JPH0699192B2 - 高靭性窒化けい素焼結体の製造法 - Google Patents
高靭性窒化けい素焼結体の製造法Info
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- JPH0699192B2 JPH0699192B2 JP2093522A JP9352290A JPH0699192B2 JP H0699192 B2 JPH0699192 B2 JP H0699192B2 JP 2093522 A JP2093522 A JP 2093522A JP 9352290 A JP9352290 A JP 9352290A JP H0699192 B2 JPH0699192 B2 JP H0699192B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、強度や熱衝撃抵抗が大きいため、自動車部品
やその他の機械部品への応用が期待されている高靱性窒
化けい素焼結体の製造方法に関する。
やその他の機械部品への応用が期待されている高靱性窒
化けい素焼結体の製造方法に関する。
(従来の技術及び解決しようとする課題) 従来より、窒化けい素の焼結法として、ホットプレス
法、熱間静水圧法、常圧焼結法、ガス圧焼結法等が開発
されている。
法、熱間静水圧法、常圧焼結法、ガス圧焼結法等が開発
されている。
原料粉末としては、α型を主とする平均粒径1.0μm以
下の細かいものが市販されている。α型は高温で不安定
であり、焼結中にβ型に相変化するものである。焼結は
焼結助剤を含む液相中を窒化けい素が拡散することによ
って進行するが、α型粒子の液相中への溶解度はβ型粒
子より高いため、β型粒子の一部は異状粒成長を起し、
柱状粒子が発達する。
下の細かいものが市販されている。α型は高温で不安定
であり、焼結中にβ型に相変化するものである。焼結は
焼結助剤を含む液相中を窒化けい素が拡散することによ
って進行するが、α型粒子の液相中への溶解度はβ型粒
子より高いため、β型粒子の一部は異状粒成長を起し、
柱状粒子が発達する。
一方、焼結体(セラミックス)の破壊はクラックが進行
することによって起るが、上記の柱状粒子は進行するク
ラックの方向を曲げることによって、破壊に必要とする
エネルギーを高くし、結果的に高靱性となる。しかし、
高α率の粉末では、 柱状粒子の異方性が大きく、破壊靱性は高くなるが、
強度は低下する。
することによって起るが、上記の柱状粒子は進行するク
ラックの方向を曲げることによって、破壊に必要とする
エネルギーを高くし、結果的に高靱性となる。しかし、
高α率の粉末では、 柱状粒子の異方性が大きく、破壊靱性は高くなるが、
強度は低下する。
組織の制御が困難である、 等々の問題点があった。
そこで、本発明者らは、先に、異常粒成長を示さない平
均粒径1μm以下の微細なβ型粉末に粒成長のための核
を予め混入させて高靱性セラミックスを得る方法を提案
した(特願平1−77177号)。しかし、この方法におい
てβ型粉末を使用するが、市販されている細かい粉末は
殆どα型が主成分であるので、これを1500℃以上に加熱
してβ化する必要があった。
均粒径1μm以下の微細なβ型粉末に粒成長のための核
を予め混入させて高靱性セラミックスを得る方法を提案
した(特願平1−77177号)。しかし、この方法におい
てβ型粉末を使用するが、市販されている細かい粉末は
殆どα型が主成分であるので、これを1500℃以上に加熱
してβ化する必要があった。
本発明の目的は、上述の如くα型及びβ型窒化けい素粉
末を用いる従来法の問題点を解決するためになされたも
のであって、高靱性の窒化けい素焼結体を低コストで製
造できる方法を提供するにある。
末を用いる従来法の問題点を解決するためになされたも
のであって、高靱性の窒化けい素焼結体を低コストで製
造できる方法を提供するにある。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは、α型粉末では焼結体の組織が不均一にな
り、強度が低いこと、一方、β型粉末では熱処理による
β化の操作が余分に必要であることに鑑みて、市販され
ている安価なα型粉末でも組織制御が容易で高靱性の焼
結体が得られる方法について鋭意研究を重ねた。
り、強度が低いこと、一方、β型粉末では熱処理による
β化の操作が余分に必要であることに鑑みて、市販され
ている安価なα型粉末でも組織制御が容易で高靱性の焼
結体が得られる方法について鋭意研究を重ねた。
その結果、常圧又はガス圧焼結の際、粒成長のための核
を予め原料粉末に混入させることにより、破壊靱性が大
きい焼結体が得られることを知見するに至り、本発明を
完成したものである。
を予め原料粉末に混入させることにより、破壊靱性が大
きい焼結体が得られることを知見するに至り、本発明を
完成したものである。
本発明は、α型を主成分とし、平均粒径1.0μm以下の
窒化けい素粉末85〜95重量%と、このα型を主成分とす
る窒化けい素粉末の平均粒径の3〜5倍の平均粒径を有
するβ型窒化けい素粉末又は多結晶体2〜10重量%と、
焼結助剤2〜15重量%とからなる混合粉末を、成形した
後に、1〜100気圧の窒素中で1750〜2200℃の温度範囲
において焼結することを特徴とする高靱性窒化けい素焼
結体の製造法を要旨とするものである。
窒化けい素粉末85〜95重量%と、このα型を主成分とす
る窒化けい素粉末の平均粒径の3〜5倍の平均粒径を有
するβ型窒化けい素粉末又は多結晶体2〜10重量%と、
焼結助剤2〜15重量%とからなる混合粉末を、成形した
後に、1〜100気圧の窒素中で1750〜2200℃の温度範囲
において焼結することを特徴とする高靱性窒化けい素焼
結体の製造法を要旨とするものである。
以下、本発明について更に詳述する。
(作用) α型を主成分とする窒化けい素粉末は、細かいものであ
る必要があり、平均粒径1.0μm以下、望ましくは0.3〜
0.8μmのものを用いる。これは、粒径が1.0μmより大
きいと焼結性が低くなるためである。また、粒径の大き
な粒子が多量に存在するのは好ましくなく、α型を主成
分とする窒化けい素粉末としては、α型が60〜100重量
%、β型が0〜40重量%のものが好ましい。β型の含有
率が40重量%を超えると、混入させる核以外にも粒成長
が起り、組織制御が困難となる。また、上記平均粒径の
3倍以上の粒径を持つ大きな粒子は、異常成長し、組織
が制御できなくなるので、そのような粉末粒子は窒化け
い素粉末に2重量%以下に抑制するのが好ましい。
る必要があり、平均粒径1.0μm以下、望ましくは0.3〜
0.8μmのものを用いる。これは、粒径が1.0μmより大
きいと焼結性が低くなるためである。また、粒径の大き
な粒子が多量に存在するのは好ましくなく、α型を主成
分とする窒化けい素粉末としては、α型が60〜100重量
%、β型が0〜40重量%のものが好ましい。β型の含有
率が40重量%を超えると、混入させる核以外にも粒成長
が起り、組織制御が困難となる。また、上記平均粒径の
3倍以上の粒径を持つ大きな粒子は、異常成長し、組織
が制御できなくなるので、そのような粉末粒子は窒化け
い素粉末に2重量%以下に抑制するのが好ましい。
前述のように、窒化けい素の焼結は、窒化けい素が焼結
助剤を含む液相を通って拡散し、焼結が進行する液相焼
結によるものである。その際、α型は高温で不安定なの
で、析出する粒子はβ型になる。このように焼結と相変
化が同時に起る。また液相への溶解度は小さな粒子の方
が大きな粒子より大きい。このため、焼結と同時に粒成
長が起る。
助剤を含む液相を通って拡散し、焼結が進行する液相焼
結によるものである。その際、α型は高温で不安定なの
で、析出する粒子はβ型になる。このように焼結と相変
化が同時に起る。また液相への溶解度は小さな粒子の方
が大きな粒子より大きい。このため、焼結と同時に粒成
長が起る。
β型粉末では、正常粒成長が起る。すなわち、最大粒径
(γmax)が常に平均粒径()の2.5倍以下(γmax<
2.5)になるように粒度分布が保持されながら、焼結
の進行と共に平均粒径()が大きくなるものである。
(γmax)が常に平均粒径()の2.5倍以下(γmax<
2.5)になるように粒度分布が保持されながら、焼結
の進行と共に平均粒径()が大きくなるものである。
一方、α型粉末では、焼結初期の非定常状態で局所的に
不均一のため、大きな粒子(核)が発生する。この核は
焼結の進行と共に柱状になる。
不均一のため、大きな粒子(核)が発生する。この核は
焼結の進行と共に柱状になる。
本発明においては、α型を主とする細かい窒化けい素粉
末中に、α型粉末の平均粒径の3〜5倍の平均粒径を有
するβ型の窒化けい素粉末又は多結晶体を所定量混入さ
せる。これにより、平均粒径の3倍以上の粒子の成長速
度は平均粒径の増加速度より早いので、導入した核が優
先的に成長する。この粒成長の駆動力は大きいので、柱
状粒子となる。核として用いるβ型粉末又は多結晶の平
均粒径は、α型粉末の平均粒径の3〜5倍とする必要が
ある。3倍未満では核としての作用が十分でなく、また
5倍を超えると粒子が大きく成長しすぎるので望ましく
ない。
末中に、α型粉末の平均粒径の3〜5倍の平均粒径を有
するβ型の窒化けい素粉末又は多結晶体を所定量混入さ
せる。これにより、平均粒径の3倍以上の粒子の成長速
度は平均粒径の増加速度より早いので、導入した核が優
先的に成長する。この粒成長の駆動力は大きいので、柱
状粒子となる。核として用いるβ型粉末又は多結晶の平
均粒径は、α型粉末の平均粒径の3〜5倍とする必要が
ある。3倍未満では核としての作用が十分でなく、また
5倍を超えると粒子が大きく成長しすぎるので望ましく
ない。
なお、β型窒化けい素粉末は、α型粉末を窒素中で1500
〜1700℃に加熱することにより得られる。多結晶体は、
焼結体を粉砕して分級すうことによって得られる。
〜1700℃に加熱することにより得られる。多結晶体は、
焼結体を粉砕して分級すうことによって得られる。
β型窒化けい素粉末又は多結晶体の混合割合は2〜10重
量%、望ましくは2〜5重量%である。粒径及び混合量
がその下限値より少ないと、核としての効果がなく、多
すぎると組織全体が粗粒化し、強度が低下するので好ま
しくない。
量%、望ましくは2〜5重量%である。粒径及び混合量
がその下限値より少ないと、核としての効果がなく、多
すぎると組織全体が粗粒化し、強度が低下するので好ま
しくない。
更に、焼結助剤として、通常用いられる酸化物(MgO、A
l2O3、Y2O3、ランタニド金属酸化物の単独又は混合物な
ど)を2〜15重量%添加する。好ましくは3〜7重量%
である。その量は焼結温度に依存し、高温ほど少量でよ
い。窒化けい素粉末と焼結助剤の混合は、窒化けい素の
酸化を防ぐために有機溶媒中で行うのが望ましい。
l2O3、Y2O3、ランタニド金属酸化物の単独又は混合物な
ど)を2〜15重量%添加する。好ましくは3〜7重量%
である。その量は焼結温度に依存し、高温ほど少量でよ
い。窒化けい素粉末と焼結助剤の混合は、窒化けい素の
酸化を防ぐために有機溶媒中で行うのが望ましい。
これらの混合粉末は、乾燥後、静水圧プレス、射出成
形、鋳込み成形等の通常の方法で成形する。
形、鋳込み成形等の通常の方法で成形する。
次いで、焼結を行うが、焼結は1〜100気圧の窒素中で1
750〜2200℃の温度範囲で行う。高温ほど焼結速度は大
きいが、窒化けい素の解離圧(窒素圧)が高くなるた
め、解離圧より高い窒素圧中で焼結することにより、窒
化けい素の熱分解を防止する必要がある。必要な最低圧
は1750℃で1気圧、1850℃で3気圧、1950℃で10気圧、
2050℃で20気圧、2150℃で50気圧である。なお、焼結時
間は特に制限しないが、1〜50時間が好ましい。焼結時
間は低温ほど長時間が必要である。加熱は、焼結のみで
なく、粒成長による組織発現が目的であるので、通常の
焼結時間より長い方がよい。例えば、1750℃で3〜40時
間、1950℃で1〜15時間、2150℃で1〜5時間程度であ
る。
750〜2200℃の温度範囲で行う。高温ほど焼結速度は大
きいが、窒化けい素の解離圧(窒素圧)が高くなるた
め、解離圧より高い窒素圧中で焼結することにより、窒
化けい素の熱分解を防止する必要がある。必要な最低圧
は1750℃で1気圧、1850℃で3気圧、1950℃で10気圧、
2050℃で20気圧、2150℃で50気圧である。なお、焼結時
間は特に制限しないが、1〜50時間が好ましい。焼結時
間は低温ほど長時間が必要である。加熱は、焼結のみで
なく、粒成長による組織発現が目的であるので、通常の
焼結時間より長い方がよい。例えば、1750℃で3〜40時
間、1950℃で1〜15時間、2150℃で1〜5時間程度であ
る。
上記のように、本発明では、細かいα型を主成分とする
窒化けい素粉末に、粒成長のための核を導入して焼結す
るので、成長粒子の数を制御でき、結果的に組織制御さ
れあ高靱性窒化けい素焼結体が得られる。
窒化けい素粉末に、粒成長のための核を導入して焼結す
るので、成長粒子の数を制御でき、結果的に組織制御さ
れあ高靱性窒化けい素焼結体が得られる。
(実施例) 次に本発明の実施例を示す。
実施例1 市販のα型を主成分とする窒化けい素粉末(平均粒径0.
6μm、α型/(α型+β型)=0.87)90重量%と、平
均粒径2.0μmのβ型窒化けい素粉末3重量%と、焼結
助剤としてY2O35重量%及びAl2O32重量%を、n−ヘ
キサン中で窒化けい素製ボールミルで混合した。なお、
β型窒化けい素粉末としては、上記α型粉末を10気圧の
窒素中で1800℃に加熱し、完全にβ型とした後、分級し
たものを用いた。
6μm、α型/(α型+β型)=0.87)90重量%と、平
均粒径2.0μmのβ型窒化けい素粉末3重量%と、焼結
助剤としてY2O35重量%及びAl2O32重量%を、n−ヘ
キサン中で窒化けい素製ボールミルで混合した。なお、
β型窒化けい素粉末としては、上記α型粉末を10気圧の
窒素中で1800℃に加熱し、完全にβ型とした後、分級し
たものを用いた。
次いで、この混合粉末を乾燥いた後、250kg/cm2で金型
プレスし、更に2ton/cm2で静水圧プレスし、柱状の成形
体とした。その後、成形体を窒素圧10気圧で1900℃に3
時間加熱した。更に600メッシュのダイヤモンドホイー
ルで平面研削し、約3mm×4mm×40mmの試料とした。
プレスし、更に2ton/cm2で静水圧プレスし、柱状の成形
体とした。その後、成形体を窒素圧10気圧で1900℃に3
時間加熱した。更に600メッシュのダイヤモンドホイー
ルで平面研削し、約3mm×4mm×40mmの試料とした。
焼結体の気孔率は0.6%であった。また、JIS R1601によ
るスパン30mmの3点曲げ強度は930MPa、SEPB法による破
壊靱性値は8.7MN/m3/2であった。
るスパン30mmの3点曲げ強度は930MPa、SEPB法による破
壊靱性値は8.7MN/m3/2であった。
実施例2 実施例1で用いたものと同じα型を主成分とする窒化け
い素粉末85重量%に、実施例1で述べた方法によって得
た平均粒径2.3μmのβ型窒化けい素粉末5重量%と、
焼結助剤としてY2O36重量%及びLa2O34重量%を加
え、実施例1の場合と同様の方法により混合し、成形し
た後、30気圧の窒素中で2000℃に2時間加熱した。
い素粉末85重量%に、実施例1で述べた方法によって得
た平均粒径2.3μmのβ型窒化けい素粉末5重量%と、
焼結助剤としてY2O36重量%及びLa2O34重量%を加
え、実施例1の場合と同様の方法により混合し、成形し
た後、30気圧の窒素中で2000℃に2時間加熱した。
曲げ強度が850MPa、破壊靱性が9.2MN/cm3/2の焼結体が
得られた。
得られた。
実施例3 実施例1で用いたものと同じα型を主成分とする窒化け
い素粉末87重量%に、実施例1で述べた方法により得た
平均粒径2.0μmのβ型窒化けい素粉末3重量%と、焼
結助剤としてAl2O35重量%、MgO重量%及びCeO22重量
%を加え、実施例1の場合と同様の方法により混合し、
成形した。成形体を1気圧の窒素中で1800℃に5時間加
熱した。焼結体の曲げ強度は980MPa、破壊靱性は7.2MN/
m3/2であった。
い素粉末87重量%に、実施例1で述べた方法により得た
平均粒径2.0μmのβ型窒化けい素粉末3重量%と、焼
結助剤としてAl2O35重量%、MgO重量%及びCeO22重量
%を加え、実施例1の場合と同様の方法により混合し、
成形した。成形体を1気圧の窒素中で1800℃に5時間加
熱した。焼結体の曲げ強度は980MPa、破壊靱性は7.2MN/
m3/2であった。
なお、各実施例において、β型窒化けい素粉末に代えて
多結晶体を用いても、同様の効果が得られる。
多結晶体を用いても、同様の効果が得られる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、市販のα型窒化
けい素粉末を使用しても、高靱性高強度の窒化けい素焼
結体が得られる。したがって、自動車部品やその他の機
械部品へ安価に提供できる効果は大きい。
けい素粉末を使用しても、高靱性高強度の窒化けい素焼
結体が得られる。したがって、自動車部品やその他の機
械部品へ安価に提供できる効果は大きい。
Claims (2)
- 【請求項1】α型を主成分とし、平均粒径1.0μm以下
の窒化けい素粉末85〜95重量%と、このα型を主成分と
する窒化けい素粉末の平均粒径の3〜5倍の平均粒径を
有するβ型窒化けい素粉末又は多結晶体2〜10重量%
と、焼結助剤2〜15重量%とからなる混合粉末を、成形
した後に、1〜100気圧の窒素中で1750〜2200℃の温度
範囲において焼結することを特徴とする高靭性窒化けい
素焼結体の製造法。 - 【請求項2】α型を主成分とする窒化けい素粉末が、60
〜100重量%のα型と、0〜40重量%のβ型とからな
り、かつ、この窒化けい素粉末には、平均粒径の3倍以
上の粒径を持つ粒子が2重量%未満含まれる請求項
(1)記載の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2093522A JPH0699192B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 高靭性窒化けい素焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2093522A JPH0699192B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 高靭性窒化けい素焼結体の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03290370A JPH03290370A (ja) | 1991-12-20 |
JPH0699192B2 true JPH0699192B2 (ja) | 1994-12-07 |
Family
ID=14084657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2093522A Expired - Lifetime JPH0699192B2 (ja) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | 高靭性窒化けい素焼結体の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0699192B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022197145A1 (ko) * | 2021-03-19 | 2022-09-22 | 주식회사 아모센스 | 정전 척, 이를 포함하는 정전 척 히터 및 반도체 유지장치 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2670221B2 (ja) * | 1993-01-22 | 1997-10-29 | 日本碍子株式会社 | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 |
WO2012090542A1 (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | 宇部興産株式会社 | 多結晶シリコンインゴット鋳造用鋳型及びその製造方法並びに多結晶シリコンインゴット鋳造用鋳型の離型材用窒化珪素粉末及びそれを含有したスラリー |
Family Cites Families (4)
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 |
JPS63147867A (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-20 | 住友化学工業株式会社 | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
JP2631115B2 (ja) * | 1987-11-30 | 1997-07-16 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体の製法 |
JP2662863B2 (ja) * | 1987-04-09 | 1997-10-15 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素質焼結体の製造方法 |
-
1990
- 1990-04-09 JP JP2093522A patent/JPH0699192B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022197145A1 (ko) * | 2021-03-19 | 2022-09-22 | 주식회사 아모센스 | 정전 척, 이를 포함하는 정전 척 히터 및 반도체 유지장치 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03290370A (ja) | 1991-12-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |