JP3218073B2 - 炭化ケイ素複合焼結体 - Google Patents
炭化ケイ素複合焼結体Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温構造材料に適した
優れた高温特性と耐酸化性を有する高靱性の炭化ケイ素
複合焼結体とその製造方法に関する。
優れた高温特性と耐酸化性を有する高靱性の炭化ケイ素
複合焼結体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ホウ素と炭素を焼結助剤として使
用した炭化ケイ素焼結体は高温での強度の低下のない焼
結体を得ることができることが知られており、高温で作
動する機械部品用材料のような高温構造材料として有望
視されているが、破壊靱性が低いためにその実用化は遅
れている。
用した炭化ケイ素焼結体は高温での強度の低下のない焼
結体を得ることができることが知られており、高温で作
動する機械部品用材料のような高温構造材料として有望
視されているが、破壊靱性が低いためにその実用化は遅
れている。
【０００３】かかる炭化ケイ素焼結体の破壊靱性を改善
するための方策として、強化粒子を炭化ケイ素中に分散
させることが試みられている。例えば、特開昭６４−８
７５６１号公報には、ＭｏＢ2 またはＭｏＢ2 を生成す
る化合物と炭化ケイ素との混合粉末を成形し、真空中あ
るいは不活性雰囲気中で常圧焼結によって、炭化ケイ素
特有の高温特性を有すると共に、優れた靱性を有する炭
化ケイ素複合焼結体が得られることが開示されている。
するための方策として、強化粒子を炭化ケイ素中に分散
させることが試みられている。例えば、特開昭６４−８
７５６１号公報には、ＭｏＢ2 またはＭｏＢ2 を生成す
る化合物と炭化ケイ素との混合粉末を成形し、真空中あ
るいは不活性雰囲気中で常圧焼結によって、炭化ケイ素
特有の高温特性を有すると共に、優れた靱性を有する炭
化ケイ素複合焼結体が得られることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マトリ
ックス相を構成する炭化ケイ素原料粉末は、ｌμｍ以下
の微小粒径のものが工業的に生産されているのに対し、
強化粒子として配合されるＭｏＢ2 は微粉砕されたもの
でも平均粒径が５μｍ程度と粒度が大きく、且つ、粒度
分布の幅も広い。このような大きなＭｏＢ2 粒子を使用
した場合、ＭｏＢ2 粒子が破壊起点となり易く靱性が向
上する反面、材料強度を低下させてしまうという欠点が
ある。
ックス相を構成する炭化ケイ素原料粉末は、ｌμｍ以下
の微小粒径のものが工業的に生産されているのに対し、
強化粒子として配合されるＭｏＢ2 は微粉砕されたもの
でも平均粒径が５μｍ程度と粒度が大きく、且つ、粒度
分布の幅も広い。このような大きなＭｏＢ2 粒子を使用
した場合、ＭｏＢ2 粒子が破壊起点となり易く靱性が向
上する反面、材料強度を低下させてしまうという欠点が
ある。
【０００５】また、ＭｏＢ2 は高温安定型の化合物であ
るため工業的な製法では、高温合成後の冷却過程でＭｏ
Ｂ、Ｍｏ2 Ｂ5 等の硼化モリブデンが生成する。このた
めに通常得られた硼化モリブデンはＭｏＢ2 単相のもの
ではなく、ＭｏＢ、Ｍｏ2 Ｂ5 等の複数の鉱物組成を有
する混合物となり、さらに混合物中の各鉱物組成の割合
も製造ロットごとに大きく変動し易い。そのため工業的
に得られるＭｏＢ2 を使用した場合、常圧焼結では焼結
性が大きく変動して十分な緻密化が達成されないことが
多い。
るため工業的な製法では、高温合成後の冷却過程でＭｏ
Ｂ、Ｍｏ2 Ｂ5 等の硼化モリブデンが生成する。このた
めに通常得られた硼化モリブデンはＭｏＢ2 単相のもの
ではなく、ＭｏＢ、Ｍｏ2 Ｂ5 等の複数の鉱物組成を有
する混合物となり、さらに混合物中の各鉱物組成の割合
も製造ロットごとに大きく変動し易い。そのため工業的
に得られるＭｏＢ2 を使用した場合、常圧焼結では焼結
性が大きく変動して十分な緻密化が達成されないことが
多い。
【０００６】一方、ＭｏＢ2 を生成する化合物を添加し
て焼成中にＭｏＢ2 化する方法では、反応効率を考慮し
てホウ素の添加モル数をモリブデンの添加モル数の２倍
以上添加しないと緻密化が達成されない。しかし、添加
したホウ素量がＭｏＢ2 生成時に完全に消費されずに残
留すると、ホウ素は炭化ケイ素の焼結助剤としても添加
されているため、ホウ素過剰となり炭化ケイ素の異常粒
成長の原因になり易く強度の低下をもたらす。
て焼成中にＭｏＢ2 化する方法では、反応効率を考慮し
てホウ素の添加モル数をモリブデンの添加モル数の２倍
以上添加しないと緻密化が達成されない。しかし、添加
したホウ素量がＭｏＢ2 生成時に完全に消費されずに残
留すると、ホウ素は炭化ケイ素の焼結助剤としても添加
されているため、ホウ素過剰となり炭化ケイ素の異常粒
成長の原因になり易く強度の低下をもたらす。
【０００７】さらにＭｏＢ2 は、ＴｉＢ2 のような他の
ホウ化物と比較して炭化ケイ素との熱膨張係数のような
物性値の差があまり大きくなく、炭化ケイ素マトリック
ス相中への分散によって靱性の向上を図る目的の点から
見てその効果が小さいという欠点もある。
ホウ化物と比較して炭化ケイ素との熱膨張係数のような
物性値の差があまり大きくなく、炭化ケイ素マトリック
ス相中への分散によって靱性の向上を図る目的の点から
見てその効果が小さいという欠点もある。
【０００８】本発明の目的は、従来のマトリックス相中
に強化粒子としてＭｏＢ2 を分散せしめた炭化ケイ素焼
結体の欠点を解消するもので、ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との
固溶体を分散してなる靱性が高く炭化ケイ素特有の高温
特性を保持した炭化ケイ素複合焼結体とその製造法を提
供することにある。
に強化粒子としてＭｏＢ2 を分散せしめた炭化ケイ素焼
結体の欠点を解消するもので、ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との
固溶体を分散してなる靱性が高く炭化ケイ素特有の高温
特性を保持した炭化ケイ素複合焼結体とその製造法を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、板状炭化ケイ
素結晶あるいは粒状炭化ケイ素結晶からなるマトリック
ス相中にＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型粒子を分散し
てなる炭化ケイ素複合焼結体において、マトリックス相
と分散相のそれぞれの体積割合を、マトリックス相を形
成する各組成割合、それに分散相を形成するＭｏＢ2 と
ＣｒＢ2 の組成等をそれぞれに特定することによって上
記目的を達成したものである。
素結晶あるいは粒状炭化ケイ素結晶からなるマトリック
ス相中にＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型粒子を分散し
てなる炭化ケイ素複合焼結体において、マトリックス相
と分散相のそれぞれの体積割合を、マトリックス相を形
成する各組成割合、それに分散相を形成するＭｏＢ2 と
ＣｒＢ2 の組成等をそれぞれに特定することによって上
記目的を達成したものである。
【００１０】まず、マトリックス相と分散相のそれぞれ
の体積割合を、マトリックス相を形成する炭化ケイ素を
５０〜９９体積％とし、且つ分散相であるＭｏＢ2 とＣ
ｒＢ2 との固溶体型粒子を５０〜ｌ体積％と特定する。
の体積割合を、マトリックス相を形成する炭化ケイ素を
５０〜９９体積％とし、且つ分散相であるＭｏＢ2 とＣ
ｒＢ2 との固溶体型粒子を５０〜ｌ体積％と特定する。
【００１１】また、マトリックス相である炭化ケイ素
が、ホウ素を０．ｌ〜５重量％と、炭素を０．５〜５重
量％を含有する。
が、ホウ素を０．ｌ〜５重量％と、炭素を０．５〜５重
量％を含有する。
【００１２】さらに、ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型
粒子の化学組成は （（ｌ−ｘ）／３）（ＭｏＢ＋Ｍｏ2 Ｂ5 ）＋ｘＣｒＢ2 →（Ｍｏ1-X ・ＣｒX ）Ｂ2 とし、ｘは、０．０７≦ｘ≦０．８の条件を満たすもの
とするものである。
粒子の化学組成は （（ｌ−ｘ）／３）（ＭｏＢ＋Ｍｏ2 Ｂ5 ）＋ｘＣｒＢ2 →（Ｍｏ1-X ・ＣｒX ）Ｂ2 とし、ｘは、０．０７≦ｘ≦０．８の条件を満たすもの
とするものである。
【００１３】この焼結体は、平均粒径５μｍ以下のα型
またはβ型の炭化ケイ素粉末９９〜５０体積％、Ｍｏ
Ｂ、Ｍｏ2 Ｂ5 及びＣｒＢ2 を（Ｍｏ1-x ・Ｃｒx ）Ｂ
2 （但し、ｘは０．０７≦ｘ≦０．８の条件を満足す
る。）換算でｌ〜５０体積％、さらに炭化ケイ素粉末に
対してホウ素またはホウ素化合物がホウ素に換算して
０．１〜５重量％、炭素または炭素化合物が炭素に換算
して０．５〜５重量％となるよう調整された混合粉末を
成形し、次いで真空中または不活性雰囲気中で１９００
〜２３００℃の温度下で焼成することによって得られ
る。
またはβ型の炭化ケイ素粉末９９〜５０体積％、Ｍｏ
Ｂ、Ｍｏ2 Ｂ5 及びＣｒＢ2 を（Ｍｏ1-x ・Ｃｒx ）Ｂ
2 （但し、ｘは０．０７≦ｘ≦０．８の条件を満足す
る。）換算でｌ〜５０体積％、さらに炭化ケイ素粉末に
対してホウ素またはホウ素化合物がホウ素に換算して
０．１〜５重量％、炭素または炭素化合物が炭素に換算
して０．５〜５重量％となるよう調整された混合粉末を
成形し、次いで真空中または不活性雰囲気中で１９００
〜２３００℃の温度下で焼成することによって得られ
る。
【００１４】さらに、得られた焼結体の特性をさらに高
めるためには、温度１８００〜２３００℃、圧力１００
ｋｇ／ｃｍ2 以上の条件でＨＩＰ処理を行うことによっ
て製造するのが良い。
めるためには、温度１８００〜２３００℃、圧力１００
ｋｇ／ｃｍ2 以上の条件でＨＩＰ処理を行うことによっ
て製造するのが良い。
【００１５】
【作用】ホウ素と炭素を焼結助剤とする炭化ケイ素に所
定量のＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型粒子を分散させ
ることにより、ホウ素と炭素を焼結助剤とした炭化ケイ
素焼結体の欠点である靱性の向上が達成でき、高温でも
高強度で高靱性の炭化ケイ素複合焼結体を常圧焼結法に
より得ることができる。
定量のＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型粒子を分散させ
ることにより、ホウ素と炭素を焼結助剤とした炭化ケイ
素焼結体の欠点である靱性の向上が達成でき、高温でも
高強度で高靱性の炭化ケイ素複合焼結体を常圧焼結法に
より得ることができる。
【００１６】所定量のＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型
粒子は、炭化ケイ素の焼成中にＭｏＢ、Ｍｏ2 Ｂ5 及び
ＣｒＢ2 のホウ化物間で、ＭｏＢとＭｏ2 Ｂ5 との反応
でＭｏＢ2 が合成される過程でＣｒＢ2 の固溶も同時に
進行して生成される。
粒子は、炭化ケイ素の焼成中にＭｏＢ、Ｍｏ2 Ｂ5 及び
ＣｒＢ2 のホウ化物間で、ＭｏＢとＭｏ2 Ｂ5 との反応
でＭｏＢ2 が合成される過程でＣｒＢ2 の固溶も同時に
進行して生成される。
【００１７】ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体はＭｏＢ2
と比べて熱膨張係数が大きくなるため、ＭｏＢ2 粒子を
炭化ケイ素中に分散させる場合と比較して、ＭｏＢ2 と
ＣｒＢ2 の固溶体を分散させた場合は焼結体中により大
きな残留応力場が発生する。このような残留応力場と焼
結体中を進展する亀裂とは相互作用を行うため、亀裂の
偏向等が発生し、その結果、焼結体としての靱性が向上
する。
と比べて熱膨張係数が大きくなるため、ＭｏＢ2 粒子を
炭化ケイ素中に分散させる場合と比較して、ＭｏＢ2 と
ＣｒＢ2 の固溶体を分散させた場合は焼結体中により大
きな残留応力場が発生する。このような残留応力場と焼
結体中を進展する亀裂とは相互作用を行うため、亀裂の
偏向等が発生し、その結果、焼結体としての靱性が向上
する。
【００１８】さらにＣｒＢ2 の添加は、炭化ケイ素原料
としてβ−ＳｉＣ粉末を使用した場合ではβからαへの
相転移を促進し、ＳｉＣマトリックスが板状結晶の交錯
した組織となるため、亀裂の進展がＳｉＣ粒界で偏向、
分岐される確率が高くなるため靱性の向上がさらに大き
くなる利点も生じる。
としてβ−ＳｉＣ粉末を使用した場合ではβからαへの
相転移を促進し、ＳｉＣマトリックスが板状結晶の交錯
した組織となるため、亀裂の進展がＳｉＣ粒界で偏向、
分岐される確率が高くなるため靱性の向上がさらに大き
くなる利点も生じる。
【００１９】また分散相としてＭｏＢ2 とＣｒＢ2 の固
溶体を特定したのは下記３点の理由による。
溶体を特定したのは下記３点の理由による。
【００２０】（ｌ）ホウ素と炭素を焼結助剤とした炭化
ケイ素に他の物質粒子を分散させて靱性の向上を図る場
合、常圧焼結法で焼結体を製造するときは、炭化ケイ素
の焼結性の低下は大きな問題となる。分散させる粒子の
種類としては、炭化物、ホウ化物、珪化物、金属等が考
えられるが、焼結助剤として添加しているホウ素と炭素
とくにホウ素が、分散相として添加した粒子と反応を起
こすことが炭化ケイ素の焼結性を低下させるため、分散
相として添加する粒子の種類はホウ化物が有利である。
ケイ素に他の物質粒子を分散させて靱性の向上を図る場
合、常圧焼結法で焼結体を製造するときは、炭化ケイ素
の焼結性の低下は大きな問題となる。分散させる粒子の
種類としては、炭化物、ホウ化物、珪化物、金属等が考
えられるが、焼結助剤として添加しているホウ素と炭素
とくにホウ素が、分散相として添加した粒子と反応を起
こすことが炭化ケイ素の焼結性を低下させるため、分散
相として添加する粒子の種類はホウ化物が有利である。
【００２１】（２）炭化ケイ素に金属ホウ化物の固溶体
型粒子を分散させて靱性の向上を計る場合、炭化ケイ素
焼結体の本来の特性である高温での強度、耐酸化性を損
なうことなく靱性の向上を図る必要がある。炭化ケイ素
焼結体の高温での優れた耐酸化性は、高温雰囲気中で炭
化ケイ素焼結体表面に生成するＳｉＯ2 層が酸化保護膜
として働くことにある。また、表面に生成したＳｉＯ2
と分散相として添加した金属ホウ化物固溶体の酸化によ
り生成した金属酸化物の間で反応が起こり低融点の化合
物が生成すると酸化保護膜としての機能が低下すること
が知られている。しかし、金属ホウ化物固溶体としてモ
リブデンとクロムとの固溶体を使用すると、モリブデン
の酸化物は非常に昇華し易いため、高温では炭化ケイ素
焼結体の表面の酸化膜中に残留することができず、また
クロムの酸化物はＳｉＯ2 と反応して低融点の化合物を
生成しない。このため、高温では炭化ケイ素焼結体と同
程度の耐酸化性が期待できる。
型粒子を分散させて靱性の向上を計る場合、炭化ケイ素
焼結体の本来の特性である高温での強度、耐酸化性を損
なうことなく靱性の向上を図る必要がある。炭化ケイ素
焼結体の高温での優れた耐酸化性は、高温雰囲気中で炭
化ケイ素焼結体表面に生成するＳｉＯ2 層が酸化保護膜
として働くことにある。また、表面に生成したＳｉＯ2
と分散相として添加した金属ホウ化物固溶体の酸化によ
り生成した金属酸化物の間で反応が起こり低融点の化合
物が生成すると酸化保護膜としての機能が低下すること
が知られている。しかし、金属ホウ化物固溶体としてモ
リブデンとクロムとの固溶体を使用すると、モリブデン
の酸化物は非常に昇華し易いため、高温では炭化ケイ素
焼結体の表面の酸化膜中に残留することができず、また
クロムの酸化物はＳｉＯ2 と反応して低融点の化合物を
生成しない。このため、高温では炭化ケイ素焼結体と同
程度の耐酸化性が期待できる。
【００２２】（３）硼化モリブデンの中で炭化ケイ素の
焼結を阻害しないものはＭｏＢ2 である。その理由は、
炭化ケイ素を焼結するような高温ではＭｏＢ2 が最も熱
的に安定な化合物であることによる。ＭｏＢ2 よりもモ
リブデンに対してホウ素量が少ないＭｏ2 Ｂ、ＭｏＢ等
は、焼結助剤として添加したホウ素と反応し易く、焼結
助剤として作用するホウ素量が減少するため、炭化ケイ
素の焼結を阻害する傾向を示す。また、逆に硼化モリブ
デン化合物でも、モリブデンに対してホウ素量が多い、
例えば、Ｍｏ2 Ｂ5 では高温下でホウ素を放出して、こ
のホウ素が他の硼化モリブデンに作用して硼化モリブデ
ンの融点を低下させる働きを行い、焼結体内に部分的に
溶融部分を形成することにより、炭化ケイ素の焼結を阻
害する。このため、常圧焼結法で炭化ケイ素−硼化モリ
ブデン系の複合焼結体を作製する場合、硼化モリブデン
としてはＭｏＢ2 を使用することが必須の条件となる。
さらに、硼化モリブデンとしてＭｏＢ2 を使用すること
が必須の条件となる場合、固溶体を形成するためには硼
化クロムはＭｏＢ2 と同一の結晶構造を有するＣｒＢ2
を使用することが条件となる。
焼結を阻害しないものはＭｏＢ2 である。その理由は、
炭化ケイ素を焼結するような高温ではＭｏＢ2 が最も熱
的に安定な化合物であることによる。ＭｏＢ2 よりもモ
リブデンに対してホウ素量が少ないＭｏ2 Ｂ、ＭｏＢ等
は、焼結助剤として添加したホウ素と反応し易く、焼結
助剤として作用するホウ素量が減少するため、炭化ケイ
素の焼結を阻害する傾向を示す。また、逆に硼化モリブ
デン化合物でも、モリブデンに対してホウ素量が多い、
例えば、Ｍｏ2 Ｂ5 では高温下でホウ素を放出して、こ
のホウ素が他の硼化モリブデンに作用して硼化モリブデ
ンの融点を低下させる働きを行い、焼結体内に部分的に
溶融部分を形成することにより、炭化ケイ素の焼結を阻
害する。このため、常圧焼結法で炭化ケイ素−硼化モリ
ブデン系の複合焼結体を作製する場合、硼化モリブデン
としてはＭｏＢ2 を使用することが必須の条件となる。
さらに、硼化モリブデンとしてＭｏＢ2 を使用すること
が必須の条件となる場合、固溶体を形成するためには硼
化クロムはＭｏＢ2 と同一の結晶構造を有するＣｒＢ2
を使用することが条件となる。
【００２３】しかし、市販のＭｏＢ2 は平均粒径が大き
く、粒度分布の幅も広いという欠点を有する上に、この
ようなＭｏＢ2 はＭｏＢ2 単相ではなく、炭化ケイ素の
焼結を阻害するＭｏＢ2 よりもモリブデンに対してホウ
素量が少ない硼化モリブデンや、モリブデンに対してホ
ウ素量が多い硼化モリブデンを含んだ混合物の状態のも
のしか入手できない。このため使用する市販のＭｏＢ2
中の他の硼化モリブデンの混合割合に応じて炭化ケイ素
の焼結性は大きく変動する。
く、粒度分布の幅も広いという欠点を有する上に、この
ようなＭｏＢ2 はＭｏＢ2 単相ではなく、炭化ケイ素の
焼結を阻害するＭｏＢ2 よりもモリブデンに対してホウ
素量が少ない硼化モリブデンや、モリブデンに対してホ
ウ素量が多い硼化モリブデンを含んだ混合物の状態のも
のしか入手できない。このため使用する市販のＭｏＢ2
中の他の硼化モリブデンの混合割合に応じて炭化ケイ素
の焼結性は大きく変動する。
【００２４】ホウ素と炭素を焼結助剤に用いた炭化ケイ
素−硼化モリブデン系の常圧焼結では、前述のように、
ＭｏＢはホウ素吸収源として、Ｍｏ2 Ｂ5 はホウ素の放
出源として作用する。したがって、このようなホウ素の
放出源と吸収源となるような硼化モリブデンを同時に使
用すると、硼化モリブデン間でホウ素の授受が行われて
最終的にＭｏＢ2 が生成されることになる。ＭｏＢ2 の
生成に用いられるＭｏＢとＭｏ2 Ｂ5 はいずれも市販品
として高純度で炭化ケイ素原料粉末と同程度の粒径を有
する粉末が工業的に製造されており、そのため生成する
ＭｏＢ 2 も破壊起点となるような大きな粒径のものは生
成されない。ＭｏＢ2 生成はホウ素過剰のＭｏ2 Ｂ5 か
らホウ素過少のＭｏＢへの１モルのホウ素の移動により
生じるもので、硼化モリブデンとして固有に存在するホ
ウ素を利用するだけで外部よりＭｏＢ2 生成のために新
たにホウ素源を添加する必要はない。そのため外部より
添加するホウ素の添加は通常の炭化ケイ素焼結体の焼結
助剤として使用する量だけを添加するだけで十分であ
る。
素−硼化モリブデン系の常圧焼結では、前述のように、
ＭｏＢはホウ素吸収源として、Ｍｏ2 Ｂ5 はホウ素の放
出源として作用する。したがって、このようなホウ素の
放出源と吸収源となるような硼化モリブデンを同時に使
用すると、硼化モリブデン間でホウ素の授受が行われて
最終的にＭｏＢ2 が生成されることになる。ＭｏＢ2 の
生成に用いられるＭｏＢとＭｏ2 Ｂ5 はいずれも市販品
として高純度で炭化ケイ素原料粉末と同程度の粒径を有
する粉末が工業的に製造されており、そのため生成する
ＭｏＢ 2 も破壊起点となるような大きな粒径のものは生
成されない。ＭｏＢ2 生成はホウ素過剰のＭｏ2 Ｂ5 か
らホウ素過少のＭｏＢへの１モルのホウ素の移動により
生じるもので、硼化モリブデンとして固有に存在するホ
ウ素を利用するだけで外部よりＭｏＢ2 生成のために新
たにホウ素源を添加する必要はない。そのため外部より
添加するホウ素の添加は通常の炭化ケイ素焼結体の焼結
助剤として使用する量だけを添加するだけで十分であ
る。
【００２５】ＭｏＢとＭｏ2 Ｂ5 との間で授受されるホ
ウ素は、Ｍｏ2 Ｂ5 より分離された非常に活性なホウ素
であるため、反応性が非常に高くＣｒＢ2 の固溶はＭｏ
Ｂ2の生成と同時に起こると考えられるため、炭化ケイ
素の焼結が顕著となる温度域よりも低い温度でほぼＭｏ
Ｂ2 の生成とそれに伴うＣｒＢ2 の固溶は終了する。こ
のため、炭化ケイ素の焼結時には、ｘは固溶度として、
炭化ケイ素−ホウ素−炭素−（Ｍｏ1-x ・Ｃｒx ）Ｂ2
の系となるため、炭化ケイ素の焼結性は低下しない。
ウ素は、Ｍｏ2 Ｂ5 より分離された非常に活性なホウ素
であるため、反応性が非常に高くＣｒＢ2 の固溶はＭｏ
Ｂ2の生成と同時に起こると考えられるため、炭化ケイ
素の焼結が顕著となる温度域よりも低い温度でほぼＭｏ
Ｂ2 の生成とそれに伴うＣｒＢ2 の固溶は終了する。こ
のため、炭化ケイ素の焼結時には、ｘは固溶度として、
炭化ケイ素−ホウ素−炭素−（Ｍｏ1-x ・Ｃｒx ）Ｂ2
の系となるため、炭化ケイ素の焼結性は低下しない。
【００２６】原料となる炭化ケイ素粉末の平均粒径につ
いては、５μｍを越えると常圧焼結で緻密化が不可能と
なり、そのため炭化ケイ素の平均粒径は５μｍ以下であ
る必要がある。
いては、５μｍを越えると常圧焼結で緻密化が不可能と
なり、そのため炭化ケイ素の平均粒径は５μｍ以下であ
る必要がある。
【００２７】炭化ケイ素の組成範囲を５０〜９９体積％
としたのは、ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型粒子の量
が５０体積％を越えると炭化ケイ素の特性を十分に発揮
することができないとともに、ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との
固溶体型粒子の量がｌ体積％未満であると炭化ケイ素焼
結体の靱性改善の効果がないためである。また、ＭｏＢ
2 とＣｒＢ2 との固溶体における固溶度ｘを０．０７≦
ｘ≦０．８としたのは、固溶度が０．０７未満の場合で
はＭｏＢ2 の物性値の変化が小さく分散粒子を固溶体化
した効果がないためであり、固溶度の上限を０．８とし
たのはＣｒＢ2添加による炭化ケイ素マトリックスの粒
成長が激しくなり緻密化の阻害や強度の低下が生じるた
めである。
としたのは、ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体型粒子の量
が５０体積％を越えると炭化ケイ素の特性を十分に発揮
することができないとともに、ＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との
固溶体型粒子の量がｌ体積％未満であると炭化ケイ素焼
結体の靱性改善の効果がないためである。また、ＭｏＢ
2 とＣｒＢ2 との固溶体における固溶度ｘを０．０７≦
ｘ≦０．８としたのは、固溶度が０．０７未満の場合で
はＭｏＢ2 の物性値の変化が小さく分散粒子を固溶体化
した効果がないためであり、固溶度の上限を０．８とし
たのはＣｒＢ2添加による炭化ケイ素マトリックスの粒
成長が激しくなり緻密化の阻害や強度の低下が生じるた
めである。
【００２８】ホウ素またはホウ素化合物の添加量はホウ
素に換算して０．ｌ〜５重量％である必要がある。０．
ｌ重量％未満であるとその添加効果が認められず、５重
量％を越えると緻密化が阻害されるとともに、ホウ素が
粒界に析出するため高温特性が劣化するためである。
素に換算して０．ｌ〜５重量％である必要がある。０．
ｌ重量％未満であるとその添加効果が認められず、５重
量％を越えると緻密化が阻害されるとともに、ホウ素が
粒界に析出するため高温特性が劣化するためである。
【００２９】炭素または炭素化合物の添加量は、炭素に
換算して０．５〜５重量％であることが望ましい。０．
５重量％未満では炭化ケイ素表面の酸化物層を十分に除
去することができず、５重量％を越えると炭化ケイ素の
焼結性を妨げるとともに焼結体中に残留し炭化ケイ素の
特性が劣化するためである。
換算して０．５〜５重量％であることが望ましい。０．
５重量％未満では炭化ケイ素表面の酸化物層を十分に除
去することができず、５重量％を越えると炭化ケイ素の
焼結性を妨げるとともに焼結体中に残留し炭化ケイ素の
特性が劣化するためである。
【００３０】焼成温度は、１９００℃未満であると緻密
化が十分に進行せず、２３００℃を越えると炭化ケイ素
の異常粒成長が生じ易く、焼結体の強度低下を招く恐れ
があるため１９００〜２３００℃である必要がある。
化が十分に進行せず、２３００℃を越えると炭化ケイ素
の異常粒成長が生じ易く、焼結体の強度低下を招く恐れ
があるため１９００〜２３００℃である必要がある。
【００３１】ＨＩＰ処理の場合、１８００℃未満である
と炭化ケイ素粒界の辷りが起こりにくく、圧力を高くし
ても十分な緻密化が生じないためであり、２３００℃を
越えると炭化ケイ素の異常粒成長が生じ易く、焼結体の
強度の低下の原因となるため１８００〜２３００℃であ
ることが望ましい。また１８００℃以上の温度下で炭化
ケイ素の粒界辷りを生じさせるには、高圧力が必要であ
るが、少なくとも１００ｋｇ／ｃｍ2 以上とすることが
望ましい。
と炭化ケイ素粒界の辷りが起こりにくく、圧力を高くし
ても十分な緻密化が生じないためであり、２３００℃を
越えると炭化ケイ素の異常粒成長が生じ易く、焼結体の
強度の低下の原因となるため１８００〜２３００℃であ
ることが望ましい。また１８００℃以上の温度下で炭化
ケイ素の粒界辷りを生じさせるには、高圧力が必要であ
るが、少なくとも１００ｋｇ／ｃｍ2 以上とすることが
望ましい。
【００３２】
実施例１ 平均粒径５μｍ以下のα型炭化ケイ素粉末に焼結助剤と
してホウ素と炭素、さらに分散相としてＭｏＢ、Ｍｏ2
Ｂ5 及びＣｒＢ2 をＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体粒子
に換算して、表ｌに示す割合添加して、湿式ボールミル
で混合、乾燥、造粒し、さらに予備成形した後静水圧プ
レスにより５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で５０×５０×ｌ０
ｍｍの板を作製した。作製した板をアルゴン雰囲気中で
表１に示す焼成条件で焼成して焼結体を得た。
してホウ素と炭素、さらに分散相としてＭｏＢ、Ｍｏ2
Ｂ5 及びＣｒＢ2 をＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固溶体粒子
に換算して、表ｌに示す割合添加して、湿式ボールミル
で混合、乾燥、造粒し、さらに予備成形した後静水圧プ
レスにより５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で５０×５０×ｌ０
ｍｍの板を作製した。作製した板をアルゴン雰囲気中で
表１に示す焼成条件で焼成して焼結体を得た。
【００３３】
【表１】 得られた焼結体の相対密度を測定して焼結性を評価する
とともに、室温及び１４００℃の温度で４点曲げ強さ、
室温における破壊靱性を測定した。さらにＸ線回折法に
より焼結体中の分散粒子の同定を行った。その結果を表
１に示す。表ｌに記載の破壊靱性値は同時に作製した炭
化ケイ素焼結体の破壊靱性を１．０としたときの比の値
で示している。
とともに、室温及び１４００℃の温度で４点曲げ強さ、
室温における破壊靱性を測定した。さらにＸ線回折法に
より焼結体中の分散粒子の同定を行った。その結果を表
１に示す。表ｌに記載の破壊靱性値は同時に作製した炭
化ケイ素焼結体の破壊靱性を１．０としたときの比の値
で示している。
【００３４】表ｌの結果から、本発明の組成範囲を満足
する実施例は比較例と比べて破壊靱性の向上が認められ
る。
する実施例は比較例と比べて破壊靱性の向上が認められ
る。
【００３５】実施例２ 実施例ｌと同様の方法で作製した焼結体を、表２に記載
の条件でＨＩＰ処理を行った。ＨＩＰ処理後の焼結体の
評価結果を表２に示す。ＨＩＰ処理を行った焼結体は全
ての点で特性の向上が認められる。
の条件でＨＩＰ処理を行った。ＨＩＰ処理後の焼結体の
評価結果を表２に示す。ＨＩＰ処理を行った焼結体は全
ての点で特性の向上が認められる。
【００３６】
【表２】 実施例３ 実施例ｌと同様の方法でβ型炭化ケイ素粉末を用いて焼
結体を作製し、得られた焼結体の評価を行った。その結
果を表３に示す。また同様に得られた焼結体をＨＩＰ処
理してその特性を調査した結果を表４に示す。炭化ケイ
素の原料としてβ型炭化ケイ素粉末を使用した場合は、
α型炭化ケイ素粉末を使用した場合に比べて靱性の向上
が大きい。
結体を作製し、得られた焼結体の評価を行った。その結
果を表３に示す。また同様に得られた焼結体をＨＩＰ処
理してその特性を調査した結果を表４に示す。炭化ケイ
素の原料としてβ型炭化ケイ素粉末を使用した場合は、
α型炭化ケイ素粉末を使用した場合に比べて靱性の向上
が大きい。
【００３７】
【表３】
【表４】
【００３８】
【発明の効果】本発明の炭化ケイ素複合焼結体は、高温
で作動する各種機械部品等の高温構造材料として優れた
特性を有する。
で作動する各種機械部品等の高温構造材料として優れた
特性を有する。
【００３９】また本発明ではＭｏＢ2 とＣｒＢ2 との固
溶体型粒子を分散させることで、ＭｏＢ2 粒子のみを単
独で使用した場合では得られない優れた特性を有する炭
化ケイ素複合焼結体を常圧焼結法により得ることができ
る。そのため、量産性、製造コストの点で非常に有利で
ある。
溶体型粒子を分散させることで、ＭｏＢ2 粒子のみを単
独で使用した場合では得られない優れた特性を有する炭
化ケイ素複合焼結体を常圧焼結法により得ることができ
る。そのため、量産性、製造コストの点で非常に有利で
ある。
Claims (3)
- 【請求項１】 炭化ケイ素結晶からなるマトリックス相
と、このマトリックス相中に固溶体型粒子を分散した分
散相からなり、前記マトリックス相が５０〜９９体積％
を占め、前記分散相が５０〜ｌ体積％を占める炭化ケイ
素複合焼結体であって、 固溶体型粒子がＭｏＢ ２ 及びＣｒＢ ２ の固溶体で、しか
もＭｏＢ ２ がＭｏＢ原料とＭｏ ２ Ｂ ５ 原料とから生成し
たものであることを特徴とする炭化ケイ素複合焼結体。 - 【請求項２】 マトリックス相である炭化ケイ素結晶
が、板状結晶であって、ホウ素を０．ｌ〜５重量％と、
炭素を０．５〜５重量％含有してなるβ型炭化ケイ素粉
末から生成された請求項１に記載の炭化ケイ素複合焼結
体。 - 【請求項３】 マトリックス相である炭化ケイ素結晶が
粒状結晶であって、ホウ素を０．ｌ〜５重量％と、炭素
を０．５〜５重量％含有してなるα型炭化ケイ素粉末か
ら生成された請求項１に記載の炭化ケイ素複合焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11018092A JP3218073B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 炭化ケイ素複合焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11018092A JP3218073B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 炭化ケイ素複合焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05301774A JPH05301774A (ja) | 1993-11-16 |
| JP3218073B2 true JP3218073B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=14529080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11018092A Expired - Fee Related JP3218073B2 (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 炭化ケイ素複合焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218073B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP11018092A patent/JP3218073B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05301774A (ja) | 1993-11-16 |
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