JP2534214B2 - 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 - Google Patents
窒化珪素質焼結体およびその製造方法Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温大気中における強
度および靭性の優れた高密度窒化珪素質焼結体とその製
造方法に関するものである。
度および靭性の優れた高密度窒化珪素質焼結体とその製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化珪素は共有結合性の強い物質であ
り、強度、硬度、耐熱性、化学的安定性等において優れ
た特性を有することから、構造部材、特に熱機関として
例えばガスタービンエンジン部材等への適用が検討され
ている。
り、強度、硬度、耐熱性、化学的安定性等において優れ
た特性を有することから、構造部材、特に熱機関として
例えばガスタービンエンジン部材等への適用が検討され
ている。
【０００３】エンジンの高効率化に伴い、１４００℃以
上の温度での利用が期待されており、この条件下におい
て使用可能な高強度、高靭性、かつ高耐酸化性の材料が
望まれている。
上の温度での利用が期待されており、この条件下におい
て使用可能な高強度、高靭性、かつ高耐酸化性の材料が
望まれている。
【０００４】窒化珪素は単味では焼結が困難であるた
め、一般に種々の添加物を加えて焼結されている。
め、一般に種々の添加物を加えて焼結されている。
【０００５】例えば酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）と酸化
アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を添加した系では、耐熱衝撃
性においては優れたものが得られているが、耐熱性、機
械的強度、靭性に劣っている場合があった。
アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を添加した系では、耐熱衝撃
性においては優れたものが得られているが、耐熱性、機
械的強度、靭性に劣っている場合があった。
【０００６】耐熱性を向上させることを目的として、特
開昭５６―５９６７４号公報に開示されている焼結体中
にメリライト鉱物相（Ｙ2Ｏ3・Ｓｉ3Ｎ4化合物）を生成
させた窒化珪素焼結体、および特開昭６２―２０２８６
４号公報に開示されている酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ2）＋酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）＋酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ2）を添加し、焼結体中にＺｒＯ 2を析出させた窒化珪
素焼結体が試みられており、高温強度の向上等に効果が
認められることが知られている。
開昭５６―５９６７４号公報に開示されている焼結体中
にメリライト鉱物相（Ｙ2Ｏ3・Ｓｉ3Ｎ4化合物）を生成
させた窒化珪素焼結体、および特開昭６２―２０２８６
４号公報に開示されている酸化ジルコニウム（Ｚｒ
Ｏ2）＋酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）＋酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ2）を添加し、焼結体中にＺｒＯ 2を析出させた窒化珪
素焼結体が試みられており、高温強度の向上等に効果が
認められることが知られている。
【０００７】また、特開昭６２―２４６８６５号公報に
開示されている希土類酸化物、ＺｒＯ2を含む焼結体で
粒界相にＪ相（Ｓｉ2Ｎ2Ｏ・２Ｙ2Ｏ3）固溶体が存在す
る窒化珪素焼結体が試みられており、耐熱性、耐酸化
性、静的疲労特性の向上に効果が認められることが知ら
れている。
開示されている希土類酸化物、ＺｒＯ2を含む焼結体で
粒界相にＪ相（Ｓｉ2Ｎ2Ｏ・２Ｙ2Ｏ3）固溶体が存在す
る窒化珪素焼結体が試みられており、耐熱性、耐酸化
性、静的疲労特性の向上に効果が認められることが知ら
れている。
【０００８】また、ＺｒＯ2を焼結助剤として用いた焼
結体の耐酸化性の向上を目的として窒化珪素の焼結助剤
として酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）と共にジルコン（Ｚ
ｒＳｉＯ4）を添加した系が特開平２―１０７５６６号
公報に開示されている。
結体の耐酸化性の向上を目的として窒化珪素の焼結助剤
として酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）と共にジルコン（Ｚ
ｒＳｉＯ4）を添加した系が特開平２―１０７５６６号
公報に開示されている。
【０００９】ところが、上記材料では、高温即時破断強
度は優れるものの、高温強度を維持したまま靭性および
耐酸化性を飛躍的に改善するには至っていない。
度は優れるものの、高温強度を維持したまま靭性および
耐酸化性を飛躍的に改善するには至っていない。
【００１０】例えば、焼結助剤として酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ2）を用いた系では、焼結過程で添加したＺｒ
Ｏ2の一部が、Ｓｉ3Ｎ4と反応を起こし、焼結体中に窒
化ジルコニウム（ＺｒＮ）として残留する。
（ＺｒＯ2）を用いた系では、焼結過程で添加したＺｒ
Ｏ2の一部が、Ｓｉ3Ｎ4と反応を起こし、焼結体中に窒
化ジルコニウム（ＺｒＮ）として残留する。
【００１１】このＺｒＮは高温大気中でＺｒＮからＺｒ
Ｏ2への酸化過程において約３０％程度の体積膨張を起
こし、焼結体表面にクラックを生成せしめ強度特性を著
しく劣化させることが知られている。
Ｏ2への酸化過程において約３０％程度の体積膨張を起
こし、焼結体表面にクラックを生成せしめ強度特性を著
しく劣化させることが知られている。
【００１２】従って、ＺｒＮを含有する焼結体は、高温
構造材料としての信頼性に欠ける問題点があった。しか
し、ＺｒＮの残留を完全に抑制することは困難であっ
た。
構造材料としての信頼性に欠ける問題点があった。しか
し、ＺｒＮの残留を完全に抑制することは困難であっ
た。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高温
酸化性雰囲気下であっても機械的強度の低下が小さい等
の耐熱性を有し、しかも高い靭性を有する窒化珪素質焼
結体とその製造方法を提供することにある。
酸化性雰囲気下であっても機械的強度の低下が小さい等
の耐熱性を有し、しかも高い靭性を有する窒化珪素質焼
結体とその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化珪素質焼結
体は、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）を主成分とし、粒界相とし
てＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相が存在することを特徴とするも
のである。
体は、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）を主成分とし、粒界相とし
てＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相が存在することを特徴とするも
のである。
【００１５】その製造方法としては、酸化エルビウム
（Ｅｒ2Ｏ3）５〜１５重量％，ジルコン（ＺｒＳｉ
Ｏ4）１〜２０重量％、及び残部が窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4）からなる混合粉末を成形し、該成形体を窒素ガス
雰囲気中にて１７００〜２０００℃の温度範囲で焼結
し、以下の少なくとも１つの手段により粒界相としてＺ
ｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相を生成させることを特徴とするもの
である。
（Ｅｒ2Ｏ3）５〜１５重量％，ジルコン（ＺｒＳｉ
Ｏ4）１〜２０重量％、及び残部が窒化珪素（Ｓｉ
3Ｎ4）からなる混合粉末を成形し、該成形体を窒素ガス
雰囲気中にて１７００〜２０００℃の温度範囲で焼結
し、以下の少なくとも１つの手段により粒界相としてＺ
ｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相を生成させることを特徴とするもの
である。
【００１６】粒界相としてＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12相を結晶化さ
せるためには、焼結の降温過程において５℃／分以下の
降温速度で冷却するか、降温過程で１５００〜１７００
℃、２時間以上保持の熱処理、あるいは焼結後、窒素雰
囲気にて１５００〜１７００℃、２時間以上保持の再加
熱処理の少なくとも１つの処理を行うようにする。
せるためには、焼結の降温過程において５℃／分以下の
降温速度で冷却するか、降温過程で１５００〜１７００
℃、２時間以上保持の熱処理、あるいは焼結後、窒素雰
囲気にて１５００〜１７００℃、２時間以上保持の再加
熱処理の少なくとも１つの処理を行うようにする。
【００１７】本発明における焼結体の粒界相としては、
実質的にＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相のみが存在することが好
ましい。
実質的にＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相のみが存在することが好
ましい。
【００１８】ここでＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相は、粉末Ｘ線
回折法により同定されＪＣＤＰＳカード３０―５３９で
示される３ＺｒＯ2・２Ｅｒ2Ｏ3と同じ型の回折線を持
ち、高温酸化雰囲気中にて安定な高融点の結晶相であ
る。
回折法により同定されＪＣＤＰＳカード３０―５３９で
示される３ＺｒＯ2・２Ｅｒ2Ｏ3と同じ型の回折線を持
ち、高温酸化雰囲気中にて安定な高融点の結晶相であ
る。
【００１９】ＺｒＮ相の生成を抑制し、焼結後の結晶化
処理によりＺｒを安定な化合物であるＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12と
することにより上述した課題を解決することが可能とな
る。
処理によりＺｒを安定な化合物であるＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12と
することにより上述した課題を解決することが可能とな
る。
【００２０】本発明においては、焼結助剤としてＥｒ2
Ｏ3を用いるが、Ｅｒ2Ｏ3は、Ｓｉ3Ｎ4の焼結時にα相
からβ相への結晶相転移をその融液中で促進させる機能
を持ち、更にＳｉ3Ｎ4の柱状相の成長を助長することに
より高温強度及び靭性を向上させる。
Ｏ3を用いるが、Ｅｒ2Ｏ3は、Ｓｉ3Ｎ4の焼結時にα相
からβ相への結晶相転移をその融液中で促進させる機能
を持ち、更にＳｉ3Ｎ4の柱状相の成長を助長することに
より高温強度及び靭性を向上させる。
【００２１】また、本発明においては、Ｅｒ2Ｏ3は焼結
降温過程もしくは再加熱処理中にＺｒ ＳｉＯ4と反応
し、Ｚｒ3Ｅｒ4Ｏ12相を生成する。
降温過程もしくは再加熱処理中にＺｒ ＳｉＯ4と反応
し、Ｚｒ3Ｅｒ4Ｏ12相を生成する。
【００２２】Ｅｒ2Ｏ3の添加量が１５重量％を超えると
得られた焼結体の高温での機械的強度および耐酸化性が
低下するので、１５重量％以下であることが好ましい。
得られた焼結体の高温での機械的強度および耐酸化性が
低下するので、１５重量％以下であることが好ましい。
【００２３】また５重量％より少ないと融液が不十分
で、相対密度で９５％以下と十分な緻密化がなされない
ため好ましくない。
で、相対密度で９５％以下と十分な緻密化がなされない
ため好ましくない。
【００２４】従ってその添加量としては５〜１５重量％
の範囲であることがよく、特に十分に高い機械的強度、
靭性を得るためには、７〜１２重量％の範囲であること
がより好ましい。
の範囲であることがよく、特に十分に高い機械的強度、
靭性を得るためには、７〜１２重量％の範囲であること
がより好ましい。
【００２５】ＺｒＳｉＯ4は上記Ｅｒ2Ｏ3と共に焼結時
に液相を形成するが、ＺｒＯ2に比べて酸素原子を多く
保有しているため、ＺｒＮが生成しにくい。
に液相を形成するが、ＺｒＯ2に比べて酸素原子を多く
保有しているため、ＺｒＮが生成しにくい。
【００２６】焼結助剤としてＺｒＯ2とＳｉＯ2を添加し
ても同様のモル比とすることは可能であるが、ＺｒＯ2
の窒化を抑制するためには、混練の際に各助剤が均一分
散する必要が有る。
ても同様のモル比とすることは可能であるが、ＺｒＯ2
の窒化を抑制するためには、混練の際に各助剤が均一分
散する必要が有る。
【００２７】助剤の段階で既に酸素リッチの化合物とし
て存在するＺｒＳｉＯ4の方がＺｒＮの生成抑制には有
利である。
て存在するＺｒＳｉＯ4の方がＺｒＮの生成抑制には有
利である。
【００２８】また、ＺｒＳｉＯ4相は焼結の冷却過程も
しくは再加熱処理中においてＥｒ2Ｏ3と反応し、高融点
でかつ高温酸化雰囲気中で安定なＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12相を焼
結体の粒界相に析出することにより、優れた高温特性を
得ることができる。
しくは再加熱処理中においてＥｒ2Ｏ3と反応し、高融点
でかつ高温酸化雰囲気中で安定なＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12相を焼
結体の粒界相に析出することにより、優れた高温特性を
得ることができる。
【００２９】本発明では焼結助剤としてＺｒＳｉＯ4を
１〜２０重量％含むが、１重量％より少ないと十分緻密
な焼結体が得られにくく、また、２０重量％より多いと
十分な高温強度が得られない。
１〜２０重量％含むが、１重量％より少ないと十分緻密
な焼結体が得られにくく、また、２０重量％より多いと
十分な高温強度が得られない。
【００３０】本発明において使用されるＳｉ3Ｎ4粉末
は、α型の結晶構造をもつＳｉ3Ｎ4粉末が焼結性の点か
ら好ましいが、β型あるいは非晶質Ｓｉ3Ｎ4粉末が含ま
れていてもかまわない。
は、α型の結晶構造をもつＳｉ3Ｎ4粉末が焼結性の点か
ら好ましいが、β型あるいは非晶質Ｓｉ3Ｎ4粉末が含ま
れていてもかまわない。
【００３１】焼結時に十分に高い密度とするためには、
平均粒径１μｍ以下の微粒子であることが望ましい。
平均粒径１μｍ以下の微粒子であることが望ましい。
【００３２】焼結助剤として添加するＥｒ2Ｏ3、ＺｒＳ
ｉＯ4も均質かつ高密度の焼結体を得るためには平均粒
径が２μｍ以下の微粒子であることが好ましい。
ｉＯ4も均質かつ高密度の焼結体を得るためには平均粒
径が２μｍ以下の微粒子であることが好ましい。
【００３３】本発明方法においては、これらの各成分の
混合は精製水、アセトンもしくはエタノール等の溶媒を
用い、Ｓｉ3Ｎ4もしくはＳｉＣのポット及びボールを用
いて遊星型混合機もしくはポットミル混合機にて行な
う。このように調整された混合粉末を加圧成形し所望の
形状の成形体とする。
混合は精製水、アセトンもしくはエタノール等の溶媒を
用い、Ｓｉ3Ｎ4もしくはＳｉＣのポット及びボールを用
いて遊星型混合機もしくはポットミル混合機にて行な
う。このように調整された混合粉末を加圧成形し所望の
形状の成形体とする。
【００３４】この成形体を窒素ガス雰囲気中にて１７０
０〜２０００℃の温度範囲で焼結し、焼結体を得る。
０〜２０００℃の温度範囲で焼結し、焼結体を得る。
【００３５】焼結方法としては、常圧焼結法、ガス圧焼
結法、熱間静水圧プレス焼結法、ホットプレス焼結法を
用いることが可能であり、更に１種もしくは複数の焼結
法を組み合わせることも可能である。
結法、熱間静水圧プレス焼結法、ホットプレス焼結法を
用いることが可能であり、更に１種もしくは複数の焼結
法を組み合わせることも可能である。
【００３６】焼結時の雰囲気はＳｉ3Ｎ4の高温での分解
を抑制するために窒素ガス雰囲気とする。
を抑制するために窒素ガス雰囲気とする。
【００３７】Ｓｉ3Ｎ4は窒素ガス１気圧下では約１８５
０℃以上で分解が生じるため、１８５０℃以上にて焼結
を行う場合は、窒素ガス圧を焼結温度におけるＳｉ3Ｎ4
の臨界分解圧力以上に設定するようにする。
０℃以上で分解が生じるため、１８５０℃以上にて焼結
を行う場合は、窒素ガス圧を焼結温度におけるＳｉ3Ｎ4
の臨界分解圧力以上に設定するようにする。
【００３８】ここで窒素ガスとは実質的にＮ2ガスのこ
とであるが、Ａｒ等のその他の不活性ガスが含まれても
かまわない。
とであるが、Ａｒ等のその他の不活性ガスが含まれても
かまわない。
【００３９】焼結は１７００〜２０００℃の温度範囲に
て行われるが、１７００℃未満ではＳｉ3Ｎ4のβ粒の成
長が不十分であり高い靭性が得られず、また、十分な焼
結密度が得られない。２０００℃超では生成するβ―Ｓ
ｉ3Ｎ4針状粒成長が著しく、強度が低下する。
て行われるが、１７００℃未満ではＳｉ3Ｎ4のβ粒の成
長が不十分であり高い靭性が得られず、また、十分な焼
結密度が得られない。２０００℃超では生成するβ―Ｓ
ｉ3Ｎ4針状粒成長が著しく、強度が低下する。
【００４０】また焼結の際には、焼結助剤からなる液相
中にＳｉ3Ｎ4が溶解し再析出することで結晶相転移が生
じると伴に、緻密化し焼結が進行するが、この溶解・再
析出過程で、融液中へのＳｉ3Ｎ4の固溶限界があるた
め、３０分以上の保持が好ましい。
中にＳｉ3Ｎ4が溶解し再析出することで結晶相転移が生
じると伴に、緻密化し焼結が進行するが、この溶解・再
析出過程で、融液中へのＳｉ3Ｎ4の固溶限界があるた
め、３０分以上の保持が好ましい。
【００４１】また、粒界相としてＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12相を結
晶化させるためには、焼結の降温過程に５℃／分以下の
降温速度で冷却するか、降温過程で１５００〜１７００
℃、２時間以上保持の熱処理、あるいは焼結後、窒素雰
囲気中にて１５００〜１７００℃、２時間以上保持の再
加熱処理を行う、の少なくとも１つの手段を適用する。
晶化させるためには、焼結の降温過程に５℃／分以下の
降温速度で冷却するか、降温過程で１５００〜１７００
℃、２時間以上保持の熱処理、あるいは焼結後、窒素雰
囲気中にて１５００〜１７００℃、２時間以上保持の再
加熱処理を行う、の少なくとも１つの手段を適用する。
【００４２】降温過程でＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12相を析出させる
場合の降温速度は５℃／分以下が好ましいが、更に望ま
しくは２℃／分以下である。
場合の降温速度は５℃／分以下が好ましいが、更に望ま
しくは２℃／分以下である。
【００４３】降温速度が５℃／分より速い場合はＺｒ3
Ｅｒ4Ｏ12相が十分生成しない。また、降温過程の際の
保持温度、および、再加熱処理の際の温度が１５００℃
未満、１７００℃超の場合も同様にＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12相が
十分に生成しない。
Ｅｒ4Ｏ12相が十分生成しない。また、降温過程の際の
保持温度、および、再加熱処理の際の温度が１５００℃
未満、１７００℃超の場合も同様にＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12相が
十分に生成しない。
【００４４】本発明の窒化珪素質焼結体の製造方法は、
Ｅｒ2Ｏ3５〜１５重量％，ＺｒＳｉＯ4１〜２０重量
％，及び残部がＳｉ3Ｎ4からなる混合粉末を成形し、該
成形体を窒素ガス雰囲気中で１７００〜２０００℃の温
度範囲で焼結し、降温過程あるいは再加熱処理により粒
界相としてＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相を生成させるものであ
るが、これら条件の組み合わせにより初めて本課題が達
成された。
Ｅｒ2Ｏ3５〜１５重量％，ＺｒＳｉＯ4１〜２０重量
％，及び残部がＳｉ3Ｎ4からなる混合粉末を成形し、該
成形体を窒素ガス雰囲気中で１７００〜２０００℃の温
度範囲で焼結し、降温過程あるいは再加熱処理により粒
界相としてＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相を生成させるものであ
るが、これら条件の組み合わせにより初めて本課題が達
成された。
【００４５】
【作用】本発明により得られる焼結体は、Ｓｉ3Ｎ4の平
均結晶粒度が１〜３μｍ程度と大きくかつ柱状結晶粒が
絡み合った組織を呈し、またさらに粒界結晶相として融
点が高く高温酸化雰囲気中で安定なＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶
相が存在することにより、高温大気中にて高い強度を維
持したまま高い靭性を有し、抗折強さが大気中１４００
℃にて５００ＭＰａ以上の高強度でかつ靭性値ＫICが５
ＭＰａｍ1/2以上の高靭性を有する。
均結晶粒度が１〜３μｍ程度と大きくかつ柱状結晶粒が
絡み合った組織を呈し、またさらに粒界結晶相として融
点が高く高温酸化雰囲気中で安定なＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶
相が存在することにより、高温大気中にて高い強度を維
持したまま高い靭性を有し、抗折強さが大気中１４００
℃にて５００ＭＰａ以上の高強度でかつ靭性値ＫICが５
ＭＰａｍ1/2以上の高靭性を有する。
【００４６】特に高い坑折強度および靭性を有する焼結
体を得るためには、ガス圧焼結法、熱間静水圧プレス焼
結法、もしくはホットプレス法の加圧焼結法を用いるこ
とが好ましい。
体を得るためには、ガス圧焼結法、熱間静水圧プレス焼
結法、もしくはホットプレス法の加圧焼結法を用いるこ
とが好ましい。
【００４７】後述する実施例に示されているように１４
００℃における坑折強さが７００ＭＰａを示す焼結体、
もしくはＫICが７ＭＰａｍ1/2と極めて高い焼結体が得
られている。
００℃における坑折強さが７００ＭＰａを示す焼結体、
もしくはＫICが７ＭＰａｍ1/2と極めて高い焼結体が得
られている。
【００４８】また複雑形状の焼結体を得るためには、ガ
ス圧焼結法、熱間静水圧プレス焼結法を用いることが好
ましい。
ス圧焼結法、熱間静水圧プレス焼結法を用いることが好
ましい。
【００４９】次に本発明の実施例を比較例と共に説明す
る。
る。
【００５０】
【００５１】
【実施例１】Ｓｉ3Ｎ4（平均粒径０．５μｍ、α化率９
７％以上）にＥｒ2Ｏ3粉末（平均粒径０．８μｍ）、及
びＺｒＳｉＯ4粉末（平均粒径０．３μｍ）を第１表に
示す所定量（重量％）添加し、溶媒としてアセトンを用
いてＳｉ3Ｎ4製ボールミルで２４時間混練した。
７％以上）にＥｒ2Ｏ3粉末（平均粒径０．８μｍ）、及
びＺｒＳｉＯ4粉末（平均粒径０．３μｍ）を第１表に
示す所定量（重量％）添加し、溶媒としてアセトンを用
いてＳｉ3Ｎ4製ボールミルで２４時間混練した。
【００５２】次いで得られた混合粉末を使い、成形後、
常圧焼結を行った。成形条件としては金型１軸成形圧１
５０ＭＰａ、冷間静水圧による加圧５００ＭＰａとし、
５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの板状体を得た。
常圧焼結を行った。成形条件としては金型１軸成形圧１
５０ＭＰａ、冷間静水圧による加圧５００ＭＰａとし、
５０ｍｍ×５０ｍｍ×１０ｍｍの板状体を得た。
【００５３】常圧焼結条件としては、１気圧窒素雰囲気
中１７００〜１８００℃にて６時間保持とした。
中１７００〜１８００℃にて６時間保持とした。
【００５４】粒界相の結晶化の条件としては、焼結後の
降温過程の徐冷を利用する場合には、降温速度を５℃／
分以下とし、降温過程にて保持する場合は１５５０〜１
６５０℃にて６時間保持とし、焼結後に再加熱処理を施
す場合は１５００〜１７００℃にて１２時間保持とし
た。
降温過程の徐冷を利用する場合には、降温速度を５℃／
分以下とし、降温過程にて保持する場合は１５５０〜１
６５０℃にて６時間保持とし、焼結後に再加熱処理を施
す場合は１５００〜１７００℃にて１２時間保持とし
た。
【００５５】本発明により得られた各焼結体の特性を焼
結助剤の添加量、常圧焼結温度、結晶化条件、Ｚｒ3Ｅ
ｒ4Ｏ12結晶相の有無と共に第１表に示す。
結助剤の添加量、常圧焼結温度、結晶化条件、Ｚｒ3Ｅ
ｒ4Ｏ12結晶相の有無と共に第１表に示す。
【００５６】強度については、ＪＩＳ Ｒ１６０１およ
び、ＪＩＳ Ｒ１６０４に準拠し室温及び大気中１４０
０℃にて３点曲げ試験を行い坑折強さとして測定した。
び、ＪＩＳ Ｒ１６０４に準拠し室温及び大気中１４０
０℃にて３点曲げ試験を行い坑折強さとして測定した。
【００５７】１４００℃での試験に際しては、大気中で
の酸化劣化を考慮し、予め１４００℃大気中に２４時間
保持した試験片を用いた。
の酸化劣化を考慮し、予め１４００℃大気中に２４時間
保持した試験片を用いた。
【００５８】靭性については室温にてＪＩＳＲ１６０７
のＳＥＰＢ法により破壊靭性値ＫICを測定した。また焼
結体の結晶相はＸ線回折法を用いて分析した。
のＳＥＰＢ法により破壊靭性値ＫICを測定した。また焼
結体の結晶相はＸ線回折法を用いて分析した。
【００５９】なお、本発明の範囲以外の条件にて作製さ
れた焼結体の特性値を併せて第１表に比較例として示
す。
れた焼結体の特性値を併せて第１表に比較例として示
す。
【００６０】第１表に示すように、本発明の実施例によ
るものは坑折強さ、靭性共に優れるが、比較例に該当す
る試料では本発明の実施例と比べて特に高温坑折強さが
劣ることが確認された。
るものは坑折強さ、靭性共に優れるが、比較例に該当す
る試料では本発明の実施例と比べて特に高温坑折強さが
劣ることが確認された。
【００６１】本発明の場合、何れも、Ｚｒ3Ｅｒ4Ｏ12結
晶相の存在がＸ線回折法により確認された。
晶相の存在がＸ線回折法により確認された。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
【表３】
【００６５】
【実施例２】前記実施例１と同様に混合粉末を成形後、
加圧焼結により焼結体を作製した。
加圧焼結により焼結体を作製した。
【００６６】加圧焼結には、ガス圧焼結法、熱間静水圧
プレス法およびホットプレス法を用いた。
プレス法およびホットプレス法を用いた。
【００６７】ガス圧焼結の場合は、前記実施例１と同様
に常圧焼結法により焼結体を作製した後、窒素ガス雰囲
気中４ＭＰａの気圧下で、温度１７００〜２０００℃、
保持時間４時間の条件で再焼結した。
に常圧焼結法により焼結体を作製した後、窒素ガス雰囲
気中４ＭＰａの気圧下で、温度１７００〜２０００℃、
保持時間４時間の条件で再焼結した。
【００６８】また、熱間静水圧プレス焼結の場合は、常
圧焼結法により作製された焼結体を窒素ガス雰囲気中１
００ＭＰａの気圧下で、温度１８００〜２０００℃、保
持時間１時間の条件で再焼結した。
圧焼結法により作製された焼結体を窒素ガス雰囲気中１
００ＭＰａの気圧下で、温度１８００〜２０００℃、保
持時間１時間の条件で再焼結した。
【００６９】ホットプレス焼結の場合は、混合粉末を黒
鉛ダイス中に装填し、１気圧窒素ガス雰囲気中、４０Ｍ
Ｐａの圧力下で１７５０〜１８５０℃、保持時間２時間
の条件にて焼結した。
鉛ダイス中に装填し、１気圧窒素ガス雰囲気中、４０Ｍ
Ｐａの圧力下で１７５０〜１８５０℃、保持時間２時間
の条件にて焼結した。
【００７０】いずれの加圧焼結法を用いた場合も焼結
後、窒素雰囲気中大気圧にて１５５０℃、保持時間１２
時間の再加熱処理を施した。
後、窒素雰囲気中大気圧にて１５５０℃、保持時間１２
時間の再加熱処理を施した。
【００７１】実施例１と同様に本発明の範囲以外の条件
にて作製された焼結体の特性値を第２表に比較例として
示す。
にて作製された焼結体の特性値を第２表に比較例として
示す。
【００７２】実施例１と同様に焼結体の特性を焼結助剤
の添加量、焼結条件、Ｚｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相の有無と共
に第２表に示す。
の添加量、焼結条件、Ｚｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相の有無と共
に第２表に示す。
【００７３】実施例１同様、本発明による焼結体の特性
は坑折強さ、靭性共に優れるが、比較例に該当する試料
では本発明の実施例と比べて特に高温坑折強さ及び靭性
が劣ることが確認された。
は坑折強さ、靭性共に優れるが、比較例に該当する試料
では本発明の実施例と比べて特に高温坑折強さ及び靭性
が劣ることが確認された。
【００７４】また本発明の場合、実施例１同様、何れも
Ｚｒ3Ｅｒ4Ｏ12相の存在がＸ線回折法により確認され
た。
Ｚｒ3Ｅｒ4Ｏ12相の存在がＸ線回折法により確認され
た。
【００７５】
【表４】
【００７６】
【表５】
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、上記の如く耐熱性を十
分に備えた窒化珪素質焼結体において、機械的強度、靭
性をより優れたものとすることが可能となった。
分に備えた窒化珪素質焼結体において、機械的強度、靭
性をより優れたものとすることが可能となった。
【００７８】このことにより信頼性の非常に優れた窒化
珪素質焼結体の作製が可能となり、その工業的有用性は
非常に大きい。
珪素質焼結体の作製が可能となり、その工業的有用性は
非常に大きい。
Claims (2)
- 【請求項１】 窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）を主成分とし、粒
界相としてＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相が存在することを特徴
とする窒化珪素質焼結体。 - 【請求項２】 酸化エルビウム（Ｅｒ2Ｏ3）５〜１５重
量％，ジルコン（ＺｒＳｉＯ4）１〜２０重量％、及び
残部が窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）からなる混合粉末を成形
し、該成形体を窒素ガス雰囲気中にて１７００〜２００
０℃の温度範囲で焼結し、以下の少なくとも１つの手段
により粒界相としてＺｒ3Ｅｒ4Ｏ12結晶相を生成させる
ことを特徴とする窒化珪素質焼結体の製造方法。 焼結の降温過程における降温速度を５℃／分以下とす
る。 焼結の降温過程において、１５００〜１７００℃の温
度範囲において２時間以上保持する。 焼結後、窒素雰囲気中、１５００〜１７００℃の温度
範囲において２時間以上保持の再加熱処理をする。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4119853A JP2534214B2 (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4119853A JP2534214B2 (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05294731A JPH05294731A (ja) | 1993-11-09 |
| JP2534214B2 true JP2534214B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=14771896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4119853A Expired - Lifetime JP2534214B2 (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2534214B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-15 JP JP4119853A patent/JP2534214B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05294731A (ja) | 1993-11-09 |
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