JPS631273B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS631273B2 JPS631273B2 JP57149382A JP14938282A JPS631273B2 JP S631273 B2 JPS631273 B2 JP S631273B2 JP 57149382 A JP57149382 A JP 57149382A JP 14938282 A JP14938282 A JP 14938282A JP S631273 B2 JPS631273 B2 JP S631273B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sintering
- atmosphere
- powder
- stage
- sintered body
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 技術の背景
この発明は高温強度が高く、高密度を有する窒
化けい素焼結体を得るための窒化けい素の焼結方
法に関するものである。 最近セラミツクス材料、特に耐熱性材料として
のセラミツクスの開発が盛んに行われており、な
かでも高温において安定な耐熱性物質である共有
結合性化合物、特に窒化けい素（Si3N4）が非常
にすぐれた材料であることが知られている。 一般にセラミツクスは、原料セラミツクス粉末
を成形焼結して使用されるものであるが、Si3N4
の場合は、一般の酸化物セラミツクスと異なり、
難焼結性物質であるため、単独組成たとえば
Si3N4の粉末のみを焼結しても緻密な焼結体を得
ることは困難である。 このためSi3N4粉末の場合などにはMgO、
Al2O3、Y2O3、CeO2、BeOなどの酸化物粉末を
焼結助剤として添加して焼結することが行われて
いる。 しかしてこのような焼結助剤を加えたSi3N3粉
末を使用して通常行われているプレス成形をして
真空あるいは常圧で加熱焼結する方法は、焼結コ
ストが低く工業的に有用ではあるが、Si3N4焼結
体に微孔がそのまま残存するので高密度の焼結体
を得ることは困難である。 これに対して、高温下で加圧しながら焼結する
ホツトプレス法は、より緻密な焼結体を得ること
はできるが、高温において強度低下が生ずる欠点
があり、また焼結コストが高くつくという難点が
ある。 この高温における強度低下は、焼結助剤の添加
によりSi3N4の粉末界面に低融点物質が生成する
ことによるものであると考えられ、焼結助剤を使
用する場合は不可避である。 さらに焼結助剤の混合割合を減少し、あるいは
焼結助剤を添加せずに高圧ガス雰囲気中で焼結し
たり、爆発成型などで粉末に瞬間的に高圧を加え
て粉砕したのち、焼結するなどの方法が試みられ
ているが、何れの方法も焼結コストが高く、また
高温強度の低下現象が残る欠点があり、工業的な
方法として成功していない。 本発明者らは上記の点に鑑みて焼結助剤を用い
ながら高温強度、高密度のSi3N4焼結体を得る
Si3N4粉末の焼結法について、Si3N4粉末をプレ
ス成形したのち、真空、減圧あるいは加圧などの
各種の雰囲気および温度など焼結条件を変化させ
て焼結を行つて試験を繰返した結果、この発明に
至つたものである。 (ロ) 発明の開示 即ち、本発明は、焼結助剤を添加したSi3N4粉
末を成形体を焼結するに際し、焼結時の昇温過程
を同一焼結炉内で、 （第１段階） 真空雰囲気または還元性減圧雰囲気下で、成形
体粉末に吸着している酸素または水分等を蒸発ま
たは分解除去する工程 （第２段階） Iatm（atmosphere、気圧、以下同じ）以下の
N2分圧を有する減圧雰囲気で粉末成形体表面の
酸化膜を除去しながら焼結する工程 （第３段階） 1atm以上のN2分圧を有する加圧雰囲気で焼結
を進行させる工程 （第４段階） 1000atm以上のN2またはArまたはArとN2の混
合ガス加圧雰囲気でさらに焼結体をち密化する工
程の４段階で行うことを特徴とするもので、これ
によつて高密度、高強度で、高温での強度劣化の
少いSi3N4焼結体が得られるのである。 本発明の方法において、第１段階は、原料とな
るSi3N4粉末や焼結助剤粉末から、もしくは粉末
処理工程で含有または吸着する酸素、水分または
有機物等の焼結阻害物もしくは、焼結体中に残留
し、焼結体特性を劣化させる物質を除去しようと
するものであり、真空または還元性雰囲気で行わ
れる。処理温度範囲は、上記有害物質の除去効果
とSi3N4粉末や焼結助剤粉末が分解しないという
観点から室温から1100℃の範囲で行うことが好ま
しい。 また第２段階は、成形体を構成するSi3N4粉末
表面の酸化物を除去しつつ焼結を進行させる工程
であり、この工程では液相が発生し、ち密化が開
始するので、雰囲気圧力としては減圧とし、焼結
体中に雰囲気ガスまたは、被焼結体から発生する
ガスがトラツプされることによる空孔の残留を防
がなければならない。雰囲気ガスとしては、被焼
結体の分解を抑えるためにN2分圧を必要とし、
また粉末表面の酸化物除去効果を高めるため、
H2またはCOガス分圧を加えることが有効であ
る。処理温度としては、800〜1700℃の範囲で行
うことが好ましい。800℃以下の温度では酸化物
除去効果が期待できない。また1700℃以上での減
圧処理は、Si3N4粉末の分解を促進するので好ま
しくない。 第３段階は本来の焼結過程であり、したがつて
Si3N4の分解を抑制しつつ焼結を進行させるため
1atm以上のN2分圧を有する加圧雰囲気を必要と
する。処理温度は用いる焼結助剤の種類によつて
も異なるが一般に1500〜2000℃の範囲に入る。 第４段階は、第３段階までの過程で残留する空
孔を除去し、焼結体をち密化するための1000atm
以上の雰囲気圧力で熱間静圧する工程である。一
般には1000atm以上の圧力下での熱間静圧処理は
Ar雰囲気で行わているが、Si3N4焼結体の処理で
はN2雰囲気中またはN2とArの混合ガス雰囲気で
行うのがSi3N4の分解を抑えるためには好まし
い。温度は1600〜2000℃の範囲が効果的である。 以上示した様に本発明によれば、同一炉体内
で、気中に取り出すことなく連続的に、成形体
粉末に吸着している有害物の除去する工程、成
形体粉末表面の酸化膜を除去しつつ焼結する工
程、加圧N2雰囲気でSi3N4の分解を抑えつつ焼
結を進行させる工程、焼結体に含まれる空孔を
高圧雰囲気で除去し、焼結体をち密化する工程を
行うことができ、高純度、高密度、高強度で、高
温での強度特性劣化の少ない焼結体を得ることが
できる。 実施例 Si3N489wt％、Al2O37％、Y2O34％の粉末混合
物を試験片形状に型押成形し、下記条件にて焼結
した焼結体を研削後、曲げ強度を測定した結果を
第１表に示す。 【表】
化けい素焼結体を得るための窒化けい素の焼結方
法に関するものである。 最近セラミツクス材料、特に耐熱性材料として
のセラミツクスの開発が盛んに行われており、な
かでも高温において安定な耐熱性物質である共有
結合性化合物、特に窒化けい素（Si3N4）が非常
にすぐれた材料であることが知られている。 一般にセラミツクスは、原料セラミツクス粉末
を成形焼結して使用されるものであるが、Si3N4
の場合は、一般の酸化物セラミツクスと異なり、
難焼結性物質であるため、単独組成たとえば
Si3N4の粉末のみを焼結しても緻密な焼結体を得
ることは困難である。 このためSi3N4粉末の場合などにはMgO、
Al2O3、Y2O3、CeO2、BeOなどの酸化物粉末を
焼結助剤として添加して焼結することが行われて
いる。 しかしてこのような焼結助剤を加えたSi3N3粉
末を使用して通常行われているプレス成形をして
真空あるいは常圧で加熱焼結する方法は、焼結コ
ストが低く工業的に有用ではあるが、Si3N4焼結
体に微孔がそのまま残存するので高密度の焼結体
を得ることは困難である。 これに対して、高温下で加圧しながら焼結する
ホツトプレス法は、より緻密な焼結体を得ること
はできるが、高温において強度低下が生ずる欠点
があり、また焼結コストが高くつくという難点が
ある。 この高温における強度低下は、焼結助剤の添加
によりSi3N4の粉末界面に低融点物質が生成する
ことによるものであると考えられ、焼結助剤を使
用する場合は不可避である。 さらに焼結助剤の混合割合を減少し、あるいは
焼結助剤を添加せずに高圧ガス雰囲気中で焼結し
たり、爆発成型などで粉末に瞬間的に高圧を加え
て粉砕したのち、焼結するなどの方法が試みられ
ているが、何れの方法も焼結コストが高く、また
高温強度の低下現象が残る欠点があり、工業的な
方法として成功していない。 本発明者らは上記の点に鑑みて焼結助剤を用い
ながら高温強度、高密度のSi3N4焼結体を得る
Si3N4粉末の焼結法について、Si3N4粉末をプレ
ス成形したのち、真空、減圧あるいは加圧などの
各種の雰囲気および温度など焼結条件を変化させ
て焼結を行つて試験を繰返した結果、この発明に
至つたものである。 (ロ) 発明の開示 即ち、本発明は、焼結助剤を添加したSi3N4粉
末を成形体を焼結するに際し、焼結時の昇温過程
を同一焼結炉内で、 （第１段階） 真空雰囲気または還元性減圧雰囲気下で、成形
体粉末に吸着している酸素または水分等を蒸発ま
たは分解除去する工程 （第２段階） Iatm（atmosphere、気圧、以下同じ）以下の
N2分圧を有する減圧雰囲気で粉末成形体表面の
酸化膜を除去しながら焼結する工程 （第３段階） 1atm以上のN2分圧を有する加圧雰囲気で焼結
を進行させる工程 （第４段階） 1000atm以上のN2またはArまたはArとN2の混
合ガス加圧雰囲気でさらに焼結体をち密化する工
程の４段階で行うことを特徴とするもので、これ
によつて高密度、高強度で、高温での強度劣化の
少いSi3N4焼結体が得られるのである。 本発明の方法において、第１段階は、原料とな
るSi3N4粉末や焼結助剤粉末から、もしくは粉末
処理工程で含有または吸着する酸素、水分または
有機物等の焼結阻害物もしくは、焼結体中に残留
し、焼結体特性を劣化させる物質を除去しようと
するものであり、真空または還元性雰囲気で行わ
れる。処理温度範囲は、上記有害物質の除去効果
とSi3N4粉末や焼結助剤粉末が分解しないという
観点から室温から1100℃の範囲で行うことが好ま
しい。 また第２段階は、成形体を構成するSi3N4粉末
表面の酸化物を除去しつつ焼結を進行させる工程
であり、この工程では液相が発生し、ち密化が開
始するので、雰囲気圧力としては減圧とし、焼結
体中に雰囲気ガスまたは、被焼結体から発生する
ガスがトラツプされることによる空孔の残留を防
がなければならない。雰囲気ガスとしては、被焼
結体の分解を抑えるためにN2分圧を必要とし、
また粉末表面の酸化物除去効果を高めるため、
H2またはCOガス分圧を加えることが有効であ
る。処理温度としては、800〜1700℃の範囲で行
うことが好ましい。800℃以下の温度では酸化物
除去効果が期待できない。また1700℃以上での減
圧処理は、Si3N4粉末の分解を促進するので好ま
しくない。 第３段階は本来の焼結過程であり、したがつて
Si3N4の分解を抑制しつつ焼結を進行させるため
1atm以上のN2分圧を有する加圧雰囲気を必要と
する。処理温度は用いる焼結助剤の種類によつて
も異なるが一般に1500〜2000℃の範囲に入る。 第４段階は、第３段階までの過程で残留する空
孔を除去し、焼結体をち密化するための1000atm
以上の雰囲気圧力で熱間静圧する工程である。一
般には1000atm以上の圧力下での熱間静圧処理は
Ar雰囲気で行わているが、Si3N4焼結体の処理で
はN2雰囲気中またはN2とArの混合ガス雰囲気で
行うのがSi3N4の分解を抑えるためには好まし
い。温度は1600〜2000℃の範囲が効果的である。 以上示した様に本発明によれば、同一炉体内
で、気中に取り出すことなく連続的に、成形体
粉末に吸着している有害物の除去する工程、成
形体粉末表面の酸化膜を除去しつつ焼結する工
程、加圧N2雰囲気でSi3N4の分解を抑えつつ焼
結を進行させる工程、焼結体に含まれる空孔を
高圧雰囲気で除去し、焼結体をち密化する工程を
行うことができ、高純度、高密度、高強度で、高
温での強度特性劣化の少ない焼結体を得ることが
できる。 実施例 Si3N489wt％、Al2O37％、Y2O34％の粉末混合
物を試験片形状に型押成形し、下記条件にて焼結
した焼結体を研削後、曲げ強度を測定した結果を
第１表に示す。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 焼結助剤を添加した窒化けい素粉末の圧粉体
を焼結するに際し、昇温過程において同一焼結炉
内で、 （第１段階） 真空雰囲気または還元性減圧雰囲気下で成形体
中に吸着している酸素または水分等を室温から
1100℃まで蒸発または分解除去する工程 （第２段階） Iatm以下のN2分圧を有する減圧雰囲気で粉末
成形体表面の酸化膜を除去しながら800〜1700℃
の範囲で焼結させる工程 （第３段階） Iatm以上のN2分圧を有する加圧雰囲気で1500
〜2000℃の範囲で焼結を進行させる工程 （第４段階） 1000atm以上のN2またはArまたはArとN2の混
合ガス加圧雰囲気で1600〜2000℃の範囲でさらに
焼結体を緻密化する工程の４段階を経ることを特
徴とする窒化けい素の焼結方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57149382A JPS5939769A (ja) | 1982-08-28 | 1982-08-28 | 窒化けい素の焼結方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57149382A JPS5939769A (ja) | 1982-08-28 | 1982-08-28 | 窒化けい素の焼結方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5939769A JPS5939769A (ja) | 1984-03-05 |
| JPS631273B2 true JPS631273B2 (ja) | 1988-01-12 |
Family
ID=15473902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57149382A Granted JPS5939769A (ja) | 1982-08-28 | 1982-08-28 | 窒化けい素の焼結方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5939769A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4892848A (en) * | 1985-07-30 | 1990-01-09 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof |
| JPS63206358A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-08-25 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| JPH01290561A (ja) * | 1988-05-18 | 1989-11-22 | Nippon Cement Co Ltd | 窒化けい素系セラミツク焼結体の製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4119689A (en) * | 1977-01-03 | 1978-10-10 | General Electric Company | Sintering of silicon nitride using Be additive |
| JPS55116675A (en) * | 1979-02-27 | 1980-09-08 | Ngk Insulators Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS57106574A (en) * | 1980-12-19 | 1982-07-02 | Kobe Steel Ltd | Method of sintering silicon nitride |
-
1982
- 1982-08-28 JP JP57149382A patent/JPS5939769A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5939769A (ja) | 1984-03-05 |
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