JPH0558740A - 窒化珪素質結晶化ガラスセラミツクス及びその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質結晶化ガラスセラミツクス及びその製造方法Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温下でも耐軟化性、電気絶縁性、高強度で
かつ耐酸化性である窒化珪素質結晶化ガラスセラミック
ス及びその製造方法に関する。 【構成】 平均粒径１０μｍ以下の窒化珪素粉末、珪
素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末及び必要
に応じて酸化マグネシウム及び／又は酸化チタン粉末を
非水溶媒中で混合し、乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中
で熱処理して窒化珪素質酸窒化物ガラスを析出させ、し
かる後、窒素雰囲気中で熱処理してガラス相に結晶核を
生成させ、最後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して結晶核
を成長させた窒化珪素質結晶化ガラスセラミックス及び
その製造方法。
かつ耐酸化性である窒化珪素質結晶化ガラスセラミック
ス及びその製造方法に関する。 【構成】 平均粒径１０μｍ以下の窒化珪素粉末、珪
素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末及び必要
に応じて酸化マグネシウム及び／又は酸化チタン粉末を
非水溶媒中で混合し、乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中
で熱処理して窒化珪素質酸窒化物ガラスを析出させ、し
かる後、窒素雰囲気中で熱処理してガラス相に結晶核を
生成させ、最後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して結晶核
を成長させた窒化珪素質結晶化ガラスセラミックス及び
その製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高温絶縁基板材料、耐摩
耗材料、高温構造材料等に適用される窒化珪素質結晶化
ガラスセラミックス及びその製造方法に関し、本発明は
高温構造材料としての粒界酸窒化物ガラスを結晶化させ
たＳｉ3 Ｎ4 焼結体や装飾建材等に用いられる結晶化ガ
ラス等の製造技術にも適用できる方法に関する。
耗材料、高温構造材料等に適用される窒化珪素質結晶化
ガラスセラミックス及びその製造方法に関し、本発明は
高温構造材料としての粒界酸窒化物ガラスを結晶化させ
たＳｉ3 Ｎ4 焼結体や装飾建材等に用いられる結晶化ガ
ラス等の製造技術にも適用できる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸窒化物ガラス及びそれを含有す
る窒化珪素質のセラミックスは室温では化学的にも安定
で電気絶縁性であり、機械的にも硬度や強度面で優れて
いるが、数百℃以上の高温大気中では酸化され、ガラス
相の軟化により強度が低下したり変形しやすくなる等の
問題がある。
る窒化珪素質のセラミックスは室温では化学的にも安定
で電気絶縁性であり、機械的にも硬度や強度面で優れて
いるが、数百℃以上の高温大気中では酸化され、ガラス
相の軟化により強度が低下したり変形しやすくなる等の
問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これは、酸窒化物ガラ
スが高温大気中では酸化され、ＳｉＯ2 を含む酸化物ガ
ラスとなり、また酸窒化物ガラスの軟化温度が９００〜
１０００℃程度であり、これより高温では変形しやすく
なるためである。この問題点を解決するためには、ガラ
スを結晶化させ軟化温度以上でガラス相を変形しにくく
するか、酸化によりＮ2 ガスが生成することによりガラ
ス中にＮ2 ガスの気泡が発生するので、これを防ぐため
ガラスを結晶化させ、気泡を発生しにくくし酸窒化物ガ
ラスの酸化速度を遅くすること等が考えられる。
スが高温大気中では酸化され、ＳｉＯ2 を含む酸化物ガ
ラスとなり、また酸窒化物ガラスの軟化温度が９００〜
１０００℃程度であり、これより高温では変形しやすく
なるためである。この問題点を解決するためには、ガラ
スを結晶化させ軟化温度以上でガラス相を変形しにくく
するか、酸化によりＮ2 ガスが生成することによりガラ
ス中にＮ2 ガスの気泡が発生するので、これを防ぐため
ガラスを結晶化させ、気泡を発生しにくくし酸窒化物ガ
ラスの酸化速度を遅くすること等が考えられる。
【０００４】しかしながら、良好な酸窒化物ガラスを形
成するための成分化合物の組成範囲や得られた酸窒化物
ガラスを結晶化させるための熱処理条件等の製造条件は
現在まで知られていない。
成するための成分化合物の組成範囲や得られた酸窒化物
ガラスを結晶化させるための熱処理条件等の製造条件は
現在まで知られていない。
【０００５】本発明は上記技術水準に鑑み、良好な窒化
珪素質結晶化ガラスセラミックス及びその製造方法を提
供しようとするものである。
珪素質結晶化ガラスセラミックス及びその製造方法を提
供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は （１）窒化珪素と、珪素、アルミニウム、イットリウム
の酸化物を主たる出発原料として得られる窒化珪素質結
晶化ガラスセラミックスであって、ガラス相が結晶化し
ていることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラスセラミ
ックス。
の酸化物を主たる出発原料として得られる窒化珪素質結
晶化ガラスセラミックスであって、ガラス相が結晶化し
ていることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラスセラミ
ックス。
【０００７】（２）窒化珪素と、珪素、アルミニウム、
イットリウムの酸化物と、マグネシウムおよび／または
チタンの酸化物を主たる出発原料として得られる窒化珪
素質結晶化ガラスセラミックスであって、ガラス相が結
晶化していることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラス
セラミックス。
イットリウムの酸化物と、マグネシウムおよび／または
チタンの酸化物を主たる出発原料として得られる窒化珪
素質結晶化ガラスセラミックスであって、ガラス相が結
晶化していることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラス
セラミックス。
【０００８】（３）平均粒径１０μｍ以下の窒化珪素粉
末、珪素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末を
非水溶媒中で混合し、乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中
で熱処理して窒化珪素質酸窒化物ガラスを析出させ、し
かるのち、窒素加圧雰囲気中で熱処理してガラス相に結
晶核を生成させ、最後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して
結晶核を成長させることを特徴とする窒化珪素質結晶化
ガラスセラミックスの製造方法。
末、珪素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末を
非水溶媒中で混合し、乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中
で熱処理して窒化珪素質酸窒化物ガラスを析出させ、し
かるのち、窒素加圧雰囲気中で熱処理してガラス相に結
晶核を生成させ、最後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して
結晶核を成長させることを特徴とする窒化珪素質結晶化
ガラスセラミックスの製造方法。
【０００９】（４）平均粒径１０μｍ以下の窒化珪素粉
末、珪素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末に
マグネシウムおよび／またはチタンの酸化物を結晶核形
成助剤として添加し、これらの粉末を非水溶媒中で混合
し、乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して窒化
珪素質酸窒化物ガラスを形成させ、しかるのち、窒素加
圧雰囲気中で熱処理してガラス相に結晶核を生成させ、
最後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して結晶核を成長させ
ることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラスセラミック
スの製造方法。である。
末、珪素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末に
マグネシウムおよび／またはチタンの酸化物を結晶核形
成助剤として添加し、これらの粉末を非水溶媒中で混合
し、乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して窒化
珪素質酸窒化物ガラスを形成させ、しかるのち、窒素加
圧雰囲気中で熱処理してガラス相に結晶核を生成させ、
最後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して結晶核を成長させ
ることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラスセラミック
スの製造方法。である。
【００１０】すなわち、本発明はＳｉ3 Ｎ4 とＳｉ
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 の酸化物を主要成分とし、
必要によりＭｇＯ、ＴｉＯ2 から１種以上を結晶核形成
助剤として添加した酸窒化物ガラスを重要な構成要素と
するセラミックスで、以下の製法で作製し、結晶化させ
ることによりＳｉ3 Ｎ4 とＹ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3
Ｏ 12、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13、Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ等の結晶を形成
させた窒化珪素質結晶化ガラスセラミックスである。
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 の酸化物を主要成分とし、
必要によりＭｇＯ、ＴｉＯ2 から１種以上を結晶核形成
助剤として添加した酸窒化物ガラスを重要な構成要素と
するセラミックスで、以下の製法で作製し、結晶化させ
ることによりＳｉ3 Ｎ4 とＹ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3
Ｏ 12、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13、Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ等の結晶を形成
させた窒化珪素質結晶化ガラスセラミックスである。
【００１１】その製法はＳｉ3 Ｎ4 を５〜９５ｗｔ％、
Ｙ2 Ｏ3 ／Ａｌ2 Ｏ3 組成比としては０．８〜５の範囲
でありＡｌ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 を合計で３〜７５ｗｔ％、
ＳｉＯ2 を１〜５５ｗｔ％、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 から１種
以上を０〜１５ｗｔ％の組成範囲になるように平均粒径
１０μｍ以下の原料微粉末を、エタノール、ブタノール
等の非水溶媒中で必要に応じてポリエチレンアミン等の
高分子を分散剤として湿式混合し、乾燥、成型後、必要
に応じて真空中４００〜７００℃に加熱して脱脂し、続
いてＮ2 ガス加圧雰囲気下で１３００〜１９００℃の温
度で０．５〜２０時間熱処理してＳｉ3 Ｎ4 質の酸窒化
物ガラスを含むセラミックスを得る。このセラミックス
をＮ2 ガスを含有する不活性ガス中で８５０〜１０００
℃に加熱し、０．５〜３時間熱処理し結晶核を形成させ
た後、望ましくは加圧Ｎ2 ガス雰囲気中で１１００〜１
４００℃で１〜３０時間結晶化熱処理し、Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ
7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13、
Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ等の結晶を形成させることにより結晶化さ
せるという手段を用いた。
Ｙ2 Ｏ3 ／Ａｌ2 Ｏ3 組成比としては０．８〜５の範囲
でありＡｌ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 を合計で３〜７５ｗｔ％、
ＳｉＯ2 を１〜５５ｗｔ％、ＭｇＯ、ＴｉＯ2 から１種
以上を０〜１５ｗｔ％の組成範囲になるように平均粒径
１０μｍ以下の原料微粉末を、エタノール、ブタノール
等の非水溶媒中で必要に応じてポリエチレンアミン等の
高分子を分散剤として湿式混合し、乾燥、成型後、必要
に応じて真空中４００〜７００℃に加熱して脱脂し、続
いてＮ2 ガス加圧雰囲気下で１３００〜１９００℃の温
度で０．５〜２０時間熱処理してＳｉ3 Ｎ4 質の酸窒化
物ガラスを含むセラミックスを得る。このセラミックス
をＮ2 ガスを含有する不活性ガス中で８５０〜１０００
℃に加熱し、０．５〜３時間熱処理し結晶核を形成させ
た後、望ましくは加圧Ｎ2 ガス雰囲気中で１１００〜１
４００℃で１〜３０時間結晶化熱処理し、Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ
7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13、
Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ等の結晶を形成させることにより結晶化さ
せるという手段を用いた。
【００１２】
【作用】以下に本発明に用いた手段の作用について説明
する。セラミックスを構成する成分の組成範囲は上述の
ようであるが、これは目的とする結晶を十分成長させた
酸窒化物ガラスが得られる組成範囲（図１）を種々の実
験により確認した結果得られたものである。望ましくは
図１に示した斜線の領域を用いることが好ましい。この
時、Ｙ2 Ｏ3 ／Ａｌ2 Ｏ3 の混合比は０．８〜５である
が、Ａｌ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 の混合酸化物の組成をＡｌ
2-m Ｙm Ｏ3 と表示した場合、上記混合比の範囲はｍの
値としては０．９〜１．６７の範囲が酸窒化物ガラスを
形成させるためには好ましい組成範囲として表わされ
る。これらの組成範囲内のガラスを結晶化させた場合、
形成される結晶は主としてＳｉ3 Ｎ4 、Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ、
Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13で
あることが後述の実施例により確認された。
する。セラミックスを構成する成分の組成範囲は上述の
ようであるが、これは目的とする結晶を十分成長させた
酸窒化物ガラスが得られる組成範囲（図１）を種々の実
験により確認した結果得られたものである。望ましくは
図１に示した斜線の領域を用いることが好ましい。この
時、Ｙ2 Ｏ3 ／Ａｌ2 Ｏ3 の混合比は０．８〜５である
が、Ａｌ2 Ｏ3 とＹ2 Ｏ3 の混合酸化物の組成をＡｌ
2-m Ｙm Ｏ3 と表示した場合、上記混合比の範囲はｍの
値としては０．９〜１．６７の範囲が酸窒化物ガラスを
形成させるためには好ましい組成範囲として表わされ
る。これらの組成範囲内のガラスを結晶化させた場合、
形成される結晶は主としてＳｉ3 Ｎ4 、Ｓｉ2 Ｎ2 Ｏ、
Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13で
あることが後述の実施例により確認された。
【００１３】ＭｇＯ、ＴｉＯ2 は結晶成長を促進するた
めの核形成助剤であり、添加しなくとも発明の効果に変
わりはないが、添加すると結晶核形成を助け、低温でも
結晶化しやすくなる効果が存在する。しかしながら、核
形成助剤の添加量が多すぎると、酸化物の共晶温度が低
くなり、高温強度に悪い影響を与えるので、添加する場
合でも、使用量は１５％以下が好ましく、高温強度があ
まり問題とならない製品に対しては有効な手段である。
めの核形成助剤であり、添加しなくとも発明の効果に変
わりはないが、添加すると結晶核形成を助け、低温でも
結晶化しやすくなる効果が存在する。しかしながら、核
形成助剤の添加量が多すぎると、酸化物の共晶温度が低
くなり、高温強度に悪い影響を与えるので、添加する場
合でも、使用量は１５％以下が好ましく、高温強度があ
まり問題とならない製品に対しては有効な手段である。
【００１４】原料微粉末の平均粒径は均一な組成のセラ
ミックスを製造するためには１０μｍ以下の微粉末を用
いることが必要で、好ましくは１μｍ前後の粒径の粉末
を用いることにより、均一な材料短時間の熱処理で製造
できるようになる。
ミックスを製造するためには１０μｍ以下の微粉末を用
いることが必要で、好ましくは１μｍ前後の粒径の粉末
を用いることにより、均一な材料短時間の熱処理で製造
できるようになる。
【００１５】成形体の脱脂条件としては、真空中で４０
０〜７００℃の温度に加熱するだけで十分である。続い
てこの成型体の熱処理条件は組成により異なるが、Ｎ2
ガス雰囲気で１３００〜１９００℃の温度で０．５〜２
０時間保持する。Ｓｉ3 Ｎ4 添加量が少なく、ガラス相
の量が非常に多い場合、１３００〜１５００℃の温度で
ガラスが得られるが、Ｓｉ3Ｎ4 が７０ｗｔ％以上の領
域では１７００〜１９００℃温度が必要である。熱処理
時間は各温度とも０．５〜２０時間の範囲で十分であ
る。特に１４００℃よりも高温での熱処理はＮ2 ガス加
圧雰囲気（たとえば１０気圧）下で行う必要がある。こ
れは加熱中にＳｉ3 Ｎ4 が分解し、Ｎ2 ガスが発生する
のを防ぐためである。
０〜７００℃の温度に加熱するだけで十分である。続い
てこの成型体の熱処理条件は組成により異なるが、Ｎ2
ガス雰囲気で１３００〜１９００℃の温度で０．５〜２
０時間保持する。Ｓｉ3 Ｎ4 添加量が少なく、ガラス相
の量が非常に多い場合、１３００〜１５００℃の温度で
ガラスが得られるが、Ｓｉ3Ｎ4 が７０ｗｔ％以上の領
域では１７００〜１９００℃温度が必要である。熱処理
時間は各温度とも０．５〜２０時間の範囲で十分であ
る。特に１４００℃よりも高温での熱処理はＮ2 ガス加
圧雰囲気（たとえば１０気圧）下で行う必要がある。こ
れは加熱中にＳｉ3 Ｎ4 が分解し、Ｎ2 ガスが発生する
のを防ぐためである。
【００１６】以上の手段により酸窒化物ガラスとＳｉ3
Ｎ4 結晶との混在するセラミックスが得られるが、これ
だけではガラス相は結晶化しておらず、高温で軟化した
り酸化されやすいという問題点があるので、本発明では
さらに以下の手段によりガラス相を結晶化させた。酸窒
化物ガラスを結晶化させるためには、結晶化熱処理の前
に結晶核を形成させねばならない。種々の検討を行った
結果、結晶核の形成速度は８５０〜１０００℃の温度が
最大であることがわかった。核形成のための熱処理時間
は０．５〜３時間で十分である。８５０℃以下では結晶
核の形成速度が遅く、またガラスをいきなり１０００℃
以上の温度に急熱しても核形成や結晶成長が起こらない
という実験結果が得られたからである。
Ｎ4 結晶との混在するセラミックスが得られるが、これ
だけではガラス相は結晶化しておらず、高温で軟化した
り酸化されやすいという問題点があるので、本発明では
さらに以下の手段によりガラス相を結晶化させた。酸窒
化物ガラスを結晶化させるためには、結晶化熱処理の前
に結晶核を形成させねばならない。種々の検討を行った
結果、結晶核の形成速度は８５０〜１０００℃の温度が
最大であることがわかった。核形成のための熱処理時間
は０．５〜３時間で十分である。８５０℃以下では結晶
核の形成速度が遅く、またガラスをいきなり１０００℃
以上の温度に急熱しても核形成や結晶成長が起こらない
という実験結果が得られたからである。
【００１７】ガラスを約５℃／ｍｉｎの速度で加熱しな
がら示差熱分析により解析した結果、結晶化開始温度が
約１２１０℃であることがわかったが、これ以下の温度
域１１００〜１２００℃でも組成により３０時間程度熱
処理すれば結晶化は起こる。なお加熱温度が１３００℃
以上では結晶（固相）以外に多量の液相を共存するの
で、一度成長した結晶が溶けてしまうことになる。そこ
で結晶化熱処理温度としては、望ましくはＳｉ3 Ｎ4 濃
度が少なく、ガラス相の量が非常に多い時は１２００〜
１３００℃の温度がよく、Ｓｉ3 Ｎ4 濃度が多いとき
（例えばＳｉ3 Ｎ4 量５０％以上）は、１２５０〜１４
００℃の温度領域を用いることが好ましい。熱処理時間
は１〜３０時間で十分である。
がら示差熱分析により解析した結果、結晶化開始温度が
約１２１０℃であることがわかったが、これ以下の温度
域１１００〜１２００℃でも組成により３０時間程度熱
処理すれば結晶化は起こる。なお加熱温度が１３００℃
以上では結晶（固相）以外に多量の液相を共存するの
で、一度成長した結晶が溶けてしまうことになる。そこ
で結晶化熱処理温度としては、望ましくはＳｉ3 Ｎ4 濃
度が少なく、ガラス相の量が非常に多い時は１２００〜
１３００℃の温度がよく、Ｓｉ3 Ｎ4 濃度が多いとき
（例えばＳｉ3 Ｎ4 量５０％以上）は、１２５０〜１４
００℃の温度領域を用いることが好ましい。熱処理時間
は１〜３０時間で十分である。
【００１８】また結晶核形成助剤を用いたＳｉ3 Ｎ4 が
少ない場合は、１１００〜１２００℃でも結晶化は進行
するが、これは共晶強度が約１２５０℃程度に低くな
り、結晶化しやすくなるためである。
少ない場合は、１１００〜１２００℃でも結晶化は進行
するが、これは共晶強度が約１２５０℃程度に低くな
り、結晶化しやすくなるためである。
【００１９】次に酸窒化物ガラスの結晶化の作用につい
て説明する。酸窒化物ガラスの軟化温度は約１０００℃
であり、このため１０００℃以上の温度ではガラスが変
形しやすくなり強度が低下するが、結晶化により多量の
Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13等
の結晶を析出させることにより、ガラスを変形しにくく
するという作用をもつ。
て説明する。酸窒化物ガラスの軟化温度は約１０００℃
であり、このため１０００℃以上の温度ではガラスが変
形しやすくなり強度が低下するが、結晶化により多量の
Ｙ2 Ｓｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ12、Ａｌ6 Ｓｉ2 Ｏ13等
の結晶を析出させることにより、ガラスを変形しにくく
するという作用をもつ。
【００２０】また結晶化により硬度も高くなり耐摩耗性
も向上するという利点を有する。酸窒化物ガラスはガラ
ス中にＳｉ−Ｏボンド以外にＳｉ−Ｎボンドをもつガラ
スであるが、酸化によりＳｉ−Ｎボンドが切断されてＮ
2 ガスが発生するので、生じたＮ2 ガスによる気泡がガ
ラス中にできるが、ガラスを結晶化させればガラスが変
形しにくくなり、Ｎ2 ガスの気泡の形成が抑えられるの
で、酸化により発生したＮ2 ガスがガラスの外へ逃散す
ることができなくなり、酸化速度が非常に遅くなるとい
う作用を有することが、本発明の種々の実験例により確
認され、酸窒化物ガラスの結晶化にもちいた本発明方法
が課題の解決に有効であることが明らかとなった。
も向上するという利点を有する。酸窒化物ガラスはガラ
ス中にＳｉ−Ｏボンド以外にＳｉ−Ｎボンドをもつガラ
スであるが、酸化によりＳｉ−Ｎボンドが切断されてＮ
2 ガスが発生するので、生じたＮ2 ガスによる気泡がガ
ラス中にできるが、ガラスを結晶化させればガラスが変
形しにくくなり、Ｎ2 ガスの気泡の形成が抑えられるの
で、酸化により発生したＮ2 ガスがガラスの外へ逃散す
ることができなくなり、酸化速度が非常に遅くなるとい
う作用を有することが、本発明の種々の実験例により確
認され、酸窒化物ガラスの結晶化にもちいた本発明方法
が課題の解決に有効であることが明らかとなった。
【００２１】
【実施例】本発明の一実施例として、窒化珪素質セラミ
ックス中の酸窒化物ガラスの結晶化条件をまず最初に決
定した例を以下に示す。２０％Ａｌ2 Ｏ3 −４８％Ｙ2
Ｏ 3 −２６％ＳｉＯ2 −６％Ｓｉ3 Ｎ4 組成の試料を非
水溶媒により混合成型した後、真空中で５００℃まで加
熱し、続いてＮ2 ガス１０気圧の加圧下で高純度アルミ
ナるつぼ中で１５００℃、１時間熱処理した後、急冷し
て酸窒化物ガラスを作成し、示差熱分析によりガラス転
移温度が約９３０℃、結晶化開始温度が約１２１０℃で
あること、熱膨張測定によりガラスの軟化温度が約１０
１０℃であることが判明した。
ックス中の酸窒化物ガラスの結晶化条件をまず最初に決
定した例を以下に示す。２０％Ａｌ2 Ｏ3 −４８％Ｙ2
Ｏ 3 −２６％ＳｉＯ2 −６％Ｓｉ3 Ｎ4 組成の試料を非
水溶媒により混合成型した後、真空中で５００℃まで加
熱し、続いてＮ2 ガス１０気圧の加圧下で高純度アルミ
ナるつぼ中で１５００℃、１時間熱処理した後、急冷し
て酸窒化物ガラスを作成し、示差熱分析によりガラス転
移温度が約９３０℃、結晶化開始温度が約１２１０℃で
あること、熱膨張測定によりガラスの軟化温度が約１０
１０℃であることが判明した。
【００２２】酸窒化物ガラスの結晶化温度を熱分析によ
り決定した例はあまりなく、この実施例により１２１０
℃以上に加熱すれば結晶化が容易に起こることが初めて
明らかとなった。なお熱分析は加熱速度５℃／ｍｉｎ．
の条件下で実験しているので、１２００℃以下の温度で
も長時間熱処理すれば（例えば、１１５０℃３０時
間）、結晶化が起こることは別の実験例で明らかとなっ
た。窒化珪素質酸窒化物ガラスセラミックスの結晶化条
件を決めた例を表１に示す。
り決定した例はあまりなく、この実施例により１２１０
℃以上に加熱すれば結晶化が容易に起こることが初めて
明らかとなった。なお熱分析は加熱速度５℃／ｍｉｎ．
の条件下で実験しているので、１２００℃以下の温度で
も長時間熱処理すれば（例えば、１１５０℃３０時
間）、結晶化が起こることは別の実験例で明らかとなっ
た。窒化珪素質酸窒化物ガラスセラミックスの結晶化条
件を決めた例を表１に示す。
【００２３】この結果、酸窒化物ガラスは作製した直
後、結晶化開始温度以上の温度で熱処理してもあまり結
晶化しないことがＸ線回折により明らかとなった。これ
は結晶成長に必要な結晶核があまり生成していないため
と考えられる。作製したガラスを９００℃前後の温度で
熱処理して結晶核を形成させた後、結晶化温度以上に加
熱すると、酸窒化物ガラスがほとんど結晶化し、Ｙ2 Ｓ
ｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ 12、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ6 Ｓｉ2
Ｏ13の結晶相に変化していることが、Ｘ線回折により確
認できた。
後、結晶化開始温度以上の温度で熱処理してもあまり結
晶化しないことがＸ線回折により明らかとなった。これ
は結晶成長に必要な結晶核があまり生成していないため
と考えられる。作製したガラスを９００℃前後の温度で
熱処理して結晶核を形成させた後、結晶化温度以上に加
熱すると、酸窒化物ガラスがほとんど結晶化し、Ｙ2 Ｓ
ｉ2 Ｏ7 、Ａｌ5 Ｙ3 Ｏ 12、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ6 Ｓｉ2
Ｏ13の結晶相に変化していることが、Ｘ線回折により確
認できた。
【００２４】なお、結晶核形成助剤を添加すると、結晶
化が起こりやすくなるが、同時に液相が現れる温度が下
がるという欠点が出るので、約１０００℃以上の高温用
途としてはＭｇＯやＴｉＯ2 を添加しない方が好まし
い。
化が起こりやすくなるが、同時に液相が現れる温度が下
がるという欠点が出るので、約１０００℃以上の高温用
途としてはＭｇＯやＴｉＯ2 を添加しない方が好まし
い。
【００２５】次に得られたセラミックスの酸化試験を行
った結果、表２に示すように、結晶化による耐酸化性が
向上することがわかった。特に、酸窒化物ガラスでは結
晶化による耐酸化性の向上効果が著しいことがわかる。
これは前述のように結晶化によりガラスが変形しにくく
なり、酸化による気泡の生成が抑えられるので酸化速度
が著しく遅くなるためであり本発明の効果が大きいこと
がわかる。Ｓｉ3 Ｎ4 濃度の大きい組成でもガラス相の
結晶化は耐酸化性の向上に有効であることがわかる。
った結果、表２に示すように、結晶化による耐酸化性が
向上することがわかった。特に、酸窒化物ガラスでは結
晶化による耐酸化性の向上効果が著しいことがわかる。
これは前述のように結晶化によりガラスが変形しにくく
なり、酸化による気泡の生成が抑えられるので酸化速度
が著しく遅くなるためであり本発明の効果が大きいこと
がわかる。Ｓｉ3 Ｎ4 濃度の大きい組成でもガラス相の
結晶化は耐酸化性の向上に有効であることがわかる。
【００２６】表３に酸窒化物ガラスセラミックスの結晶
化の室温曲げ強度に対する影響を測定した結果を示す。
この組成の試料ではＳｉ3 Ｎ4 濃度が高いので、酸窒化
物ガラスの量は少なく、Ｓｉ3 Ｎ4の粒界に存在してい
ると考えられるが、ガラス相の結晶化により強度が向上
する効果も存在することが確認された。
化の室温曲げ強度に対する影響を測定した結果を示す。
この組成の試料ではＳｉ3 Ｎ4 濃度が高いので、酸窒化
物ガラスの量は少なく、Ｓｉ3 Ｎ4の粒界に存在してい
ると考えられるが、ガラス相の結晶化により強度が向上
する効果も存在することが確認された。
【表１】
【表２】
【表３】
【００２７】
【発明の効果】窒化珪素質窒化物ガラスを結晶化させる
ことにより、高温でも試料の軟化がなく電気絶縁性、高
強度で耐酸化性の窒化珪素質酸窒化物ガラスセラミック
スを提供でき、また化学的にも安定である同セラミック
スの使用温度をさらに数百℃程度の高温大気中にまで広
げることができ、産業上の利用価値が高い。特に本発明
により酸窒化物ガラスの結晶化温度等が明らかになった
ので、粒界に酸窒化物ガラスをもつ窒化珪素質酸窒化物
ガラスセラミックスの特性改善手法として効果がある。
ことにより、高温でも試料の軟化がなく電気絶縁性、高
強度で耐酸化性の窒化珪素質酸窒化物ガラスセラミック
スを提供でき、また化学的にも安定である同セラミック
スの使用温度をさらに数百℃程度の高温大気中にまで広
げることができ、産業上の利用価値が高い。特に本発明
により酸窒化物ガラスの結晶化温度等が明らかになった
ので、粒界に酸窒化物ガラスをもつ窒化珪素質酸窒化物
ガラスセラミックスの特性改善手法として効果がある。
【００２８】なお、得られた窒化珪素質結晶化ガラスセ
ラミックスは灰黒色であり、その中でもＳｉ2 Ｎ2 Ｏ等
の板状結晶を析出させたものは人工大理石様の光沢をも
ち装飾用途にも利用できる。
ラミックスは灰黒色であり、その中でもＳｉ2 Ｎ2 Ｏ等
の板状結晶を析出させたものは人工大理石様の光沢をも
ち装飾用途にも利用できる。
【図１】本発明の窒化珪素質結晶化ガラスセラミックス
を作製するための組成範囲（斜線部）を示す図表
を作製するための組成範囲（斜線部）を示す図表
Claims (4)
- 【請求項１】 窒化珪素と、珪素、アルミニウム、イッ
トリウムの酸化物を主たる出発原料として得られる窒化
珪素質結晶化ガラスセラミックスであって、ガラス相が
結晶化していることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラ
スセラミックス。 - 【請求項２】 窒化珪素と、珪素、アルミニウム、イッ
トリウムの酸化物と、マグネシウムおよび／またはチタ
ンの酸化物を主たる出発原料として得られる窒化珪素質
結晶化ガラスセラミックスであって、ガラス相が結晶化
していることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラスセラ
ミックス。 - 【請求項３】 平均粒径１０μｍ以下の窒化珪素粉末、
珪素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末を非水
溶媒中で混合し、乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中で熱
処理して窒化珪素質酸窒化物ガラスを析出させ、しかる
のち、窒素加圧雰囲気中で熱処理してガラス相に結晶核
を生成させ、最後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して結晶
核を成長させることを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラ
スセラミックスの製造方法。 - 【請求項４】 平均粒径１０μｍ以下の窒化珪素粉末、
珪素、アルミニウム、イットリウムの酸化物粉末にマグ
ネシウムおよび／またはチタンの酸化物を結晶核形成助
剤として添加し、これらの粉末を非水溶媒中で混合し、
乾燥、成形後に窒素加圧雰囲気中で熱処理して窒化珪素
質酸窒化物ガラスを形成させ、しかるのち、窒素加圧雰
囲気中で熱処理してガラス相に結晶核を生成させ、最後
に窒素加圧雰囲気中で熱処理して結晶核を成長させるこ
とを特徴とする窒化珪素質結晶化ガラスセラミックスの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3224516A JPH0558740A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 窒化珪素質結晶化ガラスセラミツクス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3224516A JPH0558740A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 窒化珪素質結晶化ガラスセラミツクス及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0558740A true JPH0558740A (ja) | 1993-03-09 |
Family
ID=16815021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3224516A Withdrawn JPH0558740A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 窒化珪素質結晶化ガラスセラミツクス及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0558740A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003095746A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Kyocera Corp | ガラスセラミック組成物、焼結体およびそれを用いた配線基板 |
| CN115745401A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮化硅陶瓷包封用氧氮玻璃及其制备方法和应用 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP3224516A patent/JPH0558740A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003095746A (ja) * | 2001-09-26 | 2003-04-03 | Kyocera Corp | ガラスセラミック組成物、焼結体およびそれを用いた配線基板 |
| CN115745401A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-07 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种氮化硅陶瓷包封用氧氮玻璃及其制备方法和应用 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981203 |