JPS5891074A - 窒化ケイ素焼結体の製造方法 - 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】 （究明の緘する技術分封） 本発明は窒化ケイ素焼結体の製造方法ζ１係り、％＋−
ＨＩｐ（高温静圧プレス）法を用いた場名・の改良に隈
１する。

（従米技術及びその問題点） 一般に会化ケイ素はその結合様式が共鳴的で身）ること
がら耐熱性、繭賞性、尚強度に特長かりる。

し７かし一万では安定な物質でおる／こめに焼結がむず
かしいため、多孔質の状態で合成するか焼結助剤を使っ
てｍＷ化することが行われている。

不発切者らはこれチでσノ研究に山゛いてα型窒化ケイ
素粉末に周Ｍ律表１１１ａ加、酸化物（酸化イツトリウ
ム等）とアルミナを力ｌえたものをベースにして必敦ｉ
二尾、じそれに窒化アルミニウムや他の酸化物を加えた
組成を出発物ｌ質として焼結し、強度の簡い材料を得る
方法を見い出してきた（例えは特公昭４９−２１０９１
％公昭５２−３６４９等）。

［７かるに窒化ケイ素などの耐熱材料はより高温で使用
１゛ることを期待する分野も少なくない。とくに商況熱
機関に用いる場合は１２００℃以上の高い温度での耐熱
性が要求され、しかもかなりの熱応力千ンるいは機械応
力が必要とされているものが多い。そのためには璧化ケ
イ累セラミックス（二対［２てもよｔ）　Ａ温で強度、
耐食性を保持する様特性の向上が期待されている。これ
を克服する市としては■なるべく窒化ケイ素年独の性質
をもたせる意味で添加物知を減らすか■女足な粒界ある
いは粒界相を形成するための添加物を辿定するか、ある
いは■プロセス上の工夫を行なう等が検討されている。

通′屑酊加物警か減少すると焼結性が悪くなるので外圧
の助けをかりて焼結が行なわＪｌている。例えば前記（
節の方法としてホツトフレスあるいはＨ■ｐ（Ｑ温静水
圧プレス）が一般的に知られている。本発明１−際して
発明者らはα型窒化ケイ素粉末に酸化イツトリウム、ア
ルミナを添加物例としで選びその添加量に対する焼結特
性の変化を６ノ４１べた。その結果、Ｍ爾添力１１でも
Ｈ工Ｐ焼結によって較什１；化は達成されるものの、強
度の向上か少なく、１だ添加９勿の銅か増すに伴なって
強度が向上する事を見い出した。この結果は微細組織と
対向するもので添加物の祈が少ないと焼結体の償ｉ度向
上Ｃ二裕与する結晶粒の柱状化は起りにりく、その結果
α−十βの相転移があっても粒状結晶の眉を組線を呈し
またことに起因していると考えられる。

このことに関し、窒化ケイ累粉末の性状も甘めプロセス
を検削した所、本発明堝らσＨＩＰ焼帖法蓄二ついて焼
成プロセスがとくにＮ要であり、適当の少車添加物に対
（７ては結晶を柱状にするだめの熱処理を鴻切な温度条
Ｈ−で行なうのが好１し７く、これによって粒形が柱状
化し強度向上に貢献することを見い出した。

（発明の目的） 本発明は上記の点ＣｍみＳｉ叔密化が容易でかつ機樺的
強度番′−優７−１だ窒化ケイ素焼結体の製造方法な伶
る挙を特徴とする。

（発明の概賛） 不発明方法でに１ず第？７Ｉ（−α型を多量に含む窒化
ケイ素粉末（二酸化イツトリウムに代表をれる絢期律表
１１１７Ｚ族酸化物とアルミナを１ｆ４ｓ加し、必要（
１応じて他の蟹化物（窒化アルミニウノ・等）、酸化物
（酸化チタン、酸化マグネシウム等）を含むものを際加
物とし、それぞれを下記の通り添加する事が好捷しい○ 酸化イツトリウム　　０１〜４市量チ アルミナ　　　　　　０．０１〜３Ｉ 窒化アルミニウム　　　〈３　　＃ 酸化物　　　　　　　　　〈０５　〃 これらの混合物を均一に混ぜ、これに粘結剤としてバイ
ンダを加えて成形する。バインダの柚類と飯は成形方法
に応じて適宜選定されるもので通常の金型成形では数襲
程度射出成形などでは多重の例えば熱町和性柄脂が用い
られる。しかしいずれにしても、このバインダは成形後
除去されるので１ｕ接焼結組成としては関与（２ない。

このように成形した圧粉体はバインダを除去した後、次
の三つの熱処理工程を経て焼結する。

■　１６００〜１７５０℃、常圧、非酸化性雰囲気或い
は１４００〜１６５０℃減圧下で熱処理する。

■　■の熱処耶体をガラスカプセル中に入れて脱気し７
て焼成し、成形体表面≦ニガラスな被核するか、表面に
ガラス成分物質をコート（７て焼成（２、ガラス層で成
形体をお＼い成杉体を外部環境から遮断する。

■　その後、ＨＩＰ処理として１７００〜２０００℃、
１０００〜３０００気圧で焼結して緻密化を光子する。

焼結体はガラスを除去して回収する。

従来ホソトフレスの前に熱処理［〜て粒界相を結晶化す
る方法が発明されている（特公昭５６−３ｓｓ）本発明
方法の楊会は組成少量に対してイｊ意なもので、結晶化
処理を目的とするものでなく粒形の柱状化を目的とする
ものでおる〇 この熱処理効果についての明確な粒成長機構を＋ｉｔ段
階で与えることはできないが概ね次のように推察してい
る。

本来、酸化イツ）　ＩＪウムの冷加はα型窒化ケイ素に
対してα→βの相転移に伴ない異方性のある粒成長をも
たらす。即ち柱状結晶粒の成長をもたらすことが認めら
れているが少量添加の場合は様態が異なり、このような
粒成長が起りにくい。これは窒化ケイ素の表面あるいは
内部にシリカと（，７であるいは構造内酸素として存仕
する酸素に起因して粒界相の組成が相対的１ニジリカ成
分の多く、イツトリウム成分の少ないもの（二なり易く
、その結果、酸化イツトリウム本来の粒成長効果が弱ま
り、α→βの相転移で柱状粒の成長を困難Ｃ二］〜だも
のと思われる。

本発明による常圧あるいはそれ以下気圧の雰囲気で熱処
理する工程を中間にとると、存在する酸素か何らかの形
で、例えは−酸化ケイ素の形で逃散しイツトリウム濃度
の旨い粒界相を作り、その、結果イツ）　ＩＪウムの効
果が顕著になって粒の柱状化をもたらしたものと推定さ
れる。本発明Ｃ′″−不す朱Ｈけこれを可能にする虐正
軛囲ｌ二あったものと思われる。

（発明の実施例） 以下実施例により詐細に説明する。

実施例１ 平均粒径１μｍのα相９５％窒化ケイ素粉末９５１魚チ
、平均粒径０．５μｍ１７）試薬級酸化イツ）　ＩＪウ
ム２重量俤、さらに〈０３μｍの試薬級アルミナ粉末を
加えてこれを混合した後バインダとしてパラフィンを５
１飯チ加えて３７　Ｘ　３７　Ｘ　８　ａｍに５００Ｋ
ｆ／ｅｌで成形し脱脂して焼結用試料とした。

これを窒素ガス３００１／ｈの気流中常圧中で１６５０
℃２時間の熱処理を行ない、これをシリカカラス中に入
れて脱気し、加熱してガラスな被核させ、１８５０℃、
　２０００気圧、２時間の焼結（ＨＩＰ）を・行なった
。その結果、焼結密ｆｋ３．２２ｒ／。。

３点曲は強度８８〜／−を示した。同一組成で熱処理を
行なわない場合は緻密化は同等であったものの強度は捗
の４５Ｋｙ／−であった０微構造帖察では前場において
柱状結晶粒の成長が認めら才またが後者は不十分であっ
た。

実施例２ 実施例１（二同様の方法（二おいて、組成及び条件、ｂ
人工ず１２　も 表　２ 実施例６ 組成として実施例１の原料及び酸化イツトリウムの代り
に〇、７μｍの酸化セリウムを使い８１３Ｎ４−〇、５
３［、ｉｎ％０ｅ０２　０．５１に’、　％　％　Ａ２
２０Ｂ系の混合粉末を使い実施例と同じ条件で焼結を行
ない密度３．２０ｒ／ｃｃ　、　　３点曲けり１度７２
にｇ／−を得た。敵＃ｌ緘も柱状粒からなるものであっ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）窒化ケイ累に周期律表出α放散化物とアルミナを龜
   加した糸の組成物をＨ工Ｐ（高温静水圧プレス）焼結す
   る方法において、Ｈ工Ｐ焼結前に常圧ろるいは減圧下で
   熱処理して結晶粒を柱状化にすることを％徴とする窒化
   ケイ素焼結体の製造方法０ ２、特許請求の範囲第１項において窒化ケイ累としてα
   相生体の窒化ケイ素を用いた事を特徴とする窒化ケイ素
   焼結体の製造方法。 ３）特許請求の範囲第１項又は第２功において周期律表
   ＋ｆ１．族酸化放散、１−４］ｊＪ％アルミナｏ、ｏｉ
   〜３ミル３電量チ事を特徴とする窒化ケイ素焼結体の製
   造方法。 ４）特許請求の範Ｆ１５第１項、第２項又は第３項にお
   いて周期律表１ｌｌａ族酸化物として酸化イツトリアを
   用いた朝を％徴とする窒化ケイ素ｍ結体の製造方法。 ５）　特許請求の範囲第１項、第２項又は第４項におい
   て添加物としてさらに窒化アルミニウム〈３氷鍬チ、そ
   の他の酸化物＜０．５爪愈チな少なくとも一極添加した
   事を特徴とする窒化ケイ素焼結体の製造方法。 ６）％許ｈｉ氷の範囲第１項、第２項、第３槙。 第４項又Ｆｉ第５項Ｉｎおいて中間の熱処理温度を常圧
   で１６００〜１７５０℃、又は減圧下で１４００〜１６
   ５０℃とした事を％徴とする窒化ケイ素焼結体の製造方
   法。 ７）特許請求の範囲第１項、第２項、第３項。 菓４項、第５項又は第６項Ｃ二おいてＨ工Ｐ処理を１７
   ０（１〜２０００°Ｃ，１０００〜３０００気圧で行な
   う事を特徴とした窒化ケイ素焼結体の製造方法。