JPH05279129A - 低熱伝導セラミックス及びその製造方法 - Google Patents
低熱伝導セラミックス及びその製造方法Info
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- JPH05279129A JPH05279129A JP4104050A JP10405092A JPH05279129A JP H05279129 A JPH05279129 A JP H05279129A JP 4104050 A JP4104050 A JP 4104050A JP 10405092 A JP10405092 A JP 10405092A JP H05279129 A JPH05279129 A JP H05279129A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
- C04B35/632—Organic additives
- C04B35/634—Polymers
- C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/597—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高強度で低熱伝導率を有する低熱
伝導セラミックス及びその製造方法を提供することであ
る。 【構成】 本発明は、サイアロン（Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，
Ｎ）及びＬａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの元素群のうち
少なくとも１種を含む元素を含み、その平均結晶粒子の
サイズが１．５μｍ以下であり、熱伝導率が０．０１ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下に構成する。更に、サイアロン
と上記元素を含む成形体を５気圧以上のガス圧雰囲気下
で高速で昇温して焼成する。セラミックス組織が超微細
化し、フォノン散乱を高めることができ、低熱伝導化を
達成できる。
伝導セラミックス及びその製造方法を提供することであ
る。 【構成】 本発明は、サイアロン（Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，
Ｎ）及びＬａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの元素群のうち
少なくとも１種を含む元素を含み、その平均結晶粒子の
サイズが１．５μｍ以下であり、熱伝導率が０．０１ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下に構成する。更に、サイアロン
と上記元素を含む成形体を５気圧以上のガス圧雰囲気下
で高速で昇温して焼成する。セラミックス組織が超微細
化し、フォノン散乱を高めることができ、低熱伝導化を
達成できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、サイアロンを主成分
とする低熱伝導率セラミックス及びその製造方法に関す
る。
とする低熱伝導率セラミックス及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックスを製造する場合に、
Ｌａ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 ，Ｄｙ2 Ｏ3 をはじめ
とする各種酸化物を助剤として添加する方法は、例え
ば、特開昭６１−１８３１６９号公報、特開昭６１−２
０１６６３号公報、特開昭６２−１１３７６７号公報、
特開昭５８−２０７８２号公報等に開示されている。
Ｌａ2 Ｏ3 ，ＺｒＯ2 ，ＣｅＯ2 ，Ｄｙ2 Ｏ3 をはじめ
とする各種酸化物を助剤として添加する方法は、例え
ば、特開昭６１−１８３１６９号公報、特開昭６１−２
０１６６３号公報、特開昭６２−１１３７６７号公報、
特開昭５８−２０７８２号公報等に開示されている。
【０００３】上記各公報のうち、特に、特開昭６１−１
８３１６９号公報には、サイアロンについて開示されて
いる。該公報に開示された窒化ケイ素焼結体の製造方法
は、窒化ケイ素粉末に焼結助剤を添加して焼結するもの
であり、焼結助剤がサイアロンと希土類酸化物とよりな
り、その比率（サイアロン／希土類酸化物）が重量比で
１／１〜３／１とされると共に、窒化ケイ素粉末に対す
る添加量が内比で４〜２０ｗｔ％とされているものであ
る。即ち、窒化ケイ素焼結体の製造において、サイアロ
ンが焼結助剤として用いられ、加圧焼結をせずに常圧焼
結によって高温強度の高い、緻密な焼結体を得ることが
でき、複雑形状品や大型形状品であっても低コストに量
産できるというものである。
８３１６９号公報には、サイアロンについて開示されて
いる。該公報に開示された窒化ケイ素焼結体の製造方法
は、窒化ケイ素粉末に焼結助剤を添加して焼結するもの
であり、焼結助剤がサイアロンと希土類酸化物とよりな
り、その比率（サイアロン／希土類酸化物）が重量比で
１／１〜３／１とされると共に、窒化ケイ素粉末に対す
る添加量が内比で４〜２０ｗｔ％とされているものであ
る。即ち、窒化ケイ素焼結体の製造において、サイアロ
ンが焼結助剤として用いられ、加圧焼結をせずに常圧焼
結によって高温強度の高い、緻密な焼結体を得ることが
でき、複雑形状品や大型形状品であっても低コストに量
産できるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
公報に開示されたものは、セラミックスを低熱伝導化す
るものではなく、粒界相の結晶化によって高温高強度化
に主眼をおいたものである。
公報に開示されたものは、セラミックスを低熱伝導化す
るものではなく、粒界相の結晶化によって高温高強度化
に主眼をおいたものである。
【０００５】ところで、サイアロンについては、Ｓｉ−
Ａｌ−Ｏ−Ｎの構成元素から成る物質であり、比較的に
低熱膨であり、耐酸化性等の高温における耐食性が高
く、耐熱性に富んでいるものである。また、セラミック
スを低熱伝導化するためには、同様のＬａ2 Ｏ3 （酸化
ランタン），ＺｒＯ2 （酸化ジルコニウム），ＣｅＯ2
（酸化セリウム），Ｄｙ2 Ｏ3 （酸化ジスプロシウム）
等の酸化物を添加物として用いても、セラミックス自体
の微細組織に特徴を持たせることが必要と考えられる。
Ａｌ−Ｏ−Ｎの構成元素から成る物質であり、比較的に
低熱膨であり、耐酸化性等の高温における耐食性が高
く、耐熱性に富んでいるものである。また、セラミック
スを低熱伝導化するためには、同様のＬａ2 Ｏ3 （酸化
ランタン），ＺｒＯ2 （酸化ジルコニウム），ＣｅＯ2
（酸化セリウム），Ｄｙ2 Ｏ3 （酸化ジスプロシウム）
等の酸化物を添加物として用いても、セラミックス自体
の微細組織に特徴を持たせることが必要と考えられる。
【０００６】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、固溶体であるサイアロンＳｉ−Ａ
ｌ−Ｏ−Ｎを主成分として、これに重元素の酸化物を添
加し、更に、高速、低温で且つガス圧の条件下での焼成
により組織を超微細化し、これによりフォノン散乱が大
きくなり、また、非調和性が導入されるため、緻密であ
りながら、低熱伝導を確保できる低熱伝導セラミックス
及びその製造方法を提供することである。
解決することであり、固溶体であるサイアロンＳｉ−Ａ
ｌ−Ｏ−Ｎを主成分として、これに重元素の酸化物を添
加し、更に、高速、低温で且つガス圧の条件下での焼成
により組織を超微細化し、これによりフォノン散乱が大
きくなり、また、非調和性が導入されるため、緻密であ
りながら、低熱伝導を確保できる低熱伝導セラミックス
及びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、Ｓｉ（ケイ素），Ａｌ（アルミニウム），
Ｏ（酸素），Ｎ（窒素）の全ての元素と、Ｌａ（ランタ
ン），Ｄｙ（ジスプロシウム），Ｃｅ（セリウム），Ｈ
ｆ（ハフニウム），Ｚｒ（ジルコニウム）の元素群のう
ち少なくとも１種を含む元素で構成され、且つその平均
結晶粒子のサイズが１．５μｍ以下であり、熱伝導率が
０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下であることを特徴と
する低熱伝導セラミックスに関する。
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、Ｓｉ（ケイ素），Ａｌ（アルミニウム），
Ｏ（酸素），Ｎ（窒素）の全ての元素と、Ｌａ（ランタ
ン），Ｄｙ（ジスプロシウム），Ｃｅ（セリウム），Ｈ
ｆ（ハフニウム），Ｚｒ（ジルコニウム）の元素群のう
ち少なくとも１種を含む元素で構成され、且つその平均
結晶粒子のサイズが１．５μｍ以下であり、熱伝導率が
０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下であることを特徴と
する低熱伝導セラミックスに関する。
【０００８】又は、この発明は、サイアロンＳｉ−Ａｌ
−Ｏ−Ｎと、Ａｌと、Ｌａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの
うち少なくとも１種以上の酸化物とを配合して原料粉末
を作り、該原料粉末を成形して成形体を形成し、該成形
体を５気圧以上のガス圧雰囲気下で焼成したことを特徴
とする低熱伝導セラミックスの製造方法に関する。
−Ｏ−Ｎと、Ａｌと、Ｌａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの
うち少なくとも１種以上の酸化物とを配合して原料粉末
を作り、該原料粉末を成形して成形体を形成し、該成形
体を５気圧以上のガス圧雰囲気下で焼成したことを特徴
とする低熱伝導セラミックスの製造方法に関する。
【０００９】
【作用】この発明による低熱伝導セラミックス及びその
製造方法は、上記のように構成されており、次のように
作用する。即ち、この低熱伝導セラミックスは、Ｓｉ，
Ａｌ，Ｏ，Ｎ及びＬａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの元素
群のうち少なくとも１種を含む元素を含み、その平均結
晶粒子のサイズが１．５μｍ以下であり、熱伝導率が
０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下に構成したので、高
強度で低熱伝導率を有する材料が得られる。
製造方法は、上記のように構成されており、次のように
作用する。即ち、この低熱伝導セラミックスは、Ｓｉ，
Ａｌ，Ｏ，Ｎ及びＬａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの元素
群のうち少なくとも１種を含む元素を含み、その平均結
晶粒子のサイズが１．５μｍ以下であり、熱伝導率が
０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下に構成したので、高
強度で低熱伝導率を有する材料が得られる。
【００１０】また、この低熱伝導セラミックスの製造方
法では、焼成にあたってガス圧雰囲気下の圧力を５気圧
以上にコントロールしたので、組織が超微細化し、フォ
ノン散乱を高めることができ、低熱伝導化を達成でき
る。
法では、焼成にあたってガス圧雰囲気下の圧力を５気圧
以上にコントロールしたので、組織が超微細化し、フォ
ノン散乱を高めることができ、低熱伝導化を達成でき
る。
【００１１】一般に、セラミックスについては、高強度
化にするには組織を緻密にすることが望ましいが、組織
を緻密にすると、熱伝導率が高くなるものである。これ
に対して、本発明では、組織を緻密にすると共に、熱伝
導率を低くするために、共有結合性のセラミックスにお
ける熱のキャリアとなるフォノン散乱を大きくし、ま
た、乱れ即ち非調和性を導入することで達成したもので
ある。本発明は、組織的には、固溶体の形成、結晶粒子
の微細化、及び重元素を導入することである。本発明
は、これらの条件を得るため、固溶体のサイアロンに重
元素酸化物を添加し、焼結時に結晶粒の核発生頻度を高
めるために、ガス圧をかけ、しかも結晶粒成長抑制のた
めに、高速で昇温し、且つ低温で焼結させることで達成
している。
化にするには組織を緻密にすることが望ましいが、組織
を緻密にすると、熱伝導率が高くなるものである。これ
に対して、本発明では、組織を緻密にすると共に、熱伝
導率を低くするために、共有結合性のセラミックスにお
ける熱のキャリアとなるフォノン散乱を大きくし、ま
た、乱れ即ち非調和性を導入することで達成したもので
ある。本発明は、組織的には、固溶体の形成、結晶粒子
の微細化、及び重元素を導入することである。本発明
は、これらの条件を得るため、固溶体のサイアロンに重
元素酸化物を添加し、焼結時に結晶粒の核発生頻度を高
めるために、ガス圧をかけ、しかも結晶粒成長抑制のた
めに、高速で昇温し、且つ低温で焼結させることで達成
している。
【００１２】
【実施例】以下、この発明による低熱伝導セラミックス
及びその製造方法の実施例を説明する。この発明による
低熱伝導セラミックスは、ケイ素Ｓｉ、アルミニウムＡ
ｌ、酸素Ｏ及び窒素Ｎの元素を含むサイアロンＳｉ−Ａ
ｌ−Ｏ−Ｎを主成分としており、更に、ランタンＬａ、
ジスプロシウムＤｙ、セリウムＣｅ、ハフニウムＨｆ、
ジルコニウムＺｒの元素群のうち少なくとも１種を含む
元素で構成されている。しかも、これらの元素を含むも
のの平均結晶粒子のサイズが１．５μｍ以下であり、熱
伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下に構成され
ているものである。即ち、この低熱伝導セラミックスに
ついては、サイアロンの結晶粒子が小さくなると、格子
の粒界が多数になり、この格子の粒界或いは格子の中に
ランタンＬａ等の重元素は固溶され、界面で熱は伝達さ
れないと考えられる。
及びその製造方法の実施例を説明する。この発明による
低熱伝導セラミックスは、ケイ素Ｓｉ、アルミニウムＡ
ｌ、酸素Ｏ及び窒素Ｎの元素を含むサイアロンＳｉ−Ａ
ｌ−Ｏ−Ｎを主成分としており、更に、ランタンＬａ、
ジスプロシウムＤｙ、セリウムＣｅ、ハフニウムＨｆ、
ジルコニウムＺｒの元素群のうち少なくとも１種を含む
元素で構成されている。しかも、これらの元素を含むも
のの平均結晶粒子のサイズが１．５μｍ以下であり、熱
伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下に構成され
ているものである。即ち、この低熱伝導セラミックスに
ついては、サイアロンの結晶粒子が小さくなると、格子
の粒界が多数になり、この格子の粒界或いは格子の中に
ランタンＬａ等の重元素は固溶され、界面で熱は伝達さ
れないと考えられる。
【００１３】この発明による低熱伝導セラミックスを製
造するには、次のような工程によって製造することがで
きる。まず、この低熱伝導セラミックスの製造方法につ
いての一実施例を説明する。
造するには、次のような工程によって製造することがで
きる。まず、この低熱伝導セラミックスの製造方法につ
いての一実施例を説明する。
【００１４】この低熱伝導セラミックスの製造方法にお
いて、αサイアロンの５％のＡｌ2Ｏ3 とＬａ2 Ｏ3 を
配合し、メタノールを媒体とし且つポリビニルブチラー
ルＰＶＢをバインダーとして、ボールミルで約２４時間
混合した。これらの原料粉末の粒径は、全て平均粒径
０．５μｍ以下のものを使用した。次いで、原料粉末を
スプレードライヤによって造粒した後、ＣＩＰ（冷間等
方加工プレス）によって厚さ２ｍｍ及び直径１２ｍｍの
ペレットと、長さ６０ｍｍ、幅６ｍｍ及び厚さ５ｍｍの
バーとの成形体を成形した。
いて、αサイアロンの５％のＡｌ2Ｏ3 とＬａ2 Ｏ3 を
配合し、メタノールを媒体とし且つポリビニルブチラー
ルＰＶＢをバインダーとして、ボールミルで約２４時間
混合した。これらの原料粉末の粒径は、全て平均粒径
０．５μｍ以下のものを使用した。次いで、原料粉末を
スプレードライヤによって造粒した後、ＣＩＰ（冷間等
方加工プレス）によって厚さ２ｍｍ及び直径１２ｍｍの
ペレットと、長さ６０ｍｍ、幅６ｍｍ及び厚さ５ｍｍの
バーとの成形体を成形した。
【００１５】これらの成形体を、窒素ガスＮ2 雰囲気中
で３気圧の条件の下で最高５００℃まで昇温し、加熱脱
脂した後、焼成した。焼成については、１７６０℃まで
約３時間で昇温し、その温度で１時間保持した。また、
工程中、１００気圧の窒素ガス圧をかけた。炉冷後、焼
成炉から焼結体を取り出し、ペレットの焼結体は厚さ１
ｍｍ及び直径１０ｍｍになるように加工し、また、バー
の焼結体は長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ及び厚さ３ｍｍにな
るように加工した。この場合に、試験試料の数は、ペレ
ットの焼結体を４個、及びバーの焼結体を４０本製作
し、レーザーフラッシュ法による熱伝導率（ｃａｌ／ｃ
ｍ・ｓ・℃）の測定と４点曲げ強度の試験を行った。
で３気圧の条件の下で最高５００℃まで昇温し、加熱脱
脂した後、焼成した。焼成については、１７６０℃まで
約３時間で昇温し、その温度で１時間保持した。また、
工程中、１００気圧の窒素ガス圧をかけた。炉冷後、焼
成炉から焼結体を取り出し、ペレットの焼結体は厚さ１
ｍｍ及び直径１０ｍｍになるように加工し、また、バー
の焼結体は長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ及び厚さ３ｍｍにな
るように加工した。この場合に、試験試料の数は、ペレ
ットの焼結体を４個、及びバーの焼結体を４０本製作
し、レーザーフラッシュ法による熱伝導率（ｃａｌ／ｃ
ｍ・ｓ・℃）の測定と４点曲げ強度の試験を行った。
【００１６】図１には、サイアロンにＬａ2 Ｏ3 を添加
した場合の添加量と熱伝導率との関係を示している。図
１では、横軸に、サイアロンに対するＬａ2 Ｏ3 の添加
量（ｗｔ％）、即ち、Ｌａ2 Ｏ3 ／（Ｌａ2 Ｏ3 ＋サイ
アロン＋Ａｌ2 Ｏ3 ）×１００（ｗｔ％）を示し、縦軸
に熱伝導率（ｃａｌ／ｓ・ｃｍ・℃）を示している。図
から分かるように、サイアロンに対して無添加の場合に
は、熱伝導率が約０．０２ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃程度で
あったものが、Ｌａ2 Ｏ3 を５％添加することによって
熱伝導率が約０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃に低下し、
更にＬａ2 Ｏ3を５％以上添加するに従って更に熱伝導
率が低下することが分かった。そこで、例えば、セラミ
ックスをエンジン部品等に使用するため、熱伝導率を約
０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下のものを基準特性と
すると、該熱伝導率特性を得るためには、サイアロンに
Ｌａ2 Ｏ3 を５％以上添加すればよいことが分かる。
した場合の添加量と熱伝導率との関係を示している。図
１では、横軸に、サイアロンに対するＬａ2 Ｏ3 の添加
量（ｗｔ％）、即ち、Ｌａ2 Ｏ3 ／（Ｌａ2 Ｏ3 ＋サイ
アロン＋Ａｌ2 Ｏ3 ）×１００（ｗｔ％）を示し、縦軸
に熱伝導率（ｃａｌ／ｓ・ｃｍ・℃）を示している。図
から分かるように、サイアロンに対して無添加の場合に
は、熱伝導率が約０．０２ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃程度で
あったものが、Ｌａ2 Ｏ3 を５％添加することによって
熱伝導率が約０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃に低下し、
更にＬａ2 Ｏ3を５％以上添加するに従って更に熱伝導
率が低下することが分かった。そこで、例えば、セラミ
ックスをエンジン部品等に使用するため、熱伝導率を約
０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下のものを基準特性と
すると、該熱伝導率特性を得るためには、サイアロンに
Ｌａ2 Ｏ3 を５％以上添加すればよいことが分かる。
【００１７】また、得られた試料のうち、２０％添加品
について、その組織のＳＣＭ観察とその画像処理によ
り、平均粒子サイズを測定したところ、１．２μｍ程度
であった。焼成条件を変えることにより、平均粒子サイ
ズをコントロールし、得られた試料の熱伝導率の関係を
図２に示す。図２は、横軸に平均粒子サイズ（μｍ）を
とり、縦軸に熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）及び４
点曲げ強度ＭＰａ（メガパスカル）をとっている。図２
において、サイアロン及び添加物の元素を含む酸化物の
平均結晶粒子のサイズが１．５μｍ以下で低熱伝導を示
すことが分かった。また、低熱伝導セラミックスの強度
についても、図２に示すように、４００ＭＰａ以上の強
度を有しており、熱伝導率とのバランスで考えると、高
強度であるといえるものである。また、サイアロンにＬ
ａ2 Ｏ3 を５％以上添加して作製した低熱伝導セラミッ
クスの試料をＸ線回折パターンを測定すると、測定の結
果、Ｌａ2 Ｓｉ6 Ｎ8 Ｏ3 の化合物が形成されているこ
とが分かった。
について、その組織のＳＣＭ観察とその画像処理によ
り、平均粒子サイズを測定したところ、１．２μｍ程度
であった。焼成条件を変えることにより、平均粒子サイ
ズをコントロールし、得られた試料の熱伝導率の関係を
図２に示す。図２は、横軸に平均粒子サイズ（μｍ）を
とり、縦軸に熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）及び４
点曲げ強度ＭＰａ（メガパスカル）をとっている。図２
において、サイアロン及び添加物の元素を含む酸化物の
平均結晶粒子のサイズが１．５μｍ以下で低熱伝導を示
すことが分かった。また、低熱伝導セラミックスの強度
についても、図２に示すように、４００ＭＰａ以上の強
度を有しており、熱伝導率とのバランスで考えると、高
強度であるといえるものである。また、サイアロンにＬ
ａ2 Ｏ3 を５％以上添加して作製した低熱伝導セラミッ
クスの試料をＸ線回折パターンを測定すると、測定の結
果、Ｌａ2 Ｓｉ6 Ｎ8 Ｏ3 の化合物が形成されているこ
とが分かった。
【００１８】次に、この低熱伝導セラミックスの製造方
法についての別の実施例を説明する。この実施例では、
サイアロンに対する添加物としてＬａ2 Ｏ3 に代えて、
ＺｒＯ2 ，Ｄｙ2 Ｏ3 ，ＣｅＯ2 ，ＨｆＯ2 （酸化ハフ
ニウム）をそれぞれ使用し、その添加量を２０％とし
て、上記実施例と同様の工程によって低熱伝導セラミッ
クスを作製し、それらの試験を同様に行った。その結
果、いずれも同様な低熱伝導特性を得ることができた。
法についての別の実施例を説明する。この実施例では、
サイアロンに対する添加物としてＬａ2 Ｏ3 に代えて、
ＺｒＯ2 ，Ｄｙ2 Ｏ3 ，ＣｅＯ2 ，ＨｆＯ2 （酸化ハフ
ニウム）をそれぞれ使用し、その添加量を２０％とし
て、上記実施例と同様の工程によって低熱伝導セラミッ
クスを作製し、それらの試験を同様に行った。その結
果、いずれも同様な低熱伝導特性を得ることができた。
【００１９】この発明による低熱伝導セラミックスを他
のものと比較するために、上記各実施例の原料粉末のう
ち、サイアロンを窒化ケイ素（α−Ｓｉ3 Ｎ4 ）を使用
して、同様の工程によってセラミックスを作製し、該セ
ラミックスに対して同様の試験を行ったが、熱伝導率は
サイアロンのものに比較して約２倍になった。これは、
固溶体の量が少ないために、非調和性が十分に導入され
ずに、低熱伝導化しなかったものと類推される。
のものと比較するために、上記各実施例の原料粉末のう
ち、サイアロンを窒化ケイ素（α−Ｓｉ3 Ｎ4 ）を使用
して、同様の工程によってセラミックスを作製し、該セ
ラミックスに対して同様の試験を行ったが、熱伝導率は
サイアロンのものに比較して約２倍になった。これは、
固溶体の量が少ないために、非調和性が十分に導入され
ずに、低熱伝導化しなかったものと類推される。
【００２０】また、この発明による低熱伝導セラミック
スを更に他のものと比較するために、サイアロンにＬａ
2 Ｏ3 の添加量を２０％にし、焼成時のガス雰囲気の圧
力を変化させてセラミックスを作製した。ガス雰囲気圧
が１気圧即ち常圧で焼成したセラミックスでは、熱伝導
率が０．０１６ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃であった。これに
対して、ガス雰囲気圧が５気圧で焼成したセラミックス
では、熱伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃であっ
た。組織的に観ると、１気圧焼成では、単位面積あたり
の結晶粒子密度が低いことが分かった。これは、焼成時
の窒素ガス濃度が低いため、核発生頻度も低下したため
と考えられる。
スを更に他のものと比較するために、サイアロンにＬａ
2 Ｏ3 の添加量を２０％にし、焼成時のガス雰囲気の圧
力を変化させてセラミックスを作製した。ガス雰囲気圧
が１気圧即ち常圧で焼成したセラミックスでは、熱伝導
率が０．０１６ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃であった。これに
対して、ガス雰囲気圧が５気圧で焼成したセラミックス
では、熱伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃であっ
た。組織的に観ると、１気圧焼成では、単位面積あたり
の結晶粒子密度が低いことが分かった。これは、焼成時
の窒素ガス濃度が低いため、核発生頻度も低下したため
と考えられる。
【００２１】
【発明の効果】この発明による低熱伝導セラミックス及
びその製造方法は、上記のように構成されており、次の
ような効果を有する。即ち、この低熱伝導セラミックス
は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ即ちサイアロン及びＬａ，Ｄ
ｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの元素群のうち少なくとも１種を
含む元素を含み、その平均結晶粒子のサイズが１．５μ
ｍ以下であり、熱伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・
℃以下に構成したので、高強度で低熱伝導率を有する材
料が得られる。それ故に、この低熱伝導セラミックス
は、例えば、断熱エンジン即ち遮熱エンジンの部品とし
て、低熱伝導で且つ高強度の部品として使用することが
できる。
びその製造方法は、上記のように構成されており、次の
ような効果を有する。即ち、この低熱伝導セラミックス
は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎ即ちサイアロン及びＬａ，Ｄ
ｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの元素群のうち少なくとも１種を
含む元素を含み、その平均結晶粒子のサイズが１．５μ
ｍ以下であり、熱伝導率が０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・
℃以下に構成したので、高強度で低熱伝導率を有する材
料が得られる。それ故に、この低熱伝導セラミックス
は、例えば、断熱エンジン即ち遮熱エンジンの部品とし
て、低熱伝導で且つ高強度の部品として使用することが
できる。
【００２２】また、この低熱伝導セラミックスの製造方
法では、焼成にあたって５気圧以上のガス圧雰囲気下で
焼成、即ち高ガス圧雰囲気のコントロールして焼成した
ので、セラミックス組織が超微細化し、フォノン散乱を
高めることができ、低熱伝導化を達成することができ
る。
法では、焼成にあたって５気圧以上のガス圧雰囲気下で
焼成、即ち高ガス圧雰囲気のコントロールして焼成した
ので、セラミックス組織が超微細化し、フォノン散乱を
高めることができ、低熱伝導化を達成することができ
る。
【００２３】一般に、セラミックスについては、高強度
化にするには組織を緻密にすることが望ましいが、組織
を緻密にすると、熱伝導率が高くなるものである。これ
に対して、本発明では、組織を緻密にすると共に、熱伝
導率を低くするために、共有結合性のセラミックスにお
ける熱のキャリアとなるフォノン散乱を大きくし、ま
た、乱れ即ち非調和性を導入することで達成したもので
ある。本発明は、組織的には、固溶体の形成、結晶粒子
の微細化、及び重元素を導入することである。本発明
は、これらの条件を得るため、固溶体のサイアロンに重
元素酸化物を添加し、焼結時に結晶粒の核発生頻度を高
めるために、ガス圧をかけ、しかも結晶粒成長抑制のた
めに、高速で昇温し、且つ低温で焼結させることで達成
している。
化にするには組織を緻密にすることが望ましいが、組織
を緻密にすると、熱伝導率が高くなるものである。これ
に対して、本発明では、組織を緻密にすると共に、熱伝
導率を低くするために、共有結合性のセラミックスにお
ける熱のキャリアとなるフォノン散乱を大きくし、ま
た、乱れ即ち非調和性を導入することで達成したもので
ある。本発明は、組織的には、固溶体の形成、結晶粒子
の微細化、及び重元素を導入することである。本発明
は、これらの条件を得るため、固溶体のサイアロンに重
元素酸化物を添加し、焼結時に結晶粒の核発生頻度を高
めるために、ガス圧をかけ、しかも結晶粒成長抑制のた
めに、高速で昇温し、且つ低温で焼結させることで達成
している。
【図１】この発明による低熱膨張セラミックス材料の一
実施例を示し、サイアロンにＬａ2 Ｏ3 を添加した場合
の添加量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
実施例を示し、サイアロンにＬａ2 Ｏ3 を添加した場合
の添加量と熱伝導率との関係を示すグラフである。
【図２】結晶粒子平均サイズに対する熱伝導率と４点曲
げ強度の関係を示すグラフである。
げ強度の関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｓｉ，Ａｌ，Ｏ，Ｎの全ての元素と、Ｌ
ａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒの元素群のうち少なくとも
１種を含む元素で構成され、且つその平均結晶粒子のサ
イズが１．５μｍ以下であり、熱伝導率が０．０１ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓ・℃以下であることを特徴とする低熱伝導
セラミックス。 - 【請求項２】 サイアロンＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎと、Ａｌ
と、Ｌａ，Ｄｙ，Ｃｅ，Ｈｆ，Ｚｒのうち少なくとも１
種以上の酸化物とを配合して原料粉末を作り、該原料粉
末を成形して成形体を形成し、該成形体を５気圧以上の
ガス圧雰囲気下で焼成したことを特徴とする低熱伝導セ
ラミックスの製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4104050A JPH05279129A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 低熱伝導セラミックス及びその製造方法 |
| DE93302500T DE564257T1 (de) | 1992-03-31 | 1993-03-30 | Keramik mit geringer Wärmeleitfähigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung. |
| DE69305897T DE69305897T2 (de) | 1992-03-31 | 1993-03-30 | Keramik mit geringer Wärmeleitfähigkeit und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US08/040,278 US5403792A (en) | 1992-03-31 | 1993-03-30 | Low thermal conductivity ceramic and process for producing the same |
| EP93302500A EP0564257B1 (en) | 1992-03-31 | 1993-03-30 | Low thermal conductivity ceramic and process for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4104050A JPH05279129A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 低熱伝導セラミックス及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05279129A true JPH05279129A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=14370388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4104050A Pending JPH05279129A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 低熱伝導セラミックス及びその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5403792A (ja) |
| EP (1) | EP0564257B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05279129A (ja) |
| DE (2) | DE69305897T2 (ja) |
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| US6040256A (en) * | 1993-10-12 | 2000-03-21 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Method for producing a reaction sintered ceramic |
| US6770923B2 (en) * | 2001-03-20 | 2004-08-03 | Freescale Semiconductor, Inc. | High K dielectric film |
| US20040093041A1 (en) * | 2002-03-15 | 2004-05-13 | Macdonald Stuart G. | Biothermal power source for implantable devices |
| US7340304B2 (en) * | 2002-03-15 | 2008-03-04 | Biomed Soutions, Llc | Biothermal power source for implantable devices |
| CN100367502C (zh) * | 2002-09-19 | 2008-02-06 | 自由度半导体公司 | 高k介质膜及其制造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| GB1363630A (en) * | 1971-11-19 | 1974-08-14 | Atomic Energy Authority Uk | Fabrication of permeable sintered artefacts |
| GB1600602A (en) * | 1977-03-17 | 1981-10-21 | Lucas Industries Ltd | Tool tip for a machine tool |
| JPS5820782A (ja) * | 1981-07-27 | 1983-02-07 | 住友電気工業株式会社 | 窒化けい素焼結体およびその製造方法 |
| US4711644A (en) * | 1982-02-22 | 1987-12-08 | Kennametal Inc. | Ceramic material and method of manufacture |
| EP0087888B1 (en) * | 1982-02-26 | 1986-06-11 | LUCAS INDUSTRIES public limited company | Method of forming ceramic materials and ceramic products, and ceramic materials and ceramic products formed thereby |
| JPS59232971A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-12-27 | 三菱マテリアル株式会社 | 耐摩耗性のすぐれたサイアロン基セラミツクス |
| JPS60260472A (ja) * | 1984-06-04 | 1985-12-23 | 新技術事業団 | β―サイアロンを含まないα―サイアロン質焼結体 |
| JPS61183169A (ja) * | 1985-02-05 | 1986-08-15 | トヨタ自動車株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| JPS61201663A (ja) * | 1985-02-28 | 1986-09-06 | 工業技術院長 | 繊維組織窒化ケイ素系焼結体の製造方法 |
| JPS62113767A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-05-25 | 住友セメント株式会社 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
| JPS63303864A (ja) * | 1987-06-02 | 1988-12-12 | Nippon Cement Co Ltd | サイアロン焼結体の製造方法 |
| US5112780A (en) * | 1989-05-12 | 1992-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Sialon based composite and method of manufacturing the same |
| DE69014713T2 (de) * | 1989-05-22 | 1995-05-04 | Toshiba Kawasaki Kk | Sialonhaltige Sinterkeramik. |
| US5173458A (en) * | 1990-12-28 | 1992-12-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride sintered body and process for producing the same |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP4104050A patent/JPH05279129A/ja active Pending
-
1993
- 1993-03-30 EP EP93302500A patent/EP0564257B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-30 DE DE69305897T patent/DE69305897T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-30 DE DE93302500T patent/DE564257T1/de active Pending
- 1993-03-30 US US08/040,278 patent/US5403792A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0564257B1 (en) | 1996-11-13 |
| DE69305897T2 (de) | 1997-04-17 |
| US5403792A (en) | 1995-04-04 |
| EP0564257A2 (en) | 1993-10-06 |
| EP0564257A3 (en) | 1994-05-11 |
| DE69305897D1 (de) | 1996-12-19 |
| DE564257T1 (de) | 1994-04-21 |
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