JPH01230476A

JPH01230476A - ＳｉＣ−金属炭化物複合セラミックスの製造方法

Info

Publication number: JPH01230476A
Application number: JP63055964A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Matsubayashi; 重治松林; Goro Saiki; 斎木　五郎; Hidehiro Endo; 遠藤　英宏
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1989-09-13
Also published as: JPH0527591B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ＳｉＣ−ＴｉＣ，ＳｉＣ−ＺｒＣなどの炭化
珪素−金属炭化物複合セラミックスの製造方法に関する
ものであり、より詳しくは、金属珪化物と炭素および／
または炭素化合物、さらに焼結助剤を出発原料として、
より緻密で高強度の、良導電性を有する、放電加工性が
良好な、ＳｉＣ−金属炭化物複合セラミックスの製造方
法に関するものである。

従来の技術ＳｉＣは、高温高強度、耐酸化性に優れ、ガスタービン
や各種エンジン部品等の高温構造材料として、注目を集
めている。しかしながら、一般にセラミックス材料は脆
性材料である。その中でも、ＳｉＣ焼結体は、特に破壊
靭性値が低く、加工も難しい。例えば、表面や内部の微
小欠陥が存在すれば軽い衝撃によって容易に破壊してし
まう。

そこで、ＳｉＣセラミックスの靭性を向上させ、導電性
を高め放電加工を可能にする目的で複合化することが行
なわれている。例えば特開昭５７−１９８７７０号には
、この主旨でＳｉＣ−ＴｉＣ、ＳｉＣ−ＺｒＣなどのＳ
ｉＣ−遷移金属炭化物複合セラミックスが開示されてい
る。

上記複合セラミックスの製造方法は、ＳｉＣ粉末とＴｉ
Ｃ，ＺｒＣなどの遷移金属炭化物粉末とを機械的に混合
し焼結するものである。このような方法では焼結体の強
度が結晶粒の大きさ（従来法では３−３−５０ＩＬに支
配されることより、十分強度のあるものが得られておら
ず、微細な組織を有する焼結体が望まれていた。また、
従来法では、粒径のそろった粒子でプレス成形しても、
ブリッジングや異形状粒子による充填の際の異方性、さ
らに粒子間の吸着水や静電気力による凝集に起因する欠
陥やボアが残留し易い問題点があった。

発明が解決しようとする課題本発明は、主原料粉末としてＴｉ、　Ｚｒなどの金属珪
化物を用い、かつその融点以上で、その構成元素である
金属および珪素のそれぞれと炭素とを反応焼結させるこ
とによって、原料粉末である一次粒子の大きさおよび形
状にとられれずに、より微細かつ緻密な微構造組織を有
するＳｉＣ−金属珪化物複合セラミックス焼結体を得よ
うとするものである。そのことによって、密度及び機械
的性質の向上とともに、導電性をもより高くし、放電加
工を可能としようとするものである。

課題を解決するための手段・作用本発明は、ＴｉＳｉ２　、　ＺｒＳｉ２などの金属珪化
物と該金属珪化物の金属ならびに珪素のそれぞれを炭化
するために必要な化学当量の１．０〜１．２倍の炭素お
よび／または焼成昇温時に熱分解することによって残炭
する化合物と焼結助剤とを配合したセラミックスの原料
粉末を、金属珪化物の融点以上（例えば、Ｔｉ５ｉ２ｃ
ｙ）融点は１５４０℃、ＺｒＳｉ２は１５２０℃など）
で、常用の方法による焼結を行なうことによって、金属
と珪素とをそれぞれ炭化し、焼結させ、高導電性を有す
る緻密なＳｉＣ−金属炭化物複合セラミックスを製造す
るものである。

本発明をより詳しく説明すれば、金属珪化物は遷移金属
珪化物またはＭｇ、’　Ｃｅの珪化物であり、代表的に
は、ＴｉＳｉ、　ＴｉＳｉ２　、　ＺｒＳｉ２　、　Ｎ
ｂＳｉ２　、　ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉ２　、　ＴａＳｉ２
　、　ＨｆＳｉ２　、　ＷＳｉ、　ＷＳｉ２　、　ＷＳ
ｉ２、ＭｇＳｉ２　、　ＧｅＳｉ２の少なくとも１種か
ら成り、炭素および／または焼成昇温時に熱分解するこ
とによって残炭する化合物が、カーボンブラック、アセ
−チレンブラック、フェノール樹脂、ポリビニルアルコ
ール、コンスターチ、糖類、コールタールピッチ、ポリ
カルボシランなどの１種もしくは２種以上を組みあわせ
たものからなり、焼結助剤が、ＳｉＣの焼結助剤として
、公知の硼素あるいは硼素化合物、アルミニウムあるい
はアルミニウム化合物、酸化ジルコニウム、酸化イツト
リウム曝どがら選ばれる１種以上からなる原料を用い、
配合した金属珪化物の融点以上で焼成するＳｉＣ−金属
炭化物複合セラミックスの製造方法である。

炭素の量としては、化学当量の１．２倍を超えると、残
炭する量が多くなることによって、機械的強度が著しく
劣化するが、１．０〜１．２倍当量の範囲であれば、珪
化物表面の酸化物層を除去でき、未反応の珪化物を残さ
ず、機械的強度も高い。また、この量が１．０当量未満
では、未反応の珪化物が残留し、機械的性質を劣化させ
る。

常用の焼結方法としては、常圧焼結、雰囲気加圧（熱間
静水圧加圧焼結：ＨＩＰ法を含む）、またはホットプレ
ス法がある。

又、焼結助剤の量が生成するＳｉＣの重量に対して、　
０．１ｗｔ％未満では焼結を促進する効果が少なく、５
ｗｔ％を超えると、焼結体の材質劣化をきたすので好ま
しくない。

作用本発明によれば、主原料粉末である金属珪化物をその融
点以上で、その構成元素である金属および珪素のそれぞ
れと炭素とを反応焼結させるので、原料粉末の一次粒子
の大きさおよび形状にとられれなく、より微細かつ緻密
な構造を付与することが出来、高雀度、高電導率のＳｉ
Ｃ−金属炭化物複合セラミックスが得られる。

この複合セラミックスについては、Ｘ線回折によって調
べたところ、完全に炭化反応が起こっており、ＳｉＣと
金属炭化物のピークのみであった。

また、焼結体をＴＥＭ観察により、従来のＳｉＣと金属
炭化物の機械的混合によるＳｉＣ−金属炭化物複合セラ
ミックスより細かい組織より成っ、ていることを確認し
た。

実施例７ｉＳｉ２粉末（平均粒径２．５ｐｍ、純度９８．０％
以上）などの遷移金属珪化物に、カーボンブラックを化
学量論比に見あう重量（ＴｉＳｉ２１　＋＊ｏｌに対し
３　＋ｍｏｌ当量）、反応により生成するＳｉＣに対し
、焼結助剤として０．５重量比の炭化硼素（８４Ｇ）　
、バインダーとして１．０重量比のフェノール樹脂をボ
ールミルにより混合し、得られた粉末を２２００℃、４
０　ＭＰａ、　Ａｒ不活性雰囲気中、２昨間ホットプレ
ス焼結、またはＡｒガス中の常圧焼結を行なった。

焼結体は、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠し３脂層Ｘ　４　
ｍｍＸ　４０ａｍの試験片に加工し、アルキメデス法に
より密度を測定した後、常温及び１５００℃での抗折強
度を調べた。また、焼結体の破壊靭性値及び比抵抗値は
、それぞれ５ＥＰＢ法、直流四端子法（端子間圧＃５■
）によって測定した。

この結果を、第１表に示す。また、比較例として示した
２ＳｉＣ−ＴｉＣ系は、ＳｉＣが０．３ｐＬｍ、　Ｔｉ
Ｃが３ｇｍの平均粒子径をもつ原料粉末を用い、ホット
プレス法による焼結を行なった例である。

第１表には、各種金属珪化物のそれぞれの成分での焼結
例を示した。

（以下余白）発明の効果本発明のように、金属珪化物と炭素および／または熱処
理によって残炭する化合物と焼結助剤とを混合したセラ
ミックスの原料粉末を、金属珪化物の融点以上で、常圧
、雰囲気加圧、並びに、ホットプレス法による焼結を行
なうことによって、金属と珪素とがそれぞれ炭化し、反
応焼結するＳｉＣ−金属炭化物複合セラミックスが得ら
れるため、高密度で、微細かつ緻密な高強度、高導電性
の材料が製造できる。

これによって、これまで加工が困難とされてきたセラミ
ックスが容易に放電加工法により形状の付与ができるよ
うになった。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属珪化物と、該金属珪化物の金属ならびに珪素
のそれぞれを炭化するために必要な化学当量の１．０〜
１．２倍の炭素および／または焼成昇温時に熱分解する
ことによって残炭する含炭素化合物とを配合した原料粉
末を、該金属珪化物の融点以上で、常用の方法によって
焼結させることを特徴とするＳｉＣ−金属炭化物複合セ
ラミックスの製造方法。
（２）金属珪化物と、該金属珪化物の金属ならびに珪素
のそれぞれを炭化するために必要な化学当量の１．０〜
１．２倍の炭素および／または焼成昇温時に熱分解する
ことによって残炭する含炭素化合物と、生成するＳｉＣ
に対して０．１〜５ｗｔ％の焼結助剤とを配合した原料
粉末を、該金属珪化物の融点以上で、常用の方法によっ
て焼結させることを特徴とするＳｉＣ−金属炭化物複合
セラミックスの製造方法。
（３）焼結助剤として、硼素あるいは硼素化合物、アル
ミニウムあるいはアルミニウム化合物、酸化ジルコニウ
ム、酸化イットリウムから選ばれる１種以上、を用いる
請求項１記載のＳｉＣ−金属炭化物複合セラミックスの
製造方法。