JP2588276B2 - 炭化珪素多孔質焼結体及びその製造方法 - Google Patents

炭化珪素多孔質焼結体及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、耐酸化性に優れた高温用構造部材に適した
炭化珪素多孔質焼結体及びその製造方法に関するもであ
る。
(従来の技術及びその問題点) 現在、純度95%以上の高純度炭化珪素等の焼結体は高
温での強度、耐熱衝撃性等の特性を利用して、高温用構
造部材としての応用分野に使用されつつある。しかしな
がら、かかる構造部材を高温の酸化雰囲気中で使用する
場合、高純度炭化珪素焼結体中の結晶は酸素と反応し、 SiC+3/2 O2→SiO2+CO の反応式によって酸化珪素に変化する。この際焼結体内
に容積膨張が発生し、焼結体に強度低下を惹起する。従
って、高純度炭化珪素焼結体においては、耐酸化性を向
上させることが極めて重要なことである。
また、再結晶炭化珪素多孔体の開気孔中に金属シリコ
ン等を含浸させることが知られている(特開昭48−3740
4、同57−43553号、同57−45708号公報)。これは、焼
結体の開気孔中に珪素を圧入することにより、耐酸化性
に優れた高強度の緻密な高温用構造部材を得ようとする
ものである。しかし、含浸のための設備、処理費用が高
価である。
また、再結晶炭化珪素多孔体に炭化珪素等の耐酸化材
をコーティングすることが知られている。しかし、この
方法では、焼結多孔体からコーティング材が剥離する。
更に、再結晶炭化珪素多孔体の開気孔中に、アルミ
ナ、シリカ、ジルコニア等の微粉末を充填し、耐酸化性
の向上を図る技術が知られている(特開昭63−2868号公
報)。しかし、製品の肉厚が大きくなると、粉末の充填
を均一に行えず、組織が不均一になる。このため、高温
の酸化雰囲気で使用する場合酸化速度が場所によって違
ってくるので、内部にマイクロクラックが発生して強度
が低下する。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の課題は、炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも
開気孔の表面に酸化物被膜形成材を均一に付着させ、焼
結体の耐酸化性を高めることができ、酸化雰囲気中、高
温で使用しても強度低下が生じない、炭化珪素多孔質焼
結体及びその製造方法を提供することである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開気孔
の表面が、少なくとも硝酸アルミニウムを含む酸化物被
膜形成材を焼成してなる酸化物被膜により覆われてい
る、炭化珪素多孔質焼結体に係るものである。
また、本発明は、高純度炭化珪素を焼成して炭化珪素
多孔質焼結体を形成する工程と; この炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開気孔の表面
に、少なくとも硝酸アルミニウムを含む酸化物被膜形成
材を付着させる工程と; しかる後に前記炭化珪素多孔質焼結体を焼成し、少な
くとも前記開気孔の表面に酸化物被膜を形成する工程と を有する炭化珪素多孔質焼結体の製造方法に係るもであ
る。
ここで、炭化珪素多孔質焼結体は、鋳込み法、押し出
し法、プレス法等、公知の方法で筒状体、板状体等を始
め、種々の形状に成形できる。
炭化珪素多孔質焼結体の開気孔率は、5〜20%が好ま
しい。5%未満では、開気孔中に充分な量の酸化物被膜
形成材を付着させることができず、20%を超えると、焼
結体自体の強度が低下し、構造部材としての使用に耐え
ない。
少なくとも硝酸アルミニウムを含有する酸化物被膜形
成材には、他の化合物をも含有させてよい。こうした化
合物としては、カルシウム化合物(塩化カルシウム、酢
酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム)が好
ましい。また、他には、硫酸マグネシウム、塩化マグネ
シウム、酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マ
グネシウム、酸化硫酸バナジウム、塩化バナジウム、酸
化バナジウム、コロイダルシリカ等を例示できる。酸化
物被膜は、好ましくはガラス被膜とする。酸化物被膜形
成材の炭化珪素多孔質焼結体に対する付着量は、焼結体
全体に対して酸化物換算で0.1〜0.6重量%とするのが好
ましい。また、硝酸アルミニウムとカルシウム化合物と
を併用する場合には、両者の混合比は重量比で3:2〜2:3
とするのが好ましい。形成材の付着量が0.1重量%未満
の場合には、酸化物被膜が炭化珪素の開気孔の表面を完
全に被膜するには十分とはいえず、0.6重量%を越える
場合には、酸化物被膜の量が多すぎ、高温での使用時に
酸化物被膜形成材が構造部材の表面に融出するおそれが
ある。
酸化物被膜形成材を、少なくとも開気孔中に付着させ
るには、以下の方法を採りうる。酸化物被膜形成材とし
ては、上記した種々の化合物を単独または組合せて用い
るが、これらの化合物が水その他の溶媒に可溶性である
場合には溶液として用い、難溶性である場合には懸濁液
として用いる。この場合には化合物を1μm以下、0.5
μm前後の超微粉末として用いることが好ましい。
これらの溶液又は懸濁液を、開気孔中に圧入し、乾燥
させることが好ましい。圧入手段としては、焼結体およ
び同形成材の溶液または懸濁液を同一の容器に入れ、こ
の容器を高度に減圧することにより、溶液または懸濁液
は焼結体の開気孔中に容易に圧入される。また、加圧法
によっても同様に圧入を行なえる。
上記溶液・懸濁液の粘度は、0.5〜3.0ポイズとするこ
とが好ましい。これが0.5ポンズ未満の場合には、圧入
後形成材がゲル化するまでに重力による移動が発生し、
形成材の分布に斑を生じ、粘度が3.0ポイズを越える場
合には、形成材の粘度が高く、焼結体の開気孔中に十分
には浸入しない。
こうして開気孔に酸化物被膜形成材を付着させた後、
炭化珪素焼結多孔体の焼成を行う。この焼成は1200〜15
00℃の温度、酸素濃度2%以上の酸化雰囲気中で行うこ
とが好ましい。焼成温度が1200℃未満の場合には、酸化
物被膜が十分には形成されないおそれがあり、焼成温度
が1500℃を越えると、焼結体からの酸化珪素の生成が多
くなり、酸化物被膜の融出の原因になるとともに、寿命
を短くする。また、雰囲気中の酸素濃度に関しては、2
%未満の場合には、焼結体からの酸化珪素の生成がな
く、酸化物被膜が形成されにくくなる。酸化被膜形成材
を乾燥に先立ちゲル化することもできる。これには、所
定の温度で所定時間例えば10時間静置するか、形成材の
pHを所定の値例えばpH6以上に調整する。
(発明の作用効果) 本発明に係る炭化珪素多孔質焼結体によれば、開気孔
に露出する炭化珪素の結晶の表面に酸化物被膜を形成し
ているので、高温の酸化雰囲気中でも上記結晶と酸素と
が遮断され、炭化珪素の酸化が防止される。
しかも、酸化物被膜形成材に硝酸アルミニウムという
特定の物質を含有させたことが重要である。発明者は、
耐酸化性を高めるべく、実験を積み重ねることにより、
初めて硝酸アルミニウムの特異な作用効果に到達したの
である。即ち、開気孔中に、例えば水酸化アルミニウ
ム、燐酸アルミニウム、乳酸アルミニウム等からなる酸
化物被膜形成材を付着させても、この付着工程におい
て、酸化物被膜形成材が開気孔表面に不均一に付着して
しまい、未だ耐酸化性に改善の余地があることが、本発
明者の検討により明らかにされたのである。
一方、硝酸アルミニウムはノックス除去の必要がある
ので、本来は好適な材料とは考えにくいものである。と
ころが、硝酸アルミニウムを酸化物被膜形成材として使
用すると、開気孔表面に極めて均一に付着し、高温、酸
化雰囲気下で長時間使用しても、マイクロクラックが抑
えられ、強度低下を防止できたのである。このように、
硝酸アルミニウムが予想外にも最適の材料であることが
本発明者によって発見されたのである。
多孔質の焼結体であるので、焼成時に収縮せず、寸法
精度を高くでき、大型、複雑な形状の成形品を製作でき
る。従って、上記した耐酸化性の向上により、極めて有
用な高温用構造部材として本発明に係る炭化珪素多孔質
焼結体を提供できる。
また、本発明に係る炭化珪素多孔質焼結体の製造方法
によれば、少なくとも上記開気孔の表面に、少なくとも
硝酸アルミニウムを含む酸化物被膜形成材を付着させ、
しかる後に焼成しているので、本発明に係る焼結体を好
適に製造できる。
(実施例) 以下、具体的な実施例について説明する。
実施例1 炭化珪素の粗粒(平均粒径210μm)と微粒(平均粒
径0.6μm)とを1:1の割合で配合し水を15重量%添加
し、これをポットミルで混合してスラリーを作製した。
このスラリーを石膏型へ鋳込んで作った成形体をアルゴ
ン雰囲気中、2300℃を温度で焼成し、平板状の再結晶炭
化珪素多孔質焼結体を得た。
また、下記表に示す各種ガラス被膜形成材が下記表に
示す各種濃度で含有されている水溶液を調製した。この
水溶液を、真空処理法によって上記焼結体の開記孔中に
圧入、含浸させた。次いで、これを乾燥し、ガラス被膜
形成材を開気孔の表面に付着させた。同焼結体を空気中
1300℃の温度で再焼成した。得られた焼結体の特性を第
1表に示す。なお、第1表における%は重量%で、圧入
量は酸化物換算による重量%であり、また耐酸化性値は
試料を大気中1300℃で1000〜2000時間曝露した時の1時
間当たりの重量増加率(ppm/h)を示す。
実施例2 塩化カルシウムと硝酸アルミニウムとの各種配合(重
量)の5重量%懸濁液(酸化物換算)をガラス被膜形成
材として用いた点を除き、実施例1と同様にして得た再
結晶炭化珪素多孔質焼結体の特性を表2に示す。なお、
耐酸化性の試験も実施例1と同様である。但し、「Al2O
3/CaO」は酸化物換算の重量比を示す。
実施例3 実施例1で得た未圧入の焼結体の開気孔中に、ガラス
被膜形成材である硝酸アルミニウムと塩化カルシウムと
の1:1配合の7.5重量%水溶液を真空処理法にて圧入して
乾燥後、各種の条件で再焼成した。得られた高温用構造
部材の実施例1,2に対応する特性を表3に示す。なお、
焼結体への形成材の圧入量は酸化物換算で0.4重量%で
ある。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開気孔
    の表面が、少なくとも硝酸アルミニウムを含有する酸化
    物被膜形成材を焼成してなる酸化物被膜により覆われて
    いる炭化珪素多孔質焼結体。
  2. 【請求項2】高純度炭化珪素を焼成して炭化珪素多孔質
    焼結体を形成する工程と; この炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開気孔の表面
    に、少なくとも硝酸アルミニウムを含む酸化物被膜形成
    材を付着させる工程と; しかる後に前記炭化珪素多孔質焼結体を焼成し、少なく
    とも前記開気孔の表面に酸化物被膜を形成する工程と を有する炭化珪素多孔質焼結体の製造方法。
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