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JPH01119563A - Production of silicon nitride-based sintered compact - Google Patents

Production of silicon nitride-based sintered compact

Info

Publication number
JPH01119563A
JPH01119563A JP62273337A JP27333787A JPH01119563A JP H01119563 A JPH01119563 A JP H01119563A JP 62273337 A JP62273337 A JP 62273337A JP 27333787 A JP27333787 A JP 27333787A JP H01119563 A JPH01119563 A JP H01119563A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
sintered body
gas
silicon
nitriding
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.)
Pending
Application number
JP62273337A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoto Hirosaki
尚登 広崎
Akira Okada
明 岡田
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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 Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP62273337A priority Critical patent/JPH01119563A/en
Publication of JPH01119563A publication Critical patent/JPH01119563A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the title Si3N4-based sintered compact having high strength at normal temps. and the strength not significantly decreased at high temp. by sintering the compact of Si powder or the mixed powder consisting essentially of Si at high temp. in gaseous N2 or in a gaseous mixture of gaseous N2 and a gas having low reactivity to Si. CONSTITUTION:Si powder or the mixed powder containing by adding a reinforcing material such as ceramics and whisker, a nitridation promoter, a sintering aid, etc., to Si powder is compacted into specified size by hot pressing, metallic mold pressing, etc. The compact is heated at 1,000-1,500 deg.C in gaseous N2 or in the gaseous mixture of gaseous N2 and an inert gas such as Ar and Ne having low reactivity to Si to nitride Si into Si3N4. By this method, an Si3N4 sintered compact widely used for automobiles, mechanical devices, chemical devices, etc., and appropriate for the part material requiring high-temp. strength is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【発明の目的】[Purpose of the invention]

(産業上の利用分野) この発明は、自動車9機械装置、化学装置、宇宙航空機
器などの幅広い分野において使用される各種構造部品の
素材として利用でき、特に優れた高温強度を有するファ
インセラミックス材料を得るのに好適な窒化珪素質焼結
体の製造方法に関するものである。 (従来の技術) 窒化珪素を主成分とする焼結体は、常温および高温で化
学的に安定であり、高い機械的強度を有するため、軸受
などの摺動部材、ターボチャージャロータなどのエンジ
ン部材として好適な材料である。 しかし、窒化珪素はこれ単独では焼結が困難なため、通
常の場合、窒化珪素粉末に、MgO。 AfL2o3、Y2O3などの焼結助剤を添加して焼結
を行う方法が用いられている。他方、珪素粉末の成形体
を窒素雰囲気下で加熱゛処理することにより窒化珪素質
焼結体を得る反応焼結法や、珪素粉末に酸化物焼結助剤
を添加して成形した成形体を窒素雰囲気下で窒化した後
さらに高い温度で焼成して緻密化させる2段焼結法の手
法が知られている(窒化珪素質焼結体の製造方法として
は、特開昭49−63710号、特開昭54−1591
6号、特開昭60−137873号など、数多くのもの
が開示されている)。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上述した前者の窒化珪素を出発原料とす
る従来の焼成方法においては、焼結は焼成時に生ずる液
相を媒介としだ液相焼結によると考えられており、この
液相は焼結後にガラス相として焼結体中に残留する。一
方、焼結体の耐クリープ特性、高温強度、耐酸化性など
の高温特性については、焼結体中に残留するガラス相に
大きく影響を受ける。そして、特に、軟化温度の低いガ
ラス相が多く存在すると、窒化珪素質焼結体の高温機械
特性を著しく低下させるので好ましくないという問題点
があった。 また、上述した後者の反応焼結法および2段焼結法では
、高温強度の改善はみられるものの、常温における機械
的強度が十分とはいえなかったり、窒化の工程に長い時
間が必要であったり、厚肉形状の製品に対しては完全に
窒化することが困難であったりするという問題点があっ
た。この場合、窒化の工程に長い時間が必要である理由
は、珪素の窒化反応は発熱反応であるため短時間で窒化
を行うと発熱反応により製品の温度が急速に上がり、珪
素の融点(約1450℃)を越えて試料が溶融してしま
うためである。また、厚肉形状の製品に対して完全に窒
化することが困難である理由は、窒化反応が進むと試料
の密度が上がり、開気孔が小さくなるためガスの移動が
困難になるためである。 (発明の目的) この発明は、上述した従来の問題点に着目してなされた
もので、常温における強度が高く、高温における強度低
下が少ない高性能の窒化珪素質焼結体を製造することが
可能である窒化珪素質焼結体の製造方法を提供すること
を目的としている。
(Field of Industrial Application) This invention is a fine ceramic material that can be used as a material for various structural parts used in a wide range of fields such as automobile machinery, chemical equipment, and aerospace equipment, and has particularly excellent high-temperature strength. The present invention relates to a method for producing a silicon nitride sintered body suitable for obtaining. (Prior art) Sintered bodies mainly composed of silicon nitride are chemically stable at room and high temperatures and have high mechanical strength, so they are used in sliding parts such as bearings and engine parts such as turbocharger rotors. It is a suitable material as However, since it is difficult to sinter silicon nitride alone, MgO is usually added to the silicon nitride powder. A method is used in which sintering is performed by adding a sintering aid such as AfL2o3 or Y2O3. On the other hand, there is a reaction sintering method in which a silicon nitride sintered body is obtained by heating a molded body of silicon powder in a nitrogen atmosphere, and a molded body formed by adding an oxide sintering aid to silicon powder is used. A two-stage sintering method is known in which nitriding is performed in a nitrogen atmosphere and then sintering is performed at a higher temperature for densification. Japanese Patent Publication No. 54-1591
6, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-137873, etc.). (Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-mentioned conventional sintering method using silicon nitride as a starting material, sintering is thought to occur through liquid phase sintering, which is mediated by the liquid phase generated during sintering. This liquid phase remains in the sintered body as a glass phase after sintering. On the other hand, high-temperature properties such as creep resistance, high-temperature strength, and oxidation resistance of a sintered body are greatly influenced by the glass phase remaining in the sintered body. In particular, the presence of a large amount of glass phase with a low softening temperature is undesirable because it significantly deteriorates the high-temperature mechanical properties of the silicon nitride sintered body. In addition, although the latter reaction sintering method and two-stage sintering method described above improve high-temperature strength, the mechanical strength at room temperature is not sufficient and the nitriding process requires a long time. In addition, there have been problems in that it is difficult to completely nitridize thick-walled products. In this case, the reason why the nitriding process requires a long time is that the nitriding reaction of silicon is an exothermic reaction, so if nitriding is carried out in a short time, the temperature of the product will rise rapidly due to the exothermic reaction, and the melting point of silicon (approximately 1450 This is because the sample melts when the temperature exceeds 30°F (°C). Furthermore, the reason why it is difficult to completely nitridate thick-walled products is that as the nitriding reaction progresses, the density of the sample increases and the open pores become smaller, making it difficult for gas to move. (Purpose of the Invention) The present invention has been made by focusing on the above-mentioned conventional problems, and it is possible to produce a high-performance silicon nitride sintered body that has high strength at room temperature and little decrease in strength at high temperatures. The object of the present invention is to provide a method of manufacturing a silicon nitride sintered body that is possible.

【発明の構成】[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段〕 この発明に係る窒化珪素質焼結体の製造方法は、珪素粉
末、または珪素粉末を主成分とする混合体を成形したの
ち、窒素ガス、または窒素ガスと珪素に対する反応性の
小さいガスとの混合ガス雰囲気下で1000〜1500
℃の温度で処理するようにしたことを特徴としている。 この発明に係る窒化珪素質焼結体の製造方法において使
用される原料は、珪素粉末であり、あるいは珪素粉末を
主成分とし、これにセラミックスやウィスカ例えばSi
Cウィスカ等の強化材。 Fe化合物等の窒化促進剤、窒化珪素粉末等の反応制御
剤、あるいは酸化イツトリウム、酸化サマリウム、酸化
ネオジム等の酸化物系焼結助剤などを混合した混合体で
ある。 また、この原料を成形するに際しては、ホットプレス、
ラバープレス、金型プレス、射出成形などの各種成形法
が使用される。 次いで、前記成形により得た成形体は、窒素ガス(アン
モニアガスなどの窒化雰囲気形成ガスを含む、)や、窒
素ガスと珪素に対する反応性の小さい(反応性のないも
のを含む、)ガスとの混合ガス雰囲気下で1000〜1
500℃の範囲の温度で加熱処理され、この加熱処理に
よって珪素は窒化されて、窒化珪素質焼結体が得られる
。この場合、雰囲気圧力は1気圧とするほか、1気圧よ
りも高い状態としてもよい。 この発明の第一実施態様による窒化珪素質焼結体の製造
方法では、珪素粉末または珪素粉末を主成分としかつウ
ィスカをより望ましくは5〜50重量%添加した混合体
を、より望ましくは真空または不活性雰囲気下で100
0〜1400℃の範囲の温度で50Kgf/cm2以上
の圧力でホットプレスにより成形したのち、この成形に
より得られた成形体を窒素ガスまたは窒素ガスと珪素に
対する反応性の小さい(ない場合を含む。)ガス例えば
不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で1000〜1500
℃の範囲の温度で熱処理を行うようにする。 このように、この発明の第一実施態様では、珪素粉末を
出発原料とし、必要に応じてこれにウィスカを添加し、
珪素粉末あるいは珪素粉末とウィスカとの混合体をより
望ましくは真空または不活性雰囲気下で1000〜14
00℃の範囲の温度で50Kgf/cm2以上の圧力で
ホットプレスして成形することにより、かさ密度の高い
珪素の成形体をまず初めに得られるようにしている。こ
のホットプレスで得られた成形体のかさ密度は理論密度
の70〜80%程度であり、通常の反応焼結窒化珪素の
製造方法である珪素粉末の圧粉体のかさ密度(60%以
下)より高い。 引き続いてこの成形体を窒素ガスまたは窒素ガスと珪素
に対する反応性の小さいガス例えば不活性ガスとの混合
ガス雰囲気下でi ooo℃から1500℃の範囲の温
度で加熱処理することにより、珪素を窒化して窒化珪素
が生成するようになす、このようにして得られた窒化珪
素のかさ密度は理論密度の70〜80%程度であり1通
常の反応焼結窒化珪素のかさ密度より高い、このため。 高強度の焼結体が得られる。 この窒化珪素質焼結体の原料となる珪素粉末は、100
ミクロン以下の粉末がよい、そして、必要な場合は、F
e化合物などの窒化促進剤、窒化珪素粗末などの反応制
御剤を添加することができる。また、ウィスカは特に限
定しないが、高強度焼結体を得る場合は、セラミックス
ウィスカ、例えば直径10ミクロン以下アスペクト比1
0以上のSiCウィスカを使用するのがよい、そして、
ウィスカの添加量は、5〜50重量%とするのがとくに
よい、すなわち、5重量%未満ではウィスカ添加の効果
が少なく、50重量%超過では焼結が難しくなるためで
ある。 この第一実施態様における焼成は、ホットプレス工程と
窒化工程の2段に分けて行われる。これらのうち、ホッ
トプレス工程は、真空または不活性雰囲気下で1000
〜1400℃の範囲の温度で50Kgf/Cm2以上の
圧力で行うのが望ましく、真空度は、珪素の酸化を防ぐ
ため、1O−2Torr以下が望ましい、不活性雰囲気
とは、1000℃から1400℃の範囲の温度で珪素と
反応しない雰囲気であり、Ar、Heなどを挙げること
ができる。また、窒化工程は、窒素ガスまたは窒素ガス
と珪素に対する反応性の小さいガス例えば不活性ガスと
の混合ガス雰囲気下で、1000〜1500℃の範囲の
温度で、望ましくは1200〜1450℃の範囲で行う
、この場合の雰囲気は窒素ガス1気圧の条件で行うこと
ができるが、アンモニアガス中で行ってもよい、また、
必要に応じて水素ガスや不活性ガスを添加してもよい、
このときのガス圧力は通常は1気圧であるが、1気圧を
超える高圧のガス中で行ってもよい。さらに、ホットプ
レス工程と窒化工程は、別の炉を用いて行うのが望まし
いが、同一の炉(ホットプレス炉)で行っても良い。 この発明の第二実施態様による窒化珪素質焼結体の製造
方法では、珪素粉末または珪素粉末とセラミックス等と
の混合粉末と、必要に応じて酸化物助剤とからなる混合
体を成形して得られた成形体を、窒素ガスまたは窒素ガ
スと珪素に対する反応性の小さい(ない場合を含む、〕
ガス例えば不活性ガスとの混合ガス雰囲気下で1000
〜1500℃の範囲の温度で加熱処理し、珪素粉末を窒
化処理した後、1気圧以上の窒素ガス雰囲気下で160
0〜2200℃の範囲の温度で焼成する処理を行う、こ
の場合、混合ガス中の不活性ガスの分圧が窒素ガスの分
圧の2倍以上であり、混合ガスの全圧が2気圧以上であ
るようにすることがとくに望ましい。 この第二実施態様における窒化珪素質焼結体の製造方法
では、珪素粉末を出発原料とし、必要に応じてこれにセ
ラミックスを添加し、この珪素粉末あるいは珪素粉末と
セラミックスとの混合体を成形する。そして、この成形
体中の珪素を窒化するに際しては、雰囲気ガスとして窒
素ガスと不活性ガスとの混合ガスを使用するのがよい、
すなわち、窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いる
と、窒素ガス単独による窒化に比べて不活性ガスによる
対流の冷却効果が働くため、成形体の温度上昇を抑制す
ることができる。従って、短時間で窒化処理を行っても
成形体が溶融することもなく、窒化珪素質焼結体を得る
ことができる。また、混合ガスの全圧を上げることによ
り、開気孔中のガスの移動が起り易くなるため、厚肉形
状の部品の製造が可能となる。 この製造方法において、原料粉末は珪素粉末であり、必
要に応じてこれにセラミックス、酸化物助剤を添加する
のがよい、この珪素粉末は、100ミクロン以下の粉末
がよい、また、セラミックスとしては、窒化珪素粉末、
ウィスカ等を添加することができる。さらに必要な場合
は、Fe化合物などの窒化促進剤を添加することができ
る。 これらの混合体の成形方法については特に限定しないが
、例えば金型プレス成形、ラバープレス成形、射出成形
など通常のセラミックスの成形方法を、目的とする製品
の形状に合わせて選択できる。 この第二実施態様において採用されるとくに望ましい雰
囲気ガスは、窒素ガスと珪素に対する反応性の少ない例
えば不活性ガスとの混合ガスである。この不活性ガスは
珪素と反応しないガスであり、アルゴン、ヘリウムなど
を挙げることができる。そして、混合ガス中の窒素ガス
と不活性ガスとの割合は特に限定されないが、とくに望
ましくは、混合ガス中の不活性ガスの分圧が窒素ガスの
分圧の2倍以上であるのが良い、これは、不活性ガスの
分圧が2倍未満では、この不活性ガスによる冷却効果が
少ないためである。また、混合ガスの全圧は、1気圧で
も良いが、2気圧以上の高圧にすると窒化速度が向上し
、さらに、短時間で窒化処理が可能となる。なお、全圧
を高くする場合は、窒化反応による発熱が激しくなるた
め、不活性ガスの添加割合を増やすことが望ましい。 さらに、酸化物助剤としては、酸化アルミニウム、酸化
マグネシウム、酸化イツトリウム、酸化ランタン、酸化
セリウム、酸化サマリウム、酸化ネオジムなどの通常窒
化珪素の焼結に用いられる焼結助剤の1種または2種以
上の混合体を用いることができる。 この場合における焼成は、窒化工程と焼結工程の2段に
分けて行うのがより望ましい。前者の窒化工程は、上述
の助剤を加えない場合と同じである。また、後者の焼結
工程は、1気圧以上の窒素ガス中で1600〜2200
℃の範囲の温度で行うのがよい、すなわち、1気圧未満
では窒化珪素の分解が激しく、緻密な焼結体が得られな
い、この分解を抑えるのに必要なガス圧力は焼成温度に
よって決まり、高温はど高い圧力が必要となる。 また、焼成温度1600℃未満では十分な量の液相が生
成しないためち密化しない0反対に2200℃超過では
粒成長が激しくなるため強度が低下する。この焼結処理
は緻密な焼結体が得られるまで行う。 また、添加助剤の量が少ない場合、高融点助剤を使用す
る場合など、焼結性が悪い場合は、焼成工程は次の2工
程により行うのがよい、先ず、窒化処理した成形体を1
気圧以上500気圧未満の窒素雰囲気下で1600℃か
ら2200℃の範囲 。 の温度で処理する。処理時間は10分以上が好ましい、
この工程で、酸化物系助剤が液相を発生し、液相焼結の
機構で焼結が進行する。この時、雰囲気を窒素雰囲気下
で1気圧以上500気圧未満とするのは、1気圧未満で
は窒化珪素が分解しち密化しなくなり、500気圧以上
では焼結体中に高圧の窒素ガスが閉じ込められるため理
論密度の90%程度までしかち密化しないためである。 この工程で理論密度の90%以上の焼結体が得られる0
次に、このように処理した焼結体を、さらに500気圧
以上の窒素ガス圧下で1600℃以上2200℃以下の
範囲の温度で処理する。この工程では通常のHIP処理
と同様のメカニズムで残された閉気孔が消滅し、緻密な
焼結体が得られる。この2つの工程で処理温度を160
0℃から2200℃とするのは、1600℃未満では液
相の量が少ないため、ち密化が進行せず、2200℃超
過では粒成長が起こり、常温および高温の強度が低下す
るためである。これらの処理工程は温度および圧力をコ
ントロールすることにより1回の処理で行うことが望ま
しいが、2つの工程に分けて行ってもよい。 (叉絶倒) 及産■」 Si3N、に換算して90重量%のSt粒粉末10重量
%のSiCウィスカ(径0.5〜1.Ou” m +ア
スペクト比20〜50)とをエタノールを添加した湿式
ボールミルにより混合して混合粉末を得た。このとき、
Si3N4に換算したSi粉末の量というのは、 3S i+2N2=S i3 N4  ・・・・・・(
1)の反応により、重量変化するものとして計算して添
加した。この混合粉末を内径50mmの黒鉛型に入れ、
200Kgf/cm’の圧力を加えながら、10=To
rrの真空中で、毎時500℃の昇温速度で1200℃
まで加熱することによりホットプレスを行った。次いで
、この成形体を第1図に示す窒化処理スケジュールによ
り窒素雰囲気下で加熱して窒化することによって密度2
.40g/cm3の焼結体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5本の平均曲げ強度は室温で450Mpa、1200
℃で500MPaと高強度の焼結体が得られた。 実施例2 Si3N4に換Hして90重量%のSi粉末と10重量
%のSiCウィスカ(径0.5〜1.OJ” m +ア
スペクト比20〜50)とをエタノールを添加した湿式
ボールミルにより混合して得た混合粉末を、200Kg
f/cm2の圧力で金型成形した後、2000Kgf/
cm2(7)圧力でラバープレス成形して6X6X50
mmの形状の成形体を成形した0次いで、この成形体を
第1図に示す窒化処理スケ、ジュールにより窒素雰囲気
下で加熱して窒化することによって密度2.05g/C
m3の焼結体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加ニレ、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5木の平均曲げ強度は室温で305MPa、1200
℃で300MPaであった。 実施例3 Si3N4に換算して95重量%のSi粉末と5重量%
のSiCウィスカ(径0.5〜1.04m、アスペクト
比20〜50)とをエタノールを添加した湿式ボールミ
ルにより混合して混合粉末を得た0次いで、この混合粉
末を内径50mmの黒鉛型に入れ、200Kgf/cm
2の圧力を加えながら、10−’Torrの真空中で、
毎時500℃の昇温速度で1200℃まで力「熱するこ
とによりホットプレスを行った0次いで、この成形体を
第1図に示す窒化処理スケジュールにより窒素雰囲気下
で加熱して窒化することによって密度2.38g/cm
’の焼結体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5本の平均曲げ強度は室温で480MPa、1200
℃で470MPaと高強度の焼結体が得られた。 実施例4 Si4N4に換算して85重量%のSi粉末と15重量
%のSiCウィスカ(径0.5〜1.0ルm、アスペク
ト比20〜50)とをエタノールを添加した湿式ボール
ミルにより混合して混合粉末を得た0次いで、この混合
粉末を内径50mmの黒鉛型に入れ、200Kgf/c
m2の圧力を加えながら、1O−4Torrの真空中で
、毎時500℃の昇温速度で1250℃まで加熱するこ
とによりホットプレスを行った0次いで、この成形体を
第1図に示す窒化処理スケジュールにより窒素雰囲気下
で加熱して窒化することによって密度2.50g/cm
’の焼結体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5木の平均曲げ強度は室温で550MPa、1200
℃テロ 20MP aと高強度の焼結体が得られた。 及鼻璽1 Si3N4に換算して85重量%のSi粉末と15重量
%のSiCウィスカ(径0.5〜1.OJ’ m +7
スペクト比20〜50)とをエタノールを添、加した湿
式ボールミルにより混合して混合粉末を得た0次いで、
この混合粉末を内径50 m mの黒鉛型に入れ、30
0Kgf/cm2の圧力を加えながら、アルゴン雰囲気
中で、毎時500℃の昇温速度で1300℃まで加熱す
ることによりホットプレスを行った0次いで、この成形
体を第2図に示す窒化処理スケジュールにより窒素雰囲
気下で加熱して窒化することによって密度2.40g/
cm’の焼結体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5本の平均曲げ強度は室温で580MPa、1200
℃テロ 00 M P aと高強度の焼結体が得られた
。 Xム亘j Si3N4に換算して70重量%のSi粉末と30重量
%のSiCウィスカ(径0.5〜1.0終m、アスペク
ト比20〜50)とをエタノールを添加した湿式ボール
ミルにより混合して混合粉末を得た0次いで、この混合
粉末を内径50mmの黒鉛型に入れ、400Kgf/c
m2の圧力を加えながら、アルゴン雰囲気中で、毎時5
00℃の昇温速度で1350℃まで加熱することにより
ホットプレスを行った0次いで、この成形体を第2図に
示す窒化処理スケジュールにより窒素雰囲気下で加熱し
て窒化することによって密度2.45g/cm3の焼結
体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200°
Cで、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結
果、5木の平均曲げ強度は室温で550MPa、120
0℃で530MPaと高強度の焼結体が得られた。 及直亘1 Si3N4に換算して40重量%のSi粉末と60重量
%のSiCウィスカ(径0.5〜1.01Lm +アス
ペクト比20〜50)とをエタノールを添加した湿式ボ
ールミルにより混合して混合粉末を得た0次いで、この
混合粉末を内径50mmの黒鉛型に入れ、200Kgf
/cm2の圧力を加えながら、1O−4Torrの真空
中で、毎時500℃の昇温速度で1200℃まで加熱す
ることによりホットプレスを行った1次いで、この成形
体を第1図に示す窒化処理スケジュールにより窒素雰囲
気下で加熱して窒化することによって密度2.00g7
cm3c7)焼結体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5本の平均曲げ強度は室温で150MPa、1200
℃で180MPaであった。 実mN旦 Si3N4に換算して85重量%の51粉末と15重量
%のSiCウィスカ(径0.5〜1.0ルm、アスペク
ト比20〜50)とをエタノールを添加した湿式ボール
ミルにより混合して混合粉末を得た0次いで、この混合
粉末を内径50mmの黒鉛型に入れ、200Kgf/c
m”の圧力を加えながら10=Torrの真空中で、毎
時500℃の昇温速度で900℃まで加熱することによ
りホットプレスを行った0次いで、この成形体を第1図
に示す窒化処理スケジュールにより窒素雰囲気下で加熱
して窒化することによって密度2.15g/cm3の焼
結体を得た。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5本の平均曲げ強度は室温で330MPa、1200
℃で310MPaであった。 害」11旦 平均粒径1101Lの珪素粉末を200Kgf/cm2
の圧力で金型成形した後、2000Kg f/Cm2の
圧力でラバープレス成形して6×6×50mmの形状の
成形体を成形した0次いで、この成形体を第3図に示す
窒化処理スケジュールにより、窒素ガス分圧5気圧、ア
ルゴンガス分圧95気圧の混合ガス雰囲気下で加熱して
窒化することによって、窒化率93%、密度2.42g
/cm3の焼結体を得た。なお、窒化率は窒化処理前の
試験片の重量と窒化処理後の試験片の重量との重量変化
から計算した。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。5木の平
均曲げ強度は室温で320MPa、1200℃テ350
MP aと高温において強度が低下しない焼結体が得ら
れた。 及菖勇ユA 平均粒径10ルmの珪素粉末を200Kgf/Cm2の
圧力で金型成形した後、2000Kgf/cm2の圧力
でラバープレス成形して6X6×50mmの形状の成形
体を成形した6次いで、この成形体を100気圧の窒素
ガス中で、第3図に示す窒化処理スケジュールにより焼
成したところ、焼結体の一部に珪素の溶けた跡がみちれ
た。 また、窒化率は83%であった。この焼結体の密度は2
.30g/cm’、室温および1200℃における曲げ
強さは、それぞれ210MPaおよび200MPaであ
った。 犬11LL上 珪素粉末40重量%と、平均粒径1gmの窒化珪素粉末
40重量%と、平均直径1gm、長さ20ルmの炭化珪
素ウィスカ10重量%とをエタノールを添加した湿式ボ
ールミルにより混合して混合粉末を得た0次いで、この
混合粉末を2000Kgf/cm2の圧力でラバープレ
ス成形して30X30X50mmの形状の成形体を成形
した。続いて、この成形体を第4図に示す窒化処理スケ
ジュールにより窒素ガス分圧10気圧。 ヘリウムガス分圧490気圧の混合ガス雰囲気下で加熱
して窒化し、窒化率95%、密度2.53g/Cm’の
焼結体を得た。また、焼結体は珪素の溶けた跡はみられ
なかった。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで切断研削加工し、室温および120
0℃で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この
結果、5木の平均曲げ強度は室温で380MPa、12
00℃で360MPaと高温において強度が低下しない
焼結体が得られた。 医*miヱ 珪素粉末40重量%と、平均粒径1μmの窒化珪素粉末
40重量%と、平均直径1μm、長さ20ルmの炭化珪
素ウィスカ10重量%とをエタノールを添加した湿式ボ
ールミルにより混合して混合粉末を得た。次いで、この
混合粉末を2000Kgf/cm2の圧力でラバープレ
ス成形して30X30X50mmの形状の成形体を成形
した。続いて、この成形体を500気圧の窒素ガス中で
、第4図に示す窒化処理スケジュールにより焼成したと
ころ、焼結体の一部に珪素の溶けた跡がみられた。また
、窒化率は75%であった。さらに、この焼結体の密度
は2.30g/Cm3.室温および1200”0におけ
る曲げ強さは、それぞれ180MPaおよび165MP
aであった。 Xム践ユニ Si3N4に換算して96重量%の51粉末と、2重量
%の酸化イツトリウムおよび2重量%の酸化サマリウム
(最終製品の焼結体中の組成)とを、エタノールを添加
した湿式ボールミルにより混合して混合粉末を得た0次
いで、この混合粉末を200Kgf/cm2の圧力で金
型成形した後、2000Kgf/cm2c7)圧力でラ
バープレス成形して6X6X50mmの形状の成形体を
成形した。続いて、この成形体を第5図に示す窒化処理
スケジュールにより窒素ガス分圧2気圧、アルゴンガス
分圧998気圧の混合ガス雰囲気下で加熱して窒化し、
窒化率98%、密度2.60g/cm3の焼結体を得た
。また、焼結体は珪素の溶けた跡はみられなかった0次
いで、20気圧の窒素ガス圧力下で第6図に示す焼成処
理スケジュールで焼成したところ、密度は3.30g/
cm3と十分にち密化した。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。5本の平
均曲げ強度は室温で760MPa、1200℃で62o
MPaであり、得られた焼結体は室温および高温におい
て高強度であった。 里1@@14 Si3Naに換算して49重量%のSi粉末と、49重
量%の窒化珪素粉末と、1重量%の酸化イツトリウムお
よび1重量%の酸化ネオジム(最終製品の焼結体中の組
成)とを、エタノールを添加した湿式ボールミルにより
混合して混合粉末を得た6次いで、この混合粉末を20
0Kgf/cm2の圧力で金型成形した後、2000K
gf/Cm2の圧力でうIく−プレス成形して6 X 
8 X 50 m mの形状の成形体を成形した。続い
て、この成形体を第5図に示す窒化処理スケジュールに
より窒素ガス分圧200気圧、アルゴンガス分圧800
気圧の混合ガス雰囲気下で加熱して窒化し、窒化率96
%、密度2.55g/Cm5の焼結体を得た。また、焼
結体は珪素の溶けた跡はみられなかった0次いで、窒素
ガス圧力下で第7図に示す焼成処理スケジュールで焼成
したところ、密度は3.20g/cm3と十分にち密化
した。 ここで得られた焼結体を3X4X40mmの形状にダイ
ヤモンドホイールで研削加工し、室温および1200℃
で、スパン30mmの3点曲げ試験を行った。この結果
、5木の平均曲げ強度は室温で730MPa、1200
℃テア 00 M P aであり、得られた焼結体は室
温および高温において高強度であった。
(Means for Solving the Problems) In the method for producing a silicon nitride sintered body according to the present invention, silicon powder or a mixture containing silicon powder as a main component is molded, and then nitrogen gas or nitrogen gas is added. 1000-1500 in a mixed gas atmosphere with a gas that is less reactive to silicon
It is characterized by being processed at a temperature of °C. The raw material used in the method for producing a silicon nitride sintered body according to the present invention is silicon powder, or has silicon powder as its main component, and contains ceramics, whiskers, etc.
C reinforcing materials such as whiskers. It is a mixture of a nitridation promoter such as an Fe compound, a reaction control agent such as silicon nitride powder, or an oxide sintering aid such as yttrium oxide, samarium oxide, neodymium oxide, etc. In addition, when molding this raw material, hot press,
Various molding methods are used, such as rubber pressing, mold pressing, and injection molding. Next, the molded body obtained by the above molding is mixed with nitrogen gas (including a nitriding atmosphere forming gas such as ammonia gas) or a gas with low reactivity (including non-reactivity) with nitrogen gas and silicon. 1000-1 under mixed gas atmosphere
Heat treatment is performed at a temperature in the range of 500° C., and silicon is nitrided by this heat treatment to obtain a silicon nitride sintered body. In this case, the atmospheric pressure may be 1 atm or higher than 1 atm. In the method for producing a silicon nitride sintered body according to the first embodiment of the present invention, silicon powder or a mixture containing silicon powder as a main component and whisker added thereto in an amount of preferably 5 to 50% by weight is prepared, preferably in a vacuum or 100 under inert atmosphere
After hot-pressing at a temperature in the range of 0 to 1400°C and a pressure of 50 Kgf/cm2 or more, the molded product obtained by this molding has a low reactivity with nitrogen gas or with nitrogen gas and silicon (including cases where there is no reactivity). ) 1000 to 1500 in a mixed gas atmosphere with a gas such as an inert gas
The heat treatment should be carried out at a temperature in the range of °C. As described above, in the first embodiment of the present invention, silicon powder is used as a starting material, whiskers are added thereto as necessary, and
More preferably, silicon powder or a mixture of silicon powder and whiskers is heated under vacuum or an inert atmosphere to 1000 to 14
By hot pressing and molding at a temperature in the range of 00° C. and a pressure of 50 Kgf/cm 2 or more, a silicon molded body with a high bulk density can be obtained. The bulk density of the compact obtained by this hot pressing is about 70 to 80% of the theoretical density, and the bulk density of the green compact of silicon powder (60% or less), which is the usual method for producing reaction-sintered silicon nitride. taller than. Subsequently, this molded body is heat-treated at a temperature in the range of 1500°C to 1500°C in an atmosphere of nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen gas and a gas having low reactivity toward silicon, such as an inert gas, to nitride silicon. The bulk density of the silicon nitride thus obtained is about 70 to 80% of the theoretical density, which is higher than the bulk density of ordinary reaction-sintered silicon nitride. . A high-strength sintered body can be obtained. The silicon powder that is the raw material for this silicon nitride sintered body is 100%
Submicron powder is good, and if necessary, F
A nitridation accelerator such as e-compound and a reaction control agent such as silicon nitride coarse powder can be added. Although whiskers are not particularly limited, in order to obtain a high-strength sintered body, ceramic whiskers, such as ceramic whiskers with a diameter of 10 microns or less and an aspect ratio of 1.
It is better to use 0 or more SiC whiskers, and
It is particularly preferable that the amount of whiskers added is 5 to 50% by weight; that is, if it is less than 5% by weight, the effect of whisker addition is small, and if it exceeds 50% by weight, sintering becomes difficult. Firing in this first embodiment is performed in two stages: a hot pressing process and a nitriding process. Among these, the hot pressing process is performed under vacuum or inert atmosphere.
It is preferable to carry out the process at a temperature in the range of ~1400℃ and a pressure of 50Kgf/Cm2 or more, and the degree of vacuum is preferably 1O-2Torr or less to prevent oxidation of silicon. It is an atmosphere that does not react with silicon at a temperature within a range, and examples include Ar and He. Further, the nitriding step is performed at a temperature in the range of 1000 to 1500°C, preferably in the range of 1200 to 1450°C, in an atmosphere of nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen gas and a gas having low reactivity with silicon, such as an inert gas. The atmosphere in this case can be 1 atm of nitrogen gas, but it can also be carried out in ammonia gas.
Hydrogen gas or inert gas may be added as necessary.
The gas pressure at this time is usually 1 atm, but it may be carried out in a high pressure gas exceeding 1 atm. Furthermore, although it is desirable that the hot press step and the nitriding step be performed using different furnaces, they may be performed in the same furnace (hot press furnace). In the method for producing a silicon nitride sintered body according to the second embodiment of the present invention, a mixture of silicon powder or a mixed powder of silicon powder and ceramics, etc., and an oxide auxiliary agent as necessary is molded. The obtained molded body is treated with nitrogen gas or with low reactivity to nitrogen gas and silicon (including cases where it is not present).
1000 in a mixed gas atmosphere with a gas such as an inert gas
After heat treatment at a temperature in the range of ~1500°C and nitriding the silicon powder, the silicon powder was heated at 160 °C in a nitrogen gas atmosphere of 1 atm or more.
Firing is performed at a temperature in the range of 0 to 2200°C. In this case, the partial pressure of the inert gas in the mixed gas is at least twice the partial pressure of nitrogen gas, and the total pressure of the mixed gas is 2 atm or more. It is particularly desirable that the In the method for producing a silicon nitride sintered body in the second embodiment, silicon powder is used as a starting material, ceramics are added thereto as necessary, and the silicon powder or a mixture of silicon powder and ceramics is formed. . When nitriding the silicon in this compact, it is preferable to use a mixed gas of nitrogen gas and inert gas as the atmospheric gas.
That is, when a mixed gas of nitrogen gas and an inert gas is used, the cooling effect of convection caused by the inert gas works more effectively than in nitriding using nitrogen gas alone, so that it is possible to suppress the temperature rise of the compact. Therefore, even if the nitriding treatment is performed in a short time, the molded body does not melt, and a silicon nitride sintered body can be obtained. In addition, by increasing the total pressure of the mixed gas, the movement of gas in the open pores becomes easier, making it possible to manufacture thick-walled parts. In this manufacturing method, the raw material powder is silicon powder, and it is preferable to add ceramics and oxide auxiliary agents to this as necessary.This silicon powder is preferably a powder of 100 microns or less, and as a ceramic, , silicon nitride powder,
Whiskers etc. can be added. Furthermore, if necessary, a nitriding promoter such as an Fe compound can be added. The method for molding these mixtures is not particularly limited, but any conventional ceramic molding method, such as mold press molding, rubber press molding, or injection molding, can be selected depending on the shape of the intended product. A particularly desirable atmospheric gas employed in this second embodiment is a mixed gas of nitrogen gas and, for example, an inert gas that is less reactive with silicon. This inert gas is a gas that does not react with silicon, and examples include argon and helium. The ratio of nitrogen gas and inert gas in the mixed gas is not particularly limited, but it is particularly desirable that the partial pressure of the inert gas in the mixed gas is at least twice the partial pressure of nitrogen gas. This is because if the partial pressure of the inert gas is less than twice, the cooling effect of this inert gas is small. Further, the total pressure of the mixed gas may be 1 atm, but if the pressure is set to a high pressure of 2 atm or more, the nitriding rate will be improved, and furthermore, the nitriding process will be possible in a short time. Note that when the total pressure is increased, heat generation due to the nitriding reaction increases, so it is desirable to increase the proportion of inert gas added. Furthermore, as the oxide aid, one or two of the sintering aids normally used for sintering silicon nitride, such as aluminum oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, samarium oxide, neodymium oxide, etc. A mixture of the above can be used. It is more desirable that the firing in this case be performed in two stages: a nitriding step and a sintering step. The former nitriding step is the same as the case without adding the above-mentioned auxiliary agent. In addition, the latter sintering process is performed at a temperature of 1600 to 2200 in nitrogen gas at 1 atm or more.
It is best to carry out the process at a temperature in the range of °C. In other words, below 1 atm, silicon nitride decomposes violently and a dense sintered body cannot be obtained. The gas pressure required to suppress this decomposition is determined by the firing temperature. High temperatures require high pressure. Further, if the firing temperature is lower than 1,600°C, a sufficient amount of liquid phase will not be generated, and therefore no densification will occur.On the other hand, if the firing temperature is higher than 2,200°C, grain growth will become intense and the strength will decrease. This sintering process is continued until a dense sintered body is obtained. In addition, if the sintering property is poor, such as when the amount of added auxiliary agent is small or when a high melting point auxiliary agent is used, it is better to carry out the firing process by the following two steps. First, the nitrided compact is 1
In the range of 1,600°C to 2,200°C in a nitrogen atmosphere of at least 500 atm. Process at a temperature of The processing time is preferably 10 minutes or more.
In this step, the oxide-based auxiliary agent generates a liquid phase, and sintering progresses by a liquid phase sintering mechanism. At this time, the atmosphere is set to 1 atm or more and less than 500 atm in a nitrogen atmosphere because if it is less than 1 atm, silicon nitride will decompose and will not become dense, and if it is over 500 atm, high pressure nitrogen gas will be trapped in the sintered body. This is because the density is only increased to about 90% of the theoretical density. This process yields a sintered body with a theoretical density of 90% or more.
Next, the sintered body thus treated is further treated at a temperature in the range of 1600° C. or more and 2200° C. or less under a nitrogen gas pressure of 500 atmospheres or more. In this step, the remaining closed pores disappear by a mechanism similar to that of normal HIP processing, and a dense sintered body is obtained. In these two steps, the processing temperature is 160℃.
The reason why the temperature is set from 0°C to 2200°C is that below 1600°C, the amount of liquid phase is small, so densification does not proceed, and above 2200°C, grain growth occurs and the strength at room temperature and high temperature decreases. These treatment steps are preferably carried out in one treatment by controlling the temperature and pressure, but may be carried out in two steps. (Determination) and production■" 90% by weight St grain powder converted to Si3N, 10% by weight SiC whiskers (diameter 0.5~1.0" m + aspect ratio 20~50) and ethanol. A mixed powder was obtained by mixing with a wet ball mill.At this time,
The amount of Si powder converted to Si3N4 is 3S i+2N2=S i3 N4 (
The weight was calculated and added based on the weight change caused by the reaction in 1). Put this mixed powder into a graphite mold with an inner diameter of 50 mm,
While applying a pressure of 200Kgf/cm', 10=To
1200℃ at a heating rate of 500℃ per hour in a vacuum of rr
Hot pressing was performed by heating to . Next, this compact is heated and nitrided in a nitrogen atmosphere according to the nitriding schedule shown in FIG.
.. A sintered body of 40 g/cm3 was obtained. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five pieces was 450Mpa and 1200Mpa at room temperature.
A sintered body with a high strength of 500 MPa at ℃ was obtained. Example 2 90% by weight Si powder converted to Si3N4 and 10% by weight SiC whiskers (diameter 0.5 to 1.0J" m + aspect ratio 20 to 50) were mixed in a wet ball mill to which ethanol was added. 200Kg of the mixed powder obtained by
After molding with a pressure of f/cm2, 2000Kgf/
Rubber press molded with cm2 (7) pressure to 6X6X50
Next, this molded body was heated and nitrided in a nitrogen atmosphere according to the nitriding treatment schedule shown in Fig. 1 to give a density of 2.05 g/C.
A sintered body of m3 was obtained. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm with a diamond wheel at room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five trees was 305 MPa and 1200 MPa at room temperature.
It was 300 MPa at ℃. Example 3 95% by weight Si powder and 5% by weight in terms of Si3N4
A mixed powder was obtained by mixing SiC whiskers (diameter 0.5 to 1.04 m, aspect ratio 20 to 50) using a wet ball mill with the addition of ethanol.Next, this mixed powder was placed in a graphite mold with an inner diameter of 50 mm. , 200Kgf/cm
In a vacuum of 10-'Torr while applying a pressure of 2,
Hot pressing was performed by heating the compact to 1200°C at a rate of temperature increase of 500°C per hour.Next, this compact was heated and nitrided in a nitrogen atmosphere according to the nitriding treatment schedule shown in Figure 1 to improve its density. 2.38g/cm
A sintered body of ' was obtained. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five pieces was 480 MPa and 1200 MPa at room temperature.
A sintered body with a high strength of 470 MPa at ℃ was obtained. Example 4 85% by weight Si powder in terms of Si4N4 and 15% by weight SiC whiskers (diameter 0.5-1.0 lm, aspect ratio 20-50) were mixed in a wet ball mill to which ethanol was added. Next, this mixed powder was put into a graphite mold with an inner diameter of 50 mm and heated at 200 Kgf/c.
Hot pressing was performed by heating to 1250°C at a temperature increase rate of 500°C per hour in a vacuum of 10-4 Torr while applying a pressure of 2 m2.Next, this molded body was subjected to the nitriding treatment schedule shown in Fig. 1. Density 2.50g/cm by heating and nitriding in nitrogen atmosphere
A sintered body of ' was obtained. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five trees was 550 MPa and 1200 MPa at room temperature.
A high-strength sintered body with a thermal resistance of 20 MPa was obtained. Seal 1 85% by weight Si powder and 15% by weight SiC whisker (diameter 0.5-1.OJ' m +7 in terms of Si3N4)
Spectral ratio 20-50) was mixed with ethanol using a wet ball mill to obtain a mixed powder.
This mixed powder was placed in a graphite mold with an inner diameter of 50 mm, and
Hot pressing was performed by heating to 1300°C at a rate of 500°C per hour in an argon atmosphere while applying a pressure of 0 kgf/cm2.Then, this molded body was heated according to the nitriding schedule shown in Figure 2. By heating and nitriding in a nitrogen atmosphere, the density is 2.40g/
A sintered body of cm' was obtained. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five pieces was 580 MPa and 1200 MPa at room temperature.
A high-strength sintered body with a temperature of 00 MPa was obtained. Mixing 70% by weight of Si powder in terms of Si3N4 and 30% by weight of SiC whiskers (diameter 0.5 to 1.0 m, aspect ratio 20 to 50) using a wet ball mill with the addition of ethanol. Then, this mixed powder was put into a graphite mold with an inner diameter of 50 mm and heated at 400 kgf/c.
5 per hour in an argon atmosphere while applying a pressure of m2.
Hot pressing was performed by heating to 1350°C at a temperature increase rate of 00°C.Then, this molded body was heated and nitrided in a nitrogen atmosphere according to the nitriding treatment schedule shown in Figure 2 to give a density of 2.45g. /cm3 of the sintered body was obtained. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and then heated at room temperature and 1200°.
C, a three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five trees was 550 MPa and 120 MPa at room temperature.
A sintered body with a high strength of 530 MPa at 0° C. was obtained. 1. 40% by weight Si powder in terms of Si3N4 and 60% by weight SiC whiskers (diameter 0.5-1.01Lm + aspect ratio 20-50) were mixed in a wet ball mill to which ethanol was added. The mixed powder obtained was then put into a graphite mold with an inner diameter of 50 mm and heated to 200 Kgf.
Hot pressing was performed by heating up to 1200°C at a temperature increase rate of 500°C per hour in a vacuum of 1O-4 Torr while applying a pressure of /cm2. Next, this molded body was subjected to the nitriding treatment shown in Fig. 1. Density 2.00g7 by heating and nitriding under nitrogen atmosphere according to schedule
cm3c7) A sintered body was obtained. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five pieces was 150 MPa and 1200 MPa at room temperature.
It was 180 MPa at ℃. 85% by weight of 51 powder (calculated as actual mN Si3N4) and 15% by weight of SiC whiskers (diameter 0.5 to 1.0 m, aspect ratio 20 to 50) were mixed in a wet ball mill to which ethanol was added. Next, this mixed powder was put into a graphite mold with an inner diameter of 50 mm and heated at 200 Kgf/c.
Hot pressing was carried out by heating up to 900°C at a temperature increase rate of 500°C per hour in a vacuum of 10 Torr while applying a pressure of 10 m''.Then, this molded body was subjected to the nitriding treatment schedule shown in Figure 1. By heating and nitriding in a nitrogen atmosphere, a sintered body with a density of 2.15 g/cm3 was obtained.The sintered body thus obtained was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm with a diamond wheel, and then heated at room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five pieces was 330 MPa and 1200 MPa at room temperature.
It was 310 MPa at ℃. 11 times silicon powder with an average particle size of 1101L was heated to 200Kgf/cm2
After molding with a pressure of By heating and nitriding in a mixed gas atmosphere with a nitrogen gas partial pressure of 5 atm and an argon gas partial pressure of 95 atm, the nitriding rate was 93% and the density was 2.42 g.
/cm3 of the sintered body was obtained. The nitriding rate was calculated from the weight change between the weight of the test piece before nitriding and the weight of the test piece after nitriding. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. The average bending strength of 5 pieces of wood is 320 MPa at room temperature and 350 MPa at 1200°C.
A sintered body whose strength did not decrease at MPa and high temperatures was obtained. A Silicon powder with an average particle size of 10 lm was molded in a mold at a pressure of 200 Kgf/cm2, and then rubber press molded at a pressure of 2000 Kgf/cm2 to form a molded body in the shape of 6 x 6 x 50 mm6. Next, when this compact was fired in nitrogen gas at 100 atmospheres according to the nitriding schedule shown in FIG. 3, a portion of the sintered compact was covered with traces of melted silicon. Further, the nitriding rate was 83%. The density of this sintered body is 2
.. The bending strengths at 30 g/cm', room temperature and 1200°C were 210 MPa and 200 MPa, respectively. 40% by weight of dog 11LL silicon powder, 40% by weight of silicon nitride powder with an average particle size of 1 gm, and 10% by weight of silicon carbide whiskers with an average diameter of 1 gm and a length of 20 lumens were mixed in a wet ball mill with the addition of ethanol. Then, this mixed powder was rubber press molded at a pressure of 2000 Kgf/cm2 to form a molded body having a shape of 30 x 30 x 50 mm. Subsequently, this molded body was subjected to a nitrogen gas partial pressure of 10 atm according to the nitriding treatment schedule shown in FIG. It was heated and nitrided in a mixed gas atmosphere with a helium gas partial pressure of 490 atm to obtain a sintered body with a nitridation rate of 95% and a density of 2.53 g/Cm'. Further, no trace of melted silicon was observed in the sintered body. The sintered body obtained here was cut and ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm with a diamond wheel, and
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted at 0°C. As a result, the average bending strength of the five trees was 380 MPa at room temperature, 12
A sintered body whose strength did not decrease at a high temperature of 360 MPa at 00° C. was obtained. Mix 40% by weight of silicon powder, 40% by weight of silicon nitride powder with an average particle size of 1 μm, and 10% by weight of silicon carbide whiskers with an average diameter of 1 μm and a length of 20 m using a wet ball mill with the addition of ethanol. A mixed powder was obtained. Next, this mixed powder was rubber press molded at a pressure of 2000 Kgf/cm 2 to form a molded body having a shape of 30×30×50 mm. Subsequently, this compact was fired in nitrogen gas at 500 atmospheres according to the nitriding schedule shown in FIG. 4, and traces of melted silicon were found in a part of the sintered compact. Further, the nitriding rate was 75%. Furthermore, the density of this sintered body is 2.30g/Cm3. The bending strength at room temperature and 1200”0 is 180MPa and 165MPa respectively
It was a. 51 powder of 96% by weight in terms of Si3N4, 2% by weight of yttrium oxide and 2% by weight of samarium oxide (composition in the sintered body of the final product) was processed in a wet ball mill to which ethanol was added. Next, this mixed powder was molded in a mold at a pressure of 200 Kgf/cm2, and then rubber press molded at a pressure of 2000 Kgf/cm2 to form a molded body of 6 x 6 x 50 mm. Next, this molded body was heated and nitrided in a mixed gas atmosphere with a nitrogen gas partial pressure of 2 atm and an argon gas partial pressure of 998 atm according to the nitriding treatment schedule shown in FIG.
A sintered body with a nitridation rate of 98% and a density of 2.60 g/cm3 was obtained. Further, the sintered body showed no trace of melted silicon.Then, the sintered body was fired under a nitrogen gas pressure of 20 atmospheres according to the firing schedule shown in Figure 6, and the density was 3.30 g/
It was sufficiently densified to cm3. The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. The average bending strength of the five pieces is 760MPa at room temperature and 62o at 1200℃.
MPa, and the obtained sintered body had high strength at room temperature and high temperature. Sato1@@14 49% by weight Si powder in terms of Si3Na, 49% by weight silicon nitride powder, 1% by weight yttrium oxide, and 1% by weight neodymium oxide (composition in the sintered body of the final product) ) were mixed in a wet ball mill to which ethanol was added to obtain a mixed powder.6 Then, this mixed powder was
After molding with a pressure of 0Kgf/cm2, 2000K
Press molded with a pressure of gf/Cm2 to 6X
A molded body having a shape of 8 x 50 mm was molded. Subsequently, this molded body was subjected to a nitrogen gas partial pressure of 200 atm and an argon gas partial pressure of 800 atm according to the nitriding treatment schedule shown in FIG.
Nitriding is performed by heating in a mixed gas atmosphere at atmospheric pressure, and the nitriding rate is 96.
%, and a density of 2.55 g/cm5 was obtained. The sintered body showed no trace of melted silicon.Next, when it was fired under nitrogen gas pressure according to the firing schedule shown in Figure 7, it was sufficiently densified with a density of 3.20 g/cm3. . The sintered body obtained here was ground into a shape of 3 x 4 x 40 mm using a diamond wheel, and heated to room temperature and 1200°C.
A three-point bending test with a span of 30 mm was conducted. As a result, the average bending strength of the five trees was 730 MPa and 1200 MPa at room temperature.
℃ tear 00 MPa, and the obtained sintered body had high strength at room temperature and high temperature.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上説明してきたようにこの発明に係る窒化珪素質焼結
体の製造方法では、珪素粉末、または珪素粉末を主成分
とする混合体を成形したのち、窒素ガス、または窒素ガ
スと珪素に対する反応性の小さいガスとの混合ガス雰囲
気下で1000〜1500℃の温度で処理するようにし
たから、常温における強度が高く、高温における強度低
下が少ない高性能の窒化珪素質焼結体を得ることが可能
であり、自動車9機械装置、化学装置、宇宙航空機器な
どの幅広い分野において使用される各種構造部品の素材
として利用でき、とくに高温強度を有することが要求さ
れる用途に適したファインセラミックス材料を得ること
が可能であるという著大なる効果がもたらされる。
As explained above, in the method for manufacturing a silicon nitride sintered body according to the present invention, after molding silicon powder or a mixture containing silicon powder as a main component, Since the treatment is carried out at a temperature of 1000 to 1500°C in a mixed gas atmosphere with a gas with a small To obtain a fine ceramic material that can be used as a material for various structural parts used in a wide range of fields such as automobile machinery, chemical equipment, and aerospace equipment, and is especially suitable for applications that require high-temperature strength. This has the great effect of making it possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図 第3図、第4図および第5図ノ はこの発明の実施例において採用した窒化処理スケジュ
ールを示すグラフ、第6図および第7図はこの発明の実
施例において採用した焼成処理スケジュールを示すグラ
フである。 特許出願人     日産自動車株式会社代理人弁理士
    小  塩   豊第1図 時間(hr) 第2図 時間(hr) 温度(0C) 一過L(0C) 温/L(’C)
Figures 1, 2, 3, 4 and 5 are graphs showing the nitriding schedule adopted in the embodiment of this invention, and Figures 6 and 7 are graphs employed in the embodiment of this invention. 3 is a graph showing a firing treatment schedule. Patent applicant Yutaka Oshio, Patent attorney representing Nissan Motor Co., Ltd. Figure 1 Time (hr) Figure 2 Time (hr) Temperature (0C) Transient L (0C) Temperature/L ('C)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)珪素粉末、または珪素粉末を主成分とする混合体
を成形したのち、窒素ガス、または窒素ガスと珪素に対
する反応性の小さいガスとの混合ガス雰囲気下で100
0〜1500℃の温度で処理することを特徴とする窒化
珪素質焼結体の製造方法。
(1) After molding silicon powder or a mixture mainly composed of silicon powder, it is heated to
A method for producing a silicon nitride sintered body, characterized in that the process is carried out at a temperature of 0 to 1500°C.
JP62273337A 1987-10-30 1987-10-30 Production of silicon nitride-based sintered compact Pending JPH01119563A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009541194A (en) * 2006-06-23 2009-11-26 アール・イー・シー・スキャンウェハー・アー・エス Reusable crucible and method for manufacturing the same

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