JP4822534B2 - Manufacturing method of ceramics - Google Patents

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Description

本発明は、炭化ケイ素と炭素との複合セラミックスである炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a carbon-containing silicon carbide ceramic that is a composite ceramic of silicon carbide and carbon.

セラミックスは、金属に比べ、耐熱性、強度、硬度、耐摩耗性、耐食性等に優れ、しかも軽量であるため、近年、高温構造材料として、多くの開発がなされ実用化されている。例えば、その1つである炭化ケイ素は高温おける強度の劣化も少なく、耐食性、耐摩耗性に優れ、熱伝導率も大きいなど多くの長所をもつため、自動車用のエンジン部材やメカニカルシール、軸受け、型材などの耐食性、耐摩耗性、高温強度が要求される部分や、磁気ヘッド、スライダーなどの精密摺動部材などへの適用が検討されている。   Ceramics are excellent in heat resistance, strength, hardness, wear resistance, corrosion resistance, and the like as compared with metals, and are lightweight, and in recent years, they have been developed and put into practical use as high-temperature structural materials. For example, silicon carbide, one of which has many advantages such as low strength deterioration at high temperatures, excellent corrosion resistance and wear resistance, and high thermal conductivity. Therefore, automotive engine parts, mechanical seals, bearings, Application to parts that require corrosion resistance, wear resistance, and high-temperature strength such as mold materials and precision sliding members such as magnetic heads and sliders has been studied.

一方、金属、ガラス、プラスチック等は、加熱した原材料を成形型の間にはさみ、加圧することで所定の形状に成形する成形方法がとられていた。このようなモールド成形に用いられる成形型は、高温で数万回という成形を繰り返すため、超硬合金や炭化ケイ素、窒化ケイ素などの耐熱性と機械強度に優れた材料が使用されていた。   On the other hand, a metal, glass, plastic, or the like has been formed by a method in which a heated raw material is sandwiched between molds and pressed into a predetermined shape. Since the mold used for such molding is repeated several tens of thousands of times at a high temperature, materials having excellent heat resistance and mechanical strength such as cemented carbide, silicon carbide, and silicon nitride have been used.

しかしながら、一般的に用いられる超硬合金は、セラミックスに比べ機械加工しやすいという利点があるものの、加熱融解した高温の原材料に触れることで化学反応を起こしたり、成形雰囲気中に混入する酸素や水蒸気により主成分であるタングステンカーバイドが酸化する等の問題が生じていた。   However, although commonly used cemented carbide has the advantage of being easier to machine than ceramics, it can cause chemical reactions by touching high temperature raw materials that are heated and melted, and oxygen and water vapor mixed in the molding atmosphere. As a result, problems such as oxidation of the main component tungsten carbide occur.

また、炭化ケイ素や窒化ケイ素は表面が加熱されると、酸化により酸化ケイ素となるため、原材料の種類によっては型表面に原材料が融着するという問題があった。これを改善するために、成形雰囲気を窒素などの不活性ガスに置換したり、セラミックスまたは超硬合金の表面にダイヤモンドライクカーボンなどの炭素を含有する離型層を形成する方法がとられており、現在の主流となっている。   Further, since the surface of silicon carbide or silicon nitride is oxidized to silicon oxide when heated, there is a problem that the raw material is fused to the mold surface depending on the type of the raw material. In order to improve this, a method has been adopted in which the molding atmosphere is replaced with an inert gas such as nitrogen, or a release layer containing carbon such as diamond-like carbon is formed on the surface of ceramics or cemented carbide. , Has become the current mainstream.

離型層形成の手法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、高周波プラズマCVD法などが採用されている。しかし、成形型に離型層を形成することは、工程が煩雑となり大量生産には不向きである。更に、数万回の成形を繰り返す内に離型層が剥がれてくるという欠点もある。   As a method for forming the release layer, a sputtering method, a vacuum deposition method, an ion plating method, a high-frequency plasma CVD method, or the like is employed. However, forming a release layer on a mold is not suitable for mass production because the process becomes complicated. Furthermore, there is also a drawback that the release layer is peeled off after repeating tens of thousands of moldings.

そこで、特許文献1では、離型層を形成することなく原材料の離型性を高める目的で、炭化ケイ素と炭素との複合セラミックスを成形型として利用する技術が開示されている。また、その製造方法として、仮焼後の原料混合物を所望により造粒後、CIP法(COLD ISOSTATIC PRESS)等でブロックを形成し、所望によりそのブロックから機械加工して成形用型の成形体を作製する方法が開示されている。   Therefore, Patent Document 1 discloses a technique of using a composite ceramic of silicon carbide and carbon as a forming die for the purpose of improving the releasability of raw materials without forming a release layer. Moreover, as a manufacturing method, after granulating the raw material mixture after calcining as desired, a block is formed by a CIP method (COLD ISOSTATIC PRESS) or the like, and if necessary, machining is performed from the block to form a molded body of a mold A method of making is disclosed.

特開2006−188415号公報JP 2006-188415 A

しかしながら、特許文献1に記載されているセラミックスの成形方法は、成形を1回の工程で行う1段成形(実施例ではCIPを採用)であり、また、造粒等によって粒度をコントロールしていない。そのため、この成形方法で実際に成形型を製造すると、機械強度が不足したり、成形型の表面に気孔が発生することが判明した。   However, the ceramic molding method described in Patent Document 1 is one-stage molding (CIP is used in the examples) in which molding is performed in a single process, and the particle size is not controlled by granulation or the like. . Therefore, it has been found that when a mold is actually manufactured by this molding method, mechanical strength is insufficient or pores are generated on the surface of the mold.

このような表面の気孔は、成形対象物に直接転写されるため、種々の材料の成形型について問題となる。また、表面の気孔の発生は、セラミックス構造材料としての機械強度、耐摩耗性、摺動性等にも影響するため、成形型に限らず、種々のセラミックス部材について問題となる。   Such surface pores are directly transferred to the object to be molded, which poses a problem for molds of various materials. In addition, the generation of pores on the surface also affects the mechanical strength, wear resistance, slidability, and the like of the ceramic structural material, and thus becomes a problem not only for the mold but also for various ceramic members.

そこで、本発明の目的は、例えば成形型としての耐久性等の機械強度を改善し、表面の気孔の発生を十分抑制することができる炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing carbon-containing silicon carbide ceramics that can improve mechanical strength such as durability as a mold and can sufficiently suppress the generation of surface pores.

本発明者らは、炭素含有炭化ケイ素セラミックスを製造する際に、特定の粒度分布を有する造粒物を原料粉末として用い、成形して焼成を行うことで、耐久性などの機械強度に優れ、表面に気孔が存在しない成形型等が量産出来ることを見出し、本発明を完成するに至った。   When manufacturing carbon-containing silicon carbide ceramics, the present inventors use a granulated product having a specific particle size distribution as a raw material powder, and by molding and firing, it excels in mechanical strength such as durability, The inventors have found that a mold having no pores on the surface can be mass-produced, and completed the present invention.

即ち、本発明の炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法は、炭化ケイ素、炭素原料及び焼結助剤を含む原材料の混合物Xを造粒する工程と、前記工程で得た造粒物を成形して焼成する工程とを有する炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法であって、前記造粒物の体積基準の粒度分布におけるD10が30〜60μm、D50が50〜85μm、D90が90〜135μmであることを特徴とする。なお、本発明における各種の物性値は、具体的には実施例に記載の方法で測定される値である。   That is, the method for producing a carbon-containing silicon carbide ceramic of the present invention comprises a step of granulating a raw material mixture X containing silicon carbide, a carbon raw material and a sintering aid, and molding the granulated product obtained in the step. A method for producing carbon-containing silicon carbide ceramics having a step of firing, wherein D10 in the volume-based particle size distribution of the granulated product is 30 to 60 μm, D50 is 50 to 85 μm, and D90 is 90 to 135 μm. Features. In addition, the various physical-property values in this invention are values specifically measured by the method as described in an Example.

本発明の炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法によると、例えば成形型としての耐久性等の機械強度を改善し、表面の気孔の発生を十分抑制することができる。   According to the method for producing a carbon-containing silicon carbide ceramic of the present invention, for example, mechanical strength such as durability as a mold can be improved and generation of pores on the surface can be sufficiently suppressed.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の製造方法は、炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法に関するものであり、特に、炭素含有炭化ケイ素セラミックスからなる成形型の製造方法として有用である。本発明の炭素含有炭化ケイ素セラミックス(以下、単に「セラミックス」ともいう)とは、炭化ケイ素と炭素とを含有してなる炭化ケイ素−炭素複合セラミックスであり、かかる構成により、優れた離型性及び耐磨耗性、高耐久性という特性を有する。ここで離型性とは、成形型として使用した際の離型性をいう。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The production method of the present invention relates to a method for producing a carbon-containing silicon carbide ceramic, and is particularly useful as a method for producing a mold comprising a carbon-containing silicon carbide ceramic. The carbon-containing silicon carbide ceramics (hereinafter, also simply referred to as “ceramics”) of the present invention is a silicon carbide-carbon composite ceramic containing silicon carbide and carbon. It has the characteristics of wear resistance and high durability. Here, releasability refers to releasability when used as a mold.

本発明のセラミックスによれば、材料そのものの離型性が優れており、成形型を容易に加工成形できるという利点が得られる。つまり、炭化ケイ素系セラミックスに炭素を含有させることで、炭化ケイ素系セラミックスだけの成形型に比べ、優れた離型性を付与できる。   According to the ceramic of the present invention, the material itself is excellent in releasability, and there is an advantage that the mold can be easily processed and molded. That is, by including carbon in the silicon carbide-based ceramics, it is possible to impart excellent releasability as compared with a mold only made of silicon carbide-based ceramics.

成形型とは、各種成形に用いられる型(モールド)を指し、型の一部として使用されるものも含む概念である。例えば、ダイスとパンチからなる成形型の、ダイス又はパンチのどちらかを、本発明で得られる成形型としてもよい。あるいは、ダイス及び/又はパンチの原材料接触面を含む近傍だけを本発明で得られる成形型としてもよい。   The molding die refers to a die (mold) used for various moldings and includes a concept used as a part of the die. For example, either a die or a punch of a die composed of a die and a punch may be used as the molding die obtained in the present invention. Or it is good also considering only the vicinity containing the raw material contact surface of a die | dye and / or punch as a shaping | molding die obtained by this invention.

成形の対象としては、ガラス、樹脂、金属、セラミックス、これらの複合体等が挙げられる。   Examples of molding objects include glass, resin, metal, ceramics, and composites thereof.

本発明の製造方法は、炭化ケイ素、炭素原料及び焼結助剤を含む原材料の混合物Xを造粒する工程と、前記工程で得た造粒物を成形して焼成する工程とを有する炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法において、所定の粒度分布を有する造粒物を用いるものである。本発明では、造粒物の焼成により成形物が得られるが、本発明では、耐久性等の機械強度を改善し、表面の気孔の発生を十分抑制する観点から、CIP成形して焼成することが好ましい。   The production method of the present invention comprises a step of granulating a raw material mixture X containing silicon carbide, a carbon raw material and a sintering aid, and a step of forming and firing the granulated product obtained in the step. In the method for producing silicon carbide ceramics, a granulated product having a predetermined particle size distribution is used. In the present invention, a molded product can be obtained by firing the granulated product, but in the present invention, CIP molding and firing are performed from the viewpoint of improving mechanical strength such as durability and sufficiently suppressing the generation of pores on the surface. Is preferred.

[原料粉末]
本発明で用いる造粒物は、その体積基準の粒度分布におけるD10が30〜60μm、D50が50〜85μm、D90が90〜135μmである。本発明では、成形型の耐久性を改善し、成形型表面の気孔発生を抑制する観点から、造粒物の体積基準の粒度分布におけるD10が35〜50μm、D50が50〜80μm、D90が90〜130μmであることが好ましく、D10が35〜50μm、D50が55〜80μm、D90が95〜130μmであることがより好ましく、D10が40〜50μm、D50が65〜80μm、D90が105〜130μmであることが更に好ましい。
[Raw material powder]
The granulated product used in the present invention has D10 of 30 to 60 μm, D50 of 50 to 85 μm, and D90 of 90 to 135 μm in the volume-based particle size distribution. In the present invention, D10 is 35 to 50 μm, D50 is 50 to 80 μm, and D90 is 90 from the viewpoint of improving the durability of the mold and suppressing the generation of pores on the surface of the mold. It is preferable that D10 is 35 to 50 μm, D50 is 55 to 80 μm, D90 is 95 to 130 μm, D10 is 40 to 50 μm, D50 is 65 to 80 μm, and D90 is 105 to 130 μm. More preferably it is.

本発明のセラミックスを製造する場合の原料粉末は、炭化ケイ素、炭素原料及び焼結助剤を含む原材料の混合物(以下、「混合物X」という)を造粒したものである。このような造粒物を成形して焼成することによって、本発明のセラミックスとなる。   The raw material powder for producing the ceramic of the present invention is obtained by granulating a mixture of raw materials containing silicon carbide, a carbon raw material and a sintering aid (hereinafter referred to as “mixture X”). By forming and baking such a granulated product, the ceramic of the present invention is obtained.

混合物Xは、例えば、炭化ケイ素、炭素原料及び焼結助剤を含む原材料を混合し、粉砕することにより、得ることができる。原材料の混合又は粉砕は、乾式で行う場合と湿式で行う場合がある。また、原材料を混合した後に、混合物を仮焼した上で粉砕する場合(態様1)と、混合と粉砕を同時に行う場合(態様2)とがある。本発明では、造粒物の粒度分布を上記の範囲に調製する上で、何れの態様においても、混合物Xの造粒を行うことが好ましく、また、造粒後に分級を行うことがより好ましい。   The mixture X can be obtained, for example, by mixing and pulverizing raw materials including silicon carbide, a carbon raw material, and a sintering aid. The mixing or pulverization of the raw materials may be performed dry or wet. Moreover, after mixing raw materials, there are a case where the mixture is calcined and then pulverized (aspect 1), and a case where mixing and pulverization are performed simultaneously (aspect 2). In the present invention, when the particle size distribution of the granulated product is adjusted to the above range, in any embodiment, it is preferable to granulate the mixture X, and it is more preferable to classify after granulation.

態様1の場合、焼成後に得られるセラミックス中の炭化ケイ素と炭素とが緊密になることから、セラミックスの相対密度が向上し得る。また、態様2の場合、例えば混合物Xを構成する粒子の平均粒径が0.05〜3μmである場合など、仮焼工程を経なくても密度及び強度が優れたセラミックスが得られる場合があるため、仮焼工程が不要となることから、製造工程を簡略化し得るため、より好ましい。つまり、本発明では、前記造粒物を調製する工程として、炭化ケイ素、炭素原料、及び焼結助剤を含む原材料の混合と粉砕とを同時に行う工程を有することが好ましい。   In the case of the aspect 1, since the silicon carbide and carbon in the ceramic obtained after firing become close, the relative density of the ceramic can be improved. Moreover, in the case of the aspect 2, for example, when the average particle diameter of the particles constituting the mixture X is 0.05 to 3 μm, a ceramic having excellent density and strength may be obtained without passing through the calcination step. For this reason, the calcination step is not necessary, and therefore the manufacturing process can be simplified, which is more preferable. That is, in the present invention, it is preferable that the step of preparing the granulated product includes a step of simultaneously mixing and crushing raw materials including silicon carbide, a carbon raw material, and a sintering aid.

本発明の製造方法で使用する炭化ケイ素は、α、βのいずれの結晶型のものであってもよい。炭化ケイ素の純度としては、特に限定されないが、セラミックスに良好な焼結体密度、強度、及び破壊靭性を付与し、また、ヤング率等の機械的特性をも向上させる観点から、好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上である。また、炭化ケイ素の形態としては、焼結性が良好であることから、好ましくは平均粒径が5μm以下の粉末であり、より好ましくは0.1〜3μmの粉末である。   The silicon carbide used in the production method of the present invention may be either α or β crystal type. The purity of silicon carbide is not particularly limited, but is preferably 90% from the viewpoint of imparting good sintered body density, strength, and fracture toughness to ceramics and improving mechanical properties such as Young's modulus. % Or more, more preferably 95% by weight or more. The form of silicon carbide is preferably a powder having an average particle size of 5 μm or less, and more preferably a powder having a size of 0.1 to 3 μm because of good sintering properties.

本発明の製造方法で使用する炭素原料とは、焼成後の炭素への転換率が50〜95重量%である有機物であって、湿式混合に使用する場合は、溶媒に可溶性若しくは良分散性を示すものであれば、特に限定されるものではない。炭素原料の焼成後の炭素への転換率としては、セラミックスの相対密度向上の観点から、50〜90重量%が好ましい。   The carbon raw material used in the production method of the present invention is an organic substance having a conversion rate to carbon after firing of 50 to 95% by weight, and when used for wet mixing, it is soluble or has good dispersibility in a solvent. If it shows, it will not specifically limit. The conversion rate of the carbon raw material to carbon after firing is preferably 50 to 90% by weight from the viewpoint of improving the relative density of the ceramic.

また、同様の観点から、その平均粒径としては5〜200μmが好適である。該炭素原料としては、焼成後の炭素への転換率が高いことから、芳香族炭化水素が好ましい。該芳香族炭化水素としては、例えば、フラン樹脂、フェノール樹脂、コールタールピッチ等が挙げられ、中でも、フェノール樹脂及びコールタールピッチがより好適に使用される。なお、炭素原料の焼成後の炭素への転換率とは、JIS K2425に基づいて測定される炭素原料中の固定炭素の重量%をいう。   From the same viewpoint, the average particle size is preferably 5 to 200 μm. As the carbon raw material, an aromatic hydrocarbon is preferred because of its high conversion rate to carbon after firing. Examples of the aromatic hydrocarbon include furan resin, phenol resin, coal tar pitch, etc. Among them, phenol resin and coal tar pitch are more preferably used. In addition, the conversion rate to carbon after baking of a carbon raw material means the weight% of fixed carbon in the carbon raw material measured based on JISK2425.

本発明の製造方法で使用する焼結助剤としては、通常、セラミックスの製造において焼結助剤として選択されるものであれば、特に限定されるものではなく、いずれのものも使用することができる。該焼結助剤としては、例えば、B、BC等のホウ素化合物、アルミニウム化合物、イットリア化合物等が挙げられ、アルミニウム化合物、イットリア化合物等の具体例としては、Al、Y等の酸化物等が挙げられる。 The sintering aid used in the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is usually selected as a sintering aid in the production of ceramics, and any one may be used. it can. Examples of the sintering aid include boron compounds such as B and B 4 C, aluminum compounds, and yttria compounds. Specific examples of aluminum compounds and yttria compounds include Al 2 O 3 and Y 2 O. 3 or the like.

本発明の製造方法で原材料として使用することができるその他の成分としては、通常、セラミックスの製造に使用される添加剤、例えば、TiC、TiN、Si、AlN等が挙げられる。 Examples of other components that can be used as raw materials in the production method of the present invention include additives usually used in the production of ceramics, such as TiC, TiN, Si 3 N 4 , and AlN.

セラミックスの相対密度及び曲げ強度向上の観点から、セラミックス中の炭化ケイ素と炭素の割合は、炭化ケイ素100重量部に対して炭素6〜50重量部であることが好ましく、炭素10〜40重量部であることがより好ましく、炭素15〜35重量部であることが更に好ましい。   From the viewpoint of improving the relative density and bending strength of ceramics, the ratio of silicon carbide to carbon in the ceramics is preferably 6 to 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of silicon carbide, and 10 to 40 parts by weight of carbon. More preferably, it is more preferably 15 to 35 parts by weight of carbon.

従って、混合物Xを混合する際の炭化ケイ素、炭素原料、及び焼結助剤の混合割合としては、得られるセラミックスが上記含有量比を満たすように換算して、炭素原料及び炭化ケイ素を焼結助剤とともに用いることが好ましい。   Accordingly, the mixing ratio of silicon carbide, carbon raw material, and sintering aid when mixing the mixture X is calculated so that the obtained ceramic satisfies the above content ratio, and the carbon raw material and silicon carbide are sintered. It is preferable to use it with an auxiliary agent.

焼結助剤の使用量としては、通常、炭化ケイ素100重量部に対し、好ましくは0.1〜15重量部、より好ましくは0.2〜10重量部、さらに好ましくは0.5〜5重量部、さらにより好ましくは1〜3重量部を混合すればよい。その他の成分を使用する場合は混合する際に所定量を混合すればよい。   As a usage-amount of a sintering auxiliary agent, Preferably it is 0.1-15 weight part with respect to 100 weight part of silicon carbide, More preferably, it is 0.2-10 weight part, More preferably, it is 0.5-5 weight Parts, even more preferably 1-3 parts by weight. When other components are used, a predetermined amount may be mixed when mixing.

また、セラミックスの相対密度及び曲げ強度向上の観点から、セラミックス中の炭化ケイ素の含有量は、好ましくは54〜94重量%、より好ましくは60〜90重量%、さらに好ましくは65〜85重量%である。   Further, from the viewpoint of improving the relative density and bending strength of the ceramic, the content of silicon carbide in the ceramic is preferably 54 to 94% by weight, more preferably 60 to 90% by weight, and still more preferably 65 to 85% by weight. is there.

態様1において、上記の原材料を混合する方法としては、乾式混合、湿式混合、又は熱間混練等のいずれの方法でもよいが、炭素原料の分散性の観点から、湿式混合が好ましい。   In aspect 1, the method of mixing the raw materials may be any method such as dry mixing, wet mixing, or hot kneading, but wet mixing is preferable from the viewpoint of dispersibility of the carbon raw material.

湿式混合に用いる溶媒としては、水又は有機溶剤のどちらを用いても良いが、炭素原料の分散性及び炭化ケイ素の酸化防止の観点からは、有機溶剤を用いることが好ましく、環境維持の観点からは、水を用いることが好ましい。   As the solvent used for the wet mixing, either water or an organic solvent may be used, but from the viewpoint of dispersibility of the carbon raw material and oxidation prevention of silicon carbide, it is preferable to use an organic solvent, from the viewpoint of maintaining the environment. Is preferably water.

有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶剤やベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤やメチルエチルケトン等のケトン系溶剤等を用いることができる。   As the organic solvent, for example, alcohol solvents such as methanol, ethanol and propanol, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, and the like can be used.

混合装置としては、一般の混合機を用いることができる。該混合機としては、例えば、ボールミル、振動ミル等のポット式ミルや、サンドミル、アトライターミル等の撹拌式ミル、及びこれらの連続式ミルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   As the mixing device, a general mixer can be used. Examples of the mixer include a pot mill such as a ball mill and a vibration mill, a stirring mill such as a sand mill and an attritor mill, and a continuous mill thereof, but are not limited thereto.

次いで、得られた混合物を仮焼することが、安定した焼結効果を得る観点から、好ましい。湿式混合を行った場合は、仮焼の前に公知の方法により脱溶媒を行うことが好ましい。仮焼は、好ましくは200〜600℃、より好ましくは300〜500℃、さらに好ましくは400〜500℃で、好ましくは0.5〜12時間、より好ましくは1〜10時間、好ましくは非酸化性雰囲気中で行う。200℃以上の温度で仮焼する場合、揮発成分が適度に揮発することから、焼成後に得られるセラミックスの気孔率を低減することができる。また、600℃以下の温度で仮焼する場合、炭素の焼結能が維持され得ることから、緻密な焼結体を得ることができる。前記非酸化性雰囲気は、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸ガスあるいはこれらの混合ガスや真空のいずれでもよく、場合によっては、ガスによる加圧下で仮焼を行ってもよい。   Next, the obtained mixture is preferably calcined from the viewpoint of obtaining a stable sintering effect. When wet mixing is performed, it is preferable to remove the solvent by a known method before calcination. The calcination is preferably 200 to 600 ° C., more preferably 300 to 500 ° C., further preferably 400 to 500 ° C., preferably 0.5 to 12 hours, more preferably 1 to 10 hours, preferably non-oxidizing. Perform in an atmosphere. In the case of calcining at a temperature of 200 ° C. or higher, the volatile components are appropriately volatilized, so that the porosity of the ceramic obtained after firing can be reduced. In addition, when calcining at a temperature of 600 ° C. or lower, since the carbon sintering ability can be maintained, a dense sintered body can be obtained. The non-oxidizing atmosphere may be any of nitrogen gas, argon gas, helium gas, carbon dioxide gas, a mixed gas thereof, or vacuum, and in some cases, calcination may be performed under pressure with a gas.

上記仮焼により得られた仮焼体は、乾式又は湿式粉砕により、粉砕を行うのが好ましいが、粉砕後の平均粒径としては、成形型の耐久性を改善し、成形型表面の気孔発生を抑制する観点から、0.2〜0.6μmが好ましく、0.3〜0.5μmがより好ましく、0.35〜0.45μmが更に好ましい。   The calcined body obtained by the calcining is preferably pulverized by dry or wet pulverization, but the average particle size after pulverization improves the durability of the mold and generates pores on the surface of the mold. From a viewpoint of suppressing, 0.2-0.6 micrometer is preferable, 0.3-0.5 micrometer is more preferable, 0.35-0.45 micrometer is still more preferable.

湿式粉砕は、例えば、ボールミル、振動ミル、遊星ミルアトライター等の公知の粉砕機を用いて行えばよい。その際に使用する溶媒としては、例えば、環境への配慮から水が好ましいが、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、メタノール、エタノール等のアルコール系溶剤、又はメチルエチルケトン等のケトン系溶剤等も使用できる。その他の溶剤としては、水と前記有機溶剤との混合溶剤等も使用することができる。通常、以上のような原材料の混合物100重量%に対し溶媒は50〜200重量%程度使用すればよい。   The wet pulverization may be performed using a known pulverizer such as a ball mill, a vibration mill, or a planetary mill attritor. As the solvent used in that case, for example, water is preferable in consideration of the environment, but aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene, alcohol solvents such as methanol and ethanol, or ketone solvents such as methyl ethyl ketone, etc. Can also be used. As other solvents, a mixed solvent of water and the organic solvent or the like can be used. Usually, the solvent may be used in an amount of about 50 to 200% by weight based on 100% by weight of the raw material mixture.

態様2では、上記の原材料の混合と粉砕を同時に行うことにより、原材料の混合物が態様1と同程度の平均粒径となるように粉砕されることが好ましい。当該混合及び粉砕は乾式又は湿式のいずれの方法でもよいが、炭素原料の分散性の観点から、湿式で行われることが好ましい。湿式混合及び粉砕に用いる溶媒としては、水又は有機溶剤のどちらを用いても良いが、炭素原料の分散性及び炭化ケイ素の酸化防止の観点からは、有機溶剤を用いることが好ましく、環境維持の観点からは、水を用いることが好ましい。有機溶剤としては、態様1の湿式混合に用いられるものと同様のものを用いることができる。混合及び粉砕を同時に行う装置としては、例えば、ボールミル、振動ミル等のポット式ミルや、サンドミル、アトライターミル等の撹拌式ミル、及びこれらの連続式ミルが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   In aspect 2, it is preferable to grind | pulverize the mixture of raw materials so that it may become an average particle diameter comparable as the aspect 1 by performing mixing and grinding | pulverization of said raw material simultaneously. The mixing and pulverization may be either a dry method or a wet method, but is preferably performed in a wet manner from the viewpoint of dispersibility of the carbon raw material. As the solvent used for wet mixing and pulverization, either water or an organic solvent may be used. From the viewpoint of the dispersibility of the carbon raw material and the prevention of oxidation of silicon carbide, it is preferable to use an organic solvent. From the viewpoint, it is preferable to use water. As an organic solvent, the thing similar to what is used for the wet mixing of aspect 1 can be used. Examples of the apparatus for performing mixing and pulverization simultaneously include, but are not limited to, a pot mill such as a ball mill and a vibration mill, a stirring mill such as a sand mill and an attritor mill, and a continuous mill thereof. It is not a thing.

つまり、本発明の製造方法では、上記のようにして調製され得る混合物Xにおいて、該混合物Xを構成する粒子の平均粒径が、成形型の耐久性を改善し、成形型表面の気孔発生を抑制する観点から、0.15〜0.50μmが好ましく、0.25〜0.40μmがより好ましく、0.30〜0.35μmが更に好ましい。   That is, in the production method of the present invention, in the mixture X that can be prepared as described above, the average particle size of the particles constituting the mixture X improves the durability of the mold and generates pores on the surface of the mold. From the viewpoint of suppression, 0.15 to 0.50 μm is preferable, 0.25 to 0.40 μm is more preferable, and 0.30 to 0.35 μm is still more preferable.

なお、本発明において平均粒径とは、D50、即ち、小粒径側からの積算粒径分布(体積基準)が、50%となる粒径を意味する。該平均粒径は、レーザー回折/散乱法により測定することができる。   In the present invention, the average particle diameter means D50, that is, a particle diameter at which the integrated particle size distribution (volume basis) from the small particle size side is 50%. The average particle diameter can be measured by a laser diffraction / scattering method.

混合物Xを構成する粒子の平均粒径を所望の粒径範囲内に調整する手段としては、特に限定されないが、例えば、粉砕する装置の設定条件を調整することが挙げられる。例えば、粉砕する装置として、振動ミルを用いる場合、ジルコニアボールを粉砕メディアとして用いて粉砕を行えばよい。   The means for adjusting the average particle diameter of the particles constituting the mixture X to be within a desired particle diameter range is not particularly limited, and for example, adjusting the setting conditions of the pulverizing apparatus can be mentioned. For example, when a vibration mill is used as an apparatus for pulverization, pulverization may be performed using zirconia balls as pulverization media.

本発明では、混合物Xを造粒して、粒子同士が結着した造粒物とするのが好ましい。造粒方法は、必要により分級して前記の粒度分布を有する原料粉末を調製できるものであれは、特に限定されないが、例えば、スプレードライヤー(噴霧乾燥造粒装置)、噴霧冷却造粒装置、流動層造粒装置、転動流動層造粒装置、高速撹拌造粒装置、転動造粒装置、超音波造粒装置等の造粒装置で造粒する方法が挙げられる。本発明では、好適な造粒・成形を行いつつ、気孔のない緻密な焼結体を得る観点から、特にスプレードライヤーを用いた造粒を行うのが好ましい。   In the present invention, it is preferable to granulate the mixture X to obtain a granulated product in which the particles are bound together. The granulation method is not particularly limited as long as it can be classified as necessary to prepare the raw material powder having the above particle size distribution. For example, a spray dryer (spray drying granulator), a spray cooling granulator, a flow Examples thereof include a granulating apparatus such as a bed granulating apparatus, a rolling fluidized bed granulating apparatus, a high-speed stirring granulating apparatus, a rolling granulating apparatus, and an ultrasonic granulating apparatus. In the present invention, it is particularly preferable to perform granulation using a spray dryer from the viewpoint of obtaining a dense sintered body having no pores while performing suitable granulation and molding.

造粒の際、必要に応じてバインダーを添加するが、前記粒度分布を有する原料粉末を安定して調製する観点から、バインダーを添加することが好ましい。なお、成形型への充填性の観点から、造粒後に得られる顆粒の形状としては、流動性に富む球状が好ましい。   During granulation, a binder is added as necessary. From the viewpoint of stably preparing the raw material powder having the particle size distribution, it is preferable to add a binder. In addition, from the viewpoint of filling into the mold, the shape of the granule obtained after granulation is preferably a spherical shape with high fluidity.

使用するバインダーとしては、ワックス、乳剤、ポリビニルアルコール、ポリビニル酢酸塩、セルロース誘導体等が挙げられ、造粒時の好ましい溶媒であるエタノールへの溶解性に優れ、好適な造粒・成形を行いつつ、気孔のない緻密な焼結体を得る観点から、ポリビニルアルコール(ポバール)が好ましい。   Examples of the binder to be used include wax, emulsion, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, cellulose derivative, etc., and excellent solubility in ethanol, which is a preferred solvent during granulation, while performing suitable granulation and molding, From the viewpoint of obtaining a dense sintered body having no pores, polyvinyl alcohol (Poval) is preferable.

バインダーの添加量は、好適な造粒・成形を行いつつ、気孔のない緻密な焼結体を得る観点から、混合物Xの100重量部に対して、1〜15重量部が好ましく、5〜10重量部がより好ましい。   The addition amount of the binder is preferably 1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the mixture X from the viewpoint of obtaining a dense sintered body without pores while performing suitable granulation and molding. Part by weight is more preferred.

スプレードライヤーを用いる場合の液状媒体としては、水を用いることも可能であるが、蒸発性(揮発性)の観点から、メタノール、エタノール等のアルコール系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、又はメチルエチルケトン等のケトン系溶剤等を使用するのが好ましい。   Water can be used as the liquid medium when using a spray dryer, but from the viewpoint of evaporability (volatility), alcoholic solvents such as methanol and ethanol, and aromatic solvents such as benzene, toluene and xylene. It is preferable to use a solvent or a ketone solvent such as methyl ethyl ketone.

また、緻密なセラミックスを得る観点から、混合物X中における揮発成分(バインダー、可塑剤、滑剤等を含む)の含有量は、好ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.2〜8重量%、さらに好ましくは0.3〜8重量%である。混合物X中における揮発成分の含有量が0.1重量%以上である場合、焼成中に炭素に由来する焼結能が十分に発揮され得ることから、緻密な焼結体を得ることができる。また、混合物X中における揮発成分の含有量が10重量%以下である場合、焼成中の揮発成分の揮発による亀裂の発生、及び焼成後の残留気孔の発生率が低減され得ることから、緻密な焼結体を得ることができる。揮発成分の含有量を調整する手段としては、仮焼が挙げられ、仮焼により該含有量を低減することができる。   Further, from the viewpoint of obtaining dense ceramics, the content of volatile components (including binder, plasticizer, lubricant, etc.) in the mixture X is preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.2 to 8%. % By weight, more preferably 0.3 to 8% by weight. When the content of the volatile component in the mixture X is 0.1% by weight or more, since the sintering ability derived from carbon can be sufficiently exhibited during firing, a dense sintered body can be obtained. In addition, when the content of the volatile component in the mixture X is 10% by weight or less, the generation of cracks due to the volatilization of the volatile component during firing and the occurrence rate of residual pores after firing can be reduced. A sintered body can be obtained. As a means for adjusting the content of the volatile component, calcining can be mentioned, and the content can be reduced by calcining.

なお、本発明において、混合物X中における揮発成分の含有量は、次のようにして求められる。即ち、溶媒を除去する目的で混合物Xを130℃で16時間乾燥させた後、金型(φ60mm)に充填し、147Mpaの圧力の下で9mmの厚さになるように成形して得た成形体重量と該成形体を2150℃で4時間焼成して得た焼結体重量とを、それぞれ化学天秤を用いて測定し、次式により算出される。   In addition, in this invention, content of the volatile component in the mixture X is calculated | required as follows. That is, the mixture X was dried at 130 ° C. for 16 hours for the purpose of removing the solvent, filled in a mold (φ60 mm), and molded to a thickness of 9 mm under a pressure of 147 Mpa. The body weight and the weight of the sintered body obtained by firing the compact at 2150 ° C. for 4 hours are measured using an analytical balance, and are calculated by the following formula.

揮発成分の含有量 (重量%)=(成形体重量−焼結体重量)/成形体重量×100
[CIP成形]
本発明では、CIP成形(COLD ISOSTATIC PRESS)を行うことが好ましい。CIP成形は、静水圧成形とも呼ばれ、等方的に圧力をかけて成形を行う方法である。具体的には、例えば造粒物又は予備成形品をゴム製などの型に入れて、水や油などの圧力媒体を介して、等方的に圧力を負荷する。
Volatile component content (% by weight) = (Molded body weight−Sintered body weight) / Molded body weight × 100
[CIP molding]
In the present invention, it is preferable to perform CIP molding (COLD ISOSTATIC PRESS). CIP molding is also called isostatic pressing, and is a method in which molding is performed by applying isotropic pressure. Specifically, for example, a granulated product or a preformed product is put into a mold made of rubber or the like, and pressure is applied isotropically through a pressure medium such as water or oil.

CIP成形の圧力としては、好適な成形を行いつつ、気孔のない緻密な焼結体を得る観点から、90〜300MPaが好ましく、140〜250MPaがより好ましい。加圧時間としては、好適な成形を行いつつ、気孔のない緻密な焼結体を得る観点から、0.5〜3分間が好ましく、1〜2分間がより好ましい。なお、CIP成形の際、加熱を行ってもよいが、通常は特に加熱を行う必要はない。   The pressure for CIP molding is preferably 90 to 300 MPa, more preferably 140 to 250 MPa, from the viewpoint of obtaining a dense sintered body without pores while performing suitable molding. The pressurization time is preferably 0.5 to 3 minutes and more preferably 1 to 2 minutes from the viewpoint of obtaining a dense sintered body having no pores while performing suitable molding. Although heating may be performed during CIP molding, it is usually not necessary to perform heating.

予備成形する場合、負荷する圧力としては、10〜70MPaが好ましく、25〜70MPaがより好ましく、35〜70MPaが更に好ましい。予備成形の際、加熱を行ってもよいが、通常は特に加熱を行う必要はない。なお、予備成形は、適当な成形型を用いて、金型成形、鋳込成形、射出成形等によって行うことができる。   When preforming, the pressure to be applied is preferably 10 to 70 MPa, more preferably 25 to 70 MPa, and still more preferably 35 to 70 MPa. Heating may be performed during the preforming, but usually it is not necessary to perform heating. Preliminary molding can be performed by mold molding, cast molding, injection molding, or the like using an appropriate molding die.

[後工程]
本発明では、必要に応じて、脱脂、焼成、形状加工、表面研磨などの後工程を実施することができる。
[Post-process]
In this invention, post processes, such as degreasing | defatting, baking, shape processing, and surface polishing, can be implemented as needed.

脱脂は必要に応じて行い、非酸化性雰囲気下で行う。非酸化性雰囲気ガスは、仮焼工程で用いたものと同様のものが使用される。脱脂温度は、通常300〜1400℃が好ましい。   Degreasing is performed as necessary, and is performed in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere gas is the same as that used in the calcination step. The degreasing temperature is usually preferably from 300 to 1400 ° C.

焼成とは、混合物Xを構成する粒子が焼結するために必要な熱処理をいう。焼成方法としては、特に限定されないが、好ましくは1900〜2300℃の焼成温度で常圧で行う。焼成時間は、通常、0.5〜8時間である。焼成温度を1900〜2300℃の範囲内とすることにより、緻密で強度の高い焼結体として本発明のセラミックスを得ることができる。焼成中の雰囲気は、真空又は前記と同様の非酸化性雰囲気が好ましい。焼成法としては、セラミックスを高密度化させるためにホットプレス、HIP(HOT ISOSTATIC PRESS)法等を用いても良い。   Firing refers to a heat treatment necessary for sintering the particles constituting the mixture X. Although it does not specifically limit as a baking method, Preferably it carries out by a normal pressure with the baking temperature of 1900-2300 degreeC. The firing time is usually 0.5 to 8 hours. By setting the firing temperature within the range of 1900 to 2300 ° C., the ceramic of the present invention can be obtained as a dense and strong sintered body. The atmosphere during firing is preferably a vacuum or a non-oxidizing atmosphere similar to the above. As the firing method, a hot press, a HIP (HOT ISOSTATIC PRESS) method, or the like may be used to increase the density of the ceramic.

本発明では、成形型を所望の寸法に加工する上で、焼成後に形状加工を行うのが好ましい。形状加工は、セラミックスの形状加工に用いられるものであれば、いずれも採用できるが、例えば、NC加工機、切削工具、ワイヤーカット放電加工機などを用いた切削加工を行うことができる。   In the present invention, it is preferable to perform shape processing after firing in processing the mold to a desired size. Any shape processing can be adopted as long as it is used for shape processing of ceramics, but for example, cutting using an NC processing machine, a cutting tool, a wire cut electric discharge machine or the like can be performed.

表面平滑性が要求される部材を製造する場合、表面平滑化のために研磨を行うのが好ましい。研磨の方法は、特に限定されるものではないが、セラミックスは高硬度材料であるため、ダイヤモンド以外の砥粒による研磨は所要時間が長くなるので、ダイヤモンド砥粒により研磨することが好ましい。成形型の原材料と接触する表面の表面平滑性を確保する観点から、使用するダイヤモンド砥粒の平均粒径としては2μm以下が好ましい。   When producing a member that requires surface smoothness, it is preferable to perform polishing for surface smoothing. The polishing method is not particularly limited, but since ceramic is a high-hardness material, polishing with abrasive grains other than diamond requires a long time, so it is preferable to polish with diamond abrasive grains. From the viewpoint of ensuring the surface smoothness of the surface in contact with the raw material of the mold, the average particle diameter of the diamond abrasive used is preferably 2 μm or less.

以上のようにして得られる成形型は、成形型の耐久性等の機械強度を改善し、成形型表面の気孔の発生を十分抑制する観点から、成形型の嵩密度が、2.6g/cm以上であることが好ましく、2.65g/cm以上であることがより好ましく、2.68g/cm以上であることが更に好ましい。 From the viewpoint of improving the mechanical strength such as the durability of the molding die and sufficiently suppressing the generation of pores on the surface of the molding die, the molding die obtained as described above has a bulk density of 2.6 g / cm. It is preferably 3 or more, more preferably 2.65 g / cm 3 or more, still more preferably 2.68 g / cm 3 or more.

本発明により製造される成形型は、耐磨耗性に優れ、原材料との反応性が非常に少ない。また、離型性に優れ、成形後の原材料は後研磨が実質的に不要な程度の表面平滑性を有する。さらに、長期の繰り返し使用によっても型表面の荒れや離型不良が起きず、高い耐久性を発揮する。従って、本発明の成形型によれば、金属、ガラス、プラスチック等の成形コストを低減することができる。   The mold produced according to the present invention has excellent wear resistance and very little reactivity with raw materials. Moreover, it is excellent in releasability, and the raw material after molding has a surface smoothness to the extent that post-polishing is substantially unnecessary. Furthermore, even after repeated use over a long period of time, the surface of the mold does not become rough and mold release defects do not occur, and high durability is exhibited. Therefore, according to the shaping | molding die of this invention, shaping | molding costs, such as a metal, glass, a plastic, can be reduced.

以下、本発明を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。   Examples and the like specifically showing the present invention will be described below. In addition, the evaluation item in an Example etc. measured as follows.

(1)粒度分布、平均粒径
粒度分布は、堀場製作所LA−750によるレーザー回折/散乱法で、D10(体積基準の10%の粒径)、D50(体積基準の50%の粒径)、D90(体積基準の90%の粒径)を測定した。その際、分散媒として水を使用し、分散剤としてポリアクリル酸系分散剤「ポイズ530」(花王(株)製)をスラリーに対して0.5重量%添加し、サンプル濃度は装置に設定された所定の透過率の範囲となるように調整した。平均粒径は、上記のD50を採用した。
(1) Particle size distribution, average particle size The particle size distribution is determined by the laser diffraction / scattering method by HORIBA, Ltd. LA-750, D10 (10% particle size based on volume), D50 (50% particle size based on volume), D90 (90% particle size by volume) was measured. At that time, water was used as a dispersion medium, and a polyacrylic acid dispersant “Poise 530” (manufactured by Kao Corporation) was added as a dispersant by 0.5% by weight to the slurry, and the sample concentration was set in the apparatus. It adjusted so that it might become the range of the predetermined | prescribed transmittance | permeability. The above average D50 was adopted.

(2)嵩密度
成形型の嵩密度は、水を用いたアルキメデス法により測定した。
(2) Bulk density The bulk density of the mold was measured by the Archimedes method using water.

(3)耐久性
作製した成形型を用い、これを上下の成形型として、ソーダ石灰ガラスを温度600℃(融点以上)、圧力50MPaでプレス成形した。その際、成形型に破損が生じるまでの回数を耐久性として評価した。表1において、◎は20000回以上、○は10000回以上で20000回未満、△は500回以上で10000回未満、×は500回未満の耐久性を示している。
(3) Durability Using the produced mold, this was used as upper and lower molds, and soda-lime glass was press-molded at a temperature of 600 ° C. (melting point or higher) and a pressure of 50 MPa. At that time, the number of times until the mold was damaged was evaluated as durability. In Table 1, ◎ indicates 20,000 times or more, ◯ indicates 10,000 times or more and less than 20,000 times, Δ indicates 500 times or more and less than 10,000 times, and × indicates durability of less than 500 times.

(4)気孔発生率
表面研磨後の成形型(N=20)の表面をマイクロスコープにより倍率200倍で観察し、成形型の表面に1つでも気孔が存在するものをカウントとして、表面の気孔発生率を評価した。
(4) Porosity generation rate The surface of the mold (N = 20) after surface polishing was observed with a microscope at a magnification of 200 times, and the number of pores existing on the surface of the mold was counted, and the surface pores were counted. The incidence was evaluated.

(5)揮発成分の含有量
アトライターミキサーで粉砕して得られた粉砕物(混合物Xに相当する)を130℃で16時間乾燥させた後、金型(φ60mm)に充填し、147Mpaの圧力の下で9mmの厚さになるように成形して得た成形体重量と該成形体を2150℃で4時間焼成して得た焼結体重量とを、それぞれ化学天秤を用いて測定し、次式により算出される。
(5) Content of Volatile Component A pulverized product (corresponding to the mixture X) obtained by pulverization with an attritor mixer was dried at 130 ° C. for 16 hours, and then filled in a mold (φ60 mm), and a pressure of 147 Mpa. The weight of the molded body obtained by molding to a thickness of 9 mm below and the weight of the sintered body obtained by firing the molded body at 2150 ° C. for 4 hours were measured using an analytical balance, It is calculated by the following formula.

揮発成分の含有量 (重量%)=(成形体重量−焼結体重量)/成形体重量×100
実施例1〜7
平均粒径0.69μmの炭化ケイ素(純度99重量%以上)100重量部に対して、炭素固定率58%のコールタールピッチ(平均粒径1mm以下)を43重量部、焼結助剤として炭化ホウ素(純度99重量%以上)を2重量部混合し、固形分が35重量%となるように水を加え、更に分散剤としてセルナD735(中京油脂社製)を固形分に対して0.1重量%配合し、アトライターミキサーで2時間30分混合した。
Volatile component content (% by weight) = (Molded body weight−Sintered body weight) / Molded body weight × 100
Examples 1-7
43 parts by weight of coal tar pitch (average particle diameter of 1 mm or less) with a carbon fixation rate of 58% is carbonized as a sintering aid for 100 parts by weight of silicon carbide with an average particle diameter of 0.69 μm (purity 99% or more). 2 parts by weight of boron (purity 99% by weight or more) is mixed, water is added so that the solid content is 35% by weight, and Celna D735 (manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd.) is added as a dispersant to the solid content to 0.1%. The mixture was mixed by weight and mixed for 2 hours 30 minutes with an attritor mixer.

得られた混合スラリーを130℃で16時間乾燥した後、室温まで冷却し、ジョークラッシャーにより粗粉砕を行った。粗粉砕品を窒素雰囲気で495℃、9時間仮焼成し、その後エタノールを固形分50重量%となるように添加し、アトライターミキサーで4時間粉砕を行い、混合物X(平均粒径0.41μm、揮発成分6重量%)を得た。これにバインダー(ポバール)を固形分100重量部に対して1重量部添加し、スプレードライヤーで噴霧乾燥を行い、成形用粉末を得た。得られた成形用粉末を篩いで分級し、表1に示す粒度分布をもつ造粒物を調製した。   The obtained mixed slurry was dried at 130 ° C. for 16 hours, cooled to room temperature, and coarsely pulverized by a jaw crusher. The coarsely pulverized product was calcined at 495 ° C. for 9 hours in a nitrogen atmosphere, and then ethanol was added to a solid content of 50% by weight, followed by pulverization with an attritor mixer for 4 hours to obtain a mixture X (average particle size 0.41 μm). And 6% by weight of volatile components). 1 part by weight of binder (Povar) was added to 100 parts by weight of the solid content, and spray drying was performed with a spray dryer to obtain a molding powder. The obtained molding powder was classified with a sieve to prepare a granulated product having a particle size distribution shown in Table 1.

これらの造粒物を、表1に示す圧力でCIP成形(加圧時間1分間)を行い、90×90×20mmの成形体を作成した。   These granulated materials were subjected to CIP molding (pressurization time: 1 minute) at the pressure shown in Table 1 to prepare a molded body of 90 × 90 × 20 mm.

その後、成形体を500℃で脱脂してバインダー成分を揮発させた後、2200℃、アルゴン雰囲気下で4時間焼成を行った。得られた焼成体をNC加工機でφ75×15mmの円盤形状に加工し、表面粗さ1μm以下となるように平均粒径0.5μmのダイヤモンド砥粒で研磨して成形型を得た。この成形型を用いて上記の各評価を行った結果を表1に示す。   Thereafter, the compact was degreased at 500 ° C. to volatilize the binder component, and then fired at 2200 ° C. in an argon atmosphere for 4 hours. The obtained fired body was processed into a disk shape of φ75 × 15 mm with an NC processing machine and polished with diamond abrasive grains having an average particle diameter of 0.5 μm so as to have a surface roughness of 1 μm or less to obtain a mold. Table 1 shows the results of the above evaluations using this mold.

実施例8〜12
平均粒径0.69μmの炭化ケイ素(純度99重量%以上)100重量部に対して、炭素固定率87.6%のコールタールピッチ(平均粒径20μm以下)を28重量部、焼結助剤として炭化ホウ素(純度99重量%以上)を2重量部混合し、固形分が50重量%となるようにエタノールを混合した。アトライターミキサーで3時間混合と粉砕とを同時に行い、混合物X(平均粒径0.32μm、揮発成分6重量%)を得た。その後、バインダー(ポパール)を固形分100重量部に対して2重量部添加し、スプレードライヤーで噴霧乾燥を行い、成形用粉末を得た。得られた成形用粉末を篩いで分級し、表1に示す粒度分布をもつ造粒物を調製した。
Examples 8-12
28 parts by weight of coal tar pitch (average particle diameter of 20 μm or less) having a carbon fixation rate of 87.6% and sintering aid for 100 parts by weight of silicon carbide having an average particle diameter of 0.69 μm (purity 99% by weight or more) 2 parts by weight of boron carbide (purity 99% by weight or more) was mixed, and ethanol was mixed so that the solid content was 50% by weight. Mixing and pulverization were simultaneously performed with an attritor mixer for 3 hours to obtain a mixture X (average particle size 0.32 μm, volatile component 6% by weight). Thereafter, 2 parts by weight of a binder (popal) was added to 100 parts by weight of the solid content, and spray drying was performed with a spray dryer to obtain a molding powder. The obtained molding powder was classified with a sieve to prepare a granulated product having a particle size distribution shown in Table 1.

これらの造粒物を、表1に示す圧力でCIP成形(加圧時間1分間)を行い、90×90×20mmの成形体を作成した。   These granulated materials were subjected to CIP molding (pressurization time: 1 minute) at the pressure shown in Table 1 to prepare a molded body of 90 × 90 × 20 mm.

その後、成形体を500℃で脱脂してバインダー成分を揮発させた後、2200℃、アルゴン雰囲気下で4時間焼成を行った。得られた焼成体をNC加工機でφ75×15mmの円盤形状に加工し、表面粗さ1μm以下となるように平均粒径0.5μmのダイヤモンド砥粒で研磨して成形型を得た。この成形型を用いて上記の各評価を行った結果を表1に示す。   Thereafter, the compact was degreased at 500 ° C. to volatilize the binder component, and then fired at 2200 ° C. in an argon atmosphere for 4 hours. The obtained fired body was processed into a disk shape of φ75 × 15 mm with an NC processing machine and polished with diamond abrasive grains having an average particle diameter of 0.5 μm so as to have a surface roughness of 1 μm or less to obtain a mold. Table 1 shows the results of the above evaluations using this mold.

比較例1〜4
実施例1において、表1に示す粒度分布をもつ原料粉末を用いること以外は、全く同じ条件で、CIP成形を行い、成形型を得た。この成形型を用いて上記の各評価を行った結果を表1に示す。
Comparative Examples 1-4
In Example 1, CIP molding was performed under exactly the same conditions except that the raw material powder having the particle size distribution shown in Table 1 was used to obtain a molding die. Table 1 shows the results of the above evaluations using this mold.

なお、このように粒度の小さい原料粉末は、実施例1〜7に示す製造方法において、スプレードライヤーにより発生する微粉末を回収することによって得ることができた。   In addition, the raw material powder with such a small particle size could be obtained by collecting the fine powder generated by the spray dryer in the production methods shown in Examples 1 to 7.

Figure 0004822534
Figure 0004822534

その結果、実施例1〜7は成形型表面に気孔の発生が見られず、500回以上成形を繰り返しても成形型の破損、ガラスの融着が起こらなかった。特に、原料粉末の粒度分布がより好適な実施例1、3〜5の成形型では、20000回以上成形を繰り返しても成形型の破損、ガラスの融着が起こらなかった。また、原材料の混合と粉砕とを同時に行って得られた混合物Xを用いた実施例8〜12の成形型では、仮焼工程が不要になるとと共に、20000回以上成形を繰り返しても成形型の破損、ガラスの融着が起こらなかった。   As a result, in Examples 1 to 7, no generation of pores was observed on the surface of the mold, and even when the molding was repeated 500 times or more, the mold was not damaged and the glass was not fused. In particular, in the molds of Examples 1 and 3 to 5 in which the particle size distribution of the raw material powder was more suitable, the mold was not damaged and the glass was not fused even when the molding was repeated 20000 times or more. In addition, in the molds of Examples 8 to 12 using the mixture X obtained by mixing and pulverizing the raw materials at the same time, the calcining step is not necessary, and even if the molding is repeated more than 20000 times, No breakage or glass fusing occurred.

これに比較し、粒度分布が適切でない比較例1〜4では成形型の表面に気孔が発生し、耐久性の評価でも500回未満の成形で破損した。   Compared with this, in Comparative Examples 1 to 4 in which the particle size distribution is not appropriate, pores were generated on the surface of the mold, and the durability was evaluated and was damaged by molding less than 500 times.

Claims (3)

炭化ケイ素、炭素原料及び焼結助剤を含む原材料の混合物Xを造粒する工程と、前記工程で得た造粒物を成形して焼成する工程とを有する炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法であって、
前記造粒物の体積基準の粒度分布におけるD10が35〜50μm、D50が50〜85μm、D90が90〜135μmである炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法。
A method for producing carbon-containing silicon carbide ceramics, comprising: a step of granulating a mixture X of raw materials containing silicon carbide, a carbon raw material and a sintering aid; and a step of molding and firing the granulated product obtained in the step. There,
A method for producing a carbon-containing silicon carbide ceramic in which D10 is 35 to 50 μm , D50 is 50 to 85 μm, and D90 is 90 to 135 μm in the volume-based particle size distribution of the granulated product.
炭素含有炭化ケイ素セラミックス中の炭化ケイ素と炭素の割合が、炭化ケイ素100重量部に対して炭素6〜50重量部である請求項1記載の炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法。   The method for producing carbon-containing silicon carbide ceramics according to claim 1, wherein the ratio of silicon carbide to carbon in the carbon-containing silicon carbide ceramics is 6 to 50 parts by weight of carbon with respect to 100 parts by weight of silicon carbide. 前記原材料の混合物Xを造粒する工程において、原材料の混合と粉砕を同時に行う請求項1または2記載の炭素含有炭化ケイ素セラミックスの製造方法。The method for producing a carbon-containing silicon carbide ceramics according to claim 1 or 2, wherein in the step of granulating the mixture X of raw materials, the raw materials are mixed and pulverized simultaneously.
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