JPH04260669A - 炭化珪素含有窒化珪素複合体の製造方法 - Google Patents

炭化珪素含有窒化珪素複合体の製造方法

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JPH04260669A
JPH04260669A JP3022227A JP2222791A JPH04260669A JP H04260669 A JPH04260669 A JP H04260669A JP 3022227 A JP3022227 A JP 3022227A JP 2222791 A JP2222791 A JP 2222791A JP H04260669 A JPH04260669 A JP H04260669A
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si3n4
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Katsutoshi Noda
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は炭化珪素含有窒化珪素複
合体の製造方法に係る。
【0002】
【従来の技術】窒化珪素と炭化珪素との両方の優れた性
質を具備した耐熱性構造材料を得ることを目的として、
窒化珪素と炭化珪素の複合体の開発が試みられている。 一般的には、 Si3N4粉末と SiC粉末の混合粉
末をホットプレスされる。また、特開平1−29806
9号公報では、珪素アルコキシドを加水分解して得られ
る炭化珪素40wt%以下の Si3N4−SiC 混
合粉末を1550〜1730℃の温度で加圧焼結する方
法が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、 Si3N4
−SiC(超微粉)複合材は難焼結性であるので、特殊
な原料を用いたり、ホットプレスで強引に焼結させてい
る。特開平1−298069号公報でもアルコキシド加
水分解して得られる原料を用い、しかも実施例ではやは
りホットプレスを採用している。特殊な原料を使用しな
ければならないことは不都合であり、またホットプレス
を採用する場合には製品形状に制約がある。そこで、本
発明は、このように特殊な出発原料を用いたり、ホット
プレスなしで Si3N4−SiC 複合材を緻密に焼
結する方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 Si3N4と、焼結助剤として重量比
で4:1から1:1の範囲のY2O3とMgAl2O4
 をY2O3+MgAl2O4 +Si3N4 の総重
量を 100wt%として4〜8wt%と、Y2O3+
MgAl2O4 +Si3N4 の総重量を100wt
%としてSiCを10〜20wt%とを含む混合粉末を
成形し、該成形体を1700〜1800℃の範囲の温度
まで加熱して予備焼結し、次いで同温度範囲で雰囲気圧
力を1000気圧以上に昇圧し、本焼結することを特徴
とする炭化珪素含有窒化珪素複合体の製造方法を提供す
る。
【0005】本発明の方法の第1の特徴は、焼結助剤と
してY2O3とMgAl2O4 を用いる点にある。こ
れにより Si3N4−SiC 複合体の焼結性が向上
する。MgAl2O4 は MgOとAl2O3 の混
合粉ではなくMgAl2O4 粉でなければならない。 Y2O3とMgAl2O4 は重量比で4:1〜1:1
の範囲とし、その合計量は Si3N4+Y2O3+M
gAl2O4 の総重量 100wt%に対し4〜8w
t%とする。焼結助剤の量が少ないと緻密に焼結せず、
また多すぎると1000℃強度低下の原因になるからで
ある。Y2O3とMgAl2O4 の重量比が4:1よ
りY2O3が増加すると緻密に焼結せず、1:1よりも
Y2O3が減少すると緻密には焼結するがスピネル量が
多くなりすぎて1000℃強度が低下する。
【0006】また、Si3N4, Y2O3, MgA
l2O4の出発原料はできるだけ微細、高純度であるこ
とが望ましい。限定するわけではないが、 Si3N4
は粒径0.6μm以下、より好ましくは0.1〜0.4
μm、純度は金属不純物総量で100ppm以下、Y2
O3, MgAl2O4 は粒径0.6μm以下、より
好ましくは0.1〜0.4μm、純度は99.9%以上
である。
【0007】また、添加する SiC粉末は、 Si3
N4+Y2O3+MgAl2O4 の総重量 100w
t%に対し、10〜20wt%の範囲である。 Si3
N4に対し SiCを適当量添加することにより、高温
強度(例えば1000℃強度)と破壊靱性値が向上する
が、添加量が多すぎると緻密に焼結しなくなり、強度、
破壊靱性値とも低下する。Y2O3−MgAl2O4 
は Si3N4の焼結性を良くするが、反面高温強度が
低下する欠点がある。しかし、 SiCを添加すると、
高温強度が改善される。 SiCの添加量が少ないとこ
の効果が十分でない。 SiCは好ましくは0.1μm
以下、より好ましくは0.05μm以下の粒径で、99
.9%以上の純度を有することが望ましい。
【0008】Si3N4, SiC、焼結助剤の混合、
成形は慣用の方法でよく、典型的には300MPa程度
の圧力で圧縮成形する。
【0009】本発明の第2の特徴は、焼結方法としてホ
ットプレスではなく、ガス圧焼結、より詳しくは、先ず
1700〜1800℃の範囲で予備焼結した後、同温度
でガス圧を1000気圧以上に昇圧し、本焼結すること
にある。このホットプレスによらない焼結は、焼結助剤
としてY2O3とMgAl2O4 を用いたことにより
可能にされた。
【0010】焼結温度は1700〜1800℃の範囲で
ある。温度があまり低いと十分に焼結せず、一方温度が
高すぎると粒成長して室温及び1000℃強度が低下す
るからである。焼成雰囲気は窒素雰囲気であるが、窒素
と不活性雰囲気との混合雰囲気でもよい。本焼結前に、
ガス圧焼結を効果的にするため常圧付近で予備焼結して
被焼結体を閉気孔化する。閉気孔化の一応の目途として
理論密度の90%程度である。予備焼結後、雰囲気圧力
を1000気圧以上、通常1000〜2000気圧に昇
圧し、同じ温度で本焼結する。本発明では、この本焼結
により理論密度の98〜99%以上まで緻密化すること
が可能である。1000気圧未満では緻密に焼結しない
。そして、本発明はガス圧焼結であるので、ホットプレ
スのように製品形状に制約がない。
【0011】本発明の方法によれば、室温から1000
℃までの4点曲げ強度が 900〜1100MPa の
範囲で、特に1000℃の平均強度が900MPaを下
まわらない高温高強度の Si3N4−SiC 複合体
が得られる。
【0012】
【作用】Y2O3, MgAl2O4を焼結助剤とした
ことにより Si3N4−SiC の難焼結材料をホッ
トプレスによらずに高圧力ガス圧焼結で緻密化すること
が可能になり、かつ Y2O3, MgAl2O4では
高温強度が低下する欠点を耐酸化性に優れるSiC を
添加したことにより、特に SiCが Si3N4焼結
体の粒界3重点に入ることにより Si3N4焼結体の
耐酸化性が向上し、1000℃強度が室温強度に比較し
て低下しなくなる。
【0013】
【実施例】Si3N4粉末(平均粒径0.2μm、金属
不純物総量30ppm 、α化率ほぼ 100%)に第
2相粒子として炭化珪素(製法;プラズマCVD法、比
表面積47m2 /g、平均粒径0.03μm、純度9
9.9%、β相ほぼ 100%)、焼結助剤としてY2
O3粉末(平均粒径0.3μm、純度99.9%)、 
MgAl2O4粉末(平均粒径0.3μm、純度99.
9%)の添加量を表1に示すような組成で混合(Si3
N4製ボールミル)した各種粉末を200kgf/cm
2 の圧力で加圧成形し、その成形体を薄ゴムにつめ真
空封入後CIP(静水圧成形)にて 3000kgf/
cm2 の圧力で加圧した。 その後、この成形体を表1に示す条件でN2 雰囲気中
の炉内で焼結させた。昇温速度は5℃/min 、最高
温度に到達後4時間までは0kgf/cm2(1気圧)
のN2 雰囲気下で、その後表1に示す最高圧力まで毎
分 15kgf/cm2 の昇圧速度で加圧し、最高温
度での総保持時間が8時間になるまで加熱・加圧した。 この昇温・昇圧スケジュールを図1に示す。これらの焼
結体の室温4点曲げ強度(JIS R 1601) 、
高温4点曲げ強度(JIS R 1604、大気中)及
び破壊靱性値(JIS R 1607、SEPB法)を
測定して表1に示す結果を得た。焼結体の相対密度はn
−ブタノール置換法で求めた嵩密度を理論密度で除して
得た値である。残部は気孔率であるが、光学顕微鏡によ
る鏡面研磨面の観察結果からも裏付けられた。曲げ試験
のn数は15、破壊靱性値のn数は5で、値はその平均
値である。 曲げ強度の標準偏差値はいずれの試料も室温で 80M
Pa以下、1000℃で 50MPa以下であった。実
施例の試料 NO.2の焼結体組織をTEMにて詳細に
観察した結果、本発明の製造法により炭化珪素粉末は均
質に分散しており、炭化珪素は焼結体の窒化珪素の粒界
また粒界3重点に存在していることが観察できた。また
一部の SiCは Si3N4粒内にも存在していた。
【0014】
【表1】
【0015】
【発明の効果】Si3N4−SiC 複合体において高
温強度が向上し、かつ製品形状の自由度が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の焼結の昇温・昇圧スケジュールを示す
図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】   Si3N4と、焼結助剤として重量
    比で4:1から1:1の範囲のY2O3とMgAl2O
    4 をY2O3+MgAl2O4 +Si3N4 の総
    重量を 100wt%として4〜8wt%と、Y2O3
    +MgAl2O4 +Si3N4 の総重量を 100
    wt%として SiCを10〜20wt%とを含む混合
    粉末を成形し、該成形体を1700〜1800℃の範囲
    の温度まで加熱して予備焼結し、次いで同温度範囲で雰
    囲気圧力を1000気圧以上に昇圧し、本焼結すること
    を特徴とする炭化珪素含有窒化珪素複合体の製造方法。
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