JP3951643B2 - Method for manufacturing titanium silicon carbide sintered body - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属性セラッミク材料であるチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）の新しい製造方法に関する。更に詳しく言えば、本発明は金属とセラッミク材料の両方の特性を合わせ持つ金属性セラッミク材料チタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）を、チタン（Ti）、シリコン（Si）、炭化チタン（TiC）の粉末を原料として、これらを混合し、低温かつ迅速に焼結成形するセラミック材料であるチタンシリコンカーバイド焼結体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属性セラッミク材料は、金属原子が規則配列する金属間化合物の格子の間に、規則的にセラミックスが存在する構造となっており、金属の特徴である高い熱・電気伝導率、耐熱衝撃性、易加工性と、セラミックスの特徴である優れた耐熱・耐酸化性を有している。
現在、航空宇宙分野や高効率ガスタービン・エンジンなどにおいては超合金や、グラファト、炭化珪素、窒化珪素、サイアロンなどのセラミックスが用いられているが、超合金では耐熱性が劣り、セラミックスの場合は加工性が悪いことが実用上の問題となっている。
【０００３】
Ti-Si-C系の金属性セラッミク材料であるチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）はアーク溶解法や長時間反応焼結法によって合成が試みられている。これらの方法では、いずれも不均一な組織となるので、高温で長時間の均質化熱処理が必要とされている。
しかし、この均質化熱処理後も、なおセラミックである炭化チタン（TiC）相が残留して性質が劣化することが問題となっている。
【０００４】
チタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）は１９６７年にJeitschkoらよってTiH2、Si、Cを２０００°Ｃで反応させる方法で初めて合成された。
また、１９８７年に後藤らによって、SiCl4、TiCl2、H2ガスを使ったＣＶＤで厚膜状のチタンシリコンカーバイドが合成された。
前者は高温による合成が必要であり、後者は高純度の材料が得られるがバルク状の材料が得られないという問題がある。
最近高温において粉末法による種種の焼結プロセスによってチタンシリコンカーバイドを合成する方法が報告されており、主として以下のような反応によるものである：
（１）3Ti+Si+2C → Ti3SiC2
（２）3Ti+SiC+C → Ti3SiC2
上記反応（１）は多数の研究者によってTi/Si/C混合粉末から焼結成形することが試みられたものである。
一方、アメリカDrexel大学のBarsoum 教授ら（1999年）、Gao et al （1999年）、Tang et al（2001年）は、上記（２）の反応を利用してチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）の多結晶を作製した。しかしいずれの作製プロセスでも高温で（１４００℃以上）長時間（４時間以上）を必要とした。
この場合、高温・長時間の加熱焼結のために効率が悪く、エネルギー消費が多い。また、結晶粒径が粗大化して不均一組織となり、特性が劣化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、結晶粒の粗大化を防止し、残留炭化チタン（TiC）相の発生を抑制して均質化による特性の向上を図るとともに、エネルギー多消費型の製造法から、より低温、短時間での合成法を確立するものであり、かつパルス通電加圧焼結方法による短時間成形法により、優れた特性を持つチタンシリコンカーバイド焼結体及びその製造方法を得ることを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
１．チタン（Ti）、シリコン（Si）、炭化チタン（TiC）の混合粉末をパルス通電加圧焼結することを特徴とするチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）焼結体の製造法。
２．焼結温度１２００〜１４００°Ｃ、焼結時間３分〜１２０分で、固相反応によりセラミックを合成することを特徴とする上記１記載の焼結体の製造法。
３．焼結温度１２５０〜１３５０°Ｃ、焼結時間１５分〜６０分で、固相反応によりセラミックを合成することを特徴とする上記１記載の焼結体の製造法。
４．２０〜１００ＭＰａの圧力を加えて焼結することを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の焼結体の製造法。
５．焼結後のセラミック材料の組織中、炭化チタン（TiC）含有量が7ｗｔ%以下であることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の焼結体の製造法。
６．焼結後のセラミック材料の組織中、炭化チタン（TiC）含有量が１ｗｔ％以下であることを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の焼結体の製造法。
７．相対密度９７％以上であることを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の焼結体の製造法。
８．相対密度９９％以上であることを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の焼結体の製造法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者は今までにない製造経路を勘案し、チタン（Ti）、シリコン（Si）、炭化チタン（TiC）の粉末を混合し、パルス通電加圧焼結方法によって、短時間で緻密かつ高純度の金属性セラッミク材料であるチタンシリコンカーバイド焼結体（Ti3SiC2）を製造する方法を見出した。
これによって得られたチタンシリコンカーバイド焼結体の組織には、炭化チタン（TiC）含有量が７ｗｔ％以下、さらには１ｗｔ％以下であり、また相対密度が９７％以上、さらには９９％以上である均一な組織の優れた特性を有するチタンシリコンカーバイド焼結体が得られる。
【０００８】
本発明の製造方法は、まず原料として用いられるチタン粉末、シリコン粉末および炭化チタン粉末をアルゴン雰囲気の容器で混合する。この混合時間には特に制限はなく、通常１〜５０時間程度混合する。これらの粉末は、目的とするチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）の単一相になるように配合する。
この混合粉末をグラファイトダイスに装入して、パルス通電加圧焼結装置によって固化成形する。焼結は真空において実施し、焼結温度は１２００°Ｃから１４００°Ｃの範囲で行う。
焼結温度は１２００°Ｃ未満では焼結が十分でなく、未反応の炭化チタン（TiC）が多量（７ｗｔ％を超える量）に存在するので好ましくない。また、焼結温度が１４００°Ｃを超えると結晶粒が粗大化し、エネルギーの消費量も増すので無駄である。より好ましい焼結温度は、焼結温度１２５０〜１３５０°Ｃである。
【０００９】
前記焼結温度での保持時間は３分から１２０分間とする。焼結保持時間は焼結温度との関係で決定するが、３分未満であると、焼結反応が十分でなく、また１２０分間を超えると結晶粒が粗大化するので好ましくない。そして、より好ましい焼結時間は１５分〜６０分の範囲である。
焼結の際、油圧によって２０〜１００ＭＰａの圧力を加える。以上の工程によって、相対密度９７％以上、さらには９９％以上のチタンシリコンカーバイドが得られる。２０ＭＰａ未満では、緻密なチタンシリコンカーバイド組織が得られ難い。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えても密度の向上はなく、それ以上の加圧は無駄である。
このように、焼結体中の炭化チタン（TiC）含有量が７ｗｔ％以下となったのは、原料成分の原子配合比を最適に調整できたこと、及び前記炭化チタン（TiC）の粉末を使用することによって、反応のプロセスが変化し、焼結体中の残留TiCの量がかえって低くなったと考えられ、予想外の良好な結果が得られた。
【００１０】
【実施例及び比較例】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲で、本実施例以外の態様あるいは変形を全て包含するものである。
【００１１】
（実施例１）
まず原料として用いられるチタン（Ti）粉末２８．６ａｔ％、シリコン（Si）粉末２８．６ａｔ％および炭化チタン（TiC）粉末４２．８ａｔ％をアルゴン雰囲気の容器で２４時間を混合した。これらの粉末は、目的とするチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）の単一相になるように比率を調整して、すなわちTi：Si：TiC＝２：２：３（Ti：Si：C＝５：２：３）となるように配合したものである。
この混合粉末をグラファイトダイスに装入して、パルス通電加圧焼結装置によって焼結した。焼結は真空において実施し、焼結温度１２２５°Ｃ、１２５０℃、１２７５°Ｃ、１３００°Ｃ、１３２５°Ｃの５段階の範囲で、それぞれ１５分間の焼結を実施した。
この結果を表１及び図１に示す。表１及び図１から明らかなように、相対密度がいずれも９７％以上であり、１２７５°Ｃ以上では９９％以上の相対密度が得られる。また、性質劣化の原因となる残留炭化チタン（TiC）相の量はいずれの場合も７ｗｔ％以下であり、良好な結果となる。特に、１３００°Ｃの焼結温度では１ｗｔ％以下となり、最も特性に優れたチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）セラミック焼結体が得られた。
【００１２】
また、同様の混合粉末について、最適焼結温度と考えられる１３００°Ｃに設定し、焼結時間８分間、１５分間、３０分間、６０分間、１２０分間、２４０分間の６段階に分けて焼結を実施した。焼結の際、油圧によって５０ＭＰａの圧力を加えた。この結果を表２及び図２に示す。表２及び図２に示す通り、いずれの焼結体も相対密度９９％以上のものが得られた。
また、性質劣化の原因となる残留炭化チタン（TiC）相の量はいずれの場合も２ｗｔ％以下であり、優れた特性のチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）セラミック焼結体が得られた。
【００１３】
【表１】
【表２】
焼結成形したセラミック材料チタンシリコンカーバイド焼結体の相組成をＸ線回折で分析し、顕微鏡によるミクロ組織観察特性を調べた。
図３は焼結温度１３００°Ｃ、１５分間焼結したセラミック材料チタンシリコンカーバイド焼結体のＸ線回折パターンを示す。焼結体の中にほぼ単一な金属性セラッミク材料であるチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）相になっていることが分かる。回折角度２θが４１.８度にあるTiCのメインピークが殆ど示されていなく、Ｘ線回折結果から計算すると、約０.８ｗｔ％になっていることが分かる。
【００１６】
（比較例１）
比較のために、従来技術であるTi粉、Si粉及びC粉を用いて、Ti：Si：C＝３：１：２となるように配合し、実施例１と同様に混合した。そして、この混合粉末をグラファイトダイスに装入し、パルス通電加圧焼結装置により、真空下、焼結温度１３００°Ｃで１５分間の焼結を実施した。反応は次の式で進む。
３Ti+Si+２C→Ti3SiC2
これによってチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）を得たが、該チタンシリコンカーバイド中に炭化チタン（TiC）が多量に含有されており、Ｘ線回折分析により、その含有量は３５ｗｔ％に達した。このような炭化チタン（TiC）相の残留は、チタンシリコンカーバイドの性質を著しく劣化させるものである。
【００１７】
（比較例２）
比較のために、従来技術であるTi粉、SiC粉及びC粉を用いて、Ti：SiC：C＝３：１：１（Ti：Si：C＝３：１：２）となるように配合し、実施例１と同様に混合し、この混合粉末をグラファイトダイスに装入して、パルス通電加圧焼結装置により、真空下、焼結温度１３００°Ｃで１５分間の焼結を実施した。反応は次の式で進む。
３Ti+SiC+C→Ti3SiC2
これによってチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）を得たが、該チタンシリコンカーバイド中に炭化チタン（TiC）が多量に含有されており、Ｘ線回折分析により、その含有量は３３ｗｔ％に達した。このような炭化チタン（TiC）相の残留は、比較例１と同様にチタンシリコンカーバイドの性質を著しく劣化させるものである。
【００１８】
（比較例３）
比較のために、従来技術であるTi粉、Si粉及びC粉を用いて、実施例１と同様な原子比の成分、すなわちTi：Si：C＝５：２：３となるように配合してから混合し、この混合粉末をグラファイトダイスに装入して、パルス通電加圧焼結装置により、真空下、焼結温度１３００°Ｃで１５分間の焼結を実施した。
これによってチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）を得たが、該チタンシリコンカーバイド中に炭化チタン（TiC）が多量に含有されており、Ｘ線回折分析により、その含有量は９ｗｔ％に達した。標準成分配合の比較例１に比べ、大分純度が上がっているが、このような炭化チタン（TiC）相の残留はまた高い。
【００１９】
（比較例４）
比較のために、従来技術であるTi粉、SiC粉及びC粉を用いて、実施例１と同様な原子比の成分、すなわちTi：SiC：C＝５：２：１（Ti：Si：C＝５：２：３）となるように配合してから混合し、この混合粉末をグラファイトダイスに装入して、パルス通電加圧焼結装置により、真空下、焼結温度１３００°Ｃで１５分間の焼結を実施した。
これによってチタンシリコンカーバイド（Ti3SiC2）を得たが、該チタンシリコンカーバイド中に炭化チタン（TiC）が多量に含有されており、Ｘ線回折分析により、その含有量は９ｗｔ％に達した。標準成分配合の比較例２に比べ、大分純度が上がっているが、このような炭化チタン（TiC）相の残留はまた高い。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、セラミック材料チタンシリコンカーバイド焼結体の中に残留炭化チタン（TiC）相の発生を抑制して均質化による特性の向上を図るとともに、エネルギー多消費型の製造法から、より低温、短時間での合成法を確立することができ、かつパルス通電加圧焼結方法により短時間で合成することができるという優れた特性を持つチタンシリコンカーバイド焼結体及びその製造方法が得られる。このようにして得た焼結体は軽量耐熱材料として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】１５分間で、各種焼結温度で得られたチタンシリコンカーバイド焼結体の密度の温度依存性を示す図である。
【図２】焼結温度１３００°Ｃで、各種焼結時間で得られたチタンシリコンカーバイド焼結体における残留炭化チタン（TiC）相の発生量と密度の推移を示す図である。
【図３】１３００°Ｃの焼結温度において、１５分間焼結したセラミック材料チタンシリコンカーバイド焼結体のＸ線回折パターンを示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a new manufacturing method of titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ), which is a metallic ceramic material. More specifically, the present invention relates to a metallic ceramic material titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) having both the characteristics of a metal and a ceramic material, and is composed of titanium (Ti), silicon (Si), and titanium carbide (TiC). The present invention relates to a titanium silicon carbide sintered body, which is a ceramic material in which powders are used as raw materials, and these are mixed and rapidly sintered at a low temperature and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Metallic ceramic materials have a structure in which ceramics are regularly present between lattices of intermetallic compounds in which metal atoms are regularly arranged. High thermal and electrical conductivity, thermal shock resistance, It has easy processability and excellent heat resistance and oxidation resistance, which are the characteristics of ceramics.
Currently, superalloys and ceramics such as graphato, silicon carbide, silicon nitride, and sialon are used in the aerospace field and high-efficiency gas turbine engines, but superalloys have poor heat resistance. Poor processability has become a practical problem.
[0003]
Titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ), a Ti-Si-C metallic ceramic material, has been tried to synthesize by arc melting and long-term reaction sintering. In any of these methods, a non-uniform structure is formed, so that a homogenization heat treatment for a long time at a high temperature is required.
However, even after this homogenization heat treatment, there is still a problem that the titanium carbide (TiC) phase, which is a ceramic, remains and the properties deteriorate.
[0004]
Titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was first synthesized by Jeitschko et al. In 1967 by reacting TiH 2 , Si, and C at 2000 ° C.
In 1987, Goto et al. Synthesized a thick titanium silicon carbide by CVD using SiCl 4 , TiCl 2 , and H 2 gas.
The former requires synthesis at a high temperature, and the latter has a problem that a high-purity material can be obtained but a bulk material cannot be obtained.
Recently, a method of synthesizing titanium silicon carbide by various sintering processes by powder method at high temperature has been reported, mainly by the following reactions:
(1) 3Ti + Si + 2C → Ti 3 SiC 2
(2) 3Ti + SiC + C → Ti 3 SiC 2
The above reaction (1) has been attempted by sintering by a number of researchers from a Ti / Si / C mixed powder.
On the other hand, Prof. Barsoum et al. (1999), Dr. Gao et al (1999), Tang et al (2001) of Drexel University in the United States used titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) using the reaction (2) above. A polycrystal was produced. However, any manufacturing process requires a long time (4 hours or more) at a high temperature (1400 ° C. or more).
In this case, the efficiency is low due to high temperature and long time heating and sintering, and energy consumption is large. In addition, the crystal grain size becomes coarse to form a non-uniform structure, and the characteristics deteriorate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention prevents the coarsening of crystal grains, suppresses the generation of residual titanium carbide (TiC) phase, improves the characteristics by homogenization, and at a lower temperature and in a shorter time from the energy-intensive manufacturing method. The purpose of this study was to establish a titanium silicon carbide sintered body having excellent characteristics and a method for producing the same by a short-time molding method using a pulsed current pressure sintering method. It is.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
1. A method for producing a sintered body of titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ), characterized in that a mixed powder of titanium (Ti), silicon (Si), and titanium carbide (TiC) is subjected to pulsed current pressure sintering.
2. 2. The method for producing a sintered body according to 1 above, wherein the ceramic is synthesized by a solid phase reaction at a sintering temperature of 1200 to 1400 ° C. and a sintering time of 3 to 120 minutes.
3. 2. The method for producing a sintered body according to 1 above, wherein the ceramic is synthesized by a solid phase reaction at a sintering temperature of 1250 to 1350 ° C. and a sintering time of 15 to 60 minutes.
4. The method for producing a sintered body according to any one of the above 1 to 3 , wherein sintering is performed by applying a pressure of 20 to 100 MPa.
5). 5. The method for producing a sintered body according to any one of 1 to 4 above, wherein the titanium carbide (TiC) content is 7 wt% or less in the structure of the sintered ceramic material.
6). 5. The method for producing a sintered body according to any one of 1 to 4 above, wherein the titanium carbide (TiC) content is 1 wt% or less in the structure of the sintered ceramic material.
7). 7. The method for producing a sintered body according to any one of 1 to 6 , wherein the relative density is 97% or more.
8). The method for producing a sintered body according to any one of 1 to 6 above, wherein the relative density is 99% or more.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventor considers an unprecedented manufacturing route, mixes titanium (Ti), silicon (Si), and titanium carbide (TiC) powders, and uses a pulse current pressure sintering method in a short time to achieve a high density and high density. A method for producing a titanium silicon carbide sintered body (Ti 3 SiC 2 ), which is a metallic ceramic material with a high purity, has been found.
The structure of the titanium silicon carbide sintered body thus obtained has a titanium carbide (TiC) content of 7 wt% or less, further 1 wt% or less, and a relative density of 97% or more, further 99% or more. A titanium silicon carbide sintered body having excellent characteristics of a uniform structure can be obtained.
[0008]
In the production method of the present invention, first, titanium powder, silicon powder and titanium carbide powder used as raw materials are mixed in a container in an argon atmosphere. The mixing time is not particularly limited, and is usually mixed for about 1 to 50 hours. These powders are blended so as to be a single phase of the target titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ).
This mixed powder is charged into a graphite die and solidified and molded by a pulsed current pressure sintering apparatus. Sintering is performed in vacuum, and the sintering temperature is in the range of 1200 ° C to 1400 ° C.
If the sintering temperature is less than 1200 ° C., sintering is not sufficient, and unreacted titanium carbide (TiC) is present in a large amount (exceeding 7 wt%), which is not preferable. On the other hand, if the sintering temperature exceeds 1400 ° C., crystal grains become coarse and energy consumption increases, which is useless. A more preferable sintering temperature is a sintering temperature of 1250 to 1350 ° C.
[0009]
The holding time at the sintering temperature is 3 minutes to 120 minutes. The sintering holding time is determined in relation to the sintering temperature, but if it is less than 3 minutes, the sintering reaction is not sufficient, and if it exceeds 120 minutes, the crystal grains become coarse, which is not preferable. A more preferable sintering time is in the range of 15 minutes to 60 minutes.
During sintering, a pressure of 20 to 100 MPa is applied by hydraulic pressure. Through the above steps, a titanium silicon carbide having a relative density of 97% or more, and further 99% or more can be obtained. If it is less than 20 MPa, it is difficult to obtain a dense titanium silicon carbide structure. Further, even if a pressure exceeding 100 MPa is applied, the density is not improved, and further pressurization is useless.
As described above, the titanium carbide (TiC) content in the sintered body became 7 wt% or less because the atomic compounding ratio of the raw material components could be adjusted optimally and the titanium carbide (TiC) powder. By using it, the process of the reaction was changed, and the amount of residual TiC in the sintered body was considered to be rather low, and unexpectedly good results were obtained.
[0010]
[Examples and Comparative Examples]
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples. That is, all aspects or modifications other than the embodiment are included within the scope of the technical idea of the present invention.
[0011]
Example 1
First, 28.6 at% of titanium (Ti) powder, 28.6 at% of silicon (Si) powder and 42.8 at% of titanium carbide (TiC) powder used as raw materials were mixed in a container in an argon atmosphere for 24 hours. These powders are adjusted to have a single phase of the desired titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ), that is, Ti: Si: TiC = 2: 2: 3 (Ti: Si: C = 5: 2: 3).
This mixed powder was charged into a graphite die and sintered by a pulse current pressure sintering apparatus. Sintering was performed in a vacuum, and sintering was performed for 15 minutes in each of five stages of sintering temperatures of 1225 ° C, 1250 ° C, 1275 ° C, 1300 ° C, and 1325 ° C.
The results are shown in Table 1 and FIG. As is clear from Table 1 and FIG. 1, the relative density is 97% or higher, and a relative density of 99% or higher is obtained at 1275 ° C. or higher. Moreover, the amount of the residual titanium carbide (TiC) phase that causes property deterioration is 7 wt% or less in any case, and a good result is obtained. In particular, at a sintering temperature of 1300 ° C., it became 1 wt% or less, and a titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) ceramic sintered body having the most excellent characteristics was obtained.
[0012]
For the same mixed powder, the sintering temperature is set to 1300 ° C, which is considered to be the optimum sintering temperature, and the sintering time is divided into 6 stages of 8 minutes, 15 minutes, 30 minutes, 60 minutes, 120 minutes and 240 minutes. Carried out. During sintering, a pressure of 50 MPa was applied by hydraulic pressure. The results are shown in Table 2 and FIG. As shown in Table 2 and FIG. 2, all sintered bodies were obtained with a relative density of 99% or more.
In addition, the amount of residual titanium carbide (TiC) phase that causes property deterioration was 2 wt% or less in any case, and a titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) ceramic sintered body having excellent characteristics was obtained.
[0013]
[Table 1]
[Table 2]
The phase composition of the sintered ceramic material titanium silicon carbide sintered body was analyzed by X-ray diffraction, and the microstructure observation characteristics by a microscope were examined.
FIG. 3 shows an X-ray diffraction pattern of a sintered ceramic material titanium silicon carbide sintered body sintered at 1300 ° C. for 15 minutes. It can be seen that the sintered body has a titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) phase, which is an almost single metallic ceramic material. The main peak of TiC having a diffraction angle 2θ of 41.8 degrees is hardly shown, and it can be seen that it is about 0.8 wt% when calculated from the X-ray diffraction result.
[0016]
(Comparative Example 1)
For comparison, Ti powder, Si powder and C powder, which are conventional techniques, were blended so that Ti: Si: C = 3: 1: 2 and mixed in the same manner as in Example 1. Then, this mixed powder was charged into a graphite die and sintered for 15 minutes at a sintering temperature of 1300 ° C. in a vacuum by a pulse current pressure sintering apparatus. The reaction proceeds according to the following formula:
3Ti + Si + 2C → Ti 3 SiC 2
As a result, titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was obtained. The titanium silicon carbide contained a large amount of titanium carbide (TiC), and its content reached 35 wt% by X-ray diffraction analysis. . Such residual titanium carbide (TiC) phase significantly deteriorates the properties of titanium silicon carbide.
[0017]
(Comparative Example 2)
For comparison, using conventional Ti powder, SiC powder, and C powder, blended to be Ti: SiC: C = 3: 1: 1 (Ti: Si: C = 3: 1: 2) Then, the mixture was mixed in the same manner as in Example 1, and this mixed powder was charged into a graphite die and sintered for 15 minutes at a sintering temperature of 1300 ° C. under vacuum using a pulsed current pressure sintering apparatus. . The reaction proceeds according to the following formula:
3Ti + SiC + C → Ti 3 SiC 2
As a result, titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was obtained. The titanium silicon carbide contained a large amount of titanium carbide (TiC), and its content reached 33 wt% by X-ray diffraction analysis. . Such residual titanium carbide (TiC) phase significantly deteriorates the properties of titanium silicon carbide as in Comparative Example 1.
[0018]
(Comparative Example 3)
For comparison, using Ti powder, Si powder, and C powder, which are conventional techniques, blended so as to have components with the same atomic ratio as in Example 1, that is, Ti: Si: C = 5: 2: 3. Then, the mixed powder was charged into a graphite die, and was sintered for 15 minutes at a sintering temperature of 1300 ° C. under vacuum by a pulse current pressure sintering apparatus.
As a result, titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was obtained. The titanium silicon carbide contained a large amount of titanium carbide (TiC), and its content reached 9 wt% by X-ray diffraction analysis. . Compared with the comparative example 1 of a standard component mixing | blending, although the purity has improved much, the residue of such a titanium carbide (TiC) phase is also high.
[0019]
(Comparative Example 4)
For comparison, Ti powder, SiC powder, and C powder, which are conventional techniques, are used in the same atomic ratio as in Example 1, that is, Ti: SiC: C = 5: 2: 1 (Ti: Si: C). = 5: 2: 3) and then mixed. The mixed powder was charged into a graphite die, and was subjected to 15 at a sintering temperature of 1300 ° C. under vacuum by a pulsed electric pressure sintering apparatus. Sintering for a minute was performed.
As a result, titanium silicon carbide (Ti 3 SiC 2 ) was obtained. The titanium silicon carbide contained a large amount of titanium carbide (TiC), and its content reached 9 wt% by X-ray diffraction analysis. . Compared with the comparative example 2 of a standard component mixing | blending, although the purity has improved much, the residue of such a titanium carbide (TiC) phase is also high.
[0020]
【The invention's effect】
The present invention suppresses the generation of residual titanium carbide (TiC) phase in the ceramic material titanium silicon carbide sintered body and improves the characteristics by homogenization. A titanium silicon carbide sintered body having an excellent characteristic that a synthesis method can be established in a short time and can be synthesized in a short time by a pulse current pressure sintering method, and a method for producing the same. The sintered body thus obtained is extremely useful as a lightweight heat-resistant material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the temperature dependence of the density of a titanium silicon carbide sintered body obtained at various sintering temperatures for 15 minutes.
FIG. 2 is a graph showing changes in the amount and density of residual titanium carbide (TiC) phase in a titanium silicon carbide sintered body obtained at various sintering times at a sintering temperature of 1300 ° C.
FIG. 3 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern of a ceramic material titanium silicon carbide sintered body sintered for 15 minutes at a sintering temperature of 1300 ° C. FIG.
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