JPH0421569A - 高強度炭化けい素焼結体の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、有機けい素化合物を炭化けい素（ＳＣ）焼結
体に含浸させて、該焼結体の強度を増進させる高強度炭
化けい素焼結体の製造方法の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、炭化けい素は自己焼結性が悪いため、その圧粉
体を長時間焼結しても、得られる焼結体の相対密度は６
０〜６５％、開気孔率３５〜４０％、曲げ強度に至って
は、せいぜい１０ｋｇｆ／１１ｍ２程度であった。

そのため、炭化けい素焼結体は、もっばら強度をあまり
必要としない部材、例えばセッター、たな板等にしか使
用できす、その用途は著しい制約を受けていた。

そこで、炭化けい素にほう素、アルミニウム等の添加材
を加えて炭化けい素を焼結させ、強度を増進する方法か
行われていた。しかし、得られた炭化けい素焼結体を高
純度金属溶融用のルツボやポートに用いた場合、該焼結
体に含有される上記元素か溶融金属中に溶出し、金属の
純度を低下させるという欠点があった。

そこで、構成元素である炭素及びけい索具外の元素を添
加することなく、炭化けい素焼結体をできるだけ緻密化
し、もって強度を増進させる高強度炭化けい素焼結体の
製造方法として、炭化けい素焼結体の開気孔に炭化けい
素をなんらかの方法で充填して、密度を高め、強度を増
進させる方法か研究されてきた。

その第一の方法は、減圧下にて、溶融した有機けい素化
合物、例えば、ポリカルボシラン、ポリシラスチレン等
に炭化けい素一次焼結体を投入し、続いて逆に加圧して
該化合物を開気孔に圧入含浸させた後、再焼結するとい
う方法であったが、この方法では溶融液の粘性が高いた
め、小径開気孔に入り込まない、また、該化合物は同系
の多数の化合物の集合体であるため、溶融する際の温度
制御が難しかった。

そこで、第二の方法として、前記有機けい素化合物を有
機溶剤、例えばキシレン、トルエン等で一旦溶解し、得
た溶液に炭化けい素一次焼結体を投入した後、雰囲気を
減圧して開気孔に溶液を含浸させ、然る後再焼結する方
法が開発された（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｒ　ｔｈｅ
　ｉ　ｓｔ　Ｊａｐａｎ　Ｉｎｔｅｒｎａｔ＋ｏｎａＳ
ＡＭＰＥ　　５ｙｕｏｓｉｕｎ、（１９８９）　ｐｐ１
１２６−１１３０）。

（発明か解決しようとする問題点） 前述した従来の高強度炭化けい素焼結体の製造方法中の
第二の方法は、有機溶剤の種類、配合割合を適当に選択
すれは粘性の低い溶液か得られるので、これを用いれば
小径開気孔にも、その孔奥に容易に含浸させることがで
きる点で、第一の方法より優れている。

しかしなから、この方法は溶液を含浸させた後、溶液か
ら取り出して再焼結するため、開気孔内に存在する溶液
中の有機けい素化合物の絶対量が少いという欠点を有し
ていた。このなめ、−度の含浸−再焼結処理による強度
増進の度合いが小さいものであった。また、−度に含浸
させる有機けい素化合物の量を増やすために溶液の濃度
を高めると、溶液の粘性か高くなって、小径開気孔に対
する含浸が行なえなかった。

そこで、含浸−再焼結工程を繰り返すことが考えられる
が、この場合本発明者らの実験によれは、第１図、第３
図中の従来例に示したように、繰返し回数に応じて相対
密度、曲げ強度ともに改善印肉にあるが、４回の繰返し
で曲け°強度はやつと約１０　ｋｇ　ｆ／ｎ１２から約
２０　ｋｇ　ｆ／ｎ１２強に、相対密度は約６２％から
約７０％に改善される程度であった。

炭化けい素焼結体を前述した高純度金属溶融用ルツボや
ポート等の用途に採用するには少なくとも２０　ｋｇ　
ｆ／ｎｎ’以上の曲げ強度が要請されていることを考慮
すれば、従来法では含浸−再焼結工程の繰返しを４回は
行わねばならす、改良効率か悪いという問題かあった。

（問題点を解決するための手段および作用）そこで、本
発明者らは前記従来法の改良について模索したところ、
一次焼結体の開気孔内に含浸させた溶液を、その溶液の
沸点未満の温度に維持して該溶液中の有機溶剤を孔外に
流出させ、蒸発させ、終局的に孔内はもとより該一次焼
結体周辺の溶液を乾固した状態、即ち緻密な有機けい素
化合物で被覆したような状態にした後、再焼結すれば飛
躍的に曲げ強度が増進することを見出して本発明を完成
するに至った。

すなわち、本発明の特徴は、炭化けい素一次焼結体を、
熱分解により炭化けい素を生成する有機けい素化合物を
有機溶剤に溶解させた溶液中に没入させたのち、該焼結
体を再焼結してつくる炭化けい素焼結体の製造方法にお
いて、前記含浸後、一次焼結体を溶液中に没入させたま
ま、該溶液を沸点未満の温度に加熱し、蒸発乾固させ、
しかるのち、再焼結することを特徴とする゛高強度炭化
けい素焼結体の製造方法にある。

以下、本発明をその作用とともに更に詳細に説明する。

本発明で溶液をつくるなめに用いる有機けい素化合物及
び有機溶剤は前述した公知のものが用いられる。それら
の割合は使用するものによって異なるか、有機けい素化
合物１重量部に対して有機溶剤を概ね１〜２０重量部の
割合で行うことができる。溶解させる方法は常法による
。

炭化けい素一次焼結体への溶液の含浸は、従来法にした
かって該溶液内に該一次焼結体を投入し、没入させたの
ち、減圧するか、あるいは容器に該一次焼結体を入れ減
圧したのち、７１ｊ液を注入し、該一次焼結体を没入す
ることにより行う、好ましいのは後者の方法である。

なお、溶液中に該一次焼結体を没入したとき、その頂部
か溶液面より下、つまり完全な埋没状態にすることか重
要である。

本発明の第一の特徴は、炭化けい素一次焼結体が没入さ
れた溶液を容器の型式に応じ常圧あるいは減圧下、それ
ぞれの圧力に応じた沸点未満の温度に維持させることで
ある。該温度は常温から沸点未満の間なら任意の温度で
行うことは差し支えないが、沸点付近で行えば、それた
け有機溶剤の蒸発飛散か速く、作業時間が短縮され好ま
しい。

目安としては沸点より１０〜３０°程度低い温度に溶液
を加熱し、保持することが望ましい。例えば有機けい素
化合物ポリカルボシランと有機溶剤キシレンとを１ニア
（重量比）の割合で作った溶液を用いた場合、１気圧に
おける沸点は約１４０°Ｃであるから、１１０〜１３０
℃程度に溶液を加熱するようにするのが望ましい、但し
、使用する有機けい素化合物は通常複数のけい素化合物
の混合物であることか多いので、使用にあたっては予め
溶液の沸点を測定し、確認しておくことが肝要である。

耐熱性密閉容器を用い、減圧下で加熱する場合は、沸点
が下がるので、その分前熱温度も下げねはらないのは当
然で・ある。

本発明の第二の特徴は、溶液を蒸発乾固させる点である
。炭化けい素一次焼結体を投入した溶液を前述した温度
で加熱し続けると、暫時有機溶剤は蒸発揮散し、溶液の
濃度は高くなる。当然ながら開気孔内に存在する溶液も
同様の経過をたどる。

最終的には溶液は蒸発乾固され、孔内外ともに有機けい
素化合物のみか析出し、開気孔内は該けい素化合物か充
填された状態になり、一次焼結体の外面はそれによって
被覆されることになる。充填か充分に行われているため
には、少くとも一次焼結体外面が目視できない程度に被
覆されていることが好ましい。

乾固後は、外面の有機けい素化合物を削除してもよいし
、そのまま再焼結した後、削除するようにしてもよい０
作業の難易さからいえば後者の方か容易である。

蒸発乾固に至る操作を溶液の沸点もしくは沸点以上で行
うと、一次焼結体の開気孔に残留する有機けい素化合物
の量か少くなり、その効果は従来法とはさほど変らなく
なり、好ましくない。

蒸発乾固か終了したか否かは、予め使用する有機溶剤の
重量を測定しておき、乾固後にその分量たけ滅したか否
かを測定すれば容易に判断できる。

以上のようにして有機けい素化合物が含浸され、被覆さ
れた炭化けい素一次焼結体は、非酸化雰囲気中（例えば
、窒素カス、アルゴンカス等）、１２００〜２３００°
Ｃで、１０分以上再焼結する。再焼結によって有機けい
素化合物は熱分解し、主として炭化けい素からなるセラ
ミックスを生成する。

以上の工程を踏むことによって得られる炭化けい素焼粘
体は、第１図中の従来例に示すように、従来法により含
浸−再焼結工程を４回繰返したときに得られる該炭化け
い素焼粘体の曲げ強度に匹敵するものが製造できる。

もし、それ以上の曲げ強度を具備する焼結体を所望する
ときは、本発明の含浸−再焼結工程を繰返すことにより
、飛躍的に高強度の焼結体を製造できる。

なお、本発明を実施する際、炭化けい素一次焼結体の製
造履歴は特に結果に影響を及ぼさないか、開気孔率が５
％程度以上のものに特に有効である。

（実施例） 平均分子量的２０００のポリカルボシラン（日本軽金属
社！！！「セラレジンＭ−３１）をその３重量倍のキシ
レン（特級試薬）に溶解して溶液をつくった。この溶液
の沸点は１気圧（７６０ｎｎＨｇ　）で約１４０℃、１
０１＋ＩｎＨｇの減圧下で約３０°Ｃである。

その溶液と開気孔率３７％の炭化けい素一次焼結体（２
５ｘ４０ｘ５ｎｉ）とをカラス製容器に入れ、菩をした
後、真空ポンプを用いて減圧脱泡し、溶液を一次焼結体
の開気孔中に充填せしめた。なお、一次焼結体は溶液中
に完全に没入されていた。

然る後、圧力を大気圧に戻し、蓋を開けたまま、ヒータ
ーてづ２０　±５°Ｃに加熱し、暫時キシレンを蒸発さ
せ、乾固した。一次焼結体はポリカルボシランで被覆さ
れ、目視できなかった。

次いで、容器から一次焼結体を取り出し、窒素カス中１
７００℃、６０分再焼結を行った。得られた焼結体の曲
げ強度、開気孔率、及び相対密度を測定し、その結果を
第１図〜第３図に示しな。

また、上記工程中、含浸−再焼成を２〜５回繰返した場
合について、それぞれの回数毎に前記特性を測定し、結
果を各図に示した。

（比較例） 渡米」 上記本発明実施例と同じ材料を使用し、溶液中に一次焼
結体を投入した後、雰囲気を減圧して開気孔内に溶液を
浸透させ、そのまま再焼結する工程を２〜５回繰返した
場合について焼結体の曲げ強度、開気孔率及び相対密度
を測定し、その結果を第１図〜第３図中に示した。

第１図〜第３図における繰返し回数の“０”とは、一次
焼結体の特性である。

一次焼結体に有機けい素化合物を含浸させず、羊に再焼
結のみを繰返しても焼結体の特性への影響は小さく、例
えば繰返しを５回（延べ焼結時間３００分）行っても、
曲げ強度は一次焼結体より２〜３　　ｋｒｆ／１１１ｍ
’増進する程度で、はとんど見るべき結果は得られなか
った。

１エヱ 上記実施例において、溶液を沸騰させなから蒸発乾固さ
せた後再焼結する工程を２〜５回繰返した場合の焼結体
の曲げ強度を第１図中に示した。

その結果は従来例とほとんど同じであった。

（発明の効果） 本発明は、炭化けい素一次焼結体に有機けい素化合物を
有機溶剤に溶解させた溶液を含浸後、再焼結する方法に
おいて、該一次焼結体に含浸させた溶液を沸点未満の温
度で蒸発乾固した後再焼結することによって得られる焼
結体の曲げ強度は従来法で含浸−再焼結工程を４回繰返
して得た焼結体の曲げ強度に匹敵する。

しかも、本発明に従って含浸−再焼成工程を繰返せば、
焼結体は緻密になり強度は格段に増進する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法、従来例及び参考例によるそれぞれ
の含浸−再焼結の繰返し回数と曲げ強度の関係を示すグ
ラフ、第２図、第３図は本発明方法と従来例による含浸
−再焼結繰返し回数と開気孔率及び相対密度との関係を
示すグラフである。 特許出願人　日本セメント株式会社 代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭化けい素一次焼結体を、熱分解により炭化けい素を生
   成する有機けい素化合物を有機溶剤に溶解させた溶液中
   に没入して含浸させたのち、該焼結体を再焼結してつく
   る炭化けい素焼結体の製造方法において、前記含浸後、
   一次焼結体を溶液中に没入させたまま、該溶液を沸点未
   満の温度に加熱し、蒸発乾固させ、しかるのち、再焼結
   することを特徴とする高強度炭化けい素焼結体の製造方
   法。