JPH034514B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH034514B2
JPH034514B2 JP60003808A JP380885A JPH034514B2 JP H034514 B2 JPH034514 B2 JP H034514B2 JP 60003808 A JP60003808 A JP 60003808A JP 380885 A JP380885 A JP 380885A JP H034514 B2 JPH034514 B2 JP H034514B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
sintered body
weight
less
sintering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60003808A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61163180A (en
Inventor
Kyotaka Tsukada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP60003808A priority Critical patent/JPS61163180A/en
Publication of JPS61163180A publication Critical patent/JPS61163180A/en
Publication of JPH034514B2 publication Critical patent/JPH034514B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、寸法精度および耐摩耗性の優れた炭
化珪素複合体の製造方法に関し、特に本発明は、
所望の形状に成形した生成形体を実質的に焼成収
縮を生じさせることなく焼結させた多孔質炭化珪
素焼結体の開放気孔中に金属シリコンが充填され
た寸法精度および耐摩耗性の優れた炭化珪素質複
合体の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for producing a silicon carbide composite having excellent dimensional accuracy and wear resistance, and in particular, the present invention relates to a method for producing a silicon carbide composite having excellent dimensional accuracy and wear resistance.
A porous silicon carbide sintered body formed into a desired shape and sintered with virtually no firing shrinkage, with metal silicon filled in the open pores of the product, which has excellent dimensional accuracy and wear resistance. The present invention relates to a method for producing a silicon carbide composite.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

炭化珪素は極めて優れた化学的および物理的性
質を有しており、高温の酸化性雰囲気、酸および
アルカリ等の強い腐蝕性を有する雰囲気中で使用
される触媒担体、ポンプ部品および各種治具等の
如き用途に対して好適な材料である。
Silicon carbide has extremely excellent chemical and physical properties, and is used in catalyst carriers, pump parts, and various jigs used in high-temperature oxidizing atmospheres, strongly corrosive atmospheres such as acids and alkalis, etc. This material is suitable for applications such as.

従来、炭化珪素焼結体の製造方法としては加圧
焼結法、常圧焼結法、反応焼結法および再結晶焼
結法等の方法が知られている。
Conventionally, methods such as a pressure sintering method, an atmospheric pressure sintering method, a reaction sintering method, and a recrystallization sintering method are known as methods for manufacturing silicon carbide sintered bodies.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、このうち加圧焼結法および常圧焼結
法によれば、高密度かつ高強度の焼結体を得るこ
とはできるが、いずれも焼成時に大きな焼成収縮
を伴う焼結法であり、焼結体の寸法は前記焼成収
縮および生成形体の密度に大きく影響を受けるた
め、特定の寸法精度を有する焼結体を格別の機械
加工を施すことなく製造することは極めて困難で
ある。
By the way, among these methods, a high-density and high-strength sintered body can be obtained according to the pressure sintering method and the pressureless sintering method, but both are sintering methods that involve large firing shrinkage during firing. Since the dimensions of the sintered body are greatly affected by the firing shrinkage and the density of the formed body, it is extremely difficult to manufacture a sintered body with specific dimensional accuracy without special machining.

また、反応焼結法および再結晶焼結法はいずれ
も焼成収縮をそれ程伴わない焼結法であるが、前
者の反応焼結法による焼結体は製造時に金属シリ
コンと炭素粉末とのSiC化反応を生起させるた
め、焼結体表面の面粗度が大きくなる欠点を有
し、一方後者の再結晶焼結法は炭化珪素の粗粒と
微粒を有機質バインダーで固め、これを2000〜
2400℃の再結晶化温度域で焼成して微粒の炭化珪
素を再結晶化せしめ結合作用を発揮させることに
よつて粗粒と粗粒とを結合する方法であり、2000
〜2400℃と極めて高い焼結温度を必要とするばか
りでなく、出発原料として粗粒を使用するため、
表面の面粗度が大きく、いずれも、特に高い寸法
精度の焼結体を格別の機械加工を施すことなく製
造することは困難である。
In addition, both the reaction sintering method and the recrystallization sintering method are sintering methods that do not cause much shrinkage during firing, but the sintered body by the former reaction sintering method is made by converting metallic silicon and carbon powder into SiC during manufacturing. Because the reaction occurs, the surface roughness of the sintered body increases.On the other hand, the latter recrystallization sintering method solidifies coarse and fine silicon carbide particles with an organic binder, and then
This is a method of bonding coarse particles by firing in a recrystallization temperature range of 2400°C to recrystallize fine silicon carbide particles and exert a bonding effect.
Not only does it require an extremely high sintering temperature of ~2400℃, but it also uses coarse particles as a starting material.
The surface roughness is large, and it is difficult to produce a sintered body with particularly high dimensional accuracy without special machining.

上述の如く、従来知られた焼結方法では、高い
寸法精度の要求される構造用炭化珪素焼結体を格
別の機械加工を施すことなく安価にかつ容易に製
造する方法は知られていなかつた。
As mentioned above, with conventionally known sintering methods, there was no known method for inexpensively and easily manufacturing structural silicon carbide sintered bodies that require high dimensional accuracy without special machining. .

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

ところで、本発明者らは前述の如き従来知られ
た焼結方法とは異なる焼結方法、すなわち所望の
形状に成形した生成形体を実質的に焼成収縮を生
じさせることなく焼結し、寸法精度および強度の
要求される構造用炭化珪素焼結体を格別の機械加
工を施すことなく安価に製造することのできる方
法を提供することを目的とし、焼成時に収縮し易
い微細な炭化珪素粉末を出発原料としても、焼結
に伴う焼成収縮を抑制することのできる焼結方法
を開発すべく種々研究を積み重ねた結果、炭化珪
素粉末に含有される不純物成分を制御し、特定の
雰囲気および温度範囲内で焼結することによつて
実質的な焼成収縮を生じさせることなく表面精度
の高い強度の炭化珪素焼結体を製造することので
きる方法を新規に知見するに至り、先に、特開昭
61−122165号により「平均粒径が5μm以下の炭
化珪素粉末を生成形体に成形した後、前記生成形
体を1700〜2100℃の温度範囲内の非酸化性雰囲気
下で実質的に収縮させることなく焼結することを
特徴とする7Kg/mm2以上の平均曲げ強度を有する
炭化珪素焼結体の製造方法」を提案している。
By the way, the present inventors have developed a sintering method different from the conventionally known sintering methods as described above, that is, sintering a green body formed into a desired shape without substantially causing firing shrinkage, and achieving dimensional accuracy. The aim is to provide a method for manufacturing structural silicon carbide sintered bodies that require strength at low cost without special machining, starting from fine silicon carbide powder that easily shrinks during firing. As a raw material, as a result of various research efforts to develop a sintering method that can suppress firing shrinkage caused by sintering, we have been able to control the impurity components contained in silicon carbide powder and sinter it within a specific atmosphere and temperature range. We discovered a new method for producing a strong silicon carbide sintered body with high surface precision without causing substantial firing shrinkage by sintering the material.
No. 61-122165, "After forming silicon carbide powder with an average particle size of 5 μm or less into a green body, the green body is heated in a non-oxidizing atmosphere within a temperature range of 1700 to 2100°C without substantially shrinking. A method for manufacturing a silicon carbide sintered body having an average bending strength of 7 kg/mm 2 or more, which is characterized by sintering, is proposed.

しかしながら、前記炭化珪素焼結体は多孔質体
であり、特に耐摩耗性あるいは気密性の要求され
る用途に適用することは困難であつた。
However, the silicon carbide sintered body is a porous body, and it has been difficult to apply it particularly to applications requiring wear resistance or airtightness.

そこで、本発明者は上述の問題点を解決するこ
とを目的とし、前記炭化珪素焼結体についてさら
に研究を重ねた結果、前記炭化珪素焼結体の開放
気孔中に金属シリコンを充填することにより、寸
法精度および表面精度を損うことなく、耐摩耗性
および気密性を向上させた炭化珪素質複合体を製
造することのできることを新規に知見するに至
り、本発明を完成した。
Therefore, with the aim of solving the above-mentioned problems, the present inventor conducted further research on the silicon carbide sintered body, and found that by filling the open pores of the silicon carbide sintered body with metallic silicon. The present invention was completed based on the new finding that it is possible to produce a silicon carbide composite with improved wear resistance and airtightness without impairing dimensional accuracy and surface accuracy.

本発明は、実質的に収縮させることなく焼結
し、三次元網目構造の開放気孔を形成させた多孔
質炭化珪素質焼結体の開放気孔の中に金属リシコ
ンが充填されてなる寸法精度および耐摩耗性の優
れた炭化珪素質複合体の製造方法である。
The present invention provides dimensional accuracy and dimensional accuracy in which metal silicone is filled into the open pores of a porous silicon carbide sintered body that is sintered without substantially shrinking to form open pores in a three-dimensional network structure. This is a method for producing a silicon carbide composite with excellent wear resistance.

以下、本発明を詳細に説明する。 The present invention will be explained in detail below.

前記多孔質炭化珪素質焼結体は、実質的に収縮
させることなく焼結させた炭化珪素質焼結体より
なるものであることが必要である。その理由は、
焼結時に収縮させた炭化珪素質焼結体は強度およ
び耐摩耗性の面では好ましいが、収縮を伴う焼結
法によつて製造される焼結体の寸法は生成形体の
密度および焼結時の収縮量に大きく影響を受ける
ため、寸法精度に優れた焼結体を製造するために
は焼結時の収縮を均一に生起させなければならな
い。ところで、前述の如き収縮を均一に生起させ
るためには均一な密度を有する生成形体を得るこ
とが重要であるが、そのような均一な密度を有す
る生成形体を得ることは極めて困難であり、極め
て寸法精度の優れた焼結体を焼成収縮を生起させ
て製造することが困難であるからである。
The porous silicon carbide sintered body needs to be a silicon carbide sintered body sintered without substantially shrinking. The reason is,
A silicon carbide sintered body that is shrunk during sintering is preferable in terms of strength and wear resistance, but the dimensions of a sintered body produced by a sintering method that involves shrinkage depend on the density of the formed body and the time of sintering. It is greatly affected by the amount of shrinkage, so in order to produce a sintered body with excellent dimensional accuracy, it is necessary to cause uniform shrinkage during sintering. By the way, in order to cause the above-mentioned contraction uniformly, it is important to obtain a formed body having a uniform density, but it is extremely difficult to obtain a formed body having such a uniform density. This is because it is difficult to produce a sintered body with excellent dimensional accuracy by causing firing shrinkage.

なお、前記実質的に収縮させることなく焼結さ
せた炭化珪素質焼結体の焼成収縮率は2%以下で
あることが有利であり、なかでも1%以下である
ことがより好適である。
The sintering shrinkage rate of the silicon carbide sintered body sintered without substantially shrinking is advantageously 2% or less, and more preferably 1% or less.

本発明により得られる炭化珪素質複合体は、多
孔質炭化珪素質焼結体の開放気孔の中に金属シリ
コンが充填されたものであることが必要である。
その理由は、金属シリコンは炭化珪素質焼結体と
のなじみが良く、金属シリコンを多孔質炭化珪素
質焼結体の開放気孔の中に充填することによつ
て、多孔質炭化珪素質焼結体からの結晶粒の脱離
を防止することができ、耐摩耗性を著しく向上さ
せることができるからである。
The silicon carbide composite obtained by the present invention needs to be a porous silicon carbide sintered body whose open pores are filled with metallic silicon.
The reason is that metallic silicon has good compatibility with silicon carbide sintered bodies, and by filling the open pores of porous silicon carbide sintered bodies with metallic silicon, it is possible to form porous silicon carbide sintered bodies. This is because detachment of crystal grains from the body can be prevented, and wear resistance can be significantly improved.

前記多孔質炭化珪素質焼結体は、結晶の平均粒
径が10μm以下、開放気孔率が18〜56容量%であ
ることが好ましい。前記結晶の平均粒径が10μm
以下であることが好ましい理由は、前記結晶の平
均粒径が10μmよりも大きいと焼結体表面の面粗
度が大きく寸法精度が劣化するからである。また
前記開放気孔率が18〜56容量%であることが好ま
しい理由は、前記開放気孔率が18容量%よりも低
いと金属シリコンを充填することが困難であるか
らであり、一方56容量%よりも高いと多孔質炭化
珪素質焼結体の強度が低く粒子が脱離し易いから
である。
The porous silicon carbide sintered body preferably has an average crystal grain size of 10 μm or less and an open porosity of 18 to 56% by volume. The average grain size of the crystals is 10 μm
The reason why the average grain size of the crystals is preferably less than 10 μm is because the surface roughness of the sintered body becomes large and the dimensional accuracy deteriorates. The reason why the open porosity is preferably 18 to 56% by volume is that if the open porosity is lower than 18% by volume, it is difficult to fill with metallic silicon; This is because if the amount is too high, the strength of the porous silicon carbide sintered body will be low and the particles will be easily detached.

前記多孔質炭化珪素質焼結体は、寸法精度の優
れていることが必要であり、平均アスペクト比が
5以下の炭化珪素結晶によつて構成される三次元
網目構造を有する炭化珪素質焼結体よりなるもの
であることが好ましい。
The porous silicon carbide sintered body needs to have excellent dimensional accuracy, and is a silicon carbide sintered body having a three-dimensional network structure composed of silicon carbide crystals with an average aspect ratio of 5 or less. Preferably, it consists of a body.

本発明により得られる炭化珪素質複合体は、前
記多孔質炭化珪素質焼結体の開放気孔100容量部
に対し、金属シリコンを少なくとも50容量部充填
されたものであることが好ましい。その理由は、
金属シリコンの充填量が50容量部より少ないと炭
化珪素質焼結体からの結晶粒の脱離を防止する効
果が充分でなく、耐摩耗性を向上させることが困
難であるからである。
The silicon carbide composite obtained by the present invention is preferably one in which at least 50 parts by volume of metallic silicon is filled with respect to 100 parts by volume of the open pores of the porous silicon carbide sintered body. The reason is,
This is because if the filling amount of metallic silicon is less than 50 parts by volume, the effect of preventing the detachment of crystal grains from the silicon carbide sintered body will not be sufficient, and it will be difficult to improve the wear resistance.

次に本発明の寸法精度および耐摩耗性の優れた
炭化珪素質複合体の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a silicon carbide composite material having excellent dimensional accuracy and wear resistance according to the present invention will be described.

本発明によれば、平均粒径が5μm以下の炭化
珪素粉末を生成形体に成形した後、前記生成形体
を1700〜2100℃の温度範囲内で実質的に収縮させ
ることなく焼結して三次元網目構造の開放気孔を
有する多孔質炭化珪素質焼結体を製造し、次いで
前記開放気孔内に金属シリコンを充填する方法に
よつて寸法精度および耐摩耗性の優れた炭化珪素
質複合体を製造することができる。
According to the present invention, silicon carbide powder having an average particle size of 5 μm or less is molded into a green body, and then the green body is sintered within a temperature range of 1700 to 2100°C without substantially shrinking to form a three-dimensional A silicon carbide composite with excellent dimensional accuracy and wear resistance is manufactured by manufacturing a porous silicon carbide sintered body having open pores in a network structure, and then filling the open pores with metallic silicon. can do.

前記平均粒径が5μm以下の炭化珪粉末を使用
する理由は、5μmより大きい粒度の炭化珪素は
焼成収縮を抑制する上では好ましいが、焼結体内
の粒と粒との結合箇所が少なくなるため、高強度
の炭化珪素焼結体を得ることが困難になるばかり
でなく、表面の面粗度を劣化させるからである。
The reason why silicon carbide powder with an average particle size of 5 μm or less is used is that silicon carbide with a particle size larger than 5 μm is preferable for suppressing firing shrinkage, but it reduces the number of bonding points between grains in the sintered body. This is because not only is it difficult to obtain a high-strength silicon carbide sintered body, but also the surface roughness is deteriorated.

ところで、前記炭化珪素の結晶系にはα型、β
型および非晶質のものがあるが、その何れか、お
よびそれらの混合物をも使用することができ、な
かでもβ型のものは5μm以下のものを微粉末状
で取得し易く、しかも比較的高強度の焼結体を製
造することができるため有利に使用することがで
き、なかでもβ型炭化珪素を50重量%以上含有す
る炭化珪素粉末を使用することが有利である。
By the way, the crystal system of silicon carbide has α type and β type.
There are two types: type and amorphous, and any of them or a mixture thereof can be used. Among them, β type is easy to obtain in fine powder form with a diameter of 5 μm or less, and is relatively easy to obtain. It can be advantageously used because a high-strength sintered body can be produced, and in particular, it is advantageous to use silicon carbide powder containing 50% by weight or more of β-type silicon carbide.

前記炭化珪素粉末は、ホウ素、アルミニウムお
よび鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3重量
%以下であることが有利である。その理由は、前
記ホウ素、アルミニウムおよび鉄の含有量の合計
が元素に換算して0.3重量%より多いと、炭化珪
素粉末中に含有されている遊離炭素との相互作用
によつて焼結時に焼成収縮し易く、実質的な収縮
を生じさせることなく焼結体を製造することが困
難になるからである。
Advantageously, the silicon carbide powder has a total content of boron, aluminum and iron of 0.3% by weight or less in terms of elements. The reason for this is that if the total content of boron, aluminum and iron is more than 0.3% by weight in terms of elements, sintering will occur during sintering due to interaction with free carbon contained in silicon carbide powder. This is because it tends to shrink, making it difficult to manufacture a sintered body without causing substantial shrinkage.

なお、前記炭化珪素粉末にホウ素、アルミニウ
ムおよび鉄の含有量が上記範囲内である場合に
は、出発原料中に5重量%以下の遊離炭素を含有
させるべく炭素質物質を添加することができる。
前記遊離炭素は結晶粒の粗大化を抑制する作用を
有しており、出発原料中に存在させることによ
り、焼結体の結晶粒径を均一化し比較的高強度の
焼結体を得ることができる。前記遊離炭素の含有
量を5重量%以下とする理由は、5重量%よりも
多いと炭化珪素粉末粒子間に過剰の炭素が存在す
ることになり、粒と粒との結合を著しく阻害する
ため、焼結体の強度が劣化するからである。
In addition, when the content of boron, aluminum, and iron in the silicon carbide powder is within the above range, a carbonaceous substance can be added to make the starting material contain 5% by weight or less of free carbon.
The free carbon has the effect of suppressing the coarsening of crystal grains, and by making it present in the starting raw material, it is possible to make the crystal grain size of the sintered body uniform and obtain a sintered body with relatively high strength. can. The reason why the free carbon content is set to 5% by weight or less is that if it is more than 5% by weight, excessive carbon will exist between the silicon carbide powder particles, which will significantly inhibit the bonding between the particles. This is because the strength of the sintered body deteriorates.

前記炭素質物質としては、焼結開始時に炭素を
存在させられるものであればよく、例えばフエノ
ール樹脂、リグニンスルホン酸塩、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
ツチ、アルギン酸塩のような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
な熱分解炭素を有利に使用することができる。
The carbonaceous material may be any material that allows carbon to be present at the start of sintering, such as various organic materials such as phenolic resin, lignin sulfonate, polyvinyl alcohol, cornstarch, sugar, coal tar pitch, and alginate. Alternatively, pyrolytic carbon such as carbon black or acetylene black can be advantageously used.

前記炭化珪素粉末は、前記ホウ素、アルミニウ
ムおよび鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3
重量%を越える場合には炭素質物質および遊離炭
素の含有量が固定炭素量に換算して0.6重量%以
下であることが有利である。その理由は、ホウ
素、アルミニウムおよび鉄の含有量の合計が元素
に換算して0.3重量%を越える場合に、炭素質物
質および遊離炭素の含有量が固定炭素量に換算し
て0.6重量%よりも多いと、先にも説明した如く、
前記ホウ素、アルミニウムあるいは鉄と炭素との
相互作用によつて焼結時に焼成収縮し易く、実質
的な収縮を生じさせることなく焼結体を得ること
が困難になるからである。また、前記ホウ素、ア
ルミニウムおよび鉄の含有量が余り多いと焼結体
の物性を劣化させるため、なるべく少ないことが
望ましく、その含有量の合計は元素に換算して2
重量%以下であることが有利である。
The silicon carbide powder has a total content of boron, aluminum, and iron of 0.3 in terms of elements.
When the content exceeds 0.6% by weight, it is advantageous that the content of carbonaceous substances and free carbon is 0.6% by weight or less in terms of fixed carbon content. The reason is that when the total content of boron, aluminum and iron exceeds 0.3% by weight in terms of elements, the content of carbonaceous substances and free carbon exceeds 0.6% by weight in terms of fixed carbon content. As I explained earlier, if there are many,
This is because the interaction between boron, aluminum, or iron and carbon tends to cause sintering shrinkage during sintering, making it difficult to obtain a sintered body without substantial shrinkage. In addition, if the contents of boron, aluminum, and iron are too large, they will deteriorate the physical properties of the sintered body, so it is desirable that the contents be as low as possible, and the total content should be 2
% by weight or less.

前記生成形体は1700〜2100℃の温度範囲内で焼
成される。その理由は前記温度が1700℃より低い
と粒と粒とを結合するネツクを充分に発達させる
ことが困難で、高い強度を有する焼結体を得るこ
とができず、一方2100℃より高いと一旦成長した
ネツクのうち一定の大きさよりも小さなネツクが
くびれた形状となつたり、著しい場合には消失し
たりして、むしろ強度が低くなるし、また一部の
粒子が粗大化するため表面の面粗度が劣化するか
らである。
The resulting body is fired within a temperature range of 1700-2100°C. The reason for this is that if the temperature is lower than 1700°C, it is difficult to sufficiently develop the bonds that connect the grains, making it impossible to obtain a sintered body with high strength, whereas if the temperature is higher than 2100°C, once the Among the nets that have grown, those that are smaller than a certain size become constricted or, in severe cases, disappear, resulting in a decrease in strength, and some particles become coarser, causing the surface to become rougher. This is because the roughness deteriorates.

前記生成形体は非酸化性雰囲気中で実質的に収
縮させることなく焼成される。その理由は、焼結
時における収縮は焼結体の強度を向上させる上で
は好ましいが、一般的には焼結時の収縮量は生成
形体の密度に大きく影響するため、均一な収縮を
生成させるためには均一な密度を有する生成形体
を得ることが重要である。しかし、そのような均
一な密度を有する生成形体を得ることは極めて困
難であるため、極めて寸法精度の高い焼結体を焼
成収縮を生起させて製造することが困難であるか
らである。
The resulting shaped body is fired in a non-oxidizing atmosphere without substantial shrinkage. The reason for this is that shrinkage during sintering is preferable for improving the strength of the sintered body, but generally speaking, the amount of shrinkage during sintering has a large effect on the density of the formed body, so it is necessary to generate uniform shrinkage. Therefore, it is important to obtain a formed body with uniform density. However, it is extremely difficult to obtain a formed body having such uniform density, and it is therefore difficult to produce a sintered body with extremely high dimensional accuracy by causing firing shrinkage.

なお、前述の如き寸法精度の高い焼結体を得る
上で実質的に収縮させることなく焼結する際の焼
成収縮率は2%以下であることが好ましく、なか
でも、1%以下であることがより好適である。
In addition, in order to obtain a sintered body with high dimensional accuracy as described above, the firing shrinkage rate when sintering without substantially shrinking is preferably 2% or less, particularly 1% or less. is more suitable.

また、前記生成形体は1700〜2100℃の温度範囲
内において少なくとも10分間雰囲気中のCOある
いはN2の少なくともいずれかのガス分圧が100Pa
以上に維持された雰囲気中で焼成されることが有
利である。その理由は、前記温度範囲内において
少なくとも10分間雰囲気中のCOあるいはN2の少
なくともいずれかのガス分圧を100Pa以上とする
ことによつて、ネツクの成長を促進させ、かつ炭
化珪素の焼結時における焼成収縮を効果的に抑制
することができるからである。
In addition, the formed body has a gas partial pressure of at least one of CO or N 2 in the atmosphere of 100 Pa for at least 10 minutes within a temperature range of 1700 to 2100°C.
It is advantageous that the firing is carried out in an atmosphere maintained above. The reason for this is that by increasing the partial pressure of at least one of CO or N2 in the atmosphere to 100 Pa or higher for at least 10 minutes within the above temperature range, the growth of the nets can be promoted and the sintering of silicon carbide can be accelerated. This is because shrinkage during firing can be effectively suppressed.

本発明によれば、前記生成形体を焼成雰囲気を
制御することのできる耐熱性容器内に装入し、焼
成することが有利である。このように耐熱性の容
器内に装入して焼成雰囲気を制御しつつ焼成する
ことが有利である理由は、隣接する炭化珪素結晶
同志の結合およびネツクの成長を促進させること
ができるからである。前述の如く耐熱性の容器内
に生成形体を装入して焼成雰囲気を制御しつつ焼
成することによつて隣接する炭化珪素結晶同志の
結合およびネツクの成長を促進させることができ
る理由は、炭化珪素粒子間における炭化珪素の蒸
発−再凝縮および/または表面拡散による移動を
促進することができるためと考えられる。
According to the present invention, it is advantageous to charge the green body into a heat-resistant container in which the firing atmosphere can be controlled and fire it. The reason why it is advantageous to charge the material into a heat-resistant container and fire it while controlling the firing atmosphere is because it can promote bonding between adjacent silicon carbide crystals and the growth of nets. . The reason why bonding between adjacent silicon carbide crystals and the growth of nets can be promoted by charging the formed body into a heat-resistant container and firing while controlling the firing atmosphere as described above is because the carbonization This is thought to be because movement of silicon carbide between silicon particles by evaporation-recondensation and/or surface diffusion can be promoted.

前記耐熱性容器としては、黒鉛や炭化珪素など
の材質およびこれらと同等の機能を有するものを
有利に使用することができる。
As the heat-resistant container, materials such as graphite and silicon carbide, and materials having functions equivalent to these materials can be advantageously used.

また、前記生成形体を焼成雰囲気を制御するこ
とのできる耐熱性容器中に装入して焼成すること
により、焼成時における炭化珪素の揮散率を5重
量%以下に制御することが有利である。
Furthermore, it is advantageous to control the volatilization rate of silicon carbide to 5% by weight or less during firing by charging the formed body into a heat-resistant container in which the firing atmosphere can be controlled and firing it.

前記生成形体は45〜80容量%の密度を有するも
のであることが有利である。その理由は、前記生
成形体の密度が45容量%より低いと炭化珪素粒子
相互の接触点が少ないため、必然的に結合箇所が
少なく高強度の焼結体を得ることが困難であるか
らであり、一方80容量%より高い生成形体は製造
することが困難であるからである。
Advantageously, the product form has a density of 45 to 80% by volume. The reason for this is that if the density of the formed body is lower than 45% by volume, there will be fewer points of contact between the silicon carbide particles, which will inevitably result in fewer bonding points, making it difficult to obtain a high-strength sintered body. , on the other hand, because formed forms with higher than 80 volume % are difficult to manufacture.

また、前記1700℃に至るまでの昇温過程のうち
1300℃以上で少なくとも30分間雰囲気中のCOお
よびN2のガス分圧の合計を100Pa以下に維持する
ことにより、炭化珪素の粒子と粒子との間のネツ
クを均一に生成させて強固に接合することができ
る。
Also, in the temperature increase process up to 1700℃ mentioned above,
By maintaining the total gas partial pressure of CO and N 2 in the atmosphere at 100 Pa or less at 1300℃ or higher for at least 30 minutes, the nets between silicon carbide particles are uniformly generated and bonded firmly. be able to.

本発明によれば、多孔質炭化珪素質焼結体の開
放気孔内に金属シリコンを充填することが必要で
ある。その理由は、金属シリコンは炭化珪素質焼
結体とのなじみが良く、金属シリコンを多孔質炭
化珪素質焼結体の開放気孔内に充填することによ
つて、多孔質炭化珪素質焼結体からの結晶粒の脱
離を防止することができ、耐摩耗性を著しく向上
させることができるからである。
According to the present invention, it is necessary to fill the open pores of the porous silicon carbide sintered body with metallic silicon. The reason is that metallic silicon has good compatibility with silicon carbide sintered bodies, and by filling the open pores of porous silicon carbide sintered bodies with metallic silicon, it is possible to form porous silicon carbide sintered bodies. This is because it is possible to prevent the detachment of crystal grains from the steel, and the wear resistance can be significantly improved.

前記金属シリコンを多孔質炭化珪素質焼結体の
開放気孔内へ充填する方法としては、金属シリコ
ンを加熱溶融させて含浸する方法あるいは微粉化
した金属シリコンを分散媒液中に分散し、この分
散液を多孔質炭化珪素質焼結体に含浸し、乾燥し
た後、金属シリコンの溶融温度以上に加熱する方
法が適用できる。
As a method for filling the open pores of the porous silicon carbide sintered body with the metallic silicon, there is a method of impregnating the metallic silicon by heating and melting it, or a method of dispersing pulverized metallic silicon in a dispersion medium and dispersing the metallic silicon. An applicable method is to impregnate a porous silicon carbide sintered body with a liquid, dry it, and then heat it to a temperature higher than the melting temperature of metal silicon.

本発明によれば、前記金属シリコンを前記多孔
質炭化珪素質焼結体の開放気孔10容量部に対し、
少なくとも50容量部充填することが有利である。
その理由は、金属0シリコンの充填量が50容量部
より少ないと炭化珪素質焼結体からの結晶粒子の
脱離を防止する効果が充分でなく、耐摩耗性を向
上させることが困難であるからである。
According to the present invention, the metallic silicon is added to 10 parts by volume of open pores of the porous silicon carbide sintered body.
It is advantageous to fill at least 50 parts by volume.
The reason for this is that if the filling amount of metal-free silicon is less than 50 parts by volume, the effect of preventing the detachment of crystal particles from the silicon carbide sintered body is insufficient, and it is difficult to improve the wear resistance. It is from.

次に本発明を実施例および比較例について説明
する。
Next, the present invention will be explained with reference to Examples and Comparative Examples.

実施例 1 出発原料として使用した炭化珪素粉末は94.6重
量%がβ型結晶で残部が実質的に2H型結晶より
なり、0.29重量%の遊離炭素、0.17重量%の酸
素、0.03重量%の鉄、0.03重量%のアルミニウム
を主として含有し、0.28μmの平均粒径を有して
おり、ホウ素は検出されなかつた。
Example 1 The silicon carbide powder used as a starting material consisted of 94.6% by weight of β-type crystals and the remainder substantially of 2H-type crystals, and contained 0.29% by weight of free carbon, 0.17% by weight of oxygen, 0.03% by weight of iron, It mainly contained 0.03% by weight of aluminum, had an average particle size of 0.28 μm, and no boron was detected.

前記炭化珪素粉末100重量部に対し、ポリビニ
ルアルコール5重量部、水300重量部を配合し、
ボールミル中で5時間混合した後乾燥した。
5 parts by weight of polyvinyl alcohol and 300 parts by weight of water are blended with 100 parts by weight of the silicon carbide powder,
The mixture was mixed in a ball mill for 5 hours and then dried.

その乾燥混合物を適量採取し、顆粒化した後金
属製押し型を用いて3000Kg/cm2の圧力で成形し
た。この生成形体の寸法は250mm×250mm×30mm
で、密度は2.0g/cm2(62容量%)であつた。
An appropriate amount of the dry mixture was collected, granulated, and then molded using a metal mold at a pressure of 3000 kg/cm 2 . The dimensions of this generated feature are 250mm x 250mm x 30mm
The density was 2.0 g/cm 2 (62% by volume).

前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、タンマ
ン型焼成炉を使用して1気圧の主としてアルゴン
ガス雰囲気中で焼成した。昇温過程は450℃/時
間で2000℃まで昇温し、最高温度2000℃で10分間
保持した。焼結中のCOガス分圧は常温〜1700℃
が80Pa以下、1700℃よりも高温域では300±50Pa
の範囲内となるようにアルゴンガス流量を適宜調
整して制御した。
The formed body was placed in a graphite crucible and fired in a Tammann type firing furnace in an atmosphere of mainly argon gas at 1 atm. The temperature was raised to 2000°C at a rate of 450°C/hour and held at the maximum temperature of 2000°C for 10 minutes. CO gas partial pressure during sintering ranges from room temperature to 1700℃
is 80Pa or less, 300±50Pa at higher temperatures than 1700℃
The argon gas flow rate was appropriately adjusted and controlled so that it was within the range of .

得られた焼結体の密度は2.05g/cm2開放気孔率
は36%で、その結晶構造は走査型電子顕微鏡によ
つて観察したところ、平均アスペクト比が2.5の
炭化珪素板状結晶が多方向に複雑に絡み合つた三
次元構造を有しており、生成形体に対する線収縮
率はいずれの方向に対しても0.25±0.02%の範囲
内で、焼結体の寸法精度は±0.05mm以内であつ
た。また、この焼結体の平均曲げ強度は18.5Kg/
mm2と極めて高い値を示した。
The density of the obtained sintered body was 2.05 g/ cm2 , and the open porosity was 36%, and its crystal structure, when observed using a scanning electron microscope, was composed of many silicon carbide plate crystals with an average aspect ratio of 2.5. It has a three-dimensional structure that is intricately intertwined in various directions, and the linear shrinkage rate of the formed body is within the range of 0.25 ± 0.02% in any direction, and the dimensional accuracy of the sintered body is within ± 0.05 mm. It was hot. In addition, the average bending strength of this sintered body is 18.5Kg/
It showed an extremely high value of mm 2 .

次いで、前記多孔質焼結体の表面に平均粒径
20μm純度99.9%の金属シリコ粉末100重量部と5
%アクリル酸エステル・ベンゼン溶液60重量部が
混合されたスラリーを塗布し、表面に金属シリコ
ンを1700gコーテイングした。この金属シリコン
をコーテイングした多孔質焼結体をアルゴンガス
気流中で450℃/時間の昇温速度で加熱し、最高
温度1450℃で約1時間保持して前記焼結体の表面
に塗布された金属シリコンを焼結体中へ浸透さ
せ、炭化珪素質複合体を得た。
Next, the average particle size is applied to the surface of the porous sintered body.
100 parts by weight of 20μm 99.9% pure metal silico powder and 5
A slurry containing 60 parts by weight of acrylic acid ester/benzene solution was applied, and the surface was coated with 1700 g of metallic silicon. This porous sintered body coated with metallic silicon was heated in an argon gas stream at a heating rate of 450°C/hour, and held at a maximum temperature of 1450°C for about 1 hour to coat the surface of the sintered body. Metallic silicon was infiltrated into the sintered body to obtain a silicon carbide composite.

得られた炭化珪素質複合体の気孔率は1.6%で
あり、寸法変化は金属シリコンを充填する前に比
較して0.005mm大きくなつただけであつた。また
平均曲げ強度は35.5Kgf/mm2と金属シリコンを充
填することによつて著しく大きくなつた。
The porosity of the obtained silicon carbide composite was 1.6%, and the dimensional change was only 0.005 mm larger than before filling with metal silicon. Furthermore, the average bending strength was 35.5 Kgf/mm 2 , which was significantly increased by filling with metallic silicon.

実施例 2 実施例1と同様であるが、炭化珪素粉末として
92.8重量%がβ型結晶で残部が実質的に2H型結
晶よりなり、0.21重量%の遊離炭素、0.17重量%
の酸素、0.05重量%の鉄、0.1重量%のアルミニ
ウム、0.2重量%のホウ素を主として含有し、
0.27μmの平均粒径を有する炭化珪素粉末を使用
し、前記炭化珪素粉末100重量部に対し、固定含
有率51.6重量%のノボラツク型フエノール樹脂
0.4部、ベンゼン300重量部を配合し、ボールミル
中で5時間混合した後乾燥して得た乾燥混合物を
使用して250×250×50mmの生成形体を成形した後
焼結し、多孔質焼結体を得た。
Example 2 Same as Example 1, but as silicon carbide powder
92.8% by weight of β-type crystals and the remainder essentially of 2H-type crystals, 0.21% by weight of free carbon, 0.17% by weight
of oxygen, 0.05% by weight of iron, 0.1% by weight of aluminum, 0.2% by weight of boron,
Using silicon carbide powder having an average particle size of 0.27 μm, a novolak type phenolic resin with a fixed content of 51.6% by weight based on 100 parts by weight of the silicon carbide powder.
0.4 parts by weight and 300 parts by weight of benzene were mixed in a ball mill for 5 hours and then dried. The resulting dry mixture was used to form a 250 x 250 x 50 mm shaped body, and then sintered to form a porous sintered product. I got a body.

得られた焼結体の密度は2.05g/cm2、開放気孔
率は36%であり、生成形体に対する線収縮率は
0.52±0.03%と若干大きくなつたが寸法精度は±
0.08mmと比較的良好であつた。なお、この焼結体
の平均曲げ強度は32.5Kg/mm2と著しく高い値であ
つた。
The density of the obtained sintered body was 2.05 g/cm 2 , the open porosity was 36%, and the linear shrinkage rate for the formed body was
Although it was slightly larger at 0.52±0.03%, the dimensional accuracy was ±
It was 0.08mm, which was relatively good. The average bending strength of this sintered body was 32.5 Kg/mm 2 , which was a significantly high value.

次いで、前記多孔質焼結体を黒鉛製ルツボ中に
設置し、純度99.9%の塊状金属シリコンを多孔質
焼結体の周囲に配置した後1450℃で1時間加熱し
て炭化珪素質複合体を得た。
Next, the porous sintered body was placed in a graphite crucible, and after 99.9% pure bulk metal silicon was placed around the porous sintered body, it was heated at 1450°C for 1 hour to form a silicon carbide composite. Obtained.

得られた炭化珪素質複合体の気孔率は2.2%で
あり、寸法変化は殆ど認められなかつた。またこ
の複合体の寸法精度は±0.05mm以内と高精度であ
り、平均曲げ強度は42.6Kgf/mm2と高強度であつ
た。
The obtained silicon carbide composite had a porosity of 2.2%, and almost no dimensional change was observed. The dimensional accuracy of this composite was within ±0.05 mm, and the average bending strength was 42.6 Kgf/mm 2 .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた如く、本発明により得られた炭化珪
素質複合体は寸法精度および耐摩耗性に極めて優
れており、半導体の拡散・酸化処理、ダイオード
の接合、ガラス封着およびパツケージのリードフ
レームのロー付などの電子工業用耐熱性治具用材
料、メカニカルシールや軸受け等の耐摩耗性材
料、酸およびアルカリ等の強い腐食性を有する溶
液のポンプ部品等の耐食性材料などの用途に適し
た炭化珪素質複合体を安価に提供できるものであ
つて産業上極めて有用である。
As described above, the silicon carbide composite obtained by the present invention has extremely excellent dimensional accuracy and wear resistance, and is suitable for semiconductor diffusion and oxidation treatment, diode bonding, glass sealing, and package lead frame loading. Silicon carbide is suitable for applications such as materials for heat-resistant jigs in the electronics industry, wear-resistant materials such as mechanical seals and bearings, and corrosion-resistant materials such as pump parts for highly corrosive solutions such as acids and alkalis. It is possible to provide a quality composite at a low cost and is extremely useful industrially.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 平均粒径が5μm以下の炭化珪素粉末を生成
形体に成形した後、1700〜2100℃の温度範囲内
で、少なくとも10分間雰囲気中のCOあるいはN2
の少なくともいずれかのガス分圧が100Pa以上に
維持された雰囲気中で実質的に収縮させることな
く焼結して三次元網目構造の開放気孔を有する多
孔質焼結体を製造し、次いで前記開放気孔内に金
属シリコンを充填することを特徴とする寸法精度
および耐摩耗性の優れた炭化珪素質複合体の製造
方法。 2 前記炭化珪素粉末は、ホウ素、アルミニウム
および鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3重
量%以下である特許請求の範囲第1項記載の製造
方法。 3 前記炭化珪素粉末は、ホウ素、アルミニウム
および鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3重
量%を越え、2.0重量%以下であり、炭素質物質
の含有量が固定炭素含有量に換算して0.6重量%
以下である特許請求の範囲第1項記載の製造方
法。 4 前記多孔質炭化珪素質焼結体の焼結に伴う収
縮率は2%以下である特許請求の範囲第1〜3項
のいずれか1項に記載の製造方法。 5 前記金属シリコンを前記多孔質炭化珪素質焼
結体の開放気孔100容量部に対し、少なくとも50
容量部充填する特許請求の範囲第1〜4項のいず
れか1項に記載の製造方法。
[Claims] 1. After molding silicon carbide powder with an average particle size of 5 μm or less into a green body, CO or N 2 in the atmosphere is heated for at least 10 minutes within a temperature range of 1700 to 2100°C.
A porous sintered body having open pores with a three-dimensional network structure is produced by sintering without substantially shrinking in an atmosphere in which the partial pressure of at least one of the gases is maintained at 100 Pa or more, and then the open pores are sintered without substantially shrinking. A method for producing a silicon carbide composite with excellent dimensional accuracy and wear resistance, characterized by filling pores with metallic silicon. 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein the silicon carbide powder has a total content of boron, aluminum, and iron of 0.3% by weight or less in terms of elements. 3 The silicon carbide powder has a total content of boron, aluminum, and iron exceeding 0.3% by weight and 2.0% by weight or less in terms of elements, and a content of carbonaceous substances in terms of fixed carbon content. 0.6% by weight
The manufacturing method according to claim 1, which is as follows. 4. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the porous silicon carbide sintered body has a shrinkage rate of 2% or less during sintering. 5. At least 50% of the metal silicon is added to 100 parts by volume of open pores of the porous silicon carbide sintered body.
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 4, wherein the manufacturing method is filled by volume.
JP60003808A 1985-01-11 1985-01-11 High size precision and anti-abrasivity silicon carbide composite body and manufacture Granted JPS61163180A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60003808A JPS61163180A (en) 1985-01-11 1985-01-11 High size precision and anti-abrasivity silicon carbide composite body and manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60003808A JPS61163180A (en) 1985-01-11 1985-01-11 High size precision and anti-abrasivity silicon carbide composite body and manufacture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61163180A JPS61163180A (en) 1986-07-23
JPH034514B2 true JPH034514B2 (en) 1991-01-23

Family

ID=11567489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60003808A Granted JPS61163180A (en) 1985-01-11 1985-01-11 High size precision and anti-abrasivity silicon carbide composite body and manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61163180A (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6461374A (en) * 1987-09-01 1989-03-08 Tokai Konetsu Kogyo Kk Silicon carbide structural material for heating furnace
JPS6472971A (en) * 1987-09-16 1989-03-17 Tokai Konetsu Kogyo Kk Method for joining sintered silicon carbide body
JP2721678B2 (en) * 1988-03-25 1998-03-04 東洋炭素株式会社 β-silicon carbide molded body and method for producing the same
JP5706076B2 (en) * 2009-09-29 2015-04-22 日本ファインセラミックス株式会社 Porous SiC molded body, SiC / Si composite material and manufacturing method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5416521A (en) * 1977-07-07 1979-02-07 Shinetsu Chemical Co Method of making silicon carbide molded body
JPS56134574A (en) * 1980-02-15 1981-10-21 Kernforschungsanlage Juelich Armament plate

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5416521A (en) * 1977-07-07 1979-02-07 Shinetsu Chemical Co Method of making silicon carbide molded body
JPS56134574A (en) * 1980-02-15 1981-10-21 Kernforschungsanlage Juelich Armament plate

Also Published As

Publication number Publication date
JPS61163180A (en) 1986-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0277085B1 (en) Production of metal carbide articles
US7723247B2 (en) Method for pressurelessly sintering zirconium diboride/silicon carbide composite bodies to high densities
US8097548B2 (en) High-density pressurelessly sintered zirconium diboride/silicon carbide composite bodies and a method for producing the same
JPH01172290A (en) Heat resistant complex body and production thereof
GB2048953A (en) Sintering silicon carbide in boron containing atmosphere
JPH0513116B2 (en)
CA1152536A (en) Dense sintered silicon carbide ceramic
JPH0229637B2 (en)
JP2703589B2 (en) Method for manufacturing self-supporting body
JPH034514B2 (en)
JPH034511B2 (en)
JPS61143686A (en) Silicon carbide sintered body for heat-resistant jig having excellent dimensional accuracy
JPS6152106B2 (en)
JPH0736381B2 (en) Heat resistant jig and its manufacturing method
JP3038489B2 (en) Method for producing metal composite carbon material
JPS62138377A (en) Silicon carbide base composite material
JP3966911B2 (en) In-furnace members and jigs
JPS6212664A (en) Method of sintering b4c base composite body
JP2690774B2 (en) Porous silicon carbide sintered body and method for producing the same
JPH0224789B2 (en)
JPH0228548B2 (en)
JPH01115888A (en) Production of jig for producing semiconductor
JPS58125667A (en) Composite carborundum sintered shape and its manufacture
JPH0345034B2 (en)
JPH0535105B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term