JPH0513905B2 - - Google Patents
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- JPH0513905B2 JPH0513905B2 JP60043457A JP4345785A JPH0513905B2 JP H0513905 B2 JPH0513905 B2 JP H0513905B2 JP 60043457 A JP60043457 A JP 60043457A JP 4345785 A JP4345785 A JP 4345785A JP H0513905 B2 JPH0513905 B2 JP H0513905B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
産業上に利用分野
本発明は窒化珪素質セラミツクスの製造方法に
関する。更に詳しくは高温構造材料として有用な
高温強度並びに高温安定性において優れた窒化珪
素質セラミツクス焼結体の製造方法に関する。 従来の技術 一般に、セラミツクスは脆性材料であり、破壊
の際の伸びが殆どないために、低応力状態で、あ
るいは応力を緩和するための各種工夫を施して使
用されていた。また、高耐熱性もセラミツクスの
有する重要な特性であるが、この点についても強
度的な限界から応用面が制限されていた。 しかしながら、セラミツクスに高温強度、高温
安定性が付与できれば、その応用分野の著しい拡
大を図ることが可能となると共に、資源的にも豊
富であることから省エネルギー、各種構造材料の
コストの節減を図ることが可能となる。 そこで、最近注目されているセラミツクスとし
て炭化珪素系、窒化珪素系がある。特に窒化珪素
系セラミツクスは高温強度、耐酸化性に優れ、エ
ンジン部品をはじめとする高温構造材料として期
待され、開発が進められている。 ところで、SiO3N4焼結体の製造方法としては、
反応焼結法、ポスト反応焼結法、常圧焼結法、雰
囲気加圧焼結法、HIP法、超高圧焼結法、ホツト
プレス法等各種の方法が知られている。しかしな
がら、単独での焼結は著しく困難であり、緻密な
焼結体を得るためには焼結助剤を添加することが
必要であつた。 このような焼結助剤としてはMgO、Al2O3、
Y2O3、BeOなどの酸化物が主として用いられ、
これらとSiO3N4との混合物を例えば常圧プレス
法、ホツトプレス法等により焼結することによ
り、ほぼ緻密な焼結体を得ていた。 しかしながら、焼結助剤を使用した場合には、
焼結中に液相が生成され、これが緻密化した後に
ガラス相として焼結体中に残存する。そのため
に、高温強度が低くなり、窒化珪素本来の強度が
維持できないという重大な問題があつた。例え
ば、MgOを焼結助剤とした場合には、室温強度
と比較して1300℃ではその強度が1/2程度まで低
下することが知られている。 このような情況の下で、高温強度を向上させる
ために以下のような各種の方法が提案されてい
る。 (i)まず、J.Amer.Ceram.Soc.、1975，58〔７／
８〕、323には、Y2O3を焼結助剤とし、焼結前に
熱処理を施すことによりSi3N4、Y2O3結晶を生成
させ、ガラス相の生成を阻止することからなる方
法が開示されている。その他にも、（）Al2O3
（またはBeO）を焼結助剤とし、SiO3N4固溶化さ
せることによりガラス相の残留を阻止する方法、
（）炭素を添加し、SiO2を還元することにより
ガラス相の生成量を減少させる方法、（）酸素
含有量の低いSiO3N4原料を使用し、かつ焼結助
剤の使用量を制限することによりガラス相を減少
させる方法などが挙げられる。 しかしながら、前記の方法(i)ではホツトプレス
焼結法の使用が必須とされ、またY2O3は高価で
あるために、原料コストが高いといつた欠点があ
る。また、（）および（）の方法においては、
焼結が十分に進行せず、従つて高強度の焼結体が
得られていない。更に、方法（）についても原
料コストが高く、また焼結も困難であるなどの欠
点があつた。 発明が解決しようとする問題点 以上述べてきたように、高温構造材料として注
目されているSiO3N4はこのものが共有結合性の
高い物質であることから焼結体を作製する際に各
種の焼結助剤を使用する必要があつたが、該助剤
は焼結中にガラス相として残留し、高温強度を低
下する。この対策法が種々提案されたが、いずれ
も不十分であり、今までのところ満足な高温強度
改善効果を達成する方法と知られていない。従つ
て、このような方法を開発することは、セラミツ
クスの新たな応用分野を拡大し、各種構造材料の
製造コストを節減する上で大きな意義を有し、各
分野からの強い期待が寄せられている。 本発明の目的もこのような高温強度の向上を図
ることのできる新しい窒化珪素質セラミツクスの
製造方法を提供することにあり、また高温強度並
びに高温安定性が大巾に改善され、高温構造材料
として極めて有用な窒化珪素質セラミツクスを提
供することも本発明の目的の一つである。 問題点を解決するための手段 本発明者等は窒化珪素系セラミツクス材料の、
特に高温構造材料への改良の上記のような現状に
鑑みて種々検討した結果、焼結助剤としてMgO
とAl2O3とSiO2とを使用し、得られる焼結体を最
適条件下で熱処理することにより高温強度の高
い、かつ高温での経時変化の少ない、安定性の優
れたSiO3N4系焼結体が得られることを見出し、
本発明を完成した。 即ち、本発明の窒化珪素質セラミツクスの製造
方法は窒化珪素60〜99重量％および酸化マグネシ
ウムと酸化アルミニウムと酸化珪素とを合計40〜
1.0重量％含み、モル比MgO／Al2O3が0.1〜３、
MgO／SiO2が２以上である原料混合物を焼結し、
得られる焼結体を1150℃〜1500℃の温度下で、非
酸化性雰囲気内に維持し、焼結体中にスピネルを
析出させることを特徴とする。 本発明の方法において、窒化珪素質セラミツク
スの原料混合物は成形、焼結の一般的工程に従つ
て加工され、焼結は従来公知の各種方法で実施さ
れ、例えば以下に示すような非酸化性雰囲気内で
の常圧焼結法、ホツトプレス法、高温静水圧法
（HIP法）等を例示できる。 前記非酸化性雰囲気とは不活性ガス雰囲気ばか
りでなく還元性雰囲気をも包含するものであり、
例えばN2、H2などを典型的な例示として挙げる
ことができる。 本発明の方法において、窒化珪素質セラミツク
ス原料組成物は窒化珪素を主成分としMgO、Al2
O3およびSiO2を焼結助剤として含有する。窒化
珪素は主としてα型であり、粒径は−325メツシ
ユの微粉末を使用する。 一方、MgO、Al2O3およびSiO2は酸化物粉末
あるいは加熱などにより容易に酸化物に添加し得
る化合物、例えば炭酸塩などとして使用すること
ができ、これらは酸化物に換算して合計で1.0〜
40重量％の量で使用する。 焼結助剤を1.0重量％未満で使用した場合には
焼結体の緻密化が不十分であり、また40重量％を
越える量で使用した場合には、窒化珪素自体の優
れた特性が損なわれるのでいずれも好ましくな
い。また、MgOとAl2O3とはモル比で0.1〜３の
範囲となるように混合して使用され、またこのモ
ル比を0.5〜２の範囲とすることにより一層好ま
しい結果を得ることができる。即ち、モル比を３
以上とし、MgOを過剰とした場合には、目的と
するスピネルの生成が不十分であり、ガラス相の
残留率が高くなり、一方0.1以下とし、Al2O3を過
剰とした場合には焼結の進行が不十分であり、高
強度の焼結体を得ることができない。 MgOとSiO2とはモル比で２以上となるように
配合する。これは、２に満たないモル比では一旦
析出したスピネルが1150℃未満の熱処理で溶解し
てしまうためであり、従つてモル比MgO／SiO2
は２以上とすることが必要である。 焼結は、例えば常圧焼結法では1600°〜1900℃、
好ましくは1650°〜1800℃の範囲内の温度にて、
非酸化性雰囲気（通常はN2ガス雰囲気）中で実
施する。この焼結温度も臨界的な条件であり、
1600℃未満では十分に焼結が進行せず、その結果
高強度の焼結体を得ることができず、また1900℃
を越える温度下での焼結ではSiO3N4の分解並び
に粒界成長が著しく、各特性が劣化する。 尚、ホツトプレス等の加圧焼結によつても良好
な結果が得られ、またHIP法によれば更に一層高
い緻密化が達成される。 かくして得られる焼結体は、次いで非酸化性雰
囲気下で焼純し、スピネル構造を析出させる。焼
純温度は1150°〜1500℃の範囲内であり、この焼
純温度は臨界的であり、前記範囲をはずせる場合
にはスピネルが析出しない。即ち、1150℃未満で
はMgOSiO2が析出し、これは焼結体の強度を向
上させず、むしろ低下させることがわかつてお
り、また1500℃を越えた場合にはガラス相からの
結晶化が起こらないので焼純の効果を期待できな
い（添付第１図参照）。 尚、本発明の方法の別の態様によれば、原料組
成物粉末の焼結処理後、冷却速度を調節するたこ
とにより、上記の温度範囲内に少なくとも１時間
保持することによつても、即ち冷却中に温度範囲
1150〜1500℃の焼結体の滞留時間を１時間以上と
なるように調節することにより同様な効果を達成
することができる。 作 用 かくして、本発明の方法に従い、所定組成の原
料組成物を焼結し、次いで焼純処理に付すことに
より、窒化珪素質セラミツクス焼結体の高温強度
を大巾に改善することが可能となる。この効果
は、緻密化の点で有利な高圧焼結法、HIP法の利
用により一層顕著となる。 このような効果は、特に焼結助剤によるガラス
相が焼純過程で消失し、逆に強度的に有利なスピ
ネル（MgAl2O4）が形成されることに基づく。 従つて焼純温度の選択が非常に重要である。従
来1000〜1150℃で使用した場合にMgOSiO2が析
出しSiO3N4焼結体の強度が著しく損われること
が問題となつていた。しかしながら、本発明の方
法により焼純することによりMgOSiO2の形成は
ほぼ完全に阻止できる。 また、SiO3N4としてはα−型及びβ−型が存
在するが、強度的にはα−型が有利であり、本発
明の方法でもα−型のSiO3N4を主として用いる。 実施例 以下、実施例により本発明の方法を更に具体的
に述べる。ただし、これら実施例は本発明を例示
するためのものであり、何等本発明の範囲を制限
するものではない。 実施例 １ α−SiO3N4を90wt％含有するSiO3N4粉末と、平
均粒径0.5μのMgO粉末、Al2O3粉末およびSiO2粉
末とを以下の表１に示すような配合率で配合し、
ポールミルで混合することにより13種の原料を得
た。なおMgO／SiO2は2.5一定となるように調整
した。かくして得られた混合粉末を型押しした
後、２気圧のN2ガス雰囲気下で、1750℃にて２
時間焼結した。次いで、1200℃まで炉内で冷却
し、この温度で５時間、同様に窒素ガス雰囲気下
で保持することにより焼純した。更に室温まで炉
内で冷却した。尚、比較のために一部の試料につ
いては焼純を省略し、焼結後そのまま室温まで冷
却した。得られた生成物から、寸法３mm×４mm×
40mmの試験片を切り出し、これに対し曲げ試験を
実施した。また、スピネルの形成の有無について
も調べた。結果は表１に示す通りである。
関する。更に詳しくは高温構造材料として有用な
高温強度並びに高温安定性において優れた窒化珪
素質セラミツクス焼結体の製造方法に関する。 従来の技術 一般に、セラミツクスは脆性材料であり、破壊
の際の伸びが殆どないために、低応力状態で、あ
るいは応力を緩和するための各種工夫を施して使
用されていた。また、高耐熱性もセラミツクスの
有する重要な特性であるが、この点についても強
度的な限界から応用面が制限されていた。 しかしながら、セラミツクスに高温強度、高温
安定性が付与できれば、その応用分野の著しい拡
大を図ることが可能となると共に、資源的にも豊
富であることから省エネルギー、各種構造材料の
コストの節減を図ることが可能となる。 そこで、最近注目されているセラミツクスとし
て炭化珪素系、窒化珪素系がある。特に窒化珪素
系セラミツクスは高温強度、耐酸化性に優れ、エ
ンジン部品をはじめとする高温構造材料として期
待され、開発が進められている。 ところで、SiO3N4焼結体の製造方法としては、
反応焼結法、ポスト反応焼結法、常圧焼結法、雰
囲気加圧焼結法、HIP法、超高圧焼結法、ホツト
プレス法等各種の方法が知られている。しかしな
がら、単独での焼結は著しく困難であり、緻密な
焼結体を得るためには焼結助剤を添加することが
必要であつた。 このような焼結助剤としてはMgO、Al2O3、
Y2O3、BeOなどの酸化物が主として用いられ、
これらとSiO3N4との混合物を例えば常圧プレス
法、ホツトプレス法等により焼結することによ
り、ほぼ緻密な焼結体を得ていた。 しかしながら、焼結助剤を使用した場合には、
焼結中に液相が生成され、これが緻密化した後に
ガラス相として焼結体中に残存する。そのため
に、高温強度が低くなり、窒化珪素本来の強度が
維持できないという重大な問題があつた。例え
ば、MgOを焼結助剤とした場合には、室温強度
と比較して1300℃ではその強度が1/2程度まで低
下することが知られている。 このような情況の下で、高温強度を向上させる
ために以下のような各種の方法が提案されてい
る。 (i)まず、J.Amer.Ceram.Soc.、1975，58〔７／
８〕、323には、Y2O3を焼結助剤とし、焼結前に
熱処理を施すことによりSi3N4、Y2O3結晶を生成
させ、ガラス相の生成を阻止することからなる方
法が開示されている。その他にも、（）Al2O3
（またはBeO）を焼結助剤とし、SiO3N4固溶化さ
せることによりガラス相の残留を阻止する方法、
（）炭素を添加し、SiO2を還元することにより
ガラス相の生成量を減少させる方法、（）酸素
含有量の低いSiO3N4原料を使用し、かつ焼結助
剤の使用量を制限することによりガラス相を減少
させる方法などが挙げられる。 しかしながら、前記の方法(i)ではホツトプレス
焼結法の使用が必須とされ、またY2O3は高価で
あるために、原料コストが高いといつた欠点があ
る。また、（）および（）の方法においては、
焼結が十分に進行せず、従つて高強度の焼結体が
得られていない。更に、方法（）についても原
料コストが高く、また焼結も困難であるなどの欠
点があつた。 発明が解決しようとする問題点 以上述べてきたように、高温構造材料として注
目されているSiO3N4はこのものが共有結合性の
高い物質であることから焼結体を作製する際に各
種の焼結助剤を使用する必要があつたが、該助剤
は焼結中にガラス相として残留し、高温強度を低
下する。この対策法が種々提案されたが、いずれ
も不十分であり、今までのところ満足な高温強度
改善効果を達成する方法と知られていない。従つ
て、このような方法を開発することは、セラミツ
クスの新たな応用分野を拡大し、各種構造材料の
製造コストを節減する上で大きな意義を有し、各
分野からの強い期待が寄せられている。 本発明の目的もこのような高温強度の向上を図
ることのできる新しい窒化珪素質セラミツクスの
製造方法を提供することにあり、また高温強度並
びに高温安定性が大巾に改善され、高温構造材料
として極めて有用な窒化珪素質セラミツクスを提
供することも本発明の目的の一つである。 問題点を解決するための手段 本発明者等は窒化珪素系セラミツクス材料の、
特に高温構造材料への改良の上記のような現状に
鑑みて種々検討した結果、焼結助剤としてMgO
とAl2O3とSiO2とを使用し、得られる焼結体を最
適条件下で熱処理することにより高温強度の高
い、かつ高温での経時変化の少ない、安定性の優
れたSiO3N4系焼結体が得られることを見出し、
本発明を完成した。 即ち、本発明の窒化珪素質セラミツクスの製造
方法は窒化珪素60〜99重量％および酸化マグネシ
ウムと酸化アルミニウムと酸化珪素とを合計40〜
1.0重量％含み、モル比MgO／Al2O3が0.1〜３、
MgO／SiO2が２以上である原料混合物を焼結し、
得られる焼結体を1150℃〜1500℃の温度下で、非
酸化性雰囲気内に維持し、焼結体中にスピネルを
析出させることを特徴とする。 本発明の方法において、窒化珪素質セラミツク
スの原料混合物は成形、焼結の一般的工程に従つ
て加工され、焼結は従来公知の各種方法で実施さ
れ、例えば以下に示すような非酸化性雰囲気内で
の常圧焼結法、ホツトプレス法、高温静水圧法
（HIP法）等を例示できる。 前記非酸化性雰囲気とは不活性ガス雰囲気ばか
りでなく還元性雰囲気をも包含するものであり、
例えばN2、H2などを典型的な例示として挙げる
ことができる。 本発明の方法において、窒化珪素質セラミツク
ス原料組成物は窒化珪素を主成分としMgO、Al2
O3およびSiO2を焼結助剤として含有する。窒化
珪素は主としてα型であり、粒径は−325メツシ
ユの微粉末を使用する。 一方、MgO、Al2O3およびSiO2は酸化物粉末
あるいは加熱などにより容易に酸化物に添加し得
る化合物、例えば炭酸塩などとして使用すること
ができ、これらは酸化物に換算して合計で1.0〜
40重量％の量で使用する。 焼結助剤を1.0重量％未満で使用した場合には
焼結体の緻密化が不十分であり、また40重量％を
越える量で使用した場合には、窒化珪素自体の優
れた特性が損なわれるのでいずれも好ましくな
い。また、MgOとAl2O3とはモル比で0.1〜３の
範囲となるように混合して使用され、またこのモ
ル比を0.5〜２の範囲とすることにより一層好ま
しい結果を得ることができる。即ち、モル比を３
以上とし、MgOを過剰とした場合には、目的と
するスピネルの生成が不十分であり、ガラス相の
残留率が高くなり、一方0.1以下とし、Al2O3を過
剰とした場合には焼結の進行が不十分であり、高
強度の焼結体を得ることができない。 MgOとSiO2とはモル比で２以上となるように
配合する。これは、２に満たないモル比では一旦
析出したスピネルが1150℃未満の熱処理で溶解し
てしまうためであり、従つてモル比MgO／SiO2
は２以上とすることが必要である。 焼結は、例えば常圧焼結法では1600°〜1900℃、
好ましくは1650°〜1800℃の範囲内の温度にて、
非酸化性雰囲気（通常はN2ガス雰囲気）中で実
施する。この焼結温度も臨界的な条件であり、
1600℃未満では十分に焼結が進行せず、その結果
高強度の焼結体を得ることができず、また1900℃
を越える温度下での焼結ではSiO3N4の分解並び
に粒界成長が著しく、各特性が劣化する。 尚、ホツトプレス等の加圧焼結によつても良好
な結果が得られ、またHIP法によれば更に一層高
い緻密化が達成される。 かくして得られる焼結体は、次いで非酸化性雰
囲気下で焼純し、スピネル構造を析出させる。焼
純温度は1150°〜1500℃の範囲内であり、この焼
純温度は臨界的であり、前記範囲をはずせる場合
にはスピネルが析出しない。即ち、1150℃未満で
はMgOSiO2が析出し、これは焼結体の強度を向
上させず、むしろ低下させることがわかつてお
り、また1500℃を越えた場合にはガラス相からの
結晶化が起こらないので焼純の効果を期待できな
い（添付第１図参照）。 尚、本発明の方法の別の態様によれば、原料組
成物粉末の焼結処理後、冷却速度を調節するたこ
とにより、上記の温度範囲内に少なくとも１時間
保持することによつても、即ち冷却中に温度範囲
1150〜1500℃の焼結体の滞留時間を１時間以上と
なるように調節することにより同様な効果を達成
することができる。 作 用 かくして、本発明の方法に従い、所定組成の原
料組成物を焼結し、次いで焼純処理に付すことに
より、窒化珪素質セラミツクス焼結体の高温強度
を大巾に改善することが可能となる。この効果
は、緻密化の点で有利な高圧焼結法、HIP法の利
用により一層顕著となる。 このような効果は、特に焼結助剤によるガラス
相が焼純過程で消失し、逆に強度的に有利なスピ
ネル（MgAl2O4）が形成されることに基づく。 従つて焼純温度の選択が非常に重要である。従
来1000〜1150℃で使用した場合にMgOSiO2が析
出しSiO3N4焼結体の強度が著しく損われること
が問題となつていた。しかしながら、本発明の方
法により焼純することによりMgOSiO2の形成は
ほぼ完全に阻止できる。 また、SiO3N4としてはα−型及びβ−型が存
在するが、強度的にはα−型が有利であり、本発
明の方法でもα−型のSiO3N4を主として用いる。 実施例 以下、実施例により本発明の方法を更に具体的
に述べる。ただし、これら実施例は本発明を例示
するためのものであり、何等本発明の範囲を制限
するものではない。 実施例 １ α−SiO3N4を90wt％含有するSiO3N4粉末と、平
均粒径0.5μのMgO粉末、Al2O3粉末およびSiO2粉
末とを以下の表１に示すような配合率で配合し、
ポールミルで混合することにより13種の原料を得
た。なおMgO／SiO2は2.5一定となるように調整
した。かくして得られた混合粉末を型押しした
後、２気圧のN2ガス雰囲気下で、1750℃にて２
時間焼結した。次いで、1200℃まで炉内で冷却
し、この温度で５時間、同様に窒素ガス雰囲気下
で保持することにより焼純した。更に室温まで炉
内で冷却した。尚、比較のために一部の試料につ
いては焼純を省略し、焼結後そのまま室温まで冷
却した。得られた生成物から、寸法３mm×４mm×
40mmの試験片を切り出し、これに対し曲げ試験を
実施した。また、スピネルの形成の有無について
も調べた。結果は表１に示す通りである。
【表】
＊は参考例
表１の結果から明らかな如く、MgO＋Al2O3が
1.0wt％に満たない場合（試験片１）には、焼純
を行つても、またモル比MgO／Al2O3に関する条
件が満たされていてもスピネルの析出はみられ
ず、しかも曲げ強度が低い。更に、MgO＋Al2O3
が40wt％を越える場合（試験片１３）には、本
発明の焼純を行つても、またモル比MgO／Al2O3
に対する条件が満足されていても曲げ強度は低
く、目的とする高強度セラミツクスを得ることが
できない。また、モル比MgO／Al2O3が３を越え
た試験片８，９ではスピネル析出がみられず、曲
げ強度も著しく低く、更に該モル比が0.1に満た
ない例（試験片６）ではスピネル析出がみられは
するが曲げ強度が不十分である。 従つて、本発明の方法において焼結助剤の量な
らびにモル比MgO／Al2O3が臨界的な条件である
ことが明らかである。 更に、試験片７にみられるように焼純処理しな
い場合には、他の条件が満足されていても、スピ
ネル析出がみられず、これから焼純の重要性が理
解できる。 実施例 ２ 実施例１と同様にα−SiO3N4を90wt％含む
SiO3N4粉末と、平均粒径0.5μのMgO粉末、Al2
O3粉末およびSiO2粉末とを表２に示すような配
合率で配合し、ボールミルで混合することによ
り、９種の原料を得た。なお、MgO／Al2O3比は
0.8一定とした。かくして得られた混合粉末を型
押しした後、２気圧のN2ガス雰囲気下で1750℃
にて２時間焼結した。次いで、1200℃まで炉内で
冷却し、この温度で５時間、同様にN2ガス雰囲
気下で保持することで焼純した。更に室温まで炉
内で冷却した。得られたモル比MgO／SiO2が２
以上の焼結体にはスピネルの析出が確認された。
その後、再度1050℃までN2ガス雰囲気下で加熱
し５時間保持し再焼純し、室温まで炉内で冷却し
た。得られた生成物から寸法３mm×４mm×40mmの
試験片を切出し、これに対して曲げ試験を実施し
た。またスピネルの形成の有無についても調べ
た。結果は第２表に示す通りである。
表１の結果から明らかな如く、MgO＋Al2O3が
1.0wt％に満たない場合（試験片１）には、焼純
を行つても、またモル比MgO／Al2O3に関する条
件が満たされていてもスピネルの析出はみられ
ず、しかも曲げ強度が低い。更に、MgO＋Al2O3
が40wt％を越える場合（試験片１３）には、本
発明の焼純を行つても、またモル比MgO／Al2O3
に対する条件が満足されていても曲げ強度は低
く、目的とする高強度セラミツクスを得ることが
できない。また、モル比MgO／Al2O3が３を越え
た試験片８，９ではスピネル析出がみられず、曲
げ強度も著しく低く、更に該モル比が0.1に満た
ない例（試験片６）ではスピネル析出がみられは
するが曲げ強度が不十分である。 従つて、本発明の方法において焼結助剤の量な
らびにモル比MgO／Al2O3が臨界的な条件である
ことが明らかである。 更に、試験片７にみられるように焼純処理しな
い場合には、他の条件が満足されていても、スピ
ネル析出がみられず、これから焼純の重要性が理
解できる。 実施例 ２ 実施例１と同様にα−SiO3N4を90wt％含む
SiO3N4粉末と、平均粒径0.5μのMgO粉末、Al2
O3粉末およびSiO2粉末とを表２に示すような配
合率で配合し、ボールミルで混合することによ
り、９種の原料を得た。なお、MgO／Al2O3比は
0.8一定とした。かくして得られた混合粉末を型
押しした後、２気圧のN2ガス雰囲気下で1750℃
にて２時間焼結した。次いで、1200℃まで炉内で
冷却し、この温度で５時間、同様にN2ガス雰囲
気下で保持することで焼純した。更に室温まで炉
内で冷却した。得られたモル比MgO／SiO2が２
以上の焼結体にはスピネルの析出が確認された。
その後、再度1050℃までN2ガス雰囲気下で加熱
し５時間保持し再焼純し、室温まで炉内で冷却し
た。得られた生成物から寸法３mm×４mm×40mmの
試験片を切出し、これに対して曲げ試験を実施し
た。またスピネルの形成の有無についても調べ
た。結果は第２表に示す通りである。
【表】
【表】
＊は参考例
実施例 ３ 実施例１と同様にα−SiO3N4を90wt含むSiO3
N4粉末と、平均粒径0.5μのMgO粉末、Al2O3粉
末およびSiO2粉末夫々2wt％、6wt％および1wt
％（モル比MgO／Al2O3＝0.8、MgO／SiO2＝
３）とを混合し、ボールミルで粉砕混合し、1750
℃で２時間焼結した。次いで、800℃〜1600℃の
範囲の各種温度で夫々３時間焼純した多数の製品
を得、これらについて実施例１と同様に曲げ試験
を行い、またスピネルの析出の有無を調べた結果
を添付第１表にグラフで示した。 第１図の結果から、焼純温度1150°〜1500℃に
おいては優れた結果が得られ、この条件が本発明
の方法において臨界的であることがわかる。尚、
第１図の結果では、1500℃以上、1000℃以下にお
いても大きな強度を示している。しかしながら製
品を室温で使用する場合には強度低下は小さい
が、高温（1000℃〜1150℃）で使用した場合に
は、既に述べたようなMgOSiO2の析出が避けら
れず、大きな強度低下がみられる。更に、1000°
〜1150℃においても、製品の強度低下が著しい。 発明の効果 以上詳しく述べたように、本発明の方法に従つ
て、焼結助剤としてMgOとAl2O3とを組合わせて
使用し、その量およびモル比を所定範囲に制限
し、更に所定の温度下で焼純処理することによ
り、スピネル即ちMgAl2O4が析出し、焼結体中
のガラス相粒界が減少する。その結果、得られる
製品セラミツクスの高温強度を大巾に向上させる
ことができ、1000℃〜1150℃で使用した場合に問
題となるMgOSiO2の析出を抑制することができ
る。 従つて、本発明の方法により得られる窒化珪素
質セラミツクス製品は、高温構造材料として、例
えはガスタービンエンジン部品（ブレード、ロー
タ、燃焼筒等）、デイーゼルエンジン部品（ライ
ナー、ピストン、シリンダ等）、をはじめロケツ
ト部材（ラドームなど）、その他の耐熱高強度材
料として極めて有効である。
実施例 ３ 実施例１と同様にα−SiO3N4を90wt含むSiO3
N4粉末と、平均粒径0.5μのMgO粉末、Al2O3粉
末およびSiO2粉末夫々2wt％、6wt％および1wt
％（モル比MgO／Al2O3＝0.8、MgO／SiO2＝
３）とを混合し、ボールミルで粉砕混合し、1750
℃で２時間焼結した。次いで、800℃〜1600℃の
範囲の各種温度で夫々３時間焼純した多数の製品
を得、これらについて実施例１と同様に曲げ試験
を行い、またスピネルの析出の有無を調べた結果
を添付第１表にグラフで示した。 第１図の結果から、焼純温度1150°〜1500℃に
おいては優れた結果が得られ、この条件が本発明
の方法において臨界的であることがわかる。尚、
第１図の結果では、1500℃以上、1000℃以下にお
いても大きな強度を示している。しかしながら製
品を室温で使用する場合には強度低下は小さい
が、高温（1000℃〜1150℃）で使用した場合に
は、既に述べたようなMgOSiO2の析出が避けら
れず、大きな強度低下がみられる。更に、1000°
〜1150℃においても、製品の強度低下が著しい。 発明の効果 以上詳しく述べたように、本発明の方法に従つ
て、焼結助剤としてMgOとAl2O3とを組合わせて
使用し、その量およびモル比を所定範囲に制限
し、更に所定の温度下で焼純処理することによ
り、スピネル即ちMgAl2O4が析出し、焼結体中
のガラス相粒界が減少する。その結果、得られる
製品セラミツクスの高温強度を大巾に向上させる
ことができ、1000℃〜1150℃で使用した場合に問
題となるMgOSiO2の析出を抑制することができ
る。 従つて、本発明の方法により得られる窒化珪素
質セラミツクス製品は、高温構造材料として、例
えはガスタービンエンジン部品（ブレード、ロー
タ、燃焼筒等）、デイーゼルエンジン部品（ライ
ナー、ピストン、シリンダ等）、をはじめロケツ
ト部材（ラドームなど）、その他の耐熱高強度材
料として極めて有効である。
添付第１図は、焼純温度と曲げ強度の関係およ
びスピネル析出の有無をプロツトしたグラフであ
る。
びスピネル析出の有無をプロツトしたグラフであ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素60〜99重量％および酸化マグネシウ
ムと酸化アルミニウムと酸化珪素とを合計1.0〜
40重量％含み、モル比MgO／Al2O3が0.1〜３、
MgO／SiO2が２以上である原料混合物を焼結し、
得られる焼結体を、1150℃〜1500℃の温度にて、
非酸化性雰囲気下に維持して焼鈍し、該焼結体中
にスピネルを析出させることを特徴とする窒化珪
素質セラミツクスの製造方法。 ２ 前記モル比MgO／Al2O3が0.5〜２の範囲内
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の方法。 ３ 前記焼純を１時間以上行うことを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４ 前記焼純が、焼結終了後の冷却速度をコント
ロールし、1150〜1500℃の温度下に１時間以上保
持することにより実施される特許請求の範囲第１
項または第２項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60043457A JPS61201667A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 窒化珪素質セラミツクスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60043457A JPS61201667A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 窒化珪素質セラミツクスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61201667A JPS61201667A (ja) | 1986-09-06 |
| JPH0513905B2 true JPH0513905B2 (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=12664231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60043457A Granted JPS61201667A (ja) | 1985-03-05 | 1985-03-05 | 窒化珪素質セラミツクスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61201667A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2611907T3 (es) | 2012-02-22 | 2017-05-11 | Mbda Italia S.P.A. | Material cerámico para radomo, radomo y proceso para su producción |
-
1985
- 1985-03-05 JP JP60043457A patent/JPS61201667A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61201667A (ja) | 1986-09-06 |
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