JPS6144770A - 窒化珪素質焼結体の製法 - 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） 本発明は窒化珪素質焼結体の製法、特に、熱的及び機械
的性質の優れた窒化珪素質焼結体の製法に関する。

窒化珪素質焼結体は、機械的強度、耐クリープ性、耐熱
性、耐熱衝撃性、耐蝕性などの種々の熱的及び機械的性
質が優れているため、近年、高温機械部品、高温構造材
料、耐摩耗材料、耐蝕材料としての用途が期待されてい
る。

（従来の技術） 窒化珪素は極めて難焼結性の物質であり、それを単独で
焼結しても高密度焼結体を得ることば困難である。そこ
で、窒化珪素粉末に種々の酸化物粉末を添加して焼結す
ることにより高密度焼結体を製造する方法が提案されて
いる。上記酸化物粉末としては、例えば、マグネシウム
、アルミニラム、イツトリウムなどの酸化物が使用され
ている。

特開昭５Ｅ１６４２７９号公報には、窒化珪素粉末に５
００Å以下の酸化マグネシウムを添加して焼結する方法
が開示されている。しかし、この方法で得られる窒化珪
素質焼結体の強度は実用」二未だ充分とは言いガい。　
　。

（発明が解決しようとする問題点） 一般に、焼結体の性質は、出発原料として使用された粉
末の特性及び製造履歴に大きく依存することが知られて
いる。従来、窒化珪素に焼結助剤としての酸化物を添加
すると、焼結促進効果は大きいものの、粒界に低融点の
ガラス相が析出し、得られる焼結体の高温における特性
が低下することが知られていた。ところが、本発明者ら
が、製造履歴の異なる種々の原料粉末を使用して、窒化
珪素質焼結体を調製し、その機械的強度を測定したとこ
ろ、イミド熱分解法により生成した窒化珪素粉末と、特
定の比表面積及び純度を有する酸化マグネシウム粉末と
の混合物から得られる成形品を焼結した場合には、従来
の常識とは異なり、高温まで優れた機械的性質を維持す
る焼結体が得られることを見いだした。

（問題点を解決するための技術的手段）本発明は、全金
属不純物含有率０．５重量％以下、比表面積２０ｒｒｆ
／ｇ以上の酸化マグネシウム粉末２〜３０重量％と、残
部が、イミド熱分解法により生成した窒化珪素粉末とか
らなる混合物を成形し、得られる成形品を０．　５〜１
００ｋｇ／ｃｎｔの窒素ガス分圧を有する非酸化性雰囲
気中、１５００〜２０００℃の温度で焼結することを特
徴とする窒化珪素質焼結体の製法である。

本発明で使用される窒化珪素粉末は、イミド熱分解法に
より生成した窒化珪素粉末である。本発明におけるイミ
ド熱分解法とは、シリコンジイミド、シリコンテトラア
ミド及びシリコンニトロジエンイミドからなる群から選
ばれる含窒素シラン化合物の熱分解による窒化珪素粉末
の製造法を意味する。上述した含窒素シラン化合物は、
公知の方法、例えば、四塩化珪素、四臭化珪素、四沃化
珪１（７）ヨウなハロゲン化珪素とアンモニアとヲ気相
で反応させる方法、液状のハロゲン化珪素と液体アンモ
ニアとを反応させる方法によって調製することができる
。

イミド熱分解法による窒化珪素粉末の製造においては、
製造条件の精密な制御により、種々の粒子形態の粉末を
生成させることが可能である。本発明は、これらのすべ
ての粉末に適用することができるが、中でも、比表面積
５　％　／　ｇ以上の粒状窒化珪素粉末を使用すること
が、機械的特性の優れた焼結体を安定的に製造するうえ
で好ましい。

本発明において使用される酸化マグネシウムは、比表面
積が２０　ｇ　／　ｒｄ以上であるという条件と、全金
属不純物含有率が０．５重量％以下であるという条件と
を満足する必要があり、いづれがを満足しない場合には
、得られる焼結体の強度が低下する。このような酸化マ
グネシウムとしては、脱炭酸と脱硼酸処理を施した海水
を精製石灰乳と反応させることにより生成する水酸化マ
グネシウムを焼成することにより得られる高純度海水酸
化マグネシウムが好ましく使用される。

酸化マグネシウム粉末と窒化珪素粉末との量比は、両者
の混合物に対して、酸化マグネシウム粉末が２〜３０重
量％、好ましくは３〜１５重量％である。酸化マグネシ
ウム粉末の使用量が３０重量％より多いと、得られる焼
結体の高温強度が低下し、その使用量が２重量％より少
ないと、焼結促進効果が認められず、高密度の焼結体が
得られない。

酸化マグネシウム粉末と窒化珪素粉末とを混合する方法
については特に制限はなく、それ自体公知の方法、例え
ば、両者を乾式混合する方法、両者をメタノール、エタ
ノールなどの有機溶媒中で湿式混合した後、有機溶媒を
除去する方法などを採用することができる。

窒化珪素粉末と酸化マグネシウム粉末との混合物は、そ
れ自体公知の方法で各種成形品に成形される。成形法の
例としては、金型プレス法、う八−プレス法、射出成形
法、押出成形法、及び泥しよう鋳込法が挙げられる。

本発明においては、上記成形方法で得られる成形品を窒
素ガスを含有する非酸化性雰囲気中にて焼結する。

焼結温度は１５００〜２ｏｏｏ℃、好ましくは１６００
〜１８００　’Ｃである。焼結温度が下限より低いと高
密度の焼結体を得ることができず、焼結温度が上限より
高いと窒化珪素自体の分解及び異常粒成長が起こる。

焼結は０．５〜Ｉ　ＯＯｋｇ／ｃｔの窒素ガス分圧を有
する非酸化性雰囲気中で行われる。窒素ガス以外の非酸
化性ガスの具体例としては、ヘリウムガス、アルゴンガ
ス、水素ガス、アンモニアガス及び−酸化炭素ガスが挙
げられる。

（発明の効果） 特定の比表面積及び純度を有する酸化マグネシウムとイ
ミド熱分解法により生成した窒化珪素との混合物から得
られる成形品を焼結する本発明によれば、後述する実施
例の結果かられかるように、優れた物性を有する窒化珪
素質焼結体を得ることができる。

（実施例及び比較例） 以下に実施例及び比較例を示す。

実施例及び比較例において、焼結体の嵩密度はアルキメ
デス法によって測定し、理論密度に対する百分率で示し
た。焼結体の曲げ強度は、ＪＩＳＲ１６０１に従い、焼
結体から３Ｘ４Ｘ４０闘の棒状試験片を切り出し、表面
をダイアモンドホイールにて長軸方向に研磨した後、ス
パン３０顛、クロスへラドスピード０．５１１／分の条
件で室温及び１３００℃で３点曲げ試験を行うことによ
り測定した。試験片の個数は室温用に３０本、１３００
℃用に１０本とし、値はそれらの平均値で示した。

以下の記載において「％」はすべて「重量％」を示す。

実施例１〜３ 高純度海水酸化マグネシム粉末（比表面積：２５ｎ？／
ｇ、、Ｆｅ：２８０ｐｐｍ、Ｃａ：１５００ｐｐｍ、Ｂ
：６０ｐｐｍ、Ｓｉ：５００ｐｐｍ、Ａｌ：２ｓｏｐｐ
ｍ、全金属不純物含有率：３０００ｐｐｍ以下）とシリ
コンジイミドの熱分解により合成した比表面積９．８ｍ
／ｇの粒状窒化珪素粉末とを、第１表に記載の割合で窒
化珪素製ボールミルに仕込み、エタノール中で湿式混合
した後、乾燥して、粉末混合物を得た。

粉末混合物を１　、　５　ｔｏｎ　／ｃｔの圧力でラノ
λ−プレス成形して、直径１２５＋＋ｍの円板状成形体
を作成した。次ぎに、成形体を窒化珪素−窒化硼素−酸
化マグネシウム（重量比　５０：２５：２５）混合粉末
中に埋づめ、電気炉にて第１表に記載の条件で焼結する
ことにより、窒化珪素質焼結体を得た。、 得られた焼結体の評価結果を第２表に示す。

比較例１ 窒化珪素として、直接窒化法により合成された窒化珪素
粉末（比表面積：１７ｒｄ／ｇ）を使用した以外は実施
例１と同様な方法を繰り返した。結果を第２表に示す。

比較例２ 酸化マグネシウムとして、比表面積が１５ｄ／ｇ、全金
属不純物含有率が１１００００ｐｐ以上（Ｆｅ：６００
ｐｐｍ、Ｃａニア２００ｐｐｍ、Ｓｉ：１５００ｐｐｍ
、、Ａｌ：４００ｐｐｍ、Ｂ：２００ｐｐｍ）である酸
化マグネシウム粉末を使用した以外は実施例１と同様な
方法を繰り返した。結果を第２表に示す。

第　　１　　表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 全金属不純物含有率０．５重量％以下、比表面積２０ｍ
   ＾２／ｇ以上の酸化マグネシウム粉末２〜３０重量％と
   、残部が、イミド熱分解法により生成した窒化珪素粉末
   とからなる混合物を成形し、得られる成形品を０．５〜
   １００ｋｇ／ｃｍ＾２の窒素ガス分圧を有する非酸化性
   雰囲気中、１５００〜２０００℃の温度で焼結すること
   を特徴とする窒化珪素質焼結体の製法。