JPH0733550A - 調節された気孔率を有する炭化ケイ素 - Google Patents

調節された気孔率を有する炭化ケイ素

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JPH0733550A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明炭化ケイ素焼結体は、約２〜１２ vol
％の範囲の調節された気孔率を有し、その気孔は一般に
球形でそして直径約５０〜５００μであり、そしてポリ
マー不安定物質(polymer fugitive)を含む原料バッチか
ら調製されるものである。 【効果】 本発明によるメカニカルシール部材の形の焼
結体は、市販の炭化ケイ素シール部材と比較して、低Ｐ
Ｖでより低い電力消費量と、さらに、高ＰＶでより低い
摩耗率を示す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック材料および方
法の分野におけるものである。さらに詳しくは、本発明
は調節された多孔相を含む炭化ケイ素焼結体ならびに該
焼結体を作る原料バッチ、原料バッチを最終焼結体へ転
化する方法および焼結炭化ケイ素から作られるメカニカ
ルシール部材を目指すものである。
【０００２】
【従来の技術】炭化ケイ素に対する多くの用途は、その
顕著な熱的、化学的および機械的特性に加えて材料の摩
擦および摩耗（潤滑工学的）特性に依存するものであ
る。これらの用途には、たとえば、メカニカルシール部
材、バルブハフターおよびノズルが含まれる。メカニカ
ルシール用途では特に、シール境界面が表面に対し垂直
の大きな圧縮応力（Ｐ）と高速回転スピードまたは滑り
速度（Ｖ）の両方を受けることが要求される。メカニカ
ルシール部材の性能の評価において、操作レジメを表わ
す積（ＰＶ）は重要なパラメーターである。ポンプまた
は攪拌機に使用されるメカニカルシールの最も重要な機
能は作動流体の確実なシールである。ほとんどの場合、
この作動流体はまたシール境界面を潤滑にするために働
く。一般に、これは良好な潤滑剤というわけではない。
それゆえ、シール境界面における潤滑の状態は、特に始
動の間にシール面でかなりのでこぼこ接触がしばしば生
じるような具合である（“境界潤滑”としても知られて
いる）。さらに、生じた熱のために滑剤が気化し操作の
間に不安定な状態が生じる（通常は“不安定性”と称す
る）。このような強い接触または不安定性により嵌合面
の１つ以上が過度に摩耗しこれに続いてメカニカルシー
ルが早目に失敗することになる。それゆえ、シール部材
はその物質固有の自己潤滑性を有するかさもなければ２
つの嵌合する表面を分離する安定な流体力学的流体フィ
ルムを保持する助けとなる独特の固有の特性を有するか
のいずれかであることが有益である。黒鉛、窒化ホウ素
およびケイ素は自己潤滑性であるが、炭化ケイ素自体は
これらの１つではない。しかしながら炭化ケイ素におけ
る気孔率は接触面間の流体力学的流体フィルムを維持す
る助けとなる。
【０００３】理論密度3.２１ｇ／cm3 の炭化ケイ素は市
販用途にはほとんど見られず、通常使用されているより
密度の低い炭化ケイ素は別の多孔層を含む。これらの気
孔は、加工ルートおよび所望の特性にしたがって空隙で
あるかまたはケイ素または他の物質で充てんされる。多
少の容量％の気孔率は多くの炭化ケイ素用途では評価要
素ではなく一般に無視される。米国特許第4,１７9,２９
９号および同第4,３１2,９５４号には理論密度より低い
炭化ケイ素が記載されており、ここに記載されている炭
化ケイ素は市販されている多くのメカニカルシール用途
に見られる。より最近の米国特許第4,５２5,４６１号に
は焼結した炭化ケイ素が記載されており、これもまた黒
鉛を含む。この黒鉛化炭化ケイ素は自己潤滑性でそして
メカニカルシール用途に有用であると言われているもの
であるが、これもまた気孔を含む。したがって、気孔を
含む炭化ケイ素焼結体はそれ自体新規ではない。しかし
ながら限定した大きさと形の気孔を目的を持って入れる
ことは最近開発されたものである。シール用途における
様々な形の炭化ケイ素の使用については、ルブリケーシ
ョン エンジニアリング (Lubrication Engineering
）、４０、３５６（１９８４）においてラッシュウェ
イ(Lushway) が記載している。炭化ケイ素の形状のうち
ラッシュウェイにより試験されたものは気孔を含む焼結
した炭化ケイ素であった；これを作る方法は開示されて
いなかった。焼結体の８〜１０容量％（以後、“vol
％”とする) を含むこの炭化ケイ素における気孔は閉じ
ており小さく、そして大きさ２０μ程度であった。ラッ
シュウェイはこの多孔性炭化ケイ素の優れたシール面性
能はシール面においてシールした液体の流体力学的フィ
ルムを保持する能力によるものと考えた。この用途の目
的のために、気孔率(vol％) ＝１００−１００×〔観察
された密度／理論密度〕 潜在的有用性があるとはいえ、焼結時間／温度曲線にお
いて変化させることにより焼結した炭化ケイ素部材へ多
孔質を導入することはこの技術を市販の多孔性材料を作
るために使用できるようにするには十分に再現可能では
なかった。それゆえ、このような材料はこれ以後言及す
る“調節した”気孔率を示さない。
【０００４】焼結した多孔性炭化ケイ素を作りうる別の
方法は焼結助剤の量を低下することに関連する。この方
法は、高密度化を低下させ、より多孔質のセラミック体
を作る。この方法を通じての調節はその使用の主な妨げ
となる。原料物質の正確な調節がこの方法を信頼できる
ものにするために必要である。これは現在の材料を用い
て安価な価格では不可能であり、したがってこの方法の
加工窓口を非常に小さくしそして予測を難しくしてい
る。多孔性焼結セラミックはまた熱的に分解および／ま
たは収縮する他の物質たとえばセルロース、様々な種類
および形状／大きさの植物性製品、および無機材料たと
えばガラスまたは低温セラミックを加えることによって
も製造することができる。しかしながら、これらの材料
は炭化ケイ素の微粉末と混合するのが難しくそしてさら
に焼結機構を妨げる。ラッシュウェイの１９８３年の報
告と一致した、ドイツ国特許公開第３９２７３００号
（１９９０年２月２日公開）において、炭化ケイ素焼結
体であって、４vol％〜１３ vol％の気孔率を有し、そ
の際気孔は直径１０μ〜４０μの平均値であるものが優
れたメカニカルシールをもたらすことが開示された。こ
のような多孔質体は球状の有機ポリマービーズを原料バ
ッチへ混入しこれから未焼結体を作り、次いで未焼結体
を加熱して有機物を除去しそして成形体を焼結すること
により作られた。４ vol％未満の気孔容積では改善を行
なうのに気孔率が不十分であり、一方１３ vol％より大
きい気孔容積では焼結体の強度に逆効果であり、気孔は
互いに通じ合い、シールの漏れが生じる。さらに、平均
気孔径が１０μ未満の場合は、気孔における潤滑液体が
十分に利用できず、一方４０μを越える気孔径では炭素
シール面の摩耗が促進されそしてシールの漏れが生じ
た。気孔は焼結体における応力集中を避けるために丸く
しなければならないと論じられた。
【０００５】炭化ケイ素焼結体への多孔性の導入は原料
バッチへ有機ポリマービーズを混入することにより行な
われうる一方、この技術は不所望な結果を導びくことに
なる。たとえば、気孔を作り出す場合、セラミック体か
らポリマーを除去しなけれなばならない。これは、焼結
前または焼結中のいずれかにおいてポリマーを熱的分解
することによりこれまで実施されてきていた。しかしな
がら、選択したポリマーの種類に応じて、試みられた除
去はポリマービーズの炭化につながることが記載されて
いる。ある程度の残留分解生成物たとえば炭素を残すの
で、これらはセラミック体の物理的特性に影響を及ぼし
うる異物となる。炭化ケイ素における気孔の存在は、焼
結体の物理的性質がその性能に悪影響を及ぼす程度まで
その性能に有害となりうる。この点において、セシャド
リ (Sechadri) らは、Ceramic Trans., ２、２１５（１
９８７）にて、焼結パラメーターと炭素添加量を変える
ことにより１〜7.５ vol％の範囲の一連の気孔率を有す
る炭化ケイ素焼結体を調製することを報告した。得られ
た炭化ケイ素焼結体の曲げ強さは気孔率７ vol％までの
気孔率に対し影響を受けないことが報告されたが、しか
し弾性定数および破壊靱性が著しく影響された。
【０００６】セラミック体の機械的特性における構造的
欠落部の影響は欠落部の大きさに直接関係するというこ
とがよく知られている。セラミック体の気孔が独立して
いなくて相互に通じているような場合、欠陥品の有効サ
イズは著しく増える。したがって、炭化ケイ素焼結体へ
調節した量の気孔率を導入するための変法が必要とな
る。利用可能な様々な技術の中で、有機不安定ポリマー
ビーズ(organicfugitive polymer beads)の原料バッチ
への添加が、原則的に、焼結パラメーターの操作に信頼
を置く方法より優れている。不安定ポリマービーズ (fu
gitive polymer beads) を使用すると、孔径、形状、量
および分布がバッチからバッチへ再現できうる“調節さ
れた気孔率”を有する炭化ケイ素を実現することが可能
である。
【０００７】
【発明の構成および効果】したがって、本発明は一つの
見地において、気孔が実質的に均一に焼結体中に分布
し、平均直径５０〜５００μの一般的に球形状を示す２
〜１２ vol％の範囲の調節された気孔率を含む炭化ケイ
素焼結体を提供するものである。本発明の好ましい実施
態様において、焼結体を作る際に使用する不安定ポリマ
ービーズのサイズおよび数を焼結体における気孔率が９
vol％を越えないように調節することにより気孔相互の
実質的独立性を確保する。別の見地において、本発明は
上述の炭化ケイ素焼結体を製造するための原料バッチを
提供するものであって、前記原料バッチは炭化ケイ素７
５〜９５重量％；ポリマー不安定物質0.５〜７重量％；
ホウ素、アルミニウムまたはその混合物から選択される
焼結元素0.３〜３重量％；炭素源0.３〜２０重量％；結
合剤1.２〜５重量％；および、場合により滑剤および界
面活性剤少量とを含むものである。別の見地において、
本発明は前述の原料バッチから前述の多孔性炭化ケイ素
焼結体を製造する方法を提供するものである。該方法は
次の工程を含む： （ａ）炭化ケイ素、ホウ素源、炭素源および結合剤をブ
レンドすることにより混合物として原料バッチを準備
し； （ｂ）不活性溶媒中に分散したポリマー不安定物質を含
む分散液を準備し； （ｃ）前記原料バッチ混合物を攪拌し、前記分散液をこ
れへ添加しスラリーを作り； （ｄ）前記スラリーを乾燥し、浮遊性粉末として原料バ
ッチを得； （ｅ）前記原料バッチ粉末を圧縮して所望形状の未焼結
体とし； （ｆ）前記未焼結体を２０６０℃〜２２００℃の温度で
不活性雰囲気中にて焼結する。
【０００８】さらに別の見地において、本発明は前述の
炭化ケイ素焼結体を含むメカニカルシール部材を提供す
るものである。これを実施することのできる方法および
手段を含む本発明は、本明細書に添付の図面および以下
に記載の詳細な説明を参照しながら明らかにされる。図
１は後述の実施例２にしたがって作られたエッチングし
ていない炭化ケイ素焼結体断面の電子顕微鏡写真（１０
０×）である。図２は後述の実施例５にしたがって作ら
れたエッチングしていない炭化ケイ素焼結体断面の顕微
鏡写真（２００×）である。図３は本発明方法を説明す
る概略フローチャート図である。図４は本発明の範囲内
のメカニカルシール部材を示す透視図である。図５はメ
カニカルシール用途に使用されうるような本発明のメカ
ニカルシール部材を示す一部断面正面図である。本発明
の実施は炭化ケイ素出発物質の特異的性質に依存しな
い。決して必要ではないが、炭化ケイ素はα型の非立方
体結晶形であるのが好ましく、なぜならα型はそれほど
高価でなくβ型の立方体結晶形より容易に得られるから
である。特に、米国特許第4,１７9,２９９号に記載のよ
うに“等しく削った (equiaxed) ”形態を示すこと、換
言すれば、焼結炭化ケイ素粒子が主に３：１を越えない
アスペクト比を有することが好ましい。したがって等し
く削られた形態は比較的微細な粒径をもたらす。しかし
ながら平均粒径が後述で特定される要求に合致するなら
ばβ型、またはα型とβ型結晶物質の混合物、ならびに
非晶質、非結晶炭化ケイ素粉末も使用することができ
る。本発明焼結体を作るために使用する方法はほとんど
実質的に相転換を起こさせないので、炭化ケイ素出発物
質の結晶質が最終セラミック焼結体においてかなり維持
される。
【０００９】炭化ケイ素出発物質は様々な供給源のいず
れかから得られうる。蒸気相反応物質は所望により微細
粒径で作られ使用されうる。より大きな物質はボールミ
ルにかけるかまたは別の方法で微細な炭化ケイ素の十分
量が得られるまで大きさを低下させ、そして炭化ケイ素
の正しい径を常法によりたとえば水沈降またはスクリー
ニングによりボールミル生成物から選択される。いずれ
にしても、炭化ケイ素物質を酸（たとえばフッ化水素酸
および／または硝酸、特にフッ化水素酸と硝酸の混合
物）で処理して、焼結操作を妨害するであろう過剰物質
を除くことが好ましい。本発明によれば、炭化ケイ素の
理論密度の少なくとも８８％に相当する2.８ｇ／cm3 を
越える密度を有し気孔率１２ vol％未満の多孔性セラミ
ック焼結体は直ちに製造されそして一般に焼結体の機械
的特性に深刻な悪影響を及ぼすことを避けることが要求
される。密度を2.８ｇ／cm3 （気孔率１２ vol％）ほど
低くすることができるとはいえ、少なくとも焼結密度2.
８５ｇ／cm3 （多孔率１1.３ vol％未満に相当）が好ま
しい。焼結体の摩擦学的特性に実質的に影響を及ぼすた
めに必要な最低気孔率は２ vol％（密度3.１５ｇ／cm3
に相当）であると思われるが、しかし３〜４ vol％が好
ましい低限界である。最も好ましくは焼結体の気孔率は
密度約2.９２ｇ／cm3 に相当の９ vol％を越えず、その
中の気孔は一般に球状で実質的に均一に炭化ケイ素中に
分布しており、気孔は呼称、すなわち平均直径５０〜５
００μ、好ましくは５０〜２００μ、最も好ましくは５
０〜１００μを有する。このような焼結体は“そのま
ま”でたとえばメカニカルシール部材のような用途に使
用可能であるか、またはこれらは機械処理してより低密
度で所望の形状および大きさとし、その後さらに焼成し
てさらに高密度化してもよい。
【００１０】本発明による焼結セラミック体は炭化ケイ
素９１〜９９wt％を含む。焼結体はさらに炭素0.５〜５
wt％；ホウ素、アルミニウムまたはこれらの混合物から
選択される焼結元素0.１５〜３wt％；たとえば炭化ホウ
素としてのホウ素または炭化アルミニウムとしてのアル
ミニウムのような焼結元素と化学的に結合する追加の炭
素1.０wt％までを含む。ここですべてのwt％は、特記し
ない限り、焼結体またはバッチの全重量に対して特定さ
れる。好ましい実施態様において、セラミック焼結体は
炭化有機物質と結合する炭素0.５〜４wt％、炭化ホウ素
としてのホウ素0.２〜0.４wt％およびホウ素と化学的に
結合した追加の炭素0.０５〜0.１１wt％とを含み、組成
物の残りは炭化ケイ素である。最も好ましくは、セラミ
ック焼結体は炭化ケイ素９８〜９９wt％、炭化有機物質
１〜1.５wt％、炭化ホウ素としてのホウ素0.２５〜0.３
６wt％およびホウ素と化学的に結合する追加の炭素0.０
７〜0.１０wt％とを含む。セラミック焼結体における焼
結元素の含量の特定において、焼結元素が存在する形態
を制限することを意図するものではない；換言すれば、
ホウ素は元素としてホウ素が存在してもよくまたは炭化
ホウ素のようなホウ素化合物に結合していてもよい。実
際、ほとんどの場合、焼結元素は最終セラミック焼結体
において炭化ホウ素のようなこのような元素を含む化合
物の一部として存在するであろう。用語“追加の炭素”
とは焼結元素と化学的に結合しそして1.０wt％までの量
で存在するとして広く特定化される炭素を意味する。す
なわち、この追加の炭素は得られるセラミック焼結体に
おいて任意の成分である。このような存在する追加の炭
素の量は、もちろん、セラミック焼結体が作られる原料
バッチ混合物において焼結元素と結合する炭素の量によ
るものである。炭化有機物質として存在する炭素の量
は、原料バッチへ添加されるこのような有機物質の量な
らびに有機物質の炭素収率 (char yield) （炭素含有
量）によるものである。焼結元素は以下にさらに詳しく
記載する。
【００１１】本発明によるセラミック焼結体を製造する
原料バッチは、７５〜９５wt％、好ましくは８０〜９０
wt％炭化ケイ素粉末を含有する。炭化ケイ素粉末は小さ
な粒径たとえば0.２μ〜1.５μ、好ましくは0.５μであ
る。炭化ケイ素粉末の表面積はある場合には粒径よりさ
らに説明的で、その表面積は少なくとも７ｍ2 ／ｇであ
る。原料バッチはまた有機ポリマー物質をも含みこれは
最終焼結体中で気孔を画成するために使用されるがしか
しセラミック未焼結体を焼結する間に除去される。この
意味において、この物質は“ポリマー不安定物(polymer
fugitive)”である。本発明の顕著な特徴は、これが予
め決められ、注文可能な多孔性ミクロ構造を有する調節
された気孔率を達成する手段を提供することである。す
なわち、本発明を実施することにより、原料バッチ段階
において気孔の大きさ、形状および量に関し最終セラミ
ック焼結体のミクロ構造を確立することが可能である。
特定の平均径および形状のポリマー不安定物質の計算さ
れた量を混入することによりこれらの可変値が固定され
る。ポリマー不安定物質は原料バッチの0.５〜７wt％、
好ましくは１〜４wt％を構成する。
【００１２】ポリマー不安定物質の選択は所望の摩擦学
的特性を備えた多孔性焼結体の製造において重要な要件
である。選択される不安定物質（fugitives)は特定の熱
的特性、ならびに特定の物理的および機械的特性を有さ
なければならず、なぜなら不安定物質はすべての初期処
理工程に耐えそして分解してセラミック焼結体から排出
しなければならないからである。第一に、不安定ポリマ
ーは正しい寸法に合わされなければならない。不安定物
の粒径および形は、最終セラミック体において所望の孔
の大きさおよび形状に相当するように選択されるべきで
ある。しかしながら、ポリマーは一般に特定の呼称粒子
寸法を有するポリマー粒子として入手可能である。しか
しながら必須というわけではないが、呼称寸法にいつい
てのサイズ分布はできるだけ狭い、換言すれば単分散で
あるのが好ましい。所望により、ポリマー不安定物を適
当な節を用いて湿式または乾式のいずれかによりスクリ
ーニングし狭い粒径分布を得るようにしてもよい。ま
た、丸い欠落部（丸い気孔）は最終セラミック体での応
力集中を最小にするので粒子が球形またはほぼそれに近
い形状であるのが好ましい。セラミック物質の強度は焼
結体中のひび割れにより大きき決定され、ひびが大きい
ほど焼結体の強度が低下する。通常の技術で作られるセ
ラミックにおいて、加工中、特に原料バッチを噴霧乾燥
する間に入るひびが最も大きなものである。焼結した炭
化ケイ素において、これらのひびは平均寸法１００〜２
００μが一般的である。すなわち、最も好ましい孔径範
囲および密接に関連したポリマー不安定物質の粒径は５
０〜１００μである。気孔は好ましくは閉じており互い
に独立している；相互に連結した気孔は欠落部の有効径
を大きくし、最終セラミック体の機械的特性に影響を及
ぼすであろう。機械強度が臨界的でないこれらの用途に
対し、孔径および関連するポリマー不安定物質の粒径は
適当には直径約５０〜５００μ、好ましくは５０〜２０
０μである。このような焼結体の強度が上述の最も好ま
しい範囲のもの以下である場合もあるが、これらは良好
な摩擦学的特性をやはり有していると思われる。
【００１３】多孔性焼結体が使用条件要求下に有効に作
動しなければならないシール材として使用される場合、
気孔の相互連結は相互連結した気孔がシールされる液体
の漏れに対する通路を提供しうるという点で好ましくな
い。シール用途における気孔の相互連結が望ましくない
ことはセラミックをフィルターとして利用する場合望ま
れる相互連結した気孔と正反対である。別々の独立した
気孔を含むミクロ構造において、気孔径、気孔率 vol％
および気孔の最短隣接距離は相互に依存する。気孔がす
べて同じ大きさで焼結体中に均等に分布していると仮定
するならば、平均最短隣接距離 (average nearest neig
hbor distance; NND) は、体積分率気孔率（ＶＦＰ）＝
（ vol％気孔率／１００）または平均気孔径（Ｄ＝２
Ｒ）のいずれかがある時点で気孔が平均して相互にくっ
つき始めるまで増加するにしたがって低下する。気孔が
実質的に独立しそして平均して相互にくっつかない条件
は、ＮＮＤ＞Ｄであれば満足される。気孔が球形である
場合、これらのパラメーターは次の方程式によりほぼ合
致することが明らかである： ＮＮＤ3 ＝（0.５５４）3 （４πＲ3 ／３ＶＦＰ） この関係は、実際に、ＶＦＰが0.０８８より大きくまた
は気孔率約９ vol％で、気孔が全体的に独立せずそして
孔径にかかわらず幾つかの気孔がくっつくことを示す。
同様に、しかしさらに複雑な分析を、気孔がすべて同じ
大きさでない場合に行なうことができる。すなわち、ほ
ぼ単分散系ポリマー不安定物質を用いる好ましい最大炭
化ケイ素気孔率は約９ vol％である。
【００１４】ポリマー不安定物質はセラミックの焼結体
を作る方法における様々な時点で混入することができる
が、しかしポリマー不安定物質粒子と原料バッチ中に存
在する溶媒との間の接触を妨げることはほとんど不可能
である。したがって、ポリマー不安定物質は使用する溶
媒のいずれに関してもまた原料バッチの他の成分に関し
ても化学的に不活性であるべきである。さらに、不安定
物質は、原料バッチを高めた温度、好ましい加工工程で
噴霧乾燥する時サイズおよび形状が安定でなければなら
ない。さらにとりわけ、ガラス転移温度および結晶融点
が少なくとも８０℃、好ましくは１００℃以上である。
慣例的形成工程たとえば等方加圧工程の間に、ポリマー
不安定物質粒子は実質的にこれらのサイズおよび形状を
維持することができなければならない。それゆえ、選択
されたポリマーは高い圧縮強さと剛性を示すのが好まし
い。ポリマーの過剰弾性回復はこれがセラミック焼結体
における調節されない欠落部を導くので望ましくない。
中空ビーズまたはマイクロバルーンは、これらが焼結前
の成形された未焼結セラミック体を作るのに使用される
圧縮力下で平らになる傾向があるので固体ポリマー粒子
として望ましいとは言えない。
【００１５】一度未焼結体が形成されると、ポリマー不
安定物質を除去する。これを促進するために、ポリマー
は６００℃未満の温度できれいに気化および／または分
解して、それからさらに高温で未焼結セラミック体を焼
結する。損失重量測定と組合せた熱重量分析を用いて、
ポリマー候補物がこの要求を満たすように前もって変化
させることができる。たとえば、ポリメチルメタクリレ
ート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）およびポリエ
チレン（ＰＥ）のこのような研究により、５５℃でこれ
らのポリマーが完全に分解し、セラミック焼結体にほと
んど残留しないことがわかる。最後に、ポリマーは所望
の粒径および形状で容易に入手できそして焼結セラミッ
ク体を作るに際しこれが消費されるので比較的安価であ
ることも望ましい。この点を考慮して、熱可塑性および
熱硬化性樹脂から選択されるポリマー不安定物質が適当
であり、特にアクリル樹脂たとえばＰＭＭＡ；ビニル樹
脂、たとえばＰＳ、ＰＥ、ポリプロピレン（ＰＰ）、お
よびポリビニルクロリド（ＰＶＣ）；セルロースアセテ
ート（ＣＡ）；硬化エポキシ樹脂（ＥＰＲ）；およびポ
リイミド樹脂（ＰＩ）が効果的であり、同様にコポリマ
ーおよびターポリマー、たとえばポリ（エチレン−コ−
ビニルアセテート）およびポリ（アクリロニトリル−タ
−ブタジエン−タ−スチレン）；ならびに架橋剤たとえ
ばジビニルベンゼン（ＤＶＢ）の少量で変性された前記
ポリマー、これにより提供される架橋ポリマーが効果的
である。
【００１６】たとえば、スチレンを少量のＤＶＢの存在
下に共重合し、これにより架橋ポリマー不安定物質を提
供することができる。一般に、架橋した不安定物質は架
橋がしばしば高いガラス転移温度（Ｔg ）を有するより
堅くて強いポリマーとなる点で好ましく、ここで記載し
た架橋ポリスチレンは本発明で有効に使用される。ポリ
エチレンは容易に入手可能であり、低密度（0.９１〜0.
９３ｇ／cm3 ）形でもまたは高密度（0.９５〜0.９７ｇ
／cm3 ）形でも使用されうる。本発明原料バッチの１つ
の重要な特徴は、炭化性有機物質または炭素源である。
有機物質は有機溶媒に可溶性であるが、しかし安全性お
よび環境的理由のために水に溶解するのが好ましい。い
ずれの場合も、これが簡単に分散して炭化ケイ素粒子を
被覆し、これにより原料バッチから作られる成形した未
焼結体を焼成する際に炭化した有機物質の有効性を向上
することが重要である。セラミック焼結体が炭化有機物
質0.５〜5.０wt％を含むことが望ましく、その結果、炭
化性有機物質が２５〜７５wt％の炭素収率を有する場
合、原料バッチ中に炭化性有機物質0.３〜２０wt％が存
在することが好ましいことがわかった。炭素収率２５〜
７５wt％の範囲内で、有機物質は炭素収率３３〜５０wt
％、さらに好ましくは４０〜４５wt％を有する。炭素収
率が３３〜５０wt％である場合、原料バッチ中の炭化性
有機物質の量が１〜１０wt％の範囲内で最終セラミック
焼結体において炭素0.５〜４wt％の好ましい範囲とな
る。セラミック焼結体における炭化有機物質の最も好ま
しい量は１〜1.５wt％であり、このため最適原料バッチ
は炭化性有機物質の４wt％を含み、好ましくは水溶性で
ありそして４０〜４５wt％の炭素収率を有すると信じら
れる。
【００１７】炭化性有機物質はフェノール樹脂およびコ
ールタールピッチにより代表され、これらはそれぞれ炭
素収率４０〜４２wt％および６０wt％程度の収率を有す
る。フェノール樹脂とコールタールピッチの間では、フ
ェノール樹脂が好ましく、Ｂ段階フェノールレゾール樹
脂たとえばバルカムケミカル社 (Varcum Chemical Co.)
から入手可能なレジン (Ｒesin) No. ８１２１が本発明
に特に有用である。しかしながら、より広い用途はフェ
ノール−ホルムアルデヒド樹脂であり、これは幾つかの
場合、水溶性である。例としては、オクシデンタルケミ
カル社から入手可能な“プリオフェン (Plyophen）４３
２９０リキッドワンステップフェノール樹脂 (Liquid O
ne Step Phenolic Resin) ”である。焼結元素を原料バ
ッチへその元素の形で、またはこれらの元素を含む化合
物たとえばすでに記載したような炭化ホウ素、炭化アル
ミニウム、または窒化アルミニウムとして加えることが
できる。炭化ケイ素セラミック体の高密度化のための焼
結助剤としてホウ素またはホウ素含有化合物を使用する
ことが米国特許第4,３１2,９５４号および同第4,１７9,
２９９号にさらに詳しく記載されている。焼結助剤とし
て炭素とともにアルミニウムまたはアルミニウム含有化
合物を使用することが米国特許第4,２３0,４９７号に記
載されている。
【００１８】焼結元素は、その元素の形のホウ素または
その化合物たとえば炭化ホウ素であるのが好ましい。炭
化ホウ素は本質的に非−化学量論的物質であり、ホウ素
対炭素のモル比８：１〜２：１の様々な炭化ホウ素が報
告されている。一般に、焼結元素の供給源として炭化ホ
ウ素を使用することが好ましく、特にホウ素対炭素のモ
ル比3.５／１対4.１／１のいわゆる“固相反応 (solid
state reacted)炭化ホウ素”である炭化ホウ素が特に好
ましい。このような炭化ホウ素は米国特許第3,３７9,６
４７号の方法にしたがって製造されうる。ホウ素対炭素
のより高い比を有する炭化ホウ素が3.５／１〜4.１／１
の比を有する物質より化学的反応性が高いが、しかし入
手しにくく、より高価であり、したがってあまり好まし
くない。原料バッチへ加える焼結元素の量は最終セラミ
ック焼結体中のこのような元素の含有量にしたがう。セ
ラミック焼結体は焼結元素0.１５〜3.０重量％を含む。
ホウ素またはホウ素含有化合物を使用する好ましい実施
態様において、セラミック体は0.２〜0.４wt％のホウ素
を有する。セラミック焼結体の最も好ましいホウ素含有
率は0.２５〜0.３６wt％である。焼結元素供給源の量は
それにしたがって選択されるべきである。すなわち、焼
結元素供給源が元素ホウ素である場合、これはホウ素0.
２５〜0.３６wt％を有するセラミック焼結体が得られる
量で原料バッチ中に存在するのが最適である。ホウ素対
炭素のモル比3.５：１〜4.１：１を有する好ましい固相
反応炭化ホウ素に対しては、炭化ホウ素が0.３〜３wt％
の量で原料バッチ中に存在しその結果得られるセラミッ
ク焼結体中にこのような量のホウ素を作るものである。
【００１９】ホウ素を使用する場合、これは結晶または
非晶質であり、そして好ましくは３０μ未満の平均粒径
を有する粉末である。この制限内で、粒径が0.１μ〜１
０μの範囲内であるのが好ましい。一時結合剤は広い範
囲の有機樹脂および当該技術に熟知した者によく知られ
た他の物質から選択されることができ、これらにはたと
えばポリビニルアルコール、アクリル樹脂、コールター
ルピッチ、長鎖脂肪物質（たとえば、“カルボワック
ス”）、金属ステアリン酸塩たとえばステアリン酸アル
ミニウムおよびステアリン酸亜鉛、糖、デンプン、アル
ギン酸塩およびポリスチレンがある。これらの物質の多
くはもちろんポリマー不安定物質または焼結体中に炭素
少なくとも少量を得るために添加される炭化性有機物質
として機能しうるものである。すなわち、１つの物質が
原料バッチ中で１つ以上の機能を有することができる。
一時結合剤はたとえば炭素収率に応じて、原料バッチの
1.２〜５重量％を含む。結合剤は好ましくは一時的結合
剤ビヒクルとしてポリビニルアルコール一部につき５〜
１５重量部の水を結合したポリビニルアルコールを含
む。特に、ポリビニルアルコール１０重量部や一時結合
剤ビヒクル９０重量部を使用することが好ましい。さら
に、水性ポリビニルアルコールは上述のクラスから選択
される他の樹脂と結合してもよい。使用されうる物質
は、たとえば、“ロープレックス（ＲＨＯＰＬＥＸ）
（登録商標）ＨＡ−８エマルジョン”であり、ロームア
ンドハース社から入手されうる。
【００２０】本発明の別の見地にしたがってセラミック
焼結体を製造する方法を図３に示す。この方法は最初に
炭化ケイ素７５〜９５wt％；炭化性有機物質0.３〜２０
wt％；焼結元素0.３〜３wt％；一時結合剤1.２〜５wt
％；ならびに、場合により滑剤２〜約８wt％；および場
合により界面活性剤0.４〜1.２wt％を含む原料バッチの
成分を一緒に混合することにより開始する。第一の混合
工程は好ましくは、粉末化成分、炭化ケイ素、炭化性有
機物質および焼結助剤を一時結合剤と滑剤と一緒に攪拌
し次いで場合により炭化性物質が溶解する溶媒を加える
ことを含む。いずれにしても溶媒を加え、混合物を少な
くとも５〜１５分間十分に攪拌して炭化ケイ素粒子上に
炭化性有機物質をコートする。ポリマー不安定物質を水
またはこれが不活性である他の分散液中に別に分散し、
分散液は一般にポリマー１〜５０重量％および組合せた
界面活性剤好ましくは約３０重量％を含む。ポリマー分
散液を炭化ケイ素−含有混合物へ加えてスラリーを得
る。スラリーを十分攪拌後、当該技術で公知の技術の１
つ、たとえば焼結したスラリー上に一定量の乾燥ガスを
通過させるかまたはスラリーを噴霧乾燥することにより
乾燥すると、流動性粉末の形の原料バッチが得られる。
この乾燥工程に続いて、乾燥した原料バッチを少なくと
も約1.６０ｇ／cm3 の密度を有する成形体へ成形する。
たとえば、混合物を所望によりメカニカルリングシール
部材に成形することができる。これは当該技術を熟知し
た者に公知の様々な技術のいずれかにより行なわれる。
たとえば、混合物を、押出し、射出成形、トランスファ
ー成形、注型、常温加圧、等方加圧または圧縮により成
形する。圧縮を使う場合、好ましい圧力は4,０００〜１
０0,０００psi の間、１6,０００〜２0,０００psi の
間、たとえば約１7,０００psi であり、室温が最も好ま
しい。 一時結合剤が硬化を必要とする場合、たとえば
結合剤がポリビニルアルコールを含む場合、一時結合剤
は９０℃〜１００℃の温度にして１〜２時間成形体を加
熱することにより硬化されうる。当業者に公知の他の硬
化条件を他の結合剤に対して使用することもできる。同
様に、ポリマー不安定物質は、別々の予め決められた時
間別々の予め決められた温度で加熱することにより気化
しそして／または分解しそしてセラミック体から除去さ
れ、そして炭化性有機物質は予め決められた時間予め決
められた温度にて加熱することにより炭化される。代わ
りに、別々の硬化および分離工程は、硬化および分解の
両方が炭化ケイ素焼結温度に加熱するまでの間に生じる
ので、所望により省略してもよい。焼成は形成された成
形体を２０〜６０分間１９００℃〜２５００℃の温度で
加熱することを必要とする。より低温での焼結体の高密
度化は再現されずそして調節された気孔率が達成されな
いかもしれないので、より低温の使用は一般に避ける。
より高温で炭化ケイ素の昇華が生じうる。
【００２１】焼成工程を通常のバッチまたは連続炉中で
行なうことができ、その場合成形体を所望温度で指示さ
れた滞留時間を提供する速度で炉の高温区域に通す。こ
のような炉の詳細は当該技術で公知であり、たとえば米
国特許第3,６８9,２２０号に記載されている。焼成工程
は単に簡単のため、ここでは“焼結”として言及してい
る“無圧焼結”を行なう。“焼結”または“無圧焼結”
について、これは高密度化を促進するために焼成または
焼結される目的物に対し機械的圧力を何ら施こさないこ
とを意味する。実際、通常は黒鉛るつぼのような不活性
容器中での目的物の焼結は、不活性ガス、還元ガス、真
空または窒素の雰囲気下で保持される。還元ガスには水
素、二酸化炭素および一酸化炭素が含まれる；不活性ガ
スにはアルゴン、ヘリウムおよびネオンが含まれる。焼
結操作を行ないうるガスにはアルゴン、二酸化炭素、一
酸化炭素、ヘリウム、水素、ネオンおよび窒素またはこ
れらの混合物を含む。焼結条件下で窒素が炭化ケイ素と
ともにいくらか反応物へ入るが、これはほとんどわずか
な程度なので、これによりセラミック焼結体の組成が著
しく変化することはない。しかしながら窒素の使用は焼
結温度を上昇させ、このためもし窒素が環境雰囲気であ
る場合、好ましい焼結温度は２２６０℃〜２３００℃で
ある。他のガス、特に不活性ガスたとえばアルゴン、ヘ
リウムまたはネオンでは、好ましい焼結温度は２０６０
℃〜２２００℃の間である。焼成はまた減圧下に実施さ
れうる。“減圧”については、これは1.０トール未満の
実際的減圧を意味する。
【００２２】以下の特定の実施例により本発明のいくつ
かの点の実際を説明する。
【００２３】
【実施例】
実施例１ 以下の組成の原料バッチは、次の成分を一緒に混合する
ことにより調製された： 成 分 重量パーセント α−炭化ケイ素 ８4.７５ Ｂ4 Ｃ 0.５９ フェノール樹脂 4.０７ ポリビニルアルコール（１８％水溶液） 2.４６ ロープレックス (RHOPLEX) HA-8 乳剤 3.２４ アルラセル(ARLACEL)83R (滑剤）a 1.５９ ポリメチルメタクリレートb 2.５４ 界面活性剤c 0.７６ １０0.００a ＩＣＩアメリカから入手可能b サイエンティフィックポリマープロダクツ社 (Scient
ific PolymerProdusts) 、Lot 037Aから入手可能c ロームアンドハース社から入手可能なトリトン (TRIT
ON)-X 非イオン界面活性剤0.０２wt％およびアルコケミ
カルズ社から入手可能なスチレン−マレイン酸無水物界
面活性剤0.７４wt％を含む。
【００２４】炭化ケイ素は約７ｍ2 ／ｇの表面積を有し
ていた。これはアレンダル (Arendal)のノルウェギアン
社 (Norwegian Company)から−３２５メッシュ粉末とし
て得られ、次いで平均粒径0.４５μまで微粉砕した。炭
化ホウ素は、ニューヨーク、ナイアガラフォールズのワ
シントンミルズエレクトロミネラルズ社 (WashingtonMi
lls Electro Minerals Corp.) から得られる固体の反応
した物質である。フェノール樹脂炭素源、または炭化性
有機物は炭素収率４2.５％を有するオクシデンタルケミ
カル社 (Occidental Chemical Company)からのプリオフ
ェン (PLYOPHEN) ４３２９０樹脂であった。ポリメチル
メタクリレート（“ＰＭＭＡ”）は定量的画像分析によ
り平均径７０μを有するほとんど球形のビーズ形状であ
った。ポリビニルアルコールはエアプロダクツアンドケ
ミカルズ社 (Air Products andChemicals, Inc.) から
アイルボル (AIRVOL）６０３として粒状で得られ、脱イ
オン水に溶かした。ポリビニルアルコールおよびＰＭＭ
Ａの炭素収率は使用される焼結条件下で０であった。Ｐ
ＭＭＡおよび界面活性剤以外の成分を水と混合してスラ
リーを作った。 pＨ１０で界面活性剤も含む脱イオン水
中にＰＭＭＡを濃度３０wt％固形分にて分散させた。指
示した炭化ケイ素の少量を加えてポリマーの分散を助け
た。後者の分散液を炭化ケイ素スラリーへ加え、混合物
を連続して攪拌しスラリー中のポリマーの良好な分布を
確保した。１５分間混合後、得られた混合物を当該技術
でよく知られた手段にしたがって噴霧乾燥すると、微粉
砕した浮遊性粉末として原料バッチ組成物が得られた。
【００２５】実施例２ 実施例１からの噴霧乾燥した粉末を次いで等方加圧技術
を用いて１７ｋsi圧力下にほぼ９２mm（外径）、６７mm
（内径）および厚さ２７mmの寸法のシールブランクへ成
形した。シールブランクを９０分間２１５０℃にてアル
ゴン雰囲気下に焼結した。得られたシールブランクを研
磨して最終シール寸法７５mmＯＤ×５７mmＩＤ×２２mm
厚を得た。焼結したシール部材における炭化ケイ素のミ
クロ構造は光学顕微鏡と定量的画像分析により特徴ずけ
られた。密度測定および定量的画像分析の両方により測
定されるように、ミクロ構造における気孔率は7.５ vol
％であった。気孔は平均して直径約７０μでありほぼ球
形であった。ミクロ構造を示す顕微鏡写真を図１として
ここに示し、これから作られるメカニカルシール部材を
図４に示す。 実施例３ 実施例２からのシール部材をラップすると、平均表面荒
さ0.０３μで平面度２ヘリウム光バンド未満が特徴的な
最終表面が得られた。このようなシールの一つを、ドイ
ツ国ウォルフラッツハウゼン (Walfratshausen) 、フェ
オドールブルグマン社(Feodor Burgmann GmbH)製の高
圧、高速シール試験スタンドの一面においてフェノール
樹脂含浸炭素−黒鉛嵌合シールに対し密着させた。シー
ルの同じ一対を試験スタンドの他の面に密着させて試験
を２回行なった。試験スタンドに１０バールまで圧力を
かけて、この圧力下６０℃にて水中で試験を実施した。
ここで定義したＰＶ値をこのシール試験で測定すると５
５バール×ｍ／ｓまたは１５７０００psi ×ft／分であ
り、比較的低い値が緩やかな操作条件を表わす。シール
性能を評価するために使用されるパラメーターは動力消
費量、炭素−黒鉛嵌合シールの摩耗速度および試験シー
ルの摩耗速度を含む。比較のために、ザカルボランダム
カンパニー (The Carborundum Company)から入手可能な
市販のヘキソロイ(HEXOLOY) （登録商標）ＳＡ炭化ケイ
素を用いて同じ試験を２回繰り返した。これらの試験の
全体的結果により、本発明の多孔性炭化ケイ素シール材
が市販のシール部材と同じレベルかまたはそれより良い
性能であることが示される。特に、本発明の多孔性炭化
ケイ素シール部材は、炭素−黒鉛および市販の炭化ケイ
素シール部材に対し５％低い電力消費量およびこれに相
当する摩耗率を示した。本発明の多孔性炭化ケイ素シー
ルと市販の炭化ケイ素シール部材のいずれも漏れは見ら
れなかった。
【００２６】上述のシール試験を繰り返すが、しかし水
中７５バールおよび６０℃であった。この試験のＰＶ値
は２３２バール×ｍ／ｓまたは６６3,０００psi ×ft／
minであり、比較的高い値は厳しい操作条件を表わす。
これらの試験結果により、本発明の多孔性炭化ケイ素シ
ール部材は市販の炭化ケイ素シール材よりも著しく良好
な性能を示した。市販の炭化ケイ素材料と比較して本発
明の多孔性炭化水素シール部材の場合、電力消費量が7.
５％まで減少し、そして炭素−黒鉛摩耗率は６３％低下
した。このとき両方の炭化ケイ素はフェノール含浸炭素
−黒鉛シール部材に対して接続していた。データから、
多孔性炭化ケイ素シール部材の摩耗率は、市販の炭化ケ
イ素で作られたシール部材の摩耗率より７４％低下し
た。本発明の多孔性炭化ケイ素シールは何らの漏れも示
さなかった。１０および７５バールでのシール試験結果
を以下の表にまとめた： 試 験 シール材料 市販 SiC 多孔性 SiC 電力消費量、kW １０バール 0.56 0.53 ７５バール 1.06 0.98a 摩耗率：カーホ゛ン−ク゛ラファイト、μ／hr １０バール 0.04 0.06 ７５バール 0.79 0.29a 摩耗率： SiC, μ／hr １０バール 0.03 0.02 ７５バール 0.19 0.05a a ２つの測定の平均値 実施例４ 多孔性炭化ケイ素体のシール部材としての使用は図５を
参照しながら説明するが、図は貫通した部分を有するバ
ルブを示し、液体は１２でバルブへ入り、ハウジング１
５を通過して、１１で排出する。メカニカルシール部材
１３および１４は、離れており液体を流すような状態を
図示しているが、スクリューハンドル１６を回転してシ
ール部材１３をシール部材１４まで落としてこれら部材
の面と面を嵌合させて液体の流れを止める。シール部材
１３および１４のいずれかまたは両方とも本発明範囲内
の多孔性炭化ケイ素でよい。
【００２７】実施例５ 実施例１および２を繰り返すが、ただしイーストマンコ
ダック社 (Eastman Kodak Co.)から入手された平均直径
５０μを有する２％ＤＶＢで架橋されたポリスチレンを
ＰＭＭＡの代わりに使用した。得られた多孔性焼結炭化
ケイ素シールのミクロ構造の研究により気孔が直径約５
０μｍで球形であることが示された。気孔は得られた焼
結体の６ vol％を占めた。ミクロ構造を示す顕微鏡写真
を図２に示す。 実施例６ 実施例１および２を実質的に繰り返すが、ただしＰＭＭ
Ａのビーズは平均直径約１３０μであった。原料バッチ
は実施例１の原料バッチとほぼ同じ組成であった。得ら
れた焼結多孔性炭化ケイ素のミクロ構造は直径約１３０
μで球形である気孔を有していた。気孔は焼結体の7.５
vol％を占めた。焼結体は実測密度2.９６７ｇ／cm3 で
あった。 実施例７ 実施例６を実質的に繰り返すが、ただしより多量のビー
ズを原料バッチの製造に使用した。原料バッチは以下の
組成を有していた： 成 分 wt％ α−炭化ケイ素 ８3.４０ Ｂ4 Ｃ 0.５８ フェノール樹脂 3.９９ ポリビニルアルコール（18％水溶液) 2.４４ ロープレックス HA-8 乳剤 3.１４ アルラセル83R （滑剤） 1.５７ ポリメチルメタクリレート 4.１５ 界面活性剤 0.７３ １０0.００ 得られた多孔性炭化ケイ素焼結体のミクロ構造は、直径
約１３０μで球形である気孔を有した。気孔は焼結体の
１２ vol％を占めた。
【００２８】実施例８ 実施例６を実質的に繰り返すが、ただし、ビーズは平均
粒径１９０μであった。原料バッチは実施例６と実質的
に同じ組成であった。得られた多孔性炭化ケイ素焼結体
のミクロ構造は直径約１９０μで球形である気孔を有し
た。気孔は焼結体の7.５ vol％を占めた。 実施例９ 実施例１および２を実質的に繰り返すが、ただし炭化ホ
ウ素の代わりに窒化アルミニウムおよび炭素を焼結助剤
として使用した。窒化アルミニウムはアルカンアルミニ
ウム (Alcan Aluminium)から得られた。原料バッチは以
下の成分を有していた： 成 分 重量％ α−炭化ケイ素 ８4.２４ 窒化アルミニウム 1.２６ フェノール樹脂 4.０４ ポリビニルアルコール（18％水溶液) 2.４６ ロープレックス HA-8 乳剤 3.１７ アルラセル83R （滑剤）a 1.５８ ポリメチルメタクリレートb 2.５２ 界面活性剤c 0.７３ １０0.００a アイシーアイアメリカ（ＩＣＩ America) 社から入
手可能b サイエンティフィックポリマープロダクツ社（Scien
tific PolymerProducts, Inc.) ，Lot 037 A から入手
可能c ロームアンドハース社から入手可能な0.０２wt％ト
リトン−X 非イオン界面活性剤0.０２wt％およびアルコ
ケミカルズ社から入手可能なスチレン−マレイン酸界面
活性剤0.７４wt％を含む。
【００２９】フェノール樹脂は炭素源であった。ポリメ
チルメタクリレートビーズは平均直径５０μであった。
得られた炭化ケイ素焼結体のミクロ構造は平均５０μで
球形である気孔を有していた。気孔は焼結体の7.５ vol
％を占めた。本発明は上記した特定実施例に示すもの以
外の方法でも実施することができることが明らかであ
る。したがって、本発明の範囲はこれらの特定実施例に
限定されるべきではなく、特許請求の範囲に表わさられ
た全範囲にしたがうものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例２にしたがって作られたエッチングして
いない炭化ケイ素焼結体断面の電子顕微鏡写真図であ
る。
【図２】実施例５にしたがって作られたエッチングして
いない炭化ケイ素焼結体断面の電子顕微鏡写真図であ
る。
【図３】本発明方法を説明する概略フローチャート図で
ある。
【図４】本発明のメカニカルシール部材を示す透視図で
ある。
【図５】本発明のメカニカルシール部材を示す一部断面
正面図である。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２〜１２容量％の範囲の調節された気孔
    率を含み、その気孔が一般に球形状で実質的に焼結体中
    を均一に分布しておりそして平均直径５０〜５００μで
    ある炭化ケイ素焼結体。
  2. 【請求項２】 気孔が直径５０〜１００μである請求項
    １の焼結体。
  3. 【請求項３】 気孔率が約９容量％を越えずそして気孔
    が実質的に独立している請求項１および２のいずれか１
    の焼結体。
  4. 【請求項４】 炭化ケイ素９１〜９９重量％；炭素0.５
    〜5.０重量％；ホウ素、アルミニウムまたはその混合物
    から選択される焼結元素0.１５〜3.０重量％；および焼
    結元素と化学的に結合した追加の炭素１重量％までをさ
    らに含む請求項１〜３のいずれか１の焼結体。
  5. 【請求項５】 炭化ケイ素９８〜９９重量％、炭素１〜
    1.５重量％、炭化ホウ素としてのホウ素0.２５〜0.３６
    重量％、およびホウ素と化学的に結合した追加の炭素0.
    ０７〜0.１０重量％とをさらに含む請求項１〜４のいず
    れか１の焼結体。
  6. 【請求項６】 前記炭化ケイ素がβ炭化ケイ素をほとん
    ど含まないα炭化ケイ素である請求項１〜５のいずれか
    １の焼結体。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１の炭化ケイ素
    焼結体を含むメカニカルシール部材。
  8. 【請求項８】 （ａ）炭化ケイ素７５〜９５重量％； （ｂ）ホウ素、アルミニウムまたはその混合物から選択
    される焼結元素0.３〜３重量％； （ｃ）炭素源0.３〜２０重量％； （ｄ）結合剤1.２〜５重量％；および （ｅ）ポリマー不安定物0.５〜７重量％を含む請求項１
    の炭化ケイ素焼結体を調製するための原料バッチ。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つの滑剤および／または少
    なくとも１つの界面活性剤をさらに含む請求項８の原料
    バッチ。
  10. 【請求項１０】 前記炭素源が２５〜７５重量％の炭素
    収率を有する請求項８または９のいずれか１の原料バッ
    チ。
  11. 【請求項１１】 前記炭素源がフェノール樹脂および／
    またはコールタールピッチから選択される請求項８〜１
    ０のいずれか１の原料バッチ。
  12. 【請求項１２】 前記焼結元素が炭化ホウ素としてのホ
    ウ素であり、該炭化ホウ素がホウ素／炭素モル比約3.５
    ／１〜約4.１／１を有し原料バッチの１〜２重量％の量
    で存在する請求項８〜１１のいずれか１の原料バッチ。
  13. 【請求項１３】 前記炭化ケイ素がβ炭化ケイ素をほと
    んど含まないα炭化ケイ素である請求項８〜１２のいず
    れか１の原料バッチ。
  14. 【請求項１４】 前記結合剤がポリビニルアルコール、
    アクリル樹脂、コールタールピッチ、長鎖脂肪物質、金
    属ステアリン酸塩類、糖、デンプン、アルギン酸塩およ
    びポリスチレンからなる群の１つ以上から選択される請
    求項８〜１３のいずれか１の原料バッチ。
  15. 【請求項１５】 ポリマー不安定物質がＴg および結晶
    融点８０℃以上を有し６００℃を越えない温度で気化お
    よび／または分解する請求項８〜１４のいずれか１の原
    料バッチ。
  16. 【請求項１６】 前記ポリマー不安定物質が平均直径５
    ０〜１００μの固形の実質的に球形ビーズを含む請求項
    ８〜１５のいずれか１の原料バッチ。
  17. 【請求項１７】 前記ポリマー不安定物質がポリメチル
    メタクリレート、ポリスチレンまたはポリエチレンから
    選択される請求項８〜１６のいずれか１の原料バッチ。
  18. 【請求項１８】 次の工程： （ａ）（１）炭化ケイ素７５〜９５重量％；（２）ホウ
    素、アルミニウムまたはその混合物から選択される焼結
    元素0.３〜３重量％；（３）炭素源0.３〜２０重量％；
    および（４）結合剤1.２〜５重量％を含む混合物を準備
    し； （ｂ）不活性溶媒中に分散したポリマー不安定物質を含
    む分散液を準備し； （ｃ）前記混合物を攪拌し前記分散液をこれへ加えてス
    ラリーを作り； （ｄ）前記スラリーを乾燥し、流動性粉末として原料バ
    ッチを得； （ｅ）前記原料バッチ粉末を圧縮成形して所望形状の未
    焼結体とし； （ｆ）前記未焼結体を２０６０℃〜２２００℃の温度に
    て実質的に不活性の雰囲気下で焼結することを含む請求
    項１の多孔性炭化ケイ素焼結体の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記炭素源が２５〜７５重量％の炭素
    収率を有する請求項１８の方法。
  20. 【請求項２０】 前記炭素源がフェノール樹脂および／
    またはコールタールピッチから選択される請求項１８ま
    たは１９のいずれか１の方法。
  21. 【請求項２１】 前記焼結元素が炭化ホウ素としてのホ
    ウ素であり、該炭化ホウ素がホウ素／炭素モル比3.５／
    １〜4.１／１であり、前記混合物の１〜２重量％の量で
    存在する請求項１８〜２０のいずれか１の方法。
  22. 【請求項２２】 前記炭化ケイ素がβ炭化ケイ素をほと
    んど含まないα炭化ケイ素である請求項１８〜２１のい
    ずれか１の方法。
  23. 【請求項２３】 前記結合剤が、ポリビニルアルコー
    ル、アクリル樹脂、コールタールピッチ、長鎖脂肪物
    質、金属ステアリン酸塩類、糖、デンプン、アルギン酸
    塩類およびポリスチレンからなる群の１つ以上から選択
    される請求項１８〜２２のいずれか１の方法。いずれか
    １の方法。
  24. 【請求項２４】 前記ポリマー不安定物質が前記混合物
    の0.５〜７重量％を含む請求項１８〜２３のいずれか１
    の方法。
  25. 【請求項２５】 ポリマー不安定物質が８０℃以上のＴ
    g および結晶性融点を有しそして６００℃を越えない温
    度で気化および／または分解する請求項１８〜２４のい
    ずれか１の方法。
  26. 【請求項２６】 前記ポリマー不安定物質が直径５０〜
    １００μを有する固体の実質的に球形ビーズを含む請求
    項１８〜２５のいずれか１の方法。
  27. 【請求項２７】 前記ポリマー不安定物質がポリメチル
    メタクリレート、ポリスチレンまたはポリエチレンから
    選択される請求項１８〜２６のいずれか１の方法。
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