JPH08253365A - 窒化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素焼結体の製造方法Info
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- JPH08253365A JPH08253365A JP7084691A JP8469195A JPH08253365A JP H08253365 A JPH08253365 A JP H08253365A JP 7084691 A JP7084691 A JP 7084691A JP 8469195 A JP8469195 A JP 8469195A JP H08253365 A JPH08253365 A JP H08253365A
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Abstract
含む原料より出発して窒化ケイ素焼結体を製造する方法
において、少なくとも2種類以上の焼結助剤同士を予め
所定温度で反応させ、反応物を他の原料成分と混合し、
成形し、焼成することを特徴とする。 【効果】焼結助剤同士を成形前に予め反応させておくこ
とにより、多量の有機バインダ−を添加した場合であっ
ても脱脂体及び焼結体の亀裂発生を防止することができ
る。その結果、均質で緻密な窒化ケイ素焼結体を得るこ
とができ、大型あるいは複雑な形状の高温構造部品への
適用が容易となる。
Description
製造方法に関する。この方法によって製造された窒化ケ
イ素焼結体は、ガスタービン部品、ターボチャージャー
ロータ、切削工具等に利用され、中でも特に成形時に有
機バインダーを必要とする複雑形状の部品に好適に利用
されうる。
剤として希土類元素、周期律表の5a族又は6a族元素
の酸化物を添加してなる焼結体は、構造材料としての高
温特性に優れている。従来、この種の焼結体として、イ
ットリウムY、ランタンLa系及びクロムCrを必須と
するもの(特開昭58−60676号)、希土類元素、
ヴァナジウムV及び(ニオブNb、タンタルTa、C
r、モリブデンMo、タングステンW)のうちから1種
以上を必須とするもの(特公平6−62339号)、希
土類元素、バリウムBa等2a族元素及びCr等を必須
とするもの(特公平4−55992号)、イッテルビウ
ムYb及びMoを必須とするもの(特公平6−2703
0号)、希土類元素、ストロンチウムSr及びWを必須
とするもの(特公平6−74175号)が知られてい
る。
造過程において有機バインダ−(成形助剤)が添加され
ている。複雑形状の製品の成形手段として汎用されてい
る射出成形法の場合は、他の成形法に比べて特に有機バ
インダーの添加量が多い。このような有機バインダー
は、成形工程を経ると、役割を終えるので、加熱により
揮発又は分解除去(一般に「脱脂」という。)される。
しかも脱脂が不十分であると、脱脂体やその後の焼結体
に亀裂が生じたり、焼成工程での緻密化を阻害したりす
る等の問題があることから、脱脂の効果だけを考えれ
ば、できるだけ長時間又は高温で十分に脱脂するのが望
ましい。
の中には、主成分とともに焼結体として緻密化する前
に、脱脂工程で異種の焼結助剤同士互いに反応して粒子
結合するものがある。成形体は、脱脂工程でその熱によ
って膨張しようとするが、この粒子結合が膨張を妨げて
脱脂後に亀裂を誘発する。また、射出成形体の場合、有
機バインダ−が成形体外部に揮発しようとするのをこの
粒子結合が障壁となって遮断するために、肉厚部分の有
機バインダーが炭化して脱脂体内部に残り、結局は焼結
体に亀裂や気孔を生じる。かといって、焼結助剤同士が
反応しないように短時間又は低温で脱脂すると、前記の
ように脱脂不十分となる。従って、亀裂や気孔を生じさ
せずに十分な脱脂を行うことを、脱脂の条件のみで管理
することは、きわめて困難であった。それ故、この発明
の目的は、脱脂条件を厳密に管理しなくても亀裂や気孔
のほとんどない焼結体の製造方法を提供することにあ
る。
に、この発明の窒化ケイ素焼結体の製造方法は、窒化ケ
イ素Si3N4及び複数種類の焼結助剤を含む原料より出
発して窒化ケイ素焼結体を製造する方法において、少な
くとも2種類以上の焼結助剤同士を予め所定温度で反応
させ、反応物を他の原料成分と混合し、成形し、焼成す
ることを特徴とする。
が有機バインダ−(成形助剤)を含み、成形工程と焼成
工程との間に脱脂工程が介在する製造方法に対して、特
に有効である。ただし、本発明でいう有機バインダ−に
は、成形助剤として使用される全ての有機物成分を含
み、結合剤のみに限らず、または結合剤に代えて、可塑
剤、溶媒、分散剤等を原料中に含む方法にも本発明は適
用可能である。また、脱脂工程を焼成工程と区別するこ
となく連続的に処理する製造方法にも適用可能である。
要するに原料中に焼成工程以前に炭化しうる有機物を含
む製造方法に適用可能である。また、脱脂工程と区別し
て仮焼工程が必要な場合、脱脂工程と焼成工程との間に
仮焼工程が介在してもよい。
同士を反応させ、反応物(またはその粉砕物)を他の原
料成分と混合し、必要に応じて粉砕し、成形し、焼成す
るので、高温で長時間脱脂しても脱脂中に焼結助剤同士
の新たな粒子結合を生じることがない。従って、脱脂工
程で成形体の膨張を妨げたり、成形体外部に揮発しよう
とする有機バインダーの通路を遮断するものが存在しな
い。その結果、亀裂が生じたり、除去されるべき炭素が
残ったりすることもない。
類以上の酸化物を用いるときに特に有効である。異種の
酸化物同士は反応して結合しやすいからである。酸化物
のうち少なくとも1種類以上がYb2O3,Y2O3,Er
2O3などの希土類元素酸化物であり、他の1種類以上が
V2O5,Nb2O5,Ta2O5などの5a族元素の酸化物
及びCr2O3,MoO3,WO3などの6a族元素の酸化
物から選ばれることが望ましい。最も望ましいのは、た
とえばYb2O3とV2O5とが、600℃程度の温度で反
応してYbVO4を生成するように、脱脂の行われる温
度に近い比較的低温で反応する酸化物の組み合わせとし
て用いられる場合である。
成分の除去が不十分となり、800℃を超えるとSi3
N4の酸化が進行するため300℃〜800℃の範囲内
で行うことが望ましい。また、焼結助剤同士を予め反応
させる温度は、その脱脂温度と同等又はそれより高いの
が望ましい。焼結助剤同士を予め充分反応させるととも
に、未反応物が脱脂中に新たに反応しないようにするた
めである。ただし、1,100℃を越えると、反応物が
凝集するとともに反応物自身の焼結が進行し、その凝集
粒子がその後のSi3N4等他の成分との混合工程におい
ても砕かれずに焼結体中に偏在して残り、破壊の起点と
なりうるので、反応させる温度は、1,100℃以下が
望ましい。
度99%以上の5a族元素酸化物及び6a族元素酸化物
のうち1種以上の粉末とSi3N4粉末とを、表1に示す
組成割合となるよう準備した。表1の組成中、希土類元
素酸化物、5a族元素酸化物及び6a族元素酸化物以外
の残部は、Si3N4である。
後、表1の反応条件に示す温度・時間で空気中にて反応
させた。そして、反応物(化合物を生成しなかった未反
応の残留物を含む)をSi3N4粉末と混合し、有機バイ
ンダーとして無機粉末合量に対して5vol%のパラフ
ィン系ワックスを溶媒とともに添加し、噴霧乾燥して顆
粒を得た。この顆粒を50mm×50mm×20mmの
角板状に加圧成形し、表1に示す条件で熱処理後又は熱
処理することなく、窒素雰囲気炉で焼成することによっ
て、この発明に属するNo.1〜10の焼結体を製造し
た。熱処理は、焼成とは別に脱脂を目的としておこなっ
た操作である。熱処理後の成形体(すなわち脱脂体)に
ついては、焼成前に一旦炉外に取り出し、亀裂の有無を
肉眼で観察した。後述のNo.11,12,13,15
についても同様に観察した。
i3N4粉末の合量に有機バインダーとして50vol%
のポリエチレン又はポリスチレン等の熱可塑性樹脂及び
パラフィン系ワックスを添加し、混練機にて混練した
後、押出機にて直径3〜5mm程度、長さ2〜5mmの
円柱状の、ペレットを得た。このペッレットを用いてタ
ービンローターの形状に射出成形し、表1に示す条件で
熱処理後又は熱処理することなく、窒素雰囲気炉で焼成
することによって、この発明に属するNo.11,12
の焼結体を製造した。
較のために、Si3N4以外の原料粉末を予め反応させる
ことなく、すべての無機粉末原料を1度に混合し、有機
バインダーとして無機粉末合量に対して5vol%のパ
ラフィン系ワックスを溶媒とともに添加し、噴霧乾燥し
て顆粒を得た。この顆粒を50mm×50mm×20m
mの角板状に加圧成形し、表1に示す条件で熱処理後又
は熱処理することなく、非熱処理品のみ窒素雰囲気炉で
焼成することによって、比較用のNo.13,14の脱
脂体又は焼結体を製造した。No.13については、脱
脂体に亀裂が生じていたので、窒素雰囲気炉での焼成を
中止したものである。
との比較のために、Si3N4以外の原料粉末を予め反応
させることなく、すべての無機粉末原料を1度に混合し
たこと以外は、前記のNo.11,12と同様にして射
出成形し、表1に示す条件で熱処理したところ、脱脂体
に亀裂が生じていたので、窒素雰囲気炉での焼成を中止
した。この脱脂体の符号は、No.15である。すべて
の焼結体につき、亀裂の有無を肉眼で観察した。その結
果を、製造条件とともに表1に示す。
12は、脱脂体及び焼結体のいずれも亀裂が生じていな
かった。これに対して、No.13及びNo.14は、
焼結助剤同士を予め加熱反応させていない以外は、それ
ぞれNo.1及びNo.2と同一条件で製造しようとし
たにも拘わらず、脱脂段階で亀裂が生じた。また、N
o.15は、焼結助剤同士を予め加熱反応させていない
以外は、No.11と同一条件で製造したにも拘わら
ず、焼結体に亀裂が生じた。これは、焼結助剤同士を予
め加熱反応させずに成形し、脱脂ないし焼成すると、焼
結にいたる前に焼結助剤同士が粒子結合し、脱脂工程で
成形体の膨張を妨げたり、成形体外部に揮発しようとす
る有機バインダ−成分の通路を遮断したりすることによ
るものと考えられる。
れば、焼結助剤同士を成形前に予め反応させておくこと
により、多量の有機バインダ−を添加した場合であって
も脱脂体及び焼結体の亀裂発生を防止することができ
る。その結果、均質で緻密な窒化ケイ素焼結体を得るこ
とができ、大型あるいは複雑な形状の高温構造部品への
適用が容易となる。
Claims (6)
- 【請求項1】 窒化ケイ素Si3N4及び複数種類の焼結
助剤を含む原料より出発して窒化ケイ素焼結体を製造す
る方法において、少なくとも2種類以上の焼結助剤同士
を予め所定温度で反応させ、反応物を他の原料成分と混
合し、成形し、焼成することを特徴とする窒化ケイ素焼
結体の製造方法。 - 【請求項2】 原料が有機バインダーを含み、成形した
後に有機バインダ−を加熱により除去する脱脂を行うこ
とを特徴とする請求項1に記載の窒化ケイ素焼結体の製
造方法。 - 【請求項3】 予め反応させる焼結助剤が、酸化物であ
る請求項1又は2に記載の窒化ケイ素焼結体の製造方
法。 - 【請求項4】 酸化物のうち少なくとも1種類以上が希
土類元素酸化物であり、他の1種類以上が周期律表5a
族元素酸化物及び6a族元素酸化物の中から選ばれる請
求項3に記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。 - 【請求項5】 脱脂が300℃〜800℃の温度で行わ
れ、焼結助剤同士を予め反応させる温度が脱脂の温度と
同等又はそれより高いことを特徴とする請求項2〜4の
いずれかに記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。 - 【請求項6】 焼結助剤同士を予め反応させる温度が、
1,100℃以下である請求項1〜5のいずれかに記載
の窒化ケイ素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08469195A JP3231215B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08469195A JP3231215B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08253365A true JPH08253365A (ja) | 1996-10-01 |
JP3231215B2 JP3231215B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=13837699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08469195A Expired - Lifetime JP3231215B2 (ja) | 1995-03-15 | 1995-03-15 | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3231215B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002009916A1 (fr) * | 2000-07-28 | 2002-02-07 | Ngk Insulators,Ltd. | Article presentant un aspect de nid d'abeille |
CN104152144A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-11-19 | 北京大学工学院包头研究院 | 一种功能化合物及其制备方法 |
-
1995
- 1995-03-15 JP JP08469195A patent/JP3231215B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002009916A1 (fr) * | 2000-07-28 | 2002-02-07 | Ngk Insulators,Ltd. | Article presentant un aspect de nid d'abeille |
CN104152144A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-11-19 | 北京大学工学院包头研究院 | 一种功能化合物及其制备方法 |
CN104152144B (zh) * | 2014-03-28 | 2017-02-22 | 北京大学包头创新研究院 | 一种功能化合物及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3231215B2 (ja) | 2001-11-19 |
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