JPH07138074A - 窒化珪素反応焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素反応焼結体の製造方法Info
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- JPH07138074A JPH07138074A JP5304750A JP30475093A JPH07138074A JP H07138074 A JPH07138074 A JP H07138074A JP 5304750 A JP5304750 A JP 5304750A JP 30475093 A JP30475093 A JP 30475093A JP H07138074 A JPH07138074 A JP H07138074A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 最大３００μｍまでの超大粒径の珪素粉末を
原料としつつ良好な焼結体を得る。 【構成】 珪素粉末で成形体を製造し、この成形体を窒
化処理し、この後に焼結処理をするものにおいて、珪素
粉末の平均粒径を５〜３００μｍの範囲とし、更に窒化
雰囲気を窒素ガスと水素ガスの混合ガスとするものであ
り、具体的には水素ガスの混合割合を２０％以下に抑え
る。
原料としつつ良好な焼結体を得る。 【構成】 珪素粉末で成形体を製造し、この成形体を窒
化処理し、この後に焼結処理をするものにおいて、珪素
粉末の平均粒径を５〜３００μｍの範囲とし、更に窒化
雰囲気を窒素ガスと水素ガスの混合ガスとするものであ
り、具体的には水素ガスの混合割合を２０％以下に抑え
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化珪素反応焼結体の製
造方法の改良に関する。
造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両用等部品のセラミックス化に伴って
窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）の製造技術の改良研究が進めら
れ、従来の窒素ガス雰囲気での窒化処理の他、例えば特
開昭６３−７９７６３号公報にて窒化雰囲気ガスに窒化
促進ガス（水素、ヘリウム、アンモニア、硫化水素、ア
ルゴンのうちの少なくとも１種）を含有させて窒化の促
進を図る窒化処理、また特開昭６２−１３２７７５号公
報にて窒素ガスに３０〜６０容量％の水素を含有させて
窒化率の変動を抑える窒化処理が提案されている。
窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）の製造技術の改良研究が進めら
れ、従来の窒素ガス雰囲気での窒化処理の他、例えば特
開昭６３−７９７６３号公報にて窒化雰囲気ガスに窒化
促進ガス（水素、ヘリウム、アンモニア、硫化水素、ア
ルゴンのうちの少なくとも１種）を含有させて窒化の促
進を図る窒化処理、また特開昭６２−１３２７７５号公
報にて窒素ガスに３０〜６０容量％の水素を含有させて
窒化率の変動を抑える窒化処理が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記大粒径の珪素粉末
を、窒素ガス雰囲気で窒化させる場合には、珪素の溶融
を考えて１４００〜１４５０℃での高温処理が必要とな
る。この高温処理の結果、粗大なβ−Ｓｉ3Ｎ4を多数含
むことになり、つぎの焼結を経ても高密度且つ高強度の
焼結体を得ることはできない。また、焼結体にはポアが
多数残留し好ましくない。
を、窒素ガス雰囲気で窒化させる場合には、珪素の溶融
を考えて１４００〜１４５０℃での高温処理が必要とな
る。この高温処理の結果、粗大なβ−Ｓｉ3Ｎ4を多数含
むことになり、つぎの焼結を経ても高密度且つ高強度の
焼結体を得ることはできない。また、焼結体にはポアが
多数残留し好ましくない。
【０００４】一方、３０％以上の水素ガスを含む混合ガ
ス中で窒化することで珪素（Ｓｉ）の表面が活性化され
１３００℃程度から窒化が進行し、低温型の微細なα−
Ｓｉ3Ｎ4が生成される。しかし、水素ガスの混合割合が
高いため窒化時に少量の珪素が残留し、そのために焼結
体に若干ではあるがポア（空洞）が残り、強度を低下さ
せるなど不都合があることが分った。
ス中で窒化することで珪素（Ｓｉ）の表面が活性化され
１３００℃程度から窒化が進行し、低温型の微細なα−
Ｓｉ3Ｎ4が生成される。しかし、水素ガスの混合割合が
高いため窒化時に少量の珪素が残留し、そのために焼結
体に若干ではあるがポア（空洞）が残り、強度を低下さ
せるなど不都合があることが分った。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】そこで本発明者
らは、最大３００μｍまでの超大粒径の珪素粉末を原料
としつつ良好な焼結体を得るべく鋭意研究を重ね、水素
ガスの混合割合を抑えることで目的を達することに成功
した。即ち、珪素粉末で成形体を製造し、この成形体を
窒化処理し、この後に焼結処理をするものにおいて、前
記珪素粉末の平均粒径を５〜３００μｍの範囲とし、更
に窒化雰囲気を窒素ガスと水素ガスの混合ガスとするも
のであり、具体的には水素ガスの混合割合を２０％以下
に抑えることを特徴とする。
らは、最大３００μｍまでの超大粒径の珪素粉末を原料
としつつ良好な焼結体を得るべく鋭意研究を重ね、水素
ガスの混合割合を抑えることで目的を達することに成功
した。即ち、珪素粉末で成形体を製造し、この成形体を
窒化処理し、この後に焼結処理をするものにおいて、前
記珪素粉末の平均粒径を５〜３００μｍの範囲とし、更
に窒化雰囲気を窒素ガスと水素ガスの混合ガスとするも
のであり、具体的には水素ガスの混合割合を２０％以下
に抑えることを特徴とする。
【０００６】なお、成形に用いる珪素粉末は、実質的に
独立した粒度領域を有する２種類以上の珪素粉末を混合
したものであることが好ましい。
独立した粒度領域を有する２種類以上の珪素粉末を混合
したものであることが好ましい。
【０００７】
【実施例】本発明方法の実施例を以下に説明する。 （１）珪素粉末の調整 次に示す独立した粒度分布領域を有する下記，の珪
素粉末に窒化珪素及び助剤を加え、ボールミルで十分に
混合し、乾燥することで成形体用の珪素粉末を調整す
る。 Ｓｉ粉末；混合割合 ６０．５重量％（Ｓｉ3Ｎ4換算値） 平均粒度 ３３μｍ Ｓｉ粉末；混合割合 ２６重量％（Ｓｉ3Ｎ4換算値） 平均粒度 ３μｍ Ｓｉ3Ｎ4粉末；混合割合 １０重量％ Ｙ2Ｏ3粉末；混合割合 ２．５重量％ Ａｌ2Ｏ3粉末；混合割合 １．０重量％ （２）成形 上記珪素粉末を金型プレスにて、仮成形後、ＣＩＰで本
成形する。
素粉末に窒化珪素及び助剤を加え、ボールミルで十分に
混合し、乾燥することで成形体用の珪素粉末を調整す
る。 Ｓｉ粉末；混合割合 ６０．５重量％（Ｓｉ3Ｎ4換算値） 平均粒度 ３３μｍ Ｓｉ粉末；混合割合 ２６重量％（Ｓｉ3Ｎ4換算値） 平均粒度 ３μｍ Ｓｉ3Ｎ4粉末；混合割合 １０重量％ Ｙ2Ｏ3粉末；混合割合 ２．５重量％ Ａｌ2Ｏ3粉末；混合割合 １．０重量％ （２）成形 上記珪素粉末を金型プレスにて、仮成形後、ＣＩＰで本
成形する。
【０００８】（３）窒化処理 図１は本発明方法に係る窒化処理のための温度曲線図で
あり、横軸は時間、縦軸は窒化温度である。窒化処理
は、成形体を窒化炉（図示せず）に挿入し、次の条件で
実施する。 設 備；窒化炉 窒化温度；１４５０℃で４時間保持（図１） 雰囲気ガス；窒素ガス９０容量％と水素ガス１０容量％
の混合ガス
あり、横軸は時間、縦軸は窒化温度である。窒化処理
は、成形体を窒化炉（図示せず）に挿入し、次の条件で
実施する。 設 備；窒化炉 窒化温度；１４５０℃で４時間保持（図１） 雰囲気ガス；窒素ガス９０容量％と水素ガス１０容量％
の混合ガス
【０００９】（４）焼結処理 図２は本発明方法に係る焼結処理のための温度曲線図で
ある。前記窒化処理を施された窒化体（成形体を窒化し
たものを便宜上窒化体と言う。）を別の焼結炉（図示せ
ぬ）に入れ、次の条件で焼結する。 設 備；焼結炉 焼結温度；１９００℃で４時間保持（図２） 雰囲気ガス；室温にて３．５ｋｇ／ｃｍ2の窒素ガス、
１９００℃にて９．０ｋｇ／ｃｍ2の窒素ガスを封入
ある。前記窒化処理を施された窒化体（成形体を窒化し
たものを便宜上窒化体と言う。）を別の焼結炉（図示せ
ぬ）に入れ、次の条件で焼結する。 設 備；焼結炉 焼結温度；１９００℃で４時間保持（図２） 雰囲気ガス；室温にて３．５ｋｇ／ｃｍ2の窒素ガス、
１９００℃にて９．０ｋｇ／ｃｍ2の窒素ガスを封入
【００１０】以上の要領で製造した焼結体と従来の窒素
ガス雰囲気で製造した焼結体との比較を表１で説明す
る。
ガス雰囲気で製造した焼結体との比較を表１で説明す
る。
【００１１】
【表１】
【００１２】実施例１は窒素（９０％）と水素（１０
％）の混合ガス雰囲気中で窒化（１４５０℃，４時間キ
ープ）を実施したものであり、窒化度は８９％で、α型
粒子の（α＋β）に対する割合は０．６５（６５％）で
あり、室温における強度が５０８ＭＰａ、１３００℃に
おける強度が４３８ＭＰａと高水準であった。なお、強
度は３点曲げ強度である。
％）の混合ガス雰囲気中で窒化（１４５０℃，４時間キ
ープ）を実施したものであり、窒化度は８９％で、α型
粒子の（α＋β）に対する割合は０．６５（６５％）で
あり、室温における強度が５０８ＭＰａ、１３００℃に
おける強度が４３８ＭＰａと高水準であった。なお、強
度は３点曲げ強度である。
【００１３】比較例１は窒素ガス（１００％）雰囲気中
で窒化（１４５０℃，４時間キープ）を実施したもので
あり、窒化度は９２％であり、α型粒子の（α＋β）に
対する割合は０．４６（４６％）であり、室温における
強度が２７１ＭＰａ、１３００℃における強度が２６０
ＭＰａと低水準であった。
で窒化（１４５０℃，４時間キープ）を実施したもので
あり、窒化度は９２％であり、α型粒子の（α＋β）に
対する割合は０．４６（４６％）であり、室温における
強度が２７１ＭＰａ、１３００℃における強度が２６０
ＭＰａと低水準であった。
【００１４】図３（ａ），（ｂ）は焼結体の組成を示す
実施例及び比較例の顕微鏡写真である。（ａ）は上記実
施例１の顕微鏡写真（拡大倍率＝２０００）であり、実
施例１の焼結体は、長さが１０〜２０μｍで径が２〜３
μｍの針状結晶を多数含む微細で緻密な組織であった。
（ｂ）は上記比較例１の顕微鏡写真（拡大倍率＝２００
０）であり、比較例１の焼結体は、針状結晶の発達は少
く、１０μｍ以上の粗大粒を中心とする組織であり、曲
げ強度は小さい。
実施例及び比較例の顕微鏡写真である。（ａ）は上記実
施例１の顕微鏡写真（拡大倍率＝２０００）であり、実
施例１の焼結体は、長さが１０〜２０μｍで径が２〜３
μｍの針状結晶を多数含む微細で緻密な組織であった。
（ｂ）は上記比較例１の顕微鏡写真（拡大倍率＝２００
０）であり、比較例１の焼結体は、針状結晶の発達は少
く、１０μｍ以上の粗大粒を中心とする組織であり、曲
げ強度は小さい。
【００１５】上記実施例１は水素ガスの混合割合が１０
％であった。この混合割合が妥当であるか否かを調べた
ので次に説明する。図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る
焼結体における水素濃度とα結晶割合または残留珪素の
相関図である。図４（ａ）に示す通り、α結晶は水素ガ
ス０〜１０％の範囲で水素ガスの増加に比例して増加
し、約２０％でピークとなり、２０％以上の範囲におい
てはほぼ横這いとなる。上記傾向から、水素ガスの混合
割合は２０％以下で、望ましくは１０％とするべきであ
ることが分る。
％であった。この混合割合が妥当であるか否かを調べた
ので次に説明する。図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る
焼結体における水素濃度とα結晶割合または残留珪素の
相関図である。図４（ａ）に示す通り、α結晶は水素ガ
ス０〜１０％の範囲で水素ガスの増加に比例して増加
し、約２０％でピークとなり、２０％以上の範囲におい
てはほぼ横這いとなる。上記傾向から、水素ガスの混合
割合は２０％以下で、望ましくは１０％とするべきであ
ることが分る。
【００１６】また、図４（ｂ）に示す通り、残留珪素は
水素ガス０〜１０％の範囲では５重量％以下と微量であ
るが、水素ガス２０％又はそれ以上では大きく増加して
しまう。従って、効果的にα−Ｓｉ3Ｎ4を生じさせ、か
つ残留Ｓｉを低減させる水素濃度は２０％以下好ましく
は１０％程度とすることが好ましい。
水素ガス０〜１０％の範囲では５重量％以下と微量であ
るが、水素ガス２０％又はそれ以上では大きく増加して
しまう。従って、効果的にα−Ｓｉ3Ｎ4を生じさせ、か
つ残留Ｓｉを低減させる水素濃度は２０％以下好ましく
は１０％程度とすることが好ましい。
【００１７】
【発明の効果】以上に述べた通り本発明方法は、珪素粉
末で成形体を製造し、この成形体を窒化処理し、この後
に焼結処理をするものにおいて、前記珪素粉末の平均粒
径を５〜３００μｍの範囲とし、更に窒化雰囲気を窒素
ガスと水素ガスの混合ガスとすることで、珪素表面が活
性化され１３００℃程度から窒化が進行し、低温型の微
細なα−Ｓｉ3Ｎ4が生産され、その後の焼結のおいても
高密度の微細針状結晶を多数含む高強度の焼結体を得る
ことができる。
末で成形体を製造し、この成形体を窒化処理し、この後
に焼結処理をするものにおいて、前記珪素粉末の平均粒
径を５〜３００μｍの範囲とし、更に窒化雰囲気を窒素
ガスと水素ガスの混合ガスとすることで、珪素表面が活
性化され１３００℃程度から窒化が進行し、低温型の微
細なα−Ｓｉ3Ｎ4が生産され、その後の焼結のおいても
高密度の微細針状結晶を多数含む高強度の焼結体を得る
ことができる。
【００１８】そして、水素ガスの混合割合を２０％以下
に抑えて効果的にα−Ｓｉ3Ｎ4を発生させることができ
る。
に抑えて効果的にα−Ｓｉ3Ｎ4を発生させることができ
る。
【００１９】また、成形に用いる珪素粉末を、実質的に
独立した粒度領域を有する２種類以上の珪素粉末を混合
することにより、高密度な成形体が得られ、焼結による
寸法収縮率を低くおさえることができ、寸法精度の良好
な窒化珪素焼結体とすることができる。
独立した粒度領域を有する２種類以上の珪素粉末を混合
することにより、高密度な成形体が得られ、焼結による
寸法収縮率を低くおさえることができ、寸法精度の良好
な窒化珪素焼結体とすることができる。
【図１】本発明方法に係る窒化処理のための温度曲線図
【図２】本発明方法に係る焼結処理のための温度曲線図
【図３】焼結体の組成を示す実施例及び比較例の顕微鏡
写真
写真
【図４】本発明に係る焼結体における水素濃度とα結晶
割合または残留珪素の相関図
割合または残留珪素の相関図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２ Ｔ
Claims (3)
- 【請求項１】 珪素粉末で成形体を製造し、この成形体
を窒化処理し、この後に焼結処理をするものにおいて、
前記珪素粉末の平均粒径を５〜３００μｍの範囲とし、
更に窒化雰囲気を窒素ガスと水素ガスの混合ガスとした
ことを特徴とする窒化珪素反応焼結体の製造方法。 - 【請求項２】 前記混合ガスは、水素ガスが２０％を超
えない混合割合とされたことを特徴とする請求項１記載
の窒化珪素反応焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 前記成形に用いる珪素粉末は、実質的に
独立した粒度領域を有する２種類以上の珪素粉末を混合
したものであることを特徴とする請求項１記載の窒化珪
素反応焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5304750A JPH07138074A (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 窒化珪素反応焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5304750A JPH07138074A (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 窒化珪素反応焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07138074A true JPH07138074A (ja) | 1995-05-30 |
Family
ID=17936777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5304750A Withdrawn JPH07138074A (ja) | 1993-11-10 | 1993-11-10 | 窒化珪素反応焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07138074A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113860882A (zh) * | 2021-10-27 | 2021-12-31 | 焜天实业发展江苏有限公司 | 一种基于纳米表面改性和反应烧结氮化硅及其制备方法 |
-
1993
- 1993-11-10 JP JP5304750A patent/JPH07138074A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113860882A (zh) * | 2021-10-27 | 2021-12-31 | 焜天实业发展江苏有限公司 | 一种基于纳米表面改性和反应烧结氮化硅及其制备方法 |
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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: 20010130 |