JPS5891076A - β−サイアロン常圧焼結体の製造方法 - 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、高温構造材料として有用々、β−サイアロン
常圧焼結体の製造方法に関するものである。こ＼でβ−
サイアロンとは！ｐ　−Ｓｉ３Ｎ４の結晶構造をもち、
Ｓｉ６．Ａ］、０．Ｎ８−２で示されるＳｉ３Ｎ４とＡ
１３０３Ｎの間の固溶体の事である。さらに詳しくいえ
ば、本発明は、β−サイアロンを常圧焼結法に依り製造
する際の、β−サイアロンの熱分解を抑えるだめの充填
材に関するものである。

これ捷で、β−サイアロンの常圧焼結体の製造方法とし
ては、窒化珪素、アルミナ（Ａ１２０３）、窒化アルミ
ニウム（ＡＩＮ）を、Ｓ］６−３Ａ］、Ｏ，、Ｎ８−２
の所定の２値になるように混合し、加圧成形したものを
、窒素ガス雰囲気中、１７００〜１８５０℃に加熱する
方法が知られている。常圧焼結法の場合、成形体をその
ま１加熱すると、β−サイアロンの熱分解が生じ、焼結
体が多孔質となるので、β−サイアロンの熱分解を抑え
るために、次の方法がとられている。

（１）成形体と同じ組成をもつ、Ｓｉ３Ｎ４　、　Ａｌ
□０３及びＡＩＮの混合粉末を、成形体の外周部に充て
んするＩ）。（西独マックスブランク法） （２）　５ｊ０２　　］モルとＳｉ３Ｎ４１モルとの混
合粉末を２） 充てん祠として用いる　。（無機材便法）このうち、（
１）の方法は、Ｓｉ３Ｎ４及びＡＩＮが空気中で加水分
解し易く、組成の変動が生じるため工業的取扱いに難点
がある。父、焼結後、充てん材同士及び充てん材と焼結
体の固着が生じ、目的とする焼結体の取りはずしが困難
である。

（２）の方法は、熱力学的に、Ｚ＝２の組成をもつβ−
サイアロン焼結体の製造に関する充てん材として有効で
あるが、組成がＺ＝２以外になると、同上光てん祠は、
熱分解の抑制材となり得ない。

本発明者は、上記の欠点を克服い容易に常圧焼結法に依
り、β−サイアロン焼結体を製造するために、鋭意研究
を重ねた結果、窒化後の組成が、目的とするβ−サイア
ロン焼結体と同じになるように珪酸、アルミニウム及び
珪素を混合したものを目的とするβ−サイアロン組成の
成形体の周辺に充てんし、加熱すれば、目的とする成形
体を容易に緻密な焼結体となし得ること、また、ケイ酸
、珪素及びアルミニウムの混合物を、直径０．５１Ｍ１
〜３＋＋ｍｌに造粒したものにすれば、焼結体と充てん
利の分離が容易になることを見出した。

すなわち、本発明は、例えば窒化珪素、アルミナ及び窒
化アルミニウムを、５ｊ６−２Ａ］、０７Ｎ８−７のＺ
＝２又はＺ＝３等になるように混合し、金型成形次いで
ラバープレス法に依り成形し焼結用試料とい一方、珪酸
、珪素、及びアルミニウムを焼結用試片と、窒化処理後
、同じ組成になる様に、量比Ｓｉ、０２　：　Ａ１．　
：　５ｉ＝３０．３　：　２７．３　Ｆ　４２．４　（
Ｚ＝２の場合）及びＳｉＯ□：　Ａ１．　：　Ｓｉ　＝
　４２．３　：　３８．０　：１９．７（Ｚ＝３の場合
）（いずれも重量比）に秤１・、混合後、ドラム型ペレ
タイザーを用い、０．５〜３＋＋＋＋＋ｌφに造粒し、
上記焼結用試料を、この造粒物中に埋込み、１６００〜
１９００℃に、３０分乃至５時間焼成し、成形体からの
ガスの発生を抑えつ２、緻密なβ−サイアロン焼結体を
得るものである。

かぐして４＃たβ−サイアロン焼結体は、緻密かつ高強
度で、高温構造材料として用いることができる。さらに
、充てん材として用いた、造粒体も緻密なβ−サイアロ
ン焼結体となっており、不定形耐火材への添加物又は耐
摩耗性を増すだめのフィラーとして使用することができ
る。

本発明に用いる珪酸は、エロジール等の合成かつ高純度
窒化珪素である必要はなく、純度９５％程度の一般の珪
砂で十分であることも、経済性の点から有利である。珪
素及びアルミニウム粉末は純度９８％程度、粒度−２０
０メツ７ユの工業用粉末で十分である。

珪酸、アルミニウム及び珪素を、目的とする成形体の組
成にあわせて秤稲し、ボールミルヲ用い湿式で５〜１０
時間混合し乾燥する。この混合粉末を、トラム型ペレタ
イザーを用い、直径０．５〜３ｍｍに造粒する。バイン
ダーとしてＰ、Ｖ、Ａ　（ポリビニルアルコール）、澱
粉及びカルポキンルスチルセルロース等の水溶液を用い
る。造粒物は６０〜１００℃に、−昼夜乾燥後光てん材
として用いる。

β−サイアロン焼結体を得るための出発物質としては、
窒化珪素、アルミナ及び窒化アルミニウム又は珪酸、ア
ルミニウム及び珪素を窒化処理したもの、いずれを用い
てもよい。いずれの場合も、充てん材の組成を、目的と
するβ−サイアロンの組成に一致させることが重要であ
る。こうすることにより焼結時の熱分解を充てん材の外
周部のみにとどめ、成形体の熱分解を防き゛つ＼、成形
体の緻密化を図ることができる。充てん材の組成と成形
体の組成が異なると、成形体の熱分解が生じ緻密な焼結
体とならない、もしくは、成形体の外層に異った相が生
成するかのいずれかの現象が生じ、緻密化が困難である
。

次に、本発明は、成形体を上述の充てん材と共容 に、黒鉛停器中に入れ、１００〜］０ＯＯｃｃ／ａ謂の
窒素ガスを流しながら、１６００〜１９００℃に３０分
乃至５時間、焼結を行う。昇温速度は５〜ｂｒｍｎが適
当である。

これらの操作により、吸水率１％、曲げ強度約２５　Ｋ
９７　ｍＡ、Ｘ線組成でβ−ザイアロン単相焼結体が得
られる。

以下、実施例に依って本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ 窒化珪素６５．９　ｉｉ’ｌ　アルミナ２６．６　ｆ、
窒化アルミニウム７．５９　（５ｉ６−７Ａｌ、Ｏ□Ｎ
８−ＺのＺ＝２に相等）に対し、水４０ＣＣ１塩酸ｌｃ
ｃ、メチルセルロース１７添加し、ボールミル中で５時
間混合し泥漿とした。泥漿を一辺４ｍｍ角、長さ４０謳
の空珪砂（純度９９％、粒度１ｍ）３０．３ｉＰ、アル
ミニウム粉末（純度９９．７％、　　−２００メツシユ
）２７．３９及び珪素（純度９８．５％、−２００メツ
シユ）　４２．４　ｔをボールミルで、５時間、ｎ−ブ
チルアルコール中で粉砕し、十分乾燥後、直径３００喘
のドラム型ペレタイザーを用い、直径０．５〜３咽に造
粒した。バインダーには、１０％澱粉溶液を用いた。

造粒物は６０〜１００℃で、−昼夜乾燥した。

上記、泥漿鋳込み成形にて作成した１４Ｘ４Ｘ４０脳の
試片を、内径１００ｍｍ、深さ１００叫の黒鉛容器中に
入れ、その周辺を、珪酸、アルミニウム及び珪素からな
る造粒物で、充てんした。この黒鉛容器を、内径１５０
謹φ、加熱長３００咽のタンマン炉中で、窒素ガス流量
３００ＣＣ／ＴＲｒｎ、昇温速度１０℃／＃Ｉｉ＋で、
１８５０℃に昇温し、同温度に２時間保持し、焼結体を
得だ。

第１図に本発明の焼結容器及び充填状況を文献に記載さ
れた方式と比較して示した。

また、第１表に得られた焼結体の特性値を示した。これ
らの結果から珪酸、アルミニウム及び珪素の混合粉末の
造粒物を、β−サイアロン焼結体の製造に際し、充てん
材として用いることができることがわかる。

第　　１　　表 参考文献 （１）　　Ｌ、Ｇ、Ｇａｕｃｋｌｅｒ、　Ｇ、Ｐｅｔｚ
ｏｗ　ａｎｄ　Ｔ、Ｙ、Ｔｊｅｎ；Ｐｒｏｃｅｅｄｉ、
ｎｇ　ｏｆ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ。

ｅｄｉｔｅｄ　ｂｙ　Ｆ、Ｌ、Ｒ１１ｅｙ　（１９７８
）（２）三友護；ゝゝ窒化珪素とその固溶体の焼結に関
する研究“（東京工業大学、学位請求論文、＋９７９　
）

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１図における■はマックスブランク法であ
り、１はアルミナ容器、２は１３１３Ｎ４−Ａｌ２Ｏ２
−ＡＩＮ混合粉末、３は試片である（この場合における
焼成後の試片の重量減少量は２〜５％）。 （２）は無機材便法であり、１はＢＮ容器、２はＳｊ、
３Ｎ４Ｓｉ０２混合粉末、３は試片である（この場合に
おける焼成後の試片の重量減少量は約２％）。■は本発
明の方法であり、１はカーボン容器、２はＳｊ、０２−
　ＡＩ　−Ｓｉ混合粉末造粒物、３は試片である（この
場合における焼成後の試片の重量減少量は約２％）０ 特許出願人　　　工業技術院長　石板誠−１０− ■　　　　　　　■ 格１図 ■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　所定の原料混合物の成形体を焼結して、β−サイア
   ロン焼結体を製造するに当り、（イ）上記成形体の周囲
   を、珪酸、珪素及びアルミニウムの混合物からなり、そ
   の窒化後の組成が、実質的に、上記β−サイアロン焼結
   体と同一になる原料組成を有するもので充てんすること
   、及び （ロ）常圧下、窒素雰囲気中１６００〜１９００℃にお
   いて焼結すること を、特徴とするβ−サイアロン焼結体の製造方法０ ２　所定の原料混合物の成形体を焼結して、β−サイア
   ロン焼結体を製造するに当り、（イ）上記成形体の周囲
   を、珪酸、珪素及びアルミニウムの混合物から成り、そ
   の窒化後の組成が、実質的に上記β−サイアロン焼結体
   と同一になる原料組成を有するもので充てんすること（
   ロ）上記ケイ酸、ケイ素及びアルミニウムの混合物を造
   粒体として使用すること （／ウ　　常圧下、窒素雰囲気中、１６００〜１９００
   ℃において焼結すること を特徴とするβ−サイアロン焼結体の製造方法０