JPH02252661A - 窒化ホウ素―非酸化物セラミックス複合体の成形および焼成方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、　ＢＮ−８ｈＮ＊、　ＢＮ−ＳｉｉＬ−５ｉ
Ｃ１または、ＢＮ−ＳｉＣ複合セラミックスの成形およ
び焼成方法に関するものである。

従来の技術 非酸化物系セラミックスの中でも窒化ホウ素は、高温で
の安定性に優れ、離型材・スペーサー・焼結用るつぼ等
に適した材料であり、近年注目を集めている０例えば、
熱力学的には不活性雰囲気中では、約３０００℃まで安
定であり、かつ熱伝導率が極めて高く、溶融金属に濡れ
にくいことなどがあげられる。

しかし、窒化ホウ素自体では焼結させることが難しく、
Ｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３やＣａＯなどの酸化物を用いること
で焼成体を得ている（特公昭８３−４０７６９）が高温
での強度劣化が著しく、その酸化物の昇華や融液が出始
めることによって、安定性が保たれないことが問題とな
っている。

また、焼成体中に炭素を含むことによって、その物性が
劣化する窒化物セラミックスの成形方法としては、一般
の有機高分子のように残炭率の高い成形用バインダーを
使えないため、その成形圧バインダーは残炭分が少なく
、マトリックスのセラミックス本体の物性を損なわない
性質をもつ高分子が孕まれている。

発明が解決しようとする課題 それ自体が窒化珪素および／または炭化珪素セラミック
ス化する無機高分子をバインダーとして用い、１３Ｎ粉
体の間隙を充填することにより、焼成過程での形を保つ
だけの必要な強度を確保し、その後窒化珪素および／ま
たは炭化珪素セラミックスに結晶化することによって、
焼成後も高温での強度の低下を防止することを特徴とす
る成形、焼成方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 そのため、高温での安定性に優れた材料との複合化が必
要になっている。本発明においては、この点を、熱処理
後非酸化物のセラミックス化する性質をもつ前駆体ポリ
マー即ち無機高分子を用いることで、改善するものであ
る。

本発明の要旨とするところは、窒化ホウ素粉末原料を無
機高分子の有機溶媒溶液に窒化ホウ素粉末が６０〜３０
体積％の割合で添加混合して、スラリーを形成し、この
スラリーを乾燥後粉砕するか、もしくは噴霧熱乾燥する
ことによって球状の平均粒度で２０〜８０ｐｍの２次粒
子に造粒し、これをｌ軸プレス成形、静水圧成形して緻
密な成形体を得た後、非酸化性雰囲気中もしくは真空中
で加熱するＢＮ−９Ｌ３風、ＢＮ−３ｉ３鳳−３ｉＧ、
または、ＢＮ−５ｉ　Ｃ複合セラミックスの成形および
焼成体を製造することである。

無機高分子として、主鎖に珪素−窒素結合、側鎖に有機
基をもち、熱処理の温度、雰囲気に応じて窒化珪素の結
晶相、窒化珪素と炭化珪素の混在相、炭化珪素の結晶相
になることを特徴とするポリシラザンを用いることを特
徴とする。ポリシラザンが分解していずれの相を生成す
るかは、雰囲気種、圧力、温度によって変化する。第１
図にその一例を示した。

以下に本発明について詳細に説明する。無機高分子の有
機溶媒溶液に窒化ホウ素粉末原料を添加混合し、このス
ラリーを乾燥後粉砕し造粒するか、もしくは噴霧熱乾燥
することによって球状の２次粒子に造粒し成形性を向上
させた上で、これを１軸プｌ／ス成形（成形圧：　　Ｘ
ＯＯＸｏｏ−１Ｏ００／ｃｍ２）および／または静水圧
成形（成形圧：５００〜１．　ＯＯＱ　Ｏｋｇｆ／ｃｍ
２）　して緻密な成形体を得た後、非酸化性雰囲気中も
しくは真空中で１５００〜２２００℃に加熱する窒化ホ
ウ素−窒化珪素等の複合セラミ−、クス焼結体を製造す
ることを特徴とする。

従来の技術では窒化ホウ素原料粉末の１次粒子では流動
性が悪かったり、＊集を起こし易かったり、ラミネーシ
、ンを起こし易かったりすることなどが問題であったが
、本発明は、スラリー状態では良好な分散性を有し、有
機溶媒を除いた後は、それ自体は変形性を有する無機高
分子をバインダーとして用いることにより、これらの問
題を改善した。スラリーは、スプレードンイ等の方法に
より、流動性のよい２次粒子（平均粒子径で２０〜８０
ｇｍ）を形成する方が好ましい。

本発明は、それ自体が、非酸化物セラミックス化する無
機高分子、ここではポリシラザンを混合時は分散効果、
造粒時は結合効果、焼成後は強度Ｈ４効果という広義の
バインダーとして用いる。

即ち、窒化ホウ素粉体の間隙を成形時に充填することに
より、焼成過程での形を保つための強度を確保し、その
後、窒化珪素、窒化珪素と炭化珪素の混在相、炭化珪素
にセラミックス化することによって、焼成後も高温での
強度の低下を防止する。

成形方法として、２次粒子を２０ＪＬｍ未満にすると流
動性が落ち、８０ｔ、ｒｎを超えると充填密度が下がる
こと、成形圧を１００ｋｇｆ／ａｍ２未満にすると造粒
粉が変形せず充填性や強度が上がらないこと、焼成温度
を１５００℃未満にするとポリシラザンが充分に結晶化
せず２２００℃を超えるとポリシラザンから生成した非
酸化物セラミックスの分解が起こることなどから条件設
定がされる。

実施例 実施例Ｉ ＢＮ粉末（平均粒径１〜２ｐｍ）に、それ自体が非酸化
物セラミックス化するポリシラザンを体積比で１５マｏ
１％添加し、有機溶媒中で窒化珪素製のポット−ポール
を用い２４時間混練後、噴霧熱乾燥（スプレードライ）
し、粒径が２０〜４Ｑｐｍの２次粒子を造粒した後、　
５０Ｘ５０Ｘ　１０ｍ１の板状に１軸成形（１０００ｋ
ｇｒ／ｃｍ’　）　した。

この成形体を窒素ガスの常圧流通下、昇温速度１０度／
分で室温から１４５０℃まで加熱熱分解を行なった。こ
の温度でポリシラザンを窒化珪素に結晶化させたところ
、良好な歪の少ない焼成体（密度１、Ｅ！４／　ａｍ３
）を得た。

室温での３点曲げ抗折強度は５０ｋｇｆ／ａｍ２で、窒
素ガス雰囲気中、１８００℃までこの強度は変化せず、
また重量の変化も見られなかった。Ｘ線回折によって、
結晶相について窒化ホウ素と窒化珪素の２相のみである
ことを確認した。

実施例２ ８Ｍ粉末（平均粒径１〜２ｊＬｍ）に、それ自体が非酸
化物セラミックス化するポリシラザンを体積比で１５マ
Ｏ１％添加し、有機溶媒中で窒化珪素製のポット・ポー
ルを用い２４時間混練後、噴霧熱乾燥（スプレードライ
）し、粒径が２０〜４０ｇｍの２次粒子を造粒した後、
５０Ｘ　５０Ｘ　ｕＯｍｍの板状に１＠成形（ｕｏｏｏ
ｋｇｆ／ｃｍ２）　した。

この成形体を窒素ガスの常圧流通下、昇温速度１０度／
分で室温から１８００℃まで加熱熱分解を行なった。こ
の温度でポリシラザンを窒化珪素に結晶化させたところ
、良紅な歪の少ない焼成体（密度１．８ｇ／ｅ層３）を
得た。

室温での３点曲げ抗折強度は５０ｋｇｆ／ｃｓ２で、窒
素ガス雰囲気中、１８００℃までこの強度は変化せず、
また重量の変化も見られなかった。Ｘ線回折によって、
結晶相について窒化ホウ素と窒化珪素と炭化珪素の３相
のみであることを確認した。

実施例３ ＢＮ粉末（平均粒径ｌ〜２ＩＬｍ）に、それ自体が非酸
化物セラミックス化するポリシラザンを体積比で１５マ
ｏ１％添加し、有機溶媒中で窒化珪素製のポット・ポー
ルを用い２４時間混線後、噴霧熱乾燥（スプレードライ
）し、粒径が２０ｍ４０川ｍの２次粒子を造粒した後、
　５０Ｘ　５０Ｘ　１０ｍｍの板状に１輛歳形（１００
０ｋｇｆ／ｃｍ２）　ｌ、た。

この成形体をアルゴンガスの常圧流通下、昇温速度１０
度／分で室温から１８５０℃まで加熱熱分解を行なった
。この温度でポリシラザンを炭化珪素に結晶化させたと
ころ、良好な歪の少ない焼成体（密度１．５ｇ／＊ｓ３
）を得た。

室温での３点曲げ抗折強度は４５ｋｇｆ／ｃ＋ｓ２で、
窒素ガス雰囲気中、　２０００℃までこの強度は変化せ
ず、また重量の変化も見られなかった。ｘｉ回折によっ
て、結晶相について窒化ホウ素と炭化珪素の２相のみで
あることを確認した。

実施例４ ＯＮ粉末（平均粒径１〜２４ｍ）に、それ自体が非酸化
物セラミックス化するポリシラザンを体積比で２０マｏ
１％添加し、有機溶媒中で窒化珪素製のポット・ポール
を用い２４時間混線後、噴霧熱乾燥（スプレードライ）
し、粒径が３０〜５０ｇｍの２次粒子を造粒１７た後、
１００１００Ｏ／ｃｍ１２の圧力下で１頓１成形し、７
０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力下で静水圧加圧した。

この成形体を窒素ガスの１０θ気圧頒圧雰囲気下で昇温
速度１０度／分で室温から２０００℃まで加熱、熱分解
を行ない緻密化を行なった。この温度でポリシラザンを
β相の窒化珪素に結晶化させたところ、焼成密度！−７
８／ｃｍ’°の歪の少ない焼成体を得た。

室温での３点曲げ抗折強度は８Ｑｋｇ４／ａｍ２で、窒
素ガス雰囲気中、２０００℃までその強度は変化しなか
った０重量の変化は、窒素ガスの常圧雰囲気中、２００
０℃、５０時間を経過してもＱ、ＯＸｗｔ％とわずかな
ものであった。Ｘ線回折によって、結晶相について窒化
ホウ素とβ相の窒化珪素の２相のみであることを確認し
た。

発明の効果 非酸化物系セラミックスの中でも窒化ホウ素焼成体は、
高温での安定性に優れた材料であるが、原料粉末のプレ
ス成形時に流動性をよくして、充填性をあげて成形する
ことが難しく、また、窒化ホウ素自体では焼結性が乏し
く酸化物の助剤を用いた焼結法があるがその酸化物の融
点までの安定性に限られることなどが問題となっていた
。

本発明は、造粒時に、それ自体が非酸化襲セラミックス
化する前駆体ポリマー即ち無機高分子を、混練時に有機
溶媒溶液中で添加し、上記２点の問題を改善した。

これにより、これまで解決できなかった成形性や高温安
定性を向上させ、より高品質の製品装造が可能になった
。

【図面の簡単な説明】

第１図はポリシラザンが各種雰囲気争温度―圧力で生成
する相の模様例を示した図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化ホウ素粉末原料を無機高分子の有機溶媒溶液
   に添加混合して、スラリーを形成し、このスラリーを乾
   燥後粉砕するか、もしくは噴霧熱乾燥することによって
   球状の２次粒子に造粒し、これを１軸プレス成形及び／
   または静水圧成形して緻密な成形体を得た後、非酸化性
   雰囲気中もしくは真空中で焼成するＢＮ−Ｓｉ＿３Ｎ＿
   ４、ＢＮ−Ｓｉ＿３Ｎ＿４−ＳｉＣ、または、ＢＮ−Ｓ
   ｉＣ複合セラミツクスの成形および焼成方法。
2. （２）無機高分子として、主鎖に珪素−窒素結合、側鎖
   に有機基をもち、熱処理の温度、雰囲気に応じて、窒化
   珪素の結晶相、窒化珪素と炭化珪素の混在相、炭化珪素
   の結晶相になることを特徴とするポリシラザンを用いる
   特許請求の範囲第１項記載のＢＮ−Ｓｉ＿３Ｎ＿４、Ｂ
   Ｎ−Ｓｉ＿３Ｎ＿４−ＳｉＣ、または、ＢＮ−ＳｉＣ複
   合セラミツクスの成形および焼成方法。