JPH01145380A - 窒化珪素質焼結体の製法 - Google Patents

窒化珪素質焼結体の製法

Info

Publication number
JPH01145380A
JPH01145380A JP62304135A JP30413587A JPH01145380A JP H01145380 A JPH01145380 A JP H01145380A JP 62304135 A JP62304135 A JP 62304135A JP 30413587 A JP30413587 A JP 30413587A JP H01145380 A JPH01145380 A JP H01145380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
toughness
powder
sintered body
temperature
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.)
Granted
Application number
JP62304135A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2631115B2 (ja
Inventor
Masahiro Sato
政宏 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP62304135A priority Critical patent/JP2631115B2/ja
Priority to US07/176,605 priority patent/US4920085A/en
Publication of JPH01145380A publication Critical patent/JPH01145380A/ja
Priority to US07/446,598 priority patent/US5219500A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2631115B2 publication Critical patent/JP2631115B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は特に抗折強度及び靭性に優れた窒化珪素質焼結
体の製法に関するものである。
〔背景技術〕
窒化珪素を主体とする焼結体は原子の結合様式が共有結
合を主としており、強度、靭性、硬度、熱的化学安定性
等に優れた特性を有している。このことからエンジニア
リングセラミックス、特に熱機関としてガスタービン等
への応用が進められているが、熱機関はその効率化に伴
い作動温度が1400℃以上に上昇しつつあり、この条
件下での特性向上が強く望まれている。
〔先行技術〕
窒化珪素質焼結体はこの焼結性を促進させるために、金
属酸化物、窒化物等の焼結助剤を配合して焼成すること
が知られている。そして、これに使用される窒化珪素粉
末には結晶形態の違いからα型とβ型との2種類が存在
している。高α化率の窒化珪素粉末を原料粉末として用
いた焼結体の製法は窒化珪素粉末と焼結助剤との混合物
を成形後、常圧焼成法、ホットプレス法、ガス圧焼成法
、熱間静水圧焼成法等を用い、1500〜2000℃の
窒素雰囲気で焼成するという一般的な製法が用いられて
いるが、このα−5i3N、の焼結過程には2つの緻密
過程が存在することが知られている。第1の過程は16
00〜1800℃の温度領域でα−5iJaからβ−3
i、N、への転移と同時に焼結助剤によって生成される
液相により緻密化させる。したがって、常圧焼成法、ホ
ットプレス法では1800℃以上まで温度を上げると、
窒化珪素が分解する可能性があることから、主として第
1の過程のみで焼結させる必要があり、そのため多量の
焼結助剤を必要とする。第2の緻密過程は、窒素加圧下
の1800℃以上で起こり、焼結助剤の液相とβ−3i
Jaが反応し5ksNa粒子の溶解析出により緻密化が
進むと考えられている。
また、後者のβ型は焼結温度が1600〜1800℃の
温度範囲においては殆ど焼結せず、また、1800℃以
上の温度領域にて緻密化させると組織が等粒状となり、
強度、靭性が低下してしまう。したがって、高強度、高
靭性焼結体を得るための原料粉末としては高α化率のも
のが主に使用されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記α型の窒化珪素原料粉末から製造される窒化珪素質
焼結体においてはその抗折強度及び靭性等の特性向上に
限界があった。その原因は焼成工程上1800℃までの
低温域におけるα−5i3Nmからβ−5iJ4への転
移に伴う針状結晶の粒成長によって結晶粒が粗大化して
しまい、その後の高温での緻密化が阻害されるためと考
えられる。抗折強度及び靭性に優れた特性を得るために
は焼結体組織を微細にしかつ緻密にする必要があること
を考慮すれば焼成途中にα−5i3N4からβ−3i、
N、への移転過程が存在することは致命的である。18
00℃までの低温域での粒成長を抑えつつ転移させるこ
とも不可能ではないが、焼成条件が極めて難しく焼結体
の安定製造ができない等の不都合が生じる。
一方、β−3i、N4を多量に含む原料粉末を用いるこ
とにより上記よりもより焼結性が改善できることが最近
の研究により分かったが、焼結体組織が等粒状となり抗
折強度及び靭性は未だ充分に改善させることができない
そこで、本発明者は上記問題点に鑑み研究の結果、高β
化率であって粒径が細かい側の窒化珪素粉末原料を使用
すると抗折強度及び靭性が従来よりも向上することが分
かった。
〔発明の目的〕
本発明においては、抗折強度及び靭性をより改善した高
緻密な焼結体を得るための窒化珪素質焼結体の製法を提
供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者によれば、β化率χ(x)と粒径μ(y)との
関係が30≦X≦100の範囲内において、y≦る粉末
を成形後、1気圧を越える非酸化性雰囲気中で1800
℃以上の温度で焼成することを特徴とする窒化珪素質焼
結体の製法が提供される。
β−5iJaを多量に含む窒化珪素粉末、即ちβ化率が
30≦X≦10ozの範囲内にある窒化珪素粉末と焼結
助剤とからなる混合粉末の成形体を焼成する場合、初期
からβ−5iJ、を用いるために1850℃以下での従
来の転移工程は殆ど不要となる。温度の上昇に従い18
50℃以下の低温域では焼結助剤によって液相が形成さ
れ、緻密化は進行するがβ−5iJaが多い程、低温で
の粒成長は生じないため、β−3iJ4は原料粉末の粒
径とほぼ同じ粒径のままで1850℃以上の高温域まで
達する。従来−般にはこのようなβ化率は高くなればな
るほど抗折強度及び靭性が劣化すると言われているが、
本発明者においてはβ化率が高い窒化珪素原料粉末であ
っても粒径が細かくなればなるほど抗折強度に示す如く
、β化率%(x)が30〜100χの範囲内において に従って抗折強度及び靭性が太き(なる傾向かある。従
って、本発明の良好なβ化率%(x)と粒径μ(y)と
の範囲は30≦X≦100であり、かつx+0.4)以
下、さらにより好ましくは線分G−Hを囲を外れると充
分高い抗折強度及び強靭性を有する窒化珪素焼結体が得
られない。β−5iJ4の含有率が30重量%未満とな
ると低温域において針状結晶の成長が大きくなり、本発
明の目的が達成されない。
また、原料粉末中の全酸素含有量は2〜0.5重量%が
望ましく、不純物濃度は0.5重量%以下であることが
望ましい。
焼結助剤としては、スカンジウム、イツトリウム、ラン
タノイド元素等の周期律表第ma族元素の酸化物、窒化
物、酸窒化物あるいはBeJg、Ca、Sr、Ba等の
周期律表第11a族元素の酸化物、窒化物等の他、^l
 z(h+ AIN+ 5tot、 Zr0z+ Zr
N、 Hf0z等を1種または2種以上の組み合わせで
用いることができる。
これらの焼結助剤は、全体量に対し0.1〜20重量%
の割合で前述の窒化珪素粉末と均一に混合粉砕した後、
公知の成形手段、例えば鋳込み成形、射出成形、インジ
ェクシッン成形手段等によって所望の形に成形され、焼
成工程に移される。
焼成工程は、1気圧を超える窒素ガス加圧雰囲気で焼成
温度は1800℃以上、特に1850〜1950℃に設
定される。詳細には焼成温度と窒素ガス圧との関係は、
設定される焼成温度における窒化珪素の分解平衡圧を超
える窒素圧に設定されることが必要がある。好ましくは
雰囲気に酸素あるいはSiOを導入し、そのガス圧をそ
の焼成温度における窒化珪素とSiO□との反応、即ち
次式(1)%式%(1) の反応におけるStOの平衡蒸気圧以上に設定すること
が望ましい、これによって、雰囲気を低圧下にすること
ができ、焼成中に焼結体の気孔中に高圧ガスがトラップ
され、緻密化が阻害されるのを防止するためである。こ
の時、SiOの制御は焼成炉内に成形体とともに窒化珪
素とSin、の混合粉末あるいはSi0g粉末、SiO
粉末、St粉末と5i(h粉末との混合粉末を配置させ
焼成時にSiOを生成すればよい。
焼成パターンはβ化率30χを下回る従来の場合、18
00℃まで一気に昇温するとαからβへの変換に伴う急
激な粒成長によって緻密化は困難であるがβ化率30%
以上含む場合は急激な粒成長を起こすことなく昇温開始
時から1800℃以上の温度まではほぼ連続的に昇温す
ることができるため、極めて焼成時間は短縮される。
最終的に得られる焼結体はβ−Si、N、が90%以上
の結晶粒子相と粒界相から成るもので、粒界相はガラス
あるいは結晶相となり得ることもある。
〔実施例〕
窒化珪素原料粉末として第1表に及び図面に示す14種
類のものを用意した。これら平均粒子径については遠心
沈降式粒度分布測定装置(島津製作所5A−CP2型)
により、また酸素含有量については酸素分析装置(LE
CO社 TC−136型)により夫々測定した。
第1表 *印を付した番号は本発明の範囲外の原料粉末である。
第1表の窒化珪素粉末に第2表に示す焼結助剤を加えた
混合粉末を5 x4 X45(+++m)に成形した後
、第2表の条件にて焼成を行った。
得られた焼結体に対し、比重(対理論密度比)と、JI
SR1601による3点曲げ法により室温および140
0℃における抗折強度を測定し、さらにビッカースイン
デンテーション法により靭性を測定した。
これらの結果を第2表に示す。
〔以下余白〕
第2表から明らかなように、β化率が30%以上と本発
明の範囲内であるが粒径が0.9μ以上と本発明の範囲
外である原料粉末11(第1表)を使用した試料番号1
1は焼結が不十分でありかつ抗折強度は常温で53Kg
/++v+”、1400℃で37Kg/mm”と低く、
更に靭性が5.4MPam””と弱い。また、β化率が
302以下である原料粉末1及び2(第1表)を使用し
た試料番号1及び2のものは焼結が不十分であり対理論
密度比が低くかつ抗折強度も低い。更に原料粉末は本発
明の範囲内であるが、焼成温度が1800℃以下で圧力
をかけずに焼成した試料番号16のものも同様充分緻密
化せず抗折強度及び靭性も劣化していた。
これに対し、本発明の範囲内である原料粉末3〜10及
び12〜14(第1表)を使用した試料番号3〜10及
び12〜15は夫々理論密度まで緻密化しており、抗折
強度も常温で60〜88Kg/m+m”、1400℃で
50〜65Kg/ms”と高く靭性も7.9〜8.2M
Pam””と強い。
また、図面及び第2表から理解されるようにβ化率χ(
×)と粒径μ(y)との関係がβ化率30〜100χの
範囲内において常温抗折強度が となっている。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、本発明はβ化率χ(x)と粒径μ
(y)との関係が、30≦X≦100の範囲内において
、図面に示す少なくとも線分A−Bより粒径が小さい窒
化珪素粉末に焼結助剤を含む混合粉末を成形後、1気圧
を越える非酸化性雰囲気中で1800℃以上の温度で焼
成する様にしたので、抗折強度及び靭性の向上した高緻
密な窒化珪素焼結体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
図面は窒化珪素原料粉末のβ化率χ(x)と粒径μ(y
)との関係図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)β化率%(x)と粒径μ(y)との関係が、30
    ≦x≦100の範囲内において、y≦1/250x+0
    .6である窒化珪素粉末を主成分とする粉末を成形後、
    1気圧を越える非酸化性雰囲気中で1800℃以上の温
    度で焼成することを特徴とする窒化珪素質焼結体の製法
JP62304135A 1987-04-02 1987-11-30 窒化珪素質焼結体の製法 Expired - Fee Related JP2631115B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62304135A JP2631115B2 (ja) 1987-11-30 1987-11-30 窒化珪素質焼結体の製法
US07/176,605 US4920085A (en) 1987-04-02 1988-04-01 Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof
US07/446,598 US5219500A (en) 1987-04-02 1989-12-06 Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62304135A JP2631115B2 (ja) 1987-11-30 1987-11-30 窒化珪素質焼結体の製法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01145380A true JPH01145380A (ja) 1989-06-07
JP2631115B2 JP2631115B2 (ja) 1997-07-16

Family

ID=17929461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62304135A Expired - Fee Related JP2631115B2 (ja) 1987-04-02 1987-11-30 窒化珪素質焼結体の製法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2631115B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02255573A (ja) * 1989-03-29 1990-10-16 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化珪素焼結体の製造法
JPH03290370A (ja) * 1990-04-09 1991-12-20 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化けい素焼結体の製造法
JPH06219840A (ja) * 1993-01-22 1994-08-09 Ngk Insulators Ltd 窒化珪素焼結体及びその製造方法
JPH09157030A (ja) * 1995-12-07 1997-06-17 Denki Kagaku Kogyo Kk 窒化珪素焼結体の製造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167257A (ja) * 1986-01-14 1987-07-23 住友電気工業株式会社 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JPS6389459A (ja) * 1986-10-03 1988-04-20 住友電気工業株式会社 窒化ケイ素焼結体の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167257A (ja) * 1986-01-14 1987-07-23 住友電気工業株式会社 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JPS6389459A (ja) * 1986-10-03 1988-04-20 住友電気工業株式会社 窒化ケイ素焼結体の製造方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02255573A (ja) * 1989-03-29 1990-10-16 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化珪素焼結体の製造法
JPH0585507B2 (ja) * 1989-03-29 1993-12-07 Kagaku Gijutsucho Mukizai
JPH03290370A (ja) * 1990-04-09 1991-12-20 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化けい素焼結体の製造法
JPH06219840A (ja) * 1993-01-22 1994-08-09 Ngk Insulators Ltd 窒化珪素焼結体及びその製造方法
US5691261A (en) * 1993-01-22 1997-11-25 Ngk Insulators, Ltd. Silicon nitride ceramic
US5804521A (en) * 1993-01-22 1998-09-08 Ngk Insulators, Ltd. Process for production of a silicon nitride ceramic
JPH09157030A (ja) * 1995-12-07 1997-06-17 Denki Kagaku Kogyo Kk 窒化珪素焼結体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2631115B2 (ja) 1997-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2507479B2 (ja) SiC−Al▲下2▼O▲下3▼複合焼結体及びその製造法
JP2507480B2 (ja) SiC−Al▲下2▼O▲下3▼複合焼結体及びその製造法
JPH01145380A (ja) 窒化珪素質焼結体の製法
KR102555662B1 (ko) 질화규소 소결체의 제조방법 및 이에 따라 제조된 질화규소 소결체
JP2662863B2 (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JP2649220B2 (ja) 窒化珪素/炭化珪素複合粉末及び複合成形体並びにそれらの製造方法及び窒化珪素/炭化珪素複合焼結体の製造方法
JPH0259471A (ja) 高温高強度窒化珪素質焼結体及びその製造方法
JP2742619B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
JPH08208317A (ja) アルミナ質焼結体およびその製造方法
JPH0559073B2 (ja)
JP2671539B2 (ja) 窒化珪素焼結体の製造方法
JP2742622B2 (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製造方法
JPH03290370A (ja) 高靭性窒化けい素焼結体の製造法
JPH05117032A (ja) 窒化珪素焼結体の製造方法
JP2694368B2 (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JP2946593B2 (ja) 窒化珪素質焼結体およびその製造方法
JPH1129361A (ja) 窒化ケイ素焼結体及びその製造方法
JPH07206526A (ja) 窒化珪素焼結体の製造方法
JPH06100376A (ja) β−サイアロン質焼結体及びその製造方法
JPS6126566A (ja) SiC質複合体の焼結方法
JPH05178669A (ja) 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JPH0517210A (ja) アルミナ基複合焼結体の製造方法及びアルミナ基複合焼結体
JP2003073167A (ja) Si3N4−SiC複合焼結体の製造方法
JPH07187799A (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JPH03290373A (ja) サイアロン基焼結体及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees