JP2000272967A - 炭化珪素スラリー - Google Patents
炭化珪素スラリーInfo
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- JP2000272967A JP2000272967A JP11083814A JP8381499A JP2000272967A JP 2000272967 A JP2000272967 A JP 2000272967A JP 11083814 A JP11083814 A JP 11083814A JP 8381499 A JP8381499 A JP 8381499A JP 2000272967 A JP2000272967 A JP 2000272967A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳｉＣ−Ｂ−Ｃ系スラリーに関し、分散し難
いカーボンを容易に分子レベルで分散させることが可能
な高濃度の炭化珪素スラリーを提供する。 【解決手段】 炭化珪素粉末、アミノ基を側鎖に有する
有機質カーボン源、無機質カーボン粉末、硼素化合物粉
末と有機分散剤を水および／または有機溶媒に添加して
混合することによって得られる炭化珪素スラリー。
いカーボンを容易に分子レベルで分散させることが可能
な高濃度の炭化珪素スラリーを提供する。 【解決手段】 炭化珪素粉末、アミノ基を側鎖に有する
有機質カーボン源、無機質カーボン粉末、硼素化合物粉
末と有機分散剤を水および／または有機溶媒に添加して
混合することによって得られる炭化珪素スラリー。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス製造
用の炭化珪素スラリー（泥漿）に関する。
用の炭化珪素スラリー（泥漿）に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素セラミックスは、熱伝導性や導
電性が高く、熱膨張率も比較的小さいことから構造用セ
ラミックスとして広く用いられている。中でも、焼結助
剤としてＢ−Ｃ系非酸化物を主成分とする粉末、または
水溶性か有機溶媒可溶性なる性質を有し数百℃の不活性
雰囲気中でも熱分解によってＢ−Ｃ元素源となる有機質
原料を用いた炭化珪素質焼結体は、高温での強度劣化が
少なく、揮発成分の蒸気圧が低いことや、耐アルカリ性
が高いことなどから、多方面の用途がある。
電性が高く、熱膨張率も比較的小さいことから構造用セ
ラミックスとして広く用いられている。中でも、焼結助
剤としてＢ−Ｃ系非酸化物を主成分とする粉末、または
水溶性か有機溶媒可溶性なる性質を有し数百℃の不活性
雰囲気中でも熱分解によってＢ−Ｃ元素源となる有機質
原料を用いた炭化珪素質焼結体は、高温での強度劣化が
少なく、揮発成分の蒸気圧が低いことや、耐アルカリ性
が高いことなどから、多方面の用途がある。
【０００３】炭化珪素粉末を出発原料とするセラミック
ス焼結体の代表的な成形方法には、次の２通りの方法が
ある。一つは、プレス成形を行い目的形状に成形する方
法であり、水および／または有機溶媒中に原料粉末を分
散後、噴霧乾燥処理により顆粒状に造粒し、流動性を付
与してラバーまたは金型へ充填する際の均一充填性を向
上させてプレス成形する方法である。もう一つは、鋳込
み成形法で、水および／または有機溶媒中に原料粉末を
分散・浮遊させた状態で吸水性を有する鋳込み型に流し
込み、脱液固化させる方法により目的形状を得る成形方
法である。これらは、いずれも原料粉末を水中および／
または有機溶媒中で分散・浮遊させるが、炭化珪素原料
を混合容器に投入した後の液中への入り込み易さを向上
させることが課題である。
ス焼結体の代表的な成形方法には、次の２通りの方法が
ある。一つは、プレス成形を行い目的形状に成形する方
法であり、水および／または有機溶媒中に原料粉末を分
散後、噴霧乾燥処理により顆粒状に造粒し、流動性を付
与してラバーまたは金型へ充填する際の均一充填性を向
上させてプレス成形する方法である。もう一つは、鋳込
み成形法で、水および／または有機溶媒中に原料粉末を
分散・浮遊させた状態で吸水性を有する鋳込み型に流し
込み、脱液固化させる方法により目的形状を得る成形方
法である。これらは、いずれも原料粉末を水中および／
または有機溶媒中で分散・浮遊させるが、炭化珪素原料
を混合容器に投入した後の液中への入り込み易さを向上
させることが課題である。
【０００４】本発明はこれらの両成形法に関し、そのス
ラリーを提供することを目的とする。
ラリーを提供することを目的とする。
【０００５】炭化珪素スラリーについて従来は、例えば
β−ＳｉＣ粉末１００ｇに対して分散剤としてスチレン
ーマレイン酸共重合体の３５重量％水溶液を０．１７〜
１．７ｇと、ジエチルアミンを０．７ｇ加え、結合剤と
してアクリルエマルジョン（固形分濃度：４２重量％）
をエマルジョン重量にて５．０ｇ添加した系で、６８〜
７２重量％の鋳込み成形用スラリーを得ている（岐阜県
陶磁器工業協会組合連合会発行、「美濃焼高精度鋳込成
形技術の開発をめざして」、昭和６１年３月）。しかし
ながら、この系では焼結助剤を加えていないため、鋳込
み成形後に焼結しても高密度の焼結体とはならない。ま
た、スラリー濃度も低いことから厚肉の成形体は得られ
ないなどの問題点があった。
β−ＳｉＣ粉末１００ｇに対して分散剤としてスチレン
ーマレイン酸共重合体の３５重量％水溶液を０．１７〜
１．７ｇと、ジエチルアミンを０．７ｇ加え、結合剤と
してアクリルエマルジョン（固形分濃度：４２重量％）
をエマルジョン重量にて５．０ｇ添加した系で、６８〜
７２重量％の鋳込み成形用スラリーを得ている（岐阜県
陶磁器工業協会組合連合会発行、「美濃焼高精度鋳込成
形技術の開発をめざして」、昭和６１年３月）。しかし
ながら、この系では焼結助剤を加えていないため、鋳込
み成形後に焼結しても高密度の焼結体とはならない。ま
た、スラリー濃度も低いことから厚肉の成形体は得られ
ないなどの問題点があった。
【０００６】一方、塗師らはＳｉＣ−Ｂ4Ｃ−Ｃ（カー
ボンブラック）系で、ポリアクリル酸アンモニウム塩を
主成分とする有機分散剤を用いて鋳込み成形用スラリー
を調製している（第２５回窯業基礎討論会予稿集ｐ．１
６、昭和６２年１月）。ここでも焼結体の密度は２．８
ｇ／ｃｍ3程度と相対密度で９０％前後の値に停り、熱
伝導性や導電性がＳｉＣの本来値に到達していない。
ボンブラック）系で、ポリアクリル酸アンモニウム塩を
主成分とする有機分散剤を用いて鋳込み成形用スラリー
を調製している（第２５回窯業基礎討論会予稿集ｐ．１
６、昭和６２年１月）。ここでも焼結体の密度は２．８
ｇ／ｃｍ3程度と相対密度で９０％前後の値に停り、熱
伝導性や導電性がＳｉＣの本来値に到達していない。
【０００７】さらに、登録特許第２５０３０４３号に
は、炭化珪素質粉末、無機系炭素粉末、ホウ素化合物粉
末、分散剤、塩基性有機物質、バインダ、水からなる鋳
込み成形用炭化珪素質スラリーの製造方法が開示されて
いる。ここでは、スチレン−マレイン酸共重合体を炭化
珪素質粉末１００ｇに対して０．１７〜１．７ｇ加え、
焼結助剤の無機質炭素粉末と、スチレン−アクリル酸共
重合体を無機質炭素粉末１００ｇに対して１５〜１２０
ｇ加えている。また、塩基性有機物質としてモノエタノ
ールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミ
ンに加え、脂肪族の一級、二級、三級アミンやエチレン
ジアミン、ジエチレントリアミン脂肪族ポリアミン等を
例にあげている。また、ｐＨは８．５〜１０．５で好ま
しくは９．０〜１０．０に調整しなければならないと述
べている。スラリー濃度は７５重量％以下で、一般的な
鋳込み成形法で用いられるスラリーの濃度としては高く
ない。実施例でも成形時わずか５ｍｍ厚の小片を成形し
ており、スラリー濃度や肉厚品については言及していな
い。肉厚が１０ｍｍを超える成形体は得難く、そのため
には７５重量％より高濃度の鋳込みスラリーが必要とさ
れている。
は、炭化珪素質粉末、無機系炭素粉末、ホウ素化合物粉
末、分散剤、塩基性有機物質、バインダ、水からなる鋳
込み成形用炭化珪素質スラリーの製造方法が開示されて
いる。ここでは、スチレン−マレイン酸共重合体を炭化
珪素質粉末１００ｇに対して０．１７〜１．７ｇ加え、
焼結助剤の無機質炭素粉末と、スチレン−アクリル酸共
重合体を無機質炭素粉末１００ｇに対して１５〜１２０
ｇ加えている。また、塩基性有機物質としてモノエタノ
ールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミ
ンに加え、脂肪族の一級、二級、三級アミンやエチレン
ジアミン、ジエチレントリアミン脂肪族ポリアミン等を
例にあげている。また、ｐＨは８．５〜１０．５で好ま
しくは９．０〜１０．０に調整しなければならないと述
べている。スラリー濃度は７５重量％以下で、一般的な
鋳込み成形法で用いられるスラリーの濃度としては高く
ない。実施例でも成形時わずか５ｍｍ厚の小片を成形し
ており、スラリー濃度や肉厚品については言及していな
い。肉厚が１０ｍｍを超える成形体は得難く、そのため
には７５重量％より高濃度の鋳込みスラリーが必要とさ
れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＳｉＣ−Ｂ
−Ｃ系スラリーに関し、分散し難いカーボンが分子レベ
ルで分散しており、かつ濃度の高い炭化珪素スラリーを
提供することを目的としている。
−Ｃ系スラリーに関し、分散し難いカーボンが分子レベ
ルで分散しており、かつ濃度の高い炭化珪素スラリーを
提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭化珪素粉
末、アミノ基を側鎖に有する有機質カーボン源、硼素化
合物粉末と有機分散剤を水および／または有機溶媒に添
加して混合することによって得られる炭化珪素スラリー
であり、有機質カーボン源にアミノ基を付与したことに
特徴を有する。
末、アミノ基を側鎖に有する有機質カーボン源、硼素化
合物粉末と有機分散剤を水および／または有機溶媒に添
加して混合することによって得られる炭化珪素スラリー
であり、有機質カーボン源にアミノ基を付与したことに
特徴を有する。
【００１０】また、本発明は炭化珪素粉末、アミノ基を
側鎖に有する有機質カーボン源、無機質カーボン粉末、
硼素化合物粉末と有機分散剤を水および／または有機溶
媒に添加して混合することによって得られる炭化珪素ス
ラリーであって、ｐＨが９．５〜１１．５の範囲にある
ことに特徴がある。
側鎖に有する有機質カーボン源、無機質カーボン粉末、
硼素化合物粉末と有機分散剤を水および／または有機溶
媒に添加して混合することによって得られる炭化珪素ス
ラリーであって、ｐＨが９．５〜１１．５の範囲にある
ことに特徴がある。
【００１１】さらに、本発明は残炭率が１０〜４０重量
％である有機質カーボン源を炭化珪素粉末原料１００ｇ
に対し２．５ｇ〜７．０ｇ含み、かつ有機質カーボン源
からの残炭量をＣ1、無機質カーボン粉末からの炭素量
をＣ2としたとき、Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）が７０％以上であ
ることに特徴がある。
％である有機質カーボン源を炭化珪素粉末原料１００ｇ
に対し２．５ｇ〜７．０ｇ含み、かつ有機質カーボン源
からの残炭量をＣ1、無機質カーボン粉末からの炭素量
をＣ2としたとき、Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）が７０％以上であ
ることに特徴がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明では、炭化珪素粉末の結晶
相としてα型、β型のいずれでも構わない。一般に、β
型に比べてα型は安価であるが焼結し難いといわれてい
る。しかしながら、本発明によるスラリーを用い、かつ
成形条件や焼結条件を最適化することによって、得られ
る焼結体の特性に大きな差違は認められない。
相としてα型、β型のいずれでも構わない。一般に、β
型に比べてα型は安価であるが焼結し難いといわれてい
る。しかしながら、本発明によるスラリーを用い、かつ
成形条件や焼結条件を最適化することによって、得られ
る焼結体の特性に大きな差違は認められない。
【００１３】炭化珪素粉末の粒度分布について平均粒径
は１μｍ以下であることが好ましく、２μｍを超える粒
子が４０重量％以下で、 ＢＥＴ比表面積が７ｍ2／ｇ
以上あることが好ましい。純度は、９９％以上であれば
よい。より好ましくはＢＥＴ比表面積は７〜１５ｍ2／
ｇの範囲であればスラリー化が容易である。比表面積が
７ｍ2／ｇ未満では焼結後の組織で粒径差が大きくなる
ため、焼結体密度が上がらない。また、１５ｍ2／ｇを
超えると高価格、かつ原料粉末表面の酸化物（Ｓｉ
Ｏ2）や粉砕時の汚染による不純物が相対的に増えるた
め好ましくない。表面の酸化物層は、焼結助剤として添
加するカーボンまたは熱分解によってカーボン源となる
可溶性樹脂、硼素化合物粉末または熱分解によって硼素
源となる可溶性樹脂などと高温で反応し、炉内の雰囲気
ガスとして使用される、例えばＡｒ流通ガスとともに炉
外へ放出されるため、炭化珪素粉末の保存中に表面の酸
化物が経時的に増加する影響はほとんどない。
は１μｍ以下であることが好ましく、２μｍを超える粒
子が４０重量％以下で、 ＢＥＴ比表面積が７ｍ2／ｇ
以上あることが好ましい。純度は、９９％以上であれば
よい。より好ましくはＢＥＴ比表面積は７〜１５ｍ2／
ｇの範囲であればスラリー化が容易である。比表面積が
７ｍ2／ｇ未満では焼結後の組織で粒径差が大きくなる
ため、焼結体密度が上がらない。また、１５ｍ2／ｇを
超えると高価格、かつ原料粉末表面の酸化物（Ｓｉ
Ｏ2）や粉砕時の汚染による不純物が相対的に増えるた
め好ましくない。表面の酸化物層は、焼結助剤として添
加するカーボンまたは熱分解によってカーボン源となる
可溶性樹脂、硼素化合物粉末または熱分解によって硼素
源となる可溶性樹脂などと高温で反応し、炉内の雰囲気
ガスとして使用される、例えばＡｒ流通ガスとともに炉
外へ放出されるため、炭化珪素粉末の保存中に表面の酸
化物が経時的に増加する影響はほとんどない。
【００１４】有機質カーボン源としては、不活性ガス中
で熱分解後の残炭割合が高いものが適している。例えば
水溶性フェノール樹脂やカルボニル樹脂であり、水溶性
フェノール樹脂の１種であるレゾールが特に好適に用い
られる。アミノ基を側鎖に有することによってスラリー
系のｐＨを調整することができ、かつ残炭率が１０〜４
０重量％である有機質カーボン源として、前記水溶性フ
ェノール樹脂やカルボニル樹脂にアミノ基を側鎖に付与
した分子構造から成る有機質カーボン源が好ましい。ｐ
Ｈを適正範囲に収めることは、アミノ基を側鎖に有する
有機質カーボン源の添加量ならびに、スラリー濃度（分
散媒と炭化珪素粉末及びＣ源、Ｂ源、等の化合物の割
合）を変化させることで制御可能である。
で熱分解後の残炭割合が高いものが適している。例えば
水溶性フェノール樹脂やカルボニル樹脂であり、水溶性
フェノール樹脂の１種であるレゾールが特に好適に用い
られる。アミノ基を側鎖に有することによってスラリー
系のｐＨを調整することができ、かつ残炭率が１０〜４
０重量％である有機質カーボン源として、前記水溶性フ
ェノール樹脂やカルボニル樹脂にアミノ基を側鎖に付与
した分子構造から成る有機質カーボン源が好ましい。ｐ
Ｈを適正範囲に収めることは、アミノ基を側鎖に有する
有機質カーボン源の添加量ならびに、スラリー濃度（分
散媒と炭化珪素粉末及びＣ源、Ｂ源、等の化合物の割
合）を変化させることで制御可能である。
【００１５】硼素化合物粉末としては、室温以下で媒体
である水や有機溶媒および分散剤に不溶な無機質粉末が
用いられる。例えば、金属硼素、酸化硼素、炭化硼素、
窒化硼素、硼素とアルミニウムの金属間化合物などがあ
る。硼素としての添加量は、炭化珪素１００ｇに対して
０．２〜０．５ｇの範囲が良い。０．２ｇ未満では、焼
結助剤としての効果が乏しくなり焼結体密度が低下し、
０．５ｇを超えると過剰になるため同様に焼結体密度が
低下する。
である水や有機溶媒および分散剤に不溶な無機質粉末が
用いられる。例えば、金属硼素、酸化硼素、炭化硼素、
窒化硼素、硼素とアルミニウムの金属間化合物などがあ
る。硼素としての添加量は、炭化珪素１００ｇに対して
０．２〜０．５ｇの範囲が良い。０．２ｇ未満では、焼
結助剤としての効果が乏しくなり焼結体密度が低下し、
０．５ｇを超えると過剰になるため同様に焼結体密度が
低下する。
【００１６】有機分散剤として、スチレン−マレイン酸
共重合体ポリマーまたはオリゴマーなどを用いることが
可能である。添加量としては、溶液中の固形分換算重量
割合で該炭化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料１０
０ｇに対し０．０５ｇ〜０．１６ｇ添加することが好ま
しい。また、適宜アミン系ｐＨ調整剤を重量割合で該炭
化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料１００ｇに対し
０．３０ｇ〜０．６０ｇ添加することも可能である。こ
れらを添加した上でも、該スラリー系のｐＨが９．５〜
１１．５であることに本発明の特徴がある。有機分散剤
として、スチレン−マレイン酸共重合体ポリマーまたは
オリゴマーを溶液中の固形分換算重量割合で該炭化珪素
および焼結助剤を含めた粉末原料１００ｇに対し、０．
０５ｇ未満では粒子表面への吸着反応が充分に進行せ
ず、鋳込みスラリーに必要な分散状態が得られず、０．
１６ｇを超えれば、原料の比表面積に対し過剰な分散剤
添加をすることとなるため再凝集状態が支配的になり鋳
込みスラリーには不適となる。アミン系ｐＨ調整剤に関
し、炭化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料１００ｇ
に対し０．３０ｇ未満では添加した効果が低く、０．６
０ｇ超ではｐＨ域の上限を外れてしまうため不適であ
る。
共重合体ポリマーまたはオリゴマーなどを用いることが
可能である。添加量としては、溶液中の固形分換算重量
割合で該炭化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料１０
０ｇに対し０．０５ｇ〜０．１６ｇ添加することが好ま
しい。また、適宜アミン系ｐＨ調整剤を重量割合で該炭
化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料１００ｇに対し
０．３０ｇ〜０．６０ｇ添加することも可能である。こ
れらを添加した上でも、該スラリー系のｐＨが９．５〜
１１．５であることに本発明の特徴がある。有機分散剤
として、スチレン−マレイン酸共重合体ポリマーまたは
オリゴマーを溶液中の固形分換算重量割合で該炭化珪素
および焼結助剤を含めた粉末原料１００ｇに対し、０．
０５ｇ未満では粒子表面への吸着反応が充分に進行せ
ず、鋳込みスラリーに必要な分散状態が得られず、０．
１６ｇを超えれば、原料の比表面積に対し過剰な分散剤
添加をすることとなるため再凝集状態が支配的になり鋳
込みスラリーには不適となる。アミン系ｐＨ調整剤に関
し、炭化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料１００ｇ
に対し０．３０ｇ未満では添加した効果が低く、０．６
０ｇ超ではｐＨ域の上限を外れてしまうため不適であ
る。
【００１７】無機質カーボン粉末としては天然および人
工のグラファイトが使用できるが、分散性の良い、粒径
の細かい導電性カーボンブラックが好適に用いられる。
カーボン添加の総量としては、炭化珪素１００ｇに対し
て１．５〜３．０ｇ、より好ましくは２．０〜２．５ｇ
添加する。カーボン量が１．５ｇ未満では、表面の酸化
物層が焼結時に残存して焼結体密度が低下し、カーボン
量が３．０ｇを超えるとカーボン自体が焼結時に残存
し、同様に焼結体密度が低下する。無機質カーボン粉の
添加量や表面の電荷等に応じて、アミン系ｐＨ調整剤を
重量割合で該炭化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料
１００ｇに対し０．３０ｇ〜０．６０ｇを適宜添加する
ことも可能である。このことによって、該スラリー系の
ｐＨが９．５〜１１．５の範囲内でピンポイント的に調
整することが可能になる。ｐＨが９．５未満では炭化珪
素の分散が好適にはならず稠密な成形体が得られず、１
１．５を超えると分散性が低下する一方、混合容器内壁
の溶損や吸水性鋳型にスラリーを流し込む際の鋳型劣化
が著しくなり、好ましくない。
工のグラファイトが使用できるが、分散性の良い、粒径
の細かい導電性カーボンブラックが好適に用いられる。
カーボン添加の総量としては、炭化珪素１００ｇに対し
て１．５〜３．０ｇ、より好ましくは２．０〜２．５ｇ
添加する。カーボン量が１．５ｇ未満では、表面の酸化
物層が焼結時に残存して焼結体密度が低下し、カーボン
量が３．０ｇを超えるとカーボン自体が焼結時に残存
し、同様に焼結体密度が低下する。無機質カーボン粉の
添加量や表面の電荷等に応じて、アミン系ｐＨ調整剤を
重量割合で該炭化珪素および焼結助剤を含めた粉末原料
１００ｇに対し０．３０ｇ〜０．６０ｇを適宜添加する
ことも可能である。このことによって、該スラリー系の
ｐＨが９．５〜１１．５の範囲内でピンポイント的に調
整することが可能になる。ｐＨが９．５未満では炭化珪
素の分散が好適にはならず稠密な成形体が得られず、１
１．５を超えると分散性が低下する一方、混合容器内壁
の溶損や吸水性鋳型にスラリーを流し込む際の鋳型劣化
が著しくなり、好ましくない。
【００１８】有機質カーボン源の残炭量に関しては、１
０重量％未満ではスラリー中への添加量が著しく多くな
るため不適で、他方４０重量％を超えると有機質カーボ
ン源中のアミノ基の割合が相対的に低くなり分散媒中で
安定に浮遊出来なくなるため好ましくない。有機質カー
ボン源の添加量として、炭化珪素粉末原料１００ｇに対
し２．５ｇ未満では炭化珪素原料粉末表面のＳｉＯ2層
の揮発除去が進行せず、炭化珪素粉末原料１００ｇに対
し７．０ｇを超えると過剰添加になり、焼結後の粒界層
に残留して炭化珪素焼結体の物性低下をもたらすため好
ましくない。
０重量％未満ではスラリー中への添加量が著しく多くな
るため不適で、他方４０重量％を超えると有機質カーボ
ン源中のアミノ基の割合が相対的に低くなり分散媒中で
安定に浮遊出来なくなるため好ましくない。有機質カー
ボン源の添加量として、炭化珪素粉末原料１００ｇに対
し２．５ｇ未満では炭化珪素原料粉末表面のＳｉＯ2層
の揮発除去が進行せず、炭化珪素粉末原料１００ｇに対
し７．０ｇを超えると過剰添加になり、焼結後の粒界層
に残留して炭化珪素焼結体の物性低下をもたらすため好
ましくない。
【００１９】アミン系ｐＨ調整剤は、モノエタノールア
ミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンの他
に、脂肪族の一級、二級、三級アミンやエチレンジアミ
ン、ジエチレントリアミン脂肪族ポリアミン等が代表的
であり、アミノ基を有する有機質カーボン源と共存する
ことも可能であるが、粉末原料１００ｇに対して０．３
０ｇ未満では添加する効果が乏しく、０．６０ｇを超え
るとｐＨが１１．５を超えたり、アミノ基を有する有機
質カーボン源を含む分散スラリー系を阻害する恐れがあ
る。従来は、ｐＨ調整を行う目的でＮＨ4Ｃｌ、ＮａＯ
Ｈ、ＫＯＨ等を用いてきたため、焼結時のＣｌ、Ｎａ、
Ｋなどの焼結体への残留による物性低下と焼成炉内の汚
染などが課題であった。本発明の炭化珪素スラリーは、
これらの有害な元素を含まず、かつカーボンを分散させ
ることが可能なアミノ基を側鎖に有する有機質カーボン
源を用いているため、焼結体の物性低下や焼成炉内の汚
染などの課題を解決している。
ミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンの他
に、脂肪族の一級、二級、三級アミンやエチレンジアミ
ン、ジエチレントリアミン脂肪族ポリアミン等が代表的
であり、アミノ基を有する有機質カーボン源と共存する
ことも可能であるが、粉末原料１００ｇに対して０．３
０ｇ未満では添加する効果が乏しく、０．６０ｇを超え
るとｐＨが１１．５を超えたり、アミノ基を有する有機
質カーボン源を含む分散スラリー系を阻害する恐れがあ
る。従来は、ｐＨ調整を行う目的でＮＨ4Ｃｌ、ＮａＯ
Ｈ、ＫＯＨ等を用いてきたため、焼結時のＣｌ、Ｎａ、
Ｋなどの焼結体への残留による物性低下と焼成炉内の汚
染などが課題であった。本発明の炭化珪素スラリーは、
これらの有害な元素を含まず、かつカーボンを分散させ
ることが可能なアミノ基を側鎖に有する有機質カーボン
源を用いているため、焼結体の物性低下や焼成炉内の汚
染などの課題を解決している。
【００２０】有機質カーボン源からの残炭量をＣ1、無
機質カーボン粉末からの炭素量をＣ2としたとき、Ｃ1／
（Ｃ1＋Ｃ2）が７０％以上であることの事由としては、
有機質カーボン源からの残炭量が全カーボン量の７０％
未満では、無機質カーボン粉末および炭化珪素粉末の分
散性が低下し、成形体の均質性が低下することによって
焼結体の機械的物性を劣化させるため好ましくない。
機質カーボン粉末からの炭素量をＣ2としたとき、Ｃ1／
（Ｃ1＋Ｃ2）が７０％以上であることの事由としては、
有機質カーボン源からの残炭量が全カーボン量の７０％
未満では、無機質カーボン粉末および炭化珪素粉末の分
散性が低下し、成形体の均質性が低下することによって
焼結体の機械的物性を劣化させるため好ましくない。
【００２１】アミノ基を側鎖に有することによってスラ
リー系のｐＨを調整することができ、かつ残炭率が１０
〜４０重量％である有機質カーボン源を炭化珪素粉末原
料１００ｇに対し２．５ｇ〜７．０ｇ添加することによ
り、成形体中でのカーボン源の偏在や不均一な成形密度
分布となることが抑制されるため、複雑形状品や肉厚品
も容易に成形・乾燥・焼結できる。
リー系のｐＨを調整することができ、かつ残炭率が１０
〜４０重量％である有機質カーボン源を炭化珪素粉末原
料１００ｇに対し２．５ｇ〜７．０ｇ添加することによ
り、成形体中でのカーボン源の偏在や不均一な成形密度
分布となることが抑制されるため、複雑形状品や肉厚品
も容易に成形・乾燥・焼結できる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を示す。
【００２３】炭化珪素粉末として、純度９９．１％、平
均粒径０．６９μｍ、２μｍ超の粉末粒子の割合９．５
重量％、ＢＥＴ比表面積１３．５ｍ2／ｇ、遊離ＳｉＯ2
が０．３６重量％のα−ＳｉＣを用いた。水溶性フェノ
ール樹脂の１種であるレゾールの側鎖にアミノ基を付与
し、残炭率が４０重量％になるように合成した水溶性樹
脂を用いた。該水溶性レゾール樹脂を水中に分散させた
ところ、ｐＨ＝１０．５でアルカリ性を示した。硼素化
合物粉末として炭化硼素（Ｂ4Ｃ）を用いた。Ｂ：Ｃの
原子比が３．７４：１で、酸素量は１．３０重量％、平
均粒子径は０．８８μｍ、ＢＥＴ比表面積は１９．１４
ｍ2／ｇであった。それぞれの配合は、α−ＳｉＣ９
５．１重量％、該水溶性レゾール樹脂４．０重量％、カ
ーボンブラック０．４重量％、炭化硼素０．５重量％と
した。以下、この配合を配合Ａと記載する。
均粒径０．６９μｍ、２μｍ超の粉末粒子の割合９．５
重量％、ＢＥＴ比表面積１３．５ｍ2／ｇ、遊離ＳｉＯ2
が０．３６重量％のα−ＳｉＣを用いた。水溶性フェノ
ール樹脂の１種であるレゾールの側鎖にアミノ基を付与
し、残炭率が４０重量％になるように合成した水溶性樹
脂を用いた。該水溶性レゾール樹脂を水中に分散させた
ところ、ｐＨ＝１０．５でアルカリ性を示した。硼素化
合物粉末として炭化硼素（Ｂ4Ｃ）を用いた。Ｂ：Ｃの
原子比が３．７４：１で、酸素量は１．３０重量％、平
均粒子径は０．８８μｍ、ＢＥＴ比表面積は１９．１４
ｍ2／ｇであった。それぞれの配合は、α−ＳｉＣ９
５．１重量％、該水溶性レゾール樹脂４．０重量％、カ
ーボンブラック０．４重量％、炭化硼素０．５重量％と
した。以下、この配合を配合Ａと記載する。
【００２４】有機分散剤として、スチレン−マレイン酸
共重合体ポリマー／オリゴマーを溶液中の固形分換算重
量割合で配合Ａの粉末原料１００ｇに対し０．１５ｇ添
加し、アミン系ｐＨ調整剤としてジエチルアミンを０．
４０ｇ添加し、またアクリル樹脂を水中でエマルジョン
化したバインダーを固形分割合で１．６５ｇ混合した。
分散媒体として水を用いた。イオン交換水がｐＨをコン
トロールし易いことから最も適しているが、ここでは蒸
留水を用いた。蒸留水はｐＨ＝６．４であった。配合Ａ
の粉末原料１００ｇに対し、蒸留水の添加割合は３０ｇ
とした。その結果、得られたスラリー濃度は７５．６重
量％となった。
共重合体ポリマー／オリゴマーを溶液中の固形分換算重
量割合で配合Ａの粉末原料１００ｇに対し０．１５ｇ添
加し、アミン系ｐＨ調整剤としてジエチルアミンを０．
４０ｇ添加し、またアクリル樹脂を水中でエマルジョン
化したバインダーを固形分割合で１．６５ｇ混合した。
分散媒体として水を用いた。イオン交換水がｐＨをコン
トロールし易いことから最も適しているが、ここでは蒸
留水を用いた。蒸留水はｐＨ＝６．４であった。配合Ａ
の粉末原料１００ｇに対し、蒸留水の添加割合は３０ｇ
とした。その結果、得られたスラリー濃度は７５．６重
量％となった。
【００２５】比較例として、上記実施例中の配合Ａの水
溶性レゾール樹脂を１．６重量％のカーボンブラックに
置き換え、有機分散剤やアミン系ｐＨ調整剤のジエチル
アミン、蒸留水等は上記実施例と同様に用い、実施例と
同じスラリー濃度７５．６重量％の炭化珪素スラリーを
調製した。
溶性レゾール樹脂を１．６重量％のカーボンブラックに
置き換え、有機分散剤やアミン系ｐＨ調整剤のジエチル
アミン、蒸留水等は上記実施例と同様に用い、実施例と
同じスラリー濃度７５．６重量％の炭化珪素スラリーを
調製した。
【００２６】実施例および比較例の両スラリーを別々に
石膏型へ流し込み、７０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ
の鋳込み成形体を得た。乾燥後の成形密度は、実施例で
１．９７ｇ／ｃｍ3、比較例で１．９２ｇ／ｃｍ3であっ
た。両成形体をＡｒガス流通雰囲気中、最高温度２１０
０℃×４時間保持で焼成した結果、実施例で３．１２ｇ
／ｃｍ3、比較例で３．０３ｇ／ｃｍ3の各焼結体が得ら
れた。各焼結体からＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠し、室温
での３点曲げ試験を行った結果、実施例で平均３０５Ｍ
Ｐａ、比較例で平均２２０ＭＰａの曲げ強さが得られ
た。
石膏型へ流し込み、７０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ
の鋳込み成形体を得た。乾燥後の成形密度は、実施例で
１．９７ｇ／ｃｍ3、比較例で１．９２ｇ／ｃｍ3であっ
た。両成形体をＡｒガス流通雰囲気中、最高温度２１０
０℃×４時間保持で焼成した結果、実施例で３．１２ｇ
／ｃｍ3、比較例で３．０３ｇ／ｃｍ3の各焼結体が得ら
れた。各焼結体からＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠し、室温
での３点曲げ試験を行った結果、実施例で平均３０５Ｍ
Ｐａ、比較例で平均２２０ＭＰａの曲げ強さが得られ
た。
【００２７】実施例のスラリーによれば、構造部材とし
て充分な強度を有する焼結体が得られた。また、スラリ
ー調製容器や調製時間、石膏型の使用回数や乾燥状態と
特性の再現性の依存性を詳細に調査したところ、室温曲
げ強さに関して、信頼性評価の代表的な指標であるワイ
ブル係数についてｍ＝１２と高い値を得た。また、本発
明によれば容易にかつ効率的にスラリーを調製すること
ができた。
て充分な強度を有する焼結体が得られた。また、スラリ
ー調製容器や調製時間、石膏型の使用回数や乾燥状態と
特性の再現性の依存性を詳細に調査したところ、室温曲
げ強さに関して、信頼性評価の代表的な指標であるワイ
ブル係数についてｍ＝１２と高い値を得た。また、本発
明によれば容易にかつ効率的にスラリーを調製すること
ができた。
【００２８】
【発明の効果】本発明の炭化珪素スラリーによって、ス
ラリー特性、およびそのスラリーから得られる焼結体特
性に関し、良好な再現性が得られ、スラリー調製工程の
バラツキの低減が図られた。
ラリー特性、およびそのスラリーから得られる焼結体特
性に関し、良好な再現性が得られ、スラリー調製工程の
バラツキの低減が図られた。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化珪素粉末、アミノ基を側鎖に有する
有機質カーボン源、硼素化合物粉末と有機分散剤を水お
よび／または有機溶媒に添加して混合することによって
得られる炭化珪素スラリー。 - 【請求項２】 炭化珪素粉末、アミノ基を側鎖に有する
有機質カーボン源、無機質カーボン粉末、硼素化合物粉
末と有機分散剤を水および／または有機溶媒に添加して
混合することによって得られる炭化珪素スラリーであっ
て、ｐＨが９．５〜１１．５の範囲にあることを特徴と
する炭化珪素スラリー。 - 【請求項３】 残炭率が１０〜４０重量％である有機質
カーボン源を炭化珪素粉末原料１００ｇに対し２．５ｇ
〜７．０ｇ含み、かつ有機質カーボン源からの残炭量を
Ｃ1、無機質カーボン粉末からの炭素量をＣ2としたと
き、Ｃ1／（Ｃ1＋Ｃ2）が７０％以上であることを特徴
とする請求項２記載の炭化珪素スラリー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11083814A JP2000272967A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 炭化珪素スラリー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11083814A JP2000272967A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 炭化珪素スラリー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000272967A true JP2000272967A (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=13813162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11083814A Withdrawn JP2000272967A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 炭化珪素スラリー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000272967A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010265154A (ja) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Hitachi Chem Co Ltd | 炭化硼素焼結体及びこの炭化硼素焼結体の製造方法 |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP11083814A patent/JP2000272967A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010265154A (ja) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Hitachi Chem Co Ltd | 炭化硼素焼結体及びこの炭化硼素焼結体の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060606 |