JPH11130538A - 炭化珪素質焼結体とその製造方法 - Google Patents
炭化珪素質焼結体とその製造方法Info
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- JPH11130538A JPH11130538A JP9298052A JP29805297A JPH11130538A JP H11130538 A JPH11130538 A JP H11130538A JP 9298052 A JP9298052 A JP 9298052A JP 29805297 A JP29805297 A JP 29805297A JP H11130538 A JPH11130538 A JP H11130538A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的大型の炭化珪素質焼結体でも密度が高
く、しかも焼成収縮のばらつきが非常に小さく、焼結後
も加工が容易な炭化珪素質焼結体とその製造方法を提供
する。 【解決手段】 ＳｉＣ１００重量部に対し、遊離炭素を
１〜３重量部、Ｂを０．２〜０．５重量部、Ａｌを０．
３〜１．０重量部、Ｎを０．１〜０．７重量部含み、微
細組織における粒子の最大長の平均（長軸の平均粒径）
が１５μｍ以上、最小長の平均（短軸の平均粒径）が３
μｍ以上であり、焼結体密度が３．００g/cm3 以上であ
る炭化珪素質焼結体。さらに、焼結助剤としてＢ4 Ｃま
たはＢＮ、（Ｓｉ−）Ａｌ−Ｎ−Ｏ系化合物、カーボン
ブラックを添加し、原料粉の混合時に溶媒として水を用
い、造粒、成形後、常圧焼結することを特徴とする炭化
珪素焼結体の製造方法。
く、しかも焼成収縮のばらつきが非常に小さく、焼結後
も加工が容易な炭化珪素質焼結体とその製造方法を提供
する。 【解決手段】 ＳｉＣ１００重量部に対し、遊離炭素を
１〜３重量部、Ｂを０．２〜０．５重量部、Ａｌを０．
３〜１．０重量部、Ｎを０．１〜０．７重量部含み、微
細組織における粒子の最大長の平均（長軸の平均粒径）
が１５μｍ以上、最小長の平均（短軸の平均粒径）が３
μｍ以上であり、焼結体密度が３．００g/cm3 以上であ
る炭化珪素質焼結体。さらに、焼結助剤としてＢ4 Ｃま
たはＢＮ、（Ｓｉ−）Ａｌ−Ｎ−Ｏ系化合物、カーボン
ブラックを添加し、原料粉の混合時に溶媒として水を用
い、造粒、成形後、常圧焼結することを特徴とする炭化
珪素焼結体の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭化珪素質焼結体、
更に詳しくは密度が高く、加工が容易な、比較的大型の
炭化珪素質焼結体とその安定的な製造方法に関する。
更に詳しくは密度が高く、加工が容易な、比較的大型の
炭化珪素質焼結体とその安定的な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化珪素質焼結体は高温強度に優れ、優
れた耐食性、高い熱伝導率、低い熱膨張率を有してお
り、構造用材料として広く使われている。炭化珪素質焼
結体は、通常、ＳｉＣ粉末を焼結して製造される。Ｓｉ
Ｃ粉末の焼結方法としては加圧焼結法及び常圧焼結法が
知られている。加圧焼結法は複雑な形状の焼結体の製造
が困難であったり、生産性が悪いという欠点を有する。
これに対し、常圧焼結法はＳｉＣ粉末を常温で成形後、
無加圧下で焼成する方法であり、生産性に優れていると
いう長所を有する。
れた耐食性、高い熱伝導率、低い熱膨張率を有してお
り、構造用材料として広く使われている。炭化珪素質焼
結体は、通常、ＳｉＣ粉末を焼結して製造される。Ｓｉ
Ｃ粉末の焼結方法としては加圧焼結法及び常圧焼結法が
知られている。加圧焼結法は複雑な形状の焼結体の製造
が困難であったり、生産性が悪いという欠点を有する。
これに対し、常圧焼結法はＳｉＣ粉末を常温で成形後、
無加圧下で焼成する方法であり、生産性に優れていると
いう長所を有する。
【０００３】炭化珪素は難焼結性材料であり、常圧焼結
で緻密化させるには焼結助剤を添加することが必要であ
る。例えば、炭化珪素質焼結体はβ型ＳｉＣ粉末に焼結
助剤としてＢ及びＣを添加することにより得られる（特
公昭５７−３２０３５号公報）。
で緻密化させるには焼結助剤を添加することが必要であ
る。例えば、炭化珪素質焼結体はβ型ＳｉＣ粉末に焼結
助剤としてＢ及びＣを添加することにより得られる（特
公昭５７−３２０３５号公報）。
【０００４】特公昭５８−１４３９０号公報によれば、
α型ＳｉＣ粉末に対してもＢ及びＣの添加が有効であ
り、緻密な炭化珪素質焼結体が得られている。また、特
公昭６０−３４５１５号公報によれば、ＳｉＣ粉末に酸
化アルミニウムを添加し、常圧焼結することにより緻密
な炭化珪素質焼結体が得られることが報告されている。
更に、特開平６２−６５９７４号公報によれば、ＳｉＣ
にＣ、Ｂ、Ａｌを添加した密度３．０５g/cm3 以上の炭
化珪素質焼結体が報告されている。
α型ＳｉＣ粉末に対してもＢ及びＣの添加が有効であ
り、緻密な炭化珪素質焼結体が得られている。また、特
公昭６０−３４５１５号公報によれば、ＳｉＣ粉末に酸
化アルミニウムを添加し、常圧焼結することにより緻密
な炭化珪素質焼結体が得られることが報告されている。
更に、特開平６２−６５９７４号公報によれば、ＳｉＣ
にＣ、Ｂ、Ａｌを添加した密度３．０５g/cm3 以上の炭
化珪素質焼結体が報告されている。
【０００５】焼結助剤を添加して緻密な焼結体を製造す
るには、ＳｉＣ粉末原料に焼結助剤を均一に混合するこ
とが必要である。混合はＳｉＣ粉末と焼結助剤の粉末に
バインダー、分散剤等を加え、溶媒中に均一に懸濁させ
てスラリー状にした後、スプレードライヤーで噴霧乾燥
する方法が工業的に最も一般的である。ＳｉＣの焼結助
剤として重要である炭素については合成樹脂、タール、
カーボンブラックなどが炭素源として知られるが、Ｓｉ
Ｃ粉末に均一に混合させる目的に対してはフェノール樹
脂などの合成樹脂が特に優れており、多用されている。
従来はフェノール樹脂等の合成樹脂を溶解させるため
に、スラリーの溶媒としてアルコール等の有機溶媒が用
いられてきたが、スラリーの噴霧乾燥の際に、防爆対策
を考慮しなければならないなど、取り扱い上問題があっ
た。更に、除臭等の環境対策、使用溶剤の回収等の付帯
設備が必要であるなど、各種の問題を有しており、これ
らの問題を解決するため特開平３−２３２６６号公報で
は、水溶性フェノール樹脂等の水溶性含炭素化合物を水
系溶媒に溶解し、スラリーを噴霧乾燥することを提案し
ている。
るには、ＳｉＣ粉末原料に焼結助剤を均一に混合するこ
とが必要である。混合はＳｉＣ粉末と焼結助剤の粉末に
バインダー、分散剤等を加え、溶媒中に均一に懸濁させ
てスラリー状にした後、スプレードライヤーで噴霧乾燥
する方法が工業的に最も一般的である。ＳｉＣの焼結助
剤として重要である炭素については合成樹脂、タール、
カーボンブラックなどが炭素源として知られるが、Ｓｉ
Ｃ粉末に均一に混合させる目的に対してはフェノール樹
脂などの合成樹脂が特に優れており、多用されている。
従来はフェノール樹脂等の合成樹脂を溶解させるため
に、スラリーの溶媒としてアルコール等の有機溶媒が用
いられてきたが、スラリーの噴霧乾燥の際に、防爆対策
を考慮しなければならないなど、取り扱い上問題があっ
た。更に、除臭等の環境対策、使用溶剤の回収等の付帯
設備が必要であるなど、各種の問題を有しており、これ
らの問題を解決するため特開平３−２３２６６号公報で
は、水溶性フェノール樹脂等の水溶性含炭素化合物を水
系溶媒に溶解し、スラリーを噴霧乾燥することを提案し
ている。
【０００６】以上のように、ＳｉＣの常圧焼結に対して
は、焼結助剤の選択とその均一混合により、高密度の焼
結体が得られている。しかしながら、ＳｉＣの焼結に当
たっては、焼結中にガスが発生し、焼結体が大型になる
と高密度のものが得られないという欠点があった。すな
わち、Ｂ−Ｃ系助剤を添加したＳｉＣの焼結において
は、以下のようにＳｉＣ粒子表面のＳｉＯ2 がＣと反応
して、ＳｉＯやＣＯガスが発生することが知られてい
る。 ＳｉＯ2 ＋Ｃ → ＳｉＯ＋ＣＯ
は、焼結助剤の選択とその均一混合により、高密度の焼
結体が得られている。しかしながら、ＳｉＣの焼結に当
たっては、焼結中にガスが発生し、焼結体が大型になる
と高密度のものが得られないという欠点があった。すな
わち、Ｂ−Ｃ系助剤を添加したＳｉＣの焼結において
は、以下のようにＳｉＣ粒子表面のＳｉＯ2 がＣと反応
して、ＳｉＯやＣＯガスが発生することが知られてい
る。 ＳｉＯ2 ＋Ｃ → ＳｉＯ＋ＣＯ
【０００７】さらに、焼結助剤としてアルミナを添加し
た場合には、高温下でのアルミナの揮発や、ＳｉＣとア
ルミナの反応によりＳｉＯやＡｌ2 Ｏ、ＣＯ等のガスが
発生することが報告されている〔Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃ
ｉ．，２９，９３４−９３８（１９９４）．〕。高密度
の炭化珪素質焼結体を製造するには、焼結中に発生する
これらのガスを系外に放出する必要があるが、焼結体が
大型になると、ガスの放出が不十分となり、気孔として
残るため焼結体の密度が低下するという問題があった。
た場合には、高温下でのアルミナの揮発や、ＳｉＣとア
ルミナの反応によりＳｉＯやＡｌ2 Ｏ、ＣＯ等のガスが
発生することが報告されている〔Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃ
ｉ．，２９，９３４−９３８（１９９４）．〕。高密度
の炭化珪素質焼結体を製造するには、焼結中に発生する
これらのガスを系外に放出する必要があるが、焼結体が
大型になると、ガスの放出が不十分となり、気孔として
残るため焼結体の密度が低下するという問題があった。
【０００８】また、炭化珪素質焼結体は難加工性材料で
あり、製品の製造コストを下げるために、成形体や仮焼
体に粗加工を施した後、本焼成を行い、仕上げ加工を行
う工夫がなされている。加工コストの低減には成形体や
仮焼体の粗加工の割合を多くし、本焼結後の加工を少な
くすることが有効であるが、そのためには焼成時の焼成
収縮率を厳密に制御する必要がある。焼結助剤の炭素源
としてフェノール樹脂等の合成樹脂を用いた場合、造粒
粉中の樹脂が時間とともに硬化するため、成形性が悪く
なり、焼成収縮率が一定しないという問題があった。
あり、製品の製造コストを下げるために、成形体や仮焼
体に粗加工を施した後、本焼成を行い、仕上げ加工を行
う工夫がなされている。加工コストの低減には成形体や
仮焼体の粗加工の割合を多くし、本焼結後の加工を少な
くすることが有効であるが、そのためには焼成時の焼成
収縮率を厳密に制御する必要がある。焼結助剤の炭素源
としてフェノール樹脂等の合成樹脂を用いた場合、造粒
粉中の樹脂が時間とともに硬化するため、成形性が悪く
なり、焼成収縮率が一定しないという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前述のように緻密な炭
化珪素質焼結体を製造するために種々の焼結助剤が提案
されているが、大型の焼結体の焼結密度を上げるには更
に検討が必要である。また、大型で複雑形状の製品に関
しては焼成収縮のばらつきが寸法精度のばらつきに直結
するため、ばらつきを極力小さくすることが重要であ
り、その点も従来技術では不十分である。
化珪素質焼結体を製造するために種々の焼結助剤が提案
されているが、大型の焼結体の焼結密度を上げるには更
に検討が必要である。また、大型で複雑形状の製品に関
しては焼成収縮のばらつきが寸法精度のばらつきに直結
するため、ばらつきを極力小さくすることが重要であ
り、その点も従来技術では不十分である。
【００１０】本発明は、比較的大型の炭化珪素質焼結体
でも密度が高く、しかも焼成収縮のばらつきが非常に小
さく、焼結後も加工が容易な炭化珪素質焼結体とその製
造方法を提供することを目的とする。
でも密度が高く、しかも焼成収縮のばらつきが非常に小
さく、焼結後も加工が容易な炭化珪素質焼結体とその製
造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる従
来技術の問題点に鑑み鋭意検討の結果、本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、 （１）ＳｉＣ１００重量部に対し、遊離炭素を１〜３重
量部、Ｂを０．２〜０．５重量部、Ａｌを０．３〜１．
０重量部、Ｎを０．１〜０．７重量部含み、微細組織に
おける粒子の最大長の平均（長軸の平均粒径）が１５μ
ｍ以上、最小長の平均（短軸の平均粒径）が３μｍ以上
であり、焼結体密度が３．００g/cm3 以上であることを
特徴とする炭化珪素質焼結体。 （２）ＳｉＣ粉末１００重量部に対し、炭素質添加剤を
固定炭素含有量に換算して１〜３重量部、Ｂ4 Ｃまたは
ＢＮのうち少なくとも１種をＢ換算で０．２〜０．５重
量部、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系アルミニウムナイトライド
ポリタイプまたはＡｌ−Ｏ−Ｎ系酸窒化アルミニウムを
Ａｌ換算で０．３〜１．０重量部添加した原料組成物を
均質に混合、造粒し、成形した生成形体を不活性ガス雰
囲気中で１９００〜２２００℃の温度で常圧焼結させる
ことを特徴とする（１）項記載の炭化珪素質焼結体の製
造方法。 （３）混合・造粒工程として、原料粉末を水中に均一分
散させたスラリーを調製し、噴霧乾燥することを特徴と
する（２）項記載の炭化珪素質焼結体の製造方法。 （４）炭素質添加剤がカーボンブラックであることを特
徴とする（２）又は（３）記載の炭化珪素質焼結体の製
造方法。である。
来技術の問題点に鑑み鋭意検討の結果、本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、 （１）ＳｉＣ１００重量部に対し、遊離炭素を１〜３重
量部、Ｂを０．２〜０．５重量部、Ａｌを０．３〜１．
０重量部、Ｎを０．１〜０．７重量部含み、微細組織に
おける粒子の最大長の平均（長軸の平均粒径）が１５μ
ｍ以上、最小長の平均（短軸の平均粒径）が３μｍ以上
であり、焼結体密度が３．００g/cm3 以上であることを
特徴とする炭化珪素質焼結体。 （２）ＳｉＣ粉末１００重量部に対し、炭素質添加剤を
固定炭素含有量に換算して１〜３重量部、Ｂ4 Ｃまたは
ＢＮのうち少なくとも１種をＢ換算で０．２〜０．５重
量部、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系アルミニウムナイトライド
ポリタイプまたはＡｌ−Ｏ−Ｎ系酸窒化アルミニウムを
Ａｌ換算で０．３〜１．０重量部添加した原料組成物を
均質に混合、造粒し、成形した生成形体を不活性ガス雰
囲気中で１９００〜２２００℃の温度で常圧焼結させる
ことを特徴とする（１）項記載の炭化珪素質焼結体の製
造方法。 （３）混合・造粒工程として、原料粉末を水中に均一分
散させたスラリーを調製し、噴霧乾燥することを特徴と
する（２）項記載の炭化珪素質焼結体の製造方法。 （４）炭素質添加剤がカーボンブラックであることを特
徴とする（２）又は（３）記載の炭化珪素質焼結体の製
造方法。である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明において、遊離炭素の量を
１〜３重量部、Ｂを０．２〜０．５重量部としたのは、
ＣおよびＢの量をこの範囲以外としたときには焼結体の
密度が低下するためである。すでに公知のように、Ｓｉ
ＣはＢおよびＣのみを助剤として添加した場合でも焼結
が可能である。しかしながら、ＢとＣのみを添加して得
られた炭化珪素質焼結体は結晶粒が小さく、難加工であ
り、工具の摩耗が激しかったり、加工時にチッピングが
起こりやすいという問題点を有する。
１〜３重量部、Ｂを０．２〜０．５重量部としたのは、
ＣおよびＢの量をこの範囲以外としたときには焼結体の
密度が低下するためである。すでに公知のように、Ｓｉ
ＣはＢおよびＣのみを助剤として添加した場合でも焼結
が可能である。しかしながら、ＢとＣのみを添加して得
られた炭化珪素質焼結体は結晶粒が小さく、難加工であ
り、工具の摩耗が激しかったり、加工時にチッピングが
起こりやすいという問題点を有する。
【００１３】本発明においてＡｌを加えるのは焼結性を
高めることに加え、加工性を改善するのが目的である。
すなわち、Ａｌの添加は粒成長を促進し、結果的に結晶
粒が比較的大きな焼結体が得られ、焼結体の加工が容易
となる。本発明においてＡｌ量を０．３〜１．０重量部
の範囲としたのは、Ａｌ量を０．３重量部より少なくし
た場合には、焼結体粒子（柱状粒子）の平均粒径が短軸
で３μｍよりも小さく、長軸で１５μｍよりも小さくな
り、加工性改善の効果が小さくなるためであり、１．０
重量部よりも多くした時には過焼成による異常粒成長の
発生により焼結密度が低下するとともに、フェザー粒子
（巨大粒子）が多く発生し、機械的強度が低下するため
である。
高めることに加え、加工性を改善するのが目的である。
すなわち、Ａｌの添加は粒成長を促進し、結果的に結晶
粒が比較的大きな焼結体が得られ、焼結体の加工が容易
となる。本発明においてＡｌ量を０．３〜１．０重量部
の範囲としたのは、Ａｌ量を０．３重量部より少なくし
た場合には、焼結体粒子（柱状粒子）の平均粒径が短軸
で３μｍよりも小さく、長軸で１５μｍよりも小さくな
り、加工性改善の効果が小さくなるためであり、１．０
重量部よりも多くした時には過焼成による異常粒成長の
発生により焼結密度が低下するとともに、フェザー粒子
（巨大粒子）が多く発生し、機械的強度が低下するため
である。
【００１４】ここで、本発明請求項１に記載した微細組
織とは、焼結体を構成する粒子、粒界、気孔等の三次元
構造をいうが、本発明で得られる焼結体の粒子は通常、
アスペクト比の大きな柱状粒子となる。各々の粒子の最
大長、最小長の平均径の測定は、焼結体表面を平滑に
し、粒界をエッチング後、光学顕微鏡で拡大して観察さ
れる像より測定できるものとし、それぞれの粒子の最大
長と最小長の算術平均値を求める。これらは通常３００
個以上の粒子について求めれば十分である。
織とは、焼結体を構成する粒子、粒界、気孔等の三次元
構造をいうが、本発明で得られる焼結体の粒子は通常、
アスペクト比の大きな柱状粒子となる。各々の粒子の最
大長、最小長の平均径の測定は、焼結体表面を平滑に
し、粒界をエッチング後、光学顕微鏡で拡大して観察さ
れる像より測定できるものとし、それぞれの粒子の最大
長と最小長の算術平均値を求める。これらは通常３００
個以上の粒子について求めれば十分である。
【００１５】本発明で最も重要な点はＮを含有させたこ
とであり、これにより大型のＳｉＣを焼成した場合でも
焼結密度の低下を抑制することができる。Ｎの量を０．
１〜０．７重量部に限定したのは、Ｎ量をこの範囲外に
した場合には、大型品における密度低下の抑制効果が少
ないためである。
とであり、これにより大型のＳｉＣを焼成した場合でも
焼結密度の低下を抑制することができる。Ｎの量を０．
１〜０．７重量部に限定したのは、Ｎ量をこの範囲外に
した場合には、大型品における密度低下の抑制効果が少
ないためである。
【００１６】次に、本発明の炭化珪素質焼結体の製造方
法について、詳しく説明する。まず、主成分であるＳｉ
Ｃ粉末はα型でもβ型でも良く、焼結性の面から平均粒
径が０．５〜２μｍ程度であることが望ましい。次に、
焼結助剤についてであるが、本発明の炭化珪素質焼結体
を得るには焼結助剤のＣ源、Ｂ源、Ａｌ源に関して種々
の組み合わせを考えることができる。まず、Ｃ源として
はフェノール樹脂などの合成樹脂やタール、カーボンブ
ラックなどが挙げられる。但し、スラリーの溶媒として
水を用いる場合にはタールや合成樹脂の多くは使用でき
ない。水溶性フェノール樹脂等の水溶性含炭素化合物を
水系溶媒で使用することは可能であるが、前述のように
焼成収縮のばらつきが大きくなり、大型製品、複雑形状
製品の製造では歩留りが低下するなどの問題が起こる。
これに対し、カーボンブラックは適当な分散剤を選択す
ることにより、水系溶媒中に分散させることが可能であ
る。本発明者等はカーボンブラックを用いると、焼成収
縮のばらつきを非常に小さくできることを見い出してお
り、Ｃ源としてはカーボンブラックを使用することを推
奨する。
法について、詳しく説明する。まず、主成分であるＳｉ
Ｃ粉末はα型でもβ型でも良く、焼結性の面から平均粒
径が０．５〜２μｍ程度であることが望ましい。次に、
焼結助剤についてであるが、本発明の炭化珪素質焼結体
を得るには焼結助剤のＣ源、Ｂ源、Ａｌ源に関して種々
の組み合わせを考えることができる。まず、Ｃ源として
はフェノール樹脂などの合成樹脂やタール、カーボンブ
ラックなどが挙げられる。但し、スラリーの溶媒として
水を用いる場合にはタールや合成樹脂の多くは使用でき
ない。水溶性フェノール樹脂等の水溶性含炭素化合物を
水系溶媒で使用することは可能であるが、前述のように
焼成収縮のばらつきが大きくなり、大型製品、複雑形状
製品の製造では歩留りが低下するなどの問題が起こる。
これに対し、カーボンブラックは適当な分散剤を選択す
ることにより、水系溶媒中に分散させることが可能であ
る。本発明者等はカーボンブラックを用いると、焼成収
縮のばらつきを非常に小さくできることを見い出してお
り、Ｃ源としてはカーボンブラックを使用することを推
奨する。
【００１７】次に、Ｂ源とＡｌ源であるが、窒素を含有
させる目的から、Ｂ源あるいはＡｌ源の何れかを窒素含
有化合物とする必要がある。Ｂ源としては金属硼素、Ｂ
4 Ｃ、ＢＮが考えられるが、金属硼素は水系溶媒中では
不安定であるため推奨できない。Ａｌ源としてはＡｌ2
Ｏ3 、ＡｌＮ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系アルミニウムナイ
トライドポリタイプ（２１Ｒ等）、酸窒化アルミニウム
（Ａｌ−Ｏ−Ｎ）などが考えられる。但し、ＡｌＮは水
系溶媒中では分解するため使用できない。従って、水系
溶媒中で使用できるＢ源およびＡｌ源の焼結助剤の組み
合わせとしては、Ｂ4 Ｃと（Ｓｉ−）Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化
合物、ＢＮと（Ｓｉ−）Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物、ＢＮと
Ａｌ2 Ｏ3 などが考えられ、いずれも好ましい結果が得
られる。なかでも、Ｂ4 ＣまたはＢＮと（Ｓｉ−）Ａｌ
−Ｏ−Ｎ系化合物を用いた場合に、大型品における密度
低下の抑制効果が非常に大きく、好ましい助剤系である
ことが分かった。
させる目的から、Ｂ源あるいはＡｌ源の何れかを窒素含
有化合物とする必要がある。Ｂ源としては金属硼素、Ｂ
4 Ｃ、ＢＮが考えられるが、金属硼素は水系溶媒中では
不安定であるため推奨できない。Ａｌ源としてはＡｌ2
Ｏ3 、ＡｌＮ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系アルミニウムナイ
トライドポリタイプ（２１Ｒ等）、酸窒化アルミニウム
（Ａｌ−Ｏ−Ｎ）などが考えられる。但し、ＡｌＮは水
系溶媒中では分解するため使用できない。従って、水系
溶媒中で使用できるＢ源およびＡｌ源の焼結助剤の組み
合わせとしては、Ｂ4 Ｃと（Ｓｉ−）Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化
合物、ＢＮと（Ｓｉ−）Ａｌ−Ｏ−Ｎ系化合物、ＢＮと
Ａｌ2 Ｏ3 などが考えられ、いずれも好ましい結果が得
られる。なかでも、Ｂ4 ＣまたはＢＮと（Ｓｉ−）Ａｌ
−Ｏ−Ｎ系化合物を用いた場合に、大型品における密度
低下の抑制効果が非常に大きく、好ましい助剤系である
ことが分かった。
【００１８】本発明における炭化珪素質焼結体は通常の
セラミックス製品の製造方法に基づいて製造することが
できる。まず、所定量の焼結助剤とＳｉＣ粉末にバイン
ダー、分散剤等を加え、水系溶媒中で混合し、スラリー
を調製する。混合にはボールミル、アトライターなどを
用いることができる。スラリーをスプレードライヤーで
噴霧乾燥し、造粒粉を作製する。この造粒粉を一軸プレ
スやＣＩＰ等により成形後、必要により加工を施し、不
活性ガス雰囲気中で１９００〜２２００℃の温度で常圧
焼結して、焼結体を得る。最後に仕上げ加工を行い、検
査後、製品とする。
セラミックス製品の製造方法に基づいて製造することが
できる。まず、所定量の焼結助剤とＳｉＣ粉末にバイン
ダー、分散剤等を加え、水系溶媒中で混合し、スラリー
を調製する。混合にはボールミル、アトライターなどを
用いることができる。スラリーをスプレードライヤーで
噴霧乾燥し、造粒粉を作製する。この造粒粉を一軸プレ
スやＣＩＰ等により成形後、必要により加工を施し、不
活性ガス雰囲気中で１９００〜２２００℃の温度で常圧
焼結して、焼結体を得る。最後に仕上げ加工を行い、検
査後、製品とする。
【００１９】本発明は主として製品の最大部分の大きさ
が２００mm以上の比較的大型の炭化珪素製品に関するも
のであるが、これに限らず小型の炭化珪素製品を製造す
る場合においても、炉内の焼成温度の揺らぎによる製品
形状のばらつきが小さいなど、有益な効果が得られる。
が２００mm以上の比較的大型の炭化珪素製品に関するも
のであるが、これに限らず小型の炭化珪素製品を製造す
る場合においても、炉内の焼成温度の揺らぎによる製品
形状のばらつきが小さいなど、有益な効果が得られる。
【００２０】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （実施例１〜１１、比較例１〜９）平均粒径０．８μｍ
のα−ＳｉＣ粉末に対し、Ｂ4 ＣをＢ換算で０．３重量
部、アルミニウムナイトライドポリタイプの２１ＲをＡ
ｌ換算で０．５重量部、カーボンブラックを２．０重量
部添加し、バインダー、分散剤を加え、水を溶媒として
ボールミル混合した。得られたスラリーをスプレードラ
イヤーにより噴霧乾燥し、平均粒径６７μｍの造粒粉を
得た。この造粒粉をＣＩＰ成形し、直径２５０mm、高さ
２５mmの円柱状の成形体を得た。この成形体を２１００
℃で焼成し、焼結体密度を測定した。また、焼結体の微
細組織を光学顕微鏡により観察し、３００個の粒子の最
大長、最小長の値からその平均値を求めた。結果を表１
の実施例１に示す。更に、実施例１と同様の方法で、焼
結助剤の種類と量を変えて成形、焼成を行った。それら
の結果を表１の実施例２〜９に比較例とともに示す。
る。 （実施例１〜１１、比較例１〜９）平均粒径０．８μｍ
のα−ＳｉＣ粉末に対し、Ｂ4 ＣをＢ換算で０．３重量
部、アルミニウムナイトライドポリタイプの２１ＲをＡ
ｌ換算で０．５重量部、カーボンブラックを２．０重量
部添加し、バインダー、分散剤を加え、水を溶媒として
ボールミル混合した。得られたスラリーをスプレードラ
イヤーにより噴霧乾燥し、平均粒径６７μｍの造粒粉を
得た。この造粒粉をＣＩＰ成形し、直径２５０mm、高さ
２５mmの円柱状の成形体を得た。この成形体を２１００
℃で焼成し、焼結体密度を測定した。また、焼結体の微
細組織を光学顕微鏡により観察し、３００個の粒子の最
大長、最小長の値からその平均値を求めた。結果を表１
の実施例１に示す。更に、実施例１と同様の方法で、焼
結助剤の種類と量を変えて成形、焼成を行った。それら
の結果を表１の実施例２〜９に比較例とともに示す。
【００２１】本実施例からわかるように、本発明の炭化
珪素質焼結体は、比較例に示した本発明の範囲外の焼結
体に比べて高密度であることがわかる。なお、比較例６
のように焼結助剤としてＡｌ源を含まない試料について
も比較的高密度の焼結体が得られたが、後で実施例１３
で述べる様に、本発明の試料に比べて焼結体の加工が困
難であり、工具摩耗量が多くなったり、チッピングを生
じやすいという問題があった。また、カーボンブラック
を添加した試料（実施例１〜３、５〜９）に関しては、
数個ずつ焼成を行っても、焼成収縮率のばらつきは非常
に小さかった。
珪素質焼結体は、比較例に示した本発明の範囲外の焼結
体に比べて高密度であることがわかる。なお、比較例６
のように焼結助剤としてＡｌ源を含まない試料について
も比較的高密度の焼結体が得られたが、後で実施例１３
で述べる様に、本発明の試料に比べて焼結体の加工が困
難であり、工具摩耗量が多くなったり、チッピングを生
じやすいという問題があった。また、カーボンブラック
を添加した試料（実施例１〜３、５〜９）に関しては、
数個ずつ焼成を行っても、焼成収縮率のばらつきは非常
に小さかった。
【００２２】
【表１】
【００２３】（実施例１２）平均粒径０．８μｍのα−
ＳｉＣ粉末に対し、Ｂ4 ＣまたはＢＮをＢ換算で０．３
重量部、Ａｌ2 Ｏ3 または２１ＲをＡｌ換算で０．５重
量部、カーボンブラックを２．５重量部添加し、実施例
１〜９と同様の方法により大きさ６０〜７０μｍ程度の
造粒粉を得た。この造粒粉をＣＩＰ成形し、直径２５m
m、高さ１５mmおよび直径２５０mm、高さ２０mmの円柱
状の成形体を作製した。この成形体を２１００℃で焼成
し、焼結体密度を測定し、焼結体の大きさによる密度の
違いを比較した。その結果を図１に示す。焼結助剤中に
Ｎを含まないＢ4 Ｃ−Ａｌ2 Ｏ3添加系では小さい試料
では高密度であるのに対し、試料が大型になると密度が
大きく低下した。これに対し本発明のように、焼結助剤
にＮを含むＢ4 Ｃ−２１Ｒ、ＢＮ−２１ＲおよびＢＮ−
Ａｌ2 Ｏ3 添加系では小型試料の密度はＢ4 Ｃ−Ａｌ2
Ｏ3 添加系より若干劣るものの、大型の試料ではＢ4 Ｃ
−Ａｌ2 Ｏ3 添加系よりも密度が非常に高くなった。特
に、Ｂ4 Ｃ−２１Ｒ添加系では密度の低下が殆ど無く、
ＢＮ−２１Ｒ添加系とともに大型試料の焼成に最適な助
剤系であることが分かる。
ＳｉＣ粉末に対し、Ｂ4 ＣまたはＢＮをＢ換算で０．３
重量部、Ａｌ2 Ｏ3 または２１ＲをＡｌ換算で０．５重
量部、カーボンブラックを２．５重量部添加し、実施例
１〜９と同様の方法により大きさ６０〜７０μｍ程度の
造粒粉を得た。この造粒粉をＣＩＰ成形し、直径２５m
m、高さ１５mmおよび直径２５０mm、高さ２０mmの円柱
状の成形体を作製した。この成形体を２１００℃で焼成
し、焼結体密度を測定し、焼結体の大きさによる密度の
違いを比較した。その結果を図１に示す。焼結助剤中に
Ｎを含まないＢ4 Ｃ−Ａｌ2 Ｏ3添加系では小さい試料
では高密度であるのに対し、試料が大型になると密度が
大きく低下した。これに対し本発明のように、焼結助剤
にＮを含むＢ4 Ｃ−２１Ｒ、ＢＮ−２１ＲおよびＢＮ−
Ａｌ2 Ｏ3 添加系では小型試料の密度はＢ4 Ｃ−Ａｌ2
Ｏ3 添加系より若干劣るものの、大型の試料ではＢ4 Ｃ
−Ａｌ2 Ｏ3 添加系よりも密度が非常に高くなった。特
に、Ｂ4 Ｃ−２１Ｒ添加系では密度の低下が殆ど無く、
ＢＮ−２１Ｒ添加系とともに大型試料の焼成に最適な助
剤系であることが分かる。
【００２４】（実施例１３）本発明のＳｉＣ焼結体の加
工性を評価するため、ボーリング穴開け研削加工（軸心
注水）、使用砥石としてメタルボンドダイヤモンドコア
ドリル砥石（＃１２０、φ８mm）、砥石周速を６０m/
分、切り込みを４０mm／分、総切り込みを１０mm×１０
回という条件で加工を行い、キスラー動力計で動力抵抗
値を測定した。その結果、Ａｌを含まない比較例６（表
１）の焼結体は１０３０Ｎの抵抗値であったのに対し、
本発明の焼結体の抵抗値は３９０〜５１０Ｎの範囲にあ
り、抵抗値が１／２以下で、加工性が非常に良いことが
明らかとなった。
工性を評価するため、ボーリング穴開け研削加工（軸心
注水）、使用砥石としてメタルボンドダイヤモンドコア
ドリル砥石（＃１２０、φ８mm）、砥石周速を６０m/
分、切り込みを４０mm／分、総切り込みを１０mm×１０
回という条件で加工を行い、キスラー動力計で動力抵抗
値を測定した。その結果、Ａｌを含まない比較例６（表
１）の焼結体は１０３０Ｎの抵抗値であったのに対し、
本発明の焼結体の抵抗値は３９０〜５１０Ｎの範囲にあ
り、抵抗値が１／２以下で、加工性が非常に良いことが
明らかとなった。
【００２５】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば密度
が高く、加工が容易な、比較的大型の炭化珪素質焼結体
を安定的に製造することができ、産業上非常に有益であ
る。
が高く、加工が容易な、比較的大型の炭化珪素質焼結体
を安定的に製造することができ、産業上非常に有益であ
る。
【図１】各種Ａｌ−Ｂ系焼結助剤を含む炭化珪素質焼結
体の密度を示した図である。
体の密度を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 潤 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 小杉 展正 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 満留 辰郎 福岡県北九州市八幡西区東浜町１番１号 黒崎窯業株式会社ＦＣ事業部内
Claims (4)
- 【請求項１】 ＳｉＣ１００重量部に対し、遊離炭素を
１〜３重量部、Ｂを０．２〜０．５重量部、Ａｌを０．
３〜１．０重量部、Ｎを０．１〜０．７重量部含み、微
細組織における粒子の最大長の平均（長軸の平均粒径）
が１５μｍ以上、最小長の平均（短軸の平均粒径）が３
μｍ以上であり、焼結体密度が３．００g/cm3 以上であ
ることを特徴とする炭化珪素質焼結体。 - 【請求項２】 ＳｉＣ粉末１００重量部に対し、炭素質
添加剤を固定炭素含有量に換算して１〜３重量部、Ｂ4
ＣまたはＢＮのうち少なくとも１種をＢ換算で０．２〜
０．５重量部、Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ−Ｏ系アルミニウムナイ
トライドポリタイプまたはＡｌ−Ｏ−Ｎ系酸窒化アルミ
ニウムをＡｌ換算で０．３〜１．０重量部添加した原料
組成物を均質に混合、造粒し、成形した生成形体を不活
性ガス雰囲気中で１９００〜２２００℃の温度で常圧焼
結させることを特徴とする請求項１記載の炭化珪素質焼
結体の製造方法。 - 【請求項３】 混合・造粒工程として、原料粉末を水中
に均一分散させたスラリーを調製し、噴霧乾燥すること
を特徴とする請求項２記載の炭化珪素質焼結体の製造方
法。 - 【請求項４】 炭素質添加剤がカーボンブラックである
ことを特徴とする請求項２又は３記載の炭化珪素質焼結
体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29805297A JP3970394B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 炭化珪素質焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29805297A JP3970394B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 炭化珪素質焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11130538A true JPH11130538A (ja) | 1999-05-18 |
| JP3970394B2 JP3970394B2 (ja) | 2007-09-05 |
Family
ID=17854516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29805297A Expired - Lifetime JP3970394B2 (ja) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | 炭化珪素質焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3970394B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1486474A2 (en) * | 2003-06-11 | 2004-12-15 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Long carbonaceous molding, long carbonaceous product, and method of production thereof |
| JP2006347806A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Nippon Steel Corp | 高剛性セラミックス材料およびその製造方法 |
| JP2007320778A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Nippon Steel Materials Co Ltd | 高緻密質炭化ケイ素セラミックスおよびその製造方法 |
| US8003557B2 (en) | 2008-06-13 | 2011-08-23 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Volume-change resistant silicon oxy-nitride or silicon oxy-nitride and silicon nitride bonded silicon carbide refractory |
| CN112778014A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-05-11 | 罗焕焕 | 一种高性能的碳化硅陶瓷材料及其制备方法 |
-
1997
- 1997-10-30 JP JP29805297A patent/JP3970394B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1486474A2 (en) * | 2003-06-11 | 2004-12-15 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Long carbonaceous molding, long carbonaceous product, and method of production thereof |
| EP1486474A3 (en) * | 2003-06-11 | 2010-03-24 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Long carbonaceous molding, long carbonaceous product, and method of production thereof |
| JP2006347806A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Nippon Steel Corp | 高剛性セラミックス材料およびその製造方法 |
| JP2007320778A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Nippon Steel Materials Co Ltd | 高緻密質炭化ケイ素セラミックスおよびその製造方法 |
| US8003557B2 (en) | 2008-06-13 | 2011-08-23 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Volume-change resistant silicon oxy-nitride or silicon oxy-nitride and silicon nitride bonded silicon carbide refractory |
| CN112778014A (zh) * | 2021-01-12 | 2021-05-11 | 罗焕焕 | 一种高性能的碳化硅陶瓷材料及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3970394B2 (ja) | 2007-09-05 |
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