JPH0812434A - Ｂ４ｃ焼結体の製造方法およびｂ４ｃ質焼結体 - Google Patents
Ｂ４ｃ焼結体の製造方法およびｂ４ｃ質焼結体Info
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- JPH0812434A JPH0812434A JP5296104A JP29610493A JPH0812434A JP H0812434 A JPH0812434 A JP H0812434A JP 5296104 A JP5296104 A JP 5296104A JP 29610493 A JP29610493 A JP 29610493A JP H0812434 A JPH0812434 A JP H0812434A
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Abstract
(57)【要約】
【餅的】 プレス型を用いずに相対密度が９５を以上の
焼結体が得られるＢ4Ｃ焼結体およびその製造方法。 【構成】 Ｂ4 Ｃ粉体成形体を非酸化製雰囲気中で加熱
し、プレス型を用いずに焼結するにあたり、焼結助剤と
してＡｌ元素含有物質の内少なくとも１種以上を２０％
以下と、前記成形体にＢｅ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族
の各元素あるいはそれらの元素の含有物質の含有物のう
ち少なくとも１種以上またはＢＮの添加物を金属重量換
算で０．１〜５０％を配合し、非酸化性雰囲気中には焼
結助剤成分雰囲気としてＡｌ含有物質の内少なくとも１
種を共存させる。
焼結体が得られるＢ4Ｃ焼結体およびその製造方法。 【構成】 Ｂ4 Ｃ粉体成形体を非酸化製雰囲気中で加熱
し、プレス型を用いずに焼結するにあたり、焼結助剤と
してＡｌ元素含有物質の内少なくとも１種以上を２０％
以下と、前記成形体にＢｅ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族
の各元素あるいはそれらの元素の含有物質の含有物のう
ち少なくとも１種以上またはＢＮの添加物を金属重量換
算で０．１〜５０％を配合し、非酸化性雰囲気中には焼
結助剤成分雰囲気としてＡｌ含有物質の内少なくとも１
種を共存させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は常圧焼結が可能で、Ａｌ
あるいはＡｌとＳｉを焼結助剤の主成分としたＢ4 Ｃ焼
結体の製造方法およびＢ4 Ｃ質焼結体に関するものであ
る。
あるいはＡｌとＳｉを焼結助剤の主成分としたＢ4 Ｃ焼
結体の製造方法およびＢ4 Ｃ質焼結体に関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】Ｂ4 Ｃ焼結体は、高硬度で耐磨耗性に優
れ、常温および高温強度が高く、低熱膨張で熱伝導率が
大きいため熱衝撃に強い材料である。また、高い耐薬品
性や半導体としての電気特性も利用され、種々の用途に
応用が試みられている。
れ、常温および高温強度が高く、低熱膨張で熱伝導率が
大きいため熱衝撃に強い材料である。また、高い耐薬品
性や半導体としての電気特性も利用され、種々の用途に
応用が試みられている。
【０００３】Ｂ4 Ｃは共有結合性が高い化合物であるた
め単独では焼結が困難であり、緻密な焼結体を得るため
には何らかの焼結助剤添加が必要である。ホットプレス
で焼結する方法が古くから知られているが、装置が高価
であると共に量産性が乏しく複雑な形状のものに対応で
きない。常圧焼結できる焼結助剤としては、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｃ等が知られ、単独あるいは複合して利用されてい
る。Ｃを添加するもの（特開昭６４ー９５６１２）、Ａ
ｌやＡｌ化合物を添加するもの（特開昭５９ー１８４７
６７）が知られている。ＡｌとＳｉを併用するのは、特
開昭４７ー８０７８や特開昭５７ー１５６３７２等が知
られている。これらの焼結助剤を成形体だけに添加して
いる。
め単独では焼結が困難であり、緻密な焼結体を得るため
には何らかの焼結助剤添加が必要である。ホットプレス
で焼結する方法が古くから知られているが、装置が高価
であると共に量産性が乏しく複雑な形状のものに対応で
きない。常圧焼結できる焼結助剤としては、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｃ等が知られ、単独あるいは複合して利用されてい
る。Ｃを添加するもの（特開昭６４ー９５６１２）、Ａ
ｌやＡｌ化合物を添加するもの（特開昭５９ー１８４７
６７）が知られている。ＡｌとＳｉを併用するのは、特
開昭４７ー８０７８や特開昭５７ー１５６３７２等が知
られている。これらの焼結助剤を成形体だけに添加して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＡｌおよびＳｉを助剤
の主成分とした焼結過程の詳細は明らかでないが、原料
から発生するＢとＣ、助剤から発生するＡｌやＳｉ等の
ガス成分が複雑に関与しているとされる。また、Ａｌや
Ｓｉを含む成分がＢ4 Ｃ表面で液相を形成してＢ4 Ｃの
分解を抑制すると共に、この液相の存在下ではＢ4 Ｃの
好ましい粒成長が起こると同時に、発生する分解ガスが
成形体から排出されて緻密化が達成されると推定され
る。なお、Ｃ成分ガスは通常使用されるカーボン性坩
堝、ヒーターや断熱材から供給されるが、原料Ｂ4 Ｃか
らも供給されるため、成形体に特別に添加する必要がな
い。
の主成分とした焼結過程の詳細は明らかでないが、原料
から発生するＢとＣ、助剤から発生するＡｌやＳｉ等の
ガス成分が複雑に関与しているとされる。また、Ａｌや
Ｓｉを含む成分がＢ4 Ｃ表面で液相を形成してＢ4 Ｃの
分解を抑制すると共に、この液相の存在下ではＢ4 Ｃの
好ましい粒成長が起こると同時に、発生する分解ガスが
成形体から排出されて緻密化が達成されると推定され
る。なお、Ｃ成分ガスは通常使用されるカーボン性坩
堝、ヒーターや断熱材から供給されるが、原料Ｂ4 Ｃか
らも供給されるため、成形体に特別に添加する必要がな
い。
【０００５】本発明の焼結助剤には最適量が存在する。
不足すれば焼結不足で緻密化が充分に達成されない。多
すぎると焼結体の特性が低下する。一般にＡｌやＳｉを
含みガス発生が容易な物質は、強度や硬度といった機械
的性質あるいは熱的性質がＢ4 Ｃより劣るからである。
したがって、添加焼結助剤量はできるだけ少量が望まし
いわけである。また、過剰の添加助剤は多量のガスを発
生して空隙を残し易く、形状が大きいとガス化した後に
空孔となるという理由もある。
不足すれば焼結不足で緻密化が充分に達成されない。多
すぎると焼結体の特性が低下する。一般にＡｌやＳｉを
含みガス発生が容易な物質は、強度や硬度といった機械
的性質あるいは熱的性質がＢ4 Ｃより劣るからである。
したがって、添加焼結助剤量はできるだけ少量が望まし
いわけである。また、過剰の添加助剤は多量のガスを発
生して空隙を残し易く、形状が大きいとガス化した後に
空孔となるという理由もある。
【０００６】このような観点からみて、焼結体内部にだ
け焼結助剤を添加する従来の方法にはいくつかの欠点が
みられる。第１として、複雑な工程を用いるかあるいは
限定された助剤を採用しなければならない。成形体に添
加される焼結助剤は、液化あるいはガス化して作用する
ため、体積が大きいと空孔を残し易い。したがって、添
加形態は微細なものが必要となるが、微細であるほど活
性が高いため取扱が困難となる。例えば、Ｂ4 Ｃと助剤
の混合で簡便な水が使用できない。また、成形体を保持
する樹脂バインダーの脱脂に簡便な空気雰囲気が利用で
きない等である。これら簡易な工程を採用するには、使
用できる焼結助剤は微細でも安定なものに限定される。
け焼結助剤を添加する従来の方法にはいくつかの欠点が
みられる。第１として、複雑な工程を用いるかあるいは
限定された助剤を採用しなければならない。成形体に添
加される焼結助剤は、液化あるいはガス化して作用する
ため、体積が大きいと空孔を残し易い。したがって、添
加形態は微細なものが必要となるが、微細であるほど活
性が高いため取扱が困難となる。例えば、Ｂ4 Ｃと助剤
の混合で簡便な水が使用できない。また、成形体を保持
する樹脂バインダーの脱脂に簡便な空気雰囲気が利用で
きない等である。これら簡易な工程を採用するには、使
用できる焼結助剤は微細でも安定なものに限定される。
【０００７】第２として工程管理が煩雑である。焼結反
応は助剤以外の要因でも変化する。例えばＢ4 Ｃの粒度
及び粒度分布や純度、成形体密度、焼成スケジュール
（温度、速度、保持時間等）である。したがって、最適
な助剤量を決定維持するには前記要因を厳密に管理する
必要がある。第３として最適量以上の助剤が必要とな
る。一般に、理想的な焼結は成形体の各部分で反応が均
一に進行することであるが、実際の反応は不均一であ
る。不均一な原因の一つは焼結助剤の不均一分布であ
る。ＡｌやＳｉの助剤はガス化するため、適量均一に添
加しても外部へ散逸して成形体表面は不足となるからで
ある。また、一般に焼成は外部加熱が利用されるため、
成形体表面がより早く高温となり温度分布を持つ。した
がって、焼結は成形体表面から開始され、この部分でよ
り多くの助剤が消費され反応ガスも多くなる。この結
果、低温部の助剤は高温部へ移動し初期より少なくな
る。
応は助剤以外の要因でも変化する。例えばＢ4 Ｃの粒度
及び粒度分布や純度、成形体密度、焼成スケジュール
（温度、速度、保持時間等）である。したがって、最適
な助剤量を決定維持するには前記要因を厳密に管理する
必要がある。第３として最適量以上の助剤が必要とな
る。一般に、理想的な焼結は成形体の各部分で反応が均
一に進行することであるが、実際の反応は不均一であ
る。不均一な原因の一つは焼結助剤の不均一分布であ
る。ＡｌやＳｉの助剤はガス化するため、適量均一に添
加しても外部へ散逸して成形体表面は不足となるからで
ある。また、一般に焼成は外部加熱が利用されるため、
成形体表面がより早く高温となり温度分布を持つ。した
がって、焼結は成形体表面から開始され、この部分でよ
り多くの助剤が消費され反応ガスも多くなる。この結
果、低温部の助剤は高温部へ移動し初期より少なくな
る。
【０００８】このような事情から、成形体に添加する焼
結助剤は、散逸する量や温度分布に見合った複雑な分布
形態としなければならない。そうでなければ助剤最少で
最適な焼結は実現しないわけである。こうした成形体の
準備は困難であるから、必要以上の助剤を添加している
のが現状である。これは焼結体特性を犠牲とする方向に
作用すると共に、初期に緻密化した層に囲まれる部分を
多孔質化させる。遅れて焼結する内部では、必要以上の
反応で多量のガスが発生し、密閉されているため外部へ
の排除が困難となるからである。
結助剤は、散逸する量や温度分布に見合った複雑な分布
形態としなければならない。そうでなければ助剤最少で
最適な焼結は実現しないわけである。こうした成形体の
準備は困難であるから、必要以上の助剤を添加している
のが現状である。これは焼結体特性を犠牲とする方向に
作用すると共に、初期に緻密化した層に囲まれる部分を
多孔質化させる。遅れて焼結する内部では、必要以上の
反応で多量のガスが発生し、密閉されているため外部へ
の排除が困難となるからである。
【０００９】上記したように、従来の方法では充分な特
性の焼結体が得られないばかりでなく、特性改善のため
煩雑な工程や管理が必要とされていた。また、得られる
焼結体の性質は限られた範囲のものであった。電気的性
質を例とすれば、Ｂ4 Ｃの半導体的性質を受け従来焼結
体の電気抵抗は１０9 Ω・ｃｍ程度のものある。高硬
度、高強度のＢ4 Ｃ焼結体は機械加工が難しいが、複雑
な加工ができる放電加工を適用するには導電性が不足し
ている。また、電気絶縁性が欲しい場所では抵抗が低す
ぎるといった具合いである。
性の焼結体が得られないばかりでなく、特性改善のため
煩雑な工程や管理が必要とされていた。また、得られる
焼結体の性質は限られた範囲のものであった。電気的性
質を例とすれば、Ｂ4 Ｃの半導体的性質を受け従来焼結
体の電気抵抗は１０9 Ω・ｃｍ程度のものある。高硬
度、高強度のＢ4 Ｃ焼結体は機械加工が難しいが、複雑
な加工ができる放電加工を適用するには導電性が不足し
ている。また、電気絶縁性が欲しい場所では抵抗が低す
ぎるといった具合いである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点は下記のＢ4
Ｃ焼結体の製造方法およびＢ4 Ｃ質焼結体で解決され
る。すなわち第１の本発明は、Ｂ4 Ｃ粉体成形体を非酸
化製雰囲気中で加熱し、プレス型を用いずに焼結するに
あたり、焼結助剤としてＡｌ元素含有物質の内少なくと
も１種以上を２０％以下と、前記成形体にＢｅ、３ａ、
４ａ、５ａ、６ａ族の各元素あるいはそれらの元素の含
有物質の含有物のうち少なくとも１種以上またはＢＮの
添加物を金属重量換算で０．１〜５０％を配合し、非酸
化性雰囲気中には焼結助剤成分雰囲気としてＡｌ含有物
質の内少なくとも１種を共存させることを特徴とするＢ
4 Ｃ焼結体の製造方法である。
Ｃ焼結体の製造方法およびＢ4 Ｃ質焼結体で解決され
る。すなわち第１の本発明は、Ｂ4 Ｃ粉体成形体を非酸
化製雰囲気中で加熱し、プレス型を用いずに焼結するに
あたり、焼結助剤としてＡｌ元素含有物質の内少なくと
も１種以上を２０％以下と、前記成形体にＢｅ、３ａ、
４ａ、５ａ、６ａ族の各元素あるいはそれらの元素の含
有物質の含有物のうち少なくとも１種以上またはＢＮの
添加物を金属重量換算で０．１〜５０％を配合し、非酸
化性雰囲気中には焼結助剤成分雰囲気としてＡｌ含有物
質の内少なくとも１種を共存させることを特徴とするＢ
4 Ｃ焼結体の製造方法である。
【００１２】また第２の本発明は、Ａｌ元素含有物質の
内少なくとも１種以上を金属重量換算で２０％以下とＢ
ｅ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族の各元素あるいはそれら
の元素の含有物内の少なくとも１種以上の添加物または
ＢＮを金属重量換算で０．１〜５０％を配合し、残部が
実質的にＢ4 Ｃからなり、相対密度が９５％以上である
Ｂ4 Ｃ質焼結体である。
内少なくとも１種以上を金属重量換算で２０％以下とＢ
ｅ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ族の各元素あるいはそれら
の元素の含有物内の少なくとも１種以上の添加物または
ＢＮを金属重量換算で０．１〜５０％を配合し、残部が
実質的にＢ4 Ｃからなり、相対密度が９５％以上である
Ｂ4 Ｃ質焼結体である。
【００１３】本発明の原料、焼結助剤、添加物、焼結方
法などについて以下具体的に説明する。まずＢ4 Ｃ原料
としては４．５〜３．５：１の範囲のＢ：Ｃー原子比の
ものが使用できる。純度は９８％以上のものが好ましい
が、９０〜９８％のものも有効に使用できる。粒度は極
微粒の場合、平均粒度よりも比表面積で表わすことが適
当であるが、本発明の目的を有効に達成するには、比表
面積５ｍ2 ／ｇ以上、好ましくは１０ｍ2 ／ｇ以上のも
のを使用することが良い。
法などについて以下具体的に説明する。まずＢ4 Ｃ原料
としては４．５〜３．５：１の範囲のＢ：Ｃー原子比の
ものが使用できる。純度は９８％以上のものが好ましい
が、９０〜９８％のものも有効に使用できる。粒度は極
微粒の場合、平均粒度よりも比表面積で表わすことが適
当であるが、本発明の目的を有効に達成するには、比表
面積５ｍ2 ／ｇ以上、好ましくは１０ｍ2 ／ｇ以上のも
のを使用することが良い。
【００１４】つぎに焼結助剤および添加物としての各種
元素含有物は、金属であってもよいし、他元素との化合
物であっても構わないが、粉砕、混合、成形、脱脂等の
工程で安定なものが好ましく、酸化物、炭化物、窒化
物、珪化物、硼化物あるいはそれらの複合化物であるこ
とが好適である。
元素含有物は、金属であってもよいし、他元素との化合
物であっても構わないが、粉砕、混合、成形、脱脂等の
工程で安定なものが好ましく、酸化物、炭化物、窒化
物、珪化物、硼化物あるいはそれらの複合化物であるこ
とが好適である。
【００１５】該化合物は配合時にその形態である必要は
なく、例えば脱脂あるいは焼結の昇温過程等途中の工程
で転化するものでもよい。該焼結助剤および添加元素の
各種アルコレートや水酸化物はその好適な例であって、
例えば空気中であれば酸化物を形成し、窒素雰囲気中で
あれば窒化物を形成し、炭素共有状態であれば炭化物が
形成される等の転化が起る。
なく、例えば脱脂あるいは焼結の昇温過程等途中の工程
で転化するものでもよい。該焼結助剤および添加元素の
各種アルコレートや水酸化物はその好適な例であって、
例えば空気中であれば酸化物を形成し、窒素雰囲気中で
あれば窒化物を形成し、炭素共有状態であれば炭化物が
形成される等の転化が起る。
【００１６】該添加元素の形状は、成形体中で分散状態
の良いことが必要であるため、液体か若しくは固体の場
合通常５ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有するものを使用す
るのが好ましい。焼結助剤の添加量合計は、金属重量換
算で２０％以下である。２０％以上では焼結体が多孔化
し易く、またＢ4 Ｃ本体の特性あるいは複合体自体の性
質を劣化させて好ましくない。Ａｌ成分は焼結の主役で
あり必須である。
の良いことが必要であるため、液体か若しくは固体の場
合通常５ｍ2 ／ｇ以上の比表面積を有するものを使用す
るのが好ましい。焼結助剤の添加量合計は、金属重量換
算で２０％以下である。２０％以上では焼結体が多孔化
し易く、またＢ4 Ｃ本体の特性あるいは複合体自体の性
質を劣化させて好ましくない。Ａｌ成分は焼結の主役で
あり必須である。
【００１７】添加物の添加量の下限は添加元素の金属重
量％で０．１％であるが、これ以下では焼結しても複合
化が充分進まないことが多く、また複合体として特性改
善の効果がない。添加量の上限は、焼結体の複合度と共
に添加物とＢ4 Ｃの複合体の好適な特性を実験的に定め
ることにより決定されるものであって、実質的な制限は
存在しないが、Ｂ4 Ｃの物牲を優先させる目的において
は、およそ５０％とするのが常識的である。
量％で０．１％であるが、これ以下では焼結しても複合
化が充分進まないことが多く、また複合体として特性改
善の効果がない。添加量の上限は、焼結体の複合度と共
に添加物とＢ4 Ｃの複合体の好適な特性を実験的に定め
ることにより決定されるものであって、実質的な制限は
存在しないが、Ｂ4 Ｃの物牲を優先させる目的において
は、およそ５０％とするのが常識的である。
【００１８】添加物の各元素あるいは化合物の中には多
量に添加すると焼結体の複合化を阻害したり多孔化させ
るものや焼結体の物性に好ましくない影響を与えるもの
もあり、これら元素あるいは化合物については、およそ
１０％以下という少量にとどめることが良好な結果を与
える。上記添加物中に焼結助剤成分が含まれる場合、こ
れらは助剤量に合算されるものである。
量に添加すると焼結体の複合化を阻害したり多孔化させ
るものや焼結体の物性に好ましくない影響を与えるもの
もあり、これら元素あるいは化合物については、およそ
１０％以下という少量にとどめることが良好な結果を与
える。上記添加物中に焼結助剤成分が含まれる場合、こ
れらは助剤量に合算されるものである。
【００１９】つぎに、焼結を助剤成分含有の分圧雰囲気
中で行なうには、焼結温度１７００〜２２００℃の範囲
で、助剤成分で蒸気を発生するものを、焼結物と共に共
存させておくことにより達成される。焼結中に該雰囲気
が逸散しない程度に焼結物と該共存物は密封された状態
にあるのが望ましい。簡便には、助剤成分金属の塊や粉
末を成形体と共に蓋をしたルツボ中におくだけで良い。
元素量は金属重量％で成形体重量に対し外部０．０１％
以上が適当である。これは０．０１％以下だと焼結の簡
便性という利点が少なくなるからである。上限の制約は
ないが、過剰の助剤成分は成形体表面、容器内面あるい
は加熱装置表面等に付着して好ましくない。通常５％以
下で好適な結果が得られる。
中で行なうには、焼結温度１７００〜２２００℃の範囲
で、助剤成分で蒸気を発生するものを、焼結物と共に共
存させておくことにより達成される。焼結中に該雰囲気
が逸散しない程度に焼結物と該共存物は密封された状態
にあるのが望ましい。簡便には、助剤成分金属の塊や粉
末を成形体と共に蓋をしたルツボ中におくだけで良い。
元素量は金属重量％で成形体重量に対し外部０．０１％
以上が適当である。これは０．０１％以下だと焼結の簡
便性という利点が少なくなるからである。上限の制約は
ないが、過剰の助剤成分は成形体表面、容器内面あるい
は加熱装置表面等に付着して好ましくない。通常５％以
下で好適な結果が得られる。
【００２０】つぎに、本発明における成形方法としては
普通セラミックスの成形に使用される方法がすべて使用
できる。すなわち、プレス成形、泥漿鋳込成形、射出成
形、押出成形などが適当である。焼成は非酸化製雰囲気
中１７００〜２２００℃で行うことが必要である。非酸
化製雰囲気としては真空中あるいは窒素、アルゴン、ヘ
リウム、水素などが使用できる。
普通セラミックスの成形に使用される方法がすべて使用
できる。すなわち、プレス成形、泥漿鋳込成形、射出成
形、押出成形などが適当である。焼成は非酸化製雰囲気
中１７００〜２２００℃で行うことが必要である。非酸
化製雰囲気としては真空中あるいは窒素、アルゴン、ヘ
リウム、水素などが使用できる。
【００２１】焼結温度は１７００〜２２００℃である
が、より好ましくは１８００〜２１５０℃である。温度
が１７００℃より低いと複合化が充分進まず、高密度焼
結体が得られず、２２００℃より高いと成形体が分解し
過ぎ多孔化し好ましくないからである。なお、時間は通
常０．１〜２４時間必要で、より好ましくは０．５〜１
０時間である。これは時間が短か過ぎると複合化せず、
また複合化しても充分な強度が生ぜず、長過ぎると分解
し過ぎ多孔化し好ましくないことが多いからである。
が、より好ましくは１８００〜２１５０℃である。温度
が１７００℃より低いと複合化が充分進まず、高密度焼
結体が得られず、２２００℃より高いと成形体が分解し
過ぎ多孔化し好ましくないからである。なお、時間は通
常０．１〜２４時間必要で、より好ましくは０．５〜１
０時間である。これは時間が短か過ぎると複合化せず、
また複合化しても充分な強度が生ぜず、長過ぎると分解
し過ぎ多孔化し好ましくないことが多いからである。
【００２３】雰囲気圧力は、無加圧あるいは減圧でも良
く、雰囲気で加圧すると、焼結助剤成分の蒸発量が少な
くなるため、必要な助剤量を低減することができる。雰
囲気中に助剤成分の分圧を形成すれば、さらに添加助剤
を低減した焼結が可能である。
く、雰囲気で加圧すると、焼結助剤成分の蒸発量が少な
くなるため、必要な助剤量を低減することができる。雰
囲気中に助剤成分の分圧を形成すれば、さらに添加助剤
を低減した焼結が可能である。
【００２４】
【作用】従来技術で説明したように、最適化した焼結助
剤量を成形体に添加して緻密な焼結体を得ることは相当
困難である。本発明では非酸化製雰囲気であってＡｌの
分圧雰囲気を形成する。焼結初期には成形体の空孔が大
きく量も多いことから必要量が内部へ迅速に供給され、
焼結終期では緻密化して供給通路が制限されるため過剰
量とならない。つまり、最適助剤量が自動的達成される
わけである。したがって、原料Ｂ4 Ｃの粒度および粒度
分布、不純物量あるいは焼成スケジュール等の管理はそ
れほど緻密でなくてもよく、相対密度の９５％以上の焼
結体が得られる。この時、成形体内部の助剤量は最適量
より少なくしておくとよい。過剰の助剤は焼結初期に排
出されるが、過剰量が大きくなると完全に排出されず残
留量が多くなるからである。
剤量を成形体に添加して緻密な焼結体を得ることは相当
困難である。本発明では非酸化製雰囲気であってＡｌの
分圧雰囲気を形成する。焼結初期には成形体の空孔が大
きく量も多いことから必要量が内部へ迅速に供給され、
焼結終期では緻密化して供給通路が制限されるため過剰
量とならない。つまり、最適助剤量が自動的達成される
わけである。したがって、原料Ｂ4 Ｃの粒度および粒度
分布、不純物量あるいは焼成スケジュール等の管理はそ
れほど緻密でなくてもよく、相対密度の９５％以上の焼
結体が得られる。この時、成形体内部の助剤量は最適量
より少なくしておくとよい。過剰の助剤は焼結初期に排
出されるが、過剰量が大きくなると完全に排出されず残
留量が多くなるからである。
【００２５】また、本発明の添加物を使用すればさらに
良好な効果を得ることができる。この機構の詳細ははっ
きりしないが、以下のように推定される。焼結が進行す
ると共に、独立気孔が形成されたり、緻密化した内部か
らもガスは発生する。これらのガスは連通孔がなくても
排出されなければならない。添加物がない焼結では液相
中あるいは液相とＢ4 Ｃ界面を通して排出されると考え
られるが、これが余り充分でなかったと想定される。内
部に空孔を発生し易かったからである。これに較べ添加
物を用いたものでは内部空孔が見られないか非常に少な
いことから、ガス排出がよりスムーズと考えられる。
良好な効果を得ることができる。この機構の詳細ははっ
きりしないが、以下のように推定される。焼結が進行す
ると共に、独立気孔が形成されたり、緻密化した内部か
らもガスは発生する。これらのガスは連通孔がなくても
排出されなければならない。添加物がない焼結では液相
中あるいは液相とＢ4 Ｃ界面を通して排出されると考え
られるが、これが余り充分でなかったと想定される。内
部に空孔を発生し易かったからである。これに較べ添加
物を用いたものでは内部空孔が見られないか非常に少な
いことから、ガス排出がよりスムーズと考えられる。
【００２６】つまり、前記排出場所に加えて添加物と液
相あるいは添加物とＢ4 Ｃ界面でもガス排出が可能で、
界面が増加して排出速度を大きくしていることが考えら
れる。あるいは、この界面での排出速度が前記界面より
大きいのかも知れない。添加物量が変動しても緻密化に
余り差がない結果はこのような効果を支持する。
相あるいは添加物とＢ4 Ｃ界面でもガス排出が可能で、
界面が増加して排出速度を大きくしていることが考えら
れる。あるいは、この界面での排出速度が前記界面より
大きいのかも知れない。添加物量が変動しても緻密化に
余り差がない結果はこのような効果を支持する。
【００２７】また、焼結反応を緩やかにして均一化を達
成していると想定される。粒度成長するＢ4 Ｃの間に添
加物が介在するため緻密化が遅れ、結果として成形体表
面と内部の不均一さを小さくしているわけである。いず
れにしても本発明で選択した元素の添加物を用いると良
好な結果を得る。これらは、本発明以外の添加物を用い
た場合とは比較すれば明瞭となる。
成していると想定される。粒度成長するＢ4 Ｃの間に添
加物が介在するため緻密化が遅れ、結果として成形体表
面と内部の不均一さを小さくしているわけである。いず
れにしても本発明で選択した元素の添加物を用いると良
好な結果を得る。これらは、本発明以外の添加物を用い
た場合とは比較すれば明瞭となる。
【００２８】添加物の条件としては、焼結条件で融解し
たり反応ガスを多量に発生し焼結を阻害しないことであ
る。一般に高融点物質の選択が好ましい結果を得てい
る。以上のことから次のようなことも可能である。つま
り、本発明の特定元素添加物以外の第２の添加物を併用
することである。もちろん、上記焼結作用を阻害するも
の、例えば焼結温度でガス化するようなものは避けるべ
きである。これらは適宜簡単な実験で定めることができ
る。
たり反応ガスを多量に発生し焼結を阻害しないことであ
る。一般に高融点物質の選択が好ましい結果を得てい
る。以上のことから次のようなことも可能である。つま
り、本発明の特定元素添加物以外の第２の添加物を併用
することである。もちろん、上記焼結作用を阻害するも
の、例えば焼結温度でガス化するようなものは避けるべ
きである。これらは適宜簡単な実験で定めることができ
る。
【００２９】
【実施例】このように本発明は工業的に極めて有利なも
のであるが、以下に本発明の実施例を詳細に説明してそ
の効果を明らかにする。比表面積１５ｍ2 ／ｇのＢ4 Ｃ
粉末と純度９８％以上の焼結助剤および液体状もしくは
固体の場合は３ｍ2 ／ｇ以上の粉末として、第１表の組
成となるように混合乾燥し、１５００ｋｇ／ｃｍ2 にて
液圧成形し、１０×５×６０ｍｍの成形体とした。この
成形体を蓋付きカーボンルツボに収納し、該カーボンル
ツボをアルゴンガス通気中に置いて、第１表に示した焼
成条件により焼結し焼結体を得た。それぞれの焼結体の
密度、曲げ強度及び電気抵抗を測定し、結果を表１に示
す。
のであるが、以下に本発明の実施例を詳細に説明してそ
の効果を明らかにする。比表面積１５ｍ2 ／ｇのＢ4 Ｃ
粉末と純度９８％以上の焼結助剤および液体状もしくは
固体の場合は３ｍ2 ／ｇ以上の粉末として、第１表の組
成となるように混合乾燥し、１５００ｋｇ／ｃｍ2 にて
液圧成形し、１０×５×６０ｍｍの成形体とした。この
成形体を蓋付きカーボンルツボに収納し、該カーボンル
ツボをアルゴンガス通気中に置いて、第１表に示した焼
成条件により焼結し焼結体を得た。それぞれの焼結体の
密度、曲げ強度及び電気抵抗を測定し、結果を表１に示
す。
【００３０】
【表１】
【００３１】以上の実施例からもわかるように、いづれ
も相対温度９５％以上の焼結体が得られ、その機械的特
性も充分である。また、電気抵抗については各種の添加
剤および量により、その値が大きく変化することが確認
された。Ｎｏ．３０及びＮｏ．３１は本発明で規定する
添加物以外の化合物を配合するかまたは添加物を全く配
合しないで、単にＡｌ雰囲気を作る化合物を共存させて
焼結した比較例であるが、相対密度が低く曲げ強度も極
端に低くなることが明らかになった。
も相対温度９５％以上の焼結体が得られ、その機械的特
性も充分である。また、電気抵抗については各種の添加
剤および量により、その値が大きく変化することが確認
された。Ｎｏ．３０及びＮｏ．３１は本発明で規定する
添加物以外の化合物を配合するかまたは添加物を全く配
合しないで、単にＡｌ雰囲気を作る化合物を共存させて
焼結した比較例であるが、相対密度が低く曲げ強度も極
端に低くなることが明らかになった。
【００３２】
【発明の効果】このように本発明では助剤量が自動的に
最適化され均一な焼結が達成される。したがって得られ
る焼結体には気孔がなく特性も良好である。また、調
合、成形、焼結等が簡便なもので充分である。すなわ
ち、成形体外部に配置するＡｌあるいはＡｌとＳｉ助剤
の添加量や形態の自由度が大きく、原料Ｂ4 Ｃの粒度お
よび粒度分布、不純物量あるいは焼成スケジュール等の
管理はそれほど厳密でなくてもよい。成形体への助剤添
加量は少なくてよくガス化しにくく安定なものが利用で
きることから、水を用いた混合ができ脱脂工程で空気雰
囲気を利用できる。これらは最も簡便な工程の例であ
る。
最適化され均一な焼結が達成される。したがって得られ
る焼結体には気孔がなく特性も良好である。また、調
合、成形、焼結等が簡便なもので充分である。すなわ
ち、成形体外部に配置するＡｌあるいはＡｌとＳｉ助剤
の添加量や形態の自由度が大きく、原料Ｂ4 Ｃの粒度お
よび粒度分布、不純物量あるいは焼成スケジュール等の
管理はそれほど厳密でなくてもよい。成形体への助剤添
加量は少なくてよくガス化しにくく安定なものが利用で
きることから、水を用いた混合ができ脱脂工程で空気雰
囲気を利用できる。これらは最も簡便な工程の例であ
る。
【００３３】本発明で得られる焼結体はＡｌあるいはＡ
ｌとＳｉの焼結助剤と添加物の複合体を成形する。した
がって、添加物を選択すれば種々の特性を焼結体に付加
することができる。例えば比抵抗が１０-2Ω・ｃｍ以下
のものや１０5 Ω・ｃｍ以上のもの等である。抵抗が小
さいものは放電加工が適用できるし、高抵抗のものは例
えば電子回路等の基板に利用できる。
ｌとＳｉの焼結助剤と添加物の複合体を成形する。した
がって、添加物を選択すれば種々の特性を焼結体に付加
することができる。例えば比抵抗が１０-2Ω・ｃｍ以下
のものや１０5 Ω・ｃｍ以上のもの等である。抵抗が小
さいものは放電加工が適用できるし、高抵抗のものは例
えば電子回路等の基板に利用できる。
【手続補正書】
【提出日】平成５年１１月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は常圧焼結が可能で、Ａｌ
を焼結助剤の主成分としたＢ４Ｃ焼結体の製造方法およ
びＢ４Ｃ質焼結体に関するものである。
を焼結助剤の主成分としたＢ４Ｃ焼結体の製造方法およ
びＢ４Ｃ質焼結体に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】上記したように、従来の方法では充分な特
性の焼結体が得られないばかりでなく、特性改善のため
煩雑な工程や管理が必要とされていた。また、得られる
焼結体の性質は限られた範囲のものであった。電気的性
質を例とすれば、Ｂ４Ｃの半導体的性質を受け従来焼結
体の電気抵抗は１０ ０ Ω・ｃｍ程度のものである。高硬
度、高強度のＢ４Ｃ焼結体は機械加工が難しいが、複雑
な加工ができる放電加工を適用するには導電性が不足し
ている。また、電気絶縁性が欲しい場所では抵抗が低す
ぎるといった具合いである。
性の焼結体が得られないばかりでなく、特性改善のため
煩雑な工程や管理が必要とされていた。また、得られる
焼結体の性質は限られた範囲のものであった。電気的性
質を例とすれば、Ｂ４Ｃの半導体的性質を受け従来焼結
体の電気抵抗は１０ ０ Ω・ｃｍ程度のものである。高硬
度、高強度のＢ４Ｃ焼結体は機械加工が難しいが、複雑
な加工ができる放電加工を適用するには導電性が不足し
ている。また、電気絶縁性が欲しい場所では抵抗が低す
ぎるといった具合いである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点は下記のＢ４
Ｃ焼結体の製造方法およびＢ４Ｃ質焼結体で解決され
る。すなわち第１の本発明は、Ｂ４Ｃ粉体成形体を非酸
化製雰囲気中で加熱し、プレス型を用いずに焼結するに
あたり、焼結助剤としてＡｌ元素含有物質の内少なくと
も１種以上を２０％以下と、前記成形体にＢｅと元素周
期律表ＩＩＩａ、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の各元素ある
いはそれらの元素の含有物質の含有物のうち少なくとも
１種以上またはＢＮの添加物を金属重量換算で０．１〜
５０％を配合し、非酸化性雰囲気中には焼結助剤成分雰
囲気としてＡｌ含有物質の内少なくとも１種を共存させ
ることを特徴とするＢ４Ｃ焼結体の製造方法である。
Ｃ焼結体の製造方法およびＢ４Ｃ質焼結体で解決され
る。すなわち第１の本発明は、Ｂ４Ｃ粉体成形体を非酸
化製雰囲気中で加熱し、プレス型を用いずに焼結するに
あたり、焼結助剤としてＡｌ元素含有物質の内少なくと
も１種以上を２０％以下と、前記成形体にＢｅと元素周
期律表ＩＩＩａ、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の各元素ある
いはそれらの元素の含有物質の含有物のうち少なくとも
１種以上またはＢＮの添加物を金属重量換算で０．１〜
５０％を配合し、非酸化性雰囲気中には焼結助剤成分雰
囲気としてＡｌ含有物質の内少なくとも１種を共存させ
ることを特徴とするＢ４Ｃ焼結体の製造方法である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】また第２の本発明は、Ａｌ元素含有物質の
内少なくとも１種以上を金属重量換算で２０％以下とＢ
ｅと元素周期律表ＩＩＩａ、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の
各元素あるいはそれらの元素の含有物内の少なくとも１
種以上の添加物またはＢＮを金属重量換算で０．１〜５
０％を配合し、残部が実質的にＢ４Ｃからなり、相対密
度が９５％以上であるＢ４Ｃ質焼結体である。
内少なくとも１種以上を金属重量換算で２０％以下とＢ
ｅと元素周期律表ＩＩＩａ、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の
各元素あるいはそれらの元素の含有物内の少なくとも１
種以上の添加物またはＢＮを金属重量換算で０．１〜５
０％を配合し、残部が実質的にＢ４Ｃからなり、相対密
度が９５％以上であるＢ４Ｃ質焼結体である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】該添加元素の形状は、成形体中で分散状態
の良いことが必要であるため、液体か若しくは固体の場
合通常５ｍ２／ｇ以上の比表面積を有するものを使用す
るのが好ましい。焼結助剤のＡｌ添加量は、金属重量換
算で２０％以下である。２０％以上では焼結体が多孔化
し易く、またＢ４Ｃ本体の特性あるいは複合体自体の性
質を劣化させて好ましくない。Ａｌ成分は焼結の主役で
あり必須である。
の良いことが必要であるため、液体か若しくは固体の場
合通常５ｍ２／ｇ以上の比表面積を有するものを使用す
るのが好ましい。焼結助剤のＡｌ添加量は、金属重量換
算で２０％以下である。２０％以上では焼結体が多孔化
し易く、またＢ４Ｃ本体の特性あるいは複合体自体の性
質を劣化させて好ましくない。Ａｌ成分は焼結の主役で
あり必須である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】本発明で得られる焼結体はＡｌ焼結助剤と
添加物の複合体を成形する。したがって、添加物を選択
すれば種々の特性を焼結体に付加することができる。例
えば比抵抗が１０−２Ω・ｃｍ以下のものや１０５Ω・
ｃｍ以上のもの等である。抵抗が小さいものは放電加工
が適用できるし、高抵抗のものは例えば電子回路等の基
板に利用できる。
添加物の複合体を成形する。したがって、添加物を選択
すれば種々の特性を焼結体に付加することができる。例
えば比抵抗が１０−２Ω・ｃｍ以下のものや１０５Ω・
ｃｍ以上のもの等である。抵抗が小さいものは放電加工
が適用できるし、高抵抗のものは例えば電子回路等の基
板に利用できる。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｂ4 Ｃ粉体成形体を非酸化製雰囲気中で
加熱し、プレス型を用いずに焼結するにあたり、焼結助
剤としてＡｌ元素含有物質の内少なくとも１種以上を２
０％以下と、前記成形体にＢｅ、３ａ、４ａ、５ａ、６
ａ族の各元素あるいはそれらの元素の含有物質の含有物
のうち少なくとも１種以上またはＢＮの添加物を金属重
量換算で０．１〜５０％を配合し、非酸化性雰囲気中に
は焼結助剤成分雰囲気としてＡｌ含有物質の内少なくと
も１種を共存させることを特徴とするＢ4 Ｃ焼結体の製
造方法。 - 【請求項２】 Ａｌ元素含有物質の内少なくとも１種以
上を金属重量換算で２０％以下とＢｅ、３ａ、４ａ、５
ａ、６ａ族の各元素あるいはそれらの元素の含有物のう
ち少なくとも１種以上またはＢＮの添加物を金属重量換
算で０．１〜５０％を配合し、残部が実質的にＢ4 Ｃか
らなり、相対密度が９５％以上であるＢ4 Ｃ質焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5296104A JPH0812434A (ja) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | Ｂ４ｃ焼結体の製造方法およびｂ４ｃ質焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5296104A JPH0812434A (ja) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | Ｂ４ｃ焼結体の製造方法およびｂ４ｃ質焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0812434A true JPH0812434A (ja) | 1996-01-16 |
Family
ID=17829190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5296104A Pending JPH0812434A (ja) | 1993-11-01 | 1993-11-01 | Ｂ４ｃ焼結体の製造方法およびｂ４ｃ質焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812434A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6258741B1 (en) * | 1997-12-01 | 2001-07-10 | Kyocera Corporation | Corrosion-resistant member |
| JP2002544014A (ja) * | 1999-05-07 | 2002-12-24 | イギリス国 | 炭化ホウ素鋳造体 |
| JP2009215091A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 緻密質炭化ホウ素焼結体およびその製造方法 |
| JP2009221080A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Covalent Materials Corp | Ｂ４ｃ焼結体の製造方法 |
| WO2012060442A1 (ja) * | 2010-11-04 | 2012-05-10 | 黒崎播磨株式会社 | 高剛性セラミックス材料およびその製造方法 |
| CN103113109A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-05-22 | 常熟华融太阳能新型材料科技有限公司 | 一种碳化硼陶瓷的制备方法 |
| US8883069B2 (en) | 2007-06-15 | 2014-11-11 | Mino Ceramic Co., Ltd. | Dense boron carbide ceramic and process for producing the same |
| JP2017036170A (ja) * | 2015-08-07 | 2017-02-16 | 株式会社アテクト | 炭化ホウ素の焼結体の製造方法 |
| CN111018529A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 湖南恒基粉末科技有限责任公司 | 一种耐高温冲刷的b4c陶瓷喷嘴及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5364214A (en) * | 1976-11-22 | 1978-06-08 | Carborundum Co | Method of making high density silicon carbide products |
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| JPS59207883A (ja) * | 1983-05-12 | 1984-11-26 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
-
1993
- 1993-11-01 JP JP5296104A patent/JPH0812434A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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| CN111018529A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-17 | 湖南恒基粉末科技有限责任公司 | 一种耐高温冲刷的b4c陶瓷喷嘴及其制备方法 |
| CN111018529B (zh) * | 2019-12-10 | 2022-02-18 | 湖南恒基粉末科技有限责任公司 | 一种耐高温冲刷的b4c陶瓷喷嘴及其制备方法 |
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