JPS6149270B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6149270B2 JPS6149270B2 JP52067026A JP6702677A JPS6149270B2 JP S6149270 B2 JPS6149270 B2 JP S6149270B2 JP 52067026 A JP52067026 A JP 52067026A JP 6702677 A JP6702677 A JP 6702677A JP S6149270 B2 JPS6149270 B2 JP S6149270B2
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- JP
- Japan
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- sintered body
- silicon nitride
- pressure
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- Prior art date
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- Expired
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- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical group N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
窒化硅素焼結体は低い熱膨張率を有するが故に
耐熱衝撃性に優れ、熱電対保護管に一部使用され
又、将来は自動車エンジン部品やタービンエンジ
ン・ブレードにも使用される可能性を秘めてい
る。但し、現状での最大の問題は複雑形状品を高
密度に、しかも安価に製造する事が難しい点にあ
る。例えば焼結助剤を添加しホツトプレス成型す
る方法でも数％のAl2O3、Y2O3、MgO等の添加
を必要とするが、この場合でも気孔率を0.5％以
下にするのは困難であり、又同時に上記配化物の
添加により熱膨張係数が増大し、本来の利点であ
る耐熱衝撃性の良さが損われてしまう欠点があ
る。最近では窒化硅素粉末の原料から見直しが行
われ、微粒で焼結性の良い窒化硅素粉末（例えば
プラズマ法による粉末）を用いる事により、焼結
助剤なしに、又ホツトプレス成型を行わず、所謂
コールドプレス成型で行なつたのち、通常焼結法
によつて焼結を行う製法で緻密な窒化硅素焼結体
を得る試みも成されている。
耐熱衝撃性に優れ、熱電対保護管に一部使用され
又、将来は自動車エンジン部品やタービンエンジ
ン・ブレードにも使用される可能性を秘めてい
る。但し、現状での最大の問題は複雑形状品を高
密度に、しかも安価に製造する事が難しい点にあ
る。例えば焼結助剤を添加しホツトプレス成型す
る方法でも数％のAl2O3、Y2O3、MgO等の添加
を必要とするが、この場合でも気孔率を0.5％以
下にするのは困難であり、又同時に上記配化物の
添加により熱膨張係数が増大し、本来の利点であ
る耐熱衝撃性の良さが損われてしまう欠点があ
る。最近では窒化硅素粉末の原料から見直しが行
われ、微粒で焼結性の良い窒化硅素粉末（例えば
プラズマ法による粉末）を用いる事により、焼結
助剤なしに、又ホツトプレス成型を行わず、所謂
コールドプレス成型で行なつたのち、通常焼結法
によつて焼結を行う製法で緻密な窒化硅素焼結体
を得る試みも成されている。
この様に窒化硅素の焼結が容易になるにつれ、
同時に要求される事は焼結体の引張破壊強度もし
くは曲げ破壊強度の向上である。これ等の強度が
粒度の平方根の逆数に比例する事はアルミナ焼結
体と同様である事が本発明者によつても確認され
いる。即ち高密度であつても粗大な結晶粒を有す
る窒化硅素焼結体では強度不足の問題を解決出来
ず、微粒且つ高密度の窒化硅素焼結体の開発が今
後重要視されて来ると思われる。本発明は上記目
的に沿う為の製造法を提供する。本発明法の特徴
は予め適当な密度に予備焼成した窒化硅素焼結体
の表面にSiO2被膜を形成させ、その後熱間静圧
成型装置（HIP）内にて緻密化処理を施す点に見
られる。ここで云う適当な密度とは93％以上96％
以下であり、気孔率に換算して７％以下４％以上
に相当する。気率が７％を超えると後に続く酸化
処理により焼結体内部に迄酸化が進行し最終焼結
体の高温強度が（結晶粒界に残存するSiO2膜の
為に）低下する。又４％より少なければ酸化処理
を施さなくともHIP処理により高密度化を行う事
が可能となるが、コールドプレス成型を行つたの
ち、通常焼結法によつて焼結を行つたり、ホツト
プレス法で気孔率を４％より少なくするには1750
℃以上の高温（加圧）焼結体が必要となる為、結
晶粒が著しく成長し粗粒焼結体になつてしまう。
次に上記の予備焼結体の表面を残化せしめ、非通
気質のSiO2被膜を形成し、その後HIP装置内にて
圧密化させる。HIP処理条件は1350℃以上1700℃
以下、圧力は500気圧以上が実用上必要である。
温度が1350℃より低く、圧力が500気圧より低い
条件では圧密化に長時間（＞10hr）が必要となる
為実用的でない。処理温度が1700℃を超えると
HIP処理中に粒成長が生じ、粗粒の焼結体しか得
られない。表面に形成させたSiO2被膜は被通気
性の圧力伝達媒体膜として1350℃〜1700℃で適正
な粘度を有する為、HIP装置内の高温高圧ガス
（Ar、N2等の不活性ガス）の圧力を有効に焼結体
に伝達させる事が出来る事が判明した。又、非通
気性SiO2被膜の存在によりN2が窒化硅素焼結体
より解離する事を防止する利点もある。以下、実
施例により本発明の説明を行う。
同時に要求される事は焼結体の引張破壊強度もし
くは曲げ破壊強度の向上である。これ等の強度が
粒度の平方根の逆数に比例する事はアルミナ焼結
体と同様である事が本発明者によつても確認され
いる。即ち高密度であつても粗大な結晶粒を有す
る窒化硅素焼結体では強度不足の問題を解決出来
ず、微粒且つ高密度の窒化硅素焼結体の開発が今
後重要視されて来ると思われる。本発明は上記目
的に沿う為の製造法を提供する。本発明法の特徴
は予め適当な密度に予備焼成した窒化硅素焼結体
の表面にSiO2被膜を形成させ、その後熱間静圧
成型装置（HIP）内にて緻密化処理を施す点に見
られる。ここで云う適当な密度とは93％以上96％
以下であり、気孔率に換算して７％以下４％以上
に相当する。気率が７％を超えると後に続く酸化
処理により焼結体内部に迄酸化が進行し最終焼結
体の高温強度が（結晶粒界に残存するSiO2膜の
為に）低下する。又４％より少なければ酸化処理
を施さなくともHIP処理により高密度化を行う事
が可能となるが、コールドプレス成型を行つたの
ち、通常焼結法によつて焼結を行つたり、ホツト
プレス法で気孔率を４％より少なくするには1750
℃以上の高温（加圧）焼結体が必要となる為、結
晶粒が著しく成長し粗粒焼結体になつてしまう。
次に上記の予備焼結体の表面を残化せしめ、非通
気質のSiO2被膜を形成し、その後HIP装置内にて
圧密化させる。HIP処理条件は1350℃以上1700℃
以下、圧力は500気圧以上が実用上必要である。
温度が1350℃より低く、圧力が500気圧より低い
条件では圧密化に長時間（＞10hr）が必要となる
為実用的でない。処理温度が1700℃を超えると
HIP処理中に粒成長が生じ、粗粒の焼結体しか得
られない。表面に形成させたSiO2被膜は被通気
性の圧力伝達媒体膜として1350℃〜1700℃で適正
な粘度を有する為、HIP装置内の高温高圧ガス
（Ar、N2等の不活性ガス）の圧力を有効に焼結体
に伝達させる事が出来る事が判明した。又、非通
気性SiO2被膜の存在によりN2が窒化硅素焼結体
より解離する事を防止する利点もある。以下、実
施例により本発明の説明を行う。
実施例 １
市販β・Si3N4粉末（平均粒径１μ）をホツト
プレス（1700℃×1hr、280Kg/cm2）して気光率７
％の焼結体を得た。この焼結体を1300℃×3hr大
気中にて加熱し表面酸化させた。その後HIP装置
内で1450℃×1hr、2000Kg/cm2の条件でArガスに
より圧密化処理を施した。得られた最終焼結体は
表面が透明なガラス質被膜で蔽われており、ガラ
ス質を取り除いた焼結体の密度は99.5％であり、
平均粒度は２〜３μであつた。抗折強度を測定す
ると室温（25℃）で70Kg/mm2、1200℃で68Kg/mm2と
良好な強度特性を示した。
プレス（1700℃×1hr、280Kg/cm2）して気光率７
％の焼結体を得た。この焼結体を1300℃×3hr大
気中にて加熱し表面酸化させた。その後HIP装置
内で1450℃×1hr、2000Kg/cm2の条件でArガスに
より圧密化処理を施した。得られた最終焼結体は
表面が透明なガラス質被膜で蔽われており、ガラ
ス質を取り除いた焼結体の密度は99.5％であり、
平均粒度は２〜３μであつた。抗折強度を測定す
ると室温（25℃）で70Kg/mm2、1200℃で68Kg/mm2と
良好な強度特性を示した。
実施例 ２
プラズマ溶解噴霧により作成したSi3N4粉末
（平均粒径0.3μ）98重量％、Y2O31重量％、
Al2O31重量％にパラフインを加え２t/cm2の圧力で
コールドプレスし、H2気流中1000℃×1hr脱パラ
フインした後、1700℃×1hr、0.2気圧のN2分圧下
にて焼結し、気孔率５％の焼結体を得た。この焼
結体を1200℃×1/2hr、酸素ガス気流中（O2分圧
≒１気圧）にて表面酸化させ、その後1600℃×1/
２hr700気圧でHIP処理を施した。得られた最終焼
結体の表面はガラス質の被膜で蔽われていた。ガ
ラス被膜を弗酸で取り除き、焼結体の密度と抗折
強度を測定すると密度は99.8％、抗折強度は85
Kg/mm2（室温）であつた。なお平均粒径は1.8μと
小さく、この焼結体が従来にない微粒高密度の窒
化硅素焼結体である事が判つた。
（平均粒径0.3μ）98重量％、Y2O31重量％、
Al2O31重量％にパラフインを加え２t/cm2の圧力で
コールドプレスし、H2気流中1000℃×1hr脱パラ
フインした後、1700℃×1hr、0.2気圧のN2分圧下
にて焼結し、気孔率５％の焼結体を得た。この焼
結体を1200℃×1/2hr、酸素ガス気流中（O2分圧
≒１気圧）にて表面酸化させ、その後1600℃×1/
２hr700気圧でHIP処理を施した。得られた最終焼
結体の表面はガラス質の被膜で蔽われていた。ガ
ラス被膜を弗酸で取り除き、焼結体の密度と抗折
強度を測定すると密度は99.8％、抗折強度は85
Kg/mm2（室温）であつた。なお平均粒径は1.8μと
小さく、この焼結体が従来にない微粒高密度の窒
化硅素焼結体である事が判つた。
Claims (1)
- １ Si3N4粉末もしくはSi3N4とAl2O3、Y2O3、
MgOの１種又は２種以上を含む粉末をコールド
プレスしたのち、通常の常圧焼結するか、または
ホツトプレス法により予備焼成した後、酸化性雰
囲気中にて酸化させ予備焼成体表面SiO2膜で被
覆した状態で熱間静圧型装置内で不活性ガスを圧
力媒体とし、加圧再焼成する事を特徴とする高密
度窒化珪素部品の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6702677A JPS541313A (en) | 1977-06-06 | 1977-06-06 | Method of making highhdensity silicon nitride |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6702677A JPS541313A (en) | 1977-06-06 | 1977-06-06 | Method of making highhdensity silicon nitride |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS541313A JPS541313A (en) | 1979-01-08 |
| JPS6149270B2 true JPS6149270B2 (ja) | 1986-10-28 |
Family
ID=13332955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6702677A Granted JPS541313A (en) | 1977-06-06 | 1977-06-06 | Method of making highhdensity silicon nitride |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS541313A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55121972A (en) * | 1979-03-09 | 1980-09-19 | Ngk Spark Plug Co | Airtightened silicon nitride sintered body |
-
1977
- 1977-06-06 JP JP6702677A patent/JPS541313A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS541313A (en) | 1979-01-08 |
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