JP2524816B2 - 炭化珪素系複合焼結体 - Google Patents

炭化珪素系複合焼結体

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JP2524816B2 JP63240325A JP24032588A JP2524816B2 JP 2524816 B2 JP2524816 B2 JP 2524816B2 JP 63240325 A JP63240325 A JP 63240325A JP 24032588 A JP24032588 A JP 24032588A JP 2524816 B2 JP2524816 B2 JP 2524816B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭化珪素系複合焼結体に関し、特に電気比
抵抗が低下されることにより導電性が確保され放電加工
が容易とされており、併せて機械的強度が確保されるこ
とにより構造材料としての利用も可能とされた炭化珪素
系複合焼結体に関するものである。
［従来の技術］ 従来この種の炭化珪素系複合焼結体としては、周期律
表のIIIa族もしくはIVa族元素などの炭化物，窒化物も
しくはホウ化物を炭化珪素粉末に添加してホットプレス
焼結により作製するものが提案されており、その機械的
強度および耐熱特性などが確保されていたため機械部品
などの材料として利用されていた。
［解決すべき問題点］ しかしながら従来の炭化珪素系複合焼結体は、電気比
抵抗を低下せしめて導電性を確保するために周期律表の
IIIa族もしくはIVa族元素などの炭化物，窒化物もしく
はホウ化物を30〜60容量部も配合していたので、（ｉ）
炭化珪素の配合量が相対的に低下し焼結性が悪化してし
まう欠点があり、ひいては（ii）ホットプレス焼結によ
って焼結体を作製しなければならない欠点があり、その
ため（iii）焼結体の形状を複雑化できない欠点があ
り、結果的に（iv）構造材料としての利用範囲が大幅に
制限されてしまう欠点があった。
そこで本発明は、これらの欠点を除去し、電気比抵抗
を低下せしめて導電性を確保し併せて機械的強度も確保
することにより放電加工を容易としかつ構造材料として
も利用可能としてなる炭化珪素系複合焼結体を提供せん
とするものである。
（２）発明の構成 ［問題点の解決手段］ そのために本発明により提供される解決手段は、 「炭化珪素粉末25〜75重量部に対し、クロムおよびク
ロム化合物の少なくとも一方が１〜５重量部だけ配合さ
れ、かつ周期律表のIVa族およびVa族元素の炭化物およ
びホウ化物のうちの少なくとも１種が20〜70重量部だけ
配合され、かつ酸化アルミニウム粉末が３〜25重量部だ
け配合されており、不活性ガス雰囲気下で1700〜2100℃
の温度にて焼結されてなる炭化珪素系複合焼結体」 である。
［作用］ 本発明にかかる炭化珪素系複合焼結体は、炭化珪素粉
末25〜75重量部に対し、クロムおよびクロム化合物の少
なくとも一方が１〜５重量部だけ配合され、かつ周期律
表のIVa族およびVa族元素の炭化物およびホウ化物のう
ちの少なくとも１種が20〜70重量部だけ配合され、かつ
酸化アルミニウム粉末が３〜25重量部だけ配合されてお
り、不活性ガス雰囲気下で1700〜2100℃の温度にて焼結
されてなるので、（ｉ）電気比抵抗を低減せしめて導電
性を確保する作用をなし、ひいては（ii）放電加工を容
易とする作用をなしており、また（iii）機械的強度た
とえば曲げ強さを確保する作用もなしており、併せて
（iv）ホットプレス焼結によることなく焼結体を作製可
能とする作用をなし、ひいては（ｖ）焼結体の形状を複
雑化可能とする作用をなし、結果的に（vi）構造材料と
しての利用範囲を拡張する作用をなす。
［実施例］ 次に本発明にかかる炭化珪素系複合焼結体について、
その実施例を挙げて具体的に説明する。しかしながら以
下に説明する実施例は、本発明の理解を容易化ないし促
進化するために記載されるものであって、本発明を限定
するために記載されるものではない。
先ず本発明にかかる炭化珪素系複合焼結体の一実施例
について、その詳細を説明する。
本発明にかかる炭化珪素系複合焼結体は、炭化珪素粉
末25〜75重量部に対し、クロムおよびクロム化合物の少
なくとも一方が１〜５重量部だけ配合され、かつ周期律
表のIVa族（たとえばチタンなど）およびVa族元素（た
とえばタンタル，バナジウムなど）の炭化物およびホウ
化物のうちの少なくとも１種が20〜70重量部だけ配合さ
れ、かつ酸化アルミニウム粉末が３〜25重量部だけ配合
されたのち、不活性ガス雰囲気下で1700〜2100℃の温度
にて焼結されることにより作製される。
ここで、周期律表のIVa族（たとえばチタンなど）お
よびVa族元素（たとえばタンタル，バナジウムなど）の
炭化物およびホウ化物のうちの少なくとも１種の配合量
が20〜70重量部とされている根拠は、20重量部未満とな
ると結果物たる炭化珪素系複合焼結体の導電性が低下し
てしまい、また70重量部を超えると焼結性が悪化しその
密度が低下して機械的強度が低下してしまうためであ
る。
また酸化アルミニウム粉末の配合量が３〜25重量部と
されている根拠は、３重量部未満となると焼結性が悪化
し結果物たる炭化珪素系複合焼結体の密度が低下して機
械的強度が低下してしまい、また25重量部を超えるとそ
の機械的強度ならびに導電性が阻害されてしまうためで
ある。
酸化アルミニウム粉末は、必ずしもAl2O3粉末として
直接に添加する必要はなく、アルミニウムアルコキシ
ド，有機酸塩，無機塩塩の粉末として添加し焼結までの
間に適宜の処理を施してAl2O3粉末に変換せしめてもよ
い。
クロムおよびクロム化合物の少なくとも一方の配合量
が１〜５重量部とされている根拠は、１重量部未満とな
ると結果物たる炭化珪素系複合焼結体の導電性が低下し
てしまい、また５重量部を超えると焼結性が悪化しその
密度が低下して機械的強度が低下してしまうためであ
る。
加えて焼結性を改善して結果物たる炭化珪素系複合焼
結体の機械的強度を向上せしめるために、６重量部以下
の炭素を配合してもよい。炭素の配合量を６重量部以下
に制限する根拠は、６重量部を超えると結果物たる炭化
珪素系複合焼結体の機械的強度が低下してしまうことに
ある。
更に上述した本発明にかかる炭化珪素系複合焼結体の
一実施例の理解を深めるために、数値などを挙げて具体
的に説明する。
（実施例１） 平均粒径0.5μｍの炭化珪素SiC粉末51gは、平均粒径
3.0μｍの珪化クロムCrSi2粉末4gと平均粒径2.0μｍの
ホウ化チタンTiB2粉末32gとが添加されたのち、更に炭
化度50重量％のフェノールレジン5gを含むアセトン溶液
120mlが添加され、アルミナ製のポットミルすなわちア
ルミナ製のポットおよびボールを用いて100時間にわた
って攪拌混合された。
次いで攪拌混合物は、乾燥により溶媒が除去されたの
ち造粒され、造粒混合物とされた。造粒混合物には、ポ
ットミルがアルミナ製であったために、そのポット器壁
およびボールから混入された酸化アルミニウムAl2O3が
約10.5重量部％（すなわち約10.5g）だけ含有されてい
た。
造粒混合物は、金型プレスおよびラバープレスによっ
て成型され、5mm×5mm×60mmの成形体とされた。成型体
は、グラファイト容器に収容され、アルゴン雰囲気下に
おいて1900℃の温度で焼結され、炭化珪素系複合焼結体
とされた。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例２） 炭化珪素SiC粉末，珪化クロムCrSi2粉末およびホウ化
チタンTiB2粉末の添加量が、それぞれ51g,3gおよび40g
とされ、かつ攪拌混合時間が50時間に短縮されたため酸
化アルミニウムAl2O3の含有量が約3.5重量％（すなわち
約3.5g）とされたことを除き、実施例１が反復された。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例３） ホウ化チタンTiB2粉末に代え、平均粒径2.0μｍの炭
化チタンTiC粉末32gが添加されたことを除き、実施例１
が反復された。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例４） ホウ化チタンTiB2粉末に代え、平均粒径3.0μｍの炭
化タンタルTaC粉末32gが添加されたことを除き、実施例
１が反復された。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例５） 平均粒径0.5μｍの炭化珪素SiC粉末51gは、平均粒径
3.0μｍの珪化クロムCrSi2粉末3gと平均粒径8.0μｍの
ホウ化ジルコニウムZrB2粉末37.5gとが添加されたの
ち、更に炭化度50重量％のフェノールレジン5gを含むア
セトン溶液120mlが添加され、アルミナ製のポットミル
すなわちアルミナ製のポットおよびボールを用いて50時
間にわたって攪拌混合された。
次いで攪拌混合物は、乾燥により溶媒が除去されたの
ち造粒され、造粒混合物とされた。造粒混合物には、ポ
ットミルがアルミナ製であったために、そのポット器壁
およびボールから混入された酸化アルミニウムAl2O3が
約6.0重量％（すなわち約6.0g）だけ包有されていた。
造粒混合物は、金型プレスおよびラバープレスによっ
て成型され、5mm×5mm×60mmの成形体とされた。成型体
は、グラファイト容器に収容され、アルゴン雰囲気下に
おいて1900℃の温度で焼結され、炭化珪素系複合焼結体
とされた。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例６） 炭化珪素SiC粉末およびホウ化チタンTiB2粉末の使用
量がそれぞれ48gおよび41gとされ、かつ珪化クロムCrSi
2粉末に代え平均粒径5.6μｍの炭化クロムCr3C2粉末3.0
gが添加され、かつアセトン溶液中のフェノールレジン
の含有量が4.0gとされたことを除き、実施例５が反復さ
れた。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例７） 炭化珪素SiC粉末の使用量が57gとされ、かつ珪化クロ
ムCrSi2粉末に代え平均粒径1.0μｍのクロムCr粉末4.0g
が添加されかつ、炭化チタンTiC粉末の添加量が25gとさ
れ、かつアセトン溶液中のフェノールレジンの含有量が
7gとされたことを除き、実施例１が反復された。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例８） 炭化珪素SiC粉末の使用量が53.5gとされ、かつ珪化ク
ロムCrSi2粉末に代え平均粒径5.6μｍの炭化クロムCr3C
2粉末4.0gが添加され、かつホウ化チタンTiB2粉末に代
え平均粒径2.0μｍの炭化チタンTiC粉末32gが添加さ
れ、かつフェノールレジンに代えポリ酢酸ビニル2.5gが
添加されたことを除き、実施例１が反復された。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（実施例９） 平均粒径0.5μｍの炭化珪素SiC粉末64.5gは、平均粒
径3.0μｍの珪化クロムCrSi2粉末4gと平均粒径2.0μｍ
の炭化チタンTiC粉末24gと平均粒径0.5μｍの酸化アル
ミニウムAl2O3粉末7.5gが添加されたのち、更にポリビ
ニルアルコール2.5gを含む純水150mlが添加され、プラ
スチック製のポットミルすなわちポリポットおよびモノ
ボールを用いて20時間にわたって攪拌混合された。
次いで攪拌混合物は、乾燥により溶媒が除去されたの
ち造粒され、造粒混合物とされた。造粒混合物には、ポ
ットミルがプラスチック製であったために、実施例１と
は異なり、そのポット器壁あるいはボールから酸化アル
ミニウムAl2O3が混入されることはなかった。
造粒混合物は、金型プレスおよびラバープレスによっ
て成型され、5mm×5mm×60mmの成形体とされた。成型体
は、グラファイト容器に収容され、アルゴン雰囲気下に
おいて1900℃の温度で焼結され、炭化珪素系複合焼結体
とされた。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵 抗および曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲
げの強さ）について測定され、その測定結果が第１表に
示されている。
（比較例１） 平均粒径0.5μｍの炭化珪素SiC粉末76gは、平均粒径
3.0μｍの珪化クロムCrSi2粉末20gが添加されたのち、
更に炭化度50重量％のフェノールレジン8gを含むアセト
ン溶液120mlが添加され、アルミナ製のポットミル中で1
00時間にわたって攪拌混合された。
次いで攪拌混合物は、乾燥により溶媒が除去されたの
ち造粒され、造粒混合物とされた。造粒混合物には、ポ
ットミルがアルミナ製であったために、そのポット器壁
およびボールから混入された酸化アルミニウムAl2O3が
約12重量％（すなわち約12g）だけ包有されていた。
造粒混合物は、金型プレスおよびラバープレスによっ
て成型され、5mm×5mm×60mmの成形体とされた。成型体
は、グラファイト容器に収容されアルゴン雰囲気下にお
いて1900℃の温度で焼結され、炭化珪素系複合焼結体と
された。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
（比較例２） 平均粒径0.5μｍの炭化珪素SiC粉末86gは、平均粒径
0.5μｍの酸化アルミニウムAl2O3粉末10gと平均粒径2.0
μｍの炭化チタンTiC10gとが添加されたのち、更に炭化
度50重量％のフェノールレジン8gを含むアセトン溶液12
0mlが添加され、プラスチック製のポットミルすなわち
ポリポットおよびモノボールを用いて20時間にわたって
攪拌混合された。
次いで攪拌混合物は、乾燥により溶媒が除去されたの
ち造粒され、造粒混合物とされた。造粒混合物には、ポ
ットミルがプラスチック製であったために、比較例１と
は異なり、そのポット器壁もしくはボールから酸化アル
ミニウムAl2O3が混入させることはなかった。
造粒混合物は、金型プレスおよびラバープレスによっ
て成型され、5mm×5mm×60mmの成形体とされた。成型体
は、グラファイト容器に収容され、アルゴン雰囲気下に
おいて1900℃の温度で焼結され、炭化珪素系複合焼結体
とされた。
炭化珪素系複合焼結体は、相対密度，電気比抵抗およ
び曲げ強さ（常温すなわち室温下における３点曲げの強
さ）について測定され、その測定結果が第１表に示され
ている。
第１表を参照すれば明らかなように本発明によれば、
炭化珪素系複合焼結体の電気比抵抗を10Ωcm以下と比較
例に比し小さくでき、併せて曲げ強さを比較例に比し大
きくできる。このため本発明によれば、炭化珪素系複合
焼結体の放電加工を容易化でき、深度の大きな形状であ
っても短時間で加工でき、ひいては高強度および高靱性
を確保できる。
なお上述の実施例においては、炭化珪素SiC粉末の粒
径が0.5μｍとされているが、これに限定されるもので
はない。しかしながら炭化珪素系複合焼結体の機械的強
度などを考慮すると、炭化珪素SiC粉末の粒径は、特に
１μｍ以下であることが好ましい。
（３）発明の効果 上述より明らかなように、本発明にかかる炭化珪素系
複合焼結体は、 炭化珪素粉末25〜75重量部に対し、クロムおよびクロ
ム化合物の少なくとも一方が１〜５重量部だけ配合さ
れ、かつ周期律表のIVa族およびVa族元素の炭化物およ
びホウ化物のうちの少なくとも１種が20〜70重量部だけ
配合され、かつ酸化アルミニウム粉末が３〜25重量部だ
け配合されており、不活性ガス雰囲気下で1700〜2100℃
の温度にて焼結され てなるので、 （ｉ）電気比抵抗を10Ωcm以下に低減するることがで
きる効果 を有し、ひいては （ii）放電加工を容易とできる効果 を有し、併せて （iii）機械的強度たとえば曲げ強さを大きくでき、高
強度および高靱性とできる効果 も有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 35/56 Ｔ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】炭化珪素粉末25〜75重量部に対し、クロム
    およびクロム化合物の少なくとも一方が１〜５重量部だ
    け配合され、かつ周期律表のIVa族およびVa族元素の炭
    化物およびホウ化物のうちの少なくとも１種が20〜70重
    量部だけ配合され、かつ酸化アルミニウム粉末が３〜25
    重量部だけ配合されており、不活性ガス雰囲気下で1700
    〜2100℃の温度にて焼結されてなる炭化珪素系複合焼結
    体。
  2. 【請求項２】炭化珪素粉末に対して６重量部以下の炭素
    が添加されてなる特許請求の範囲第（１）項記載の炭化
    珪素系複合焼結体。
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