JPS5895655A - セラミツクス焼結体の製造方法 - Google Patents

セラミツクス焼結体の製造方法

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JPS5895655A
JPS5895655A JP56192364A JP19236481A JPS5895655A JP S5895655 A JPS5895655 A JP S5895655A JP 56192364 A JP56192364 A JP 56192364A JP 19236481 A JP19236481 A JP 19236481A JP S5895655 A JPS5895655 A JP S5895655A
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sintering
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通泰 小松
柘植 章彦
博康 大田
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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】 発−0at分舒 本発―唸、セラ叱ツクス鉤曽体O製造方法に関し、][
VC評しくは、高密度で、高温時における機械的!II
!(以下、高温強直と称す)O低下度舎が少ないセフィ
ックス焼結体の製造方法に調す為0発−0技留的背景と
そO問題点 窒化ケイ素を主成分として成る竜ツセックス焼結体は、
1900’C8110高温にまで耐えるという優れた耐
熱性を有すると共に、熱廖脹係数が低いことから優れた
耐熱衝撃性をも有しているOかかる性質を利用して、ヒ
の種OII化ケイ素を主成分として成るセラミックス焼
結体唸、ガスタービン翼、ノズル尋の高温時に高強直が
要求される構造部品#に応用が試みられているOこのよ
うなセツζツクス焼結体は、現在、例えば、窒化ケイ素
−酸化イットリクムー酸化アル電ニウムから成る混金物
を原料として、所■ホツ)プレス法中昔通焼結法勢によ
って製造されているO 本発明者ら社先に、例えばホットプレス法において、艙
晶粒界の物質を、ガラス質(非晶質)の%Oかも81s
)&・h01結晶化合物に変えることによp1優れ九4
I性を有する窒化ケイ素系焼結体が得られることを明ら
かにした。又、本発明者らは、峙−昭54−47709
号会報や特開昭55−3丁$43号公報において開示し
たように、焼結体中Ofツス質物の存在量が少ないセラ
tツタlI章材料の製造方法、或いはセラキック粉末材
料として81sXmと−01から生成せしめた窒化ケイ
素質粉末を使用することによシ、高温強度が向上した焼
結体が得られることをも明らかにした。
しかしながら、上記した焼結法において、普通焼結法を
使用した場合には数置な焼結体を得ることが困難であ〉
、機械的強度及び耐熱衝撃性が優れ九焼結体が得られな
いという欠点を有している〇又、ホットプレス焼結法を
使用した場合には、機械的強度及び耐熱衝撃性が優れた
焼結体は得られるが、焼結体の形状が制約され、且つ量
産には適していないという欠点を有している。
これらO欠点を解消するために、本発明者らは、更に、
4f’111i55−118674号会報において、焼
結体原料として81sX −Taxi−ムJ雪On −
jilN−T Sol tZ rO* t MIC)l
* 0 材料t 使用fhtとllcより、ホットプレ
ス法によ])II造した焼結体lIc匹敵する、優れ九
機械的強度及び耐S性を有する高11IC焼結体を製造
することができる普通焼結法を提案し丸。
しかし、この方法で得ら−れた焼結体は、1so。
℃付近における機械的強度が必ずしもtiJioいくも
のではなかつ九〇 発明O1的 本発明の目的は、上記した欠点を解消し、高慢度で高温
時における機械的強IILO低下度合が少ないセッセッ
クス焼結体の製造方法を提供するにある0 発明の概要 本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、焼結体の高温強
度を低下せしめる原因が、原料参末中に存在する酸素又
は酸化ケイ素(81へ)と焼結用添加物O仄応生成物で
あるガラス質(非晶質)O低融点粒界相にあることを見
出した0そして、予め熱J11111を施し九セッζツ
クス原料を使用することによ)、上記目的が達成できる
ことを見出し、本発―を完成するに到り九◎ 即ち、本発IIOセッ電ツクス焼結体の製造方法は、非
酸化aSS気中KThいて熱処理を施した窒化ケイms
章γ膠重量−以上:少なくとも1種以上Os土類元素の
酸化物着京0.1〜10重量9G=酸化アk i x 
?ム看車0.1〜1o重量%:i1化アル電エクム幹末
・、1〜10重量−:並びにチタン、ジル:f1ウム、
り四ム、^ツェウム、タンタル、ニオブ捗り、チタン、
バナジウム及びタングステン0それヤれO珪化物、炭化
物、珪化物及び硼化物;iダネシウム、ニッケル、;バ
ルト、iンガン及ヒぺ1717りムのそれぞれ0酸化物
及び珪化物;及び炭化硼素から成為詳よ如選ばれた1種
もしくは2種以上の場末o、os−s重量−から成る混
合着京を成形し、該成形体を非酸化性雰囲気中において
焼結することを特徴とするものである。
以下において、本発明を更に詳しく説明する。
本発明における窒化ケイ素(81sN4)粉末0熱処環
は、非酸化性雰囲気中において、例えば、IIIIl電
化ケイ素幹京を、1400〜1800℃osit範囲で
、好ましくは1600〜1700℃で、g。
分〜意時間鴨度行なうtのである0非酸化性IFII気
としては、例えば、窒素、アルジン、−酸化炭素、窺素
−アンモニアガス等が挙げられる・かかる熱処理を施す
ことによ〉、窒化ケイ素着末に付着もしくは執着してい
為酸素或−は酸化ケイ素が脱離して、七〇II*が着し
く低下した窒化ケイ素粉末が得られる◇従りて、このよ
うな地層を施した窒化ケイ素粉末を使用した焼結体は、
添加物(焼結助剤)と酸素或いは酸化ケイ素が反応して
生ずるガラス質(非晶質)物0量が除去もしくは極めて
量減されたもOであるために、その1300℃付近にお
ける機械的強度が改譬されたものとなる。
上記窒化ケイ素粉末は、1s重量−以上配合されるもの
であり、好ましくは80重量−以上である。かかる窒化
ケイ素粉末の量が、78重量−未満であると、得られる
竜フォックス焼結体の高温強度O軟畳は与られない〇 本発−にシいて使用されゐ稀土類元素の酸化物としては
、例えば、酸化イツトリウム(ηOs)、酸化ランク:
l/ (Law ol ) 、酸化セリウ^(C・へ)
、酸化デツセオジウム(PrtOi ) N酸化ネオジ
ウム(Nd嘗Os)、酸化7’Elメチクム(PnbO
s)、酸化サマリウA(8mOs)、酸化ユーロビウA
 (EumOs )、酸化ガドリウム(G4へ)、酸化
テルビウム(TbmOa )、酸化ジスプロシウム(D
7*Os) 、酸化ホル建りム(He雪Os)、酸化エ
ルビウム(Er宜01)、酸化ツリウム(テTkos)
及び酸化イッテルビウム(YbmOm)等が挙けられ、
これらから成る群より選ばれた1種もしくは2種以上の
ものが使用される。これらの中でも、と夛わけ、酸化イ
ツトリウムを使用することが好ましい。
上記稀土類元素の酸化物及び酸化アルにニウム(A40
m )は、いずれも焼結促進剤として機能するものであ
る。これらQ成分は、その配金比が、それぞれ10重量
−を超えると、得られる焼結体の高温強直が低下する。
これらのものは、総量で3〜1s重量−配合することが
好ましい0窒化アル々ニウム(ムノN)は、焼結体の主
成分である81sNaO焼結過騙におけ為蒸発中粒成長
を抑制する機能を有するほか、他の成分と反応して焼結
体全体の焼結促進に寄与するもt)′cある0ムノNo
配合比が10重量−を超えると、得られゐ焼結体の高温
強度が低下する。
本発明において、第2成分として添加される極々の元素
のそれぞれの酸化物、炭化物、珪化物又は硼化物として
は、例えば、酸化チタン(TiOx )、酸化ジルコニ
ウム(ZrOm ) 、酸化/ ”ム(Cr装Os)、
酸化ハフニウム(Hf Os ) 、酸化タンタル(T
a意Os)、酸化ニオf (NbtOs) 、酸化モリ
ブデy (Moss )、酸化バナジウム(V宜Oi 
) 、酸化タングステン(鵡)、酸化マグネシウム(M
#0 入MI化ニッケル(Nip)、酸化=パルト(C
oo ) 、酸化!ンガン(Mnへ)、酸化ベリリウム
(Bed)等の酸化物;炭化チタン(TIC) 、炭化
ジル−ニウム(ZrC)、炭化りpム(Cr畠c4)、
炭化ハフニウム(HfC)、炭化タンタル(TaC) 
、炭化ニオブ(NbC)、炭化モリデデy (M軸C)
、炭化パナジクム(VC)、炭化タングステy (wc
) 、炭化硼素(is4c)等の炭化物;珪化チタy 
(T18b )、珪化/ J/ :2 =つ^(Zr8
b)、造化クーム(Cr81m )、珪化ハフニウム(
Hf81)、造化タンタル(Ta81鵞)、珪化ニオブ
(Nb81t)、珪化篭シップy (M・film )
 、造化バナジウム(vSs縁、珪化タンダステ¥ (
WB im ) 、珪化マダネシクム(M#J1)、珪
化ニッケル(Nls81t )、珪化=パルト(Coa
lm ) 、珪化マンゴy (Mn81)、珪化ベリリ
ウム(B@81g)等の珪化物;及び硼化チタン(TI
BI)、硼化ジルコニウム(ZrB)、硼化タロム(C
rll雪)、硼化ハフニウム(HfBt ) % 硼化
タンタル(〒allt)、硼化ニオブ(NbBt ) 
、硼化モリブデンCMo−)、硼化バナジウムffBり
、硼化タングステ)/(WB)  吟O硼化物等が挙げ
られ、これらから成鳥群よ)選ばれた1種もしくは2種
以上のものが使用される。これらの化合物は、いずれも
焼結体O焼結を促進する機能を有するものであシ、主成
分であ為1[11sNoの濡れ性を改豐して焼結体の装
置化、焼結時間O短縮及び焼結温度の低下等をも九らす
ものである。
これらO物質は、総量でO,OS〜易型重量使用するも
のであ〉、好ましくは0.1〜3重量−である。これら
の物質の添加量が、O,OS重量−未満であると、その
添加効果が充分ではなく、一方、5重量−を超えると、
得られゐ焼結体の高温強直が損なわれる。
上記し九配含量から成る幹末ops会は、通常、混舎操
作K11l!用されている方法でよく、例えば、I−ル
セル等の粉砕混合機を用いて、必要に応じて一一プチル
アルーール等0@剤を添加して行なうことができる〇 このようにして調製され九混舎肴末に対し、次いで、好
ましくはΔラクインego粘結剤を添加して、適宜壜圧
力を印加して所定形状の成形体とする@尚、粘結剤を添
加した場金には、600〜sOO℃で加熱処理を施して
、粘結剤を揮散除去した後に焼結することが好ましい。
更に、この成形体を、非酸化f!klFl!気申KjP
I/hて焼結することによ〉、焼結体を得る。焼結は、
例えば、1500〜1900℃、好ましくは1600〜
1@OO’CK加熱して行なうこと°ができる。非酸化
Ik雰囲気としては、例えば、窒素、アルfン等が挙げ
られる。酸化性雰囲気では、Sl・N4が酸化されてs
towにな1九め不可である。
尚、この焼結時に、!So 〜500kf/cI/lの
圧力を印加し丸ホットプレス状態、又は、非酸化性ガス
IFI!気を加圧状部にして焼結を行なってもよい。
或いは、昔過焼結法による焼結を行なった後に、更に、
加圧*m気中において焼結を行なったものであっても、
本発明に係る焼結体0**は何ら損なわれるものではな
い。
以下において、実施例及び参考例を掲げて、本発明を更
に詳しく説明する。
実施例1〜12 α相臘窒化ケイ素85−を含有する、平均粒度1.2μ
の窒化ケイ素粉末を、窒素雰囲気中において、1650
℃で1時間加熱処理を施すことによp1酸素及び酸化ケ
イ素Il&度を低下せしめた窒化ケイ素着末を得た。
かかゐ窒化ケイ素粉末、平均粒度i*oy=へ粉末、平
均粒度O1sμのムノmow粉末、平均粒度1.!Sμ
0AIN粉末並びに平均粒度1μOTiへ、Zrへ、C
r*Os 、IIfOl % Taρ6、Nb驚Ck 
% M・Os s Mhos 、Woe、N1へCoo
SMnOl、Bed、 TiC,TiBlm、TIBO
それぞれO粉末を使用して、表に示すような配合量(重
量−)でizs*o混会粉末全会粉末九〇かか4111
111京に対し、それぞれ、鳳−デチルアル;−ルを溶
媒として使用し、fムツイニンダー−ル々ルを用いて、
24時間粉砕混合を行なった。
ヒのようにして調製した原料粉末に、粘結剤としてバッ
フインを重量比で7優、それぞれ添加配置して70G)
fI/a1の成形圧を印加して、長さ6゜■、輻40w
a、厚さlO■を有する板状成形体を作成した。
かか為成形体を、先ず70G’Cで加熱処履を施して、
粘結剤を揮散除去し丸後、窒素ガス雰囲気下において、
17so℃でそれぞれ焼結を行ない、窒化ケイ素系セツ
ミックス焼結体を得九〇参考fli〜10 熱J6運を施していない窒化ケイ素粉末を使用するか、
或いは、81 sNa粉末、Y*Om粉末、A旬−末、
ムjNI)本並びに第6成分として添加される粉末の配
合量を変えて使用した他は、実施例とすべて同様O操作
にて、表に同時に示した組成から成る焼結体をl011
1111111した。
上記操作により得られたそれぞれの焼結体について、相
対密度及び抗折強度(機械的強度)を測定し、その結果
を表に併記した。
尚、表中の相対密度は、理論密度を基礎とする相対値(
lである。又、抗折強度値は、3点曲は強度試験による
ものであり、試料サイズは3×sx30(m)、試験条
件はクロスへッドスピ−20,5m/iw*、スΔV2
Om5、温度は常温と1300℃であり、各温度での測
定はすべて4回行ない、その平均値を記載した。
貴かh−らかなように1本発明方法によ)得られた鉤結
体は、昔過鉤曽法によ)得た%O′eあるにも拘らず、
顧対**がtS*以上で、抗折強度が常温でgo!/−
以上、1800℃で884/−以上という優れ九I!#
性を有するもOであるヒとが確認されえ。
又、上記実施例0*に、m記熱旭理を施したll5−粉
末$・重量−1−〇、粉粉末型重量91ムノρ暑粉車8
.1重量−%AJNII末3.5重量−1並びにIN5
成分として* Zrc%Cr@ Cl、HfC%TaC
,NbC。
MO會 C、VC% WCs  100%  Zrgl
l 、 CF 81h  Hf s tl  、Ta1
il*s Nb1lil、 Mo811、Vsb、W8
1ss瑯*81、N1m1lb、Cl111m、 i[
ull、 B@81hZrL CrB2、Hf &s 
T a & 、Nb Bm s MO鳥% ’ITo及
び■から成る群よ)違ばれた1種もしくは2種以上Oも
のを2重量−加えて虞る組成O%Oを、実施例と同様の
操作によシ調調し、鉤一体を得え。ヒれら焼絨体につい
ても同機に、相対装置及び抗折強度を測定したとζろ、
実施例と同様の結果が得られ九。
弛@O効果 本発明のセラミックス焼結体の製造方法によれば、高密
度で、高温時における機械的強度の低下度合が少ないセ
ツンツクス焼結体が得られるものであ)、又、本発明の
製造方法は加圧を要しないので大量主意に適したもOで
あ〉、工業上大変有利なものである。
−2′l

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 非酸化性雰囲気中KThいて熱旭履を施した電化ケイ素
    着京76重量−以上:少なくとも1種以上O稀土類元素
    O酸化物肴末0.1〜10重量lI:駿化ア#々:IL
    りム粉末0.1−10重量−:11化アル電エクム粉末
    0.1〜10重量−二並びにチタン、ジル;ニウム、り
    四ム、ハフ1つ^、タンタル、具オブ、モリブデン、Δ
    ナジクム及びタングステンのそれぞれの酸化物、炭化物
    、造化物及び硼化物;マダネシクム、ニッケル、コパル
    F1 マンガン及ヒペリリクムのそれぞれの#!化物及
    び造化物;及び炭化硼素から成る群よ〕選ばれた1種も
    しく紘2種以上の看末O,OS〜5重量−から成る混金
    着車を成彫し、諌成形体を非酸化性雰囲気中において焼
    結することを特徴とするセラセックス焼結体の製造方法
    。
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JPH0247426B2 JPH0247426B2 (ja) 1990-10-19

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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