(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス相を主相とするか、または、結晶粒径もしくは析出相の平均粒径が１００ｎｍ以下の微細多結晶組織を有する、見掛け密度が２．３２ｇ／ｃｍ3以上のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法であって、Ｓｉ、ＣおよびＮを含む高分子プレカーサーの粉末を焼成した後、その粉末を１００μｍ以下に篩い分け、次いでバルク状に成形し、さらに１０００℃以上の温度で、２５０ＭＰａ以上の圧力または応力を加えることにより緻密化することを特徴とするバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、バルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高度に緻密化された、アモルファス組織または微細多結晶組織を有する新しいバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、高分子プレカーサーを焼成することにより、アモルファス組織または、平均粒径１μｍ以下の微細多結晶組織からなるセラミックス材料が得られることが、知られている。有機高分子プレカーサーからセラミックスを製造することの利点は、高分子の原子配列制御に基づくセラミックスの構造および物性の制御が可能となることである。有機高分子プレカーサーから製造されたセラミックスとしては、アモルファス繊維材料、薄膜材料が挙げられ、工業的な実用化がなされている。
【０００３】
しかしながら、従来、セラミックスの製造過程において、有機高分子プレカーサーを焼成する際には、ガスの発生が不可避であり、これが原因となり、バルク材料としては多孔質な材料しか得られないという問題があった。このため、従来より知られている焼結などによる方法では、前記のような有機高分子プレカーサーから製造されるセラミックス材料の特長を生かしつつ、かつ、高度に緻密化されたバルク状セラミックス材料を実現することは困難であった。
【０００４】
そこで、この出願の発明者らによって、前記のような有機高分子プレカーサーから製造されるセラミックス材料の特長を生かしつつ、かつ、高度に緻密化されたバルク状セラミックス材料を実現することを課題とし、Ｓｉ、ＣおよびＮを含む有機高分子プレカーサーを焼成後、１０００°Ｃ以上の温度で、２５０ＭＰａ以上の圧力または応力を加えることにより緻密化を行う方法により、見掛け密度が２．３２ｇ／ｃｍ3以上のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料を実現する方法が提案された（特願平１０−２６５４４０）。
この出願の発明は、発明者らにより提案された上記のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法をさらに発展させ、見掛け密度が高く、かつ、均一な組織を有するバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の新しい製造方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、アモルファス相を主相とするか、または、結晶粒径もしくは析出相の平均粒径が１００ｎｍ以下の微細多結晶組織を有する、見掛け密度が２．３２ｇ／ｃｍ3以上のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法であって、Ｓｉ、ＣおよびＮを含む高分子プレカーサーの粉末を焼成した後、その粉末を１００μｍ以下に篩い分け、次いでバルク状に成形し、さらに１０００℃以上の温度で、２５０ＭＰａ以上の圧力または応力を加えることにより緻密化することを特徴とするバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は以上のとおりの特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【０００７】
この出願の発明により製造されるバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料は、アモルファス相を主相としているか、または、結晶粒径もしくは析出相の平均粒径が１００ｎｍ以下の微細多結晶組織を有する。ここで、アモルファス相を主相としているとは、少なくとも材料の内で体積率５０％以上がアモルファス相で占有されていることを意味し、材料の強度等の特性からは、体積率８０％以上が好ましい。
また、この出願の発明により製造されるバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料は、２．３２ｇ／ｃｍ3以上の見掛け密度を持っている。
【０００８】
製造方法については、まず、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）およびＮ（窒素）をその化学構造中に含有する高分子プレカーサーの粉末を焼成する。焼成は、原料となる高分子プレカーサーの種類、組成等によって相違するが、通常においては、８００℃〜１５００℃の温度において、非酸化性雰囲気、例えば不活性ガス雰囲気中にて実施される。
原料である高分子プレカーサーは焼成された後、必要に応じてボールミル、振動ミル等により粉砕し、ある粒度以下に篩い分けが行われる。篩い分けは、原料となる高分子プレカーサーの種類、組成等によって相違するが、通常においては、１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下、さらには２０μｍ以下に篩い分けられた粉末を用いることにより、完成するセラミックス材料に、高い見掛け密度を持たせ、また、空隙がほとんど無いか、残留したとしても、空隙が小さく、かつ、空隙の大きさおよび分布がほぼ均一であることが可能となる。
【０００９】
次いで、篩い分けの行われた高分子プレカーサーの粉末に対して成形が行われる。成形は、原料となる高分子プレカーサーの種類、組成等によって相違するが、例えば一軸圧縮成形などが行われる。
【００１０】
さらに、成形後には、緻密化が行われる。緻密化は、１０００℃以上の温度で、２５０ＭＰａ以上の圧力または応力を加えることにより行われる。緻密化を行う際の、温度および圧力または応力の選択によって、この出願の発明のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料は、アモルファス相を主相としているか、または、結晶粒径もしくは析出相の平均粒径が１００ｎｍ以下の組織を有するものとすることが可能となる。
ここで、粉末を１００μｍ以下に篩い分けてから緻密化することにより、緻密化がより容易となることから、同程度の密度を得るために必要な緻密化の際の温度を下げることができ、また、そのために、アモルファス相を主相としているか、または、結晶粒径もしくは析出相の平均粒径が１００ｎｍ以下の組織を得ることが、より容易となる。
また、この出願の発明のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料製造法においては、原料である有機高分子プレカーサーについては、特にその化学構造が限定されるものではないが、例えば、ポリシラザン系、ポリシリルヒドラジン系、または、ポリシリルカルボジイミド系などが用いられる。
【００１１】
なお、この出願の発明のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料は、Ｓｉ、Ｃ、Ｎを主な構成元素とするものであるが、必要に応じて、Ｂ、Ａｌ、ＰまたはＴｉ等を含有することができる。また、酸素等の不可避的不純物の混入が許容されることは言うまでもない。
【００１２】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００１３】
【実施例】
有機高分子プレカーサーとして、Ｂ（硼素）を含有するポリシラザン系高分子を用いて、この出願の発明のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料製造法によりセラミックス材料の製造を実施した。
【００１４】
まず、原料であるＢを含有するポリシラザン系高分子を、アルゴン雰囲気中にて、１４００℃で焼成した。これをボールミルで粉砕し、さらに、３２μｍ以下に篩い分けを行い、３２μｍ以下の粉末を金型に包み入れ、２００ＭＰａの圧力で一軸圧縮成形を行った。次いで、一軸圧縮を行った結果得られた圧粉体に、温度１４５０℃、圧力９００ＭＰａの条件下で、熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ）を実施し、セラミックス材料を製造した。
【００１５】
さらに、同様の原料から比較材を製造した。
原料であるＢを含有するポリシラザン系高分子をアルゴン雰囲気中にて、１４００℃で焼成した。これをボールミルで粉砕し、さらに、篩い分けを行わずに粉末を金型に包み入れ、２００ＭＰａの圧力で一軸圧縮成形を行った。次いで、一軸圧縮を行った結果得られた圧粉体に、温度１４５０℃、圧力９００ＭＰａの条件下で、熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ）を実施し、セラミックス材料を製造した。
【００１６】
その結果、この出願の発明のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料製造法により製造されたセラミックス材料の見掛け密度は２．４２ｇ／ｃｍ3であり、比較材の２．１９ｇ／ｃｍ3に比べ高い値を示した。
【００１７】
さらに、図１に示すように、この出願の発明のバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料製造法により製造されたセラミックス材料の断面組織は、図２に示された比較材の断面組織に比べて、ほとんど空隙を持たない均一な組織であった。
【００１８】
【発明の効果】
この出願の発明により、組織が緻密かつ均一である優れた特性を持つバルク状Ｓｉ−Ｃ−Ｎ系セラミックス材料の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明に係る実施例において製造されたセラミックス材料の断面組織の光学顕微鏡写真である。
【図２】図１のセラミックス材料の比較材として製造されたセラミックス材料の断面組織の光学顕微鏡写真である。
【図１】
0004330218.tif 000002
【図２】
0004330218.tif 000003