰囲気中
で焼結することを特徴とする。

本発明方法において、これらの各成分の混合はたとえば
窒化珪素または炭化珪素のポットｅボールによる遊星型
混合機で、７セトン及びｎ−ヘキサン等の低沸点溶媒を
用いて行なう、このように調整された混合粉末に、公知
の有機または無機の高分子成形剤を加えるか、無添加で
、加圧成形し所定の形状の成形体とする。成形法として
は、公知の成形法により行なう０例えば、板状体では１
輌成形圧１０Ｇ”１００１００Ｏ／ｃ＋ｓ２．２次静水
圧成形圧２０００〜７０００ｋｇｆ／ｃｍ２テ成形する
。

この成形体を１５００〜２０００℃で加熱焼結し、焼結
体を得る。この際に、１５００〜１８５０℃で酸化セリ
ウム、ａ化ハフニウムが融解するが、ここで、この液相
を均一に分布させるために１時間以上保持し、充分に窒
化珪素を濡らさせる。

さらに、１７００−１７８０℃で上記液相中に窒化珪素
が溶解し、再析出することで相転移を起こしながら焼結
する。この溶解−再析出過程で、・融液中の固溶限界が
あるた・め、２時間以上の保持が必要である。

窒素を含む非酸化性ガス雰囲気として好ましくは、純窒
素ないしは少量の水素またはアンモニアを含む窒素との
混合ガスがあげられる。

さらに、好ましくは！Ｏ気圧以上に雰囲気加圧し１７８
０〜２０００℃に昇温する２段階焼結法がある。この１
０５Ｅ圧以上でさらに高温焼結を行なうことの意味は、
常圧では分解してしまう窒化珪素が熱平衡論から分解が
抑えられ、しかも、焼結体中のボアの拡散や表面からの
逸出が起こり、より緻密化が可詣である。　２０００℃
超では、１００気圧以上の超高圧ＨＩＰ法によるあ理が
必要となる。尚、いずれの方法もホットプレス法とは異
なり、成形時の形状が保たれることが特徴である。

以上のように１本発明により得られた焼結体は相対密度
が９８．５％以上の高密度、抗折強度が室温で８０ｋｇ
ｆ／ｍｓ”以上の高強度、熱衝撃性（Δ丁（に））が５
５０に以上の、高靭性を有する窒化珪素セラミ。

クスである。これら特性値はホットプレスすることなし
に、窒素雰囲気中の常圧もしくは窒素加圧下で容易に得
られ、大量に窒化珪素セラミックスを製造することが可
使となった。以下、本発明の実施例によりさらに詳しく
説明する。

実施例１ｔ５１表に示した配合比で、各成分を所定の配合比（重
量％）で配合し、アセトンを適量添加した後、窒化珪素
質ボールミルで２４時間それぞれ混合し、蒸発乾燥し混
合粉末を得、これを成形した。

なお、窒化珪素の粉末は宇部興産製のα化率９７％以上
、平均粒径０．５ＩＬｍのものを用いた。酸化セリウム
は信越化学社製ＯＪｐｍ平均粒径、酸化ハフニウムは高
純度化学社製の平均粒径３ＩＬｍのものを用いた。

得られた混合粉末を、１輌成形圧１０ＱＯｋｇｆ／ｃｍ
”静水圧による加圧７０００ｋｇｆ／ａｓ２で、５０層
■Ｘ５０麿ｌ×ｌＱｍｍの板状体に成形した。これを、
　２００℃で吸着水、残留溶媒等を除去した後、１６０
０℃まで毎分１０℃以下で昇温し、この温度で２時間保
持した。このことによって、液相が均一に生成１分布し
、α相の窒化珪素の溶解・再析出をより容易に行なわせ
る。

更に、　毎分１０〜５０℃で１７５０℃に昇温し、ここ
で２時間以上保持した。ついで、降温速度は毎分１０℃
以下に保ち、室温まで徐冷した。

得られた各焼結体について、その密度、室温・高温での
抗折強度、破壊靭性値及び耐熱衝撃性（急激な温度変化
による強度劣化の起きない最大温度差）を測定した。モ
の結果を第１表に示す。

（以下余白）第１表から明らかなように、本発明法によって得られた
焼結体は、相対密度が９８．５％と高く、その抗折強度
も室温で８０ｋｇｒ／ｍ−以上、　　１３００℃で８０
ｋｇｆ／ｍ諺２と大きく、熱衝撃性も優れていることが
判明した。

発明の詳細な説明したように、本発明は高密度、高強度、高靭性を
有する窒化珪素セラミックスを、ホットプレスすること
なしに、常圧もしくは窒素加圧下で、大量に安価に生産
することを可能にしたものであり、その工業的有用性は
非常に大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

１．酸化セリウム０．１〜１０重量％及び酸化ハフニウ
ム０．１〜１０重量％及び残部が窒化珪素からなること
を特徴とする窒化珪素セラミックス焼結体。
２．酸化セリウム０．１〜１０重量％及び酸化ハフニウ
ム０．１〜１０重量％及び残部が窒化珪素からなる混合
粉末を成形し、該成形体を窒素を含む非酸化性ガス雰囲
気中で１５００〜１６５０℃で１時間以上保持した後、
１７００〜１７８０℃で２時間以上保持し、焼結するこ
とを特徴とする窒化珪素セラミックス焼結体の製造方法
。
３．酸化セリウム０．１〜１０重量％及び酸化ハフニウ
ム０．１〜１０重量％及び残部が窒化珪素からなる混合
粉末を成形し、該成形体を窒素を含む非酸化性ガス雰囲
気中で１５００〜１６５０℃で１時間以上保持した後、
１７００〜１７８０℃で２時間以上保持した後、さらに
１０気圧以上の窒素を含む非酸化性ガス雰囲気で１７８
０〜２０００℃に昇温し焼結することを特徴とする窒化
珪素セラミックス焼結体の製造方法。