JPS6348829B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6348829B2 JPS6348829B2 JP59000254A JP25484A JPS6348829B2 JP S6348829 B2 JPS6348829 B2 JP S6348829B2 JP 59000254 A JP59000254 A JP 59000254A JP 25484 A JP25484 A JP 25484A JP S6348829 B2 JPS6348829 B2 JP S6348829B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- sintered body
- magnesium oxide
- surface area
- specific surface
- 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
【発明の詳細な説明】
本発明は窒化珪素質焼結体の製法に関する。
窒化珪素質焼結体は、機械的強度、耐クリープ
性、耐熱性、耐熱衝撃性、耐蝕性などの種々の熱
的及び機械的性質が優れているため、近年、高温
機械部品、高温構造材料、耐摩耗材料耐蝕材料へ
の用途が期待されている。 ところが、窒化珪素は極めて難焼結性の物質で
あり、それ単独を焼結して高密度焼結体を得るこ
とは困難である。そこで、窒化珪素粉末に種々の
酸化物粉末を添加して焼結することにより高密度
焼結体を製造する方法が提案されている。上記酸
化物粉末としては、たとえば、マグネシウム、ア
ルミニウム、イツトリウムなどの酸化物が使用さ
れている。 特開昭58―64279号公報には、窒化珪素粉末に
粒径500Å以下の酸化マグネシウムを添加して焼
結する方法が開示されている。しかし、この方法
で得られる窒化珪素質焼結体の強度は実用上未だ
充分とは言い難い。 本発明者らは、特定の比表面積及び粒子構造を
有する窒化珪素と酸化マグネシウムとの混合物を
焼結することにより、優れた熱的性質及び機械的
性質を有する窒化珪素質焼結体が得られることを
見いだし本発明を完成した。 即ち、本発明は、比表面積30m2／ｇ以上の等軸
形の一次粒子からなる酸化マグネシウム粉末１〜
30重量％と、残部が、イミド熱分解法により生成
した比表面積５m2／ｇ以上の粒状窒化珪素粉末と
からなる混合物を、50〜1000Kg／cm2の加圧下に
1500〜2000℃の温度で焼結することを特徴とする
窒化珪素質焼結体の製法である。 本発明で使用される酸化マグネシウムは、比表
面積が30m2／ｇ以上であり、等軸形の一次粒子か
らなる酸化マグネシウム粉末である。 上記酸化マグネシウム粉末は、例えば、本願出
願人の出願になる特願昭58―88889号明細書に記
載の方法に従つて製造することができる。上記方
法は、マグネシウム蒸気と酸素含有気体とを、マ
グネシウム蒸気分圧0.09気圧以下、酸素含有気体
の酸素分圧がマグネシウム蒸気分圧の1/2以上、
及び反応温度が800〜1600℃の条件で並流にて互
いに接触させて、マグネシウムを酸化させる方法
である。 通常、酸化マグネシウム粉末は、水酸化物、酢
酸塩、塩基性炭酸塩、しゆう酸塩などの熱分解に
より製造されている。ところが、これらの塩分解
により合成された酸化マグネシウム粉末は、二次
凝集性が強く、さらに二次粒子径が大きいことが
知られている。この凝集粒子は、窒化珪素粉末と
混合した後も残存しており、一次粒子レベルでの
分散性が悪くて、焼結後も、粒界に大きなケイ酸
塩の塊又は気孔を残す原因となつている。粒界に
このような析出相又は気孔が存在すると、その個
所が破壊の起点となるため、高強度な焼結体が得
られない。 これに対して、上記したマグネシウム蒸気と酸
素含有気体との反応により得られる酸化マグネシ
ウム粉末は、等軸形の一次粒子より構成されてお
り、二次凝集がほとんどないという長所を有して
いる。従つて、窒化珪素粉末と混合した場合、一
次粒子レベルでの均一な分散が容易に実現でき、
焼結後には、窒化珪素粒子を厚さ数百Åのマグネ
シウムシリケート層が覆つた構造の均一な組織の
焼結体が得られる。このような均一な微細構造を
有する焼結体は、高強度であることが知られてい
る。 このように、本発明で使用される酸化マグネシ
ウムは、比表面積が30m2／ｇ以上であるという条
件と、粒子構造が等軸形の一次粒子からなるとい
う条件とを同時に満足する必要があり、いずれか
を満足しない場合には、窒化珪素との混合に際し
て、一次粒子レベルでの均一分散が実現できず、
得られる焼結体の強度が低下する。 本発明で使用される窒化珪素は、イミド熱分解
法により生成した比表面積が５m2／ｇ以上であ
り、その粒子構造が粒状の窒化珪素粉末である。 イミド熱分解法は、例えば、四塩化珪素とアン
モニアとを液相で反応させて得られるシリコンジ
イミド、又はシリコンテトラアミドを熱分解させ
ることにより、窒化珪素粉末を製造する方法であ
る。本発明で使用される窒化珪素は、イミド熱分
解法により生成したものであるという条件と、比
表面積が５m2／ｇ以上であるという条件と、粒子
構造が粒状であるという条件とを同時にすべて満
足する必要があり、いずれかを満足しない場合に
は、得られる焼結体の強度が低下する。 酸化マグネシウム粉末と窒化珪素粉末との量比
は、両者の混合物に対して、酸化マグネシウム粉
末が１〜30重量％、好ましくは1.5〜10重量％で
ある。酸化マグネシウム粉末の使用量が30重量％
より多いと、得られる焼結体の高温強度が低下
し、その使用量が過度に少ないと、焼結促進効果
が認められず、高密度の焼結体が得られない。 酸化マグネシウム粉末と窒化珪素粉末とを混合
する方法については特に制限はなく、それ自体公
知の方法、例えば、両者を乾式混合する方法、又
は両者をメタノール、エタノールなどの有機溶媒
中で湿式混合した後、有機溶媒を除去する方法な
どを採用することができる。 本発明においては、酸化マグネシウム粉末と窒
化珪素粉末との混合物を加圧下に焼結する。 焼結圧力は50〜1000Kg／cm2、焼結温度は1500〜
2000℃、好ましくは1600〜1800℃である。焼結温
度が下限より低いと高密度の焼結体を得ることが
できず、焼結温度が上限より高いと窒化珪素自体
の分解が起こる。 焼結は、窒素ガス、アルゴンガス、窒素／水素
混合ガス、窒素／一酸化炭素混合ガスなどの非酸
化性雰囲気中で行われる。 特定の比表面積及び粒子構造を有する酸化マグ
ネシウムと窒化珪素との混合物を使用する本発明
によれば、後述する実施例の結果からわかるよう
に、優れた物性を有する窒化珪素質焼結体を得る
ことができる。 以下に実施例及び比較例を示す。 実施例及び比較例において、焼結体の嵩密度は
アルキメデス法によつて測定し、理論密度に対す
る百分率で示した。焼結体の曲げ強度は、JIS Ｒ
1601に従い、焼結体から３＊４＊40mmの棒状試
験片を切り出し、表面をダイヤモンドホイールに
て長軸方向に研磨した後、スパン30mm、クロスヘ
ツドスピード0.5mm／分の条件で室温及び1200℃
で３点曲げ試験を行なうことにより測定した。試
験片の個数は室温用に30本、1200℃用に10本と
し、値はそれらの平均値で示した。 以下の記載において「％」はすべて「重量％」
を示す。 実施例 １〜４ 特願昭58―88889号明細書に記載の方法に従つ
て合成した比表面積63m2／ｇの等軸形の一次粒子
からなる酸化マグネシウム粉末とシリコンジイミ
ドの熱分解により合成した比表面積12.8m2／ｇの
粒状窒化珪素粉末とを、第１表に記載の割合でア
ルミナ製ボールミルに仕込み、エタノール中で湿
式混合した後、乾燥して、粉末混合物をえた。 粉末混合物150ｇを直径100mmの黒鉛製ダイスに
充填し、窒素／一酸化炭素混合雰囲気下、第１表
に記載の条件でホツトプレスすることにより、成
型と焼結とを同時に行い、窒化珪素質焼結体を得
た。 結果を第１表に示す。 比較例 １ 酸化マグネシウムとして、比表面積15m2／ｇの
酸化マグネシウム粉末（キシダ化学製、二次粒子
径：2.5μm）を使用した以外は実施例１と同様の
方法を繰り返した。 結果を第１表に示す。 比較例 ２ 窒化珪素として、比表面積が10m2／ｇであり、
粒子構造が直径0.2μ、長さ10〜20μの針状構造で
ある窒化珪素粉末を使用した以外は実施例１と同
様の方法を繰り返した。 結果を第１表に示す。 比較例 ３ 窒化珪素として、直接窒化法により合成した比
表面積が11m2／ｇの粒状窒化珪素粉末を使用した
以外は実施例１と同様の方法を繰り返した。 結果を第１表に示す。 【表】
性、耐熱性、耐熱衝撃性、耐蝕性などの種々の熱
的及び機械的性質が優れているため、近年、高温
機械部品、高温構造材料、耐摩耗材料耐蝕材料へ
の用途が期待されている。 ところが、窒化珪素は極めて難焼結性の物質で
あり、それ単独を焼結して高密度焼結体を得るこ
とは困難である。そこで、窒化珪素粉末に種々の
酸化物粉末を添加して焼結することにより高密度
焼結体を製造する方法が提案されている。上記酸
化物粉末としては、たとえば、マグネシウム、ア
ルミニウム、イツトリウムなどの酸化物が使用さ
れている。 特開昭58―64279号公報には、窒化珪素粉末に
粒径500Å以下の酸化マグネシウムを添加して焼
結する方法が開示されている。しかし、この方法
で得られる窒化珪素質焼結体の強度は実用上未だ
充分とは言い難い。 本発明者らは、特定の比表面積及び粒子構造を
有する窒化珪素と酸化マグネシウムとの混合物を
焼結することにより、優れた熱的性質及び機械的
性質を有する窒化珪素質焼結体が得られることを
見いだし本発明を完成した。 即ち、本発明は、比表面積30m2／ｇ以上の等軸
形の一次粒子からなる酸化マグネシウム粉末１〜
30重量％と、残部が、イミド熱分解法により生成
した比表面積５m2／ｇ以上の粒状窒化珪素粉末と
からなる混合物を、50〜1000Kg／cm2の加圧下に
1500〜2000℃の温度で焼結することを特徴とする
窒化珪素質焼結体の製法である。 本発明で使用される酸化マグネシウムは、比表
面積が30m2／ｇ以上であり、等軸形の一次粒子か
らなる酸化マグネシウム粉末である。 上記酸化マグネシウム粉末は、例えば、本願出
願人の出願になる特願昭58―88889号明細書に記
載の方法に従つて製造することができる。上記方
法は、マグネシウム蒸気と酸素含有気体とを、マ
グネシウム蒸気分圧0.09気圧以下、酸素含有気体
の酸素分圧がマグネシウム蒸気分圧の1/2以上、
及び反応温度が800〜1600℃の条件で並流にて互
いに接触させて、マグネシウムを酸化させる方法
である。 通常、酸化マグネシウム粉末は、水酸化物、酢
酸塩、塩基性炭酸塩、しゆう酸塩などの熱分解に
より製造されている。ところが、これらの塩分解
により合成された酸化マグネシウム粉末は、二次
凝集性が強く、さらに二次粒子径が大きいことが
知られている。この凝集粒子は、窒化珪素粉末と
混合した後も残存しており、一次粒子レベルでの
分散性が悪くて、焼結後も、粒界に大きなケイ酸
塩の塊又は気孔を残す原因となつている。粒界に
このような析出相又は気孔が存在すると、その個
所が破壊の起点となるため、高強度な焼結体が得
られない。 これに対して、上記したマグネシウム蒸気と酸
素含有気体との反応により得られる酸化マグネシ
ウム粉末は、等軸形の一次粒子より構成されてお
り、二次凝集がほとんどないという長所を有して
いる。従つて、窒化珪素粉末と混合した場合、一
次粒子レベルでの均一な分散が容易に実現でき、
焼結後には、窒化珪素粒子を厚さ数百Åのマグネ
シウムシリケート層が覆つた構造の均一な組織の
焼結体が得られる。このような均一な微細構造を
有する焼結体は、高強度であることが知られてい
る。 このように、本発明で使用される酸化マグネシ
ウムは、比表面積が30m2／ｇ以上であるという条
件と、粒子構造が等軸形の一次粒子からなるとい
う条件とを同時に満足する必要があり、いずれか
を満足しない場合には、窒化珪素との混合に際し
て、一次粒子レベルでの均一分散が実現できず、
得られる焼結体の強度が低下する。 本発明で使用される窒化珪素は、イミド熱分解
法により生成した比表面積が５m2／ｇ以上であ
り、その粒子構造が粒状の窒化珪素粉末である。 イミド熱分解法は、例えば、四塩化珪素とアン
モニアとを液相で反応させて得られるシリコンジ
イミド、又はシリコンテトラアミドを熱分解させ
ることにより、窒化珪素粉末を製造する方法であ
る。本発明で使用される窒化珪素は、イミド熱分
解法により生成したものであるという条件と、比
表面積が５m2／ｇ以上であるという条件と、粒子
構造が粒状であるという条件とを同時にすべて満
足する必要があり、いずれかを満足しない場合に
は、得られる焼結体の強度が低下する。 酸化マグネシウム粉末と窒化珪素粉末との量比
は、両者の混合物に対して、酸化マグネシウム粉
末が１〜30重量％、好ましくは1.5〜10重量％で
ある。酸化マグネシウム粉末の使用量が30重量％
より多いと、得られる焼結体の高温強度が低下
し、その使用量が過度に少ないと、焼結促進効果
が認められず、高密度の焼結体が得られない。 酸化マグネシウム粉末と窒化珪素粉末とを混合
する方法については特に制限はなく、それ自体公
知の方法、例えば、両者を乾式混合する方法、又
は両者をメタノール、エタノールなどの有機溶媒
中で湿式混合した後、有機溶媒を除去する方法な
どを採用することができる。 本発明においては、酸化マグネシウム粉末と窒
化珪素粉末との混合物を加圧下に焼結する。 焼結圧力は50〜1000Kg／cm2、焼結温度は1500〜
2000℃、好ましくは1600〜1800℃である。焼結温
度が下限より低いと高密度の焼結体を得ることが
できず、焼結温度が上限より高いと窒化珪素自体
の分解が起こる。 焼結は、窒素ガス、アルゴンガス、窒素／水素
混合ガス、窒素／一酸化炭素混合ガスなどの非酸
化性雰囲気中で行われる。 特定の比表面積及び粒子構造を有する酸化マグ
ネシウムと窒化珪素との混合物を使用する本発明
によれば、後述する実施例の結果からわかるよう
に、優れた物性を有する窒化珪素質焼結体を得る
ことができる。 以下に実施例及び比較例を示す。 実施例及び比較例において、焼結体の嵩密度は
アルキメデス法によつて測定し、理論密度に対す
る百分率で示した。焼結体の曲げ強度は、JIS Ｒ
1601に従い、焼結体から３＊４＊40mmの棒状試
験片を切り出し、表面をダイヤモンドホイールに
て長軸方向に研磨した後、スパン30mm、クロスヘ
ツドスピード0.5mm／分の条件で室温及び1200℃
で３点曲げ試験を行なうことにより測定した。試
験片の個数は室温用に30本、1200℃用に10本と
し、値はそれらの平均値で示した。 以下の記載において「％」はすべて「重量％」
を示す。 実施例 １〜４ 特願昭58―88889号明細書に記載の方法に従つ
て合成した比表面積63m2／ｇの等軸形の一次粒子
からなる酸化マグネシウム粉末とシリコンジイミ
ドの熱分解により合成した比表面積12.8m2／ｇの
粒状窒化珪素粉末とを、第１表に記載の割合でア
ルミナ製ボールミルに仕込み、エタノール中で湿
式混合した後、乾燥して、粉末混合物をえた。 粉末混合物150ｇを直径100mmの黒鉛製ダイスに
充填し、窒素／一酸化炭素混合雰囲気下、第１表
に記載の条件でホツトプレスすることにより、成
型と焼結とを同時に行い、窒化珪素質焼結体を得
た。 結果を第１表に示す。 比較例 １ 酸化マグネシウムとして、比表面積15m2／ｇの
酸化マグネシウム粉末（キシダ化学製、二次粒子
径：2.5μm）を使用した以外は実施例１と同様の
方法を繰り返した。 結果を第１表に示す。 比較例 ２ 窒化珪素として、比表面積が10m2／ｇであり、
粒子構造が直径0.2μ、長さ10〜20μの針状構造で
ある窒化珪素粉末を使用した以外は実施例１と同
様の方法を繰り返した。 結果を第１表に示す。 比較例 ３ 窒化珪素として、直接窒化法により合成した比
表面積が11m2／ｇの粒状窒化珪素粉末を使用した
以外は実施例１と同様の方法を繰り返した。 結果を第１表に示す。 【表】
Claims (1)
- １ 比表面積30m2／ｇ以上の等軸形の一次粒子か
らなる酸化マグネシウム粉末１〜30重量％と、残
部が、イミド熱分解法により生成した比表面積５
m2／ｇ以上の粒状窒化珪素粉末とからなる混合物
を、50〜1000Kg／cm2の加圧下に1500〜2000℃の温
度で焼結することを特徴とする窒化珪素質焼結体
の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59000254A JPS60145965A (ja) | 1984-01-06 | 1984-01-06 | 窒化珪素質焼結体の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59000254A JPS60145965A (ja) | 1984-01-06 | 1984-01-06 | 窒化珪素質焼結体の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60145965A JPS60145965A (ja) | 1985-08-01 |
| JPS6348829B2 true JPS6348829B2 (ja) | 1988-09-30 |
Family
ID=11468790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59000254A Granted JPS60145965A (ja) | 1984-01-06 | 1984-01-06 | 窒化珪素質焼結体の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60145965A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6110069A (ja) * | 1984-06-21 | 1986-01-17 | 京セラ株式会社 | 高強度緻密窒化珪素焼結体及びその製法 |
| US5238884A (en) * | 1990-01-23 | 1993-08-24 | Ngk Insulators, Ltd. | Silicon nitride bodies and a process for producing the same |
| KR20180119094A (ko) | 2017-04-24 | 2018-11-01 | 쿄세라 코포레이션 | 세라믹판 및 전자장치 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55104975A (en) * | 1979-02-02 | 1980-08-11 | Asahi Glass Co Ltd | Manufacture of silicon nitride sintered body |
| JPS5864279A (ja) * | 1981-10-12 | 1983-04-16 | 住友電気工業株式会社 | 非酸化物セラミツクス焼結体 |
-
1984
- 1984-01-06 JP JP59000254A patent/JPS60145965A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60145965A (ja) | 1985-08-01 |
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