JPS6018623B2 - 窒化珪素焼結体の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐酸化性に優れた窒化珪素凝結体の製法に関
する。

従来から、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）は、熱膨張係数が小
さく、熱衝撃性に優れ、熱分解温度（１９０ぴ０）が高
い等の性質を有するので、その凝結体は高温用熱交換器
機減部品、耐火材料等に好適な材料として注目されてい
るが、Ｓｉ３Ｎ４暁縞体は温度１０００℃以上の酸化雰
囲気に曝されると、強度が１／３〜１／釘屋度まで急激
に低下するので、その特徴を十分発揮することが困難で
ある。

本発明者は、これらの欠点を解決することを目的として
種々検討した結果、Ｓｉ３Ｎ４暁結体中に少量の無機チ
タン化合物を含有させれば、高温における耐酸化性に優
れた窒化珪素暁給体を得ることができることを見し、出
し、本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は、無機チタン化合物を金属チタンと
して０．１〜２．０重量％を金属珪素に含有させてなる
粉末混合物に有機糊剤を加えて成形し、窒素含有ガス雰
囲気下、温度１１００〜１５００で加熱することを特徴
とする窒化珪素焼結体の製法である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明は、酸化性雰囲気において、高温下でも酸イｂ増
量が少なく、強度劣化がきわめて少し、窒化珪素煉給体
の製法であって、その特徴は、無機チタン化合物を原料
金属珪素粉末に特定量含有させて成型焼結することにあ
る。

本発明でいう無機チタン化合物とは、金属チタンを除く
無機チタン化合物を意味し、具体例をあげれば、酸化チ
タン、塩化チタン、窒化チタン、炭化チタン、棚化チタ
ンなどである。

これらの中、酸化チタンが好ましいが、高温安定なルチ
ル型酸化チタンが特に好ましい。無機チタン化合物は、
凝結体中に金属チタンとして０．１〜２．の重量％含有
するように、金属珪素粉末に添加混合することが必要で
あり、０．１重量％未満では、耐酸化性の改善効果はな
く、また、２．の重量％をこえると高温での強度が低下
する。

次に無機チタン化合物の添加方法は、液状、コロイド状
、ゲル状、粉末状等どのような形態でもよいが、その粒
度は平均粒径１一以下とすることが望ましい。金属珪素
はそのシリコン純度は鎌％以上の市販のものが使用出釆
るが、その粉末度は、１５山以下、好ましくは５〆以下
が好適である。これより粗いと窒化反応が進行しないの
で１５山以下とすることが必要である。以上説明したよ
うな原料を混合し、有機糊剤をそのま）又は水溶液の状
態で添加濠糠し、所要の形状に成型する。

原料混合手段としては、一般に使用される混合機、混練
機等を用いることが出来る。

成型に当っては成型物の形状用途等によって変るが、前
記混合物を、直ちに成形することも可能であり、繊密な
成型体にする場合は、これを乾燥、粉砕等を行ってその
粒径を２９７ミクロン程度の粉末状として使用してもよ
い。

成型に当って使用する有機糊剤は、等に制限はないが、
ポリビニルアルコール、力ルボキシメチルセルローズ、
メチルセルローズ、ポリエチレングリコール等を例示す
ることが出来る。

その添加量は、金属珪素に対し、０．５〜５重量％程度
あれば十分であるが、水溶液として使用する場合は、余
り高粘度とする均一性に問題がでるので、１〜５％の水
溶液として２５〜３５％程度添加すればよい。

このように調整された粉末混合物を成型するが成型方法
としては加圧成型法、射出成型法、圧空成形法、銭込成
形法等いずれの方法によっても可能である。

加圧成形法による場合は、前記のような混練用有機糊剤
を使用するだけで成型すればよい。

射出及び圧空成形法による場は、熱硬化性樹脂又は熱可
塑性樹脂等の可塑性を有する有機糊剤を適量前記の原料
に添加して成型することが好ましい。また、銭込成形法
による場合も、これらの混合物を水に分散させ、スラリ
−状として石膏型に鋳込み成形することが出来る。

本発明における有機糊剤は焼結手段によって分解し、強
固な焼結体を形成させるのに役立つが、焼結に当って予
め有機糊剤を熱分解させた後温度を上げて反応させ焼結
してもよい。

こ）で、成型体を窒化反応させ暁結することを反応暁給
というが、この反応嬢絹は窒素含有ガス雰囲気すなわち
窒素ガス、アンモニアガス等の雰囲気下、温度１１００
〜１５０ぴ○で加熱して行われる。

一般的に反応暁結の際に、発熱が大きく、急速に温度が
上昇するために、金属珪素の融点を超えると反応が進行
し‘こくくなり、金属珪素が球状に溶出したり、成形体
内部に凝集したりして、競絹体の強度、耐酸化性が低下
する。また、未反応の金属珪素が焼給体内に存在すると
、耐酸化性が低下するので金属珪素の窒化反応を十分に
完結させる必要がある。このことから反応糠結において
はこれらの現象を十分に抑制しながら行うことが必要で
ある。これらの現象を防止するには低温度で反応焼結を
させることも考えられるが、反応完結まで長時間を要し
、適当な方法とは云えない。本発明法においては、反応
焼結が急速に進行する１１００つ○以上で反応温度を制
禦し、反応速度を調整しながら、最終的に金属珪素の融
点１４１０００を超える温度にまで昇温させて反応暁結
を完了させるようにする。金属珪素の昇温速度は、成形
体の大きさ、密度、雰囲気のガス圧等によって異なるが
、成形性の大きさが５仇帆０×３仇舷日の円柱状程度の
ものであれば、０．５ｏ０／分以下である。反応温度を
１１００〜１５００℃と限定したのは、本発明において
反応暁結は１０００ｑｏ附近から開始されるが急激に反
応が行われるのが１１００ｑＣであり、この温度以下で
は反応速度が低く、実質的に窒化珪素焼結体が得られな
い。また、上限を１５００ｑｏにしたのは、反応競結を
完了させるには１５００℃あれば十分であり、さらに高
温となると物性等に問題を生ずる。

以上説明したように、本発明は、窒化珪素に無機チタン
化合物を含有させることにより、耐酸化性に優れ強度の
劣化の少なし、窒化達素焼結体及びその製法を提供する
ものであり、窒化珪素焼結体を種々の用途に使用される
ことを可能としたものである。

以下実施例によって本発明の効果を具体的に説明する。

実施例金属珪素に無機チタン化合物を添加量を変えて混
合した粉末混合物１０の重量部に対し、ポリビニルアル
コールの３％水溶液を３１重量部加え、これをミキサー
によって、混合、混練した。

次に、温度１００ｑｏで２岬時間乾燥した後、ボールミ
ルで１時間粉砕し平均粒度２９７ミクロン以下の粉末と
した。

次にこれを圧力１０００ｋ９／地の加圧成形し、５肋／
１仇舷×８仇舷の直方体の試片とし、これを加圧炉に入
れて窒素雰囲気下加熱し、温度１１００００から炉内温
度を急激に上らないように調整しながら、１４５０午０
まで上昇させ窒化反応を完結させた。比較のためにＣａ
Ｆ２、Ｆｅ、を無機チタン化合物の代りに添加し、同様
に晩結体とした。

このようにして得た競結体を大気中１２００ｑｏの温度
に２０加時間保持し、酸化試験を行った。

これらの条件及び結果をまとめて表に示した。これによ
れば明かなように、無機チタン化合物を添加した窒化珪
素競結体は耐酸化性の優れたものである。

表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無機チタン化合物を金属チタンとして０．１〜２．
   ０重量％を金属珪素に含有させてなる粉末混合物に有機
   糊剤を加えて成形し、窒素含有ガス雰囲気下、温度１１
   ００〜１５００℃で加熱することを特徴とする耐酸化性
   の優れた窒化珪素焼結体の製法。