JPH031270B2 - - Google Patents

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JPH031270B2
JPH031270B2 JP61268742A JP26874286A JPH031270B2 JP H031270 B2 JPH031270 B2 JP H031270B2 JP 61268742 A JP61268742 A JP 61268742A JP 26874286 A JP26874286 A JP 26874286A JP H031270 B2 JPH031270 B2 JP H031270B2
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Takao Soma
Tomonori Takahashi
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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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に好適な製造方
法に関するものである。 (従来の技術) 従来、窒化珪素焼結体の製造方法としては、窒
化珪素原料粉末にY2O3、Al2O3、MgO等の粒界
に液相を形成する焼結助剤を添加し、N2雰囲気
あるいはN2と不活性ガスの混合雰囲気あるいは
これらの加圧雰囲気下で焼成される。例えば特公
昭58−49509号公報においてN2加圧雰囲気あるい
はN2と不活性ガスの混合加圧雰囲気下で焼成す
る方法が開示されている。 これらの場合通常炭素質系のヒーターや焼成治
具を用いるもので、N2ガスに不純物として含ま
れるO2も還元され低O2分圧のN2雰囲気である。 (発明が解決しようとする問題点) ところで、酸化物添加物や窒化珪素原料に元来
含まれ焼結助剤として働くSiO2は、反応して粒
界相にガラスを形成して組織の緻密化や微構造の
形成に有効に作用する。しかしながら上述した従
来法においては、低O2分圧のN2雰囲気あるいは
N2加圧雰囲気で窒化珪素成形体を焼成した場合、
下記の(1)および(2)式に示すようにガラス相から酸
化物添加物やSiO2が蒸発したりあるいは窒化さ
れガラス相のOとNの比が変化して、その結果粒
界ガラス相の組成が変化していた。 SiO2の蒸発反応 SiO2SiO+1/2O2 ……(1) SiO2の窒化反応 3SiO2+2N2→Si3N4+2O2 ……(2) このため、従来の方法においては、充分緻密な
窒化珪素が得られなかつたり、蒸発の起こり易い
表面と蒸発の起こりにくい内部とで微構造に違い
が生じ、焼成面の特性が劣化する欠点があつた。 本発明の目的は上述した不具合を解消して、
SiO2の蒸発および窒化反応に起因する焼成面の
劣化等がほとんどない窒化珪素焼結体の製造方法
を提供しようとするものである。 (問題点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
素原料粉末と焼結助剤との混合粉末を成形し、該
成形体を焼成するに際し、SiO2の蒸発、SiO2
窒化を抑制する目的でO2分圧を高めるためにCO2
またはCO2とCOの混合ガスを添加したN2雰囲気
あるいはN2と不活性ガスの混合雰囲気下で焼成
することを特徴とするものである。 (作 用) 上述した構成において、焼成時にN2雰囲気あ
るいはN2と不活性ガスの混合雰囲気のO2分圧を、
高くして焼成することにより、SiO2の蒸発およ
び窒化を抑制することができる。 好ましいO2分圧は焼成温度におけるSiO2の蒸
発反応およびSiO2の窒化反応の平衡O2分圧およ
び蒸発速度、窒化速度さらに焼成時間により選択
される。 このO2分圧を高くするための手段として、N2
雰囲気あるいはN2と不活性ガスとの混合雰囲気
にCO2またはCO2とCOの混合ガスをさらに混合
することにより、下記(3)、(4)式に示すCO2の分離
反応による平衡O2分圧を利用してO2分圧を高く
している。 CO2の平衡反応 CO2CO+O2 ……(3) CO2C+O2 ……(4) 本発明において、O2分圧を高める添加ガスと
してCO2またはCO2とCOの混合ガスを選んだの
は、CO2の解離反応によりO2分圧を制御すること
により、窒化珪素焼結体の焼成に多く用いられる
炭素系のヒーターや治具等の損傷が少ないと共に
O2分圧の範囲が適当に選べ制御しやすいためで
ある。 また、0.001%以上のCO2をN2雰囲気あるいは
N2と不活性ガスの混合雰囲気へ混合するのが好
適なのは、0.001%以下ではN2ガスに通常含まれ
る不純物を下回り効果が認められないからであ
る。 一方、CO2の混合量が多すぎる場合はO2分圧が
高くなりすぎてSi3N4の酸化反応が顕著になるの
で好ましくない。N2雰囲気の全圧を1気圧以上
とするのが好適なのは、N2分圧を高めることに
よりO2分圧が高くてもSi3N4の酸化反応を制御で
き、より高いO2分圧で焼成でき有効にSiO2の蒸
発を抑制できるためである。 以上の点をまとめると、SiO2の蒸発抑制には
O2分圧を高めることで対処し、SiO2の窒化抑制
のためにはO2分圧を高めN2分圧とのバランスを
とることにより対処し、Si3N4の酸化抑制のため
にはN2分圧を高めO2分圧とのバランスをとるこ
とによって対処している。 さらにCOをCO2とともに混合することにより
(5)式に示すCO生成反応を起こりにくくし、炭素
(C)の消費を減らし窒化珪素焼結体の焼成に多く用
いられる炭素系のヒーターや治具等の損傷が少な
くなる。 COの生成反応 CO2+C→2CO ……(5) 好ましくはCOの混合量をCO2の混合量より多
くした方がよい。しかしCOが(5)式に示す反応の
平衡CO分圧より高い場合、(5)式に示す反応の逆
のCO2とCの生成反応が起こり生成したCが窒化
珪素焼結体に沈着したり、窒化珪素のSiO2と反
応するので好ましくない。 また、窒化珪素焼結体の焼成炉の炭素系のヒー
ターや治具等の損傷を少なくし焼成炉内のO2
圧を適当な範囲に制御するために、O2、H2O、
空気、CO2等のガスを混合したN2あるいはN2
不活性ガスの混合ガスを消費可能な炭素の存在す
る加熱装置内を通して、CO、CO2を含むN2ある
いはN2と不活性ガスの混合ガスを調整し、窒化
珪素焼結体の焼成炉に導入しても良い。勿論、
O2、H2O、空気、CO2等のガスを消費可能な炭素
の存在する加熱装置内を通してCO、CO2を含む
ガスとし、これと、N2あるいはN2と不活性ガス
の混合ガスに混合し、窒化珪素焼結体の焼成炉に
導入しても良い。 また、同じく窒化珪素焼結体の焼成炉の炭素系
のヒーターや治具等の損傷を少なくし、焼成炉内
のO2分圧を適当な範囲に制御するためにO2
H2O、空気、CO2等のガスを混合したN2あるい
はN2と不活性ガスの混合ガスを焼成炉内のガス
導入経路の初期の位置で消費可能な炭素と反応さ
せCO、CO2を含むN2あるいはN2と不活性ガスの
混合ガスを調整し、これを焼成炉内のヒーターや
治具のある部分に導入することも可能である。 本発明の窒化珪素焼結体の製造方法を詳しく説
明する。まず、窒化珪素出発原料粉末を準備す
る。この窒化珪素出発原料粉末は窒化珪素原料粉
末と焼結助剤との調合粉末であり、焼結助剤とし
ては、Y2O3、MgO、Al2O3等をそのままあるい
は水溶液として添加する。次に、この窒化珪素出
発原料粉末を玉石を用いて粉砕機により粉砕混合
する。粉砕機としては、湿式、乾式のどちらでも
使用でき例えばボールミル、アトライターミル、
振動ミル等を使用する。その後、得られた成形用
粉末を乾式プレス、射出成形、スリツプキヤスト
等により成形して所望の成形体を得る。 得られた成形体を焼成するに際し、CO2または
CO2とCOの混合ガスを添加したN2雰囲気あるい
はN2と不活性ガスの混合雰囲気下で焼成する。
焼成温度は1600℃〜2000℃の温度範囲が好適であ
る。また、CO2のN2内への添加量としては0.001
%以上の範囲が好適であると共に、N2雰囲気の
全圧が1気圧以上であると好適である。上述した
方法により所望の窒化珪素焼結体を得ることがで
きる。 (実施例) 以下実際の例について説明する。 実施例 純度97.1重量%の酸化含有量1.5重量%窒化珪
素原料粉末に、第1表記載の割合で各焼結助剤を
添加し調合粉末とした。この調合粉末を水湿式ボ
ールミルにて混合粉末した後、乾燥造粒し成形用
粉末を得た。次に、この成形用粉末を予備成形
後、圧力3ton/cm2の静水圧プレスで成形し60×60
×6mmの格板成形体を作成し第1表記載の雰囲気
および温度で焼成して本発明の製造方法による窒
化珪素焼結体No.1〜12を得た。また、同じ成形
体を第1表記載の本発明の製造方法の限定範囲外
の雰囲気で焼成し、比較例の窒化珪素焼結体
No.12〜24を得た。第1表記載の焼成雰囲気は
N2、CO2、COの各原料ガスを第1表記載の割合
で焼成炉に供給することにより制御した。 第1表に窒化珪素焼結体No.1〜24の嵩密度、
酸素含有量、焼成面および内部加工面をそれぞれ
引張面とした時の室温四点曲げ強度、焼成面およ
び内部加工面の1200℃、100時間空気中加熱によ
る単位面積当りの酸化増量を示した。嵩密度はア
ルキメデス法、四点曲げ強度はJIS R−1601「フ
アインセラミツクスの曲げ強さ試験法」に準じ、
引張面が焼成面である場合と表面より1mm以上加
工した内部加工面である場合について測定した。
また、酸化増量は全面が焼成面である試料と全面
を表面より1mm以上加工した内部加工面である試
料を空気中加熱し、増量増加と表面積より求め
た。
【表】 第1表からも明らかなとおり、CO2またはCO2
とCOの混合ガスを添加したN2雰囲気あるいはN2
と不活性ガスの混合雰囲気で焼成することによ
り、同じ組成でも従来法に比べて緻密で焼成表面
が内部と同等の四点曲げ強度、耐酸化性を示す焼
結体を得ることができる。 実施例 2 実施例1における本発明品No.5と同じ成形体
を、第2表に示すCO、CO2を含む雰囲気で1900
℃で焼成した。この結果、焼成面、内部加工面の
四点曲げ強度、焼成面、内部加工面の酸化増量と
もに本発明品No.5と同程度の焼成体を得た。こ
の時、窒化珪素焼結体とともに直径20mm×高さ10
mmの炭素ペレツトを置きともに焼成した。この炭
素ペレツトの焼成による減量を第2表に示した。
【表】 第2表からもわかるようにCOを混合すること
により炭素ペレツトの焼成による減量が少なくな
る。すなわちCOの混合により焼成炉の炭素系の
ヒーターや治具の損傷が軽減されるものである。 (発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなよう
に、本発明の窒化珪素の製造方法によれば、成形
体をCO2またはCO2とCOの混合ガスを添加した
N2雰囲気あるいはN2と不活性ガスの混合雰囲気
下で焼成することにより、SiO2の蒸発および窒
化反応に起因する焼成面の劣化等がほとんどな
く、緻密で焼成表面が内部と同等の四点曲げ強
度、耐酸化性を示す窒化珪素焼結体を得ることが
できる。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒化珪素原料粉末と焼結助剤との混合粉末を
    成形し、該成形体を焼成するに際し、SiO2の蒸
    発、SiO2の窒化を抑制する目的でO2分圧を高め
    るためにN2雰囲気あるいはN2と不活性ガスの混
    合雰囲気にCO2またはCO2とCOの混合ガスを混
    合した雰囲気下で焼成することを特徴とする窒化
    珪素焼結体の製造方法。 2 前記CO2の混合量を0.001%以上とするN2
    囲気あるいはN2と不活性ガスの混合雰囲気下で
    焼成することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の窒化珪素焼結体の製造方法。 3 N2雰囲気あるいはN2と不活性ガスの混合雰
    囲気にCO2とCOの混合ガスを混合する際、COの
    混合量がCO2の混合量より多いことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項または第2項記載の窒化珪
    素焼結体の製造方法。 4 前記N2雰囲気あるいはN2と不活性ガスの混
    合雰囲気の全圧が1気圧以上であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項、第2項または第3項
    記載の窒化珪素焼結体の製造方法。
JP61268742A 1985-11-18 1986-11-13 窒化珪素焼結体の製造方法 Granted JPS62275068A (ja)

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JP60-256805 1985-11-18

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EP0225087B1 (en) 1992-06-24
EP0225087A3 (en) 1989-04-05
DE3685806D1 (de) 1992-07-30
EP0225087A2 (en) 1987-06-10
US4747984A (en) 1988-05-31

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