JPS62241876A - 窒化珪素焼結体の製造法 - Google Patents

窒化珪素焼結体の製造法

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JPS62241876A
JPS62241876A JP61068287A JP6828786A JPS62241876A JP S62241876 A JPS62241876 A JP S62241876A JP 61068287 A JP61068287 A JP 61068287A JP 6828786 A JP6828786 A JP 6828786A JP S62241876 A JPS62241876 A JP S62241876A
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silicon nitride
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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、酸化特性を向上した窒化珪素焼結体およびそ
の製造法に関するものである。
(従来の技術) 従来、窒化珪素焼結体の製造方法としては、市販の窒化
珪素原料粉末にYg(L+、A 1 zOs、MgO等
の粒界に液相を形成する焼結助剤を添加し、成形後不活
性ガス雰囲気下で焼成する方法が、例えば特公昭58−
49509号公報において開示されている。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、酸化物添加物や窒化珪素原料に元来含まれ焼
結助剤として働<StO□は、粒界相にガラスを形成し
て組織の緻密化や微構造の形成に有効に作用する。しか
しながら原料として使用する市販の窒化珪素原料粉末は
、酸素含有量が少ないと共にロフト間の酸素含有量の変
動が大きいため、全般的に酸化特性の悪い窒化珪素焼結
体が得られることが多く、最近要望が高まっている酸化
特性および高温強度をともに満足する窒化珪素焼結体を
得ることができなかった。
本発明の目的は上述した不具合を解消して、高い耐酸化
特性および高い高温強度特性を有する窒化珪素焼結体お
よびその製造法を提供しようとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明の窒化珪素焼結体は、Yを必須成分とする焼結助
剤を含む窒化珪素焼結体において、該焼結体中に含まれ
るSi以外の金属イオンMと酸素イオンOとのモル比が
、M:0=1:2〜l:3の範囲内にあり、かつ該焼結
体がJCPDSカード31−1462のXwA回折パタ
ーンと同一と同定されるYSiOJ形態の結晶を実質的
に含まない結晶からなることを特徴とするものである。
また、本発明の窒化珪素焼結体の製造法は、4.5〜7
.5smt%の5i02を有する窒化珪素粉末を含む窒
化珪素調整粉末を得る調製工程と、前記窒化珪素調製粉
末を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を窒
素あるいは不活性ガス雰囲気中で焼成する焼成工程とか
らなり、焼結体中に含まれるSi以外の金属イオンMと
酸素イオン0とのモル比が、M:O=1:2〜1:3の
範囲内にあり、かつ焼結体がJCPDSカード31−1
 462のX線回折パターンと同一と同定されるYSi
OJ形態の結晶を実質的に含まない焼結体を得ることを
特徴とするものである。
(作 用) 上述した構成において所定範囲の酸素を含む窒化珪素調
製粉末を使用して酸素含有量の多い窒化珪素焼結体を作
製することにより、酸化による体積膨張が大きな結晶相
は生ぜず、高い耐酸化特性および高い高温強度特性を有
する窒化珪素焼結体を得ることができる。すなわち、酸
素含有量の多い焼結体組成はど耐酸化特性が良好になる
が、あまり多すぎるとその粒界相が結晶化しないため、
高温強度の高くない焼結体となる。従ってSingに換
算して4.5〜7.5wt%の酸素を含有する窒化珪素
粉末を含んだ窒化珪素調製粉末を使用し、焼結体中に含
まれるSi以外の金属イオンMと酸素イオンOとのモル
比がM:O=1:2〜l:3の範囲に入る焼結体を得た
。なお、本発明において酸素含有量をSiO□の量に換
算して表わしたのは、焼結助剤および不純物の量まで考
慮すると酸素含有量だけを実際に規定することが困難に
なるためである。  ゛ また、原料としてSiO□に換算して4.5〜7.5w
t%という従来市販の原料より多い酸素含有量を達成す
るには、原料を所定の条件で仮焼するが後述するスラリ
ー加温法を行って得ると好適である。
原料粉末あるいはスラリー状態にて酸素含有量を増加さ
せるのは、均一な酸素含有量の分布を持つ焼結体を得る
ためである。すなわち、成形体を仮焼して酸素含有量を
増加させることも考えられるがこの場合、酸化される層
が表面のみに限られ、中まで充分に酸化しない。これに
対して粉末あるいはスラリーを酸化させた場合、空気あ
るいは水の拡散、分散が充分であるため、均一な酸化反
応が進行するとともに、後工程の混合工程により、さら
に均一な成形体及び焼結体を得ることができるためであ
る。また本発明において仮焼温度を800〜1200℃
と規定したのは、800℃以下だと原料が酸化せず所定
の酸素含有量を達成できないと共に、1200℃以上だ
と酸化しすぎてしまい同様に所定の酸素含有量を達成で
きないためである。また、スラリー加温時の温度を50
〜150℃と規定したのは、50℃以下だと酸化反応が
進行せず所定の酸素含有量を達成するためには長時間を
要すると共に、150℃以上だとスラリーが乾燥してし
まい同様に反応が進行しなくなるためである。
さらに、所定量のSin、を含む窒化珪素調製粉末から
作製した窒化珪素焼結体は、焼結体中に含まれるSi以
外の金属イオンMと酸素イオンOとのモル比が、M:0
=1:2〜l:3の範囲内の従来よりは高い範囲の酸素
量を含み、それを含むと耐酸化特性が著しく悪化するJ
CPDSカード31−1462のX線回折パターンと同
一と同定されるYSiO□N形態の結晶を実質的に含ま
ない耐酸化特性が良好で高い高温強度を有する窒化珪素
焼結体を得ることができる。
さらに、焼結助剤中にMg、 Ceを加えた場合は、M
gの添加は焼結しやすくなると共にMg + Ceの添
加ではさらに焼結しやすくなるため好ましい。
(実施例) 以下、本発明における窒化珪素焼結体の作製方法につい
て説明する。まず、市販の窒化珪素原料を処理して、4
.5〜7.5wt%のSin、を含む窒化珪素原料粉末
とYを必須成分とする焼結助剤とからなる窒化珪素調製
粉末を準備する。この調製法としては、市販の窒化珪素
原料を800〜1200”Cの温度で適当時間仮焼する
方法や、スラリー状態の原料を50〜150℃で6時間
〜1日スラリー状態のまま加温するスラリー加温法が好
適である。上述した調製時の粉砕法としては、湿式のア
トリソジョンミル、ボールミル、振動ミル等が好適であ
る。
次に、得られた窒化珪素調製粉末をスプレードライヤ等
の方法で乾燥した後、ラバープレス、射出成形等の方法
により成形して所望の成形体を得る。さらに、得られた
成形体を好ましくは1650〜1800℃の温度で焼成
して、所定の高い耐酸化特性と高い高温強度を有する窒
化珪素焼結体を得る。
以下、実際の例について説明する。
大隻■工 第1図に示す本実施例のフローチャートにそって説明す
ると、まず市販の窒化珪素原料を第1表に示す条件で仮
焼した後、Yを必須成分としMg、Ceを適当量含む焼
結助剤とともに湿式アトリソジョンミルにより湿式粉砕
し、第1表に示す種々の組成の窒化珪素調製粉末を得た
0次に、得られた窒化珪素調製粉末をスプレードライヤ
により乾燥した後、ラバープレスにより60X60X7
gimの直方体形状に成形して成形体を得た。さらに、
得られた成形体をN2雰囲気、1750℃の条件で焼成
して、所望の試験片を得た。
得られた試験片に対して、焼結体中に含まれるSi以外
の金属イオンと酸素イオンとのモル比、1200℃にお
けるJIS R−1601rファインセラミックスの曲
げ強さ試験法」に準する四点曲げ強度および耐酸化特性
として800℃、100時間保持後の破壊の有無をそれ
ぞれ測定した。結果を第1表に示す。なお第1表の耐酸
化特性中、○は800℃、100時間保持後も破壊しな
かったものを、×は800℃、100時間以内で破壊し
たものを示す。
第1表の結果から明らかなように、本発明の範囲内の試
料はすべて良好な耐酸化特性と共に高い高温強度を有し
ているのに対し、一つでも本発明の条件を満たしていな
い試料は所定の耐酸化特性又は高温強度を満たさなかっ
た。
大嵐■叉 第2図に示す本実施例のフローチャートにそって説明す
ると、まず市販の窒化珪素原料とYを必須成分としML
Ceを適当量含む焼結助剤とを湿式アトリソジョンミル
により湿式粉砕し、第2表に示す種々の温度に所定時間
保持してスラリー加温処理して第2表に示す種々の組成
の窒化珪素調製粉末を得た。次に、得られた窒化珪素調
製粉末をスプレードライヤにより乾燥した後、ラバープ
レスにより60X60X 7 鰭の直方体形状に成形し
て成形体を得た。さらに、得られた成形体をNt雰囲気
、1750℃の条件で焼成して、所望の試験片を得た。
得られた試験片に対して、焼結体中に含まれるSi以外
の金属イオンと酸素イオンとのモル比、1200℃にお
けるJIS R−1601rファインセラミックスの曲
げ強さ試験法」に準する四点曲げ強度および耐酸化特性
とし−e goo℃、100時間保持後の破壊の有無を
それぞれ測定した。結果を第2表に示す。なお第2表の
耐酸化特性中、○は800℃、100時間保持後も破壊
しなかったものを、×は800℃、100時間以内で破
壊したものを示す。
第2表の結果から明らかなように、本発明の範囲内の試
料はすべて良好な耐酸化特性と共に高温強度を有してい
るのに対し、一つでも本発明の条件を満たしていない試
料は所定の耐酸化特性又は高温強度を満たさなかった。
(発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の窒化珪素焼結体およびその製造法によれば、従来の含
有量より多い所定量の酸素を含有する窒化珪素調製粉末
を出発原料として窒化珪素焼結体を作製しているため、
高い耐酸化特性および高い高温強度を共に満足する窒化
珪素焼結体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ本発明の一実施例を示す
フローチャートである。 手  続  補  正  書 昭和62年 5月 6日 キ許庁長官  黒  1) 明  雄  殿十の表示 昭和61年特許願第6E12B7号 1の名称 二をする者 事件との関係 特 許 出 願 人 理人 1、明細書第1頁第3行〜第2頁第20行間の特許請求
の範囲を下記の通り訂正する。 「2、特許請求の範囲 1、  Yを必須成分とする焼結助剤を含む窒化珪素焼
結体において、該焼結体中に含まれるSi以外の金属イ
オンMと酸素イオンOとのモル比が、M:0=l:2〜 1:3の範囲内にあり、かつ該焼結体がJCPDSカー
ド31−1462のX線回折パターンと同一と同定され
るYSiOJ形態の結晶を実質的に含まない結晶からな
ることを特徴とする窒化珪素焼結体。 2、前記焼結助剤がMgを含む特許請求の範囲第1項記
載の窒化珪素焼結体。 3、 前記焼結助剤がMgおよびCeを含む特許請求の
範囲第1項記載の窒化珪素焼結体。 4、 4.5〜?、5wt%のSiO□を含む窒化珪素
調整粉末を得る調製工程と、前記窒化珪素調製粉末を成
形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を窒素ある
いは不活性ガス雰囲気中で焼成する焼成工程とからなり
、焼結体中に含まれるSi以外の金属イオンMと酸素イ
オンOとのモル比が、M:O=1:2〜1:3の範囲内
にあり、かつ焼結体がJCPDSカード31−1462
のX線回折パターンと同一と同定されるYSiO□N形
態の結晶を実質的に含まない焼結体を得ることを特徴と
する窒化珪素焼結体の製造法。 5、前記調製工程が、窒化珪素−を1」!先≧2化珪素
調製粉末を得る工程よりなる特許請求の範囲第4項記載
の窒化珪素焼結体の製造法。 6、前記調製工程が、窒化珪素−此ま湧した亡−314
MしにΦ−スラリーを50〜15(FCに加温する工呈
を春むことを ′ とt工前記窒化珪素調製粉末を得る
工程よりなる特許請求の範囲第4項記載の窒化珪素焼結
体の製造法。」 2、明細書第5頁第15行の「粒界相が結晶化しないた
め、」を「粒界相が十分に結晶化せずガラス相が残存す
るため、」に訂正する。 3、同第6頁第1行の「本発明において酸素」をr本発
明において窒化珪素調整粉末中の酸素」に訂正する。 4、同第7頁第7行の[達成するためには長時間を要す
ると共に、」を「達成できないと共に、」に訂正する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、Yを必須成分とする焼結助剤を含む窒化珪素焼結体
    において、該焼結体中に含まれるSi以外の金属イオン
    Mと酸素イオンOとのモル比が、M:O=1:2〜1:
    3の範囲内にあり、かつ該焼結体がJCPDSカード3
    1−1462のX線回折パターンと同一と同定されるY
    SiO_2N形態の結晶を実質的に含まない結晶からな
    ることを特徴とする窒化珪素焼結体。 2、前記焼結助剤がMgを含む特許請求の範囲第1項記
    載の窒化珪素焼結体。 3、前記焼結助剤がMgおよびCeを含む特許請求の範
    囲第1項記載の窒化珪素焼結体。 4、4.5〜7.5wt%のSiO_2を含む窒化珪素
    調整粉末を得る調製工程と、前記窒化珪素調製粉末を成
    形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を窒素ある
    いは不活性ガス雰囲気中で焼成する焼成工程とからなり
    、焼結体中に含まれるSi以外の金属イオンMと酸素イ
    オンOとのモル比が、M:0=1:2〜1:3の範囲内
    にあり、かつ焼結体がJCPDSカード31−1462
    のX線回折パターンと同一と同定されるYSiO_2N
    形態の結晶を実質的に含まない焼結体を得ることを特徴
    とする窒化珪素焼結体の製造法。 5、前記調製工程が、窒化珪素原料粉末を空気中で80
    0〜1200℃に仮焼した後、Yを必須成分とする焼結
    助剤と共に湿式粉砕して前記窒化珪素調製粉末を得る工
    程よりなる特許請求の範囲第4項記載の窒化珪素焼結体
    の製造法。 6、前記調製工程が、窒化珪素原料粉末とYを必須成分
    とする焼結助剤とを湿式粉砕してスラリーを得た後、該
    スラリーを50〜150℃に加温して前記窒化珪素調製
    粉末を得る工程よりなる特許請求の範囲第4項記載の窒
    化珪素焼結体の製造法。
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DE3744692A DE3744692C2 (de) 1986-03-28 1987-03-20 Siliciumnitridpulver und Verfahren zu seiner Herstellung
US07/028,724 US4818733A (en) 1986-03-28 1987-03-23 Silicon nitride sintered bodies and a method of producing the same

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02107509A (ja) * 1988-08-31 1990-04-19 Bayer Ag 表面特性が改善された窒化硅素粉末及びその製造法
JP2007230788A (ja) * 2006-02-27 2007-09-13 Kyocera Corp 窒化珪素質焼結体

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