JPS59190274A - 窒化けい素質焼結体およびその製造法 - 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】 （イ）技術分野 この発明は高密度、高強度にすぐれた窒化けい素質焼結
体およびその製造法に関するものである。

（ロ）技術背景 従来から高温構造部材に使用するエンジニアリングセラ
ミックの１つとして、窒化けい一素質焼結体が注目され
ているが、窒化けい素（Ｓｊ−８Ｎ４）単独では焼結が
困難であるだめ、低融点化合物を焼結助剤に使用して焼
結することが行なわれている。

即ち焼結助剤としては、多くの場合酸化物が使用されて
おシ、現在までにアルミニウム（Ａｚ）、マグネシウム
（Ｍｇ）、イツトリウム（１）やランタン（Ｌａ　）、
セリウム（Ｃｅ）などのランタニド系希土類元素、ベリ
リウム（Ｂｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などの酸化物の
１種または２種以上を添加する方法が知られている。

まだ、このほかに上記した元素の窒化物、酸窒化物を焼
結助剤として用いる方法も提案されている。

しかしながら上記の何れの場合においても高い抗折強度
と高い硬度を同時に満たすことは困難であるばかシでな
く、緻密な焼結体を得るためにはホットプレスなど加圧
焼結する必要があるなどの問題点が指摘されているので
ある。

また酸化ジルコニウム（ｚｒｏ２）と酸化アルミニウム
（Ａｚ２０ｓ＋）を助剤として用いることは、諸般らに
よって検討され（窯業協会誌８２（１２）、１９７６）
、焼結性向上に効果のあることが認められているが、Ｚ
ｒＯ２の原料として単斜晶形の高純度Ｚｒ○２を使用し
ており、特性値は示されていないが、原料純度、得られ
た焼結体中のＺ　ｒ　Ｏ２の結晶形から判断してＺｒＯ
２の相変態による特性の劣化が予惣され、事実本発明者
らの実験によってその劣化が確認された。

（ハ）　発明の開示 本発明者らは、上記の点に鑑みて５ｉａＮ＋の焼結助剤
について種々検討した結果５ｉＢＮ４粉末の焼結におけ
る焼結助剤としてＺｒ０２とともにＡ３Ｙあるいはラン
クニド系希土類元素の酸化物または窒化物の１種または
２種以上およびＶａ族（Ｚｒを除＜）Ｖａ族、■ａ族元
素即ちＴｉ、Ｈｆ、　’Ｖ１Ｎｂ、　’ｃ’ａ、　Ｏｒ
、　ＭＯ，Ｗから選ばれた元素の炭化物または窒化物の
１種または２種以上を添加することによって高強度、高
硬度の窒化けい素焼給体が得られることを見出し、この
発明に至ったものである。

即ち、この発明は５ｉＢＮ４を主成分とし、これに焼結
助剤としてＺｒ０２を生成焼結体中に１〜２５体積％含
有する量とＶａ族（ｚｒを除く）、Ｖａ族、Ｖａ族元素
の炭化物または窒化物の１種または２種以上をこれらの
元素としての焼結体中の含有量が１〜１５重景％重量る
量およびＡ／、Ｙ、Ｍｇあるいはランクニド系希土類元
素の酸化物または窒化物の１種または２種以上をそれら
の元素としての焼結体中の含有量が０．５〜１０重量％
となる景含有してなる窒化けい素焼給体およびその製造
法を提供するものである。

この発明は５ｊ−ｓＮ４粉末の焼結における焼結助剤と
してＺｒＯ２とＡＩ、Ｙ、Ｍｇあるいはランタニド系希
土類元素の酸化物または窒化物に加エテへＬａ族（Ｚｒ
を除く）、Ｖａ族、■ａ族元素の炭化物あるいは窒化物
を使用することによって焼結性を向上するとともに、こ
のＶａ族、ｙａ族、Ｖａ族の元素の炭化物、窒化物が高
い硬度をもち、高温で安定な特性を発揮するために、す
ぐれた特性の焼結体が得られるのである。

この発明において、ＺｒＯ２の生成焼結体中に占める量
は、１体積％以下では該Ｚｒ０２の焼結助剤としての添
加効果が小さく、また２５体積％以上では焼結体の強度
、硬度が急激に低下してしまうことから望捷しくなく、
従って１〜２５体積％の範囲内が適当である。

またＡｚ、Ｙ、Ｍｇあるいはランクニド系希土類元素の
酸化物あるいは窒化物の使用量は、生成焼結体中におけ
るとれら元素の量として規定され、この量が０．５重量
％以下では効果が少なく、１０重量％以上では焼結体の
高温強度が低下して望ましくなく、従って０．５〜１０
重量％の範囲が適当である。

まだＶａ族（Ｚｒを除く）、Ｖａ族、■ａ族元素は、炭
化物、窒化物またはこれらの固溶物、混合物のいずれの
形態で使用してもよく、その何れの場合でも効果は同様
である。その添加量としては、それらの元素の生成焼結
体中における量として規定され、その量が１重量％以下
では効果が小さく、また１５重量％以上になると焼結が
困難であシ、また却って焼結体特性が劣化するために１
〜１５重量％の範囲が適当である。

次にＺｒＯ２と■ａ族（Ｚｒを除く）、■ａ族、■ａ族
元素の炭化物または窒化物の１柾または２種以上、さら
にＡ　／　、　Ｙ、　Ｍ　ｇあるいはランタニド系希土
類元素の酸化物または窒化物の１種または２種以上およ
び残部５ｉａＮ４よりなる混合粉末を用いて焼結体を得
る場合の製造法についてのべると、」二記粉末を十分に
混合し、型押し後、窒素雰囲気中で焼結あるいは加圧焼
結を行う。

ホットプレスの場合５０”ｙ／、ｉ以上の圧力下で行う
ことが好ましく、焼結温度としては１６００〜１９００
℃緻密化が得られるが、好ましいのは１７００〜１８０
０℃である。

また窒素ガス雰囲気は窒化けい素の分解を抑えるために
最少限の圧力以上であればよく、例えば１７００℃の場
合で１気圧、１８００℃の場合で１０気圧程度が好まし
い。

まだ窒化けい素の分解が問題にならない温度域では脱ガ
ヌのために真空下で昇温してもよい。

以下、この発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１゜ 第１表に示しだ焼結体組成となるように、ａ、−８ｉＢ
Ｎ４粉末、Ａｒ２０＋＋粉末、単斜晶ＺｒＯ２粉末、Ｔ
ｉＣ粉末を配合し、湿式混合を行って乾燥したのち、１
ｔ／、！ｌ！の圧力で静圧成形を行った。

この成形体を６＝Ｘ６−Ｘ４０−の大きさに切出し、こ
れらを１７５０°（１，Ｘ２気圧の窒素ガス中で２時間
焼結した。

得られた焼結体の密度、減量率、硬度、抗折力などを測
定したところ、第１表の結果を得た。

なお本実施例において、焼結体生成のための配合量の１
例を第１表の番号１のものについて示すと、Ａｚ２ＯＢ
粉末３．８重量％、単斜晶ＺｒＯ２粉末５．５重量％、
ＴｉＣ粉末６．３重量％、残部α−３ｉＢＮ４　　粉末
であり、これによって第１表に示す組成の焼結体を得た
ものである。上記第１表中米印の番号の７〜１０はこの
発明の請求範囲外の組成であり、１１は比較例である。

実施例２゜ 実施例１における第１表に示した組成のうち、＆４の組
成の混合粉末を１７５０℃×１時間、２００Ｍｙ／ａｒ
ｔの圧力でホットプレスを行って焼結体を得た。なお窒
素雰囲気は１気圧とした。

得られた焼結体は密度９８％、硬度９４．５　ＨＲＡ、
。

抗折力９０し／−で、従来の窒化けい素焼給体に比べて
極めて高い硬度を示しだ。

実施例３゜ 実施例１の第１表中の煮４の組成のうちＴｉＣの代シに
ＷＣ、Ｈｆｃ　、　ＴａＣ、ＴｉＮ　、　ＴａＮを用い
、１気圧の窒素雰囲気中１７５０″Ｇで１時間２００Ｋ
ｙ／、ｉの圧力でホットプレス焼結を行った。

得られた焼結体の密度、減量率、硬度、抗折力を測定し
たところ第２表の結果が得られた、なお番号７は比較例
である。

第　　　２　　　表 なお、上記実施例においてはＺｒＯ２は１例として単斜
晶のものを用いたが、Ｚｒ０ｚの結晶形態としては、こ
のほか立方晶、正方晶のものであっても同一の結果が得
られることは明らかである。

特許用ｉｌｔ人　　住友電気工業株式会社代　理　人　
　弁理士　和　１）　昭

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化けい素粉末を主成分とし、これに酸化ジルコ
   ニウムを生成焼結体中に１〜２５体積％と、ジルコニウ
   ムを除＜ｆＶａ＆するいはＶａ族、Ｖｌａ族の元素の１
   種または２種以上を１〜１５重景％とアルミニウム、イ
   ツトリウム、マグネシウムあるいはランタニド系希土類
   元素の１種または２種以上０．５〜１０重景％を生成焼
   結体中に含有せしめたことを特徴とする窒化けい素質焼
   結体。
2. （２）　　ジルコニウムを除＜　ｌＶａ族あるいｕＶａ
   、族、Ｖｌａ族元素の炭化物まだは窒化物粉末の１種ま
   だは２種以上を使用元素量換算で１〜１５重量％となる
   量と、アルミニウム、イツトリウム、マグネシウムある
   いはランタニド系希土類元素の酸化物あるいは窒化物粉
   末の１種まだは２種以上をその元素量換算で０．５〜１
   ０重量％となる量、さらに生成焼結体中における含有量
   が１〜２５体積％となるべき量の酸化シフレコニウム粉
   末、および残部が窒化けい素粉末よシなる混合粉末を型
   押ししたのち、減圧または加圧窒素雰囲気中で１６００
   〜１９００℃にて焼結することを特徴とする窒化けい素
   質焼結体の製造法。