JP6884516B2 - Manufacturing method of SiC sintered body - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、SiC焼結体の製造方法に関する。 An embodiment of the present invention relates to a method for producing a SiC sintered body.

SiC/SiC複合材は、SiC繊維とSiCマトリクス等とによって構成されたセラミックス基繊維複合材料であって、強度が高く、靭性、耐熱性、および、耐食性が優れる。このため、SiC/SiC複合材などのSiC焼結体は、原子力エネルギーシステムおよび核融合エネルギーシステムなどの各システムを構成する構造物に適用されることが期待されている。 The SiC / SiC composite material is a ceramic-based fiber composite material composed of a SiC fiber and a SiC matrix, and has high strength, and is excellent in toughness, heat resistance, and corrosion resistance. Therefore, SiC sintered bodies such as SiC / SiC composite materials are expected to be applied to structures constituting each system such as nuclear energy systems and fusion energy systems.

SiC焼結体の製造方法は、主に、CVD法(化学気相蒸着法)、PIP法(ポリマー溶融含浸熱分解法)、RS法(反応焼結法)、LPS法(液相焼結法)である。このうち、LPS法は、成形体に機械的加圧を高温で行うことによってSiC焼結体を形成する方法であって、緻密なSiC焼結体を比較的に短時間で合成することが可能である。 The methods for producing the SiC sintered body are mainly the CVD method (chemical vapor deposition method), the PIP method (polymer melt impregnation pyrolysis method), the RS method (reaction sintering method), and the LPS method (liquid phase sintering method). ). Of these, the LPS method is a method of forming a SiC sintered body by mechanically pressurizing the molded body at a high temperature, and it is possible to synthesize a dense SiC sintered body in a relatively short time. Is.

SiCは、共有結合性が高い化合物であって、難焼結性である。このため、SiC焼結体を形成する際には、SiC焼結体を緻密にするために、一般に、焼結助剤(液相焼結助剤)が用いられている。たとえば、Al−B−C系の粉末、Y(イットリア)−Al(アルミナ)系の混合粉末などが、焼結助剤として用いられる。 SiC is a compound having a high covalent bond property and is difficult to sinter. Therefore, when forming a SiC sintered body, a sintering aid (liquid phase sintering aid) is generally used in order to make the SiC sintered body denser. For example, an Al- BC based powder, a Y 2 O 3 (yttria) -Al 2 O 3 (alumina) -based mixed powder, or the like is used as a sintering aid.

−Al系の混合粉末は、焼結温度を低下させるために、YとAlとが共晶点(1760℃)で共晶する組成であって、60重量%のYと40重量%のAlとが混合されている。Y−Al系の混合粉末の反応生成物は、主に、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAl12))、および、Alである。反応生成物において、両者の割合は、YAGが68.8mol%であり、Alが31.2mol%である。反応生成物において、Alは、YAGよりも耐食性が低いため、SiC焼結体の耐食性を低下させる要因になることをわれわれは見出した。 The Y 2 O 3- Al 2 O 3 system mixed powder has a composition in which Y 2 O 3 and Al 2 O 3 are eutectic at a eutectic point (1760 ° C.) in order to lower the sintering temperature. , 60% by weight Y 2 O 3 and 40% by weight Al 2 O 3 are mixed. The reaction products of the mixed powder of the Y 2 O 3- Al 2 O 3 system are mainly YAG (yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12 )) and Al 2 O 3 . In the reaction product, the ratio of both is 68.8 mol% for YAG and 31.2 mol% for Al 2 O 3 . In the reaction product, Al 2 O 3 has lower corrosion resistance than YAG, and therefore, we have found that it is a factor that lowers the corrosion resistance of the SiC sintered body.

特許第5077937号公報Japanese Patent No. 5077937 特開2002−356381号公報JP-A-2002-356381

SiC焼結体は、一般に、優れた耐食性を有する。しかし、SiC焼結体は、製造方法に応じて耐食性が大きく異なる。具体的には、CVD法で製造したSiC焼結体が最も優れた耐食性を有し、次に、LPS法で製造したSiC焼結体の耐食性が優れ、次に、RS法で製造したSiC焼結体の耐食性が優れる。 SiC sintered bodies generally have excellent corrosion resistance. However, the corrosion resistance of the SiC sintered body differs greatly depending on the manufacturing method. Specifically, the SiC sintered body manufactured by the CVD method has the best corrosion resistance, then the SiC sintered body manufactured by the LPS method has excellent corrosion resistance, and then the SiC fired body manufactured by the RS method. Excellent corrosion resistance of the body.

RS法は、金属ケイ素(Si)で母相を埋めることによって稠密なSiC焼結体を得る。しかし、Siが酸化してSiO(シリカ)が生成されると、そのSiOが容易に溶出する。その結果、SiC焼結体の耐食性を向上させることが容易でない。 The RS method obtains a dense SiC sintered body by filling the matrix with metallic silicon (Si). However, when Si is oxidized to form SiO 2 (silica), the SiO 2 is easily eluted. As a result, it is not easy to improve the corrosion resistance of the SiC sintered body.

LPS法で製造されたSiC焼結体では、焼結助剤によって容易に焼結することができる。焼結温度をなるべく低くするために、2種類の助剤(AlとY)の共晶点となる混合比が、主に利用されている。焼結助剤として用いるYとAlとの混合比を、共晶温度の混合比から変化させると、焼結温度を高くする必要が生ずる。その結果、焼結温度がSiC繊維の耐熱温度よりも高くなる可能性がある。 The SiC sintered body produced by the LPS method can be easily sintered with a sintering aid. In order to lower the sintering temperature as much as possible , a mixing ratio of two kinds of auxiliaries (Al 2 O 3 and Y 2 O 3 ), which are eutectic points, is mainly used. When the mixing ratio of Y 2 O 3 and Al 2 O 3 used as a sintering aid is changed from the mixing ratio of the eutectic temperature, it becomes necessary to raise the sintering temperature. As a result, the sintering temperature may be higher than the heat resistant temperature of the SiC fiber.

CVD(CVI)法の場合には、焼結助剤を必要としないので、SiC焼結体の耐食性が最も優れている。しかし、この場合には、施工時間が長くなるため、製造コストが高くなる可能性が高い。また、製造を行うときに、噴霧したSiCが繊維束間の大きな気孔を埋める前に表面が埋められて、内部に浸透しないため、SiC焼結体の稠密性が十分でない場合がある。 In the case of the CVD (CVI) method, since a sintering aid is not required, the corrosion resistance of the SiC sintered body is the best. However, in this case, since the construction time becomes long, there is a high possibility that the manufacturing cost will increase. Further, during manufacturing, the surface of the sprayed SiC is filled before filling the large pores between the fiber bundles and does not penetrate into the inside, so that the density of the SiC sintered body may not be sufficient.

ところで、軽水炉の燃料被覆管は、軽水炉の運転時に核反応で発生する核反応生成ガスを封じこめる必要がある。軽水炉の燃料被覆管は、従来、ジルコニウム合金を用いて形成されているが、事故時に多量の水素が発生するため、SiCのように、酸化に対して安定な材料を用いることが望ましい。 By the way, the fuel cladding of the light water reactor needs to contain the nuclear reaction-producing gas generated by the nuclear reaction during the operation of the light water reactor. Conventionally, the fuel cladding of a light water reactor is formed using a zirconium alloy, but since a large amount of hydrogen is generated in the event of an accident, it is desirable to use a material that is stable against oxidation, such as SiC.

この一方で、軽水炉においては、優れた耐食性を有することが要求されている。具体的には、高温(約300℃)な水の環境で減肉量が少なく、5年間の運用を可能にする耐食性が求められている。 On the other hand, light water reactors are required to have excellent corrosion resistance. Specifically, there is a demand for corrosion resistance that enables operation for 5 years with a small amount of wall loss in a high temperature (about 300 ° C.) water environment.

したがって、本発明が解決しようとする課題は、耐食性を向上可能な、SiC焼結体の製造方法を提供することである。 Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide a method for producing a SiC sintered body capable of improving corrosion resistance.

実施形態に係るSiC焼結体の製造方法は、スラリー作製工程と焼結工程とを有する。
スラリー作製工程では、SiC粉末と焼結助剤粉末とを含むスラリーを作製する。焼結工程では、スラリーを焼結することによってSiC焼結体を得る。スラリーにおいて、焼結助剤粉末は、AlとYとを含み、前記焼結助剤粉末は、前記SiC粉末と前記焼結助剤粉末との両者を合計した重量に対して、12重量%以上かつ25重量%以下であり、Alの重量XとYの重量Yとが下記式(A)に示す関係にある。
37/63≦X/Y≦44/56 ・・・式(A)
The method for producing a SiC sintered body according to the embodiment includes a slurry manufacturing step and a sintering step.
In the slurry preparation step, a slurry containing SiC powder and a sintering aid powder is prepared. In the sintering step, a SiC sintered body is obtained by sintering the slurry. In the slurry, the sintering aid powder contains Al 2 O 3 and Y 2 O 3, and the sintering aid powder is based on the total weight of both the SiC powder and the sintering aid powder. The weight is 12% by weight or more and 25% by weight or less, and the weight X of Al 2 O 3 and the weight Y of Y 2 O 3 are in the relationship shown in the following formula (A).
37/63 ≤ X / Y ≤ 44/56 ... Equation (A)

本発明によれば、耐食性を向上可能な、SiC焼結体の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a SiC sintered body capable of improving corrosion resistance.

図1は、第1実施形態において「実施例」として製造したSiC焼結体について、腐食性試験を行った結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the results of performing a corrosiveness test on the SiC sintered body produced as the “Example” in the first embodiment. 図2は、第1実施形態の「実施例」で製造したSiC焼結体について、X線回折を行った結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the results of X-ray diffraction of the SiC sintered body produced in the "Example" of the first embodiment. 図3は、第2実施形態に係るSiC焼結体の一部について拡大して示す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the SiC sintered body according to the second embodiment.

<第1実施形態>
第1実施形態に係るSiC焼結体の製造方法について説明する。本実施形態において、SiC焼結体を製造する際には、スラリー作製工程と焼結工程とを順次行う。
<First Embodiment>
The method for producing the SiC sintered body according to the first embodiment will be described. In the present embodiment, when the SiC sintered body is manufactured, the slurry preparation step and the sintering step are sequentially performed.

(スラリー作製工程)
スラリー作製工程では、SiC粉末と焼結助剤粉末とを含むスラリーを作製する。具体的には、スラリーは、SiC粉末と焼結助剤粉末との両者を液体中において撹拌して混合させることによって作製される。
(Slurry preparation process)
In the slurry preparation step, a slurry containing SiC powder and a sintering aid powder is prepared. Specifically, the slurry is prepared by stirring and mixing both the SiC powder and the sintering aid powder in the liquid.

本実施形態においては、焼結助剤粉末は、AlとYを含む。ここでは、焼結助剤粉末は、Alの重量XとYの重量Yとが下記数式(A)に示す関係にあることが好ましい。数式(A)で規定する範囲は、Al−Y2元系において、AlとYが「Liq(液相)とYAG」になる範囲のうち、温度が降下したときにAlが余剰にならない範囲に、ほぼ相当する。 In this embodiment, the sintering aid powder contains Al 2 O 3 and Y 2 O 3 . Here, in the sintering aid powder, it is preferable that the weight X of Al 2 O 3 and the weight Y of Y 2 O 3 have a relationship shown in the following mathematical formula (A). The range specified by the formula (A) is the temperature in the range in which Al 2 O 3 and Y 2 O 3 become "Liq (liquid phase) and YAG" in the Al 2 O 3 −Y 2 O 3 binary system. Almost corresponds to the range in which Al 2 O 3 does not become a surplus when the amount drops.

37/63≦X/Y≦44/56 ・・・式(A) 37/63 ≤ X / Y ≤ 44/56 ... Equation (A)

数式(A)に示す値(=X/Y)が下限値よりも小さい場合には、焼結するために必要な焼結温度が高くなるので、焼結が不十分になる場合がある。これに対して、数式(A)に示す値(=X/Y)が上限値よりも大きい場合には、過剰なAlに起因してSiC焼結体において腐食が増加する場合がある。 When the value (= X / Y) shown in the formula (A) is smaller than the lower limit value, the sintering temperature required for sintering becomes high, so that sintering may be insufficient. On the other hand, when the value (= X / Y) shown in the formula (A) is larger than the upper limit value, corrosion may increase in the SiC sintered body due to the excess Al 2 O 3. ..

原材料である焼結助剤粉末は、Al粉末およびY粉末と共に、YAG粉末を用いてもよい。焼結助剤粉末にYAG粉末を原材料として追加したときには、式(A)において、Alの重量Xは、Al粉末の重量X1と、YAG粉末におけるAl成分の重量X2とを加算した値になる(X=X1+X2)。同様に、式(A)において、Yの重量Yは、Y粉末の重量Y1と、YAG粉末におけるY成分の重量Y2とを加算した値になる(Y=Y1+Y2)。焼結助剤粉末においてYAG粉末が少ない場合には、焼結後にAlとYの偏在が生じ、作製されるSiC焼結体の耐腐食性が不十分になる場合がある。これに対して、焼結助剤粉末においてYAG粉末が多い場合には、焼結温度が高くなり、十分に焼結を行うことが困難になる場合がある。 As the sintering aid powder as a raw material, YAG powder may be used together with Al 2 O 3 powder and Y 2 O 3 powder. When you add a YAG powder as a raw material in the sintering aid powder, in formula (A), the weight X of Al 2 O 3 is an Al 2 O 3 powder having a weight X1, the weight of Al 2 O 3 component in YAG powder It becomes the value obtained by adding X2 (X = X1 + X2). Similarly, in formula (A), the weight Y of Y 2 O 3 is a Y 2 O 3 powder weight Y1, a value obtained by adding the Y 2 O 3 by weight of the components Y2 in YAG powder (Y = Y1 + Y2 ). If the amount of YAG powder in the sintering aid powder is small, Al 2 O 3 and Y 2 O 3 may be unevenly distributed after sintering, and the corrosion resistance of the produced SiC sintered body may be insufficient. .. On the other hand, when the amount of YAG powder in the sintering aid powder is large, the sintering temperature becomes high and it may be difficult to perform sufficient sintering.

焼結助剤粉末は、SiC粉末と焼結助剤粉末との両者を合計した重量に対して、1から30重量%の範囲であることが好ましい。下限値よりも小さい場合には、焼結後の密度が十分に確保できない場合がある。これに対して、上限値よりも大きい場合には、焼結助剤の特性が顕在化し、SiCセラミクスとしての特性が十分に確保されない場合がある。本範囲は、特に、3重量%以上25重量%以下であることが好ましい。 The sintering aid powder is preferably in the range of 1 to 30% by weight with respect to the total weight of both the SiC powder and the sintering aid powder. If it is smaller than the lower limit, the density after sintering may not be sufficiently secured. On the other hand, if it is larger than the upper limit value, the characteristics of the sintering aid may become apparent and the characteristics as SiC ceramics may not be sufficiently secured. This range is particularly preferably 3% by weight or more and 25% by weight or less.

SiC粉末、および、焼結助剤粉末の平均粒径(平均直径)は、たとえば、下記範囲であることが好ましい。焼結助剤粉末において、YAGは、下記の平均粒径の微粒子になるように、たとえば、フレーク状または粉体状の結晶を十分に粉砕することで用いられる。各粒子の平均粒径は、焼結を進めやすくするため、小さい方が好ましい。
・SiC粉末の平均粒径: 30nm〜300nm
・Alの平均粒径: 0.05μm〜0.5μm
・Yの平均粒径: 0.05μm〜0.5μm
・YAGの平均粒径: 0.05μm〜0.5μm
The average particle size (average diameter) of the SiC powder and the sintering aid powder is preferably in the following range, for example. In the sintering aid powder, YAG is used, for example, by sufficiently pulverizing flaky or powdery crystals so as to have the following average particle size fine particles. The average particle size of each particle is preferably small in order to facilitate sintering.
-Average particle size of SiC powder: 30 nm to 300 nm
-Average particle size of Al 2 O 3 : 0.05 μm to 0.5 μm
-Average particle size of Y 2 O 3 : 0.05 μm to 0.5 μm
-Average particle size of YAG: 0.05 μm to 0.5 μm

スラリーを作製する際に、SiC粉末と焼結助剤粉末との両者を入れる液体は、たとえば、エタノールまたはキシレンである。スラリーにおいて、SiC粉末および焼結助剤粉末が含有する割合(固形分)は、特に限定はなく処理が容易な濃度とすれば良く、たとえば、10〜30重量%である。 When preparing the slurry, the liquid containing both the SiC powder and the sintering aid powder is, for example, ethanol or xylene. The ratio (solid content) contained in the SiC powder and the sintering aid powder in the slurry is not particularly limited and may be a concentration that is easy to process, for example, 10 to 30% by weight.

(焼結工程)
焼結工程では、上記で作製したスラリーを焼結することによってSiC焼結体を得る。具体的には、SiC焼結体は、型に入れたスラリーに圧力を加えながら、焼結を行うことで製造される。SiC焼結体は、たとえば、棒状、板状の形状で形成される。焼結は、HIP、ホットプレス、プラズマ焼結などを利用して液相焼結法で行なわれる。詳細については後述するが、本実施形態のSiC焼結体において、焼結助剤粉末の反応生成物は、主成分がYAGである。
(Sintering process)
In the sintering step, a SiC sintered body is obtained by sintering the slurry produced above. Specifically, the SiC sintered body is manufactured by sintering while applying pressure to the slurry placed in the mold. The SiC sintered body is formed, for example, in a rod-like or plate-like shape. Sintering is performed by a liquid phase sintering method using HIP, hot pressing, plasma sintering, or the like. Although details will be described later, in the SiC sintered body of the present embodiment, the main component of the reaction product of the sintering aid powder is YAG.

なお、本実施形態において、焼結は、たとえば、下記に示す焼結条件で行われる。
・焼結温度:1850〜1950℃
・圧力:10MPa〜40MPa
In this embodiment, the sintering is performed under the sintering conditions shown below, for example.
-Sintering temperature: 1850 to 1950 ° C
-Pressure: 10 MPa to 40 MPa

(実施例)
図1は、第1実施形態において「実施例」として製造したSiC焼結体について、腐食性試験を行った結果を示す図である。
(Example)
FIG. 1 is a diagram showing the results of performing a corrosiveness test on the SiC sintered body produced as the “Example” in the first embodiment.

図1のうち、「実施例」では、AlとYとを含む焼結助剤粉末を用いてSiC焼結体(SiCモノリシック)を製造した。 In FIG. 1, in "Example", a SiC sintered body (SiC monolithic) was produced using a sintering aid powder containing Al 2 O 3 and Y 2 O 3.

具体的には、「実施例」においては、焼結助剤粉末として、0.3重量部のAl粉末と0.2重量部のY粉末と11.5重量部のYAG粉末との混合物を用いた。ここでは、Y粉末は、Al成分の割合が42重量%であって、Y成分の割合が58重量%である。このため、「実施例」において、AlとYの重量比(X/Y)は、0.746であって、上記式(A)に示す関係にある(X=(11.5×0.42+0.3)×100/12=42.75,X/Y=42.75/57.25=0.746)。 Specifically, in the "Example", as the sintering aid powder, 0.3 parts by weight of Al 2 O 3 powder, 0.2 parts by weight of Y 2 O 3 powder, and 11.5 parts by weight of YAG A mixture with the powder was used. Here, in the Y 2 O 3 powder, the ratio of the Al 2 O 3 component is 42% by weight, and the ratio of the Y 2 O 3 component is 58% by weight. Therefore, in "Example", the weight ratio (X / Y) of Al 2 O 3 and Y 2 O 3 is 0.746, which is the relationship shown in the above formula (A) (X = (11). .5 x 0.42 + 0.3) x 100/12 = 42.75, X / Y = 42.75 / 57.25 = 0.746).

また、「実施例」で用いたSiC粉末および焼結助剤粉末の平均粒径は、下記である。
・SiC粉末の平均粒径:30nm
・Alの平均粒径:0.1μm
・Yの平均粒径:0.1μm
・YAGの平均粒径:0.1μm
The average particle sizes of the SiC powder and the sintering aid powder used in "Examples" are as follows.
-Average particle size of SiC powder: 30 nm
-Average particle size of Al 2 O 3: 0.1 μm
-Average particle size of Y 2 O 3: 0.1 μm
-Average particle size of YAG: 0.1 μm

「実施例」では、88重量%のSiC粉末と12重量%の焼結助剤粉末とをエタノールに入れて混合することによって、スラリーを作製した。ここでは、スラリーにおいてSiC粉末および焼結助剤粉末が含有する割合(固形分)が20重量%になるように、スラリーを作製した。 In "Example", 88% by weight of SiC powder and 12% by weight of sintering aid powder were put into ethanol and mixed to prepare a slurry. Here, the slurry was prepared so that the ratio (solid content) contained in the SiC powder and the sintering aid powder in the slurry was 20% by weight.

そして、「実施例」では、上記のように作製したスラリーを下記に示す焼結条件で焼結することによってSiC焼結体を得た。
・焼結温度:1850℃
・圧力:20MPa
Then, in "Example", a SiC sintered body was obtained by sintering the slurry prepared as described above under the sintering conditions shown below.
-Sintering temperature: 1850 ° C
・ Pressure: 20MPa

図2は、第1実施形態の「実施例」で製造したSiC焼結体について、X線回折を行った結果を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the results of X-ray diffraction of the SiC sintered body produced in the "Example" of the first embodiment.

図2に示すように、「実施例」のSiC焼結体は、SiCおよびYAGで構成されている。つまり、焼結助剤粉末の反応生成物は、Alを含まずに、ほぼYAGであることが判る。 As shown in FIG. 2, the SiC sintered body of the "example" is composed of SiC and YAG. That is, it can be seen that the reaction product of the sintering aid powder does not contain Al 2 O 3 and is almost YAG.

「比較例1」では、焼結助剤粉末として、YAGを含んでおらずに、AlとYとが共晶組成(X:Y=60:40)で混合された混合物を用いた。「比較例1」では、この点を除き、「実施例」の場合と同様な条件で、SiC焼結体を製造した。 In "Comparative Example 1", as the sintering aid powder, a mixture in which Al 2 O 3 and Y 2 O 3 are mixed in a eutectic composition (X: Y = 60: 40) without containing YAG. Was used. In "Comparative Example 1", except for this point, a SiC sintered body was produced under the same conditions as in the case of "Example".

「比較例2」は、SiCモノリシックでなく、YAG単体である。 "Comparative Example 2" is not SiC monolithic but YAG alone.

腐食性試験では、「実施例」、「比較例1」、および、「比較例2」の各サンプルを、320℃の純水(溶存酸素8ppm)に168時間浸漬した。そして、浸漬前後で変化した単位面積当たりの重量を「腐食量」として求めた。 In the corrosiveness test, each sample of "Example", "Comparative Example 1", and "Comparative Example 2" was immersed in pure water (dissolved oxygen 8 ppm) at 320 ° C. for 168 hours. Then, the weight per unit area changed before and after immersion was determined as the "corrosion amount".

図1から判るように、焼結助剤粉末にYAGを含む「実施例」は、焼結助剤粉末にYAGを含まない共晶組成の「比較例1」よりも、腐食量が大きく低減している。「実施例」は、YAG単体である「比較例2」に対して、腐食量が近づいている。 As can be seen from FIG. 1, the amount of corrosion in "Example" in which the sintering aid powder contains YAG is significantly reduced as compared with "Comparative Example 1" in which the eutectic composition does not contain YAG in the sintering aid powder. ing. In "Example", the amount of corrosion is closer to that of "Comparative Example 2" which is YAG alone.

以上のように、本実施形態では、SiC焼結体の耐食性を向上することができる。 As described above, in the present embodiment, the corrosion resistance of the SiC sintered body can be improved.

<第2実施形態>
第2実施形態に係るSiC焼結体の製造方法について説明する。
<Second Embodiment>
The method for producing the SiC sintered body according to the second embodiment will be described.

図3は、第2実施形態に係るSiC焼結体の一部について拡大して示す断面図である。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the SiC sintered body according to the second embodiment.

本実施形態では、SiC焼結体は、図3に示すように、SiC繊維11とSiC結晶層21とSiCモノリシック層31とを含む。SiC焼結体は、SiC繊維11の表面に、密度が低いSiC結晶層21が被覆されている。そして、更に、SiC結晶層21を被覆するように、SiCモノリシック層31が形成されている。 In the present embodiment, the SiC sintered body includes the SiC fiber 11, the SiC crystal layer 21, and the SiC monolithic layer 31, as shown in FIG. In the SiC sintered body, the surface of the SiC fiber 11 is coated with a low-density SiC crystal layer 21. Further, the SiC monolithic layer 31 is formed so as to cover the SiC crystal layer 21.

本実施形態のSiC焼結体を形成する際には、まず、SiC繊維11を準備する。ここでは、後工程の焼結でSiC繊維11に変形が生じないように、耐熱温度が焼結温度よりも高いSiC繊維11が準備される。 When forming the SiC sintered body of the present embodiment, first, the SiC fiber 11 is prepared. Here, the SiC fiber 11 having a heat resistant temperature higher than the sintering temperature is prepared so that the SiC fiber 11 is not deformed in the sintering in the subsequent process.

つぎに、SiC繊維11にSiCアモルファス層(図示省略)を形成する。ここでは、PIP法(ポリマー溶融含浸熱分解法)でSiCアモルファス層の形成を行う。 Next, a SiC amorphous layer (not shown) is formed on the SiC fiber 11. Here, the SiC amorphous layer is formed by the PIP method (polymer melt impregnation thermal decomposition method).

具体的には、高分子量のポリカルボシラン溶液(図示省略)にSiC繊維11を浸漬した後に、乾燥を行う。そして、その乾燥後のSiC繊維11について熱処理を行う。これにより、SiC繊維11の表面にSiCアモルファス層が形成される。熱処理は、Ar−H環境において、熱処理温度が例えば1200℃である条件で行われる。なお、PIP法で生成したSiCアモルファス層は、稠密にするのが難しいので、あえて稠密にしなくてもよい。 Specifically, the SiC fiber 11 is immersed in a high molecular weight polycarbosilane solution (not shown) and then dried. Then, the dried SiC fiber 11 is heat-treated. As a result, a SiC amorphous layer is formed on the surface of the SiC fiber 11. The heat treatment is performed in an Ar—H 2 environment under the condition that the heat treatment temperature is, for example, 1200 ° C. Since it is difficult to make the SiC amorphous layer produced by the PIP method dense, it is not necessary to make it dense.

つぎに、SiCアモルファス層の表面に第1実施形態のスラリーを設けた後に、そのスラリーを焼結することによって、SiCモノリシック層31を形成する。ここでは、焼結によって、スラリーがSiCモノリシック層31になると共に、SiCアモルファス層が結晶化してSiC結晶層21になる。SiCモノリシック層31にYAG組成での液晶焼結を適用すれば、接液される管の外面の腐食特性の向上が期待できる。 Next, the SiC monolithic layer 31 is formed by providing the slurry of the first embodiment on the surface of the SiC amorphous layer and then sintering the slurry. Here, by sintering, the slurry becomes the SiC monolithic layer 31, and the SiC amorphous layer crystallizes into the SiC crystal layer 21. If liquid crystal sintering with a YAG composition is applied to the SiC monolithic layer 31, it can be expected that the corrosion characteristics of the outer surface of the pipe to be wetted will be improved.

本実施形態では、上記したようにPIP法でSiCアモルファス層を設けることによってSiC繊維11の隙間が埋め込まれる。このため、本実施形態では、スラリー中の焼結助剤がSiC繊維11に取り込まれることを防止することができる。 In the present embodiment, the gaps between the SiC fibers 11 are embedded by providing the SiC amorphous layer by the PIP method as described above. Therefore, in the present embodiment, it is possible to prevent the sintering aid in the slurry from being incorporated into the SiC fiber 11.

また、一般には、SiCコーティング層として、カーボンが用いられているが、この場合には、高温での酸化特性が劣る。しかし、本実施形態では、SiCコーティング層がSiCアモルファス層であるので、高温での酸化特性に優れる。 In addition, carbon is generally used as the SiC coating layer, but in this case, the oxidation characteristics at high temperatures are inferior. However, in the present embodiment, since the SiC coating layer is a SiC amorphous layer, it is excellent in oxidation characteristics at high temperatures.

本実施形態のSiC焼結体は、曲げ試験で好適な結果が得られると共に、高温な水中での耐食性が優れる。また、SiCアモルファス層は中性子による照射の影響を受けて結晶化することで体積変化が生じやすいが、本実施形態では、上述したように、SiCアモルファス層が結晶化によってSiC結晶層21に変化しているので、中性子照射の影響が小さい。このため、本実施形態のSiC焼結体は、原子炉の炉心材として好適に使用することができる。具体的には、本実施形態のSiC焼結体は、軽水炉において、燃料被覆管、燃料チャンネルボックスに適用することができる。 The SiC sintered body of the present embodiment gives suitable results in a bending test and is excellent in corrosion resistance in high temperature water. Further, the SiC amorphous layer is likely to undergo a volume change due to crystallization under the influence of neutron irradiation, but in the present embodiment, as described above, the SiC amorphous layer is changed to the SiC crystal layer 21 by crystallization. Therefore, the effect of neutron irradiation is small. Therefore, the SiC sintered body of the present embodiment can be suitably used as a core material of a nuclear reactor. Specifically, the SiC sintered body of the present embodiment can be applied to a fuel cladding tube and a fuel channel box in a light water reactor.

その他、本実施形態のSiC焼結体は、航空宇宙産業において、超高温エンジン用ノズル、超高温タービンブレード等へ適用することが可能である。 In addition, the SiC sintered body of the present embodiment can be applied to an ultra-high temperature engine nozzle, an ultra-high temperature turbine blade, and the like in the aerospace industry.

なお、たとえば、第1実施形態と同様な方法でSiCモノリシック層31を別途形成した後に、そのSiCモノリシック層31を貼り付けることで、SiC焼結体を製造してもよい。 For example, a SiC sintered body may be manufactured by separately forming the SiC monolithic layer 31 by the same method as in the first embodiment and then attaching the SiC monolithic layer 31.

<その他>
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
<Others>
Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

11…SiC繊維、21…SiC結晶層、31…SiCモノリシック層 11 ... SiC fiber, 21 ... SiC crystal layer, 31 ... SiC monolithic layer

Claims (3)

SiC粉末と焼結助剤粉末とを含むスラリーを作製するスラリー作製工程と、
前記スラリーを焼結することによってSiC焼結体を得る焼結工程と
を有し、
前記スラリーにおいて、前記焼結助剤粉末は、AlとYとを含み、
前記焼結助剤粉末は、前記SiC粉末と前記焼結助剤粉末との両者を合計した重量に対して、12重量%以上かつ25重量%以下であり、
Alの重量XとYの重量Yとが下記式(A)に示す関係にある、
SiC焼結体の製造方法。
37/63≦X/Y≦44/56 ・・・式(A)
A slurry preparation process for producing a slurry containing SiC powder and a sintering aid powder, and
It has a sintering step of obtaining a SiC sintered body by sintering the slurry.
In the slurry, the sintering aid powder contains Al 2 O 3 and Y 2 O 3 .
The sintering aid powder is 12% by weight or more and 25% by weight or less with respect to the total weight of both the SiC powder and the sintering aid powder.
The weight X of Al 2 O 3 and the weight Y of Y 2 O 3 are in the relationship shown in the following formula (A).
A method for producing a SiC sintered body.
37/63 ≤ X / Y ≤ 44/56 ... Equation (A)
SiC粉末と焼結助剤粉末とを含むスラリーを作製するスラリー作製工程と、
前記スラリーを焼結することによってSiC焼結体を得る焼結工程と
を有し、
前記スラリーにおいて、前記焼結助剤粉末は、AlとYとを含み、
前記焼結助剤粉末は、前記SiC粉末と前記焼結助剤粉末との両者を合計した重量に対して、12重量%以上かつ25重量%以下であり、
Alの重量XとYの重量Yとが下記式(A)に示す関係にあり、
前記SiC焼結体が原子炉の材料として使用される、
SiC焼結体の製造方法。
37/63≦X/Y≦44/56 ・・・式(A)
A slurry preparation process for producing a slurry containing SiC powder and a sintering aid powder, and
It has a sintering step of obtaining a SiC sintered body by sintering the slurry.
In the slurry, the sintering aid powder contains Al 2 O 3 and Y 2 O 3 .
The sintering aid powder is 12% by weight or more and 25% by weight or less with respect to the total weight of both the SiC powder and the sintering aid powder.
The weight X of Al 2 O 3 and the weight Y of Y 2 O 3 are in the relationship shown in the following formula (A).
The SiC sintered body is used as a material for a nuclear reactor.
A method for producing a SiC sintered body.
37/63 ≤ X / Y ≤ 44/56 ... Equation (A)
SiC繊維の表面にSiCアモルファス層をポリマー溶融含浸熱分解法で形成するSiCアモルファス層形成工程
を含み、
前記焼結工程では、前記SiCアモルファス層の表面に前記スラリーを設けた後に当該スラリーを焼結することによってSiCモノリシック層を形成すると共に、前記SiCアモルファス層が結晶化する、
請求項1または請求項2に記載のSiC焼結体の製造方法。
Including a SiC amorphous layer forming step of forming a SiC amorphous layer on the surface of a SiC fiber by a polymer melt impregnation thermal decomposition method.
In the sintering step, the SiC amorphous layer is formed on the surface of the SiC amorphous layer, and then the slurry is sintered to form a SiC monolithic layer, and the SiC amorphous layer is crystallized.
The method for producing a SiC sintered body according to claim 1 or 2.
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