JPH0127993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高密度炭化珪素質焼結体の製造方法に
関するものである。 炭化珪素は従来より硬度が高く、耐摩耗性にす
ぐれ、熱膨張率が小さく、また分解温度が高く、
耐酸化性が大きく、化学的に安定でかつ一般にか
なりの電気伝導性を有する有用なセラミツクス材
料として知られている。この炭化珪素質の高密度
焼結体は上記の性質に加え強度が高温まで大き
く、耐熱衝撃性にすぐれ、高温構造材料として有
望とされ、ガスタービン用をはじめとして種々の
用途にその応用が試みられている。 炭化珪素質焼結体はホツトプレス焼結、常圧焼
結、反応焼結、再結晶、化学的蒸着などの方法に
よつて作製される。これらの方法のなかで工業的
に最も有利な方法は常圧焼結法と考えられる。常
圧焼結法によればセラミツクス材料の成形に一般
に用いられるプレス法、泥漿鋳込法、押出成形
法、射出成形法などの方法により成形することが
でき複雑形状品、大寸法品、肉厚品を最も容易に
生産性良く製造することができる。しかもこの方
法による製品には反応焼結、再結晶法による製品
に比べ高性能が期待できる。 しかし、炭化珪素は共有結合性の強い化合物で
あるため常圧焼結法の場合、ホツトプレス焼結法
の場合も同様であるが単独では焼結が困難であ
り、高密度の焼結体を得るためには何らかの焼結
助剤の添加が必要である。焼結助剤としてはホウ
素あるいはホウ素化合物またアルミニウムあるい
はアルミニウム化合物などが知られている。さら
にこれらに炭素を添加することもある。 しかし、常圧焼結法の場合このような焼結助剤
を加えても通常の方法により良好な高性能高密度
焼結体を得ることは難しい。特に焼結時に、焼結
助剤を含む炭化珪素質成形体が分解しやすく、こ
のために成形体が充分に緻密化しないことが問題
となる。 この問題は、小さな試料成形体を作る場合もそ
うであるが、複雑形状品、大寸法品、肉厚品を均
質な高密度品としてしかも生産性良く製造しよう
とする時、特に大きな問題となる。 本発明はアルミニウム及び／又はアルミニウム
化合物を焼結助剤として含有する炭化珪素質成形
体を常圧焼結する際に成形体が分解し、緻密化が
抑制されるのを防止し、高密度な焼結体を得るた
めの方法を提供するものである。 炭化珪素質は炭化珪素成形体の焼結温度では分
解を開始する。すなわち炭化珪素は大気圧下では
溶融せず、2000℃以上になると昇華し始め、さら
に高温になると炭素と珪素リツチな蒸気に分解す
る。炭化珪素質の高密度焼結体を得るのに必要な
成形体の焼結温度は一般に1900〜2300℃であり、
この高温度域では炭化珪素は昇華、分解をはじ
め、珪素、Si₂Cなどの気体を発生する、そこで炭
化珪素質成形体を珪素、Si₂Cなどの気体を含む雰
囲気中で焼成すれば成形体の炭化珪素の昇華、分
解を抑えることができる、しかし実際には炭化珪
素の分解は単純ではない。すなわち成形体中に含
まれる焼結助剤あるいは炭化珪素粒子表面のシリ
カ層あるいは他の不純物あるいは雰囲気中に含ま
れる微量酸素などの相互反応が起こる。 そこで焼成中における成形体の分解を防止し、
より高密度の焼結体を作るためには成形体の分解
により発生する気体の平衡蒸気圧以上に雰囲気中
のそれらの気体の分圧を保持することが好まし
い。 焼結助剤にアルミナなどの酸化物を使用する場
合にはもちろんであるが、そうでない場合にも上
に記したような理由により炭化珪素の分解には酸
素が関与することが多い、酸素が存在すると、一
酸化珪素（SiO）、一酸化炭素（CO）などの気体
が発生すると考えられる。そこでこれらの気体の
焼成雰囲気における分圧を高めることも成形体の
分解を抑えるためには必要となる。 以上のような観点から炭化珪素質成形体の分解
防止につき種々検討した結果、本発明に至つたも
ので、本発明はアルミニウム及び／又はアルミニ
ウム化合物を焼結助剤として含有する炭化珪素質
成形体を珪素及び／又は炭素を成分として含む雰
囲気のもとで焼成することを特徴とする高密度炭
化珪素質焼結体の製造方法を要旨とするものであ
る。 次に実施の方法について説明する。 珪素及び／または炭素を成分として含む雰囲気
は各種の方法で作られるが、１つの方法としては
焼成炉中にこれら気体を導入あるいは封入して達
せられる。珪素を含むガスはSi，SiCl₄，SiH₄，
SiOなどとして、炭素を含むガスは炭化水素、
COなどとして導入することができる。通常雰囲
気は窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス
にこれらの気体を混合して使用される。また別の
方法として、これら気体を焼結温度において発生
するような粉末あるいは成形体あるいは焼結体を
炭化珪素質成形体の周囲に配しておくことも有効
な方法である。かかる粉末あるいは成形体あるい
は焼結体は、好ましくは珪素、珪素化合物のいず
れか１つ又は２つ及び／又は炭素、炭素化合物の
いずれか１つ又は２つからなる。 これらの粉末を炭化珪素質成形体の周囲に配す
方法としては該粉末中に成形体を埋設する方法と
該粉末を内面に塗布した炭素製または炭化珪素製
サヤ材中に成形体を載置する方法が考えられる。
該粉末中に埋設する方法は成形体の分解をよく抑
制し好ましい。しかし大寸法、複雑形状の成形体
には不適である。これに対し、該粉末をサヤ材に
塗布する方法は種々の形状の製造に適し、該粉末
中に埋設する場合と同等の高密度焼結体を得るこ
とができる。粉末塗布の方法においては粉末はア
ルコール、アセトンなどの有機溶媒あるいは水と
混合され泥漿とされサヤ材に塗布されてもよい。 またこの時ポリビニルアルコールなどの結合剤
を泥漿に混合することもできる。 上記の粉末埋設の方法においては粉末として炭
化珪素、シリカ、一酸化珪素、炭素等の種々のも
のを使用できるが好ましいのは炭化珪素粉あるい
は／及び炭素粉からなる粉末である。 粉末塗布の場合には炭化珪素粉、炭素粉の他に
フエノール樹脂、ポリメチルフエニレンなどの残
炭量の多い高分子芳香族化合物を使用することも
可能である。また、粉末あるいは未焼成の成形体
を使用する代わりに焼結体を使用することもでき
る。 実施例 炭化珪素粉末としては市販の純度99％、平均粒
径１ミクロン以下のものを用いた。この炭化珪素
粉末に焼結助剤を第１表に示す配合割合にて配合
し、プラスチツクス製ポツトに入れ、プラスチツ
クス製ボールによりアセトンの存在下で充分混合
した。次いでこれを乾燥し、機械プレスにより
200Kg／cm²で成形し20×20×40mmの成形体を得た。
次にこれを抵抗加熱炉により第１表に示す各種の
雰囲気条件により2000℃にて１時間焼成した。 以上の結果、比較例に示した通常の方法による
場合に比べ、本発明の方法による場合には高密度
の炭化珪素質焼結体が得られることがわかる。

【表】 第１表において、雰囲気は何れもアルゴンガス
１気圧下であり、 なし；成形体を容器なしで炉中に設置。 埋設；成形体を方式の右欄の種類、配合量によ
りなる粉末中に埋設。 塗布；炭素容器内面に、方式の右欄の種類、配
合量より成る粉末にエチルアルコールを
加えた泥しようを塗布し、乾燥後にこの
中に成形体を戴置、塗布厚みは約0.5mm。 導入；アルゴンガスを温度をコントロールした
SiHCl₃液中に吹き込んでアルゴンガス
をキヤリヤとして系内へ導入、系内濃度
（初期濃度）を約１重量％とした。 焼成炉の加熱域に置かれた、或は導入された雰
囲気成分は高温下で反応して他の化合物に変化す
る。 反応は複雑な平衡反応なので詳細は不明である
が、以下のような反応が起きている。 SiC＋2SiO₂（SiCの表面が酸化している）→
3SiO＋COC＋SiO₂→SiO＋CO フエノール樹脂→HCHO（ホルマリン）＋HC
（ハイドロカーボン）＋H₂＋CHCHO→CO＋H₂ 4SiHCl₃→3SiCl₄＋Si＋2H₂ SiHCl₃＋H₂→Si＋3HCl 従つて焼成雰囲気中にはこのような化学成分が
存在していることになる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウム及び／又はアルミニウム化合物
   を焼結助剤として含有する炭化珪素質成形体を、
   珪素及び／又は炭素を成分として含む雰囲気のも
   とで焼成することを特徴とする高密度炭化珪素質
   焼結体の製造方法。 ２ 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
   珪素、珪素化合物のいずれか１つ又は２つ以上及
   び／又は炭素、炭素化合物のいずれか１つ又は２
   つ以上から形成される特許請求の範囲第１項の製
   造方法。 ３ 雰囲気が不活性ガスを含む特許請求の範囲第
   １項又は第２項の製造方法。 ４ 珪素化合物が炭化珪素、シリカ、一酸化珪素
   である特許請求の範囲第２項の製造方法。 ５ 炭素化合物がフエノール樹脂、ポリメチルフ
   エニレンなどの高分子芳香族化合物である特許請
   求の範囲第２項の製造方法。