JPS6240318B2 - - Google Patents
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- JPS6240318B2 JPS6240318B2 JP54154988A JP15498879A JPS6240318B2 JP S6240318 B2 JPS6240318 B2 JP S6240318B2 JP 54154988 A JP54154988 A JP 54154988A JP 15498879 A JP15498879 A JP 15498879A JP S6240318 B2 JPS6240318 B2 JP S6240318B2
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Description
本発明は改良されたサイアロン焼結体の製造方
法に関する。詳しくは珪素化合物とアルミニウム
化合物を主成分とする成型体をSi3N4とSiO2とを
主成分とする粉末で被覆した後焼成して組成式
Si6-zAlzOzN8-z（但しｚは1.0〜4.2の正数）で表
わされるサイアロン焼結体を製造するに際し1500
℃以上での昇温速度〔ｔ（℃／min）〕が6z≦ｔ
≦９（ｚ＋２）の範囲で、且つ成型体の単位表面
積当りの被覆粉末のSiO2量〔ｗ（ｇ／cm2）〕が
０．００５（ｔ＋１０）／ｚ≦ｗ≦０．００９（ｔ＋２
０）／ｚで表わされる範囲 で、窒素ガス雰囲気下に焼成するサイアロン焼結
体の製造方法である。 サイアロン焼結体はSi、Al、Ｏ及びＮの４元素
から成り、その組成式Si6-zAlzOzN8-z（但し、ｚ
は０〜4.2の正数）で表わされる固溶体であるこ
とが公知である。また該サイアロン焼結体は耐熱
材料として種々の分野でその応用が注目されてい
る。サイアロン焼結体の製造方法としては原料混
合粉末例えばSi3N4−Al2O3−AlN系又はSi3N4−
SiO2−AlN系をホツトプレス法によつて高密度化
する方法、あるいは、原料混合粉末の成型体を
N2ガス雰囲気下で焼成する方法が知られてい
る。後者の方法は、複雑な形状のものを大量製造
するのに適しており、工業的に有利な方法であ
る。しかし、この方法では焼成中に、原料の熱分
解を生じ易く、単にN2ガス雰囲気下で焼成する
だけでは焼結体の重量減とそれに伴う組成のずれ
を防ぐことが出来ないため、十分にち密な焼結体
を得ることが難しい欠点を有する。また上記熱分
解を防ぐために成型体の回りをSi3N4とSiO2を主
成分とする粉末で被覆した後焼成する方法も例え
ばジヤナル オブ マテリアル サイアンス（J.
materials science）14〔10〕2309〜2316
（1979）で提案されている。しかこの方法は工業
的に著しく改良された方法であるが、工業的に尚
十分満足出来るものではなかつた。 本発明者はサイアロン焼結体の製造につき鋭意
研究を重ねて来た結果、得られたサイアロン焼結
体の組成、性状等がサイアロン焼結体の製造に於
ける1500℃以上での昇温速度及び成型体に被覆す
るSiO2量によつて著しく影響をうけることを見
出した。更にこれらの影響につき研究を続けた結
果、前記昇温速度とSiO2量との相関性を知見し
本発明を完成させるに至つた。 即ち本発明は珪素化合物とアルミニウム化合物
を主成分とする成型体をSi3N4とSiO2とを主成分
とする粉末で被覆した後焼成して組成式
Si6-zAlzOzN8-z（但しｚは1.0〜4.2の正数）で表
わされるサイアロン焼結体を製造するに際し、
1500℃以上での昇温速度〔ｔ（℃／min）〕が6z
≦ｔ≦９（ｚ＋２）の範囲で且つ成型体の単位表
面積当りの被覆粉末のSiO2量〔ｗ（ｇ／cm2）〕が
０．００５（ｔ＋１０）／ｚ≦ｗ≦０．００９（ｔ＋２
０）／ｚで表わされる範囲 で、窒素ガス雰囲気下に焼成するサイアロン焼結
体の製造方法である。 本発明に於けるサイアロン焼結体の原料は特に
限定されず、公知の原料を使用出来る。前記一般
式からも明らかな如くサイアロン焼結体はSi、
AlO及びＮの４元素からなつているが一般に好適
に使用される原料はSi3N4−Al2O3又はSi3N4−
SiO2−AlN等の原料を混合したものである。これ
らの原料は反応を速やかに進行させる目的のため
に微細な粉末で用いるのが一般的である。従つて
通常５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の粉末と
して用いるのが好適である。 前記原料混合組成は目的物であるサイアロン焼
結体の組成即ちSi6-zAlzOzN8-z（但しｚは1.0〜
4.2の正数）に相当するように選べばよい。これ
らの原料は先ず目的の形状に成型される。該成型
は特に限定的ではないが一般には密度が1.6〜2.0
ｇ／cm3程度に成型するのが好適である。次いで該
成型体はSi3N4とSiO2とを主成分とする粉末で被
覆される。該被覆手段は公知の方法が特に限定さ
れず採用されるが一般にはアルミナ、窒化珪素、
炭化珪素、サイアロン等の耐熱性材料で製造され
た容器中にSi3N4とSiO2との混合粉末を入れたも
ののなかに該成型体を設置する方法が好適に採用
される。該Si3N4とSiO2との粉末混合比は特に限
定的ではないが一般にはSi3N4をSiO2より多量に
使用するのが好ましい。例えばSi3N4とSiO2との
混合比はSi3N4が20重量％以上となる如く選ぶの
が一般的で、SiO2は５〜80重量％好ましくは５
〜60重量％の割合となる如く選ぶのが好ましい。
該SiO2量は後述する如く得られるサイアロン焼
結体の性状に大きな影響を与えるが上記混合比の
うちSiO2が５重量％より少なくなると後述する
焼成中に重量減が生起する傾向が生じ一般的には
好ましくない。逆に該SiO2混合比が80重量％を
越えると溶融SiO2が焼成中に成型体と反応して
後処理が難しくなるので一般的には採用しない方
が好ましい。前記Si3N4とSiO2との粉末混合物中
にAl2O3、Si、SiC、Si3N2O等を共存させること
は必要に応じて採用することが出来る。 前記成型体をSi3N4とSiO2との粉末で被覆して
焼成する理由は前記説明で明らかな如く、サイア
ロン焼結体の製造時にサイアロン焼結体の熱分解
を発生するSiOによつて防止すると共に、成型体
の焼結反応、収縮を促進する役目をはたすためで
ある。 前記Si3N4とSiO2との粉末で被覆された成型体
は焼成することによつて目的のサイアロン焼結体
となる。該焼成温度は特に限定的ではなく公知の
温度を選べばよい。一般には1700以上好ましくは
1750〜1950℃で30〜120分間焼成すると十分であ
る。 本発明の最大の特徴は前記成型体の焼成時に於
ける1500℃以上での昇温速度及び被覆粉末中の
SiO2量のコントロールを行う点にある。即ち
1500℃以上での昇温速度〔ｔ（℃／min）〕は式 6z≦ｔ≦９（ｚ＋２） ………(1) の範囲に制御する必要がある。 また成型体の単位面積当りの被覆粉末のSiO2
量〔ｗ（ｇ／cm2）〕は、式 ０．００５（ｔ＋１０）／ｚ≦ｗ≦０．００９（ｔ＋
２０）／ｚ………(2) の範囲に制御する必要がある。 前記1500℃以上での昇温速度が重要である理由
は、必ずしも明白ではないが次の理由によるもの
と思われる。サイアロンの生成と成型体の収縮
（高密度化）に大きな役割をするＸ相（推定組成
Si9Al7O21N5）とよばれる反応中間体の生成が1500
℃付近で始まること、および、1500℃以上から被
覆粉末のSiO分圧が徐々に高なり成型体の熱分解
（SiO飛散）を防止する効果が始まるためと推測
される。 上記(1)式及び(2)式で示される条件は本発明者が
数多くのテストとその結果の評価にもとずいて誘
導したものである。該(1)式及び(2)式のいずれもの
条件が満足されたとき初めて得られたサイアロン
焼結体は高密度で且つ室温及び高温に於ける強度
変化が少なくすぐれたものとなる。前記条件を更
に詳しく簡略化して説明するため、以下前記サイ
アロン焼結体の組成式中ｚが２の場合を例示して
説明する。勿論該ｚが1.0から4.2までの値につい
ても以下の説明と同様に理解されよう。第１図は
前記ｚ＝２の場合の前記(1)式及び(2)式を満足する
条件を斜線で示したものである。昇温速度が第１
図の直線ａで示さる12℃／min以下であると、例
えば被覆粉末中のSiO2量が前記(2)式を満足する
適量であつても、焼成反応で発生した高SiOガス
圧下に成型体が長時間さらされる。その結果SiO
ガスが成型体の比較的内部まで浸透反応し、サイ
アロン焼結体の特に表面近傍にガラス相を多く生
成する。このガラス相は高温で軟化するため焼結
体の高温強度以下の原因となる。従つてすぐれた
サイアロン焼結体とはなり得ない。また昇温速度
が第１図の直線Ｃで示される36℃／min以上であ
ると、成型体からサイアロン焼結体が生成する反
応が十分進行しないうちに、成型体が高温にさら
される。その結果Si3N4の一部がSi3N4→3Si＋2N2
の反応により分解し、焼成後のサイアロン焼結体
中に金属Siが共存し易くなる。サイアロン焼結体
中に金属Siが共存すると該サイアロン焼結体の高
温強度に悪影響を与える。次に第１図の直線ｂと
ｄによつて、前記昇温速度範囲に対する適正な
SiO2量（成型体単位表面積当り）が示されてい
る。ｂの値よりSiO2量が少いと、例え適当な昇
温速度で加熱しても、成型体の回りの雰囲気中に
十分な量のSiOを与えることができず、高密度な
焼結体にすることが難しくなる。 また、ｄの値よりSiO2量が多いと収縮は十分
に進行し、高密度サイアロン焼結体になるが、
SiOガスと成型体との反応が進行し、サイアロン
焼結体にガラス相が多く蓄積する。 前記で説明した焼結体中のガラス相の存在量や
分布状態は、焼結体の破面を適当な処理液（例え
ばHF＋HNO3）でエツチングした後、走査型電子
顕微鏡（SEM）で観察することによつて知るこ
とができる。例えばｚ＝２（Si4Al2O2N6）組成の
サイアロンを、ｔ＝25℃／min、ｗ＝0.22ｇ／cm2
の条件（第１図の直線ｄの上側の範囲）およびｔ
＝25℃／min、ｗ＝0.18ｇ／cm2の条件（第１図の
斜線範囲内）で、1800℃、90分間焼結したものの
各々の破面をエツチング後、SEMで観察した結
果を第２図のａ，ｂに示した。ａ，ｂ夫々表面か
ら200μｍ内部の写真であるが、ａではサイアロ
ンの粒子と粒子の間がエツチングによつてかなり
除去されており粒界にガラス相が多量に存在して
いたことを示している。これに対して、ｂでは焼
結体中に元々存在した空孔はみられるものの、粒
子と粒子の間のエツチングの程度は非常に小さ
く、粒界に第２相の存在が少いことを示してい
る。この両者の差が高温おける焼結体の強度の差
となつて現われることは明瞭である。 以上ｚ＝２即ち組成式Si4Al2O2N6で示されるサ
イアロン焼結体について述べたが、他の組成につ
いても前記同様の傾向がある。また、前記(1)式及
び(2)式で示されるように、ｚの値が大きくなると
サイアロン焼結反応は早くなるので昇温速度の適
正範囲もｚの値と共に高い方へずれる。また上記
のｚの値が大きくなると前記(2)式で示される
SiO2量は少なくてよい方へ移行する。これは、
その値が大きくなるにつれサイアロン焼結反応が
早くなることと、サイアロンのSiO分解圧が低く
なることにより、必要なSiO2量が小さくなるこ
とによるものと考えられる。 以上の説明から明らかな如く、本発明の前記(1)
式及び(2)式の条件を満足する条件下にしかも珪素
ガス雰囲気下に成型体を焼結することによつてす
ぐれたサイアロン焼結体を得ることが出来る。該
焼成時に於ける窒素ガスの存在は本発明に於いて
必須要件であるが窒素ガス雰囲気は必ずしも加圧
状態である必要はない。通常は大気圧で十分であ
るが焼成温度が高くなると例えば1800℃以上に於
いては２〜10気圧或いはそれ以上の窒素ガス圧下
で焼成するのが好ましい。 本発明を更に具体的に説明するため以下実施例
を挙げて説明するが本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。 実施例 １ 高純度なSi3N4（平均粒径0.8μｍ）、Al2O3（同
0.3μｍ）、およびAlN（同μｍ）を、Si4Al2O2N6
（ｚ＝２）組成となるように、高純度アルミナボ
ールを用いて混合した。混合はヘキサン中で行
い、混合の際のアルミナボールの減量は秤量の
際、予めAl2O3量として引いておいた。混合粉末
約2.3ｇを金型による一次成型、次いで静水圧プ
レス（1000Kg／cm2）して、密度1.87ｇ／cm3の約
0.5×0.6×４cmの角柱状成型体とした。この成型
体をSi3N4（70重量％）とSiO2（30重量％）の混
合粉末3.8ｇでほぼ均一に覆われるようにして、
窒化ホウ素製のるつぼ中に設置した（ｗ＝0.18
ｇ／cm2）。次いで、このるつぼを１気圧N2気流中
で、1500℃以上の昇温速度25℃／minで1800℃ま
で昇温し、この温度で90分保持した。焼成後の重
量減は1.1〜1.8重量％の範囲であり、得られたサ
イアロン焼結体の平均密度は2.99ｇ／cm3（対理論
比96％）であつた。曲げ強度測定用試料は、焼結
体の表面を研磨し（井2000SiC、最終仕上げ）、
スパン20mmの条件で25℃および1200℃での３度曲
げ強度を測定した。結果は25℃で44Kg／mm2、1200
℃で42Kg／mm2と、強度の低下はほとんど無かつ
た。 実施例２〜14及び比較例１〜19 実施例１における種々の条件を第１表に示すよ
うに変化させた以外は実施例１と同様に実施し
た。その結果は第１表に示す通りであつた。 また比較のため本発明の条件をはずれたところ
で種々の条件を選んで第２表の条件以外は実施例
１と同様に実施した。その結果を第２表に示し
た。
法に関する。詳しくは珪素化合物とアルミニウム
化合物を主成分とする成型体をSi3N4とSiO2とを
主成分とする粉末で被覆した後焼成して組成式
Si6-zAlzOzN8-z（但しｚは1.0〜4.2の正数）で表
わされるサイアロン焼結体を製造するに際し1500
℃以上での昇温速度〔ｔ（℃／min）〕が6z≦ｔ
≦９（ｚ＋２）の範囲で、且つ成型体の単位表面
積当りの被覆粉末のSiO2量〔ｗ（ｇ／cm2）〕が
０．００５（ｔ＋１０）／ｚ≦ｗ≦０．００９（ｔ＋２
０）／ｚで表わされる範囲 で、窒素ガス雰囲気下に焼成するサイアロン焼結
体の製造方法である。 サイアロン焼結体はSi、Al、Ｏ及びＮの４元素
から成り、その組成式Si6-zAlzOzN8-z（但し、ｚ
は０〜4.2の正数）で表わされる固溶体であるこ
とが公知である。また該サイアロン焼結体は耐熱
材料として種々の分野でその応用が注目されてい
る。サイアロン焼結体の製造方法としては原料混
合粉末例えばSi3N4−Al2O3−AlN系又はSi3N4−
SiO2−AlN系をホツトプレス法によつて高密度化
する方法、あるいは、原料混合粉末の成型体を
N2ガス雰囲気下で焼成する方法が知られてい
る。後者の方法は、複雑な形状のものを大量製造
するのに適しており、工業的に有利な方法であ
る。しかし、この方法では焼成中に、原料の熱分
解を生じ易く、単にN2ガス雰囲気下で焼成する
だけでは焼結体の重量減とそれに伴う組成のずれ
を防ぐことが出来ないため、十分にち密な焼結体
を得ることが難しい欠点を有する。また上記熱分
解を防ぐために成型体の回りをSi3N4とSiO2を主
成分とする粉末で被覆した後焼成する方法も例え
ばジヤナル オブ マテリアル サイアンス（J.
materials science）14〔10〕2309〜2316
（1979）で提案されている。しかこの方法は工業
的に著しく改良された方法であるが、工業的に尚
十分満足出来るものではなかつた。 本発明者はサイアロン焼結体の製造につき鋭意
研究を重ねて来た結果、得られたサイアロン焼結
体の組成、性状等がサイアロン焼結体の製造に於
ける1500℃以上での昇温速度及び成型体に被覆す
るSiO2量によつて著しく影響をうけることを見
出した。更にこれらの影響につき研究を続けた結
果、前記昇温速度とSiO2量との相関性を知見し
本発明を完成させるに至つた。 即ち本発明は珪素化合物とアルミニウム化合物
を主成分とする成型体をSi3N4とSiO2とを主成分
とする粉末で被覆した後焼成して組成式
Si6-zAlzOzN8-z（但しｚは1.0〜4.2の正数）で表
わされるサイアロン焼結体を製造するに際し、
1500℃以上での昇温速度〔ｔ（℃／min）〕が6z
≦ｔ≦９（ｚ＋２）の範囲で且つ成型体の単位表
面積当りの被覆粉末のSiO2量〔ｗ（ｇ／cm2）〕が
０．００５（ｔ＋１０）／ｚ≦ｗ≦０．００９（ｔ＋２
０）／ｚで表わされる範囲 で、窒素ガス雰囲気下に焼成するサイアロン焼結
体の製造方法である。 本発明に於けるサイアロン焼結体の原料は特に
限定されず、公知の原料を使用出来る。前記一般
式からも明らかな如くサイアロン焼結体はSi、
AlO及びＮの４元素からなつているが一般に好適
に使用される原料はSi3N4−Al2O3又はSi3N4−
SiO2−AlN等の原料を混合したものである。これ
らの原料は反応を速やかに進行させる目的のため
に微細な粉末で用いるのが一般的である。従つて
通常５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の粉末と
して用いるのが好適である。 前記原料混合組成は目的物であるサイアロン焼
結体の組成即ちSi6-zAlzOzN8-z（但しｚは1.0〜
4.2の正数）に相当するように選べばよい。これ
らの原料は先ず目的の形状に成型される。該成型
は特に限定的ではないが一般には密度が1.6〜2.0
ｇ／cm3程度に成型するのが好適である。次いで該
成型体はSi3N4とSiO2とを主成分とする粉末で被
覆される。該被覆手段は公知の方法が特に限定さ
れず採用されるが一般にはアルミナ、窒化珪素、
炭化珪素、サイアロン等の耐熱性材料で製造され
た容器中にSi3N4とSiO2との混合粉末を入れたも
ののなかに該成型体を設置する方法が好適に採用
される。該Si3N4とSiO2との粉末混合比は特に限
定的ではないが一般にはSi3N4をSiO2より多量に
使用するのが好ましい。例えばSi3N4とSiO2との
混合比はSi3N4が20重量％以上となる如く選ぶの
が一般的で、SiO2は５〜80重量％好ましくは５
〜60重量％の割合となる如く選ぶのが好ましい。
該SiO2量は後述する如く得られるサイアロン焼
結体の性状に大きな影響を与えるが上記混合比の
うちSiO2が５重量％より少なくなると後述する
焼成中に重量減が生起する傾向が生じ一般的には
好ましくない。逆に該SiO2混合比が80重量％を
越えると溶融SiO2が焼成中に成型体と反応して
後処理が難しくなるので一般的には採用しない方
が好ましい。前記Si3N4とSiO2との粉末混合物中
にAl2O3、Si、SiC、Si3N2O等を共存させること
は必要に応じて採用することが出来る。 前記成型体をSi3N4とSiO2との粉末で被覆して
焼成する理由は前記説明で明らかな如く、サイア
ロン焼結体の製造時にサイアロン焼結体の熱分解
を発生するSiOによつて防止すると共に、成型体
の焼結反応、収縮を促進する役目をはたすためで
ある。 前記Si3N4とSiO2との粉末で被覆された成型体
は焼成することによつて目的のサイアロン焼結体
となる。該焼成温度は特に限定的ではなく公知の
温度を選べばよい。一般には1700以上好ましくは
1750〜1950℃で30〜120分間焼成すると十分であ
る。 本発明の最大の特徴は前記成型体の焼成時に於
ける1500℃以上での昇温速度及び被覆粉末中の
SiO2量のコントロールを行う点にある。即ち
1500℃以上での昇温速度〔ｔ（℃／min）〕は式 6z≦ｔ≦９（ｚ＋２） ………(1) の範囲に制御する必要がある。 また成型体の単位面積当りの被覆粉末のSiO2
量〔ｗ（ｇ／cm2）〕は、式 ０．００５（ｔ＋１０）／ｚ≦ｗ≦０．００９（ｔ＋
２０）／ｚ………(2) の範囲に制御する必要がある。 前記1500℃以上での昇温速度が重要である理由
は、必ずしも明白ではないが次の理由によるもの
と思われる。サイアロンの生成と成型体の収縮
（高密度化）に大きな役割をするＸ相（推定組成
Si9Al7O21N5）とよばれる反応中間体の生成が1500
℃付近で始まること、および、1500℃以上から被
覆粉末のSiO分圧が徐々に高なり成型体の熱分解
（SiO飛散）を防止する効果が始まるためと推測
される。 上記(1)式及び(2)式で示される条件は本発明者が
数多くのテストとその結果の評価にもとずいて誘
導したものである。該(1)式及び(2)式のいずれもの
条件が満足されたとき初めて得られたサイアロン
焼結体は高密度で且つ室温及び高温に於ける強度
変化が少なくすぐれたものとなる。前記条件を更
に詳しく簡略化して説明するため、以下前記サイ
アロン焼結体の組成式中ｚが２の場合を例示して
説明する。勿論該ｚが1.0から4.2までの値につい
ても以下の説明と同様に理解されよう。第１図は
前記ｚ＝２の場合の前記(1)式及び(2)式を満足する
条件を斜線で示したものである。昇温速度が第１
図の直線ａで示さる12℃／min以下であると、例
えば被覆粉末中のSiO2量が前記(2)式を満足する
適量であつても、焼成反応で発生した高SiOガス
圧下に成型体が長時間さらされる。その結果SiO
ガスが成型体の比較的内部まで浸透反応し、サイ
アロン焼結体の特に表面近傍にガラス相を多く生
成する。このガラス相は高温で軟化するため焼結
体の高温強度以下の原因となる。従つてすぐれた
サイアロン焼結体とはなり得ない。また昇温速度
が第１図の直線Ｃで示される36℃／min以上であ
ると、成型体からサイアロン焼結体が生成する反
応が十分進行しないうちに、成型体が高温にさら
される。その結果Si3N4の一部がSi3N4→3Si＋2N2
の反応により分解し、焼成後のサイアロン焼結体
中に金属Siが共存し易くなる。サイアロン焼結体
中に金属Siが共存すると該サイアロン焼結体の高
温強度に悪影響を与える。次に第１図の直線ｂと
ｄによつて、前記昇温速度範囲に対する適正な
SiO2量（成型体単位表面積当り）が示されてい
る。ｂの値よりSiO2量が少いと、例え適当な昇
温速度で加熱しても、成型体の回りの雰囲気中に
十分な量のSiOを与えることができず、高密度な
焼結体にすることが難しくなる。 また、ｄの値よりSiO2量が多いと収縮は十分
に進行し、高密度サイアロン焼結体になるが、
SiOガスと成型体との反応が進行し、サイアロン
焼結体にガラス相が多く蓄積する。 前記で説明した焼結体中のガラス相の存在量や
分布状態は、焼結体の破面を適当な処理液（例え
ばHF＋HNO3）でエツチングした後、走査型電子
顕微鏡（SEM）で観察することによつて知るこ
とができる。例えばｚ＝２（Si4Al2O2N6）組成の
サイアロンを、ｔ＝25℃／min、ｗ＝0.22ｇ／cm2
の条件（第１図の直線ｄの上側の範囲）およびｔ
＝25℃／min、ｗ＝0.18ｇ／cm2の条件（第１図の
斜線範囲内）で、1800℃、90分間焼結したものの
各々の破面をエツチング後、SEMで観察した結
果を第２図のａ，ｂに示した。ａ，ｂ夫々表面か
ら200μｍ内部の写真であるが、ａではサイアロ
ンの粒子と粒子の間がエツチングによつてかなり
除去されており粒界にガラス相が多量に存在して
いたことを示している。これに対して、ｂでは焼
結体中に元々存在した空孔はみられるものの、粒
子と粒子の間のエツチングの程度は非常に小さ
く、粒界に第２相の存在が少いことを示してい
る。この両者の差が高温おける焼結体の強度の差
となつて現われることは明瞭である。 以上ｚ＝２即ち組成式Si4Al2O2N6で示されるサ
イアロン焼結体について述べたが、他の組成につ
いても前記同様の傾向がある。また、前記(1)式及
び(2)式で示されるように、ｚの値が大きくなると
サイアロン焼結反応は早くなるので昇温速度の適
正範囲もｚの値と共に高い方へずれる。また上記
のｚの値が大きくなると前記(2)式で示される
SiO2量は少なくてよい方へ移行する。これは、
その値が大きくなるにつれサイアロン焼結反応が
早くなることと、サイアロンのSiO分解圧が低く
なることにより、必要なSiO2量が小さくなるこ
とによるものと考えられる。 以上の説明から明らかな如く、本発明の前記(1)
式及び(2)式の条件を満足する条件下にしかも珪素
ガス雰囲気下に成型体を焼結することによつてす
ぐれたサイアロン焼結体を得ることが出来る。該
焼成時に於ける窒素ガスの存在は本発明に於いて
必須要件であるが窒素ガス雰囲気は必ずしも加圧
状態である必要はない。通常は大気圧で十分であ
るが焼成温度が高くなると例えば1800℃以上に於
いては２〜10気圧或いはそれ以上の窒素ガス圧下
で焼成するのが好ましい。 本発明を更に具体的に説明するため以下実施例
を挙げて説明するが本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。 実施例 １ 高純度なSi3N4（平均粒径0.8μｍ）、Al2O3（同
0.3μｍ）、およびAlN（同μｍ）を、Si4Al2O2N6
（ｚ＝２）組成となるように、高純度アルミナボ
ールを用いて混合した。混合はヘキサン中で行
い、混合の際のアルミナボールの減量は秤量の
際、予めAl2O3量として引いておいた。混合粉末
約2.3ｇを金型による一次成型、次いで静水圧プ
レス（1000Kg／cm2）して、密度1.87ｇ／cm3の約
0.5×0.6×４cmの角柱状成型体とした。この成型
体をSi3N4（70重量％）とSiO2（30重量％）の混
合粉末3.8ｇでほぼ均一に覆われるようにして、
窒化ホウ素製のるつぼ中に設置した（ｗ＝0.18
ｇ／cm2）。次いで、このるつぼを１気圧N2気流中
で、1500℃以上の昇温速度25℃／minで1800℃ま
で昇温し、この温度で90分保持した。焼成後の重
量減は1.1〜1.8重量％の範囲であり、得られたサ
イアロン焼結体の平均密度は2.99ｇ／cm3（対理論
比96％）であつた。曲げ強度測定用試料は、焼結
体の表面を研磨し（井2000SiC、最終仕上げ）、
スパン20mmの条件で25℃および1200℃での３度曲
げ強度を測定した。結果は25℃で44Kg／mm2、1200
℃で42Kg／mm2と、強度の低下はほとんど無かつ
た。 実施例２〜14及び比較例１〜19 実施例１における種々の条件を第１表に示すよ
うに変化させた以外は実施例１と同様に実施し
た。その結果は第１表に示す通りであつた。 また比較のため本発明の条件をはずれたところ
で種々の条件を選んで第２表の条件以外は実施例
１と同様に実施した。その結果を第２表に示し
た。
【表】
第１図は組成式中ｚ＝２の場合の本発明の好適
な焼成条件を斜線で示した。第２図はａが比較の
ため実施したサイアロン焼結体のSEM写真で、
ｂの本発明の実施により得られたサイアロン焼結
体のSEM写真である。
な焼成条件を斜線で示した。第２図はａが比較の
ため実施したサイアロン焼結体のSEM写真で、
ｂの本発明の実施により得られたサイアロン焼結
体のSEM写真である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 珪素化合物とアルミニウム化合物を主成分と
する成型体をSi3N4とSiO2とを主成分とする粉末
で被覆した後、焼成して組成式Si6-zAlzOzN8-z
（但しｚは1.0〜4.2の正数）で表わされるサイア
ロン焼結体を製造するに際し、1500℃以上での昇
温速度〔ｔ（℃／min）〕が6z≦ｔ≦９（ｚ＋
２）の範囲で、且つ成型体の単位表面積当りの被
覆粉末のSiO2量〔ｗ（ｇ／cm2）〕が０．００５（ｔ＋
１０）／ｚ≦ ｗ≦０．００９（ｔ＋２０）／ｚで表わされる範囲で窒
素ガス雰 囲気下に焼成することを特徴とするサイアロン焼
結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15498879A JPS5678472A (en) | 1979-12-01 | 1979-12-01 | Manufacture of sialon sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15498879A JPS5678472A (en) | 1979-12-01 | 1979-12-01 | Manufacture of sialon sintered body |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5678472A JPS5678472A (en) | 1981-06-27 |
| JPS6240318B2 true JPS6240318B2 (ja) | 1987-08-27 |
Family
ID=15596254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15498879A Granted JPS5678472A (en) | 1979-12-01 | 1979-12-01 | Manufacture of sialon sintered body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5678472A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6272507A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-03 | Ube Ind Ltd | サイアロン粉末の製法 |
| JP4578009B2 (ja) * | 2001-03-16 | 2010-11-10 | 東洋アルミニウム株式会社 | 窒素含有無機化合物の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5547269A (en) * | 1978-09-27 | 1980-04-03 | Kagaku Gijutsucho Mukizai | Manufacture of thialon sintered body |
-
1979
- 1979-12-01 JP JP15498879A patent/JPS5678472A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5678472A (en) | 1981-06-27 |
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