JPS5812224B2 - 窒化珪素焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素焼結体の製造方法Info
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- JPS5812224B2 JPS5812224B2 JP54071881A JP7188179A JPS5812224B2 JP S5812224 B2 JPS5812224 B2 JP S5812224B2 JP 54071881 A JP54071881 A JP 54071881A JP 7188179 A JP7188179 A JP 7188179A JP S5812224 B2 JPS5812224 B2 JP S5812224B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高密度で高強度の窒化珪素質焼結体の製造方
法に関するものである。
法に関するものである。
窒化珪素は、耐熱衝撃性、機械的強度、高温強度に優れ
、近年ガスタービン部品などの高温構造用材料として注
目されている。
、近年ガスタービン部品などの高温構造用材料として注
目されている。
しかし窒化珪素は焼結性に乏しいため高密度で高強度の
窒化珪素焼結体を得ることは困難であり、従来の窒化珪
素焼結体の製造法としては、珪素を窒化させつつ焼結さ
せる反応焼結法と、窒化珪素粉末に酸化マグネシウム、
或いは酸化イットリウムなど金属酸化物を添加配合して
焼結助剤として複合焼結体がホットプレス法や普通焼結
法で得られている。
窒化珪素焼結体を得ることは困難であり、従来の窒化珪
素焼結体の製造法としては、珪素を窒化させつつ焼結さ
せる反応焼結法と、窒化珪素粉末に酸化マグネシウム、
或いは酸化イットリウムなど金属酸化物を添加配合して
焼結助剤として複合焼結体がホットプレス法や普通焼結
法で得られている。
ところが、前者の反応焼結法では、ほとんど焼成収縮が
無く、高密度化できず高強度の窒化珪素焼結体が得られ
ない欠点があった。
無く、高密度化できず高強度の窒化珪素焼結体が得られ
ない欠点があった。
また、後者の金属酸化物を添加配合してホットプレス法
により高密度焼結体を得るには、金属酸化物（焼結助剤
）を多量に添加するか、または低融点のガラス相を形成
させることになるため焼成された窒化珪素粒子間には、
比較的多量のガラス相が存在し、したがって高温域での
機械的強度と熱衝撃抵抗が小さくなり、例えば１２００
℃では常温時の強度の約的にまで低下してしまい、高温
下で動的に応力が加えられるような荷酷な環境で使うに
は十分といえず、高温構造材料として好ましくないとい
う欠点があった。
により高密度焼結体を得るには、金属酸化物（焼結助剤
）を多量に添加するか、または低融点のガラス相を形成
させることになるため焼成された窒化珪素粒子間には、
比較的多量のガラス相が存在し、したがって高温域での
機械的強度と熱衝撃抵抗が小さくなり、例えば１２００
℃では常温時の強度の約的にまで低下してしまい、高温
下で動的に応力が加えられるような荷酷な環境で使うに
は十分といえず、高温構造材料として好ましくないとい
う欠点があった。
その他に窒化珪素の焼結法として黒鉛型を使用し、１７
００℃以上の温度で加圧焼結するホットプレス法がある
が、この方法は窒化珪素に焼結助剤が添加されている為
、黒鉛型と焼結助剤との反応がみられ黒鉛型の損耗と損
傷が大きく製造コストが高くなるという欠点があった。
００℃以上の温度で加圧焼結するホットプレス法がある
が、この方法は窒化珪素に焼結助剤が添加されている為
、黒鉛型と焼結助剤との反応がみられ黒鉛型の損耗と損
傷が大きく製造コストが高くなるという欠点があった。
本発明では上記欠点を解消し、高密度、高強度な窒化珪
素焼結体の製造方法を提供せんとするものであり、その
要旨は窒化珪素粉末の表面をエチルシリケートで被覆し
高温圧縮焼結することである。
素焼結体の製造方法を提供せんとするものであり、その
要旨は窒化珪素粉末の表面をエチルシリケートで被覆し
高温圧縮焼結することである。
特に、本発明の製造法は（１）原料粉末として９９％以
上の高純度微粉末の窒化珪素を用い（２）エチルシリケ
ート添加量はＳｉ分として、（Ｓｉ３Ｎ４）１〜１０重
量係が好ましく、また焼成温度は１７００〜１８００℃
で窒素ガス雰囲気中で圧力１５０〜ａｏｏＫｙ／ｃｍ２
の条件で高温圧縮焼結することが好ましいものである。
上の高純度微粉末の窒化珪素を用い（２）エチルシリケ
ート添加量はＳｉ分として、（Ｓｉ３Ｎ４）１〜１０重
量係が好ましく、また焼成温度は１７００〜１８００℃
で窒素ガス雰囲気中で圧力１５０〜ａｏｏＫｙ／ｃｍ２
の条件で高温圧縮焼結することが好ましいものである。
本発明の方法によって高密度窒化珪素焼結体が得られる
理由は、主にＳｉ３Ｎ４粉末の表面に均一に被覆された
エチルシリケートの珪素が黒鉛型から発生するＣＯｘガ
スと高温圧縮炉内雰囲気のＮ２ガスとの反応によりＳｉ
３Ｎ４系の粒界相を形成すると共にＳｉ３Ｎ，粒子間の
結合を促進させＳｉ３Ｎ，単一相の焼結体となるもので
あると思われる。
理由は、主にＳｉ３Ｎ４粉末の表面に均一に被覆された
エチルシリケートの珪素が黒鉛型から発生するＣＯｘガ
スと高温圧縮炉内雰囲気のＮ２ガスとの反応によりＳｉ
３Ｎ４系の粒界相を形成すると共にＳｉ３Ｎ，粒子間の
結合を促進させＳｉ３Ｎ，単一相の焼結体となるもので
あると思われる。
本発明において使用する原料粉末として９９％以上の高
純度窒化珪素粉末が望ましい理由は、窒化珪素粉末中の
不純物は高温焼成中に不純物成分の蒸発が起き、気孔の
原因となったり、この不純物が低融点の液相を作り、焼
結体の高温特性を著しく劣化させる為であり、それ故原
料粉末は高純度であることが望ましいのである。
純度窒化珪素粉末が望ましい理由は、窒化珪素粉末中の
不純物は高温焼成中に不純物成分の蒸発が起き、気孔の
原因となったり、この不純物が低融点の液相を作り、焼
結体の高温特性を著しく劣化させる為であり、それ故原
料粉末は高純度であることが望ましいのである。
一方粉末粒度は微粉とし、原料粉末の表面張力を大きく
する方がよく３５０メッシュ以下の粒度の粉末を使用し
たものがよい。
する方がよく３５０メッシュ以下の粒度の粉末を使用し
たものがよい。
なおエチルシリケートとは、その構造式は下記する如き
単量体 の他に、上記単量体が４〜６個直鎖状または分岐状に数
分子縮合体構造をしている。
単量体 の他に、上記単量体が４〜６個直鎖状または分岐状に数
分子縮合体構造をしている。
このエチルシリケートは通常は無色透明の油状液体であ
る。
る。
以下本願本明を開発するに至った一連の実験及びその結
果について述べる。
果について述べる。
実施例 １
３５０メッシュ以下の粒子から成り純度９９．９係、α
相含有量５０％の窒化珪素粉末粒子表面に水とアルコー
ルで希釈し、かつ触媒として希塩酸を入れたエチルシリ
クートをシリコン量でＳｉ３Ｎ４に対して第１表で示す
各量となる様に配合したものを黒鉛型を用いて県７００
℃、１７５０℃の各温度、圧力２００Ｋｇ／ｃｍ２、焼
結時間６０分Ｎ２雰囲気の条件下で５０Ｘ５０Ｘ５．５
Ｈの焼結体を得た。
相含有量５０％の窒化珪素粉末粒子表面に水とアルコー
ルで希釈し、かつ触媒として希塩酸を入れたエチルシリ
クートをシリコン量でＳｉ３Ｎ４に対して第１表で示す
各量となる様に配合したものを黒鉛型を用いて県７００
℃、１７５０℃の各温度、圧力２００Ｋｇ／ｃｍ２、焼
結時間６０分Ｎ２雰囲気の条件下で５０Ｘ５０Ｘ５．５
Ｈの焼結体を得た。
次いで各々の焼結体をダイヤモンド砥石で切断後研削し
て各５個の５Ｘ８Ｘ２４ｍｍの試験片を作成し、各種試
験して得られた測定値を同じく第１表に示す。
て各５個の５Ｘ８Ｘ２４ｍｍの試験片を作成し、各種試
験して得られた測定値を同じく第１表に示す。
実施例 ２
第２表に示す窒化珪素粉末原料を用い、各原料粉末表面
に水とアルコールで希釈し、かつ触媒として希塩酸を入
れたエチル７リケートをシリコン量で７重量係となる様
配合したものを、黒鉛型を用いて、１７００℃の温度、
圧力２００Ｋｇ／ｃｍ２，焼結時間６０分の条件下で５
０Ｘ５０Ｘ５．５ｍｍの焼結体を得た。
に水とアルコールで希釈し、かつ触媒として希塩酸を入
れたエチル７リケートをシリコン量で７重量係となる様
配合したものを、黒鉛型を用いて、１７００℃の温度、
圧力２００Ｋｇ／ｃｍ２，焼結時間６０分の条件下で５
０Ｘ５０Ｘ５．５ｍｍの焼結体を得た。
次いで各々の焼結体をダイヤモンイド砥石で切断後研削
して各５個の５Ｘ８Ｘ２４ｍｍの試験片を作成し、各種
試験をして得られた測定値を同じく第２表に示す。
して各５個の５Ｘ８Ｘ２４ｍｍの試験片を作成し、各種
試験をして得られた測定値を同じく第２表に示す。
実施例 ３
実施例ｌで１７００℃の温度で焼結した試料煮７を５Ｘ
８Ｘ２４ｍｍの試験片にダイヤモンド砥石で切断し、＃
２００ダイヤモンド砥石で表面研削を行い製作した。
８Ｘ２４ｍｍの試験片にダイヤモンド砥石で切断し、＃
２００ダイヤモンド砥石で表面研削を行い製作した。
この試験片を常温から１４００℃の温度範囲で大気雰囲
気中の曲げ強さを測定した。
気中の曲げ強さを測定した。
その結果を第３表に示す。
以上の実験結果から次の事が判る。
即ち窒化珪素粉末にエチルシリクートを被覆して焼結し
たものでは、１７００℃と窒化珪素の焼結温度として比
較的低温での焼結にも拘らず無添加のもの（訊料Ｎｏ．
ｌ）に比べて曲げ強さが向上して捗り、高温域での強度
もその低下率は少ない。
たものでは、１７００℃と窒化珪素の焼結温度として比
較的低温での焼結にも拘らず無添加のもの（訊料Ｎｏ．
ｌ）に比べて曲げ強さが向上して捗り、高温域での強度
もその低下率は少ない。
第１表から凍るにエチルシリケートの添加量はＳｉ分と
して１重量予以上は必要であるが多くなりすぎて１５重
量係以上になると曲げ強さが低下しているし、それ以上
の３０重量係のものでは更に著しく低下する。
して１重量予以上は必要であるが多くなりすぎて１５重
量係以上になると曲げ強さが低下しているし、それ以上
の３０重量係のものでは更に著しく低下する。
この原因として考えられるのはエチルシリケートが多量
すぎると焼結時にエチルシリケートのＳｉが窒化珪素に
完全になりきれず一部シリコンオキサイド・ナイトライ
ド（Ｓｉ２０Ｎ２）相となって存在する為であると考え
られたので、エチルシリケートをＳｉ分として各７，１
５重量係づつ添加したものを本願方法によって製造され
た焼結体のＸ線回折図形を調べたところ、添加されたエ
チルシリケートは本願発明品ではβ−Ｓｉ３Ｎ，となっ
ている力９５重量係添加したものではβ−Ｓｉ３Ｎ４の
他ＫＳｉ２０Ｎ２々Ｓ存在していることが判った６にめ
どきのＸ線回折図形の一例として試料Ｎｏ．６のものを
第１図にこまたＮｏ．９のものを第２図に示す。
すぎると焼結時にエチルシリケートのＳｉが窒化珪素に
完全になりきれず一部シリコンオキサイド・ナイトライ
ド（Ｓｉ２０Ｎ２）相となって存在する為であると考え
られたので、エチルシリケートをＳｉ分として各７，１
５重量係づつ添加したものを本願方法によって製造され
た焼結体のＸ線回折図形を調べたところ、添加されたエ
チルシリケートは本願発明品ではβ−Ｓｉ３Ｎ，となっ
ている力９５重量係添加したものではβ−Ｓｉ３Ｎ４の
他ＫＳｉ２０Ｎ２々Ｓ存在していることが判った６にめ
どきのＸ線回折図形の一例として試料Ｎｏ．６のものを
第１図にこまたＮｏ．９のものを第２図に示す。
以上述べて来た様に本願発明方法によれば、従来からの
Ｓｉ８Ｎ，焼結体と比べ高温での強度低下が少ない焼結
体が１７００℃という比較的低温で別に焼結助剤を添加
する事もなく容易に得られるという効果がある。
Ｓｉ８Ｎ，焼結体と比べ高温での強度低下が少ない焼結
体が１７００℃という比較的低温で別に焼結助剤を添加
する事もなく容易に得られるという効果がある。
第１図、第２図はそれぞれエチルシリケートをＳｉ分と
して７，１５重量係添加した焼結体のＸ線回折図形。
して７，１５重量係添加した焼結体のＸ線回折図形。
Claims (1)
- １ 窒化珪素粉末の表面をエチルシリケートにて被覆し
たものを、黒鉛型を用いＮ２雰囲気中で高温圧縮焼結す
ることを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54071881A JPS5812224B2 (ja) | 1979-06-06 | 1979-06-06 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54071881A JPS5812224B2 (ja) | 1979-06-06 | 1979-06-06 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55162480A JPS55162480A (en) | 1980-12-17 |
| JPS5812224B2 true JPS5812224B2 (ja) | 1983-03-07 |
Family
ID=13473300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54071881A Expired JPS5812224B2 (ja) | 1979-06-06 | 1979-06-06 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5812224B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01154164U (ja) * | 1988-04-13 | 1989-10-24 | ||
| JPH0375782U (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-30 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5833193B2 (ja) * | 1979-10-29 | 1983-07-18 | 株式会社クボタ | スキッドレ−ル耐熱台 |
-
1979
- 1979-06-06 JP JP54071881A patent/JPS5812224B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01154164U (ja) * | 1988-04-13 | 1989-10-24 | ||
| JPH0375782U (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-30 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55162480A (en) | 1980-12-17 |
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