JPH1067561A - チッ化ケイ素焼成体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた摺動特性を有する焼成体が得られる焼
成条件を提供すること。 【解決手段】 チッ化ケイ素と焼結助剤で構成された混
合粉末からなる成形体を、成形体に用いた焼結助剤と同
成分の焼結助剤を含有する雰囲気下、１，６００〜１，
９５０℃で４〜１５時間焼成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス焼成
工程における表面変質層の低減化に関し、詳しくは、焼
成工程における表面変質層が極端に少なく、焼成体加工
代を大幅に削減できるセラミックス成形時の焼成条件、
焼成雰囲気に関する。

【０００２】

【従来の技術】焼成は、一般に成形体の表層より進行し
ていくため、成形体内部ではまだ焼成が進行中でも、成
形体の表層では焼成が完了して、成形体内部にポアが残
存し、成形体表層部分に変質層あるいは焼成体の分解が
発生することがある。このため、従来より成形体と同組
成の詰粉中で焼成したり、チッ化ケイ素製のルツボ中で
焼成することにより、焼成体の分解や焼結助剤の蒸発を
防止することが行われている（図１６参照）。

【０００３】しかし、セラミックスの摺動部材において
は、摺動接触面が重要であり、接触面にポア（面粗さが
悪い）、あるいは変質層が存在することにより、剥離、
振動、焼き付き、破壊などの原因となると考えられる。
従って、摺動部材の製造にあたっては、接触面に面粗さ
や変質層の発生を極力避けなければならないが、従来の
方法では、摺動部材として充分な摺動特性を有するもの
は得られていない。このため、焼成後に変質層を削除す
る工程を行うことが必要であり、削除部分を考慮して成
形体の厚さを設計しなければならない。

【０００４】一方、乾式加圧成形においても、チッ化ケ
イ素成形用顆粒の変形・破壊による緻密化が充分に行わ
れないと成形体中に顆粒間ポアが残存し、その焼成体
は、強度、密度などの物性において、射出成形または鋳
込み成形による焼成体の物性よりも劣ることがある。ま
た、乾式加圧成形の場合、離型時の成形体と金型間の摩
擦が大きいために、成形体にクラックが発生しやすいと
いう問題もある。このため、チッ化ケイ素成形用のバイ
ンダーとしては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ア
クリル樹脂、またはワックスなどのバインダーに、ポリ
エチレングリコール（ＰＥＧ）、ジブチルフタル酸など
の可塑剤を併用したものを用いることで、その成形性を
改善することが行われている。しかし、このようなバイ
ンダーを用いても、密度が均質な成形体を得ようとする
と高い成形圧力が必要であり、またポアの減少にも一定
の限界がある。しかも、チッ化ケイ素摺動部材において
は、前述した部材表層の変質層の存在のみならず、微細
な顆粒間ポアの残存が、摺動特性に大きな悪影響を及ぼ
すため、顆粒間ポアをより少なくすることも重要な課題
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、優れた摺動
特性を有する焼成体が得られる焼成条件を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、チッ化ケイ素
と焼結助剤で構成された混合粉末からなる成形体を焼成
してなるチッ化ケイ素焼成体であって、成形体に用いた
焼結助剤と同成分の焼結助剤を含有する雰囲気下、１，
６００〜１，９５０℃で４〜１５時間焼成されたもので
あるチッ化ケイ素焼成体を提供するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の焼結体の製造方法が適用
できる成形体は、チッ化ケイ素粉末と焼結助剤からなる
混合粉末を、有機バインダーを用いて成形した成形体で
ある。本発明に用いられるチッ化ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）
は、イミド熱分解法、金属ケイ素の直接チッ化法、シリ
カの還元チッ化法、気相反応法など、どのような製法に
より製造されたものであってもよいが、粒子が微細でα
相含有率も高い点で、イミド熱分解法によるチッ化ケイ
素が好適である。

【０００８】本発明に用いられるチッ化ケイ素粉末の好
ましい比表面積は、５．０〜１５．０ｍ² ／ｇが好まし
く、特に９．０〜１３．０ｍ² ／ｇがより好ましい。比
表面積が５．０ｍ² ／ｇ未満であると、焼結性が低下し
たり、粒度分布によっては粉末の充填性が悪くなる場合
があり、一方、１５．０ｍ² ／ｇを超えると、粉末の成
形性、充填性が低下して、成形体のハンドリング性が悪
くなったり、コストが増加する場合がある。好ましい比
表面積にするための装置としては、ボールミル、攪拌ミ
ル、ジェットミルなどであり、湿式粉砕、乾式粉砕のい
ずれでもよい。湿式粉砕を行う際の媒液としては、エチ
ルアルコール、メチルアルコール、その他の有機溶媒が
用いられる。

【０００９】本発明では、焼結原料として、チッ化ケイ
素粉末に焼結助剤を添加した混合粉末を用いる。焼結助
剤としては、Ｙ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｂ
ｅ、Ｚｒの酸化物またはチッ化物を用いることができ
る。中でも、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 、ＭｇＯ
が好ましく、これらは、単独でも、組み合わせて使用す
ることもできる。本発明では、Ｙ₂ Ｏ₃ およびＡｌ₂ Ｏ
₃ の併用が最も好ましい。

【００１０】焼結助剤の比表面積は、３〜５０ｍ² ／
ｇ、特に７〜２０ｍ² ／ｇであることが好ましい。ま
た、このような平均粒径にするための粉砕は、ボールミ
ル、攪拌ミル、ジェットミルなどであり、湿式粉砕、乾
式粉砕のいずれでもよい。

【００１１】混合粉末における焼結助剤の割合として
は、０．５〜１３．０重量％が好ましく、特に３．５〜
８．０重量％がより好ましい。焼結助剤の添加の割合
が、０．５重量％未満であると、発生する液相量が少な
く液相焼結がしないため、粒子間ポアの排出が進まず、
一方、１３．０重量％を超えると、焼結は進行しやすく
なるが、液相量が多いため、高温特性が低下したり、液
相よりボイドが発生しやすくなり、機械的特性が損なわ
れる。特に、焼結助剤として、Ｙ₂ Ｏ₃ を使用した場合
には、混合粉末中２．５〜５．０重量％が好適であり、
Ａｌ₂ Ｏ₃ を使用した場合には、０．５〜５．０重量％
が好適である。また、Ｙ₂ Ｏ₃ およびＡｌ₂ Ｏ₃ を併用
した場合には、Ｙ₂ Ｏ₃ とＡｌ₂ Ｏ₃ の添加量の割合
は、重量比で５：１〜１：１であることが好ましい。

【００１２】チッ化ケイ素と焼結助剤の混合粉末（以
下、単に「混合粉末」ともいう）は、有機バインダーと
混合され、成形用の顆粒（以下、「チッ化ケイ素成形用
顆粒」という）に造粒される。用いる有機バインダー
は、適宜選択することができるが、例えばポリビニルア
ルコール、ポリアクリル酸エステル、流動パラフィン、
ポリビニルブチラール、カルボキシメチルセルロース、
メチルセルロース、ポリビニルアセテート、ポリアクリ
ルアミド共重合体などが挙げられる。

【００１３】バインダーの添加量は、混合粉末１００重
量部に対して、固形分または有効成分換算で、０．５〜
２０．０重量部が好ましく、特に２．０〜１１．０重量
部がより好ましい。バインダーがポリビニルアルコール
である場合には、混合粉末１００重量部に対して０．１
〜４重量部が好ましく、特に０．４〜２重量部がより好
ましい。ポリビニルアルコールが０．１重量部未満であ
ると、グリーン成形体の強度が低下してハンドリング性
が悪くなり、一方、４重量部を超えると、顆粒が硬くな
り過ぎ、成形体中に多量の顆粒間ポアが残存するため、
焼成体の物性が低下する。

【００１４】造粒に際し、混合粉末にはバインダーのほ
かにも、可塑剤、潤滑剤、分散剤、湿潤剤、消泡剤など
を添加することができる。

【００１５】可塑剤としては、ポリエチレングリコー
ル、グリセリン、ジブチルフタレートなどが挙げられる
が、中でもポリエチレングリコールが好適である。可塑
剤の添加量は、混合粉末１００重量部に対して０．０１
〜１５．０重量部が好ましい。中でも、可塑剤がポリエ
チレングリコールの場合は、０．１〜９重量部が好まし
く、特に０．６〜７重量部がより好ましい。ポリエチレ
ングリコールが、０．１重量部未満であると、顆粒が硬
くなり過ぎ、成形体中に多量の顆粒間ポアが残存するた
めに、焼成体物性が低くなり、一方、９重量部を超える
と、顆粒の流動性が低下し、充填密度が不均一となり、
またグリーン成形体の強度が低下してハンドリング性が
悪くなる。

【００１６】また、潤滑剤としては、炭化水素系、脂肪
酸系のいずれの潤滑剤を用いることもできる。すなわ
ち、脂肪酸系の潤滑剤として、ステアリン酸、ラウリル
酸、およびその金属塩、脂肪酸アミド、脂肪酸エステル
や、炭化水素系の潤滑剤として、流動パラフィン、パラ
フィンワックス、塩素化炭化水素などを用いることがで
きる。中でも、潤滑剤としては、多価アルコール脂肪酸
エステルが最も好適である。本発明で用いる多価アルコ
ール脂肪酸エステルは、その多価アルコールが、ソルビ
タン、ソルビット、ソルバイトなどのアンヒドロソルビ
ット類であるものが好ましく、特にソルビタンがより好
ましい。また、脂肪酸としては、ラウリン酸、オレイン
酸、パルミチン酸、ステアリン酸などの高級脂肪酸が好
ましく、特に、ラウリン酸、オレイン酸がより好まし
い。

【００１７】混合粉末に多価アルコール脂肪酸エステル
を添加すると、得られる顆粒の流動性が向上し、比較的
低い成形圧力でも、顆粒間ポアのない成形体が得られ
る。また、成型後離型の際にも、成形体と金型との摩擦
力が小さくなるため、スプリングバックの影響が小さ
く、その結果、クラックの原因となる表面の歪みが生じ
ない。

【００１８】潤滑剤の添加量は、混合粉末１００重量部
に対して０．１〜１５．０重量部が好ましい。潤滑剤が
多価アルコール脂肪酸エステルである場合は、混合粉末
１００重量部に対して０．５〜１０重量部であることが
好ましく、特に１〜６重量部がより好ましい。多価アル
コール脂肪酸エステルが、０．５重量部未満であると、
セラミックス成形用顆粒と金型との摩擦力が大きくな
り、離型時に成形体にクラックが発生しやすく、また成
形体中に多量の顆粒間ポアが残存し、焼成体物性が低く
なる。一方、１０重量部を超えると、セラミックス成形
用顆粒の流動性が低下して充填密度が不均一になり、グ
リーン成形体の強度が低下して成形体のハンドリング性
が悪くなる。

【００１９】造粒の方法としては、例えば、噴霧造粒方
法、攪拌造粒方法、転動造粒方法、流動造粒方法などが
挙げられるが、目的に応じて適宜選択すればよい。

【００２０】本発明で用いるチッ化ケイ素成形用顆粒の
平均粒径は、１０〜１００μｍが好ましく、特に４０〜
８０μｍがより好ましい。平均粒径が１０μｍ未満であ
ると、所望の流動性が得られ難くなり、一方、１００μ
ｍを超えると、顆粒に陥没などの欠陥が生じ易くなる。

【００２１】チッ化ケイ素成形用顆粒は、加圧成形によ
り成形して成形体となすことができる。加圧成形の方法
は限定されるものではなく、一軸プレス成形、冷間静水
圧プレス成形（ドライ、ウェット）、温間静水圧プレス
成形などが適用されるが、目的に応じて、適宜選択する
ことができる。また、一軸プレス成形法により予備成形
したのち、冷間静水圧プレス、温間静水圧プレスなどに
より二次成形を行ってもよい。

【００２２】成形圧力は、３〜５ｔ／ｃｍ² が好まし
く、特に３〜４ｔ／ｃｍ² がより好ましい。成形圧力が
３ｔ／ｃｍ² 未満であると、顆粒間ポアの消滅が充分で
なく、一方、５ｔ／ｃｍ² を超えると、スプリングバッ
クが大きくなり、クラックが発生し易くなる。また、予
備成形を行う場合は、０．１〜３ｔ／ｃｍ² 、好ましく
は０．５〜１ｔ／ｃｍ² で成形を行ったのち、二次成形
を３〜５ｔ／ｃｍ² 、好ましくは３〜４ｔ／ｃｍ² で行
うことが好ましい。

【００２３】焼成前の脱脂工程は、特に限定されるもの
ではなく、常法に従って行えばよい。脱脂温度、脱脂時
間は、適宜選択すればよいが、例えば、脱脂温度は、５
００〜７００℃が好ましく、特に６００〜７００℃がよ
り好ましい。脱脂時間は、０．５〜１０時間が好まし
く、特に１〜５時間がより好ましい。

【００２４】次いで行う焼成工程は、成形体に用いた焼
結助剤と同成分の焼結助剤を含有する雰囲気下で行う。
ここで、焼結助剤を含有する雰囲気とは、焼結助剤が、
気相、液相、または固相のいずれかの状態で焼成炉内に
存在する雰囲気をいう。また、ここでいう焼結助剤と
は、成形体以外の出所による焼結助剤であり、成形体に
もともと含まれていた焼結助剤は含まれない。従って、
本発明では、焼成炉内を焼結助剤を含有する雰囲気にす
るために、焼成炉内に、成形体に用いたのと同成分の焼
結助剤（以下「焼成雰囲気用焼結助剤」という）を設置
して焼成を行う。例えば、焼結助剤として、Ｙ₂ Ｏ₃ お
よびＡｌ₂ Ｏ₃ を用いた混合粉末からなる成形体を焼成
する場合には、炉内に、Ｙ₂ Ｏ₃ および／またはＡｌ₂
Ｏ₃ を設置して焼成する。中でも、Ｙ₂ Ｏ₃ およびＡｌ
₂ Ｏ₃ を成形体が含有する比率で設置することが最も好
ましい。このとき、焼成用ルツボとしては、ヒーターか
らのカーボンの混入を防止する観点から、原料粉末と同
じ材料であるチッ化ケイ素製のルツボが好適である。

【００２５】焼成雰囲気用焼結助剤の総設置量は、ルツ
ボ容積に対して０．０１ｇ／ｃｍ³以上が好ましく、特
に、０．０４〜０．５０ｇ／ｃｍ³ が好ましい。焼成雰
囲気用焼結助剤の形状は、特に限定されるものではない
が、焼成雰囲気により放出されやすいという点で、粉末
状であることが好ましい。

【００２６】ところで、チッ化ケイ素と焼結助剤からな
る混合粉末を用いた成形体の焼成工程は、焼結助剤が液
相を生成することによりチッ化ケイ素粒子の再配列が起
こり、次いで、チッ化ケイ素粒子が該液相に溶解−析出
してα−チッ化ケイ素からβ−チッ化ケイ素に変化し、
これが粒成長しながら周辺のα−チッ化ケイ素を巻き込
んでさらに粒成長して二次再配列が起こり、β−チッ化
ケイ素の絡み合いのために二次配列が進行しなくなるこ
とで、最終的な組織が形成され、焼成が完了するもので
ある。そして、成形体内に存在するポアは、このような
焼成の過程において、特に、チッ化ケイ素の再配列・溶
解−析出の過程において焼結助剤の液相を移動して、外
部に排出される（図１５参照）。

【００２７】本発明において焼結助剤を含有する雰囲気
で焼成を行うことの意義は、焼成時に、成形体外部から
絶えず成形体に対して焼結助剤を供給することにより、
成形体の表層における、チッ化ケイ素の再配列・溶解−
析出過程の時間を長くし、その結果、α−チッ化ケイ素
がβ−チッ化ケイ素に相転化して析出する量を増加させ
るとともに、成形体内部のポアが排出される時間を充分
に長く保ち、成形体の緻密化を一段と進めることにあ
る。

【００２８】従って、焼成温度は、成形体にもともと含
まれる焼結助剤が液相を生成するだけでなく、炉内に設
置した焼結助剤が成形体に供給される温度、例えば焼結
助剤の気化温度以上である必要がある。このため、本発
明では、成形体の焼成は、１，６００〜１，９５０℃に
おいて行う。中でも、焼結助剤が、Ｙ₂ Ｏ₃ およびＡｌ
₂ Ｏ₃ である場合には、１，７５０〜１，８５０℃が好
適である。

【００２９】また、焼成時間は、チッ化ケイ素の再配列
・溶解−析出過程の時間が長い分、焼結を完全に行うた
めに、２〜１５時間とすることが好ましく、特に４〜１
０時間がより好ましい。焼成時間が２時間未満である
と、焼成が充分でなく、焼成体密度が低下して強度低下
をもたらし、一方、１５時間を超えると、粒成長が必要
以上に進んで、焼成体の強度低下をもたらす上、焼成体
表面層が分解する恐れがある。さらに、成形体の最大肉
厚が大きい場合には、焼成時間を長く設定するなど、最
大肉厚を考慮して焼成時間を選択することが好ましい。

【００３０】また、焼成時の雰囲気は、チッ化ケイ素の
分解反応を防止するために、窒素ガス、アルゴンガスな
どの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。

【００３１】雰囲気圧力は、焼成炉がＧＰＳ炉の場合は
９〜１０ｋｇ／ｃｍ² が好ましく、ＨＩＰ炉の場合は１
００〜１，０００ｋｇ／ｃｍ² がより好ましい。ここで
いう雰囲気圧力とは、炉内が焼成温度に達したときの雰
囲気圧力をいう。脱脂前の成形体の密度が大きい場合に
は、炉内温度がある程度高くなったのち、具体的には８
００℃に達したのちに加圧を開始することが好ましい。

【００３２】このようにして得られたチッ化ケイ素焼成
体は、焼結助剤が絶えず供給されながら長時間にわたり
焼成されるため、成形体内部のポアが充分に排出され
て、ポア面積率が小さく、焼成体表面の変質層の厚さも
かなり薄いものとなる。例えば、本発明のチッ化ケイ素
焼成体は、その表層の変質層の厚さは０．０５ｍｍ以下
とすることが可能である。また、焼結助剤が液相を生成
し、チッ化ケイ素粉末が、再配列−溶解・析出する時間
を長くしたため、α相からβ相に相転移するチッ化ケイ
素が増加して、β−チッ化ケイ素の絡み合いによる緻密
化が一段と進んで、高強度の焼成体となっている。

【００３３】さらに、成形体を、潤滑剤を含有する顆粒
で構成した場合には、もともと成形体に含まれるポアが
少ないため、焼成時の焼結助剤の供給により、さらにポ
アが減少し、特に強度、硬度に優れたチッ化ケイ素焼成
体である。

【００３４】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例１〜３ （１）顆粒の作成 原料粉末として、比表面積が１０±１ｍ² ／ｇのＳｉ₃
Ｎ₄ 〔イミド分解法、宇部興産（株）製、Ｅ−１０〕を
９２重量部、Ｙ₂ Ｏ₃ 〔日本イットリウム（株）製〕を
５重量部、Ａｌ₂ Ｏ₃ 〔住友化学工業（株）製、ＡＫＰ
−３０〕を３重量部を計量し、これに水５１重量部と、
分散剤０．４重量部を添加して、ボールミルで６４時間
混合した。この混合物に、有効成分換算で、ポリビニル
アルコールを２重量部、ソルビタンのオレイン酸エステ
ルを３重量部添加して、スラリー状混濁液を得た。次い
で、これをスプレードライヤーで噴霧乾燥し、メッシュ
パス（１５０μｍ）を行い、平均粒径８０μｍのＳｉ₃
Ｎ₄ 成形用顆粒を得た。

【００３５】（２）Ｓｉ₃ Ｎ₄ 焼成体の作成 Ｓｉ₃ Ｎ₄ 成形用顆粒を１ｔ／ｃｍ² で一軸プレス成形
（川田式）し、径５×高さ１５ｍｍの円柱に予備成形し
たのち、４ｔ／ｃｍ² で冷間静水圧プレスを行い、二次
成形し、これを、６００℃の大気中に１時間保持し、成
形体の脱脂を行った。得られた脱脂体を、粉末状の酸化
イットリウム１６０ｇ、および酸化アルミニウム１６０
ｇ設置した容積１，８００ｃｍ³ のルツボに入れ（図
１）、窒素ガス中、焼成速度を６℃／分として、１，８
００℃で４時間（実施例１）、１，８００℃で１０時間
（実施例２）、１，８５０℃で４時間（実施例３）焼成
し（以下、このときの雰囲気を「助剤系雰囲気」とい
う）、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 焼成体を得た。このとき雰囲気圧力
は、炉内が８００℃に達した時から加圧を開始して、焼
成中、９ｋｇ／ｃｍ² に維持した。実施例１と実施例２
の焼成パターンを図２に示す。

【００３６】得られた焼成体を図３に示すように縦方
向、横方向に切断して鏡面仕上げを行い、その断面から
表層付近のポア面積率と中心部のポア面積率を評価し
た。また、実施例１〜２の焼成体を縦方向に切り出し
て、ビッカース硬度測定用テストピースを作成し、ビッ
カース硬度を測定した。その結果を、図５〜６および表
１に示す。また、実施例２の表層付近の断面の拡大写真
を参考図１に、表層付近および中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真を図７〜８に示す。

【００３７】なお、ポア面積率、ビッカース硬度の測定
は、次のとおりに行った。ポア面積率 切断面の光学顕微鏡像による画像を解析することにより
算出した。ビッカース硬度（Ｈｖ） ビッカース硬度測定用ＴＰについて、図４に示した各測
定点においてビッカース硬度を測定し、その平均値を算
出した。なお、荷重を５００ｇｆ、押し込み時間を１５
秒間とした。

【００３８】比較例１〜３ Ｓｉ₃ Ｎ₄ 粉末として、比表面積；１０±１ｍ² ／ｇの
Ｓｉ₃ Ｎ₄ 〔イミド分解法、宇部興産（株）製、Ｅ−１
０〕を用い、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ を設置しないチッ化
ケイ素製ルツボ内（以下「標準雰囲気」という）で焼成
したこと以外は、実施例１と同様に、１，８００℃で４
時間（比較例１）、１，８００℃で１０時間（比較例
２）、１，８５０℃で４時間（比較例３）焼成して、チ
ッ化ケイ素焼成体を作成し、ポア面積率およびビッカー
ス硬度を測定した。その結果を図５〜６および表１に示
す。また、比較例１の表層付近の断面の拡大写真を参考
図２に、比較例１の焼成体の表層付近および中心部の断
面の走査型電子顕微鏡写真を図９〜１０に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】参考図１〜２によると、比較例１の焼成体
の変質層の厚さは、０．４〜０．５ｍｍであるのに対
し、実施例２の焼成体の変質層は、わずか０．０２〜
０．０３ｍｍ程度と非常に薄いことが分かった。

【００４１】図５〜６によると、実施例１〜２のチッ化
ケイ素焼成体は、切断方向（縦、横）、測定位置（表
層、中心部）のいずれにおいても、助剤系雰囲気で焼成
した焼成体は、標準雰囲気で焼成したものよりもポア面
積率が小さいことが分かった。中でも、１，８００℃で
１０時間、助剤系雰囲気で焼成したものが、最もポア面
積率が小さいことが分かった。また、測定部位では、表
層よりも中心部の方がポア面積率が大きい傾向があるこ
とが分かった。

【００４２】また、表１によると、助剤系雰囲気で焼成
しても、ビッカース硬度の低下が起こらないことが分か
った。表層と中心部においても硬度差は見られなかっ
た。

【００４３】図７〜１０より、ポア面積率で極小を示し
た実施例２の焼成体（図７〜８）は、β型柱状粒子が絡
み合った焼成体組織となっていることが分かった。この
組織は、助剤系雰囲気で助剤を絶えず供給してやりなが
ら、１０時間という長時間焼成したことにより、液相生
成時間が長くなり、β相の柱状粒子量が増加し絡み合っ
たことにより、緻密化したものと考えられる。一方、比
較例１の焼成体（図９〜１０）は、α−チッ化ケイ素の
β相転移が進んでいないことが分かった。

【００４４】実施例４〜７ 一次成形を３５０ｋｇ／ｃｍ² でハンドプレスしたこと
以外は、実施例１と同様に作成した焼成体について、実
施例１と同様にビッカース硬度および抗折強度のワイブ
ル係数を測定し、ＥＰＭＡ分析と蛍光Ｘ線定量分析によ
り組成分析した。その結果を、表２〜３に示す。なお、
実施例６〜７については、ソルビタンのオレイン酸エス
テルを添加しないチッ化ケイ素成形用顆粒を用いた。焼
成は、１，８００℃で４時間（実施例４，６）、１，８
００℃で１０時間（実施例５，７）行った。また、実施
例６〜７の中心部断面の走査型電子顕微鏡写真を図１１
〜１２に示す。なお、ワイブル係数は、ＪＩＳ−Ｒ１６
０１に従って３点曲げ抗折強度を測定し、そのワイブル
分布から求めた。

【００４５】比較例４〜７ Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ を設置しない標準雰囲気のルツボ
内で焼成したこと以外は、実施例６と同様に、１，８０
０℃で４時間（比較例４，６）、１，８００℃で１０時
間（比較例５，７）焼成して、チッ化ケイ素焼成体を作
成し、ビッカース硬度およびワイブル係数を測定すると
ともに、ＥＰＭＡ分析と蛍光Ｘ線定量分析により組成分
析した。その結果を表２〜３に示す。また、比較例６〜
７の中心部断面の走査型電子顕微鏡写真を図１３〜１４
に示す。

【００４６】

【表２】

【００４７】

【表３】

【００４８】表２によると、焼結助剤を含有する雰囲気
で焼成した焼成体は、焼成助剤を含有しない標準雰囲気
で焼成した焼成体よりも、焼成前の含有と比較して焼結
助剤があまり減少していないことが分かった。従って、
雰囲気から焼結助剤を絶えず供給することが、焼結助剤
の減少を防止し、緻密化させる上で有効であることが分
かった。

【００４９】表３より、潤滑剤を添加しないよりも添加
したほうが、強度、ワイブル値ともに優れることが分か
った。中でも、焼成時間については、１，８００℃で４
時間焼成するよりも１，８００℃で１０時間焼成した方
が、また、焼成雰囲気については、標準雰囲気よりも助
剤系雰囲気の方が、強度、ワイブル値が向上することが
分かった。

【００５０】図１１〜１４によると、潤滑剤を添加せず
に標準雰囲気中、１，８００℃で４時間焼成した比較例
６の焼成体（図１１）は、潤滑剤を添加せずに助剤系雰
囲気中、１，８００℃で１０時間焼成した実施例７の焼
成体（図１２）よりも、β−チッ化ケイ素への相転移が
進行しておらず、よって緻密化しておらず、強度が低い
ことが分かった。また、実施例５の焼成体（図１３）
は、比較例４の焼成体（図１４）に比較すると、β−チ
ッ化ケイ素への相転移が進んで、柱状粒子量が増加して
緻密化しており、強度が高いことが分かった。

【００５１】

【発明の効果】本発明のチッ化ケイ素焼成体は、焼結助
剤を絶えず供給しながら、長時間にわたり焼成を行うた
め、液相部と通って成形体内部のポアが充分に外部に排
出されて、ポア面積率が減少し、焼成体表面の変質層の
低減化が可能となる。また、焼結助剤が液相を生成し、
チッ化ケイ素粉末が、再配列−溶解・析出する時間を長
くしたため、α相からβ相に相転移するチッ化ケイ素が
増加して、β−チッ化ケイ素の絡み合いによる緻密化が
一段と進んで、高強度の焼成体となっている。

【００５２】さらに、成形体を、潤滑剤を含有する顆粒
で構成した場合には、もともと成形体に含まれるポアが
少ないため、焼成時の焼結助剤の供給により、さらにポ
アが減少し、特に強度、硬度に優れたチッ化ケイ素焼成
体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の焼成時のルツボ内の状態を示す模式
断面図である。

【図２】本発明の実施例の焼成パターンを示すチャート
であり、（ａ）は実施例１の焼成パターン、（ｂ）は実
施例２の焼成パターンである。

【図３】実施例１の焼成体の縦方向および横方向におけ
る切断面を示す斜視図である。

【図４】実施例１のテストピースにおけるビッカース硬
度の測定点を示す図であり、（ａ）は測定断面の斜視図
であり、（ｂ）は正面図である。

【図５】実施例１〜３の焼成体の縦方向断面におけるポ
ア面積率を示すチャートである。

【図６】実施例１〜３の焼成体の横方向断面におけるポ
ア面積率を示すチャートである。

【図７】実施例２の焼成体の表層付近の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。

【図８】実施例２の焼成体の中心部の断面の走査型電子
顕微鏡写真である。

【図９】比較例１の焼成体の表層付近の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。

【図１０】比較例１の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。

【図１１】比較例６の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。

【図１２】実施例７の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。

【図１３】実施例５の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。

【図１４】比較例４の焼成体の中心部の断面の走査型電
子顕微鏡写真である。

【図１５】焼成におけるチッ化ケイ素の溶解−析出過程
のポアの放出モデルの模式図である。

【図１６】従来の詰粉による焼成時のルツボ内の状態を
示す模式断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チッ化ケイ素と焼結助剤で構成された混
   合粉末からなる成形体を焼成してなるチッ化ケイ素焼成
   体であって、成形体に用いた焼結助剤と同成分の焼結助
   剤を含有する雰囲気下、１，６００〜１，９５０℃で４
   〜１５時間焼成されたものであるチッ化ケイ素焼成体。
2. 【請求項２】 成形体が、潤滑剤として多価アルコール
   脂肪酸エステルを含有するものである請求項１記載のチ
   ッ化ケイ素焼成体。