JP3214729B2 - 窒化ケイ素反応焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素反応焼結体の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は窒化ケイ素(以下、Si
3 N4 という)反応焼結体の製造方法に関する。
3 N4 という)反応焼結体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、Si3 N4 反応焼結体の製造に当
っては、金属Si粉末よりなる成形体と窒素ガスとを反
応させてSi3 N4 を合成すると同時にそのSi3 N4
を焼結する、といった方法が一般に採用されている。
っては、金属Si粉末よりなる成形体と窒素ガスとを反
応させてSi3 N4 を合成すると同時にそのSi3 N4
を焼結する、といった方法が一般に採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来法に
よると、焼結過程における寸法変化率が極めて小さいた
め最終形状またはそれに近い形状のSi3 N4 反応焼結
体を得ることができる、といった利点がある反面、窒化
の反応速度が速く早期に成形体表面にはSi3 N4 が被
膜状に生成され、そのSi3 N4 により成形体内部への
窒素ガスの進入が妨害されるため、Si3 N4 反応焼結
体内部の窒化が不十分となってその窒化率が最大値でも
80%程度となり、高密度で、且つ高強度なSi3 N4
反応焼結体を得ることができない、という問題があっ
た。
よると、焼結過程における寸法変化率が極めて小さいた
め最終形状またはそれに近い形状のSi3 N4 反応焼結
体を得ることができる、といった利点がある反面、窒化
の反応速度が速く早期に成形体表面にはSi3 N4 が被
膜状に生成され、そのSi3 N4 により成形体内部への
窒素ガスの進入が妨害されるため、Si3 N4 反応焼結
体内部の窒化が不十分となってその窒化率が最大値でも
80%程度となり、高密度で、且つ高強度なSi3 N4
反応焼結体を得ることができない、という問題があっ
た。
【0004】本発明は前記に鑑み、特定の金属粉末を分
散させた原料粉末を用いることによって、成形体および
その構成要素である金属Si粉末(厳密に言えば、金属
Si粒子)をそれらの内部から窒化し得るようにし、こ
れにより高密度で、且つ高強度なSi3 N4 反応焼結体
を得ることのできる前記製造方法を提供することを目的
とする。
散させた原料粉末を用いることによって、成形体および
その構成要素である金属Si粉末(厳密に言えば、金属
Si粒子)をそれらの内部から窒化し得るようにし、こ
れにより高密度で、且つ高強度なSi3 N4 反応焼結体
を得ることのできる前記製造方法を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るSi3 N4
反応焼結体の製造方法は、金属Si粉末として、それの
粒度分布が、修整アンドレアゼン(Andreasen)の充填式 Dm=1−(R/Rmax) q (ただし、Rmaxは最大粒子半径、Rは任意の粒子半
径、qは係数、Dmは最大粒子半径Rmaxから任意の
粒子半径Rまでの粒子を用いて得られた成形体における
充填率であって、Dm≦0.75である)において、最
大粒子半径Rmaxが一定であるとき、係数qが0.2
5≦q≦0.5となるように設定されたものを用意し、
その金属Si粉末に、窒化促進用金属粉末としてNi粉
末を0.0085重量%≦Ni粉末≦5重量%分散させ
た原料粉末を用いて成形体を成形する工程と、前記成形
体と窒素ガスとを反応させる1次反応焼結処理を行うこ
とにより合成Si 3 N 4 を含む中間体を得る工程と、前
記中間体に酸洗処理を施してその中間体からNi成分を
溶出させる工程と、前記中間体と窒素ガスとを反応させ
てSi 3 N 4 を合成する2次反応焼結処理を行う工程と
を順次行うことを特徴とする。
反応焼結体の製造方法は、金属Si粉末として、それの
粒度分布が、修整アンドレアゼン(Andreasen)の充填式 Dm=1−(R/Rmax) q (ただし、Rmaxは最大粒子半径、Rは任意の粒子半
径、qは係数、Dmは最大粒子半径Rmaxから任意の
粒子半径Rまでの粒子を用いて得られた成形体における
充填率であって、Dm≦0.75である)において、最
大粒子半径Rmaxが一定であるとき、係数qが0.2
5≦q≦0.5となるように設定されたものを用意し、
その金属Si粉末に、窒化促進用金属粉末としてNi粉
末を0.0085重量%≦Ni粉末≦5重量%分散させ
た原料粉末を用いて成形体を成形する工程と、前記成形
体と窒素ガスとを反応させる1次反応焼結処理を行うこ
とにより合成Si 3 N 4 を含む中間体を得る工程と、前
記中間体に酸洗処理を施してその中間体からNi成分を
溶出させる工程と、前記中間体と窒素ガスとを反応させ
てSi 3 N 4 を合成する2次反応焼結処理を行う工程と
を順次行うことを特徴とする。
【0006】この製造方法においては、Ni粉末に代え
て、Co粉末またはFe粉末が用いられる。この場合、
Co粉末の添加量は0.0085重量%≦Co粉末≦
4.5重量%に、またFe粉末の添加量は0.01重量
%≦Fe粉末≦4重量%にそれぞれ設定される。
て、Co粉末またはFe粉末が用いられる。この場合、
Co粉末の添加量は0.0085重量%≦Co粉末≦
4.5重量%に、またFe粉末の添加量は0.01重量
%≦Fe粉末≦4重量%にそれぞれ設定される。
【0007】
【作用】酸洗処理は中間体に対して行われ、したがって
中間体を得るまでの焼結処理を1次反応焼結処理とい
う。この酸洗処理によりNi成分等が溶出して形成され
る気孔は、2次反応焼結処理において中間体内部へのガ
ス進入路となるので、Si 3 N 4 反応焼結体における窒
化率AをA>80%、特にNi粉末またはCo粉末を用
いた場合にはA=100%まで上昇させることができ
る。またNi成分等は、Si 3 N 4 反応焼結体において
は不純物とみなされるが、前記酸洗処理によってNi成
分等の溶出を行うと、Ni成分等による強度への影響を
緩和して、Si 3 N 4 反応焼結体の強度を高めることが
できる。
中間体を得るまでの焼結処理を1次反応焼結処理とい
う。この酸洗処理によりNi成分等が溶出して形成され
る気孔は、2次反応焼結処理において中間体内部へのガ
ス進入路となるので、Si 3 N 4 反応焼結体における窒
化率AをA>80%、特にNi粉末またはCo粉末を用
いた場合にはA=100%まで上昇させることができ
る。またNi成分等は、Si 3 N 4 反応焼結体において
は不純物とみなされるが、前記酸洗処理によってNi成
分等の溶出を行うと、Ni成分等による強度への影響を
緩和して、Si 3 N 4 反応焼結体の強度を高めることが
できる。
【0008】なお、酸洗処理によって全部のNi成分等
が溶出されることは希であるが、残存するNi成分等
は、酸洗処理により、独立して存在している場合には微
細化され、また凝集した場合には再分散されると共に微
細化されるので、Si3 N4 反応焼結体の強度低下の原
因とはならない。
が溶出されることは希であるが、残存するNi成分等
は、酸洗処理により、独立して存在している場合には微
細化され、また凝集した場合には再分散されると共に微
細化されるので、Si3 N4 反応焼結体の強度低下の原
因とはならない。
【0009】ただし、Ni粉末等の添加量が前記範囲を
逸脱すると、Si3 N4 反応焼結体における窒化率が大
幅に低下し、したがってその反応焼結体の強度が極端に
低くなる。
逸脱すると、Si3 N4 反応焼結体における窒化率が大
幅に低下し、したがってその反応焼結体の強度が極端に
低くなる。
【0010】粉末を構成する粒子の半径が連続的に変化
する連続粒子系において、その粒子系が密充填をとると
きの充填式としてはアンドレアゼン(Andreasen)の充填
式が知られている。
する連続粒子系において、その粒子系が密充填をとると
きの充填式としてはアンドレアゼン(Andreasen)の充填
式が知られている。
【0011】この充填式は、Dm=(R/Rmax) q
で表わされ、Rmaxは最大粒子半 径、Rは任意の粒子
半径、qは係数、Dmは最大粒子半径Rmaxから任意
の粒子半径Rまでの粒子を用いて得られた成形体におけ
る充填率である。
で表わされ、Rmaxは最大粒子半 径、Rは任意の粒子
半径、qは係数、Dmは最大粒子半径Rmaxから任意
の粒子半径Rまでの粒子を用いて得られた成形体におけ
る充填率である。
【0012】しかしながら、金属Si粉末の粒度分布を
アンドレアゼンの充填式に則って設定すると、その式は
連続粒子系が密充填をとるときの充填式であるから、成
形体における充填率が高くなりすぎてしまい、金属Si
成分の窒化反応が前記のように発熱反応であることに起
因して、Si 3 N 4 反応焼結体に亀裂、崩壊等が発生す
る。
アンドレアゼンの充填式に則って設定すると、その式は
連続粒子系が密充填をとるときの充填式であるから、成
形体における充填率が高くなりすぎてしまい、金属Si
成分の窒化反応が前記のように発熱反応であることに起
因して、Si 3 N 4 反応焼結体に亀裂、崩壊等が発生す
る。
【0013】そこで、窒化反応による体積増加率が25
%であることを考慮して、成形体の相対密度を75%、
したがって充填率を0.75に設定し、また窒化を10
0%進行させれば、亀裂等の欠陥がなく、且つ気孔のな
いSi 3 N 4 反応焼結体を得ることができる。
%であることを考慮して、成形体の相対密度を75%、
したがって充填率を0.75に設定し、また窒化を10
0%進行させれば、亀裂等の欠陥がなく、且つ気孔のな
いSi 3 N 4 反応焼結体を得ることができる。
【0014】このようなことから本発明者等は金属Si
粉末の最大粒子半径Rmaxおよび最小粒子半径Rmi
nを所定値に設定し、また成形体における充填率Dmを
0.75に設定して数多の実験を行った結果、アンドレ
アゼンの充填式を、Dm=1−(R/Rmax) q (た
だし、Dm≦0.75)と修整し、最大粒子半径Rma
xが一定であるとき、係数qを0.25≦q≦0.5に
設定すると、金属Si粉末の粒度分布を最適にして高密
度で、且つ高強度なSi 3 N 4 反応焼結体を得ることが
できることを究明した。
粉末の最大粒子半径Rmaxおよび最小粒子半径Rmi
nを所定値に設定し、また成形体における充填率Dmを
0.75に設定して数多の実験を行った結果、アンドレ
アゼンの充填式を、Dm=1−(R/Rmax) q (た
だし、Dm≦0.75)と修整し、最大粒子半径Rma
xが一定であるとき、係数qを0.25≦q≦0.5に
設定すると、金属Si粉末の粒度分布を最適にして高密
度で、且つ高強度なSi 3 N 4 反応焼結体を得ることが
できることを究明した。
【0015】
【実施例】先ず、図1,図2により窒化促進用金属粉末
としてNi粉末を用いたSi3 N4 反応焼結体の製造過
程について説明する。なお、便宜上、成形体(または中
間体)内における金属Si成分と窒素ガスとの直接的な
反応についての説明は省略する。
としてNi粉末を用いたSi3 N4 反応焼結体の製造過
程について説明する。なお、便宜上、成形体(または中
間体)内における金属Si成分と窒素ガスとの直接的な
反応についての説明は省略する。
【0016】図1(a)において、金属Si粉末にNi
粉末を0.009重量%≦Ni粉末≦2.2重量%の範
囲で添加し、両粉末を十分に湿式混合して、金属Si粉
末にNi粉末を分散させた原料粉末を調製し、次いで原
料粉末を用いて圧縮成形を行うことにより成形体1を成
形し、その後成形体1を乾燥する。
粉末を0.009重量%≦Ni粉末≦2.2重量%の範
囲で添加し、両粉末を十分に湿式混合して、金属Si粉
末にNi粉末を分散させた原料粉末を調製し、次いで原
料粉末を用いて圧縮成形を行うことにより成形体1を成
形し、その後成形体1を乾燥する。
【0017】図1(b)において、成形体1を窒素ガス
雰囲気中にて昇温する。この昇温過程でNi成分Niが
金属Si粉末内に拡散するので、金属Si成分SiとN
i成分Niとが反応してケイ化物NiSi3 が生成され
る。
雰囲気中にて昇温する。この昇温過程でNi成分Niが
金属Si粉末内に拡散するので、金属Si成分SiとN
i成分Niとが反応してケイ化物NiSi3 が生成され
る。
【0018】図1(c)において、相隣る両金属Si成
分Si間の間隙から窒素ガスN2 が成形体1内部に進入
してケイ化物NiSi3 に拡散し、ケイ化物NiSi3
の外周側が窒素拡散層NiSi3 −Nとなる。
分Si間の間隙から窒素ガスN2 が成形体1内部に進入
してケイ化物NiSi3 に拡散し、ケイ化物NiSi3
の外周側が窒素拡散層NiSi3 −Nとなる。
【0019】図1(d)において、金属Si成分Siと
窒素ガスN2 との反応によって成形体1表面にはSi3
N4 が被膜状に生成される。この場合、被膜状のSi3
N4により成形体1内部への窒素ガスN2 の進入が完全
に阻止される訳ではない。
窒素ガスN2 との反応によって成形体1表面にはSi3
N4 が被膜状に生成される。この場合、被膜状のSi3
N4により成形体1内部への窒素ガスN2 の進入が完全
に阻止される訳ではない。
【0020】図2(e)において、窒素拡散層NiSi
3 −Nでは、先ずNi成分とN成分とが反応する、つま
りNi成分によるN成分の取籠みが行われるので窒化物
NiNが生成される。この窒化物NiNは非平衡状態に
あるためN成分の解離が行われ、その解離N成分が金属
Si成分へ付与されるので、成形体1内部の窒化が行わ
れてSi3 N4 が合成される。
3 −Nでは、先ずNi成分とN成分とが反応する、つま
りNi成分によるN成分の取籠みが行われるので窒化物
NiNが生成される。この窒化物NiNは非平衡状態に
あるためN成分の解離が行われ、その解離N成分が金属
Si成分へ付与されるので、成形体1内部の窒化が行わ
れてSi3 N4 が合成される。
【0021】このように成形体1の表面側および内部に
て発生する窒化反応は発熱反応であるから金属Si成分
Siが熱膨脹し、これによりNi成分Niがその周囲の
金属Si成分Siによって圧縮変形されると共にその一
部が相隣る両金属Si成分Si間から食出し、この食出
し部分aによって被膜状のSi3 N4 が破られる。図面
には、食出し部分aを1個のみ示したが、現実には食出
し部分aは多数発生し、被膜状のSi3 N4 は多数箇所
で破られる。
て発生する窒化反応は発熱反応であるから金属Si成分
Siが熱膨脹し、これによりNi成分Niがその周囲の
金属Si成分Siによって圧縮変形されると共にその一
部が相隣る両金属Si成分Si間から食出し、この食出
し部分aによって被膜状のSi3 N4 が破られる。図面
には、食出し部分aを1個のみ示したが、現実には食出
し部分aは多数発生し、被膜状のSi3 N4 は多数箇所
で破られる。
【0022】このような現象は、1250℃付近におい
て発生し、この段階では金属Si成分Siの略全周にS
i3 N4 が生成されており、したがって成形体1は合成
Si3 N4 を含む中間体2に変化している。
て発生し、この段階では金属Si成分Siの略全周にS
i3 N4 が生成されており、したがって成形体1は合成
Si3 N4 を含む中間体2に変化している。
【0023】図2(f)において、窒素ガスが被膜状S
i3 N4 の破れ箇所からNi成分NiとSi成分Si回
りのSi3 N4 との間の間隙を通じて中間体2内部へ進
入し、Ni成分Ni回りのケイ化物NiSi3 に拡散し
て窒素拡散層NiSi3 −Nが生成される。
i3 N4 の破れ箇所からNi成分NiとSi成分Si回
りのSi3 N4 との間の間隙を通じて中間体2内部へ進
入し、Ni成分Ni回りのケイ化物NiSi3 に拡散し
て窒素拡散層NiSi3 −Nが生成される。
【0024】図2(g)において、窒素拡散層NiSi
3 −Nでは、前記同様にNi成分によるN成分の取籠
み、それに次ぐ解離N成分の金属Si成分への付与が行
われるのでSi3 N4 が合成される。
3 −Nでは、前記同様にNi成分によるN成分の取籠
み、それに次ぐ解離N成分の金属Si成分への付与が行
われるのでSi3 N4 が合成される。
【0025】また前記のようなSi3 N4 の合成と併行
して、図3に示すようなSi3 N4合成反応も行われ
る。説明を簡略化するため1個の金属Si粉末と1個の
Ni粉末との間で行われる反応について述べる。
して、図3に示すようなSi3 N4合成反応も行われ
る。説明を簡略化するため1個の金属Si粉末と1個の
Ni粉末との間で行われる反応について述べる。
【0026】図3(a)において、成形体を窒素ガス雰
囲気中にて昇温すると、この昇温過程でNi成分Niが
金属Si粉末内に、それを貫通するように拡散し、その
Ni成分NiとSi成分Siとが反応するので、金属S
i粉末を分割するようにケイ化物NiSi3 が生成され
る。
囲気中にて昇温すると、この昇温過程でNi成分Niが
金属Si粉末内に、それを貫通するように拡散し、その
Ni成分NiとSi成分Siとが反応するので、金属S
i粉末を分割するようにケイ化物NiSi3 が生成され
る。
【0027】図3(b)において、窒素ガスN2 がケイ
化物NiSi3 内に拡散し、そのケイ化物NiSi3 の
主として外層側が窒素拡散層NiSi3 −Nとなる。窒
素拡散層NiSi3 −Nでは、先ずNi成分とN成分と
が反応する、つまりNi成分によるN成分の取籠みが行
われるので窒化物NiNが生成される。この窒化物Ni
Nは非平衡状態にあるためN成分の解離が行われ、その
解離N成分が金属Si成分へ付与されるので、窒化が行
われてケイ化物NiSi3 の周りにSi3 N4が合成さ
れる。また金属Si粉末の表面側では金属Si成分Si
と窒素ガスN2とが反応するのでSi3 N4 が被膜状に
形成される。
化物NiSi3 内に拡散し、そのケイ化物NiSi3 の
主として外層側が窒素拡散層NiSi3 −Nとなる。窒
素拡散層NiSi3 −Nでは、先ずNi成分とN成分と
が反応する、つまりNi成分によるN成分の取籠みが行
われるので窒化物NiNが生成される。この窒化物Ni
Nは非平衡状態にあるためN成分の解離が行われ、その
解離N成分が金属Si成分へ付与されるので、窒化が行
われてケイ化物NiSi3 の周りにSi3 N4が合成さ
れる。また金属Si粉末の表面側では金属Si成分Si
と窒素ガスN2とが反応するのでSi3 N4 が被膜状に
形成される。
【0028】このような窒化反応によって金属Si粉末
は、外周部全体にSi3 N4 を有する複数の微小片に分
割される。
は、外周部全体にSi3 N4 を有する複数の微小片に分
割される。
【0029】以上の各過程を経てSi3 N4 反応焼結体
3が製造されるもので、この反応焼結体3における窒化
率Aは、Ni粉末の添加量によって変化するが、80%
<A≦98%となる。
3が製造されるもので、この反応焼結体3における窒化
率Aは、Ni粉末の添加量によって変化するが、80%
<A≦98%となる。
【0030】Si3 N4 反応焼結体製造過程において、
酸洗処理によるNi成分の溶出は図2(e)段階終了
後、したがって1次反応焼結処理終了後の中間体2に施
される。この中間体2に酸洗処理を施すと、Ni成分の
溶出を比較的効率良く、且つ十分に行うことができる。
Ni成分の溶出により生じた気孔は、2次反応焼結処理
において中間体2内部へのガス進入路として窒化に寄与
し、最終的にはSi3 N4 により埋められる。
酸洗処理によるNi成分の溶出は図2(e)段階終了
後、したがって1次反応焼結処理終了後の中間体2に施
される。この中間体2に酸洗処理を施すと、Ni成分の
溶出を比較的効率良く、且つ十分に行うことができる。
Ni成分の溶出により生じた気孔は、2次反応焼結処理
において中間体2内部へのガス進入路として窒化に寄与
し、最終的にはSi3 N4 により埋められる。
【0031】図4は、成形体における充填率Dm=0.
75において、金属Si粉末の最大粒子半径Rmaxを
10μmに設定し、また係数qを0.25〜0.6の範
囲で変化させた場合の粒度分布を示す。図4より、係数
qが大きくなるに従って曲線が立つ傾向にあり、したが
って充填率Dm=0.75を得るための最小粒子半径R
minが大きくなる傾向がある。
75において、金属Si粉末の最大粒子半径Rmaxを
10μmに設定し、また係数qを0.25〜0.6の範
囲で変化させた場合の粒度分布を示す。図4より、係数
qが大きくなるに従って曲線が立つ傾向にあり、したが
って充填率Dm=0.75を得るための最小粒子半径R
minが大きくなる傾向がある。
【0032】係数qを0.25≦q≦0.5に設定する
と、最小粒子半径側の粒子が適当な大きさとなるため、
成形体における気孔が、窒化に適するような大きさに調
節されると共にその分散が図られ、これにより効率的な
窒化が行われるのでSi3 N4 反応焼結体の高密度化お
よび高強度化が達成される。
と、最小粒子半径側の粒子が適当な大きさとなるため、
成形体における気孔が、窒化に適するような大きさに調
節されると共にその分散が図られ、これにより効率的な
窒化が行われるのでSi3 N4 反応焼結体の高密度化お
よび高強度化が達成される。
【0033】係数qがq>0.5になると、最小粒子半
径側の粒子が大きすぎるため気孔が大きくなると共にそ
の分散が不十分となり、これにより窒化効率が低下して
Si3 N4 反応焼結体の密度および強度が低くなる。一
方、係数qがq<0.25になると、最小粒子半径側の
粒子が小さすぎるため、気孔が小さくなって成形体内へ
の窒素ガスの進入が阻害され、これによりSi3 N4 反
応焼結体が低密度且つ低強度となる。
径側の粒子が大きすぎるため気孔が大きくなると共にそ
の分散が不十分となり、これにより窒化効率が低下して
Si3 N4 反応焼結体の密度および強度が低くなる。一
方、係数qがq<0.25になると、最小粒子半径側の
粒子が小さすぎるため、気孔が小さくなって成形体内へ
の窒素ガスの進入が阻害され、これによりSi3 N4 反
応焼結体が低密度且つ低強度となる。
【0034】〔例−1〕 最大粒子半径10μm、最小粒子半径0.15μm、係
数q=0.33(図4に表示)の粒度分布を有する純度
99.5%の金属Si粉末に、窒化促進用金属粉末とし
て平均粒子半径0.1μmのNi粉末を0.005重量
%≦Ni粉末≦8重量%の範囲で添加し、両粉末を十分
に湿式混合して各種原料粉末を調製した。
数q=0.33(図4に表示)の粒度分布を有する純度
99.5%の金属Si粉末に、窒化促進用金属粉末とし
て平均粒子半径0.1μmのNi粉末を0.005重量
%≦Ni粉末≦8重量%の範囲で添加し、両粉末を十分
に湿式混合して各種原料粉末を調製した。
【0035】各原料粉末を用い、加圧力120MPaの
条件下で圧縮成形を行うことにより縦6mm、横22mm、
長さ74mmの板状成形体を成形し、各成形体に110
℃、4時間の乾燥処理を施した。各成形体の充填率Dm
は0.68〜0.72(相対密度68〜72%)であっ
た。
条件下で圧縮成形を行うことにより縦6mm、横22mm、
長さ74mmの板状成形体を成形し、各成形体に110
℃、4時間の乾燥処理を施した。各成形体の充填率Dm
は0.68〜0.72(相対密度68〜72%)であっ
た。
【0036】各成形体を焼結炉内に設置して窒素ガス雰
囲気中にて昇温し、各成形体と窒素ガスとを反応させて
Si3 N4 を合成する反応焼結処理を行い、次いで炉冷
することによって各種Si3 N4 反応焼結体を得た。
囲気中にて昇温し、各成形体と窒素ガスとを反応させて
Si3 N4 を合成する反応焼結処理を行い、次いで炉冷
することによって各種Si3 N4 反応焼結体を得た。
【0037】昇温条件は、図5に示すように、昇温速度
10℃/min で650℃まで昇温してその温度に0.5
時間保持→同一昇温速度で1000℃まで昇温してその
温度に0.5時間保持→同一昇温速度で1200℃まで
昇温してその温度に0.5時間保持→同一昇温速度で1
250℃まで昇温してその温度に0.5時間保持→昇温
速度5℃/min で1350℃まで昇温してその温度に1
時間保持→昇温速度2℃/min で1400℃まで昇温し
てその温度に0.5時間保持→同一昇温速度で1450
℃まで昇温してその温度に1時間保持、に設定された。
10℃/min で650℃まで昇温してその温度に0.5
時間保持→同一昇温速度で1000℃まで昇温してその
温度に0.5時間保持→同一昇温速度で1200℃まで
昇温してその温度に0.5時間保持→同一昇温速度で1
250℃まで昇温してその温度に0.5時間保持→昇温
速度5℃/min で1350℃まで昇温してその温度に1
時間保持→昇温速度2℃/min で1400℃まで昇温し
てその温度に0.5時間保持→同一昇温速度で1450
℃まで昇温してその温度に1時間保持、に設定された。
【0038】また各種原料粉末として、前記金属Si粉
末に、前記と同一の平均粒子半径を有するCo粉末を前
記と同一の添加範囲で分散させたもの、および前記金属
Si粉末に、前記と同一の平均粒子半径を有するFe粉
末を前記と同一の添加範囲で分散させたものを調製し、
これら原料粉末を用いて前記と同一条件下で各種Si3
N4 反応焼結体を得た。
末に、前記と同一の平均粒子半径を有するCo粉末を前
記と同一の添加範囲で分散させたもの、および前記金属
Si粉末に、前記と同一の平均粒子半径を有するFe粉
末を前記と同一の添加範囲で分散させたものを調製し、
これら原料粉末を用いて前記と同一条件下で各種Si3
N4 反応焼結体を得た。
【0039】各種Si3 N4 反応焼結体について、Ni
粉末、Co粉末およびFe粉末の添加量と窒化率Aとの
関係を求めたところ、図6の結果が得られた。図中、線
NiはNi粉末を用いた場合に、線CoはCo粉末を用
いた場合に、線FeはFe粉末を用いた場合にそれぞれ
該当する。窒化率Aは、金属Si成分の窒化反応による
重量増加率が66.4%であることから、この重量増加
率を示すSi3 N4 反応焼結体の窒化率AをA=100
%として求められた。
粉末、Co粉末およびFe粉末の添加量と窒化率Aとの
関係を求めたところ、図6の結果が得られた。図中、線
NiはNi粉末を用いた場合に、線CoはCo粉末を用
いた場合に、線FeはFe粉末を用いた場合にそれぞれ
該当する。窒化率Aは、金属Si成分の窒化反応による
重量増加率が66.4%であることから、この重量増加
率を示すSi3 N4 反応焼結体の窒化率AをA=100
%として求められた。
【0040】図6から明らかなように、Ni粉末につい
てはその添加量を0.009重量%≦Ni粉末≦2.2
重量%に設定し、またCo粉末およびFe粉末について
はそれらの添加量を0.01重量%≦Co粉末またはF
e粉末≦2重量%に設定することによって、各Si3 N
4 反応焼結体の窒化率AをA>80%にすることができ
る。これら粉末の窒化促進効果はFe粉末、Co粉末、
Ni粉末の順に高くなり、Ni粉末を用いた場合には窒
化率Aを98%程度まで高めることが可能である。また
Ni粉末等の添加量を前記範囲に設定されたSi3 N4
反応焼結体には亀裂、崩壊等の欠陥は生じていなかっ
た。
てはその添加量を0.009重量%≦Ni粉末≦2.2
重量%に設定し、またCo粉末およびFe粉末について
はそれらの添加量を0.01重量%≦Co粉末またはF
e粉末≦2重量%に設定することによって、各Si3 N
4 反応焼結体の窒化率AをA>80%にすることができ
る。これら粉末の窒化促進効果はFe粉末、Co粉末、
Ni粉末の順に高くなり、Ni粉末を用いた場合には窒
化率Aを98%程度まで高めることが可能である。また
Ni粉末等の添加量を前記範囲に設定されたSi3 N4
反応焼結体には亀裂、崩壊等の欠陥は生じていなかっ
た。
【0041】なお、Ni粉末等の添加量が下限値未満と
なるか、または上限値を超えると、Si3 N4 反応焼結
体の窒化率AがA<80%となるだけでなく、その反応
焼結体が崩壊した。これは、前記下限値未満では成形体
内部の窒化反応が急速に進行するからであり、また前記
上限値を超えると、金属間化合物、即ちNiSi3 等の
生成量が増大するからであると思われる。
なるか、または上限値を超えると、Si3 N4 反応焼結
体の窒化率AがA<80%となるだけでなく、その反応
焼結体が崩壊した。これは、前記下限値未満では成形体
内部の窒化反応が急速に進行するからであり、また前記
上限値を超えると、金属間化合物、即ちNiSi3 等の
生成量が増大するからであると思われる。
【0042】Ni粉末またはCo粉末を用いたSi3 N
4 反応焼結体のうち、その窒化率AがA≧95%である
ものについて、その物性を調べたところ表1の結果が得
られた。曲げ強さは常温下での3点曲げ試験により測定
された。
4 反応焼結体のうち、その窒化率AがA≧95%である
ものについて、その物性を調べたところ表1の結果が得
られた。曲げ強さは常温下での3点曲げ試験により測定
された。
【0043】
【表1】
【0044】表1より、各Si3 N4 反応焼結体は気孔
量が少なく、高強度であることが判る。なお、Ni粉末
等の添加量が上限値を超えると、Si3 N4 反応焼結体
の強度が極端に低下し、また1%以上の熱膨脹率を生じ
る。
量が少なく、高強度であることが判る。なお、Ni粉末
等の添加量が上限値を超えると、Si3 N4 反応焼結体
の強度が極端に低下し、また1%以上の熱膨脹率を生じ
る。
【0045】〔例−2〕例−1 におけるNi粉末を分散させた各種原料粉末、C
o粉末を分散させた各種原料粉末およびFe粉末を分散
させた各種原料粉末を用いて例−1と同様の成形体を得
た。
o粉末を分散させた各種原料粉末およびFe粉末を分散
させた各種原料粉末を用いて例−1と同様の成形体を得
た。
【0046】各成形体を焼結炉内に設置して窒素ガス雰
囲気中にて昇温し、各成形体と窒素ガスとを反応させる
1次反応焼結処理を行い、次いで炉冷することによって
合成Si3 N4 を含む各種中間体を製造した。
囲気中にて昇温し、各成形体と窒素ガスとを反応させる
1次反応焼結処理を行い、次いで炉冷することによって
合成Si3 N4 を含む各種中間体を製造した。
【0047】各中間体に酸洗処理を施して、その中間体
からNi成分等を溶出させ、次いで各中間体を十分に乾
燥した。この酸洗処理には、塩酸と硝酸とを容量比で7
対3に混合した5%混酸水溶液が用いられた。
からNi成分等を溶出させ、次いで各中間体を十分に乾
燥した。この酸洗処理には、塩酸と硝酸とを容量比で7
対3に混合した5%混酸水溶液が用いられた。
【0048】各中間体を再び焼結炉内に設置して窒素ガ
ス雰囲気中にて昇温し、各中間体と窒素ガスとを反応さ
せてSi3 N4 を合成する2次反応焼結処理を行い、次
いで炉冷することによって各種Si3 N4 反応焼結体を
得た。
ス雰囲気中にて昇温し、各中間体と窒素ガスとを反応さ
せてSi3 N4 を合成する2次反応焼結処理を行い、次
いで炉冷することによって各種Si3 N4 反応焼結体を
得た。
【0049】1次反応焼結処理における昇温条件は、図
5の前半と同じである。即ち、昇温速度10℃/min で
650℃まで昇温してその温度に0.5時間保持→同一
昇温速度で1000℃まで昇温してその温度に0.5時
間保持→同一昇温速度で1200℃まで昇温してその温
度に0.5時間保持→同一昇温速度で1250℃まで昇
温してその温度に0.5時間保持、に設定された。
5の前半と同じである。即ち、昇温速度10℃/min で
650℃まで昇温してその温度に0.5時間保持→同一
昇温速度で1000℃まで昇温してその温度に0.5時
間保持→同一昇温速度で1200℃まで昇温してその温
度に0.5時間保持→同一昇温速度で1250℃まで昇
温してその温度に0.5時間保持、に設定された。
【0050】2次反応焼結処理における昇温条件は図5
の後半と略同じである。即ち、昇温速度5℃/min で1
350℃まで昇温してその温度に1時間保持→昇温速度
2℃/min で1400℃まで昇温してその温度に0.5
時間保持→同一昇温速度で1450℃まで昇温してその
温度に1時間保持、に設定された。
の後半と略同じである。即ち、昇温速度5℃/min で1
350℃まで昇温してその温度に1時間保持→昇温速度
2℃/min で1400℃まで昇温してその温度に0.5
時間保持→同一昇温速度で1450℃まで昇温してその
温度に1時間保持、に設定された。
【0051】各種Si3 N4 反応焼結体について、Ni
粉末、Co粉末およびFe粉末の添加量と窒化率Aとの
関係を求めたところ、図7の結果が得られた。図中、線
NiはNi粉末を用いた場合に、線CoはCo粉末を用
いた場合に、線FeはFe粉末を用いた場合にそれぞれ
該当する。窒化率Aは、例−1と同様の方法で求められ
た。
粉末、Co粉末およびFe粉末の添加量と窒化率Aとの
関係を求めたところ、図7の結果が得られた。図中、線
NiはNi粉末を用いた場合に、線CoはCo粉末を用
いた場合に、線FeはFe粉末を用いた場合にそれぞれ
該当する。窒化率Aは、例−1と同様の方法で求められ
た。
【0052】図7から明らかなように、Ni粉末につい
てはその添加量を0.0085重量%≦Ni粉末≦5重
量%に設定し、またCo粉末についてはその添加量を
0.0085重量%≦Co粉末≦4.5重量%に設定
し、さらにFe粉末についてはその添加量を0.01重
量%≦Fe粉末≦4重量%に設定することによって、各
Si3 N4 反応焼結体の窒化率AをA>80%にするこ
とができる。これら粉末の窒化促進効果はFe粉末、C
o粉末、Ni粉末の順に高くなり、Ni粉末を用いた場
合には、その添加量を0.03重量%≦Ni粉末≦4重
量%に、またCo粉末を用いた場合にはその添加量を
0.05重量%≦Co粉末≦0.4重量%にそれぞれ設
定することによって、Si3 N4 反応焼結体の窒化率A
をA=100%にすることができる。さらにFe粉末を
用いた場合にはその添加量を0.07重量%≦Fe粉末
≦0.3重量%に設定することによってSi3 N4 反応
焼結体の窒化率Aを97%≦A≦98%に高めることが
可能である。またNi粉末等の添加量を前記範囲に設定
されたSi3 N4 反応焼結体には亀裂、崩壊等の欠陥は
生じていなかった。
てはその添加量を0.0085重量%≦Ni粉末≦5重
量%に設定し、またCo粉末についてはその添加量を
0.0085重量%≦Co粉末≦4.5重量%に設定
し、さらにFe粉末についてはその添加量を0.01重
量%≦Fe粉末≦4重量%に設定することによって、各
Si3 N4 反応焼結体の窒化率AをA>80%にするこ
とができる。これら粉末の窒化促進効果はFe粉末、C
o粉末、Ni粉末の順に高くなり、Ni粉末を用いた場
合には、その添加量を0.03重量%≦Ni粉末≦4重
量%に、またCo粉末を用いた場合にはその添加量を
0.05重量%≦Co粉末≦0.4重量%にそれぞれ設
定することによって、Si3 N4 反応焼結体の窒化率A
をA=100%にすることができる。さらにFe粉末を
用いた場合にはその添加量を0.07重量%≦Fe粉末
≦0.3重量%に設定することによってSi3 N4 反応
焼結体の窒化率Aを97%≦A≦98%に高めることが
可能である。またNi粉末等の添加量を前記範囲に設定
されたSi3 N4 反応焼結体には亀裂、崩壊等の欠陥は
生じていなかった。
【0053】Ni粉末等の添加量を前記範囲に設定され
たSi3 N4 反応焼結体の物性を調べたところ、気孔
量、Si3 N4 の結晶形、収縮率および熱膨脹率につい
ては酸洗処理を行わなかったとき(表1)と略同様であ
ったが、Ni成分等は微細化されており、例えば、添加
量0.1重量%以下の場合にはNi成分等の大きさは4
0〜50mμであり、また強度は酸洗処理を行わなかっ
たときよりも高く、その上ばらつきも少なかった。例え
ば、0.2重量%のNi粉末を用いた場合、Si3 N4
反応焼結体における常温下での3点曲げ試験による曲げ
強さは460MPaであった。
たSi3 N4 反応焼結体の物性を調べたところ、気孔
量、Si3 N4 の結晶形、収縮率および熱膨脹率につい
ては酸洗処理を行わなかったとき(表1)と略同様であ
ったが、Ni成分等は微細化されており、例えば、添加
量0.1重量%以下の場合にはNi成分等の大きさは4
0〜50mμであり、また強度は酸洗処理を行わなかっ
たときよりも高く、その上ばらつきも少なかった。例え
ば、0.2重量%のNi粉末を用いた場合、Si3 N4
反応焼結体における常温下での3点曲げ試験による曲げ
強さは460MPaであった。
【0054】〔例−3〕 前記修整アンドレアゼンの充填式、Dm=1−(R/R
max)q に則って粒度分布を調整された純度99.5
%の金属Si粉末に、平均粒子半径0.1μmのNi粉
末を0.2重量%分散させて各種原料粉末(1)〜(1
7)を調製した。各原料粉末(1)〜(17)における
金属Si粉末の粒度分布は表2および図8に示す通りで
ある。
max)q に則って粒度分布を調整された純度99.5
%の金属Si粉末に、平均粒子半径0.1μmのNi粉
末を0.2重量%分散させて各種原料粉末(1)〜(1
7)を調製した。各原料粉末(1)〜(17)における
金属Si粉末の粒度分布は表2および図8に示す通りで
ある。
【0055】
【表2】
【0056】各原料粉末(1)〜(17)を用い、例−
2と同様の方法、つまり酸洗処理を行う方法で各種Si
3 N4 反応焼結体(1)〜(17)〔各Si3 N4 反応
焼結体(1)〜(17)は各原料粉末(1)〜(17)
に対応する〕を得た。これらSi3 N4 反応焼結体
(1)〜(17)における窒化率Aは97%≦A≦10
0%であった。
2と同様の方法、つまり酸洗処理を行う方法で各種Si
3 N4 反応焼結体(1)〜(17)〔各Si3 N4 反応
焼結体(1)〜(17)は各原料粉末(1)〜(17)
に対応する〕を得た。これらSi3 N4 反応焼結体
(1)〜(17)における窒化率Aは97%≦A≦10
0%であった。
【0057】比較のため、前記と同一純度の三種の市販
金属Si粉末に前記と同一のNi粉末を前記と同一量分
散させて三種の原料粉末(18)〜(20)を調製し
た。市販金属Si粉末において、原料粉末(18)に用
いられたものは最大粒子半径が5μmであり、また原料
粉末(19),(20)に用いられたものは最大粒子半
径がそれぞれ2.5μmであった。
金属Si粉末に前記と同一のNi粉末を前記と同一量分
散させて三種の原料粉末(18)〜(20)を調製し
た。市販金属Si粉末において、原料粉末(18)に用
いられたものは最大粒子半径が5μmであり、また原料
粉末(19),(20)に用いられたものは最大粒子半
径がそれぞれ2.5μmであった。
【0058】図9は、各市販金属Si粉末の粒度分布を
示す。本図において、各線の符号は、便宜上各原料粉末
の符号(18)〜(19)と一致させてある。図8と図
9とを比較すると、図8においては粒度調整がなされて
いるので最大粒子半径から最小粒子半径に至る変化がな
めらかな曲線を描くが、図9においては粒度調整がなさ
れていないので最大粒子半径から最小粒子半径に至る変
化がぎくしゃくした折線を描く。
示す。本図において、各線の符号は、便宜上各原料粉末
の符号(18)〜(19)と一致させてある。図8と図
9とを比較すると、図8においては粒度調整がなされて
いるので最大粒子半径から最小粒子半径に至る変化がな
めらかな曲線を描くが、図9においては粒度調整がなさ
れていないので最大粒子半径から最小粒子半径に至る変
化がぎくしゃくした折線を描く。
【0059】各原料粉末(18)〜(20)を用い、例
−2と同様の方法で各種Si3 N4反応焼結体(18)
〜(20)〔各Si3 N4 反応焼結体(18)〜(2
0)は各原料粉末(18)〜(20)に対応する〕を得
た。
−2と同様の方法で各種Si3 N4反応焼結体(18)
〜(20)〔各Si3 N4 反応焼結体(18)〜(2
0)は各原料粉末(18)〜(20)に対応する〕を得
た。
【0060】また各市販金属Si粉末を原料粉末(2
1)〜(23)として用い、例−1と同様の方法、つま
り酸洗処理を行わない方法で三種のSi3 N4 反応焼結
体(21)〜(23)〔各Si3 N4 反応焼結体(2
1)〜(23)は各原料粉末(21)〜(23)に対応
する〕を得た。この場合、各原料粉末(21)〜(2
3)は各原料粉末(18)〜(20)の金属Si粉末に
対応する。
1)〜(23)として用い、例−1と同様の方法、つま
り酸洗処理を行わない方法で三種のSi3 N4 反応焼結
体(21)〜(23)〔各Si3 N4 反応焼結体(2
1)〜(23)は各原料粉末(21)〜(23)に対応
する〕を得た。この場合、各原料粉末(21)〜(2
3)は各原料粉末(18)〜(20)の金属Si粉末に
対応する。
【0061】各Si3 N4 反応焼結体(1)〜(1
7),(18)〜(20),(21)〜(23)につい
て、常温下で3点曲げ試験を行い、それらの曲げ強さを
測定したところ、図10に示す結果が得られた。
7),(18)〜(20),(21)〜(23)につい
て、常温下で3点曲げ試験を行い、それらの曲げ強さを
測定したところ、図10に示す結果が得られた。
【0062】図10から明らかなように、各Si3 N4
反応焼結体(1)〜(17)においては、金属Si粉末
の最大粒子半径が大きくなるに従って強度が下がる傾向
があり、また同一最大粒子半径を有する金属Si粉末を
用いた場合には係数qが大きくなるに従って強度が下が
る傾向がある。
反応焼結体(1)〜(17)においては、金属Si粉末
の最大粒子半径が大きくなるに従って強度が下がる傾向
があり、また同一最大粒子半径を有する金属Si粉末を
用いた場合には係数qが大きくなるに従って強度が下が
る傾向がある。
【0063】Si3 N4 反応焼結体に対する要求強度に
もよるが、金属Si粉末としては、、最大粒子半径Rm
axが一定であるとき係数qが0.25≦q≦0.5で
ある粒度分布を有するものを用いると、高強度なSi3
N4 反応焼結体を得ることができる。
もよるが、金属Si粉末としては、、最大粒子半径Rm
axが一定であるとき係数qが0.25≦q≦0.5で
ある粒度分布を有するものを用いると、高強度なSi3
N4 反応焼結体を得ることができる。
【0064】金属Si粉末の最大粒子半径および最小粒
子半径について特に制限はないが、最大粒子半径を大き
くすると、それに伴い成形体における気孔の粗大化およ
び窒素の拡散距離の増加を招来するため、残存粗大気孔
量および未反応Si量が増す。一方、最小粒子半径を小
さくすると、それに伴い金属Si粉末の取扱い性が悪化
し、また金属Si粉末が大気中の酸素と反応して酸化膜
が形成され、この酸化膜により窒化が妨げられる。これ
らの点を考慮すると、金属Si粉末の最大粒子半径の上
限値は22μm、最小粒子半径の下限値は0.025μ
mであることが望ましい。
子半径について特に制限はないが、最大粒子半径を大き
くすると、それに伴い成形体における気孔の粗大化およ
び窒素の拡散距離の増加を招来するため、残存粗大気孔
量および未反応Si量が増す。一方、最小粒子半径を小
さくすると、それに伴い金属Si粉末の取扱い性が悪化
し、また金属Si粉末が大気中の酸素と反応して酸化膜
が形成され、この酸化膜により窒化が妨げられる。これ
らの点を考慮すると、金属Si粉末の最大粒子半径の上
限値は22μm、最小粒子半径の下限値は0.025μ
mであることが望ましい。
【0065】比較例である各Si3 N4 反応焼結体(1
8)〜(20),(21)〜(23)については、金属
Si粉末が前記のような粒度分布を有する関係から成形
体における充填率が0.48〜0.52(相対密度48
%〜52%)であって、本発明における充填率Dm=
0.68〜0.72に比べて極めて低く、また窒化率A
もNi粉末を用いたもの(18)〜(20)で58%≦
A≦65%、一方、Ni粉末を用いなかったもの(2
1)〜(23)で50%≦A≦60%と悪いことが判明
した。
8)〜(20),(21)〜(23)については、金属
Si粉末が前記のような粒度分布を有する関係から成形
体における充填率が0.48〜0.52(相対密度48
%〜52%)であって、本発明における充填率Dm=
0.68〜0.72に比べて極めて低く、また窒化率A
もNi粉末を用いたもの(18)〜(20)で58%≦
A≦65%、一方、Ni粉末を用いなかったもの(2
1)〜(23)で50%≦A≦60%と悪いことが判明
した。
【0066】これらに起因して、各Si3 N4 反応焼結
体(18)〜(20),(21)〜(23)の強度は、
粒度分布を前記のように調整された金属Si粉末を用い
た各Si3 N4 反応焼結体(1)〜(17)に比べて低
くなる。
体(18)〜(20),(21)〜(23)の強度は、
粒度分布を前記のように調整された金属Si粉末を用い
た各Si3 N4 反応焼結体(1)〜(17)に比べて低
くなる。
【0067】
【発明の効果】本発明によれば、金属Si粉末に、窒化
促進用金属粉末としてNi粉末、Co粉末またはFe粉
末を特定量分散させた原料粉末を用い、またNi成分等
が溶出して形成される気孔を、2次反応焼結処理におい
て中間体内部へのガス進入路として利用すべく、製造過
程に酸洗処理を組込み、さらに成形体における気孔の大
きさおよび気孔の分散を窒化に最適な状態にすべく、金
属Si粉末の粒度分布を特定することによって、高密度
化および高強度化を達成されたSi3 N4 反応焼結体を
得ることができる。
促進用金属粉末としてNi粉末、Co粉末またはFe粉
末を特定量分散させた原料粉末を用い、またNi成分等
が溶出して形成される気孔を、2次反応焼結処理におい
て中間体内部へのガス進入路として利用すべく、製造過
程に酸洗処理を組込み、さらに成形体における気孔の大
きさおよび気孔の分散を窒化に最適な状態にすべく、金
属Si粉末の粒度分布を特定することによって、高密度
化および高強度化を達成されたSi3 N4 反応焼結体を
得ることができる。
【図1】Si3 N4 反応焼結体の製造過程の前半を示す
説明図である。
説明図である。
【図2】Si3 N4 反応焼結体の製造過程の後半を示す
説明図である。
説明図である。
【図3】Si3 N4 反応焼結体の製造過程の要部を示す
説明図である。
説明図である。
【図4】金属Si粉末の粒度分布の一例を示すグラフで
ある。
ある。
【図5】Si3 N4 反応焼結体の昇温条件を示すグラフ
である。
である。
【図6】Ni粉末、Co粉末またはFe粉末の添加量と
窒化率との関係の一例を示すグラフである。
窒化率との関係の一例を示すグラフである。
【図7】Ni粉末、Co粉末またはFe粉末の添加量と
窒化率との関係の他例を示すグラフである。
窒化率との関係の他例を示すグラフである。
【図8】金属Si粉末の粒度分布の他例を示すグラフで
ある。
ある。
【図9】市販金属Si粉末の粒度分布を示すグラフであ
る。
る。
【図10】金属Si粉末の最大粒子半径と曲げ強さとの
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 直樹 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−207874(JP,A) 特表 昭59−501823(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/584 - 35/596 C04B 35/65
Claims (3)
- 【請求項1】 金属Si粉末として、それの粒度分布
が、修整アンドレアゼン(Andreasen)の充填式 Dm=1−(R/Rmax) q (ただし、Rmaxは最大粒子半径、Rは任意の粒子半
径、qは係数、Dmは最大粒子半径Rmaxから任意の
粒子半径Rまでの粒子を用いて得られた成形体における
充填率であって、Dm≦0.75である)において、最
大粒子半径Rmaxが一定であるとき、係数qが0.2
5≦q≦0.5となるように設定されたものを用意し、
その金属Si粉末に、窒化促進用金属粉末としてNi粉
末を0.0085重量%≦Ni粉末≦5重量%分散させ
た原料粉末を用いて成形体を成形する工程と、前記成形
体と窒素ガスとを反応させる1次反応焼結処理を行うこ
とにより合成窒化ケイ素を含む中間体を得る工程と、前
記中間体に酸洗処理を施してその中間体からNi成分を
溶出させる工程と、前記中間体と窒素ガスとを反応させ
て窒化ケイ素を合成する2次反応焼結処理を行う工程と
を順次行うことを特徴とする 窒化ケイ素反応焼結体の製
造方法。 - 【請求項2】 金属Si粉末として、それの粒度分布
が、修整アンドレアゼン(Andreasen)の充填式 Dm=1−(R/Rmax) q (ただし、Rmaxは最大粒子半径、Rは任意の粒子半
径、qは係数、Dmは最大粒子半径Rmaxから任意の
粒子半径Rまでの粒子を用いて得られた成形体における
充填率であって、Dm≦0.75である)において、最
大粒子半径Rmaxが一定であるとき、係数qが0.2
5≦q≦0.5となるように設定されたものを用意し、
その金属Si粉末に、窒化促進用金属粉末としてCo粉
末を0.0085重量%≦Co粉末≦4.5重量%分散
させた原料粉末を用いて成形体を成形する工程と、前記
成形体と窒素ガスとを反応させる1次反応焼結処理を行
うことにより合成窒化ケイ素を含む中間体を得る工程
と、前記中間体に酸洗処理を施してその中間体からCo
成分を溶出させる工程と 、前記中間体と窒素ガスとを反
応させて窒化ケイ素を合成する2次反応焼結処理を行う
工程とを順次行うことを特徴とする 窒化ケイ素反応焼結
体の製造方法。 - 【請求項3】 金属Si粉末として、それの粒度分布
が、修整アンドレアゼン(Andreasen)の充填式 Dm=1−(R/Rmax) q (ただし、Rmaxは最大粒子半径、Rは任意の粒子半
径、qは係数、Dmは最大粒子半径Rmaxから任意の
粒子半径Rまでの粒子を用いて得られた成形体における
充填率であって、Dm≦0.75である)において、最
大粒子半径Rmaxが一定であるとき係数qが0.25
≦q≦0.5となるように設定されたものを用意し、そ
の金属Si粉末に、窒化促進用金属粉末としてFe粉末
を0.01重量%≦Fe粉末≦4重量%分散させた原料
粉末を用いて成形体を成形する工程と、前記成形体と窒
素ガスとを反応させる1次反応焼結処理を行うことによ
り合成窒化ケイ素を含む中間体を得る工程と、前記中間
体に酸洗処理を施してその中間体からFe成分を溶出さ
せる工程と、前記中間体と窒素ガスとを反応させて窒化
ケイ素を合成する2次反応焼結処理を行う工程とを順次
行うことを特徴とする 窒化ケイ素反応焼結体の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14173392A JP3214729B2 (ja) | 1992-06-02 | 1992-06-02 | 窒化ケイ素反応焼結体の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05330921A JPH05330921A (ja) | 1993-12-14 |
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FR3045598B1 (fr) * | 2015-12-21 | 2018-01-12 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procede de fabrication d'une ceramique a partir d'une reaction chimique |
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- 1992-06-02 JP JP14173392A patent/JP3214729B2/ja not_active Expired - Fee Related
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