JPS5934677B2 - 窒化珪素反応焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素反応焼結体の製造方法Info
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- JPS5934677B2 JPS5934677B2 JP57139149A JP13914982A JPS5934677B2 JP S5934677 B2 JPS5934677 B2 JP S5934677B2 JP 57139149 A JP57139149 A JP 57139149A JP 13914982 A JP13914982 A JP 13914982A JP S5934677 B2 JPS5934677 B2 JP S5934677B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は機械的強度が高く、耐酸化特性の優れた高緻密
性の窒化珪素反応焼結体の製造方法に関するものである
。
性の窒化珪素反応焼結体の製造方法に関するものである
。
窒化珪素（化学式：５ｉ３Ｎ４） 焼結体は機械的強度
、耐熱性、耐腐蝕性などの緒特性に優れているため、例
えばガスタービン部品のような高温構造材料としての用
途がある。
、耐熱性、耐腐蝕性などの緒特性に優れているため、例
えばガスタービン部品のような高温構造材料としての用
途がある。
従来この窒化珪素焼結体を反応焼結法により製造する場
合に、金属珪素粉末表面の微量の酸化層が窒化反応を阻
害する為に鉄族の金属を窒化促進剤として添加し、窒化
反応を円滑に行なわせてきた。
合に、金属珪素粉末表面の微量の酸化層が窒化反応を阻
害する為に鉄族の金属を窒化促進剤として添加し、窒化
反応を円滑に行なわせてきた。
鉄は金属珪素粉末表面の酸化層を除去するのに有効で、
また１２００’Ｃ以上では金属珪素と反応してＦｅＳｉ
２の液相を生成し窒化を促進するという窒化促進剤とし
て有効な働きをするが、一方このＦｅＳｉ２の液相の働
とにより生成する窒化珪素はβ相が主体で、最終的に製
造される反応焼結体はα相の含有量が例えば５０重量係
程度の少ないものとなってしまう。
また１２００’Ｃ以上では金属珪素と反応してＦｅＳｉ
２の液相を生成し窒化を促進するという窒化促進剤とし
て有効な働きをするが、一方このＦｅＳｉ２の液相の働
とにより生成する窒化珪素はβ相が主体で、最終的に製
造される反応焼結体はα相の含有量が例えば５０重量係
程度の少ないものとなってしまう。
窒化珪素焼結体の強度はα相の含有量が多いほど高くな
るということが知られており、この点で鉄を窒化促進剤
として添加するのは好ましくなかった。
るということが知られており、この点で鉄を窒化促進剤
として添加するのは好ましくなかった。
上記従来の問題点を解決するため、本発明者らは鋭意検
討の結果、金属珪素に鉄の代りに酸化クロムを添加して
得た反応焼結体は今まで実現困難であった、残留珪素が
少なくて均質でかつα−８ｉ３Ｎ４含有量率が高い組成
・構造を有することを見出し本発明を完成した。
討の結果、金属珪素に鉄の代りに酸化クロムを添加して
得た反応焼結体は今まで実現困難であった、残留珪素が
少なくて均質でかつα−８ｉ３Ｎ４含有量率が高い組成
・構造を有することを見出し本発明を完成した。
即ち本発明の要旨とするところは、最大粒径ｍμｍ以下
の金属珪素１００重量部に対し粉末酸化クロム０．５〜
２重量部配合した混合粉末を成形体とした後、予備焼結
なしに該成形体を窒素カス中もしくは窒素カスを含む非
酸化性雰囲気中にて１３５０〜１４５０℃で反応焼結を
行うことを特徴とするα相含有量の多い窒化珪素反応焼
結体の製造方法にある。
の金属珪素１００重量部に対し粉末酸化クロム０．５〜
２重量部配合した混合粉末を成形体とした後、予備焼結
なしに該成形体を窒素カス中もしくは窒素カスを含む非
酸化性雰囲気中にて１３５０〜１４５０℃で反応焼結を
行うことを特徴とするα相含有量の多い窒化珪素反応焼
結体の製造方法にある。
以下、本発明を更に詳細に説明するに、原料として使用
される金属珪素に対する酸化クロムの添加量は、金属珪
素１００重量部に対して酸化クロム０．５〜２重量部す
なわち反応焼結後に窒化珪素中に酸化クロム０．３〜１
，２重量幅含有されていることが必要である。
される金属珪素に対する酸化クロムの添加量は、金属珪
素１００重量部に対して酸化クロム０．５〜２重量部す
なわち反応焼結後に窒化珪素中に酸化クロム０．３〜１
，２重量幅含有されていることが必要である。
酸化クロムの添加量が金属珪素１００重量部に対して０
．５重量部すなわち反応焼結後に含有率０．３重量幅よ
りも少ないと窒化促進の効果が少なく、金属珪素１００
重量部に対しして２重量部すなわち反応焼結後に含有率
１．２重量条よりも多いと窒化促進の効果はあるが、反
応焼結体の強度低下をもたらすので好ましくない。
．５重量部すなわち反応焼結後に含有率０．３重量幅よ
りも少ないと窒化促進の効果が少なく、金属珪素１００
重量部に対しして２重量部すなわち反応焼結後に含有率
１．２重量条よりも多いと窒化促進の効果はあるが、反
応焼結体の強度低下をもたらすので好ましくない。
又、金属珪素粉末は最大粒径２０μｍ 以下である事が
必要である。
必要である。
その理由は最大粒径が２０μｍよりも大きくなると酸化
クロムを添加しても未反応の金属珪素が残留するからで
ある。
クロムを添加しても未反応の金属珪素が残留するからで
ある。
一方、酸化クロムは最大粒径が２０μｍ以下である事が
好ましく、粒径が２０μｍを越えると均一に分散せず、
酸化クロムを添加する効果が減少する。
好ましく、粒径が２０μｍを越えると均一に分散せず、
酸化クロムを添加する効果が減少する。
上記の原料を用いた本発明の窒化珪素反応焼結体の製造
方法はまず金属珪素１００重量部に対して酸化クロム０
．５〜２重量部の割合で、例えばボールミル等により混
合粉砕し、混合物を所望の形状に成形する。
方法はまず金属珪素１００重量部に対して酸化クロム０
．５〜２重量部の割合で、例えばボールミル等により混
合粉砕し、混合物を所望の形状に成形する。
次に予備焼結なしに直接反応焼結を行なうが、この際窒
素カスまたは窒素とアンモニア、不活性カス、水素等の
混合カスの非酸化性雰囲気にて温度１３５０〜１４５０
’Ｃで反応焼結させることが必要である。
素カスまたは窒素とアンモニア、不活性カス、水素等の
混合カスの非酸化性雰囲気にて温度１３５０〜１４５０
’Ｃで反応焼結させることが必要である。
これは温度が１３５０°Ｃよりも低いと未反応の金属珪
素が残留し、１４５０℃よりも高いと反応して生成する
窒化珪素のβ相の割合が多くなる傾向にあるからである
。
素が残留し、１４５０℃よりも高いと反応して生成する
窒化珪素のβ相の割合が多くなる傾向にあるからである
。
以上のように、金属珪素に窒化促進剤を特定の割合で添
加し、窒素カスと焼成反応させたものは残留珪素少なく
、均質でかつα成分の含有率が高い新規な窒化珪素焼結
体であることがわかった。
加し、窒素カスと焼成反応させたものは残留珪素少なく
、均質でかつα成分の含有率が高い新規な窒化珪素焼結
体であることがわかった。
酸化クロムによる上記のような効果のメカニズムはまだ
充分に解明さねていないが、本発明者等は以下のように
推測している。
充分に解明さねていないが、本発明者等は以下のように
推測している。
酸化クロムは金属珪素粉末表面のカラス状ＳｉＯ２を結
晶化させる事により、このＳｉＯ２層に亀裂を生じさせ
金属珪素とＳｉＯ２の反応生成物であるＳｉＯカスを外
部に逃がす。
晶化させる事により、このＳｉＯ２層に亀裂を生じさせ
金属珪素とＳｉＯ２の反応生成物であるＳｉＯカスを外
部に逃がす。
一度この反応が起こると亀裂はさらに広がり、最終的に
５ｉ０２が完全に消失するまでこの反応は続く。
５ｉ０２が完全に消失するまでこの反応は続く。
この結果金属珪素表面は非常にクリーンな状態となり、
窒化反応が起こり易くなる。
窒化反応が起こり易くなる。
また酸化クロムは金属珪素と反町して液相を生成し難い
ので、鉄を添加した場合と比較してβ−８１３Ｎ４の生
成が抑えられるのである。
ので、鉄を添加した場合と比較してβ−８１３Ｎ４の生
成が抑えられるのである。
以上詳述したごとく、本発明の製造方法により生成され
た窒化珪素反応焼結体はこのような組成よりなることに
より高緻密性で機械的強度が高く、耐酸化特性を備え、
耐熱性耐酸化性の要求されるカスタービン部品、ディー
ゼルエンジン用部品として好適なものである。
た窒化珪素反応焼結体はこのような組成よりなることに
より高緻密性で機械的強度が高く、耐酸化特性を備え、
耐熱性耐酸化性の要求されるカスタービン部品、ディー
ゼルエンジン用部品として好適なものである。
次に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発
明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定される
ことはない。
明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定される
ことはない。
第１実施例
最大粒径１５μｍ、平均粒径３．５μｍの金属珪素粉末
と最大粒径１８μｍ、平均粒径６μｍの酸化クロム粉末
を第１表に示す様な割合で混合した後静水圧プレスによ
り成形圧５０００ Ｋ４／ｃｍで成形した。
と最大粒径１８μｍ、平均粒径６μｍの酸化クロム粉末
を第１表に示す様な割合で混合した後静水圧プレスによ
り成形圧５０００ Ｋ４／ｃｍで成形した。
次にこの成形体を窒素気流雰囲気中において最高温度１
３５０℃、１４００℃、１４５０°Ｃで各々８時間保持
して反応焼結を行なった。
３５０℃、１４００℃、１４５０°Ｃで各々８時間保持
して反応焼結を行なった。
比較のために１２５０°Ｃ１１３００°Ｃでも反応焼結
を行なった。
を行なった。
この反応焼結体の特性を第１図及び第２図に示した。
第１図は反応焼結温度と窒化率の関係を示したもので、
窒化率は下式により算出した。
窒化率は下式により算出した。
第２図は反応焼結温度とα率の関係を示したもので、α
率は下式により算出した。
率は下式により算出した。
但しＩαはα−８ｉ ３Ｎ４のＸ線回折ピークのうち（
１０２）と（２１０）の平均ピーク強度で、Ｉβはβ−
８ｉ ３Ｎ４のＸ線回折ピークのうち（１０１）と（２
１０）の平均ピーク強度である。
１０２）と（２１０）の平均ピーク強度で、Ｉβはβ−
８ｉ ３Ｎ４のＸ線回折ピークのうち（１０１）と（２
１０）の平均ピーク強度である。
第１図から明らかなように、金属珪素１００重量部に対
し酸化クロム０．５，１．２重量部添加した試料は、酸
化クロムを添加しない試料と比較して１３００℃及び１
３５０°Ｃの温度での窒化反応が大幅に促進された。
し酸化クロム０．５，１．２重量部添加した試料は、酸
化クロムを添加しない試料と比較して１３００℃及び１
３５０°Ｃの温度での窒化反応が大幅に促進された。
通常、反応焼結工程においては試料が一部揮発するので
計算上の窒化率が１００％となる事はなく、９５％程度
が上限となっている。
計算上の窒化率が１００％となる事はなく、９５％程度
が上限となっている。
従って酸化クロムを添加した試料は１３５０°Ｃの温度
でほぼ完全に窒化している事がわかる。
でほぼ完全に窒化している事がわかる。
また酸化クロムを添加しない試料の窒化率が９０係を越
えるのは１４００ ″Ｃ以上であるので、酸化クロムを
添υ口する事により反応焼結度を５０°Ｃ下げる事がで
きた。
えるのは１４００ ″Ｃ以上であるので、酸化クロムを
添υ口する事により反応焼結度を５０°Ｃ下げる事がで
きた。
また第２図において、１３５０℃の温度でのα率は酸化
クロムを添加しない試料の方が高いが、これは窒化がま
だ不十分な為で、はぼ窒化が完了している温度、すなわ
ち１４００°Ｃ１１４５０’Ｃの温度では酸化クロムを
添す口した試料の方がα率が高い事がわかる。
クロムを添加しない試料の方が高いが、これは窒化がま
だ不十分な為で、はぼ窒化が完了している温度、すなわ
ち１４００°Ｃ１１４５０’Ｃの温度では酸化クロムを
添す口した試料の方がα率が高い事がわかる。
しかも図から明らかな如く資料１のα率は５２係であり
、資料２．３．４は５２係以上であり、はぼ６０％近く
の高いα率である。
、資料２．３．４は５２係以上であり、はぼ６０％近く
の高いα率である。
第１図は反応焼結温度〔°Ｃ〕と窒化率〔係〕の関係を
示すグラフ、第２図は反応′焼結温度〔°Ｃ〕とα率〔
係〕との関係を示すグラフを表す。
示すグラフ、第２図は反応′焼結温度〔°Ｃ〕とα率〔
係〕との関係を示すグラフを表す。
Claims (1)
- １ 最大粒径２０μｍ以下の金属珪素１００重量部に対
し粉末酸化クロムを０．５〜２重量部配合した混合粉末
を成型体とした後予備焼結なしに、該成形体を窒素ガス
中もしくは窒素ガスを含む非酸化性雰囲気中にて１３５
０〜１４５０°Ｃで反応焼結を行うことを特徴とするα
相含有量の多い窒化珪素反応・焼結体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57139149A JPS5934677B2 (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 窒化珪素反応焼結体の製造方法 |
| US06/521,283 US4521358A (en) | 1982-08-12 | 1983-08-08 | Process for the production of silicon nitride sintered bodies |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57139149A JPS5934677B2 (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 窒化珪素反応焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5930767A JPS5930767A (ja) | 1984-02-18 |
| JPS5934677B2 true JPS5934677B2 (ja) | 1984-08-23 |
Family
ID=15238702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57139149A Expired JPS5934677B2 (ja) | 1982-08-12 | 1982-08-12 | 窒化珪素反応焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5934677B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024195609A1 (ja) * | 2023-03-22 | 2024-09-26 | デンカ株式会社 | 窒化ケイ素粉末及びその製造方法、並びに、窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
-
1982
- 1982-08-12 JP JP57139149A patent/JPS5934677B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5930767A (ja) | 1984-02-18 |
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