JPH0416564A

JPH0416564A - β―サイアロン粉末の製造方法

Info

Publication number: JPH0416564A
Application number: JP2120453A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Nishi; 西　芳次; Tatsuya Shiogai; 達也塩貝; Kazunari Suzuki; 一成鈴木; Senjo Yamagishi; 山岸　千丈
Original assignee: Nihon Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1992-01-21
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JP2984796B2

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、β−サイアロン粉末の製造方法に間し、サイ
アロン系セラミックスの製造用原料であるβ−サイアロ
ン粉末を、アルミノシリケート粉末及びカーボン粉末の
混合粉末をＭ素含有雰囲気中で加熱し、Ｘ１元窒化反応
により、製造する方法に関するものである。

サイアロン系セラミックスは、耐熱性が高く、熱衝撃抵
抗や機械的強度も高く、かつ、化学的にも安定で耐酸化
性及び溶融金属に対する耐食性が高い、これらの優れた
性質により、サイアロン系セラミックスはガスタービン
等の耐熱エンジニングセラミックス材料として有望視さ
れている。

〔従来の技術］上記サイアロンセラミックスの製造に用いるβ−サイア
ロン粉末の製法にはいろいろな公知の方法があるが、そ
の一つにアルミノシリケート系化合物とカーボンの混合
物から製造する方法がある。

例えば、特開昭５３−１０４６１６号公報には、火山ガ
ラスとカーボンの混合物を窒素気流中１３００〜１４０
０℃で還元窒化反応させてβ−サイアロン粉末を製造す
る方法が、また、特開昭５９−１２１１０５号公報には
、カオリナイト、パイロフィライト、ムライト等のアル
ミノシリケート、アルミナ及びカーボンの混合物の圧粉
体を１４００〜１５３０℃、窒素気流中で還元窒化反応
させてＢ−サイアロン粉末を製造する方法が開示されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記の特開昭５３−１０４６１６号の方
法は、原料として天然の火山ガラス粉末を用いているた
め、β−サイアロンに必要な５ｉＯａ、　ＡｊａＯｓの
他に約ｌＯ％にも及ぶ不純物（例えばＦｅａｒｓ−アル
カリ酸化物等）を含有し、また、その粒径も４４μｍに
及ぶ粗さを有し、製造されたβ−サイアロン粉末にはＳ
ｉＣ，５ｉａＯＮａ、β−５ｉＪ４等多量の副生成物が
含まれている。

また、原料としてアルミノシリケートを用いる特開昭５
９−１２１１０５号の方法では、固相反応をさせるにも
拘らず、その原料粉末の粒度が考慮されていないため、
その収率は９６％程度にとどまり、また得られたβ−サ
イアロン粉末（２値２〜３）の窒素含有量が理論値より
４〜５％も低く、不純物としてＡｊｉ０３を含んでいる
。

このように、従来法で製造されたβ−サイアロン粉末は
不純物を含んでいるため、その粉末を用いて製造された
Ｂ−サイアロン焼結体は、β−サイアロン固有の特性で
ある耐熱性、熱衝撃抵抗、機械的強度、耐酸化性、耐食
性等を低下させていた。

［課題を解決するための手段）本発明者らは、上記従来法の欠点を踏まえ、β−サイア
ロン製造に用いる原料の反応性を中心に多年研究してき
たところ、高純度で、かつ、特定の細かさを有するムラ
イト質粉末から製造されたβ−サイアロン粉末が焼結体
原料として最適であることを見出し１本発明を完成に導
いた。

すなわち１本発明は、アルミノシリケート粉末及びカー
ボン粉末の混合粉末を窒素含有雰囲気中で加熱し、還元
窒化反応によりβ−サイアロン粉末を製造する方法にお
いて、該アルミノシリケート粉末として平均粒径が５ａ
ｍ以下で、かつ、　ＳｉＯ□とＡｊａＯｉの含有量が９
９．５％以上のムライト質粉末を用いることを特徴とす
るβ−サイアロン粉末の製造方法である。

ここでムライト質粉末とは、ムライト（３Ａｆｆｉ、０
３・２ＳｉＯ□）が０重量％〈ムライト≦９２．５重置
％で、ＳｉＯ□が１００重量％＞Ｓｉｎ□≧７．５重量
％からなる混合物又は化合物をいう。

また、β−サイアロンとは一般式・５ｉｓ−ｘＡＩ−ＯＪａ−ｉ　（ココ”Ｃ’　Ｏ＜　Ｚ
　≦４．２　）で表されるシリコンアルミニウムオキシ
ナイトライド（Ｓｉ−ＡＩ−０−Ｎ系化合物）である。

〔作用Ｊ本発明のβ−サイアロン粉末の製造方法においては、平
、均粒径が５１１■以下、好ましくは２Ｈｔｍ以下でＳ
ｉＯ□と八１□０３の含有量が９９．５％以上のムライ
ト質粉末とカーボンとを原料として還元窒化反応させる
ので、その反応系に共存する５μ麿以下のムライトが反
応促進剤となって上記の還元窒化反応を促進させるもの
と思われる。その結果１反応の進行に伴い残余のムライ
ト質粉末の窒化反応も容易に生起し、微細で高純度のサ
イアロン系粉末が得られる。

本発明の還元窒化反応は、窒素雰囲気中で行われ、温度
は！３５０〜１６００℃１反応時間は０．５〜６時間で
十分である。

出発原料アルミノシリケート粉末中のＳｉ／Ａｊ比及び
カーボン粉末の置は、目的とするβ−サイアロン系粉宋
の種類によって選択される。

本発明の原料のアルミノシリケート粉末及びカーボン粉
末の混合粉末には、β−サイアロン又はＹ、　Ｃｅ、　
Ｌａ及びＨｆから選ばれた希土類の酸化物のうち少なく
とも１種をアルミノシリケート粉末１重量部に対して０
．００３〜０．３重量部配合することができる。

このような調整粉末を窒素含有雰囲気中で加熱し、還元
窒化反応させて主としてβ−サイアロンよりなる粉末を
製造すると、配合されたβ−サイアロン又は希土類酸化
物により還元窒化反応が一層促進され、微細なβ−サイ
アロン粉末が得られる。

このようにして得られたサイアロン系粉末は、微細で高
純度であるため、焼結性が良く、かつ、不純物が少ない
ので、β−サイアロンセラミックス固有の特性である耐
熱性、熱衝撃抵抗、機械的強度、耐酸化性、対食性等を
十分発揮させることができる。

〔実施例１実施例１平均粒径が２．０１１１１で、ＳｉＯ□とＡ１□０３の
含有量が９９．８重量％のムライト質粉末ｆＡｌ／Ｓｉ
＝　３／２）　１０口ｇと平均粒径０．０３ｍｍのカー
ボン粉末５０ｇをボールミル混合して原料を調製した。

この原料粉末を、窒素雰囲気中１４３０℃で２時間還元
窒化させた後、大気中７００℃で５時間加熱処理して残
留カーボンを除去した。

得られた生成物は平均粒径１．０μＩの灰色粉末で、そ
の収率は約９７重量％であった。

この粉末をＸ線回折したところ、Ｓ１□４Ａ１３ｓ０３
．８Ｎ４．４で示されるサイアロン化合物であった。

この粉末の純度は約９９．５Ｎｔ量％、金属不純物は０
０５重量％、残留炭素は０．４重量％であった。

実施例２平均粒径が０．５１ｍで、ＳｉＯ□とＡｊ□０３の含有
量が９９．８重量％以上のムライト質粉末ｆＡｌ／Ｓｉ
＝　３／２１１００ｇを用いて、実施例１と同一条件で
原料の調製、還元窒化及び加熱処理を行った。

得られた生成物は平均粒径０．７ａｍの灰色粉末で、そ
の収率は約９８重量％であった。

この粉末をＸ線回折したところ、５ｌｉ４Ａ１３．　ｓ
ｏｌ　８Ｎ４．４で示されるサイアロン化合物であった
。

この粉末の純度は約９９．５重量％、金属不純物は０．
０５重量％、残留炭素は０．３重量％であった６比較例
１平均粒径が１０μｍで、Ｓｉｎ、とＡｊ、０．の含有量
が９９．８重量％以上のムライト質粉末ｆＡ１／Ｓｉ＝
　３／２１１００ｇを用いて、実施例１と同一条件で原
料の調製、還元窒化及び加熱処理を行った。

その結果、収率約９８重量％で、平均粒径３．０μｍの
灰色粉末が得られ、この粉末をｘ＃ｉ回折したところ、
Ｓｉ２．　ａＡｌｓ、　１１０３．　ｓｅａ、　４で示
されるβ−サイアロン粉末、３Ａｆｆｉ２０３・２Ｓｉ
Ｏ□で示されるムライト及びＳｉＯ□で示されるシリカ
の混合物であった。

比較例２平均粒径が２．Ｏｕｍで、５ｉＯｚとＡｊ、０．の含有
量が９５重量％のムライト質粉末（Ａｌ／Ｓｉ＝　３／
２１１００ｇを用いて、実施例１と同一条件で原料の調
製、還元窒化及び加熱処理を行った。

その結果、収率約９８重量％で、平均粒径１．ｈｍの灰
色粉末が得られ、この粉末をＸ線回折したところ、　Ｓ
１２４ＡＱｚ、ｓＯｘ　８Ｎ４．４で示されるβ−サイ
アロン粉末であった。この粉末の純度は約９６重量％で
金属不純物は３．０重量％、残留炭素は０．６重量％で
あった。

実施例３Ａｊ／Ｓｉ＝　１／１１に調整した平均粒径が０．５μ
田で。

５１０２とＡ１□０．の含有量が９９．８重量％以上の
ムライト質粉末１００ｇと平均粒径０．０３Ｈのカーボ
ン粉末８０ｇとをボールミル混合して原料を調製した。

この原料を窒素雰囲気中１４６０℃で４時間還元窒化さ
せ、次いで大気中７００℃で５時間加熱処理して残留カ
ーボンを除去した。

得られた生成物は平均粒径０．ｈｍの灰色粉末で、その
収率は約９６重量％であった。この粉末をＸ線回折した
ところ、Ｓｔｓ、５Ａｊｏ　ｓｏｏ、ｓＮｙ　ｓで不さ
れるサイアロン粉末であった。この粉末の純度は約９９
．５重量％で、金属不純物は０．０５重Ｉ％、残留炭素
は０．４重量％であった。

実施例４Ａｊ／Ｓｉ＝　１／１１に調整した、平均粒径が０．５
ｕｗで５１０２とＡｆｆｉ、０３の含有量が９９．８重
量％のムライト質粉末１００ｇ、平均粒径０．０３ｕｔ
ａのカーボン粉末８０ｇ及び平均粒径０．８Ｂのβ−サ
イアロン粉末（Ｓｉｓ、　５Ａｊｏ　５Ｏ０ｓＮｔ、　
ｓ）３ｇをボールミル混合して原料を調製した。

この原料を窒素雰囲気中、１４６０℃で３時間還元窒化
させ１次いで、大気中７００℃で５時間加熱処理して残
留カーボンを除去した。

得られた生成物の収率、純度は実施例３と同様で、平均
粒径０．６μ■の灰色粉末が得られた。この粉末をＸＪ
１回折回折ところ、Ｓｔｓ、Ｊｊｏ、ｓＯｏ　５Ｎｔ　
ｓで示されるサイアロン粉末であった。

実施例５ＡＩ／Ｓｉ＝　１／１１に調整した。平均粒径０．５μ
ＩでＳｉＯｘとＮａｐｓの含有量が９９．８重量％以上
のムライト質粉末１００ｇ、平均粒径０．０３ｇ−のカ
ーボン粉末８０ｇ及び平均粒径Ｉ１１腸の酸化イツトリ
ウム（Ｙ２Ｏ，１３ｇをボールミル混合して原料を調製
した。

この原料粉末を窒素雰囲気中、　１４６０℃で３時間還
元窒化させ、大気中７００℃で５時間加熱処理して残留
カーボンを除去した。

得られた生成物の収率、純度は実施例３と同様で、平均
粒径０．６ｇ■の灰色粉末が得られた。この粉末をＸ線
回折したところ、４重量％Ｙ２０．〜９６重量％Ｓｚｓ
、　ｓＡｌ＋６０６　ｓａｔ　ｓで示されるサイアロン
粉末であった。

【発明の効果］本発明のβ−サイアロン粉末の製造方法は、平均粒径が
５＋＋ｓ＊以下で、ＳｉＯ□とＡｊｚＯｓの含有量が９
９．５％以上のムライト質粉末とカーボンとを原料とし
て還元窒化反応させるので、その反応系に共存するＳＩ
Ｉ■以下のムライトが反応促進剤となって還元窒化反応
が促進され、微細で高純度のサイアロン系粉末が得られ
る。

このようにして得られた微細で高純度のサイアロン系粉
末は、焼結性が良く、かつ、不純物が少ないので、β−
サイアロンセラミックス固有の特性である耐熱性、熱衝
撃抵抗５機械的強度、耐酸化性、耐食性等を十分発揮さ
せることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミノシリケート粉末及びカーボン粉末の混合
粉末を窒素含有雰囲気中で加熱し、還元窒化反応により
β−サイアロン粉末を製造する方法において、該アルミ
ノシリケート粉末として平均粒径が５μｍ以下で、かつ
、ＳｉＯ＿２とＡｌ＿２Ｏ＿３の含有量が９９．５％以
上のムライト質粉末を用いることを特徴とするβ−サイ
アロン粉末の製造方法。
（２）アルミノシリケート粉末としてβ−サイアロン又
はＹ、Ｃｅ、Ｌａ及びＨｆから選ばれた希土類の酸化物
のうち少なくとも１種をアルミノシリケート粉末１重量
部に対して０．００３〜０．３重量部配合した調整粉末
を用いる請求項１に記載のβ−サイアロン粉末の製造方
法。