JPH06166572A - 窒化珪素物品焼結法 - Google Patents
窒化珪素物品焼結法Info
- Publication number
- JPH06166572A JPH06166572A JP5175480A JP17548093A JPH06166572A JP H06166572 A JPH06166572 A JP H06166572A JP 5175480 A JP5175480 A JP 5175480A JP 17548093 A JP17548093 A JP 17548093A JP H06166572 A JPH06166572 A JP H06166572A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- article
- weight
- particulate material
- inner layer
- silicon nitride
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C04B35/64—Burning or sintering processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- 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
- C04B35/515—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
- C04B35/584—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 nitride
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２００ｐｓｉｇより低い圧力、好ましくは大
気圧に近い圧力を用いて理論密度の少なくとも約９０％
の密度に窒化珪素物品を焼結する方法。 【構成】 （ａ）窒化珪素含有第一粒状材料から成形し
た物品を与え、（ｂ）前記物品に近接しているが接触は
していない少なくとも一つの外側層で、少なくとも約９
０重量％の炭素を含む第二粒状材料からなる外側層を与
え、（ｃ）前記物品と前記少なくとも一つの外側層との
中間にある、前記物品を少なくとも部分的に取り巻く少
なくとも一つの内側層で、窒化物、炭化物、又はそれら
の混合物であるセラミック化合物を含有する第三粒状材
料からなる内側層を与え、そして（ｄ）前記工程（ｂ）
及び（ｃ）の前記少なくとも一つの外側及び内側層に対
して配置した前記物品を加熱して、その物品を焼結す
る、ことからなる窒化珪素物品焼結法。
気圧に近い圧力を用いて理論密度の少なくとも約９０％
の密度に窒化珪素物品を焼結する方法。 【構成】 （ａ）窒化珪素含有第一粒状材料から成形し
た物品を与え、（ｂ）前記物品に近接しているが接触は
していない少なくとも一つの外側層で、少なくとも約９
０重量％の炭素を含む第二粒状材料からなる外側層を与
え、（ｃ）前記物品と前記少なくとも一つの外側層との
中間にある、前記物品を少なくとも部分的に取り巻く少
なくとも一つの内側層で、窒化物、炭化物、又はそれら
の混合物であるセラミック化合物を含有する第三粒状材
料からなる内側層を与え、そして（ｄ）前記工程（ｂ）
及び（ｃ）の前記少なくとも一つの外側及び内側層に対
して配置した前記物品を加熱して、その物品を焼結す
る、ことからなる窒化珪素物品焼結法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化珪素物品の焼結、
及び焼結に適したそのような物品に関する。
及び焼結に適したそのような物品に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、低圧、例えば２００ｐｓｉｇより
低く、特に大気圧に近い圧力で窒化珪素物品を焼結する
時、多くの場合、種々の困難にぶつかる。第一の困難な
点は、窒化珪素の理論密度の少なくとも９０％、好まし
くはそれより大きな意にかなった高密度を得ることにあ
る。高圧で操作することに伴われる複雑で高価な装置を
使用しなくても良いように、高圧よりも上述の圧力で焼
結する方が特に有利である。
低く、特に大気圧に近い圧力で窒化珪素物品を焼結する
時、多くの場合、種々の困難にぶつかる。第一の困難な
点は、窒化珪素の理論密度の少なくとも９０％、好まし
くはそれより大きな意にかなった高密度を得ることにあ
る。高圧で操作することに伴われる複雑で高価な装置を
使用しなくても良いように、高圧よりも上述の圧力で焼
結する方が特に有利である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、２００ｐｓｉｇより低い圧力、一層好ましくは大気
圧に近い圧力を用いて理論密度の少なくとも約９０％の
密度に窒化珪素物品を焼結するのに成功したそのような
物品の焼結方法を与えることにある。
は、２００ｐｓｉｇより低い圧力、一層好ましくは大気
圧に近い圧力を用いて理論密度の少なくとも約９０％の
密度に窒化珪素物品を焼結するのに成功したそのような
物品の焼結方法を与えることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に従い、（ａ）窒
化珪素含有第一粒状材料から成形した物品を与え、
（ｂ）前記物品に近接しているが接触はしていない少な
くとも一つの外側層で、少なくとも約９０重量％の炭素
を含む第二粒状材料からなる外側層を与え、（ｃ）前記
物品と前記外側層（単数又は複数）に対して中間にあ
る、前記物品を少なくとも部分的に取り巻く少なくとも
一つの内側層で、窒化物、炭化物、又はそれらの混合物
からなる群から選択されたセラミック化合物を含有する
第三粒状材料からなる内側層を与え、そして（ｄ）前記
工程（ｂ）及び（ｃ）の外側及び内側層（単数又は複
数）に対して配置させた前記物品を加熱して、その物品
を焼結する、ことからなる窒化珪素物品焼結法が与えら
れる。本発明は、焼結前のそのような物品にも関する。
化珪素含有第一粒状材料から成形した物品を与え、
（ｂ）前記物品に近接しているが接触はしていない少な
くとも一つの外側層で、少なくとも約９０重量％の炭素
を含む第二粒状材料からなる外側層を与え、（ｃ）前記
物品と前記外側層（単数又は複数）に対して中間にあ
る、前記物品を少なくとも部分的に取り巻く少なくとも
一つの内側層で、窒化物、炭化物、又はそれらの混合物
からなる群から選択されたセラミック化合物を含有する
第三粒状材料からなる内側層を与え、そして（ｄ）前記
工程（ｂ）及び（ｃ）の外側及び内側層（単数又は複
数）に対して配置させた前記物品を加熱して、その物品
を焼結する、ことからなる窒化珪素物品焼結法が与えら
れる。本発明は、焼結前のそのような物品にも関する。
【０００５】上記内側層及び外側層を用いることによ
り、本発明による窒化珪素含有物品の焼結は、２００ｐ
ｓｉｇより低い圧力、最も好ましくは約０ｐｓｉｇ〜約
１５ｐｓｉｇの範囲の圧力で窒化珪素の理論密度の９０
％を超える密度まで物品を焼結することができる。前に
述べた如く、そのような低い圧力での焼結により、簡単
で安価な装置を使用することができる。
り、本発明による窒化珪素含有物品の焼結は、２００ｐ
ｓｉｇより低い圧力、最も好ましくは約０ｐｓｉｇ〜約
１５ｐｓｉｇの範囲の圧力で窒化珪素の理論密度の９０
％を超える密度まで物品を焼結することができる。前に
述べた如く、そのような低い圧力での焼結により、簡単
で安価な装置を使用することができる。
【０００６】図面を参照して本発明の一態様を次に記述
する。用語に関し、本文及び特許請求の範囲で材料に対
して用いられている用語「粒状」とは、材料が粒子の形
をしていることを意味し、用語「粒子」とは、単に材料
構造のばらばらな単位を指すものとして定義する。用語
「粒状」及び「粒子」は、それ自体では何等特定の形或
は大きさを暗に含むものではない。
する。用語に関し、本文及び特許請求の範囲で材料に対
して用いられている用語「粒状」とは、材料が粒子の形
をしていることを意味し、用語「粒子」とは、単に材料
構造のばらばらな単位を指すものとして定義する。用語
「粒状」及び「粒子」は、それ自体では何等特定の形或
は大きさを暗に含むものではない。
【０００７】図１に概略的に例示されている炉は、内部
に加熱室１６を定める、外側金属殻１２、及び内側耐火
性、好ましくは黒鉛のライニング１４を有する囲い１
０；加熱室１６と流通した導入導管１８；同じく加熱室
１６に通じた排出導管２０；及び適当な電源及び制御器
（図示されていない）により電極に供給された電力によ
って加熱室１６内に熱を発生させるための加熱室１６内
に配置した導電性、好ましくは黒鉛の管状電極２２；を
有する。勿論、別のどのような形の炉でも、それが更に
下で述べるように、中に入っている物品を加熱して、そ
の物品を焼結する働きをする限り、本発明の範囲内に入
る。
に加熱室１６を定める、外側金属殻１２、及び内側耐火
性、好ましくは黒鉛のライニング１４を有する囲い１
０；加熱室１６と流通した導入導管１８；同じく加熱室
１６に通じた排出導管２０；及び適当な電源及び制御器
（図示されていない）により電極に供給された電力によ
って加熱室１６内に熱を発生させるための加熱室１６内
に配置した導電性、好ましくは黒鉛の管状電極２２；を
有する。勿論、別のどのような形の炉でも、それが更に
下で述べるように、中に入っている物品を加熱して、そ
の物品を焼結する働きをする限り、本発明の範囲内に入
る。
【０００８】加熱室１６内の電極２２の内部に、耐火
性、好ましくは黒鉛の坩堝２６が配置されており、その
坩堝は例示した態様では支持足２８（その２本だけが示
されている）、本発明に従い種々の層及び物品を入れる
ための主体部分３０、及び主体部分３０の上に緩く嵌合
する蓋３２を有する。勿論、どのような設計の坩堝で
も、それが焼結温度に耐え、本発明による種々の層及び
物品を効果的に入れることができる限り、本発明の範囲
内に入る。
性、好ましくは黒鉛の坩堝２６が配置されており、その
坩堝は例示した態様では支持足２８（その２本だけが示
されている）、本発明に従い種々の層及び物品を入れる
ための主体部分３０、及び主体部分３０の上に緩く嵌合
する蓋３２を有する。勿論、どのような設計の坩堝で
も、それが焼結温度に耐え、本発明による種々の層及び
物品を効果的に入れることができる限り、本発明の範囲
内に入る。
【０００９】坩堝２６の主体部分３０内には、第一粒状
材料から成形された物品３４、第二粒状材料からなり、
物品３４に隣接しているが、それには接触していない外
側層３６及び３８、及び第三粒状材料からなり、好まし
い態様として物品３４を完全に取り巻いて物品３４と外
側層３６及び３８との中間にある単一の内側層４０が入
っている。図示されているように、内側層４０は、４２
で示したように、物品３４の外側表面と接触する内側境
界と、更に４４及び４６で示したように層３６及び３８
の夫々の内側境界と接触する外側境界を更に有する。層
３６、３８、及び４０の合計体積の内、内側層４０は約
１０〜約９０体積％を占めるのが好ましく、外側層３６
及び３８を一緒にした体積は約１０〜約９０体積％を占
めるのが好ましい。更に、内側層４０の体積対物品３４
の体積比及び外側層３６及び３８の合計体積対物品３４
の体積比は、好ましくは約１：１〜約１００：１、最も
好ましくは約５：１〜約５０：１である。
材料から成形された物品３４、第二粒状材料からなり、
物品３４に隣接しているが、それには接触していない外
側層３６及び３８、及び第三粒状材料からなり、好まし
い態様として物品３４を完全に取り巻いて物品３４と外
側層３６及び３８との中間にある単一の内側層４０が入
っている。図示されているように、内側層４０は、４２
で示したように、物品３４の外側表面と接触する内側境
界と、更に４４及び４６で示したように層３６及び３８
の夫々の内側境界と接触する外側境界を更に有する。層
３６、３８、及び４０の合計体積の内、内側層４０は約
１０〜約９０体積％を占めるのが好ましく、外側層３６
及び３８を一緒にした体積は約１０〜約９０体積％を占
めるのが好ましい。更に、内側層４０の体積対物品３４
の体積比及び外側層３６及び３８の合計体積対物品３４
の体積比は、好ましくは約１：１〜約１００：１、最も
好ましくは約５：１〜約５０：１である。
【００１０】層３６、３８、及び４０の粒状材料で坩堝
２６を満たす際、そのような粒状材料で坩堝２６内を気
密に詰め込むのは一般に望ましくない。その代わり、そ
のような粒状材料の充填は、それを満たした後、坩堝２
６を軽く叩く程度にすべきである。
２６を満たす際、そのような粒状材料で坩堝２６内を気
密に詰め込むのは一般に望ましくない。その代わり、そ
のような粒状材料の充填は、それを満たした後、坩堝２
６を軽く叩く程度にすべきである。
【００１１】物品３４は、窒化珪素を含有する第一粒状
材料から成形する。本発明は、特に１９９１年５月８日
及び１９９１年１０月９日に夫々公告された欧州特許公
告第４２５，８２５号及び第４５０，５６２号明細書に
「原料生成物粉末(raw product powder)」として記載さ
れている第一粒状材料に適用することができる。そのよ
うな原料生成物粉末は、そのような出願に記載されてい
るように、反応器から直接製造され、窒化珪素中の珪素
の外の珪素、炭素、及び酸素を含み、更に次の重量％を
特徴とする：約４０〜約７５重量％の量、好ましくは約
５０〜約７０重量％の量、最も好ましくは約５５〜約６
５重量％の量の珪素；約１０〜約４０重量％の量、好ま
しくは約１５〜約３５重量％の量、最も好ましくは約２
５〜約３５重量％の量の窒素；約１〜約１０重量％の
量、好ましくは約１〜約６重量％の量、最も好ましくは
約１〜約３重量％の量の炭素；及び約１〜約３０重量％
の量、好ましくは約１〜約２０重量％の量、最も好まし
くは約１〜約１５重量％の量の酸素。水素も原料生成物
粉末中に０〜約１重量％の少量であるが、検出可能な量
で存在していてもよい。原料生成物粉末の個々の粒子は
極めて均一であり、約０．０１〜約０．５μの範囲の直
径を有する。
材料から成形する。本発明は、特に１９９１年５月８日
及び１９９１年１０月９日に夫々公告された欧州特許公
告第４２５，８２５号及び第４５０，５６２号明細書に
「原料生成物粉末(raw product powder)」として記載さ
れている第一粒状材料に適用することができる。そのよ
うな原料生成物粉末は、そのような出願に記載されてい
るように、反応器から直接製造され、窒化珪素中の珪素
の外の珪素、炭素、及び酸素を含み、更に次の重量％を
特徴とする：約４０〜約７５重量％の量、好ましくは約
５０〜約７０重量％の量、最も好ましくは約５５〜約６
５重量％の量の珪素；約１０〜約４０重量％の量、好ま
しくは約１５〜約３５重量％の量、最も好ましくは約２
５〜約３５重量％の量の窒素；約１〜約１０重量％の
量、好ましくは約１〜約６重量％の量、最も好ましくは
約１〜約３重量％の量の炭素；及び約１〜約３０重量％
の量、好ましくは約１〜約２０重量％の量、最も好まし
くは約１〜約１５重量％の量の酸素。水素も原料生成物
粉末中に０〜約１重量％の少量であるが、検出可能な量
で存在していてもよい。原料生成物粉末の個々の粒子は
極めて均一であり、約０．０１〜約０．５μの範囲の直
径を有する。
【００１２】上で述べたように、物品３４は第一粒状材
料から成形する。坩堝２６中に置く前の物品３４を成形
するのに好ましい手順は次の通りである。成形の準備と
して、当業者によく知られているように、第一粒状材料
を、焼結助剤、結合剤、分散剤、分散媒体等の如き種々
の添加剤と混合することができる。特に好ましい配合
は、約５０〜７５重量％の量の上述の原料生成物粉末の
如き窒化珪素含有第一粒状材料、約１０〜２５重量％の
量のポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）の如き結合
剤、約１〜５重量％の量のポリエチレングリコールの如
き分散剤、約１０〜２５重量％の量のイソプロピルアル
コールの如き分散媒体、及び約１〜１０重量％の量のイ
ットリア及びアルミナの組合せの如き焼結助剤からな
る。そのような成分を粉砕により完全に混合し、得られ
た混合物を次に好ましくは最初に圧盤プレスで、次にア
イソスタティック成形により成形する。
料から成形する。坩堝２６中に置く前の物品３４を成形
するのに好ましい手順は次の通りである。成形の準備と
して、当業者によく知られているように、第一粒状材料
を、焼結助剤、結合剤、分散剤、分散媒体等の如き種々
の添加剤と混合することができる。特に好ましい配合
は、約５０〜７５重量％の量の上述の原料生成物粉末の
如き窒化珪素含有第一粒状材料、約１０〜２５重量％の
量のポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）の如き結合
剤、約１〜５重量％の量のポリエチレングリコールの如
き分散剤、約１０〜２５重量％の量のイソプロピルアル
コールの如き分散媒体、及び約１〜１０重量％の量のイ
ットリア及びアルミナの組合せの如き焼結助剤からな
る。そのような成分を粉砕により完全に混合し、得られ
た混合物を次に好ましくは最初に圧盤プレスで、次にア
イソスタティック成形により成形する。
【００１３】外側層３６及び３８の各々は、少なくとも
約９０重量％の炭素を含む第二粒状材料からなり、好ま
しくは本質的にそれからなる。そのような第二粒状材料
は、好ましくは少なくとも約９５重量％の炭素を含み、
灰分は約０．５重量％より少なく、最も好ましくは少な
くとも約９８重量％が炭素であり、灰分は約０．２重量
％未満であるカーボンブラックであるのが最も好まし
い。そのようなカーボンブラックは、好ましくは少なく
とも約１ｍ2 ／ｇ、最も好ましくは約５ｍ2 ／ｇのＢＥ
Ｔ比表面積を有することを特徴とする。本文及び特許請
求の範囲で用いる用語「カーボンブラック」とは、気相
で炭化水素を分解することによって得られた固体粒状生
成物として定義する。
約９０重量％の炭素を含む第二粒状材料からなり、好ま
しくは本質的にそれからなる。そのような第二粒状材料
は、好ましくは少なくとも約９５重量％の炭素を含み、
灰分は約０．５重量％より少なく、最も好ましくは少な
くとも約９８重量％が炭素であり、灰分は約０．２重量
％未満であるカーボンブラックであるのが最も好まし
い。そのようなカーボンブラックは、好ましくは少なく
とも約１ｍ2 ／ｇ、最も好ましくは約５ｍ2 ／ｇのＢＥ
Ｔ比表面積を有することを特徴とする。本文及び特許請
求の範囲で用いる用語「カーボンブラック」とは、気相
で炭化水素を分解することによって得られた固体粒状生
成物として定義する。
【００１４】内側層４０は、窒化物、炭化物、及びそれ
らの混合物からなる群から選択されたセラミック化合物
からなる第三粒状材料からなり、好ましくは本質的にそ
れからなる。本文及び特許請求の範囲で用いる「炭化
物」及び「窒化物」とは、炭素（炭化物の場合）又は窒
素（窒化物の場合）と他の元素との二成分系化合物とし
て定義する。そのような他の元素は、元素周期律表（Ｉ
ＵＰＡＣ式）の第III Ａ、IVＡ、ＶＡ、VIＡ、VII Ａ、
VIIIＡ、又はＩＢ族から選択された遷移金属でもよく、
或はそのような他の元素は、硼素、珪素、又はアルミニ
ウムから選択してもよい。適用なセラミック化合物に
は、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪
素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、及び炭化タングス
テンが含まれるが、それらに限定されるものではない。
好ましいセラミック化合物は窒化物であり、最も好まし
くは窒化珪素である。窒化珪素を含む第三粒状材料は、
酸素が約５重量％より少なく、炭素が約５重量％より少
ないのが好ましく、酸素が約３重量％より少なく、炭素
が約１重量％より少ないのが最も好ましく、更に少なく
とも約１ｍ2 ／ｇ、最も好ましくは少なくとも約５ｍ2
／ｇのＢＥＴ比表面積を有することを特徴とするのが好
ましい。窒化珪素含有第三粒状材料は、塩素、鉄、カル
シウム、及びアルミニウムの如き単体不純物の含有量が
約１，０００ｐｐｍより少ないのが好ましく、最も好ま
しくはそのような単体不純物は約５００ｐｐｍより少な
い。
らの混合物からなる群から選択されたセラミック化合物
からなる第三粒状材料からなり、好ましくは本質的にそ
れからなる。本文及び特許請求の範囲で用いる「炭化
物」及び「窒化物」とは、炭素（炭化物の場合）又は窒
素（窒化物の場合）と他の元素との二成分系化合物とし
て定義する。そのような他の元素は、元素周期律表（Ｉ
ＵＰＡＣ式）の第III Ａ、IVＡ、ＶＡ、VIＡ、VII Ａ、
VIIIＡ、又はＩＢ族から選択された遷移金属でもよく、
或はそのような他の元素は、硼素、珪素、又はアルミニ
ウムから選択してもよい。適用なセラミック化合物に
は、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化珪
素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、及び炭化タングス
テンが含まれるが、それらに限定されるものではない。
好ましいセラミック化合物は窒化物であり、最も好まし
くは窒化珪素である。窒化珪素を含む第三粒状材料は、
酸素が約５重量％より少なく、炭素が約５重量％より少
ないのが好ましく、酸素が約３重量％より少なく、炭素
が約１重量％より少ないのが最も好ましく、更に少なく
とも約１ｍ2 ／ｇ、最も好ましくは少なくとも約５ｍ2
／ｇのＢＥＴ比表面積を有することを特徴とするのが好
ましい。窒化珪素含有第三粒状材料は、塩素、鉄、カル
シウム、及びアルミニウムの如き単体不純物の含有量が
約１，０００ｐｐｍより少ないのが好ましく、最も好ま
しくはそのような単体不純物は約５００ｐｐｍより少な
い。
【００１５】物品３４を焼結する準備として、加熱室１
６を、排出導管２０を通して排気し、次に一般に非酸化
性ガスの流れを導入導管１８を通って加熱室１６中に流
す排気／追い出しサイクルを何回も行うことにより加熱
室１６中の全ての酸素を追い出す。加熱室１６中に一般
に非酸化性の雰囲気を与える非酸化性ガスは、窒素、ア
ルゴン、及びそれらの混合物からなる群から選択される
のが好ましい。そのようなガスは、窒素から本質的にな
るのが最も好ましい。
６を、排出導管２０を通して排気し、次に一般に非酸化
性ガスの流れを導入導管１８を通って加熱室１６中に流
す排気／追い出しサイクルを何回も行うことにより加熱
室１６中の全ての酸素を追い出す。加熱室１６中に一般
に非酸化性の雰囲気を与える非酸化性ガスは、窒素、ア
ルゴン、及びそれらの混合物からなる群から選択される
のが好ましい。そのようなガスは、窒素から本質的にな
るのが最も好ましい。
【００１６】上述の排気／追い出しサイクルが終わった
時、加熱室１６を非酸化性ガスで加圧して予め定められ
た希望の圧力、好ましくは約２００ｐｓｉｇより低く、
一層好ましくは約５０ｐｓｉｇより低く、最も好ましく
は約０ｐｓｉｇ〜約１５ｐｓｉｇの圧力へ加圧する。非
酸化性ガスを、加熱室１６中に上述の予め定められた圧
力を実質的に維持しながら、導入導管１８から排出導管
２０へ加熱室１６を通って連続的に流し始める。予め定
められた圧力を維持しながら、加熱室を通って連続的に
流すそのような条件は、例えば、導入導管１８及び排出
導管２０と共に容積流量計及び付随する調節弁（図示さ
れていない）を使用することにより達成することができ
る。導入導管１８を通る容積流量は、加熱室１６内に実
質的に一定の圧力を維持するように排出導管２０を通る
容積流量と実質的に同じになるように調節することがで
きる。加熱室１６内に予め定められた圧力を維持しなが
ら、そのようなガスの流れを、後で記述する加熱工程中
継続する。加熱室１６を通るガスの流量は特に限定的な
ものではないが、約０．１〜約１０ＳＣＦＨの範囲にあ
るのが典型的である。
時、加熱室１６を非酸化性ガスで加圧して予め定められ
た希望の圧力、好ましくは約２００ｐｓｉｇより低く、
一層好ましくは約５０ｐｓｉｇより低く、最も好ましく
は約０ｐｓｉｇ〜約１５ｐｓｉｇの圧力へ加圧する。非
酸化性ガスを、加熱室１６中に上述の予め定められた圧
力を実質的に維持しながら、導入導管１８から排出導管
２０へ加熱室１６を通って連続的に流し始める。予め定
められた圧力を維持しながら、加熱室を通って連続的に
流すそのような条件は、例えば、導入導管１８及び排出
導管２０と共に容積流量計及び付随する調節弁（図示さ
れていない）を使用することにより達成することができ
る。導入導管１８を通る容積流量は、加熱室１６内に実
質的に一定の圧力を維持するように排出導管２０を通る
容積流量と実質的に同じになるように調節することがで
きる。加熱室１６内に予め定められた圧力を維持しなが
ら、そのようなガスの流れを、後で記述する加熱工程中
継続する。加熱室１６を通るガスの流量は特に限定的な
ものではないが、約０．１〜約１０ＳＣＦＨの範囲にあ
るのが典型的である。
【００１７】希望の流量及び圧力条件を上述の如く確立
した後、加熱工程を開始する。加熱室１６及びその中の
坩堝２６を、約１〜約３時間に亙って好ましくは約１５
００℃〜約１９００℃の最高温度まで徐々に加熱する。
そのような最高温度に到達した後、炉を切り、直ちに冷
却させるか、又はそのような最高温度を最初好ましくは
約１５分以下、最も好ましくは約５分以下の時間保持し
てもよい。いずれにせよ、温度は約１５分〜約２時間の
間約１５００℃〜約１９００℃の範囲内にあるのが好ま
しい。
した後、加熱工程を開始する。加熱室１６及びその中の
坩堝２６を、約１〜約３時間に亙って好ましくは約１５
００℃〜約１９００℃の最高温度まで徐々に加熱する。
そのような最高温度に到達した後、炉を切り、直ちに冷
却させるか、又はそのような最高温度を最初好ましくは
約１５分以下、最も好ましくは約５分以下の時間保持し
てもよい。いずれにせよ、温度は約１５分〜約２時間の
間約１５００℃〜約１９００℃の範囲内にあるのが好ま
しい。
【００１８】加熱室１６及び坩堝２６をほぼ室温まで冷
却した後、加熱室１６を通るガスの流れを止め、加熱室
１６を大気圧まで減圧し（もし大気圧より上で操作して
いたならば）、そして坩堝２６を加熱室１６から取り出
す。
却した後、加熱室１６を通るガスの流れを止め、加熱室
１６を大気圧まで減圧し（もし大気圧より上で操作して
いたならば）、そして坩堝２６を加熱室１６から取り出
す。
【００１９】本発明による窒化珪素含有物品の焼結は、
大気圧と同様、２００ｐｓｉｇ未満の比較的低い圧力を
焼結中に用いて極めて緻密な（即ち、少なくとも理論密
度の約９０％）の焼結物品を製造するのに特に有効であ
る。
大気圧と同様、２００ｐｓｉｇ未満の比較的低い圧力を
焼結中に用いて極めて緻密な（即ち、少なくとも理論密
度の約９０％）の焼結物品を製造するのに特に有効であ
る。
【００２０】上の記述は本発明の好ましい態様に関与し
ているが、本発明の或る特徴の範囲内で多くの変更及び
修正が行えることは理解されるべきである。例えば、物
品を完全に取り巻く第二粒状材料の単一の連続した外側
層を、例示した態様で用いた二つの別々の外側層の代わ
りに用いてもよい。本発明の他の広い特徴に従い、第一
粒状材料として特に有用であるとして記述した上述の原
料生成物粉末は、第三粒状材料としても用いることがで
きる。
ているが、本発明の或る特徴の範囲内で多くの変更及び
修正が行えることは理解されるべきである。例えば、物
品を完全に取り巻く第二粒状材料の単一の連続した外側
層を、例示した態様で用いた二つの別々の外側層の代わ
りに用いてもよい。本発明の他の広い特徴に従い、第一
粒状材料として特に有用であるとして記述した上述の原
料生成物粉末は、第三粒状材料としても用いることがで
きる。
【００２１】
【実施例】本発明を更に例示するために実施例を次に記
述するが、それらは本発明を何ら限定するものではな
い。
述するが、それらは本発明を何ら限定するものではな
い。
【００２２】次の例の各々では、上記米国特許出願Ｓer
ial No．５０４，１５４の第５図〜第７図に示されてい
る反応器の修正型のものにより製造した粒状材料を用い
た。そのような粒状材料は米国特許出願Ｓerial No．５
０４，１５４中で「原料生成物粉末」と呼ばれており、
今後「原料生成物粉末」として言及する。下の個々の例
で更に説明するように、窒化珪素を含有するそのような
原料生成物粉末の試料を用いて、それから物品（特に円
板）を成形し、それらを次に最終的焼結物品へ焼結し
た。
ial No．５０４，１５４の第５図〜第７図に示されてい
る反応器の修正型のものにより製造した粒状材料を用い
た。そのような粒状材料は米国特許出願Ｓerial No．５
０４，１５４中で「原料生成物粉末」と呼ばれており、
今後「原料生成物粉末」として言及する。下の個々の例
で更に説明するように、窒化珪素を含有するそのような
原料生成物粉末の試料を用いて、それから物品（特に円
板）を成形し、それらを次に最終的焼結物品へ焼結し
た。
【００２３】原料生成物粉末を製造するのに用いた反応
器は、上流端及び下流端を有する室、室の上流端でその
室の長手方向の軸上にある出口（その軸の周りに配向し
た三つの燃焼ノズルを有する、上述の第５図〜第７図の
反応器とは異なって）を有する単一燃焼ノズル、及び室
中に径方向へ伸び、その室の長手方向の軸上の出口を有
する反応物ノズルを持っていた。燃焼ノズルは燃料と酸
化剤との混合物を室中へ噴射し、反応物ノズルは反応物
を室中へ噴射する。室は二つの「領域」を有すると考え
られる：室の上流端から、反応物ノズル出口にある領域
間の境界まで伸びる「燃焼領域」、及びその境界から室
の下流端まで伸びる「反応領域」である。反応器の下流
端と流通した一方の端と、二つの熱交換器と流通した他
方の端とを有する石英導管が配備されている。各熱交換
器はそれらの間に環を定める同心状石英管を有し、その
環を通って冷却剤流体が循環して、内側の管の内部を通
って流れる原料生成物粉末を冷却する。各熱交換器の出
口の所にあるダクロン(Dacron)（登録商標名）ポリエス
テル袋フィルターにより、このように冷却された原料生
成物粉末を収集した。
器は、上流端及び下流端を有する室、室の上流端でその
室の長手方向の軸上にある出口（その軸の周りに配向し
た三つの燃焼ノズルを有する、上述の第５図〜第７図の
反応器とは異なって）を有する単一燃焼ノズル、及び室
中に径方向へ伸び、その室の長手方向の軸上の出口を有
する反応物ノズルを持っていた。燃焼ノズルは燃料と酸
化剤との混合物を室中へ噴射し、反応物ノズルは反応物
を室中へ噴射する。室は二つの「領域」を有すると考え
られる：室の上流端から、反応物ノズル出口にある領域
間の境界まで伸びる「燃焼領域」、及びその境界から室
の下流端まで伸びる「反応領域」である。反応器の下流
端と流通した一方の端と、二つの熱交換器と流通した他
方の端とを有する石英導管が配備されている。各熱交換
器はそれらの間に環を定める同心状石英管を有し、その
環を通って冷却剤流体が循環して、内側の管の内部を通
って流れる原料生成物粉末を冷却する。各熱交換器の出
口の所にあるダクロン(Dacron)（登録商標名）ポリエス
テル袋フィルターにより、このように冷却された原料生
成物粉末を収集した。
【００２４】重要な反応器の大きさは、次の通りであっ
た：室の直径、５．０８ｃｍ；室の全長、５０．８ｃ
ｍ；燃焼領域の長さ、２２．９ｃｍ；反応領域の長さ、
２７．９ｃｍ；燃焼ノズルの内径、０．３４３ｃｍ；及
び反応物ノズルの内径、０．３５６ｃｍ。
た：室の直径、５．０８ｃｍ；室の全長、５０．８ｃ
ｍ；燃焼領域の長さ、２２．９ｃｍ；反応領域の長さ、
２７．９ｃｍ；燃焼ノズルの内径、０．３４３ｃｍ；及
び反応物ノズルの内径、０．３５６ｃｍ。
【００２５】原料生成物粉末を、上述の反応器を用いて
次の如く製造した。燃焼ノズルを通って注入された燃料
と酸化剤との混合物は、０．９０３ｇモル／分の流量の
エチレン、０．２２３ｇモル／分の流量のアセチレン、
及び１．１２ｇモル／分の流量の酸素を含んでいた。反
応物ノズルを通って注入された反応物は、０．０６ｇモ
ル／分の流量のシラン及び０．１６ｇモル／分の流量の
アンモニアを含んでいた。記号「ｇモル／分」とは、１
分当たりのｇモル数を意味する。流量の実際の測定は、
室温及び大気圧での体積によりリットル／分の単位で行
なった。これらの体積測定を、どのガスについても２５
℃（室温）及び大気圧で２４．４５リットル／分である
と仮定してｇモル／分に換算した。 反応器はこれらの
条件で、合計２１０分間操作し、袋フィルター及び熱交
換器の内壁から得たものとして４８３ｇの原料生成物粉
末を生成した。
次の如く製造した。燃焼ノズルを通って注入された燃料
と酸化剤との混合物は、０．９０３ｇモル／分の流量の
エチレン、０．２２３ｇモル／分の流量のアセチレン、
及び１．１２ｇモル／分の流量の酸素を含んでいた。反
応物ノズルを通って注入された反応物は、０．０６ｇモ
ル／分の流量のシラン及び０．１６ｇモル／分の流量の
アンモニアを含んでいた。記号「ｇモル／分」とは、１
分当たりのｇモル数を意味する。流量の実際の測定は、
室温及び大気圧での体積によりリットル／分の単位で行
なった。これらの体積測定を、どのガスについても２５
℃（室温）及び大気圧で２４．４５リットル／分である
と仮定してｇモル／分に換算した。 反応器はこれらの
条件で、合計２１０分間操作し、袋フィルター及び熱交
換器の内壁から得たものとして４８３ｇの原料生成物粉
末を生成した。
【００２６】原料生成物粉末の分析により、珪素が５
７．７重量％、酸素が１１．８重量％、炭素が５．２２
重量％、水素が０．１４重量％、窒素が２７．９２重量
％であることが分かった。炭素、窒素、及び水素の重量
％は、ＣＨＮＳ燃焼分析により得られ、珪素重量％は蛍
光Ｘ線分析により得られ、酸素重量％は中性子励起分析
により得られた。そのような重量％の結果は１００％に
標準化しなかった。１００からのずれは、通常の分析誤
差によるものである。原料生成物粉末中の珪素及び窒素
の実質的重量％は、窒化珪素の存在を示すものとして解
釈される。窒素が他の元素に結合している可能性がある
ことを考えた場合、粉末中のそのような他の元素と結合
した窒素は、一般に固体化合物を形成しないであろう。
従って、固体生成物中に存在する窒素は少なくとも珪素
の一部分と結合していると推定することは合理的であ
る。
７．７重量％、酸素が１１．８重量％、炭素が５．２２
重量％、水素が０．１４重量％、窒素が２７．９２重量
％であることが分かった。炭素、窒素、及び水素の重量
％は、ＣＨＮＳ燃焼分析により得られ、珪素重量％は蛍
光Ｘ線分析により得られ、酸素重量％は中性子励起分析
により得られた。そのような重量％の結果は１００％に
標準化しなかった。１００からのずれは、通常の分析誤
差によるものである。原料生成物粉末中の珪素及び窒素
の実質的重量％は、窒化珪素の存在を示すものとして解
釈される。窒素が他の元素に結合している可能性がある
ことを考えた場合、粉末中のそのような他の元素と結合
した窒素は、一般に固体化合物を形成しないであろう。
従って、固体生成物中に存在する窒素は少なくとも珪素
の一部分と結合していると推定することは合理的であ
る。
【００２７】次の実施例の各々では、次のようにして作
った円板を夫々の焼結操作で用いた。最初に２０ｇのポ
リ（２−エチル−２−オキサゾリン）（ＸＵＳ４０３０
３．００、ミシガン州ミッドランドのダウ・ケミカル
Ｕ．Ｓ．Ａ．のセラミック結合剤）、７ｇのポリ（エチ
レングリコール）（平均分子量４００、ウィスコンシン
州ミルウォーキーのアルドリッヒ・ケミカル社）、及び
３１．２ｇのイソプロピルアルコール〔電子用級、ペン
シルバニア州ピッツバーグのフィシャー・サイエンティ
フィック(Fisher Scientific）〕をディスパゼイター・
ミル(Dispersatormill)〔ペンシルバニア州テンプルの
プレミア・ミル社(Premier Mill Corp.)〕で混合するこ
とにより調製した。次にその濃厚結合剤１．２５ｇを９
００ｍｌのアセトンへ、５．５５ｇのイットリア〔純度
９９．９９９％、ニューハンプシャー州シーブルックの
ジョンソン・マッシー(Johnson Matthey）の稀土類製
品〕及び６．１４ｇのアルミナ〔バカロックス(Bakalo
x）ＣＲ３０、ノースカロライナ州チャーロットのバダ
イコウスキー・インターナショナル(Bdaikowski Intern
ational)〕と共に添加した。得られた混合物をポリエチ
レン容器中でブランダム(burundum)円柱を用いて１５分
間粉砕した。次に窒化珪素含有原料生成物粉末１００ｇ
をその混合物に添加し、６４時間粉砕を続け、次に過剰
のアセトンをロートベイパー(Rotovapor）〔スイスのブ
チ・ラボラチアムズ・テクニク(Buchi Laboratiums Tec
hnik）ＡＧ〕で除去することにより乾燥した。このよう
に粉砕及び乾燥した混合物約７ｇからなる個々の試料
を、２５００ｐｓｉｇで平板プレスして、約１．７５ｉ
ｎの直径及び０．１ｉｎを僅かに超える厚さを夫々有す
る多数の円板に成形した。
った円板を夫々の焼結操作で用いた。最初に２０ｇのポ
リ（２−エチル−２−オキサゾリン）（ＸＵＳ４０３０
３．００、ミシガン州ミッドランドのダウ・ケミカル
Ｕ．Ｓ．Ａ．のセラミック結合剤）、７ｇのポリ（エチ
レングリコール）（平均分子量４００、ウィスコンシン
州ミルウォーキーのアルドリッヒ・ケミカル社）、及び
３１．２ｇのイソプロピルアルコール〔電子用級、ペン
シルバニア州ピッツバーグのフィシャー・サイエンティ
フィック(Fisher Scientific）〕をディスパゼイター・
ミル(Dispersatormill)〔ペンシルバニア州テンプルの
プレミア・ミル社(Premier Mill Corp.)〕で混合するこ
とにより調製した。次にその濃厚結合剤１．２５ｇを９
００ｍｌのアセトンへ、５．５５ｇのイットリア〔純度
９９．９９９％、ニューハンプシャー州シーブルックの
ジョンソン・マッシー(Johnson Matthey）の稀土類製
品〕及び６．１４ｇのアルミナ〔バカロックス(Bakalo
x）ＣＲ３０、ノースカロライナ州チャーロットのバダ
イコウスキー・インターナショナル(Bdaikowski Intern
ational)〕と共に添加した。得られた混合物をポリエチ
レン容器中でブランダム(burundum)円柱を用いて１５分
間粉砕した。次に窒化珪素含有原料生成物粉末１００ｇ
をその混合物に添加し、６４時間粉砕を続け、次に過剰
のアセトンをロートベイパー(Rotovapor）〔スイスのブ
チ・ラボラチアムズ・テクニク(Buchi Laboratiums Tec
hnik）ＡＧ〕で除去することにより乾燥した。このよう
に粉砕及び乾燥した混合物約７ｇからなる個々の試料
を、２５００ｐｓｉｇで平板プレスして、約１．７５ｉ
ｎの直径及び０．１ｉｎを僅かに超える厚さを夫々有す
る多数の円板に成形した。
【００２８】例１（本発明） この例の目的は、本発明による焼結を例示することにあ
る。この例で用いた装置は、黒鉛坩堝及びガスが連続的
に流通するように改造した市販の炉を持っていた。坩堝
は、1/4 ｉｎ厚の壁を持ち、その中に３ｉｎ×２ 1/2ｉ
ｎ×3/4 ｉｎの室が構成されており、その坩堝の上に緩
く嵌まる蓋を持っていた。炉はカリフォルニア州サンタ
ローザのサーマル・テクノロジー社(ThermalTechnology
Inc.）からの１０００型炉であり、黒鉛電極及び黒鉛
裏打加熱室を持ち、流量計を持つように改造され、内部
に一定の圧力を維持しながら加熱室を通る連続的ガス流
を調節するための調節可能なバルブを持っていた。
る。この例で用いた装置は、黒鉛坩堝及びガスが連続的
に流通するように改造した市販の炉を持っていた。坩堝
は、1/4 ｉｎ厚の壁を持ち、その中に３ｉｎ×２ 1/2ｉ
ｎ×3/4 ｉｎの室が構成されており、その坩堝の上に緩
く嵌まる蓋を持っていた。炉はカリフォルニア州サンタ
ローザのサーマル・テクノロジー社(ThermalTechnology
Inc.）からの１０００型炉であり、黒鉛電極及び黒鉛
裏打加熱室を持ち、流量計を持つように改造され、内部
に一定の圧力を維持しながら加熱室を通る連続的ガス流
を調節するための調節可能なバルブを持っていた。
【００２９】この例の実験の各々で、単一の円板を、下
に更に詳細に示すように、本発明に従い、坩堝中、市販
窒化珪素粉（ＳＮ−Ｅ１０粉末、東京、宇部工業）とカ
ーボンブラック〔アロスパース(Arosperse）１５、テキ
サス州ボルゲルのＪ．Ｍ．フーバー社(Huber Corp.）〕
の層の間に配置した。窒化珪素粉末は、製造業者により
与えられている次の特徴を持ち、それはその粉末を本発
明に特に適したものにする特徴であった：成分含有量、
３８．０重量％より多くの窒素、２．０重量％未満の酸
素、０．２重量％未満の炭素、１００ｐｐｍ未満の塩
素、１００ｐｐｍ未満の鉄、５０ｐｐｍ未満のカルシウ
ム、及び５０ｐｐｍ未満のアルミニウム；約０．２μの
粒径；約１０〜１２ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面積；α相は
９５％より多く、β相は５％未満であって、結晶度１０
０％。カーボンブラックは、製造業者によって与えられ
ているように、次の特徴を持っており、その特徴はその
カーボンブラックを本発明に特に適したものにするもの
である：９９．３５重量％の炭素；０．０９重量％の灰
分；０．４５重量％の水素；０．２６重量％の硫黄；
０．１６重量％の揮発分；３２０ｎｍの粒径；及び８．
２ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面積。
に更に詳細に示すように、本発明に従い、坩堝中、市販
窒化珪素粉（ＳＮ−Ｅ１０粉末、東京、宇部工業）とカ
ーボンブラック〔アロスパース(Arosperse）１５、テキ
サス州ボルゲルのＪ．Ｍ．フーバー社(Huber Corp.）〕
の層の間に配置した。窒化珪素粉末は、製造業者により
与えられている次の特徴を持ち、それはその粉末を本発
明に特に適したものにする特徴であった：成分含有量、
３８．０重量％より多くの窒素、２．０重量％未満の酸
素、０．２重量％未満の炭素、１００ｐｐｍ未満の塩
素、１００ｐｐｍ未満の鉄、５０ｐｐｍ未満のカルシウ
ム、及び５０ｐｐｍ未満のアルミニウム；約０．２μの
粒径；約１０〜１２ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面積；α相は
９５％より多く、β相は５％未満であって、結晶度１０
０％。カーボンブラックは、製造業者によって与えられ
ているように、次の特徴を持っており、その特徴はその
カーボンブラックを本発明に特に適したものにするもの
である：９９．３５重量％の炭素；０．０９重量％の灰
分；０．４５重量％の水素；０．２６重量％の硫黄；
０．１６重量％の揮発分；３２０ｎｍの粒径；及び８．
２ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面積。
【００３０】各実験で坩堝に詰める際、先ず０．２５ｉ
ｎ厚さの層のカーボンブラックを坩堝の底に入れ、次に
窒化珪素粉末を坩堝の約５０％が満たされるまで添加し
た。この窒化珪素粉末中に円板をプレスし、次に更に窒
化珪素粉末で覆った。カーボンブラック及び窒化珪素粉
末を坩堝を軽く叩くことにより沈着させ、円板を更に窒
化珪素粉末で安全に覆い、次に最後のカーボンブラック
層で覆った。最後に蓋を適所に嵌めた。各実験後、新し
いカーボンブラック及び窒化珪素粉末を用いて坩堝を再
充填したことに注意すべきである。
ｎ厚さの層のカーボンブラックを坩堝の底に入れ、次に
窒化珪素粉末を坩堝の約５０％が満たされるまで添加し
た。この窒化珪素粉末中に円板をプレスし、次に更に窒
化珪素粉末で覆った。カーボンブラック及び窒化珪素粉
末を坩堝を軽く叩くことにより沈着させ、円板を更に窒
化珪素粉末で安全に覆い、次に最後のカーボンブラック
層で覆った。最後に蓋を適所に嵌めた。各実験後、新し
いカーボンブラック及び窒化珪素粉末を用いて坩堝を再
充填したことに注意すべきである。
【００３１】各実験で円板を焼結するため、カーボンブ
ラック、窒化珪素粉末を詰めた坩堝及び円板を上述の炉
の加熱室内に入れ、次に炉を密封した。加熱室を排気
し、窒素で満たし、再び排気し、窒素で満たし、予め定
められた圧力にした。次に約１．０ＳＣＦＨ（空気に対
して補正した流量計）の測定流量で加熱室を通って連続
的に窒素を流し始め、表Ｉに示す予め定められた圧力
が、焼結工程中そのような窒素が室を流通しながら維持
されるようにし、次の条件を達成した：約１０分の時間
に亙って約２０℃／分の速度で約２００℃への加熱；約
１０分間に亙り約１００℃／分の速度で約１２００℃へ
の加熱；約８６分間に亙り約８℃／分の速度で約１８８
２℃への加熱；炉のヒーターを切り、３０〜６０分間に
亙り室温への冷却。この焼結手順により１５００℃〜１
９００焼結温度範囲内で約１時間の円板の加熱が行われ
る結果になった。
ラック、窒化珪素粉末を詰めた坩堝及び円板を上述の炉
の加熱室内に入れ、次に炉を密封した。加熱室を排気
し、窒素で満たし、再び排気し、窒素で満たし、予め定
められた圧力にした。次に約１．０ＳＣＦＨ（空気に対
して補正した流量計）の測定流量で加熱室を通って連続
的に窒素を流し始め、表Ｉに示す予め定められた圧力
が、焼結工程中そのような窒素が室を流通しながら維持
されるようにし、次の条件を達成した：約１０分の時間
に亙って約２０℃／分の速度で約２００℃への加熱；約
１０分間に亙り約１００℃／分の速度で約１２００℃へ
の加熱；約８６分間に亙り約８℃／分の速度で約１８８
２℃への加熱；炉のヒーターを切り、３０〜６０分間に
亙り室温への冷却。この焼結手順により１５００℃〜１
９００焼結温度範囲内で約１時間の円板の加熱が行われ
る結果になった。
【００３２】表Ｉには、実験１〜４で用いた圧力及び焼
結円板の密度が要約されている。実験４では焼結円板
を、約２時間窒素を流しながら約１２００℃の管状炉中
での後加熱操作にかけた。この後加熱操作は、結合剤の
全てが円板から燃焼除去され、密度が最大になるように
するため行われた。表Ｉに示したように、実験４からの
焼結円板の密度は、１２００℃で上述の加熱操作を行な
った後に測定した。密度は水浮力試験であるＡＳＴＭ
Ｃ３７３−７２を用いて決定された。
結円板の密度が要約されている。実験４では焼結円板
を、約２時間窒素を流しながら約１２００℃の管状炉中
での後加熱操作にかけた。この後加熱操作は、結合剤の
全てが円板から燃焼除去され、密度が最大になるように
するため行われた。表Ｉに示したように、実験４からの
焼結円板の密度は、１２００℃で上述の加熱操作を行な
った後に測定した。密度は水浮力試験であるＡＳＴＭ
Ｃ３７３−７２を用いて決定された。
【００３３】
【表１】表Ｉ 実験 圧力（ｐｓｉｇ） 密度（ＴＤa ％） 1 10 91.5 2 <2 90.9 3 10 91.1 4 10 92.3a ＴＤは、３．１５ｇ／ｃｃであると仮定された純粋結
晶窒化珪素の理論密度を意味する。
晶窒化珪素の理論密度を意味する。
【００３４】表Ｉの結果は、窒化珪素を含有する高密度
（ＴＤの９０％より大きい）焼結物品を、１０ｐｓｉｇ
以下の非常に低い圧力で本発明に従い製造することがで
きることを示している。更に、表Ｉから、２ｐｓｉｇ未
満の非常に低い圧力での焼結は、１０ｐｓｉｇの一層高
い圧力で得られた密度に比較して、得られる焼結物品の
密度に実質的な悪影響を与えないことが分かる。最後
に、１２００℃での付加的加熱工程を用いた実験４で
は、表Ｉから分かるように、焼結物品の密度に与える有
利な効果は殆どなく、従って、そのような付加的加熱は
不必要であることが分かる。
（ＴＤの９０％より大きい）焼結物品を、１０ｐｓｉｇ
以下の非常に低い圧力で本発明に従い製造することがで
きることを示している。更に、表Ｉから、２ｐｓｉｇ未
満の非常に低い圧力での焼結は、１０ｐｓｉｇの一層高
い圧力で得られた密度に比較して、得られる焼結物品の
密度に実質的な悪影響を与えないことが分かる。最後
に、１２００℃での付加的加熱工程を用いた実験４で
は、表Ｉから分かるように、焼結物品の密度に与える有
利な効果は殆どなく、従って、そのような付加的加熱は
不必要であることが分かる。
【００３５】例２（比較例） この例の目的は、窒化珪素粉末単独及びカーボンブラッ
ク単独で焼結した場合を、それによって得られる焼結密
度と本発明による例１で得られた焼結密度とを比較する
ため、例示することにある。
ク単独で焼結した場合を、それによって得られる焼結密
度と本発明による例１で得られた焼結密度とを比較する
ため、例示することにある。
【００３６】この例で用いた坩堝は同じく黒鉛であった
が、例１で用いたものとは異なったデザインを持ってい
た。この坩堝は正方形の外側断面及び正方形の内側断面
を持ち、その中に室が構成されていた。そのような断面
の壁は 1/8ｉｎの厚さを持っていた。坩堝中に構成され
た室は、四枚の黒鉛分割板が嵌め込まれ、２ 9/16 ｉｎ
×１ 1/2ｉｎ× 13/16ｉｎの四つの長方形の分室に分割
されていた。緩く嵌合する蓋を坩堝上に嵌めた。
が、例１で用いたものとは異なったデザインを持ってい
た。この坩堝は正方形の外側断面及び正方形の内側断面
を持ち、その中に室が構成されていた。そのような断面
の壁は 1/8ｉｎの厚さを持っていた。坩堝中に構成され
た室は、四枚の黒鉛分割板が嵌め込まれ、２ 9/16 ｉｎ
×１ 1/2ｉｎ× 13/16ｉｎの四つの長方形の分室に分割
されていた。緩く嵌合する蓋を坩堝上に嵌めた。
【００３７】分室の二つ（以下、分室１及び２と呼ぶ）
にカーボンブラックを約５０％充填し、他の二つの分室
（以下、分室３及び４と呼ぶ）に窒化珪素粉末を約５０
％充填した。例１で用いたのと同じ市販カーボンブラッ
ク及び窒化珪素粉末をこの例では用いた。円板を四つの
分室の各々の粉末中にプレスし、次に分室１及び２には
カーボンブラックを充填し、分室３及び４には窒化珪素
粉末を充填した。坩堝を穏やかに叩いて粉末を沈着さ
せ、蓋を適所に嵌めた。
にカーボンブラックを約５０％充填し、他の二つの分室
（以下、分室３及び４と呼ぶ）に窒化珪素粉末を約５０
％充填した。例１で用いたのと同じ市販カーボンブラッ
ク及び窒化珪素粉末をこの例では用いた。円板を四つの
分室の各々の粉末中にプレスし、次に分室１及び２には
カーボンブラックを充填し、分室３及び４には窒化珪素
粉末を充填した。坩堝を穏やかに叩いて粉末を沈着さ
せ、蓋を適所に嵌めた。
【００３８】坩堝中の四つの円板の各々の焼結を、例１
で用いたのと同じ炉及び実質的に同じ条件を用いて（１
０ｐｓｉｇで）行なった。得られた焼結円板の密度を例
１の場合と同様に決定し、そのような密度の結果を表II
中に記載する。実験５〜８は夫々分室１〜４で焼結した
円板に相当する。
で用いたのと同じ炉及び実質的に同じ条件を用いて（１
０ｐｓｉｇで）行なった。得られた焼結円板の密度を例
１の場合と同様に決定し、そのような密度の結果を表II
中に記載する。実験５〜８は夫々分室１〜４で焼結した
円板に相当する。
【００３９】
【表２】表II 実験a 密度（ＴＤb ％） 5（カーボンブラック） 62.2 6（カーボンブラック） 51.1 7（窒化珪素） 72.9 8（窒化珪素） 70.8a 実験５〜８は、上述したのと同じ坩堝で同時に行なっ
た。充填材料は（）内に示してある。b ＴＤは、３．１５ｇ／ｃｃであると仮定された純粋結
晶窒化珪素の理論密度を意味する。
た。充填材料は（）内に示してある。b ＴＤは、３．１５ｇ／ｃｃであると仮定された純粋結
晶窒化珪素の理論密度を意味する。
【００４０】表IIから、窒化珪素だけ又はカーボンブラ
ックだけを用いて得られた密度は、円板を取り囲み、そ
れと接触した窒化珪素層及び円板とは接触していないカ
ーボンブラック層を用いた例１の本発明に従って得られ
た密度（表Ｉ参照）よりもかなり低いことが分かる。
ックだけを用いて得られた密度は、円板を取り囲み、そ
れと接触した窒化珪素層及び円板とは接触していないカ
ーボンブラック層を用いた例１の本発明に従って得られ
た密度（表Ｉ参照）よりもかなり低いことが分かる。
【図１】本発明に従い内側及び外側層内に包んだ物品の
入った坩堝を中に有する炉の概略的断面図である。
入った坩堝を中に有する炉の概略的断面図である。
１０ 囲い １６ 加熱室 １８ 導入導管 ２０ 排出導管 ２２ 管状電極 ２６ 黒鉛坩堝 ３４ 物品 ３６ 外側層 ３８ 外側層 ４０ 内側層 ４２ 内側境界 ４４ 境界 ４６ 境界
Claims (26)
- 【請求項１】 （ａ） 窒化珪素含有第一粒状材料から
成形した物品を与え、 （ｂ） 前記物品に近接しているが接触はしていない少
なくとも一つの外側層で、少なくとも約９０重量％の炭
素を含む第二粒状材料からなる外側層を与え、 （ｃ） 前記物品と前記少なくとも一つの外側層との中
間にある、前記物品を少なくとも部分的に取り巻く少な
くとも一つの内側層で、窒化物、炭化物、又はそれらの
混合物であるセラミック化合物を含有する第三粒状材料
からなる内側層を与え、そして （ｄ） 前記工程（ｂ）及び（ｃ）の前記少なくとも一
つの外側及び内側層に対して配置した前記物品を加熱し
て、その物品を焼結する、ことからなる窒化珪素物品焼
結法。 - 【請求項２】 第一粒状材料が、窒化珪素の珪素の外の
珪素、炭素、及び酸素を更に含み、夫々次の重量％；約
４０〜約７５重量％の量の珪素；約１０〜約４０重量％
の量の窒素；約１〜約１０重量％の量の炭素；及び約１
〜約３０重量％の量の酸素；を含む請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 少なくとも一つの外側層が、本質的に第
二粒状材料からなる請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 第二粒状材料がカーボンブラックである
請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 カーボンブラックが、炭素含有量が少な
くとも約９５重量％であり、灰分含有量が約０．５重量
％未満であり、少なくとも約１ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面
積を有する請求項４に記載の方法。 - 【請求項６】 カーボンブラックが、炭素含有量が少な
くとも約９８重量％であり、灰分含有量が約０．２重量
％未満であり、少なくとも約５ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面
積を有する請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 少なくとも一つの内側層が、第三粒状材
料から本質的になる請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 第三粒状材料が窒化物からなる請求項７
に記載の方法。 - 【請求項９】 窒化物が窒化珪素である請求項８に記載
の方法。 - 【請求項１０】 第三粒状材料が、酸素含有量が約５重
量％未満であり、炭素含有量が約５重量％未満であり、
少なくとも約１ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面積を有する請求
項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 第三粒状材料が、酸素含有量が約３重
量％未満であり、炭素含有量が約１重量％未満であり、
少なくとも約５ｍ2 ／ｇのＢＥＴ比表面積を有する請求
項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 少なくとも一つの内側層が、物品と接
触した少なくとも一つの内側境界を有し、少なくとも一
つの外側境界も有し、前記少なくとも一つの外側層が、
前記少なくとも一つの内側層の前記少なくとも一つの外
側境界と接触した少なくとも一つの内側境界を有する請
求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】 少なくとも一つの内側層及び外側層の
合計体積に対し、前記少なくとも一つの内側層が約１０
〜約９０体積％を占め、前記少なくとも一つの外側層が
約１０〜約９０体積％を占める請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 少なくとも一つの内側層の体積対物品
の体積比、及び少なくとも一つの外側層の体積対前記物
品の体積比が、約１：１〜約１００：１である請求項１
３に記載の方法。 - 【請求項１５】 比率の各々が約５：１〜約５０：１で
ある請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 少なくとも一つの内側層が、完全に物
品を取り巻く単一の内側層からなる請求項１に記載の方
法。 - 【請求項１７】 工程（ｄ）を約２００ｐｓｉｇ未満の
圧力で行う請求項１に記載の方法。 - 【請求項１８】 工程（ｄ）を約５０ｐｓｉｇ未満の圧
力で行う請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 工程（ｄ）を約０ｐｓｉｇ〜約１５ｐ
ｓｉｇの圧力で行う請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 工程（ｄ）を一般に非酸化性雰囲気中
で行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項２１】 非酸化性雰囲気が、窒素、アルゴン、
又はそれらの混合物であるガスからなる請求項２０に記
載の方法。 - 【請求項２２】 工程（ｄ）を、入口及び出口を有する
炉室内で行い、該炉室内で規定圧力を実質的に維持しな
がら加熱する間に前記入口から前記出口へ前記炉室を通
ってガスを連続的に流す請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 工程（ｄ）を約１５００℃〜約１９０
０℃の温度で行う請求項１に記載の方法。 - 【請求項２４】 工程（ｄ）での加熱を、約１５分〜約
２時間の時間行う請求項２３に記載の方法。 - 【請求項２５】 成形物品を、イットリアとアルミナと
の組合せからなる焼結助剤と第一粒状材料との混合物を
形成し、次にこのようにして形成した混合物を成形する
ことにより作る請求項１に記載の方法。 - 【請求項２６】 （ａ） 窒化珪素含有第一粒状材料か
ら成形した物品、 （ｂ） 前記第一粒状材料の前記物品に近接している
が、接触はしていない少なくとも一つの外側層で、少な
くとも約９０重量％が炭素である第二粒状材料からなる
外側層、及び （ｃ） 前記物品と前記少なくとも一つの外側層との中
間に存在する、前記第一粒状材料からなる前記物品を少
なくとも部分的に取り巻く少なくとも一つの内側層で、
窒化物、炭化物、又はそれらの混合物であるセラミック
化合物を含む第三粒状材料からなる内側層、を有し、然
も、前記物品（ａ）及び前記層（ｂ）及び（ｃ）の材料
が、前記請求項１〜２５のいずれか１項に記載の材料で
ある物品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US916318 | 1992-07-17 | ||
| US07/916,318 US5352395A (en) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | Carbon and ceramic-containing layers for use in sintering of silicon nitride article |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06166572A true JPH06166572A (ja) | 1994-06-14 |
Family
ID=25437058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5175480A Pending JPH06166572A (ja) | 1992-07-17 | 1993-07-15 | 窒化珪素物品焼結法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5352395A (ja) |
| EP (1) | EP0583620B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06166572A (ja) |
| KR (1) | KR940005517A (ja) |
| CA (1) | CA2097942C (ja) |
| DE (1) | DE69310284T2 (ja) |
| DK (1) | DK0583620T3 (ja) |
| NO (1) | NO306339B1 (ja) |
| TW (1) | TW273539B (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3109433B2 (ja) | 1996-03-22 | 2000-11-13 | 株式会社村田製作所 | セラミック成形体の焼成方法および焼成装置 |
| KR100235203B1 (ko) * | 1997-03-15 | 1999-12-15 | 배문한 | 표면이 개질된 사이알론 복합체 및 그것의 제조 방법 |
| DE19904523B4 (de) * | 1999-02-04 | 2012-03-15 | 3M Espe Ag | Verfahren zum dimensionstreuen Sintern von Keramik und keramisches Zahnersatzteil |
| US6771019B1 (en) | 1999-05-14 | 2004-08-03 | Ifire Technology, Inc. | Electroluminescent laminate with patterned phosphor structure and thick film dielectric with improved dielectric properties |
| EP2792332B1 (de) * | 2013-04-18 | 2015-03-11 | Amann Girrbach AG | Anordnung mit zumindest einem zu sinternden Werkstück |
| EP2792985B1 (de) | 2013-04-18 | 2014-11-26 | Amann Girrbach AG | Sintervorrichtung |
| KR102233643B1 (ko) * | 2014-06-17 | 2021-04-01 | 헤래우스 쿼츠 노쓰 아메리카 엘엘씨 | 투명한 원통형 물체의 측정을 위한 장치 및 방법 |
| EP3127507B1 (de) | 2015-08-03 | 2017-05-31 | Amann Girrbach AG | Sinterrohling |
| CN115715278A (zh) * | 2020-06-30 | 2023-02-24 | 株式会社德山 | 氮化硅烧结体的连续制造方法 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS523647B2 (ja) * | 1972-10-24 | 1977-01-29 | ||
| US3992497A (en) * | 1973-05-18 | 1976-11-16 | Westinghouse Electric Corporation | Pressureless sintering silicon nitride powders |
| US3953221A (en) * | 1975-04-22 | 1976-04-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Fully dense ceramic article and process employing magnesium oxide as a sintering aid |
| GB2010913B (en) * | 1977-12-23 | 1982-06-23 | Fiat Spa | Process for sintering silicon nitride compacts |
| US4209478A (en) * | 1978-08-16 | 1980-06-24 | Rockwell International Corporation | Method of sintering ceramics |
| US4379110A (en) * | 1979-08-09 | 1983-04-05 | General Electric Company | Sintering of silicon nitride to high density |
| JPS5673604A (en) * | 1979-11-22 | 1981-06-18 | Toshiba Corp | Manufacture of silicon nitride |
| JPS5860676A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-11 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
| US4383958A (en) * | 1981-12-21 | 1983-05-17 | Gte Laboratories Incorporated | Method of producing dense silicon nitride ceramic articles having controlled surface layer composition |
| US4377542A (en) * | 1981-12-21 | 1983-03-22 | Ford Motor Company | Method of forming a densified silicon nitride article |
| US4485182A (en) * | 1982-07-28 | 1984-11-27 | Ibiden Kabushiki Kaisha | Powder composition for producing sintered ceramic |
| JPS59102872A (ja) * | 1982-12-06 | 1984-06-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 炭化珪素．黒鉛複合焼結体の製造方法 |
| DE3460366D1 (en) * | 1983-02-26 | 1986-09-04 | Lucas Cookson Syalon Limited | Silicon aluminium oxynitride ceramic product and method of production |
| DE3323509C2 (de) * | 1983-06-30 | 1985-05-02 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Verfahren zur Herstellung von Keramikformteilen |
| US4640711A (en) * | 1983-09-26 | 1987-02-03 | Metals Ltd. | Method of object consolidation employing graphite particulate |
| JPS60186475A (ja) * | 1984-03-06 | 1985-09-21 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 |
| JPS60195063A (ja) * | 1984-03-16 | 1985-10-03 | 日本碍子株式会社 | セラミツクスの製法 |
| US4603116A (en) * | 1984-04-09 | 1986-07-29 | Gte Laboratories Incorporated | Silicon nitride based ceramics and method |
| JPS62260774A (ja) * | 1986-05-01 | 1987-11-13 | 新日本製鐵株式会社 | 炭化珪素系複合セラミックス焼結体 |
| JPH02160672A (ja) * | 1988-12-15 | 1990-06-20 | Yazaki Corp | セラミック体の製造方法 |
| US5176893A (en) * | 1989-10-02 | 1993-01-05 | Phillips Petroleum Company | Silicon nitride products and method for their production |
| US5178844A (en) * | 1990-04-03 | 1993-01-12 | Phillips Petroleum Company | Method and apparatus for producing nitride products |
| JPH0459660A (ja) * | 1990-06-29 | 1992-02-26 | Fujitsu Ltd | 窒化硅素セラミックスの製造方法 |
-
1992
- 1992-07-17 US US07/916,318 patent/US5352395A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-28 CA CA002097942A patent/CA2097942C/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-05 TW TW082105353A patent/TW273539B/zh active
- 1993-07-14 KR KR1019930013256A patent/KR940005517A/ko not_active Withdrawn
- 1993-07-15 DK DK93111371.6T patent/DK0583620T3/da active
- 1993-07-15 EP EP93111371A patent/EP0583620B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-07-15 JP JP5175480A patent/JPH06166572A/ja active Pending
- 1993-07-15 DE DE69310284T patent/DE69310284T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-16 NO NO932582A patent/NO306339B1/no not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0583620B1 (en) | 1997-05-02 |
| DK0583620T3 (da) | 1997-10-20 |
| US5352395A (en) | 1994-10-04 |
| EP0583620A1 (en) | 1994-02-23 |
| KR940005517A (ko) | 1994-03-21 |
| CA2097942A1 (en) | 1994-01-18 |
| DE69310284T2 (de) | 1997-08-14 |
| CA2097942C (en) | 1997-06-10 |
| DE69310284D1 (de) | 1997-06-05 |
| NO306339B1 (no) | 1999-10-25 |
| NO932582D0 (no) | 1993-07-16 |
| NO932582L (no) | 1994-01-18 |
| TW273539B (ja) | 1996-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4777152A (en) | Porous silicon carbide sinter and its production | |
| Lange et al. | Degradation during aging of transformation‐toughened ZrO2‐Y2O3 materials at 250° C | |
| Tai et al. | Modified resin–intermediate processing of perovskite powders: Part II. Processing for fine, nonagglomerated Sr-doped lanthanum chromite powders | |
| EP0691943B1 (en) | Aluminum nitride, aluminum nitride containing solid solutions and aluminum nitride composites prepared by combustion synthesis | |
| CN101379227B (zh) | 晶体组合物、装置及其制备方法 | |
| JPH06166572A (ja) | 窒化珪素物品焼結法 | |
| US4237085A (en) | Method of producing a high density silicon carbide product | |
| US5710382A (en) | Aluminum nitride, aluminum nitride containing solid solutions and aluminum nitride composites prepared by combustion synthesis and sintered bodies prepared therefrom | |
| US4122152A (en) | Process for preparing silicon nitride powder having a high α-phase content | |
| US4416840A (en) | Al2 O3 Ceramic composite | |
| CA1089498A (en) | Si.sub.3n.sub.4 hot-pressed with mgo | |
| Riley | Reaction bonded silicon nitride | |
| US5154779A (en) | Method of nitriding, carburizing, or oxidizing refractory metal articles using microwaves | |
| US4172109A (en) | Pressureless sintering beryllium containing silicon carbide powder composition | |
| AU649252B2 (en) | A method of nitriding refractory metal articles | |
| US4376652A (en) | High density high strength Si3 N4 ceramics prepared by pressureless sintering of amorphous Si3 N4 powder and Ti | |
| JP2004517025A (ja) | 粉末状のセラミック材料 | |
| US4407968A (en) | Ceramic Al2 O3 substoichiometric TiC body | |
| CN115806277B (zh) | 一种超高熔点碳氮化铪粉体的制备方法 | |
| CN119100829B (zh) | 一种多孔碳化钽陶瓷及其制备方法与应用 | |
| Bhaumik et al. | Synthesis and sintering of SiC under high pressure and high temperature | |
| Mullins et al. | The effect of carbon morphology on the combustion synthesis of titanium carbide | |
| IE921931A1 (en) | Process for the preparation of aluminium nitride | |
| US4539141A (en) | Microcomposite of metal carbide and ceramic particles | |
| JPH04500497A (ja) | 前高密度化処理による窒化アルミニウムの熱伝導性の向上 |