JPH082974A - 窒化珪素焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化珪素焼結体の製造方法Info
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- JPH082974A JPH082974A JP6137071A JP13707194A JPH082974A JP H082974 A JPH082974 A JP H082974A JP 6137071 A JP6137071 A JP 6137071A JP 13707194 A JP13707194 A JP 13707194A JP H082974 A JPH082974 A JP H082974A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/593—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering
- C04B35/5935—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering obtained by gas pressure sintering
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 窒化珪素原料粉末の原料ロット間におけるβ
型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ1 （％）が６５
％以下の窒化珪素原料粉末を用いる窒化珪素焼結体の製
造方法。焼結過程において、窒化珪素焼結体の表面近傍
と焼結体の中心部におけるβ型窒化珪素の重量分率のバ
ラツキδＮβ2 （％）が常に６５％以下となるように、
焼成スケジュールを制御する窒化珪素焼結体の製造方
法。 【効果】 再現性よく、安定して高温高強度など特性の
良好な窒化珪素焼結体を製造することができる。製品群
全体において密度、強度等特性のバラツキを極力抑えた
窒化珪素焼結体を製造することができる。
型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ1 （％）が６５
％以下の窒化珪素原料粉末を用いる窒化珪素焼結体の製
造方法。焼結過程において、窒化珪素焼結体の表面近傍
と焼結体の中心部におけるβ型窒化珪素の重量分率のバ
ラツキδＮβ2 （％）が常に６５％以下となるように、
焼成スケジュールを制御する窒化珪素焼結体の製造方
法。 【効果】 再現性よく、安定して高温高強度など特性の
良好な窒化珪素焼結体を製造することができる。製品群
全体において密度、強度等特性のバラツキを極力抑えた
窒化珪素焼結体を製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、高温においても高強
度な窒化珪素焼結体を得ることができる製造方法、更に
詳しくは、窒化珪素原料粉末の特性を制御して高温高強
度な窒化珪素焼結体を製造する方法に関する。
度な窒化珪素焼結体を得ることができる製造方法、更に
詳しくは、窒化珪素原料粉末の特性を制御して高温高強
度な窒化珪素焼結体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、窒化珪素焼結体は、高強度、高
靱性、高耐熱性、高耐食性などの優れた特性を有するた
め、構造材料や機械部品としての使用が急拡大してい
る。このような窒化珪素焼結体は、一般に窒化珪素原料
粉末に、Ｙ2 Ｏ3 、Ａｌ2Ｏ3 等の焼結助剤を所定量添
加して焼成することにより製造されている。
靱性、高耐熱性、高耐食性などの優れた特性を有するた
め、構造材料や機械部品としての使用が急拡大してい
る。このような窒化珪素焼結体は、一般に窒化珪素原料
粉末に、Ｙ2 Ｏ3 、Ａｌ2Ｏ3 等の焼結助剤を所定量添
加して焼成することにより製造されている。
【０００３】 最近になり、窒化珪素原料粉末の特性に
より、得られる焼結体の特性が微妙に影響されることが
分かってきた。すなわち、窒化珪素の結晶形態には、α
相からなるα型窒化珪素とβ相からなるβ型窒化珪素の
２種類が存在するが、従来からの研究の結果、焼結体の
製造原料としては、α型窒化珪素の含有率が８５％以上
の窒化珪素原料粉末が望ましいといわれている。
より、得られる焼結体の特性が微妙に影響されることが
分かってきた。すなわち、窒化珪素の結晶形態には、α
相からなるα型窒化珪素とβ相からなるβ型窒化珪素の
２種類が存在するが、従来からの研究の結果、焼結体の
製造原料としては、α型窒化珪素の含有率が８５％以上
の窒化珪素原料粉末が望ましいといわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、この
ようなα型窒化珪素の含有率８５％以上の窒化珪素原料
粉末を用いて焼結体を製造した場合であっても、原料ロ
ット間において生じている微妙な特性のバラツキに起因
して、得られる焼結体の特性に大きな相違、バラツキが
生じることがあり、再現性よく、安定して高温高強度な
窒化珪素焼結体を製造することができないという問題が
あった。
ようなα型窒化珪素の含有率８５％以上の窒化珪素原料
粉末を用いて焼結体を製造した場合であっても、原料ロ
ット間において生じている微妙な特性のバラツキに起因
して、得られる焼結体の特性に大きな相違、バラツキが
生じることがあり、再現性よく、安定して高温高強度な
窒化珪素焼結体を製造することができないという問題が
あった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】 そこで、本発明者は上
記した問題を解決し、再現性よく安定して特性の良い窒
化珪素焼結体を得るため種々検討行なった結果、窒化珪
素原料粉末中のβ型窒化珪素の重量分率が所定のもの
で、かつ原料ロット間のバラツキを所定範囲にすること
により、上記の問題を解決できることを見出し、本発明
に到達した。
記した問題を解決し、再現性よく安定して特性の良い窒
化珪素焼結体を得るため種々検討行なった結果、窒化珪
素原料粉末中のβ型窒化珪素の重量分率が所定のもの
で、かつ原料ロット間のバラツキを所定範囲にすること
により、上記の問題を解決できることを見出し、本発明
に到達した。
【０００６】 即ち、本発明によれば、下記(1）式及び
下記(2）式で表わされる窒化珪素原料粉末の原料ロット
間におけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ1
（％）を６５％以下の窒化珪素原料粉末を用いることを
特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法（第一発明）が提
供される。
下記(2）式で表わされる窒化珪素原料粉末の原料ロット
間におけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ1
（％）を６５％以下の窒化珪素原料粉末を用いることを
特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法（第一発明）が提
供される。
【０００７】 β型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）＝ 〔β型窒化珪素(wt%) ／（α型窒化珪素(wt%) ＋β型窒化珪素(wt%) ）〕 ×１００ …(1) δＮβ1 （％）＝〔（Ｎβ（％）の最大値−Ｎβ（％）の最小値） ／Ｎβ（％）の平均値〕×１００ …(2) なお、ここでいう原料ロットとは、混合等の均一化操作
を行なった見掛け上均質とみなされる原料の単位をい
う。また、本発明では、β型窒化珪素の重量分率のバラ
ツキδＮβ1 （％）が上記で規定する範囲になるよう
に、原料ロット間の窒化珪素原料粉末を混合して使用す
ることによっても、密度、強度等特性のバラツキを極力
抑えた窒化珪素焼結体を製造することができ、好まし
い。
を行なった見掛け上均質とみなされる原料の単位をい
う。また、本発明では、β型窒化珪素の重量分率のバラ
ツキδＮβ1 （％）が上記で規定する範囲になるよう
に、原料ロット間の窒化珪素原料粉末を混合して使用す
ることによっても、密度、強度等特性のバラツキを極力
抑えた窒化珪素焼結体を製造することができ、好まし
い。
【０００８】 さらに本発明によれば、焼結過程におい
て、下記(3）式及び(4)式で表わされる窒化珪素焼結体
の表面近傍と焼結体の中心部におけるβ型窒化珪素の重
量分率のバラツキδＮβ2 （％）が常に６５％以下とな
るように、焼成スケジュールを制御することを特徴とす
る窒化珪素焼結体の製造方法（第二発明）が提供され
る。 焼結体中のβ型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）＝ 〔β型窒化珪素(wt%) ／（α型窒化珪素(wt%) ＋β型窒化珪素(wt%) ）〕 ×１００ …(3) δＮβ2 （％）＝ 〔（焼結体表面近傍のＮβ（％）−焼結体中心部のＮβ（％）） ／Ｎβ（％）の平均値〕×１００ …(4)
て、下記(3）式及び(4)式で表わされる窒化珪素焼結体
の表面近傍と焼結体の中心部におけるβ型窒化珪素の重
量分率のバラツキδＮβ2 （％）が常に６５％以下とな
るように、焼成スケジュールを制御することを特徴とす
る窒化珪素焼結体の製造方法（第二発明）が提供され
る。 焼結体中のβ型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）＝ 〔β型窒化珪素(wt%) ／（α型窒化珪素(wt%) ＋β型窒化珪素(wt%) ）〕 ×１００ …(3) δＮβ2 （％）＝ 〔（焼結体表面近傍のＮβ（％）−焼結体中心部のＮβ（％）） ／Ｎβ（％）の平均値〕×１００ …(4)
【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。本願の第
一発明における窒化珪素焼結体の製造方法では、窒化珪
素原料粉末の原料ロット間におけるβ型窒化珪素の重量
分率のバラツキδＮβ1 （％）を６５％以下、好ましく
は５０％以下、更に好ましくは２８％以下の窒化珪素原
料粉末を用いる。しかも、窒化珪素原料粉末中における
β型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）は３．０％以下が好
ましく、さらに好ましくは１．８〜２．８％の範囲の窒
化珪素原料粉末を使用する。
一発明における窒化珪素焼結体の製造方法では、窒化珪
素原料粉末の原料ロット間におけるβ型窒化珪素の重量
分率のバラツキδＮβ1 （％）を６５％以下、好ましく
は５０％以下、更に好ましくは２８％以下の窒化珪素原
料粉末を用いる。しかも、窒化珪素原料粉末中における
β型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）は３．０％以下が好
ましく、さらに好ましくは１．８〜２．８％の範囲の窒
化珪素原料粉末を使用する。
【００１０】 各原料ロット間のバラツキδＮβ1
（％）が６５％を超えると、たとえβ型窒化珪素の重量
分率Ｎβ（％）が３．０％以下の窒化珪素原料粉末を用
いた場合であっても、同一製造条件で製造した場合の製
品群の密度、強度のバラツキが大きくなる。また、β型
窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）が３．０％を超えると、
焼結時のα→β相転移に伴う柱状結晶の成長が抑制さ
れ、アスペクト比の高い柱状結晶の割合が減少するた
め、窒化珪素焼結体の高温強度が低下する傾向にある。
（％）が６５％を超えると、たとえβ型窒化珪素の重量
分率Ｎβ（％）が３．０％以下の窒化珪素原料粉末を用
いた場合であっても、同一製造条件で製造した場合の製
品群の密度、強度のバラツキが大きくなる。また、β型
窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）が３．０％を超えると、
焼結時のα→β相転移に伴う柱状結晶の成長が抑制さ
れ、アスペクト比の高い柱状結晶の割合が減少するた
め、窒化珪素焼結体の高温強度が低下する傾向にある。
【００１１】 又、ある場合には、原料ロット間の窒化
珪素原料粉末を混合して使用する必要が生じることが起
こる。その場合、本発明では、β型窒化珪素の重量分率
のバラツキδＮβ1 （％）が６５％以下になるように、
また好ましくは、β型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）が
３．０％以下になるように、原料ロット間の窒化珪素原
料粉末を均一混合して使用することによって、密度、強
度等特性のバラツキを極力抑えた窒化珪素焼結体を製造
することができる。
珪素原料粉末を混合して使用する必要が生じることが起
こる。その場合、本発明では、β型窒化珪素の重量分率
のバラツキδＮβ1 （％）が６５％以下になるように、
また好ましくは、β型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）が
３．０％以下になるように、原料ロット間の窒化珪素原
料粉末を均一混合して使用することによって、密度、強
度等特性のバラツキを極力抑えた窒化珪素焼結体を製造
することができる。
【００１２】 なお、本願において、窒化珪素原料粉末
中におけるβ型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）は、粉末
Ｘ線回折パターンのリートベルト解析〔ジャーナル・オ
ブ・マテリアルズ・サイエンス １９巻の３１１５〜３
１２０頁（F.Izumi, M.Mitomo and y.Bando 著、１９８
４年出版）参照〕により求めた値である。従来の粉末Ｘ
線回折手法では、５重量％以下の微小成分の割合を精度
良く測定することが困難であり、例えばＮβ（％）が
３．０％以下の窒化珪素原料粉末を再現性良く製造する
ことはできない。上記のリートベルト解析によれば、微
量の結晶相を精度良く定量することができる。
中におけるβ型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）は、粉末
Ｘ線回折パターンのリートベルト解析〔ジャーナル・オ
ブ・マテリアルズ・サイエンス １９巻の３１１５〜３
１２０頁（F.Izumi, M.Mitomo and y.Bando 著、１９８
４年出版）参照〕により求めた値である。従来の粉末Ｘ
線回折手法では、５重量％以下の微小成分の割合を精度
良く測定することが困難であり、例えばＮβ（％）が
３．０％以下の窒化珪素原料粉末を再現性良く製造する
ことはできない。上記のリートベルト解析によれば、微
量の結晶相を精度良く定量することができる。
【００１３】 また、本願の第二発明では、その焼結過
程において、窒化珪素焼結体の表面近傍と焼結体の中心
部におけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ2
（％）が常に６５％以下、望ましくは５０％以下、さら
に望ましくは２８％以下となるように、焼成スケジュー
ルを制御する。この場合、窒化珪素焼結体の表面近傍は
中心部より温度が高くなるので、β型窒化珪素の重量分
率Ｎβ（％）が中心部に比して大きくなる。このように
すると、得られる窒化珪素焼結体の強度等の特性のバラ
ツキを抑え、得られる製品群全体のバラツキを極力低下
させることができる。本発明者が検討・確認したとこ
ろ、焼結過程において、窒化珪素焼結体中のバラツキδ
Ｎβ2 （％）が６５％を超えると、特に肉厚焼結体を製
造する場合において、焼結体の内部と外部で焼成雰囲
気、条件に差が生じて、α相→β相への相変態速度に差
が生じ易く、そのために内部と外部に緻密化の程度に不
均一が発生し、製品内部に密度、強度などの品質上の不
均一が生じる。
程において、窒化珪素焼結体の表面近傍と焼結体の中心
部におけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ2
（％）が常に６５％以下、望ましくは５０％以下、さら
に望ましくは２８％以下となるように、焼成スケジュー
ルを制御する。この場合、窒化珪素焼結体の表面近傍は
中心部より温度が高くなるので、β型窒化珪素の重量分
率Ｎβ（％）が中心部に比して大きくなる。このように
すると、得られる窒化珪素焼結体の強度等の特性のバラ
ツキを抑え、得られる製品群全体のバラツキを極力低下
させることができる。本発明者が検討・確認したとこ
ろ、焼結過程において、窒化珪素焼結体中のバラツキδ
Ｎβ2 （％）が６５％を超えると、特に肉厚焼結体を製
造する場合において、焼結体の内部と外部で焼成雰囲
気、条件に差が生じて、α相→β相への相変態速度に差
が生じ易く、そのために内部と外部に緻密化の程度に不
均一が発生し、製品内部に密度、強度などの品質上の不
均一が生じる。
【００１４】 第二発明の製造方法では、第一発明と異
なり、窒化珪素原料粉末中におけるβ型窒化珪素の重量
分率や、窒化珪素原料粉末の原料ロット間におけるβ型
窒化珪素の重量分率のバラツキを所定範囲内のものとす
る必要はない。即ち、そのような特定の窒化珪素原料粉
末を使用する必要はない。あくまで、焼成過程におい
て、窒化珪素焼結体中のバラツキを上記した６５％以下
に制御すればよい。
なり、窒化珪素原料粉末中におけるβ型窒化珪素の重量
分率や、窒化珪素原料粉末の原料ロット間におけるβ型
窒化珪素の重量分率のバラツキを所定範囲内のものとす
る必要はない。即ち、そのような特定の窒化珪素原料粉
末を使用する必要はない。あくまで、焼成過程におい
て、窒化珪素焼結体中のバラツキを上記した６５％以下
に制御すればよい。
【００１５】 焼結過程において、窒化珪素焼結体中の
バラツキを６５％以下に制御する具体的な方法として
は、例えば、焼成途中において、所定温度でのキープ
（温度保持）を行なうことが挙げられる。焼成中には焼
成炉の温度分布、熱伝導や焼結体中の温度の不均一が生
じ、このため焼結体の内部と外部で結晶相の不均一が生
じ易いことから、焼成途中での温度キープによりこの不
均一を解消することができる。上記所定温度でのキープ
の温度、回数は特に制限されない。焼結助剤、窒化珪素
原料ロットにより、適当な条件に設定できる。例えば、
焼結体の内部と外部で結晶相の不均一が発生し始める温
度でキープすることが挙げられる。また、昇温速度の変
更や一時的な降温も有効な方法である。これらの条件
は、製造に先立つ先行試験により設定できる。従って、
これらの条件は、製品の炉内での設置方法、炉内雰囲
気、窯の種類、能力などにより異なるため、一概には設
定できないものである。
バラツキを６５％以下に制御する具体的な方法として
は、例えば、焼成途中において、所定温度でのキープ
（温度保持）を行なうことが挙げられる。焼成中には焼
成炉の温度分布、熱伝導や焼結体中の温度の不均一が生
じ、このため焼結体の内部と外部で結晶相の不均一が生
じ易いことから、焼成途中での温度キープによりこの不
均一を解消することができる。上記所定温度でのキープ
の温度、回数は特に制限されない。焼結助剤、窒化珪素
原料ロットにより、適当な条件に設定できる。例えば、
焼結体の内部と外部で結晶相の不均一が発生し始める温
度でキープすることが挙げられる。また、昇温速度の変
更や一時的な降温も有効な方法である。これらの条件
は、製造に先立つ先行試験により設定できる。従って、
これらの条件は、製品の炉内での設置方法、炉内雰囲
気、窯の種類、能力などにより異なるため、一概には設
定できないものである。
【００１６】 ここで、焼成スケジュールの具体的な制
御方法を説明する。まず、窒化珪素焼結体中におけるβ
型窒化珪素の重量分率は、例えば、アメリカン セラミ
ック ソサイアティ(American Ceramic Society)発行の
「CeramicTransactions,Vol.7,1990,674-686 頁」に記
載されている方法を応用して測定することができる。即
ち、図４のように焼成途中で試料に急冷をかけ、急冷前
の温度の焼結体の状態を凍結することによって、図５に
示すように、焼結体中のβ型窒化珪素の重量分率を知る
ことができる。従って、急冷する温度を焼成スケジュー
ルに沿って連続的に変化させることによって、焼成途中
の状態を室温にて観測することができる。ただし、急冷
は５０００℃/hr 程度に急激である必要がある。急冷速
度が小さい場合には、焼結の進展や焼結体中の冷却の不
均一が生じ、測定精度を低下させることがあるからであ
る。そして、窒化珪素焼結体中の結晶相の測定は、窒化
珪素原料粉末に対してと同様のＸ線回折法（微量成分の
結晶相の場合にはリートベルト解析法）を適用して行な
う。
御方法を説明する。まず、窒化珪素焼結体中におけるβ
型窒化珪素の重量分率は、例えば、アメリカン セラミ
ック ソサイアティ(American Ceramic Society)発行の
「CeramicTransactions,Vol.7,1990,674-686 頁」に記
載されている方法を応用して測定することができる。即
ち、図４のように焼成途中で試料に急冷をかけ、急冷前
の温度の焼結体の状態を凍結することによって、図５に
示すように、焼結体中のβ型窒化珪素の重量分率を知る
ことができる。従って、急冷する温度を焼成スケジュー
ルに沿って連続的に変化させることによって、焼成途中
の状態を室温にて観測することができる。ただし、急冷
は５０００℃/hr 程度に急激である必要がある。急冷速
度が小さい場合には、焼結の進展や焼結体中の冷却の不
均一が生じ、測定精度を低下させることがあるからであ
る。そして、窒化珪素焼結体中の結晶相の測定は、窒化
珪素原料粉末に対してと同様のＸ線回折法（微量成分の
結晶相の場合にはリートベルト解析法）を適用して行な
う。
【００１７】 次に、本発明で用いる窒化珪素原料粉末
は、金属珪素粉末の直接窒化法、シリカ粉末の還元窒化
法、イミド分解法等、種々の方法で製造することができ
るが、結晶相の割合、内部酸素量、一次粒子径、二次粒
子径、比表面積等の粉末特性を任意に調整できるイミド
分解法が最適である。イミド分解法では、例えば、シリ
コンイミドの熱分解生成物であるアモルファス窒化珪素
を焼成して結晶化させる際の焼成条件（充填密度、昇温
速度、最高保持温度、保持時間等）を所定に設定するこ
とにより、その粉末特性を制御することができる。
は、金属珪素粉末の直接窒化法、シリカ粉末の還元窒化
法、イミド分解法等、種々の方法で製造することができ
るが、結晶相の割合、内部酸素量、一次粒子径、二次粒
子径、比表面積等の粉末特性を任意に調整できるイミド
分解法が最適である。イミド分解法では、例えば、シリ
コンイミドの熱分解生成物であるアモルファス窒化珪素
を焼成して結晶化させる際の焼成条件（充填密度、昇温
速度、最高保持温度、保持時間等）を所定に設定するこ
とにより、その粉末特性を制御することができる。
【００１８】 本発明では、上記した特定の窒化珪素原
料粉末を用い、これにＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ
3 等の焼結助剤を所定量添加混合し、所定の形状に成形
した後、所定の焼成条件で焼成することにより、窒化珪
素焼結体を製造することができる。ここで、焼成条件と
しては、通常、焼成温度が１７００〜２０００℃、焼成
雰囲気が窒素中の常圧または９．８ａｔｍまでの圧力
下、焼成時間が１〜８時間である。
料粉末を用い、これにＹ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ
3 等の焼結助剤を所定量添加混合し、所定の形状に成形
した後、所定の焼成条件で焼成することにより、窒化珪
素焼結体を製造することができる。ここで、焼成条件と
しては、通常、焼成温度が１７００〜２０００℃、焼成
雰囲気が窒素中の常圧または９．８ａｔｍまでの圧力
下、焼成時間が１〜８時間である。
【００１９】 本発明で製造される窒化珪素焼結体は、
特に高温強度が大きく、ばらつきが小さいことから、高
温で使用され、特に高い強度信頼性を要求されるディー
ゼル、ガスタービンなどの熱機関用の高温構造材料や機
械部品として好適に使用することができる。
特に高温強度が大きく、ばらつきが小さいことから、高
温で使用され、特に高い強度信頼性を要求されるディー
ゼル、ガスタービンなどの熱機関用の高温構造材料や機
械部品として好適に使用することができる。
【００２０】
【実施例】 次に、本発明を実施例に基づき更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。 （実施例１〜９、比較例１〜３）表１に示すβ型窒化珪
素の重量分率Ｎβ（％）およびそのバラツキδＮβ1
（％）を有するＮｏ．１〜５の５種類の原料ロットのそ
れぞれの窒化珪素原料粉末に、Ｙ2 Ｏ3 ３重量％とＡ
ｌ2 Ｏ3 ７重量％を加えて混合粉末とし、粉末総量に
対し５０重量％の水分を添加し、ポットミルにて２４時
間分散混合した。次いで、得られたスラリーをスプレー
ドライ法により造粒して成形用粉末を得た。次に、この
成形用粉末を成形圧力１ton/cm3 で静水圧加圧（ＣＩ
Ｐ）成形を行なった。得られた成形体を、９kg/cm2のＮ
2 雰囲気中１９００℃で３時間焼成して窒化珪素焼結体
を得た。
説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもので
はない。 （実施例１〜９、比較例１〜３）表１に示すβ型窒化珪
素の重量分率Ｎβ（％）およびそのバラツキδＮβ1
（％）を有するＮｏ．１〜５の５種類の原料ロットのそ
れぞれの窒化珪素原料粉末に、Ｙ2 Ｏ3 ３重量％とＡ
ｌ2 Ｏ3 ７重量％を加えて混合粉末とし、粉末総量に
対し５０重量％の水分を添加し、ポットミルにて２４時
間分散混合した。次いで、得られたスラリーをスプレー
ドライ法により造粒して成形用粉末を得た。次に、この
成形用粉末を成形圧力１ton/cm3 で静水圧加圧（ＣＩ
Ｐ）成形を行なった。得られた成形体を、９kg/cm2のＮ
2 雰囲気中１９００℃で３時間焼成して窒化珪素焼結体
を得た。
【００２１】 得られた窒化珪素焼結体について、その
到達密度、室温時の曲げ強度および１３００℃の曲げ強
度を測定した。なお、曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１
に従って測定した。結果を表２〜４及び図１〜図３に示
す。
到達密度、室温時の曲げ強度および１３００℃の曲げ強
度を測定した。なお、曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１
に従って測定した。結果を表２〜４及び図１〜図３に示
す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】 これらの結果から明らかなように、原料
ロット毎の窒化珪素原料粉末中におけるβ型窒化珪素の
重量分率Ｎβ（％）のバラツキδＮβ1 （％）が６５％
以下の窒化珪素原料粉末を用いて焼結体を製造した場合
には、室温および高温において強度が大きく、均質な焼
結体が得られることがわかる。さらにβ型窒化珪素の重
量分率Ｎβ（％）が３．０％以下がより好ましいことが
わかる。
ロット毎の窒化珪素原料粉末中におけるβ型窒化珪素の
重量分率Ｎβ（％）のバラツキδＮβ1 （％）が６５％
以下の窒化珪素原料粉末を用いて焼結体を製造した場合
には、室温および高温において強度が大きく、均質な焼
結体が得られることがわかる。さらにβ型窒化珪素の重
量分率Ｎβ（％）が３．０％以下がより好ましいことが
わかる。
【００２７】（実施例１０〜１５、比較例４〜７）表５
に示すβ型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）およびそのバ
ラツキδＮβ1 （％）を有する窒化珪素原料粉末を用い
た以外は、実施例１〜９と同様に混合、成形し、直径８
０mm、厚さ２５mmの円盤状成形体を得た。
に示すβ型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）およびそのバ
ラツキδＮβ1 （％）を有する窒化珪素原料粉末を用い
た以外は、実施例１〜９と同様に混合、成形し、直径８
０mm、厚さ２５mmの円盤状成形体を得た。
【００２８】 得られた成形体を、９kg/cm2のＮ2 雰囲
気中、図６及び表５に示す焼成スケジュールにて焼結し
た。なお、焼結過程において、表６に示すように、１６
００℃、１７００℃、１８００℃及び１９００℃で急冷
し、その状態での焼結体の内部（厚みの中心部）と表面
近傍から、厚さ４mm×３mm×４０mmの試験片を切り出
し、結晶相を測定してβ型窒化珪素の重量分率Ｎβとそ
のバラツキδＮβ2 を測定した。また、焼結後の試料に
ついても同様にして試験片を切り出し、密度、室温時の
曲げ強度および１３００℃の曲げ強度を測定した。な
お、曲げ強度はＪＩＳ Ｒ １６０１に従って測定し
た。結果を表７に示す。この結果から、焼成途中にバラ
ツキδＮβ2 が６５％を超えるものは、焼結体中での特
性（密度、強度）のバラツキが大きくなることがわか
る。
気中、図６及び表５に示す焼成スケジュールにて焼結し
た。なお、焼結過程において、表６に示すように、１６
００℃、１７００℃、１８００℃及び１９００℃で急冷
し、その状態での焼結体の内部（厚みの中心部）と表面
近傍から、厚さ４mm×３mm×４０mmの試験片を切り出
し、結晶相を測定してβ型窒化珪素の重量分率Ｎβとそ
のバラツキδＮβ2 を測定した。また、焼結後の試料に
ついても同様にして試験片を切り出し、密度、室温時の
曲げ強度および１３００℃の曲げ強度を測定した。な
お、曲げ強度はＪＩＳ Ｒ １６０１に従って測定し
た。結果を表７に示す。この結果から、焼成途中にバラ
ツキδＮβ2 が６５％を超えるものは、焼結体中での特
性（密度、強度）のバラツキが大きくなることがわか
る。
【００２９】
【表５】
【００３０】
【表６】
【００３１】
【表７】
【００３２】
【発明の効果】 以上説明したように、請求項１〜２の
製造方法によれば、窒化珪素原料粉末の原料ロット間に
おけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツキを所定以下に
小さくしたので、再現性よく、安定して高温高強度など
特性の良好な窒化珪素焼結体を製造することができると
いう利点を有する。また、請求項３の製造方法によれ
ば、焼結過程において、窒化珪素焼結体の表面近傍と焼
結体の中心部におけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツ
キを所定以下になるように焼成スケジュールを制御した
ので、高温高強度で、製品群全体において密度、強度等
特性のバラツキを極力抑えた窒化珪素焼結体を製造する
ことができる。
製造方法によれば、窒化珪素原料粉末の原料ロット間に
おけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツキを所定以下に
小さくしたので、再現性よく、安定して高温高強度など
特性の良好な窒化珪素焼結体を製造することができると
いう利点を有する。また、請求項３の製造方法によれ
ば、焼結過程において、窒化珪素焼結体の表面近傍と焼
結体の中心部におけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツ
キを所定以下になるように焼成スケジュールを制御した
ので、高温高強度で、製品群全体において密度、強度等
特性のバラツキを極力抑えた窒化珪素焼結体を製造する
ことができる。
【図１】 表２に示すバラツキδＮβ1 と到達密度の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図２】 表３に示すバラツキδＮβ1 と室温強度の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図３】 表４に示すバラツキδＮβ1 と高温強度の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図４】 焼成途中で試料に急冷をかける例を示すグラ
フである。
フである。
【図５】 焼成途中におけるβ型窒化珪素の重量分率の
例を示すグラフである。
例を示すグラフである。
【図６】 実施例１０〜１５、比較例４〜７の焼成スケ
ジュールを示すグラフである。
ジュールを示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項１】 下記(1) 式及び下記(2）式で表わされる
窒化珪素原料粉末の原料ロット間におけるβ型窒化珪素
の重量分率のバラツキδＮβ1 （％）が６５％以下の窒
化珪素原料粉末を用いることを特徴とする窒化珪素焼結
体の製造方法。 β型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）＝ 〔β型窒化珪素(wt%) ／（α型窒化珪素(wt%) ＋β型窒化珪素(wt%) ）〕 ×１００ …(1) δＮβ1 （％）＝〔（Ｎβ（％）の最大値−Ｎβ（％）の最小値） ／Ｎβ（％）の平均値〕×１００ …(2) - 【請求項２】 異なる原料ロットの窒化珪素原料粉末を
混合して、β型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ1
（％）が請求項１で規定する範囲になるようにして使用
することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造方法。 - 【請求項３】 焼結過程において、下記(3）式及び(4)
式で表わされる窒化珪素焼結体の表面近傍と焼結体の中
心部におけるβ型窒化珪素の重量分率のバラツキδＮβ
2 （％）が常に６５％以下となるように、焼成スケジュ
ールを制御することを特徴とする窒化珪素焼結体の製造
方法。 焼結体中のβ型窒化珪素の重量分率Ｎβ（％）＝ 〔β型窒化珪素(wt%) ／（α型窒化珪素(wt%) ＋β型窒化珪素(wt%) ）〕 ×１００ …(3) δＮβ2 （％）＝ 〔（焼結体表面近傍のＮβ（％）−焼結体中心部のＮβ（％）） ／Ｎβ（％）の平均値〕×１００ …(4)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6137071A JPH082974A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
| US08/879,484 US5833917A (en) | 1994-06-20 | 1997-06-19 | Process for production of silicon nitride sintered material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6137071A JPH082974A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH082974A true JPH082974A (ja) | 1996-01-09 |
Family
ID=15190228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6137071A Withdrawn JPH082974A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | 窒化珪素焼結体の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5833917A (ja) |
| JP (1) | JPH082974A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528164B1 (en) | 1999-09-03 | 2003-03-04 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process for producing aromatic liquid crystalline polyester and film thereof |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE329674T1 (de) * | 2000-10-13 | 2006-07-15 | Asahi Glass Co Ltd | Verfahren zur herstellung eines siliziumnitridfilters |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62297269A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-24 | 住友電気工業株式会社 | 窒化珪素焼結体とその製造方法 |
| DE3705278A1 (de) * | 1986-11-08 | 1988-05-11 | Bosch Gmbh Robert | Elektronische steuereinrichtung zur kraftstoffmengenmodulation einer brennkraftmaschine |
| US4820665A (en) * | 1986-12-16 | 1989-04-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Ceramic sintered bodies and a process for manufacturing the same |
| JP2719941B2 (ja) * | 1988-11-24 | 1998-02-25 | 日本特殊陶業株式会社 | 窒化珪素焼結体 |
| US5049530A (en) * | 1989-12-28 | 1991-09-17 | Gte Laboratories Incorporated | Power mixture and green body for producing silicon nitride base & articles of high fracture toughness and strength |
| JPH0680470A (ja) * | 1992-07-17 | 1994-03-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
-
1994
- 1994-06-20 JP JP6137071A patent/JPH082974A/ja not_active Withdrawn
-
1997
- 1997-06-19 US US08/879,484 patent/US5833917A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6528164B1 (en) | 1999-09-03 | 2003-03-04 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process for producing aromatic liquid crystalline polyester and film thereof |
| US6656578B2 (en) | 1999-09-03 | 2003-12-02 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process for producing aromatic liquid crystalline polyester and film thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5833917A (en) | 1998-11-10 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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