JP2006232614A - 炭化珪素の超高密度焼結体とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 積層無秩序構造を持つ平均粒径が0よりも大きく100nm以下のSiC粒子と不可避不純物とから成る被焼結粉末を焼結して成り、相対密度99.40〜99.99%、平均径10〜500nmで断面数密度が1〜70個/μm2の残留ポアを有し、α−SiC構造、β−SiC構造、α−SiCとβ−SiCとの混在構造から選択される構造を有する焼結体である。
【選択図】 図1
Description
相対密度99.40〜99.99%、平均径10〜500nmで断面数密度が1〜70個/μm2の残留ポアを有し、α−SiC構造、β−SiC構造、α−SiCとβ−SiCとの混在構造から選択される構造を有する焼結体を得ることにある。
前記粉末を焼結型内に充填する工程と、
充填された粉末を加圧焼結する焼結工程と
を含み、前記焼結工程における1400℃以上の加熱時における昇温速度が100℃/min未満である焼結体の製造方法による上記焼結体を得るための課題解決の方法を提供するものである。1400℃以上での昇温速度を100℃/min未満に抑えるのは、積層無秩序構造を持つ被焼結粉末の焼結中における粒子再配列と構造の秩序化、さらには粒子の焼結速度を制御することにより、超高緻密化を達成するためである。昇温速度が100℃/min以上、例えば200℃/min、の場合焼結体の相対密度が99.20%までしか達しないことがある。
100nm以下の平均粒径を有するSiC粒子及び不可避不純物から成る粉末を得る工程と、
前記粉末を所望量所望の焼結型内に充填する工程と、
前記焼結型内に充填された前記粉末を加圧焼結する工程と
を含む製造方法により製造される。
0よりも大きく100nm以下の平均粒径を有するSiC粒子及び不可避不純物から成る粉末を得る工程と、
前記粉末を所望量所望の焼結型内に充填する工程と、
前記焼結型内に充填された前記粉末を700以上、1400℃未満で加熱し吸着ガスを含む揮発成分を除去する除去工程と、
該除去工程で吸着ガスを含む揮発成分を除去させたものを加圧焼結する工程と
を含む製造方法により製造される。
(1) Szulzewsky, K., Olschewski, C., Kosche, I.,
Klotz, H. D. & Mach, R.
Nanocrystalline
Si-C-N composites. Nanostructured Mater., 6, 325-328 (1995).
(2)
Palosz B., Gierlotka, S., Stelmakh, S., Pielaszek, R., Zinn, P., Winzenick, M.,
Bismayer, U. & Boysen, H. High-pressure high-temperature in situ
diffraction studies of nanocrystalline ceramic materials at HASYLAB. J. Alloys
Compounds. 286. 184-194 (1999).
(3)
V. V. Pujar and J. D. Cawley, “Computer Simulations of Diffraction Effects due
to Stacking Faults in -SiC: I, Simulation Results”, J. Am. Ceram. Soc., 80,
1653-1662 (1997).
焼結条件
焼結電流 : 1500(A)〜8000(A)
焼結電圧 : 2(V)〜12(V)
加圧焼結開始時(温度1400℃)から最高焼結温度到達に至るまでの昇温速度 :100℃/min未満
焼結温度 : 1500〜2200℃
焼結圧力 : 40MPa〜500MPa
加圧保持時間 : 10〜30min
吸着ガスを含む揮発成分の除去温度 :700℃〜1400℃未満
吸着ガスを含む揮発成分の除去温度の保持時間: 10〜20分
焼結条件
焼結電流 : 1500A〜2200A
焼結電圧 : 4.0V〜8.0V
加圧焼結開始温度 :1400℃
加圧焼結開始時から最高焼結温度到達に至るまでの昇温速度 : 10℃/min
焼結温度 : 1700〜2200℃
焼結圧力 : 40MPa〜150MPa
最高焼結温度における加圧保持時間 : 10min
吸着ガスを含む揮発成分の除去温度: 1200℃
吸着ガスを含む揮発成分の除去時間: 10分
加圧焼結開始時から最高焼結温度到達に至るまでの昇温速度 : 1℃/min
最高焼結温度 : 2000℃
焼結圧力 : 100MPa
最高焼結温度での加圧保持時間 : 5min
とした他は実施例1と同様にして焼結体を得た。得られた焼結体の相対密度は99.66%であり、良好な研磨性を有していた。
加圧焼結開始時から最高焼結温度到達に至るまでの昇温速度 : 99℃/min
最高焼結温度 : 1950℃
焼結圧力 : 100MPa
加圧保持時間 : 10min
吸着ガスを含む揮発成分の除去温度: 700℃から1400℃まで300℃/minの昇温速度で上昇させた。
とした他は実施例1と同様にして焼結体を得た。得られた焼結体の相対密度は99.99%であり、良好な研磨性を有していた。
焼結条件
焼結電流 : 1500A〜2200A
焼結電圧 : 4.0V〜8.0V
加圧焼結開始温度:1400℃
加圧焼結開始時から最高焼結温度到達に至るまでの昇温速度 : 50℃/min
最高焼結温度 : 2200℃
焼結圧力 : 100MPa
最高焼結温度での加圧保持時間 : 15min.
吸着ガスを含む揮発成分の除去温度: 700℃から1400℃まで300℃/minの昇温速度で上昇させた。
Claims (11)
- 積層無秩序構造を持つ平均粒径が0よりも大きく100nm以下のSiC粒子と不可避不純物とから成る被焼結粉末を焼結して成り、
相対密度99.40〜99.99%、平均径10〜500nmで断面数密度が1〜70個/μm2の残留ポアを有し、α−SiC構造、β−SiC構造、α−SiCとβ−SiCとの混在構造から選択される構造を有する焼結体。 - 前記被焼結粉末をホットプレス焼結法或いは熱間等方加圧焼結法或いはパルス通電焼結法により焼結して成る請求項1に記載の焼結体。
- 前記被焼結粉末を、焼結圧力40〜500MPa、焼結温度1500〜2200℃でパルス通電焼結法により焼結して成る請求項1に記載の焼結体。
- 前記被焼結粉末を、焼結圧力40〜500MPa、1400℃以上の加熱時における昇温速度100℃/min未満、焼結温度1500〜2200℃でパルス通電焼結法により焼結して成る請求項1に記載の焼結体。
- 研磨により表面粗さRaを0.1〜5nmとされた請求項1乃至4のいずれかに記載の焼結体。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の前記焼結体を用いて成り、該焼結体の表面を研削及び/又は研磨して成形面が形成されるガラス素子成形型用母材。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の前記焼結体を用いて成り、該焼結体の表面を研削及び/又は研磨して成形面を形成したガラス素子成形型。
- 0よりも大きく100nm以下の平均粒径を有するSiC粒子及び不可避不純物から成る粉末を得る工程と、
前記粉末を焼結型内に充填する工程と、
充填された粉末を加圧焼結する焼結工程と
を含み、前記焼結工程における1400℃以上の加熱時における昇温速度が100℃/min未満である焼結体の製造方法。 - 前記焼結型内に充填された前記粉末を1400℃未満で加熱し吸着ガスを含む揮発成分を除去する除去工程を含む請求項8に記載の焼結体の製造方法。
- 前記除去工程が、前記焼結型内に充填された前記粉末を、室温〜加圧焼結開始時の加熱温度未満の範囲より選択される温度から該加圧焼結開始時の加熱温度まで、100℃/min以上の昇温速度で加熱する工程を含む請求項9に記載の焼結体の製造方法。
- 前記焼結工程が焼結圧力40〜500MPa、焼結温度1500〜2200℃でパルス通電焼結法により焼結する工程である請求項8乃至10のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
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