JPS623075A - 窒化珪素質焼結体の製造方法 - 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】 （発明の分野） 本発明は窒化珪素質焼結体の製造方法に関し、より詳細
には、均質で高強度の易焼結性に優れた窒化珪素質焼結
体の製造方法に関する。

（従来技術） 窒化珪素質焼結体は原子の結合様式が共有結合を主体と
しているので高強度朗熱性部材、高耐食性部材及び高温
高強度部材などに期待されている。

従来周知の通り、窒化珪素質焼結体はｌＳ結助剤の添加
により液相焼結して緻密化するが、その焼結助剤にはＭ
ｇＯなどのアルカリ土類金属の酸化物、Ｙ２Ｏ３などの
希土類金属の酸化物、並びにＡｌｔｏｓなどがあり、こ
れら焼結助剤と窒化珪素粉末を粉砕混合し、窒化珪素質
焼結体の出発原料に供している。

しかしながら、前記酸化物系の添加量は窒化珪素や、窒
化珪素粉末の結晶表面に存在する５ｉ０２膜と反応して
粒界相を形成するが、これら原料は十分に粉砕混合して
も、添加物がミクロ的に均一な分布をしておらず、この
粒界相の大きさが不均一となり、その結果、窒化珪素焼
結粒の異常成長が促進し、これにより出来た厚みの大き
い粒界相が破壊源となっていた。加えて、酸讐物を添加
することによシイオン結合性が増大【２、窒化珪素本来
の優れた特性が減じられていく。従って、焼結体の緒特
性、特に機械的特性を向上せんがためには非酸化物系焼
結助剤を用いて、更にその助剤の添加量を減少させると
共に均一分散させる必要がある。

（発明が解決しようとする問題点） このような焼結助剤の均一分散に対し、原料粉末として
の粒径を小さくして超微粉化することにより分散効率を
上げる試みが一般的に行なわれているが、このような微
粉化された原料粉末を用いて、成形した際には、成形体
の密度、詳しくは圧粉体の嵩密度が低下する傾向にあシ
、それに伴い、焼結性の低下、収縮量の増大、寸法精度
の悪化および変形等の問題が生じることとなる。

この問題点に対し、金属珪素を原料としｍａ族化合物を
添加した後に、金属珪素を窒素雰囲気中で焼結すること
によシ窒化した後、さらに焼結を行なう二段焼結法が提
案され、寸法精度、変形に対する改良がなされてきた。

しかしながら、上述の方法によれば金属珪素を窒化し、
易焼結性のα−３１３Ｎ４に変性する工程は、焼結温度
１４００℃以′Ｆで数時間乃至数十時間の時間を要する
ため実際の生産においては、効率が悪く、実用的ではな
い。

また、焼結助剤として非酸化物系１例えば窒化物ＥｅＮ
　（Ｒｅ　：周期律表１ｉａ族金属）は、水分との反応
性が非常に高く、取り扱い中に大気中と水分と反応し窒
化物から酸化物−１変わるため最終的には、上記の問題
点を解決するには至らないのが現状であった。

（発明の目的） 本発明者は上述の問題点に対し研究を行なったところ、
窒化珪素＠粉末に対する添加物として、特定量でｓｔ−
ｍａ族金属の合金の粉末を用いることによ、！７．１１
粉体の窒化珪素に対しても十分に成形体の密度を向上さ
せることができるために寸法精度が向上でき、且つ焼結
を活性化させることができることを見い出した。

従って本発明の目的は高温度高強度を達成し得る窒化珪
素質焼結体の製造方法を提供するにある。

本発明の他の目的は、易焼結性、均質性に優れた窒化珪
素質焼結体の製造方法を提供するにある。

（発明の要旨） 即ち、本発明によれば、重量比で１乃至３０重量％のＳ
ｌ−周期律表■ａ族金属合金微粉末と、残部が主として
α−３１１Ｎ４微粉末とから成る原料組成物を成形後、
窒素雰囲気中で焼結したことを特徴とする窒化珪素質焼
結体の製造方法が提供される。

（問題点を解決するための手段） 以下、本発明の詳細な説明する。

本発明によれば、原料組成物として窒化珪′ＪＡＩＩｉ
ｌ粉末に添加物として、ＳＬ　−１ｆＩａ族金属合金を
用いることが重要である。これらの原料組成物は公知の
均−混合成形方法例えばη−へキサン、η−ブタノーＮ
などの非水溶剤等で十分混合したのち、パラフィン等の
有機バインダを添加し、金型にて成形されるがこの時、
ＳＬ　−ＩＩＩａ族金属合金を用いることにより、添加
成分である［ａ族金属成分自体が、合金状態として均一
に分散されているため、従来のような添加物の微粉化を
行なうまでもなく、最終生成物としての窒化珪素質焼結
体中に均一分散化することが可能となることから、原料
粉末の微粉化に伴う圧粉体としての嵩密度の低下を低減
できる。

次に成形体は、焼結工程に賦されるが、この焼結工程は
窒素雰囲気中で行なわれる。焼結時、まず１３００〜１
４００℃において、成形体中（７）　Ｓｉ　−ＩＩＩａ
族金属合金は、雰囲気中の窒素との反応により、次式 ％式％） の窒化反応が進行する。この反応による生成物＄１−ｓ
Ｎｉ　−ＭＮ化合物は窒化珪素微粉末と反応することか
ら焼結のための助剤として作用し、さらに外温した場合
に焼結性を促進させることができる。

また、生成物ＭＮは、焼結後に５Ｌ１Ｎ４と反応し、粒
界に残存しないため、焼結体の高温での物性劣化が抑制
される。これらのことによって、易焼結性、および高温
強文特性に優れた焼結体を得ることができる。

なお、焼結工程における温度は通常の窒化珪素の焼結時
と同様にまた、必要に応じてＮ２の雰囲気中で窒化珪素
の分解を抑制しながら１７００℃以上に１〜５時間時間
待保持ば良く、その他の方法としてＳｉ　−ＩＩａ族金
属合金の窒化反応が進行する１３００−１４００℃で一
定時間保持し反応を完結した後、前述の方法に従って焼
結を行なうこともできる。

さらに本発明によれば、Ｓｉ、　−ｆｆ１ａ族金属合金
は、原料粉末中１乃至３０．ｉ量％、特に５乃至２０重
量％の割合で配合することが望ましい。即ち、この金属
合金の量が１重量％未満であると焼結性に及ぼす本発明
の効果が達成できず、３０重量％を超えると、この金属
合金の完全なる窒化反応が困難となり、強度が低下する
傾向にある。

また、５Ｌ−Ｉ［ａ族金属合金の重量組成比はＳｌ：Ｈ
ａ族金属が１：１０乃至１０　：　１　、特Ｋｌ：５　
　乃至１０：１が好ましく、ｍａ族金属成分が上記範囲
よりも大きいと、ｍａ族金属粉体の酸化が進み易くなる
とともに取シ扱いも不便となる。一方、Ｓｌの量が上記
範囲を越えると、ｍａ族金属の添加による効果がなくな
り、焼結の進行が困難となる。

本発明において用いられる周期律表ｍａ族金属としては
希土類元素であるＳｃ　、　Ｙ、　Ｌａ、　Ｃｅ。

Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、ｍ、Ｇ１．Ｔｂ、Ｄｙ、Ｅ（
ｏ。

Ｅｒ、　Ｔｍ、　Ｔｈ、　Ｌｕから選択される１種以上
のものが挙げられる。

Ｓｌおよび周期律表ｍａ族金属の合金化は、通常の方法
が採用し得るもので、例えば金属シリコン粉末と希土類
金属粉末とを混合した後非酸化性雰囲気中で１４００−
１６００℃にて融解し、その後冷却することにより得る
ことができる。冷却後の塊を粗粉砕し次いで微粉砕し、
平均粒径０．５〜５μ調の大きさに設定することが窒化
珪Ｓ＊粉末に対する分散性の点からも好ましい。

なお、本発明によれば％Ｓｉ、　−Ｈａ族金属合金の他
ＪＣＡｊコＯｊ、ＹオＯｓ　、　Ａ４ｇＯ等の焼結助剤
を更に加えることも可能である。

本発明を次の例で説明する。

実施例 比表面積１５＊／ｇの窒化珪素除粉末に対し、ｓｔ　−
ｍａ族金属合金として第１表に示す組成のもの、および
他の添加物を第１表の割合で調合し、５ｉＪＮ４　＠ボ
ール振動ミｌｖＫ′Ｃ，粉砕後成形し、第１表の焼結条
件下で焼結し、窒化珪素質焼結体厖ｌ乃至嶌７を得た。

なお、金属合金はＳｌ、ｓＮ４ｇボール振動ミルにて粉
砕し、平均２〕慣とした。

また、他の添加物としては平均粒径１．θμ調のものを
使用した。

得られた焼結体に対して、アルキメデス法によシ比重を
、Ｊ工Ｓ　Ｅ　１６０１に従って４点曲げ（試験片：＋
ｘ３ｘａｏｍｍ）により抗折強度を測定し丸。

測定の結果、第１表からも明らかなようにｂずれも、比
重、強度共に高い値を示した。

比較例 実施例において、窒化珪素鍛粉末に対し、Ｓｊ−ｍａ族
金属合金を添加しないかわυに、Ｙ２Ｏ３。

ＡｌｚＯ３，Ｓｍ２０ｓのいずれかを第１表に基づき調
合し、・焼結体Ａ８，９を得、同様に特性の測定を行な
った。結果は第１表に示す。

測定の結果、いずれも実施例と比較しても比重、強度の
上でも劣るものであり、特に類似組成にある＆１と厖゛
８と比較した場合、Ｙ化合物として悪１がＹＮ　、　Ａ
　８がＹ２Ｏ３であるが、同一条件下での製造において
、明らかに比重、強度共に＆ｌが優れていた。

（発明の効果） 本発明の製造方法によれば、窒化珪素＠粉末に対して、
５ｉ−Ｉ［［ａ族金属合金を添加物として用いることに
より、成形時の密度を低下させることなく、均質な且つ
、高強度の焼結体を得ることができると共に、易焼結性
をも向上することが可能となる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量比で１乃至３０重量％のＳｉ（金属シリコン）一
   周期律表IIIａ族金属合金微粉末と、残部が主としてＳ
   ｉ＿３Ｎ＿４微粉末とから成る原料組成物を成形後、窒
   素雰囲気中にて焼結することを特徴とする窒化珪素質焼
   結体の製造方法。