JPH057346B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は溶融塩、高温での鉄化合物などに対す
る耐腐食性に優れかつ寸法精度の向上した炭化ケ
イ素質焼結体の製造方法に関するものである。 （従来の技術） 炭化ケイ素（SiC）は共有結合性の強い化合物
であり、硬度、熱伝導性、耐酸化性、耐摩耗性等
の諸特性に優れており、高温まで強度が低下しな
いため耐食・高温材料として有望視されている。 従来、炭化ケイ素の焼結法としては炭化ケイ素
の微粉末に対し、Ｂ、Al、Be、Ｃなどの焼結助
剤を同時に添加し焼結する方法が一般的である。 また、別の方法としてSiC−Si−Ｃの混合粉末
をSi蒸気、Si融液で接触処理することによりＣを
硅化してSiCと結合一体化する製造方法が知られ
ている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような方法で得られる焼結
体は高温での腐食成分が酸素に限られる場合は優
れた耐高温腐食性を示すが、溶融塩や鉄化合物な
どに対する耐腐食性は皆無に等しい。これらの欠
点を改善するためには、TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、
MgO及び周期律表ａ族酸化物のうち１種以上
を添加することが効果があることが判明してい
る。しかし、該酸化物は焼成に際し炭化ケイ素
（SiC）との反応により多量に分解し、それに起
因する収縮量の増大が焼結体の寸法精度の低下を
もたらし、焼結体表面の肌荒れにより機械的特性
が劣化し、該酸化物の分解に伴う耐腐食性向上効
果が低減することが明らかとなつた。 本発明者は、上記の現状に鑑み鋭意研究の結
果、炭化ケイ素の焼結に際して金属酸化物を焼結
助剤として含む系に対して周期律表ａ族金属の
粉末を添加すると同時に、系の焼結性を高めるた
めに特定の焼結助剤を組み合わせて用いることに
より、常圧焼成での緻密化を維持しつつ、炭化ケ
イ素と焼結助剤の反応・分解に伴う収縮量を低減
させ、耐腐食性が向上することを知見した。 即ち、本発明は、炭化ケイ素（SiC）と該酸化
物焼結助剤との反応・分解に伴う収縮量を低減で
き常圧焼結によつても寸法精度がよく、かつ耐食
性に優れた炭化ケイ素質焼結体の製造方法を提供
することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明の炭化ケイ素質焼結体の製造方法は、炭
化ケイ素（SiC）粉末と、アルミナ（Al₂O₃）ま
たはジルコニア（ZrO₂）のいずれか一種と周期
律表ａ族酸化物およびチタニア（TiO₂）の群
から選ばれた少なくとも１種とからなる焼結助剤
と、の混合物100重量部に、周期律表ａ族の金
属粉末を0.5〜5.5重量部添加したものを加圧成形
し、その後常圧で焼結することを特徴とするもの
である。 （作用） 本発明においては、炭化ケイ素原料粉末に前記
酸化物焼結助剤を添加し、生成する硅酸塩の液相
を用いて焼結する際に生じるSiOを同時に添加さ
れているａ族金属粉末により捕捉することによ
つて、前記酸化物や炭化ケイ素の分解を抑制し、
耐腐食性に優れた炭化ケイ素質焼結体を得るもの
である。 炭化ケイ素に添加されるａ族金属粉末添加量
が0.5重量部未満では生成するSiOの全てを捕捉す
ることが不可能であり、未反応のSiO₂がSiOを生
成し完全に分解を抑制できず、また該添加量が
5.5重量部を超えると未反応のａ族金属が焼結
体表面に金属粒として吹き出し表面肌の劣化とこ
れに伴う強度劣化および溶融塩、鉄化合物に対す
る耐腐食性を劣化する。而して、本発明法による
焼成された焼結体中のａ族金属含有量は0.1〜
4.5重量％程度である。ただし、ａ族金属粉末
を上記の割合で添加した系を焼成する場合、ａ
族金属無添加の場合に比較して焼結性が低下し常
圧焼成で充分に緻密化することが困難となる場合
がある。そこで、本発明によれば、焼結助剤をア
ルミナ（Al₂O₃）またはジルコニア（ZrO₂）のい
ずれか一種と、周期律表ａ族酸化物およびチタ
ニア（TiO₂）の群から選ばれる少なくとも１種
から構成すると、これらの２種の成分同士の反応
により焼結過程で低融点酸化物相が生成されるた
めに系全体の焼結性が向上し、常圧での焼成で高
密度の焼結体を得ることができる。 また、本発明の出発物質の炭化ケイ素原料がα
型、β型いずれの炭化ケイ素或いはその混合物で
あつても本発明のａ族金属粉末添加の作用は変
わらず、これによるα相、β相の構成比に変化を
与えることもない。更に焼結体中のα相、β相の
量比の定量を厳密に行うことが困難で、α相、β
相の２つの結晶構造が存在しているが、従来のα
型、β型炭化ケイ素の物理的・化学的な特性は酷
似しており、焼結体の特性には殊更差がみられな
かつた。 （実施例） 本発明を実施例に基づき詳細に説明する。 炭化ケイ素原料粉末に対し夫々第１表に示す焼
結助剤とａ族金属粉末を各割合に添加した混合
粉体を振動ミルにより120時間粉砕混合した後、
バインダーとしてパラフイン・ワツクスを用いて
造粒し、成形圧2t／cm²にてJIS抗折片をプレス成
形した。この成形体をカーボン炉に装入して、成
形体を加圧することなく、大気圧下アルゴンガス
雰囲気中、1950℃の温度で３時間の焼成を行い、
第１表に示す試料No.１〜12の焼結体とした。 試料No.13はB₄Cと炭素Ｃを同時に添加し焼結し
たものであり、試料No.14は反応焼結炭化ケイ素
で、いずれも比較例としたものである。 上記試料No.１〜13の焼結体夫々につき以下の耐
食性テストの成形体重量からの重量減の度合と、
鉄の酸化スケールを載せた試料No.１〜14の焼結体
を1300℃の温度で24時間窒素雰囲気中に曝した
後、該焼結体を切断し断面の鉄との反応層の相厚
をもつて耐腐食性の度合を測定し、第１表の結果
を得た。

【表】 まない比較例である。
表中試料No.１〜６および８が本発明の範囲内の
ものであり、炭化ケイ素と該酸化物焼結助剤に対
してａ族金属粉末を0.5〜5.5重量部の範囲で添
加し得られた炭化ケイ素焼結体は生成形体からの
重量減が本発明の範囲外の実験例のNo.７及び比較
例の試料No.９〜14と比較して11.9％以下と小さ
く、耐腐食性も鉄との反応相の層厚1.1mm以下と
極めて優れており、これは炭化ケイ素と該酸化物
焼結助剤が反応し生成するSiOを該ａ族金属粉
末で捕捉すると共に酸化雰囲気下で高融点の硅酸
塩が生成され、耐腐食性保護膜を形成するためと
理解される。 実験例の試料No.７と９及び比較例の試料No.10〜
14のうち試料No.９および13では重量減は最大6.3
％と少ないが、試料No.９ではａ族金属と鉄との
反応が進み固溶体を生成し、耐腐食性が極めて劣
り、試料No.13では焼結体中に残留する金属Siの吹
き出し及び鉄との反応が激しく使用に耐えないこ
とが夫々判明している。 （発明の効果） 本発明に於ては酸化物焼結助剤を含む炭化ケイ
素粉末100重量部にａ族金属粉末を0.5〜5.5重
量部添加することにより、この金属粉末の一部は
SiO₂と反応し、硅酸化化合物を生成し、SiO₂の
分解に伴うSiOの揮散を抑制する効果を奏すると
共に一部は金属としてあるいは硅化物として残留
し酸化に対し高融点の硅酸塩を生成し耐酸化性の
向上に寄与し、以上によつて炭化ケイ素と焼結助
剤との反応分解に伴う収縮量を低減して寸法精度
がよく且つ耐腐食性に優れた焼結体が得られるの
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭化ケイ素（SiC）粉末と、アルミナ
   （Al₂O₃）及びジルコニア（ZrO₂）の中の１種と
   周期律表ａ族酸化物及びチタニア（TiO₂）の
   群から選ばれた少なくとも１種とから成る焼結助
   剤と、の混合物100重量部に、周期律表ａ族金
   属の粉末を0.5〜5.5重量部配合して、加圧成形し
   た後、常圧で焼結する炭化ケイ素質焼結体の製造
   方法。