JPS6140872A - 窒化ケイ素質焼結体の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は高強度窒化ケイ素質焼結体を得るに際し、焼結
時の反応による分解から生起する重量減少を少なくし、
焼成収縮量を低減し、寸法精度の向上をはかり、高温で
の強度劣化の少ない耐酸化性の良好な窒化ケイ素質焼結
体に関するものである。

（従来の技術） 従来窒化ケイ素＜Ｓｉ３Ｎ、）の焼結には、焼結助剤と
してＭｇＯ１Ａ　１１０２　、Ｌ　ａ　ｚ　０３、Ｙ、
　Ｏ，、スピネル、ＣｒユＯＪ　等の酸化物が３〜２０
重量％添加されており、焼結は高温で該酸化物が窒化ケ
イ素（ＳｉａＮ４）と反応し、ケイ酸塩融液を生じ、窒
化ケイ素（Ｓ　ｉａ　Ｎ４　）が該融液に溶解し析出す
ることにより進行する。この際、該ケイ酸塩融液を生成
する反応においてＳｉＯが生成され、このＳｉＯの蒸気
圧が高いためにＳｉＯが焼成雰囲気中に揮散し、窒化ケ
イ素質焼結体の重量減少を生していた。

窒化ケイ素（ＳｉａＮ＜）の焼結時には窒化ケイ素（Ｓ
ｉａＮ＋）表面に不可避的に存在するシリカあるいは焼
結助剤として一般に添加される酸化物との間で、５ｔａ
Ｎ令＋ＳｉＯコ ４ＳｉＯ↑＋２　Ｎ、ｊ　　・・・　（１）式に基づく
反応により分解し、重量減少を生じる。この分解量が大
きくなると窒化ケイ素質原料の焼結体への歩留りが低下
し、収縮量が大きくなり、焼結体の寸法精度の低下をも
たらしていた。

（発明が解決しようとする問題点） この分解を抑制するために、従来焼結を高圧の窒素ガス
圧下で行う等の改良がなされているが、（１）式に示さ
れる反応はＳｉＯガスを注入したりＳｉＯガスを発生す
る組成物を焼成雰囲気中において同時焼成するなどして
ＳｉＯの分圧を高めることを同時にしないと完全に抑制
することはできず、また第ＶＩａ族系の酸化物添加によ
る分解抑制法では添加される第Ｖｉａ族系酸化物が高温
で■５ｉ３Ｎ＋を酸化し、更に５ｉｆｔの生成を助長し
ていた。また、該酸化物の特徴として高温で揮発する傾
向が強く、揮発による無効分を補い、分解抑制効果を持
たせるに十分な添加量が不確定であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の現状に鑑み鋭意研究の結果、従来窒化
ケイ素の焼結に添加されていた酸化物焼結助剤の量を減
少し第Ｖｉａ族の金属を添加することにより、５ｉ０２
の生成が抑制されると共に高温の強度劣化を低減し、高
温酸化雰囲気中における耐食性が改善されることを見い
出した。

従って、本発明は窒化ケイ素と、公知の酸化物焼結助剤
との混合物１００重量部に、第ＶＩａ族の金属粉末０．
５〜５．５重量部添加したものを焼結して得られる窒化
ケイ素質焼結体を提供することにより、前記問題点を一
掃せんとするものである。

窒化ケイ素に添加される酸化物系焼結助剤を減少させ上
記混合物１００重量部に対し０．５〜５．５重量部の第
Ｖｉａ族の金属粉末を添加し、大気圧以上の含窒素雰囲
気中１５５０〜２２００６Ｃの間で焼結する場合、 ５ｉＯｚ　　＋第ＶＩａ族金属　”　　Ｓ　ｉ３Ｎ＋　
十第■ａ族酸窒化物 の反応が生じ、ＳｉＯの生成を抑制する。なお、酸化物
系焼結助剤を減少させ窒化ケイ素に添加される第Ｖｉａ
族金属が０．５重量部未満であれば、ＳｉＯｘの未反応
物が生成し未反応５ｉ０２が（１）式に示される反応に
よりＳｉＯを生成し分解・重量減少を生起する。また第
ＶＩａ族金属の添加量が５．５重量部を超えると、未反
応の第Ｖｉａ族金属が焼結体表面に析出したり、焼結体
中に残留し、機械的特性を劣化する。またＳｉＯの蒸気
圧が高いため焼成時には焼成温度が高くなる程、雰囲気
圧力も高くしなければ分解を抑制できない。しかしなが
ら１５５０°Ｃ未満の焼成温度では焼結不十分となり、
２２００’Ｃを超える焼成温度では分解過多となり焼成
温度としては不適当である。斯くして焼結された本発明
の焼結体中には第■ａ族金属元素が０６１〜４．５重量
％含有されることとなる。

（実施例） 本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

窒化ケイ素質原料粉末に対しそれぞれ第１表に示す焼結
助剤と第Ｖｉａ族金属粉末を各割合に添加した混合粉末
を振動ミルにより１２０時間粉砕混合した後、バインダ
ーとしてパラフィンワックスを用いて造粒し、成形圧２
ｔ　／　ｃ　ｍ”にてＪＩＳ抗折片をプレス成形し、第
１表に示す試料Ｎ、ｏ、１〜１３の焼結体とした。この
うち試料Ｎ００７〜上記試料Ｎ０８１〜１３の焼結体そ
れぞれにつき成形体重量からの重量減の度合と、品温お
よび１３００°ＣにおけるＪＩＳ４点曲げ抗折強度およ
び１３００°Ｃで１０００時間経過後における焼結体の
酸化による重量増（ｍ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ’　）の度合
を測定し、第１表の結果を得た。

（ｙ・人−Ｆ　午口　ン 試料Ｎ００１〜６が本発明の範囲内のものであり、窒化
ケイ素および焼結助剤の混合物１００重量部に対して第
Ｖｉａ族金属粉末を０．５〜５．５重量部の範囲で添加
したものを１５５０〜２２００′Ｃの温度で、大気圧以
上の含窒素雰囲気下で焼結して得られた焼結体は脱バイ
ンダーした成形体からの重量減が９．３％以内と優れて
おり、通常１０％以上であることからも第ＶＩａ族金属
添加により窒化ケイ素表面に不可避的に存在するＳｉＯ
２の分解が抑制されたこと、および焼結助剤等との反応
によるＳｉＯよの生成が抑制されたことと解される。ま
た、１３００″Ｃにおける抗折強度は焼結助剤にＭｇＯ
を含有する本発明の範囲内の試料Ｎｏ、１．２では常温
との強度劣化が最大８０．５％で、本発明の範囲外の試
料ＮＯ，１１では９５．３％となり、その他の本発明の
範囲内の試料Ｎｏ、３〜６では常温との強度劣化が最大
２４．５％で、本発明の範囲外の試料Ｎ００７〜１０お
よび１２．１３では常温との強度劣化が３３％以上であ
り、第Ｖｉａ族金属添加系の試料Ｎｏ、１〜６が優れて
いることが理解される。

更に酸化性テストにおける重量増が本発明の範囲内の試
料Ｎｏ、１〜６では５　、　３　ｍ　ｇ　／　ｃ　ｍ３
以下であることは大気中の酸素と反応し生成するｓｉｏ
、’　が該第Ｖｉａ族金属あるいは酸窒化物と反応し、
高融点の第Ｖｌａ族ケイ酸化合物を生成し、耐酸化性保
護膜を形成するためと理解される。

試料Ｎｏ、１２および１３は耐酸化性は良好だが、重量
減が１０％以上で高温での強度劣化も最低３３％と大き
く使用に耐えない。

〔発明の効果〕

本発明の窒化ケイ素質焼結体は、酸化物焼結助剤を含む
窒化ケイ素粉末１００重量部に、Ｖｉａ族の金属粉末０
．５〜５．５重量部添加して焼結したものであり、この
Ｖｌａ族金属の添加により、−５ｉ０λの生成が抑制さ
れ、これにより高温での強度劣化が少なく耐酸化性の良
好な窒化ケイ素質焼結体が得られるのであり、本発明の
実益は頗る大である。

−以上一 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和５９年特許願第　１し１＆ちう号 ２、発明の名称 窒化ケイ素質焼結体 ８、補正をする者 事件との関係　出願人 住　所　京都市山科区東野北井ノ上町６番地の２２名　
称　（６６８）京セラ株式会社 代゛表者稲盛和夫 ４、代理人 ５、補正命令の日付　（自発） ７、補正の内容 明細書を下記の如く補正します。

（１）第８頁第７行目及び下から５行目［５ｉｎ２Ｊを
ｌ　ＳｉＯＪと補正します。

（２）第５頁下から２行目「１〜６の実験例」を「１〜
６に対する実験例」と補正します。

（３）第６頁第５行目「ｃｑｌｄ＞Ｊを「（ダ／ｄ）」
と補正します。

（４）第７頁を別添の第７頁と差し替えます。

（第１表　右から２槽目最上段第８行目ｒｃ１１ｆ／／
ｄ）」をｒ（ＩＩｖ／ｃｔ）Ｊと補正）（５）第８頁第
１１行目「５ｉｎ２Ｊを「シｐ」と補正します。

（６）第９頁第８行目「５．８ｓＩ／ｃ１１」をｒ５．
８＃乙〆」と補正します。

（７）第９頁下から５行目１’−８ｉ０２Ｊ　をｉ”　
８ｉ０　Ｊと補正します。

８、添付書類の目録 （１）明細書第７頁（第１表）　　　　１通・−以上一

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、窒化ケイ素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）と、公知の酸化物焼
   結助剤との混合物１００重量部に、第VIａ族の金属粉末
   ０．５〜５．５重量部添加したものを焼結して得られる
   窒化ケイ素質焼結体。