JPH0513906B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0513906B2 JPH0513906B2 JP58081250A JP8125083A JPH0513906B2 JP H0513906 B2 JPH0513906 B2 JP H0513906B2 JP 58081250 A JP58081250 A JP 58081250A JP 8125083 A JP8125083 A JP 8125083A JP H0513906 B2 JPH0513906 B2 JP H0513906B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- silicon nitride
- surface layer
- sintered body
- sintering
- 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.)
- Expired - Lifetime
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- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、窒化珪素の中空体の製造方法に関す
る。ここで中空体とは、筒状体をはじめとする、
外部に通じる部分を有する形状をいう。
る。ここで中空体とは、筒状体をはじめとする、
外部に通じる部分を有する形状をいう。
窒化珪素Si3N4の製品のうち、反応焼結体とよ
ばれるものは、ふつう、Si粉末の成形体または
（Si＋Si3N4）粉末混合物の成形体に窒素ガスを
作用させて窒化しつつ焼結することにより製造さ
れている。この種の製品は、耐熱衝撃性、硬度、
高温での電気絶縁性および化学的安定性にすぐれ
ているうえ、反応焼結時の収縮がほとんどなく、
寸法精度が高く得られるという利点があるため、
耐火材料、耐摩耗材料、耐食材料、絶縁材料など
の用途に広く使用されている。
ばれるものは、ふつう、Si粉末の成形体または
（Si＋Si3N4）粉末混合物の成形体に窒素ガスを
作用させて窒化しつつ焼結することにより製造さ
れている。この種の製品は、耐熱衝撃性、硬度、
高温での電気絶縁性および化学的安定性にすぐれ
ているうえ、反応焼結時の収縮がほとんどなく、
寸法精度が高く得られるという利点があるため、
耐火材料、耐摩耗材料、耐食材料、絶縁材料など
の用途に広く使用されている。
セラミツクスに共通のことであるが、耐摩耗
性、あるいは耐熱性、断熱性などを要求される用
途に向けるものは、中実である必要がない場合が
あり、むしろ軽量化の要請からは中空の方が好ま
しいことが少なくない。
性、あるいは耐熱性、断熱性などを要求される用
途に向けるものは、中実である必要がない場合が
あり、むしろ軽量化の要請からは中空の方が好ま
しいことが少なくない。
しかし、中空のセラミツクス成形体としては、
これまでわずかにガラスやアルミナの中空球（バ
ルーン）が知られている程度で、しかもその形状
は限定されており、任意の構造部品に使用できる
わでなはい。窒化珪素に関しては、中空体は知ら
れていないし、その製造も試みられたことがなか
つた。
これまでわずかにガラスやアルミナの中空球（バ
ルーン）が知られている程度で、しかもその形状
は限定されており、任意の構造部品に使用できる
わでなはい。窒化珪素に関しては、中空体は知ら
れていないし、その製造も試みられたことがなか
つた。
本発明者は、窒化珪素が耐熱、断熱、耐摩耗、
および耐食性を利用した多くの用途を有するこ
と、およびそれらの用途に向ける部品は多くの場
合に中空体でよいことに着目し、窒化珪素中空体
を提供する意図の下に研究し、本発明に至つた。
および耐食性を利用した多くの用途を有するこ
と、およびそれらの用途に向ける部品は多くの場
合に中空体でよいことに着目し、窒化珪素中空体
を提供する意図の下に研究し、本発明に至つた。
窒化珪素中空体は、表層部が窒化珪素反応焼結
体からなり、内部は中空である構造を有する。こ
の構造は、表面の形状および特性だけが問題であ
る用途にとつては、何ら支障なく、ときには好ま
しいものである。
体からなり、内部は中空である構造を有する。こ
の構造は、表面の形状および特性だけが問題であ
る用途にとつては、何ら支障なく、ときには好ま
しいものである。
このような構造を有する窒化珪素中空体を製造
するには、微細な珪素粉末からなる成形体を焼結
すると表層部の気孔率が内部より高いという現象
を利用する。
するには、微細な珪素粉末からなる成形体を焼結
すると表層部の気孔率が内部より高いという現象
を利用する。
すなわち、本発明の窒化珪素中空体の製造方法
は、平均粒径が15μ以下である珪素粉末を成形
し、成形体を予備焼結して内部にくらべ表層部の
気孔率が高い予備焼結体をつくり、予備焼結体に
1100℃以上であつて珪素の融点によりは低い温度
で窒素を作用させて窒化し表層部を窒化珪素に転
化し、ついで珪素の融点以上の温度に加熱して内
部に残存する未反応の珪素を溶融流出させること
からなる。
は、平均粒径が15μ以下である珪素粉末を成形
し、成形体を予備焼結して内部にくらべ表層部の
気孔率が高い予備焼結体をつくり、予備焼結体に
1100℃以上であつて珪素の融点によりは低い温度
で窒素を作用させて窒化し表層部を窒化珪素に転
化し、ついで珪素の融点以上の温度に加熱して内
部に残存する未反応の珪素を溶融流出させること
からなる。
より具体的にいえば、表層部の密度が93％以下
であつて内部のそれが95％以上である珪素粉末の
予備焼結体を窒化すれば、表層部はほぼ完全に窒
化珪素に転化するのに対し、内部は窒素ガスが侵
入し難いため、ほとんどSiのまま残る。
であつて内部のそれが95％以上である珪素粉末の
予備焼結体を窒化すれば、表層部はほぼ完全に窒
化珪素に転化するのに対し、内部は窒素ガスが侵
入し難いため、ほとんどSiのまま残る。
Si粉末の平均粒度が15μ以下であることは、表
層部と内部の気孔率が明らかに異なる予備焼結体
を得るために必要である。
層部と内部の気孔率が明らかに異なる予備焼結体
を得るために必要である。
本発明の実施に当つては、さきに本発明者が協
働者とともに発明し開示した技術、またはその後
の本発明者の研究成果に従つて、焼結を促進し、
または窒化を促進する物質のいずれか一方、好ま
しくは両方を、原料Si粉末に適量転化することが
推奨される。
働者とともに発明し開示した技術、またはその後
の本発明者の研究成果に従つて、焼結を促進し、
または窒化を促進する物質のいずれか一方、好ま
しくは両方を、原料Si粉末に適量転化することが
推奨される。
焼結を促進する物質は、炭素、ホウ素およびア
ルミニウムであつて、とくにホウ素が効果的であ
る。ホウ素は元素または化合物の形でSi粉末に対
しＢとして0.15〜5.0重量％添加する。
ルミニウムであつて、とくにホウ素が効果的であ
る。ホウ素は元素または化合物の形でSi粉末に対
しＢとして0.15〜5.0重量％添加する。
窒化を促進すう物質であつて焼結性の向上にも
寄与するものは、Fe，Co，Ni，Cr，Mo，Mn，
Ｗ，Ti，Zr，Ta，Nb，Ｖ，Mg，Ca，Cu，Zn
およびSnであつて、これらからえらんだ１種ま
たは２種以上の元素またはその化合物を、上記元
素として（２種以上の場合は合計量で）0.05〜
2.0重量％添加する。
寄与するものは、Fe，Co，Ni，Cr，Mo，Mn，
Ｗ，Ti，Zr，Ta，Nb，Ｖ，Mg，Ca，Cu，Zn
およびSnであつて、これらからえらんだ１種ま
たは２種以上の元素またはその化合物を、上記元
素として（２種以上の場合は合計量で）0.05〜
2.0重量％添加する。
予備焼結の雰囲気は、通常行なわれるように不
活性ガスでもよいが、真空中またはH2雰囲気の
方が、表層部に密度の低い層ができやすい傾向が
ある。
活性ガスでもよいが、真空中またはH2雰囲気の
方が、表層部に密度の低い層ができやすい傾向が
ある。
焼結の温度と時間とは、前述したような、内部
が95％以上であつて表層部が93％以下の密度とな
るようにえらぶ。具体的な条件は、Si粉末の粒度
の大小などによる焼結性の差や、添加剤による焼
結促進効果によつて異なるので、それぞれの場合
に応じて実験的に定めればよい。
が95％以上であつて表層部が93％以下の密度とな
るようにえらぶ。具体的な条件は、Si粉末の粒度
の大小などによる焼結性の差や、添加剤による焼
結促進効果によつて異なるので、それぞれの場合
に応じて実験的に定めればよい。
Si予備焼結体の窒化は、本発明においても、従
来の窒化珪素反応焼結体の製造に際して行なわれ
ていたところと同じようにして実施できる。
来の窒化珪素反応焼結体の製造に際して行なわれ
ていたところと同じようにして実施できる。
すなわち、一般的には大気圧の窒素ガス雰囲気下
で、1100〜1500℃の温度に加熱する。雰囲気ガス
が、N2のほかにNH3、またはN2やNH3のN2ま
たは不活性ガスとの混合ガスも使用できる。圧力
は、加圧〜大気圧〜減圧のいずれかの領域でもよ
いが、やや減圧にした方が窒化が速やかに進む傾
向がみられる。
で、1100〜1500℃の温度に加熱する。雰囲気ガス
が、N2のほかにNH3、またはN2やNH3のN2ま
たは不活性ガスとの混合ガスも使用できる。圧力
は、加圧〜大気圧〜減圧のいずれかの領域でもよ
いが、やや減圧にした方が窒化が速やかに進む傾
向がみられる。
窒化反応焼結体の内部に未反応のまま残存する
Siは、その融点すなわち1414℃以上に加熱するこ
とにより溶融し、流出する。表層部に生成した
Si3N4は、通常10〜20％の気孔を有するので、と
くに孔を設けなくても、溶融したSiを流出させる
ことができる。もちろん、目的に応じて孔をあ
け、流出を速やかにしてもよい。
Siは、その融点すなわち1414℃以上に加熱するこ
とにより溶融し、流出する。表層部に生成した
Si3N4は、通常10〜20％の気孔を有するので、と
くに孔を設けなくても、溶融したSiを流出させる
ことができる。もちろん、目的に応じて孔をあ
け、流出を速やかにしてもよい。
このときの雰囲気は、酸化性ガス、不活性ガ
ス、N2、H2の雰囲気でも、あるいはまた真空下
でもよい。酸化雰囲気の方が、SiとSi3N4との濡
れが悪く、孔を通つての流出が容易であることが
経験された。表層のSi3N4層を通してSiを流出さ
せようとする場合は、これと逆に酸化性雰囲気を
避けてSiとSi3N4との濡れをよくし、流出をはか
る方がよい。
ス、N2、H2の雰囲気でも、あるいはまた真空下
でもよい。酸化雰囲気の方が、SiとSi3N4との濡
れが悪く、孔を通つての流出が容易であることが
経験された。表層のSi3N4層を通してSiを流出さ
せようとする場合は、これと逆に酸化性雰囲気を
避けてSiとSi3N4との濡れをよくし、流出をはか
る方がよい。
本発明によれば、中空の窒化珪素反応焼結体が
直接製造できる。従来は、中空の成形体を用意し
てそれを焼結法および窒化するか、場合によつて
は二以上の部分に分割して製造したものを接合す
るといつた面倒な方法によらざるを得なかつた
が、こうした問題がすべてに解決する。
直接製造できる。従来は、中空の成形体を用意し
てそれを焼結法および窒化するか、場合によつて
は二以上の部分に分割して製造したものを接合す
るといつた面倒な方法によらざるを得なかつた
が、こうした問題がすべてに解決する。
中空体は、必要により内部に他の材料たとえ
ば、種々の金属、無機化合物あるいは、有機化合
物とくに合成樹脂などを充填して、強度を高めた
り、別の性質をもたせたりした複合体として使用
することもできる。
ば、種々の金属、無機化合物あるいは、有機化合
物とくに合成樹脂などを充填して、強度を高めた
り、別の性質をもたせたりした複合体として使用
することもできる。
実施例
平均粒径0.11μのSi微粉末を金型に入れ、500
Kg／cm2の圧力でプレスし、直径30mm×高さ30mmの
円柱に予備成形し、これをさらにラバープレスに
より、2000Kg／cm2の圧力をかけて本成形した。
Kg／cm2の圧力でプレスし、直径30mm×高さ30mmの
円柱に予備成形し、これをさらにラバープレスに
より、2000Kg／cm2の圧力をかけて本成形した。
成形体を、１×10-3Torrの真空中で1375℃×
２時間の加熱により、予備焼結した。
２時間の加熱により、予備焼結した。
予備焼結体は、表層部の厚さ2.5〜3.0mmが密度
約70％であり、その内部はほとんど空孔のない高
密度のものであつた。
約70％であり、その内部はほとんど空孔のない高
密度のものであつた。
（N2＋５％H2）ガス中で、この予備焼結体
を、1350℃×20時間→1380℃×60時間→1410℃×
20時間の加熱により窒化した。
を、1350℃×20時間→1380℃×60時間→1410℃×
20時間の加熱により窒化した。
表層部がSi3N4、内部が未反応Siの焼結体を、
Ar雰囲気中で1500℃に５時間加熱し、内部のSi
を溶融させ、表層部を通つて流出させた。
Ar雰囲気中で1500℃に５時間加熱し、内部のSi
を溶融させ、表層部を通つて流出させた。
得られた中空の窒化珪素反応焼結体は、直径約
24mm×高さ25mmの中空円柱で、Si3N4層の厚さは
2.5〜3.0mmであり、その密度は77％であつた。
24mm×高さ25mmの中空円柱で、Si3N4層の厚さは
2.5〜3.0mmであり、その密度は77％であつた。
実施例 ２
平均粒径0.18μのSi微粉末に、Fe2O3粉末1.0％
とB0.5％とを混合し、実施例１と同様に成形し
て、Ar雰囲気中で1385℃×３時間の予備焼結を
行なつた。
とB0.5％とを混合し、実施例１と同様に成形し
て、Ar雰囲気中で1385℃×３時間の予備焼結を
行なつた。
この焼結体を実施例１と同じ条件で窒化した
後、大気中で1500℃×５時間の加熱をして、未反
応Siを完全に溶融流出させた。
後、大気中で1500℃×５時間の加熱をして、未反
応Siを完全に溶融流出させた。
厚さ1.5〜2.0mmの壁で構成された、外形寸法が
直径約24mm×高さ25mmの中空円柱が得られた。
直径約24mm×高さ25mmの中空円柱が得られた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 平均粒径が15μ以下である珪素粉末を成形
し、成形体を予備焼結して内部にくらべ表層部の
気孔率が高い予備焼結体をつくり、予備焼結体に
1100℃以上であつて珪素の融点よりは低い温度で
窒素を作用させて窒化することにより表層部を窒
化珪素に転化し、ついで珪素の融点以上の温度に
加熱して内部に残存する未反応の珪素を溶融流出
させることからなる窒化珪素中空体の製造方法。 ２ 原料珪素粉末に、焼結を促進する物質および
（または）窒化を促進する物質を添加して実施す
る特許請求の範囲第１項の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58081250A JPS59207874A (ja) | 1983-05-10 | 1983-05-10 | 窒化珪素中空体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58081250A JPS59207874A (ja) | 1983-05-10 | 1983-05-10 | 窒化珪素中空体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59207874A JPS59207874A (ja) | 1984-11-26 |
| JPH0513906B2 true JPH0513906B2 (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=13741141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58081250A Granted JPS59207874A (ja) | 1983-05-10 | 1983-05-10 | 窒化珪素中空体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59207874A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4943401A (en) * | 1987-12-21 | 1990-07-24 | Eaton Corporation | Process for making silicon nitride articles |
| JP7594355B2 (ja) | 2019-09-18 | 2024-12-04 | 株式会社東芝 | 構造物及び回路基板 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5621749A (en) * | 1979-07-26 | 1981-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | Detector for abnormality of tool |
| JPS57200269A (en) * | 1981-06-05 | 1982-12-08 | Daido Steel Co Ltd | Manufacture of silicon nitrogen reaction sintered body |
-
1983
- 1983-05-10 JP JP58081250A patent/JPS59207874A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59207874A (ja) | 1984-11-26 |
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