JPH054947B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH054947B2
JPH054947B2 JP62039131A JP3913187A JPH054947B2 JP H054947 B2 JPH054947 B2 JP H054947B2 JP 62039131 A JP62039131 A JP 62039131A JP 3913187 A JP3913187 A JP 3913187A JP H054947 B2 JPH054947 B2 JP H054947B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
sintered body
weight
powder
crystals
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
JP62039131A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63206353A (en
Inventor
Norihiro Murakawa
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.)
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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 Mitsui Toatsu Chemicals Inc filed Critical Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority to JP62039131A priority Critical patent/JPS63206353A/en
Publication of JPS63206353A publication Critical patent/JPS63206353A/en
Publication of JPH054947B2 publication Critical patent/JPH054947B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

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

(技術分野) 本発明は微細組織の優れた炭化ケイ素焼結体の
新規な製造方法に関する。 (背景技術) 炭化ケイ素の微粉末を焼結して得られるセラミ
ツク焼結体は、高温構造材料として用途の拡大が
期待されている。 炭化ケイ素焼結体の保有する注目すべき長所と
して、高温下での高い強度、優れた耐蝕性、高い
熱伝導率、低い熱膨張率などが挙げられる。従つ
て、これらの長所を持つている炭化ケイ素焼結体
は自動車用ガスタービン部材及びエンジン部材、
高温用熱交換器、ベアリング、燃焼炉用バーナー
などの用途への研究開発が積極的に進められてい
る。 複雑形状のセラミツク焼結体を工業的に製造す
るに適する方法は無加圧焼結法である。 しかしながら、炭化ケイ素粉末は代表的な難焼
結物質であるので、無加圧焼結を可能にするには
特別の工夫が必要である。従来、炭化ケイ素の焼
結方法については、特許を含めいくいつかの方法
が提案されており、その代表的な方法としては、
ホウ素及び炭素を焼結助剤として使用する下記2
つの米国特許及びこれに対応する日本特許出願が
挙げられる。すなわち: (1) 米国特許4004934号公報、 (特公昭57−32035号公報) (2) 米国特許4321954号公報、 (特公昭59−34147号公報) (1)の方法はβ晶炭化ケイ素粉末に対し、0.3〜
3.0重量%の単体ホウ素に相当する量のホウ素化
合物と0.1〜1.0重量%の単体炭素に相当する量の
炭素源とを添加混合した後、この混合物を成形
し、不活性な雰囲気下において無加圧で1900〜
2100℃の高温に加熱して炭化ケイ素焼結体を得る
方法である。 (2)の方法は5重量%以上のα晶を含む炭化ケイ
素粉末に対し、0.15〜3.0重量%の単体ホウ素に
相当する量のホウ素化合物と0.5〜5.0重量%の単
体炭素に相当する量の炭素化合物とを加えて高温
に加熱し、炭化ケイ素の粉末と焼結体とが実質的
に結晶形態の変化を生じることなく、すなわち、
出発原料である炭化ケイ素粉末中の炭化ケイ素の
結晶形態が最終的な焼結体中の結晶形態と本質的
に同じ割合になるようにして、炭化ケイ素焼結体
を得る方法である。 これらの方法で得られる炭化ケイ素焼結体は、
炭化ケイ素の理論密度の95%以上に達する緻密な
焼結体である。しかしながら、これらの方法で得
られた炭化ケイ素焼結体は、自動車用ガスタービ
ンなどの機械的負荷の大きい用途に対しては、機
械的強度が低くかつ強度のバラツキが大きすぎる
という問題があつて工業的実用化の障害となつて
いる。 一般にセラミツク焼結体の機械的物性と焼結体
の微細組織とは関連が強いことが知られており、
強度が高い焼結体であるためには、その微細組織
が下記する(a)〜(c)の3つの条件を満足することが
好ましいとされている。ここで焼結体の微細組織
とは、焼結体を構成する粒子及び欠陥(空隙)の
三次元的構造をいう。 (a) 焼結体に含まれる欠陥が少なくかつ小さいこ
と。 (b) 焼結体を構成する単一粒子の粒子径が小さい
こと。 (c) 焼結体中には50μを越すような特異的に成長
した粗大粒子が存在しないこと。 また、更に最近定説になりつつあるが次の(d)
の条件を満足することである。 (d) 焼結体を構成する粒子の形状に異方性がある
こと。 ここで上記(c)の粗大粒子の発生は、従来は焼結
時における相転移にその原因があるとの見解があ
り、相転移を生じさせない焼結条件の把握に努力
が払われてきた。例えば前記特公昭57−32035号
公報には、β晶からα晶への相転移が粒子を粗大
に成長させる原因になるとして、同公報はその5
頁右段に、窒素雰囲気を使用するこの防止法を提
案している。また特公昭59−34147号公報の3頁
左段には、「出発原料中の炭化ケイ素の結晶形態
が最終的な非加圧焼結体の結晶形態と本質的に同
じ割合になる。」と明確に記載されている。 更に(d)の条件である粒子の形状に異方性のある
ということは、焼結体が破損する際に生じる破断
面が増加することであり、従つてこの破断面の増
加は焼結体の破壊に要するエネルギーを増大させ
るためと推察される。すなわち焼結体が破壊され
にくいということである。ここで粒子の形状の異
方性とは、板状や棒状のように粒子の形状に三次
元的な異方性があることをいう。なお、言うまで
もなく、焼結体全体としては特定方向の粒子の配
向性がないことが必要である。 従来の技術ではこれら上記(a)〜(d)の条件をいず
れも満足する炭化ケイ素焼結体は得られていな
い。例えば、本発明者らの実験によれば、前記(1)
の方法(特公昭57−32035号公報の方法)では、
粗大粒子が発生し易いといつた欠点を克服するこ
とが出来ず、また(2)の方法(特公昭59−34147号
公報の方法)では、焼結体の単一粒子に異方性が
なく、強度の高い焼結体が得られないという問題
がある。 更に最近、これら(1)、(2)の無加圧焼結法によつ
て得られた焼結体をHIP(Hot Isostatic
Pressing)処理と称し、数千気圧の不活性ガス雰
囲気中で再度2000℃付近に加熱し、焼結体に含ま
れる内部欠陥を減少させ、緻密化させる方法も開
発されている(例えば第3回次世代産業基盤技術
シンポジウム−フアインセラミツクス−予稿集13
〜28頁)。この方法は焼結体の表面を高圧のガス
で加圧しながら加熱することにより、焼結体の内
部欠陥を減少させる有効な方法である。しかしな
がら、欠陥の多い焼結体では高圧のガスが焼結体
の内部に浸透して仕舞い、緻密化の効果は顕われ
にくいのである。本発明者らの実験によれば、
HIP処理前で3.05g/c.c.以上の密度であることが
望ましいことが見出された。 前記(1)の方法では焼結体密度が3.05g/c.c.に達
する以前に粗大粒子が発生するといつた欠点があ
り、(2)の方法ではHIP処理を行つても粒子形状に
異方性が生じない。 (基本的着想) 本発明者等は、機械的強度が高くかつそのバラ
ツキが小さい炭化ケイ素焼結体を得ることを目的
とし、焼結体を構成する粒子の微細構造が、その
指針として従来より提言されてきた前記(a)〜(d)の
条件をいずれも満足する焼結体を得ることを目標
として鋭意検討を進めた結果、以下に記す原料粉
末を使用し、かつ焼結条件を特定することによ
り、上記(a)〜(d)の条件を満足する微細組織が再現
性よく得られることを見出し、更に(a)〜(d)の条件
の微細組織を有する焼結体は事実として機械的強
度が高く、かつそのバラツキが小さいことを確認
し、本発明を完成するに到つたものである。 (発明の詳細な開示) すなわち、本発明に従えば、 炭化ケイ素粉末100重量部に0.05〜0.3重量部の
ホウ素及び0.5〜3.0重量部の炭素を添加混合した
後、該混合物を成形し、1900〜2050℃にて加熱焼
結させて炭化ケイ素焼結体を得る方法において、 該炭化ケイ素粉末の物性は以下に示す(イ)、
(ロ)、(ハ)の条件を満足するものであり: (イ) 平均粒子径ρが0.1〜0.2μであること。 (ロ) 粒子径の標準偏差が0.8×ρ以下であるこ
と。 (ハ) 結晶形は80重量%以上のβ晶と、20重量%
以下の低温型α晶を含むものであること。 かつ、一旦不活性ガス雰囲気中で該炭化ケイ
素粉末中のα晶含有量が5重量%を超えないよ
うな温度範囲に加熱して次の(ニ)、(ホ)の条件を満
足する焼結中間体を得: (ニ) 密度が3.05g/c.c.以上であること。 (ホ) 結晶形は95重量%以上のβ晶と5重量%以
下のα晶を含むものであること。 しかる後、100気圧以上の不活性ガス雰囲気
中で1800〜2000℃に加熱して、次の(ヘ)、(ト)、
(チ)の特性により特徴ずけられる焼結体を得
ることからなる、炭化ケイ素焼結体の新規な製
造法。 (ヘ) 焼結体密度が3.10g/c.c.以上であること。 (ト) 微細組織の平均粒子径が3〜15μでアスペ
クト比が5〜20であること。 (チ) 結晶形は50重量%以上のβ晶と50重量%未
満の高温型α晶を含むものであること。 が提供される。 以下、本発明を詳細に説明する。 まず、本発明で使用する原料炭化ケイ素粉末は
次の3つの要件を満足するものであることが要請
される。 第1の要件は粉末の平均粒子径ρが0.1〜0.2μ
であることである。その理由は、ρが0.2μを越え
ると得られる炭化ケイ素焼結体の密度が3.10g/
c.c.を超えにくいからであり、ρが0.1μ未満である
と焼結の駆動力が大き過ぎるためか、焼結体に粗
大粒子が発生し易いためであり、何れにしても本
発明の目的を達することは出来ない。 第2の要件は粉末の粒子径の標準偏差が0.8×
ρ以下の粒径分布の狭いものであることである。
けだし、焼結体の微細組織の粒径分布が狭く粗大
粒子を発生させないためには、原料粉末の粒径分
布が狭いことが不可欠であるという、本発明者等
の実験的知見に基づくものである。なお、粒子径
の測定法は後記する〔粒子径測定法〕に詳述した
如く、電子顕微鏡像より求める方法を採用するこ
とが好ましい。 第3の要件は、炭化ケイ素粉末の結晶形が、80
重量%以上のβ晶と、20重量%以下の低温型α晶
(2H)を含むものである。低温型α晶(2H)が
20重量%以下であるとは、すなわち焼結時にその
殆どがβ晶に相転移する結晶形を20重量%以下含
むことを意味する。その理由は、この第3の要件
が満足される場合についてのみ、焼結体の粒子に
異方性(アスペクト比で表示される)が生じると
いう本発明者等の実験的知見に基づくものであ
る。更に炭化ケイ素粉末に含まれる高温型α晶
(4H,6H,15R)の含有量は、1%重量以下の
痕跡程度であることが好ましい。 上記3つの要件を満足する炭化ケイ素粉末は、
基本的に、本発明者等が先に特開昭59−83922号
公報にて提案した方法、すなわち分解性ケイ素化
合物と分解性炭素化合物より一旦化学反応によつ
てケイ素酸化物と単体炭素とが極めて微細に混合
した粉末を製造し次にこの粉末を0.15g/c.c.以上
の嵩密度に緊縮した後、1600〜1900℃程度に加熱
することにより容易に得ることが出来る。 なお、β晶を主成分とする炭化ケイ素粉末の他
の製造法としては、従来、次の2つの方法が代表
的な方法として知られている。すなわち、 (イ) ケイ素酸化物と炭素またはシリコンと炭素と
を機械的に混合した後、2000℃以下に加熱し、
生成した炭化ケイ素を微粉砕する方法。 (ロ) SiH4、Si(CH34などのケイ素化合物とCH4
C2H6などの炭素化合物とを、1200℃以上に加
熱されたプラズマ雰囲気中に導入し、水素の存
在下で気相反応せしめて炭化ケイ素を生成させ
る方法。 しかしながら、本発明者等が上記(イ)、(ロ)の2つ
の方法を追跡実験した結果では、(イ)の方法で得ら
れる粉末は、0.1μ以下に微粉砕された粒子と数μ
の粒子とが共存する粒径分布の広い粉末であり、
また、(ロ)の方法で得られる粉末は、単一粒子は
0.1μ程度の大きさであるが、粒子と粒子が強固に
凝集していて、見掛け上の粒径が大きく粒径分布
の広い粉末である。従つて、上記(イ)及び(ロ)の方法
で得られる炭化ケイ素粉末はいずれも本発明の原
料としては適当でない。 さて、炭化ケイ素焼結体は炭化ケイ素粉末を所
望の形状に成形した後焼結して得られるが、本発
明においては、成形に先立つて炭化ケイ素粉末
に、単体ホウ素またはホウ素化合物及び単体炭素
を焼結を促進させるための焼結助剤として少量添
加混合して混合物とする。その添加量は、炭化ケ
イ素粉末100部に対し、前者は単体ホウ素換算と
して0.05〜0.3部、後者は0.5〜3.0部である。 炭化ケイ素粉末と焼結助剤との混合はボールミ
ル等で行うことが出来るが、焼結助剤はその目的
上炭化ケイ素粉末と出来るだけ均一に混合させる
ことが望ましく、従つて例えば単体ホウ素または
ホウ素化合物は比表面積が3m2/g以上の微粉末
状のものが好ましい。なお、ホウ素化合物として
は、B4C,BN,BP,AlB2などが挙げられる。 また、単体炭素の添加方法としては、比較的炭
素含有率の高い炭化水素、例えばフエニノール−
ホルムアルデヒド縮合物、レゾルシノール−ホル
ムアルデヒド縮合物、グリセリン、タールピツ
チ、フラン樹脂などを水あるいはトルエン、アセ
トン、エタノールなどの溶剤に溶かし、これを先
の少量の単体ホウ素またはホウ素化合物の粉末が
混合された炭化ケイ素粉末に添加し、ボールミル
などで湿式状態で混合した後、水あるいは溶剤を
乾燥除去し更に500〜600℃の不活性ガス雰囲気中
で加熱し炭化水素を炭化せしめることによつて行
うことができる。 なお、単体炭素の他の添加方法として、微粉末
状の単体炭素そのものを用いても良い。この場合
単体炭素は比表面積が30m2/g以上のカーボンブ
ラツク、アセチレンブラツクなどを用い、より均
一な混合を得るために、水あるいはメタノール、
エタノールなどの有機溶媒を加えて、湿式でボー
ルミル、振動ミルなどを使用して混合する方法が
好ましい。すなわち、単体ホウ素またはホウ素化
合物微粉末、単体炭素微粉末及び炭化ケイ素微粉
末に、水あるいは有機溶媒を加えて混合した後、
水あるいは有機溶媒を蒸発除去する方法である。 かくして得られた焼結助剤を少量含有した炭化
ケイ素微粉末は、次にこれを所望する形状に成形
し次いで一旦大気圧程度でもしくは大気圧以下も
しくは真空下のアルゴン、ヘリウム、窒素などの
不活性ガス雰囲気中で加熱することによつて密度
が3.05g/c.c.以上であり、かつ結晶形は95重量%
以上のβ晶と5重量%以下のα晶を含む焼結中間
体を得ることができる。 ここで加熱温度は基本的には、炭化ケイ素微粉
末中のα晶の含有量が5%を超えないような温度
範囲に保持することが要求されるが、通常は、こ
の加熱温度は、1850〜2000℃の範囲とすれば概ね
良好である。ただし、より好ましくは、炭化ケイ
素粉末の物性によつて適宜選定すべきであり、本
発明者等の実験的知見上、加熱温度は密度が3.05
g/c.c.に達するに必要な最低な温度(以下Tsと
称する。)ないしTs+50℃の範囲とした方が、焼
結中間体に粗大粒子の発生を防ぐために好まし
い。本発明者らの実験的知見によれば、炭化ケイ
素粉末の(粒子径の標準偏差)/ρとTsとの間
には添付図面の第12図に示すように正の相関が
あり、粒径分布の狭い粉末はより低い温度で3.05
g/c.c.の密度に到達する傾向があるのである。な
お、この焼結中間体のおけるα晶は低温型と高温
型両者の総和を意味するものとする。 次に本発明では、上記の如くして得た所定の特
性値を有する焼結中間体を、充分高圧のアルゴ
ン、ヘリウム、窒素などの不活性ガス雰囲気中で
加熱することによつて、目的の焼結体とすること
ができる。 ここで不活性ガスの圧力は少なくとも100気圧
以上、より好ましくは500気圧以上が望ましい。
圧力の上限は特に設定する必要はないが、10000
気圧以上とすることは設備費増加の割に効果が少
ない。 加熱温度はすでに述べたとおり、1800〜2000℃
の範囲とすれば概ね良好であるが、先のTsを考
慮しTs−50〜Ts+50℃の範囲とした方がより好
ましい。 以上詳細に述べた如く本発明の方法に従えば、
以下に述べる3つの特性を併せもつ炭化ケイ素焼
結体を得ることが出来る。すなわち: まず第1に、焼結体の密度が3.10g/c.c.以上で
あり、第2に、微細組織の平均粒子径が3〜15μ
でかつアスペクト比が5〜20であるようなもので
ある。 なお、微細組織とは先述した如く焼結体を構成
する粒子及び欠陥の三次元的構造をいうが、ここ
で云う平均粒子径及びアスペクト比の測定は、焼
結体の表面を平滑にし、これを顕微鏡で拡大(通
常100〜1000倍)して観られる像より求めるもの
とし、粒子径とはこの像におけるそれぞれの粒子
の最大長(L)と最小長(D)の平均値とし、平
均粒子径とは粒子径の算術平均値とし、アスペク
ト比はL/Dの算術平均値としたものである。こ
れらは通常300個以上の粒子について求めれば充
分である。 さらに、第3に、本発明の焼結体の結晶形は80
%以上のβ晶と20%以下の高温型α晶を含む焼結
体であり、更に好ましくは高温型α晶が5%以下
の焼結体であるようなものである。 本発明者等の実験的知見からすれば、低温型α
晶が20%以下(残りはβ晶)、より好ましくは5
〜20%含まれる炭化ケイ素粉末を原料として、上
述の如き条件で焼結すれば、高温型α晶が20%以
下(残りはβ晶)、より好ましくは5%以下の組
成の炭化ケイ素焼結体が極めて再現性良く得られ
るのである。この焼結体は本発明で目的とする優
れた微細構造を有していることは勿論である。 (発明の作用効果) 本発明は、従来より技術的思想としては、強く
望まれながらも、現実にはその製造法が確立され
ていなかつた、優れた微細構造を有する炭化ケイ
素焼結体の製造法を、原料炭化ケイ素粉末の物性
及び焼結条件を特定することによつて確立したも
のである。 本発明の方法によつて得られた焼結体の機械的
強度を測定した結果は、後記実施例に示すように
従来の焼結体よりも明らかに強度が高くかつその
バラツキも小さく、また破壊靭性値(KIC)も高
いことが確認された。 本発明の方法によつて得られる炭化ケイ素焼結
体は、上記の如く優れた微細構造を有するが、そ
の理由は次のように推察される。 すなわち: (イ) 原料粉末が易焼結性であるので、焼結助剤で
あるホウ素の添加量が0.05〜0.3重量部と従来
技術よりもはるかに少ない量で焼結が可能であ
り、このため焼結体中の粗大粒子の発生が抑え
られる。 (ロ) 易焼結性の原料粉末を用いるので、焼結温度
が1900〜2050℃と従来よりも低くすることが可
能であり、このため焼結体粒子の粗大化が抑え
られる。 (ハ) 焼結過程において、α晶が5%以下の焼結中
間体を経由するため、焼結体粒子に異方性が生
じる。 (実施例及び比較例) 以下、本発明のより具体的な実施の形態を実施
例により説明する。尚、以下において%は重量%
を表わす。 炭化ケイ素粉末 実施例及び比較例には表−1に示す品質の炭化
ケイ素粉末を使用した。 表−1における粉末1〜3は、本発明者等が先
に特開昭59−83922号公報において提案した方法、
すなわち水素を空気で燃焼させて得た火炎の中
に、分解性ケイ素化合物としてSiCl4を、分解性
炭素化合物としてC9留分を同時に注入して得た、
33.6%のSiO2と66.3%の単体炭素を含むスス状の
極めて微細な混合物を、一旦0.5g/c.c.の嵩密度
に緊縮した後、それぞれ1700℃、1800℃、1900℃
に加熱し、下記(1)式に示す反応式により炭化ケイ
素を生成せしめた後余剰の炭素を燃焼除去して得
たものである。 SiO2+3C→SiC+2CO ……(1) 粉末4は、SiH4,CH4及びH2とを直接気相で
反応させて得たもので、従来公知の方法〔例え
ば、日本化学会誌、、188−193(1980)〕に準じ
て1400℃の反応温度で生成させたものである。 粉末5及び6は市販品であり、その顕微鏡像か
ら、二酸化ケイ素もしくはシリコンと単体炭素と
を混合し、加熱して得られた炭化ケイ素の粗粒を
振動ミル等で長時間粉砕して微粉化したものと推
定された。
(Technical Field) The present invention relates to a novel method for producing a silicon carbide sintered body having an excellent microstructure. (Background Art) Ceramic sintered bodies obtained by sintering fine powder of silicon carbide are expected to find expanded use as high-temperature structural materials. Notable advantages of silicon carbide sintered bodies include high strength at high temperatures, excellent corrosion resistance, high thermal conductivity, and low coefficient of thermal expansion. Therefore, silicon carbide sintered bodies having these advantages can be used as gas turbine parts and engine parts for automobiles.
Research and development is actively underway for applications such as high-temperature heat exchangers, bearings, and burners for combustion furnaces. A pressureless sintering method is suitable for industrially producing ceramic sintered bodies with complex shapes. However, since silicon carbide powder is a typical material that is difficult to sinter, special measures are required to enable pressureless sintering. Conventionally, several methods including patents have been proposed for sintering silicon carbide, and the representative methods include:
The following 2 uses boron and carbon as sintering aids
These include two US patents and corresponding Japanese patent applications. Namely: (1) U.S. Patent No. 4004934, (Japanese Patent Publication No. 57-32035) (2) U.S. Patent No. 4321954, (Japanese Patent Publication No. 59-34147) On the other hand, 0.3~
After adding and mixing a boron compound in an amount equivalent to 3.0% by weight of elemental boron and a carbon source in an amount equivalent to 0.1 to 1.0% by weight of elemental carbon, this mixture is shaped and heated under an inert atmosphere without any additives. 1900~ at pressure
This method involves heating to a high temperature of 2100°C to obtain a silicon carbide sintered body. Method (2) uses a boron compound in an amount equivalent to 0.15 to 3.0 weight % of elemental boron and an amount equivalent to 0.5 to 5.0 weight % of elemental carbon to silicon carbide powder containing 5 weight % or more of α crystals. A carbon compound is added and heated to a high temperature to form a silicon carbide powder and a sintered body without substantially changing the crystal form, that is,
This is a method for obtaining a silicon carbide sintered body by making the crystalline form of silicon carbide in silicon carbide powder, which is a starting material, have essentially the same proportion as the crystalline form in the final sintered body. The silicon carbide sintered body obtained by these methods is
It is a dense sintered body with more than 95% of the theoretical density of silicon carbide. However, the silicon carbide sintered bodies obtained by these methods have the problem of low mechanical strength and too large variations in strength for applications that require large mechanical loads such as gas turbines for automobiles. This has become an obstacle to industrial practical application. It is generally known that there is a strong relationship between the mechanical properties of ceramic sintered bodies and the microstructure of sintered bodies.
In order to obtain a sintered body with high strength, it is said that it is preferable that its microstructure satisfies the following three conditions (a) to (c). Here, the microstructure of a sintered body refers to a three-dimensional structure of particles and defects (voids) that constitute the sintered body. (a) The defects contained in the sintered body are few and small. (b) The particle size of the single particles constituting the sintered body is small. (c) There are no specifically grown coarse particles exceeding 50μ in the sintered body. Furthermore, the following (d), which has recently become an established theory,
This is to satisfy the following conditions. (d) There is anisotropy in the shape of the particles that make up the sintered body. Here, the generation of coarse particles in (c) above has conventionally been considered to be caused by phase transition during sintering, and efforts have been made to understand sintering conditions that do not cause phase transition. For example, in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 57-32035, it states that the phase transition from β crystal to α crystal causes grains to grow coarsely.
A method of preventing this using a nitrogen atmosphere is proposed on the right side of the page. Furthermore, on the left side of page 3 of Japanese Patent Publication No. 59-34147, it is stated that ``The crystalline form of silicon carbide in the starting material has essentially the same proportion as the crystalline form of the final non-pressure sintered body.'' clearly stated. Furthermore, the condition (d), that the particle shape is anisotropic, means that the fracture surface that occurs when the sintered body breaks increases; It is presumed that this is to increase the energy required for destruction. In other words, the sintered body is difficult to break. Here, the anisotropy of particle shape refers to the presence of three-dimensional anisotropy in the shape of particles, such as plate-like or rod-like shape. Needless to say, the sintered body as a whole must have no grain orientation in a specific direction. Conventional techniques have not produced a silicon carbide sintered body that satisfies all of the above conditions (a) to (d). For example, according to the experiments of the present inventors, the above (1)
In the method (method of Japanese Patent Publication No. 57-32035),
It is not possible to overcome the drawback that coarse particles are likely to be generated, and method (2) (method of Japanese Patent Publication No. 59-34147) does not have anisotropy in a single particle of the sintered body. However, there is a problem that a sintered body with high strength cannot be obtained. Furthermore, recently, the sintered bodies obtained by the pressureless sintering methods (1) and (2) have been subjected to HIP
A method has also been developed in which the sintered body is heated again to around 2000℃ in an inert gas atmosphere of several thousand atmospheres to reduce the internal defects contained in the sintered body and make it more compact (for example, the 3rd press process). Next Generation Industrial Infrastructure Technology Symposium - Fine Ceramics - Proceedings 13
~28 pages). This method is an effective method for reducing internal defects in a sintered body by heating the surface of the sintered body while pressurizing it with high-pressure gas. However, in a sintered body with many defects, the high-pressure gas permeates into the inside of the sintered body, and the densification effect is difficult to manifest. According to the experiments of the present inventors,
It has been found that a density of 3.05 g/cc or more is desirable before HIP treatment. Method (1) above has the disadvantage that coarse particles are generated before the sintered body density reaches 3.05 g/cc, and method (2) has the disadvantage that the particle shape is anisotropic even if HIP treatment is performed. Does not occur. (Basic idea) The present inventors aimed to obtain a silicon carbide sintered body with high mechanical strength and small variations in mechanical strength, and the microstructure of the particles constituting the sintered body has been used as a guideline for this purpose. As a result of intensive studies with the goal of obtaining a sintered body that satisfies all of the proposed conditions (a) to (d) above, we determined that the following raw material powders were used and the sintering conditions were specified. By doing this, we found that a microstructure that satisfies the conditions (a) to (d) above can be obtained with good reproducibility, and furthermore, it is true that a sintered body with a microstructure that satisfies the conditions (a) to (d) above is It was confirmed that the mechanical strength was high and the variation was small, and the present invention was completed. (Detailed Disclosure of the Invention) That is, according to the present invention, 0.05 to 0.3 parts by weight of boron and 0.5 to 3.0 parts by weight of carbon are added and mixed to 100 parts by weight of silicon carbide powder, and then the mixture is molded. In the method of obtaining a silicon carbide sintered body by heating and sintering at ~2050°C, the physical properties of the silicon carbide powder are as shown below (a):
It satisfies the conditions (b) and (c): (a) The average particle diameter ρ is 0.1 to 0.2μ. (b) The standard deviation of particle diameter is 0.8×ρ or less. (c) Crystal form: 80% by weight or more of β crystals and 20% by weight
Contains the following low-temperature alpha crystals. and sintering that satisfies the following conditions (d) and (e) by heating in an inert gas atmosphere to a temperature range such that the α-crystal content in the silicon carbide powder does not exceed 5% by weight. Obtain an intermediate: (d) Density is 3.05 g/cc or more. (e) The crystal form shall contain 95% by weight or more of β crystals and 5% by weight or less of α crystals. After that, it is heated to 1800-2000℃ in an inert gas atmosphere of 100 atmospheres or more, and the following (f), (g),
A novel method for producing a silicon carbide sintered body, which comprises obtaining a sintered body characterized by the characteristics (h). (f) The density of the sintered body must be 3.10 g/cc or more. (g) The average particle diameter of the microstructure is 3 to 15μ and the aspect ratio is 5 to 20. (H) The crystal form shall contain 50% by weight or more of β crystals and less than 50% by weight of high-temperature α crystals. is provided. The present invention will be explained in detail below. First, the raw material silicon carbide powder used in the present invention is required to satisfy the following three requirements. The first requirement is that the average particle diameter ρ of the powder is 0.1 to 0.2μ.
It is to be. The reason is that when ρ exceeds 0.2μ, the density of the silicon carbide sintered body obtained is 3.10g/
This is because it is difficult to exceed cc, and if ρ is less than 0.1 μ, the driving force for sintering is too large, or coarse particles are likely to be generated in the sintered body. It cannot be reached. The second requirement is that the standard deviation of the powder particle size is 0.8×
The particle size distribution must be narrow below ρ.
This is based on the experimental findings of the present inventors that in order to prevent the generation of coarse particles, the particle size distribution of the fine structure of the sintered body is narrow and the particle size distribution of the raw material powder is narrow. be. As a method for measuring the particle size, it is preferable to employ a method of determining the particle size from an electron microscope image, as detailed in the section [Particle Size Measurement Method] below. The third requirement is that the crystal form of silicon carbide powder is 80
It contains at least 20% by weight of β crystals and 20% by weight or less of low-temperature α crystals (2H). Low-temperature α crystal (2H)
20% by weight or less means that it contains 20% by weight or less of crystal forms, most of which undergo a phase transition to β crystals during sintering. The reason for this is based on the experimental findings of the present inventors that anisotropy (indicated by aspect ratio) occurs in the particles of the sintered body only when this third requirement is satisfied. . Further, the content of high-temperature α crystals (4H, 6H, 15R) contained in the silicon carbide powder is preferably a trace amount of 1% by weight or less. Silicon carbide powder that satisfies the above three requirements is
Basically, the method proposed by the present inventors in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-83922 is used, that is, once a decomposable silicon compound and a decomposable carbon compound are combined into a silicon oxide and an elemental carbon through a chemical reaction. It can be easily obtained by producing an extremely finely mixed powder, compressing this powder to a bulk density of 0.15 g/cc or more, and then heating it to about 1600 to 1900°C. In addition, as other methods for producing silicon carbide powder containing β crystals as a main component, the following two methods are conventionally known as typical methods. That is, (a) After mechanically mixing silicon oxide and carbon or silicon and carbon, heating to 2000°C or less,
A method of finely pulverizing the silicon carbide produced. (b) Silicon compounds such as SiH 4 and Si(CH 3 ) 4 and CH 4 ,
A method in which silicon carbide is produced by introducing a carbon compound such as C 2 H 6 into a plasma atmosphere heated to over 1200°C and causing a gas phase reaction in the presence of hydrogen. However, according to the results of follow-up experiments conducted by the present inventors on the above two methods (a) and (b), the powder obtained by method (a) has particles pulverized to a size of 0.1 micron or less and particles of several microns.
It is a powder with a wide particle size distribution that coexists with particles of
In addition, the powder obtained by method (b) is a single particle.
Although the size is about 0.1μ, the particles are tightly aggregated, making it a powder with a large apparent particle size and a wide particle size distribution. Therefore, neither of the silicon carbide powders obtained by the above methods (a) and (b) is suitable as a raw material for the present invention. Now, a silicon carbide sintered body is obtained by molding silicon carbide powder into a desired shape and then sintering it, but in the present invention, elemental boron or a boron compound and elemental carbon are added to silicon carbide powder prior to molding. A small amount is added and mixed as a sintering aid to accelerate sintering to form a mixture. The amount added is 0.05 to 0.3 parts of the former and 0.5 to 3.0 parts of the latter in terms of elemental boron per 100 parts of silicon carbide powder. The silicon carbide powder and the sintering aid can be mixed using a ball mill or the like, but for that purpose it is desirable to mix the sintering aid with the silicon carbide powder as uniformly as possible. The compound is preferably in the form of a fine powder with a specific surface area of 3 m 2 /g or more. Note that examples of the boron compound include B 4 C, BN, BP, AlB 2 and the like. In addition, as a method for adding elemental carbon, hydrocarbons with a relatively high carbon content, such as phenol-
Formaldehyde condensate, resorcinol-formaldehyde condensate, glycerin, tarpitz, furan resin, etc. are dissolved in water or a solvent such as toluene, acetone, ethanol, etc., and this is mixed with a small amount of elemental boron or boron compound powder to form silicon carbide. This can be carried out by adding it to a powder, mixing it in a wet state using a ball mill, etc., then drying off the water or solvent, and then heating it in an inert gas atmosphere at 500 to 600°C to carbonize the hydrocarbon. Note that as another method of adding elemental carbon, finely powdered elemental carbon itself may be used. In this case, carbon black, acetylene black, etc. with a specific surface area of 30 m 2 /g or more is used as the elemental carbon, and in order to obtain a more uniform mixture, water or methanol,
A preferred method is to add an organic solvent such as ethanol and mix the mixture wet using a ball mill, vibration mill, or the like. That is, after adding and mixing water or an organic solvent to elemental boron or boron compound fine powder, elemental carbon fine powder, and silicon carbide fine powder,
This is a method of removing water or organic solvent by evaporation. The thus obtained fine silicon carbide powder containing a small amount of sintering aid is then molded into a desired shape and once heated with a gas such as argon, helium, nitrogen, etc. at about atmospheric pressure or below atmospheric pressure or under vacuum. By heating in an active gas atmosphere, the density is 3.05 g/cc or more and the crystal form is 95% by weight.
A sintered intermediate containing the above β crystals and 5% by weight or less of α crystals can be obtained. Here, the heating temperature is basically required to be maintained within a temperature range such that the content of α crystals in the silicon carbide fine powder does not exceed 5%, but usually this heating temperature is 1850°C. A temperature range of ~2000°C is generally good. However, more preferably, it should be selected appropriately depending on the physical properties of the silicon carbide powder, and according to the experimental findings of the present inventors, the heating temperature should be set at a density of 3.05.
It is preferable to set the temperature within the range of the minimum temperature required to reach g/cc (hereinafter referred to as Ts) to Ts + 50°C in order to prevent generation of coarse particles in the sintered intermediate. According to the experimental findings of the present inventors, there is a positive correlation between (standard deviation of particle size) /ρ and Ts of silicon carbide powder, as shown in Figure 12 of the attached drawings, and the particle size 3.05 for narrow distribution powders at lower temperatures
There is a tendency to reach densities of g/cc. Note that the α crystal in this sintered intermediate means the sum of both low-temperature type and high-temperature type. Next, in the present invention, the sintered intermediate having the predetermined characteristic values obtained as described above is heated in an atmosphere of an inert gas such as argon, helium, or nitrogen at a sufficiently high pressure. It can be a sintered body. Here, the pressure of the inert gas is desirably at least 100 atm or higher, more preferably 500 atm or higher.
There is no need to set the upper limit of pressure, but it is 10000
Setting the pressure above atmospheric pressure is less effective considering the increased equipment cost. As mentioned above, the heating temperature is 1800-2000℃
Although it is generally good if it is in the range of , it is more preferable to take the above Ts into consideration and set it in the range of Ts - 50 to Ts + 50°C. According to the method of the present invention as described in detail above,
A silicon carbide sintered body having the following three properties can be obtained. Namely: First, the density of the sintered body is 3.10 g/cc or more, and second, the average particle size of the microstructure is 3 to 15 μm.
It is large and has an aspect ratio of 5 to 20. As mentioned above, the microstructure refers to the three-dimensional structure of the particles and defects that make up the sintered body, but the measurement of the average particle diameter and aspect ratio is performed by smoothing the surface of the sintered body and The particle size is determined from an image magnified (usually 100 to 1000 times) with a microscope, and the particle diameter is the average value of the maximum length (L) and minimum length (D) of each particle in this image. The diameter is the arithmetic mean value of particle diameters, and the aspect ratio is the arithmetic mean value of L/D. It is usually sufficient to calculate these for 300 or more particles. Furthermore, thirdly, the crystal form of the sintered body of the present invention is 80
It is a sintered body containing % or more of β crystals and 20% or less of high-temperature α crystals, and more preferably a sintered body containing 5% or less of high-temperature α crystals. According to the experimental findings of the present inventors, the low-temperature α
20% or less of crystals (the rest is β crystals), more preferably 5
If silicon carbide powder containing ~20% is used as a raw material and sintered under the conditions described above, silicon carbide sintered with a composition of 20% or less of high-temperature α crystals (the rest is β crystals), more preferably 5% or less. body can be obtained with extremely high reproducibility. It goes without saying that this sintered body has the excellent microstructure that is the object of the present invention. (Operations and Effects of the Invention) The present invention is directed to the production of a silicon carbide sintered body having an excellent microstructure, which has been strongly desired as a technical concept, but for which no production method has been established in reality. The method was established by specifying the physical properties of the raw material silicon carbide powder and the sintering conditions. The results of measuring the mechanical strength of the sintered body obtained by the method of the present invention show that the strength is clearly higher than that of the conventional sintered body and the variation is small, as shown in the examples below. It was confirmed that the toughness value (K IC ) was also high. The silicon carbide sintered body obtained by the method of the present invention has an excellent microstructure as described above, and the reason for this is presumed to be as follows. That is: (a) Since the raw material powder is easily sinterable, sintering is possible with the amount of boron added as a sintering aid of 0.05 to 0.3 parts by weight, which is much smaller than in the conventional technology. Therefore, generation of coarse particles in the sintered body is suppressed. (b) Since raw material powder that is easily sinterable is used, the sintering temperature can be lowered to 1,900 to 2,050°C, which is lower than before, and therefore, coarsening of the sintered body particles can be suppressed. (c) In the sintering process, anisotropy occurs in the sintered particles because the sintering process passes through a sintered intermediate containing 5% or less of α crystals. (Examples and Comparative Examples) Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described with reference to Examples. In addition, in the following, % is weight %
represents. Silicon Carbide Powder Silicon carbide powder having the quality shown in Table 1 was used in the Examples and Comparative Examples. Powders 1 to 3 in Table 1 are prepared using the method previously proposed by the present inventors in JP-A-59-83922.
That is, it was obtained by simultaneously injecting SiCl 4 as a decomposable silicon compound and C 9 fraction as a decomposable carbon compound into a flame obtained by burning hydrogen with air.
A soot-like extremely fine mixture containing 33.6% SiO 2 and 66.3% elemental carbon was compressed to a bulk density of 0.5 g/cc and then heated to 1700°C, 1800°C, and 1900°C, respectively.
This product was obtained by heating the carbon to produce silicon carbide according to the reaction formula shown in equation (1) below, and then burning off the excess carbon. SiO 2 +3C → SiC + 2CO ... (1) Powder 4 is obtained by directly reacting SiH 4 , CH 4 and H 2 in the gas phase, using a conventionally known method [for example, Journal of the Chemical Society of Japan, 2 , 188 -193 (1980)] at a reaction temperature of 1400°C. Powders 5 and 6 are commercially available products, and their microscopic images show that they are made by mixing silicon dioxide or silicon with elemental carbon, heating the resulting coarse particles of silicon carbide, and grinding them for a long time using a vibrating mill or the like. It is assumed that the

【表】 表−1の数値が示す通り、粉末1〜3は本発明
の原料としての物性条件(イ)、(ロ)、(ハ)をすべて満足
している。これに比べ粉末4〜6は平均粒子径ρ
およびその標準偏差が本発明の規定値よりいずれ
も大きい。粉末6は結晶形がβ晶を含まずしかも
高温型のα晶のみである。このように粉末4〜6
は本発明で規定する原料としての物性条件をいず
れも満足していない。 表−1に示した平均粒子径ρ及び粒子径の標準
偏差の測定法は後記分析法の総括の項で述べる
〔粒子径測定法〕に、同じく結晶形の割合は〔結
晶形定量法〕によつて求めた。 粉末1,4,5の透過型電子顕微鏡像をそれぞ
れ第1図、第2図および第3図に、粉末1の粉末
X線回折像を第4図に示した。 実施例 1〜3 表−1に示した粉末1〜3のそれぞれ100gに、
ホウ素源として比表面積が10.4m2/gのB4C粉末
0.25gと、単体炭素源として比表面積が120.5
m2/gのカーボンブラツク2gと、更にエタノー
ルを50c.c.加えて、これらを樹脂製のボールミルで
20時間混合した。得られた混合物を加熱してエタ
ノールを蒸発除去して得た粉末の50gを、円筒容
器に入れ0.5T/cm2の荷重で1軸圧縮した後、
2T/cm2の静水圧でラバープレスし成形した。得
られたそれぞれの粉末成形体の密度を表−2に示
した。 次にこれらの粉末成形体を10-1〜1Torrの真空
下窒素雰囲気中で1900℃の温度にて30分間加熱し
炭化ケイ素焼結中間体を得た。得られた焼結中間
体の密度及び結晶形を表−2に示した。なお、そ
れぞれの粉末成形体のTs(密度が3.05g/c.c.に達
するに必要な最低温度)はそれぞれ表−2に示す
値であつた。Tsは後述する粒子径の標準偏差の
効果に記した方法によつて求めた。 次にそれぞれの焼結中間体を、1500気圧の窒素
雰囲気中でそれぞれ1880℃で30分間加熱し、炭化
ケイ素焼結体を得た。 得られた焼結体の密度、微細組織の平均粒子径
アスペクト比及び結晶形を表−2に示した。 得られたそれぞれの炭化ケイ素焼結体より各20
片の試験片を切り出し、JIS R−1601の方法に従
つて曲げ強度を測定した。また同様に各20片の試
験片より、ビツカース圧痕法によつてKICを測定
した。これらの測定値を表−2に示した。 表−2の数値が示す様に、本発明の条件を満た
す物性の原料粉末を使用し、本発明が特定する条
件で焼結させた炭化ケイ素焼結体は、いずれも本
発明の目的を満足する特性を持つたものであつ
た。なお、実施例1で得られた焼結中間体及び焼
結体の粉末X線回折像をそれぞれ第5図および第
6図に示した。
[Table] As shown by the values in Table 1, Powders 1 to 3 satisfy all physical property conditions (a), (b), and (c) as raw materials of the present invention. In comparison, powders 4 to 6 have an average particle size ρ
and its standard deviation are both larger than the specified values of the present invention. Powder 6 does not contain any β-crystals and only has high-temperature α-crystals. Like this powder 4-6
does not satisfy any of the physical property conditions as a raw material specified in the present invention. The method for measuring the average particle diameter ρ and the standard deviation of particle diameter shown in Table 1 is described in the [Particle diameter measurement method] described in the summary of analysis methods below. I turned and asked. Transmission electron microscope images of Powders 1, 4, and 5 are shown in FIGS. 1, 2, and 3, respectively, and a powder X-ray diffraction image of Powder 1 is shown in FIG. 4. Examples 1 to 3 To 100 g of each of powders 1 to 3 shown in Table-1,
B 4 C powder with a specific surface area of 10.4 m 2 /g as a boron source
0.25g and a specific surface area of 120.5 as a single carbon source
Add 2 g of carbon black (m 2 /g) and 50 c.c. of ethanol and mill them in a resin ball mill.
Mixed for 20 hours. 50 g of the powder obtained by heating the resulting mixture to remove ethanol by evaporation was placed in a cylindrical container and uniaxially compressed under a load of 0.5 T/cm 2 .
It was molded by rubber pressing using a hydrostatic pressure of 2T/cm 2 . Table 2 shows the density of each powder compact obtained. Next, these powder compacts were heated at a temperature of 1900° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere under a vacuum of 10 −1 to 1 Torr to obtain a silicon carbide sintered intermediate. Table 2 shows the density and crystal form of the obtained sintered intermediate. The Ts (minimum temperature required to reach a density of 3.05 g/cc) of each powder compact was the value shown in Table 2. Ts was determined by the method described in the effect of standard deviation of particle size described below. Next, each sintered intermediate was heated at 1880° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere of 1500 atmospheres to obtain a silicon carbide sintered body. Table 2 shows the density, average grain size aspect ratio of the microstructure, and crystal shape of the obtained sintered body. 20 pieces each from each silicon carbide sintered body obtained.
A test piece was cut out and its bending strength was measured according to the method of JIS R-1601. Similarly, K IC was measured from each of the 20 test pieces by the Vickers indentation method. These measured values are shown in Table-2. As shown by the values in Table 2, any silicon carbide sintered body produced by using raw material powder with physical properties that meet the conditions of the present invention and sintered under the conditions specified by the present invention satisfies the purpose of the present invention. It was something that had the characteristics of The powder X-ray diffraction images of the sintered intermediate and sintered body obtained in Example 1 are shown in FIG. 5 and FIG. 6, respectively.

【表】 比較例 1〜3 表−1に示す、本発明で規定する条件を満たさ
ない粉末4,5,6を用い、実施例と同一方法、
同一条件にて炭化ケイ素焼結中間体を得た。得ら
れた焼結中間体についてその密度を測定した結果
は、表−3に示す通り、何れも本発明の目標値
3.05g/c.c.以上を大きく下廻つていることがわか
つた。
[Table] Comparative Examples 1 to 3 Using the powders 4, 5, and 6 shown in Table 1 that do not meet the conditions specified in the present invention, the same method as in the example,
A silicon carbide sintered intermediate was obtained under the same conditions. As shown in Table 3, the results of measuring the density of the obtained sintered intermediate are all within the target value of the present invention.
It was found that it was significantly below 3.05g/cc.

【表】【table】

【表】 比較例 4〜6 表−1に示す、本発明で規定する条件を満たさ
ない粉末4,5,6を用い、焼結体密度を上げる
べく焼結条件等を探索し、表−4に示す条件に変
更して(表−4に記載の条件以外は実施例と同一
条件)炭化ケイ素焼結体を得た。得られた焼結体
の密度は表−4に記載の通り、粉末4については
(比較例4)B4Cの添加量を増加させることで上
昇可能であり、粉末5,6については(比較例
5,6)加熱温度を高くすると上昇可能であるこ
とが認められた。なお、粉末4を用いた比較例1
のB4Cの添加量が0.25部の粉末成形体は、加熱温
度を高くしても密度が3.05g/c.c.に到達しなかつ
た。
[Table] Comparative Examples 4 to 6 Using powders 4, 5, and 6 shown in Table-1 that do not meet the conditions specified in the present invention, sintering conditions, etc. were searched to increase the density of the sintered body, and the results were obtained in Table-4. A silicon carbide sintered body was obtained by changing the conditions to those shown in (same conditions as in the example except for the conditions listed in Table 4). As shown in Table 4, the density of the obtained sintered body can be increased by increasing the amount of B 4 C added for powder 4 (comparative example 4), and for powders 5 and 6 (comparative example 4). Examples 5 and 6) It was found that the heating temperature could be increased by increasing the heating temperature. In addition, Comparative Example 1 using Powder 4
The density of the powder compact containing 0.25 parts of B 4 C did not reach 3.05 g/cc even when the heating temperature was increased.

【表】 比較例 7〜9 比較例4〜6で得られた密度が3.05g/c.c.以上
の焼結中間体を、実施例と同様にして1500気圧の
窒素雰囲気中で表−5に示した加熱温度に30分間
保持し、炭化ケイ素焼結体を得た。次に実施例と
全く同様にしてこれら焼結体の機械的物性を測定
し、表−5の結果を得た。表−5の数値が示す様
に、いずれの焼結体もその微細構造が本発明で目
的とする物性値を呈しておらず、また機械的物性
も劣ることが分かる その結果は、焼結体密度が増加し、(ニ)の要件を
充足することは出来たのであるが、比較例7,8
では平均粒子径が規定値より高く、また、比較例
9ではアスペクト比が規定値より低く、何れも、
本発明の目的を達成する焼結体は得られないこと
が認められた。さらに実施例1〜3と比較して、
曲げ強度の平均も低く、標準偏差も大であり、さ
らにKICも低い。
[Table] Comparative Examples 7 to 9 The sintered intermediates with a density of 3.05 g/cc or more obtained in Comparative Examples 4 to 6 were prepared in the same manner as in the examples in a nitrogen atmosphere of 1500 atmospheres as shown in Table 5. The heating temperature was maintained for 30 minutes to obtain a silicon carbide sintered body. Next, the mechanical properties of these sintered bodies were measured in exactly the same manner as in the examples, and the results shown in Table 5 were obtained. As shown by the values in Table 5, the microstructure of any of the sintered bodies does not exhibit the physical property values targeted by the present invention, and the mechanical properties are also inferior. Although the density increased and the requirement (d) was satisfied, Comparative Examples 7 and 8
In Comparative Example 9, the average particle diameter was higher than the specified value, and in Comparative Example 9, the aspect ratio was lower than the specified value.
It has been found that a sintered body that achieves the objectives of the invention cannot be obtained. Furthermore, in comparison with Examples 1 to 3,
The average bending strength is low, the standard deviation is large, and the K IC is also low.

〔粒子径測定〕[Particle size measurement]

本発明における粒子径の測定法は、粒子を直接
観察する唯一の方法である顕微鏡像により求める
方法とし、顕微鏡は透過型電子顕微鏡を用いる。 衆知の如く、粉末の粒子を電子顕微鏡の試料支
持台に担持する際には、粒子の凝集や偏析が生じ
易く、粉末の全体を代表する試料を作成すること
はかなり困難である。この問題を防ぐために従来
より検討が重ねられている(例えば粉体工学研究
会編「粉体粒度測定法」(養賢堂発行、昭和42年)
の第4章に種々の方法が記載されている)。 本発明者等はこれら種々の方法を鋭意検討した
結果、コロジオンを支持膜としたシートメツシユ
に、粉末粒子を分散させたスラリーをネブライザ
ーを用いて噴霧し、粉末粒子をコロジオン膜に担
持させて得た試料が最も良好な結果が得られるこ
とを確認した。 本発明においては、粉末の粒子径の測定はこの
噴霧法によつて得られた試料の電子顕微鏡像より
求めるものとする。スラリーはイソブタノールを
分散媒とすることが好ましく、粉末のスラリー濃
度は0.3〜0.7%の範囲が好ましい。ここで粉末を
分散させる際には超音波細胞破砕器の様な強力な
超音波分散器を用い数分間作用させて行う方法が
好ましい。 粉末の粒子径は、この様にして得られた試料の
顕微鏡像より求めるが、ここでは粒子径は円相当
径とする。この円相当径とは、粒子像の面積を測
定して、その像と等しい面積の円を仮定し、その
円の直径で表した値である。 ここで本発明においてはある影像を単一の粒子
とみなすか、複数の粒子とみなすかに任意性が入
る余地をなくすために、例えば瓢箪状の影像の様
に一部でも接続したものは、全て単一の粒子とみ
なすものとする。なお、支持膜に担持された粉末
の量が増加すると、複数の粒子が見掛け上接続し
て単一の粒子に見える確率が増すため、本発明に
おける粒子径は、影像全体に占める粒子像の面積
が5〜15%の範囲にある様に作成された試料より
求めるものとする。 なお、平均粒子径は円相当径の算術平均値とす
る。 〔結晶形定量法〕 炭化ケイ素粉末及び焼結体に含まれる低温型α
晶2H、β晶3C、高温型α晶4H,6H,15
Rの定量は、CuKα線を光源としモノクロメータ
ーを受光側に入れた粉末X線回折法で得られる図
形より求める。図形の各ピーク高さより各成分を
算出する方法は、窯業協会誌、87、576−582
(1979))に記載の方法に従うものとする。なお、
焼結体を粉末X線回折法で測定する際には、焼結
体を100メツシユ以下に粉砕して測定する。
In the present invention, the particle diameter is measured using a microscope image, which is the only method for directly observing particles, and a transmission electron microscope is used as the microscope. As is well known, when powder particles are supported on a sample support of an electron microscope, agglomeration and segregation of particles tend to occur, making it quite difficult to prepare a sample that represents the entire powder. In order to prevent this problem, studies have been carried out in the past (for example, "Powder Particle Size Measurement Method" edited by the Powder Engineering Research Group (published by Yokendo, 1962))
Various methods are described in Chapter 4). As a result of intensive study of these various methods, the present inventors sprayed a slurry in which powder particles were dispersed onto a sheet mesh using collodion as a support film using a nebulizer, and the powder particles were supported on the collodion film. It was confirmed that the sample gave the best results. In the present invention, the particle size of the powder is determined from an electron microscope image of a sample obtained by this spraying method. The slurry preferably uses isobutanol as a dispersion medium, and the powder slurry concentration is preferably in the range of 0.3 to 0.7%. When dispersing the powder, it is preferable to use a powerful ultrasonic dispersion device such as an ultrasonic cell disrupter and allow it to act for several minutes. The particle size of the powder is determined from the microscopic image of the sample obtained in this way, and here the particle size is defined as the equivalent circle diameter. The equivalent circle diameter is a value expressed by measuring the area of a particle image, assuming a circle with the same area as the image, and expressing the diameter of the circle. Here, in the present invention, in order to eliminate the possibility of arbitrariness as to whether a certain image is regarded as a single particle or a plurality of particles, for example, when an image is partially connected, such as a gourd-shaped image, All shall be considered as a single particle. Note that as the amount of powder supported on the support film increases, the probability that multiple particles will apparently connect and appear as a single particle increases, so the particle diameter in the present invention is defined as the area of the particle image in the entire image. It shall be determined from a sample prepared such that it is in the range of 5 to 15%. Note that the average particle diameter is the arithmetic mean value of equivalent circle diameters. [Crystal form determination method] Low-temperature α contained in silicon carbide powder and sintered body
Crystal 2H, β crystal 3C, high temperature α crystal 4H, 6H, 15
Quantification of R is determined from a pattern obtained by powder X-ray diffraction using CuKα radiation as a light source and a monochromator on the receiving side. The method of calculating each component from each peak height of a figure is described in Ceramics Association Journal, 87 , 576-582.
(1979)). In addition,
When measuring a sintered body using powder X-ray diffraction, the sintered body is ground into 100 meshes or less.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第3図は、本発明の実施例及び比較例
で用いたそれぞれ粉末1,4,6の、透過形電子
顕微鏡で撮影した粒子状態を示す写真である。倍
率はいずれも8000倍である。第4図は、粉末1の
粉末X線回折図形を示す。第5図〜第6図は、実
施例1の粉末1を原料として得られたそれぞれ焼
結中間体、焼結体の粉末X線回折図形を示す。第
7図〜第9図はそれぞれ実施例1、比較例8、比
較例9で得た焼結体の断面の粒子構造を示す光学
顕微鏡による写真である。倍率はいずれも500倍
である。第10図〜第11図はそれぞれ実施例
1、比較例1で得られた焼結中間体の断面の粒子
構造を示す光学顕微鏡による写真である。倍率は
いずれも150倍である。第12図は(粒子径の標
準偏差/ρ)とTsとの関係を示すグラフである。
第13図は焼結中間体のα晶含有量と結晶体の微
細組織のアスペクト比との関係を示すグラフであ
る。第14図は焼結中間体の密度と焼結体の密度
との関係を示すグラフである。
FIGS. 1 to 3 are photographs showing the particle state of powders 1, 4, and 6 used in Examples and Comparative Examples of the present invention, respectively, taken with a transmission electron microscope. The magnification is 8000x in both cases. FIG. 4 shows the powder X-ray diffraction pattern of Powder 1. 5 and 6 show powder X-ray diffraction patterns of a sintered intermediate and a sintered body, respectively, obtained using powder 1 of Example 1 as a raw material. 7 to 9 are photographs taken with an optical microscope showing the grain structure of the cross section of the sintered bodies obtained in Example 1, Comparative Example 8, and Comparative Example 9, respectively. The magnification is 500x in both cases. FIGS. 10 and 11 are photographs taken with an optical microscope showing the grain structures of the cross sections of the sintered intermediates obtained in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. The magnification is 150x in both cases. FIG. 12 is a graph showing the relationship between (standard deviation of particle diameter/ρ) and Ts.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the α crystal content of the sintered intermediate and the aspect ratio of the microstructure of the crystal. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the density of the sintered intermediate and the density of the sintered body.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炭化ケイ素粉末100重量部に0.05〜0.3重量部
のホウ素及び0.5〜3.0重量部の炭素を添加混合し
た後、該混合物を成形し、1900〜2050℃にて加熱
焼結させて炭化ケイ素焼結体を得る方法におい
て、 該炭化ケイ素粉末の物性は以下に示す(イ)、
(ロ)、(ハ)の条件を満足するものであり: (イ) 平均粒子径ρが0.1〜0.2μであること。 (ロ) 粒子径の標準偏差が0.8×ρ以下であるこ
と。 (ハ) 結晶形は80重量%以上のβ晶と、20重量%
以下の低温型α晶を含むものであること。 かつ、一旦不活性ガス雰囲気中で1850〜2000
℃の温度範囲に加熱して次の(ニ)、(ホ)の条件を満
足する焼結中間体を得: (ニ) 密度が3.05g/c.c.以上であること。 (ホ) 結晶形は95重量%以上のβ晶と5重量%以
下のα晶を含むものであること。 しかる後、100気圧以上の不活性ガス雰囲気
中で1800〜2000℃に加熱して、次の(ヘ)、(ト)、
(チ)の特性により特徴ずけられる焼結体を得
ることからなる、炭化ケイ素焼結体の新規な製
造法。 (ヘ) 焼結体密度が3.10g/c.c.以上であること。 (ト) 微細組織の平均粒子径が3〜15μでアスペ
クト比が5〜20であること。 (チ) 結晶形は50重量%以上のβ晶と50重量%未
満の高温型α晶を含むものであること。 2 原料炭化ケイ素粉末中には低温型α晶が5〜
20重量%含まれていて、得られる炭化ケイ素焼結
体中には高温型α晶が5重量%以下含まれている
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
法。
[Claims] 1. After adding and mixing 0.05 to 0.3 parts by weight of boron and 0.5 to 3.0 parts by weight of carbon to 100 parts by weight of silicon carbide powder, the mixture is molded and heated and sintered at 1900 to 2050°C. In the method for obtaining a silicon carbide sintered body, the physical properties of the silicon carbide powder are as shown below (a):
It satisfies the conditions (b) and (c): (a) The average particle diameter ρ is 0.1 to 0.2μ. (b) The standard deviation of particle diameter is 0.8×ρ or less. (c) Crystal form: 80% by weight or more of β crystals and 20% by weight
Contains the following low-temperature alpha crystals. And once in an inert gas atmosphere 1850~2000
C. to obtain a sintered intermediate that satisfies the following conditions (d) and (e): (d) Density is 3.05 g/cc or more. (e) The crystal form shall contain 95% by weight or more of β crystals and 5% by weight or less of α crystals. After that, it is heated to 1800-2000℃ in an inert gas atmosphere of 100 atmospheres or more, and the following (f), (g),
A novel method for producing a silicon carbide sintered body, which comprises obtaining a sintered body characterized by the characteristics (h). (f) The density of the sintered body must be 3.10 g/cc or more. (g) The average particle diameter of the microstructure is 3 to 15μ and the aspect ratio is 5 to 20. (H) The crystal form shall contain 50% by weight or more of β crystals and less than 50% by weight of high-temperature α crystals. 2 There are 5 to 5 low-temperature α crystals in the raw material silicon carbide powder.
20% by weight, and the resulting silicon carbide sintered body contains 5% by weight or less of high-temperature α crystals.
JP62039131A 1987-02-24 1987-02-24 Novel manufacture of silcion carbide sintered body Granted JPS63206353A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62039131A JPS63206353A (en) 1987-02-24 1987-02-24 Novel manufacture of silcion carbide sintered body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62039131A JPS63206353A (en) 1987-02-24 1987-02-24 Novel manufacture of silcion carbide sintered body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63206353A JPS63206353A (en) 1988-08-25
JPH054947B2 true JPH054947B2 (en) 1993-01-21

Family

ID=12544547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62039131A Granted JPS63206353A (en) 1987-02-24 1987-02-24 Novel manufacture of silcion carbide sintered body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63206353A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6414175A (en) * 1987-07-08 1989-01-18 Toshiba Corp Production of silicon carbide ceramic
JP2008267584A (en) * 2007-04-25 2008-11-06 Ebara Corp Ceramic slide member for pure water

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54122311A (en) * 1978-03-15 1979-09-21 Hiroshige Suzuki High density silicon carbide sintered body and preparation thereof
JPS56169181A (en) * 1980-05-30 1981-12-25 Ibigawa Electric Ind Co Ltd Manufacture of high strength silicon carbide sintered body
JPS5983922A (en) * 1982-11-04 1984-05-15 Mitsui Toatsu Chem Inc Preparation of silicon carbide powder
JPS6156187A (en) * 1984-05-21 1986-03-20 エニーケム・シンテシース・エセ・ピ・ア Reactive stabilizer compound for organic polymer, stabilizedpolymer blend and preparation thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54122311A (en) * 1978-03-15 1979-09-21 Hiroshige Suzuki High density silicon carbide sintered body and preparation thereof
JPS56169181A (en) * 1980-05-30 1981-12-25 Ibigawa Electric Ind Co Ltd Manufacture of high strength silicon carbide sintered body
JPS5983922A (en) * 1982-11-04 1984-05-15 Mitsui Toatsu Chem Inc Preparation of silicon carbide powder
JPS6156187A (en) * 1984-05-21 1986-03-20 エニーケム・シンテシース・エセ・ピ・ア Reactive stabilizer compound for organic polymer, stabilizedpolymer blend and preparation thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63206353A (en) 1988-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4525461A (en) Sintered silicon carbide/graphite/carbon composite ceramic body having ultrafine grain microstructure
US6783745B1 (en) Fullene based sintered carbon materials
JPH06505225A (en) High-density, self-strengthening silicon nitride ceramic produced by pressureless or low-pressure gas sintering
Pampuch et al. Solid combustion synthesis of β SiC powders
US4023975A (en) Hot pressed silicon carbide containing beryllium carbide
US4332755A (en) Sintered silicon carbide - aluminum nitride articles and method of making such articles
EP0429665A1 (en) Method of producing ceramic sinter
EP0400656A1 (en) Silicon nitride-silicon carbide composite material and process for production thereof
US5674793A (en) Method for producing a high-strength, high-toughness silicon nitride sinter
JPH0251863B2 (en)
Sung et al. Novel process for recrystallized silicon carbide through β-α phase transformation
US5912200A (en) Composite powder and method of manufacturing sintered body therefrom
JPH054947B2 (en)
US5785922A (en) Method for producing composite sintered body of silicon carbide and silicon nitride
Liu et al. Highly dense β-SiC ceramics with submicron grains prepared by sintering of nanocrystalline powders
JP3150606B2 (en) Method for controlling specific resistance of silicon carbide sintered body
JPH0534307B2 (en)
JPS6212663A (en) Method of sintering b4c base fine body
JP2631695B2 (en) New silicon carbide powder and sintered silicon carbide
JP2006342035A (en) Method of modifying coal ash
JP3979680B2 (en) Silicon nitride powder for silicon nitride sintered body, silicon nitride sintered body and method for producing the same
CN109467452B (en) Method for preparing porous nano silicon nitride ceramic by gas-solid reaction combined with liquid phase sintering method
JP2628668B2 (en) Cubic boron nitride sintered body
JPH11292631A (en) Low-temperature sintering of silicon carbide powder
Czosnek et al. Morphology and surface properties of carbonizates (C/SiC nanocomposites) obtained via pyrolysis of a coal tar pitch modified with selected silicon-bearing precursors