JPH0513083B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0513083B2 JPH0513083B2 JP62150312A JP15031287A JPH0513083B2 JP H0513083 B2 JPH0513083 B2 JP H0513083B2 JP 62150312 A JP62150312 A JP 62150312A JP 15031287 A JP15031287 A JP 15031287A JP H0513083 B2 JPH0513083 B2 JP H0513083B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- slurry
- temperature
- raw material
- oxygen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Description
（産業上の利用分野）
本発明は、機械的強度と耐熱性、耐熱衝撃性、
耐摩耗性に優れた窒化珪素焼結体の製造法に関す
るものである。 （従来の技術） 窒化珪素焼結体は、機械的強度、耐熱性、耐熱
衝撃性、耐摩耗性などの点に優れているため、近
年、ガスタービン部品など高温構造材料として注
目されている。しかしながら、窒化珪素は焼結性
に乏しく単味では焼結しにくいため、高密度、高
強度な焼結体を得ることは、一般に困難である。 従来の窒化珪素焼結体の製造法としては、珪素
を窒化させつつ焼結させるいわゆる反応焼結法と
窒化珪素粉末にMgOなどの焼結助剤を添加して
ホツトプレスする方法が知られている。しかし、
前の反応焼結法では、ほとんど焼成収縮がないた
め高密度なものは得られずしたがつて高強度の窒
化珪素が得られない欠点があつた。また、後者の
ホツトプレスにより方法では、高密度、高強度の
ものは得られるが、製法に伴なう制約から比較的
簡単な形状のものしか製造できず、経済的にも高
価になるという欠点があつた。 これらの製造法の他に、近年、窒化珪素粉末
に、Y2O3、Al2O3、MgO、CeO2等の焼結助剤を
添加し、成形後、不活性ガス雰囲気下で焼成する
方法が、例えば特公昭58−49509号公報において
開示されている。これは、焼結助剤が高温でガラ
ス化し液相焼結反応によつて、窒化珪素の焼結を
促進させることをねらつたものである。しかし、
上記の焼結助剤だけではガラス生成の温度が高
く、焼結は難しいはずであるが、元来、原料中に
含まれている酸素すなわちSiO2が、これらの焼
結助剤と反応して低融点のガラスを生成すること
で、焼結を容易にしている。 （発明が解決しようとする問題点） 窒化珪素原料粉末に添加した焼結助剤のはたら
きを効果的にするためには、適当量の酸素、すな
わち、SiO2の存在が重要である。この際、少な
すぎても焼結性に影響し、多すぎても高温強度の
低下をまねき、特性を劣化させる問題点を含んで
いる。 従来は、窒化珪素焼結体中の酸素を増加させる
方法として、原料あるいは成形体を仮焼して酸素
量を増やすことがおこなわれているが、この場
合、酸化される部分が原料においては仮焼用のサ
ヤに入れた原料の上層部、成形体においては成形
体の表面層のみに限られ、内部まで十分かつ均一
に酸化されない不具合があつた。 また、特開昭62−138352号には、四季温度変化
によりスラリーの温度が変動し粉砕原料の品質が
安定しないという問題に対し、冷却水を制御しス
ラリー温度を所定の温度に保持されることにより
粘度を一定にし品質を安定させる技術が示されて
いる。この特開昭62−138352号中には、上記方法
にて所望のSiO量を得ることができることも述べ
られているが、スラリーの温度が低く十分なSiO
量は得られていなかつた。 （問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、上述した不具合をなくし、所
定の酸素量を原料粉末中に均一に含有させるよう
調整する方法を提供するものである。 本発明では、原料粉末を湿式粉砕する際、スラ
リー温度を35〜100℃の範囲に保ちつつ粉砕する
ことで、従来35℃以下の水で粉砕する場合より
も、粉末の粒子表面の酸化反応を促進することが
でき、スラリー温度と、粉砕時間とにより、所定
の酸素量を粉体中に均一に含有させることができ
る。 本発明で用いる窒化珪素粉末は、少なくともα
相を30％以上含むことが望ましく、その理由は、
α相よりβ相への転移が強度向上に効果的である
ためである。 湿式粉砕は、窒化珪素粉末単味で行なつてもよ
く、また、窒化珪素とAl2O3、MgO、
CeO2SrCO3の何れかよりなる焼結助剤あるいは
ウイスカーなどの補強材を必要に応じ混合した状
態で行なつてもよい。 粉砕する際に、スラリーの温度を35〜100℃の
範囲に限定した理由は、35℃以下の場合酸化反応
が十分進行せず酸素量は増加しにくいためであ
り、100℃までとしたのは、スラリーが蒸発して
粘性が高くなり粉砕効率が下がるためである。 なお、スラリーを加温し35℃〜100℃とすると
窒化珪素中に酸素が導入されSiO2を生成し焼結
助剤がなくなつても焼結し易くなるためである。 以下、具体的な実施例にて説明する。 実施例 １ α層を90重量％以上を含み、平均粒子径が
0.7μmの窒化珪素原料Ａと0.5μmの窒化珪素原料
Ｂを各々40Kgに、焼結助剤として平均粒子径が
1.8μmのCeO22000ｇ、3.2μmのSrCO3568ｇ、
0.5μmのMgO1600ｇを乾式で混合した。次に水
を加えてスラリー化し、25℃、50℃、100℃の温
度に保ち湿式粉砕を行なつた。第１図は本実験で
用いた湿式粉砕装置の概略図を示す。 スラリー１は、粉砕タンク２の底部に取付けら
れた温度センサ３によつて測温され、このセンサ
３によつて、熱交換器４とタンク内壁層５を流れ
る水の開閉を電磁弁６で制御している。このこと
により、ポンプ７により循環しているスラリー１
は、設定した温度に保たれる。すなわち、粉砕タ
ンク２にはスラリー１が玉石８と共に充填され、
撹拌機９により撹拌し、スラリー１はこの粉砕タ
ンク２中にて湿式粉砕される。粉砕タンク２の底
部に取付けられた温度センサ３は、配管１０Ａに
流れるスラリー１の温度を感知し、熱交換器部４
とタンク内壁層５を流れる水の開閉を電磁弁６で
制御している。このことにより、粉砕タンク２の
スラリー１は、配管１０Ａからポンプ７、熱交換
器部４、配管１０Ｂを通り、タンク２へ戻り、熱
交換器４とタンク内壁層５を流れる水により、設
定した温度に保たれている。１１，１２は粉砕タ
ンク２のタンク内壁層５を流れる水の供給口と排
出口とを示し、１３，１４は熱交換器部４を流れ
る水の給水口と排出口を示す。 第１表に、粉砕時間ごとの各酸素量を示す。こ
の酸素量は、粉砕終了後スラリーを乾燥し、得ら
れた粉末を化学分析し、焼結助剤である酸化物中
に含有される酸素量を全酸素量から差し引いた量
である。
耐摩耗性に優れた窒化珪素焼結体の製造法に関す
るものである。 （従来の技術） 窒化珪素焼結体は、機械的強度、耐熱性、耐熱
衝撃性、耐摩耗性などの点に優れているため、近
年、ガスタービン部品など高温構造材料として注
目されている。しかしながら、窒化珪素は焼結性
に乏しく単味では焼結しにくいため、高密度、高
強度な焼結体を得ることは、一般に困難である。 従来の窒化珪素焼結体の製造法としては、珪素
を窒化させつつ焼結させるいわゆる反応焼結法と
窒化珪素粉末にMgOなどの焼結助剤を添加して
ホツトプレスする方法が知られている。しかし、
前の反応焼結法では、ほとんど焼成収縮がないた
め高密度なものは得られずしたがつて高強度の窒
化珪素が得られない欠点があつた。また、後者の
ホツトプレスにより方法では、高密度、高強度の
ものは得られるが、製法に伴なう制約から比較的
簡単な形状のものしか製造できず、経済的にも高
価になるという欠点があつた。 これらの製造法の他に、近年、窒化珪素粉末
に、Y2O3、Al2O3、MgO、CeO2等の焼結助剤を
添加し、成形後、不活性ガス雰囲気下で焼成する
方法が、例えば特公昭58−49509号公報において
開示されている。これは、焼結助剤が高温でガラ
ス化し液相焼結反応によつて、窒化珪素の焼結を
促進させることをねらつたものである。しかし、
上記の焼結助剤だけではガラス生成の温度が高
く、焼結は難しいはずであるが、元来、原料中に
含まれている酸素すなわちSiO2が、これらの焼
結助剤と反応して低融点のガラスを生成すること
で、焼結を容易にしている。 （発明が解決しようとする問題点） 窒化珪素原料粉末に添加した焼結助剤のはたら
きを効果的にするためには、適当量の酸素、すな
わち、SiO2の存在が重要である。この際、少な
すぎても焼結性に影響し、多すぎても高温強度の
低下をまねき、特性を劣化させる問題点を含んで
いる。 従来は、窒化珪素焼結体中の酸素を増加させる
方法として、原料あるいは成形体を仮焼して酸素
量を増やすことがおこなわれているが、この場
合、酸化される部分が原料においては仮焼用のサ
ヤに入れた原料の上層部、成形体においては成形
体の表面層のみに限られ、内部まで十分かつ均一
に酸化されない不具合があつた。 また、特開昭62−138352号には、四季温度変化
によりスラリーの温度が変動し粉砕原料の品質が
安定しないという問題に対し、冷却水を制御しス
ラリー温度を所定の温度に保持されることにより
粘度を一定にし品質を安定させる技術が示されて
いる。この特開昭62−138352号中には、上記方法
にて所望のSiO量を得ることができることも述べ
られているが、スラリーの温度が低く十分なSiO
量は得られていなかつた。 （問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、上述した不具合をなくし、所
定の酸素量を原料粉末中に均一に含有させるよう
調整する方法を提供するものである。 本発明では、原料粉末を湿式粉砕する際、スラ
リー温度を35〜100℃の範囲に保ちつつ粉砕する
ことで、従来35℃以下の水で粉砕する場合より
も、粉末の粒子表面の酸化反応を促進することが
でき、スラリー温度と、粉砕時間とにより、所定
の酸素量を粉体中に均一に含有させることができ
る。 本発明で用いる窒化珪素粉末は、少なくともα
相を30％以上含むことが望ましく、その理由は、
α相よりβ相への転移が強度向上に効果的である
ためである。 湿式粉砕は、窒化珪素粉末単味で行なつてもよ
く、また、窒化珪素とAl2O3、MgO、
CeO2SrCO3の何れかよりなる焼結助剤あるいは
ウイスカーなどの補強材を必要に応じ混合した状
態で行なつてもよい。 粉砕する際に、スラリーの温度を35〜100℃の
範囲に限定した理由は、35℃以下の場合酸化反応
が十分進行せず酸素量は増加しにくいためであ
り、100℃までとしたのは、スラリーが蒸発して
粘性が高くなり粉砕効率が下がるためである。 なお、スラリーを加温し35℃〜100℃とすると
窒化珪素中に酸素が導入されSiO2を生成し焼結
助剤がなくなつても焼結し易くなるためである。 以下、具体的な実施例にて説明する。 実施例 １ α層を90重量％以上を含み、平均粒子径が
0.7μmの窒化珪素原料Ａと0.5μmの窒化珪素原料
Ｂを各々40Kgに、焼結助剤として平均粒子径が
1.8μmのCeO22000ｇ、3.2μmのSrCO3568ｇ、
0.5μmのMgO1600ｇを乾式で混合した。次に水
を加えてスラリー化し、25℃、50℃、100℃の温
度に保ち湿式粉砕を行なつた。第１図は本実験で
用いた湿式粉砕装置の概略図を示す。 スラリー１は、粉砕タンク２の底部に取付けら
れた温度センサ３によつて測温され、このセンサ
３によつて、熱交換器４とタンク内壁層５を流れ
る水の開閉を電磁弁６で制御している。このこと
により、ポンプ７により循環しているスラリー１
は、設定した温度に保たれる。すなわち、粉砕タ
ンク２にはスラリー１が玉石８と共に充填され、
撹拌機９により撹拌し、スラリー１はこの粉砕タ
ンク２中にて湿式粉砕される。粉砕タンク２の底
部に取付けられた温度センサ３は、配管１０Ａに
流れるスラリー１の温度を感知し、熱交換器部４
とタンク内壁層５を流れる水の開閉を電磁弁６で
制御している。このことにより、粉砕タンク２の
スラリー１は、配管１０Ａからポンプ７、熱交換
器部４、配管１０Ｂを通り、タンク２へ戻り、熱
交換器４とタンク内壁層５を流れる水により、設
定した温度に保たれている。１１，１２は粉砕タ
ンク２のタンク内壁層５を流れる水の供給口と排
出口とを示し、１３，１４は熱交換器部４を流れ
る水の給水口と排出口を示す。 第１表に、粉砕時間ごとの各酸素量を示す。こ
の酸素量は、粉砕終了後スラリーを乾燥し、得ら
れた粉末を化学分析し、焼結助剤である酸化物中
に含有される酸素量を全酸素量から差し引いた量
である。
【表】
第１表からわかるように、湿式粉砕をおこなう
際、スラリー温度を上げることによつて窒化珪素
と水との反応が促進され、粉体表面が時間ととも
に酸化が進行する。このため、９時間後の粉砕終
了時には、原料Ａにおいて25℃で0.87重量％、35
℃で1.07重量％、50℃で2.05重量％、原料Ｂにお
いて25℃で0.75重量％、35℃で1.24重量％、50℃
で2.87重量％と酸素量は増加している。さらに、
スラリー温度を上げた100℃では、4.75重量％ア
ツプの6.50重量％と、かなり増加し、反応はかな
り促進した。 以上のことから35〜100℃の温水で湿式粉砕す
ることが、窒化珪素原料粉末中に明らかに酸素量
を増やすことができる効率的な方法であることが
わかつた。 （発明の効果） 本発明の方法を利用すれば、従来35℃以下の水
で粉砕していた時に比較して、窒化珪素原料粉末
中に酸素を均一に増加させることができ、かつ、
酸素量のコントロールが確実に行なえるため、焼
結に際し焼結助剤のガラス化温度が位定し、焼結
度合のバラツキを軽減できる。 本発明によつて調整された窒化珪素原料粉末を
用いた窒化珪素焼結体は、機械的強度、耐摩耗
性、耐酸化性などの諸特性に優れているために、
ベアリングやバルブなどの機械部品、ターボチヤ
ージヤー等の自動車部品などの構造材料として多
くの用途があり、工業上極めて有用である。
際、スラリー温度を上げることによつて窒化珪素
と水との反応が促進され、粉体表面が時間ととも
に酸化が進行する。このため、９時間後の粉砕終
了時には、原料Ａにおいて25℃で0.87重量％、35
℃で1.07重量％、50℃で2.05重量％、原料Ｂにお
いて25℃で0.75重量％、35℃で1.24重量％、50℃
で2.87重量％と酸素量は増加している。さらに、
スラリー温度を上げた100℃では、4.75重量％ア
ツプの6.50重量％と、かなり増加し、反応はかな
り促進した。 以上のことから35〜100℃の温水で湿式粉砕す
ることが、窒化珪素原料粉末中に明らかに酸素量
を増やすことができる効率的な方法であることが
わかつた。 （発明の効果） 本発明の方法を利用すれば、従来35℃以下の水
で粉砕していた時に比較して、窒化珪素原料粉末
中に酸素を均一に増加させることができ、かつ、
酸素量のコントロールが確実に行なえるため、焼
結に際し焼結助剤のガラス化温度が位定し、焼結
度合のバラツキを軽減できる。 本発明によつて調整された窒化珪素原料粉末を
用いた窒化珪素焼結体は、機械的強度、耐摩耗
性、耐酸化性などの諸特性に優れているために、
ベアリングやバルブなどの機械部品、ターボチヤ
ージヤー等の自動車部品などの構造材料として多
くの用途があり、工業上極めて有用である。
第１図は本発明の実施例に用いた湿式紛砕装置
の構成の概略を示す一部縦断面図である。 １…スラリー、２…粉砕タンク、３…温度セン
サ、４…熱交換器部、５…タンク内壁層、６…電
磁弁、７…ポンプ、８…玉石、９…撹拌機、１０
…配管、１１，１３…給水口、１２，１４…排水
口。
の構成の概略を示す一部縦断面図である。 １…スラリー、２…粉砕タンク、３…温度セン
サ、４…熱交換器部、５…タンク内壁層、６…電
磁弁、７…ポンプ、８…玉石、９…撹拌機、１０
…配管、１１，１３…給水口、１２，１４…排水
口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素原料粉末に溶媒として水を加えてス
ラリー状とし、このスラリーを加熱しその温度を
35〜100℃に保ちつつ、湿式粉砕し、粉砕と同時
に窒化珪素原料粉末中に含有する酸素量を増加さ
せることを特徴とする窒化珪素粉末の調整法。 ２ 前記窒化珪素はα層を90％以上含むことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化珪素粉
末の調整法。 ３ Al2O3、MgO、CeO2、SrCO3の何れかより
なる焼結助剤を水と共に加える特許請求の範囲第
１項記載の窒化珪素粉末の調整法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62150312A JPS63315508A (ja) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | 窒化珪素粉末の調整法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62150312A JPS63315508A (ja) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | 窒化珪素粉末の調整法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63315508A JPS63315508A (ja) | 1988-12-23 |
| JPH0513083B2 true JPH0513083B2 (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=15494267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62150312A Granted JPS63315508A (ja) | 1987-06-18 | 1987-06-18 | 窒化珪素粉末の調整法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63315508A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5055432A (en) * | 1990-07-24 | 1991-10-08 | Eaton Corporation | Process for preparing a nitridable silicon-containing material having at least one densification aid including alumina, and the material resulting therefrom |
| US5079198A (en) * | 1990-07-24 | 1992-01-07 | Eaton Corporation | Ceramic phase in sintered silicon nitride containing cerium, aluminum, and iron |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62241813A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-22 | Ngk Insulators Ltd | 窒化珪素粉末の調整法 |
-
1987
- 1987-06-18 JP JP62150312A patent/JPS63315508A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63315508A (ja) | 1988-12-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |