JPH09221367A - 導電性炭化珪素質複合材料及びその製造方法 - Google Patents
導電性炭化珪素質複合材料及びその製造方法Info
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- JPH09221367A JPH09221367A JP8052311A JP5231196A JPH09221367A JP H09221367 A JPH09221367 A JP H09221367A JP 8052311 A JP8052311 A JP 8052311A JP 5231196 A JP5231196 A JP 5231196A JP H09221367 A JPH09221367 A JP H09221367A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた高温耐酸化性と高い靭性を有し、且つ
通常の金属材料よりも広い範囲の電気伝導度から任意の
電気伝導度を有することができる導電性材料及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、モリブデンの硼化物１種以上と、炭化珪素
と炭素との混合物を焼結し、焼結最高温度から約５０℃
／分以下の冷却速度で冷却することにより得た前記硼化
物と炭化珪素とグラファイト構造の炭素を含む複合焼結
材。
通常の金属材料よりも広い範囲の電気伝導度から任意の
電気伝導度を有することができる導電性材料及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】 チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、モリブデンの硼化物１種以上と、炭化珪素
と炭素との混合物を焼結し、焼結最高温度から約５０℃
／分以下の冷却速度で冷却することにより得た前記硼化
物と炭化珪素とグラファイト構造の炭素を含む複合焼結
材。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は高靱性及び高強度を
有し、かつ抵抗値を可変できる導電性炭化珪素質複合材
料及びその製造方法に関する。
有し、かつ抵抗値を可変できる導電性炭化珪素質複合材
料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素はセラミックス系の材料の中で
も特に高温下で優れた強度と耐酸化性を示すため、自動
車エンジン、ガスタービンなどの比較的過酷な環境下で
用いる高温構造材料として注目されてきた。しかし、そ
の電気抵抗は１０4Ω・ｃｍオーダーと高く、通電性が
殆ど無い為、安価で生産性が高い放電加工を行うことが
出来ず、加工部品としての生産コストはかなり高いもの
となり、更にはセラミックス系材料の中では靭性がかな
り低く、この脆さも加わって、実用部材適応への大きな
障害となっている。一方、金属材料は導電性があるので
放電加工はできるものの、高温強度や耐酸化性の点では
炭化珪素などのセラミックス材料に比べるとかなり劣
り、また材料が発現できる電気抵抗値の選定も極めて限
られた範囲でしか実現できなかった。この為、例えば１
０００℃を越えるような高温の酸化性雰囲気でも安定し
て使用できる機械的特性を有する導電性材料が望まれて
いた。
も特に高温下で優れた強度と耐酸化性を示すため、自動
車エンジン、ガスタービンなどの比較的過酷な環境下で
用いる高温構造材料として注目されてきた。しかし、そ
の電気抵抗は１０4Ω・ｃｍオーダーと高く、通電性が
殆ど無い為、安価で生産性が高い放電加工を行うことが
出来ず、加工部品としての生産コストはかなり高いもの
となり、更にはセラミックス系材料の中では靭性がかな
り低く、この脆さも加わって、実用部材適応への大きな
障害となっている。一方、金属材料は導電性があるので
放電加工はできるものの、高温強度や耐酸化性の点では
炭化珪素などのセラミックス材料に比べるとかなり劣
り、また材料が発現できる電気抵抗値の選定も極めて限
られた範囲でしか実現できなかった。この為、例えば１
０００℃を越えるような高温の酸化性雰囲気でも安定し
て使用できる機械的特性を有する導電性材料が望まれて
いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
材料では得ることの出来ない高温強度と耐酸化性を有す
ると共に炭化珪素焼結体よりも高い靭性値を示し、且つ
通常の金属材料よりも広い範囲の電気伝導度から任意の
電気伝導度を付与できる導電性材料及びその製造方法を
提供することである。
材料では得ることの出来ない高温強度と耐酸化性を有す
ると共に炭化珪素焼結体よりも高い靭性値を示し、且つ
通常の金属材料よりも広い範囲の電気伝導度から任意の
電気伝導度を付与できる導電性材料及びその製造方法を
提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは種々
研究を行った結果、炭化珪素に導電性を有しまた化学的
にも安定なチタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、
クロム、モリブデンの硼化物の群より選ばれた１種また
は２種以上からなる粒子を分散させ、且つ粒界部に少な
くともグラファイト構造を示す炭素を析出させた複合焼
結体とすることで、優れた靭性や高温強度を示し、且つ
高い電気伝導性を有することができ、更にその電気伝導
度は一般の金属材料よりも広い抵抗値の範囲から比較的
微細なオーダーで変化させることができることを見出
し、本発明を完成するに至った。
研究を行った結果、炭化珪素に導電性を有しまた化学的
にも安定なチタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、
クロム、モリブデンの硼化物の群より選ばれた１種また
は２種以上からなる粒子を分散させ、且つ粒界部に少な
くともグラファイト構造を示す炭素を析出させた複合焼
結体とすることで、優れた靭性や高温強度を示し、且つ
高い電気伝導性を有することができ、更にその電気伝導
度は一般の金属材料よりも広い抵抗値の範囲から比較的
微細なオーダーで変化させることができることを見出
し、本発明を完成するに至った。
【０００５】即ち本発明は、炭化珪素６０〜９５体積％
と、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデンの硼化物の何れか１種以上を５〜４０体
積％含む混合粉末１００重量部に、炭素若しくは炭素を
含む化合物を炭素重量換算で０．５〜１０重量部加えて
なる混合物を焼結したものであって、連続する炭化珪素
基材相中に前記硼化物相が分散し、且つ粒界相に少なく
ともグラファイト構造の炭素が存在する焼結体であるこ
とを特徴とする導電性炭化珪素質複合材料である。
と、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデンの硼化物の何れか１種以上を５〜４０体
積％含む混合粉末１００重量部に、炭素若しくは炭素を
含む化合物を炭素重量換算で０．５〜１０重量部加えて
なる混合物を焼結したものであって、連続する炭化珪素
基材相中に前記硼化物相が分散し、且つ粒界相に少なく
ともグラファイト構造の炭素が存在する焼結体であるこ
とを特徴とする導電性炭化珪素質複合材料である。
【０００６】また本発明は、炭化珪素６０〜９５体積％
と、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデンの硼化物の何れか１種以上を５〜４０体
積％含む混合粉末１００重量部に、炭素若しくは炭素を
含む化合物を炭素重量換算で０．５〜１０重量部加えて
なる混合物を１９００〜２３００℃で焼結し、これを該
焼結温度から約５０℃／分以下の冷却速度で冷却したも
のであって、連続する炭化珪素基材相中に前記硼化物相
が分散し、且つ粒界相にグラファイト構造の炭素が存在
する焼結体であることを特徴とする導電性炭化珪素質複
合材料の製造方法である。
と、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデンの硼化物の何れか１種以上を５〜４０体
積％含む混合粉末１００重量部に、炭素若しくは炭素を
含む化合物を炭素重量換算で０．５〜１０重量部加えて
なる混合物を１９００〜２３００℃で焼結し、これを該
焼結温度から約５０℃／分以下の冷却速度で冷却したも
のであって、連続する炭化珪素基材相中に前記硼化物相
が分散し、且つ粒界相にグラファイト構造の炭素が存在
する焼結体であることを特徴とする導電性炭化珪素質複
合材料の製造方法である。
【０００７】また本発明は、前記焼結が加圧焼結である
ことを特徴とする導電性炭化珪素質複合材料の製造方法
である。
ことを特徴とする導電性炭化珪素質複合材料の製造方法
である。
【０００８】また本発明は、前記何れかの製造方法に於
いて作製した導電性炭化珪素質複合材料を、カプセル封
入せずに、不活性ガスを圧力媒体とし、圧力１０００気
圧以上、温度１８００〜２０００℃でＨＩＰ処理するこ
とを特徴とする導電性炭化珪素質複合材料の製造方法で
ある。
いて作製した導電性炭化珪素質複合材料を、カプセル封
入せずに、不活性ガスを圧力媒体とし、圧力１０００気
圧以上、温度１８００〜２０００℃でＨＩＰ処理するこ
とを特徴とする導電性炭化珪素質複合材料の製造方法で
ある。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明で原料として用いる炭化珪
素は、粒径３μｍ以下の粉末が焼結性や焼結体の強度向
上の点から望ましく、その結晶構造はα型、β型の何れ
でも良いが、望ましくはβ型が比較的焼結しやすいので
良い。また更に、焼結性を向上させる目的で、公知の焼
結助剤である金属アルミニウムや酸化アルミニウムを約
０．５〜３重量％添加した炭化珪素粉末を用いることも
できるが、他の不純物は高温時の性状低下に繋がった
り、電気抵抗に影響を及ぼすことがある為、混入を避け
るのが望ましい。特に、粉末状の炭化珪素は空気中で表
面に二酸化珪素が生成し易い為、事前に弗化水素酸など
で洗浄し、粉末表面の二酸化珪素を除去したものを使用
するのが望ましい。この炭化珪素の原料粉末混合物に対
する配合量は６０〜９５体積％とする。尚、金属アルミ
ニウムや酸化アルミニウムの焼結助剤を添加した炭化珪
素を用いる場合は該助剤を含んだ炭化珪素の配合量とす
る。
素は、粒径３μｍ以下の粉末が焼結性や焼結体の強度向
上の点から望ましく、その結晶構造はα型、β型の何れ
でも良いが、望ましくはβ型が比較的焼結しやすいので
良い。また更に、焼結性を向上させる目的で、公知の焼
結助剤である金属アルミニウムや酸化アルミニウムを約
０．５〜３重量％添加した炭化珪素粉末を用いることも
できるが、他の不純物は高温時の性状低下に繋がった
り、電気抵抗に影響を及ぼすことがある為、混入を避け
るのが望ましい。特に、粉末状の炭化珪素は空気中で表
面に二酸化珪素が生成し易い為、事前に弗化水素酸など
で洗浄し、粉末表面の二酸化珪素を除去したものを使用
するのが望ましい。この炭化珪素の原料粉末混合物に対
する配合量は６０〜９５体積％とする。尚、金属アルミ
ニウムや酸化アルミニウムの焼結助剤を添加した炭化珪
素を用いる場合は該助剤を含んだ炭化珪素の配合量とす
る。
【００１０】本発明で原料として用いるチタン、ジルコ
ニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンの硼化
物は、概ね純度が９５％程度以上であれば良く、その粒
径は最大３０μｍ以下とするのがより高い強度、靭性を
焼結体に付与させる上で望ましい。その粉末混合物に対
する配合量は前記硼化物の何れか１種以上を５〜４０体
積％とする。配合量が５体積％未満では、複合化の効果
が乏しくなり靭性の向上が殆ど見込まれないので好まし
くなく、また４０体積％を越えると高温での耐酸化性が
低下するので好ましくない。
ニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンの硼化
物は、概ね純度が９５％程度以上であれば良く、その粒
径は最大３０μｍ以下とするのがより高い強度、靭性を
焼結体に付与させる上で望ましい。その粉末混合物に対
する配合量は前記硼化物の何れか１種以上を５〜４０体
積％とする。配合量が５体積％未満では、複合化の効果
が乏しくなり靭性の向上が殆ど見込まれないので好まし
くなく、また４０体積％を越えると高温での耐酸化性が
低下するので好ましくない。
【００１１】本発明はこのようなチタン、ジルコニウ
ム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンの硼化物の
何れか１種以上と炭化珪素を含む原料混合粉末１００重
量部に、更に炭素若しくは炭素を含む化合物を炭素重量
換算で０．５〜１０重量部加えたものである。ここで加
えるべき炭素としては、望ましくは結晶質グラファイト
構造の炭素粉末が良いが、例えばカーボンブラックなど
の炭素粉末を使用することもできる。更には直接炭素粉
末を使用せずに炭素源として、加熱段階で炭素以外の成
分が分解離脱可能な炭素を含む化合物を用いても良い。
このような炭素を含む化合物としては、例えばフェノー
ル又はその樹脂、タール、フラン樹脂等を挙げることが
できる。その添加量は、０．５重量部未満では細かい電
気抵抗の調整が困難となると共に緻密化もし難くなる
為、また１０重量部以上では、機械的性状が低下する
為、何れも好ましくない。
ム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデンの硼化物の
何れか１種以上と炭化珪素を含む原料混合粉末１００重
量部に、更に炭素若しくは炭素を含む化合物を炭素重量
換算で０．５〜１０重量部加えたものである。ここで加
えるべき炭素としては、望ましくは結晶質グラファイト
構造の炭素粉末が良いが、例えばカーボンブラックなど
の炭素粉末を使用することもできる。更には直接炭素粉
末を使用せずに炭素源として、加熱段階で炭素以外の成
分が分解離脱可能な炭素を含む化合物を用いても良い。
このような炭素を含む化合物としては、例えばフェノー
ル又はその樹脂、タール、フラン樹脂等を挙げることが
できる。その添加量は、０．５重量部未満では細かい電
気抵抗の調整が困難となると共に緻密化もし難くなる
為、また１０重量部以上では、機械的性状が低下する
為、何れも好ましくない。
【００１２】本発明の導電性炭化珪素質複合材料は、前
記のような炭化珪素と、チタン、ジルコニウム、ニオ
ブ、タンタル、クロム、モリブデンの硼化物の何れか１
種以上、及び炭素若しくは炭素を含む化合物を混合し、
該混合物を焼結したものである。この焼結体は緻密質で
あって、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、ク
ロム、モリブデンの硼化物の何れか１種以上の粒子が概
ね均一かつ非連続に分散された状態で、炭化珪素から成
る連続した基材相中に強固に保持され、更に炭化珪素と
導電性物質である金属硼化物との粒界相にはグラファイ
ト構造の炭素が一般に約数十〜百ｎｍの粒径で析出し、
特に粒界の３重点部分では炭化珪素に対し溶解再析出し
た炭素が数μｍオーダーで存在しているものである。こ
のような粒界部には少なくともグラファイト構造の結晶
質炭素の他に、アモルファス状態の炭素が含まれていて
も良い。この複合材料の導電特性は金属硼化物と炭素の
配合量によって所望の抵抗値となるよう調整でき、その
範囲は概ね１×１０3〜１０6Ω・ｃｍである。
記のような炭化珪素と、チタン、ジルコニウム、ニオ
ブ、タンタル、クロム、モリブデンの硼化物の何れか１
種以上、及び炭素若しくは炭素を含む化合物を混合し、
該混合物を焼結したものである。この焼結体は緻密質で
あって、チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、ク
ロム、モリブデンの硼化物の何れか１種以上の粒子が概
ね均一かつ非連続に分散された状態で、炭化珪素から成
る連続した基材相中に強固に保持され、更に炭化珪素と
導電性物質である金属硼化物との粒界相にはグラファイ
ト構造の炭素が一般に約数十〜百ｎｍの粒径で析出し、
特に粒界の３重点部分では炭化珪素に対し溶解再析出し
た炭素が数μｍオーダーで存在しているものである。こ
のような粒界部には少なくともグラファイト構造の結晶
質炭素の他に、アモルファス状態の炭素が含まれていて
も良い。この複合材料の導電特性は金属硼化物と炭素の
配合量によって所望の抵抗値となるよう調整でき、その
範囲は概ね１×１０3〜１０6Ω・ｃｍである。
【００１３】次に本発明による製造方法の詳細を記す。
原料及びその配合量を前記のごとく定めた混合物を、例
えばボールミル中で低級アルコールや水、アセトン等の
溶媒を用いた湿式混合により調整し、必要に応じて噴霧
乾燥等で乾燥顆粒にした後、所望の形状に成形する。成
形は、例えば金型成形や冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）な
ど比較的高密度の成形体が得られる方法であれば何れの
成形手法でも良い。次いで該成形体を焼結する。焼結
は、雰囲気調整可能な加熱装置を用いて、アルゴン、ヘ
リウムなどの不活性ガス雰囲気中で温度約１９００℃〜
２３００℃で約１５〜６０分間加熱する。加熱後炉内放
冷、若しくは約５０℃／分以下の冷却速度で少なくとも
１５００℃、より望ましくは室温近傍まで冷却すること
によって緻密質の導電性炭化珪素質複合材料を得ること
ができる。ここで炭素原料源として炭素を含む化合物を
用いた場合は、炭素外成分の分解除去を円滑に進める為
に不活性ガスフローとするのが望ましい。尚、温度１９
００℃未満では焼結が進行し難く、グラファイト構造の
炭素が生成しないので好ましくない。また２３００℃を
越えると過焼結となり機械的性質が劣化するので好まし
くない。また、焼結体の加熱後の冷却が約５０℃／分を
越える冷却速度では、グラファイト構造の炭素が析出し
難くなるので好ましくない。
原料及びその配合量を前記のごとく定めた混合物を、例
えばボールミル中で低級アルコールや水、アセトン等の
溶媒を用いた湿式混合により調整し、必要に応じて噴霧
乾燥等で乾燥顆粒にした後、所望の形状に成形する。成
形は、例えば金型成形や冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）な
ど比較的高密度の成形体が得られる方法であれば何れの
成形手法でも良い。次いで該成形体を焼結する。焼結
は、雰囲気調整可能な加熱装置を用いて、アルゴン、ヘ
リウムなどの不活性ガス雰囲気中で温度約１９００℃〜
２３００℃で約１５〜６０分間加熱する。加熱後炉内放
冷、若しくは約５０℃／分以下の冷却速度で少なくとも
１５００℃、より望ましくは室温近傍まで冷却すること
によって緻密質の導電性炭化珪素質複合材料を得ること
ができる。ここで炭素原料源として炭素を含む化合物を
用いた場合は、炭素外成分の分解除去を円滑に進める為
に不活性ガスフローとするのが望ましい。尚、温度１９
００℃未満では焼結が進行し難く、グラファイト構造の
炭素が生成しないので好ましくない。また２３００℃を
越えると過焼結となり機械的性質が劣化するので好まし
くない。また、焼結体の加熱後の冷却が約５０℃／分を
越える冷却速度では、グラファイト構造の炭素が析出し
難くなるので好ましくない。
【００１４】本発明の製造方法に於いては、前記焼結時
の圧力は、常圧、即ち１気圧前後でも対応できるが、よ
り高強度、高緻密を有する導電性炭化珪素質複合材料を
得るには、好ましくは加圧焼結を行うのが良い。このよ
うな加圧焼結の方法としては、例えば公知のホットプレ
ス法やガラス等のカプセルに封入した被焼成物を熱間等
方加圧により焼結する方法（カプセルＨＩＰ法）を挙げ
ることができる。
の圧力は、常圧、即ち１気圧前後でも対応できるが、よ
り高強度、高緻密を有する導電性炭化珪素質複合材料を
得るには、好ましくは加圧焼結を行うのが良い。このよ
うな加圧焼結の方法としては、例えば公知のホットプレ
ス法やガラス等のカプセルに封入した被焼成物を熱間等
方加圧により焼結する方法（カプセルＨＩＰ法）を挙げ
ることができる。
【００１５】また、前記の如く一端常圧若しくは加圧焼
結させた相対密度が約９５％以上の焼結体については、
より高緻密かつより均質な性状のものとする為に、ガラ
スなどのカプセル内に封入せずに素体を直接、アルゴン
圧力媒体中で温度約１８００℃〜２０００℃、圧力１０
００〜２０００気圧にてＨＩＰ処理する、即ちカプセル
フリーＨＩＰ処理することもできる。尚、ＨＩＰ処理の
温度が２０００℃を越えると強度低下に結びつく粒成長
が見られ、１８００℃未満ではＨＩＰ処理の効果が殆ど
見られないので好ましくない。同様に圧力１０００気圧
未満でもＨＩＰ処理の効果が殆ど見られないので好まし
くない。
結させた相対密度が約９５％以上の焼結体については、
より高緻密かつより均質な性状のものとする為に、ガラ
スなどのカプセル内に封入せずに素体を直接、アルゴン
圧力媒体中で温度約１８００℃〜２０００℃、圧力１０
００〜２０００気圧にてＨＩＰ処理する、即ちカプセル
フリーＨＩＰ処理することもできる。尚、ＨＩＰ処理の
温度が２０００℃を越えると強度低下に結びつく粒成長
が見られ、１８００℃未満ではＨＩＰ処理の効果が殆ど
見られないので好ましくない。同様に圧力１０００気圧
未満でもＨＩＰ処理の効果が殆ど見られないので好まし
くない。
【００１６】
【作用】本導電性炭化珪素質複合材料を構成する硼化ジ
ルコニウムなどの金属硼化物粒子は、炭化珪素マトリッ
クス中に均一に分散し、一般の金属材料よりも高い電気
伝導度を付与すると共に、粒子分散強化の原理により材
料の靱性値を大幅に向上することができる。また、本導
電性炭化珪素質複合材料中の炭素は、主としていわゆる
アモルファス状態とグラファイト結晶構造の２形態で存
在し、前者は焼結助剤的作用を示し炭化珪素基材の焼結
に寄与する。一方後者は、金属硼化物がその配合量の微
量の変化に応じて抵抗値が大幅に変化するのに対し、そ
の配合量の変化に応じての抵抗値の変化はかなり緩やか
である。このように炭素は金属硼化物とは抵抗値調整機
能が異なり、それ故、本導電性炭化珪素質複合材料硼化
物は、金属よりも幅の広い抵抗範囲から所望の抵抗値を
有するものを作製することができるにも拘わらず、その
値は細かいオーダー迄比較的厳密に調整したものを作製
することが可能である。
ルコニウムなどの金属硼化物粒子は、炭化珪素マトリッ
クス中に均一に分散し、一般の金属材料よりも高い電気
伝導度を付与すると共に、粒子分散強化の原理により材
料の靱性値を大幅に向上することができる。また、本導
電性炭化珪素質複合材料中の炭素は、主としていわゆる
アモルファス状態とグラファイト結晶構造の２形態で存
在し、前者は焼結助剤的作用を示し炭化珪素基材の焼結
に寄与する。一方後者は、金属硼化物がその配合量の微
量の変化に応じて抵抗値が大幅に変化するのに対し、そ
の配合量の変化に応じての抵抗値の変化はかなり緩やか
である。このように炭素は金属硼化物とは抵抗値調整機
能が異なり、それ故、本導電性炭化珪素質複合材料硼化
物は、金属よりも幅の広い抵抗範囲から所望の抵抗値を
有するものを作製することができるにも拘わらず、その
値は細かいオーダー迄比較的厳密に調整したものを作製
することが可能である。
【００１７】
［実施例１］ 弗化水素酸で予め洗浄処理した平均粒径
０．５μｍのβ型炭化珪素（ＳｉＣ）、粒径４μｍ以下
で中心粒径が２．８μｍの硼化チタン（ＴｉＢ2）、粒
径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニウ
ム（ＺｒＢ2）、粒径５μｍ以下で中心粒径が２．３μ
ｍの硼化ニオブ（ＮｂＢ2）、粒径５μｍ以下で中心粒
径が２．２μｍの硼化タンタル（ＴａＢ2）、粒径４μ
ｍ以下で中心粒径が３．０μｍの硼化モリブデン（Ｍｏ
Ｂ）、粒径４μｍ以下で中心粒径が２．９μｍの硼化ク
ロム（ＣｒＢ）、及びフェノール（Ｃ6Ｈ5ＯＨ）を用い
て、表１に記す配合割合の混合物をボールミル混合によ
り作製した。該混合物は、それぞれ金型成形により成形
し、各成形体は、電気炉を用い、約１．０〜１．１気圧
になるよう調整したアルゴン気流中２２００℃で２０分
焼結を行い、約１５℃／分の冷却速度で約３００℃迄冷
却し、その後は約２５℃まで炉内放冷することにより緻
密質の焼結体（本発明品１〜１２）を作製した。
０．５μｍのβ型炭化珪素（ＳｉＣ）、粒径４μｍ以下
で中心粒径が２．８μｍの硼化チタン（ＴｉＢ2）、粒
径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニウ
ム（ＺｒＢ2）、粒径５μｍ以下で中心粒径が２．３μ
ｍの硼化ニオブ（ＮｂＢ2）、粒径５μｍ以下で中心粒
径が２．２μｍの硼化タンタル（ＴａＢ2）、粒径４μ
ｍ以下で中心粒径が３．０μｍの硼化モリブデン（Ｍｏ
Ｂ）、粒径４μｍ以下で中心粒径が２．９μｍの硼化ク
ロム（ＣｒＢ）、及びフェノール（Ｃ6Ｈ5ＯＨ）を用い
て、表１に記す配合割合の混合物をボールミル混合によ
り作製した。該混合物は、それぞれ金型成形により成形
し、各成形体は、電気炉を用い、約１．０〜１．１気圧
になるよう調整したアルゴン気流中２２００℃で２０分
焼結を行い、約１５℃／分の冷却速度で約３００℃迄冷
却し、その後は約２５℃まで炉内放冷することにより緻
密質の焼結体（本発明品１〜１２）を作製した。
【００１８】
【表１】
【００１９】得られた焼結体は、常温（約２５℃）及び
１０００℃での大気中での曲げ強度（ＭＰａ）、常温で
の破壊靭性（ＭＰａ・ｍ1/2）、相対密度（％）、及び
常温での電気抵抗（Ω・ｃｍ）を測定した。その値を表
１に合わせて記す。尚、曲げ強度はＪＩＳ−Ｒ１６０１
に準拠した方法による三点曲げ強度を、破壊靭性はＪＩ
Ｓ−Ｒ１６０７に準拠したＳＥＰＢ法で、相対密度はア
ルキメデス法で、電気抵抗は４端子法によりそれぞれ測
定した。また結晶相をＸ線回折及びラマン分光分析で調
べたところ、何れの焼結体もＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＮｂＢ
2、ＴａＢ2、ＭｏＢ、ＣｒＢの何れか１種とβ型ＳｉＣ
とグラファイト型炭素の存在を確認した。
１０００℃での大気中での曲げ強度（ＭＰａ）、常温で
の破壊靭性（ＭＰａ・ｍ1/2）、相対密度（％）、及び
常温での電気抵抗（Ω・ｃｍ）を測定した。その値を表
１に合わせて記す。尚、曲げ強度はＪＩＳ−Ｒ１６０１
に準拠した方法による三点曲げ強度を、破壊靭性はＪＩ
Ｓ−Ｒ１６０７に準拠したＳＥＰＢ法で、相対密度はア
ルキメデス法で、電気抵抗は４端子法によりそれぞれ測
定した。また結晶相をＸ線回折及びラマン分光分析で調
べたところ、何れの焼結体もＴｉＢ2、ＺｒＢ2、ＮｂＢ
2、ＴａＢ2、ＭｏＢ、ＣｒＢの何れか１種とβ型ＳｉＣ
とグラファイト型炭素の存在を確認した。
【００２０】［実施例２］ 弗化水素酸で予め洗浄処理
した平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素１．２９Ｋｇ、
粒径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニ
ウム０．４０Ｋｇ、カーボンブラック０．０６３Ｋｇか
らなる混合物をボールミル混合により調整し、これを金
型成形することで成形体を作製した。該成形体を前記実
施例１と同様のアルゴン気流雰囲気の電気炉、又はアル
ゴン雰囲気下でのホットプレス炉、又はアルゴン圧力媒
体を用いたＨＩＰ装置によるカプセルＨＩＰ法により表
２に記した条件で焼結し、各焼結最高温度から５０℃／
分の冷却速度で約３００℃迄冷却し、その後は常温まで
炉内放冷することで緻密質の焼結体（本発明品１３〜１
６）を作製した。得られた焼結体は、前記実施例１と同
様の方法で、常温（約２５℃）及び１０００℃での大気
中での曲げ強度、常温での破壊靭性、相対密度、及び常
温での電気抵抗を測定した。その値を表２に合わせて記
す。また結晶相をＸ線回折及びラマン分光分析で調べた
ところ、何れの焼結体もＺｒＢ2とβ型ＳｉＣとグラフ
ァイト型炭素の存在を確認した。
した平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素１．２９Ｋｇ、
粒径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニ
ウム０．４０Ｋｇ、カーボンブラック０．０６３Ｋｇか
らなる混合物をボールミル混合により調整し、これを金
型成形することで成形体を作製した。該成形体を前記実
施例１と同様のアルゴン気流雰囲気の電気炉、又はアル
ゴン雰囲気下でのホットプレス炉、又はアルゴン圧力媒
体を用いたＨＩＰ装置によるカプセルＨＩＰ法により表
２に記した条件で焼結し、各焼結最高温度から５０℃／
分の冷却速度で約３００℃迄冷却し、その後は常温まで
炉内放冷することで緻密質の焼結体（本発明品１３〜１
６）を作製した。得られた焼結体は、前記実施例１と同
様の方法で、常温（約２５℃）及び１０００℃での大気
中での曲げ強度、常温での破壊靭性、相対密度、及び常
温での電気抵抗を測定した。その値を表２に合わせて記
す。また結晶相をＸ線回折及びラマン分光分析で調べた
ところ、何れの焼結体もＺｒＢ2とβ型ＳｉＣとグラフ
ァイト型炭素の存在を確認した。
【００２１】
【表２】
【００２２】［実施例３］ 前記実施例２で作製した本
発明品１３なる焼結体を、ＨＩＰ装置中にカプセル封入
せずに直接設置し、カプセルフリーＨＩＰ法によりアル
ゴン圧力媒体により１０００気圧、１８００℃で３０分
ＨＩＰ処理し、前記実施例１と同様の条件で冷却した。
得られた焼結体の実施例１と同様の方法で測定した各特
性値は、常温大気中での曲げ強度が、６８０ＭＰａ、１
０００℃での大気中での曲げ強度は６６０ＭＰａ、相対
密度９９％、常温での破壊靭性４．７ＭＰａ・ｍ1/2常
温での電気抵抗３．１×１０2Ω・ｃｍであり、優れた
靭性と導電性を示した。またこの焼結体の結晶相をＸ線
回折及びラマン分光分析で調べたところ、ＺｒＢ2とβ
型ＳｉＣとグラファイト型炭素の存在を確認した。
発明品１３なる焼結体を、ＨＩＰ装置中にカプセル封入
せずに直接設置し、カプセルフリーＨＩＰ法によりアル
ゴン圧力媒体により１０００気圧、１８００℃で３０分
ＨＩＰ処理し、前記実施例１と同様の条件で冷却した。
得られた焼結体の実施例１と同様の方法で測定した各特
性値は、常温大気中での曲げ強度が、６８０ＭＰａ、１
０００℃での大気中での曲げ強度は６６０ＭＰａ、相対
密度９９％、常温での破壊靭性４．７ＭＰａ・ｍ1/2常
温での電気抵抗３．１×１０2Ω・ｃｍであり、優れた
靭性と導電性を示した。またこの焼結体の結晶相をＸ線
回折及びラマン分光分析で調べたところ、ＺｒＢ2とβ
型ＳｉＣとグラファイト型炭素の存在を確認した。
【００２３】［比較例１］ 弗化水素酸で予め洗浄処理
した平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素３．０８Ｋｇ、
粒径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニ
ウム０．２４Ｋｇ、カーボンブラック０．０６Ｋｇから
なる混合物をボールミル混合により調整し、これを金型
成形することで成形体を作製した。該成形体を前記実施
例１と同様と同様の焼結及び冷却条件で焼結体を作製し
た。得られた焼結体の実施例１と同様の方法で測定した
各特性値は、常温大気中での曲げ強度４２０ＭＰａ、１
０００℃での大気中での曲げ強度４００ＭＰａ、相対密
度９６％、常温での破壊靭性３．９ＭＰａ・ｍ1/2、常温
での電気抵抗２００００Ω・ｃｍとなり、電気抵抗が高
く、導電性に乏しいものとなった。
した平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素３．０８Ｋｇ、
粒径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニ
ウム０．２４Ｋｇ、カーボンブラック０．０６Ｋｇから
なる混合物をボールミル混合により調整し、これを金型
成形することで成形体を作製した。該成形体を前記実施
例１と同様と同様の焼結及び冷却条件で焼結体を作製し
た。得られた焼結体の実施例１と同様の方法で測定した
各特性値は、常温大気中での曲げ強度４２０ＭＰａ、１
０００℃での大気中での曲げ強度４００ＭＰａ、相対密
度９６％、常温での破壊靭性３．９ＭＰａ・ｍ1/2、常温
での電気抵抗２００００Ω・ｃｍとなり、電気抵抗が高
く、導電性に乏しいものとなった。
【００２４】［比較例２］ 弗化水素酸で予め洗浄処理
した平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素２．５６Ｋｇ、
粒径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニ
ウム１．２１Ｋｇ、カーボンブラック０．００４Ｋｇか
らなる混合物をボールミル混合により調整し、これを金
型成形することで成形体を作製した。該成形体を前記実
施例１と同様と同様の焼結及び冷却条件で焼結体を作製
した。得られた焼結体の実施例１と同様の方法で測定し
た特性値は、常温大気中での曲げ強度２１０ＭＰａ、相
対密度９１％となり、著しく緻密性に欠けるものとなっ
た。
した平均粒径０．５μｍのβ型炭化珪素２．５６Ｋｇ、
粒径５μｍ以下で中心粒径が２．１μｍの硼化ジルコニ
ウム１．２１Ｋｇ、カーボンブラック０．００４Ｋｇか
らなる混合物をボールミル混合により調整し、これを金
型成形することで成形体を作製した。該成形体を前記実
施例１と同様と同様の焼結及び冷却条件で焼結体を作製
した。得られた焼結体の実施例１と同様の方法で測定し
た特性値は、常温大気中での曲げ強度２１０ＭＰａ、相
対密度９１％となり、著しく緻密性に欠けるものとなっ
た。
【００２５】
【発明の効果】本発明の導電性炭化珪素質複合材料は、
炭化珪素の靭性を大幅に向上させたものであり、高温で
も比較的優れた機械的性状を安定して示すことができ、
また良好な電気伝導性を有する。この電気伝導度は、本
発明の製法によって、金属材料よりも広い電気伝導度の
範囲から任意の電気伝導度を有するものを高精度で作製
することができる。このような特徴から、本発明の複合
材料は構造用部材としての活用の他に、比較的高熱とな
るような抵抗器、電気ヒューズ、温度センサーなどの機
能材としても十分活用できる可能性がある。
炭化珪素の靭性を大幅に向上させたものであり、高温で
も比較的優れた機械的性状を安定して示すことができ、
また良好な電気伝導性を有する。この電気伝導度は、本
発明の製法によって、金属材料よりも広い電気伝導度の
範囲から任意の電気伝導度を有するものを高精度で作製
することができる。このような特徴から、本発明の複合
材料は構造用部材としての活用の他に、比較的高熱とな
るような抵抗器、電気ヒューズ、温度センサーなどの機
能材としても十分活用できる可能性がある。
Claims (4)
- 【請求項１】 炭化珪素６０〜９５体積％と、チタン、
ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン
の硼化物の何れか１種以上を５〜４０体積％含む混合粉
末１００重量部に、炭素若しくは炭素を含む化合物を炭
素重量換算で０．５〜１０重量部加えてなる混合物を焼
結したものであって、連続する炭化珪素基材相中に前記
硼化物相が分散し、且つ粒界相にグラファイト構造の炭
素が存在する焼結体であることを特徴とする導電性炭化
珪素質複合材料。 - 【請求項２】 炭化珪素６０〜９５体積％と、チタン、
ジルコニウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン
の硼化物の何れか１種以上を５〜４０体積％含む混合粉
末１００重量部に、炭素若しくは炭素を含む化合物を炭
素重量換算で０．５〜１０重量部加えてなる混合物を１
９００〜２３００℃で焼結し、これを該焼結温度から約
５０℃／分以下の冷却速度で冷却したものであって、連
続する炭化珪素基材相中に前記硼化物相が分散し、且つ
粒界相にグラファイト構造の炭素が存在する焼結体であ
ることを特徴とする導電性炭化珪素質複合材料の製造方
法。 - 【請求項３】 焼結が加圧焼結であることを特徴とする
請求項２記載の導電性炭化珪素質複合材料の製造方法。 - 【請求項４】 請求項２又は３の何れかの製造方法で作
製した導電性炭化珪素質複合材料を、カプセル封入せず
に、不活性ガスを圧力媒体とし、圧力１０００気圧以
上、温度１８００〜２０００℃でＨＩＰ処理することを
特徴とする導電性炭化珪素質複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8052311A JPH09221367A (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 導電性炭化珪素質複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8052311A JPH09221367A (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 導電性炭化珪素質複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09221367A true JPH09221367A (ja) | 1997-08-26 |
Family
ID=12911246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8052311A Withdrawn JPH09221367A (ja) | 1996-02-15 | 1996-02-15 | 導電性炭化珪素質複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09221367A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004060593A1 (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-22 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 遠心焼結装置 |
| CN105523763A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-04-27 | 刘佩佩 | 一种碳化硅-硼化铬复合陶瓷材料及其制备方法 |
| CN105777135A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-07-20 | 刘佩佩 | 一种碳化硅-硼化钼复合陶瓷材料及其制备方法 |
| JP2017031036A (ja) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 信越化学工業株式会社 | ＳｉＣ坩堝およびＳｉＣ焼結体ならびにＳｉＣ単結晶の製造方法 |
| JP2019064226A (ja) * | 2017-10-04 | 2019-04-25 | キヤノン株式会社 | 造形方法および造形用の粉末材料 |
| CN114933484A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-08-23 | 武汉科技大学 | 一种增韧SiC基高温陶瓷复合材料及其制备方法 |
-
1996
- 1996-02-15 JP JP8052311A patent/JPH09221367A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004060593A1 (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-22 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 遠心焼結装置 |
| CN100389914C (zh) * | 2002-12-27 | 2008-05-28 | 独立行政法人产业技术综合研究所 | 离心烧结装置 |
| JP2017031036A (ja) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 信越化学工業株式会社 | ＳｉＣ坩堝およびＳｉＣ焼結体ならびにＳｉＣ単結晶の製造方法 |
| US11440849B2 (en) | 2015-08-06 | 2022-09-13 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | SiC crucible, SiC sintered body, and method of producing SiC single crystal |
| CN105523763A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-04-27 | 刘佩佩 | 一种碳化硅-硼化铬复合陶瓷材料及其制备方法 |
| CN105777135A (zh) * | 2016-03-03 | 2016-07-20 | 刘佩佩 | 一种碳化硅-硼化钼复合陶瓷材料及其制备方法 |
| JP2019064226A (ja) * | 2017-10-04 | 2019-04-25 | キヤノン株式会社 | 造形方法および造形用の粉末材料 |
| CN114933484A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-08-23 | 武汉科技大学 | 一种增韧SiC基高温陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN114933484B (zh) * | 2022-06-14 | 2023-08-18 | 武汉科技大学 | 一种增韧SiC基高温陶瓷复合材料及其制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20041202 |