JPS627153B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS627153B2 JPS627153B2 JP57110854A JP11085482A JPS627153B2 JP S627153 B2 JPS627153 B2 JP S627153B2 JP 57110854 A JP57110854 A JP 57110854A JP 11085482 A JP11085482 A JP 11085482A JP S627153 B2 JPS627153 B2 JP S627153B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- particles
- grains
- silicon nitride
- sintered body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は炭化珪素、窒化珪素、グラフアイトな
どの耐火物粒子を骨材として、所謂反応焼結によ
り焼結体を製造する方法、詳しくはその焼成法に
関するものである。 窒化珪素（α−型）粒などに金属珪素粒を添加
し、これに必要に応じてピツチなどを配合して成
形し、これをコークス粒などからなる炭層中に埋
めこんで、窒素ガスを含有する雰囲気中において
1300〜1500℃の温度に加熱して焼結体を得る方法
は良く知られており、添加された金属珪素と窒素
とが反応して窒化珪素を生成し、これが結合力と
なることから、このような方法は反応焼結法とも
呼ばれている。 成形体の焼成を工業的に行なう場合は、重油な
どの火焼ガス（窒素：70〜80容量％、二酸化炭
素：10〜20容量％、その他水蒸気−酸素、炭化水
素など）を熱源とすることが多いので、含まれて
いる少量の酸素を除くために、成形体を炭層中に
埋めこむことが必要となるわけである。 しかし乍ら、このような方法を用いて得られた
焼結体を詳細に観察してみると、比較的多孔質で
酸化珪素に富む表層（このような層は、炉詰め時
の空気を置換しないと常に生成するものである
が）と、その内部にβ−炭化珪素および酸窒化珪
素（Si2N2O）が存在する第２の層のあることが
わかつた。 表層は勿論であるが、第２層は窒化珪素結合の
部分に比べて機械的強度、耐熱性、耐食性などが
劣るために実用性が低下するので、その改善が必
要であつた。 本願発明者らは上記現象の生因について種々検
討した結果、燃焼ガス中の酸素および二酸化炭素
とコークスとの反応により生成する一酸化炭素
と、成形体中の金属珪素との間で、 3Si＋2CO→SiC（β）＋SiO2 (1) 2Si＋CO→SiC（β）＋SiO（ガス） (2) 3Si＋CO＋N2→SiC（β）＋Si2N2O (3) の如き反応を起すためであろうと推定された。 本願発明は上記の推論に基づき、雰囲気中の酸
素、二酸化炭素または一酸化炭素の除去法につい
て鋭意研究の結果完成されたもので、成形体を埋
めこむ炭層中に、金属珪素粒を含有せしめること
を特徴とするものである。 炭層中に存在せしめた金属珪素は、撚焼ガス中
に存在する酸素は勿論のこと、比較的高温で生成
する一酸化炭素と結合して（上式参照）それぞれ
固定する一方、反応生成物である酸化珪素、β−
炭化珪素および酸窒化珪素は、窒素とは反応しな
い。このようにして酸素および一酸化炭素が雰囲
気から除かれるため、成形体中の金属珪素は、も
つぱら3Si＋2N2→Si3N4の反応によつて結合にあ
づかる窒化珪素となるので、表層から中心部まで
均一で健全な焼結体が得られることになる。なお
本法を用いた場合、(3)式によつて一部の窒素が炭
層中の金属珪素に捕捉されるが、その量は一酸化
炭素の1/4であり、しかも(1)式の反応が優先する
と見做されるので、実操業には殆んど影響しな
い。 本発明の焼結体の骨材粒としては、炭化珪素、
窒化珪素、グラフアイトのほかアルミナ、ムライ
ト、スピネルなどの通常の耐火物粒子を単独に、
または、これらを適宜混合して使用することがで
きる。殊に、炭化珪素および／または窒化珪素を
骨材粒子として使用するときは、耐スポーリング
性の優れた焼結体を得ることができる。 骨材粒の成形は、骨材粒に適度の湿りを与えて
おいて、これをそのまま所定形状に加圧成型して
もよいが、この場合、必要に応じて、少量のアル
ミナゾル、シリカゾル、ポリ塩化アルミニウムの
ような無機系結合材、またはピツチ類、ポリビニ
ルアルコール、メチルセルローズのような有機系
の結合材を適宜配合することは、成形体の保形性
を高め、爾後の成型体の取扱いを容易とし、かつ
焼結製品の歩留りを向上させるうえからも好まし
いことである。 炭層中に金属珪素粒を含有せしめる方法として
は、コークス粒中に金属珪素粒を均一に分散せし
めるのが普通であるが、予め金属珪素粒を添加し
た通気性のある耐熱板を製造するのも一つの方法
である。後者の場合、それで成形体の周囲を（必
要に応じてその内外にコークス粒を充填し）かこ
めば良い。 また炭層中に含有せしめる金属珪素粒の必要量
は、その粒度、燃焼ガスの組成、焼成温度、その
維持時間その他と関連することであるから、一義
的に決めることができないので、若干の計算と実
験が必要となるが、必要量を求めることは何等困
難な事ではない。なお炭層中に高濃度に金属珪素
粒を含有せしめると、同粒または生成した酸化珪
素粒などが相互に融着して、爾後の雰囲気調整ま
たは炭層の除去・再使用が困難になるので、金属
珪素粒の濃度は、コークス量の５重量％以下が望
ましい。 以下に、重油燃焼炉における実施例を示すが、
本願発明は、この態様に限られるものではない。 実施例 アルミナ系耐火物でつくられた内矩40×90×80
cmの容器の中心に、第１表に示した組成で、常法
により製造された20×40×15cmの成形体３ケを置
き、周囲に金属珪素粒を混入したコークス粒（詳
細は第１表記載）200Kgを充填し、容器を台車に
のせて重油燃焼のトンネル窯中で焼成した。 低温部で暫時容器内の雰囲気置換を行なつた
後、1400〜1450℃まで約20℃／hrの速度で昇温
し、該温度で40時間焼成した。 得られた焼結体の性状ならびに表面から0.5〜
３cm（第２層部）の位置の定性分析値を、第２表
にまとめた。 なお、炭層に金属珪素粒を添加しないだけで他
は実施例No.2と同じ条件のものを比較例とし
て、両表中に示した。
どの耐火物粒子を骨材として、所謂反応焼結によ
り焼結体を製造する方法、詳しくはその焼成法に
関するものである。 窒化珪素（α−型）粒などに金属珪素粒を添加
し、これに必要に応じてピツチなどを配合して成
形し、これをコークス粒などからなる炭層中に埋
めこんで、窒素ガスを含有する雰囲気中において
1300〜1500℃の温度に加熱して焼結体を得る方法
は良く知られており、添加された金属珪素と窒素
とが反応して窒化珪素を生成し、これが結合力と
なることから、このような方法は反応焼結法とも
呼ばれている。 成形体の焼成を工業的に行なう場合は、重油な
どの火焼ガス（窒素：70〜80容量％、二酸化炭
素：10〜20容量％、その他水蒸気−酸素、炭化水
素など）を熱源とすることが多いので、含まれて
いる少量の酸素を除くために、成形体を炭層中に
埋めこむことが必要となるわけである。 しかし乍ら、このような方法を用いて得られた
焼結体を詳細に観察してみると、比較的多孔質で
酸化珪素に富む表層（このような層は、炉詰め時
の空気を置換しないと常に生成するものである
が）と、その内部にβ−炭化珪素および酸窒化珪
素（Si2N2O）が存在する第２の層のあることが
わかつた。 表層は勿論であるが、第２層は窒化珪素結合の
部分に比べて機械的強度、耐熱性、耐食性などが
劣るために実用性が低下するので、その改善が必
要であつた。 本願発明者らは上記現象の生因について種々検
討した結果、燃焼ガス中の酸素および二酸化炭素
とコークスとの反応により生成する一酸化炭素
と、成形体中の金属珪素との間で、 3Si＋2CO→SiC（β）＋SiO2 (1) 2Si＋CO→SiC（β）＋SiO（ガス） (2) 3Si＋CO＋N2→SiC（β）＋Si2N2O (3) の如き反応を起すためであろうと推定された。 本願発明は上記の推論に基づき、雰囲気中の酸
素、二酸化炭素または一酸化炭素の除去法につい
て鋭意研究の結果完成されたもので、成形体を埋
めこむ炭層中に、金属珪素粒を含有せしめること
を特徴とするものである。 炭層中に存在せしめた金属珪素は、撚焼ガス中
に存在する酸素は勿論のこと、比較的高温で生成
する一酸化炭素と結合して（上式参照）それぞれ
固定する一方、反応生成物である酸化珪素、β−
炭化珪素および酸窒化珪素は、窒素とは反応しな
い。このようにして酸素および一酸化炭素が雰囲
気から除かれるため、成形体中の金属珪素は、も
つぱら3Si＋2N2→Si3N4の反応によつて結合にあ
づかる窒化珪素となるので、表層から中心部まで
均一で健全な焼結体が得られることになる。なお
本法を用いた場合、(3)式によつて一部の窒素が炭
層中の金属珪素に捕捉されるが、その量は一酸化
炭素の1/4であり、しかも(1)式の反応が優先する
と見做されるので、実操業には殆んど影響しな
い。 本発明の焼結体の骨材粒としては、炭化珪素、
窒化珪素、グラフアイトのほかアルミナ、ムライ
ト、スピネルなどの通常の耐火物粒子を単独に、
または、これらを適宜混合して使用することがで
きる。殊に、炭化珪素および／または窒化珪素を
骨材粒子として使用するときは、耐スポーリング
性の優れた焼結体を得ることができる。 骨材粒の成形は、骨材粒に適度の湿りを与えて
おいて、これをそのまま所定形状に加圧成型して
もよいが、この場合、必要に応じて、少量のアル
ミナゾル、シリカゾル、ポリ塩化アルミニウムの
ような無機系結合材、またはピツチ類、ポリビニ
ルアルコール、メチルセルローズのような有機系
の結合材を適宜配合することは、成形体の保形性
を高め、爾後の成型体の取扱いを容易とし、かつ
焼結製品の歩留りを向上させるうえからも好まし
いことである。 炭層中に金属珪素粒を含有せしめる方法として
は、コークス粒中に金属珪素粒を均一に分散せし
めるのが普通であるが、予め金属珪素粒を添加し
た通気性のある耐熱板を製造するのも一つの方法
である。後者の場合、それで成形体の周囲を（必
要に応じてその内外にコークス粒を充填し）かこ
めば良い。 また炭層中に含有せしめる金属珪素粒の必要量
は、その粒度、燃焼ガスの組成、焼成温度、その
維持時間その他と関連することであるから、一義
的に決めることができないので、若干の計算と実
験が必要となるが、必要量を求めることは何等困
難な事ではない。なお炭層中に高濃度に金属珪素
粒を含有せしめると、同粒または生成した酸化珪
素粒などが相互に融着して、爾後の雰囲気調整ま
たは炭層の除去・再使用が困難になるので、金属
珪素粒の濃度は、コークス量の５重量％以下が望
ましい。 以下に、重油燃焼炉における実施例を示すが、
本願発明は、この態様に限られるものではない。 実施例 アルミナ系耐火物でつくられた内矩40×90×80
cmの容器の中心に、第１表に示した組成で、常法
により製造された20×40×15cmの成形体３ケを置
き、周囲に金属珪素粒を混入したコークス粒（詳
細は第１表記載）200Kgを充填し、容器を台車に
のせて重油燃焼のトンネル窯中で焼成した。 低温部で暫時容器内の雰囲気置換を行なつた
後、1400〜1450℃まで約20℃／hrの速度で昇温
し、該温度で40時間焼成した。 得られた焼結体の性状ならびに表面から0.5〜
３cm（第２層部）の位置の定性分析値を、第２表
にまとめた。 なお、炭層に金属珪素粒を添加しないだけで他
は実施例No.2と同じ条件のものを比較例とし
て、両表中に示した。
【表】
【表】
以上の結果からわかるように、本発明方法によ
るときは、極めて容易に均質で健全な窒化珪素結
合焼結体を得ることができる。
るときは、極めて容易に均質で健全な窒化珪素結
合焼結体を得ることができる。
Claims (1)
- １ 耐火物粒子を骨材とし、これに金属珪素粒を
配合した成形体を炭層中に埋めこみ、窒素ガス雰
囲気中において1300〜1500℃の温度で焼成する方
法において、該炭層中に金属珪素粒を含有せしめ
ることを特徴とする窒化珪素結合焼結体の焼成
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57110854A JPS593067A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | 窒化珪素結合焼結体の焼成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57110854A JPS593067A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | 窒化珪素結合焼結体の焼成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS593067A JPS593067A (ja) | 1984-01-09 |
| JPS627153B2 true JPS627153B2 (ja) | 1987-02-16 |
Family
ID=14546343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57110854A Granted JPS593067A (ja) | 1982-06-29 | 1982-06-29 | 窒化珪素結合焼結体の焼成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS593067A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6421969U (ja) * | 1987-07-30 | 1989-02-03 |
-
1982
- 1982-06-29 JP JP57110854A patent/JPS593067A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6421969U (ja) * | 1987-07-30 | 1989-02-03 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS593067A (ja) | 1984-01-09 |
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