JPS596836B2

JPS596836B2 - セラミツク粉末材料の製造方法

Info

Publication number: JPS596836B2
Application number: JP52113235A
Authority: JP
Inventors: 通泰小松; 勝利西田; 正宮野
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1984-02-14
Also published as: JPS5447709A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高強度のセラミック粉末材料を製造する方法に
関する。

たとえば窒化珪素質焼結体は高温強度に優れた焼結体と
して注目されているが、それに用いる原料セラミック粉
末についての解明は十分になされていない。

本発明者らはこの点について、特願昭５２−１９４９号
に開示し、焼結体中のガラス質部分の減少のために、脱
酸されたセラミック粉末材料を用いることが好結果を生
むことを明らかにした。

本発明は上記のセラミック粉末脱酸をより効果的、能率
的に行なう方法を開示するものである。

即ち、本発明の目的の１つは、焼結体中のガラス質の減
少を可能にするセラミック粉末材科の製造方法を得るこ
とにある。

本発明の他の目的の１つは、焼結体の高温強度をより向
上させつるセラミック粉末材料の製造方法を得るにある
。

本発明のさらに他の目的の１つは、脱酸されたセラミッ
ク粉末材料を能率的に製造する方法を得ることである。

本発明のそのほかの目的は以下の記述から理解されるで
あろう。

本発明の製造方法は、セラミック粉末原料を脱酸するた
め、セラミック生成形体又は（および）気孔率１０％以
上のセラミック成形体を、処理対象のセラミック粉末と
ともに加熱することにある。

たとえば、窒化珪素粉末原科とともに窒化アルミニウム
、窒化ほう素、窒化チタン、窒化珪素、酸化アルミニウ
ムなどの生成形体又は（および）気孔率１０％以上の焼
結体を混在させて加熱処理することにより、窒化珪素粉
末原料の脱酸が効果的に行なわれる。

上記生成形体や焼結体としては窒化アルミニウムが最も
効果的である。

上記生成形体や焼結体を用いると加熱処理中にセラミッ
ク粉末より放出された酸素を含む気体状物質がこれら生
成形体や焼結体中に吸収固定さ札あるいは生成形体や焼
結体を経由して系外へ排出？れることによりセラミック
粉末系内の酸素含有気体の分圧を下げセラミックから酸
素含有気体の放出を助けるとの理由で脱酸作用が効果的
になされると考えられる。

即ち、たとえば窒化珪素粉末を窒化アルミニウム成形体
とともに加熱処理を施すと、窒化珪素粉末中のＳｉＯが
ＡｌＮと反応してＡＡＳｉ一〇−Ｎ系の化合物を形成し
その結果Ｓｉ０２がＡｌＮに吸収固定される。

また、窒化珪素粉末を窒化珪素焼結体とともに加熱処理
するとＳｉ０２は粉末と焼結体との間のわずかの空間を
伝わって系外へ飛散する。

生成形体を用いた場合は生成形体を構成している粉末粒
子の活性が高く、そのためにセラミック粉末から発生し
た酸素含有気体の吸収固定の作用が大きい点で有利であ
る。

気孔率ＩＯ％以上の焼結体を用いた場合は焼結体を構成
している粒子の活性がある程度低下しているため一緒に
加熱処理しているセラミック粉末との接触面での反応を
最少限におさえながら、セラミック粉末から放出される
酸素含有気体の吸収を行う点で有利である。

焼結体の気孔率を１０％以上とするのはこれ未満では焼
結体粒子の気孔が少なくなりセラミックより放出された
酸素含有気体の焼結体内への侵入が困難になり効果が減
少するからである。

同様の理由で生成形体の気孔率は１０％以上がよい。

加熱処理される窒化珪素原料には通常含まれるたとえば
鉄、カルシウムなどの不純物あるいは焼結促進のために
添加されるたとえば酸化マグネシウム、酸化イットリウ
ム、酸化アルミニウムなどが混合されているであろう。

加熱処理はたとえば窒化アルミニウム、窒化ほう素、炭
化けい素などの処理対象粉末と非反応性の容器中で行な
うとよい。

実験によれば窒化アルミニウムを用いるのが最も好まし
い。

加熱処理雰囲気は、非酸化性雰囲気であればよく、たと
えば不活性ガス雰囲気、窒素雰囲気などが使用できる。

加熱温度は１３００〜１９００℃であり、好ましくは１
４００〜１８５０℃、さらに好ましくは１５００〜１８
００℃である。

本発明製造方法によってたとえば次のようなセラミック
粉末材料を得ることができる。

■ 放射化分析値で不可避不純物に対応する酸素量が２
．０重量％以下である窒化珪素を主体とするセラミック
粉末材料。

■ アルミニウムが０．０５〜２．５重量％、イットリ
ウムが０．４〜８．０重量％の範囲にあり、放射化分析
値で全酸素量重量％（Ｗｏ）がアルミニウム量重量％（
ＷＡｌ）とイットリウム量重量％（ｗｙ）との下記の関
係式で示される範囲にある窒化珪素を主体とするセラミ
ック粉末材料。

■ 粉末中のイットリウムの一部又は全部が窒化珪素と
酸化イットリウムとの化合物として存在する上記■のセ
ラミック粉末材料。

アルミナとイットリアを添加物として含む窒化珪素粉末
において良好なセラミック粉末材料となすためには、ア
ルミナを０．１〜５重量％とイットリアを０．５〜１０
重量％とを添加した窒化珪素粉末を１４００〜１９００
℃に加熱処理すればよい。

この加熱温度は好ましくは１４５０〜１８５０℃であり
、さらに好ましくは１５００〜１８００℃である。

アルミナやイットリアを添加した窒化珪素原料を用いる
場合、加熱処理して得られるセラミック粉末材料粉末は
イットリウムの一部又は全部が窒化珪素と酸化イットリ
ウムとの化合物として存在するとより好ましい。

この化合物の存在はＸ線回析によって確認できる。

この化合物を生成させるには、加熱処理温度を１６００
℃以上にするとよい。

実施例１０は放射化分析で、Ｎはガス分析で、他は通常の湿式分
析で調査した結果Ｓｉ５８．６重量％、Ｎ３６．１重量
％、０４．３重量％、ＦｅＯ．２５重量％、ＣａＯ．２
１重量％である窒化珪素粉末を１７００℃で３０分間窒
化アルミニウム容器中で窒化アルミニウム生成形体を混
在させて加熱したところＳｉ５９．２重量％、Ｎ３６．
９重量％、０１．８重量％、Ｆｅ０．２８重量％、Ｃａ
０．２５重量％の粉末が得られた。

窒化アルミニウム生成形体を混在しないで上記と同様の
分析値を得るには加熱時間を１時間要した。

加熱処理を施さない粉末と加熱処理を施して酸素量を減
少した粉末とに対し、それぞれアルミナ２重量％及ひイ
ットリア５％重量％を添加し成形後１８００℃にて２時
間５００ｋｇ／ｃｒＡの加圧を施しつつ焼結した。

この結果加熱処理を施さない窒化珪素粉末を使用したも
のの１２００℃における抗析強度は５３ｋｇ／ｍＡであ
った。

一方加熱処理を施して酸素量を減少した窒化珪素を用い
たものの１２００℃における抗析強度は７５ｋｇ／ｍａ
であった。

抗析試験に供した試料サイズは３Ｘ３Ｘ３５（Ｔ
ｔ７Ｉｔ）であり、試，験条件はクロスヘットスピード
０．５龍／秒、スパン２０ｍ／ｍである。

この結果から生成形体を使用した場合の方がより効果的
に脱酸されていることが分る。

気孔率ＩＯ％以上の焼結体を用いても同様であった。

実施例２アルミナ２５重量％、イットリア４．８重量％を混合し
た窒化珪素原料粉末を用意し、１７５０℃にて２時間窒
化アルミニウム容器中で加熱処理した。

得られた粉末を実施例１と同様に分析したところＳｉ５
５．７重量％、Ａｌｌ．３重量％、Ｙ３．８重量％、Ｆ
ｅＯ．３１重量％、ＣａＯ．２６重量％、Ｎ３２．６重
量％、０２．６重量％であった。

また、Ｘ線回析したところ窒化珪素とイツｌ− ＩＪア
のモル比１：１の化合物（Ｓ１３Ｎ４・Ｙ２０
３）が生成されており、粉末全体のイットリウム量のう
ち９０％がこの酸窒化物化合物として存在していること
が分った。

この粉末材科と同様の粉末材料を得るため窒化アルミニ
ウムの生成形体を混在させて加熱処理した場合は、７０
分間で同様のものが得られた。

気孔率ｌＯ％以上の焼結体を用いた場合も同様であった
。

この粉末を成形後１８００℃にて２時間、５００ｋ９
／ｃｒＡの加圧を施しつつ焼結した。

得られた焼結体を実施例１と同様の条件で抗折試験を施
したところ１２００℃で９２ｋｇ／Ｗｌ７ｊの強度が得
られた。

実施例３アドバンス・マテリアル・エンジニアリング社（英国）
製の窒化珪素粉末（グレードＣＰ−８５）を用意した。

この粉末はα型窒化珪素を８７％含み、粒度は１．８μ
であった。

この出発原料は、Ｓｉ５７．８重量％、Ｎ３５．５重量
％、ＡｌＯ．２３重量％、ＦｅＯ．３５重量％、ＣａＯ
．１．１重量％、０３．５］重量％であった。

この原料にイツｌ− ＩＪアを５重量％加えアルミナポ
ットでアルミナボールを用いて粉砕混合した。

得られた粉末は粒度１．１μでＳｉ５６．５重量％、Ｎ
３４．７重量％、Ａ．ｌ。

３１重量％、Ｆｅ０．３２重量％、ＣａＯ．］．Ｏ重量
％、Ｙ３．６９重量％、０５．３１重量％であった。

この粉末を窒化アルミニウム容器中で気孔率が８％、１
０％、３０％、５０％、７０％の窒化アルミニウムの生
成形体及び焼結体とともに１６５０℃で２時間加熱処理
した。

得られた粉末の酸素量及びこの粉末を焼結（１８００℃
、４００ｋｇ／ｃｙｎ．，２時間）して得た焼
結体の抗折強度を次表に示す。

窒化アルミニウムの気孔率が７０％を越えると取扱いが
難かしくなる。

気孔率が１０％より少ないと効果が少ない。

３０分の加熱では気孔率８％の窒化アルミニウムを用い
たものでは酸素量４．４％に対し、気孔率ｌＯ％のもの
では４．０％であった。

処理粉体とともに混在させる生成形体又は焼結体は、窒
化アルミニウムとともに、窒化ほう素、窒化チタン、窒
化珪素、酸化アルミニウムを用いてもよい。

なお、処理粉末とともに混在させる生成形体又は焼結体
は単味のものに限られない。

たとえばイットリア、アルミナ、シリカなどを添加した
ものも使用できる。

しかしこれら添加物量は２０％以下とする方法が好まし
い。

これはこれ以上の添加物を加えるとセラミック粉末が加
熱処理中に焼結収縮を生じ酸素を含む気体の拡散を防害
し、脱酸効果が減少するとＧ）う理由による。

Claims

【特許請求の範囲】１窒化珪素を主体とするセラミック粉末を窒化アルミ
ニウムを主体とするセラミック生成形体又は（および）
気孔率１０％以上のセラミック焼結体とともに加熱処理
することを特徴とするセラミック粉末材料の製造方法。２窒化珪素を主体とするセラミック粉末はアルミナを
０．１〜５重量％とイットリアを０．５〜１０重量％含
む特許精求の範囲第１項に記載のセラミック粉末材料の
製造方法。３加熱処理は、１４００〜１９００℃で行なう特許請
求の範囲第１項または第２項に記載のセラミック粉末材
科の製造方法。