JPH02160669A - 窒化ケイ素―炭化ケイ素複合焼結体およびその製造法 - Google Patents

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、窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体およびそ
の製造法に関し、さらに詳しくは、本発明は、特異な微
細構造を有する窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体およ
びその製造法であって、炭化ケイ素が窒化ケイ素粒子内
＄よび粒界に分散した特異な微細構造を形成し、室温／
高温強度、破壊靭性値および断熱性に優れ、さらに弾性
率が低く加工性に優れており、しかも硬度が高く耐摩耗
性にも優れた複合焼結体に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

窒化ケイ素、炭化ケイ素は高温構造材料用のエンジニア
リングセラミックス材料として近年富に注目を集めて来
ている。特に窒化ケイ素は耐熱衝撃や破壊靭性に、また
炭化ケイ素は耐酸化性や高温強度にそれぞれ優れた性質
を有している。

このため窒化ケイ素、炭化ケイ素はそれぞれの特性を生
かした分野で開発が行われている。

一方、両者の利点を生かすために窒化ケイ素−炭化ケイ
素複合体の開発も種々試みられている。

従来、窒化ケイ素−炭化ケイ素複合体セラミックスを得
る方法としては、 （１）窒化ケイ素（Ｓ１３Ｎ４）粉末と炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）粉末あるいは炭化ケイ素ウィスカーとを機械的に
混合して常圧焼結あるいはホットプレスやＨＩＰなどの
加圧下で焼結する方法。

（２）炭化ケイ素粉末とケイ素（ＳｉＣ）粉末とからな
る成型体を窒化反応によって窒化ケイ素を生成させたり
、窒化ケイ素粉末と炭素とからなる成型体にケイ素を浸
透させて炭化ケイ素を生成させたりする方法。

（３）有機ケイ素ポリマー、または有機ケイ素ポリマー
にケイ素粉末を加えたものを原料としてこれを直接ある
いは熱処理後成型して後加熱し窒化ケイ素−炭化ケイ素
複合体を生成させる方法。

等々がある。しかし、これらのうち、（２）　、（３）
による方法は一般に寸法精度がよく成型性に優れている
利点はあるが、得られる焼結体は多孔質になり易く密度
の高い緻密な焼結体を得ることは困難である。このため
得られる焼結体物性は、緻密な窒化ケイ素、炭化ケイ素
単独焼結体に比べて劣る場合が多べ、たとえば焼結体の
強度は窒化ケイ素、炭化ケイ素単独焼結体より一般的に
低い。

このため、高密度で緻密な複合焼結体を得るには通常前
記（１）の方法が採用されるのが一般的である。この方
法には大別して窒化ケイ素に炭化ケイ素ウィスカーを添
加する方法と、窒化ケイ素に炭化ケイ素粉末を添加する
方法がある。

炭化ケイ素ウィスカーを分散させた窒化ケイ素−炭化ケ
イ素複合焼結体では、窒化ケイ素に比べ破壊靭性値の向
上が認められるが、炭化ケイ素ウィスカーを均一に分散
させることが困難なため、強度は一般に低くなる。また
、この手段では得られる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼
結体の熱伝導度や弾性率は複合則にしたがって予測し得
るように窒化ケイ素のそれより高くなる。

一方、炭化ケイ素粉末を用いた窒化ケイ素−炭化ケイ素
複合焼結体の例としては、例えば、Ｕ、　Ｓ。

Ｐ、　４．１８４．８８２．あるいはＪ、Ａｍ、Ｃｅｒ
ａｍ、　Ｓａｃ、、　５６．４４５　（１９７３）に示
されているように、５〜３２μｍの炭化ケイ素（ＳｉＣ
）粉末（最大４０　Ｖｏ１％）を窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ
ｓ）粉末に添加することにより窒化ケイ素に比べ熱伝導
度や高温強度の改善された成型体が得られることが開示
されている。

この方法によれば、添加する炭化ケイ素粉末の粒径が大
きいものを用いた場合には、破壊靭性値が窒化ケイ素の
それより高くなるが、強度はむしろ窒化ケイ素より低く
なる。

他方、添加する炭化ケイ素の粒径が小さい場合には、室
温強度は窒化ケイ素と同程度であるが、破壊靭性値は窒
化ケイ素より低くなる。また、高温強度はいずれの場合
も窒化ケイ素よりも高くなり、粒径の小さいものの方が
その効果は大きい。

この方法でも炭化ケイ素ウィスカーを添加する方法と同
様に、熱伝導度は炭化ケイ素粉末の添加によって上昇す
る。

また特開昭５８−９１０７０号では気相反応により得ら
れた窒化ケイ素、と炭化ケイ素との複合粉末を用いた高
温強度と耐熱衝撃性に優れた複合焼結体が開示されてい
る。また、特開昭６１−１８３１０７号ではカーボン粉
末を分散させたケイ素アルコキシドを加水分解すること
によって得た混合粉末を焼結することにより窒化ケイ素
よりも熱伝導度のよい焼結体を得ることが示されている
。さらに、特開昭６２−６５９１０号にはシリカとカー
ボンをＮ２およびＡｒ。

ｔｉｅの特定の混合気流中、特定の温度範囲で加熱する
ことによって得られる混合粉末を用いて、窒化ケイ素と
比較して熱伝導度と曲げ強度に優れた焼結体を得ること
が述べられている。

このように、炭化ケイ素粉末を分散させる方法はウィス
カーを分散させる方法に比較すると均一に炭化ケイ素を
分散させることが容易であり、炭化ケイ素粉末を用いて
得られる窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体は窒化ケイ
素単独の焼結体に比べ、強度特に高温強度や熱伝導度に
すぐれているという特徴がある。

従来の窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体が高温強度に
優れているのは、主として焼結体中の炭化ケイ素粒子が
窒化ケイ素粒子の粒界に存在することによって高温時に
窒化ケイ素の粒界のすべりを抑制するためであり、また
、熱伝導度が窒化ケイ素よりも高くなるのは炭化ケイ素
の熱伝導度が窒化ケイ素よりも高いために、複合則に従
って熱伝導度が上がるためと考えられる。

しかしながら、こうようにして得られる窒化ケイ素−炭
化ケイ素複合焼結体の高温強度は近年のガスタービン等
の耐熱部材で要求される強度には未だ不充分であり、ま
た、断熱性を要求される部材には不適であった。

このような問題点に鑑み、本発明者らは先に平均粒径が
１μｍ以下の炭化ケイ素を窒化ケイ素に均一に分散させ
、窒化ケイ素の粒子を柱状化することによって、室温強
度および破壊靭性値ともに窒化ケイ素のそれに優る窒化
ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体が得られることを示した
（特開昭６３−１５９２５６）。本発明者らは、窒化ケ
イ素−炭化ケイ素複合焼結体につきさらに検討した。

本発明は、従来の窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体で
は達し得なかった高い室温／高温強度と破壊靭性値を有
し、しかも熱伝導度の低い、すなわち断熱性に優れ、弾
性率が低く加工性に優れた窒化ケイ素−炭化ケイ素複合
焼結体を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体において
、平均粒径１μｍ以下の炭化ケイ素粒子が粒界に分散し
、かつ数ナノメーターから数百ナノメーターの炭化ケイ
素粒子が窒化ケイ素粒子内に分散した微細構造からなる
窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体であって、特に構成
する窒化ケイ素環よび炭化ケイ素の平均粒径がサブミク
ロン大で均一に分散しており、平均粒径１μｍ以下の炭
化ケイ素が粒界に均一に分散し、かつ数ナノメータから
数百ナノメータの大きさの炭化ケイ素粒子が窒化ケイ素
粒子内に分散している微細構造からなる窒化ケイ素−炭
化ケイ素複合焼結体詔よびその製造法に関する。

この様な微細構造で構成された本発明の窒化ケイ素−炭
化ケイ素複合焼結体は、従来の窒化ケイ素−炭化ケイ素
複合焼結体に見られない高い室温／高温強度や破壊靭性
値、複合則からは予測でき得ない低い熱伝導度、すなわ
ち断熱性や低い弾性率を示し、また、硬度が高く優れた
耐摩耗性を示す。

本発明の窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体が従来の複
合焼結体には認められないような特異な物性を示すのは
、焼結体の微細構造の特異性にある。

たとえば、本発明の方法によって得られた窒化ケイ素−
炭化ケイ素複合焼結体において、炭化ケイ素の割合が少
ない場合、窒化ケイ素は多くの柱状粒子と等軸状粒子と
からなり、柱状粒子のアスペクト比が大きくよく発達し
た構造をとっている。

また、炭化ケイ素はその大部分が数ナノメーターから数
百ナノメーターの大きさで窒化ケイ素の粒子内部に存在
し、一部は粒界にサブミクロン大の粒径で存在している
。窒化ケイ素の柱状粒子が良く発達しているため、得ら
れる焼結体の破壊靭性値は窒化ケイ素に比べて高い値と
なり、また破壊靭性値が高くなる結果、強度が窒化ケイ
素のそれより向上する。

また、粒子内に存在する炭化ケイ素は窒化ケイ素の結晶
構造に歪みを与えることになり、結果として複合則から
は予測し得ないような窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結
体の弾性率を下げたり、熱伝導の媒体となるフォノンを
散乱させることとなり、熱伝導度を下げたりするものと
推察される。

炭化ケイ素が多い場合には、窒化ケイ素の柱状粒子の発
達が抑制され多くはより小さな粒径の等軸状の粒子とな
り、炭化ケイ素は窒化ケイ素粒子内のみならず粒界に多
く存在するようになる。このため破壊靭性値は炭化ケイ
素が少ない場合よりは低くなるものの、焼結体中の欠陥
の大きさが小さくなり、結果として強度は窒化ケイ素の
それより向上する。また、粒界に存在する炭化ケイ素粒
子が窒化ケイ素の粒界のすべりを抑制するのに加えて、
粒界あるいは窒化ケイ素粒子内に存在する炭化ケイ素粒
子によって大きな内部応力が発生し高温強度が窒化けい
素に比べて向上するものと推察される。また、粒界に存
在する炭化ケイ素量が多くなるほど熱伝導度や弾性率は
上昇する傾向を示す。また、炭化ケイ素量の増加につれ
て硬度も上昇する。

このような特性を示す微細構造を持つ本発明の窒化ケイ
素−炭化ケイ素複合焼結体を製造する方法の一つは、焼
結過程において液相を生成する焼結助剤を使用し、焼結
温度１５００〜２３００℃で、平均粒径が０．５μｍ以
下の微細な炭化ケイ素の存在下で液相焼結することが挙
げられる。

従来から窒化ケイ素の液相焼結の機構としては先ず、■
焼結助剤によって液相を生成し、■窒化ケイ素の液相中
への溶解、■β相の析出、０粒成長によって焼結が進行
するとされている。

本発明においては、系内に存在する微細な炭化ケイ素の
微粒子が、窒化ケイ素が液相焼結する過程において析出
するときの核として寄与し、本発明焼結体に認められる
微細構造を形成するものと推察される。本発明において
系内に存在する炭化ケイ素は、従来用いられてきた炭化
ケイ素に比べ粒径が小さいため、同一体積％でも存在す
る核の数は多くなり焼結体中に生成する窒化ケイ素は粒
径の小さな柱状の粒子が多くなる。また、炭化ケイ素の
粒径が小さいために、窒化ケイ素が析出して粒成長する
過程で炭化ケイ素が窒化ケイ素の粒内に取り込まれる形
となって焼結が進むものと考えられる。炭化ケイ素ｍが
多い場合には、窒化ケイ素が粒成長をする段階で系内に
分散した炭化ケイ素が障害物となるため、粒子の成長が
抑制され等軸状の窒化ケイ素粒子が存在するようになる
。

最初は炭化ケイ素が窒化ケイ素の粒内に取り込まれて行
くが、ある程度の量になるともはや窒化ケイ素粒子内に
取り込まれることができなくなり、粒界に分散し、粒界
に分散した炭化ケイ素はそのまま粒成長をはじめるもの
と推察される。

本発明においては、系内に存在する炭化ケイ素が上記し
たような働きをするためその量によって生成する窒化ケ
イ素−炭化ケイ素複合焼結体の微細構造が異なったもの
となり本発明における如きの特異な微細構造を形成する
ものと推測さる。

本発明の焼結体を得るには、炭化ケイ素は焼結時に平均
粒径が０．５μｍ以下で存在することが必要である。本
発明においては原料として使用される炭化ケイ素粉末は
平均粒径が０．５μｍ以下のもの、あるいは焼結過程で
０．５μｍ以下の炭化ケイ素粒子を生成する非晶質粉末
が挙げられる。このような原料微粉末は、たとえば、熱
プラズマ、レーザーによる気相反応法などの合成法によ
って得られた微細な炭化ケイ素粉末が挙げられる。

また、窒化ケイ素は従来から用いられている結晶質ある
いは非晶質の粉末が使用できる。さらには本出願人が先
に報告したケイ素、炭素、窒素および酸素からなる非晶
質複合粉末などが挙げられる。

この様な非晶質複合微粉末は原料の段階ですでに炭化ケ
イ素と窒化ケイ素とがよく混じり合うように緊密な状態
で混合しており炭化ケイ素を均一に分散させることがで
き、本発明に係る複合焼結体を得るのに好適である。上
記したケイ素、炭素上記したケイ素、炭素、窒素および
酸素からなる非晶質複合粉末はたとえば、特開昭６０−
２００８１２号公報、特開昭６０−２００８１３号公報
、特開昭６０−２２１３１１号公報、特開昭６０−２３
５７０７°号公報、特開昭　６１−１１７１０８号公報
に示される方法により得ることができる。

具体的には、有機ケイ素化合物を気化しアンモニアを含
む非酸化性ガスとよく混合したのち、該混合物を所定温
度に加熱された反応器に導入反応させることにより非晶
質微粉末が得られる。

上記したケイ素、炭素、窒素および酸素からなる非晶質
複合粉末の合成に用いられる有機ケイ素化合物としては
、たとえば、〔（Ｃ１ｌ　３）　−３ｌ）−ＮＨ。

［（Ｃｔ１３）−３ｉＮ１１）、、［１ＩＳｉ（ＣＩ！
３）２〕よＮＨ。

（（Ｃ１１３）　ａｓｓ〕７　ＭＣｌｌ５、［（Ｃ１ｌ
ａ）　ｚｓｉ−ＭＣｌｌ３））のごときシラザン化合物
、または下記化学式であって、ケイ素上の置換基として
Ｎ−メチルアミノ基を有する６員環状のトリス（Ｎ−メ
チルアミノ）トリーＮ−メチル−シクロトリシラザン、 あるいは、ＣｔｌａＳｉ　（ＮＩＩＣＩＩｓ）　ｓ　、
（Ｃｌｌｓ）　２ｓｉ（ＮＨＣｆｌｓ）　＊、（ＣＨａ
）ｚｓｉ　　［：Ｎ（Ｃ）１３）２］などのアミノケイ
素化合物、（Ｃ）Ｉｓ）ｓＳｉＣＮ、　（ＣＨｓ）２ｓ
ｉ（ＣＮ）ｉ　、（Ｃｓ）Ｉｓ）ａｓｉｃＮ　。

（Ｃ６Ｈｓ）　−Ｓ　ｉ　（ＣＮ）　２、ｌｌ５Ｓ　１
ＣＮ１（ＣＩＩ＝ＣＩＩ）　ＣＨｓＳ　ｉ　（ＣＮ）　
＊、などのシアノケイ素化合物、（ＣＨｓ）ｎｓｉ。

［（Ｃｌｌａ）　３Ｓｉｌよ、Ｃ（ＣＨａ）−８ｓ〕Ｊ
ＣＩＩｓ、［（Ｃ１ｌｓ）　ＪＳｉ　％Ｃ１，ＣＨ３ （ＣＨｓ）ＳｉＣｊ！、　　（ＣＨｓ）−ＳｉＣ１等の
有機ケイ素化合物が例示される。

本発明に用いられる焼結過程において液相を生成する焼
結助剤は、従来から窒化ケイ素、炭化ケイ素の焼結助剤
として用いられているいずれのものも使用することがで
きる。このような焼結助剤としては、たとえば、ＭｇＯ
、Ａ１２０ａ、　ＹｓＯｓ、ＡＩＮ。

その他ＣｅＯ＊、　Ｌａ２０ａ等が例示され、これらは
単独で、または混合して使用することができる。

これらの焼結助剤の使用量は通常０．１〜２０重量％の
範囲である。窒化ケイ素、炭化ケイ素混合粉末、あるい
は先に記載した非晶質複合粉末と焼結助剤との混合方法
は従来から用いられている乾式あるいは湿式いずれの方
法でもよい。

本発明における焼結方法は、通常の常圧焼結、ホットプ
レス、ガス圧焼結、あるいはＨＩＰ等の従来から実施さ
れている方法がそのまま適用できる。この焼結に際して
は充分に液相を生成させることが必要であり、たとえば
、液相を生成する温度以上で暫く保持して液相が粒子間
によく行き渡るようにしてから焼結工程に入ることによ
り本発明の微細構造が焼結体中に均一に生成する。

また、この保持を行うことにより粒子内および粒界に存
在する炭化ケイ素の量を制御することが可能である。　
焼結温度は通常１５００〜２３００℃が適当であり、好
ましくは窒化ケイ素の分解が起こらない１６００〜１８
５０℃で実施される。

例えば、代表的なホットプレス法では１６００〜１８５
０℃、２００〜４００　ｋｇ／ｃｍ２．０．５〜１０ｈ
ｒｓの条件で焼結される。このような焼結によれば最終
的に得られる焼結体は、大部分が主としてβ相の窒化ケ
イ素と主としてβ相の炭化ケイ素から構成される。

一方、ＨＩＰやガス圧焼結法による場合には、窒化ケイ
素の分解温度を上げることができるため焼結温度を高く
することができる。このような焼結法により窒化ケイ素
−炭化ケイ素複合焼結体中の炭化ケイ素をα相に富む相
へ変えることも可能である。また、焼結温度によっては
、焼結助剤が窒化ケイ素や炭化ケイ素と反応して結晶相
を生成することがあるが、このことは粒界相を強化する
こととなり、特に高温強度には好ましい結果を与えるの
で格別問題とはならない。

このような方法によって得られる本発明の複合焼結体は
、ＴＥＭ　（透過式電子顕微鏡）の写真に認められるよ
うに、従来の複合焼結体には認められない特異な微細構
造を有した焼結体で、室温および高温にあける強度、破
壊靭性値が高く、熱伝導度や弾性率が従来の複合則から
は予測し得ない値を示す。また、硬度が高く耐摩耗性に
も優れている。

第１図は本発明に係る複合焼結体の微細構造を示すＴＥ
Ｍ　（透過型電子顕微鏡）写真である。

第１図の写真において白っぽく写っている部分が窒化ケ
イ素粒子であり、この中に黒っぽく写っている炭化ケイ
素の粒子の分散が認められる。

また窒化ケイ素粒子の粒界にも炭化ケイ素粒子の分散が
認められる。第１図においてＡは窒化ケイ素粒子内に存
在する代表的な炭化ケイ素粒子、Ｂは粒界に分散した代
表的な炭化ケイ素粒子を示す。

第２図は窒化ケイ素粒子内に炭化ケイ素粒子が存在して
いることを示す拡大写真である。

第３図は本発明の複合焼結体の熱伝導度を、従来の方法
で得られた窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体と比較し
て示したものである。従来の複合焼結体の熱伝導度は、
複合則にしたがって炭化ケイ素量の増加に伴って単調に
増加する。これに対して本発明に係る焼結複合体は炭化
ケイ素の量の少ないところで窒化ケイ素より低い値を示
し、炭化ケイ素の量が増えるにしたがって上昇する傾向
を示している。これは従来の炭化ケイ素−窒化ケイ素複
合焼結体からは予測し得ない現象である。

第４図は、複合焼結体の弾性率を本発明に係る焼結体と
従来の複合焼結体とで比較して示したものである。本発
明に係る複合焼結体は、従来の複合焼結体より低い弾性
率を示している。

次に本発明の実施例を比較例と共に示す。以下に示す実
施例は本発明の一例を示すものであって本発明の要旨を
超えない限り、これに限定されるものでない。

尚、本発明において、室温強度試験は３ｘ４ｘ＞　３６
ｍｍの大きさの試験片を用い、３点曲げ強度でスパン３
０ｍｍ　、クロスヘツドスピード０．５ｍｍ／ｍｉｎで
行った。また高温強度試験は２Ｘ３Ｘ＞２４ｍｍの大き
さの試験片を用い、３点曲げ強度でスパン２０　ｍｍ、
クロスヘツドスピード０．５　ｍ＋ｎ／ｍｉｎ、で行っ
た。焼結体の嵩密度測定はアルキメデス法により、硬度
は微小硬度計によるビッカース硬度測定（１９，６Ｎ荷
重、２０秒保持）によった。また、熱伝導度はレーザー
フラッシュ法によって比熱と熱拡散率を求め、密度の値
と合わせて算出した。

さらに弾性率は共振法により求めた。

実施例　１〜４ ９０　ｍｍ　（直径）　ｘｉａｏｏ　ｍｍ　（長さ）の
アルミナ製反応管を設置した縦型の抵抗式加熱炉を、１
０５０℃に保持した。一方、反応原料のへキサメチルジ
シラザ：／　［：Ｓｉ　（Ｃｌｌｓ）　−）　ＮＨを約
５００ｇ／ｈｒの供給量で蒸発器に導入し、完全に気化
させた後、表１に示した混合比のＮｉ１−／Ａｒ混合ガ
スとよく混合して上記反応炉に導入し反応させた。生成
した粉末的２００ｇをアルミナ製容器に充填し、１３５
０℃、４ｈｒｓ。

Ｎ２気流下に熱処理を行い焼結体形成用のＳｉ、Ｎ、Ｃ
および０からなる原料粉末を得たＬ得られた粉末はＸ線
回折によれば非晶質の粉末であり、ＳＥＭ写真による観
察では０．５μｍ以下の球状粒子であった。

得られた原料粉末にＹ２Ｌ　６　ｗｔ％、Ａｊｉ！　２
０３２ｗｔ％を加えエタノール中で湿式混合を行い乾爆
した後、直径５０　ｍｍの黒鉛ダイスに充填し、窒素ガ
ス中３５０　ｋｇ／ｃｍ２の圧力で１８００℃、２ｈｒ
ｓのホットプレス焼結を行った。得られた焼結体を切断
し、＄１００　、＄　６００のダイヤモンド砥石で研削
したのち、３μｍ、１μｍのダイヤモンドペーストで研
磨し、物性を測定した。この結果を表−１（次頁）に示
す。

表−１ （以下　余白） 表中、（本１）他の成分はＳｉ及び不純物のＦｅ、　Ａ
ｊ！。

Ｃａなどである。（本２）原料中の炭素がすべてＳｉＣ
に転化したとして算出した。

比較例　１ 市販の高純度の結晶軍５ｉｓＮ４粉末（α相９０％、平
均粒径０．（１＋ｕｍ、不純物Ｆｅ、　ＡＪ、　Ｃａ、
＜　５０ｐｐｍＯ＜１ｗｔ％）にＹ＊Ｏｓ　６ｗｔ％、
　Ａｊ！Ｊｓ　２ｗｔ％を加え、エタノールと共に５ｉ
ａＮｎボールで５時間混式混合した後、実施例１と同様
の条件でホットプレス焼結を行って焼結体を得た。得ら
れた焼結体の物性を測定した結果、密度３．２６　ｇ／
ｃ　、ビッカース硬度１４．５　ＧＰａ　、３点曲げ強
度ぼ室温で８７　ｋｇ／ｍｍ２１２００℃で６０　ｋｇ
’／ｍｍ’　、破壊靭性値は５．２　ＭＮ／ｍ”また熱
伝導度は０．０８７Ｃａｌ／Ｃｍ−８・℃、弾性率は３
０５６Ｐａであツタ。

実施例　５ 実施例１と同様な処方により得られた非晶質の窒化ケイ
素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末（平均粒径０．３μｍ、不純物Ｐ
ｅ、　ＡＣＣａ　＜　５０ｐｐｍ　　Ｃ＝０．９ｗｔ％
、　Ｏ＜１ｗｔ％）に、平均粒径０．２μｍのβ−３ｉ
Ｃ粉末を２０ｗｔ％とＹ２Ｏ５６ｗｔ％、Ａｊ！　、０
．２ｗｔ％を加え、エタノールと共に５ｉａ１１４ポー
ルで５時間混式混合した後、実施例１〜４と同様の条件
でホットプレス焼結を行って焼結体を得た。得られた複
合焼結体の物性を測定した結果、密度３．２６ｇ／ｃ、
ビッカース硬度１６゜８　ＧＰａ　、　３点曲げ強度は
室温で１１０ｋｇ／ｍｍ’、１２００℃で７６ｋｇ／ｍ
Ｉｎ’であり、破壊靭性値は５．８１Ｎ／ｍ”熱伝導度
は０．０６０Ｃａ１／ＣＩｏ・８・℃、弾性率は３１０
ＧＰａであった。

比較例　２．３ 比較例１に使用したと同様のＳｉ３Ｎ、粉末にβ相炭化
ケイ素（平均粒径０．７μｍ１不純物ＰｅＯ，０２ｗｔ
％、　Ａｆ　００１０　ｗｔ％、　Ｃａ　Ｏ，０４ｗｔ
％、　００．０４ｗｔ％）を表−２に示す割合で混合し
、これにＹ２ｋｓ　６　ｗｔ％、Ａｊ！２０，２％ＩＩ
ｔ％　を加えエタノールと共に５時間混合した後、実施
例と同様の条件でホットプレス焼結を行って焼結体を得
た。この物性を表−２に示す。

（以下　余白） 表−２ 〔発明の効果〕 この様に本発明による複合焼結体は、従来の窒化ケイ素
−炭化ケイ素複合焼結体には見られない特異な微細構造
を持ち、室温および高温における強度が高く、優れた破
壊靭性値を示すと共に硬度が高い。また熱伝導度および
弾性率は複合則からは予測し得ない低い値を示す。

したがって本発明による窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼
結体は、とくに高温の強度に優れ、しかも熱伝導度およ
び弾性率が低いという特性を示し、加工性にも優れてお
りガスタービン、ターボチャージャー等の高温高強度部
材や断熱性を要求される部材に、また硬度が高く耐摩耗
性に優れており慴動部材、耐摩耗性を要求される部材な
どに好適な材料として使用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図右よび第２図は本発明に係る複合焼結体の微細構
造を示すＴＥＭ　（透過型電子顕微鏡）写真である。第
１図の写真において白っぽく写っている部分が窒化ケイ
素粒子であり、この中に黒っぽく写っている炭化ケイ素
の粒子を示す。 第１図においてＡは窒化ケイ素粒子内に存在する代表的
な炭化ケイ素粒子、Ｂは粒界に分散した代表的な炭化ケ
イ素粒子をそれぞれ示す。 第２図は窒化ケイ素粒子内に炭化ケイ素粒子が存在して
いることを示す拡大写真である。 第３図は本発明の複合焼結体および従来の方法で得られ
た窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体ととにおける熱伝
導度を示すグラフである。 第４図は、本発明に係る焼結体と従来の窒化ケイ素−炭
化ケイ素複合焼結体との弾性率を示したグラフである。 特許出願人　三菱瓦斯化学株式会社 代理人（９０７０）　　弁理士　小堀貞文ｉＣ含有量 （ｖｏＨ） Ｃ含有量 （ｖｏｌ＄）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体であって、平
   均粒径１μｍ以下の炭化ケイ素が粒界に分散し、かつ数
   ナノメータから数百ナノメータの大きさの炭化ケイ素の
   微細粒子が窒化ケイ素粒子内に分散した微細構造からる
   窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体。
2. （２）焼結過程において液相を生成する焼結助剤の存在
   下、１５００〜２３００℃の温度で平均粒径が０．５μ
   ｍ以下の微細な炭化ケイ素の存在下で液相焼結すること
   を特徴とする窒化ケイ素−炭化ケイ素複合焼結体の製造
   法。
3. （３）原料粉末として液相焼結系において平均粒径が０
   ．５μｍ以下の微細な炭化ケイ素を生成する非晶質窒化
   ケイ素−炭化ケイ素複合粉末または窒化ケイ素−炭化ケ
   イ素混合粉末を使用する請求項第２項記載の方法。