JPH0466831B2 - - Google Patents
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- JPH0466831B2 JPH0466831B2 JP60193054A JP19305485A JPH0466831B2 JP H0466831 B2 JPH0466831 B2 JP H0466831B2 JP 60193054 A JP60193054 A JP 60193054A JP 19305485 A JP19305485 A JP 19305485A JP H0466831 B2 JPH0466831 B2 JP H0466831B2
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Description
〔産業上の利用分野及び発明が解決しようとする
問題点〕 本発明は窒化アルミニウムと窒化ホウ素を含有
する高密度な複合焼結体の製造方法に関する。詳
しくは、窒化アルミニウム粉末，窒化ホウ素粉末
および、周期律表第ａ族又は第ａ族の金属よ
りなる化合物からなる混合粉末を、予め静水圧で
成形した後、加圧加熱下で焼結する事を特徴とす
る、複合焼結体の製造方法を提供する。 窒化ケイ素や炭化ケイ素などのいわゆる非酸化
物系セラミツクスは、高温高強度材料として最近
特に注目されているセラミツクスであるが、これ
らの焼結体は一旦焼結すると、後加工による任意
形状の付与は非常に困難となり、この問題が実用
上のひとつの大きな難点とされている。このため
酸化物では最近ガラスの中に微細な雲母の結晶を
多数析出させたガラスセラミツクスや、天然又は
合成雲母の粉末をホツトプレスして得られるいわ
ゆるマイカセラミツクスが開発されている。これ
らのセラミツクスは普通工具で切削，研削可能な
マシーナブルセラミツクスであり、セラミツクス
の加工性を改良したものとして有用なものであ
る。また非酸化性セラミツクスの中では六方晶の
窒化ホウ素が層状黒鉛構造であることからその焼
結体は普通工具で切削，研削が可能であり古くか
ら実用化されている。しかしながら、前記の各種
マシーナブルセラミツクスは易加工性であるとい
う長所はあるが、反面“やわらかい”，“弱い”と
いう根本的な欠点を有しており、セラミツクスと
して広汎に利用されるという状況にはなつていな
い。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者等は非酸化物系のマシーナブルセラミ
ツクスについて鋭意研究した結果、窒化アルミニ
ウム，窒化ホウ素及び周期律表第ａ族又は第
ａ族金属より選ばれた少くとも一種の金属化合物
からなる新規な複合焼結体を開発し既に提案し
た。該複合焼結体は機械的破断面が多角形状の結
晶粒が緊密に充填され、その充填された粒子の粒
界面の一部又は全部に薄層状の結晶粒が介在した
状態で構成された焼結体で、普通工具によつて高
速切削が可能であり、しかも曲げ強度が組成によ
つては35Kg／mm2以上と、高強度セラミツクス並み
の強さを有する画期的なセラミツクスである。本
発明者等は該複合焼結体の製造方法について鋭意
研究した結果、窒化アルミニウム粉末，窒化ホウ
素粉末および周期律表第ａ族又は第ａ族金よ
り選ばれた少なくとも１種の金属化合物からなる
混合粉末を焼結する際に、予め静水圧にて成形し
てから焼結する事により、得られる焼結体の普通
工具による切削性は維持されたままで、機械的強
度及び熱伝導性等の物性の異方性が小さくなり、
特にホツトプレス焼結によつて得た焼結体はホツ
トプレス軸に平行な方向にスパンをとつた場合の
３点曲げ強度については、従来の単に混合粉末を
ホツトプレス焼結する方法で得られる焼結体のそ
れに比較して約２倍或いはそれ以上向上する事を
見出し、本発明を完成するに至つた。 即ち、本発明は、窒化アルミニウム粉末，窒化
ホウ素粉末及び周期律表第ａ族又は第ａ族の
金属化合物よりなり、該窒化アルミニウム粉末及
び窒化ホウ素粉末は窒化アルミニウム粉末と窒化
ホウ素粉末との合計量のそれぞれ60〜95重量％及
び40〜５重量％となるように、また該金属化合物
は該金属の最高原子価の酸化物に換算して該窒化
アルミニウム粉末と窒化ホウ素粉末との合計量に
対して0.01〜10重量％となるようにそれぞれ配合
した複合組成物を、予め静水圧下に成形し、次い
で該成形物を加圧加熱下で焼結することを特徴と
する複合焼結体の製造方法である。 本発明で使用する窒化アルミニウム粉末は、い
かなるものでも採用することができるが、ち密な
複合焼結体を得る場合は、窒化アルミニウム粉末
の平均粒子径（遠心式粒度分布測定装置、例えば
堀場製作所製のCAPA500などで測定した凝集粒
子の平均粒径を言う）が5μm以下であることが好
ましい。好適には3μm以下、最も好適には2μm以
下の粉末が採用される。特に3μm以下の粒子を70
容量％以上含む粉末が好適である。また、高熱伝
導性の複合焼結体を得る場合はＡＮの含有量
（ＡＮ粉末の窒素の含有量から計算される）は
90重量％以上の窒化アルミニウム粉末が好適に採
用され、更には94重量％以上、また、さらに好適
には97重量％以上の粉末が採用される。 本発明に於いて好適に使用される窒化アルミニ
ウム粉末としては、平均粒子径が3μm以下、特に
好ましくは2μm以下の粉末で、3μm以下の粒子を
70容量％以上含み、酸素含有量が3.0重量％以下、
且つ窒化アルミニウム組成をＡＮとするとき含
有する陽イオン不純物が0.5重量％以下である窒
化アルミニウム粉末である。このような窒化アル
ミニウム粉末を用いた場合は、得られる複合焼結
体の熱伝導率の向上と共に高温での機械的強度の
低下を抑制することができるために本発明で好適
に使用される。就中、平均粒子径が3μm以下特に
2μm以下の粉末で、3μm以下以下の粒子を70容量
％以上含み、酸素含有量が1.5重量％以下、且つ
窒化アルミニウム組成をＡＮとするとき含有す
る陽イオン不純物が0.3重量％以下である窒化ア
ルミニウム粉末を用いた場合には、得られる複合
焼結体の熱伝導率の向上と高温での機械的強度の
低下の抑制効果とが著しいため、本発明では特に
好適に使用される。 本発明で使用する窒化アルミニウム粉末の製法
は特に限定されず公知の方法が採用できる。例え
ば、金属アルミニウムを窒素中で窒化した後粉砕
処理する方法、アルミナを還元窒化する方法、金
属アルミニウムを窒素中でアーク放電する方法、
ＡＣ3とNH3との気相反応による方法、
（NH4）3ＡF6やＡＣ3・NH3などの熱分解
による方法等が採用できる。 本発明で使用する前記窒化ホウ素粉末も特に限
定されずいかなるものも使用することが出来る。
一般に好適に使用される代表的なものを例示すれ
ば次の通りである。即ち、一般に好適に使用れる
窒化ホウ素粉末は、窒化ホウ素の純度が99.0重量
％以上で、平均粒子径が5μm以下のものである。
また該窒化ホウ素粉末の製法も特に限定されず公
知の方法が採用出来る。 例えば、 (1) 尿素の存在下にH3BO3又はNa2B4O7をNH3
雰囲気中で500〜950℃で加熱して製造する方
法， (2) BCI3とNH3とを反応させて製造する方法， (3) Fe−Ｂ合金を500〜1400℃の温度で加熱し、
その後Feを例えば酸で溶解除去する方法， 等が採用出来る。 また、本発明で用いる前記周期律表第ａ族又
は第ａ族の金属から選ばれた少くとも一種の金
属又は金属化合物（以下、単に焼結助剤と呼ぶこ
ともある。）は特に限定されず公知のものを使用
出来る。特に好適に使用される代表的なものを例
示すると次の通りである。該周期律表第ａ族か
らなる金属としては一般にベリリウム，カルシウ
ム，ストロンチウム，バリウム等が好適である。
また周期律表第ａ族からなる金属としてはイツ
トリウム又はランタン族金属が好適に使用され、
より具体的に挙げればイツトリウム，ランタン，
セリウム，プラセオジム，ネオジム，ブロメチウ
ム，サマリウム，ユーロビウム，ガドリニウム，
テルビウム，ジスプロシウム，ホルミウム，エル
ピウム，ツリウム，イツテルピウム，ルテチウム
等特にイツトリウム，ランタン，セリウム，ネオ
ジム等が好適である。これらの周期律表第ａ族
又は第ａ族よりなる金属化合物は特に限定され
ず窒化アルミニウム粉末及び／又は窒化ホウ素粉
末の焼結助剤として公知の前記金属化合物が使用
出来る。一般には、例えば硝酸塩，炭酸塩，アル
ミン酸塩，ハロゲン化物，酸化物等の化合物が好
適に使用される。 また本発明の複合焼結体を構成する各成分の組
成比は窒化アルミニウム粉末を該窒化アルミニウ
ム粉末と窒化ホウ素粉末との合計量の60〜95重量
％、好ましくは70〜90重量％、窒化ホウ素を同じ
く40〜５重量％、好ましくは30〜10重量％の範囲
で、また周期律表第ａ族又は第ａ族金属より
選ばれた少なくとも一種の金属又は金属化合物は
上記窒化アルミニウム粉末と窒化ホウ素粉末との
合計量に対して0.01〜10重量％、好ましくは0.05
〜５重量％の範囲で含むように選択すれば良好で
ある。 本発明においては上記窒化アルミニウム粉末，
窒化ホウ素粉末及び焼結助剤よりなる複合組成物
を、予め静水圧プレス成形して、次いで加圧加熱
下での焼結に供する。ここで、焼結助剤は必らず
しも窒化アルミニウム粉末又は窒化ホウ素粉末に
添加する必要はなく、予め窒化アルミニウム粉末
又は窒化ホウ素粉末の製造時に焼結助剤が含まれ
るように該粉末の製造原料中に混合しても良い。 本発明における前記窒化アルミニウム粉末，窒
化ホウ素粉末及び焼結助剤との混合は特に限定さ
れず、乾式混合であつても湿式混合であつてもよ
い。特に好適な実施態様は湿式混合すなわち液体
分散媒体を使用する湿式状態での混合である。該
液体分散媒体は特に限定されず、一般に使用され
る水，アルコール類，炭化水素類またはこれらの
混合物が好適に使用される。特に工業的に最も好
適に採用されるのは、メタノール，エタノール，
ブタノールなどの炭素原子数４以下の低級アルコ
ール類である。 また、前記の混合に使用する湿式混合装置とし
ては、特に限定されず公知のものが使用される
が、特に純度の高い窒化アルミニウム粉末及び窒
化ホウ素粉末の混合に使用する場合には、材質に
基因する不純物成分を生じないものを選ぶのが好
ましい。例えば、材質としては窒化アルミニウム
自信あるいはポリエチレン，ポリウレタン，ナイ
ロンなどのプラスチツク材料あるいはこれらで被
覆された材質などを選定すればよい。 本発明における焼結体製造の最も好適な具体的
実施態様としては、前記窒化アルミニウム粉末，
窒化ホウ素粉末及び焼結助剤を添加した混合粉末
を静水圧プレスにより成形し、更に必要に応じて
成形加工を施した後に黒鉛型中に設置して、不活
性雰囲気下例えば窒素ガス雰囲気下にて機械的圧
力を印加しつつ焼結する方法である。 本発明で採用される静水圧プレス成形は特に限
定的ではなく、公知の方法を用いることができ
る。例えば、前記複合組成物よりなる混合粉末を
ゴム型内に充填し、水中にて加圧する方法が用い
られる。該加圧は、一般に200〜5000Kg／cm2の範
囲が良く、より好ましくは500〜3000Kg／cm2の範
囲が良い。上記圧力が低くずぎると得られた成形
体の密度が充分に上がらず、成形体の強度が低く
取り扱いが困難になつたり、また、焼結の際の収
縮量が大きくなつて窒化ホウ素粒子が配向してし
まい、本発明の目的である等方性の焼結体が得ら
れなくなつてしまう場合もある。また逆に圧力が
高過ぎても成形体に悪影響はないが、必要以上に
圧力を高くしても成形体の密度はさほど変わらな
いし、装置的な困難性をも伴なうので経済ベース
で上限圧を決めればよい。上記静水圧プレスによ
り得られた成形体は、次いで加圧加熱下で焼結に
供される。一般にはホツトプレス焼結法が好適に
採用され、この場合はホツトプレス用の型例えば
黒鉛型中に設置し、成形体の外寸と黒鉛型の内寸
ができるだけ一致するように選ぶのがよい。従つ
て、予め成形体の寸法を予想して静水圧プレス成
形用の型を製作するのが一般的であるが、成形体
の外形を加工することにより、寸法を合わせるこ
ともできる。また、上記型枠の内面には、焼結体
と型枠の材質例えば黒鉛の反応を防止するために
窒化ホウ素を塗布しておくことが好ましい。更に
また焼結時の雰囲気は、一般に不活性雰囲気例え
ば窒素ガス雰囲気が採用される。 本発明の加圧加熱下の焼結は一般にホツトプレ
ス焼結法が好適に採用され、通常1500〜2100℃の
温度範囲で、20〜500Kg／cm2の圧力範囲で実施す
ると十分である。また、昇温速度は焼結体の体積
及び形状によつて変える必要があり、かつ焼結助
剤の種類によつても変わるが、一般に焼結体の比
表面積が小さくなる程昇温速度は遅くすること
が、均質な焼結体を得る上で有効である。 〔発明の効果〕 本発明の製造方法により得られる複合焼結体
は、物性の異方性が小さくなるが、これは単純に
焼結を行なう場合に較べ、焼結時の収縮量が小さ
くなる為に、窒化ホウ素の粒子が加圧軸に垂直な
方向に配向してしまう事を防げるからと考えられ
る。そして、これにより本発明で得られる複合焼
結体を例えば機械部品として用いる場合に、強度
の異方性を考慮する必要がなくなつたり、より信
頼性が高まるなど、本発明の工業的価値は極めて
大きいものである。 〔実施例〕 以下、実施例によつて本発明を具体的に例示す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。 実施例 １ 平均粒子径が1.31μmで3μm以下の粒子が90容
量％を占め、且つ表１に示す組成の窒化アルミニ
ウム粉末80重量部と、平均粒子径2.5μmで5μm以
下の粒子の割合が95容量％で且つ純度が99.5％の
六方晶窒化ホウ素粉末20重量部、及びカルシウム
アルミネート（3CaO・Ａ2O3）0.5重量部とを、
ナイロン製ポツトとナイロン・コーテイングした
ボールを用い、エタノールを分散媒体として均一
にボールミル混合した。得られた混合粉末を乾燥
した後、約600ｇをゴム製型枠に充填し、2000
Kg／cm2の圧力で静水圧プレスし、外径約50mm，長
さ約170mmの円柱状成形体とした。この成形体を、
六方晶窒化ホウ素粉末を内壁にコーテイングした
内径50mmの黒鉛型に入れ、200Kg／cm2で一軸加圧
しつつ、1900℃の温度で12時間ホツトプレス焼成
した。尚、室温から1400℃までの昇温速度は５
℃／minで、1400℃から1900℃までの昇温速度は
１℃／minとし、雰囲気は約１気圧の窒素ガス中
で行なつた。得られた白色の焼結体の密度は2.97
ｇ／cm3であつた。この焼結体から、ホツトプレス
軸に垂直な方向及び平行な方向にスパンをとれる
様に約３mm角の柱状試験片を切り出し、1500番の
サンドペーパー仕上げをして、クロスヘツドスピ
ード0.5mm／min，スパン20mmの３点曲げ強度を
測定した。その結果、ホツトプレス軸に垂直な方
向にスパンをとつた場合の平均強度は36Kg／mm2，
ホツトプレス軸に平行な方向にスパンをとつた場
合の平均強度は32Kg／mm2であつた。 また、同じ焼結体から直径約10mm，厚さ2.5mm
の円板状試料を切り出し、室温における熱伝導率
をレーザーフラツシユ法で求めたところ、ホツト
プレス軸に垂直な方向は94W／ｍ・ｋ，ホツトプ
レス軸に平行な方向は91W／ｍ・ｋであつた。 更に、本実施例で得られた複合焼結体の加工性
を調べたところ、超硬ドリルによる穿孔、超硬バ
イトによる高速切削のいずれも容易に行なえ、快
削性である事が判つた。
問題点〕 本発明は窒化アルミニウムと窒化ホウ素を含有
する高密度な複合焼結体の製造方法に関する。詳
しくは、窒化アルミニウム粉末，窒化ホウ素粉末
および、周期律表第ａ族又は第ａ族の金属よ
りなる化合物からなる混合粉末を、予め静水圧で
成形した後、加圧加熱下で焼結する事を特徴とす
る、複合焼結体の製造方法を提供する。 窒化ケイ素や炭化ケイ素などのいわゆる非酸化
物系セラミツクスは、高温高強度材料として最近
特に注目されているセラミツクスであるが、これ
らの焼結体は一旦焼結すると、後加工による任意
形状の付与は非常に困難となり、この問題が実用
上のひとつの大きな難点とされている。このため
酸化物では最近ガラスの中に微細な雲母の結晶を
多数析出させたガラスセラミツクスや、天然又は
合成雲母の粉末をホツトプレスして得られるいわ
ゆるマイカセラミツクスが開発されている。これ
らのセラミツクスは普通工具で切削，研削可能な
マシーナブルセラミツクスであり、セラミツクス
の加工性を改良したものとして有用なものであ
る。また非酸化性セラミツクスの中では六方晶の
窒化ホウ素が層状黒鉛構造であることからその焼
結体は普通工具で切削，研削が可能であり古くか
ら実用化されている。しかしながら、前記の各種
マシーナブルセラミツクスは易加工性であるとい
う長所はあるが、反面“やわらかい”，“弱い”と
いう根本的な欠点を有しており、セラミツクスと
して広汎に利用されるという状況にはなつていな
い。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者等は非酸化物系のマシーナブルセラミ
ツクスについて鋭意研究した結果、窒化アルミニ
ウム，窒化ホウ素及び周期律表第ａ族又は第
ａ族金属より選ばれた少くとも一種の金属化合物
からなる新規な複合焼結体を開発し既に提案し
た。該複合焼結体は機械的破断面が多角形状の結
晶粒が緊密に充填され、その充填された粒子の粒
界面の一部又は全部に薄層状の結晶粒が介在した
状態で構成された焼結体で、普通工具によつて高
速切削が可能であり、しかも曲げ強度が組成によ
つては35Kg／mm2以上と、高強度セラミツクス並み
の強さを有する画期的なセラミツクスである。本
発明者等は該複合焼結体の製造方法について鋭意
研究した結果、窒化アルミニウム粉末，窒化ホウ
素粉末および周期律表第ａ族又は第ａ族金よ
り選ばれた少なくとも１種の金属化合物からなる
混合粉末を焼結する際に、予め静水圧にて成形し
てから焼結する事により、得られる焼結体の普通
工具による切削性は維持されたままで、機械的強
度及び熱伝導性等の物性の異方性が小さくなり、
特にホツトプレス焼結によつて得た焼結体はホツ
トプレス軸に平行な方向にスパンをとつた場合の
３点曲げ強度については、従来の単に混合粉末を
ホツトプレス焼結する方法で得られる焼結体のそ
れに比較して約２倍或いはそれ以上向上する事を
見出し、本発明を完成するに至つた。 即ち、本発明は、窒化アルミニウム粉末，窒化
ホウ素粉末及び周期律表第ａ族又は第ａ族の
金属化合物よりなり、該窒化アルミニウム粉末及
び窒化ホウ素粉末は窒化アルミニウム粉末と窒化
ホウ素粉末との合計量のそれぞれ60〜95重量％及
び40〜５重量％となるように、また該金属化合物
は該金属の最高原子価の酸化物に換算して該窒化
アルミニウム粉末と窒化ホウ素粉末との合計量に
対して0.01〜10重量％となるようにそれぞれ配合
した複合組成物を、予め静水圧下に成形し、次い
で該成形物を加圧加熱下で焼結することを特徴と
する複合焼結体の製造方法である。 本発明で使用する窒化アルミニウム粉末は、い
かなるものでも採用することができるが、ち密な
複合焼結体を得る場合は、窒化アルミニウム粉末
の平均粒子径（遠心式粒度分布測定装置、例えば
堀場製作所製のCAPA500などで測定した凝集粒
子の平均粒径を言う）が5μm以下であることが好
ましい。好適には3μm以下、最も好適には2μm以
下の粉末が採用される。特に3μm以下の粒子を70
容量％以上含む粉末が好適である。また、高熱伝
導性の複合焼結体を得る場合はＡＮの含有量
（ＡＮ粉末の窒素の含有量から計算される）は
90重量％以上の窒化アルミニウム粉末が好適に採
用され、更には94重量％以上、また、さらに好適
には97重量％以上の粉末が採用される。 本発明に於いて好適に使用される窒化アルミニ
ウム粉末としては、平均粒子径が3μm以下、特に
好ましくは2μm以下の粉末で、3μm以下の粒子を
70容量％以上含み、酸素含有量が3.0重量％以下、
且つ窒化アルミニウム組成をＡＮとするとき含
有する陽イオン不純物が0.5重量％以下である窒
化アルミニウム粉末である。このような窒化アル
ミニウム粉末を用いた場合は、得られる複合焼結
体の熱伝導率の向上と共に高温での機械的強度の
低下を抑制することができるために本発明で好適
に使用される。就中、平均粒子径が3μm以下特に
2μm以下の粉末で、3μm以下以下の粒子を70容量
％以上含み、酸素含有量が1.5重量％以下、且つ
窒化アルミニウム組成をＡＮとするとき含有す
る陽イオン不純物が0.3重量％以下である窒化ア
ルミニウム粉末を用いた場合には、得られる複合
焼結体の熱伝導率の向上と高温での機械的強度の
低下の抑制効果とが著しいため、本発明では特に
好適に使用される。 本発明で使用する窒化アルミニウム粉末の製法
は特に限定されず公知の方法が採用できる。例え
ば、金属アルミニウムを窒素中で窒化した後粉砕
処理する方法、アルミナを還元窒化する方法、金
属アルミニウムを窒素中でアーク放電する方法、
ＡＣ3とNH3との気相反応による方法、
（NH4）3ＡF6やＡＣ3・NH3などの熱分解
による方法等が採用できる。 本発明で使用する前記窒化ホウ素粉末も特に限
定されずいかなるものも使用することが出来る。
一般に好適に使用される代表的なものを例示すれ
ば次の通りである。即ち、一般に好適に使用れる
窒化ホウ素粉末は、窒化ホウ素の純度が99.0重量
％以上で、平均粒子径が5μm以下のものである。
また該窒化ホウ素粉末の製法も特に限定されず公
知の方法が採用出来る。 例えば、 (1) 尿素の存在下にH3BO3又はNa2B4O7をNH3
雰囲気中で500〜950℃で加熱して製造する方
法， (2) BCI3とNH3とを反応させて製造する方法， (3) Fe−Ｂ合金を500〜1400℃の温度で加熱し、
その後Feを例えば酸で溶解除去する方法， 等が採用出来る。 また、本発明で用いる前記周期律表第ａ族又
は第ａ族の金属から選ばれた少くとも一種の金
属又は金属化合物（以下、単に焼結助剤と呼ぶこ
ともある。）は特に限定されず公知のものを使用
出来る。特に好適に使用される代表的なものを例
示すると次の通りである。該周期律表第ａ族か
らなる金属としては一般にベリリウム，カルシウ
ム，ストロンチウム，バリウム等が好適である。
また周期律表第ａ族からなる金属としてはイツ
トリウム又はランタン族金属が好適に使用され、
より具体的に挙げればイツトリウム，ランタン，
セリウム，プラセオジム，ネオジム，ブロメチウ
ム，サマリウム，ユーロビウム，ガドリニウム，
テルビウム，ジスプロシウム，ホルミウム，エル
ピウム，ツリウム，イツテルピウム，ルテチウム
等特にイツトリウム，ランタン，セリウム，ネオ
ジム等が好適である。これらの周期律表第ａ族
又は第ａ族よりなる金属化合物は特に限定され
ず窒化アルミニウム粉末及び／又は窒化ホウ素粉
末の焼結助剤として公知の前記金属化合物が使用
出来る。一般には、例えば硝酸塩，炭酸塩，アル
ミン酸塩，ハロゲン化物，酸化物等の化合物が好
適に使用される。 また本発明の複合焼結体を構成する各成分の組
成比は窒化アルミニウム粉末を該窒化アルミニウ
ム粉末と窒化ホウ素粉末との合計量の60〜95重量
％、好ましくは70〜90重量％、窒化ホウ素を同じ
く40〜５重量％、好ましくは30〜10重量％の範囲
で、また周期律表第ａ族又は第ａ族金属より
選ばれた少なくとも一種の金属又は金属化合物は
上記窒化アルミニウム粉末と窒化ホウ素粉末との
合計量に対して0.01〜10重量％、好ましくは0.05
〜５重量％の範囲で含むように選択すれば良好で
ある。 本発明においては上記窒化アルミニウム粉末，
窒化ホウ素粉末及び焼結助剤よりなる複合組成物
を、予め静水圧プレス成形して、次いで加圧加熱
下での焼結に供する。ここで、焼結助剤は必らず
しも窒化アルミニウム粉末又は窒化ホウ素粉末に
添加する必要はなく、予め窒化アルミニウム粉末
又は窒化ホウ素粉末の製造時に焼結助剤が含まれ
るように該粉末の製造原料中に混合しても良い。 本発明における前記窒化アルミニウム粉末，窒
化ホウ素粉末及び焼結助剤との混合は特に限定さ
れず、乾式混合であつても湿式混合であつてもよ
い。特に好適な実施態様は湿式混合すなわち液体
分散媒体を使用する湿式状態での混合である。該
液体分散媒体は特に限定されず、一般に使用され
る水，アルコール類，炭化水素類またはこれらの
混合物が好適に使用される。特に工業的に最も好
適に採用されるのは、メタノール，エタノール，
ブタノールなどの炭素原子数４以下の低級アルコ
ール類である。 また、前記の混合に使用する湿式混合装置とし
ては、特に限定されず公知のものが使用される
が、特に純度の高い窒化アルミニウム粉末及び窒
化ホウ素粉末の混合に使用する場合には、材質に
基因する不純物成分を生じないものを選ぶのが好
ましい。例えば、材質としては窒化アルミニウム
自信あるいはポリエチレン，ポリウレタン，ナイ
ロンなどのプラスチツク材料あるいはこれらで被
覆された材質などを選定すればよい。 本発明における焼結体製造の最も好適な具体的
実施態様としては、前記窒化アルミニウム粉末，
窒化ホウ素粉末及び焼結助剤を添加した混合粉末
を静水圧プレスにより成形し、更に必要に応じて
成形加工を施した後に黒鉛型中に設置して、不活
性雰囲気下例えば窒素ガス雰囲気下にて機械的圧
力を印加しつつ焼結する方法である。 本発明で採用される静水圧プレス成形は特に限
定的ではなく、公知の方法を用いることができ
る。例えば、前記複合組成物よりなる混合粉末を
ゴム型内に充填し、水中にて加圧する方法が用い
られる。該加圧は、一般に200〜5000Kg／cm2の範
囲が良く、より好ましくは500〜3000Kg／cm2の範
囲が良い。上記圧力が低くずぎると得られた成形
体の密度が充分に上がらず、成形体の強度が低く
取り扱いが困難になつたり、また、焼結の際の収
縮量が大きくなつて窒化ホウ素粒子が配向してし
まい、本発明の目的である等方性の焼結体が得ら
れなくなつてしまう場合もある。また逆に圧力が
高過ぎても成形体に悪影響はないが、必要以上に
圧力を高くしても成形体の密度はさほど変わらな
いし、装置的な困難性をも伴なうので経済ベース
で上限圧を決めればよい。上記静水圧プレスによ
り得られた成形体は、次いで加圧加熱下で焼結に
供される。一般にはホツトプレス焼結法が好適に
採用され、この場合はホツトプレス用の型例えば
黒鉛型中に設置し、成形体の外寸と黒鉛型の内寸
ができるだけ一致するように選ぶのがよい。従つ
て、予め成形体の寸法を予想して静水圧プレス成
形用の型を製作するのが一般的であるが、成形体
の外形を加工することにより、寸法を合わせるこ
ともできる。また、上記型枠の内面には、焼結体
と型枠の材質例えば黒鉛の反応を防止するために
窒化ホウ素を塗布しておくことが好ましい。更に
また焼結時の雰囲気は、一般に不活性雰囲気例え
ば窒素ガス雰囲気が採用される。 本発明の加圧加熱下の焼結は一般にホツトプレ
ス焼結法が好適に採用され、通常1500〜2100℃の
温度範囲で、20〜500Kg／cm2の圧力範囲で実施す
ると十分である。また、昇温速度は焼結体の体積
及び形状によつて変える必要があり、かつ焼結助
剤の種類によつても変わるが、一般に焼結体の比
表面積が小さくなる程昇温速度は遅くすること
が、均質な焼結体を得る上で有効である。 〔発明の効果〕 本発明の製造方法により得られる複合焼結体
は、物性の異方性が小さくなるが、これは単純に
焼結を行なう場合に較べ、焼結時の収縮量が小さ
くなる為に、窒化ホウ素の粒子が加圧軸に垂直な
方向に配向してしまう事を防げるからと考えられ
る。そして、これにより本発明で得られる複合焼
結体を例えば機械部品として用いる場合に、強度
の異方性を考慮する必要がなくなつたり、より信
頼性が高まるなど、本発明の工業的価値は極めて
大きいものである。 〔実施例〕 以下、実施例によつて本発明を具体的に例示す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるもの
ではない。 実施例 １ 平均粒子径が1.31μmで3μm以下の粒子が90容
量％を占め、且つ表１に示す組成の窒化アルミニ
ウム粉末80重量部と、平均粒子径2.5μmで5μm以
下の粒子の割合が95容量％で且つ純度が99.5％の
六方晶窒化ホウ素粉末20重量部、及びカルシウム
アルミネート（3CaO・Ａ2O3）0.5重量部とを、
ナイロン製ポツトとナイロン・コーテイングした
ボールを用い、エタノールを分散媒体として均一
にボールミル混合した。得られた混合粉末を乾燥
した後、約600ｇをゴム製型枠に充填し、2000
Kg／cm2の圧力で静水圧プレスし、外径約50mm，長
さ約170mmの円柱状成形体とした。この成形体を、
六方晶窒化ホウ素粉末を内壁にコーテイングした
内径50mmの黒鉛型に入れ、200Kg／cm2で一軸加圧
しつつ、1900℃の温度で12時間ホツトプレス焼成
した。尚、室温から1400℃までの昇温速度は５
℃／minで、1400℃から1900℃までの昇温速度は
１℃／minとし、雰囲気は約１気圧の窒素ガス中
で行なつた。得られた白色の焼結体の密度は2.97
ｇ／cm3であつた。この焼結体から、ホツトプレス
軸に垂直な方向及び平行な方向にスパンをとれる
様に約３mm角の柱状試験片を切り出し、1500番の
サンドペーパー仕上げをして、クロスヘツドスピ
ード0.5mm／min，スパン20mmの３点曲げ強度を
測定した。その結果、ホツトプレス軸に垂直な方
向にスパンをとつた場合の平均強度は36Kg／mm2，
ホツトプレス軸に平行な方向にスパンをとつた場
合の平均強度は32Kg／mm2であつた。 また、同じ焼結体から直径約10mm，厚さ2.5mm
の円板状試料を切り出し、室温における熱伝導率
をレーザーフラツシユ法で求めたところ、ホツト
プレス軸に垂直な方向は94W／ｍ・ｋ，ホツトプ
レス軸に平行な方向は91W／ｍ・ｋであつた。 更に、本実施例で得られた複合焼結体の加工性
を調べたところ、超硬ドリルによる穿孔、超硬バ
イトによる高速切削のいずれも容易に行なえ、快
削性である事が判つた。
【表】
【表】
比較例 １
実施例１に於いて、静水圧プレスの工程を省略
し、乾燥した混合粉末をそのまま黒鉛型に充填し
てホツトプレスした以外は実施例１と同様にして
実施した。得られた白色の焼結体の密度は2.96
ｇ／cm3であつた。この焼結体から実施例１と同様
にして試験片を切り出し３点曲げ強度を測定した
ところ、ホツトプレス軸に垂直な方向にスパンを
とつた場合の平均強度は39Kg／mm2，ホツトプレス
軸に平行な方向にスパンをとつた場合の平均強度
は18Kg／mm2であつた。 また、熱伝導率を測定したところ、ホツトプレ
ス軸に垂直な方向は102W／ｍ・ｋ，ホツトプレ
ス軸に平行な方向は86W／ｍ・ｋであつた。 更に、本比較例で得られた複合焼結体の加工性
を調べたところ、実施例１と同様に快削性である
事が判つた。 実施例 ２ 実施例１で用いたと同様の窒化アルミニウム粉
末72重量部と六方晶窒化ホウ素粉末28重量部、及
びカルシウムアルミネート（3CaO・Ａ2O3）
0.2重量部とを、実施例１と同様の方法で混合し
た。得られた混合粉末を乾燥した後、約920ｇを
ゴム型に充填し、2000Kg／cm2の圧力で静水圧プレ
スし、外径約100mm，長さ約71mmの円柱状成形体
とした。この成形体を、六方晶窒化アルミニウム
粉末を内壁にコーテイングした内径100mmの黒鉛
型に入れ、200Kg／cm2の圧力で一軸加圧しつつ、
2000℃の温度で18時間焼成した。尚、室温から
1400℃までの昇温速度は５℃／min，1400℃から
2000℃までの昇温速度は１℃／minとした。雰囲
気は約１気圧の窒素ガス中で行なつた。 得られた白色の焼結体の密度は2.85ｇ／cm3であ
つた。実施例１と同様にしてこの焼結体の物性を
調べたところ、ホツトプレス軸に垂直な方向にス
パンをとつた場合の平均強度は32Kg／cm2，ホツト
プレス軸に平行な方向にスパンをとつた場合の平
均強度は29Kg／cm2であつた。また、ホツトプレス
軸に垂直な方向の熱伝導率は81W／ｍ・ｋ，ホツ
トプレス軸に平行な方向は77W／ｍ・ｋであつ
た。 更に、加工性についても、実施例１で得たもの
と同様、快削性である事が判つた。 実施例 ３〜５ 実施例１に於いて、焼結助剤の種類と量を表２
の如く変え、それ以外は実施例１と同様にして複
合焼結体を得た。 それぞれの複合焼結体について、実施例１と同
様にして物性を測定した結果を表２に合わせて示
す。
し、乾燥した混合粉末をそのまま黒鉛型に充填し
てホツトプレスした以外は実施例１と同様にして
実施した。得られた白色の焼結体の密度は2.96
ｇ／cm3であつた。この焼結体から実施例１と同様
にして試験片を切り出し３点曲げ強度を測定した
ところ、ホツトプレス軸に垂直な方向にスパンを
とつた場合の平均強度は39Kg／mm2，ホツトプレス
軸に平行な方向にスパンをとつた場合の平均強度
は18Kg／mm2であつた。 また、熱伝導率を測定したところ、ホツトプレ
ス軸に垂直な方向は102W／ｍ・ｋ，ホツトプレ
ス軸に平行な方向は86W／ｍ・ｋであつた。 更に、本比較例で得られた複合焼結体の加工性
を調べたところ、実施例１と同様に快削性である
事が判つた。 実施例 ２ 実施例１で用いたと同様の窒化アルミニウム粉
末72重量部と六方晶窒化ホウ素粉末28重量部、及
びカルシウムアルミネート（3CaO・Ａ2O3）
0.2重量部とを、実施例１と同様の方法で混合し
た。得られた混合粉末を乾燥した後、約920ｇを
ゴム型に充填し、2000Kg／cm2の圧力で静水圧プレ
スし、外径約100mm，長さ約71mmの円柱状成形体
とした。この成形体を、六方晶窒化アルミニウム
粉末を内壁にコーテイングした内径100mmの黒鉛
型に入れ、200Kg／cm2の圧力で一軸加圧しつつ、
2000℃の温度で18時間焼成した。尚、室温から
1400℃までの昇温速度は５℃／min，1400℃から
2000℃までの昇温速度は１℃／minとした。雰囲
気は約１気圧の窒素ガス中で行なつた。 得られた白色の焼結体の密度は2.85ｇ／cm3であ
つた。実施例１と同様にしてこの焼結体の物性を
調べたところ、ホツトプレス軸に垂直な方向にス
パンをとつた場合の平均強度は32Kg／cm2，ホツト
プレス軸に平行な方向にスパンをとつた場合の平
均強度は29Kg／cm2であつた。また、ホツトプレス
軸に垂直な方向の熱伝導率は81W／ｍ・ｋ，ホツ
トプレス軸に平行な方向は77W／ｍ・ｋであつ
た。 更に、加工性についても、実施例１で得たもの
と同様、快削性である事が判つた。 実施例 ３〜５ 実施例１に於いて、焼結助剤の種類と量を表２
の如く変え、それ以外は実施例１と同様にして複
合焼結体を得た。 それぞれの複合焼結体について、実施例１と同
様にして物性を測定した結果を表２に合わせて示
す。
【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化アルミニウム粉末，窒化ホウ素粉末及び
周期律表第ａ族又は第ａ族の金属化合物より
なり、該窒化アルミニウム粉末及び窒化ホウ素粉
末は窒化アルミニウム粉末と窒化ホウ素粉末との
合計量のそれぞれ60〜95重量％及び40〜５重量％
となるように、また該金属化合物は該金属の最高
原子価の酸化物に換算して該窒化アルミニウム粉
末と窒化ホウ素粉末との合計量に対して0.01〜10
重量％となるようにそれぞれ配合した複合組成物
を、予め静水圧下に成形し、次いで該成形物を加
圧加熱下で焼結することを特徴とする複合焼結体
の製造方法。 ２ 静水圧が200〜5000Kg／cm2である特許請求の
範囲１記載の複合焼結体の製造方法。 ３ 加圧加熱が20〜500Kg／cm2の圧力及び1500〜
2100℃の温度である特許請求の範囲１記載の複合
焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60193054A JPS6256377A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | 複合焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60193054A JPS6256377A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | 複合焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6256377A JPS6256377A (ja) | 1987-03-12 |
| JPH0466831B2 true JPH0466831B2 (ja) | 1992-10-26 |
Family
ID=16301417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60193054A Granted JPS6256377A (ja) | 1985-09-03 | 1985-09-03 | 複合焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6256377A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2628510B2 (ja) * | 1988-04-08 | 1997-07-09 | 新日本製鐵株式会社 | ＢＮ−ＡｌＮ系複合焼結体の製造方法 |
| RU2734682C1 (ru) * | 2019-11-12 | 2020-10-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) | Способ изготовления керамики из нитрида кремния с легкоплавкой спекающей добавкой алюмината кальция |
-
1985
- 1985-09-03 JP JP60193054A patent/JPS6256377A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6256377A (ja) | 1987-03-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |