JPH0427187B2 - - Google Patents
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- JPH0427187B2 JPH0427187B2 JP62004636A JP463687A JPH0427187B2 JP H0427187 B2 JPH0427187 B2 JP H0427187B2 JP 62004636 A JP62004636 A JP 62004636A JP 463687 A JP463687 A JP 463687A JP H0427187 B2 JPH0427187 B2 JP H0427187B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は酸窒化けい素質焼結体の製造法に関す
る。 従来技術 酸窒化けい素（Si2N2Ｏ）は耐酸化性や耐食性
が優れており、耐火物として使用されている。し
かし、焼結が困難なため焼結体の密度が低く、常
圧焼結で得られる材料は曲げ強度が10Kg／mm2程度
で低い欠点があつた。 発明の目的 本発明はこれらの欠点を解消せんとするもので
あり、その目的は気孔率が低く、30Kg／mm2以上の
高強度の酸窒化けい素質焼結体を製造する方法を
提供するにある。 発明の構成 本発明者は前記目的を達成すべく鋭意研究の結
果、窒化けい素とシリカは、固相反応では反応は
進行しないが、シリカと反応して溶融相を生成す
る焼結助剤を加えると、溶融相中のシリカと窒化
けい素とが高温で次のように反応する。 Si3N4＋SiO2→2Si2N2Ｏ ……(1) 更に高温んなると、 3Si2N2Ｏ→Si3N4＋3SiO＋N2 ……(2) の反応を起こし、熱分解する。 この熱分解反応は、加圧窒素で抑制でき、ま
た、原料成形体をSi3N4−SiO2混合物からなるつ
め粉で覆つて焼結すると、熱分解を抑制でき、高
密度、高強度の酸窒化けい素質焼結体が得られる
ことを究明し得た。この知見に基づいて本発明を
完成した。 本発明の要旨は窒化けい素45〜60モル％、シリ
カ40〜55モル％の混合物に、0.5〜10重量％の焼
結助剤を加えた原料粉末を成形した後、窒化けい
素とシリカの混合物からなるつめ粉中で２〜100
気圧の窒素雰囲気中で1600〜2000℃に加熱するこ
とを特徴とする酸窒化けい素質焼結体の製造法、
にある。 原料中の窒化けい素とシリカのモル比は、それ
ぞれ、45〜60モル％、40〜55モル％であることが
必要である。窒化けい素が60モル％を越えると
（シリカが40モル％より少なくなると）、焼結途中
で生成する液相の量が少なくなり、高密度の焼結
体は得られない。一方窒化けい素が45モル％より
少ないと（シリカが55モル％を越えると）、焼結
は容易であるが、粒界に多量のガラス相が残留し
て焼結体の耐食性や耐酸化性を低下させる。 焼結助剤としては、CaO，MgO，Y2O3、ラン
タニド金属酸化物または熱分解によりこれらを生
成する化合物、例えば炭酸塩、水酸塩、しゆう酸
塩等の単独または混合物が使用される。この混合
割合は、窒化けい素とシリカの混合物に対し0.5
〜10重量％である。その量が0.5重量％より少な
いと焼結し難く、10重量％を越えると高密度焼結
体は得られるが、粒界に多量のガラス相が残留
し、焼結体の高温特性を低下させる、好ましい範
囲は４〜７重量％である。焼結助剤の添加法とし
ては、窒化けい素、シリカ及び焼結助剤をボール
ミルで混合するのが一般的であるが、均一に混合
するには、窒化けい素とシリカの混合物を焼結助
剤を含む溶液中に分散し、中和や加水分解等によ
り沈殿を成形させる方法が好ましい。得られた原
料粉末を成形し焼結する。 焼結の際、成形体が直接雰囲気に接すると、表
面から熱分解が進行し、焼結が妨害される。これ
を防ぐために成形体を窒化けい素とシリカの混合
物からなるつめ粉で覆う。つめ粉の窒化けい素と
シリカの混合割合は、成形体の混合割合と同様範
囲内であることが好ましい。しかし、必ずしも同
一割合であることを必要としない。つめ粉中の窒
化けい素の量が60モル％を越えると（シリカが40
モル％より少ない）、つめ粉の効果が短時間に失
われてしまい、一方窒化けい素が45モル％より少
ないと（シリカが60モル％を越えると）、成形体
と反応し、焼結体を回収することが困難となるの
で、同一割合であることが好ましい。高密度酸窒
化けい素質焼結体を得るには、以上の原料組成、
焼結助剤の添加およびつめ粉の使用の外に雰囲気
を２〜100気圧の窒素圧とし、焼結温度を1600〜
2000℃とすることが必要である。 (2)式の通り、酸窒化けい素が高温で熱分解する
と、気相としてSiOとN2が生成する。このため窒
素圧を高めればSi2N2Ｏの熱力学的安定性が増加
し、高温で焼結が可能となる。窒素圧が２気圧よ
り低いと熱分解の抑制効果がなく、一方100気圧
を超えても熱分解の抑制効果はあるが、装置が大
型化する割合にはその効果が低い。窒素圧は焼結
温度に対応し、高温ほど高圧にする。例えば、
1600℃では２〜６気圧、1700℃では４〜20気圧、
1800℃では５〜30気圧、1900℃では10〜60気圧、
2000℃では50〜100気圧で望ましい。 焼結温度は1600℃未満では焼結し難く、2000℃
を越えると高圧を必要とし、装置が大型化する。
熱成時間は15分〜５時間、好ましくは30分〜２時
間である。 実施例 １ 窒化けい素66.5重量％、シリカ28.5重量％、ア
ルミナ５重量％の粉末を混合し、約１ｇを秤量し
た。粉末を直径15mmの金型で200Kg／cm2、ついで
静水圧で2ton／cm2で成形し、ペレツトとした。ペ
レツトを窒化けい素とシリカが等モルの混合物を
つめ粉としておおつた後、10気圧の窒素中で1750
℃に１時間焼成した。重量減少は1.5％であり、
焼結体の密度は2.64ｇ／cm3、気孔率７％であつ
た。焼結体のＸ線回折によると主成分はSi2N2Ｏ
であり、少量のβおよびα−Si3N4が認められ
た。 実施例 ２ 窒化けい素62.0重量％、シリカ31.5重量％、ア
ルミナ4.5重量％、イツトリア２重量％の粉末を
混合し、約３ｇを秤量した。粉末を金型で200
Kg／cm2に一次成形した後、2ton／cm2の静水圧で２
次成形し約５×７×50mmの柱状の成形体とした。
成形体を実施例１と同じつめ粉でおおつた後、15
気圧の窒素中で1900℃に30分加熱した。焼結後の
重量減少は1.3％であり、焼結体の密度は2.80
ｇ／cm3、気孔率は1.9％であつた。Ｘ線回折によ
る焼結体の組成はSi2N2Ｏを主成分とし、β−サ
イアロンを一部含む。焼結体を研削し、３×４×
42mmとし、スパン30mmの３点曲げ試験で強度測定
した結果42.5Kg／mm2であつた。 実施例 ３〜５ 実施例２と同様にして得た焼結体の密度や強度
と原料組成や焼結条件の関係を表１に示す。焼結
体は酸窒化けい素を主成分とし、少量のSiO2，
α−Si3N4，β−Si3N4またはβ−サイアロンを
含有していた。
る。 従来技術 酸窒化けい素（Si2N2Ｏ）は耐酸化性や耐食性
が優れており、耐火物として使用されている。し
かし、焼結が困難なため焼結体の密度が低く、常
圧焼結で得られる材料は曲げ強度が10Kg／mm2程度
で低い欠点があつた。 発明の目的 本発明はこれらの欠点を解消せんとするもので
あり、その目的は気孔率が低く、30Kg／mm2以上の
高強度の酸窒化けい素質焼結体を製造する方法を
提供するにある。 発明の構成 本発明者は前記目的を達成すべく鋭意研究の結
果、窒化けい素とシリカは、固相反応では反応は
進行しないが、シリカと反応して溶融相を生成す
る焼結助剤を加えると、溶融相中のシリカと窒化
けい素とが高温で次のように反応する。 Si3N4＋SiO2→2Si2N2Ｏ ……(1) 更に高温んなると、 3Si2N2Ｏ→Si3N4＋3SiO＋N2 ……(2) の反応を起こし、熱分解する。 この熱分解反応は、加圧窒素で抑制でき、ま
た、原料成形体をSi3N4−SiO2混合物からなるつ
め粉で覆つて焼結すると、熱分解を抑制でき、高
密度、高強度の酸窒化けい素質焼結体が得られる
ことを究明し得た。この知見に基づいて本発明を
完成した。 本発明の要旨は窒化けい素45〜60モル％、シリ
カ40〜55モル％の混合物に、0.5〜10重量％の焼
結助剤を加えた原料粉末を成形した後、窒化けい
素とシリカの混合物からなるつめ粉中で２〜100
気圧の窒素雰囲気中で1600〜2000℃に加熱するこ
とを特徴とする酸窒化けい素質焼結体の製造法、
にある。 原料中の窒化けい素とシリカのモル比は、それ
ぞれ、45〜60モル％、40〜55モル％であることが
必要である。窒化けい素が60モル％を越えると
（シリカが40モル％より少なくなると）、焼結途中
で生成する液相の量が少なくなり、高密度の焼結
体は得られない。一方窒化けい素が45モル％より
少ないと（シリカが55モル％を越えると）、焼結
は容易であるが、粒界に多量のガラス相が残留し
て焼結体の耐食性や耐酸化性を低下させる。 焼結助剤としては、CaO，MgO，Y2O3、ラン
タニド金属酸化物または熱分解によりこれらを生
成する化合物、例えば炭酸塩、水酸塩、しゆう酸
塩等の単独または混合物が使用される。この混合
割合は、窒化けい素とシリカの混合物に対し0.5
〜10重量％である。その量が0.5重量％より少な
いと焼結し難く、10重量％を越えると高密度焼結
体は得られるが、粒界に多量のガラス相が残留
し、焼結体の高温特性を低下させる、好ましい範
囲は４〜７重量％である。焼結助剤の添加法とし
ては、窒化けい素、シリカ及び焼結助剤をボール
ミルで混合するのが一般的であるが、均一に混合
するには、窒化けい素とシリカの混合物を焼結助
剤を含む溶液中に分散し、中和や加水分解等によ
り沈殿を成形させる方法が好ましい。得られた原
料粉末を成形し焼結する。 焼結の際、成形体が直接雰囲気に接すると、表
面から熱分解が進行し、焼結が妨害される。これ
を防ぐために成形体を窒化けい素とシリカの混合
物からなるつめ粉で覆う。つめ粉の窒化けい素と
シリカの混合割合は、成形体の混合割合と同様範
囲内であることが好ましい。しかし、必ずしも同
一割合であることを必要としない。つめ粉中の窒
化けい素の量が60モル％を越えると（シリカが40
モル％より少ない）、つめ粉の効果が短時間に失
われてしまい、一方窒化けい素が45モル％より少
ないと（シリカが60モル％を越えると）、成形体
と反応し、焼結体を回収することが困難となるの
で、同一割合であることが好ましい。高密度酸窒
化けい素質焼結体を得るには、以上の原料組成、
焼結助剤の添加およびつめ粉の使用の外に雰囲気
を２〜100気圧の窒素圧とし、焼結温度を1600〜
2000℃とすることが必要である。 (2)式の通り、酸窒化けい素が高温で熱分解する
と、気相としてSiOとN2が生成する。このため窒
素圧を高めればSi2N2Ｏの熱力学的安定性が増加
し、高温で焼結が可能となる。窒素圧が２気圧よ
り低いと熱分解の抑制効果がなく、一方100気圧
を超えても熱分解の抑制効果はあるが、装置が大
型化する割合にはその効果が低い。窒素圧は焼結
温度に対応し、高温ほど高圧にする。例えば、
1600℃では２〜６気圧、1700℃では４〜20気圧、
1800℃では５〜30気圧、1900℃では10〜60気圧、
2000℃では50〜100気圧で望ましい。 焼結温度は1600℃未満では焼結し難く、2000℃
を越えると高圧を必要とし、装置が大型化する。
熱成時間は15分〜５時間、好ましくは30分〜２時
間である。 実施例 １ 窒化けい素66.5重量％、シリカ28.5重量％、ア
ルミナ５重量％の粉末を混合し、約１ｇを秤量し
た。粉末を直径15mmの金型で200Kg／cm2、ついで
静水圧で2ton／cm2で成形し、ペレツトとした。ペ
レツトを窒化けい素とシリカが等モルの混合物を
つめ粉としておおつた後、10気圧の窒素中で1750
℃に１時間焼成した。重量減少は1.5％であり、
焼結体の密度は2.64ｇ／cm3、気孔率７％であつ
た。焼結体のＸ線回折によると主成分はSi2N2Ｏ
であり、少量のβおよびα−Si3N4が認められ
た。 実施例 ２ 窒化けい素62.0重量％、シリカ31.5重量％、ア
ルミナ4.5重量％、イツトリア２重量％の粉末を
混合し、約３ｇを秤量した。粉末を金型で200
Kg／cm2に一次成形した後、2ton／cm2の静水圧で２
次成形し約５×７×50mmの柱状の成形体とした。
成形体を実施例１と同じつめ粉でおおつた後、15
気圧の窒素中で1900℃に30分加熱した。焼結後の
重量減少は1.3％であり、焼結体の密度は2.80
ｇ／cm3、気孔率は1.9％であつた。Ｘ線回折によ
る焼結体の組成はSi2N2Ｏを主成分とし、β−サ
イアロンを一部含む。焼結体を研削し、３×４×
42mmとし、スパン30mmの３点曲げ試験で強度測定
した結果42.5Kg／mm2であつた。 実施例 ３〜５ 実施例２と同様にして得た焼結体の密度や強度
と原料組成や焼結条件の関係を表１に示す。焼結
体は酸窒化けい素を主成分とし、少量のSiO2，
α−Si3N4，β−Si3N4またはβ−サイアロンを
含有していた。
【表】
発明の効果
本発明の方法によると、気孔率が低く、強度も
常圧焼結に比べて３〜４倍以上の高強度の酸窒化
けい素質焼結体が得られる優れた効果を奏し得ら
れる。
常圧焼結に比べて３〜４倍以上の高強度の酸窒化
けい素質焼結体が得られる優れた効果を奏し得ら
れる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化けい素45〜60モル％、シリカ40〜55モル
％の混合物に、0.5〜10重量％の焼結助剤を加え
た原料粉末を成形した後、窒化けい素とシリカの
混合物からなるつめ粉中で２〜100気圧の窒素雰
囲気中で1600〜2000℃に加熱することを特徴とす
る酸窒化けい素質焼結体の製造方法。 ２ 焼結助剤がCaO，NgO，Y2O3、ランタニド
の金属酸化物または熱分解によつてこれらの金属
酸化物を生成する化合物の単独もしくは混合物で
ある特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ３ つめ粉が原料と同一割合範囲内の窒化けい素
−シリカの混合物である特許請求の範囲第１項記
載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004636A JPS63176369A (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 酸窒化けい素質焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004636A JPS63176369A (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 酸窒化けい素質焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63176369A JPS63176369A (ja) | 1988-07-20 |
| JPH0427187B2 true JPH0427187B2 (ja) | 1992-05-11 |
Family
ID=11589490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62004636A Granted JPS63176369A (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 酸窒化けい素質焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63176369A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63270360A (ja) * | 1987-04-28 | 1988-11-08 | Agency Of Ind Science & Technol | 高密度酸窒化ケイ素焼結体とその製造法 |
-
1987
- 1987-01-12 JP JP62004636A patent/JPS63176369A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63176369A (ja) | 1988-07-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |