JPH0613435B2 - ダイカスト用多孔性窒化ケイ素金型の製造方法 - Google Patents

ダイカスト用多孔性窒化ケイ素金型の製造方法

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JPH0613435B2
JPH0613435B2 JP62504660A JP50466087A JPH0613435B2 JP H0613435 B2 JPH0613435 B2 JP H0613435B2 JP 62504660 A JP62504660 A JP 62504660A JP 50466087 A JP50466087 A JP 50466087A JP H0613435 B2 JPH0613435 B2 JP H0613435B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、非常に良好な機械的堅牢性をもちながら調整
可能な開放多孔性を有しており、加圧(過、液滴分離d
vsiculage)を含む液-固、気-固、気-液、液-液の全
分離操作に使用され得る窒化ケイ素製部品(部材)の製造
方法、特に泥漿ダイカスト法によりセラミック部品を製
造するために使用される多孔性金型の製造に係る。
従来技術 焼結-反応により窒化ケイ素(RBSN-Reaction Bonded Sil
icon Nitride型)を得ることは知られており、この方法
によると、助剤を加えるか又は加えずにケイ素粉末を圧
縮することにより部品を成形後、窒素の存在下で該部品
を一般に1450℃を越えない温度に加熱し、窒化ケイ素を
得る。この方法は、熱処理後に得られる部品に出発圧縮
物の寸法を維持でき(反応による体積の増加が稠密化時
に生じる減少を相殺する)、従って加工費用を最小にし
ながら複雑な形状の部品を製造できるという利点があ
る。
得られる材料は15〜25容量％程度の多孔率を有してい
る。気孔は、10〜100μｍの平均寸法を有する気孔キャ
ビティの形態である。しかしながらこれらのキャビテイ
は、水銀多孔度計により測定できる気孔の85％の直径が
一般に1μｍ未満であり且つ平均直径が0.5μｍ未満であ
るので小寸法の毛管でないとアクセスできない。これら
の管の小さい直径は測定可能な流体流量を確保すること
ができず、従って気孔は実質的に閉じている。この気孔
形状の結果、この材料は十分な透過性を示さず、従って
過用としては使用できない。
一方、この製品は化学的不活性及び熱衝撃強さが非常に
良好であり、同時に高圧(10000バール)に耐えるに十分
な非常に良好な機械的特性を備えている。
更に、過部品は金属粉末又は耐火性酸化物の焼結によ
り、又はポリマーをベースとして得られる。焼結金属は
制御された多孔率の部品をもたらすが、特に媒体が弱酸
性になると化学的に不活性でなくなり、複雑な部品を製
造することができないという欠点がある。焼結酸化物は
窒化ケイ素よりも化学的に不活性ではなく、更に、焼結
時の収縮により容易且つ正確に多孔率を制御することが
できず、加工せずに直接正確な最終寸法を有する部品を
得ることはできず、また、優れた熱衝撃強さも備えてい
ない。ポリマーをベースとする過部品については、気
孔を形成し調整することは困難であり、更にこのような
部品は温度に耐えることができず、焼結鉱物生成物の磨
耗に耐えることができず、加圧下では使用すると変形し
てしまう。
主に泥漿注型によりセラミック物品を得るために過金
型に適用するためには、上記の理由により焼結金属及び
酸化物は使用されていない。通常ではプラスター又は石
膏金型を使用しており、ポリマーをベースとする金型を
使用することは稀である。しかしながら、プラスター金
型は脆く、注型及び洗浄時に浸食を受け、泥漿中にシリ
カ及び／又はアジュバントを使用すると腐食を受ける。
このような金型の寿命は10〜50回以下である。更に、同
一金型の使用頻度が非常に長く、2回の連続注型の間が
約5時間である。この時間はダイカストを使用すること
により著しく短縮できるが、金型は十分堅牢ではなく、
ベルギー特許第896853号に記載されているようにフェル
ールが不可欠である。
ポリマーをベースとする金型も提案されており(米国特
許第3929685号)、主にダイカスト用に使用されている。
この場合、鋳造時間は約10分間になり、金型を直ちに再
使用することができ、その寿命は10000回に達する。し
かしながら、圧力の作用下では弾性変形を受けるという
欠点があり、正確な寸法を有する特に中空状の部品を得
ることは困難である。
更に、日本国特許J60 033272(Toyo Rubber)は窒化ケイ
素の多孔性部品について記載している。多孔性は発泡剤
(ポリウレタン)により得られるケイ素粉末の泥漿注型に
より成形される(生)素地部品で得られる。素地部品は次
に重合反応により硬化され、次いで窒化熱処理される。
この方法は最終多孔性をもたらすべく金型内で発泡させ
るものであるが、均一構造及び特性の部品を得るために
は実施が困難であるという欠点があり、また、炭化ケイ
素の寄生存在の原因となり得る含炭素有機結合剤を大量
に使用しなければならない。得られる気孔は一般に直径
が大きく、通常100μｍを越え、機械的特徴は不十分で
ある。更に、非加工式の鋳造法でないと部品を得ること
ができない。
発明の目的 本発明の目的は、劣化や変形することなしに高圧下で使
用することができる非常に良好な機械的特徴を有してお
り、耐火衝撃及び磨耗性が非常に良好であり、化学的不
活性が非常に大きい調整可能な開放気孔を有する窒化ケ
イ素の過部品を製造することであり、該部品は後で加
工せずに直接最終寸法で得られる。
本発明の別の目的は、セラミック産業で一般に使用され
ているプレス、注型、押出又は射出といった方法を、ケ
イ素粉末をベースとする素地部品の成形方法として使用
することにより、調整可能な開放気孔を有する窒化ケイ
素部品を得ることである。
この場合、最終多孔率は素地圧縮粉末の初期多孔率と、
熱処理中に形成される多孔率との結果である。
圧縮によるこの製造原理は、ポリウレタンの発泡形成に
より素地(粗製)段階で材料の多孔性構造を得るToko Rub
berの日本国特許に記載されている方法と異なる。
本発明の別の目的は、窒化焼結により得られるRBSN型の
窒化ケイ素の多孔率を増加させることであり、水銀で測
定可能な気孔の平均直径が1〜50μｍ、特にセラミック
部品の泥漿注型(加圧を含む)用多孔性金型を得るために
約3〜5μｍに調整され得るとき、本発明により得られる
多孔度は40％に達し得る。
本発明の別の目的は、オキシ窒化物をほとんど含まない
窒化ケイ素の多孔性部品を得ることである。
本発明の別の目的は、透過性部品を得るように窒化焼結
時に開放気孔を得ることである。
本発明の別の目的は、これらの窒化ケイ素過部品を、
その化学的不活性により非常に多数の生成物又は雰囲気
で冷温又は高温(1700℃まで)、加圧下又は非加圧下で固
-気、固-液、液-気、液-液のあらゆる分離の問題に適用
することである。
本発明の別の目的は、過、除塵、液滴分離、気体もし
くは液体拡散、限外過、浸透もしくは逆浸透等の全操
作への適用である。
本発明の別の目的は、これらの過部品を特に多孔性又
は透過性金型の製造に適用することである。
本発明の別の目的は、主に単純注型又はダイカストによ
りセラミック部品を製造するために、泥漿注型用多孔性
金型としてこれらの過部品を適用することであり、こ
れらの多孔性金型は溶融金属、又は各種の有機材料(ポ
リマー、プラスチック、ゴム)の注型にも使用できる。
このように本発明の方法は、透過性であり、且つ毛管に
より相互に連通する気孔を有しており、気孔直径を1〜5
0μｍの間に任意に調整することができ、焼結時に寸法
が安定しており、従って後で加工する必要がなく、化学
的に不活性であり、耐磨耗性及び耐火衝撃性であり、良
好な機械的特徴を備えており、温度に耐え、機械的応
力、特に高圧下でも使用することができる窒化ケイ素
過部品を得ることができる。
発明の説明 良好な機械的特徴を有していながら気孔寸法及び／又は
気孔体積の調整可能な開放微細気孔を有する窒化ケイ素
の過部品を製造する本発明の方法は、ケイ素をベース
とする粉末に場合によっては水の存在下で素地部品の成
形用アジュバントを加えて素地部品を成形した後、含窒
素雰囲気の存在下で窒化熱処理によりこれらの部品を焼
結-反応させることから成り、該方法は a)最終焼結部品に見いだされる多孔率を決定するべく、
素地部品の成形時に予め決定された密度及び構造を得る
ように出発ケイ素粉末の粒度を選択し、 b)後の窒化熱処理時に良好な機械的特徴を維持しながら
所望の開放気孔を得るようにケイ素粉末にシリカ粉末を
混合し、 c)選択された粒度の微細粉末形態であり、窒化熱処理時
に媒体と反応せず且つ最終多孔率の特徴の調整を導く有
機及び／又は耐火性化合物を、b)で得られた粉末混合物
に任意に加え、 d)焼結-窒化反応を行う前に次の方法：、 −場合によっては水に可溶性又は乳化可能なプレス用ア
ジュバントの任意添加後、所望の最終多孔率の関数とし
て10〜2000バールに選択された圧力によるプレス、 −懸濁剤の添加後のスリップ(泥漿)鋳造、 −熱可塑性ポリマーの添加後、使用されるポリマーに適
合する温度、好ましくは70〜200℃で金型に射出、 −プラスチックポリマーの添加後、該ポリマーに適合す
る温度、好ましくは70〜200℃で、又は水の存在下で使
用できる有機可塑化結合剤(例えばメチルセルロース)の
添加後、任意の形態のダイからの押出、 のいずれかにより該粉末混合物を成形して素地部品を取
得し、 e)−成形用アジュバントとして使用される有機材料を除
去するために不活性又は酸化性雰囲気下で及び／又は減
圧下で原則として低速で20℃から最大800℃までの温度
に加熱する第1段階と、 −シリカのような他の揮発性又は分解可能な材料を除去
し且つオキシ窒化物をほとんど含まない多孔性窒化ケイ
素を得るように、SiOの分圧を低く維持しながら窒化雰
囲気下で1500℃までの温度に加熱する第2段階と、 の2段階から成る熱処理を実施することを特徴とする。
主材料はケイ素粉末であり、市販の「電気冶金」品質が好
適である。粒度は1〜200μｍ、好ましくは50〜100μｍ
であり得る。
出発混合物における主成分を構成するケイ素粉末の含有
量は40重量％から100％に近い値までであり、例えば所
望の最終多孔率を小さくしなければならない場合には98
〜99％である。
通常RBSN型の窒化ケイ素の良好な機械的特徴を維持しな
がら材料に透過性を与える役割をもつ付加成分は、一般
にシリカにより構成され、シリカは熱処理時に媒体と反
応して材料の緻密度及び凝集力を破壊しない所望型の多
孔性をもたらす一酸化ケイ素を与える。場合によって
は、出発物質であるケイ素及びシリカの混合物に、最終
多孔率を得るために役立つ気孔形成付加成分を加えても
よい。これらの気孔形成成分は媒体に対して化学的に不
活性な有機又は無機生成物により形成される群(１)に属
し且つ熱処理中の熱分解、焼結、反応により気体として
除去される成分の少なくとも1種により構成される。
例えばこれらの可燃性又は揮発性有機成分は樹木エキス
(リグノスルホネート)、メチルセルロース、ポリエチレ
ングリコール、ポリビニルアルコールであり得る。
これらの添加剤の比率は得ようとする多孔率に応じて使
用されるケイ素の0〜30重量％である。この型の添加剤
は二次的に所望の最終多孔性に作用し得ると、得られる
最終生成物の機械的堅牢度を低下させる傾向がある。
これらの添加剤は後述するように主に素地部品の成形を
助長する役割をもっており、熱分解、蒸発、燃焼又は他
の全ガス発生反応により排出され、その排出は材料の開
放多孔率に貢献するという二次的効果がある。
出発ケイ素粉末に配合されるシリカに関しては、5〜500
μｍ、好ましくは10〜200μｍの粒度を有する粉砕した
電気溶融シリカの微粉末(ガラスを除く)を使用する。添
加剤の量は得ようとする多孔性に応じて出発ケイ素の2
〜30重量％、好ましくは5〜20重量％である。多数の毛
管により相互に連通し且つ材料中に均一に分布された小
寸法の気孔から形成される微細気孔の形成は、加熱時に
シリカと媒体とが反応し、その一部又は全部がSiOとし
て排出され、ベースケイ素の一部が反応式Si＋SiO2→2S
iOに従って排出されることにより説明されよう。
このような現象は第2の加熱段階中にSiOの分圧が低く維
持されること、及び出発混合物中のSiに対してSiO2が少
量しか存在していないことにも起因する。
この多孔性構造は、全体では開放多孔率が大きくなるに
も拘わらず従来のRBSN型の窒化ケイ素に近い機械的堅牢
度を得られる窒化ケイ素に維持できるという利点があ
る。
こうして得られる材料は非常に良好な機械的堅牢度の特
徴である高い凝集力をもつ稠密構造を維持しながら、
過用に必要な流量の流体を吸収することができる。
場合によっては群1の成分に加えてあるいはその代わり
に、媒体に対して化学的に不活性であり且つ熱処理時に
液相を形成しない耐火性成分を出発混合物に加えてもよ
く、該成分は好ましくはケイ素の窒化物、炭化物、アル
ミナ、より一般には窒化物、炭化物、他の耐火性生成
物、特にケイ素により還元され得ず且つ相互間及び／又
はシリカとの間で化合物を形成しない酸化物により形成
される群(２)に属する化合物の少なくとも1種から選択
される。この場合、これらの粉末は一般にセラミック産
業で使用されている「シャモット」の役割を果たす。
これらの不活性成分の体積及び密度は後の焼成工程で変
化せず、従って、ケイ素の窒化による材料自体の最終密
度の増加を制限することができる。これらの不活性成分
の比率は出発ケイ素の0〜70重量％、好ましくは5〜50重
量％である。
群1及び2の成分は、最終生成物に所望の結果に従って単
一で使用してもよいしあるいは数種類を組み合わせて使
用してもよい。また、これらの添加剤の割合は所望の結
果に従って上記の範囲に調整される。
群2の添加剤の粒度は微細でなければならず、得られる
生成物の多孔率及び機械的特徴に影響する。一般に、群
2の成分の粒度は0.2〜300μｍ、好ましくは10〜200μｍ
である。粒度がこれよりも大きいと機械的特徴が明らか
に低下する。粒度はこれ以上微細である必要はなく、操
作が面倒になるだけである。
上述のように出発混合物の粉末全体の粒度分布を選択す
るばかりでなく素地部品の成形用として使用される方法
を選択することにより、最終部品に所望の多孔率が得ら
れる。この成形はプレス、注型(鋳造、キャスティン
グ)、押出、射出のいずれかにより実施される。
1.プレス この方法では、まず所望の部品の型をつけられた金属金
型に調製混合物を充填する。上述のような混合物に、プ
レスを助長し且つ型外し時に素地部品に十分な機械的堅
牢度を与える役割を有する水の存在下で使用され得る有
機アジュバントを加えてもよい。最終物性即ち材料の多
孔性スペクトルに影響する主要パラメーターは、出発混
合物で使用される粉末の粒度分布及び形態である。既述
したように、粒度が1〜200μｍ、好ましくは50〜100μ
ｍのケイ素粉末を使用し、不活性添加成分の粒度は0.2
〜300μｍ、より特定的には10〜200μｍとする。
プレスによる成形時には、部品に加えるべき圧力も最終
多孔率を決定するために影響するパラメーターである。
使用される圧力は10〜2000バール、特に50〜200バール
の範囲で選択される。プレス用アジュバントとしては、
気孔形成有機成分として上記に挙げたと同一の生成物、
即ち樹木エキス、メチルセルロース、ポリエチレングリ
コール、ポリビニルアルコールを使用することができ
る。
2.注型 この方法では、液体中に出発混合物の泥漿即ち安定且つ
濃密な懸濁液を形成し、泥漿を多孔性金型に注入し、金
型の壁に粉末粒子の稠密スタックが堆積し、この工程に
より得られた部品を周囲の空気で15時間乾燥した後、温
度を徐々に上昇(100℃まで)するように所定の温度プロ
グラムに従って乾燥し、部品に亀裂を生じることなく残
留水を除去する。
粒度調製はプレスの場合と同様に注型でも重要なパラメ
ーターであり、各粉末の粒度分布を成形モードに適合さ
せるべきであるが、その限界(範囲)は上記と同様であ
る。
懸濁化剤の性質も懸濁液の粘弾性、従って注型部品、即
ち気孔の堆積及び最終材料に得られた密度に影響するパ
ラメーターである。水、アルコール類又は各種のケトン
(シクロヘキサノン、ペンタヘキサノン)を使用すること
ができる。
泥漿の物理化学的特性を変化させ、従ってその粘弾性を
変化させる全アジュバントは注型部品の体積、最終材料
に得られる多孔率、密度を変化させる。
3.射出 射出でも部品を成形することができる。
金型への射出を可能にする粘弾性を有し得るペーストを
形成するように、かなりの比率の熱可塑性ポリマー(主
にポリスチレン又はポリエチレン)を出発粉末混合物に
混練により加えるが、熱可塑性アジュバントの代わりに
水の存在下で使用可能な有機可塑剤(例えばメチルセル
ロース)を使用してもよい。温度は好ましくは70〜200℃
である。この方法により非常に複雑な形状の部品を作成
することができる。この方法は、肉厚部品の中心では熱
分解によりポリマーが除去されるという問題があるの
で、特に肉薄部品にしか使用できない。もっとも、この
欠点は焼成時に低温浸出により除去され得るパラフィ
ン、蜜蝋、ポリエチレングリコールのような官能基を有
するポリエチレン生成物を使用することにより回避する
ことができる。
上述のように、粉末の粒度及び使用すべき熱可塑性添加
剤の割合のパラメーターは、得られる部品の最終特性を
決定し、上述と同様である。
4.押出 出発粉末混合物から行う方法は射出で使用される方法と
同様である。次に得られたペーストを、プロフィル(異
形)形態の部品を得るためのダイから押出す。
上記方法のいずれかにより素地部品を形成した後、熱処
理を実施する。熱処理は2段階に分けられる。第1段階は
20℃から最大800℃まで加熱することにより実施され、
その目的は有機物質を燃焼又は蒸発又は熱分解により除
去することである。この段階は不活性雰囲気(例えばア
ルゴン、窒素)又は酸化性雰囲気(例えば周囲空気)中で
減圧下又は大気圧下で実施され得る。後者の場合、ケイ
素の酸化により材料中に存在するシリカの量が増加す
る。
第2段階は次に約1500℃までの温度に加熱することによ
り実施される。この段階では、有機材料の排出を終了し
ながらシリカを除去及びケイ素の窒化反応を可能にす
る。雰囲気は必然的に窒素をベースとし、工業用窒素又
はアンモニアであり得る。炉の雰囲気の全圧は大気圧よ
り低くても高くてもよいが、好ましくは大気圧付近、よ
り特定的には大気圧以上、例えば30g/cm2である。
存在するSi、SiO2及びN2の反応により発生し得るオキシ
窒化物の形成を回避し且つSiO2をSiOの形態で除去し易
くするために、この第2段階の間SiOの分圧を低くしてお
くことが必要である。この低い分圧は、例えばSiOの分
圧を一般に全圧の5％未満、好ましくは2.5％未満の値に
維持するように窒化ガスにより炉の雰囲気を十分掃去
(パージ)することにより得られる。従って、囲障の雰囲
気の交換は窒化段階の間を通して体積の20倍に達し得
る。
これらの2つの反応を改良するためには、含窒素雰囲気
に、該雰囲気をより還元性にするための他の気体又は非
気体化合物、例えば水素を加えることができる。
場合によっては例えば有機生成物の量が少ない場合に
は、単一段階で加熱を行ってもよい。反応の発熱は通常
の窒化方法で実施されていると同様に、例えば熱サイク
ル又は含窒素剤の導入に作用することにより制御され
る。
こうして、出発混合物の特徴及び素地部品の成形時に使
用される操作条件により予め決定された開放微細気孔を
有する過部品が得られる。これらの部品の主成分は窒
化ケイ素であり、オキシ窒化物と窒化物との比は、SiO
の分圧を小さくすると同時に出発混合物中のSiO2/Si比
を小さくすることにより、一般に15％を越えないが、Si
3N4のスケルトン中に均一に分散された耐火性の不活性
付加成分、一次出発物質中に存在し得る非揮発性又は非
分解性の所定の不純物(ケイ素、シリカ)も認められる。
過部品の微孔性構造を以下に述べる。
−総合多孔率は15〜65％、好ましくは20〜40％である。
従って、過部品の最終密度は1.2〜2.5、好ましくは1.
9〜2.4であり、従来のRBSN生成物の密度に近い。
−水銀で測定可能な気孔の平均直径は1〜50μｍ、好ま
しくは1〜20μｍであり、一般には約3μｍ〜5μｍ付近
である。
これは、気孔を結合する非常に多い毛管を意味し、その
総体積により必要過流量を可能にすると共に、小さい
断面積により気孔に浸入すべきでない被別粒子を保持
することができる。これに対して、従来のRBSN生成物の
多孔率は約20％であり、しかも閉じている。
表面積10cm2及び厚さ4cmの壁を通過する空気の流量を0.
5バールの圧力で測定することにより、開放気孔及び
過傾向が立証された。
即ち測定された空気流量は、従来技術に従って製造され
た従来のRBSN型の材料の0から少なくとも20/h(16cm
/cm2パール)(セラミック部品の泥漿注型に通常使用され
ている品質のプラスター部品を通って上記と同一条件で
測定される空気流量の値を表す)であり、5000/h(4000
cm/cm2バール)に達した。
同時にこれらの材料では、得られる機械的及び物理的特
徴が非常に良好であり、多孔率も大きい。引っ張り強さ
は5〜250MPaであり、20℃〜1000℃の熱膨張率は約3×10
-6であり、ビッカースかたさは約1200、曲げ強さは5〜6
0MPa(50〜600kg/cm2)、耐磨耗性は従来のRBSNに近い。
本発明の方法により得られる部品は、固-気、液-気、液
-固の全分離操作に使用することができ、セラミック部
品の泥漿注型用金型の製造にまさに好適であり、特にダ
イカストに適合する。実際に、その多孔性により多量の
流量を過でき、その非常に良好な機械的強さは圧力に
抵抗するために不可欠であり、耐磨耗性であり、素地部
品の焼成時に収縮せず且つ高圧下でも変形しないため、
後で加工せずに最終的な寸法の部品を得ることができ
る。これは、複雑な形状のセラミック成形部品を得るた
めに決定的な利点である。
実施例 以下の実施例は非限定的に本発明を説明するものであ
り、特に同一の操作モードでは出発混合物の組成、成分
の粒度、比率、性質等のみを変えることにより最終生成
物の特性、即ち多孔率及び機械的特徴を広い範囲で変化
させ得ることを示している。
更に、これらの実施例から明らかなように、本発明は良
好な機械的特徴を有する多孔性部品を得るために従来の
あらゆる素地部品の成形方法を使用することができる。
実施例１ 平均直径50μｍの粒度のケイ素粉末84重量％と、平均直
径10μｍの粒度のシリカ粉末8重量％と、4重量％の水と
共に導入されるリグノスルホネートをベースとする有機
結合剤4重量％とを衛星形ミキサーで5時間混合した。こ
うして得られた総重量5kgの混合物を次に250×250mmの
金型内で40kg/cm2の圧力で一軸方向にプレスした。こう
して得られた粉末圧縮物を次に約1m3の炉に導入し、窒
素の存在下で10℃/hの温度上昇速度で800℃にし、次に
大気圧よりも30g/cm2高い全圧の窒素雰囲気下で窒素の
平均流量を10/mnとし、20℃/hの平均温度上昇速度で1
500℃にした。
こうして得られた生成物は以下の特徴を示した。
−密度：2.20 −多孔率：31％ −曲げ強さ：500kg/cm2 −圧縮強さ：2500kg/cm2 −透過率：上記規定の試験で測定して50/h。
以下の表は得られた窒化ケイ素及び対照として従来のRB
SN生成物について、水銀多孔度計測定により測定可能な
気孔体積の分布の結果を気孔の直径の関数として示す。
実施例１の場合、気孔の平均直径は5μｍよりもやや小
さいが、従来のRBSNの気孔の平均直径は0.3μｍよりも
やや大きい程度である。
実施例２ 操作条件は実施例１と同様としたが、導入するシリカの
粒度を粗くし、平均直径50μｍの粒度のケイ素粉末84重
量％、平均直径50μｍの粒度のシリカ粉末8重量％、4重
量％の水と共に導入されるリグノスルホネートをベース
とする有機結合剤4重量％から成る混合物を使用した。
こうして得られた生成物は改良された多孔率と共に以下
の特徴を示した。
−多孔率：39％(気孔の体積の分布は実施例１の分布に
非常に近く、気孔の平均直径は5μｍよりもやや小さ
い。) −曲げ強さ：290kg/cm2 −透過率：100/h。
実施例３ 操作条件は実施例１と同様であるが、不活性炭化ケイ素
を導入することにより出発混合物の組成を変え、平均直
径50μｍの粒度のケイ素粉末64重量％、平均直径10μｍ
の粒度のシリカ粉末6重量％、平均直径50μｍの粒度の
炭化ケイ素粉末22重量％、4重量％の水と共に導入され
るリグノスルホネートをベースとする有機結合剤4重量
％とした。
こうして得られた生成物は実施例２で得られたと同程度
の改良された多孔率を示したが、機械的特徴は劣ってい
た(Siが低比率)。特徴を以下に示す。
−密度：1.90 −多孔率：40％ −曲げ強さ：60kg/cm2 −圧縮強さ：1010kg/cm2 −透過率：130/h。
実施例４ 操作条件は実施例１と同様とした。出発混合物は有機成
分の量が異なり、平均直径50μｍの粒度のケイ素粉末77
重量％、平均直径10μｍの粒度のシリカ粉末7重量％、5
重量％の水と共に導入されるリグノスルホネートをベー
スとする有機結合剤11重量％とした。
こうして得られた生成物はこの場合も良好な多孔率、実
施例２及び３で得られたよりも改良された透過率、並び
に良好な機械的特徴を示した。特徴を以下に示す。
−密度：1.95 −多孔率：39％ −曲げ強さ：200kg/cm2 −透過率：350/h。
実施例５ 平均直径50μｍの粒度のケイ素粉末10重量％、平均直径
5μｍの粒度のケイ素粉末40重量％、平均直径10μｍの
粒度のシリカ粉末6.5重量％、平均直径5μｍの粒度の窒
化ケイ素粉末20重量％、水23重量％、リグノスルホネー
トをベースとする解膠剤0.5重量％の組成の泥漿を調製
した。
びんにいれて10時間攪拌後、直径150mmのプラスター金
型にこの泥漿を投入した。3時間後、素地部品を型から
外し、炉で24時間乾燥した。次に部品を窒素雰囲気下で
15℃/hの温度上昇速度で1500℃にした。
得られた生成物は以下の特徴を示した。
−密度：2 −多孔率：35％ −曲げ強さ：400kg/cm2 −厚さ1cmの透過率：80/min。
実施例６ 平均直径50μｍの粒度のケイ素粉末60重量％、平均直径
5μｍの粒度のケイ素粉末15重量％、平均直径10μｍの
粒度のシリカ粉末7重量％、パラフィン及び蜜蝋をベー
スとする熱可塑性結合剤18重量％の成分を85℃の温度で
5時間衛星形ミキサーで混合した。
こうして得られた混合物を次に金属金型に注入又はダイ
から押出した。
部品をまず空気中で5℃/hの温度上昇速度で350℃にし、
次に窒素中で15℃/hの温度上昇速度で500℃にした。
こうして得られた生成物は以下の特徴を示した。
−密度：2.1 −多孔率：34％ −曲げ強さ：30kg/cm2 −厚さ1cmの透過率：120/min。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マン，ジエラール フランス国、78220・ビロフレ、リユ・ア ルテユール・プテイ、17 (72)発明者 ブランシエ，ジヤン‐ピエール フランス国、92700・コロンブ、リユ・フ エリツクス・フオール、45

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】非常に良好な機械的特徴を備えながら気孔
    体積及び／又は気孔寸法を調整可能な開放微細気孔を有
    する窒化ケイ素過部品の製造方法であって、該方法は
    場合によって素地部品成形用アジュバンドを加えたケイ
    素をベースとする粉末から素地部品を成形し、次に含窒
    素雰囲気の存在下で窒化熱処理により該部品の焼結-反
    応させることから成り、a)最終部品に所望の多孔率の関
    数としてケイ素粉末の粒度を選択し、b)事後の窒化熱処
    理中で非常に良好な機械的特徴を獲得しながら所望の開
    放気孔を形成するためのシリカ粉末をケイ素粉末に混合
    し、c)該粉末混合物をプレス、泥漿注型、金型射出又は
    ダイ押出法のいずれかにより成形して所謂素地部品を
    得、d)成形用アジュバンド中で使用された有機物質を除
    去するように不活性又は酸化性雰囲気又は減圧下で20℃
    から最大800℃までの温度に加熱する第1段階と、他の揮
    発性又は分解可能な物質を除去してケイ素を得るよう
    に、SiOの分圧を低く維持しながら窒化雰囲気下で1500
    ℃の温度まで加熱する第2段階との2段階から成る熱処理
    を実施することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】ケイ素粉末に対するシリカの割合がケイ素
    の2〜30重量％、好ましくは5〜20重量％であることを特
    徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項３】SiOの分圧を全圧の5％未満、好ましくは2.
    5％の値に維持することを特徴とする請求項1に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】場合によって段階b)で得られた粉末混合物
    に、熱処理工程中に除去される有機化合物を加えること
    を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】有機化合物が樹木エキス、メチルセルロー
    ス、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールか
    ら形成される群から優先的に選択され、存在するケイ素
    の0〜30重量％の割合で導入されることを特徴とする請
    求項4に記載の方法。
  6. 【請求項６】場合によって段階b)で得られた粉末混合物
    に、有機化合物に加えて又は該化合物の代わりに1又は
    数種の(媒体と反応しない)耐火性化合物を加えることを
    特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】化学的に不活性な耐火性成分が炭化ケイ
    素、窒化ケイ素により構成される群の少なくとも1種の
    耐火性生成物により構成されることを特徴とする請求項
    6に記載の方法。
  8. 【請求項８】耐火性化合物がアルミナにより構成される
    ことを特徴とする請求項6に記載の方法。
  9. 【請求項９】耐火性成分の割合がケイ素の0〜70重量
    ％、好ましくは5〜50重量％であることを特徴とする請
    求項7又は8に記載の方法。
  10. 【請求項１０】最終部品に所望される多孔率の関数とし
    て、ケイ素粉末の粒度を1〜200μｍ、好ましくは50〜10
    0μｍ、シリカの粒度が5〜500μｍ、好ましくは0〜200
    μｍ、耐火性成分の粒度を0.2〜300μｍ、好ましくは10
    〜100μｍに選択することを特徴とする請求項1、2、3、
    4、6のいずれに記載の方法。
  11. 【請求項１１】プレス成形時に圧縮を助長するアジュバ
    ンド、好ましくは樹木エキス、メチルセルロース、ポリ
    エチレングリコール、ポリビニルアルコールを使用する
    ことを特徴とする請求項1、2、3、4、6のいずれかに記
    載の方法。
  12. 【請求項１２】泥漿注型による成形時に、水、アルコー
    ル又は各種のケトン、好ましくはシクロヘキサノン又は
    ペンタヘキサノンから懸濁化剤を選択することを特徴と
    する請求項1、2、3、4、6のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】射出又は押出成形時に、ペーストを得る
    ことを目的として熱可塑性ポリマー、好ましくはポリス
    チレン、ポリエチレンを加え、70〜200℃の範囲で選択
    された射出温度を使用することを特徴とする請求項1、
    2、3、4、6のいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】成形を助長するために導入されるアジュ
    バンドが、最終部品な所望される多孔率を得るために考
    慮すべき影響をもつことを特徴とする請求項11、12、13
    のいずれかに記載の方法。
  15. 【請求項１５】第2段階で窒化雰囲気が窒素及びアンモ
    ニアの化合物の少なくとも1種により形成されているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の方法。
  16. 【請求項１６】第2段階でシリカの除去及び改良するた
    めに雰囲気に水素を加えることを特徴とする請求項1に
    記載の方法。
  17. 【請求項１７】多孔率15〜65％、好ましくは20〜40％で
    あり、同時に機械的堅牢度が非常に高いことを特徴とす
    る請求項1に記載の方法に従って得られた均質開放多孔
    性窒化ケイ素過部品。
  18. 【請求項１８】水銀で測定可能な気孔の平均直径が1〜5
    0μｍ、好ましくは1〜20μｍであり、同時に機械的堅牢
    度が非常に高いことを特徴とする請求項1に記載の方法
    に従って得られた均質開放多孔性窒化ケイ素過部品。
  19. 【請求項１９】5〜60MPaの曲げ強さ及び50〜500MPaの圧
    縮強さを有することを特徴とする請求項17又は18のいず
    れかに記載の過部品。
  20. 【請求項２０】その透過率が、1cmの厚さで表面積1cm2
    及び供給圧力1バール当たり少なくとも16l/hの空気流量
    の通過を可能にすることを特徴とする請求項17又は18の
    いずれかに記載の過部品。
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