JP6046989B2 - Method for producing sintered silicon carbide - Google Patents

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本発明は、炭化ケイ素焼結体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a silicon carbide sintered body.

炭化ケイ素は、良導電性の半導体化合物であり、材質的に優れた熱的及び化学的な安定性を備えていることから、発熱体として用いられている。一般に、炭化ケイ素よりなる発熱体は、炭化ケイ素原料粉末に有機バインダを混合し、所定形状に成形したのちに、焼結処理することで、組織を再結晶炭化ケイ素に転化させることにより製造されている。そして、炭化ケイ素は、バンドギャップが約3eVと広い関係から、電気抵抗を通電可能なレベルにまで引き下げる必要がある。このためには、炭化ケイ素中に3価の元素や5価の元素を固溶、あるいは分散させる手段が有効とされている。   Silicon carbide is a highly conductive semiconductor compound and is used as a heating element because it has excellent thermal and chemical stability in terms of material. In general, a heating element made of silicon carbide is manufactured by mixing a silicon carbide raw material powder with an organic binder, forming it into a predetermined shape, and then converting the structure into recrystallized silicon carbide by sintering. Yes. And since silicon carbide has a wide band gap of about 3 eV, it is necessary to reduce the electrical resistance to a level at which electricity can be passed. For this purpose, means for dissolving or dispersing a trivalent element or pentavalent element in silicon carbide is effective.

炭化ケイ素は、3価の元素を固溶させるとp型半導体となり、また5価の元素を固溶させた場合にはn型半導体となる。このうちp型半導体のキャリアはホールであり、n型半導体のキャリアは電子であるが、電子はホールに比べて一般に移動度が速いため、5価の元素を固溶させてn型半導体とした方が比抵抗を下げるためには有効である。炭化ケイ素に固溶可能な5価の元素としては、窒素、リン、ヒ素、アンチモンまたはビスマスのような窒素族の元素や、バナジウム、ニオブ、タングステンがあげられるが、これらの中では窒素が最も固溶し易く、固溶限界も高い。このため、炭化ケイ素の電気抵抗を下げる目的で組織中に窒素を固溶させる試みが提案されている。   Silicon carbide becomes a p-type semiconductor when a trivalent element is dissolved, and becomes an n-type semiconductor when a pentavalent element is dissolved. Among them, the carrier of the p-type semiconductor is a hole, and the carrier of the n-type semiconductor is an electron. However, since the electron generally has a higher mobility than the hole, the pentavalent element is dissolved to form an n-type semiconductor. This is more effective for reducing the specific resistance. Examples of pentavalent elements that can be dissolved in silicon carbide include nitrogen group elements such as nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, or bismuth, and vanadium, niobium, and tungsten. Of these, nitrogen is the most solid element. It is easy to dissolve and has a high solid solution limit. For this reason, attempts have been proposed to dissolve nitrogen in the structure for the purpose of reducing the electrical resistance of silicon carbide.

例えば、特許文献1には炭化ケイ素を窒素雰囲気中で焼結する方法が開示され、特許文献2には炭化ケイ素を窒素雰囲気中でホットプレス焼結する方法が開示されている。しかし、単に窒素ガス中で焼結するだけでは窒素の固溶化は円滑に進まず、比抵抗を十分に低減させることはできなかった。特許文献3では窒素の固溶度合を増大させるため、炭化ケイ素焼結時の窒素ガス圧を80〜500気圧まで高め、窒素を強制的に固溶させる方法が記載されている。この方法によれば窒素固溶量が増大するため炭化ケイ素の電気比抵抗を効果的に低下させることが可能となるが、前記条件の窒素ガス圧を確保するには例えば熱間静水圧プレス(HIP)のような高価な装置を適用しなければならず、設備やコストなどの面で工業的手段としての難点があった。   For example, Patent Literature 1 discloses a method of sintering silicon carbide in a nitrogen atmosphere, and Patent Literature 2 discloses a method of hot-press sintering silicon carbide in a nitrogen atmosphere. However, simply by sintering in nitrogen gas, the solid solution of nitrogen does not proceed smoothly, and the specific resistance cannot be reduced sufficiently. Patent Document 3 describes a method for forcibly solidifying nitrogen by increasing the nitrogen gas pressure during sintering of silicon carbide to 80 to 500 atm in order to increase the solid solubility of nitrogen. According to this method, since the amount of nitrogen solid solution increases, it becomes possible to effectively reduce the electrical resistivity of silicon carbide. To ensure the nitrogen gas pressure under the above conditions, for example, a hot isostatic press ( An expensive apparatus such as HIP) has to be applied, and there is a problem as an industrial means in terms of equipment and cost.

さらに、特許文献4では、炭化ケイ素に対する窒素固溶度合を高めるための簡便な手段として、発熱体の製造時に炭化ケイ素原料粉末に特定量の窒化物と炭素の粉末を混合し、さらに特定された条件で焼結処理をおこなうと、特別な装置設備を必要とせずに窒素固溶量を効果的に増大することができ、材質強度を損ねることなしに炭化ケイ素発熱体の比抵抗低下を図ることができることが記載されている。   Furthermore, in Patent Document 4, as a simple means for increasing the degree of nitrogen solid solubility in silicon carbide, a specific amount of nitride and carbon powder was mixed with the silicon carbide raw material powder during the production of the heating element, and further specified. When sintering is performed under conditions, the amount of solid solution of nitrogen can be effectively increased without the need for special equipment, and the specific resistance of the silicon carbide heating element can be reduced without deteriorating the material strength. It is described that can be.

また、炭化ケイ素に固溶可能な3価の元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムをあげることができる。アルミニウムは、炭化ケイ素中では、固溶しているか、分散しているか、あるいはその両方の状態であるか、のいずれかであると考えられる。   Examples of trivalent elements that can be dissolved in silicon carbide include boron, aluminum, gallium, and indium. Aluminum is considered to be either in solid solution, dispersed, or both in silicon carbide.

しかしながら、これらの炭化ケイ素発熱体(焼結体)においては、強度の向上が求められていた。その上で、強度をもたせるため高密度を図ることが検討されていたが、他の要因(例えば導電性を持たせた場合の抵抗値等)を犠牲にすることになるなどの問題があった。   However, these silicon carbide heating elements (sintered bodies) have been required to have improved strength. On top of that, high density has been studied to give strength, but there are problems such as sacrificing other factors (for example, resistance value when conductivity is given). .

特公昭57−18682号公報Japanese Patent Publication No.57-18682 特開昭52−110499号公報Japanese Patent Laid-Open No. 52-110499 特公昭64−4312号公報Japanese Patent Publication No. 64-4312 特開平6−92733号公報JP-A-6-92733

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、炭化ケイ素焼結体に高い強度を持たせることができる製造方法を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said actual condition, and makes it a subject to provide the manufacturing method which can give high intensity | strength to a silicon carbide sintered compact.

上記課題を解決するために本発明者は炭化ケイ素焼結体の製造方法に関する検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has made studies of the method for producing a silicon carbide sintered body, and as a result, has reached the present invention.

本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法は、炭化ケイ素の粉末と、ケイ素粉末と、炭素粉末と、の混合粉末よりなる原料を焼成する工程を有する炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、原料に含まれる炭化ケイ素は、その粒度分布が、(D90)/(D10)≦10,(D50)/(D10)≦5の条件を満たす微細な炭化ケイ素粉末を有し、気孔率が40〜55%となるように製造することを特徴とする。 A method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention is a method for producing a silicon carbide sintered body having a step of firing a raw material comprising a mixed powder of silicon carbide powder, silicon powder, and carbon powder. The silicon carbide contained in the raw material has fine silicon carbide powder whose particle size distribution satisfies the conditions of (D90) / (D10) ≦ 10, (D50) / (D10) ≦ 5, and the porosity is 40 It is characterized by being manufactured to be -55% .

本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法は、鋭い粒度分布ピークを示す微細な炭化ケイ素粉末を炭化ケイ素を含有する原料が有し、この原料を焼成することで、ヤング率及び曲げ強度に優れた炭化ケイ素焼結体を製造できる効果を発揮する。   The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention has a fine silicon carbide powder showing a sharp particle size distribution peak in a raw material containing silicon carbide, and is excellent in Young's modulus and bending strength by firing this raw material. This demonstrates the effect of producing a silicon carbide sintered body.

SiC(微細粒子−A)を含む炭化ケイ素粉末の粒径分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the silicon carbide powder containing SiC (fine particle-A). SiC(微細粒子−B)を含む炭化ケイ素粉末の粒径分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the silicon carbide powder containing SiC (fine particle-B). 実施例の各試料の曲げ強度の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the bending strength of each sample of an Example. 実施例の各試料のヤング率の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the Young's modulus of each sample of an Example.

(炭化ケイ素焼結体の製造方法)
本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法は、炭化ケイ素を含有する原料を焼成する工程を有する。
(Method for producing silicon carbide sintered body)
The method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention includes a step of firing a raw material containing silicon carbide.

そして、本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法は、原料に含まれる炭化ケイ素が、その粒度分布が、(D90)/(D10)≦10,(D50)/(D10)≦5の条件を満たす微細な炭化ケイ素粉末を有する。   And the manufacturing method of the silicon carbide sintered body of the present invention is that the silicon carbide contained in the raw material has a particle size distribution satisfying the conditions of (D90) / (D10) ≦ 10, (D50) / (D10) ≦ 5. Has fine silicon carbide powder to fill.

本発明の製造方法では、炭化ケイ素を含有する原料を焼成することで、炭化ケイ素発熱体を製造することができる。また、原料が微細な炭化ケイ素粉末を含有し、この原料を焼成することから、緻密質でない(多孔質の)発熱体を製造することができる。   In the production method of the present invention, a silicon carbide heating element can be produced by firing a raw material containing silicon carbide. Further, since the raw material contains fine silicon carbide powder and this raw material is fired, a non-dense (porous) heating element can be produced.

本発明の製造方法は、原料に含まれる炭化ケイ素が、その粒度分布が、(D90)/(D10)≦10,(D50)/(D10)≦5の条件を満たす微細な炭化ケイ素粉末を有する。炭化ケイ素が所定の条件を同時に満たす微細な炭化ケイ素粉末を有することで、製造される炭化ケイ素焼結体のヤング率及び曲げ強度を高くすることができる。ここで、(D90),(D50),(D10)は、それぞれ、微細な炭化ケイ素粉末の粒度分布を測定したときの累積値が90,50,10%の値を示す。   In the production method of the present invention, silicon carbide contained in the raw material has fine silicon carbide powder whose particle size distribution satisfies the conditions of (D90) / (D10) ≦ 10, (D50) / (D10) ≦ 5. . By having fine silicon carbide powder in which silicon carbide satisfies predetermined conditions at the same time, the Young's modulus and bending strength of the manufactured silicon carbide sintered body can be increased. Here, (D90), (D50), and (D10) indicate values of 90, 50, and 10%, respectively, when the particle size distribution of the fine silicon carbide powder is measured.

本発明の製造方法は、原料に含まれる炭化ケイ素が、粒度分布が鋭いピークを示す微細な炭化ケイ素粉末を有している。すなわち、微細な炭化ケイ素粉末が、粒径のバラツキの少ない微粒子のみで形成される。このため、比較的粒径の大きな粒子を含まないことで、焼結性が高くなっており、短時間で焼成(焼結)できるだけでなく、製造される炭化ケイ素焼結体の強度を高くすることができる。   In the production method of the present invention, silicon carbide contained in the raw material has fine silicon carbide powder showing a sharp peak in particle size distribution. That is, a fine silicon carbide powder is formed only with fine particles with small variations in particle size. For this reason, by not containing particles having a relatively large particle size, the sinterability is high and not only can be fired (sintered) in a short time, but also the strength of the manufactured silicon carbide sintered body is increased. be able to.

さらに、本発明の製造方法は、微粒子のみからなる微細な粉末の粒子が、微細な粉末が含まれる原料の粒子間に多量に存在することとなる。そして、この状態で焼成されることで、炭化ケイ素粉末の焼結体のネックが多量に形成され、結果として製造される炭化ケイ素焼結体の強度を高くする。   Furthermore, in the production method of the present invention, a large amount of fine powder particles composed only of fine particles are present between the raw material particles containing the fine powder. And by baking in this state, the neck of the sintered compact of a silicon carbide powder is formed in large quantities, and the intensity | strength of the silicon carbide sintered compact manufactured as a result is made high.

(D90)/(D10)は、粒度分布のピーク幅の広がりを示し、(D90)/(D10)≦10となることで、微細な炭化ケイ素粉末の粒度分布が鋭いピークを示し、製造される炭化ケイ素焼結体のヤング率及び曲げ強度を高くすることができる効果を発揮する。(D90)/(D10)が10を超えると、微細な炭化ケイ素粒子の粒度分布が広くなり、上記の効果を十分に発揮できなくなる。好ましい(D90)/(D10)は5以下であり、より好ましい(D90)/(D10)は2以下である。   (D90) / (D10) indicates the broadening of the peak width of the particle size distribution, and when (D90) / (D10) ≦ 10, the particle size distribution of the fine silicon carbide powder shows a sharp peak and is produced. The effect of increasing the Young's modulus and bending strength of the silicon carbide sintered body is exhibited. When (D90) / (D10) exceeds 10, the particle size distribution of the fine silicon carbide particles becomes wide, and the above effects cannot be sufficiently exhibited. Preferred (D90) / (D10) is 5 or less, and more preferred (D90) / (D10) is 2 or less.

(D50)/(D10)は、粒度分布におけるピークの広がりを示し、(D50)/(D10)≦5となることで、微細な炭化ケイ素粉末の粒度分布((D50)と(D10)の幅)が鋭いピークを示し、製造される炭化ケイ素焼結体のヤング率及び曲げ強度を高くすることができる効果を発揮する。(D50)/(D10)の値が5を超えるようになると、微細な炭化ケイ素粒子の粒度分布が広くなり、上記の効果を十分に発揮できなくなる。好ましい(D50)/(D10)は3.3以下であり、より好ましい(D50)/(D10)は2.5以下である。   (D50) / (D10) indicates the broadening of the peak in the particle size distribution, and when (D50) / (D10) ≦ 5, the particle size distribution of the fine silicon carbide powder (width of (D50) and (D10) ) Shows a sharp peak, and exhibits the effect of increasing the Young's modulus and bending strength of the manufactured silicon carbide sintered body. When the value of (D50) / (D10) exceeds 5, the particle size distribution of the fine silicon carbide particles becomes wide, and the above effects cannot be sufficiently exhibited. Preferred (D50) / (D10) is 3.3 or less, and more preferred (D50) / (D10) is 2.5 or less.

本発明の製造方法において、微細な炭化ケイ素粉末とは、原料に含まれる炭化ケイ素(粉末)の粒度分布を測定したときに、最も小さな粒径に対応したピークを示す粉末であることが好ましい。微細な炭化ケイ素粉末が最も粒径の小さなピークに対応することで、微細な炭化ケイ素粉末がそれよりも粒径の大きな炭化ケイ素粉末等の混合粉末の粒子間に位置して、焼結体のネックを形成することができる。ここで、最も小さな粒径に対応したピークとは、粒度分布を測定したときに、ピークと認識できる程度のピーク高さを有するピークのことを示すものであり、ノイズや極めて微小なピークは該当しない。   In the production method of the present invention, the fine silicon carbide powder is preferably a powder showing a peak corresponding to the smallest particle size when the particle size distribution of silicon carbide (powder) contained in the raw material is measured. Since the fine silicon carbide powder corresponds to the peak with the smallest particle size, the fine silicon carbide powder is located between the particles of the mixed powder such as silicon carbide powder having a larger particle size, A neck can be formed. Here, the peak corresponding to the smallest particle size means a peak having a peak height that can be recognized as a peak when the particle size distribution is measured. Noise and extremely small peaks are applicable. do not do.

なお、粒度分布を測定したときに、微細な炭化ケイ素に対応したピークが、他の炭化ケイ素粉末のピークと重なりを有している場合に、微細な炭化ケイ素に対応したピークは、プロファイルフィッティング法により同定した(分離した)ピークを用いることができる。なお、本発明において、微細な炭化ケイ素以外の炭化ケイ素のピークにおいても、このプロファイルフィッティング法により同定した(分離した)ピークを採用することができる。   When the particle size distribution is measured, if the peak corresponding to fine silicon carbide overlaps with the peak of other silicon carbide powder, the peak corresponding to fine silicon carbide is the profile fitting method. The peaks identified (separated) by can be used. In the present invention, the peaks identified (separated) by this profile fitting method can be adopted even for the peaks of silicon carbide other than fine silicon carbide.

また、粒度分布を測定したときに、微細な炭化ケイ素に対応したピークは、独立したピークを示すことが好ましい。微細な炭化ケイ素に対応したピークが独立したピークとなることで、微細な炭化ケイ素のD10,D50,D90を測定(確認)できる。ここで、微細な炭化ケイ素の独立したピークとは、D10〜D90の間に別のピークが確認できない状態を示す。   Moreover, it is preferable that the peak corresponding to fine silicon carbide shows an independent peak when the particle size distribution is measured. Since the peaks corresponding to fine silicon carbide become independent peaks, D10, D50, and D90 of fine silicon carbide can be measured (confirmed). Here, the independent peak of fine silicon carbide indicates a state in which another peak cannot be confirmed between D10 and D90.

本発明の炭化ケイ素発熱体の製造方法では、原料は、炭化ケイ素の粉末と、ケイ素粉末と、炭素粉末と、の混合粉末よりなる。原料がこれらの混合粉末よりなることで、この原料を焼成することで、炭化ケイ素発熱体を焼成(焼結)により製造することができる。 In the method for producing a silicon carbide heating element of the present invention, the raw material is a mixed powder of silicon carbide powder, silicon powder, and carbon powder . Since the raw material is composed of these mixed powders, the silicon carbide heating element can be produced by firing (sintering) by firing the raw material.

本発明の炭化ケイ素発熱体の製造方法では、上記のように、炭化ケイ素の粉末が、微細な炭化ケイ素粉末を有している。この微細な炭化ケイ素を含む炭化ケイ素が焼成(焼結)すると、炭化ケイ素焼結体が製造できる。   In the method for manufacturing a silicon carbide heating element of the present invention, as described above, the silicon carbide powder has fine silicon carbide powder. When silicon carbide containing fine silicon carbide is fired (sintered), a silicon carbide sintered body can be produced.

さらに、原料(混合粉末)に含まれるケイ素粉末と炭素粉末とが、焼成時に炭化ケイ素を生成する。この生成した炭化ケイ素も、炭化ケイ素を結合して炭化ケイ素発熱体(焼結体)の強度を高くする。   Furthermore, silicon powder and carbon powder contained in the raw material (mixed powder) produce silicon carbide during firing. The generated silicon carbide also bonds silicon carbide to increase the strength of the silicon carbide heating element (sintered body).

原料に含まれる炭化ケイ素の粒度分布が、微細な炭化ケイ素粉末のピークと、微細な炭化ケイ素粉末とは異なるひとつ以上のピークと、を示し、原料に含まれる炭化ケイ素は、ひとつ以上のピークのうち、微細な炭化ケイ素粉末のピークの大径側で最も近接したピークのD10が、微細な炭化ケイ素粉末のピークのD90に対して、(D10)/(D90)≧1の条件を満たすことが好ましい。   The particle size distribution of silicon carbide contained in the raw material shows a peak of the fine silicon carbide powder and one or more peaks different from the fine silicon carbide powder. The silicon carbide contained in the raw material has one or more peaks. Among them, D10 of the closest peak on the large diameter side of the fine silicon carbide powder peak satisfies the condition of (D10) / (D90) ≧ 1 with respect to D90 of the fine silicon carbide powder peak. preferable.

すなわち、炭化ケイ素の粒度分布を測定したときに、微細な炭化ケイ素粉末のピークのD90(D90fine)と、それ以外の炭化ケイ素のピークのD10(D10large)と、が、(D10large)/(D90fine)≧1の条件を満たすことで、微細な炭化ケイ素粉末のピークが、それより粒径が大きな炭化ケイ素粉末のピークと、を明確に判別できるようになる。さらに、この条件を満たすと、微細な炭化ケイ素粉末が、大きな炭化ケイ素粉末を含まないことになり、微細な炭化ケイ素粉末を使用することの効果を十分に発揮できる。 That is, when the particle size distribution of silicon carbide is measured, D90 (D90 fine ) of the peak of fine silicon carbide powder and D10 (D10 large ) of the other silicon carbide peak are (D10 large ) / By satisfying the condition of (D90 fine ) ≧ 1, it becomes possible to clearly distinguish the peak of the fine silicon carbide powder from the peak of the silicon carbide powder having a larger particle diameter. Furthermore, when this condition is satisfied, the fine silicon carbide powder does not contain a large silicon carbide powder, and the effect of using the fine silicon carbide powder can be sufficiently exhibited.

本発明の製造方法において、原料に含まれる炭化ケイ素(炭化ケイ素の粉末)は、微細な炭化ケイ素粉末と、微細な炭化ケイ素粉末よりもメジアン径(D50)が大きな粗大な炭化ケイ素粉末を有することが好ましい。微細な炭化ケイ素粉末と粗大な炭化ケイ素粉末との混合粉末となることで、強度の向上した炭化ケイ素焼結体を製造することができる。また、微細な炭化ケイ素粉末と、粗大な炭化ケイ素粉末と、を混合することで、混合粉末を簡単に製造することができ、炭化ケイ素焼結体を簡単に製造することができる。ここで、粗大な炭化ケイ素粉末は、粒度分布を測定したときに、上記(請求項3に記載)の微細な炭化ケイ素粉末とは異なるひとつ以上のピークを示すための粉末に該当する。   In the production method of the present invention, silicon carbide (silicon carbide powder) contained in the raw material has fine silicon carbide powder and coarse silicon carbide powder having a median diameter (D50) larger than that of the fine silicon carbide powder. Is preferred. By forming a mixed powder of fine silicon carbide powder and coarse silicon carbide powder, a silicon carbide sintered body with improved strength can be produced. Further, by mixing fine silicon carbide powder and coarse silicon carbide powder, a mixed powder can be easily manufactured, and a silicon carbide sintered body can be easily manufactured. Here, the coarse silicon carbide powder corresponds to a powder for showing one or more peaks different from the fine silicon carbide powder described above (in claim 3) when the particle size distribution is measured.

粗大な炭化ケイ素粉末は、微細な炭化ケイ素粉末よりもメジアン径(D50)が大きな粗大な炭化ケイ素粉末であれば、特に限定されるものではない。   The coarse silicon carbide powder is not particularly limited as long as it is a coarse silicon carbide powder having a median diameter (D50) larger than that of the fine silicon carbide powder.

すなわち、粗大な炭化ケイ素粉末は、粒度分布を測定したときに、ひとつのピークを示す粉末であっても、複数のピークを示す粉末であっても、いずれでもよい。また、そのピークについても、ブロードなピークであっても、シャープなピークであっても、いずれでもよい。   That is, the coarse silicon carbide powder may be either a powder showing one peak or a powder showing a plurality of peaks when the particle size distribution is measured. Further, the peak may be either a broad peak or a sharp peak.

粗大な炭化ケイ素粉末は、粒度分布を測定したときに、微細な炭化ケイ素粉末のピークのD90よりも大きな粒度にピークを出現させる粉末であることが好ましい。これにより、微細な炭化ケイ素粉末の粒度分布のピークの粒度分布の累積値を求めることができる。   The coarse silicon carbide powder is preferably a powder that causes a peak to appear in a particle size larger than the D90 of the peak of the fine silicon carbide powder when the particle size distribution is measured. Thereby, the cumulative value of the particle size distribution at the peak of the particle size distribution of the fine silicon carbide powder can be obtained.

炭化ケイ素の粉末は、粒度分布を測定したときに、微細な炭化ケイ素粉末に対応したピークが、粗大な炭化ケイ素粉末に対するピークに対して独立したピークを示すことが好ましい。粗大な炭化ケイ素粉末が複数のピークを示すときに、それぞれが独立したピークを示すことが好ましい。   When the particle size distribution of the silicon carbide powder is measured, it is preferable that the peak corresponding to the fine silicon carbide powder is independent of the peak for the coarse silicon carbide powder. When coarse silicon carbide powder shows a plurality of peaks, it is preferable that each shows an independent peak.

炭化ケイ素の粉末は、粒度分布特性が異なる複数種の炭化ケイ素の混合粉末であることが好ましい。炭化ケイ素の粉末が複数種の混合粉末よりなることで、簡単に所望の特性の炭化ケイ素の粉末を製造することができる。また、混合される炭化ケイ素を簡単に変更することができ、炭化ケイ素粉末の粒度分布特性を簡単に調節できる。   The silicon carbide powder is preferably a mixed powder of a plurality of types of silicon carbide having different particle size distribution characteristics. Since the silicon carbide powder is composed of a plurality of mixed powders, a silicon carbide powder having desired characteristics can be easily produced. Moreover, the silicon carbide to be mixed can be easily changed, and the particle size distribution characteristics of the silicon carbide powder can be easily adjusted.

炭化ケイ素の粉末は、平均粒径(又はメジアン径(D50))が異なる2種類の炭化ケイ素の混合粉末であることが好ましい。すなわち、微細な炭化ケイ素粉末と、粗大な炭化ケイ素粉末と、を混合してなる混合粉末であることが好ましい。   The silicon carbide powder is preferably a mixed powder of two types of silicon carbide having different average particle diameters (or median diameters (D50)). That is, it is preferably a mixed powder obtained by mixing fine silicon carbide powder and coarse silicon carbide powder.

炭化ケイ素の粉末において、微細な炭化ケイ素粉末と粗大な炭化ケイ素粉末との平均粒径(又はメジアン径(D50))の粒径比が、5〜30であることが好ましい。粒径比がこの範囲内になることで、微細な炭化ケイ素粉末の粒子が粗大な炭化ケイ素粉末の粒子間で焼結して、製造される焼結体の強度を高くする。   In the silicon carbide powder, the average particle size (or median diameter (D50)) of the fine silicon carbide powder and the coarse silicon carbide powder is preferably 5 to 30. When the particle size ratio is within this range, fine silicon carbide powder particles are sintered between coarse silicon carbide powder particles, and the strength of the manufactured sintered body is increased.

炭化ケイ素の粉末は、その粒径が限定されるものではなく、平均粒径(又はメジアン径(D50))が0.4〜0.8μmの微細な炭化ケイ素粉末と、平均粒径(又はメジアン径(D50))が10〜15μmの粗大な炭化ケイ素粉末と、の混合粉末であることが好ましい。   The particle size of the silicon carbide powder is not limited, and a fine silicon carbide powder having an average particle size (or median diameter (D50)) of 0.4 to 0.8 μm and an average particle size (or median). A mixed powder of coarse silicon carbide powder having a diameter (D50) of 10 to 15 μm is preferable.

微細な炭化ケイ素粉末は、原料に含まれる炭化ケイ素の質量を100mass%としたときに、10〜50mass%で含まれることが好ましい。微細な炭化ケイ素粉末は、焼成時に炭化ケイ素粉末の炭化ケイ素粒子同士のネックを多量に形成するものであり、この範囲で含まれることで、微細な炭化ケイ素粉末を添加した効果を十分に発揮できる。微細な炭化ケイ素粉末の含有量が、10mass%未満となると、微細な炭化ケイ素粉末が少なくなりすぎてネックが十分に形成されず、炭化ケイ素焼結体の強度の向上の効果が十分に得られなくなる。含有量が、50mass%を超えると、微細な粒子が多くなりすぎて、製造される焼結体が緻密体となることで重量(質量)が増加することとなり、たとえば、発熱体として使用するときの電気容量が大きくなって温度が上がりにくくなる。好ましい割合は12〜45mass%であり、より好ましい割合は15〜40mass%である。   The fine silicon carbide powder is preferably contained in an amount of 10 to 50 mass% when the mass of the silicon carbide contained in the raw material is 100 mass%. The fine silicon carbide powder forms a large amount of necks between the silicon carbide particles of the silicon carbide powder during firing, and by including within this range, the effect of adding the fine silicon carbide powder can be sufficiently exhibited. . When the content of the fine silicon carbide powder is less than 10 mass%, the fine silicon carbide powder becomes too small and the neck is not sufficiently formed, and the effect of improving the strength of the silicon carbide sintered body is sufficiently obtained. Disappear. When the content exceeds 50 mass%, the number of fine particles increases and the sintered body to be produced becomes a dense body, which increases the weight (mass). For example, when used as a heating element The electric capacity of the battery becomes larger and the temperature is less likely to rise. A preferable ratio is 12 to 45 mass%, and a more preferable ratio is 15 to 40 mass%.

本発明の製造方法は、気孔率が40〜55%となるように製造する。気孔率が40〜55%となるように製造することで、たとえば、気体の流通を妨げることない焼結体を製造することができる。気孔率が40%未満では製造される焼結体が緻密体となることで重量(質量)が増加することとなり、たとえば、発熱体として使用するときの電気容量が大きくなって温度が上がりにくくなり、55%を超えると製造される焼結体の強度が低くなる。好ましい気孔率は42〜53%であり、より好ましい気孔率は45〜50%である。 The production method of the present invention is produced so that the porosity is 40 to 55% . By producing the porosity to be 40 to 55%, for example, a sintered body that does not hinder the flow of gas can be produced. If the porosity is less than 40%, the manufactured sintered body becomes a dense body, which increases the weight (mass). For example, the electric capacity when used as a heating element increases and the temperature does not easily rise. If it exceeds 55%, the strength of the sintered body produced becomes low. A preferable porosity is 42 to 53%, and a more preferable porosity is 45 to 50%.

原料に含まれるケイ素粉末と炭素粉末は、炭素のモル数が、ケイ素のモル数よりも多く含まれることが好ましい。炭素がケイ素よりも多いモル数で含まれることで、炭素とケイ素が炭化ケイ素を生成するときに、全てのケイ素が炭化ケイ素となる。すなわち、製造される炭化ケイ素発熱体中にケイ素が残留しなくなる。炭化ケイ素発熱体中にケイ素が残留すると、残留したケイ素が炭化ケイ素焼結体の特性に影響を及ぼすこととなる。特に、炭化ケイ素焼結体を炭化ケイ素発熱体に用いるときに、所望の強度や電気抵抗率を得られなくなる。ここで、炭素及びケイ素のモル数は、それぞれ純炭素,純ケイ素換算したモル数である。そして、本発明の製造方法では、原料に含まれるケイ素粉末のケイ素と炭素粉末の炭素とのモル比(Si/C)が、0.5〜1.0である。   It is preferable that the silicon powder and the carbon powder contained in the raw material contain more carbon moles than silicon moles. When carbon is contained in a larger number of moles than silicon, all silicon becomes silicon carbide when carbon and silicon produce silicon carbide. That is, no silicon remains in the manufactured silicon carbide heating element. If silicon remains in the silicon carbide heating element, the remaining silicon affects the characteristics of the silicon carbide sintered body. In particular, when a silicon carbide sintered body is used for a silicon carbide heating element, desired strength and electrical resistivity cannot be obtained. Here, the number of moles of carbon and silicon are the number of moles in terms of pure carbon and pure silicon, respectively. And in the manufacturing method of this invention, the molar ratio (Si / C) of silicon of silicon powder and carbon of carbon powder contained in the raw material is 0.5 to 1.0.

原料は、炭化ケイ素中に固溶、あるいは分散したときに電気抵抗を低下させることができる元素を有する化合物を含有することが好ましい。この化合物を原料が含有することで、原料を焼成したときに、製造される炭化ケイ素焼結体が、この元素が炭化ケイ素焼結体に固溶、あるいは分散するようになる。すなわち、製造される炭化ケイ素焼結体に、導電性を付与することができる。さらに、混合粉末がこの元素を含有することで、炭化ケイ素の生成と分散が、焼成の一つの工程で進行することとなる。   The raw material preferably contains a compound having an element that can lower the electrical resistance when dissolved or dispersed in silicon carbide. By containing this compound in the raw material, when the raw material is fired, the silicon carbide sintered body to be produced comes to have this element dissolved or dispersed in the silicon carbide sintered body. That is, conductivity can be imparted to the manufactured silicon carbide sintered body. Furthermore, when the mixed powder contains this element, generation and dispersion of silicon carbide proceed in one step of firing.

ここで、炭化ケイ素中に固溶、あるいは分散したときに電気抵抗を低下させることができる元素としては、3価の元素をあげることができる。そして、炭化ケイ素に固溶可能な3価の元素としては、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムより選ばれる1種以上をあげることができる。   Here, a trivalent element can be mentioned as an element which can reduce an electrical resistance when it dissolves or disperses in silicon carbide. And as a trivalent element which can be dissolved in silicon carbide, 1 or more types chosen from boron, aluminum, gallium, and indium can be mention | raise | lifted.

そして、炭化ケイ素中に固溶、あるいは分散したときに電気抵抗を低下させることができる元素としては、3価の元素であることが好ましい。すなわち、混合粉末は、3価の元素を有する化合物を含有することが好ましい。さらに、3価の元素としては、取り扱いの容易さなどから、アルミニウムであることが好ましい。   The element that can lower the electrical resistance when dissolved or dispersed in silicon carbide is preferably a trivalent element. That is, the mixed powder preferably contains a compound having a trivalent element. Further, the trivalent element is preferably aluminum from the viewpoint of ease of handling.

本発明において、電気抵抗を低下させることができる元素を有する化合物は、粉末状態で原料に混合したことが好ましい。この化合物が粉末状態で原料に混合することで、原料中に均一に混合することができ、均一に炭化ケイ素焼結体に固溶することとなる。すなわち、製造される炭化ケイ素焼結体の抵抗値の特性に部分的なバラツキが生じなくなる。   In the present invention, the compound having an element capable of reducing the electric resistance is preferably mixed with the raw material in a powder state. When this compound is mixed with the raw material in a powder state, it can be uniformly mixed in the raw material and is uniformly dissolved in the silicon carbide sintered body. That is, there is no partial variation in the resistance value characteristics of the manufactured silicon carbide sintered body.

原料は、アルミニウム系化合物を含有することが好ましい。アルミニウム系化合物を含有した原料を焼成することで、製造される炭化ケイ素焼結体は、アルミニウム系化合物に由来する原子状のアルミニウムが炭化ケイ素焼結体に固溶、あるいは分散する。すなわち、製造される炭化ケイ素焼結体に、導電性を付与することができる。さらに、原料がアルミニウム系化合物を含有することで、炭化ケイ素の生成と原子状のアルミニウムの分散が、焼成の一つの工程で進行する。   The raw material preferably contains an aluminum compound. In the silicon carbide sintered body produced by firing the raw material containing the aluminum-based compound, the atomic aluminum derived from the aluminum-based compound is dissolved or dispersed in the silicon carbide sintered body. That is, conductivity can be imparted to the manufactured silicon carbide sintered body. Furthermore, since the raw material contains an aluminum-based compound, generation of silicon carbide and dispersion of atomic aluminum proceed in one step of firing.

本発明の製造方法において、アルミニウム系化合物は、原料に含まれる炭化ケイ素に対するアルミニウム系化合物に含まれるアルミニウム原子換算のモル比が0.1〜5%であることが好ましい。つまり、[(アルミニウム系化合物に含まれるアルミニウムのモル数)/(原料の炭化ケイ素のモル数)]×100で示される値(%)が、0.1〜5%である。アルミニウムのモル比を0.1〜5%とすることで、炭化ケイ素焼結体が発熱体として優れた抵抗値の特性を有するようになる。なお、0.1%未満ではアルミニウムが少なすぎて導電性を向上させる効果が得られず、5%を超えると炭化ケイ素焼結体を形成する炭化ケイ素(アルミニウムが分散した炭化ケイ素)の強度が低下し、焼結体自身の強度が十分に得られなくなる。特に10%と過剰になると、成形が困難となり、実験に供することができなくなった。好ましいモル比は、0.5〜5%であり、より好ましいモル比は0.5〜2%である。   In the production method of the present invention, the aluminum compound preferably has a molar ratio in terms of aluminum atom contained in the aluminum compound to silicon carbide contained in the raw material of 0.1 to 5%. That is, the value (%) represented by [(number of moles of aluminum contained in aluminum compound) / (number of moles of raw material silicon carbide)] × 100 is 0.1 to 5%. By setting the molar ratio of aluminum to 0.1 to 5%, the silicon carbide sintered body has excellent resistance characteristics as a heating element. If the amount is less than 0.1%, the effect of improving conductivity is not obtained because the amount of aluminum is too small. If the amount exceeds 5%, the strength of silicon carbide (silicon carbide in which aluminum is dispersed) forming a silicon carbide sintered body is increased. The strength of the sintered body itself cannot be obtained sufficiently. In particular, when it was excessive as 10%, it became difficult to mold and could not be used for experiments. A preferable molar ratio is 0.5 to 5%, and a more preferable molar ratio is 0.5 to 2%.

アルミニウム系化合物は、アルミナであることが好ましい。アルミニウム系化合物は、焼成時に生成される炭化ケイ素中に、原子状態のアルミニウムを分散させることができればよい。すなわち、純アルミニウム(表面に酸化被膜が形成された状態)であっても、アルミナであっても、窒化アルミニウムであっても、いずれでもよく、取り扱いの容易さから、アルミナを用いることが好ましい。アルミニウム系化合物は、アルミニウムの粉末,アルミナ粉末,窒化アルミニウム粉末等の粉末であることが好ましく、これらの粉末の粒子の形態は特に限定されるものではなく、配合割合や焼成条件等により適宜決定できる。   The aluminum compound is preferably alumina. The aluminum compound only needs to be able to disperse aluminum in an atomic state in silicon carbide produced during firing. That is, it may be pure aluminum (a state in which an oxide film is formed on the surface), alumina, or aluminum nitride, and it is preferable to use alumina for ease of handling. The aluminum-based compound is preferably a powder of aluminum powder, alumina powder, aluminum nitride powder or the like, and the form of particles of these powders is not particularly limited, and can be appropriately determined depending on the blending ratio, firing conditions, and the like. .

原料は、全体を100%としたときに、原料に含まれる炭化ケイ素(炭化ケイ素の粉末)が55〜95mass%で含まれることが好ましい。全体とは、原料全体を示す。炭化ケイ素粉末が55〜95mass%で含まれることで、製造された炭化ケイ素焼結体が十分な強度を有することができる。炭化ケイ素粉末が55mass%未満では、十分な強度が得られにくくなる。また、炭化ケイ素粉末が95mass%を超えると、ケイ素と炭素とから生成する反応焼結炭化ケイ素が少なすぎ、結合ネックの形成が十分に行われなくなる。好ましい割合は60〜90mass%であり、より好ましい割合は75〜90mass%であり、さらに好ましい割合は85〜90mass%である。   The raw material preferably contains 55 to 95 mass% of silicon carbide (silicon carbide powder) contained in the raw material when the whole is taken as 100%. The whole shows the whole raw material. By including silicon carbide powder at 55 to 95 mass%, the manufactured silicon carbide sintered body can have sufficient strength. When the silicon carbide powder is less than 55 mass%, it is difficult to obtain sufficient strength. On the other hand, when the silicon carbide powder exceeds 95 mass%, the reaction-sintered silicon carbide produced from silicon and carbon is too little, and the formation of the bond neck is not sufficiently performed. A preferable ratio is 60 to 90 mass%, a more preferable ratio is 75 to 90 mass%, and a further preferable ratio is 85 to 90 mass%.

本発明の製造方法において、原料(混合粉末)を調製する工程は、原料(混合粉末)を調製することができる工程であれば、具体的な調整方法は限定されない。たとえば、炭化ケイ素粉末,ケイ素粉末,炭素粉末等の各粉末を十分に混合する工程,炭化ケイ素粉末,ケイ素粉末,炭素粉末等の各粉末を溶媒(たとえば、水)に添加剤とともに分散させて混練する工程,等の工程をあげることができる。その後の工程での成形性を得るために、各粉末を溶媒に分散させて混練する工程であることが好ましい。   In the production method of the present invention, the specific adjustment method is not limited as long as the step of preparing the raw material (mixed powder) is a step capable of preparing the raw material (mixed powder). For example, thoroughly mixing each powder of silicon carbide powder, silicon powder, carbon powder, etc., dispersing each powder of silicon carbide powder, silicon powder, carbon powder, etc. in a solvent (for example, water) with additives and kneading The process of performing etc. can be mention | raise | lifted. In order to obtain moldability in the subsequent steps, it is preferable to disperse each powder in a solvent and knead.

上記したように、本発明において原料の混合粉末とは、各粉末が混合しているものを示すものであり、粉末状態のみを示すだけではなく、混合粉末が溶媒に分散した粘土状(あるいは、スラリー状)であることも含む。   As described above, the raw material mixed powder in the present invention indicates that each powder is mixed, and not only shows the powder state, but also the clay (or alternatively, the mixed powder is dispersed in a solvent) Including slurry).

本発明の製造方法において、原料(混合粉末)は、炭化ケイ素焼結体の形状に成形された状態で、すなわち、原料(混合粉末)を成形する工程を施した後に、焼成する工程が施されることが好ましい。原料(混合粉末)を成形する工程は、原料(混合粉末)を所定の形状に成形することができる工程であれば、具体的な成形方法は限定されない。たとえば、粘土状の原料(混合粉末)を押出成形する工程,スラリー状の原料(混合粉末)を所定の成形型を用いて成形する工程,粉末状の原料(混合粉末)を圧粉成形する工程,をあげることができる。   In the production method of the present invention, the raw material (mixed powder) is formed in the shape of the silicon carbide sintered body, that is, after the step of forming the raw material (mixed powder) is performed, the baking step is performed. It is preferable. If the process of shape | molding a raw material (mixed powder) is a process which can shape | mold a raw material (mixed powder) in a defined shape, a specific shaping | molding method will not be limited. For example, a step of extruding a clay-like raw material (mixed powder), a step of forming a slurry-like raw material (mixed powder) using a predetermined mold, and a step of compacting a powdery raw material (mixed powder) , Can be given.

原料(混合粉末)を成形する工程は、粘土状の原料(混合粉末)を押出成形する工程であることが好ましい。ここで、押出成形には、成形体が加熱によりクラックなどが発生することを抑制するために、真空混練成形機を使用することが好ましい。押出成形した成形体は、保形性が低い場合には、マイクロ乾燥器による乾燥や、円筒形の場合には、回転式乾燥機などを使用することが好ましい。また、乾燥時に温風や熱風で乾燥したり、あるいは他の乾燥方法と組み合わせてもよい。   The step of forming the raw material (mixed powder) is preferably a step of extruding the clay-like raw material (mixed powder). Here, in the extrusion molding, it is preferable to use a vacuum kneading molding machine in order to prevent the molded body from being cracked by heating. The extruded molded body is preferably dried by a micro dryer when the shape retention is low, or a rotary dryer or the like when it is cylindrical. Moreover, you may dry with warm air or hot air at the time of drying, or may combine with another drying method.

成形体の乾燥は、成形後、直ちに行うことが好ましい。成形体の保形性が低い場合、成形体は、自重により変形を生じ、製造される炭化ケイ素焼結体の寸法精度の低下(不具合品となる)を招く。この成形体の変形を抑えるために、成形体の乾燥が直ちに行われることが好ましい。   The molded body is preferably dried immediately after molding. When the shape-retaining property of the molded body is low, the molded body is deformed by its own weight, and the dimensional accuracy of the manufactured silicon carbide sintered body is deteriorated (becomes a defective product). In order to suppress the deformation of the molded body, it is preferable that the molded body is immediately dried.

成形体の乾燥が加熱して行われるときに、成形体の変形やクラックが発生しない程度の乾燥条件(加熱温度,加熱時間,昇温速度)により行うことが好ましい。乾燥条件が緩すぎる(加熱温度が低い場合等)と、成形体の乾燥の進行が遅くなり、成形体が変形を生じやすくなる。また、乾燥条件が厳しくなり過ぎる(加熱温度が高すぎる場合等)と、成形体の内部が湿潤な状態で表面が乾燥を生じ、結果として成形体の表面にヒビ割れが生じるようになる。このように、成形体の乾燥条件は、乾燥後の成形体に不具合が生じない程度の条件であることが好ましい。   When the molded body is dried by heating, it is preferably performed under drying conditions (heating temperature, heating time, temperature increase rate) such that deformation and cracking of the molded body do not occur. If the drying conditions are too gentle (such as when the heating temperature is low), the progress of drying of the molded body is slowed, and the molded body is likely to be deformed. Also, if the drying conditions are too severe (such as when the heating temperature is too high), the surface is dried while the inside of the molded body is wet, and as a result, the surface of the molded body is cracked. Thus, it is preferable that the dry conditions of a molded object are conditions of the grade which does not produce a malfunction in the molded object after drying.

混合粉末を成形する工程において、成形される形状は特に限定されるものではない。すなわち、本発明の製造方法により製造される炭化ケイ素焼結体が使用されるときの形状に成形されることが好ましい。   In the step of forming the mixed powder, the shape to be formed is not particularly limited. That is, it is preferable that the silicon carbide sintered body produced by the production method of the present invention is molded into a shape when used.

本発明の製造方法において、成形体を焼成する工程は、成形体を焼成する(炭化ケイ素粉末を焼結するとともに,ケイ素粉末と炭素粉末とから炭化ケイ素を生成する)ことができる工程であれば、具体的な調整方法は限定されない。   In the production method of the present invention, the step of firing the molded body is a process capable of firing the molded body (sintering silicon carbide powder and generating silicon carbide from silicon powder and carbon powder). The specific adjustment method is not limited.

成形体を焼成する工程において、焼成条件についても、特に限定されるものではなく、成形体を焼成する(炭化ケイ素粉末を焼結するとともに,ケイ素粉末と炭素粉末とから炭化ケイ素を生成する)ことができる温度及び時間とすることができる。また、昇温速度等の条件も同様である。焼成条件がこれらの範囲内となることで、炭化ケイ素発熱体が優れた抵抗値の特性を有するようになる。   In the step of firing the molded body, the firing conditions are not particularly limited, and the molded body is fired (silicon carbide powder is sintered and silicon carbide is generated from the silicon powder and the carbon powder). The temperature and time can be adjusted. The same applies to conditions such as the heating rate. When the firing conditions are within these ranges, the silicon carbide heating element has excellent resistance characteristics.

不活性ガス雰囲気下で焼成が進められることが好ましい。本発明の製造方法において、原料(混合粉末)にアルミニウム粉末を混在させた状態で焼成する場合には、炭化ケイ素を生成しながらアルミニウムを固溶、あるいは分散させている。つまり、導電性の向上に寄与するアルミニウムを、焼成雰囲気に含有させる必要がなくなっている。すなわち、不活性ガス雰囲気下で焼成を行うことで、焼成を行う焼成炉の損傷を抑えることができる。焼成時の不活性ガスは、特に限定されるものではなく、アルゴンガスを用いることが好ましい。   It is preferable that calcination is carried out in an inert gas atmosphere. In the production method of the present invention, when baking is performed with aluminum powder mixed in the raw material (mixed powder), aluminum is dissolved or dispersed while forming silicon carbide. That is, it is no longer necessary to include aluminum that contributes to the improvement of conductivity in the firing atmosphere. That is, by performing firing in an inert gas atmosphere, damage to the firing furnace in which firing is performed can be suppressed. The inert gas at the time of baking is not specifically limited, It is preferable to use argon gas.

窒素ガス雰囲気下で、焼成が進められることが好ましい。窒素ガスは、反応性に乏しく、不活性ガスと同様に機能する。なお、窒素ガスは、不活性ガス(アルゴンガス)との混合ガスであってもよい。混合ガスである場合に混合割合は、限定されるものではなく適宜決定できる。   It is preferable that the firing is performed in a nitrogen gas atmosphere. Nitrogen gas is poorly reactive and functions like an inert gas. The nitrogen gas may be a mixed gas with an inert gas (argon gas). In the case of a mixed gas, the mixing ratio is not limited and can be determined as appropriate.

本発明の製造方法において、成形体を焼成する工程は、雰囲気中に導電性を付与する元素(上記した3価の元素)が含まれた状態で焼成を行う工程であってもよい。この場合、成形体(混合粉末)は、導電性を付与する元素(アルミニウム系化合物)を含まないことが好ましい。   In the production method of the present invention, the step of firing the molded body may be a step of firing in a state in which an element imparting conductivity (the above-described trivalent element) is included in the atmosphere. In this case, it is preferable that a molded object (mixed powder) does not contain the element (aluminum compound) which provides electroconductivity.

本発明の製造方法において、焼成する工程において焼成した焼結体を、酸化性雰囲気下で焼成する酸化工程を有することが好ましい。   In the production method of the present invention, it is preferable to have an oxidation step of firing the sintered body fired in the firing step in an oxidizing atmosphere.

酸化工程は、酸化性雰囲気下で焼成する工程であり、焼結体に残存している炭素分が除去されるとともに、表面を酸化して安定した物質とすることができる。   The oxidation step is a step of firing in an oxidizing atmosphere, and the carbon remaining in the sintered body is removed, and the surface can be oxidized to be a stable substance.

酸化工程は、酸化性雰囲気下で加熱する工程であることが好ましい。酸化性雰囲気下での加熱によると、焼成する工程よりも低い温度で炭素を除去できる。すなわち、酸化工程は、焼成する工程の焼成温度よりも低い温度で加熱することが好ましい。具体的には、熱衝撃で亀裂を生じさせない範囲であれば良い。   The oxidation step is preferably a step of heating in an oxidizing atmosphere. By heating in an oxidizing atmosphere, carbon can be removed at a lower temperature than in the firing step. That is, the oxidation step is preferably heated at a temperature lower than the firing temperature of the firing step. Specifically, it may be in a range that does not cause cracks due to thermal shock.

本発明の製造方法において、焼結工程が施される原料粉末(成形体)は、脱脂工程が施されていることが好ましい。脱脂工程を施すことで、製造の効率の向上や、焼結を行う焼成炉がダメージを受けることが抑えられる。脱脂工程は、特に限定されるものではなく、不活性雰囲気下で加熱する工程であることが好ましい。不活性ガスは、窒素ガス、アルゴンガスをあげることができ、アルゴンガスであることがより好ましい。また、加熱温度は、脱脂が進行する程度の温度とすることが好ましい。さらに、脱脂量としても同様に特に指定はないが、半分以上脱脂した方が良い。   In the production method of the present invention, the raw material powder (molded body) subjected to the sintering step is preferably subjected to a degreasing step. By performing the degreasing step, it is possible to improve the manufacturing efficiency and to prevent the firing furnace that performs sintering from being damaged. A degreasing process is not specifically limited, It is preferable that it is a process heated in inert atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen gas and argon gas, and argon gas is more preferable. Moreover, it is preferable that heating temperature shall be a temperature at which degreasing proceeds. Further, the amount of degreasing is not particularly specified as well, but it is better to degrease more than half.

(炭化ケイ素焼結体)
炭化ケイ素焼結体(以下、本発明の炭化ケイ素焼結体と称する。)は、本発明の炭化ケイ素焼結体の製造方法により製造される。
(Silicon carbide sintered body)
The silicon carbide sintered body (hereinafter referred to as the silicon carbide sintered body of the present invention ) is produced by the method for producing a silicon carbide sintered body of the present invention .

本発明の炭化ケイ素焼結体は、上記の製造方法で製造された焼結体であり、上記した製造方法の効果を発揮する。すなわち、強度(ヤング率及び曲げ強度)に優れた焼結体となっている。   The silicon carbide sintered body of the present invention is a sintered body produced by the production method described above, and exhibits the effects of the production method described above. That is, the sintered body is excellent in strength (Young's modulus and bending strength).

そして、本発明の炭化ケイ素焼結体は、炭素とケイ素とから生成した炭化ケイ素を有することができる。この場合、炭素とケイ素とから生成する炭化ケイ素は、その内部に導電性を付与する元素(3価元素,アルミニウム)を配しやすい。アルミニウム系化合物を混合粉末に配することで、特性を変化させることができる。すなわち、炭素とケイ素とから生成した炭化ケイ素を有することで、本発明の炭化ケイ素発熱体の特性の調節を簡単に行うことができる。 And the silicon carbide sintered compact of this invention can have the silicon carbide produced | generated from carbon and silicon. In this case, silicon carbide generated from carbon and silicon is likely to have an element (trivalent element, aluminum) imparting conductivity therein. By arranging the aluminum compound in the mixed powder, the characteristics can be changed. That is, by having silicon carbide generated from carbon and silicon, the characteristics of the silicon carbide heating element of the present invention can be easily adjusted.

本発明の炭化ケイ素焼結体は、炭化ケイ素発熱体であることが好ましい。上記したように、炭化ケイ素焼結体は、発熱体として利用することができる。そして、本発明の焼結体は、強度に優れたものであるため、強度に優れた発熱体となる効果を発揮する。   The silicon carbide sintered body of the present invention is preferably a silicon carbide heating element. As described above, the silicon carbide sintered body can be used as a heating element. And since the sintered compact of this invention is excellent in intensity | strength, the effect which becomes a heat generating body excellent in intensity | strength is exhibited.

本発明の炭化ケイ素発熱体は、低温(常温)〜高温(数百度)にわたってすぐれた抵抗値を有することができる。つまり、この炭化ケイ素発熱体に電圧を印加したときに、低温(室温)〜高温(数百度)のいずれの温度においても、発熱体が発熱する。このことから、炭化ケイ素発熱体は、揮発性有機化合物(VOC)が含まれる気体等の除去に用いることが好ましい。さらに、内燃機関からの排気ガスの浄化に用いることが好ましい。   The silicon carbide heating element of the present invention can have an excellent resistance value from a low temperature (normal temperature) to a high temperature (several hundred degrees). That is, when a voltage is applied to the silicon carbide heating element, the heating element generates heat at any temperature from low temperature (room temperature) to high temperature (several hundred degrees). For this reason, the silicon carbide heating element is preferably used for removing a gas or the like containing a volatile organic compound (VOC). Further, it is preferably used for purifying exhaust gas from the internal combustion engine.

すなわち、本発明の炭化ケイ素発熱体は、浄化される成分を含むガス(加熱されるガス)が流れる流路を区画したハニカム構造を備えていることが好ましい。ハニカムとしたときの形状は限定されるものではなく、円柱状,だ円柱状,角柱状などの形状をあげることができる。   That is, the silicon carbide heating element of the present invention preferably has a honeycomb structure in which a flow path through which a gas containing a component to be purified (heated gas) flows is defined. The shape of the honeycomb is not limited, and examples thereof include a columnar shape, an elliptical columnar shape, and a prismatic shape.

以下、実施例を用いて本発明を説明する。
本発明の実施例として、炭化ケイ素焼結体(炭化ケイ素発熱体)を製造した。
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
As an example of the present invention, a silicon carbide sintered body (silicon carbide heating element) was manufactured.

(実施例1)
(炭化ケイ素発熱体の製造)
まず、表1に記載の原料を、表2に記載の割合で秤量・準備した。
Example 1
(Manufacture of silicon carbide heating elements)
First, the raw materials shown in Table 1 were weighed and prepared in the proportions shown in Table 2.

まず、粗大な炭化ケイ素粉末(表中、SiC(粗大粒子)と表記),微細な炭化ケイ素粉末(表中、SiC(微細粒子−A)又はSiC(微細粒子−B)と表記),ケイ素粉末(Si)と炭素粉末(C)とアルミナ粉末(Al2O3)との混合粉末である導電性付与化合物粉末,分散剤,バインダ,水を表1に記載の割合で秤量・準備した。ここで、導電性付与化合物粉末において、ケイ素粉末と炭素粉末は、ケイ素と炭素のモル比が0.84〜0.89となるように粉末が調製されている。さらに、導電性付与化合物粉末において、アルミナ粉末は、炭化ケイ素粉末,炭素粉末及びケイ素粉末の合計に対するモル比が1.00〜1.75となるように調製されている。   First, coarse silicon carbide powder (shown in the table as SiC (coarse particles)), fine silicon carbide powder (shown in the table as SiC (fine particles-A) or SiC (fine particles-B)), silicon powder Conductivity imparting compound powder, dispersant, binder, and water, which are mixed powders of (Si), carbon powder (C), and alumina powder (Al 2 O 3), were weighed and prepared in the proportions shown in Table 1. Here, in the conductivity imparting compound powder, the silicon powder and the carbon powder are prepared such that the molar ratio of silicon to carbon is 0.84 to 0.89. Furthermore, in the conductivity-imparting compound powder, the alumina powder is prepared such that the molar ratio with respect to the total of the silicon carbide powder, the carbon powder, and the silicon powder is 1.00 to 1.75.

Figure 0006046989
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SiC(粗大粒子)とSiC(微細粒子)とを混合した状態の炭化ケイ素粉末の粒度分布を測定し、測定結果を図1〜2に示した。図1〜2は、頻度(%)と累積値(%)を同時に示した。図1(a)には試料1の炭化ケイ素粉末(SiC(微細粒子−A)のみ)の粒度分布を、図1(b)には試料2の炭化ケイ素粉末の粒度分布を、図1(c)には試料3の炭化ケイ素粉末の粒度分布を、図1(d)には試料4の炭化ケイ素粉末(SiC(粗大粒子)のみ)の粒度分布を、それぞれ示した。同様に、図2(a)にはSiC(微細粒子−B)のみの粒度分布を、図2(b)には試料5の炭化ケイ素粉末の粒度分布を、図2(c)には試料6の炭化ケイ素粉末の粒度分布を、図2(d)にはSiC(粗大粒子)のみの粒度分布を、それぞれ示した。粒度分布の測定は、マイクロトラックを用いて行われた。   The particle size distribution of the silicon carbide powder in a state where SiC (coarse particles) and SiC (fine particles) were mixed was measured, and the measurement results are shown in FIGS. 1 and 2 show the frequency (%) and the cumulative value (%) at the same time. FIG. 1 (a) shows the particle size distribution of the silicon carbide powder of sample 1 (SiC (fine particles-A) only), FIG. 1 (b) shows the particle size distribution of the silicon carbide powder of sample 2, and FIG. ) Shows the particle size distribution of the silicon carbide powder of the sample 3, and FIG. 1 (d) shows the particle size distribution of the silicon carbide powder of the sample 4 (SiC (coarse particles) only). Similarly, FIG. 2 (a) shows the particle size distribution of SiC (fine particles-B) only, FIG. 2 (b) shows the particle size distribution of the silicon carbide powder of Sample 5, and FIG. FIG. 2 (d) shows the particle size distribution of SiC (coarse particles), respectively. The particle size distribution was measured using a microtrack.

図1(a)及び図2(a)に示したように、SiC(微細粒子−A)は、D10:0.198(μm),D50:0.513(μm),D90:1.127(μm)であり、(D90)/(D10):5.69,(D50)/(D10):2.591であった。SiC(微細粒子−B)は、D10:0.243(μm),D50:2.164(μm),D90:9.278(μm)であり、(D90)/(D10):38.18,(D50)/(D10):8.91であった。
また、SiC(粗大粒子)は、D10:9.05(μm),D50:13.75(μm),D90:21.64(μm)であった。
As shown in FIG. 1 (a) and FIG. 2 (a), SiC (fine particles-A) has D10: 0.198 (μm), D50: 0.513 (μm), D90: 1.127 ( μm) and (D90) / (D10): 5.69, (D50) / (D10): 2.591. SiC (fine particles-B) is D10: 0.243 (μm), D50: 2.164 (μm), D90: 9.278 (μm), (D90) / (D10): 38.18, (D50) / (D10): 8.91.
Moreover, SiC (coarse particle) was D10: 9.05 (micrometer), D50: 13.75 (micrometer), D90: 21.64 (micrometer).

試料2〜3に用いた炭化ケイ素粉末は、粒度分布を示した図1(b)〜(c)に示されたように、二つの独立したピークが確認できる。二つのピークの間には、頻度が0%の領域があることで、二つのピークが完全に独立していることが確認できる。ここで、SiC(粗大粒子)のD10(D10large)と、SiC(微細粒子−A)のD90(D90fine)と、の比(D10large)/(D90fine)は、8.03であった。 As shown in FIGS. 1B to 1C showing the particle size distribution, the silicon carbide powder used in Samples 2 to 3 can confirm two independent peaks. Since there is a region with a frequency of 0% between the two peaks, it can be confirmed that the two peaks are completely independent. Here, the ratio (D10 large ) / (D90 fine ) between D10 (D10 large ) of SiC (coarse particles) and D90 (D90 fine ) of SiC (fine particles-A) was 8.03. .

対して、試料5〜6に用いた炭化ケイ素粉末は、粒度分布を示した図2(b)〜(c)に示されたように、大きなひとつのピークと、そのピークの粒径が小さい部分になだらかなわずかな盛り上がりが位置していることが確認できる。このことは、SiC(微細粒子)の粒度分布に起因することがわかる。すなわち、試料2〜3に用いたSiC(微細粒子−A)は、ひとつのシャープなピークを示すような粒度分布を有している(図1(a))。対して、試料5〜6に用いたSiC(微細粒子−B)は、ブロードなふたつのつながったピークを示すような粒度分布を有している(図2(a))。ここで、SiC(粗大粒子)のD10(D10large)と、SiC(微細粒子−B)のD90(D90fine)と、の比(D10large)/(D90fine)は、0.975であった。 On the other hand, the silicon carbide powder used for Samples 5-6 has one large peak and a portion where the particle size of the peak is small as shown in FIGS. 2 (b) to (c) showing the particle size distribution. It can be confirmed that a gentle bulge is located. It can be seen that this is due to the particle size distribution of SiC (fine particles). That is, SiC (fine particles-A) used for Samples 2 to 3 has a particle size distribution that shows one sharp peak (FIG. 1A). On the other hand, SiC (fine particles-B) used in Samples 5 to 6 has a particle size distribution that shows two broad connected peaks (FIG. 2A). Here, the ratio (D10 large ) / (D90 fine ) between D10 (D10 large ) of SiC (coarse particles) and D90 (D90 fine ) of SiC (fine particles-B) was 0.975. .

秤量・準備したSiC(粗大粒子),SiC(微細粒子),導電性付与化合物粉末を、袋に入れて十分に混合した後に、バインダ,分散剤,水とともに、加圧型ニーダーで混練した。   The weighed and prepared SiC (coarse particles), SiC (fine particles), and conductivity-imparting compound powder were put in a bag and mixed well, and then kneaded with a binder, a dispersant, and water in a pressure kneader.

得られた粘土状の混合粉末を、押出成形装置で円筒状に押出成形で成形した。得られた成形体は、外径:6mm,内径:4mm,長さ:150mmのパイプ状であった。
次に、成形体を、ただちに乾燥した。
乾燥した成形体を、不活性ガス雰囲気(窒素ガス雰囲気)下で加熱して脱脂した。
その後、不活性ガス雰囲気(アルゴンガス雰囲気)下で焼結させた(焼成した)。
焼結体を、酸化性ガス雰囲気(空気)下で加熱して、熱処理した。
熱処理後、放冷してパイプ状の炭化ケイ素発熱体(試料1〜6の発熱体)が製造された。
製造された試料1〜6の発熱体の気孔率を測定し、表1に合わせて示した。
The obtained clay-like mixed powder was formed into a cylindrical shape by extrusion using an extrusion molding apparatus. The obtained molded body was in the form of a pipe having an outer diameter: 6 mm, an inner diameter: 4 mm, and a length: 150 mm.
Next, the molded body was immediately dried.
The dried molded body was degreased by heating under an inert gas atmosphere (nitrogen gas atmosphere).
Then, it was sintered (fired) under an inert gas atmosphere (argon gas atmosphere).
The sintered body was heated and heat-treated in an oxidizing gas atmosphere (air).
After the heat treatment, it was allowed to cool to produce a pipe-like silicon carbide heating element (heating elements of Samples 1 to 6).
The porosity of the manufactured heating elements of Samples 1 to 6 was measured and shown in Table 1.

(評価)
製造された試料2〜3,5〜6の発熱体の評価として、曲げ強度,ヤング率を測定した。
(Evaluation)
Bending strength and Young's modulus were measured as evaluations of the heating elements of Samples 2 to 3 and 5 to 6 manufactured.

(曲げ強度)
曲げ強度の測定は、電子式万能試験機を用いて、支点間距離;4cmの3点曲げ試験により行われた。測定結果を表2,図3に示した。
(Bending strength)
The bending strength was measured by a three-point bending test with a distance between fulcrums of 4 cm using an electronic universal testing machine. The measurement results are shown in Table 2 and FIG.

(ヤング率)
ヤング率の測定は、上記の曲げ強度と同じ測定装置を用いて行われた。測定結果を表2にあわせて示した。また、図4に示した。
(Young's modulus)
The Young's modulus was measured using the same measuring device as the above bending strength. The measurement results are shown in Table 2. Also shown in FIG.

Figure 0006046989
Figure 0006046989

表2に示したように、SiC(微細粒子)に、SiC(微細粒子−A)を用いた試料2〜3の発熱体は、SiC(微細粒子−B)の試料5〜6の発熱体に比べて、曲げ強度及びヤング率がいずれも高くなっている。すなわち、SiC(微細粒子−A)を用いることで、炭化ケイ素発熱体(焼結体)の強度が高くなっていることが確認できた。   As shown in Table 2, the heating elements of Samples 2 to 3 using SiC (Fine Particles-A) for SiC (Fine Particles) are the heating elements of Samples 5 to 6 of SiC (Fine Particles-B). In comparison, both the bending strength and Young's modulus are high. That is, it was confirmed that the strength of the silicon carbide heating element (sintered body) was increased by using SiC (fine particles-A).

すなわち、粒度分布を測定したときに、独立した二つのピークを示す炭化ケイ素粉末を用いた試料2〜3の発熱体は、炭化ケイ素粉末の粒度分布ピークが二つのピークを示さない試料5〜6の発熱体に比べて、強度が高くなっていることが確認できた。
(比抵抗)
That is, when the particle size distribution is measured, the heating elements of Samples 2 to 3 using the silicon carbide powder that shows two independent peaks are the samples 5 to 6 in which the particle size distribution peak of the silicon carbide powder does not show two peaks. It was confirmed that the strength was higher than that of the heating element.
(Resistivity)

次に、試料2,5の発熱体の抵抗値の特性(比抵抗)を測定したところ、いずれの発熱体も、発熱体として十分な比抵抗を同じように有していることが確認できた。すなわち、本発明に該当する各試料の発熱体は、通電により発熱を生じさせることができる。   Next, when the resistance value characteristics (specific resistance) of the heating elements of Samples 2 and 5 were measured, it was confirmed that both heating elements had the same specific resistance as the heating element. . That is, the heating element of each sample corresponding to the present invention can generate heat by energization.

Claims (6)

炭化ケイ素の粉末と、ケイ素粉末と、炭素粉末と、の混合粉末よりなる原料を焼成する工程を有する炭化ケイ素焼結体の製造方法であって、
該原料に含まれる炭化ケイ素は、その粒度分布が、(D90)/(D10)≦10,(D50)/(D10)≦5の条件を満たす微細な炭化ケイ素粉末を有し、
気孔率が40〜55%となるように製造することを特徴とする炭化ケイ素焼結体の製造方法。
A method for producing a silicon carbide sintered body comprising a step of firing a raw material comprising a mixed powder of silicon carbide powder, silicon powder, and carbon powder ,
The silicon carbide contained in the raw material has fine silicon carbide powder whose particle size distribution satisfies the conditions of (D90) / (D10) ≦ 10, (D50) / (D10) ≦ 5 ,
A method for producing a silicon carbide sintered body, wherein the porosity is 40 to 55% .
前記原料に含まれる炭化ケイ素の粒度分布が、前記微細な炭化ケイ素粉末のピークと、該微細な炭化ケイ素粉末とは異なるひとつ以上のピークと、を示し、
該原料に含まれる炭化ケイ素は、該ひとつ以上のピークのうち、該微細な炭化ケイ素粉末のピークの大径側で最も近接したピークのD10が、該微細な炭化ケイ素粉末のピークのD90に対して、(D10)/(D90)≧1の条件を満たす請求項1記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
The particle size distribution of silicon carbide contained in the raw material shows a peak of the fine silicon carbide powder and one or more peaks different from the fine silicon carbide powder,
Among the one or more peaks, silicon carbide contained in the raw material has a peak D10 closest to the large diameter side of the peak of the fine silicon carbide powder with respect to D90 of the peak of the fine silicon carbide powder. The method for producing a silicon carbide sintered body according to claim 1, wherein the condition of (D10) / (D90) ≧ 1 is satisfied.
前記原料に含まれる炭化ケイ素は、前記微細な炭化ケイ素粉末と、該微細な炭化ケイ素粉末よりもメジアン径(D50)が大きな粗大な炭化ケイ素粉末と、の混合粉末よりなる請求項1〜2のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。 Silicon carbide contained in the raw material, the a fine silicon carbide powder, the fine and large coarse silicon carbide powder be a median size (D50) of the more silicon carbide powder, according to claim 1 or 2 consisting of mixed powder of The manufacturing method of the silicon carbide sintered compact in any one. 前記微細な炭化ケイ素粉末は、前記原料に含まれる炭化ケイ素の質量を100mass%としたときに、10〜50mass%で含まれる請求項1〜3のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。 The production of a silicon carbide sintered body according to any one of claims 1 to 3 , wherein the fine silicon carbide powder is contained in an amount of 10 to 50 mass% when the mass of the silicon carbide contained in the raw material is 100 mass%. Method. 前記原料に含まれる前記ケイ素粉末のケイ素と前記炭素粉末の炭素とのモル比が、0.5〜1.0である請求項1〜4のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。 The method for producing a silicon carbide sintered body according to any one of claims 1 to 4 , wherein a molar ratio of silicon of the silicon powder contained in the raw material to carbon of the carbon powder is 0.5 to 1.0. . 前記原料は、アルミニウム系化合物を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。 The said raw material is a manufacturing method of the silicon carbide sintered compact in any one of Claims 1-5 containing an aluminum type compound.
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