JPH0364469B2 - - Google Patents

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JPH0364469B2
JPH0364469B2 JP58113595A JP11359583A JPH0364469B2 JP H0364469 B2 JPH0364469 B2 JP H0364469B2 JP 58113595 A JP58113595 A JP 58113595A JP 11359583 A JP11359583 A JP 11359583A JP H0364469 B2 JPH0364469 B2 JP H0364469B2
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JP
Japan
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silicon carbide
sintered body
hot
carbide sintered
sintering
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JP58113595A
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Mitsuhiko Furukawa
Takashi Kitahira
Sakae Tanaka
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Nippon Tungsten Co Ltd
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Nippon Tungsten Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は炭化ケイ素焼結体及びその製造方法に
関する。 炭化ケイ素焼結体はその優れた耐酸化性、耐熱
衝撃性、耐食性及び高温強度の為に従来から各種
耐火材、発熱体あるいは研摩材等に広く使用され
ている。そしてこれらの用途に用いる場合には焼
結体に気孔が相当存在していてもあまり問題とさ
れず現にその様な焼結体が使われている。 ところが近年上述の炭化ケイ素焼結体の特長を
活かし各種構造用材料、腐食性液体用の逆止弁や
シール材、高温炉用熱交換器用材更には強度の耐
摩耗用部材へその用途が拡大されるに至り、気孔
が殆んど存在せずより強度が大なる焼結体が要望
される様になつた。 炭化ケイ素体の製造方法としては、(イ)気相反応
法、、(ロ)反応焼結法、(ハ)熱間焼結法があるが、(イ)
の方法は均質かつ緻密な炭化ケイ素が得られるが
通常薄膜しか造り得ず実際上は各種材料のコーテ
イング法にしか適しておらず、(ロ)の方法は通常炭
化ケイ素あるいは二酸化ケイ素の粉末を混合し、
これを焼成する方法で形状の大なる物は得られる
が緻密な物は得難く現状では耐火物や発熱体の製
造に応用されているに過ぎない。従つて形状が大
きく、かつ緻密な焼結体を得るには上記(ハ)の方法
が最適であるといえる。 ところが炭化ケイ素は、共有結合性の大きな化
合物である為に硬く、強靭でかつ高温に於いても
安定した物質である為にそれ単味では焼結性が著
しく悪く実用に供し得る焼結体を得ることは困難
である所から、種々の焼結助剤を混入する研究が
なされている。例えばアリエグロ等の報告(R.
Alliegro et.al.Journal of American Ceremic
Society、1956年、39巻、386〜389P)や、特開
昭49−7311号公報、特開昭49−99308号公報、特
開昭50−78609号公報、、特開昭51−65111号公報、
特開昭52−6715号公報、特開昭53−67711号公報
及び特開昭53−84013号公報等で、AL、Fe、B、
BC等を焼結助剤として用いれば気孔が少なく強
度が大なる焼結体が得られる旨が報告されてい
る。 ところで焼結体の強度は種々の要因で決まる
が、(イ)気孔率、(ロ)表面傷、(ハ)粒子の大きさはその
強度に及ぼす影響が大なるものである。この中(ロ)
の表面傷は加工を留意する事で回避出来、又(イ)へ
気孔率については上述の如く種々の焼結助剤を用
い気孔率が非常に少ない焼結体を得る事でほぼ解
決出来る。しかるに(ハ)の粒子の大きさの問題は最
も困難で焼結時に粒成長が起こり、微細粒状の焼
結体が得難くその事が強度をある限度以上にする
事が出来ない原因となつている。これらの事実に
ついてはBを焼結助剤として用いた炭化ケイ素焼
結体についてプロチヤツク等(S.Procnazka et.
al.、am.aram.Soc.Bull.52 885〜891(1973)が結
晶粒が成長し、その強度があまり大とならない旨
を報告している事からも明らかである。 本発明は上述の諸問題を解決し、高密度でかつ
結晶粒が微削な炭化ケイ素焼結体及びその製造方
法を提供せんとするものであり、その要旨は、酸
化エルビウムが5〜15重量%、残部炭化ケイ素な
る組成の炭化ケイ素焼結体及び酸化エルビウム粉
末を5〜15重量%と、残部炭化ケイ素粉末とを混
合後成型し、次いで熱間焼結法により焼結せしめ
ることを特徴とする炭化ケイ素焼結体の製造方法
である。 以下本発明をなすに至つた実験並びにその結果
を示す。 <実験 > 純度98.5%、平均粒子径0.5μmのSiC粉末と純
度99.9%平均粒子径5μmのEr2O3粉末を第1表記
載の割合で各種配合したものをボールミル混合機
により10時間湿式混合粉砕を行なつた後、これを
充分に乾燥して焼結用原料とし、50×50(mm)角、
高さ60mmの黒鉛型内に上記各種焼結用原料を充填
すると共に高周波コイルに挿入し、1850〜2100℃
の温度範囲内で各所定温度にて200Kg/cm2の圧力を
加え60分間保持し、次いで圧力を抜いて放冷する
ことにより50×50×5.5(mm)の目的の焼結体を得
た。各々の焼結体をダイヤモンド砥石で切断後研
削して各10個の3×4×36(mm)の試験片を作成
し各種試験をして得られた測定値を同じく第1表
に示す。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 <実験 > 実験と同様に作つた焼結用原料を第2表に示
す様な熱間等方圧加圧焼結(以下HIPとする)条
件にて焼結させ、測定した特性を第2表に示す。
【表】 <実験 > 実験で1950℃の温度で焼結した試料を10×10
×5(mm)の板にダイヤモンド砥石で切断しNo.200
のダイヤモンド砥石で表面研削を行い10×10(mm)
面を内径8mmのノズルを有するサンドブラスト機
にて空気圧5Kg/cm2で砥粒(メテコライトC、No.
40)を噴射距離50mmで噴射させ、重量減を測定し
た。その結果を第3表に示す。
【表】 <実験 > 実験で1900℃の温度で焼結した試料を10×10
×5(mm)の板にダイヤモンド砥石で切断し、No.
200のダイヤモンド砥石で全面研削を行いその供
試体を1300℃の大気中に20時間放置し、その時の
単位面積当りの重量増加量を測定した。その結果
を第4表に示す。
【表】 <実験 > 実験で2050℃の温度で焼結した試料を3×4
×36(mm)にダイヤモンド砥石で切断し、No.200の
ダイヤモンド砥石で全面研削を行い、その供試体
の大気中950℃でのシヤルピー衝撃値を測定した。
その結果を第5表に示す。
【表】 <実験 > 実験で1950℃の温度で焼結した試料を供試体
として高温疲労試験をおこなつた。方法としては
部分繰返し、、曲げ試験機を用い、大気中1000℃
の条件で、支点間距離を20mmとし、1325回/分の
割合で繰返し応力を与えた。その繰返し応力の与
え方は、図面に示す様に繰返し、上限応力を
σmax、繰返し下限応力をσmin、平均応力をσm、
応力振幅をσaとし、i=σa/σmとする時、
σmax=Kg/cm2、i=0.73なる条件で行なつた。そ
の結果を第6表に示す。
【表】 本発明では上述した実験結果が示す様に、酸化
エルビウムを添加する事で焼結体の密度を高め、
かつ結晶粒を微細となす結果高靭な焼結体を得る
ことが出来るが、その機構については必ずしも正
確には解明し得てはない。がしかし概略次の如く
であると考えられる。即ち炭化ケイ素と酸化エル
ビウムが高温に過熱されると、酸化エルビウムが
炭化ケイ素の結晶格子中に入り込み、その過程で
焼結が進行するがその場合に酸化エルビウムが結
晶粒成長を抑制するものと考えられるのである。
従つて酸化エルビウムは炭化ケイ素中に均一に分
散している事が必要である。 ここで上述の実験結果から熱間焼結法(ホツト
プレス法及びHIP法)の焼結条件につき検討する
と、緻密で強度が大なる焼結体を得る為には温度
は1900℃以上が必要であるが、逆にあまり高く
2100℃ともなれば粒成長が激しくなる為に十分に
緻密化する以前に過度が粒成長が生起し気孔が残
存する。又圧力については100Kg/cm2以上あれば十
分でその上限については特に限定されるものでは
ない。次にホツトプレス法の場合にあつては焼結
雰囲気は真空中あるいは不活性ガス中でなす事
が、又HIP法の場合は不活性ガス中でなす事が望
ましい。 上述の第1表〜第6表中の焼結温度1900〜2050
℃、焼結圧力100Kg/cm2以上の場合データのみをま
とめると第7表の如くなる。
【表】 この第7表から明らかな如く用いる酸化エルビ
ウムの量は少なくとも5重量%はなければ対理論
密度が低く、かつ抗折力をその他の諸特性も良く
ないが、18重量%と多量になると粒度が再び大と
なり、それに伴つて抗折力や衝撃値が低下しその
他の特性も殆んど低下する傾向にある為にその量
は15重量%以内とする。 次に用いる炭化ケイ素粉末の一部がBe、BeO、
B、BC、Al、AlN、Al2O3で置換されている場
合についての実験を示す。 <実験 > 純度98.5%、平均粒子径0.5μmのSiC粉末と純
度99.9%平均粒子径5μmのEr2O3粉末及び第8表
に記載する様な各種添加物を実験に記載と同様
な方法にて温度1950℃にてホツトプレス焼結させ
各種特性を調査した測定値を第8表に示す。
【表】
【表】 この第8表から、炭化ケイ素の一部を上記種々
の添加物で置換した場合にあつても、酸化エルビ
ウムを適正量添加する事により、微細で微細粒状
焼結体とする事が出来る事が確認されるが、この
場合の置換量は0.5重量%位なければ無置換の物
と比べて大差はないが、あまり多量となり、3.0
重量%にもなると抗折力や硬さの低下が見られる
為その置換量は2重量%以下好ましくは0.5〜2
重量%とする。 以上述べて来た如く、本発明によれば非常に緻
密、かつ結晶粒が緻密で強靭性に富む炭化ケイ素
焼結体が得られ、その焼結体は実験〜で示す
様な実用上の諸特性においても優れており、しか
もホツトプレス法あるいはHIP法により製造する
ので大型の焼結体の製造が容易であるので、耐酸
化性、耐熱衝撃性、耐食性、高温強度等を要求さ
れる各種構造用部材や耐摩耗用部材として広範に
利用する事が出来るものである。
【図面の簡単な説明】
図面は実験の高温疲労試験の説明図。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 酸化エルビウムが5〜15重量%、残部炭化ケ
    イ素なる組成の炭化ケイ素焼結体。 2 理論密度の95%以上の密度を有する特許請求
    の範囲第1項記載の炭化ケイ素焼結体。 3 焼結体の粒径が平均10μm以下である特許請
    求の範囲第1項記載の炭化ケイ素焼結体。 4 酸化エルビウムが5〜15重量%、残部がその
    2重量%以下(0は含まず)をBe、BeO、B、
    B4C、Al、AlN、Al2O3の一種以上で置換した炭
    化ケイイ素なる組成の炭化ケイ素焼結体。 5 理論密度の95%以上の密度を有する特許請求
    の範囲第4項記載の炭化ケイ素焼結体。 6 焼結体の粒径が平均10μm以下である特許請
    求の範囲第4項記載の炭化ケイ素焼結体。 7 酸化エルビウム粉末を5〜15重量%と、残部
    炭化ケイ素粉末とを混合後成型し、次いで熱間焼
    結法により焼結せしめることを特徴とする炭化ケ
    イ素焼結体の製造方法。 8 熱間焼結法がホツトプレス法であることを特
    徴とする特許請求の範囲第7項記載の炭化ケイ素
    焼結体の製造方法。 9 ホツトプレス焼結条件を、温度1900〜2050
    ℃、圧力100Kg/cm2以上とすることを特徴とする特
    許請求の範囲第8項記載の炭化ケイ素焼結体の製
    造方法。 10 熱間焼結法が熱間等方圧加圧法であること
    を特徴とする特許請求の範囲第7項記載の炭化ケ
    イ素焼結体の製造方法。 11 熱間等方圧加圧焼結条件を、温度1900〜
    2050℃、圧力100Kg/cm2以上とすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第10項記載の炭化ケイ素焼結
    体の製造方法。 12 酸化エルビウム粉末を5〜15重量%と、残
    部がその2重量%以下、(0を含まず)をBe、
    BeO、B、B4C、Al、AlN、Al2O3粉末の一種以
    上で置換した炭化ケイ素粉末とを混合後成型し、
    次いで熱間焼結方により焼結せしめることを特徴
    とする炭化ケイ素焼結体の製造方法。 13 熱間焼結方がホツトプレス法であることを
    特徴とする特許請求の範囲第12項記載の炭化ケ
    イ素焼結体の製造方法。 14 ホツトプレス焼結条件を、温度1900〜2050
    ℃、圧力100Kg/cm2以上とすることを特徴とする特
    許請求の範囲第13項記載の炭化ケイ素焼結体の
    製造方法。 15 熱間焼結法が熱間等方加圧法であることを
    特徴とする特許請求の範囲第12項記載の炭化ケ
    イ素焼結体の製造方法。 16 熱間等方圧加圧焼結条件を、温度1900〜
    2050℃、圧力100Kg/cm2以上とすることを特徴と
    する特許請求の範囲第15項記載の炭化ケイ素焼
    結体の製造方法。
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JPS60176943A (ja) * 1982-06-28 1985-09-11 オ−エンス−イリノイ・インコ−ポレ−テツド 釉掛け,エナメル処理及び装飾用の無鉛及び無カドミウムのガラスフリツト組成物
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