JPH08301664A - 多結晶性焼結材料およびこれの製造方法 - Google Patents
多結晶性焼結材料およびこれの製造方法Info
- Publication number
- JPH08301664A JPH08301664A JP8129284A JP12928496A JPH08301664A JP H08301664 A JPH08301664 A JP H08301664A JP 8129284 A JP8129284 A JP 8129284A JP 12928496 A JP12928496 A JP 12928496A JP H08301664 A JPH08301664 A JP H08301664A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- creep
- phase
- sintering
- mpa
- temperature
- 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
- C04B35/515—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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多結晶性焼結材料およびこれの製造方法。
【解決手段】 本発明は、α’−ＳｉＡｌＯＮ相、β’
−ＳｉＡｌＯＮ相、および非晶性および／または結晶性
粒界相を含有していて粒間および／または補強用成分を
含有していてもよい多結晶性焼結材料、並びにこれの製
造方法に関する。
−ＳｉＡｌＯＮ相、および非晶性および／または結晶性
粒界相を含有していて粒間および／または補強用成分を
含有していてもよい多結晶性焼結材料、並びにこれの製
造方法に関する。
Description
【０００１】本発明は、α’−ＳｉＡｌＯＮ相、β’−
ＳｉＡｌＯＮ相、および非晶性および／または結晶性粒
界相を含有していて粒間および／または補強用成分を含
有していてもよい多結晶性焼結材料、並びにこれの製造
方法に関する。
ＳｉＡｌＯＮ相、および非晶性および／または結晶性粒
界相を含有していて粒間および／または補強用成分を含
有していてもよい多結晶性焼結材料、並びにこれの製造
方法に関する。
【０００２】窒化ケイ素材料をセラミック構造材料とし
て＞１２００℃の温度で用いることの適切性は、必須な
特性レベルを室温および高温の両方で確保するに必要な
幅広い材料特性スペクトルを有するか否かで決定され
る。高い強度を示す材料を生じさせるための完全な高密
度化を達成する目的で一般に多結晶性窒化ケイ素素地の
製造中に焼結助剤が添加される。焼結後、このような焼
結助剤は上記窒化ケイ素粉末中のＳｉＯ2と一緒に液体
ガラス相を形成し、それによって焼結の容易さが向上す
ると共に柱状のＳｉ3Ｎ4粒子を含有する微細構造物が生
成することから臨界欠陥サイズ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄ
ｅｆｅｃｔ ｓｉｚｅ）が低下することが理由で、高密
度化が助長されかつまた室温特性に肯定的な効果が得ら
れる。焼結後、このような溶融相は、窒化ケイ素粒子間
の非晶性もしくは（部分）結晶性粒界相として残存す
る。この窒化ケイ素材料の高温特性は本質的に上記粒界
相が示す性質で決定される。低融点の共晶が生じると高
温使用中に非晶質相が軟化し、その結果として、特性
（強度、クリープ挙動、耐酸化性）が低下する。
て＞１２００℃の温度で用いることの適切性は、必須な
特性レベルを室温および高温の両方で確保するに必要な
幅広い材料特性スペクトルを有するか否かで決定され
る。高い強度を示す材料を生じさせるための完全な高密
度化を達成する目的で一般に多結晶性窒化ケイ素素地の
製造中に焼結助剤が添加される。焼結後、このような焼
結助剤は上記窒化ケイ素粉末中のＳｉＯ2と一緒に液体
ガラス相を形成し、それによって焼結の容易さが向上す
ると共に柱状のＳｉ3Ｎ4粒子を含有する微細構造物が生
成することから臨界欠陥サイズ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄ
ｅｆｅｃｔ ｓｉｚｅ）が低下することが理由で、高密
度化が助長されかつまた室温特性に肯定的な効果が得ら
れる。焼結後、このような溶融相は、窒化ケイ素粒子間
の非晶性もしくは（部分）結晶性粒界相として残存す
る。この窒化ケイ素材料の高温特性は本質的に上記粒界
相が示す性質で決定される。低融点の共晶が生じると高
温使用中に非晶質相が軟化し、その結果として、特性
（強度、クリープ挙動、耐酸化性）が低下する。
【０００３】高温特性の改良を可能にする方法は技術文
献の中に既に記述されている。これらの目的は、主に、
追加的焼結助剤を用いないか或は添加剤量を非常に少量
のみにして窒化ケイ素の高密度化を行うことができるよ
うにガラス相の量を低くすることであった。添加剤の量
を低くしたバッチで２つのルートが実行された。Ａｌ2
Ｏ3の含有量を＜０．５重量％にしそしてＹ2Ｏ3の含有
量を１から５重量％にしたバッチが米国特許第４ ９０
４ ６２４号に開示されており、これの高密度化はカプ
セル封じＨＩＰ方法で行われている。Ｙ2Ｏ3の含有量を
４重量％のみにした材料の製造が同じ特許中の第二変法
として記述されているが、しかしながら、これの製造も
またカプセル封じＨＩＰ方法を用いることでのみ可能で
ある。
献の中に既に記述されている。これらの目的は、主に、
追加的焼結助剤を用いないか或は添加剤量を非常に少量
のみにして窒化ケイ素の高密度化を行うことができるよ
うにガラス相の量を低くすることであった。添加剤の量
を低くしたバッチで２つのルートが実行された。Ａｌ2
Ｏ3の含有量を＜０．５重量％にしそしてＹ2Ｏ3の含有
量を１から５重量％にしたバッチが米国特許第４ ９０
４ ６２４号に開示されており、これの高密度化はカプ
セル封じＨＩＰ方法で行われている。Ｙ2Ｏ3の含有量を
４重量％のみにした材料の製造が同じ特許中の第二変法
として記述されているが、しかしながら、これの製造も
またカプセル封じＨＩＰ方法を用いることでのみ可能で
ある。
【０００４】添加剤の含有量を低くするか或は添加剤を
完全に排除した上記種類の材料は、高温で非常に良好な
特性を示すが、大部分が、１番目として、室温における
特性が満足されるものでないと言った欠点を有する（こ
れは特に添加剤が入っていないＳｉ3Ｎ4用材料に当ては
まる）。
完全に排除した上記種類の材料は、高温で非常に良好な
特性を示すが、大部分が、１番目として、室温における
特性が満足されるものでないと言った欠点を有する（こ
れは特に添加剤が入っていないＳｉ3Ｎ4用材料に当ては
まる）。
【０００５】２番目として、添加剤の含有量を低くした
上記材料または添加剤が全く入っていない変形の場合、
これらの高密度化を可能にし得る方法は現在のところ非
常に高価な方法（カプセル封じＨＩＰ）のみである。こ
れが、このような製造方法をかなり高価なものにしてい
てこれらの材料を広く用いることの障害になっている。
上記材料または添加剤が全く入っていない変形の場合、
これらの高密度化を可能にし得る方法は現在のところ非
常に高価な方法（カプセル封じＨＩＰ）のみである。こ
れが、このような製造方法をかなり高価なものにしてい
てこれらの材料を広く用いることの障害になっている。
【０００６】Ｓｉ3Ｎ4セラミックにアルミニウム（Ａｌ
2Ｏ3、ＡｌＮ）を含有させると、非常に低い粘度を有す
るガラス相が焼結中に生じることから、カプセル封じＨ
ＩＰの欠点が実質的になくなる。しかしながら、このよ
うな材料を高温構成要素として長期間用いると、そのガ
ラス組成が原因で特に耐クリープ性および耐酸化性が急
激に低下することから、これの使用は１２００℃の最大
温度に制限される。このように温度を高くするにつれて
Ａｌ2Ｏ3含有Ｓｉ3Ｎ4セラミックの特性が有意に低下す
ることは技術文献の中に数多く記述されている。
2Ｏ3、ＡｌＮ）を含有させると、非常に低い粘度を有す
るガラス相が焼結中に生じることから、カプセル封じＨ
ＩＰの欠点が実質的になくなる。しかしながら、このよ
うな材料を高温構成要素として長期間用いると、そのガ
ラス組成が原因で特に耐クリープ性および耐酸化性が急
激に低下することから、これの使用は１２００℃の最大
温度に制限される。このように温度を高くするにつれて
Ａｌ2Ｏ3含有Ｓｉ3Ｎ4セラミックの特性が有意に低下す
ることは技術文献の中に数多く記述されている。
【０００７】後処理を行って粒界相の結晶化を起こさせ
ることで上記材料の高温特性を改良することも可能であ
る。ここに記述する方法とは対照的に結晶化がガラス相
共晶より低い温度（これは一般に１３５０から１５００
℃である）で起こってしまう。
ることで上記材料の高温特性を改良することも可能であ
る。ここに記述する方法とは対照的に結晶化がガラス相
共晶より低い温度（これは一般に１３５０から１５００
℃である）で起こってしまう。
【０００８】混合結晶を形成する、一般にＳｉＡｌＯＮ
類、例えばα’−ＳｉＡｌＯＮ／β’−ＳｉＡｌＯＮ類
などと呼ばれるＳｉ3Ｎ4系が、上記材料のさらなる変形
を構成し、これは、高温用途で可能性を有する。これに
関連して、α’−ＳｉＡｌＯＮは、一般式Ｍｅx（Ｓ
ｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16［式中、Ｍｅ＝Ｙまたは希土
類元素（ＲＥ）］で表される系を表し、そしてβ’−Ｓ
ｉＡｌＯＮは一般式Ｓｉ6-zＡｌzＯZＮ8-zで表される系
を表す。
類、例えばα’−ＳｉＡｌＯＮ／β’−ＳｉＡｌＯＮ類
などと呼ばれるＳｉ3Ｎ4系が、上記材料のさらなる変形
を構成し、これは、高温用途で可能性を有する。これに
関連して、α’−ＳｉＡｌＯＮは、一般式Ｍｅx（Ｓ
ｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16［式中、Ｍｅ＝Ｙまたは希土
類元素（ＲＥ）］で表される系を表し、そしてβ’−Ｓ
ｉＡｌＯＮは一般式Ｓｉ6-zＡｌzＯZＮ8-zで表される系
を表す。
【０００９】ヨーロッパ特許第０ ３３８ ７１８ Ａ
２号にはとりわけα’／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラミ
ックから粒界相を結晶化させることが記述されており、
ここでは各場合とも上述した１５００℃の結晶化温度を
越えていない。
２号にはとりわけα’／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラミ
ックから粒界相を結晶化させることが記述されており、
ここでは各場合とも上述した１５００℃の結晶化温度を
越えていない。
【００１０】本発明に従ってここに存在させるα’／
β’混合セラミックを含むグループがドイツ特許第３３
０６ １５７ Ａ１号に記述されており、この特許に
おけるα’／β’混合セラミックは、大部分が非晶質で
ある第三相（粒界相）が存在することを特徴とする。
β’混合セラミックを含むグループがドイツ特許第３３
０６ １５７ Ａ１号に記述されており、この特許に
おけるα’／β’混合セラミックは、大部分が非晶質で
ある第三相（粒界相）が存在することを特徴とする。
【００１１】ヨーロッパ特許第０ ３３６ ３７７ Ａ
２号にもまたα’／β’混合セラミックが記述されてお
り、これの特徴はα’もしくはβ’粒子が極めて微細な
ことであり、従って良好な高温特性を示すことである。
２号にもまたα’／β’混合セラミックが記述されてお
り、これの特徴はα’もしくはβ’粒子が極めて微細な
ことであり、従って良好な高温特性を示すことである。
【００１２】ヨーロッパ特許第０ ３３８ ７１８ Ａ
２号には、不連続相（これもまた結晶形態で存在し得
る）が存在することで特徴づけられるα’／β’混合セ
ラミックが記述されている。この不連続相は、１６００
から２０００℃の範囲内で熱処理を行うことで生じ、そ
れにかける圧力に関する情報は全く与えられていない。
２号には、不連続相（これもまた結晶形態で存在し得
る）が存在することで特徴づけられるα’／β’混合セ
ラミックが記述されている。この不連続相は、１６００
から２０００℃の範囲内で熱処理を行うことで生じ、そ
れにかける圧力に関する情報は全く与えられていない。
【００１３】この引用した３つの特許（これは全部α’
／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラミックの分野に関する）
はいずれも、その結果として生じる材料が示すクリープ
挙動に関しては如何なる情報も与えていない。従って、
このことから、米国特許第４９０４ ６２４号に引用さ
れている材料（添加剤の含有量が低い）が示す耐クリー
プ性（ｃｒｅｅｐ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は達成され
なかったと仮定すべきである。しかしながら、本発明に
従って製造するα’／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラミッ
クではそのようなクリープ挙動を達成する。
／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラミックの分野に関する）
はいずれも、その結果として生じる材料が示すクリープ
挙動に関しては如何なる情報も与えていない。従って、
このことから、米国特許第４９０４ ６２４号に引用さ
れている材料（添加剤の含有量が低い）が示す耐クリー
プ性（ｃｒｅｅｐ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は達成され
なかったと仮定すべきである。しかしながら、本発明に
従って製造するα’／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラミッ
クではそのようなクリープ挙動を達成する。
【００１４】ほとんどの場合、セラミックが高温で示す
クリープ特性は、静曲げ試験（ｓｔａｔｉｃ ｂｅｎｄ
ｉｎｇ ｔｅｓｔ）で曲げ試験片を用いて測定される。
ここでは、前以て決めた温度および曲げ応力におけるロ
ーディング時間（ｌｏａｄｉｎｇ ｔｉｍｅ）の関数と
して外側繊維歪み（ｏｕｔｅｒ ｆｉｂｒｅ ｓｔｒａ
ｉｎ）を測定する。弾性曲げによる歪みに比例して低下
する外側繊維歪みをクリープ歪みと呼ぶ。このクリープ
歪みに加えて、関数ε＝ε（ｔ）の時間に関する導関数
もまたパラメーター、即ちクリープ率として見積もる。
クリープ曲線は完全には直線ではないことから、クリー
プ曲線の第二領域（静クリープの領域）の勾配からクリ
ープ率を計算する。種々の市販Ｓｉ3Ｎ4セラミックのク
リープ率がＪ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．７６（２）
（１９９３）、５５３−５５６頁
クリープ特性は、静曲げ試験（ｓｔａｔｉｃ ｂｅｎｄ
ｉｎｇ ｔｅｓｔ）で曲げ試験片を用いて測定される。
ここでは、前以て決めた温度および曲げ応力におけるロ
ーディング時間（ｌｏａｄｉｎｇ ｔｉｍｅ）の関数と
して外側繊維歪み（ｏｕｔｅｒ ｆｉｂｒｅ ｓｔｒａ
ｉｎ）を測定する。弾性曲げによる歪みに比例して低下
する外側繊維歪みをクリープ歪みと呼ぶ。このクリープ
歪みに加えて、関数ε＝ε（ｔ）の時間に関する導関数
もまたパラメーター、即ちクリープ率として見積もる。
クリープ曲線は完全には直線ではないことから、クリー
プ曲線の第二領域（静クリープの領域）の勾配からクリ
ープ率を計算する。種々の市販Ｓｉ3Ｎ4セラミックのク
リープ率がＪ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．７６（２）
（１９９３）、５５３−５５６頁
【００１５】
【外１】
【００１６】１０-6 ｌ／時であり、これは、１４００
℃における破壊データ（ＳＴＳＲ試験）に関連して、比
較的高いとみなされるべきである。これはまた１０００
当たり２．５以上のクリープ歪み（これもまた上記試験
中に得られる）に当てはまる。
℃における破壊データ（ＳＴＳＲ試験）に関連して、比
較的高いとみなされるべきである。これはまた１０００
当たり２．５以上のクリープ歪み（これもまた上記試験
中に得られる）に当てはまる。
【００１７】市販Ｓｉ3Ｎ4材料５種のクリープ挙動がＢ
ｕｎｋ，Ｗ．およびＨａｕｓｎｅｒ，Ｈ．「Ｃｅｒａｍ
ｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎ
ｔｓｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｓ」、Ｖｅｒｌａｇ ｄｅｒ
ＤＫＧ、Ｂａｄ Ｈｏｎｎｅｆ（１９８７）、４８５
−４９４頁に記述されている。そこで７０ＭＰａの負荷
下１４００℃で測定されたクリープ率である５・１０-5
ｌ／時は既に非常に高い値である。クリープ伸び絶対
値は示されていないが、１つのサンプルの破壊は１００
０当たり３０以下の値で起こると述べられており、この
ことは、その得られたクリープ歪みはその桁の大きさで
あったことを示している。
ｕｎｋ，Ｗ．およびＨａｕｓｎｅｒ，Ｈ．「Ｃｅｒａｍ
ｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎ
ｔｓｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｓ」、Ｖｅｒｌａｇ ｄｅｒ
ＤＫＧ、Ｂａｄ Ｈｏｎｎｅｆ（１９８７）、４８５
−４９４頁に記述されている。そこで７０ＭＰａの負荷
下１４００℃で測定されたクリープ率である５・１０-5
ｌ／時は既に非常に高い値である。クリープ伸び絶対
値は示されていないが、１つのサンプルの破壊は１００
０当たり３０以下の値で起こると述べられており、この
ことは、その得られたクリープ歪みはその桁の大きさで
あったことを示している。
【００１８】本発明の底流にある目的は、上述した従来
技術が有する欠点を示さないで卓越した長期高温特性を
有すること、特に高い耐クリープ性および耐酸化性を示
すことを特徴とするα’／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラ
ミックを基とする窒化ケイ素材料を提供することにあ
る。
技術が有する欠点を示さないで卓越した長期高温特性を
有すること、特に高い耐クリープ性および耐酸化性を示
すことを特徴とするα’／β’−ＳｉＡｌＯＮ混合セラ
ミックを基とする窒化ケイ素材料を提供することにあ
る。
【００１９】α’−ＳｉＡｌＯＮ相、β’−ＳｉＡｌＯ
Ｎ相、および非晶性および／または結晶性粒界相を含有
する多結晶性焼結材料であって、粒間および／または補
強用成分を含有していてもよくそして空気中の曲げクリ
ープ試験（ｆｌｅｘｕｒａｌｃｒｅｅｐ ｔｅｓｔ）で
３０時間後１４００℃／１００ＭＰａで１０００当たり
ε＜５のクリープ歪みを示す多結晶性焼結材料が、上記
要求を満足させる。本発明はこのような材料に関する。
本発明に従う好適な態様の材料は１００ＭＰａの曲げ応
力（ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ）下空気中１４００
℃で曲げクリープ試験を実施した時５・１０-5 ｌ／時
未満の静クリープ率（ｓｔａｔｉｃｃｒｅｅｐ ｒａｔ
ｅ）を示す。
Ｎ相、および非晶性および／または結晶性粒界相を含有
する多結晶性焼結材料であって、粒間および／または補
強用成分を含有していてもよくそして空気中の曲げクリ
ープ試験（ｆｌｅｘｕｒａｌｃｒｅｅｐ ｔｅｓｔ）で
３０時間後１４００℃／１００ＭＰａで１０００当たり
ε＜５のクリープ歪みを示す多結晶性焼結材料が、上記
要求を満足させる。本発明はこのような材料に関する。
本発明に従う好適な態様の材料は１００ＭＰａの曲げ応
力（ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ）下空気中１４００
℃で曲げクリープ試験を実施した時５・１０-5 ｌ／時
未満の静クリープ率（ｓｔａｔｉｃｃｒｅｅｐ ｒａｔ
ｅ）を示す。
【００２０】本発明に従うα’／β’−ＳｉＡｌＯＮ材
料の特徴は、未処理サンプルに比較して顕著に改良され
た耐クリープ性および耐酸化性を示すことのみではな
く、全クリープ歪みが有意に低下することも観察され、
この値は、添加剤含有量を低くすることを基とする競合
Ｓｉ3Ｎ4材料（この材料は高価で非経済的なカプセル封
じＨＩＰ方法で製造する必要がある）のそれと同じ桁の
大きさでさえある。
料の特徴は、未処理サンプルに比較して顕著に改良され
た耐クリープ性および耐酸化性を示すことのみではな
く、全クリープ歪みが有意に低下することも観察され、
この値は、添加剤含有量を低くすることを基とする競合
Ｓｉ3Ｎ4材料（この材料は高価で非経済的なカプセル封
じＨＩＰ方法で製造する必要がある）のそれと同じ桁の
大きさでさえある。
【００２１】本発明はまた本発明に従う材料の製造方法
にも関する。この方法は、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ
Ｎ、Ｙ2Ｏ3および／または１種以上の希土類酸化物を製
粉および混合することによるか或はＳｉ3Ｎ4と予め合成
したα’−ＳｉＡｌＯＮ原料を製粉および混合した後、
その結果として生じる粉末の鋳込みを行うことでシラ地
を製造し、熱プレス加工し、気体圧力または常圧下で焼
結を行った後、これに温度と圧力を用いた後処理を５か
ら２０００バールの範囲の圧力下１５００℃から２００
０℃の範囲の温度で受けさせることを特徴とする。
にも関する。この方法は、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、Ａｌ
Ｎ、Ｙ2Ｏ3および／または１種以上の希土類酸化物を製
粉および混合することによるか或はＳｉ3Ｎ4と予め合成
したα’−ＳｉＡｌＯＮ原料を製粉および混合した後、
その結果として生じる粉末の鋳込みを行うことでシラ地
を製造し、熱プレス加工し、気体圧力または常圧下で焼
結を行った後、これに温度と圧力を用いた後処理を５か
ら２０００バールの範囲の圧力下１５００℃から２００
０℃の範囲の温度で受けさせることを特徴とする。
【００２２】これに関連して、この温度と圧力を用いた
後処理を好適には５０から１０００バールの圧力下１７
５０℃から２０００℃の温度で行う。この後処理中の圧
力媒体として好適には窒素、不活性ガスまたはこれらの
混合物を用いる。
後処理を好適には５０から１０００バールの圧力下１７
５０℃から２０００℃の温度で行う。この後処理中の圧
力媒体として好適には窒素、不活性ガスまたはこれらの
混合物を用いる。
【００２３】公知焼結もしくはカプセル封じＨＩＰ方法
（後で追加的に圧力をかけることで独立気孔の高密度化
を行う）とは対照的に、本発明に従う方法を用いると、
結果として、非晶質相内に結晶化過程が観察されること
なく粒界および粒子間の三接合点（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕ
ｎｃｔｉｏｎ）の所に存在するガラス相の組成と量が変
化すると共に混合結晶の組成が変化する。これに関し
て、この後熱処理が原因となるその完全に高密度化した
窒化ケイ素素地の組成の有意な変化は起こらないことが
示された。この窒化ケイ素の鋳込みを行っている間その
化学組成は一定のままであるが、高温にすると、驚くべ
きことに、単に一次焼結過程で高密度化した窒化ケイ素
材料に比較して高い耐クリープ性と改良された耐酸化性
が得られる。
（後で追加的に圧力をかけることで独立気孔の高密度化
を行う）とは対照的に、本発明に従う方法を用いると、
結果として、非晶質相内に結晶化過程が観察されること
なく粒界および粒子間の三接合点（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕ
ｎｃｔｉｏｎ）の所に存在するガラス相の組成と量が変
化すると共に混合結晶の組成が変化する。これに関し
て、この後熱処理が原因となるその完全に高密度化した
窒化ケイ素素地の組成の有意な変化は起こらないことが
示された。この窒化ケイ素の鋳込みを行っている間その
化学組成は一定のままであるが、高温にすると、驚くべ
きことに、単に一次焼結過程で高密度化した窒化ケイ素
材料に比較して高い耐クリープ性と改良された耐酸化性
が得られる。
【００２４】二次的な熱再吸収処理は焼結中の追加的工
程段階としてか或は焼結から独立させて次に行うアニー
リングで実施可能である。
程段階としてか或は焼結から独立させて次に行うアニー
リングで実施可能である。
【００２５】本発明に従う方法の重要な利点は、気体圧
力焼結または無圧焼結で高密度化を達成することを可能
にする焼結助剤を比較的高い含有量で用いたＳｉＡｌＯ
Ｎ材料は焼結後に粒界相が修飾されることから高温をか
けることを必要とする特性レベルを示すことである。ま
た、このように焼結助剤の比率を高めると室温特性も有
利な影響を受け得る（曲げ強度および破壊じん性が高く
なることで信頼性が向上する）。
力焼結または無圧焼結で高密度化を達成することを可能
にする焼結助剤を比較的高い含有量で用いたＳｉＡｌＯ
Ｎ材料は焼結後に粒界相が修飾されることから高温をか
けることを必要とする特性レベルを示すことである。ま
た、このように焼結助剤の比率を高めると室温特性も有
利な影響を受け得る（曲げ強度および破壊じん性が高く
なることで信頼性が向上する）。
【００２６】実施例を用いて本発明を以下に説明する
が、これらに制限するものでない。
が、これらに制限するものでない。
【００２７】
【実施例】実施例１から３ 比表面積が１１ｍ2／ｇで不純物含有量が＜０．０５％
で酸素含有量が１．１％の窒化ケイ素粉末を焼結助剤で
あるＹ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮの混合物（組成に関
しては表１を参照）と一緒にイソプロパノール中で製粉
および混合した。その後、この粉末混合物を真空下で乾
燥させ、顆粒状にした後、約４００℃の温度の空気中で
加熱した。次に、この粉末混合物の熱プレス加工をグラ
ファイト製鋳型の中で６０分間１８４０℃で行った。次
に、この完全に高密度化した熱プレス加工プレートに本
発明に従う後熱処理を熱均衡プレス中で２時間１８０Ｍ
Ｐａ（窒素圧）下１９００℃で受けさせた。適切な仕上
げ操作（切断、研磨および面取りを行って曲げ試験用棒
材を生じさせる）を行った後、１００ＭＰａの応力レベ
ル下１４００℃で実施したクリープ実験で、３０時間後
の相対的クリープ歪みεおよび静クリープ率（ｄε／ｄ
ｔに相当）を測定した。また、酸化試験を１３５０℃の
空気中で１００時間行った後のサンプルの表面積に関す
る重量上昇も測定した（ここでは酸化率として表示）。
これらの特性を熱プレス加工のみを受けさせた材料（同
じ初期組成を有する）が示すそれと比較した。その結果
を表１に示す。
で酸素含有量が１．１％の窒化ケイ素粉末を焼結助剤で
あるＹ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3およびＡｌＮの混合物（組成に関
しては表１を参照）と一緒にイソプロパノール中で製粉
および混合した。その後、この粉末混合物を真空下で乾
燥させ、顆粒状にした後、約４００℃の温度の空気中で
加熱した。次に、この粉末混合物の熱プレス加工をグラ
ファイト製鋳型の中で６０分間１８４０℃で行った。次
に、この完全に高密度化した熱プレス加工プレートに本
発明に従う後熱処理を熱均衡プレス中で２時間１８０Ｍ
Ｐａ（窒素圧）下１９００℃で受けさせた。適切な仕上
げ操作（切断、研磨および面取りを行って曲げ試験用棒
材を生じさせる）を行った後、１００ＭＰａの応力レベ
ル下１４００℃で実施したクリープ実験で、３０時間後
の相対的クリープ歪みεおよび静クリープ率（ｄε／ｄ
ｔに相当）を測定した。また、酸化試験を１３５０℃の
空気中で１００時間行った後のサンプルの表面積に関す
る重量上昇も測定した（ここでは酸化率として表示）。
これらの特性を熱プレス加工のみを受けさせた材料（同
じ初期組成を有する）が示すそれと比較した。その結果
を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】実施例４および５ 実施例１と同様に、窒化ケイ素粉末を焼結助剤であるＹ
2Ｏ3およびＡｌＮの混合物（組成に関しては表２を参
照）と一緒にイソプロパノール中で製粉および混合し
た。その後、この粉末混合物を真空下で乾燥させ、顆粒
状にした後、約４００℃の温度の空気中で加熱した。そ
の後、この粉末混合物を冷均衡プレス加工することでシ
ラ地を生じさせた後、焼結を気体加圧焼結炉の中で５Ｍ
Ｐａ下１８５０℃で１時間行った。完全に高密度化した
後、後熱処理を上記焼結操作と一緒の１つのサイクルと
して加圧焼結炉中で２時間１０ＭＰａ（窒素圧）下１９
００℃で行った。適切な仕上げ操作（切断、研磨および
面取りを行って曲げ試験用棒材を生じさせる）を行った
後、クリープ実験（１００ＭＰａ下１４００℃）で、３
０時間後の相対クリープ歪みεおよび静クリープ率を測
定した。また、１３５０℃の空気中で１００時間酸化さ
せた後のサンプルの表面積に関する重量上昇も測定した
（酸化率）。これらの特性を焼結のみを受けさせた材料
（同じ初期組成を有する）が示すそれと比較した。その
結果を表２に示す。
2Ｏ3およびＡｌＮの混合物（組成に関しては表２を参
照）と一緒にイソプロパノール中で製粉および混合し
た。その後、この粉末混合物を真空下で乾燥させ、顆粒
状にした後、約４００℃の温度の空気中で加熱した。そ
の後、この粉末混合物を冷均衡プレス加工することでシ
ラ地を生じさせた後、焼結を気体加圧焼結炉の中で５Ｍ
Ｐａ下１８５０℃で１時間行った。完全に高密度化した
後、後熱処理を上記焼結操作と一緒の１つのサイクルと
して加圧焼結炉中で２時間１０ＭＰａ（窒素圧）下１９
００℃で行った。適切な仕上げ操作（切断、研磨および
面取りを行って曲げ試験用棒材を生じさせる）を行った
後、クリープ実験（１００ＭＰａ下１４００℃）で、３
０時間後の相対クリープ歪みεおよび静クリープ率を測
定した。また、１３５０℃の空気中で１００時間酸化さ
せた後のサンプルの表面積に関する重量上昇も測定した
（酸化率）。これらの特性を焼結のみを受けさせた材料
（同じ初期組成を有する）が示すそれと比較した。その
結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
【００３１】本発明の特徴および態様は以下のとおりで
ある。
ある。
【００３２】１． α’−ＳｉＡｌＯＮ相、β’−Ｓｉ
ＡｌＯＮ相、および非晶性および／または結晶性粒界相
を含有する多結晶性焼結材料であって、空気中の曲げク
リープ試験で３０時間後１４００℃／１００ＭＰａで１
０００当たりε＜５のクリープ歪みを示す材料。
ＡｌＯＮ相、および非晶性および／または結晶性粒界相
を含有する多結晶性焼結材料であって、空気中の曲げク
リープ試験で３０時間後１４００℃／１００ＭＰａで１
０００当たりε＜５のクリープ歪みを示す材料。
【００３３】２． １００ＭＰａの曲げ応力下空気中１
４００℃で曲げクリープ試験を実施し
４００℃で曲げクリープ試験を実施し
【００３４】
【外２】
【００３５】３． 粒間および／または補強用成分を更
に含有する第１項記載の材料。
に含有する第１項記載の材料。
【００３６】４． 粒間および／または補強用成分を更
に含有する第２項記載の材料。
に含有する第２項記載の材料。
【００３７】５． 第１項の材料を製造する方法であっ
て、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｙ2Ｏ3および／また
は１種以上の希土類酸化物を製粉および混合することに
よるか或はＳｉ3Ｎ4と予め合成したα’−ＳｉＡｌＯＮ
原料を製粉および混合した後、その結果として生じる粉
末の鋳込みを行うことでシラ地を製造し、このシラ地を
熱プレス加工し、気体圧力または常圧下で焼結を行い、
そして温度と圧力を用いた後処理を５から２０００バー
ルの圧力下１５００℃から２０００℃の温度で行うこと
を含む方法。
て、Ｓｉ3Ｎ4、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、Ｙ2Ｏ3および／また
は１種以上の希土類酸化物を製粉および混合することに
よるか或はＳｉ3Ｎ4と予め合成したα’−ＳｉＡｌＯＮ
原料を製粉および混合した後、その結果として生じる粉
末の鋳込みを行うことでシラ地を製造し、このシラ地を
熱プレス加工し、気体圧力または常圧下で焼結を行い、
そして温度と圧力を用いた後処理を５から２０００バー
ルの圧力下１５００℃から２０００℃の温度で行うこと
を含む方法。
【００３８】６． 該温度と圧力を用いた後処理を５０
から１０００バールの圧力下１７５０℃から２０００℃
の温度で実施する第５項記載の方法。
から１０００バールの圧力下１７５０℃から２０００℃
の温度で実施する第５項記載の方法。
【００３９】７． 該後処理中の圧力媒体として窒素、
不活性ガスまたはこれらの混合物を用いる第５項記載の
方法。
不活性ガスまたはこれらの混合物を用いる第５項記載の
方法。
フロントページの続き (72)発明者 ルツツ・フラセク ドイツ96472レーデンタール・エムスタツ ターシユトラーセ15 (72)発明者 ゲルハルト・ベテイング ドイツ96450コブルク・シユルシユトラー セ16 (72)発明者 クリステイアン・シユベルト ドイツ01326ドレスデン・ドレストナーシ ユトラーセ27 (72)発明者 ハゲン・クレム ドイツ01309ドレスデン・コメニウスシユ トラーセ71
Claims (2)
- 【請求項１】 α’−ＳｉＡｌＯＮ相、β’−ＳｉＡｌ
ＯＮ相、および非晶性および／または結晶性粒界相を含
有する多結晶性焼結材料であって、空気中の曲げクリー
プ試験で３０時間後１４００℃／１００ＭＰａで１００
０当たりε＜５のクリープ歪みを示す材料。 - 【請求項２】 粒間および／または補強用成分を更に含
有する請求項１記載の材料。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19515968.3 | 1995-05-02 | ||
| DE19515968A DE19515968C2 (de) | 1995-05-02 | 1995-05-02 | Gesinterter polykristalliner Werkstoff sowie Verfahren zu dessen Herstellung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08301664A true JPH08301664A (ja) | 1996-11-19 |
Family
ID=7760801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8129284A Pending JPH08301664A (ja) | 1995-05-02 | 1996-04-26 | 多結晶性焼結材料およびこれの製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0741115B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08301664A (ja) |
| DE (2) | DE19515968C2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020066562A (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 国立大学法人秋田大学 | ＷＣ−Ｓｉ３Ｎ４系複合セラミックス及びその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2692711B1 (en) * | 2012-08-02 | 2019-08-14 | MDA Ileri Teknoloji Seramikleri Sanayi Ticaret Ltd. STi. | SiAlON ceramics |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4127416A (en) * | 1976-07-24 | 1978-11-28 | Lucas Industries Limited | Method of producing a ceramic product |
| US4563433A (en) * | 1982-02-22 | 1986-01-07 | Kennametal Inc. | Ceramic material and method of manufacture |
| US4904624A (en) * | 1986-10-28 | 1990-02-27 | Norton Company | Silicon nitride with improved high temperature strength |
| DE3730816A1 (de) * | 1987-09-14 | 1989-03-23 | Hansa Metallwerke Ag | Sanitaeres einhebel-mischventil |
| EP0336377B2 (en) * | 1988-04-07 | 1997-07-16 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Silicon nitride sintered body |
| GB8809052D0 (en) * | 1988-04-16 | 1988-05-18 | Lucas Ind Plc | Ceramic material & method of manufacture |
-
1995
- 1995-05-02 DE DE19515968A patent/DE19515968C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-04-19 EP EP96106170A patent/EP0741115B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-19 DE DE59601028T patent/DE59601028D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-26 JP JP8129284A patent/JPH08301664A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020066562A (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 国立大学法人秋田大学 | ＷＣ−Ｓｉ３Ｎ４系複合セラミックス及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0741115A1 (de) | 1996-11-06 |
| DE19515968C2 (de) | 1997-04-10 |
| EP0741115B1 (de) | 1998-12-23 |
| DE19515968A1 (de) | 1996-11-07 |
| DE59601028D1 (de) | 1999-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0545554B2 (ja) | ||
| US5759933A (en) | Gas pressure sintered silicon nitride having high strength and stress rupture resistance | |
| JPH0459659A (ja) | 窒化珪素焼結体の製造法 | |
| JPS6343346B2 (ja) | ||
| JP2783720B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体及びその製法 | |
| JPH0733290B2 (ja) | 窒化珪素焼結体およびその製造法 | |
| JP2652936B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JPH09157028A (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JP3034106B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JP3124867B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体及びその製造方法 | |
| JPH1017365A (ja) | 炭化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JPH0525833B2 (ja) | ||
| JPH06100376A (ja) | β−サイアロン質焼結体及びその製造方法 | |
| JPH0196062A (ja) | ムライト質焼結体及びその製造方法 | |
| US20070060466A1 (en) | Bearings produced from silicon nitride substances containing sintering additives and SiO2 | |
| JP3764497B2 (ja) | サイアロン焼結体 | |
| JP3124862B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| KR100435292B1 (ko) | 고인성 산질화규소 요업체의 제조방법 | |
| JP2671539B2 (ja) | 窒化珪素焼結体の製造方法 | |
| JP3124882B2 (ja) | 窒化ケイ素質焼結体およびその製造方法 | |
| JP3207045B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体の製造方法 | |
| JPH03153574A (ja) | 高強度サイアロン基焼結体 | |
| JPS62148370A (ja) | 高耐酸化性窒化ケイ素系セラミツクスの製造方法 | |
| JP2534214B2 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 | |
| JPH1059773A (ja) | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |