JPH0274563A - 窒化珪素焼結体の製造方法 - 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１ 本発明は窒化珪素焼結体の１１選方法に関し、詳しくは
高温における強度に優れた窒化珪素焼結体の製造り法に
関するものである。

［従来の技術１ 窒化珪素焼結体は、耐熱性、耐熱衝撃性および強度に優
れ、かつ非鉄溶融金属に対する高い耐食性を有するため
、近年各種分野に用いられている。

しかしながら、窒化珪素粉末単独では焼結が困難である
ために、従来各種の焼結助剤を利用した窒化珪素焼結体
の製造方法が提案されている。

例えば、特公昭４９−２１０９１号公報には、アルミブ
（Ａｆｆｉｚｅ３）と酸化イツトリウム（Ｙ２Ｏ２）と
を焼結助剤として用いる製造方法が開示されている。特
公昭５２−３６４９号公報にはｍａ族酸酸化物アルミナ
とを焼結助剤として用いる製造方法が開示されている。

特公昭５２−４５７２４号公報にはアルミナ、酸化珪素
（ＳｉＯｚ）および酸化チタン（Ｔｉｌｚ）を焼結助剤
として用いる製造方法が開示されでいる。また、マグネ
シア（！ｖｌｏ）、ジルコニア（Ｚｒ０２）、あるいは
マグネシア・アルミナスピネル（Ｍｃ＞Ｏ・ΔλｔＯ３
）等の化合物並びに先述の各公報に開示の化合物を１種
あるいは２＠以上組合せて焼結助剤として用いる製造方
法も知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した各種酸化物からなる焼結助剤は、窒化珪素粒子
表面に酸化膜層として存在する酸化珪素と加熱により反
応して液相を生成する。これにより物質輸送が促進され
、焼結体の密度が向上するものと考えられている。従っ
て、特公昭５２−４５７２４月公報などに見られるよう
に、酸化珪素の添加も焼結促進に有効である。しかしな
がら、酸化珪素は焼結後珪酸塩ガラスとして結晶粒子間
に残留し、８００℃以上の高温における焼結体の機械的
強度を低下させる原因となっている。そのため１２００
℃で４０ｋｇｆ／ｍｍ２以上の曲げ強度を有づ゛るよう
な、高温における強度に優れた焼結体を製造づることは
困難であった。

なお、上記した酸化物と酸化珪素どの間で生成されるガ
ラス相を結晶化させるために、上記特公昭５２−４５７
２４号などには、焼結後所定温度で加熱処理づる方法が
開示されている。しかし焼結体を再度加熱することは、
工数、エネルギー面で不具合がある。

本発明は上記小情に鑑みてなされたものであり、鋭意研
究の結果、再加熱を不要とするとともに、高温における
強度に優れた窒化珪素焼結体を製造できる焼結助剤の種
類とΦの最適値を見出して本発明を完成したものである
。

［課題を解決するための手段］ 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法は、窒化珪素粉末９
２〜９９．２ｆｆ２吊％と、ムライト（３Ａｇ２０３・
２ＳｉＯｒ）粉末およびマグネシア・アルミナスピネル
（ＭｑＯ・八λ２０３）粉末の合計１０．８〜８Φ植％
と、を聞合して所定形状の成形体を成形する成形工程と
、 成形体を非酸化性雰囲気下で加熱して焼結する焼結工程
と、よりなることを特徴とづる。

窒化珪素粉末としては、通常α−３ｉ３Ｎ４が用いられ
るが、β相を含有していてもよい。その粒子径としては
従来と同様に０．１〜１μｍの６のが好適である。

本発明の最大の特徴は、焼結助剤としてムライト粉末と
マグネシア・アルミ−Ｊ゛スピネル以下、スピネルとい
う。）粉末とを併用するところにある。ムライトとして
は、不純物金属をほとんど含有しない、高純度のものを
用いるのが望ましい。

なカテもＡＪ！ｚｏ３７１．６〜７２．０Ｉｆｆｉ％＃
よび５ｉＯｚ２８．Ｏ〜２８，４重着％で、純度９９．
９％以上のものが最適である。このムライトは、シリマ
ナイト族鉱物を加熱する方法、アルミニ「クム化合物と
シリカ化合物とを同時に加熱して合成する方法などにに
り形成することができる。

その粒子径は０６１〜１μｍの３ｉ３Ｎ４粉末に対し同
程度か、それより細かい方が好ましい。

スピネルの粒子径は０．１〜１μｍの５ｉｓＮ４粉末に
対し同程度か、それより細かいものが好ましい。

ムライト粉末とスピネル粉末は、合計で０．８〜８重厘
％となるように窒化珪素粉末と混合される。この合計量
が０．８重量％より少ないと焼結温度が上昇して、窒化
珪素の昇華分解が生じるようになる。また８重φ％より
多くなると、得られる焼結体の高温における強度が低下
する。なお、ムライトとスピネルの混合比率は、重量比
で２＝１〜１：１の範囲にあることが望ましい。この範
囲をはずれると高温における強度が低下する場合がある
。

成形工程は、上記窒化珪素粉末、ムライト粉末およびス
ピネル粉末を合計１００重号％となるように混合した後
、成形して所定形状の成形体を成形する工程である。圧
縮成形、スリップキャスティング成形など、従来利用さ
れている成形法を利用することができる。

焼結工程は、成形工程で成形された成形体を非酸化性雰
囲気下で加熱して焼結する工程である。

なお、加熱温度は１７００〜１８５０℃の範囲が望まし
い。１７００℃より低いと焼結が困難となり、１８５０
℃より高くなると窒化珪素の昇華分解が生じるようにな
る。

［作用］ 本発明の窒化珪素焼結体の報造方法では、焼結助剤とし
てムライトとスピネルが併用される。これにより焼結が
促進されるとともにａ温における強度が向上する。この
理由は明らかではないが、焼結時にはＭｑＯ−Ａオｔｏ
３−８ｉｆｔ系の液相を生成し、従来より少量の添加で
あっても焼結を促進する。また冷ｆＪ１同化時には、酸
化珪素が△λ２０３やＭｇＯ等とともに結晶化して粒界
に残留するため、高温における強度が向上するものと考
えられる。

［実施例１ 以下、実施例により具体的に説明する。表に示す１〜５
の実施例のうち、実施例３をとって説明する。

（１）成形工程 平均粒径約０．３μｍの高純度のα−３ｉ３Ｎ４粉末９
６重邑％と、平均粒径約０．１５μｍのムライト粉末２
重量％と、平均粒径約０．２３μｍのスピネル粉末２道
山％とを、エチルアルコールとともに樹ｒＡ１￥Ｊボー
ルミルにて７２時間混合する。なお、３ｉ３Ｎ＜粉末中
には酸素が１．６重量％、金属不純物が２ｏｏｐｐｍ以
下含有されている。ムライト粉末中には不純物が３００
ｐｐｍ以下含まれ、スピネル粉末中には不純物が２５０
ｐｐｍ含まれている。

上記混合物からエチルアルコールを蒸゛溜除去し、さら
に１５０℃に加熱して乾燥後、２００ｋｇｆ／Ｃｍｚの
圧力で１次成形し、次いで５ｔｏｎ／ｃｍｚで静水圧成
形して所定形状の成形体を成形した。。

（２）焼結工程 この成形体を、昇温速度２℃／分、圧力１気圧、窒素ガ
ス中の条件で１７６０℃まで加熱し、１７６０℃に到達
した後さらに窒素ガスを１００気圧まで加仄して４時間
保持して焼結した。

（３）試験 得られた焼結体について、ｖｆ：度、室温での曲げ強度
、さらに１０００°Ｃおよび１２００℃における曲げ強
度を測定した。結果を表に示す。なＪ、３、密度（％Ｔ
Ｄ）はｎ−ブチルアルコールを用いたアルキメデス法に
より測定し、理論密度との比較により表わした。曲げ強
度（ｋｇｆ／ｍｍ２　）はＪ　ｌ５−Ｒ１６０１に従っ
て測定した。高温での曲げ強度は、炭化珪素（Ｓ　Ｉ　
Ｃ）製治具を用いて窒素ガス１気圧下で測定した。

（他の実施例、比較例） ムライト粉末およびスピネル粉末の配合量を表に小すよ
うに種々変化させ、実施例３と同様にして成形、焼結し
、同様に試験した。結果を表に合わせて示す。

（以下余白） 表より、実施例（１〜５）の焼結体は、少なくとも理論
密度の９７．５％の密度を有し、かつ高温における強度
にも優れていることがわかる。なお、この焼結体の気孔
は大部分が閉気孔であった。

また、ムライトとスピネルの混合比率が２：１〜１：１
の範囲にあれば、１２００℃においても曲げ強度が４１
　ｋＱ／ｍｍ”以上と高い値を示し、高温における強度
に特に優れている。さらに、両者の合計ωが少なくなる
につれて焼結温度が高くなっていることもわかる。

方、比較例（６〜９）の焼結体は、その密度が理論密度
の９７．０％以上であるが、高温における強度に劣るこ
とがわかる。

［発明の効果１ 本発明の製造方法によれば、成形体がムライト（３Ａｉ
、ｔ０３・２８　ｉ　０２　）粉末およびマグネシア・
アルミナスピネル＜ＭａＯ・ＡＪｚ０３）粉末を合計０
．８〜８重量％含有するため、常温および高温での強度
に優れた窒化珪素焼結体を、工数４３よびエネルギーの
増加無く容易に、かつ確実に製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化珪素粉末９２〜９９．２重量％と、ムライト
   （３Ａｌ＿２Ｏ＿３・２ＳｉＯ＿２）粉末およびマグネ
   シア・アルミナスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ＿２Ｏ＿３）粉
   末の合計量０．８〜８重量％と、を混合して所定形状の
   成形体を成形する成形工程と、該成形体を非酸化性雰囲
   気下で加熱して焼結する焼結工程と、よりなることを特
   徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。