JPH0248468A - 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体およびその製造方法Info
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- JPH0248468A JPH0248468A JP63199709A JP19970988A JPH0248468A JP H0248468 A JPH0248468 A JP H0248468A JP 63199709 A JP63199709 A JP 63199709A JP 19970988 A JP19970988 A JP 19970988A JP H0248468 A JPH0248468 A JP H0248468A
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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
【発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、自動車９機械装置、化学装置、宇宙航空機器
などの幅広い分野において使用される各種構造部品の素
材として利用でき、特に優れた高温強度を有するファイ
ンセラミックス部材を得るのに好適な窒化珪素質焼結体
およびその製造方法に関するものである。 （従来の技術） 窒化珪素を主成分とする窒化珪素質焼結体は、常温およ
び高温で化学的に安定であり、高い機械的強度を有して
いるため、軸受なとの摺動部材。 ターボチャージャーローターなどのエンジン部材として
好適な材料である。 しかし、窒化珪素はこれ単独では焼結が困難であるため
、通常の場合には、窒化珪素にＭｇＯ。 Ａｎ２ｏ３ 、ｙ２ｏ３などの焼結助剤を多量に添加し
て焼成する方法が用いられている（この種の窒化珪素質
焼結体の製造方法としては、特開昭４９−６３７１０号
、特開昭５４−１５９１６号、特開昭６０−１３７８７
３号などに開示された多くのものがある。）。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したように、窒化珪素にＭｇＯ、Ａ
Ｊｌｚ Ｏ３、Ｙ２０３ ｔど（１’）焼結助剤を多量
に添加して焼成することにより得られた従来の窒化珪素
質焼結体においては、焼結体中の粒界に低融点のガラス
相を有しているため、この焼結体を素材とする各種構造
部品の耐クリープ特性。 高温強度、＃酸化性などの高温特性が低下するという課
題があった。 （発明の目的） 本発明は、上記したような従来の課題に着目してなされ
たもので、常温のみならずとくに高温における強度特性
に優れており、高温において強度低下の少ない窒化珪素
質焼結体を提供することを目的としてし）る。 【発明の構成】 （課題を解決するための手段） 本発明は、窒化珪素を主成分とする窒化珪素質焼結体に
おいて、焼結体中の酸素含有量が１重量％以下であり、
かさ密度が理論密度の９５％以上であり、より望ましく
は窒化珪素および焼結助剤を構成する元素以外の元素の
総量が０．５重量％以下である窒化珪素質焼結体の構成
としたことを特徴としており、このような窒化珪素質焼
結体を製造するにあたっては、珪素粉末と合計で４重量
％以下の１種または２種以上の周期表１１ａ族元素の酸
化物を混合して成形した成形体に窒素雰囲気中で１５０
０℃以下の温度で珪素残存率が２〜２０重量％となる窒
化処理を施したのち、１気圧以上の窒素雰囲気中で１８
００〜２２００℃の温度でかさ密度が理論密度の９５％
以上となるまで焼成を行う窒化珪素質焼結体の製造方法
の構成としたことを特徴としており、上記の構成を前述
した従来の課題を解決するための手段としたものである
。 本発明に係る窒化珪素質焼結体は、上記したように、焼
結体中の酸素含有量が１重量％以下であり、かさ密度が
理論密度の９５％以上であることを特徴としているもの
であるが、この焼結体中の酸素の存在は、出発原料であ
る珪素粉末中の不純物シリカ（Ｓｉ０２）およびこれに
添加する酸化物系焼結助剤に起因する。 そこで、窒化珪素質焼結体中の酸素含有量に着目して高
温特性の向上について種々の検討を積重ねた結果、焼結
体中の酸素含有量を１重量％以下とし、焼結体のかさ密
度を理論密度の９５％以上とすることによって、耐りリ
ープ特性、高温強度、＃熱性、＃酸化性などの高温特性
に優れた窒化珪素質焼結体が得られることを新規に発明
した。 また、本発明に係る窒化珪素質焼結体においては、窒化
珪素および酸化物系焼結助剤を構成する元素、すなわち
Ｓｉ 、Ｎおよび焼結助剤元素（例えば、周期表１１ａ
族元素）、Ｏ以外の元素の総量が０．５重量％以下であ
るようにすることが、高温特性のより一層の向上にとっ
てより望ましい。 ただし、炭化珪素やウィスカなどの窒化珪素と反応しな
い物質は焼結体中に０．５重量％を超えて含まれていて
も差支えない。 本発明に係る窒化珪素質焼結体では、上記した焼結体中
の酸素含有量およびかさ密度の条件が満足されるならば
、出発原料、焼結助剤、混合、成形、焼成などの製造方
法に係る条件については、特に問わないものであるが、
製造方法の一例を述べるならば、前述したように、珪素
粉末と合計で４重量％以下の１種または２種以上の周期
表１［［ａ族元素の酸化物を混合して成形した成形体に
窒素雰囲気中で１５００’Ｃ！以下の温度で珪素残存率
が２〜２０重量％となる窒化処理を施したのち、１気圧
以上の窒素雰囲気中で１８００〜２２００℃の温度でか
さ密度が理論密度の９５％以上となるまで焼成を行う製
造方法を採用することができる。 ここに述べた製造方法において、出発原料は珪素粉末と
周期表Ｉａ族元素の酸化物である。 これらのうち、珪素粉末は、それに含まれる酸素含有量
は少ない方が望ましいが、最初に珪素粉末中に含まれて
いた酸素は後に行われる窒化処理および焼成時において
珪素の酸化物として飛散する部分があるので、出発原料
である珪素粉末中の酸素含有量はとくに限定されず、よ
り望ましくは４重量％以下のものを用いるのがよい。 他方、同じく出発原料となる酸化物を構成する周期表１
１１ａ族元素としては、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（原子
番号５７〜７１）、アクチノイド（原子番号８９〜１０
３）などがあるが、通常の場合にはこれらのうちＹ、Ｌ
ａ、Ｎｄ、Ｓｍなどが価格、入手性あるいは取扱い性の
都合などにより使用されやすい。 そして、珪素粉末に対する上記１種または２種以上の周
期表１ｅａ族元素の酸化物の添加量は、焼結体中の酸素
含有量が１重量％以下として高温特性の低下をなくすこ
とができるように、上記１種または２種以上の合計で４
重量％以下であるようにする。 かくして、最終焼結体中の酸素含有量が１重量％以下と
なるように出発原料である珪素粉末および酸化物の混合
組成を決定し、より望ましくは、Ｓｔ、ｕＩａ族元素、
Ｏ，Ｎ以外の元素の量が０．５重量％以下となるように
する。ただし、前述したように、炭化珪素やウィスカな
どの窒化珪素と反応しない物質は焼結体中に０．５重量
％を超えて含まれても差支えない。 次に、出発原料である珪素粉末と周期表１ａ族元素の酸
化物とを混合したのち成形するに際しては、例えば、金
型プレス成形、ラバープレス成形、射出成形など、通常
のセラミックスの成形方法が、目的とする成形部材の形
状等にあわせて選択されるが、特に限定されない。 次いで、この成形体に対しては窒素雰囲気中で１５００
℃以下の温度で珪素残存率が２〜２０重量％となる窒化
処理を施すことによって窒化処理体を得る。この窒化処
理においては、珪素と窒素とが反応して窒化珪素が生成
する。 このとき、酸素含有量をさらに低減させる一手法として
、この窒化処理において珪素の窒化を完全に行わず、窒
化処理体中に珪素を残留させる方法を採用することが望
ましく、この場合の珪素の残存率は２〜２０重量％とな
るようにすることがとくに望ましい、つまり、珪素の残
存率が２重量％よりも少ないときには酸素含有量の低減
効果が小さく、２０重量％を超えると次工程の焼成時に
珪素が溶融するので望ましくなく、珪素が適度に残存し
ている窒化処理体を次工程で焼成すると、 ５ｉ０２＋Ｓｉ→２ＳｉＯ（ガス） の反応によりＳｉＯが蒸発するため、焼結体中の酸素含
有量が低減したものとなる。 次に、窒化処理を施したあとは、１気圧以上の窒素雰囲
気中で１８００〜２２００ ’Ｏの温度でかさ密度が理
論密度の９５％以上となるまで焼成を行うが、このとき
、雰囲気圧力が１気圧よりも低いと窒化珪素の分解が激
しくなり、緻密な焼結体が得られなくなるので好ましく
ない。この窒化珪素の分解を抑えるのに必要な雰囲気圧
力は焼成温度によって決まり、高温はど高い圧力が必要
となる。また、焼成温度が１８００℃よりも低いと十分
な量の液相が生成しないため十分に緻密化せず、２２０
０℃よりも高いと粒成長が激しくなるため強度が低下す
るので好ましくない。そしてこの焼成は、焼結体のかさ
密度が理論密度の９５％以上である緻密な焼結体が得ら
れるまで行う。 そして、ここで例示した製造方法により得られた窒化珪
素質焼結体は、酸素含有量が１重量％以下であり、かさ
密度が理論密度の９５％以上であって、耐クリープ特性
、高温強度、耐熱性、耐酸化性などの高温特性に著しく
優れたものとなっている。 （発明の作用） 本発明においては、高温における強度低下の防止、高温
特性の改善に、焼結体中の酸素含有量を規制することが
有効であることを見出し、酸化物系助剤の添加量および
その他の酸素源を少なくすることによって焼結体中の酸
素含有量が少なくなるようにし、出発原料中の酸素量を
少なくしたことによる焼結性の低下は焼結条件の考慮に
よって補い、かさ密度が理論密度の９５％以上となるま
で焼成を行うことによって本発明の目的を達成するもの
となる。 （実施例） 実施例１ 平均粒径が２０ ｐ、 ｍ 、酸素含有量が０．５重量
％である珪素粉末に、１．６重量％の酸化イツトリウム
（Ｙ２０３）および１．６重量％の酸化ネオジム（Ｎｄ
２０３）を添加してエタノール中で２４時間ボールミル
混合を行い、乾燥した後、２０ Ｍ Ｐ ａの圧力で金
型成形したあと２００ＭＰａの圧力でラバープレス成形
して、６×６×５０ｍｍの成形体を作製した。 次いで、この成形体を第１図に示す窒化処理スケジュー
ルにより、１気圧の窒素ガス雰囲気下で加熱して窒化処
理を行うことによって、密度２．４５ｇ／ｃｍ’の窒化
処理体を得た。この窒化処理体中の珪素残存率は５．０
重量％であった。 次に、この窒化処理体を１００気圧の窒素ガス圧下にお
いて２０００℃で４時間焼成して焼結体を得た。ここで
得られた焼結体の組成は第２表に示すものであってその
かさ密度は３．１８ｇ／ｃｍ’であり、これは理論密度
（３，２３ｇ／ｃｍ３）の９８．５％であった。また、
焼結体中の酸素含有量は０．８０重量％であった。 ここで得られた焼結体を３Ｘ４Ｘ４０ｍｍの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および１４００℃
で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行った。この結果
、５本の平均値は室温で６８０ＭＰａ、１４００℃で６
５０ＭＰａと高温において強度が低下しない高温特性の
優れた焼結体であることが確められた。 なお、実施例１の内容を第１表および第２表にまとめて
示す。 比較例１ 平均粒径がｉＪＬｍ、酸素含有量が１．５重量％である
窒化珪素粉末に、】、０重量％の酸化イ・ントリウム（
Ｙ２０３ ）および１．０重量％の酸化ネオジム（Ｎｄ
２０３ ）を添加してエタノール中で２４時間ボールミ
ル混合を行い、乾燥した後、２０ＭＰａの圧力で金型成
形したあと２００ＭＰａの圧力でラバープレス成形して
、６×６×５０ｍｍの成形体を作製した。 次に、この成形体を１００気圧の窒素ガス圧下において
２０００℃で４時間焼成して焼結体を得た。ここで得ら
れた焼結体の組成は第２表に示すものであってそのかさ
密度は３．１２ｇ／ｃｍ３であり、これは理論密度（３
，２２ｇ／ｃｍＡ）の９６．９％であった。また、焼結
体中の酸素含有量は１．６８重量％であった。 ここで得られた焼結体を３Ｘ４Ｘ４０ｍｍの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および１４００℃
で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行った。この結果
、５本の平均値は室温で５５０ＭＰａ、１４００℃で２
３０ＭＰａと高温において強度が著しく低下しているこ
とが確められた。 なお、比較例１の内容を第１表および第２表にまとめて
示す。 実施例２，３，４．５ 平均粒径が２０ルｍ、酸素含有量が０．５重量％である
珪素粉末に、第１表の実施例２，３゜４．５の各欄に示
す酸化物系焼結助剤を添加してエタノール中で２４時間
ボールミル混合を行い、乾燥した後、２０ Ｍ Ｐ ａ
の圧力で金型成形１７＋、あと２００ Ｍ Ｐ ａの圧
力でラバープレス成形して、６Ｘ６Ｘ５０ｍｍの各成形
体を作製した。 次いで、各成形体を第１図に示す窒化処理スケジュール
により、１気圧の窒素ガス雰囲気下で加熱して窒化処理
を行うことにより窒化処理体を得た。ここで得られた各
窒化処理体中の珪素残存率は、同じく第１表の実施例２
，３，４．５の各欄に示す値であった。 次に、各窒化処理体を５０気圧の窒素ガス圧下において
１９００℃で４時間焼成して各焼結体を得た。ここで得
られた各焼結体の組成および理論密度に対するかさ密度
の比は第２表の実施例２゜３．４．５の各欄に示す値と
なっており、いずれも９５％以上に緻密化しているもの
であった。また、各焼結体中の酸素含有量は同じく第２
表の実施例２，３，４．５の各欄に示すとおりいずれも
１．０重量％以下であった。 ここで得られた各焼結体を３Ｘ４Ｘ４０ｍｍの形状にダ
イヤモンドホイールで研削加工し、室温および１４００
℃で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行った。この結
果は同じく第２表の実施例２．３，４．５の各欄に示す
ように、室温での強度が高いだけでなく、とくに高温に
おいて強度が低下しない高温特性の優れた焼結体である
ことが確められた。 ル遺１１灸ユじＬユ濾 平均粒径が２０ルｍ、酸素含有量が０．５重量％である
珪素粉末に、第１表の比較例２，３．４の各欄に示す酸
化物系焼結助剤を添加してエタノール中で２４時間ボー
ルミル混合を行い、乾燥した′後、２０ Ｍ Ｐ ａの
圧力で金型成形したあと２００ＭＰａの圧力でラバープ
レス成形して、６ Ｘ ６ Ｘ ５０ ｍ ｍの各成形
体を作製した。 次いで、各成形体を第１図に示す窒化処理スケジュール
により、１気圧の窒素ガス雰囲気下で加熱して窒化処理
を行うことにより窒化処理体を得た。ここで得られた各
窒化処理体中の珪素残存率は、同じく第１表の比較例２
，３．４の各欄に示す値であった。 次に、各窒化処理体を５０気圧の窒素ガス圧下において
１９００℃で４時間焼成して各焼結体を得た。ここで得
られた各焼結体の組成および理論密度に対するかさ密度
の比は第２表の比較例２゜３．４の各欄に示す値となっ
ており、いずれも緻密化しているものであった。また、
各焼結体中の酸素含有量は同じく第２表の比較例２，３
．４の各欄に示すとおりいずれも１．０重量％を超える
ものであった。 ここで得られた各焼結体を３ Ｘ ４ Ｘ ４０ ｍ
ｍの形状にダイヤモンドホイールで研削加工し、室温お
よび１４００℃で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行
った。この結果は同じく第２表の比較例２．３．４の各
欄に示すように、室温での強度は高い値を示しているも
のの、焼結体中の酸素含有量が多いため高温での強度低
下が激しくなり、とくに周期表■ａ族以外の元素の酸化
物であるＡｎ、０３を添加した比較例４において高温で
の強度低下の著しいことが確められた。
などの幅広い分野において使用される各種構造部品の素
材として利用でき、特に優れた高温強度を有するファイ
ンセラミックス部材を得るのに好適な窒化珪素質焼結体
およびその製造方法に関するものである。 （従来の技術） 窒化珪素を主成分とする窒化珪素質焼結体は、常温およ
び高温で化学的に安定であり、高い機械的強度を有して
いるため、軸受なとの摺動部材。 ターボチャージャーローターなどのエンジン部材として
好適な材料である。 しかし、窒化珪素はこれ単独では焼結が困難であるため
、通常の場合には、窒化珪素にＭｇＯ。 Ａｎ２ｏ３ 、ｙ２ｏ３などの焼結助剤を多量に添加し
て焼成する方法が用いられている（この種の窒化珪素質
焼結体の製造方法としては、特開昭４９−６３７１０号
、特開昭５４−１５９１６号、特開昭６０−１３７８７
３号などに開示された多くのものがある。）。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述したように、窒化珪素にＭｇＯ、Ａ
Ｊｌｚ Ｏ３、Ｙ２０３ ｔど（１’）焼結助剤を多量
に添加して焼成することにより得られた従来の窒化珪素
質焼結体においては、焼結体中の粒界に低融点のガラス
相を有しているため、この焼結体を素材とする各種構造
部品の耐クリープ特性。 高温強度、＃酸化性などの高温特性が低下するという課
題があった。 （発明の目的） 本発明は、上記したような従来の課題に着目してなされ
たもので、常温のみならずとくに高温における強度特性
に優れており、高温において強度低下の少ない窒化珪素
質焼結体を提供することを目的としてし）る。 【発明の構成】 （課題を解決するための手段） 本発明は、窒化珪素を主成分とする窒化珪素質焼結体に
おいて、焼結体中の酸素含有量が１重量％以下であり、
かさ密度が理論密度の９５％以上であり、より望ましく
は窒化珪素および焼結助剤を構成する元素以外の元素の
総量が０．５重量％以下である窒化珪素質焼結体の構成
としたことを特徴としており、このような窒化珪素質焼
結体を製造するにあたっては、珪素粉末と合計で４重量
％以下の１種または２種以上の周期表１１ａ族元素の酸
化物を混合して成形した成形体に窒素雰囲気中で１５０
０℃以下の温度で珪素残存率が２〜２０重量％となる窒
化処理を施したのち、１気圧以上の窒素雰囲気中で１８
００〜２２００℃の温度でかさ密度が理論密度の９５％
以上となるまで焼成を行う窒化珪素質焼結体の製造方法
の構成としたことを特徴としており、上記の構成を前述
した従来の課題を解決するための手段としたものである
。 本発明に係る窒化珪素質焼結体は、上記したように、焼
結体中の酸素含有量が１重量％以下であり、かさ密度が
理論密度の９５％以上であることを特徴としているもの
であるが、この焼結体中の酸素の存在は、出発原料であ
る珪素粉末中の不純物シリカ（Ｓｉ０２）およびこれに
添加する酸化物系焼結助剤に起因する。 そこで、窒化珪素質焼結体中の酸素含有量に着目して高
温特性の向上について種々の検討を積重ねた結果、焼結
体中の酸素含有量を１重量％以下とし、焼結体のかさ密
度を理論密度の９５％以上とすることによって、耐りリ
ープ特性、高温強度、＃熱性、＃酸化性などの高温特性
に優れた窒化珪素質焼結体が得られることを新規に発明
した。 また、本発明に係る窒化珪素質焼結体においては、窒化
珪素および酸化物系焼結助剤を構成する元素、すなわち
Ｓｉ 、Ｎおよび焼結助剤元素（例えば、周期表１１ａ
族元素）、Ｏ以外の元素の総量が０．５重量％以下であ
るようにすることが、高温特性のより一層の向上にとっ
てより望ましい。 ただし、炭化珪素やウィスカなどの窒化珪素と反応しな
い物質は焼結体中に０．５重量％を超えて含まれていて
も差支えない。 本発明に係る窒化珪素質焼結体では、上記した焼結体中
の酸素含有量およびかさ密度の条件が満足されるならば
、出発原料、焼結助剤、混合、成形、焼成などの製造方
法に係る条件については、特に問わないものであるが、
製造方法の一例を述べるならば、前述したように、珪素
粉末と合計で４重量％以下の１種または２種以上の周期
表１［［ａ族元素の酸化物を混合して成形した成形体に
窒素雰囲気中で１５００’Ｃ！以下の温度で珪素残存率
が２〜２０重量％となる窒化処理を施したのち、１気圧
以上の窒素雰囲気中で１８００〜２２００℃の温度でか
さ密度が理論密度の９５％以上となるまで焼成を行う製
造方法を採用することができる。 ここに述べた製造方法において、出発原料は珪素粉末と
周期表Ｉａ族元素の酸化物である。 これらのうち、珪素粉末は、それに含まれる酸素含有量
は少ない方が望ましいが、最初に珪素粉末中に含まれて
いた酸素は後に行われる窒化処理および焼成時において
珪素の酸化物として飛散する部分があるので、出発原料
である珪素粉末中の酸素含有量はとくに限定されず、よ
り望ましくは４重量％以下のものを用いるのがよい。 他方、同じく出発原料となる酸化物を構成する周期表１
１１ａ族元素としては、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（原子
番号５７〜７１）、アクチノイド（原子番号８９〜１０
３）などがあるが、通常の場合にはこれらのうちＹ、Ｌ
ａ、Ｎｄ、Ｓｍなどが価格、入手性あるいは取扱い性の
都合などにより使用されやすい。 そして、珪素粉末に対する上記１種または２種以上の周
期表１ｅａ族元素の酸化物の添加量は、焼結体中の酸素
含有量が１重量％以下として高温特性の低下をなくすこ
とができるように、上記１種または２種以上の合計で４
重量％以下であるようにする。 かくして、最終焼結体中の酸素含有量が１重量％以下と
なるように出発原料である珪素粉末および酸化物の混合
組成を決定し、より望ましくは、Ｓｔ、ｕＩａ族元素、
Ｏ，Ｎ以外の元素の量が０．５重量％以下となるように
する。ただし、前述したように、炭化珪素やウィスカな
どの窒化珪素と反応しない物質は焼結体中に０．５重量
％を超えて含まれても差支えない。 次に、出発原料である珪素粉末と周期表１ａ族元素の酸
化物とを混合したのち成形するに際しては、例えば、金
型プレス成形、ラバープレス成形、射出成形など、通常
のセラミックスの成形方法が、目的とする成形部材の形
状等にあわせて選択されるが、特に限定されない。 次いで、この成形体に対しては窒素雰囲気中で１５００
℃以下の温度で珪素残存率が２〜２０重量％となる窒化
処理を施すことによって窒化処理体を得る。この窒化処
理においては、珪素と窒素とが反応して窒化珪素が生成
する。 このとき、酸素含有量をさらに低減させる一手法として
、この窒化処理において珪素の窒化を完全に行わず、窒
化処理体中に珪素を残留させる方法を採用することが望
ましく、この場合の珪素の残存率は２〜２０重量％とな
るようにすることがとくに望ましい、つまり、珪素の残
存率が２重量％よりも少ないときには酸素含有量の低減
効果が小さく、２０重量％を超えると次工程の焼成時に
珪素が溶融するので望ましくなく、珪素が適度に残存し
ている窒化処理体を次工程で焼成すると、 ５ｉ０２＋Ｓｉ→２ＳｉＯ（ガス） の反応によりＳｉＯが蒸発するため、焼結体中の酸素含
有量が低減したものとなる。 次に、窒化処理を施したあとは、１気圧以上の窒素雰囲
気中で１８００〜２２００ ’Ｏの温度でかさ密度が理
論密度の９５％以上となるまで焼成を行うが、このとき
、雰囲気圧力が１気圧よりも低いと窒化珪素の分解が激
しくなり、緻密な焼結体が得られなくなるので好ましく
ない。この窒化珪素の分解を抑えるのに必要な雰囲気圧
力は焼成温度によって決まり、高温はど高い圧力が必要
となる。また、焼成温度が１８００℃よりも低いと十分
な量の液相が生成しないため十分に緻密化せず、２２０
０℃よりも高いと粒成長が激しくなるため強度が低下す
るので好ましくない。そしてこの焼成は、焼結体のかさ
密度が理論密度の９５％以上である緻密な焼結体が得ら
れるまで行う。 そして、ここで例示した製造方法により得られた窒化珪
素質焼結体は、酸素含有量が１重量％以下であり、かさ
密度が理論密度の９５％以上であって、耐クリープ特性
、高温強度、耐熱性、耐酸化性などの高温特性に著しく
優れたものとなっている。 （発明の作用） 本発明においては、高温における強度低下の防止、高温
特性の改善に、焼結体中の酸素含有量を規制することが
有効であることを見出し、酸化物系助剤の添加量および
その他の酸素源を少なくすることによって焼結体中の酸
素含有量が少なくなるようにし、出発原料中の酸素量を
少なくしたことによる焼結性の低下は焼結条件の考慮に
よって補い、かさ密度が理論密度の９５％以上となるま
で焼成を行うことによって本発明の目的を達成するもの
となる。 （実施例） 実施例１ 平均粒径が２０ ｐ、 ｍ 、酸素含有量が０．５重量
％である珪素粉末に、１．６重量％の酸化イツトリウム
（Ｙ２０３）および１．６重量％の酸化ネオジム（Ｎｄ
２０３）を添加してエタノール中で２４時間ボールミル
混合を行い、乾燥した後、２０ Ｍ Ｐ ａの圧力で金
型成形したあと２００ＭＰａの圧力でラバープレス成形
して、６×６×５０ｍｍの成形体を作製した。 次いで、この成形体を第１図に示す窒化処理スケジュー
ルにより、１気圧の窒素ガス雰囲気下で加熱して窒化処
理を行うことによって、密度２．４５ｇ／ｃｍ’の窒化
処理体を得た。この窒化処理体中の珪素残存率は５．０
重量％であった。 次に、この窒化処理体を１００気圧の窒素ガス圧下にお
いて２０００℃で４時間焼成して焼結体を得た。ここで
得られた焼結体の組成は第２表に示すものであってその
かさ密度は３．１８ｇ／ｃｍ’であり、これは理論密度
（３，２３ｇ／ｃｍ３）の９８．５％であった。また、
焼結体中の酸素含有量は０．８０重量％であった。 ここで得られた焼結体を３Ｘ４Ｘ４０ｍｍの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および１４００℃
で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行った。この結果
、５本の平均値は室温で６８０ＭＰａ、１４００℃で６
５０ＭＰａと高温において強度が低下しない高温特性の
優れた焼結体であることが確められた。 なお、実施例１の内容を第１表および第２表にまとめて
示す。 比較例１ 平均粒径がｉＪＬｍ、酸素含有量が１．５重量％である
窒化珪素粉末に、】、０重量％の酸化イ・ントリウム（
Ｙ２０３ ）および１．０重量％の酸化ネオジム（Ｎｄ
２０３ ）を添加してエタノール中で２４時間ボールミ
ル混合を行い、乾燥した後、２０ＭＰａの圧力で金型成
形したあと２００ＭＰａの圧力でラバープレス成形して
、６×６×５０ｍｍの成形体を作製した。 次に、この成形体を１００気圧の窒素ガス圧下において
２０００℃で４時間焼成して焼結体を得た。ここで得ら
れた焼結体の組成は第２表に示すものであってそのかさ
密度は３．１２ｇ／ｃｍ３であり、これは理論密度（３
，２２ｇ／ｃｍＡ）の９６．９％であった。また、焼結
体中の酸素含有量は１．６８重量％であった。 ここで得られた焼結体を３Ｘ４Ｘ４０ｍｍの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および１４００℃
で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行った。この結果
、５本の平均値は室温で５５０ＭＰａ、１４００℃で２
３０ＭＰａと高温において強度が著しく低下しているこ
とが確められた。 なお、比較例１の内容を第１表および第２表にまとめて
示す。 実施例２，３，４．５ 平均粒径が２０ルｍ、酸素含有量が０．５重量％である
珪素粉末に、第１表の実施例２，３゜４．５の各欄に示
す酸化物系焼結助剤を添加してエタノール中で２４時間
ボールミル混合を行い、乾燥した後、２０ Ｍ Ｐ ａ
の圧力で金型成形１７＋、あと２００ Ｍ Ｐ ａの圧
力でラバープレス成形して、６Ｘ６Ｘ５０ｍｍの各成形
体を作製した。 次いで、各成形体を第１図に示す窒化処理スケジュール
により、１気圧の窒素ガス雰囲気下で加熱して窒化処理
を行うことにより窒化処理体を得た。ここで得られた各
窒化処理体中の珪素残存率は、同じく第１表の実施例２
，３，４．５の各欄に示す値であった。 次に、各窒化処理体を５０気圧の窒素ガス圧下において
１９００℃で４時間焼成して各焼結体を得た。ここで得
られた各焼結体の組成および理論密度に対するかさ密度
の比は第２表の実施例２゜３．４．５の各欄に示す値と
なっており、いずれも９５％以上に緻密化しているもの
であった。また、各焼結体中の酸素含有量は同じく第２
表の実施例２，３，４．５の各欄に示すとおりいずれも
１．０重量％以下であった。 ここで得られた各焼結体を３Ｘ４Ｘ４０ｍｍの形状にダ
イヤモンドホイールで研削加工し、室温および１４００
℃で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行った。この結
果は同じく第２表の実施例２．３，４．５の各欄に示す
ように、室温での強度が高いだけでなく、とくに高温に
おいて強度が低下しない高温特性の優れた焼結体である
ことが確められた。 ル遺１１灸ユじＬユ濾 平均粒径が２０ルｍ、酸素含有量が０．５重量％である
珪素粉末に、第１表の比較例２，３．４の各欄に示す酸
化物系焼結助剤を添加してエタノール中で２４時間ボー
ルミル混合を行い、乾燥した′後、２０ Ｍ Ｐ ａの
圧力で金型成形したあと２００ＭＰａの圧力でラバープ
レス成形して、６ Ｘ ６ Ｘ ５０ ｍ ｍの各成形
体を作製した。 次いで、各成形体を第１図に示す窒化処理スケジュール
により、１気圧の窒素ガス雰囲気下で加熱して窒化処理
を行うことにより窒化処理体を得た。ここで得られた各
窒化処理体中の珪素残存率は、同じく第１表の比較例２
，３．４の各欄に示す値であった。 次に、各窒化処理体を５０気圧の窒素ガス圧下において
１９００℃で４時間焼成して各焼結体を得た。ここで得
られた各焼結体の組成および理論密度に対するかさ密度
の比は第２表の比較例２゜３．４の各欄に示す値となっ
ており、いずれも緻密化しているものであった。また、
各焼結体中の酸素含有量は同じく第２表の比較例２，３
．４の各欄に示すとおりいずれも１．０重量％を超える
ものであった。 ここで得られた各焼結体を３ Ｘ ４ Ｘ ４０ ｍ
ｍの形状にダイヤモンドホイールで研削加工し、室温お
よび１４００℃で、スパン３０ｍｍの３点曲げ試験を行
った。この結果は同じく第２表の比較例２．３．４の各
欄に示すように、室温での強度は高い値を示しているも
のの、焼結体中の酸素含有量が多いため高温での強度低
下が激しくなり、とくに周期表■ａ族以外の元素の酸化
物であるＡｎ、０３を添加した比較例４において高温で
の強度低下の著しいことが確められた。
以上説明してきたように、本発明に係る窒化珪素質焼結
体およびその製造方法によれば、焼結体中の酸素含有量
が１重量％以下、かさ密度が理論密度の９５％以上の窒
化珪素質焼結体となっているものであるから、常温強度
に優れているのみならず、高温における強度の低下が著
しく少なく、耐クリープ特性、高温強度、耐熱性、耐酸
化性などの高温特性に優れたファインセラミックス材料
であり、高温で使用される各種構造部品の素材として好
適なものであり、これら各種構造部品の軽量化に大きく
貢献するものであるという非常に優れた効果がもたらさ
れる。
体およびその製造方法によれば、焼結体中の酸素含有量
が１重量％以下、かさ密度が理論密度の９５％以上の窒
化珪素質焼結体となっているものであるから、常温強度
に優れているのみならず、高温における強度の低下が著
しく少なく、耐クリープ特性、高温強度、耐熱性、耐酸
化性などの高温特性に優れたファインセラミックス材料
であり、高温で使用される各種構造部品の素材として好
適なものであり、これら各種構造部品の軽量化に大きく
貢献するものであるという非常に優れた効果がもたらさ
れる。
第１図は本発明の実施例および比較例（ただし、比較例
１を除く）において採用した窒化処理スケジュールを示
す説明図である。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 第１図 （理時間 （時間）
１を除く）において採用した窒化処理スケジュールを示
す説明図である。 特許出願人 日産自動車株式会社 代理人弁理士 小 塩 豊 第１図 （理時間 （時間）
Claims (2)
- （１）窒化珪素を主成分とする窒化珪素質焼結体におい
て、焼結体中の酸素含有量が１重量％以下であり、かさ
密度が理論密度の９５％以上であることを特徴とする窒
化珪素質焼結体。 - （２）珪素粉末と合計で４重量％以下の１種または２種
以上の周期表IIIａ族元素の酸化物を混合して成形した
成形体に窒素雰囲気中で１５００℃以下の温度で珪素残
存率が２〜２０重量％となる窒化処理を施したのち、１
気圧以上の窒素雰囲気中で１８００〜２２００℃の温度
でかさ密度が理論密度の９５％以上となるまで焼成を行
うことを特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199709A JP2642429B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
| US07/707,995 US5126294A (en) | 1988-08-09 | 1991-05-23 | Sintered silicon nitride and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63199709A JP2642429B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0248468A true JPH0248468A (ja) | 1990-02-19 |
| JP2642429B2 JP2642429B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=16412305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63199709A Expired - Fee Related JP2642429B2 (ja) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2642429B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5733498A (en) * | 1994-02-28 | 1998-03-31 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing silicon nitride reaction-sintered body |
| US5928601A (en) * | 1994-02-28 | 1999-07-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing silicon nitride reaction sintered body |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5622678A (en) * | 1979-07-28 | 1981-03-03 | Ngk Spark Plug Co | Manufacture of high tenacity silicon nitride sintered body |
| JPS62132775A (ja) * | 1985-12-06 | 1987-06-16 | 工業技術院長 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| JPS62207767A (ja) * | 1986-03-06 | 1987-09-12 | 工業技術院長 | 高温高強度窒化ケイ素セラミツクスおよびその製造方法 |
| JPS62207757A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-09-12 | ハリマセラミック株式会社 | 酸化クロム含有緻密質耐火物の製造方法 |
| JPH01252581A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-09 | Taiyo Yuden Co Ltd | 窒化物セラミツクスの製造方法 |
-
1988
- 1988-08-09 JP JP63199709A patent/JP2642429B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5622678A (en) * | 1979-07-28 | 1981-03-03 | Ngk Spark Plug Co | Manufacture of high tenacity silicon nitride sintered body |
| JPS62132775A (ja) * | 1985-12-06 | 1987-06-16 | 工業技術院長 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| JPS62207757A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-09-12 | ハリマセラミック株式会社 | 酸化クロム含有緻密質耐火物の製造方法 |
| JPS62207767A (ja) * | 1986-03-06 | 1987-09-12 | 工業技術院長 | 高温高強度窒化ケイ素セラミツクスおよびその製造方法 |
| JPH01252581A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-09 | Taiyo Yuden Co Ltd | 窒化物セラミツクスの製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5733498A (en) * | 1994-02-28 | 1998-03-31 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing silicon nitride reaction-sintered body |
| US5928601A (en) * | 1994-02-28 | 1999-07-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing silicon nitride reaction sintered body |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2642429B2 (ja) | 1997-08-20 |
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