JPH0822730B2 - 窒化ケイ素粉末の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素粉末の製造方法Info
- Publication number
- JPH0822730B2 JPH0822730B2 JP1288549A JP28854989A JPH0822730B2 JP H0822730 B2 JPH0822730 B2 JP H0822730B2 JP 1288549 A JP1288549 A JP 1288549A JP 28854989 A JP28854989 A JP 28854989A JP H0822730 B2 JPH0822730 B2 JP H0822730B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- nitride powder
- amount
- oxygen
- sintered body
- Prior art date
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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、高温強度と耐摩耗性に優れた窒化ケイ素焼
結体を与え得る易焼結性の窒化ケイ素粉末を金属シリコ
ン直接窒化法で製造する方法に関する。
結体を与え得る易焼結性の窒化ケイ素粉末を金属シリコ
ン直接窒化法で製造する方法に関する。
窒化ケイ素焼結体は、高温強度、硬度、耐腐食性、耐
熱衝撃性などに優れた素材であり、各種構造部材として
幅広い用途が期待されている。
熱衝撃性などに優れた素材であり、各種構造部材として
幅広い用途が期待されている。
窒化ケイ素焼結体は、通常窒化ケイ素粉末に焼結助剤
を混合し、プレス成形、射出成形、押し出し成形などに
よって成形体とし、この成形体を焼結することによって
製造される。
を混合し、プレス成形、射出成形、押し出し成形などに
よって成形体とし、この成形体を焼結することによって
製造される。
これらの各手法において窒化ケイ素焼結体を製造する
場合、原料となる窒化ケイ素粉末の粉体特性、特に酸素
量が焼結性及び得られた焼結体の特性に大きく影響する
ことが知られている。すなわち、一般に酸素量の多い窒
化ケイ素粉末（例えば金属シリコン直接窒化法で製造さ
れた窒化ケイ素粉末）は易焼結性であるが十分な高温強
度が得られない。また、酸素量の少ない窒化ケイ素粉末
（例えばハロゲン化ケイ素法で製造された窒化ケイ素粉
末）は難焼結性であり、十分に緻密化させることが難し
い。
場合、原料となる窒化ケイ素粉末の粉体特性、特に酸素
量が焼結性及び得られた焼結体の特性に大きく影響する
ことが知られている。すなわち、一般に酸素量の多い窒
化ケイ素粉末（例えば金属シリコン直接窒化法で製造さ
れた窒化ケイ素粉末）は易焼結性であるが十分な高温強
度が得られない。また、酸素量の少ない窒化ケイ素粉末
（例えばハロゲン化ケイ素法で製造された窒化ケイ素粉
末）は難焼結性であり、十分に緻密化させることが難し
い。
特公昭61−43311号公報には、窒化ケイ素粉末の酸素
量と高温曲げ強度との関係が記載されているが、固溶体
の形態で存在する酸素量と水酸化物若しくは酸化物の形
態で存在する酸素量が高温曲げ強度に及ぼす影響につい
ては開示がない。
量と高温曲げ強度との関係が記載されているが、固溶体
の形態で存在する酸素量と水酸化物若しくは酸化物の形
態で存在する酸素量が高温曲げ強度に及ぼす影響につい
ては開示がない。
本発明者らは、窒化ケイ素粉末における酸素量及び酸
素の形態が、焼結性及び焼結体特性特に高温強度に及ぼ
す影響について種々検討した結果、易焼結性で高温強度
等の焼結体特性に優れた窒化ケイ素焼結体を得ることが
できる窒化ケイ素粉末を、コスト的に有利な金属シリコ
ン直接窒化法で製造できることを見いだし、本発明を提
案するに至ったものである。
素の形態が、焼結性及び焼結体特性特に高温強度に及ぼ
す影響について種々検討した結果、易焼結性で高温強度
等の焼結体特性に優れた窒化ケイ素焼結体を得ることが
できる窒化ケイ素粉末を、コスト的に有利な金属シリコ
ン直接窒化法で製造できることを見いだし、本発明を提
案するに至ったものである。
すなわち、本発明は、固溶体の形態で存在する酸素量
（以下、内部酸素量という）が0.5重量％以下の窒化ケ
イ素粉末を金属ケイ素直接窒化法で製造し、それをPO2
0.05〜0.8atmの雰囲気中、温度600〜1200℃で熱処理す
ることを特徴とする内部酸素量0.5重量％以下、水酸化
物若しくは酸化物の形態で存在する酸素量（以下、外部
酸素量という）が0.5〜2.0重量％である窒化ケイ素粉末
の製造方法である。
（以下、内部酸素量という）が0.5重量％以下の窒化ケ
イ素粉末を金属ケイ素直接窒化法で製造し、それをPO2
0.05〜0.8atmの雰囲気中、温度600〜1200℃で熱処理す
ることを特徴とする内部酸素量0.5重量％以下、水酸化
物若しくは酸化物の形態で存在する酸素量（以下、外部
酸素量という）が0.5〜2.0重量％である窒化ケイ素粉末
の製造方法である。
本発明における窒化ケイ素粉末の内部酸素量は0.5重
量％以下好ましくは0.3重量％以下である。内部酸素量
が0.5重量％を超えると、窒化ケイ素の焼結過程におい
て窒化ケイ素粒子が焼結助剤等から成る粒界相に溶解す
る際に粒界相の組成を変化させ、β−柱状晶の折出と成
長を阻害し、焼結体特性特に高温強度の十分な発現が望
めなくなる。
量％以下好ましくは0.3重量％以下である。内部酸素量
が0.5重量％を超えると、窒化ケイ素の焼結過程におい
て窒化ケイ素粒子が焼結助剤等から成る粒界相に溶解す
る際に粒界相の組成を変化させ、β−柱状晶の折出と成
長を阻害し、焼結体特性特に高温強度の十分な発現が望
めなくなる。
窒化ケイ素粉末の焼結特に常圧焼結の場合、窒化ケイ
素粉末の酸素量と焼結性には密接な関係があり、一般に
酸素量が増加するに従って焼結性は向上する。しかし、
一方で、酸素量が増加し過ぎると焼結体における粒界相
の量が増え高温強度等の焼結体特性の低下が起こる。
素粉末の酸素量と焼結性には密接な関係があり、一般に
酸素量が増加するに従って焼結性は向上する。しかし、
一方で、酸素量が増加し過ぎると焼結体における粒界相
の量が増え高温強度等の焼結体特性の低下が起こる。
本発明は、窒化ケイ素粉末の酸素量をその存在形態よ
り、内部酸素量と表面酸素量にわけ、窒化ケイ素粉末の
焼結時にどのように関与するかについて種々検討を行っ
た結果、窒化ケイ素粉末の焼結性には、主として表面酸
素量が関与していることをつきとめた。つまり、窒化ケ
イ素粉末の初期焼結段階においては、表面酸素量が増加
するに伴い窒化ケイ素粒子と焼結助剤から成る液相との
ぬれ性が向上し、粒界相への窒化ケイ素粒子の溶解・折
出が促進され焼結性が向上することを見い出したもので
ある。
り、内部酸素量と表面酸素量にわけ、窒化ケイ素粉末の
焼結時にどのように関与するかについて種々検討を行っ
た結果、窒化ケイ素粉末の焼結性には、主として表面酸
素量が関与していることをつきとめた。つまり、窒化ケ
イ素粉末の初期焼結段階においては、表面酸素量が増加
するに伴い窒化ケイ素粒子と焼結助剤から成る液相との
ぬれ性が向上し、粒界相への窒化ケイ素粒子の溶解・折
出が促進され焼結性が向上することを見い出したもので
ある。
すなわち、本発明における窒化ケイ素粉の表面酸素量
は0.5〜2.0重量％好ましくは0.7〜1.2重量％の範囲であ
る。表面酸素量が0.5重量％未満では、焼結時における
窒化ケイ素粒子と焼結助剤から成る液相とのぬれ性が低
下し、十分緻密化した焼結体を得ることが難しくなる。
一方、表面酸素量が2.0重量％を超えると、緻密化した
焼結体を得ることはできるが、窒化ケイ素粉末の全酸素
量（内部酸素量と表面酸素量の和）が増加し、焼結体に
おける粒界相の量が増え、高温強度等の焼結体特性の低
下が起こる。
は0.5〜2.0重量％好ましくは0.7〜1.2重量％の範囲であ
る。表面酸素量が0.5重量％未満では、焼結時における
窒化ケイ素粒子と焼結助剤から成る液相とのぬれ性が低
下し、十分緻密化した焼結体を得ることが難しくなる。
一方、表面酸素量が2.0重量％を超えると、緻密化した
焼結体を得ることはできるが、窒化ケイ素粉末の全酸素
量（内部酸素量と表面酸素量の和）が増加し、焼結体に
おける粒界相の量が増え、高温強度等の焼結体特性の低
下が起こる。
以上の本発明に係る表面酸素量と内部酸素量は、以下
の方法により測定することができる。まず窒化ケイ素粉
末の全酸素量をO/N同時分析計（LECO社製TC−136）によ
り測定する。次に窒化ケイ素粉末に10重量％フッ化水素
酸水溶液を加え恒温水槽中で20分間撹拌する。No.5Cの
濾紙を用いて、この溶液から未分解残渣を濾別して溶出
液を得る。この一部を原子吸光分析計にて溶出SiO2量を
求める。
の方法により測定することができる。まず窒化ケイ素粉
末の全酸素量をO/N同時分析計（LECO社製TC−136）によ
り測定する。次に窒化ケイ素粉末に10重量％フッ化水素
酸水溶液を加え恒温水槽中で20分間撹拌する。No.5Cの
濾紙を用いて、この溶液から未分解残渣を濾別して溶出
液を得る。この一部を原子吸光分析計にて溶出SiO2量を
求める。
この場合、次式に示す反応により一部窒化ケイ素の溶
出が考えられる。
出が考えられる。
Si3N4＋4H2O＋18HF→3H2SiF6＋4NH4OH このため、別に溶出液を水蒸気蒸留後NH4 +量をインド
フェノール青吸光光度法にり求め、そのNH4 +に相当する
SiO2量を溶出SiO2量より差し引いた値より表面SiO2量を
求め、表面酸素量を算出する。内部酸素量は、窒化ケイ
素粉末の全酸素量より表面酸素量を差し引くことによっ
て得られる。
フェノール青吸光光度法にり求め、そのNH4 +に相当する
SiO2量を溶出SiO2量より差し引いた値より表面SiO2量を
求め、表面酸素量を算出する。内部酸素量は、窒化ケイ
素粉末の全酸素量より表面酸素量を差し引くことによっ
て得られる。
本発明の窒化ケイ素粉末を取得するには、金属ケイ素
粉末を原料として合成された内部酸素量0.5重量％以下
の窒化ケイ素粉末を、回転炉、スクリュー炉、バッチ炉
等によりPO20.05〜0.8atmの雰囲気中、600〜1200℃の温
度で熱処理することにより製造することができる。そし
て、その際における内部酸素量0.重量％以下の窒化ケイ
素粉末は、特願昭64−43079号及び特願昭64−47431号の
明細書に記載されている方法、又は市販の金属ケイ素法
による窒化ケイ素粉末を特公昭61−43311号公報に記載
の手法で処理することにより得ることができる。
粉末を原料として合成された内部酸素量0.5重量％以下
の窒化ケイ素粉末を、回転炉、スクリュー炉、バッチ炉
等によりPO20.05〜0.8atmの雰囲気中、600〜1200℃の温
度で熱処理することにより製造することができる。そし
て、その際における内部酸素量0.重量％以下の窒化ケイ
素粉末は、特願昭64−43079号及び特願昭64−47431号の
明細書に記載されている方法、又は市販の金属ケイ素法
による窒化ケイ素粉末を特公昭61−43311号公報に記載
の手法で処理することにより得ることができる。
以下、実施例と比較例を挙げて更に具体的に本発明を
説明するが、本発明はこれに限定されない。
説明するが、本発明はこれに限定されない。
実施例１〜6,比較例１〜４ 第１表に示す金属ケイ素直接窒化法で製造された各種
窒化ケイ素粉末を原料として第２表に示す各種条件にて
処理を行い同表に示す物性値を持った窒化ケイ素粉末を
合成した。
窒化ケイ素粉末を原料として第２表に示す各種条件にて
処理を行い同表に示す物性値を持った窒化ケイ素粉末を
合成した。
次に、この窒化ケイ素粉末93重量部に焼結助剤として
平均粒径1.5μｍのY2O3 5重量部と平均粒径0.8μｍのAl
2O3 2重量部を添加し、1,1,1−トリクロロエタンを加え
４時間ボールミルで湿式混合し、乾燥後100kg/cm2の成
形圧で６×10×60mm形状に金型成形し、それを2700kg/c
m2の成形圧でCIP成形した。これらの成形体をカーボン
ルツボにセットし、N2ガス雰囲気中、1800℃の温度で４
時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結体は研削後、
相対密度、室温（σRT）及び1200℃（σ1200）における
３点曲げ強度を測定した。それらの結果を第３表に示
す。
平均粒径1.5μｍのY2O3 5重量部と平均粒径0.8μｍのAl
2O3 2重量部を添加し、1,1,1−トリクロロエタンを加え
４時間ボールミルで湿式混合し、乾燥後100kg/cm2の成
形圧で６×10×60mm形状に金型成形し、それを2700kg/c
m2の成形圧でCIP成形した。これらの成形体をカーボン
ルツボにセットし、N2ガス雰囲気中、1800℃の温度で４
時間焼成して焼結体を得た。得られた焼結体は研削後、
相対密度、室温（σRT）及び1200℃（σ1200）における
３点曲げ強度を測定した。それらの結果を第３表に示
す。
第３表に示した測定値は次の方法によった。
（１） 相対密度（％） ：アルキメデス法によ
る。
る。
（２） ３点曲げ強度（MPa）：島津製作所社製，オー
トグラフ AG−2000Aによる。
トグラフ AG−2000Aによる。
実施例７〜8,比較例６〜８ 第１表に示す窒化ケイ素粉末ＣをN2雰囲気1700℃で２
時間加熱処理を行い、第４表に示す粉体特性を有する窒
化ケイ素粉末Ｅを得た。
時間加熱処理を行い、第４表に示す粉体特性を有する窒
化ケイ素粉末Ｅを得た。
この窒化ケイ素粉末Ｅ及び未処理の窒化ケイ素粉末Ｃ
を第５表に示す各種条件にて処理を行い、第５表に示す
物性値を有する窒化ケイ素粉末を合成した。次に、この
窒化ケイ素粉末を用い実施例１と同様にして焼結体を製
造し、それらの焼結体特性を測定した。それらの結果を
第６表に示す。
を第５表に示す各種条件にて処理を行い、第５表に示す
物性値を有する窒化ケイ素粉末を合成した。次に、この
窒化ケイ素粉末を用い実施例１と同様にして焼結体を製
造し、それらの焼結体特性を測定した。それらの結果を
第６表に示す。
〔発明の効果〕 本発明によって製造された窒化ケイ素粉末はコスト的
に有利であり、しかも表面酸素量が特定範囲内にあるた
め、焼結製が改善され、容易に緻密化した焼結体を、ま
た、内部酸素量が少ないため、高温強度の優れた焼結体
を得ることができる。
に有利であり、しかも表面酸素量が特定範囲内にあるた
め、焼結製が改善され、容易に緻密化した焼結体を、ま
た、内部酸素量が少ないため、高温強度の優れた焼結体
を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−107509（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】固溶体の形態で存在する酸素量が0.5重量
％以下の窒化ケイ素粉末を金属ケイ素直接窒化法で製造
し、それをPO2 0.05〜0.8atmの雰囲気中、温度600〜120
0℃で熱処理することを特徴とする固溶体の形態で存在
する酸素量が0.5重量％以下、水酸化物若しくは酸化物
の形態で存在する酸素量が0.5〜2.0重量％である窒化ケ
イ素粉末の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288549A JPH0822730B2 (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
| US07/510,587 US5126295A (en) | 1989-06-07 | 1990-04-18 | Silicon nitride powder, silicon nitride sintered body and processes for their production |
| DE4013923A DE4013923C2 (de) | 1989-06-07 | 1990-04-30 | Siliciumnitridpulver, Verfahren zu seiner Herstellung und Verwendung eines Siliciumnitridpulvers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1288549A JPH0822730B2 (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03150212A JPH03150212A (ja) | 1991-06-26 |
| JPH0822730B2 true JPH0822730B2 (ja) | 1996-03-06 |
Family
ID=17731684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1288549A Expired - Fee Related JPH0822730B2 (ja) | 1989-06-07 | 1989-11-06 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0822730B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3829504A1 (de) * | 1988-08-31 | 1990-03-01 | Bayer Ag | Siliciumnitridpulver mit verbesserten oberflaecheneigenschaften sowie verfahren zu deren herstellung |
-
1989
- 1989-11-06 JP JP1288549A patent/JPH0822730B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03150212A (ja) | 1991-06-26 |
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|---|---|---|---|
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