JPH0225867B2 - - Google Patents

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JPH0225867B2
JPH0225867B2 JP59176100A JP17610084A JPH0225867B2 JP H0225867 B2 JPH0225867 B2 JP H0225867B2 JP 59176100 A JP59176100 A JP 59176100A JP 17610084 A JP17610084 A JP 17610084A JP H0225867 B2 JPH0225867 B2 JP H0225867B2
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JP
Japan
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boron
silicon carbide
sintering
sintered body
powder
Prior art date
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Application number
JP59176100A
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Japanese (ja)
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JPS6153166A (en
Inventor
Keizo Otani
Mikio Sakai
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) この発明は、炭化珪素粉末を無加圧の状態で焼
結する無加圧炭化珪素焼結体の製造方法に関す
る。 (従来技術) 従来の無加圧炭化珪素焼結体の製造方法として
は、特開昭56−92167号公報に示されているよう
に、 原料秤量 懸濁分散 乾燥 成形 焼結 の手順で行われる。原料秤量工程では、天秤等
により、SiC粉末硼素含有添加剤、炭素質添加剤
等を所定の量だけ秤量する、硼素含有添加剤とし
ては、硼素粉体もしくは、炭化硼素粉末のいづれ
かを選ぶのが一般的である。炭素添加剤としては
レゾール型もしくはノボラツク型のフエノール樹
脂、コールタールピツチ、ポリフエニレンのよう
な焼結開始時に炭素状態で存在する各種有機物質
あるいは、カーボンブラツク、アセチレンブラツ
クのような熱分解炭素が用いられる。これら、硼
素及び炭素の効果について、定説はないが、この
助剤系により、初めてβ−SiCの高密度常圧焼結
に成功したProchazkaらによれば、炭化珪素粉末
が難焼結性であるのは、粒界エネルギーと表面エ
ネルギーの比(γgb/γsv)が熱力学的な制限値√
3よりも大きいためであり、硼素及び炭素の働き
により、粒界エネルギーは減少し表面エネルギー
は増大するため、この制限値以下になり、熱力学
的に密化が生じる様になると主張されている。こ
の場合、0.2%未満では効果がなく、又0.3%以上
添加しても高価になるだけであまり効果がなく多
過ぎるとかえつて得られる焼結体の強度が低下す
る。さらに炭素については、炭化珪素粒子は常温
で常にシリカ膜で被覆されており、このシリカ膜
のために、炭化珪素粉の自己焼結が阻害されるの
で、前記シリカ膜を還元除去して、炭化珪素粒子
間の焼結性を高める効果も考えられている。添加
量としては、0.1%〜1.0%が好ましく、少ないと
前記効果が無く、多すぎても焼結体の強度が低下
する。 懸濁分散工程では、ボールミル等の分散装置
を用いて、で秤量した原料を、分散溶媒中へ懸
濁分散する。分散溶媒としては、アセトンもしく
はエタノールが一般的であるSiCは、ビツカース
硬度で2800と、非常に硬質であるため、分散混合
時に、分散装置を形成する容器あるいはボール等
の損耗が激しく、この摩耗粉が懸濁液に混入し、
の焼結工程において支障をきたす。そのため、
分散装置の懸濁液に接する部分は、超硬材質(タ
ングステンカーバイド)とするのが一般的であ
る。の乾燥工程は、懸濁液中の分散溶媒を、乾
燥除去し、最終的に、原料成分が均一に混合され
た混合粉末を得る工程であり、工業的には、スプ
レードライヤーを用いて、熱気流中へ、懸濁液を
噴霧して乾燥粉を得るのが一般的である、使用す
る分散溶媒によつても異なるが、この工程中、材
料(懸濁液から乾燥粉にいたるまで)は、100℃
ないし200℃の温度に加熱される。 の成形工程は、工業的に次の2つに大別され
る。 (1) 静水圧プレス成形(CIP成形) (2) 射出成形 CIP成形は、比較的単純形状の部品を成形する
際、用いる成形法であり、で得られた乾燥粉
を、ゴム型に充填し、これに1ないし2t/cm2の静
水圧をかけ、目的形状に成形する方法である。 又、射出成形は、複雑形状の部品を成形する
際、用いる成形法であり、で得られた混合粉
と、熱可塑性プラスチツク、ワツクス等で構成さ
れるバインダー成分とを、混練したものを粉砕
し、これを、通常プラスチツクで行なわれている
射出成形と同様の方法で、成形する方法である。
このようにして得た成形体は、の焼結を行なう
以前に、熱処理を施し、バインダー成分を分解除
去する。 いずれの成形法についても、粉末成形体の理論
密度比は、59wt%以下である。 の焼結工程では、で得た成形体を、Arガ
ス気流中もしくは、真空中の非酸化性雰囲気に
て、1650℃迄は毎分5℃の割合で昇温し、1650℃
で30分保持した後、再び毎分5℃の割合で昇温し
て2100℃に達したら30分保持して、以下冷却する
温度プログラムにて、焼成し、ち密化させる。構
造用セラミツクスとしては、十分な機械的強度を
得るため、理論密度の95%以上のち密化が必要で
ある。 前記焼成温度条件のうち、1650℃の温度で30分
間保持する意図は、ち密化開始(約1750℃以上)
以前に、 (1) 添加した硼素を、炭化珪素粉末表面へ、、均
一に拡散させる。 (2) 炭素による、炭化珪素表面のシリカ還元を促
進させる。 である。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の無加圧炭化珪
素焼結体の製造方法にあつては、懸濁装置を形成
する超硬部材の損耗により混入するタングステン
が、添加した硼素と反応してβ−WBもしくは、
W2B5なる化合物を生成し、焼結助剤として添加
したホウ素を浪費するばかりでなく、粉末成形体
の密度が十分でなかつたため、0.3wt%未満の硼
素添加量では、構造用セラミツクスとして要求さ
れる理論密度比90wt%以上の焼結体は得られな
いという問題点があつた。 (問題点を解決するための手段) この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので炭化珪素粉末に、硼素成分およ
び炭素成分を含む焼結助剤粉末を加えてなる原料
粉末を分散装置を用いて分散媒質中に懸濁させて
混合した後、分散媒質を除去してなる混合物を成
形した後、非酸化性雰囲気にて焼結する無加圧炭
化珪素焼結体の製造方法において、分散装置から
のタングステン混入を100ppm以下とし、硼素の
浪費を防止すると共に、焼結以前の粉末成形体の
理論密度比を60wt%以上とすることにより、上
記問題点を解決することを目的としている。 さらに、焼結する工程において、焼結収縮開始
以前に、前記成形体を焼結収縮開始温度以下の温
度で、下式で計算される時間以上加熱するように
することが好ましい。 t0=83.6×(ρBγB/ρGWB2/3/exp(−31900/T
)……(1) t:加熱保持時間(時間) ρB:添加硼素の密度(g/cm3) γB:添加硼素の平均粒径(cm) ρG:粉末成形体の密度(g/cm3) WB:硼素の添加量(重量%) T:加熱温度(〓) (作用) 1 タングステン混入量低減による作用 添加したホウ素と、混入したタングステンが
化合し、β−WBもしくは、W2B5なる化合物
を生成し、焼結助剤として添加した硼素を浪費
する(X線回析により、確認した) そのため、タングステン混入量を低減すると
浪費される硼素量が少なくなり、その結果本実
施例における0.3wt%未満の低硼素添加量でも、
十分ち密な焼結体が得られるものと考える。 2 成形体の理論密度比を60%以上とすることに
よる作用 成形体中における、硼素粉末間の距離X0(1
次粒子として存在するとして)は、次式で示さ
れ、当然のことながら、硼素添加量が少なくな
ればなる程その距離は、長くなる。 但し、記号内容は(1)式に同じ 成形体密度を向上させることにより、(2)式に
おけるρの値が大きくなり、結果として、X0
の値が小さくなる。そのためホウ素拡散に要す
る時間t0が短縮される。 さらに、粉末成形体を生成するに際し、成形
圧(静水圧)を高くしたため、従来圧力で破壊
されなかつた、原料成分の2次凝集体が破壊さ
れ、拡散しやすくなるものと思われる。 3 焼結収縮前の熱処理の作用 無加圧炭化珪素焼結において、添加したホウ
素を、焼結収縮を開始する以前に、粉末成形体
中で、炭化珪素粉表面に均一に拡散させておく
ことが、ち密化を均一に起こさせ、到達密度の
高い焼結体を得る上で、重量であると考える。 成形体中における硼素粉末間の距離は前述の
ように(2)式で表わされる。 一方、成形体中におけるホウ素の表面拡散係
数をDとすると、温度T(〓)で、t(秒)保持
した時の拡散距離xは、次式で近似される。 x≒√ ……(3) ∴t≒x2/D ……(3)′ 従つて、ホウ素添加量が少なくなる程、均一
に拡散させるための熱処理時間は長くなる。 以上のことから、焼結収縮開始以前に、硼素
拡散のため焼結収縮開始温度以下で、焼結収縮
開始温以下200℃よりは高い温度、好ましくは、
焼結収縮開始温度以下100℃での熱処理を施こ
したものは、硼素の拡散が促進され、その結
果、0.3wt%未満(実施例では0.2wt%)の低硼
素添加量でも十分ち密な焼結体が得られるもの
と考える。 (1)式は、成形体中におけるホウ素の表面拡散
係数Dを、 D≒5.46×10-4exp{−63.34×103/1.986×T}……(4
) で近似し、(2)式及び(4)式を(3)′式に代入し、さ
らに、本実験結果から得た補正係数を乗じた経
験式である。 4 凍結乾燥法の作用 凍結乾燥法は、その乾燥原理から、従来のス
プレードライヤー等による加熱乾燥法に比し
て、懸濁分散液中における原料成分の分散均一
性を害さずして、分散溶媒を乾燥除去できる。
そのため、乾燥粉末中における焼結助剤(特に
硼素)の分散状態は、スプレードライヤ等に比
較して、均一であると考える。従つて、同一焼
結温度プログラムで焼結を行つた場合、拡散に
よる硼素の分布は、より均一になると考える。 又、本法によれば、懸濁液乾燥時の雰囲気
は、低温、低酸素分圧であるため、前記した、
硼素の酸化浪費も、低減できるものと考える。
これに対し、スプレードライヤーによる乾燥を
行つた場合雰囲気は、常圧でしかも、温度が
180℃と、高いことから、添加硼素が酸化浪費
されるため、0.3wt%未満の硼素添加でのち密
化は困難になるものと思われる。 (実施例) 第1表に示す如く硼素添加量、タングステン混
入量、粉末成形体の理論密度比、スラリーの乾燥
条件(乾燥雰囲気の温度及び酸素分圧)、焼結雰
囲気の酸素分圧、硼素の拡散処理条件(温度及び
保持時間)を変化させて、常圧焼結炭化珪素焼結
体を得て、その重量及び体積の測定から、各焼結
体の理論密度比を求めた。 その結果を同じく第1表に示す。 焼成は次の工程で行なつた。 原料秤量 ボールミルで、原料粉末を分散溶媒中に懸濁
し、スラリー作成 スラリー乾燥 乾燥粉末をゴム型に充填 静水圧でプレス成形 焼結前熱処理 焼結 工程においては、炭化珪素粉末として、イビ
デン(株)のβ−ランダム(ウルトラフアイン)、硼
素成分としてセラツク(株)の硼素粉末、炭素成分と
して、住友デユレツ(株)のレゾール型フエノール樹
脂PR50404を用いた。 工程においては、炭化珪素粉末、硼素粉末お
よび前記フエノール樹脂(以上を原料という)の
総量を100g、分散媒質として1,4−ジオキサ
ン200c.c.を容量0.7のボールミルのポツトに入
れ、70r.p.mで25時間混合した。ボールは、10mm
φで250個用いた。尚、タングステン混入量を変
えるために、ボールとして、超硬ボール(タング
ステンカーバイド)及び炭化珪素ボールの2種類
を混合して用いており、その混合比率によりタン
グステン混入量を調節した。 前記条件においては、超硬ボールの混合比率と
タングステン混入量との関係を予備実験で求めた
ところ、10%で22ppm、15%で40ppm、20%で
40ppm、25%で69ppm、30%で109ppmという結
果を得たので、この結果を基にして、所定のタン
グステン混入量に設定した。 の乾燥工程では、実施例13、14、15、25、
26、27については凍結乾燥法を用い、その他の実
施例については、真空加熱乾燥法を用いる、真空
加熱乾燥方法は、通常の真空加熱乾燥器中にスラ
リーを放置して、分散溶媒(1,4−ジオキサ
ン)の乾燥除去を行つた。この時の真空度は、約
1mmHg(酸素分圧で0.2mmHg)である。凍結乾燥
法は、一たんスラリーを凍結させ、この凍結体を
減圧下に置き、分散溶媒(1,4−ジオキサン)
を、昇華乾燥させる凍結乾燥法を用いて、乾燥を
行つた。この場合の乾燥雰囲気は温度10℃、真空
度13mmHg(酸素分圧で2.7mmHg)である。 の工程では、直径30mmの球状のゴム型内に、
工程を終了したた乾燥粉末10gを充填した後、
密封した。 の静水圧でプレス工程においては静水圧力の
大きさにより、成形体の理論密度比を調節した。
あらかじめ、静水圧力と、成形体の理論密度比と
の関係を予備実験で求めたところ、成形静水圧力
1t/cm2では56.5%、2t/cm2では59.1%、3t/cm2
は60.3%、4t/cm2では61%であり、この静水圧力
をもつて、成形体の理論密度比を調節した。 の焼結前前処理の工程においては、成形体
を、高周波誘導加熱焼結炉中で、真空度5×10-3
mmHgの雰囲気にて、温度1650℃迄、5℃/分の
割合で昇温し、1650℃での所定時間保持した後、
降温した。尚、予備実験で、焼結収縮開始温度は
1800℃であることを確認した。 本実施例においては、(1)式で求めたt0は、WB
=0.25%として、t0は3、1時間となる。したが
つて、実施例1では、保持時間(t)が0.5時間
で、t/t0は16.1%となる。 の焼結工程においては、高周波誘導加熱焼結
炉付帯の真空排気系(油拡散ポンプ−メカニカル
ブースター油回転真空ポンプ)中の油拡散ポンプ
の油温をコントロールすることにより、焼結中の
真空度を調節した。焼結温度は2100℃30分で2100
℃までは5℃/分で昇温した。 比較例 1〜6 タングステン混入量を増した以外は実施例と同
様にして焼結体を作成し、抗折強度を測定し、そ
の結果を第2表に示した。 比較例 7 成形体の理論密度比を59%とした以外は実施例
と同様にして焼結体を作成し、抗折強度を測定
し、その結果を第2表に示した。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing a pressureless silicon carbide sintered body by sintering silicon carbide powder in a pressureless state. (Prior art) The conventional method for producing a pressureless silicon carbide sintered body includes the steps of weighing raw materials, suspending and dispersing, drying, molding, and sintering, as shown in JP-A No. 56-92167. . In the raw material weighing process, a predetermined amount of SiC powder, boron-containing additive, carbonaceous additive, etc. is weighed using a balance, etc. As the boron-containing additive, either boron powder or boron carbide powder is selected. Common. As carbon additives, various organic substances existing in a carbon state at the start of sintering such as resol type or novolak type phenolic resin, coal tar pitch, and polyphenylene, or pyrolytic carbon such as carbon black and acetylene black are used. . There is no established theory regarding the effects of boron and carbon, but according to Prochazka et al., who succeeded in high-density atmospheric pressure sintering of β-SiC for the first time using this auxiliary agent system, silicon carbide powder is difficult to sinter. The reason is that the ratio of grain boundary energy to surface energy (γ gbsv ) is the thermodynamic limit value √
It is argued that this is because the grain boundary energy decreases and the surface energy increases due to the action of boron and carbon, so that it becomes less than this limit value and densification occurs thermodynamically. . In this case, if it is less than 0.2%, it will not be effective, and if it is added more than 0.3%, it will only become expensive and will not be very effective, and if it is too much, the strength of the obtained sintered body will decrease. Furthermore, regarding carbon, silicon carbide particles are always covered with a silica film at room temperature, and this silica film inhibits the self-sintering of silicon carbide powder. It is also considered to have the effect of increasing the sinterability between silicon particles. The amount added is preferably 0.1% to 1.0%; if it is too small, the above effect will not be achieved, and if it is too large, the strength of the sintered body will be reduced. In the suspension and dispersion step, the weighed raw materials are suspended and dispersed in a dispersion solvent using a dispersion device such as a ball mill. Acetone or ethanol is commonly used as a dispersion solvent. SiC is extremely hard with a Vickers hardness of 2800, so during dispersion and mixing, the containers and balls that form the dispersion device are subject to severe wear and tear. mixed into the suspension,
This causes problems in the sintering process. Therefore,
The portion of the dispersion device that comes into contact with the suspension is generally made of superhard material (tungsten carbide). The drying process is a process in which the dispersion solvent in the suspension is removed by drying and finally a mixed powder in which the raw ingredients are uniformly mixed is obtained. It is common practice to obtain a dry powder by spraying a suspension into a stream.During this process, the material (from suspension to dry powder) is ,100℃
heated to temperatures between 200°C and 200°C. The molding process can be industrially divided into the following two types. (1) Hydrostatic press molding (CIP molding) (2) Injection molding CIP molding is a molding method used when molding parts with relatively simple shapes, and the dry powder obtained is filled into a rubber mold. This is a method of applying hydrostatic pressure of 1 to 2 t/cm 2 to this and molding it into the desired shape. Injection molding is a molding method used to mold parts with complex shapes, and involves kneading and pulverizing the resulting mixed powder and a binder component consisting of thermoplastic plastic, wax, etc. This is a method of molding this using a method similar to injection molding, which is commonly used for plastics.
The molded body thus obtained is heat treated to decompose and remove the binder component before being sintered. In either molding method, the theoretical density ratio of the powder compact is 59 wt% or less. In the sintering process, the molded body obtained in is heated at a rate of 5°C per minute up to 1650°C in a non-oxidizing atmosphere such as an Ar gas stream or a vacuum.
After holding for 30 minutes, the temperature was raised again at a rate of 5°C per minute, and when it reached 2100°C, it was held for 30 minutes, followed by firing and densification using a cooling temperature program. For structural ceramics, in order to obtain sufficient mechanical strength, it is necessary to have a densification of 95% or more of the theoretical density. Among the above firing temperature conditions, the intention of holding at a temperature of 1650℃ for 30 minutes is to start densification (approximately 1750℃ or higher)
Previously, (1) The added boron was uniformly diffused onto the surface of the silicon carbide powder. (2) Promote reduction of silica on the silicon carbide surface by carbon. It is. (Problems to be Solved by the Invention) However, in such a conventional method for producing a pressureless silicon carbide sintered body, tungsten mixed in due to wear and tear of the cemented carbide member forming the suspension device, β-WB or
In addition to producing a compound called W 2 B 5 and wasting the boron added as a sintering aid, the density of the powder compact was not sufficient. There was a problem in that it was not possible to obtain a sintered body with a theoretical density ratio of 90 wt% or more. (Means for Solving the Problems) This invention was made by focusing on such conventional problems, and is made by adding a sintering aid powder containing a boron component and a carbon component to silicon carbide powder. A pressureless silicon carbide sintered body that is produced by suspending and mixing raw material powder in a dispersion medium using a dispersion device, removing the dispersion medium, molding the mixture, and then sintering it in a non-oxidizing atmosphere. In the manufacturing method, the above problems are solved by reducing the amount of tungsten mixed in from the dispersion device to 100 ppm or less to prevent wastage of boron, and by increasing the theoretical density ratio of the powder compact before sintering to 60 wt% or more. The purpose is to Furthermore, in the sintering step, it is preferable that the molded body is heated at a temperature equal to or lower than the sintering shrinkage starting temperature for a time longer than the time calculated by the following formula before the sintering shrinkage starts. t 0 =83.6×(ρ B γ BG W B ) 2/3 /exp(−31900/T
)...(1) t: Heating holding time (hours) ρ B : Density of added boron (g/cm 3 ) γ B : Average particle size of added boron (cm) ρ G : Density of powder compact (g/cm 3 ) cm 3 ) W B : Addition amount of boron (weight %) T : Heating temperature (〓) (Effect) 1 Effect by reducing the amount of tungsten mixed The added boron and the mixed tungsten combine to form β-WB or W 2 A compound called B5 is generated and the boron added as a sintering aid is wasted (confirmed by X-ray diffraction). Therefore, reducing the amount of tungsten mixed in will reduce the amount of boron wasted, and as a result, this implementation Even with a low boron addition amount of less than 0.3wt% in the example,
It is believed that a sufficiently dense sintered body can be obtained. 2. Effects of setting the theoretical density ratio of the compact to 60% or more Distance between boron powders in the compact x 0 (1
(assuming it exists as secondary particles) is expressed by the following formula, and as a matter of course, the smaller the amount of boron added, the longer the distance becomes. However, the symbol content is the same as in equation (1).By increasing the density of the compact, the value of ρ in equation (2) increases, and as a result, X 0
The value of becomes smaller. Therefore, the time t 0 required for boron diffusion is shortened. Furthermore, since the molding pressure (hydrostatic pressure) was increased when producing the powder compact, secondary aggregates of the raw material components that were not destroyed by conventional pressure are thought to be destroyed, making them easier to diffuse. 3 Effect of heat treatment before sintering shrinkage In pressureless silicon carbide sintering, the added boron must be uniformly diffused on the silicon carbide powder surface in the powder compact before sintering shrinkage starts. However, weight is considered to be an important factor in uniformly densifying the material and obtaining a sintered body with a high density. The distance between the boron powders in the compact is expressed by equation (2) as described above. On the other hand, if the surface diffusion coefficient of boron in the molded body is D, the diffusion distance x when the temperature is maintained at T (〓) for t (seconds) is approximated by the following equation. x≒√ ...(3) ∴t≒x 2 /D ...(3)' Therefore, the smaller the amount of boron added, the longer the heat treatment time for uniform diffusion. From the above, before the start of sintering shrinkage, the temperature is below the sintering shrinkage starting temperature for boron diffusion, but higher than 200°C below the sintering shrinkage starting temperature, preferably.
When heat treated at 100℃ below the sintering shrinkage start temperature, boron diffusion is promoted, and as a result, even with a low boron content of less than 0.3wt% (0.2wt% in the example), sufficiently dense sintering is possible. I think it will give you a solid body. Equation (1) expresses the surface diffusion coefficient D of boron in the compact as follows: D≒5.46×10 -4 exp{−63.34×10 3 /1.986×T}...(4
), substituting equations (2) and (4) into equation (3)′, and further multiplying by the correction coefficient obtained from the results of this experiment. 4. Effects of freeze-drying method Because of its drying principle, freeze-drying method can reduce the dispersion solvent without impairing the dispersion uniformity of the raw material components in the suspension dispersion, compared to the conventional heating drying method using a spray dryer etc. can be removed by drying.
Therefore, the state of dispersion of the sintering aid (particularly boron) in the dry powder is considered to be more uniform than in a spray dryer or the like. Therefore, if sintering is performed using the same sintering temperature program, the distribution of boron due to diffusion will be more uniform. In addition, according to this method, the atmosphere during drying of the suspension is low temperature and low oxygen partial pressure, so that the above-mentioned
We believe that the waste of boron oxidation can also be reduced.
On the other hand, when drying with a spray dryer, the atmosphere is at normal pressure and the temperature is low.
Since the temperature is as high as 180°C, the added boron is oxidized and wasted, so it is thought that it will be difficult to increase the density by adding less than 0.3 wt% boron. (Example) As shown in Table 1, amount of boron added, amount of tungsten mixed, theoretical density ratio of powder compact, slurry drying conditions (temperature and oxygen partial pressure of drying atmosphere), oxygen partial pressure of sintering atmosphere, boron Pressure-pressure sintered silicon carbide sintered bodies were obtained by changing the diffusion treatment conditions (temperature and holding time), and the theoretical density ratio of each sintered body was determined from the measurement of the weight and volume. The results are also shown in Table 1. Firing was performed in the following steps. Weighing raw materials Suspending the raw powder in a dispersion solvent using a ball mill to create a slurry Drying the slurry Filling the dry powder into a rubber mold Press molding using hydrostatic pressure Pre-sintering heat treatment Sintering In the process, silicon carbide powder is used as silicon carbide powder. β-Random (Ultra Fine), boron powder from Cerac Co., Ltd. was used as the boron component, and resol type phenol resin PR50404 from Sumitomo Duretsu Co., Ltd. was used as the carbon component. In the process, a total of 100 g of silicon carbide powder, boron powder, and the above-mentioned phenol resin (the above are referred to as raw materials) and 200 c.c. of 1,4-dioxane as a dispersion medium are placed in a pot of a ball mill with a capacity of 0.7, and the pot is heated at 70 rpm. and mixed for 25 hours. Ball is 10mm
250 pieces of φ were used. In order to change the amount of tungsten mixed in, two types of balls, cemented carbide balls (tungsten carbide) and silicon carbide balls, were mixed and used, and the amount of tungsten mixed was adjusted by the mixing ratio. Under the above conditions, we determined the relationship between the mixing ratio of cemented carbide balls and the amount of tungsten mixed in through preliminary experiments, and found that it was 22 ppm at 10%, 40 ppm at 15%, and 40 ppm at 20%.
We obtained results of 40ppm, 69ppm for 25%, and 109ppm for 30%, so based on these results, we set the predetermined tungsten content. In the drying process, Examples 13, 14, 15, 25,
Freeze-drying was used for 26 and 27, and vacuum heating drying was used for the other examples. 4-dioxane) was removed by drying. The degree of vacuum at this time is approximately 1 mmHg (oxygen partial pressure: 0.2 mmHg). In the freeze-drying method, the slurry is once frozen, the frozen product is placed under reduced pressure, and a dispersion solvent (1,4-dioxane) is added.
was dried using the freeze-drying method of sublimation drying. The drying atmosphere in this case has a temperature of 10°C and a degree of vacuum of 13 mmHg (oxygen partial pressure: 2.7 mmHg). In the process, inside a spherical rubber mold with a diameter of 30 mm,
After filling 10g of dry powder after completing the process,
Sealed. In the pressing process with a hydrostatic pressure of , the theoretical density ratio of the molded body was adjusted by the magnitude of the hydrostatic pressure.
In advance, we determined the relationship between hydrostatic pressure and the theoretical density ratio of the compact through preliminary experiments, and found that the hydrostatic pressure for forming
At 1 t/cm 2 it is 56.5%, at 2 t/cm 2 it is 59.1%, at 3 t/cm 2 it is 60.3%, and at 4 t/cm 2 it is 61%, and the theoretical density ratio of the compact was adjusted using this hydrostatic pressure. . In the pre-sintering process, the compact is placed in a high-frequency induction heating sintering furnace at a vacuum level of 5×10 -3
In an atmosphere of mmHg, the temperature was raised at a rate of 5°C/min to 1650°C, and after being held at 1650°C for a predetermined time,
The temperature has dropped. In addition, in preliminary experiments, the sintering shrinkage starting temperature was
It was confirmed that the temperature was 1800℃. In this example, t 0 obtained by equation (1) is WB
= 0.25%, t 0 will be 3.1 hours. Therefore, in Example 1, the retention time (t) is 0.5 hours and t/t 0 is 16.1%. In the sintering process, the degree of vacuum during sintering is controlled by controlling the oil temperature of the oil diffusion pump in the vacuum exhaust system (oil diffusion pump - mechanical booster oil rotary vacuum pump) attached to the high frequency induction heating sintering furnace. adjusted. Sintering temperature is 2100℃ for 30 minutes
The temperature was raised at a rate of 5°C/min. Comparative Examples 1 to 6 Sintered bodies were prepared in the same manner as in the example except that the amount of tungsten mixed was increased, and the bending strength was measured. The results are shown in Table 2. Comparative Example 7 A sintered body was prepared in the same manner as in Example except that the theoretical density ratio of the molded body was 59%, and the bending strength was measured. The results are shown in Table 2.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 第1表および第2表のデータからわかるよう
に、乾燥後の混合粉体中のタングステン混入量が
100ppmを超えると、得られる焼結体の理論密度
比は、90%未満となつた。 又、タングステン混入量は、少ない程、到達理
論密度比は向上し、抗折強度も向上する傾向が認
められる。また、粉末成形体の理論密度比が60%
未満では、タングステン混入量を100ppm以下と
しても、得られる焼結体の理論密度比は90%未満
となつた。 又、粉末成形体の理論密度比は、高い程、焼結
体の理論密度比は向上し、抗折強度も向上する傾
向が認められる。 又、成形体を、焼結収縮開始温度以下の温度で
長く処理すると抗折強度が上がり、スラリーから
分散媒質を除去する際に、凍結乾燥法を用いる
と、一層抗折強度が向上することがわかる。 (効果) 以上述べてきたように、本発明においては、無
加圧炭化珪素焼結体の製造方法において、原料粉
末へのタングステンの混入量を100ppm以下に制
御すると共に、該原料粉末から成形体をつくる
際、理論密度比が60重量%以上となるようにした
ので、強度の高い焼結体を得ることができる。 さらに、成形体を焼結する前に、焼結収縮開始
温度以下の温度で前記式(1)で計算される時間以上
熱処理すると一層強度の高い焼結体が得られる。 又、分散媒質中に原料粉末を分散させたスラリ
ーから、分散媒質を除去する際、凍結乾燥法を用
いると、一層高強度の焼結体を得ることができ
る。
[Table] As can be seen from the data in Tables 1 and 2, the amount of tungsten mixed in the mixed powder after drying is
When it exceeded 100 ppm, the theoretical density ratio of the obtained sintered body became less than 90%. Furthermore, it is recognized that the smaller the amount of tungsten mixed, the higher the theoretical density ratio achieved and the higher the bending strength. In addition, the theoretical density ratio of the powder compact is 60%.
Even if the amount of tungsten mixed was less than 100 ppm, the theoretical density ratio of the obtained sintered body was less than 90%. Furthermore, it is recognized that the higher the theoretical density ratio of the powder compact, the higher the theoretical density ratio of the sintered body, and the higher the bending strength. Furthermore, if the compact is treated for a long time at a temperature below the sintering shrinkage start temperature, the bending strength increases, and if a freeze-drying method is used to remove the dispersion medium from the slurry, the bending strength can be further improved. Recognize. (Effects) As described above, in the present invention, in the method for producing a pressureless silicon carbide sintered body, the amount of tungsten mixed into the raw material powder is controlled to 100 ppm or less, and the molded body is When producing the sintered body, the theoretical density ratio was set to 60% by weight or more, making it possible to obtain a sintered body with high strength. Furthermore, before sintering the compact, a sintered compact with even higher strength can be obtained by heat-treating the compact at a temperature below the sintering shrinkage start temperature for a time longer than that calculated by the above formula (1). Furthermore, if a freeze-drying method is used to remove the dispersion medium from a slurry in which raw material powder is dispersed in the dispersion medium, a sintered body with even higher strength can be obtained.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炭化珪素粉と、少なくとも0.2wt%以上0.3wt
%未満の硼素成分及び0.1wt%以上1.0wt%以下の
炭素成分を含む焼結助剤とからなる原料粉末を分
散装置を用いて分散媒質中に懸濁させて混合した
後、前記分散媒質を除去してなる混合物を成形し
た後、非酸化性雰囲気にて、焼結する無加圧炭化
珪素焼結体の製造方法において、 前記原料成分の分散媒質中への懸濁に際し、原
料成分中へのタングステンの混入量を100ppm以
下に制御すると共に、得られた混合物を理論密度
比60重量%以上になるように成形することを特徴
とする無加圧炭化珪素焼結体の製造方法。 2 焼結する工程は、焼結収縮開始以前に、前記
成形体を焼結収縮開始温度以下の温度で、下式で
計算される時間以上加熱することを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の無加圧炭化珪素焼結体
の製造方法。 t0=83.6×(ρBγB/ρGWB2/3/exp(−31900/T
) 但し、t:加熱保持時間(時間) ρB:添加ホウ素の密度(g/cm3) γB: 〃 の平均粒径(cm) ρG:粉末成形体の密度(g/cm3) WB:ホウ素の添加量(重量%) T:加熱温度(〓) 3 懸濁混合液より分散媒質を除去する際、凍結
乾燥法を用いることを特徴とする特許請求範囲第
1項又は第2項記載の無加圧炭化珪素焼結体の製
造方法。
[Scope of Claims] 1. Silicon carbide powder and at least 0.2wt% or more 0.3wt
After suspending and mixing raw material powder consisting of a boron component of less than % and a sintering aid containing a carbon component of 0.1 wt% or more and 1.0 wt% or less in a dispersion medium using a dispersion device, the dispersion medium is In a method for producing a pressureless silicon carbide sintered body in which the removed mixture is molded and then sintered in a non-oxidizing atmosphere, when the raw material component is suspended in a dispersion medium, the raw material component is suspended in the raw material component. A method for producing a pressureless silicon carbide sintered body, which comprises controlling the amount of tungsten mixed in to 100 ppm or less, and forming the obtained mixture so that the theoretical density ratio is 60% by weight or more. 2. The sintering step is characterized in that, before the sintering shrinkage starts, the molded body is heated at a temperature below the sintering shrinkage starting temperature for a time longer than the time calculated by the following formula. The method for producing the pressureless silicon carbide sintered body described above. t 0 =83.6×(ρ B γ BG W B ) 2/3 /exp(−31900/T
) However, t: Heating time (hours) ρ B : Density of added boron (g/cm 3 ) γ B : Average particle size (cm) ρ G : Density of powder compact (g/cm 3 ) W B : Added amount of boron (wt%) T: Heating temperature (〓) 3. Claim 1 or 2, characterized in that a freeze-drying method is used when removing the dispersion medium from the suspension mixture. The method for producing the pressureless silicon carbide sintered body described above.
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