JPS589788B2 - 窒化けい素焼結体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒化けい素焼結体の製造法に関する。

従来、窒化けい素焼結体は、窒化けい素自身では焼結し
ないため、焼結助剤例えばＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ
２、Ｙ２Ｏ３、ＣＯ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を適宜混合し
、これを焼結することによって製造している。

この方法によって得られる窒化けい素焼結体は、単相と
しての窒化けい素ではなく、微細構造を走査形電子顕微
鏡で観察すると、窒化けい素素粒界面に前記焼結助剤に
よって生成したガラス相または結晶相が存在する。

そのため、窒化けい素の持つ優れた高温耐熱性はその粒
界面に存在するガラス相または結晶相によって著しく劣
化される。

本発明はこの問題点を解決する新規な製造法に関するも
のであり、その目的は、従来のガラス相または結晶相の
存在しない新規な窒化けい素焼結体を製造する方法を提
供せんとするものである。

本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、窒
化けい素粉末と、ポリシランまたはＳｉ原子を含むイミ
ド化合物もしくは両化合物との混和物を加圧成形し、窒
素、アンモニアまたはそれらの混合ガス、もしくはＮ２
＋Ｈ２の雰囲気中で焼結すると優れた窒化けい素焼結体
が得られることを究明し得た。

この知見に基づいて本発明を完成したものである。

本発明の方法で得られる窒化けい素焼結体は、ポリシラ
ンまたはＳｉ原子を含むイミド化合物が、窒素、アンモ
ニア、両者の混合ガスまたはＮ２＋Ｈ２の雰囲気中で焼
結されると、窒化けい素となるので、窒化けい素単相の
ものとなる。

従来の焼結助剤によって焼結したものとは本質的に全く
相違するものである。

即ち本発明の方法で得られる窒化けい素焼結体は、従来
の方法では生成するガラス相または結晶相は全く存在せ
ず、全てが均一な組織を持った窒化けい素焼結体となる
。

このため、本来の窒化けい素の持つ優れた特性を充分に
発揮できる焼結体を得ることができる。

また従来、高密度窒化けい素焼結体を得る一般的な方法
としては、加圧焼結法が採用されているが、本発明の方
法では加圧焼結法を必要とせず、高精度成形体が焼結と
同時に容易に得られる特長を有している。

ポリシランとしては、Ｓｉ原子２０以上の水素化合物が
挙げられる。

Ｓｉ原子を含むイミド化合物としては、 Ｓｉ２（ＮＨ）Ｎ２、Ｓｉ２Ｎ３Ｈ２Ｃｌ，Ｓｉ（ＮＨ
）２、Ｓｉ２（ＮＨ）３、Ｓ１２０（ＮＨ）３、Ｓｉ４
Ｏ２Ｎ２Ｈ５Ｃｌ２、Ｓｉ８Ｎ１０Ｈ１１Ｃｌ５等が挙
げられる。

窒化けい素粉末とポリシランまたはＳｉ原子を含むイミ
ド化合物（その混合物でもよい）の混合割合は、窒化け
い素粉末９９．９〜５０重量％に対し、ポリシランまた
はＳｉ原子を含むイミド化合物０．１〜５．０重量％で
ある。

窒化けい素量の割合が多い場合は高密度の焼結体が得ら
れ、窒化けい素量の割合が少ない場合は低密度の焼結体
が得られる。

即ち窒化けい素焼結体の密度は両者の混合割合によって
制御し得られる。

両者の混合物は約０．１〜１０ｔ／ｃｍ２で加圧する。

この加圧程度によって窒化けい素焼結体の密度を制御す
ることができる。

例えば、低密度の焼結体を得んとする場合は、０．１〜
１ｔ／ｃｍ２、中密度の焼結体を得んとする場合は１〜
５ｔ／ｃｍ２、高密度の焼結体を得んとする場合は、５
〜３０ｔ／ｃｍ２に加圧する。

焼結温度は１０００〜２０００℃が好ましい。

１０００℃より低い温度ではポリシランまたはＳｉ原子
を含むイミド化合物は窒化反応もなく、また２０００℃
を超えると窒化けい素が熱分解し、シリコンと窒素に分
離する。

焼結の際の雰囲気としては、Ｎ２、ＮＨ３、その混合ガ
ス、若しくはＮ２＋Ｈ２の混合ガスの存在が必要である
。

この雰囲気ガスによって、ポリシランまたはＳｉ原子を
含むイミド化合物が容易に窒化し、窒化けい素粒子の粒
界面に窒化けい素を生成し、いわゆる単相の均一な窒化
けい素焼結体が得られるのである。

前記雰囲気のガス圧は１〜２００気圧が好ましい。

低密度焼結体を得んとする場合は１〜１０気圧、中密度
焼結体を得んとする場合は１〜５０気圧、高密度焼結体
を得んとする場合は１〜２００気圧が適当である。

また、この焼結に際しては、加圧成形した試料の周囲に
、窒化けい素および酸化けい素の混合粉末または窒化け
い素粉末を存在させておくことが好ましい。

これによって試料の加熱と窒化ガスによる窒化が均一に
行われ、且つ試料の内部まで充分な窒化が促進されると
共に、試料支持箱と試料とが直接に接触しないため、支
持箱からの汚染を防止し得られる。

以上のようにして得られた本発明の窒化けい素焼結体は
従来の焼結助剤を混合して焼結した窒化けい素焼結体に
比し、高強度であり、しかも高温時における強度低下が
極めて少い優れた特性を有する。

従来法により得られた窒化けい素焼結体（Ｍｇ０５％混
合した場合）と本発明の方法で得られた窒化けい素焼結
体との曲げ強度ならびにその温度による変化を示すと次
の通りである。

該結果が示すように、本発明のものは曲げ強度が高く、
しかも、従来のものは１０００℃を超えると急激に強度
低下をおこすが、本発明のものは１０００℃を超え、１
２００℃においても強度低下は僅かである。

また、本発明の方法により得られる焼結体は、高温にお
ける耐酸化性が約３倍と言う極めて優れた特性を有する
。

実施例 １ 窒化けい素粉末にポリシラン（Ｓｉ原子を含むイミド化
合物も同じ）５重量％混合し、１ｔ／ｃｍ２で加圧成形
した。

これを窒化けい素粉末中で１０ａｔｍのＮ２ガス雰囲気
下で、１７５０℃、２時間常圧焼結した。

得られた窒化けい素焼結体は単相であり、嵩比重は３０
２、１２００℃における曲げ強度は１１５ｋｇ／ｍｍ２
であった。

実施例 ２ 窒化けい素粉末にポリシランを２０重量％混合し、０．
１ｔ／ｃｍ２で加圧成形した。

該成形品を窒化けい素粉末と酸化けい素をモル比で１：
１に混合した粉末中で、１ａｔｍのＮ２＋Ｈ２の混合ガ
ス雰囲気下で、１８００℃、２時間常圧焼結した。

得られた窒化けい素焼結体は単相であり、嵩比重０．８
３、熱伝導率０．０７Ｋｃａｌ／ｍ、ｈｒ、℃、曲げ強
度１２００℃で３２ｋｇ／ｍｍであった。

これは軽量断熱用構造材料として適しており、クローズ
ドの断面積層を示し、通気率０のものであった。

実施例 ３ 窒化けい素粉末にポリシランを０．５重量％混合し、２
０ｔ／ｃｍ２で加圧成形した。

この成形物を窒化けい素粉末中で、２００ａｔｍのＮ２
＋Ｈ２の混合ガスの雰囲気下で、１７５０℃、２時間常
圧焼結した。

得られた窒化けい素焼結体は単相のものであり、高比重
３．０９、１２００℃における曲げ強度は１３５ｋｇ／
ｍｍ２であった。

実施例 ４ 窒化けい素粉末にＳｉ原子を含むイミド化合物を１．０
重量％混合し、１０ｔ／ｃｍ２で加圧成形した。

この成形物を窒化けい素粉末中で５０ａｔｍのＮ２＋Ｈ
２の混合ガスの雰囲気下で、１７５０℃、２時間常圧焼
結した。

得られた窒化けい素焼結体は単相のものであり、嵩比重
３．００、１２００℃における曲げ強度は１２９ｋｇ／
ｍｍ２であった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒化けい素粉末と、ポリシランまたはＳｉ原子を含
   むイミド化合物もしくはその混合物とを主成分とする混
   合物を、加圧成形し、窒素、アンモニア、または両者の
   混合ガス若しくはＮ２＋Ｈ２の１〜２００気圧の雰囲気
   中で焼結することを特徴とする窒化けい素焼結体の製造
   法。 ２ 窒化けい素粉末に対するポリシランまたはＳｉ原子
   を含むイミド化合物もしくはその混合物の混合量が０．
   １〜５０重量％である特許請求の範囲第１項記載の窒化
   けい素焼結体の製造法。 ３ 前記加圧成形が０．１〜３０ｔ／ｃｍ２の加圧であ
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の窒化けい素
   焼結体の製造法。 ４ 焼結温度が１０００〜２０００℃である特許請求の
   範囲第１項、第２項または第３項記載の窒化けい素焼結
   体の製造法。 ５ 混合物の焼結時に、加圧成形した混合物の周囲に窒
   化けい素粉末または窒化けい素および酸化けい素の混合
   粉末を存在させる特許請求の範囲第１項、第２項、第３
   項または第４項記載の窒化けい素焼結体の製造法。