JPH03177372A - ＳｉＣ基多孔質焼結体及びＳｉＣ基多孔質焼結体の製造方法 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高靭性値及び高強度を有するＳｉＣ基多孔質
焼結体及びその製造方法に関する。

（従来の技術〉 ＳｉＣ基焼結体は耐酸化性、耐食性、耐熱衝撃性等にお
いて優れた特性を示し、ガスタービン部品、高温用熱交
換器等に用いられる高温構造材料としての期待が大きい
。係るＳｉＣ基焼結体の研究が以前より活発に進められ
た結果、Ｂ−Ｃ系の焼結助剤が特に有効であることが見
出され、このような焼結助剤を用いて各種の高密度ＳＩ
Ｃ基焼結体が実現されつつある。このように、ＳｉＣ基
焼結体の実用化に向は種々の特性の改善・改良が重ねら
れてきているが、靭性の向上という問題については未だ
に解決がなされていない。

このような問題を解決するための方法としては、これま
で数多くの報告がなされている。

例えば特開昭６４−８７５６２号、特開昭６４−８７５
６３号等には、ＳｉＣに遷移金属炭化物、遷移金属硼化
物等の第２相成分を複合化せしめてなる非酸化物系複合
焼結体が開示されている。しかしながらこのような複合
焼結体では、靭性の向上は達成されているが、破壊強度
が小さいうえ高温下での強度低下が大きく、また形状に
制限のあるホットプレス体であり、実用化を満足するま
でには至っていない。またこれ以外にも、ＳｉＣ基焼結
体の靭性向上のため種々の試みが行なわれたが、いずれ
も一長一短があり、決定的な解決を見ぬまま現在に至っ
ている。

（発明が解決しようとする課８） 上述したように、従来のＳｉＣ基焼結体では靭性が低い
という問題が実用化の妨げとなっていた。このため靭性
を向上するための方法が数多く示されたが、靭性は向上
するものの強度が低下する等の問題を生じ、ＳｉＣ基焼
結体の各種特性を損わない形での高靭性化は未だ達成さ
れていない。

本発明ではこのような問題に鑑みて、高靭性・高強度の
ＳｉＣ基焼結体及びその製造方法を提供することを目的
としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用）本発明は、Ｓｉ
Ｃマトリックスの平均粒径以下の径の有する閉気孔が均
一に分散されてなり、前記閉気孔を合計したときの体積
比が００７〜２７．５％であるＳｉＣ基多基質孔質焼結
体り、さらには、閉気孔中にＳｉＣより大きなハ膨張係
数を有する第２ト１１威分が含有されてなるＳｉＣ基多
基質孔質焼結体る。すなわち本発明のＳｉＣ基多基質孔
質焼結体、微細な閉気孔が独立して均一に分散されてい
ることを特徴としている。

本発明における破壊靭性値Ｋｌｃの改善は、均一に分散
する微細な閉気孔により破壊亀裂の進展が妨げられるこ
とに基づ（。すなわち、ＳｉＣ基焼結体における破壊亀
裂は通常粒内破壊モードで直進するが、破壊亀裂が上述
したような閉気孔に到達すると、そこで破壊亀裂が止ま
り新たな破壊起点がないとそれ以上進まない。

さらに本発明者らは、このような閉気孔がＳｉＣ基焼結
体の破壊強度に及ぼす影響を研究した結果、次のような
知見を得た。

一般に焼結体の破壊強度σｆは、焼結体の靭性値Ｋ　１
マトリックス粒子の粒成長の程度、焼結ｃ 体中の最大欠陥に依存する。すなわちマトリックス粒子
の粒成長の程度を微細組織係数ｇで表し、焼結体中の最
大欠陥サイズをＣＯ１最大欠陥の形状係数をＹで表すな
らば、破壊強度σｆは次式％式％ 上式においてＣｏ＜＜Ｈの理想的な場合においては最大
欠陥サイズＣｏは無視できるため、強度低下は微細組織
係数ｇによるところが大きい。仮にこのとき、焼結体焼
結時に異常粒成長が発生して巨大な粒子が形成されたな
らば、微細組織係数ｇの値は大きくなり破壊強度σｆの
低下を招く。しかしながらＳｉＣ基焼結体では、焼結時
に通常の制御を行なえば、平均粒径を約１０μｍ以下に
抑制することができ、特に慎重に制御すれば平均粒径５
μｍ程度で、かつアスペクト比が小さく等方性を有する
粒子とすることができる。従って、微細組織係数ｇの増
大を抑えることができ、理想的にＣｏ＜＜ｇであればＳ
ｉＣ基焼結体における大きな強度低下は発生しない。し
かしながら、現在実用化されているＳｉＣ基焼結体では
通常Ｃｏ＞ｇであり、焼結体の強度は最大欠陥サイズＣ
ｏに影響されるところが大きい。

一般に焼結体中の欠陥は、焼結体中の分散成分や不純物
、気孔等に起因し、最大欠陥サイズＣ。

はこれらの各欠陥因子が重ね合わされたものである。本
発明のような多孔質の焼結体においては、特に気孔が最
も重大な欠陥因子として働く。すなわち本発明では、均
一に分散された閉気孔が大きいほど、前記閉気孔に起因
する付随欠陥サイズＣ１は大きくなり、それに連れて最
大欠陥サイズｃｏも増大して焼結体の強度が低下してし
まう。

従って、閉気孔を微細化すれば付随欠陥サイズＣ１が低
減され、閉気孔に起因する焼結体の強度低下を抑止する
ことができる。このように強度低下が抑止できるのは、
理想的にはＣ１＜＜ｇとみなせる程度に付随欠陥サイズ
Ｃ１が微細組織係数ｇと比較して小さいときであると予
想される。

本発明者らは、焼結体中の閉気孔の大きさと強度との相
関関係を調べたところ、閉気孔の径がマトリックスの平
均粒径以下であるときは、上式（＊）において（：、＜
＜ｇとみなせる程度に付随欠陥サイズＣ１が小さく、閉
気孔に起因する焼結体の強度低下が発生しないことを見
出した。

なお、焼結体中にマトリックスの平均粒径を超えた径を
有する閉気孔が存在すれば、前述したように最大欠陥サ
イズＣｏが増大するので、理想的には焼結体中にこのよ
うな閉気孔が全く存在しないことが望まれる。しかしな
がら係る閉気孔が少量であれば、閉気孔の破壊亀裂を止
める作用に基づく上式（＊）における破壊靭性値に１ｃ
の向上が大きいので、焼結体の強度低下は実用上問題と
ならない程度に抑制される。従って本発明においては、
マトリックスの平均粒径を越えた径を有する閉気孔が合
計して６　ｖｏｌ）％以下、好ましくは３ｖｏｊ７％以
下程度存在することは許容される。

また上述したような閉気孔の形状は、できるだけ球状に
近く等方性を有していることが望ましい。

この理由は、閉気孔が角張った形状を有していると、こ
れが新たな破壊起点となって破壊亀裂が発生し易く、強
度の向上が不充分となるからである。

従って、本発明における閉気孔はアスペクト比が５以下
、さらに好ましくは３以下であることが望ましい。

さらに上式（＊）において、微細組織係数ｇが小さいほ
ど焼結体の強度は向上する。ＳｉＣ基焼結体において微
細組織係数ｇを小さくするためには、ＳｉＣマトリック
スの平均粒径及び粒子のアスペクト比を小さくすればよ
い。従って本発明ではＳｉＣマトリックスの平均粒径は
５μｍ以下、より好ましくは２μｍ以下、ＳｉＣ粒子の
アスペクト比は５以下、より好ましくは３以下であるこ
とが望ましい。ただし、上述したようにＳｉＣマトリッ
クスの平均粒径を微細化するときには、それに合わせて
閉気孔の径が前記ＳｉＣマトリックスの平均粒径を越え
ないように制御することは言うまでもない。

焼結体においては、上式（＊）より明らかなように微細
組織係数ｇ１最大欠陥サイズＣｏ　ｓ形状係数Ｙが一定
のときは、靭性値Ｋｌｃが大きい程、破壊強度のσｆも
大きくなる。すなわち、前述したような方法で異常粒成
長、付随欠陥サイズＣ１等に由来する強度低下を抑止し
た場合は、焼結体の靭性値を向上をせしめることにより
強度の向上が同時に達成される。

また本発明において、ＳｉＣマトリックスの平均粒径以
下の径を有する閉気孔を合計したときの体積比は０．０
７〜２７．５ｖｏｊ７％、より好ましくは０．７０〜２
７．５％である。これは、体積比が０．０７ｖｏＮ％未
満のときは前述したような靭性の向上が得られず、２７
．５ｖｏｊ７％を越えると耐酸化性が低下するおそれが
あり、また隣接した閉気孔が合体して閉気孔の径及びア
スペクト比が増大するおそれがあるからである。

さらに本発明者らは、焼結体中の閉気孔中にＳｉＣより
大きな熱膨張係数を有する第２相成分が含有されてなる
ＳｉＣ基多基質孔質焼結体容易に得ることのできる製造
方法を見出した。

すなわち、上述したような微細な閉気孔が均一に分散さ
れてなる焼結体を、焼結過程での制御によって実現する
ことは極めて困難である。通常の制御のもとて焼結を行
なったときには、焼結過程での微細気孔の消滅や閉気孔
の合体による巨大閉気孔の形成を防止することは不可能
に近いからである。本発明者は、前記ＳｉＣ基多基質孔
質焼結体！Ａ遣方法について詳細に検討した結果、以下
に示す方法により係る焼結体を容易に得ることができる
という知見を得た。

本発明のＳｉＣ基多基質孔質非加圧焼結体造方法では、
まず添加成分としてＳｉＣより大きい熱膨張係数を有す
る第２相成分を用い、前記第２相成分の粒子が分散され
た焼成物を加圧または非加圧状態で焼結する。この焼結
の際には、焼成物中に閉気孔が残留しないようにできる
だけ緻密化することが望まれる。好ましくは焼成物が複
合体の理論密度の９０％以上、さらには９５％以上に緻
密化されることが望ましい。なんとなれば、このような
焼結過程において形成される閉気孔は前述したように制
御が非常に難しく、所望の径、アスペクト比を有する閉
気孔を得ることが極めて困難だからである。

次いでこの焼成物を急冷し、ＳｉＣマトリックスと第２
相成分の粒子との界面に発生する引張り応力により前記
界面を剥離せしめることにより、１１られる焼結体中に
閉気孔が形成され、本発明のＳｉＣ基多基質孔質焼結体
ることができる。このとき形成される閉気孔は、出発材
料ζして用いられる第２相成分の粒子の粒径及びアスペ
クト比を選択することにより制御でき、極めて簡便に所
望の径及びアスペクト比を有する閉気孔を得ることが可
能である。係る製造方法における第２相成分としては、
前述したようにＳｉＣよりも大きな熱膨張係数を有する
ことは言うまでもないが、さらには２０００℃の高温で
もＳｉＣと反応せず、前記焼成物の緻密化を阻害するこ
とのないことが要求される。またこのような製造方法に
より得られる焼結体中の閉気孔は、必ずしもすべてが第
２相成分を含有するものである必要はない。すなわち゛
、ＳｉＣマトリックスの平均粒径以下の径を有する閉気
孔の中には、焼結時に緻密化されずに焼成物中に残留し
た閉気孔が含まれていても一層に構わない。

さらに、ＳｉＣマトリックスの平均粒径を超えた径をｑ
する閉気孔が残留していても、前述したように係る閉気
孔を合計したときの体積比が６％以下であれば、焼結体
の強度を損なうことはない。

また本発明者らは、係る多孔質のＳｉＣ基焼結体におい
て強度の向上を達成するためには、非加圧焼結の方が加
圧焼結より有利であることを見出した。特に高温下での
強度は、非加圧焼結により製造したときの方が際だって
優れていた。この理由を解明するため、非加圧焼結及び
加圧焼結で得られたＳｉＣ基焼結体の破壊面の微細組織
をそれぞれ電子顕微鏡で解析検討したところ、次のよう
な知見を得た。

すなわち、加圧焼結を行なうときには一軸方向に沿った
押圧が行なわれるため、焼結時に第２相成分の粒子が非
等方化され易く、そのため最終的に得られる焼結体中に
おいて閉気孔のアスペクト比が土曽大する傾向にある。

一方弁加圧焼結では、焼結時にこのような非等方性が付
与されることはなく焼結体中の閉気孔が等方化され、よ
りアスペクト比を抑えることができる。従って本発明の
製造方法においては、非加圧焼結を行なったときに靭性
２強度の向上が一層顕著となる。

上述したような本発明のＳｉＣ基多基質孔質焼結体造方
法において、焼結時に得られる焼成物を緻密化するため
には、適当な焼結助剤を用いればよく、例えばＢ成分及
びＣ成分からなる公知の焼結助剤をそのまま適用するこ
とができる。このような焼結助剤としてのＢ成分及びＣ
成分は、それぞれ次のような機能を有することが知られ
ている。

すなわちＢ成分は焼結初期にはＳｉＣ粉末の表面に拡散
し、ＳｉＣ粉末の表面エネルギーを低下させてＳｉＣの
蒸発、凝縮及び表面拡散を抑制し、物質移動を促進させ
ることにより緻密化を向上させる。さらに焼結後期には
、ＳｉＣ中に固溶して焼結をさらに進行させる作用を有
する。またＣ成分は、ＳｉＣ粉末の酸化被膜ＳｉＯ、さ
らに第２相成分粉末が非酸化物のときにはその酸化被膜
等を還元除去し粉末表面を清浄化して粒子間の原子拡散
を増長させることで、前記焼成物の緻密化を向−■−さ
せる。このときＢ成分については、前述したようにＢ成
分がＳｉＣ中に固溶することでより緻密化を促進させる
ので、Ｂ成分が焼成物中に残留することが望まれる。こ
のとき好ましい含有量はＳｉＣ及び第２柑戊分より形成
される複合焼結体に対し、Ｂ原子に換算してｏ、ｏｅ〜
５．Ｏａ　ｔ　ｍ％、より好ましくは０．０６〜１．Ｏ
ａ　ｔ　ｍ％、さらには０．０６〜（１，６ａｔｍ％で
ある。これは次のような理由による。Ｂ成分が多過ぎる
と、焼結体のＳｉＣ粒界におけるＢ４Ｃの析出が多くな
る。析出したＢ４Ｃは、脆い成分であるため焼結体の強
度を低下させるおそれがあり、多量の析出は好ましくな
い。また、Ｂ４Ｃの室温〜２００ｏ℃での熱膨張係数は
４．５　Ｘ　１０−８／’ＣとＳｉＣの値より小さく、
焼結体の靭性の向上は少ない。従って好ましいＢ成分の
含有量は５．Ｏａ　ｔ　ｍ％以下、より好ましくは１．
Ｏａ　ｔ　ｍ％以下、さらには０．６ａｔｍ％以下であ
る。逆にＢ成分の含有量が０．０６ａｔｍ％未満のとき
は、Ｂ成分がＳｉＣ中に固溶することによる緻密化の効
果が得れない。

一方Ｃ成分は、焼結時焼結体主成分の出発材料中に含有
される酸素を還元した後、過剰のＣ成分がＳｉＣマトリ
ックスの異常粒成長を抑制する作用を有する。しかしな
がらＣ成分が焼結体中に残留すると、高温下での耐酸化
性が低下するおそれがあり、得られる焼結体中の含有量
は５．Ｏａ　ｔ　ｍ％以下であることが望まれる。また
上述したＣ成分の作用にもかかわらず、焼結体中に酸素
が残留することがあるが、このような残留酸素の含有量
は焼結体主成分に対して０．２　ａ　ｔ　ｍ％以下とす
ることが望ましい。何となれば焼結体中に残留する酸素
量が多いと、焼結体中にＳ　ｉＯ２が形成されて耐薬品
性が低下するおそれがあるからである。

以下に、第２相成分としてｖＢ２を用い、本発明に係る
ＳｉＣ基多基質孔質焼結体加圧焼結により製造する方法
について詳述する。

出発材料のＳｉＣ粉末としては、非等軸品系のα−５ｉ
Ｃ，等軸品系のβ−５ｉＣ，あるいはこれらの混合物の
いずれを使用することもできる。

緻密な焼成物を得るためには、平均粒径が１，５μｍ以
下好ましくは１．０μｍ以下であることが望ましく、ま
た比表面積が５　ｒｒｒ　／　ｇ以上好ましくは１０ｍ
／ｇ以上であることが望ましい。さらにはＳｉＣ粉末中
に通常含まれる遊離Ｓｉ、ｉｆ！離ＳｉＯ、遊離Ｃ，Ｆ
ｅ、Ａｇ、Ｃａ、Ｍｇ等の不純物の量が少ないほど良い
。

一方、第２相成分として添加されるＶ　Ｂ　２粉末末と
しては、得られる焼結体において形成される閉気孔の径
をＳｉＣマトリックスの平均粒径以下とするために、使
用前に粗大粒を除去して、粒度分布の狭い微粉とする必
要がある。さらにＶＢ２粉末は、ＳｉＣ基非加圧焼結体
の製造条件まで考慮して、適当な最大粒径を有するもの
を適宜選択する必要がある。通常ＳｉＣ基非加圧焼結体
では、適当な焼結助剤を用いて慎重な制御を行なえば、
ＳｉＣマトリックスの平均粒径を５μｍ程度まで抑える
ことができる。

本発明に係る焼結体では、焼結体中に形成される閉気孔
の径、アスペクト比は、添加されたＶ　Ｂ　２粉末の粒
径、アスペクト比とほぼ一致するので、Ｖ　Ｂ　２粉末
の粒径は５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下が望ま
しい。このためには通常、平均粒径２μｍ以下、好まし
くは１．５μｍ以下のＶＢ２粉末が用いられる。而るに
、ＳｉＣマトリックスの平均粒径が２μｍ以下の特別に
微細な焼結体を製造する場合には、それに合わせて最大
粒径２μｍ以下のＶＢ２粉末を用いることは言うまでも
ない。さらにＶＢ２粒子の含有量が２０　ｔｔｒｏ１％
を越えて多くなると、粒子の偏平化、合体の機会が多く
なり形成される閉気孔も大きくなるので、それに合わせ
て相対的により細かい粉末を使用することが好ましい。

また、より高強度のＳｉＣ基非加圧焼結体を得るために
は、前述した如く閉気孔のアスペクト比が小さいほど良
いので、アスペクト比が５以下、好ましくは３以下のＶ
Ｂ２粉末を用いることが望ましい。このようなＶ　Ｂ　
２粉末中に含有されるｖ　Ｏ１遊離Ｃ，Ｆｅ等の不純５ 物の量が少ないほど良い。さらに本発明に係るＳｉＣ基
多基質孔質焼結体造する際のＶＢ２粉末の添加量は、Ｓ
ｉＣ粉末及びＶ　Ｂ　２粉末をあわせた出発材料巾約０
．０６〜２５ｍｏｆｉ％である。ＶＢ２粉末の添加量が
前記範囲内である場合に、ＳｉＣマトリックスの平均粒
径以下の径を有する閉気孔が０５０７〜２７．５ｖｏρ
％分散されてなる焼結体を得ることができる。

焼結助剤のＢ成分としては、非晶質Ｂ。

Ｂ４Ｃ，ＢＮ、Ｂ２Ｏ３等の微細粉末や液状のＢｌｏＨ
１２Ｃ２等を用いることができる。またＣ成分としては
、Ｃ粉末、非晶質Ｃ等を用いることができるが、レゾー
ル、ノボラック等に代表されるフェノール系樹脂等の加
熱により分解して遊ＭＣを生じる物質を用いる方が、均
一な分散が得られやすくより好ましい。このようなＣ成
分は、前述したように非酸化性雰囲気での焼結特に、Ｓ
ｉＣ及びＶ　Ｂ　２に表面酸化被膜等として含有されて
いる酸素をＣＯ及びＣＯ２として還元除去する。而して
Ｃ成分の添加量は、重量比で上述した不純物の酸素の１
．５〜３．０倍であることが望ましい。

出発材料及び焼結助剤の調合は湿式あるいは乾式ボール
・ミルの長時間混合で良いが、ＶＢ２（５，０５９ｇ　
／　ｃｃ）とＳ　ｉ　Ｃ（３，２１７ｇ／ｃｃ）の比重
差が大きくて分離し易いので高濃度スラリーが好ましい
。乾燥・造粒はスプレー　ドライで多量に処理する小も
可能である。成形方法はスラリーからの鋳込み法、押出
し法、射出法が可能であり、単純形状ならばスプレー・
ドライ粉を金型成形すれば良く、望むならばＣＩＰ（冷
間静水圧）成形も可能である。成形性を良くするための
バインダーを望む場合はエチレン・グリコール、パラフ
ィン、適当な樹脂等を先のスラリーに最適量混合溶解し
ておけば良い。

次に、成形体を非酸化性雰囲気中で緩やかに７００〜９
００℃まで加熱してバインダー等の樹脂分を分解放出し
く脱脂工程）、脱脂体にする。

脱脂体を焼結する時には加熱の均一性を良くするために
、予めカーボン容器に入れてカーボン・ヒタの真空・雰
囲気焼結炉内にセットする。

加熱時には、ＳｉＣ及びＶＢ２粉末の表面酸化波膜や遊
離Ｓｉ等の含有不純物がガス化し放出されるので、１２
００〜１４５０℃の範囲では特に緩やかに昇温するか、
ガス放出による真空度低下か回復するまで途中で温度保
持することが必要である。なぜならば、急昇温すると前
述のガス放出て試料にワレ、ツクラミが発生するだけで
なく、焼結体中の酸素不純物量増加とＳｉＣマトリック
スの異常粒成長が発生する。最終的には１８００〜２２
００　’Ｃの真空中あるいは不活性ガス雰囲気中での１
〜３時間の温度保持により緻密化させる。

焼結温度での不活性ガス雰囲気は多少なりともＳｉＣの
分解を抑制するので好ましく、通常は大気圧のＡｒ、Ｈ
ｅ、Ｎｅ等のガス雰囲気を使用する。１８００〜２２０
０℃での緻密化過程で保持温度を時間に連れて２〜３段
階に上下させ、Ａｒガスの炉内導入時期を変える事によ
り、またカーボン容器内の脱脂体占積率の違いにより、
焼結密度及び微細組織は多少変化する。そのため１８０
０〜２２００℃でのプログラムは使用焼結炉毎に最適条
件となる様にチエツクする必要かある。このようにして
、微細なＶＢ２粒子が均一に分散されてなる焼成物が焼
結される。このとき第２相成分として用いられるＶ　Ｂ
　２は、焼成物中のＳｉＣマトリックスの異常粒成長を
防止し、さらに焼成物中に閉気孔が残留したとしても、
該閉気孔は微細化する作用を有している。

この後得られた焼成物は、例えば焼結炉内の冷却ゾーン
に保持せしめることによって急冷される。

この際にＳｉＣマトリックスとＶＢ２粒子との界面に発
生する引張り応力に基づき、ＳｉＣマトリックスとＶＢ
　　粒子とが剥離され、Ｖ　Ｂ　２粒子の周囲に隙間が
発生する。従って、ＶＢ２粒子が存在する箇所全てにお
いて、内部にＶＢ２粒子を含有する閉気孔が形成され、
ＳｉＣ基多基質孔質非加圧焼結体現される。なお、冷却
を緩やかに行なっだ場合、前述した引張り応力が緩和さ
れてＳｉＣマトリックスとＶ　Ｂ　２粒子との剥離が生
じないおそれがあるため、冷却はできるだけ速やかに行
なう必要がある。

また本発明では、上述したような製造方法により得られ
た焼結体について、さらに約２０００℃１０９ＰａのＡ
ｒ雰囲気でＨＩＰ　（熱間静水圧）処理をして、気孔率
の低減、閉気孔の微細化等を行なうこともできる。

このように本発明の製造方法では、ＳｉＣへの第２相成
分の添加を利用して、微細な閉気孔が均一に分散されて
なる多孔質の焼結体を簡便な制御で信頼性高く得ること
ができる。さらには前記閉気孔の径、アスペクト比や体
積比等についても、第２相成分の粒子の最大粒径、アス
ペクト比や組成比等を制御することにより、容易に所望
の値に調整することができる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を示す。

実施例−１ 平均粒径口、８μｍ、比表面ｆｉｌ　１５　ｒｒｒ／　
ｇの市販α−５ｉＣ粉末［ＬＯＮＺＡ社製α−３ｉＣ。

ＵＰ−１５１（酸素含有Ｗ１．２８ｖｔ％）　１５０．
２　ｇと平均粒径１．２５８ｍ１最大粒径２．９μｍの
市販ｖＢ２粉末（日本新金属製］　（酸素含有ｆｆｉ　
Ｏ，７８シｔ％）　１７．４ｇを混合し、ＳｉＣ９４ｍ
ｏρ％、ＶＢ２６　ｔｔｒｏＤ％の組成からなる出発材
料を調製した。さらに前記出発材料に対して約０．６　
ａ　ｔ　ｍ％に相当する非晶質Ｂ粉末ｏ、ｅ　ｇ及びＣ
成分としてのノボラック樹脂８．１　ｇ　（Ｃ含有量４
．８ｇ）を焼結助剤成分として添加し、これらの混合物
をバインダーとしてのエチレングリコール２０ｃｃと共
に溶剤のアセトン２００　ｃｃに加えてスラリー形成し
、ポットミルで７２時間混合した。次いでアセトンを室
温乾燥し、６０メツシユのフルイを通過させて造粒し、
３３　Ｘ　４３　Ｘ　６　ｍｍの板状に金型成形後に３
ｔｏｎ／ｃｄでＣＩＰ（ラノ、く−・プレス）した。こ
れを窒素雰囲気中で８００℃まで半日かけて加熱昇瓜し
て、バインダーとノボラック樹脂を分解放出せしめて脱
脂体を得た。カーボン容器に入れた脱脂体を真空焼結炉
で約１０００℃まで加熱後、２５０℃／Ｈで１３００℃
に昇温し約１時間ガス放出による真空度低下の回復を待
ったのち、１２５℃／Ｈで１４５０℃まで昇温した。さ
らに１０００℃／Ｈで２０００℃まで昇温後、炉内にＡ
ｒガスを導入して常圧で２時間保持して焼結を終了した
。この後、焼成物を焼結炉内の冷却ゾーンで急冷して密
度３．２６ｇ／ｃｃの焼結体を得た。

次いで得られた焼結体を切出し、その切断面を電子顕微
鏡で観察したところ、ＳｉＣマトリックスは通常（平均
粒径約（１０μｍ）の１７２程度の平均粒径４，６μｍ
にまで微細化されていた。さらに焼結体中には、合計し
て８．８　ｖｏρ％のＶ　Ｂ　２粒子を含有する閉気孔
が均一に分散され、その最大径は２，９μｍでＳｉＣマ
トリックスの平均粒径以下であった。また一部、ＳｉＣ
マトリックスの平均粒径を越えた径を有するＶＢ２粒子
を含有しない閉気孔が残留していたが、このような閉気
孔は合計して１．８　ｖｏｊ７％程度と少量であった。

さらにこの焼結体よりＪＩＳ規洛の抗折試験片（３Ｘ４
Ｘ３３關）を切出し、３点曲げによる強度試験をしたと
ころ室温では７０ｋｇ／ａｍ２１５００℃では６８　ｋ
ｇ　／　ｍｍ　　、　１５００℃−１００Ｈの静止大気
中酸化試験後の室温でも６７ｋｇ／ｌｌｌ１１２と充分
な値を有していた。またＩｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｍｌ
ｃｒｏｆ’ｒａｃｔｕｒｅ法に従い、新涼らの実験式を
用いて算出した靭性値は３．８ＭＰａＪｍと優れた値を
有していた。また、１５００℃−１００Ｈの静止大気中
酸化試験における酸化増量は０．１８■／　ｃｊと少な
く、耐酸化性にも優れていた。なおこれらの測定結果を
第１表に示した。

実施例２〜５ 実施例１と同様のα−５ｉＣ粉末に対し、それぞれ第１
表に示した最大粒径を有するｖＢ２粉末を第１表に示し
た組成比で混合して、出発材料を調製した。以下実施例
１と同様の方法で、本発明に係るＳｉＣ基多孔質非加圧
焼結体を製造した。得られた焼結体ではいずれも、ＶＢ
２粒子を含有する閉気孔が焼結体中に均一に分散されて
おり、係る閉気孔の径はＳｉＣマトリックスの平均以下
であった。一方ＳｉＣマトリックスは、平均粒径４．７
〜４．８μｍにまで微細化されていた。また焼結体中に
はＳｉＣマトリックスの平均粒径より大きくＶＢ２粒子
を含有しない閉気孔が残留していたが、このような閉気
孔は２　ｖｏｊ１％程度の少量であった。さらに、実施
例１と同様の解析を行なった結果を第１表に示す。第１
表に示したように、本実施例で得られた焼結体はいずれ
も３．ＯＭａＪｍ以上の靭性値を有しており、強度も室
温下で５５ｋｇ／開２以上であり、１５００℃−１００
Ｈの静止大気中酸化試験後においても特性はほとんど低
下せず、酸化増量も０．５■／Ｃ−未満とわずかであっ
た。

比較例１〜５ 実施例１と同様のα−５ｉＣ粉末に対し、それぞれ第１
表に示した最大粒径を有するＶ　Ｂ　２粉末を第１表に
示した組成比で混合して、出発材料を調製した。以下実
施例１と同様の方法でＳｉＣ基多孔質非加圧焼結体を製
造した。得られた焼結体について、実施例１と同様の解
析を行なった結果を第１表に示す。第１表に示したよう
に、本発明に係る閉気孔の少ない比較例１及び２の焼結
体では、強度及び靭性値が不充分である。また比較例１
の焼結体では、Ｖ　Ｂ　２が添加されていないためＳｉ
Ｃマトリックスの平均粒径が大きく、さらにこれより大
きな最大径９．２μｍの巨大閉気孔が形成されていた。

一方、本発明に係る閉気孔の体積比が３０．０ＶｏＲ％
を越えた比較例３の焼結体では、１５００℃−１００Ｈ
の静止大気中酸化試験後の強度３９　ｋｇ　／　ｍｕ　
　、酸化増ｍ　２　、１０ｍｇ／　ｃｊと特性が低下し
ており、耐酸化性か劣っている。さらに、出発材料とし
て最大粒径７．６μｍのＶＢ２粉末を用いた比較例４の
焼結体では、実施例４と比較して、ＶＢ２粒子を含有す
る閉気孔の最大径も７．６μｍと大きいため強度が劣り
、また１５００°Ｃ１００Ｈの静止大気中酸化試験後は
、強度４９ｋｇ／　ｍｍ　２と顕著な低下を示した。

（以下余白） ［発明の効果］ 以上詳述してきたように、本発明によれば高靭性値かつ
高強度を有し、さらには耐酸化性に優れた緻密なＳｉＣ
基多基質孔質焼結体その製造方法を堤供することができ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＳｉＣマトリックスの平均粒径以下の径を有する
   閉気孔が均一に分散されてなり、前記閉気孔を合計した
   ときの体積比が０．０７〜２７．５％であることを特徴
   とするＳｉＣ基多孔質焼結体。
2. （２）閉気孔中にＳｉＣより大きな熱膨張係数を有する
   第２相成分が含有されていることを特徴とする請求項１
   記載のＳｉＣ基多孔質焼結体。
3. （３）出発材料のＳｉＣ粉末及び第２相成分粉末と焼結
   助剤とを混合した後焼結する第一の工程と、得られた焼
   成物を急冷して、ＳｉＣと第２相成分との熱膨張係数の
   差に起因しＳｉＣと第２相成分との粒界面に発生する引
   張り応力により、ＳｉＣと第２相成分とを剥離せしめ閉
   気孔を形成する第二の工程とを具備したことを特徴とす
   るＳｉＣ基多孔質焼結体の製造方法。