JPS5864277A - 非酸化物セラミツクスの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温強度が高く、高密度を有する非酸化物すな
わち窒化物中炭化物のセラミックス焼結体の製造法に胸
するものである。

蝋近、−にラミックス材料％に耐熱性材料としてのセラ
ミックスの開発が盛んに行なわれており、なかでも高温
におｉて安定な耐熱性物質である共有結合性化合物、％
に窒化珪ｌＡ（ＳｊｍＮａ　）、炭化珪素（ＳｉＣ）が
非常にすぐれた材料であることが知られている。

一般にセラミックスは、原料セラミックス粉末ｔ″成形
焼結して使用されるものであるが％　ｓｔ、Ｎ、、Ｓｉ
Ｃなどの場合は、一般の酸化物セラミックスと菓な夛、
難焼結性物質であるため、単独組成たとえばＳｉｇＮ、
粉末のみを焼結しても緻密な焼結体を得ることは国難で
ある。

コＯ九ｋｂ　ＳＬ＊Ｎａ粉末の場合などにｔｉｔ　Ｍｇ
Ｏ、ＡｚｇＯｓ、Ｙａｋｓ　ｓ　Ｃｅ０１、ＢｅＯなど
の酸化物粉末を焼結助剤として添加して焼結することが
行なわれている。

焼結助剤を加えた粉末を使用して通常行なわれているプ
レス成形をして真空あるいは常圧で加熱焼結する方法は
、焼結コストが低く工業的に用いることができるが、Ｉ
　　ＳｉｇＮ、の場合、焼結しても孔はそのまｔ＊存す
るのでこの方法では為密度な焼結体を得ることができな
い。

これに対し、高温下で加圧しながら焼結するホットプレ
ス法によれば、より緻密な焼結体を得ることができる。

しかしながら、この焼結体は高温において強度低下が生
ずる欠点がある。

こ（ＤＡ温における！Ｍｌ＆低下は、焼結助剤の添加に
よシＳｉ、Ｎ４の粉末界面に低一点物質が生成すること
Ｋよるものであると考えられ、焼結助剤を使用する場合
は不可逆である。

さらに焼結助剤の混合割合を減少し、あるいは焼結助剤
を添加せずに為圧ガス雰囲気中で焼結し九り、爆＠ｉ成
皺などで験木に瞬間的に高圧を加えて粉砕したのち、焼
結するなどの方法が試みられているが、何れの方法も焼
結コストが＾く、また＾温強度の低下楓象が残る欠点が
あり、工業的な方法として成功してい１に一０上記の間
１１１１ａｓｉｃの場合にも−ｊ４１である。

本発明者ら嬬Ｓｔ＠Ｎ４看末、　ＳｉＣ粉末について緻
密で為温強度の高−焼結体を得るべく種々検討を行った
結果、非酸化物セラミックス粉末の成形体會常ｌ１１ｉ
ｌＩ＆飴に先立って、非酸化物セラミックスの敵化楓象
によ）生じている酸化層を除去するためＫＨ，、ＧＯな
どの還元性ガスの減圧雰囲気下、あるいは紙圧＃−気と
真空の交互１回以上の繰返し、あるいはまた上記還元性
ガスのプラズマ雰囲気下などで活性化処理を施したのち
、直ちに常圧焼結する方法をさきに見出し丸。

しかしながら、この方法は、非酸化物セラミックス粉末
の成形体の焼結前に上記のような活性此処１ｌｔ−施し
ても焼結を常圧で行うため、焼結体０緻書化が進行して
焼結体特性としての曲は強度も高強度のものが得られる
ものの、焼結体密度が農ｋｌ！［Ｋ達することが難しく
、従って曲げ！ｉｌｆの′バラツキが大きいという欠点
を有していた。

そこで本発明者らはこの点の解消のためにさらに検討を
重ねえ結果、非酸化物セラミックス粉末の成形体に上述
のような活性化処理を施したのち焼結体を得るのに加圧
焼結を行うならば、理論密度で−は強さのバラツキの小
さい焼結体が得られることを見出しこの発明に至ったの
である。

即ち、この発明は非酸化物セラミックス粉末の成形体を
焼結温度以下で活性化処理したのち、非酸化性雰囲気下
にて加圧焼結することが％叡である。

しかしてその加圧焼結における条件としては１５０〜３
００−／−の圧力で焼結温度ｔｉ１６００〜！８００℃
ｏｓｓが適轟である。

そのような範囲に限定するのは、圧力が１５０−／−以
下では十分な緻密化が得られず、また加比力社高いほど
夷好ではあるが、３ＯＯ初／ａｉ　Ｋなるとモールドの
強度の点で好ましくない。

さらに焼結温度の上記範囲はその際の圧力の如何に４よ
、るが、１６０）℃未満では焼結体の十分な緻密化が得
られず、ま′に意３００℃より高いとＳｉ、Ｎ４あるい
ｔｔｓｉｃ自体の分解反応が著しくなり、気孔が残存し
て中は参十分な緻密化が得られないためである。

なおとの尭ＷＡＫおける焼結前の非酸化物セラミックス
粉末成形体の活性化処理としては、ＵＭ珈が非酸化物セ
ラミックスの酸化現象により生じている酸化層管除去す
る九゛めのものであるところから （１）Ｈいのなどの還元性ガスの減圧雰囲気下で焼結温
度以下、 （２ン　　還元性ガスの減圧雰囲気と真空雰囲気の父互
１回以上の繰返し状態のもとて焼結温度以下、 ・（３）　　還元性ガスのプラズマ芥囲気ドで焼に龜嶽
以下、 などで行うことが好ましい。

以下この発明を実施例ｔてより畦Ｍｉｉに総桐する。

実施例１ α型を９０−以上含むｓｌ、Ｎ４（内極、７ユタルク社
製）１００ｆに対してＭｇ０５Ｆをボールミルで混合し
、粉砕を行った。この粉末の＆木分析をしたところ６１
１１℃％であった。

この粉末を２ｔ／ｃ−の圧力で艮ち４ｏ■、幅４゜■、
厚さ１０■の板に成形したのち、ホットプレス装置内に
装填した。

そ【７て装置内を真空（＾’１度８Ｘ　Ｉ　Ｏ−’ａｔ
ｍ　）　Ｋしたのち、昇温をはじめｌ３００ＣＫ違した
ところでこの温度を保持してｃｏガスを尋人し、０．１
６ａｔｍとして排気バルブ全ｌ１Ａｌ堅し、この圧力Ｖ
Ｃ１時間保持した。

その後装置内を再度真空にしたのち装置、内に高Ａ１１
ｔ皺ＯＮ、ガス１Ｉｆ１９．９９９％）を導入した。

次いで麹皺内圧力を１ｍｔｍＫしたのち、２００に９／
−の圧力をかけて昇温し、１８００℃に２時間保持して
焼結を行つえ。

比較として−じ成形板を１８００℃の処理をせずに直接
焼結し友。装置内を十分に冷却後焼結体を践出し、酸素
含有量や−げ強さなどのテストを行ったとζろ謝１表の
結果を得た。

槙　１＠ｌ！ 上表からこ０斃明の焼結体は比較の焼結体より、酸素含
有量がはるかに減少し、高温特性も殆んど劣化しない焼
結体が得られた。

これはこの発明により焼結体内のＳｉｎ、　′（ｌｌ−
除去できた丸めと考えられる。

実施？ｌＩ２ １量比テｓ＋ｏ、粉末（平均粒径１２ｍｓ　）　Ｉ、　
Ｃｌｊ末（平均粒径２９ｍμ）ｏ、６の組合割合で混合
し友粉末ｔボールミルで均一に混合したのち、この粉末
を反応炉内に入れ、１８００’Ｃで５時間Ｈ２ガス中て
熟処珈を行ない、ＳｉＣ粉末を合成しｆＣ６次イ”ｔ’
　コノＳ　＋Ｃ粉末１００　ｔ　Ｋ　Ａ４０ｓ　ｔ　４
　ｆ　焼に助剤として添加し、ボールミルで混合粉砕を
行った。

得られ友粉末の酸素分析を行ったところ、除隼蓋／Ｉｉ
４．４重量−であっ九。

この粉末を８ｔ／−の圧力で長さ４ｏ■、Ｉｉ＋４４０
箇、廓さ１０箇の板に成形したのち、ポットプレスＩ＃
ｉ、蝋内に装填した。

そして装置内を４Ｘ１０”ａｔｘｎの真空にしたりも昇
温を行い、１４００℃に達してからｃｏガスを尋人し、
排気バルブを調整して０．０２６　ａｔｍに１時間保持
した。

その＊＃！諏内にアルゴンガスを尋人し１　ａｔｍにし
良のち２６０に／−の圧力をかけ昇温し２１００℃に２
時間保持して焼結を行った。

比軟のためＫＩＷＩじ成形ｉ＃Ｌを用いてＣＯガスによ
る処理をしないで焼結を行つ友２ 次いで装置内を十分に冷麺し友のちに焼結体を堀田し、
￥、験したところ、このＳｉＣ焼船体において４東Ｊｌ
ガ１と−Ｊ橡にこの発明の方法による焼結体か第２ｔｆ
ｃに、不すようＫよい結果を侍た。

第　２　衣 夷抛１丙３ 実施例１における酸化物除去のための活性化処理雰囲気
をＣＯガスからＨ，ガスにかえ、さらに賽目気圧力ｔＯ
，０１Ｋかえたほかは実施例１と同様の矯件で焼結体を
得た。これを実施例１と−」じようにテストしたところ
、Ｍ８ｔｅに示すようＫ　ＣＯガスをＨ，ガスに代えて
も実施例１と−ｊじ鮎米が帰られた。

第　８　＆ 丈り例４ 酸化物除去の活性化処理雰囲気を１．６　Ｘ　Ｉ　Ｏ−
’れｍの真空からＣＯガスの減圧雰囲気（０，１５ａｔ
ｍ　）５沖１繰返しとした以外は実施例１と１ａ」様に
して焼結体を得た。

鮎！ＩＬは論４衣の造りであった。

なお七の表には比較・の丸めに実施例１における比軟カ
の数ｆｉａｔボした。

第　４　表

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　非酸化物セラミックス粉末成形体ｔｌ［Ｍ、
   形体の焼結温度以下で活性化！＆通し九のち非酸化性雰
   −気下にて加圧焼結すること１％像とする非酸化物セラ
   ミックスの製造法。 体）　活性化処理を還元性ガスの減圧Ｗ囲気下、焼結温
   度以下で行なうことを特徴とする特許請求の１１１８第
   １項記載の非酸化物セラミックスの製造法。 （１）　　活性化処理を還元性ガスの減圧雰囲気と真空
   雰囲気の交互ｌ−以上の繰返し状態のもとて焼結温度以
   上で行なうことを特徴とする特許−求の範囲第１項記載
   の非酸化物セラミックスの製造法。 （４）　　活性化処理を還元性ガスのプラズマ雰−気下
   、焼結ｓｉｔ以下で行なうことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項１１！！叡の非酸化物セラミックスの製造法
   。 （＆）　　還元性ガスがＣＯおよび／またはＨ８でおる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至纂４項Ｏ％
   Ａずれかの項に起重の非酸化物セラミックスの製造法。 （・）　非酸化物セラミックスが５ｉｌＮ４であること
   ｔ−％黴とする特許請求の範囲第１項記載９非嫁化物セ
   ラミツクスの製造法。 （７）　　非酸化物セラミックスがＳｉＣであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非酸化物セラミ
   ックスの製造法。