JPS62212268A - β−サイアロン焼結体の製造方法 - Google Patents

β−サイアロン焼結体の製造方法

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JPS62212268A
JPS62212268A JP61051472A JP5147286A JPS62212268A JP S62212268 A JPS62212268 A JP S62212268A JP 61051472 A JP61051472 A JP 61051472A JP 5147286 A JP5147286 A JP 5147286A JP S62212268 A JPS62212268 A JP S62212268A
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sialon
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aluminum
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神徳 泰彦
中安 哲夫
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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β−サイアロン粉末から焼結体を製造する方法
に関する。
(従来技術及びその問題点) β−サイアロンはβ−窒化珪素中のSi位置をAlで、
N位置を0で一部置換固熔したところの、式Si6−z
 A11z Oz N6−z (0<z≦4.2)で表
される物質である。
β−サイアロンの焼結体は、窒化珪素焼結体に比較して
、耐酸化性、溶融金属に対する耐蝕性、高温での機械的
特性が優れており、さらに本来粒界相を有しないため、
透光性も示すという、高温機能材料として注目を集めて
いる。
β−サイアロン焼結体を得る一般的な方法は、結晶質窒
化珪素、アルミナ及び窒化アルミニウムの各粉末を所望
の焼結体組成になるように混合して焼結する方法である
。この方法で得られる焼結体は、異常粒の存在、微構造
及び構成元素の不均一性のために、充分な機械的特性及
び透光性を有さない。
上記欠点を解消する目的でそれ自身がβ−サイアロンで
ある粉末を合成し、この粉末を成形し焼結する方法が検
討されている。
特開昭60−145902号公報には、シリコンアルコ
キシドとアルミニウムアルコキシドの混合液を加水分解
して得たシリカとアルミナの混合物に炭素を加え、窒素
雰囲気中で加熱し、還元窒化することによりβ−サイア
ロン粉末を製造する方法が記載されている。窯業製会誌
、第93巻第2号第69〜72ページ(1985年)に
は、上記公報に記載の方法で得られるβ−サイアロン粉
末を空気中で加熱して残留炭素を除去した後に焼結する
方法が開示されている。この方法で得られる焼結体は、
上記報文にも見られるように気孔が多く硬度が低く、充
分な機械的特性を有していないことがわかる。
このように、β−サイアロン粉末の焼結体の製法につい
ては報告された例が極めて少なく、また報告された方法
によっても実用上満足しうる特性を有するβ−サイアロ
ン焼結体は得られていないのが実情である。
(発明の目的) 本発明の目的は、非晶質窒化珪素から得られるβ−サイ
アロン粉末をホットプレス焼結、又は常圧あるいは加圧
で焼結し、任意形状の緻密な焼結体の製造方法を提供す
ることにある。
(発明の要旨) 本発明は、 a)非晶質窒化珪素粉末、 b)珪素又はアルミニウムの酸素含有化合物(以下物質
すという)、及び C)金属アルミニウム、窒化アルミニウム又は珪素(以
下物質Cという) を所望のβ−サイアロン組成になるように混合し、混合
物を窒素含有雰囲気下に1300〜1800℃の範囲の
温度に加熱して得られる、式S i 6−z A lz
 Oz N6−z(式中2は0より太き(4,2以下の
数である。)で表されるβ−サイアロンを主たる相とす
る原料粉末を加熱焼結することを特徴とするβ−サイア
ロン焼結体の製造方法に関する。
また、本発明は、上記のβ−サイアロンを主たる相とす
る粉末を酸素含有雰囲気下に加熱して得られる過剰の酸
素を含有する原料粉末を加熱焼結することを特徴とする
β−サイアロン焼結体の製造方法に関する。
(発明の詳細な説明) 本発明で使用されるβ−サイアロン粉末は、本願出願人
が先に提案した特願昭60−212671号の発明によ
って調製することができる。
非晶質窒化珪素粉末とは、公知の方法、例えば四ハロゲ
ン化珪素とアンモニアとを液相又は気相で反応させた反
応生成物をさらに加熱処理して得られる物質であり、通
常のX線回折によって明確な回折現象が現れない、いわ
ゆる非晶質の粉末である。上記反応生成物の加熱処理の
条件によっては、X線回折でわずかに回折現象が現れる
粉末を得られるが、このような粉末も本発明における非
晶質窒化珪素粉末に包含される。
珪素の酸素含有化合物の例としては、シリカ、シリカ含
有物、シリカ前駆体、例えばシリコンアルコキシドが挙
げられ、中でも非晶質のシリカが好ましく使用される。
アルミニウムの酸素含有化合物の例としては、アルミナ
、アルミナ含有物、アルミナ前駆体、例えば水酸化アル
ミニウム、アルミニウムアルコキシドが挙げられ、中で
もアルミナが好ましく使用され、特にT−アルミナのよ
うに1000℃以上の高温で加熱処理されていないアル
ミナが最も好ましく使用される。
珪素又はアルミニウムの酸素含有化合物は粉末状である
ことが望ましい。両化合物は単独で使用してもよく、併
用してもよい。
金属アルミニウム、窒化アルミニウム又は珪素も粉末状
であることが望ましい。これらの物質は単独で使用する
こともでき、併用することもできる。
非晶質窒化珪素粉末、物質す及び物質Cの配合割合は、
混合された粉末の全珪素、全アルミニウム及び全酸素が
、目的とするサイアロン組成となるような割合であれば
よい。
非晶質窒化珪素粉末、物質す及び物質Cを混合する方法
については特に制限はなく、それ自体公知の方法、例え
ば、王者を乾式混合する方法、実質的に不活性な媒体中
で王者を湿式混合した後、不活性媒体を除去する方法等
を適宜採用することができる。混合装置としては、V型
混合機、ボールミル及び振動ボールミルが好ましく使用
される。王者の混合物の別の調製方法としては、非晶質
窒化珪素粉末の前駆体、例えばシリコンジイミド又はシ
リコンテトラミドに物質す及び物質Cを混合分散させ、
この分散物を加熱処理する方法も採用することができる
。上記各種の調製方法においては、非晶質窒化珪素粉末
あるいはその前駆体は酸素、水に対して極めて敏感であ
るので、制御された不活性雰囲気で取り扱う必要がある
。
非晶質窒化珪素粉末、物質す及び物質Cの混合物を窒素
含有雰囲気下に加熱して、結晶化されたβ−サイアロン
粉末を得る。
窒素含有雰囲気の例としては、窒素ガス、アンモニアの
雰囲気、これらを含有するアルゴン雰囲気等がある。
加熱温度は1300〜1800℃である。加熱温度が1
300℃より低いと、結晶化に長時間を要して工業的で
はなく、加熱温度が1800℃を超えると、−酸化珪素
等の分解飛散が起こり、所望のβ−サイアロン組成から
はずれた粉末が生成するので好ましくない。加熱時間は
通常20時間以下である。
混合粉末の加熱時に使用される加熱炉については特に制
限はなく、例えば、高周波誘導加熱方式又は抵抗加熱方
式によるバッチ式炉、ロータリー炉、流動他炉、プッシ
ャー炉等を使用することができる。
こうして得られるβ−サイアロン粉末は一次粒子の大き
さが0.2〜2μで微細かつ均一粒度の粉末であって、
遊離炭素及び金属不純物を殆ど含有していないので、ボ
イドや異常粒生長のない焼結体を与える原料粉末として
好適である。
本発明においては、上記β−サイアロンを主たる相とす
る粉末を直接焼結することによって、焼結体を得ること
ができる。
β−サイアロン粉末の焼結性を高めると同時に高強度の
β−サイアロン焼結体を得るためには、焼結原料のβ−
サイアロン粉末が式[1Fで規定される理論量の酸素に
対して8重量%以下の過剰酸素を含有していることが好
ましい。β−サイアロン粉末に過剰の酸素を含有させる
方法としては、β−サイアロン粉末の調製段階で非晶質
窒化珪素に物質すを過剰量添加する方法、β−サイアロ
ン粉末を酸素含有雰囲気中で加熱する方法などを採用す
ることができる。
後者の方法においては、β−サイアロン粉末を酸素含有
雰囲気中で800〜1200℃の範囲の温度に加熱して
、理論量より過剰の酸素をβ−サイアロン粉末に含有さ
せる前処理を施す。加熱時間は通常0.5〜5時間であ
る。β−サイアロン粉末の前処理は、例えばβ−サイア
ロン粉末を保持板上に薄(乗せて酸素含有雰囲気中に放
置する方法、β−サイアロン粉末を酸素含有雰囲気中で
流動化させる方法等によって行うことができる。
過剰酸素量は8重量%以下、特に6.5重量%以下であ
ることが必要である。過度に多いと焼結体中に融点の低
い相が多く残留し、高温での機械的特性が損なわれる。
原料粉末の加熱焼結はそれ自体公知の方法に従って行う
ことができる。即ち、原料粉末をそのまま乾式あるいは
湿式で所定の形状に成形し、常圧下又は加圧下に窒素含
有雰囲気中で焼結する方法、原料粉末をそのまま所定の
形状のダイスに充填し、ホットプレス焼結する方法を採
用することができる。緻密で良好な特性を具備した焼結
体を得るためには、原料粉末を湿式でミリングして粉末
粒子間の凝集あるいは融着をほぐした後、上記の手順に
より焼結することが好ましい。湿式ミリングする際の媒
体としては、原料粉末と実質的に反応を起こさないもの
で容易に蒸発除去し得るものであればどのようなもので
あっても良いが、通常、水、メタノール、エタノール、
アセトン、トルエン等が使用される。ミリング装置とし
ては、ボールミル、振動ミルなどが便利に使用される。
常圧又は雰囲気加圧焼結に先立つ原料粉末の成形は、公
知の方法、例えばラバープレス法、−軸成形法、鋳込成
形法、射出成形法、爆発圧縮成形法によって行うことが
できる。
本発明において、β−サイアロン粉末に、焼結後にβ−
サイアロン組成となる結晶質窒化珪素、アルミナ及び窒
化アルミニウムを配合することもできる。
焼結温度は通常1600〜1900℃であり、焼結時間
は一般に0.5〜5時間である。焼結温度が過度に低い
と焼結が進行せず、焼結温度が過度に高いとβ−サイア
ロンの熱分解が生じるようになる。
(発明の作用効果) 本発明によれば、後述する実施例の結果かられかるよう
に、室温強度と高温強度との差がほとんどない緻密な焼
結体が得られるという優れた効果が奏される。
(実施例) 以下に実施例を示す。
相対密度とはアルキメデス法によって測定した焼結体の
密度の理論密度に対する百分率である。
焼結体の曲げ強度はJIS  R1601に従い、焼結
体から3X4X35■の棒状試験片を切り出し、表面を
ダイヤモンドホイールで長軸方向に研磨した後、スパン
30論、クロスヘッドスピード0、5 tm /分の条
件で室温及び1200℃で3点曲げ試験をすることによ
って測定し、硬度はビッカース法により室温で測定した
。
実施例1〜5 シリコンジイミドを1200℃で熱分解して得た非晶質
窒化珪素粉末910.3g、r−アルミナ(比表面積約
100rrr/g)254.4g及び金属アルミニウム
粉末(比表面積0.3 d/g)  119゜3gの混
合粉末を窒素雰囲気中で1600℃に加熱して下記特性
を有するβ−サイアロン粉末を得た。
β−サイアロン粉末の特性 2値 2 比表面積 4.3rd/g 粒形   等軸結晶 生成相  β相のみ 組成(重量%) St   Am!   ON 39.2 19.3 11.4 30.1上記β−サイ
アロン粉末を空気中で1000℃で所定時間酸化した後
、エタノ−ルを媒体として゛ 48時時間式ミリングし
、続いて80℃で真空乾燥した。得られた原料粉末約2
5gを表面が窒化硼素で被覆された内径50aの黒鉛製
治具に充填し、ホットプレス燃結装置にセットした後、
250 kg / clKの加圧下に、室温から175
0℃迄20℃/分で昇温し、同温度に1時間保持した。
得られた焼結体の特性を第1表に示す。
実施例6 実施例3におけると同様にして得られた原料粉末15g
を、内径40鶴の金型を用い150kg/−で−軸プレ
スした後、1500hぎ/−でラバープレスし成形体を
得た。この成形体を黒鉛型に入れ高周波誘導炉にセット
し、常圧窒素ガス雰囲気下に、1750℃で1時間保持
した。
得られた焼結体の特性を第2表に示す。
実施例7 実施例1で得られたβ−サイアロン粉末に、窒化珪素(
宇部興産■製、E−10)、アルミナ(住友化学■製、
AKP−30)及び窒化アルミニウム(シュタルク製)
の混合粉末(β−サイアロン粉末に対して2Qwt%)
を焼結後β−サイアロン(z=2)組成になるように配
合し、この配合物を酸化処理することなく、実施例1に
おけると同様にしてホットプレス焼結した。
得られた焼結体の特性を第2表に示す。
実施例8 シリコンジイミドを1200℃で熱分解して得た非晶質
窒化珪素粉末66.5g、r−アルミナ22.6g及び
金属アルミニウム粉末7.2gを振動ミルで混合した。
混合粉末を窒素雰囲気中で1600℃に加熱して下記特
性を有するβ−サイアロン粉末を得た。
β−サイアロン粉末の特性 2値 2 比表面積 2.3g/n? 粒形   等軸結晶 生成相  β相のみ 組成(重量%) Si   Aj!   ON 39.6 18.5 14,5 27.4過剰酸素量 
3.2重量% 上記原料粉末を、酸化処理することなく、実施例1にお
けると同様してホットプレス法により焼結した。
得られた焼結体の特性を第2表に示す。
第1表 第2表 手、続補正書(自発) 昭和62年3月、))7日

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)a)非晶質窒化珪素粉末、 b)珪素又はアルミニウムの酸素含有化合物、及び c)金属アルミニウム、窒化アルミニウム又は珪素 を所望のβ−サイアロン組成になるように混合し、混合
    物を窒素含有雰囲気下に1300〜1800℃の範囲の
    温度に加熱して得られる、 式Si_6_−_zAl_zO_zN_8_−_z(式
    中zは0より大きく4.2以下の数である。)で表され
    るβ−サイアロンを主たる相とする粉末を加熱焼結する
    ことを特徴とするβ−サイアロン焼結体の製造方法。
  2. (2)a)非晶質窒化珪素粉末、 b)珪素又はアルミニウムの酸素含有化合物、及び c)金属アルミニウム、窒化アルミニウム又は珪素 を所望のβ−サイアロン組成になるように混合し、混合
    物を窒素含有雰囲気下に1300〜1800℃の範囲の
    温度に加熱して得られる、 式Si_6_−_zAl_zO_zN_8_−_z(式
    中zは0より大きく4.2以下の数である。)で表され
    るβ−サイアロンを主たる相とし、かつ上記式で規定さ
    れる理論量の酸素に対して8重量%以下の過剰酸素を含
    有する原料粉末を、加熱焼結することを特徴とするβ−
    サイアロン焼結体の製造方法。
  3. (3)原料粉末が、β−サイアロン粉末を酸素含有雰囲
    気下に800〜1200℃の範囲の温度に加熱して得ら
    れる粉末であること特徴とする特許請求の範囲第2項に
    記載のβ−サイアロン焼結体の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017008649A1 (de) 2016-09-20 2018-03-22 Ngk Insulators, Ltd. Sialon-sinterkörper, verfahren zu dessen herstellung, verbundsubstrat und elektronische vorrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017008649A1 (de) 2016-09-20 2018-03-22 Ngk Insulators, Ltd. Sialon-sinterkörper, verfahren zu dessen herstellung, verbundsubstrat und elektronische vorrichtung
US10399906B2 (en) 2016-09-20 2019-09-03 Ngk Insulators, Ltd. Sialon sintered body, method for producing the same, composite substrate, and electronic device

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