JPH0283265A - 窒化珪素の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、易粉砕性、易焼結性でありしかも高強度を賦
与することの出来る窒化珪素の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来より、シリコン粉末に酸化アルミニウム、アルミニ
ウム、窒化アルミニウム等の焼結助剤を添加し窒化固溶
させてなる窒化珪素固溶体の製造法が知られている（特
公昭５２−４３４８６号公報、特開昭５８−１１０６３
２号公報）。しかし、これらの方法で得られた窒化珪素
固溶体は粉砕性が悪く、同一粉砕条件で粉砕された粉末
を用いて焼結体全製造しても、１６００℃焼結に於ける
窒化珪素焼結体の相対密度は９２％程度しかなく、また
曲げ強度も十分に高くはないという欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、例えば常圧焼結法により、窒化珪素焼結体を
製造するに際し、易焼結性でかつ高強度を賦与すること
が出来る易粉砕性の窒化珪素の製造方法を提供しようと
するものである。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は、シリコン粉末１００重量部に対し酸化
アルミニウム粉末２．５〜６．ｏｉｉ部、アルミニウム
及び／又は窒化アルミニウム粉末２．０〜１０．５ｍ童
部、酸化セリウム粉末４．５〜９．５重量部を混合し、
次いでその混合粉末と成形パインダーとの混線物を成形
乾燥した後窒素含有雰囲気下１０００〜１５００℃の温
度範囲で加熱窒化することを特徴とする窒化珪素の製造
方法である。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明で使用するシリコン粉末は平均粒径２〜１５μｍ
のものが好ましく、粒径が細かくなり過ぎると窒化反応
の制御がむづかしくなり、また粗過ぎても窒化反応に長
時間ヲ要スるか未反応シリコンを残すことになる。シリ
コン粉末は純度９７％以上の単結晶、多結晶いずれの粉
末でも使用出来る。

次にシリコン粉末に対し、酸化アルミニウム、アルミニ
ウム、窒化アルミニウム、酸化セリウムの焼結助剤を添
加する。その添加量はシリコン粉末１００重量部に対し
て、酸化アルミニウム粉末は２．５〜６．０重量部であ
る。２．５重量部未満では緻密化の効果が少なく、６Ｍ
ｆ［部越えてもそれ以上の緻密化は期待出来ずがえって
焼結体の強度が低下する。アルミニウム及び／又は窒化
アルミニウム粉末は２．０〜１０．５１蓋部である。２
．０重量部未満では緻密化の効果が小さく、また１０．
５重量部を越えてもそれ以上の緻密化は期待出来ない。

酸化セリウム粉末は４．５〜９．５重量部である。

４．５重量部未満では緻密化は進まず強度は向上しない
。一方、９．５重量部を越えても焼結体のそれ以上の高
強度発現は望めない。焼結助剤の比表面積としては、酸
化アルミニウムは５ｍ２／、９以上、アルミニウム、窒
化アルミニウム、酸化セリウムは３ｍ２／、！ｉ’以上
が望ましい。

次に、シリコン粉末と焼結助剤の混合粉末を濃度１〜２
％のブチラールのエタノール溶液のごときアルミニウム
、窒化アルミニウムと反応しない適当な成形バインダー
と混線する。他の成形バインダーとしては、２〜５％の
ポリメチルメタアクリレートのトルエン溶液、２〜５％
のアクリル樹脂のダイア０ン溶液、６〜６％のワックス
のエタノール溶液などが使用できる。混線はミックスマ
シー混Ｈ機や土練機等で行う。

次いで、混線物を押出し成形、プレス成形等で所望形状
に成形し乾燥後窒素含有雰囲気下１０００〜１５００℃
の温度で加熱窒化する。窒化温度が１０００℃未満では
ほとんど窒化が進まず、一方、１５００℃を越えては生
成した窒化珪素の一部が焼結するため次工程での粉砕が
困難になる。窒素含有雰囲気としては、窒素単独、又は
水素、−酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、アンモニアガ
ス等と窒素との混合ガスである。場合によってはアンモ
ニア雰囲気でも可能である。

以上のようにして得られた本発明の窒化珪素は酸化アル
ミニウム、アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化セリ
ウムが固溶したと考えられるβ−窒化珪素である。次に
この窒化珪素を焼結体用原料とするには、ショークラッ
シャー、振動ミル等の粉砕手段上用いて平均粒径１μｍ
以下、比表面積７ｍ２／ｇ以上の粉末に調製する。この
窒化珪素粉末は各種焼結体を例えば常圧焼結法により得
るに際し１、易ｍＭ性で焼結体に高強度を賦与すること
ができる。

なお、本発明により製造された窒化珪素粉末は常圧焼結
法にのみ適用されるものではなく、従来のホットプレス
成形法等にも勿論適用できる。

以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的に本発明を
説明する。

〔実施例〕

シリコン粉末（平均粒径１ｏμｍ１比表面積３　ｍ”／
９　）に焼結助剤として酸化アルミニウム粉末（平均粒
径１．０μｍ１比表面積６　ｍ”／ｇ）、アルミニウム
粉末（粒度４４μｍ下、比表面積５．６　ｍ２／１１　
）　、窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．９μｍ１比
表面積３．５　ｒｎ２／　、！ｉ’　）、酸化＋　ＩＪ
　ラム粉末（平均粒径２．６μｍ１比表面積３．２　ｒ
ｎ２／　！　）を第１表に示す配合割合でミックスマシ
ー混練機に投入・混合し、次いで、その混合物に対して
濃度１．５％デチラシーのアルコール溶液を外削で２５
％添加混練した後レンガ成形機を用いてブロック形状に
成形し窒化用原料とした。

この原料をバッチ式の窒化炉に装入し窒素雰囲気下１０
００〜１４８０’Ｃまで徐々に昇温しながら加熱窒化を
行った。加熱開始から窒化完了まで合計１００時間を要
した。次に、得られた窒化珪集成形体をショークラッシ
ャー　振動ミルを用いて乾式粉砕後さらにボールミルに
て湿式で２０時間粉砕して第１表に示す粉末を得た。

この粉末を１００に９／傭２の圧力で１０Ｘ６０Ｘ７朋
形状に金型成形後１０００ｋｌｌｉｌ／ｃＴＬ２の圧力
で静水圧プレス成形を行った。得られた成形体を常圧焼
結炉で窒素雰囲気Ｔ”（１５５０〜１８００℃）×６時
間で焼結させた。その際のＳ青粉としては、成形体の焼
結時の分解抑制の目的で窒化アルミニウム５重量％、酸
化セリウム５Ｎ量％、窒化硼素３０重葉％、窒化珪素６
０］Ｌ童％から成るものを用いた。

得られた焼結体の表面を研削加工しアルキメデス法（Ｊ
ＩＳＲ２２０５に準拠）で高化Ｎを測定し各々理論密度
で除して１００を掛は相対′＆ｉ度を算出した。焼結体
の嵩比重を測定した後、その試料について、Ｔ工５Ｒ−
１６０１ｒファインセラミックスの曲げ強度試験方法」
に準拠ｌ−だ常温６点曲げ強度を測定した。それらの結
果を第１表に示す。

なお、比較例７と８で用いた酸化イツトリウムは市販品
であり平均粒径２．１μｍ１　比表面積９．０ｍ２／ｇ
である。また、酸化イツトリウムを用いた原料配合系の
焼結時の詰粉としては窒化アルミニウム５Ｍ−３ｔ％、
酸化イツトリウム５重量％、窒化硼素６０重蓋％、窒化
珪素６ＯＮ蓋％から成るものを用いた。また、比較例９
と１０では、詰粉として窒化アルミニウム１０重量％、
窒化硼素３０ｍｆｔ％、窒化珪素６Ｏｉｔ量％から成る
ものを用いた。

〔発明の効果〕

本発明の方法で得られた窒化珪素粉末は、常圧焼結法に
より焼結体を製造する際に低温で焼結することが出来し
かも高強度な焼結体とすることができる。

特許出願人　　電気化学工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．シリコン粉末１００重量部に対し酸化アルミニウム
   粉末２．５〜６．０重量部、アルミニウム及び／又は窒
   化アルミニウム粉末２．０〜１０．５重量部、酸化セリ
   ウム粉末４．５〜９．５重量部を混合し、次いでその混
   合粉末と成形バインダーとの混練物を成形乾燥した後窒
   素含有雰囲気下１０００〜１５００℃の温度範囲で加熱
   窒化することを特徴とする窒化珪素の製造方法。