JPS6337064B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6337064B2 JPS6337064B2 JP58241378A JP24137883A JPS6337064B2 JP S6337064 B2 JPS6337064 B2 JP S6337064B2 JP 58241378 A JP58241378 A JP 58241378A JP 24137883 A JP24137883 A JP 24137883A JP S6337064 B2 JPS6337064 B2 JP S6337064B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- nitride ceramics
- producing silicon
- ceramics according
- resintering
- 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)
Description
〔発明の技術分野〕
本発明は窒化ケイ素セラミツクスの製造方法に
関する。 〔発明の技術的背景〕 窒化ケイ素を主成分としてなる焼結体（窒化ケ
イ素セラミツクス）は、1900℃程度の高温にまで
耐えるという優れた耐熱性を有すると共に、熱膨
張係数が低く、優れた耐熱衝撃性も備えている。
こうした窒化ケイ素セラミツクスは、デイーゼル
エンジン、ガスタービン等の高温時に高強度が要
求される構造部品や耐食、耐摩耗部品への応用が
試みられている。 ところで、窒化ケイ素セラミツクスの製造方法
としては、従来より窒化ケイ素が単独では焼結し
にくいために、これに希土類元素酸化物やマグネ
シア等の助剤を添加物として加え、常圧焼結、ホ
ツトプレス、HIPなどの緻密化焼結を行なう方法
が採用されている。 〔背景技術の問題点〕 窒化ケイ素セラミツクスを構造材料として用い
る場合は、常温及び高温での強度もさることなが
ら、高度な均質化が要求される。しかしながら、
上述した従来方法では高度に均質化した窒化ケイ
素セラミツクスを製造することは至難であつた。 〔発明の目的〕 本発明は高耐熱性、高強度性はもとより、強度
が均質化された窒化ケイ素セラミツクスの製造方
法を提供しようとするものである。 〔発明の概要〕 本発明者は以下に説明する研究により高度に均
質化された窒化ケイ素セラミツクスを製造し得る
方法を開発した。 α窒化ケイ素（α―Si3N4）―希土類元素酸化
物系を焼結すると、α→βの変換時に結晶粒が長
柱状に成長して強度が向上することが知られてい
る。しかしながら、かかる結晶粒の成長において
アスペクト比を制御することは大変難しく、強度
は特に長手方向の結晶粒径で決定されるので、必
然的にばらつきが生じる。 このようなことから、本発明者らはα―Si3N4
と希土類元素酸化物系の混合物を仮焼してα→β
の変換を行なつて長柱状に結晶粒を成長させた
後、この仮焼物を粉砕してアスペクト比を揃える
ことを行なつた。しかしながら、アスペクト比を
単に揃えた仮焼粉末を焼結してもかならずしも高
度に均質化された窒化ケイ素セラミツクスを得る
ことはできなかつた。 そこで、本発明者らは仮焼物の粉砕物について
粒成長を鋭意検討した結果、仮焼時のα／βの比
率が顕著に影響することを究明し、これに基づい
てα／βの比率を１〜0.1に規定し、これを粉砕
した粉末を用いて再焼結を行なつたところ、強度
のばらつきのない高均質な窒化ケイ素セラミツク
スが得られることを見い出した。 以下、本発明の製造方法を詳細に説明する。 まず、α含有率が80％以上、好ましくは85％以
上の窒化ケイ素粉末を用意する。この窒化ケイ素
粉末は平均粒径が2μm以下、好ましくは0.1〜
1μmのものを選ぶことが望ましい。つづいて、こ
の窒化ケイ素粉末に添加物を加えて原料粉末を調
製する。添加物としては、希土類元素酸化物単
独、或いは希土類元素酸化物とアルミナ、マグネ
シア、窒化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、
酸化ジルコニウム及び炭化モリブデンから選ばれ
る少なくとも１種との混合物等が用いられる。こ
うした添加物の窒化シリコン粉末への配合量は15
重量％以下、特に前記混合物を用いる場合は希土
類元素酸化物の量を８重量％以下にすることが好
ましい。なお、添加物の粒径は1μm以下のものを
用いればよい。 次いで、前記原料粉末を仮焼してα／β比率を
１〜0.1にまで変換する。仮焼によるα／β比率
を限定した理由はその比率が１を越えると、再焼
結に際し、残存したα―Si3N4のβへの変換によ
つて長柱状粒成長が生じ易くなり、強度のばらつ
きが大きくなる。かといつて、その比率を0.1未
満にすると、得られた窒化ケイ素セラミツクスの
強度低下を招く。なお、仮焼条件は窒素気流中、
1600〜1850℃、好ましくは1700〜1800℃に設定す
ることが望ましい。仮焼時の温度を1600℃未満に
すると、α―Si3N4からβ―Si3N4への変換が遅
く、粒成長も遅くなり、かといつて1850℃を越え
ると、Si3N4が分解し始じめる。 次いで、前記仮焼物を粉砕する。この時の粒径
は１〜50μmにすることが望ましい。この理由は
粉砕粉末の粒径を1μm未満にすると、アスペクト
比が小さくなつて強度向上が難しくなり、かとい
つてその粒径が50μmを越えると、欠陥が大きく
なつて強度低下を招き易くなる。 次いで、仮焼物の粉砕粉末を用いて常圧焼結或
いはホツトプレスを行なつて窒化ケイ素セラミツ
クスを製造する。この再焼結に際しては1700〜
1820℃の温度下にて行なうことが好ましく、1700
℃で未満では焼結が十分に進まず、一方1820℃を
越えると、Si3N4の分解が起こり始じめる。な
お、再焼結としてHIPや雰囲気加圧を採用する場
合は、更に高温側での処理が可能となる。 〔発明の実施例〕 次に、本発明の実施例を説明する。 実施例 １ まず、平均粒径1.0μm、α含有率92％のSi3N4
粉末92重量％と平均粒径0.9μmのY2O3粉末５重
量％と平均粒径0.3μmのAl2O3粉末３重量％とを
混合して原料粉末を調製した。つづいで、この原
料粉末を窒素気流中で1700℃の温度にて30分間仮
焼した。この仮焼物はα／βの比率が0.8のもの
であつた。次いで、仮焼物を平均粒径5.8μmにま
で粉砕した後、この粉砕粉末を1780℃、300Kg／
cm2の条件で90分間ホツトプレスした窒化ケイ素セ
ラミツクスを製造した。 得られた窒化ケイ素セラミツクスは密度が3.24
ｇ／c.c.であつた。 また、窒化ケイ素セラミツクスを３×４×36mm
の寸法に切り出し、この試験片について３点曲げ
強度（σ），（ｍ）を測定したところ、σRT＝85
Kg／mm2、ワイブル係数（ｍ）＝21で、かつσ1200＝
82Kg／mm2、ｍ＝27と極めて高強度で、高均質性の
ものであることがわかつた。 実施例 ２ 実施例１と同様な原料粉末を温度条件を変えて
仮焼しα／βの比率が１，0.6，0.4，0.2，0.1の
仮焼物を作製した後、これら仮焼物を実施例１と
同様な処理を施して５種の窒化ケイ素セラミツク
スを製造した。 得られたセラミツクスの３点曲げ強度を測定
し、その結果を下記表に示した。
関する。 〔発明の技術的背景〕 窒化ケイ素を主成分としてなる焼結体（窒化ケ
イ素セラミツクス）は、1900℃程度の高温にまで
耐えるという優れた耐熱性を有すると共に、熱膨
張係数が低く、優れた耐熱衝撃性も備えている。
こうした窒化ケイ素セラミツクスは、デイーゼル
エンジン、ガスタービン等の高温時に高強度が要
求される構造部品や耐食、耐摩耗部品への応用が
試みられている。 ところで、窒化ケイ素セラミツクスの製造方法
としては、従来より窒化ケイ素が単独では焼結し
にくいために、これに希土類元素酸化物やマグネ
シア等の助剤を添加物として加え、常圧焼結、ホ
ツトプレス、HIPなどの緻密化焼結を行なう方法
が採用されている。 〔背景技術の問題点〕 窒化ケイ素セラミツクスを構造材料として用い
る場合は、常温及び高温での強度もさることなが
ら、高度な均質化が要求される。しかしながら、
上述した従来方法では高度に均質化した窒化ケイ
素セラミツクスを製造することは至難であつた。 〔発明の目的〕 本発明は高耐熱性、高強度性はもとより、強度
が均質化された窒化ケイ素セラミツクスの製造方
法を提供しようとするものである。 〔発明の概要〕 本発明者は以下に説明する研究により高度に均
質化された窒化ケイ素セラミツクスを製造し得る
方法を開発した。 α窒化ケイ素（α―Si3N4）―希土類元素酸化
物系を焼結すると、α→βの変換時に結晶粒が長
柱状に成長して強度が向上することが知られてい
る。しかしながら、かかる結晶粒の成長において
アスペクト比を制御することは大変難しく、強度
は特に長手方向の結晶粒径で決定されるので、必
然的にばらつきが生じる。 このようなことから、本発明者らはα―Si3N4
と希土類元素酸化物系の混合物を仮焼してα→β
の変換を行なつて長柱状に結晶粒を成長させた
後、この仮焼物を粉砕してアスペクト比を揃える
ことを行なつた。しかしながら、アスペクト比を
単に揃えた仮焼粉末を焼結してもかならずしも高
度に均質化された窒化ケイ素セラミツクスを得る
ことはできなかつた。 そこで、本発明者らは仮焼物の粉砕物について
粒成長を鋭意検討した結果、仮焼時のα／βの比
率が顕著に影響することを究明し、これに基づい
てα／βの比率を１〜0.1に規定し、これを粉砕
した粉末を用いて再焼結を行なつたところ、強度
のばらつきのない高均質な窒化ケイ素セラミツク
スが得られることを見い出した。 以下、本発明の製造方法を詳細に説明する。 まず、α含有率が80％以上、好ましくは85％以
上の窒化ケイ素粉末を用意する。この窒化ケイ素
粉末は平均粒径が2μm以下、好ましくは0.1〜
1μmのものを選ぶことが望ましい。つづいて、こ
の窒化ケイ素粉末に添加物を加えて原料粉末を調
製する。添加物としては、希土類元素酸化物単
独、或いは希土類元素酸化物とアルミナ、マグネ
シア、窒化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタン、
酸化ジルコニウム及び炭化モリブデンから選ばれ
る少なくとも１種との混合物等が用いられる。こ
うした添加物の窒化シリコン粉末への配合量は15
重量％以下、特に前記混合物を用いる場合は希土
類元素酸化物の量を８重量％以下にすることが好
ましい。なお、添加物の粒径は1μm以下のものを
用いればよい。 次いで、前記原料粉末を仮焼してα／β比率を
１〜0.1にまで変換する。仮焼によるα／β比率
を限定した理由はその比率が１を越えると、再焼
結に際し、残存したα―Si3N4のβへの変換によ
つて長柱状粒成長が生じ易くなり、強度のばらつ
きが大きくなる。かといつて、その比率を0.1未
満にすると、得られた窒化ケイ素セラミツクスの
強度低下を招く。なお、仮焼条件は窒素気流中、
1600〜1850℃、好ましくは1700〜1800℃に設定す
ることが望ましい。仮焼時の温度を1600℃未満に
すると、α―Si3N4からβ―Si3N4への変換が遅
く、粒成長も遅くなり、かといつて1850℃を越え
ると、Si3N4が分解し始じめる。 次いで、前記仮焼物を粉砕する。この時の粒径
は１〜50μmにすることが望ましい。この理由は
粉砕粉末の粒径を1μm未満にすると、アスペクト
比が小さくなつて強度向上が難しくなり、かとい
つてその粒径が50μmを越えると、欠陥が大きく
なつて強度低下を招き易くなる。 次いで、仮焼物の粉砕粉末を用いて常圧焼結或
いはホツトプレスを行なつて窒化ケイ素セラミツ
クスを製造する。この再焼結に際しては1700〜
1820℃の温度下にて行なうことが好ましく、1700
℃で未満では焼結が十分に進まず、一方1820℃を
越えると、Si3N4の分解が起こり始じめる。な
お、再焼結としてHIPや雰囲気加圧を採用する場
合は、更に高温側での処理が可能となる。 〔発明の実施例〕 次に、本発明の実施例を説明する。 実施例 １ まず、平均粒径1.0μm、α含有率92％のSi3N4
粉末92重量％と平均粒径0.9μmのY2O3粉末５重
量％と平均粒径0.3μmのAl2O3粉末３重量％とを
混合して原料粉末を調製した。つづいで、この原
料粉末を窒素気流中で1700℃の温度にて30分間仮
焼した。この仮焼物はα／βの比率が0.8のもの
であつた。次いで、仮焼物を平均粒径5.8μmにま
で粉砕した後、この粉砕粉末を1780℃、300Kg／
cm2の条件で90分間ホツトプレスした窒化ケイ素セ
ラミツクスを製造した。 得られた窒化ケイ素セラミツクスは密度が3.24
ｇ／c.c.であつた。 また、窒化ケイ素セラミツクスを３×４×36mm
の寸法に切り出し、この試験片について３点曲げ
強度（σ），（ｍ）を測定したところ、σRT＝85
Kg／mm2、ワイブル係数（ｍ）＝21で、かつσ1200＝
82Kg／mm2、ｍ＝27と極めて高強度で、高均質性の
ものであることがわかつた。 実施例 ２ 実施例１と同様な原料粉末を温度条件を変えて
仮焼しα／βの比率が１，0.6，0.4，0.2，0.1の
仮焼物を作製した後、これら仮焼物を実施例１と
同様な処理を施して５種の窒化ケイ素セラミツク
スを製造した。 得られたセラミツクスの３点曲げ強度を測定
し、その結果を下記表に示した。
以上詳述した如く、本発明によれば高耐熱性、
高強度性はもとより、強度が均質化されたデイー
ゼルエンジン、ガスタービン等の構造材料として
有効な窒化ケイ素セラミツクスの製造方法を提供
できる。
高強度性はもとより、強度が均質化されたデイー
ゼルエンジン、ガスタービン等の構造材料として
有効な窒化ケイ素セラミツクスの製造方法を提供
できる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化ケイ素―添加物系の焼結体からなる窒化
ケイ素セラミツクスの製造において、α含有率が
80％以上の窒化ケイ素に添加物を混合する工程
と、この混合物を仮焼してα／β比率を１〜0.1
にまで変換する工程と、この仮焼物を粉砕した
後、再焼結する工程とを具備したことを特徴とす
る窒化ケイ素セラミツクスの製造方法。 ２ 添加物が希土類元素酸化物であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の窒化ケイ素セ
ラミツクスの製造方法。 ３ 添加物が希土類元素酸化物と、アルミナ、マ
グネシア、窒化アルミニウム、酸化鉄、酸化チタ
ン、酸化ジルコニウム、及び炭化モリブデンから
選ばれる少なくとも１種との混合物であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒化ケイ
素セラミツクスの製造方法。 ４ 仮焼を1600〜1800℃の温度の窒素気流中で行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の窒化ケイ素セラミツクスの製造方法。 ５ 仮焼物の粉砕により粒径を１〜20μmとする
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の窒
化ケイ素セラミツクスの製造方法。 ６ 再焼結が常圧焼結であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の窒化ケイ素セラミツク
スの製造方法。 ７ 再焼結がホツトプレスであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の窒化ケイ素セラミ
ツクスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58241378A JPS60131865A (ja) | 1983-12-21 | 1983-12-21 | 窒化ケイ素セラミツクスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58241378A JPS60131865A (ja) | 1983-12-21 | 1983-12-21 | 窒化ケイ素セラミツクスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60131865A JPS60131865A (ja) | 1985-07-13 |
| JPS6337064B2 true JPS6337064B2 (ja) | 1988-07-22 |
Family
ID=17073389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58241378A Granted JPS60131865A (ja) | 1983-12-21 | 1983-12-21 | 窒化ケイ素セラミツクスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60131865A (ja) |
Families Citing this family (5)
| 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 |
| JPS62297269A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-24 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素焼結体とその製造方法 |
| US4880756A (en) * | 1987-09-02 | 1989-11-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Silicon nitride sintered product |
| JPH0694390B2 (ja) * | 1988-09-09 | 1994-11-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
| US5030599A (en) * | 1990-07-19 | 1991-07-09 | W. R. Grace & Co.-Conn. | Silicon nitride sintered materials |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58151371A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-08 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製造法 |
-
1983
- 1983-12-21 JP JP58241378A patent/JPS60131865A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60131865A (ja) | 1985-07-13 |
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