JPH0791044B2 - 易焼結性窒化ケイ素粉末の製造方法 - Google Patents
易焼結性窒化ケイ素粉末の製造方法Info
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- JPH0791044B2 JPH0791044B2 JP4743289A JP4743289A JPH0791044B2 JP H0791044 B2 JPH0791044 B2 JP H0791044B2 JP 4743289 A JP4743289 A JP 4743289A JP 4743289 A JP4743289 A JP 4743289A JP H0791044 B2 JPH0791044 B2 JP H0791044B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温構造材料として、ガスタービン部材、ノ
ズル、軸受等に利用される窒化ケイ素粉末特に易焼結性
で且つ高温強度を発現する窒化ケイ素粉末の製造方法に
関する。
ズル、軸受等に利用される窒化ケイ素粉末特に易焼結性
で且つ高温強度を発現する窒化ケイ素粉末の製造方法に
関する。
従来、窒化ケイ素粉末の製法としては、（１）金属ケイ
素直接窒化法、（２）シリカ還元窒化法、（３）ハロゲ
ン化ケイ素法が知られている。これらの方法でつくられ
る粉末は、製造履歴が異なるためか、金属不純物量や酸
素量或いは粒径、比表面積が同程度であつても、粉末の
焼結性や焼結後の焼結体の特性例えば曲げ強度に多きな
違いがある。
素直接窒化法、（２）シリカ還元窒化法、（３）ハロゲ
ン化ケイ素法が知られている。これらの方法でつくられ
る粉末は、製造履歴が異なるためか、金属不純物量や酸
素量或いは粒径、比表面積が同程度であつても、粉末の
焼結性や焼結後の焼結体の特性例えば曲げ強度に多きな
違いがある。
一般的には、（１）の方法で製造された粉末は易焼結性
であるが高温曲げ強度が低い、（２）の方法の粉末は難
焼結性であるが高温曲げ強度が高い、（３）の方法の粉
末は中間的な性能を示すといわれている。
であるが高温曲げ強度が低い、（２）の方法の粉末は難
焼結性であるが高温曲げ強度が高い、（３）の方法の粉
末は中間的な性能を示すといわれている。
特に、（１）の方法で製造された窒化ケイ素粉末は他の
２法に比べて粉砕に伴う歪を粉体の表面で受けているの
で、その歪エネルギーを解放してやることにより何んら
かの特徴を粉体に与えることの研究がなされている。そ
の１例が特開昭53−88011号公報である。
２法に比べて粉砕に伴う歪を粉体の表面で受けているの
で、その歪エネルギーを解放してやることにより何んら
かの特徴を粉体に与えることの研究がなされている。そ
の１例が特開昭53−88011号公報である。
この先行技術は、窒化ケイ素粉末を1,400〜1,900℃の温
度で加熱処理し、窒化ケイ素中に含まれている酸素をSi
Oとして除去すると共に、一部の酸素を窒化ケイ素粉体
の表面に固溶せしぬ、焼結助剤とのぬれ性を改善するこ
とにより焼結体中の粒界相の量を減少せしめる技術であ
り、その結果、高温高強度が発現するというものであ
る。
度で加熱処理し、窒化ケイ素中に含まれている酸素をSi
Oとして除去すると共に、一部の酸素を窒化ケイ素粉体
の表面に固溶せしぬ、焼結助剤とのぬれ性を改善するこ
とにより焼結体中の粒界相の量を減少せしめる技術であ
り、その結果、高温高強度が発現するというものであ
る。
しかし、この方法は、出発原料の窒化ケイ素粉体の表面
における物質移動を利用したものであるので、自ずと出
発原料が限定される、すなわち、微粉か又は高酸素の原
料であることが要求されるという問題がある。従つて、
粉体の改質にも限度があり、その結果の１例がホツトプ
レスのみの使用であつて、完全に粉体特性を把握できな
かつた点に問題が残されていた。
における物質移動を利用したものであるので、自ずと出
発原料が限定される、すなわち、微粉か又は高酸素の原
料であることが要求されるという問題がある。従つて、
粉体の改質にも限度があり、その結果の１例がホツトプ
レスのみの使用であつて、完全に粉体特性を把握できな
かつた点に問題が残されていた。
本発明者らは、特開昭53−88011号公報における以上の
問題点を念願に入れ、粉体改良の方法と改良された粉体
の結ひつきを種々検討した結果、出発原料にこだわるこ
となく窒化ケイ素粉末にケイ素酸化物微粉を添加混合
し、非酸化性雰囲気下、1,500〜1,800℃の温度で熱処理
をすれば常圧焼結にも適用可能な粉体となることを見い
出し、本発明を完成した。
問題点を念願に入れ、粉体改良の方法と改良された粉体
の結ひつきを種々検討した結果、出発原料にこだわるこ
となく窒化ケイ素粉末にケイ素酸化物微粉を添加混合
し、非酸化性雰囲気下、1,500〜1,800℃の温度で熱処理
をすれば常圧焼結にも適用可能な粉体となることを見い
出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、窒化ケイ素粉末にケイ素酸化物微
粉を添加混合し、非酸化性雰囲気下、1,500〜1,800℃の
温度で熱処理することを特徴とする易焼結性窒化ケイ素
粉末の製造方法である。
粉を添加混合し、非酸化性雰囲気下、1,500〜1,800℃の
温度で熱処理することを特徴とする易焼結性窒化ケイ素
粉末の製造方法である。
以下、さらに詳しく本発明について説明すると、本発明
において、ケイ素酸化物微粉を添加する理由は、窒化ケ
イ素粉末中の酸素が微粉に偏ると窒化ケイ素粉体の表面
改質が微粉のみで行われ、酸素の少ないと考えられる粗
粒例えば５〜10μｍ程度の粉末が改質から取り残される
恐れがあることに鑑みたものである。すなわち、本発明
では、積極的にケイ素酸化物微粉を添加し窒化ケイ素粉
体の表面と反応させることによりこの問題を解消しよう
とするものである。
において、ケイ素酸化物微粉を添加する理由は、窒化ケ
イ素粉末中の酸素が微粉に偏ると窒化ケイ素粉体の表面
改質が微粉のみで行われ、酸素の少ないと考えられる粗
粒例えば５〜10μｍ程度の粉末が改質から取り残される
恐れがあることに鑑みたものである。すなわち、本発明
では、積極的にケイ素酸化物微粉を添加し窒化ケイ素粉
体の表面と反応させることによりこの問題を解消しよう
とするものである。
ケイ素酸化物の添加量は、以下の目的と原料窒化ケイ素
粉末の酸素を考慮して決定されるが、通常は６重量％以
内である。すなわち、その目的の１つは、易焼結性を付
与した粉体の改良であつて、他の１つは低酸素化及び微
粉同士の再配列化である。前者は、ケイ素酸化物微粉を
２重量％以内の添加とし、比較的低温例えば1600℃程度
までの温度で熱処理を行つて粉体表面のぬれ性を改善し
ようとするものである。一方、後者は、特願昭63−2773
60号明細書の技術内容を狙つたものであつて、高温例え
ば1750℃程度の熱処理であつて、ケイ素酸化物微粉も出
来るだけ多く添加し、積極的に反応せしめ、脱酸素を行
い、低酸素化は勿論のこと、微粉同士の再配列化も行
い、微粉を減少させようとするものである。熱処理時間
としては温度にも影響するが３〜15時間程度であれば十
分である。
粉末の酸素を考慮して決定されるが、通常は６重量％以
内である。すなわち、その目的の１つは、易焼結性を付
与した粉体の改良であつて、他の１つは低酸素化及び微
粉同士の再配列化である。前者は、ケイ素酸化物微粉を
２重量％以内の添加とし、比較的低温例えば1600℃程度
までの温度で熱処理を行つて粉体表面のぬれ性を改善し
ようとするものである。一方、後者は、特願昭63−2773
60号明細書の技術内容を狙つたものであつて、高温例え
ば1750℃程度の熱処理であつて、ケイ素酸化物微粉も出
来るだけ多く添加し、積極的に反応せしめ、脱酸素を行
い、低酸素化は勿論のこと、微粉同士の再配列化も行
い、微粉を減少させようとするものである。熱処理時間
としては温度にも影響するが３〜15時間程度であれば十
分である。
ケイ素酸化物の粒度は、前述のように、積極的に窒化ケ
イ素粉体の表面と反応させることを目的としているので
小さい方が好ましい。具体的には原料窒化ケイ素粉末の
比表面積より大きいことが望ましく、10m2/g以上の微粉
であることが好都合である。このようなケイ素酸化物微
粉の具体例としてはアエロジエル、ホワイトカーボン等
があげられる。
イ素粉体の表面と反応させることを目的としているので
小さい方が好ましい。具体的には原料窒化ケイ素粉末の
比表面積より大きいことが望ましく、10m2/g以上の微粉
であることが好都合である。このようなケイ素酸化物微
粉の具体例としてはアエロジエル、ホワイトカーボン等
があげられる。
熱処理の雰囲気については、低酸素化を目的にしている
ので、非酸化性雰囲気下、例えば、窒素，アルゴン，水
素，アンモニア等の雰囲気が好適である。また、熱処理
温度については1,500〜1,800℃が最適である。1,500℃
未満であるとケイ素酸化物微粉と窒化ケイ素粉体との反
応すなわち物質移動が十分に起こらないで粉体の改質が
できない。一方、1,800℃を越えると窒化ケイ素自身の
昇華転移及び一部分解が生じる。
ので、非酸化性雰囲気下、例えば、窒素，アルゴン，水
素，アンモニア等の雰囲気が好適である。また、熱処理
温度については1,500〜1,800℃が最適である。1,500℃
未満であるとケイ素酸化物微粉と窒化ケイ素粉体との反
応すなわち物質移動が十分に起こらないで粉体の改質が
できない。一方、1,800℃を越えると窒化ケイ素自身の
昇華転移及び一部分解が生じる。
以上、詳しく説明したように、本発明は、窒化ケイ素粉
末特に直接窒化法で得られた窒化ケイ素粉末の欠点例え
ば酸素を多く含んでいる等の欠点をケイ素酸化物微粉を
積極的に添加して易焼結性と高温強度の発現が容易な窒
化ケイ素粉末に改質したものであり、本発明の基本思想
は、下記（１）式及び（２）式に示す反応にもとづいて
いる。
末特に直接窒化法で得られた窒化ケイ素粉末の欠点例え
ば酸素を多く含んでいる等の欠点をケイ素酸化物微粉を
積極的に添加して易焼結性と高温強度の発現が容易な窒
化ケイ素粉末に改質したものであり、本発明の基本思想
は、下記（１）式及び（２）式に示す反応にもとづいて
いる。
α−Si3N4＋SiO2→2Si2ON2 （１） 2Si2ON2→β−Si3N4＋SiO↑ （２） 〔実施例〕 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。
説明する。
実施例１〜11,比較例１〜４ 市販品の窒化ケイ素粉末100重量部に非表面積50m2/gのS
iO2を第１表に示す割合で添加混合した。この混合粉末
をカーボンルツボに入れ、第１表に示す熱処理条件で加
熱し、窒化ケイ素粉末を製造した。得らた窒化ケイ素粉
末の特性を第１表に示す。
iO2を第１表に示す割合で添加混合した。この混合粉末
をカーボンルツボに入れ、第１表に示す熱処理条件で加
熱し、窒化ケイ素粉末を製造した。得らた窒化ケイ素粉
末の特性を第１表に示す。
次に、以上のように熱処理して得られた窒化ケイ素粉末
に、Y2O3（平均粒子径1.3μｍ）、Al2O3（平均粒子径1.
4μｍ）、MgO（平均粒子径1.2μｍ）及びMgO・Al2O
3（平均粒子径1.2μｍ）を第２表に示すように種々の割
合で内割配合し、1,1,1−トリクロロエタンを加えて４
時間ボールミルで湿式混合し、乾燥後、100kg/cm2の成
形圧で６×10×60mm形状に金型成形した後、2700kg/cm2
の成形圧でCIP成形した。これらの成形体をカーボンル
ツボにセツトし、N2ガス雰囲気中、第２表に示す条件で
焼成して焼結体を得た。得られた焼結体は研削後、相対
密度及び常温（δRT）と1200℃（δ1200）の曲げ強度を
測定した。その結果を第３表に示す。
に、Y2O3（平均粒子径1.3μｍ）、Al2O3（平均粒子径1.
4μｍ）、MgO（平均粒子径1.2μｍ）及びMgO・Al2O
3（平均粒子径1.2μｍ）を第２表に示すように種々の割
合で内割配合し、1,1,1−トリクロロエタンを加えて４
時間ボールミルで湿式混合し、乾燥後、100kg/cm2の成
形圧で６×10×60mm形状に金型成形した後、2700kg/cm2
の成形圧でCIP成形した。これらの成形体をカーボンル
ツボにセツトし、N2ガス雰囲気中、第２表に示す条件で
焼成して焼結体を得た。得られた焼結体は研削後、相対
密度及び常温（δRT）と1200℃（δ1200）の曲げ強度を
測定した。その結果を第３表に示す。
なお第１表と第３表に示した測定値は次の方法によつ
た。
た。
（１）酸素（重量％）:LECO社製TC−136型O/N同時分析
計による。
計による。
（２）比表面積（m2/g）：湯浅アイオニクス社製のカン
ターソーブJr BET1点法による。
ターソーブJr BET1点法による。
（３）α分率（％）：理学電機社製のガイガーフラツク
スRAD−II B型のＸ線回折による。
スRAD−II B型のＸ線回折による。
（４）相対密度（％）：アルキメデス法による。
（５）曲げ強度（MPa）：島津製作所製オートグラフAG
−2000A型による。
−2000A型による。
本発明により製造された窒化ケイ素粉末は、低酸素にも
かわらず易焼結性であり、1200℃における高温曲げ強度
が800MPa以上可能となる。これは焼結体のβ−柱状晶の
発生とその成長に関係する粉体特性を制御した結果によ
るものである。
かわらず易焼結性であり、1200℃における高温曲げ強度
が800MPa以上可能となる。これは焼結体のβ−柱状晶の
発生とその成長に関係する粉体特性を制御した結果によ
るものである。
Claims (1)
- 【請求項１】窒化ケイ素粉末にケイ素酸化物微粉を添加
混合し、非酸化性雰囲気下、1,500〜1,800℃の温度で熱
処理することを特徴とする易焼結性窒化ケイ素粉末の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4743289A JPH0791044B2 (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 易焼結性窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4743289A JPH0791044B2 (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 易焼結性窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02225306A JPH02225306A (ja) | 1990-09-07 |
| JPH0791044B2 true JPH0791044B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=12774991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4743289A Expired - Fee Related JPH0791044B2 (ja) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | 易焼結性窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791044B2 (ja) |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP4743289A patent/JPH0791044B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02225306A (ja) | 1990-09-07 |
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