JPS63252967A - 窒化珪素質焼結体の製造方法 - Google Patents

窒化珪素質焼結体の製造方法

Info

Publication number
JPS63252967A
JPS63252967A JP62087842A JP8784287A JPS63252967A JP S63252967 A JPS63252967 A JP S63252967A JP 62087842 A JP62087842 A JP 62087842A JP 8784287 A JP8784287 A JP 8784287A JP S63252967 A JPS63252967 A JP S63252967A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
sintered body
temperature
powder
firing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP62087842A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2662863B2 (ja
Inventor
祥二 高坂
前田 辰己
清 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP62087842A priority Critical patent/JP2662863B2/ja
Priority to US07/176,605 priority patent/US4920085A/en
Publication of JPS63252967A publication Critical patent/JPS63252967A/ja
Priority to US07/446,598 priority patent/US5219500A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2662863B2 publication Critical patent/JP2662863B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

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〕 本発明は高温強度に優れた窒化珪素質焼結体の製造方法
に関し、より詳細には、高温易焼結性に優れ、高温強度
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〕
窒化珪素を主体とする焼結体は原子の結合様式が共有結
合を主として成り、強度、硬度、熱的化学的安定性にお
いて優れた特性を有することからエンジニアリングセラ
ミックス、特に熱機関として例えばガスタービン等への
応用が進められているが、熱機関はその効率化に伴い熱
機関の作動温度も1400℃以上に上昇しつつあり、こ
の条件での使用可能な材料が望まれている。
窒化珪素質焼結体の製造方法には窒化珪素単独での焼結
性を上げるために、金属酸化物、窒化物等の焼結助剤を
配合することが知られている。
また、窒化珪素粉末にはその結晶形態の違いにより、α
型とβ型との2種が存在することが知られているが焼結
体を得るための原料粉末としては、そのほとんどが高α
化率のものを用いている。
これは焼結温度が1600℃〜1800℃の温度範囲で
はβ型ではほとんど焼結しないためである。そのため、
従来から高緻密の焼結体を得るためには高α化率の窒化
珪素粉末が必要とされ、高α化率の窒化珪素粉末を製造
するための研究が数多く進められている。
高α化率の窒化珪素粉末を原料粉末として用いた焼結体
の製造方法としては窒化珪素粉末と焼結助剤との混合物
を成形後、常圧焼成法、ホットプレス法、ガス圧力焼成
法、熱間静水圧焼成法等を用い、1500〜2000℃
の窒素雰囲気で焼成するものである。
また、α−5tJ4の焼結過程には2つの緻密化過程が
存在することが知られている。第1の過程は1600℃
〜1800℃の温度領域で生じα−5iJaからβ−5
i3N4への転移と同時に焼結助剤によって生成される
液相により緻密化が生じると考えられている。この両者
が同時に生じる為に緻密化と共に針状の粒成長も生じる
。常圧焼成法、ホットプレス法では1800℃以上まで
温度を上げるは、窒化珪素が分解する可能性があること
から、主として第1の過程のみで焼結させる必要がある
ことから、多量の焼結助剤を必要とする。
第2の緻密化過程は、窒素加圧下の1800℃以上で起
こり、焼結助剤の液相とβ−5iJ4が反応し、5iJ
4粒子の溶解析出により緻密化が進むと考えられている
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者等は高α化率の窒化珪素粉末を用いて上記の方
法にて高密度で高温強度に優れた焼結体を得ようと試み
たが、その特性上限界があることを知見した。その原因
を追求したところ、焼成工程上、低温域におけるα−S
i、tLからβ−5iJnへの転移に伴う針状の焼結粒
成長によって結晶粒が粗大化してしまい、その後の高温
化での高緻密化が阻害されるためと考えられる。高温強
度に優れた特性を得るためには焼結体の組織を微細緻密
化にする必要があることを考慮すればα−5i3N4か
らβ−5hNaへの転移工程が存在することはほとんど
致命的であると言える。低温域での粒成長を抑えつつ転
移させることも不可能ではないが、条件設定が極めて難
しく焼結体の安定製造ができない等の不都合がある。よ
って、本発明の目的は上記問題点を解決することを主た
るもので、詳細には微細な構造から成る高緻密な焼結体
を得るための製造方法を提供することにある。本発明の
他の目的は対理論密度比98%以上、1400℃におけ
る抗折強度40 Kg/wm”以上の高温強度に優れた
焼結体を安定して得るための製造方法を提供することに
ある0本発明のさらに他の目的は易焼結性に優れ、焼成
工程が簡略化された製造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は前述した問題点に対し研究を進めた結果、
β−5il!Naを多量に含む原料粉末を窒素ガス加圧
下の1800℃以上の高温で焼成することによって前述
した第1の緻密化過程における針状結晶の成長を抑制せ
しめ、第2の緻密化過程のみで、高緻密質の高温強度に
優れた焼結体を得ることができることを知見した。
即ち、β−5iJnを多量に含む窒化珪素原料粉末と焼
結助剤とから成る成形体を焼成する場合、初期からβ−
Si:+N4を用いるために1850℃以下での従来で
の転移工程はほとんど不用となる。
温度の上昇に従い、1850℃以下の低温域では焼結助
剤によって液相が形成され緻密化は進行するがβ−5i
J4が多い程、低温での粒成長は生じないため、β−5
isNnは原料粉末の粒径とほぼ同じ粒径のままで18
50℃以上の高温域まで達する。原料粉末中にα−5i
Jaを含む場合、低温域での粒成長は温度保持時間に依
存することから、保持時間を短縮することによって、粒
成長を抑制できる。つまり、昇温過程にて粒成長を抑制
しつつ、微細なβ−9i3N、のまま、あるいは微細な
β−5iJnとαからβへの転移に伴い粒成長したβ−
5t1N、との混合物のままで1850℃の高温に昇温
することができる。高温域ではβ−5isN4と液相と
が反応しβ−3iJa粒子の溶解析出により緻密化が進
むと同時に残存するα−Si、N、のβ−3i3N4へ
の転移とが同時進行し、最終的には微細なβ−3i、N
、結晶粒子および焼結助剤成分を主体とする粒界とから
成る極めて緻密な焼結体となるのである。
本発明において用いられる窒化珪素粉末は、β−Si 
J、の含有率が30重量%以上、好ましくは40重量%
以上、その平均粒子径が1μm以下、特に0.7μ讃以
下の微細な球状あるいは不定形の粒子であることが望ま
しい。
β−3iJ4の含有率が30重量%を下回ると低温域に
おいて針状結晶の成長が大きくなり、本発明の目的が達
成されない。
また、平均粒子径が1μmを上回ると緻密化し難くなる
また、原料粉末中の全酸素含有量は2〜0.5重量%が
望ましく、不純物濃度は0.5重量%以下であることが
望ましい。
焼結助剤としては、スカンジウム、イツトリウム、ラン
タノイド元素等の周期律表第ma族元素の酸化物、窒化
物、酸窒化物あるいはBe+Mg+Ca、Sr、Ba等
の周期律表第11a族元素の酸化物、窒化物等の他、A
h03.AIN、5i(h、Zr(h、ZrN、114
02等を1種または2種以上の組み合わせで用いること
ができる。
これらの焼結助剤は、全体量に対し0.1〜20重量%
の割合で前述の窒化珪素粉末と均一に混合粉砕した後、
公知の成形手段、例えば鋳込み成形、射出成形、インジ
ェクション成形手段等によって所望の形に成形され、焼
成工程に移される。
焼成工程は、1気圧を超える窒素ガス加圧雰囲気で焼成
温度は1800℃以上、特に1850〜1950℃に設
定される。詳細には焼成温度と窒素ガス圧との関係は、
設定される焼成温度における窒化珪素の分解平衡圧を超
える窒素圧に設定されることが必要である。好ましくは
雰囲気に酸素あるいはSiOを導入し、そのガス圧をそ
の焼成温度における窒化珪素とSiOとの反応、即ち次
式%式%(1) の反応におけるSiOの平衡蒸気圧以上に設定すること
が望ましい、これによって、雰囲気を低圧下にすること
ができ、そのによって焼成中に焼結体の気孔中に高圧ガ
スがトラップされ、緻密化が阻害されるのを防止するた
めである。この時、SiOの制御は焼成炉内に成形体と
ともに窒化珪素とSin、の混合粉末あるいはSiO□
粉末、SiO粉末、Si粉末とSiO□粉末との混合粉
末を配置させ焼成時にSiOを生成すれば良い。
焼成パターンはβ−Si、N、が30重量%を下回る従
来の場合、1800℃まで一気に昇温するとαからβへ
の変換に伴う急激な粒成長によって緻密化は困難である
がβ−5iJ4を30重量%以上含む場合は急激な粒成
長を起こすことなく昇温開始時から1800℃以上の温
度までほぼ連続的に昇温することができるため、極めて
焼成時間は短縮される。
最終的に得られる焼結体はβ−3iJ4が90%以上の
結晶粒子相と粒界相から成るもので、粒界相はガラスあ
るいは結晶相となり得ることもある。
本発明は前述したように簡単な焼成によって微細な構造
の緻密体を得ることができるものであって焼結体の結晶
粒子相は平均粒径が1〜10μm、アスペクト比1〜1
0である。
以下、本発明を次の例で説明する。
実施例 窒化珪素粉末として第1表に示す5種のものを用意した
c以下余白〕 第  1  表 第1表の窒化珪素粉末に第2表に示す焼結助剤を加えた
混合粉末を5 X 4 X45(mm)に成形した後、
第1表の条件にて焼成を行った。
得られた焼結体に対し、比重(対理論密度比)と、JI
SR1601による3点曲げ法により室温および140
0℃における抗折強度を測定した。
結果は第2表に示す。
〔以下余白〕
第2表から明らかなように、β化率が30%を下回る5
iJ4粉末aを用いた!lhl、9の試料はいずれも緻
密化が不十分であり、平均粒子径が1μ−を超えるSi
3N4粉末dを用いた患6の試料も緻密化は不十分であ
った。また、焼成温度が1800℃を下回る場合(N1
4)でも高密度の焼結体を得ることができなかった。
これらの比較例に対し、本発明の試料隘2.3.5.7
.8.10はいずれも対理論密度比98%、室温強度6
4Kg/mm”以上、1400℃における強度40Kg
/lerm”の優れた強度を有する焼結体を得ることが
できた。
〔発明の効果〕
以上詳述した通り、本発明は高β化率の窒化珪素粉末と
焼結助剤の混合物から成る成形体を1800℃以上の高
温で窒素ガス加圧雰囲気で焼成することにより、低温域
での針状結晶の成長を抑制することができ、それにより
微細構造の高緻密体であって、高温強度に優れた焼結体
を得ることができる。また、この方法は高温易焼結性に
優れ、しかも焼成工程も簡略化できることから、哀詩性
の焼結体を安定して供給することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  β化率が30%以上で、平均粒子径が1μm以下の窒
    化珪素粉末と焼結助剤との混合物を成形後1気圧を超え
    る窒素ガス含有雰囲気下で1800℃以上の温度で焼成
    したことを特徴とする対理論密度比98%以上の窒化珪
    素質焼結体の製造方法。
JP62087842A 1987-04-02 1987-04-09 窒化珪素質焼結体の製造方法 Expired - Fee Related JP2662863B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62087842A JP2662863B2 (ja) 1987-04-09 1987-04-09 窒化珪素質焼結体の製造方法
US07/176,605 US4920085A (en) 1987-04-02 1988-04-01 Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof
US07/446,598 US5219500A (en) 1987-04-02 1989-12-06 Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62087842A JP2662863B2 (ja) 1987-04-09 1987-04-09 窒化珪素質焼結体の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63252967A true JPS63252967A (ja) 1988-10-20
JP2662863B2 JP2662863B2 (ja) 1997-10-15

Family

ID=13926156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62087842A Expired - Fee Related JP2662863B2 (ja) 1987-04-02 1987-04-09 窒化珪素質焼結体の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2662863B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02255573A (ja) * 1989-03-29 1990-10-16 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化珪素焼結体の製造法
JPH03290370A (ja) * 1990-04-09 1991-12-20 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化けい素焼結体の製造法
EP0545382A2 (en) * 1991-12-05 1993-06-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd Silicon nitride sintered product excellent in wear resistance
JPH06219840A (ja) * 1993-01-22 1994-08-09 Ngk Insulators Ltd 窒化珪素焼結体及びその製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6389459A (ja) * 1986-10-03 1988-04-20 住友電気工業株式会社 窒化ケイ素焼結体の製造方法
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
JPS63167257A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 Denki Kagaku Keiki Co Ltd 目づまり点の測定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6389459A (ja) * 1986-10-03 1988-04-20 住友電気工業株式会社 窒化ケイ素焼結体の製造方法
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
JPS63167257A (ja) * 1986-12-27 1988-07-11 Denki Kagaku Keiki Co Ltd 目づまり点の測定方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02255573A (ja) * 1989-03-29 1990-10-16 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化珪素焼結体の製造法
JPH0585507B2 (ja) * 1989-03-29 1993-12-07 Kagaku Gijutsucho Mukizai
JPH03290370A (ja) * 1990-04-09 1991-12-20 Natl Inst For Res In Inorg Mater 高靭性窒化けい素焼結体の製造法
EP0545382A2 (en) * 1991-12-05 1993-06-09 Ngk Spark Plug Co., Ltd Silicon nitride sintered product excellent in wear resistance
US5326733A (en) * 1991-12-05 1994-07-05 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Silicon nitride sintered product excellent in wear resistance
JPH06219840A (ja) * 1993-01-22 1994-08-09 Ngk Insulators Ltd 窒化珪素焼結体及びその製造方法
US5691261A (en) * 1993-01-22 1997-11-25 Ngk Insulators, Ltd. Silicon nitride ceramic
US5804521A (en) * 1993-01-22 1998-09-08 Ngk Insulators, Ltd. Process for production of a silicon nitride ceramic

Also Published As

Publication number Publication date
JP2662863B2 (ja) 1997-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6168373A (ja) 窒化珪素焼結体およびその製造法
JP2507479B2 (ja) SiC−Al▲下2▼O▲下3▼複合焼結体及びその製造法
JPS63252967A (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JPS63156070A (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製法
JP2631115B2 (ja) 窒化珪素質焼結体の製法
JPS62875B2 (ja)
JPS61201663A (ja) 繊維組織窒化ケイ素系焼結体の製造方法
JPH08208317A (ja) アルミナ質焼結体およびその製造方法
JPS6337064B2 (ja)
JPS62275067A (ja) 窒化珪素焼結体の製造法
JPH0526749B2 (ja)
JP3979680B2 (ja) 窒化ケイ素質焼結体用窒化ケイ素粉末ならびに窒化ケイ素質焼結体およびその製造方法
JP2910359B2 (ja) 窒化ケイ素質焼結体の製造方法
JPH03183660A (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JP2652936B2 (ja) 窒化珪素質焼結体およびその製造方法
JPS63147867A (ja) 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JP2742622B2 (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製造方法
JP2694369B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
JPH0559073B2 (ja)
JP2694368B2 (ja) 窒化珪素質焼結体の製造方法
JPH07115936B2 (ja) 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JP2671539B2 (ja) 窒化珪素焼結体の製造方法
JP2746760B2 (ja) 窒化珪素−炭化珪素質複合焼結体およびその製造方法
JP2811493B2 (ja) 窒化珪素質焼結体
JPH0559077B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees