JPH0784343B2 - 炭化珪素焼結体及びその製造方法 - Google Patents
炭化珪素焼結体及びその製造方法Info
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- JPH0784343B2 JPH0784343B2 JP61159773A JP15977386A JPH0784343B2 JP H0784343 B2 JPH0784343 B2 JP H0784343B2 JP 61159773 A JP61159773 A JP 61159773A JP 15977386 A JP15977386 A JP 15977386A JP H0784343 B2 JPH0784343 B2 JP H0784343B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は炭化珪素焼結体に係り、特に、SiC以外の成分
量を低減し、高温強度に優れた炭化珪素焼結体及びその
製造方法に関する。
量を低減し、高温強度に優れた炭化珪素焼結体及びその
製造方法に関する。
（従来の技術） 炭化珪素焼結体は耐酸化性、耐食性、耐熱衝撃性及び高
強度等の特性を有し、例えばガスタービン部品、高温用
熱交換器の如くの高温構造材料としての用途が検討され
ている。
強度等の特性を有し、例えばガスタービン部品、高温用
熱交換器の如くの高温構造材料としての用途が検討され
ている。
この炭化珪素は難焼結材料であるため加圧焼結法が用い
られているが、複雑形状の焼結体を得るため、また、製
造工程の簡略化のため、硼素等の焼結助剤を添加した常
圧焼結法が研究されている（特開昭50−78609号、特開
昭51−148712号等）。常圧焼結法によれば複雑形状の焼
結体を生産性良く得ることができるが、一方では緻密化
に寄与する硼素が他方では炭化珪素焼結体の高温強度を
低下させる一因ともなる。また炭素はSiC粉中の酸素を
除去し、炭化珪素焼結体の緻密化に重要な役割を果たす
が、他方では耐酸化性の低下、強度の低下等の一因とも
なる。
られているが、複雑形状の焼結体を得るため、また、製
造工程の簡略化のため、硼素等の焼結助剤を添加した常
圧焼結法が研究されている（特開昭50−78609号、特開
昭51−148712号等）。常圧焼結法によれば複雑形状の焼
結体を生産性良く得ることができるが、一方では緻密化
に寄与する硼素が他方では炭化珪素焼結体の高温強度を
低下させる一因ともなる。また炭素はSiC粉中の酸素を
除去し、炭化珪素焼結体の緻密化に重要な役割を果たす
が、他方では耐酸化性の低下、強度の低下等の一因とも
なる。
そこで硼素量を減少して炭化珪素焼結体の特性を向上し
ようという試みがなされている。例えば特開昭60−1864
67号には硼素源として比表面積の大きい炭化硼素粉を用
いることにより硼素量を低減する方法が記載されてい
る。又、特開昭60−246263号には硼素及び炭素源として
溶媒に溶解するポリフェニルボロン等を用いる方法が記
載されている。
ようという試みがなされている。例えば特開昭60−1864
67号には硼素源として比表面積の大きい炭化硼素粉を用
いることにより硼素量を低減する方法が記載されてい
る。又、特開昭60−246263号には硼素及び炭素源として
溶媒に溶解するポリフェニルボロン等を用いる方法が記
載されている。
（発明が解決しようとする問題点） 前述の如く各種の方法が提案されているが、未だ炭化珪
素焼結体の高温強度、耐酸化性、耐食性は十分なもので
はない。本発明者等が炭化珪素焼結体について研究を進
めた結果、硼素、炭素等の他、炭化珪素焼結体中の酸素
が特性決定に重要であることが判明した。
素焼結体の高温強度、耐酸化性、耐食性は十分なもので
はない。本発明者等が炭化珪素焼結体について研究を進
めた結果、硼素、炭素等の他、炭化珪素焼結体中の酸素
が特性決定に重要であることが判明した。
本発明は炭化珪素焼結体中のSiC以外の成分、特に酸素
量を制御することにより、高温強度及び耐酸化性に優れ
た炭化珪素焼結体を提供することを目的とする。
量を制御することにより、高温強度及び耐酸化性に優れ
た炭化珪素焼結体を提供することを目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は硼素を0.03wt％以上0.14wt％未満含有し、硼素
を含めた金属元素を0.3wt％未満、遊離炭素を0.5wt％未
満、遊離炭素以外の非金属元素である酸素を0.1wt％未
満、残部実質的にSiCからなり、密度が3.10g/cm3以上で
あることを特徴とする炭化珪素焼結体である。そしてこ
のような本発明炭化珪素焼結体は、 ａ）焼結前の昇温過程で分解し硼素を残留する溶媒可溶
性の硼素化合物と焼結前の昇温過程で分解し炭素を残留
する溶媒可溶性の炭素化合物とSiC粉末との混合物の成
形体を得る第１の工程； ｂ）焼結開始温度未満であり、炭素によりSiC粉末中の
酸素が除去される温度で前記成形体を保持する第２の工
程； ｃ）真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する第３の工
程； を具備した炭化珪素焼結体の製造方法により得ることが
できる。
を含めた金属元素を0.3wt％未満、遊離炭素を0.5wt％未
満、遊離炭素以外の非金属元素である酸素を0.1wt％未
満、残部実質的にSiCからなり、密度が3.10g/cm3以上で
あることを特徴とする炭化珪素焼結体である。そしてこ
のような本発明炭化珪素焼結体は、 ａ）焼結前の昇温過程で分解し硼素を残留する溶媒可溶
性の硼素化合物と焼結前の昇温過程で分解し炭素を残留
する溶媒可溶性の炭素化合物とSiC粉末との混合物の成
形体を得る第１の工程； ｂ）焼結開始温度未満であり、炭素によりSiC粉末中の
酸素が除去される温度で前記成形体を保持する第２の工
程； ｃ）真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する第３の工
程； を具備した炭化珪素焼結体の製造方法により得ることが
できる。
（作用） 以下本発明を詳細に説明する。
本発明に於いて出発原料として用いるSiC粉末は非等軸
晶系のα−SiC、等軸晶系のβ−SiC、及びこれらの混合
物のいずれでも良いが、平均粒径１μｍ以下で比表面積
5m2/g以上さらには平均粒径0.5μｍ以下で比表面積10m3
/g以上に分級された粉末が望ましい。これ以上の粗大粒
子になると不活性ガス雰囲気による昇温の途中過程に於
ける粒成長抑制による焼結性の向上が殆ど得られなく成
り、焼結密度が3.10g/cc以上で均一な微細構造の焼結体
を得るのが困難である。
晶系のα−SiC、等軸晶系のβ−SiC、及びこれらの混合
物のいずれでも良いが、平均粒径１μｍ以下で比表面積
5m2/g以上さらには平均粒径0.5μｍ以下で比表面積10m3
/g以上に分級された粉末が望ましい。これ以上の粗大粒
子になると不活性ガス雰囲気による昇温の途中過程に於
ける粒成長抑制による焼結性の向上が殆ど得られなく成
り、焼結密度が3.10g/cc以上で均一な微細構造の焼結体
を得るのが困難である。
前記のごときSiC粉末は各種の方法で製造出来るが、得
られたままのSiC粉末中には遊離Si、遊離SiO2、遊離Ｃ
及び各種金属不純物等の焼結を阻害したり焼結体内の欠
陥と成り易い混入物が存在する。通常は酸洗処理などの
方法で純化されるが、いずれの金属不純物含有量も0.05
％以下であるのが望ましい。
られたままのSiC粉末中には遊離Si、遊離SiO2、遊離Ｃ
及び各種金属不純物等の焼結を阻害したり焼結体内の欠
陥と成り易い混入物が存在する。通常は酸洗処理などの
方法で純化されるが、いずれの金属不純物含有量も0.05
％以下であるのが望ましい。
まず成形体（未焼結）を形成する。このときSiC粉末以
外にSiC粉末表面の酸素を除去する炭素及び焼結助剤と
なる硼素を加え、溶媒とともに十分に混合し、造粒した
後、所望形状に加圧成形することにより成形体を得る
（第１の工程）。成形上必要ならば一時的な結合剤（ス
テアリン酸，パラフィン，エレクトロンワックス,PVA
等）も上記溶液に加えてSiC粉末と充分均一に混合した
後、噴霧乾燥，凍結乾燥等の手段により乾燥造粒する。
溶媒としてはパラフィン系炭化水素（ペンタンからセタ
ンまで）、アルコール類（メタノール，エタノール，ブ
タノール，プロパノール等々）、アセトン，トリクレ
ン，メタクレン，エチレングリコールなどの有機系溶媒
を用いる方が製造工程上容易であるため、上記物質は有
機溶媒可溶性のものが好ましい。
外にSiC粉末表面の酸素を除去する炭素及び焼結助剤と
なる硼素を加え、溶媒とともに十分に混合し、造粒した
後、所望形状に加圧成形することにより成形体を得る
（第１の工程）。成形上必要ならば一時的な結合剤（ス
テアリン酸，パラフィン，エレクトロンワックス,PVA
等）も上記溶液に加えてSiC粉末と充分均一に混合した
後、噴霧乾燥，凍結乾燥等の手段により乾燥造粒する。
溶媒としてはパラフィン系炭化水素（ペンタンからセタ
ンまで）、アルコール類（メタノール，エタノール，ブ
タノール，プロパノール等々）、アセトン，トリクレ
ン，メタクレン，エチレングリコールなどの有機系溶媒
を用いる方が製造工程上容易であるため、上記物質は有
機溶媒可溶性のものが好ましい。
焼結した後、SiC以外の成分の必要以上の残留は高温強
度低下の要因になるため、できるだけ少量に抑える必要
がある。また、均一に分散させる必要がある。そのため
炭素はコールタールピッチ，石油ピッチ，重質油，フェ
ノール樹脂，ノボラック樹脂等の非酸化性の雰囲気にお
ける加熱処理により分解して遊離炭素を生成する溶媒化
溶性、特に有機溶媒化溶性の炭素化合物で添加する必要
がある。更には、昇温により有機溶媒が揮散した時に固
化し、その後融解することなく分解し均一に炭素を分散
することのできるノボラック等の樹脂が好ましい。また
炭素の添加量であるが、SiC粉末含有酸素重量の1.0〜3.
0倍、好ましくは1.5〜3.0倍程度が良好な量である。こ
の炭素量は同様に製造されたSiC粉末中の酸素量を測定
しておくことにより容易に決定できる。炭素添加量が少
ないとSiC粉末中の酸素の除去を完全に行なうことがで
きず、また過剰の添加は焼結体中に多量の遊離炭素が残
存することになり、緻密化の障害となる。
度低下の要因になるため、できるだけ少量に抑える必要
がある。また、均一に分散させる必要がある。そのため
炭素はコールタールピッチ，石油ピッチ，重質油，フェ
ノール樹脂，ノボラック樹脂等の非酸化性の雰囲気にお
ける加熱処理により分解して遊離炭素を生成する溶媒化
溶性、特に有機溶媒化溶性の炭素化合物で添加する必要
がある。更には、昇温により有機溶媒が揮散した時に固
化し、その後融解することなく分解し均一に炭素を分散
することのできるノボラック等の樹脂が好ましい。また
炭素の添加量であるが、SiC粉末含有酸素重量の1.0〜3.
0倍、好ましくは1.5〜3.0倍程度が良好な量である。こ
の炭素量は同様に製造されたSiC粉末中の酸素量を測定
しておくことにより容易に決定できる。炭素添加量が少
ないとSiC粉末中の酸素の除去を完全に行なうことがで
きず、また過剰の添加は焼結体中に多量の遊離炭素が残
存することになり、緻密化の障害となる。
硼素は高温でSiC粒子に拡散して焼結性を向上させる物
質であるが、炭素と同様に焼結前の昇温過程で分解し硼
素を残留する硼素化合物で添加する必要がある。このよ
うな硼素化合物としてはB10H12C（カルボラン）,B10H14
（デカボラン）,B10H13I（ヨドデカボラン），｛（C
2H5）3NH｝２（B10H12），（CH3）2NH・BH3等が挙げら
れ、特にＢ含有率が高い為、硼素化合物としての添加量
が所定の硼素を添加する場合に少量で済む。
質であるが、炭素と同様に焼結前の昇温過程で分解し硼
素を残留する硼素化合物で添加する必要がある。このよ
うな硼素化合物としてはB10H12C（カルボラン）,B10H14
（デカボラン）,B10H13I（ヨドデカボラン），｛（C
2H5）3NH｝２（B10H12），（CH3）2NH・BH3等が挙げら
れ、特にＢ含有率が高い為、硼素化合物としての添加量
が所定の硼素を添加する場合に少量で済む。
硼素の添加形態としてはBN,B2O3,B4C,B等が考えられる
が、いずれも少量均一の混合が困難である。またB4Cで
は1800−1900℃から昇華が始まり、硼素量が減少してし
まい、BNの場合Ｎ原子が焼結の障害となり、B2O3は液相
・第２相を形成しやすく強度がおちる。このように粉末
添加では、所望の特性を維持しつつ、焼結助剤量を減少
せしめることは困難である。
が、いずれも少量均一の混合が困難である。またB4Cで
は1800−1900℃から昇華が始まり、硼素量が減少してし
まい、BNの場合Ｎ原子が焼結の障害となり、B2O3は液相
・第２相を形成しやすく強度がおちる。このように粉末
添加では、所望の特性を維持しつつ、焼結助剤量を減少
せしめることは困難である。
なお上記炭素化合物、硼素化合物は一種で兼用してもか
まわないし、別々の化合物として添加しても良い。
まわないし、別々の化合物として添加しても良い。
乾式プレスなどで所望の形状にした成形体は脱脂のため
焼結する前に通常、不活性雰囲気中で穏やかに約700℃
まで加熱昇温される。この過程で一次的結合剤は分解揮
散し、次に炭素化合物、硼素化合物が固化した後に分解
し、遊離炭素、硼素となり、SiC粉末表面に均一に分散
した状態となる。
焼結する前に通常、不活性雰囲気中で穏やかに約700℃
まで加熱昇温される。この過程で一次的結合剤は分解揮
散し、次に炭素化合物、硼素化合物が固化した後に分解
し、遊離炭素、硼素となり、SiC粉末表面に均一に分散
した状態となる。
この温度領域の急激な加熱温度上昇は成形体にクラック
や気孔を導入し破損原因と成りやすいため、出来るだけ
穏やかに昇温することが好ましい。この時SiC粉末の酸
化を少しでも抑制するため真空又は不活性雰囲気あるい
は非酸化性雰囲気中で出来る限り均一環境下で温度上昇
させて脱脂する必要が有る。
や気孔を導入し破損原因と成りやすいため、出来るだけ
穏やかに昇温することが好ましい。この時SiC粉末の酸
化を少しでも抑制するため真空又は不活性雰囲気あるい
は非酸化性雰囲気中で出来る限り均一環境下で温度上昇
させて脱脂する必要が有る。
更に温度上昇し1300〜1500℃でSiC粉末表面の酸化被膜
及びSiO2に対する遊離Ｃによる還元とSi,SiO2の融解が
生じ、CO,Si,SiO2の形での揮散が進む。更に高温になり
SiO2粒成長が始まる段階に至っても未だこれらSiC粉末
表面の酸化被膜，遊離Si,及び遊離SiO2が残留している
と、SiC粉末表面での蒸発・凝固及び拡散を局部的に促
進又は抑制するために異常粒成長を生じ易く成る。その
ため、約1500℃までは真空中で緩かに温度上昇させ更に
は約1450−1550℃で温度保持する事（第２の工程）によ
り、SiC粉末表面周辺の不要不純物を極力排除するのが
好ましい。このため10-3torr以下の減圧下で昇温し、こ
の温度保持は、COガスの揮散等の影響で真空度が一旦低
下した後、低下する前の真空度にまで真空度が回復する
まで保持すれば良い。
及びSiO2に対する遊離Ｃによる還元とSi,SiO2の融解が
生じ、CO,Si,SiO2の形での揮散が進む。更に高温になり
SiO2粒成長が始まる段階に至っても未だこれらSiC粉末
表面の酸化被膜，遊離Si,及び遊離SiO2が残留している
と、SiC粉末表面での蒸発・凝固及び拡散を局部的に促
進又は抑制するために異常粒成長を生じ易く成る。その
ため、約1500℃までは真空中で緩かに温度上昇させ更に
は約1450−1550℃で温度保持する事（第２の工程）によ
り、SiC粉末表面周辺の不要不純物を極力排除するのが
好ましい。このため10-3torr以下の減圧下で昇温し、こ
の温度保持は、COガスの揮散等の影響で真空度が一旦低
下した後、低下する前の真空度にまで真空度が回復する
まで保持すれば良い。
その後、焼結温度である1800〜2200℃程度の温度に昇温
するが、約1600℃から緻密化を生じ無い気相焼結となる
SiCの蒸発・凝縮及び表面拡散が徐々に顕著に成り粉末
粒の粗大化が始まるが、緻密化につながる液相焼結及び
固相拡散・体積拡散焼結は未だ顕在化しない。この初期
に於ける気相焼結の先行のため緻密化が顕著になる1800
〜1900℃の温度に達した時にはSiC粒子は約１μｍに粗
大化した後であり、出発原料として超微細粉末を求めた
効果を消失させてしまっている。
するが、約1600℃から緻密化を生じ無い気相焼結となる
SiCの蒸発・凝縮及び表面拡散が徐々に顕著に成り粉末
粒の粗大化が始まるが、緻密化につながる液相焼結及び
固相拡散・体積拡散焼結は未だ顕在化しない。この初期
に於ける気相焼結の先行のため緻密化が顕著になる1800
〜1900℃の温度に達した時にはSiC粒子は約１μｍに粗
大化した後であり、出発原料として超微細粉末を求めた
効果を消失させてしまっている。
発明者らは非酸化性雰囲気（H2,N2,CO）が気相焼結を抑
制し粒の粗大化をほぼ完全に阻止することを見出した。
従って気相焼結が主である温度範囲をこれら非酸化性の
粒の粗大化抑制雰囲気中で温度上昇して、固体拡散が顕
著となる1800〜2200℃付近で粒の粗大化抑止雰囲気から
真空又は不活性ガス（He,Ne,Ar他）雰囲気に切替え温度
保持する方法は、超微細粉末状態から焼結を開始させる
ことができるため、好ましい（粗大化抑制工程）。SiC
は高温になると炭素とSiリッチな蒸気（Si,Si2C等）に
分解する。Ar,He,Ne等の不活性雰囲気ガスは上記SiC粉
末の昇華分解を多少なりと抑制する効果を有し、焼結は
これら不活性ガス雰囲気下で進める事が好ましい。しか
し、この不活性ガスはSiCの昇温分解を抑制する一方
で、焼結体内の気孔に溜り閉気孔の消滅を阻害するた
め、その導入には注意を払う必要が有る。
制し粒の粗大化をほぼ完全に阻止することを見出した。
従って気相焼結が主である温度範囲をこれら非酸化性の
粒の粗大化抑制雰囲気中で温度上昇して、固体拡散が顕
著となる1800〜2200℃付近で粒の粗大化抑止雰囲気から
真空又は不活性ガス（He,Ne,Ar他）雰囲気に切替え温度
保持する方法は、超微細粉末状態から焼結を開始させる
ことができるため、好ましい（粗大化抑制工程）。SiC
は高温になると炭素とSiリッチな蒸気（Si,Si2C等）に
分解する。Ar,He,Ne等の不活性雰囲気ガスは上記SiC粉
末の昇華分解を多少なりと抑制する効果を有し、焼結は
これら不活性ガス雰囲気下で進める事が好ましい。しか
し、この不活性ガスはSiCの昇温分解を抑制する一方
で、焼結体内の気孔に溜り閉気孔の消滅を阻害するた
め、その導入には注意を払う必要が有る。
以上説明したような方法により得られた焼結体は、SiC
以外の構成成分が必要最小限度に抑えられ、特に高温強
度に優れたものとなる。
以外の構成成分が必要最小限度に抑えられ、特に高温強
度に優れたものとなる。
硼素は常圧焼結に必須の成分であり、焼結体残量で0.03
重量％以上必要であるが、過剰の残量は第２層の折出等
による強度の低下をまねき、また耐酸化性，耐食性も低
下する。またAl,Fe,Ti,Cr,Ca,Mg,Zr,V2,Si等の他の金属
元素の焼結体中の残留も高温強度低下の原因となるた
め、硼素を含めた量で3.0重量％以下とする。なお硼素
は0.15重量％未満、さらには0.14重量％未満、特に0.13
重量％未満が好ましい。
重量％以上必要であるが、過剰の残量は第２層の折出等
による強度の低下をまねき、また耐酸化性，耐食性も低
下する。またAl,Fe,Ti,Cr,Ca,Mg,Zr,V2,Si等の他の金属
元素の焼結体中の残留も高温強度低下の原因となるた
め、硼素を含めた量で3.0重量％以下とする。なお硼素
は0.15重量％未満、さらには0.14重量％未満、特に0.13
重量％未満が好ましい。
また遊離炭素であるが、焼結体中の多量の残存は耐酸化
性の低下、強度の低下をまねくため、多くても1.0重量
％，好ましくは0.5重量％以下である。しかしながら余
り少ないとSiC粉末中の酸素除去が不完全となり密度が
低下してしまうため、実用上は焼結体中残量で0.15重量
％以上である。
性の低下、強度の低下をまねくため、多くても1.0重量
％，好ましくは0.5重量％以下である。しかしながら余
り少ないとSiC粉末中の酸素除去が不完全となり密度が
低下してしまうため、実用上は焼結体中残量で0.15重量
％以上である。
炭素以外の非金属元素である酸素，窒素等も強度低下の
原因となるため、合計量で0.15重量％以下とする。特に
酸素は密度の低下をもたらし、強度を低下させるため0.
1重量％以下とする。
原因となるため、合計量で0.15重量％以下とする。特に
酸素は密度の低下をもたらし、強度を低下させるため0.
1重量％以下とする。
焼結体密度は3.10g/cc以上とする。これ未満だと気孔が
多数存在し強度に劣る。
多数存在し強度に劣る。
（実施例） 以下本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明する。
実施例−１ 出発原料として比表面積15m2/g,全酸素含有量1.4wt％，
その他金属不純物は全て0.05wt％未満である市販のα−
SiC粉末100gを秤量する。カルボランをＢ量に換算して
0.4g,ノボラック樹脂を残留Ｃ量に換算して3.0g,エチレ
ングリコール10ccをアセトン100ccに溶解する。前記SiC
粉末を上記アセトン溶液に浸漬攪はんし、乾燥造粒す
る。4.35×3.35cm2の金型を使い20g/Pの試料を1ton/cm2
で加圧成形後3ton/cm2でラバープレスする。成形体を窒
素雰囲気中で700℃まで８時間かけて加熱することによ
り脱脂済み成形体を得る。この脱脂体を黒煙製二重容器
に入れてヒーター加熱炉内部にセットし、真空排気した
のち室温より約1200℃まで手動で通電加熱し試料よりの
CO系ガス放出により真空度が低下する1300〜1500℃にお
ける温度上昇速度を500℃/Hと緩やかにし、更に約1550
℃×60分で真空保持する事によりガス放出脱気を徹底さ
せた後、1000℃/Hで2050℃まで昇温し、Ar気流中で２時
間焼結した。焼結密度3.15g/cc,平均粒径４μｍの焼結
体を得た。組成分析結果は0.14％（Ｂ）,0.03％（Al）,
0.006％（Fe）,0.4％（遊離Ｃ）,0.08％（酸素）,0.01
％（Ｎ）であった。JIS規格に準じて断面３×4mm2の抗
折強度試験片を作製してスパン30mmで３点曲げ試験を行
ったところ、80kg/mm2（室温）,83kg/mm2（1500℃）で
あった。室温の破壊靱性値は であった。
その他金属不純物は全て0.05wt％未満である市販のα−
SiC粉末100gを秤量する。カルボランをＢ量に換算して
0.4g,ノボラック樹脂を残留Ｃ量に換算して3.0g,エチレ
ングリコール10ccをアセトン100ccに溶解する。前記SiC
粉末を上記アセトン溶液に浸漬攪はんし、乾燥造粒す
る。4.35×3.35cm2の金型を使い20g/Pの試料を1ton/cm2
で加圧成形後3ton/cm2でラバープレスする。成形体を窒
素雰囲気中で700℃まで８時間かけて加熱することによ
り脱脂済み成形体を得る。この脱脂体を黒煙製二重容器
に入れてヒーター加熱炉内部にセットし、真空排気した
のち室温より約1200℃まで手動で通電加熱し試料よりの
CO系ガス放出により真空度が低下する1300〜1500℃にお
ける温度上昇速度を500℃/Hと緩やかにし、更に約1550
℃×60分で真空保持する事によりガス放出脱気を徹底さ
せた後、1000℃/Hで2050℃まで昇温し、Ar気流中で２時
間焼結した。焼結密度3.15g/cc,平均粒径４μｍの焼結
体を得た。組成分析結果は0.14％（Ｂ）,0.03％（Al）,
0.006％（Fe）,0.4％（遊離Ｃ）,0.08％（酸素）,0.01
％（Ｎ）であった。JIS規格に準じて断面３×4mm2の抗
折強度試験片を作製してスパン30mmで３点曲げ試験を行
ったところ、80kg/mm2（室温）,83kg/mm2（1500℃）で
あった。室温の破壊靱性値は であった。
実施例−２ 実施例−１と同様にガス放出脱気を徹底させた後、N2気
流中で1800℃まで1000℃/Hで昇温し、保持しながら真空
排気した後更に2050℃まで昇温してAr気流中２時間の焼
結をした。得られた焼結密度は3.15g/cc,平均粒径は1.5
μm,分析結果は0.13％（Ｂ）,0.04％（Al）,0.4％（遊
離Ｃ）,0.04％（酸素）,0.04（Ｎ）であった。強度試験
結果は81kg/mm2（室温）,84kg/mm2（1500℃）で、靱性
値は であった。
流中で1800℃まで1000℃/Hで昇温し、保持しながら真空
排気した後更に2050℃まで昇温してAr気流中２時間の焼
結をした。得られた焼結密度は3.15g/cc,平均粒径は1.5
μm,分析結果は0.13％（Ｂ）,0.04％（Al）,0.4％（遊
離Ｃ）,0.04％（酸素）,0.04（Ｎ）であった。強度試験
結果は81kg/mm2（室温）,84kg/mm2（1500℃）で、靱性
値は であった。
実施例−３ 実施例−１と同様にガス放出脱気を徹底させた後、N2気
流中で1900℃まで昇温後真空排気して2050℃のAr気流中
で２時間焼結した。得られた密度は3.18g/ccで、平均粒
径は1.1μm,分析結果は実施例−２とほぼ同じであっ
た。強度試験結果は87kg/mm2（室温）,90kg/mm2（1500
℃）で靱性値は であった。
流中で1900℃まで昇温後真空排気して2050℃のAr気流中
で２時間焼結した。得られた密度は3.18g/ccで、平均粒
径は1.1μm,分析結果は実施例−２とほぼ同じであっ
た。強度試験結果は87kg/mm2（室温）,90kg/mm2（1500
℃）で靱性値は であった。
実施例−４ 実施例−１と同様にガス放出脱気を徹底させた後、N2気
流中で2000℃まで昇温後真空排気して2050℃のAr気流中
で２時間焼結した。得られた密度は3.16g/ccで平均粒径
は0.9μｍ、分析結果は実施例−2,3とほぼ同じであっ
た。強度試験結果は85kg/mm2（室温）,87kg/mm2（1500
℃）で靱性値は であった。
流中で2000℃まで昇温後真空排気して2050℃のAr気流中
で２時間焼結した。得られた密度は3.16g/ccで平均粒径
は0.9μｍ、分析結果は実施例−2,3とほぼ同じであっ
た。強度試験結果は85kg/mm2（室温）,87kg/mm2（1500
℃）で靱性値は であった。
実施例−５ 実施例−１と同様にガス放出脱気を徹底させた後N2気流
中で2050℃まで昇温後排気してArを導入し、２時間焼結
した。得られた密度は3.14g/ccで平均粒径は2.0μｍで
あった。強度試験結果は82kg/mm2（室温）,80kg/mm2（1
500℃）で、靱性値は であった。
中で2050℃まで昇温後排気してArを導入し、２時間焼結
した。得られた密度は3.14g/ccで平均粒径は2.0μｍで
あった。強度試験結果は82kg/mm2（室温）,80kg/mm2（1
500℃）で、靱性値は であった。
実施例−６ 各種条件をかえた場合の特性を第１表に示す。
第１表から明らかなように、本発明実施例（試料No.1〜
８）においては、いずれも高温強度が優れていることが
わかる。
８）においては、いずれも高温強度が優れていることが
わかる。
試料No.9は硼素量が少ないため密度が低く、強度に劣
る。試料No.10は脱酸工程（第２の工程をとらなかった
のであるが、炭素，酸素ともに多量に残留し、強度に劣
る。試料No.11は硼素を非晶質硼素粉の形で添加したの
であるが、密度が低 く、強度に劣る。試料No.12は炭素を非晶質炭素粉の形
で添加したものであるが、密度が低く、強度に劣る。ま
た試料No.13は硼素量が多く、やはり強度に劣る。
る。試料No.10は脱酸工程（第２の工程をとらなかった
のであるが、炭素，酸素ともに多量に残留し、強度に劣
る。試料No.11は硼素を非晶質硼素粉の形で添加したの
であるが、密度が低 く、強度に劣る。試料No.12は炭素を非晶質炭素粉の形
で添加したものであるが、密度が低く、強度に劣る。ま
た試料No.13は硼素量が多く、やはり強度に劣る。
本発明実施例において硼素0.03〜0.15重量％，遊離炭素
0.5重量％未満，酸素0.1重量％未満の場合σ
ｆ（1500℃）≧60kg/mm2と高温強度に優れたものとな
る。
0.5重量％未満，酸素0.1重量％未満の場合σ
ｆ（1500℃）≧60kg/mm2と高温強度に優れたものとな
る。
又、耐酸化性及び耐食性について比較を行なった。第２
表から明らかなように本発明は耐酸化性，耐食性に優れ
ている。
表から明らかなように本発明は耐酸化性，耐食性に優れ
ている。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明による炭化珪素焼結体は、Si
C以外の成分であるB,Cが少なく、特に酸素量を少なくし
たことにより、高温まで機械的強度が劣化せず、強靱な
特質を示す。
C以外の成分であるB,Cが少なく、特に酸素量を少なくし
たことにより、高温まで機械的強度が劣化せず、強靱な
特質を示す。
フロントページの続き (72)発明者 柘植 章彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−34608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−170876（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−108770（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−179076（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】硼素を0.03重量％以上0.14重量％未満含有
し、硼素を含めた金属元素を0.3重量％未満、遊離炭素
を0.5重量％未満、遊離炭素以外の非金属元素である酸
素を0.1重量％未満、残部実質的にSiCからなり、密度を
3.10g/cm3以上であることを特徴とする炭化珪素焼結
体。 - 【請求項２】焼結助剤として硼素を用いる炭化珪素焼結
体の製造方法において （ａ）焼結前の昇温過程で分解し硼素を残留する溶媒可
溶性の硼素化合物と焼結前の昇温過程で分解し炭素を残
留する溶媒可溶性の炭素化合物とSiC粉末との混合物の
成形体を得る第１の工程； （ｂ）焼結開始温度未満であり、炭素によりSiC粉末中
の酸素が除去される温度で前記成形体を保持する第２の
工程； （ｃ）真空又は不活性ガス雰囲気中で焼結する第３の工
程； を具備し、硼素を0.03重量％以上0.14重量％未満含有
し、硼素を含めた金属元素を0.3重量％未満、遊離炭素
を0.5重量％未満、遊離炭素以外の非金属元素である酸
素を0.1重量％未満、残部実質的にSiCからなり、密度が
3.10g/cm3以上である炭化珪素焼結体を製造することを
特徴とする炭素珪素焼結体の製造方法。 - 【請求項３】第２の工程を10-3torr以下の減圧下で行な
うことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の炭化珪
素焼結体の製造方法。 - 【請求項４】第２の工程では真空度が一旦低下した後、
低下する前の真空度に回復するまで1450〜1550℃の温度
での保持を持続することを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の炭化珪素焼結体の製造方法。 - 【請求項５】第２の工程の後、焼結開始温度以下の昇温
過程は、N2,H2及びCOの少なくとも一種の雰囲気下で行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の炭化
珪素焼結体の製造方法。 - 【請求項６】第１の工程における添加炭素量はSiC粉末
に含有される酸素量の重量比で1.5〜3.0倍であることを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の炭化珪素焼結体
の製造方法。 - 【請求項７】第１の工程における硼素化合物としてカル
ボラン系を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の炭化珪素焼結体の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61159773A JPH0784343B2 (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 炭化珪素焼結体及びその製造方法 |
| US06/903,141 US4853299A (en) | 1985-09-06 | 1986-09-03 | Silicon carbide sintered body and method of manufacturing the same |
| DE3645097A DE3645097C2 (ja) | 1985-09-06 | 1986-09-05 | |
| DE19863630369 DE3630369A1 (de) | 1985-09-06 | 1986-09-05 | Siliziumcarbid-sinterkoerper und verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61159773A JPH0784343B2 (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 炭化珪素焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6317258A JPS6317258A (ja) | 1988-01-25 |
| JPH0784343B2 true JPH0784343B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=15700948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61159773A Expired - Fee Related JPH0784343B2 (ja) | 1985-09-06 | 1986-07-09 | 炭化珪素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0784343B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH089504B2 (ja) * | 1986-08-29 | 1996-01-31 | 住友化学工業株式会社 | 高密度炭化ケイ素焼結体の製造方法 |
| EP1008816B1 (en) | 1998-11-23 | 2004-01-28 | Delphi Technologies, Inc. | Method for the diagnosis of an air conditioning system |
| PL2881498T3 (pl) | 2013-12-06 | 2020-06-15 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Sposób hodowli kryształu węgliku krzemu |
| JP2017031034A (ja) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 信越化学工業株式会社 | ＳｉＣ単結晶の製造方法 |
| JP6533716B2 (ja) * | 2015-08-06 | 2019-06-19 | 信越化学工業株式会社 | ＳｉＣ単結晶の製造方法 |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP61159773A patent/JPH0784343B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6317258A (ja) | 1988-01-25 |
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|---|---|---|---|
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