JPS5832070A - 高密度炭化けい素焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化けい素焼粘体の製造方法の改良に関するも
のである。

反応焼結型の炭化けい素については、炭化けい累と炭素
を結合剤と面付して成型し、仮焼したのち、必要に応じ
てｉ械加工を施し、ついでこれに溶融状または気体の金
属けい素を接触させて仮焼体中の炭素を炭化けい素とし
、ここ（＝生成しに炭化けい素で原料としての炭化けい
素を納金させて、炭化けい素−けい素焼粘体を得るとい
う方？ｋが知られている（米国待ｆＦ第２，９３８，８
０７号、１司３゜４９５．９３９号参照）。そしてこの
方法は≠→争−・・　　　　　　　　　　　　…− ホットプレス法によるか、ま たはその１μｍ以下の微粒子を１９００〜２３００℃に
卯熱しなければならなかったという方法にくらべると１
反応温度が金属けい素の融点である１４００℃から１７
００℃の範囲でよく、しかもこれにはその成形、焼結時
の寸法変化が１〜２％以下で、焼結時のひずみもなく、
シたがって均質な焼結体が得られるという利点があるの
で、これは待に複雑な形状の大型焼結晶を得る方法とし
て注目されている。

しかし、この方法には炭化けい素１００％のものの密度
（３，２１）に近い高ｌＩｉ！！度の＋；Ｉｉ結体を得
ることが難しく、これにはまた炭化けい素の仮焼体と金
属けい素との接触反ルδにどいて不可避的に発生する儲
結体表面（＝付肯し定金属けい累を除去しなければなら
ないという不利がある。すなわち、この炭化けい素焼鞘
体については仮焼体中の炭素分をそれと当１ｎの金属け
い素と反応させて焼結体中に存在する金属けい素や炭素
をａＪ及的少量とすることが望ましいのであるが、この
仮焼体と金属けい素との接触反応ではこの金属けい素が
仮焼体中に浸入すると同時に炭素と反応して炭化けい素
となり、これが爾後の金属けい素の移動を妨げることが
あるため、この金属けい素とこれと反応すべき炭素分が
未反応物として残留し、結果に８いて高密度品が得られ
ないということになる。またこの仮スダ６体と金属けい
素との接触間１心は溶融けい累または気化させたけい素
と仮ζ殆体とを接＋１１１１させるものであることから
、これによって得られる炭化けい素焼鞘体の表面にはど
うしても金１萬けい素に未反応物として残留した金１ｒ
４けい素が同化するときの体積膨張でその表面に吹き出
ることによっても生じるので、この焼結体につい−〔は
その表面からこの金属けい素を収り除く必要があり、こ
れは一般にサンドブラスト法などの機械的方法によって
行なわれているが、この方法を小物の大１辻生産に適用
する場介にｔま、当然コスト高となり、これにはまたこ
のＩＪＩ工によって本体の寸法梼ＩＷが安定しなくなる
という不利が生じる。そのためこの金属けい素の除去に
ついては炭化けい素を侵さずに金属けい素だけを溶解す
る薬剤、例えば弗酸−硝酸混液、または５０℃以ヒの苛
性ソーダｉ’ｌｌＡ水ｌｆｋでこの焼結体を処理すると
いう方法も試みられ°〔いるが、実際に炭化けい素焼鞘
体をこれらの薬品で処理すると、焼結体の表面が僅面色
に変色すると共に、これはその硬度が大巾に低下すると
いう石火な欠点が生じ、これにはまたその緑面色となつ
た表面ｊ−を除去するためにこれをサンドブラスト、バ
レルなどで機械加工する必要があり、これによってコス
ト高と寸法精度の低下という不利が与えられる。

本発明はこのような不利を解決した高密度炭化けい素焼
鞘体の製造方法に関するもので、これは炭化けい素、炭
素Ｈよび結傍剤とからなる混金物を成形、仮゛暁したの
ち、この仮焼物を熱分解により炭化し得る′ＰＡ質ｇよ
び／またはポリカルボシランを含む溶液で処理し、つい
でこれに金属けい素を接触間１．δさせることを特徴と
するものである。

これを説明すると、本発明佇らは反応・、尭Ｎ型の炭化
けい素焼鞘体の製造方法について種々検討の結果、金属
けい素と接触反応させる前の炭素を含有する炭化けい素
板焼体を予じめフェノール樹脂、バクフィンなどのよう
な熱分解（−よって炭化する＃ＷＸよび／または熱分解
によって炭化けい素となるポリカルボシランを含む溶液
で処理してＨくと、これを金属けい素と接触反応させて
得られる炭化けい素焼鞘体の高密度が固れると共に、意
外にもその要部に付着した金属けい素を除去する目的で
この表面を弗酸−硝酸混液または苛性ソーダ温水で処理
しても、その表面層がｌｄｔ＋−よって変色することが
なく、シたがってその後の１燻械的処理も不要になると
いうことをμ出して１本発明を完成させた。

この熱分解によって炭化し得る物質Ｈよび／またはポリ
カルボシランの処理によって、かかる効果の得られる理
由は必ずしも明らかではないが、これはこの処理をした
後の加へによるｌ仮焼体中に生成した炭素と金属けい素
との反ＬＩＳによる炭化けい素の生成、またポリカルボ
シランの分解による炭化けい素の生成によって焼結体中
の炭化けい素が増加すること、およびその％　ｆｆｌｉ
層がこの炭化けい素の増加により安定化されたことによ
るものと推定される。なＨｌこの炭化けい素焼、９１体
の密度については、それが不純物を含まない１００％炭
化けい素ではその比重が３．２１となる筈であるが、こ
の密度３．２１の焼結体を得るためには仮焼体中の炭素
分を完全に調整して詔く必要があり。

これ（可ま仮焼体の密度ρＴについてつぎの関係式が成
立するとされている。

ρＴ　”３．２１／　１＋２．３３ｘ （ここにＸは仮焼体中の炭素の重１％〕そして、この仮
焼体中の炭素がすべて炭化けい素となったときに高密度
の炭化けい１ｇ焼結体が得られるのであるが、実際にこ
の炭水なすべて反応させるためには過剰のけい素が必要
であり、この過剰分のけい素が焼結体中（二残留するこ
とによって焼結体のｔｆ（）Ｗが低くなるということに
なる。そのため、高密度の炭化けい素焼粘体を得るため
には仮焼体製造時の成形圧を高めて仮焼体を高密ＦＷ化
するか、またはこの仮・温体中の炭素配合比を上げると
いうことが行なわれているが、これらにはいあり、これ
らの方法にはまた前記した薬剤の処理による不利が僻け
られないという欠点があった。

本発明はこの炭化けい素１＜■鞘体の高ｖＨｊす化と。

その表面に寸前した金属けい素の薬剤処理に丁６ける不
利を同時に解決することのでさる方法であり。

これは従来公知の方法で得られた炭化けい素、炭素およ
び結合剤を成形、仮１１Ｉｌｊシた仮焼体を、熱分解に
よって炭素化し得る吻′αおよび／またはポリカルボシ
ランを含む溶液で処理することを特徴とするものである
。すなわち、この方法はまず、炭化けい素粉末と炭素粉
とを例えばメチルセルロース、フェノール樹脂、シリコ
ーン樹脂などの結合剤と湿分し、ついでこれをラバープ
レスあるいは押出し成形などで所望の形状に成形したの
ら、これを窒素ガス、アルゴン、ネオンなどの不活性ガ
ス中で５００〜１０００℃に０口熱して仮焼体とするの
であるが、この仮焼体についてはその密ｔｙが［ｒｒＪ
記した八、（７）７０％以下では爾後の処理によっても
・焼結体が高密度とならず、これを高密度とするには後
記する熱分解により炭化しつる物質またはポリカルボシ
ラン溶液の処理を複数回行なう必要が生じ、他方これを
９０％以上とすると金属けい素との反応で未文応が起り
易くなるので、この溶液処理咀を小Ｉｆとすることが必
要となり、結果−において表面＋１４の改善が不充分と
なる８それがあるので、この仮焼体の密度ρはρＴの７
０〜９０％の範囲とすることがよい。ただし、この溶液
処理をポリカルボシランのみで行なう場合には、この熱
分解（二より生成するものが炭化けい素のみであり、金
属けい素と反応して炭化けい素を生成する炭素は初期の
成形体中に配置された炭素分だけとなるので、この場合
の仮焼体の密ＩＷρはρＴの８５〜９０％とすることが
よい。

本発明の方法はこのようにして得た炭化けい累代形体を
ついで熱分解により炭化し得る物Ｉ！（および／または
ポリカルボシランの溶液で処理するのであるが、この熱
分解によって炭化し得る肉質としてはフェノール樹脂、
ポリエステル（６・１脂、ポリスチレン、エポキシ樹脂
などの合成樹脂、不揮発性の各棟油脂、パらフィンなど
が例示され、このポリカルボシランとしては次式 （ここにＲ，Ｒ”は水素または一価炭化水素基、ｎは正
数を示す）で表わされるものが使用される。

しかして、これらはいずれも七〇μ溶剤であるベンゼン
、トルエン、キＶレン、アセトン、ヘキサンなどの溶媒
溶液として使用されるが、これには仮焼体中の炭素量を
調整するために煤などのような微細な炭素粉を懸濁させ
てもよく、この溶液による仮焼体の処理はその熱分解に
よる炭素分あるいはポリカルボシランの分解による炭化
けい素けをある程度大きくする目的において、この処理
と熱分解とを複数回行なってもよい。また、Ｏの処理は
常圧下で仮焼体表面に塗布するだけでもよいが、高密度
の焼結体を得る目的にｇいてはこれを減圧下または加圧
下に行なって、この溶液を仮焼体内部にも含浸させるこ
とが望ましい。な奮、この溶液で処理したあとの仮焼体
はこれを加熱して溶液中の成分を熱分解させて炭素また
は炭化けい素とする必要があるが、しかしこれはついで
それらの熱分解以上に加熱されている金属けい素と接触
反！、６させられるので、この加熱処理は必ずしも必須
なものではなく、これは省略してもよい。

この溶液処理を行なった炭化けい素仮焼体は、ついで金
属けい素と接触反応させるのであるが、これζ二はこの
仮焼体を不活性ガス中または真空中で最終的には１４０
０℃以上に加熱し、これを溶融状またはガス状の金属け
い素と接触させればよく、このようにすると、金属けい
累が！＝≠ｅ仮焼体中（＝滲透し、仮４５’１体中の炭
素と反応して炭化けい素となるので、これによって高密
度の炭化けい素ｓｇ体が得られるのであるが、この場介
、仮焼体中の炭素を完全に炭化けい素とするため過剰に
供給された金属けい素はか’ｉ！ｉ結体中（二炭化けい
素−けい素複含体として残留するほか、先に述べたよう
にその表面１−にも存在するようになる。

そのため、このようにして１１られた炭化けい素焼鞘体
はつぎに七の表面を弗酸−硝酸混液または苛性ソーダ温
水液で処理して、その表面から金属けい素を除去するの
であるが１本発明の方法で前記した溶液処理を施したも
のはこの処理によっても七の表面層が変色せず、これは
黒色であり、これはそのまま鋳放し面としても全く問題
がない状態となるので、これにはその後のナンドブラス
トなどの機械的処理が全く不要になるという利益が与え
られる。

つぎに本発明方法の実施例をあげる。

実施例１、 市販の緑色炭化けい累粉末（平均粒子径５．７μｍ）２
．７５Ｋｆｐ、炭素粉末（平均粒子径１．０μｍｘ、５
Ｋｙｕよびフェノール樹脂０．７５Ｋｐにアセトン２１
を加えてボールミルで混合し、乾燥後、これを１ｔｏｎ
／ａｔの圧力で外径３０ｓｍｘ内径２０賜×厚さ５ｊｕ
ｌ＋のリング状に金型成形した。

つぎに、これをアルゴンガス雰ηＨ気ドで６００℃に仮
焼した後、フェノール樹脂の３０％　アセトン溶液中に
１時間浸漬してから乾燥し、これを真空炉中で１６００
℃の溶融金属けい素と接触反応させて炭化けい素−けい
素複合成ｆｆ、体とした。

ついでこの成形体を３０％苛性ソーダ溶液に１時間浸漬
してその表面層に付着したけい素を溶解除去したところ
、外観的には黒色へｊＭで、機織加工不要な仮焼体が得
られた。

なお、このテストをフェノール樹脂を含浸させ　　。

た湯位ｇよびこの含浸工程を省略した場情について、そ
れぞれ５回行なったときに得られた成形体の密度と外観
は次表に示すとおりであった。

第　　　１　　　表 実施例２゜ 市販の緑色炭化けい素粉末（平均粒子径９．５μ’）２
．５ＫＰ、人造黒鉛粉末（平均粒子径１．０μｍ）１．
５Ｋｐ、ｖリコーン樹脂ＫＲ−２６０（信蛸化学工業製
、藺品名）　２．０Ｋｙｔ、ｓよびトルエン２ｊをボー
ルミルで湿分したのち、前例と同様にして成形品を作り
、これをアルゴンガス雰囲気中にｇいて８００℃で仮焼
した。

つぎに、この仮現成プレ体を３０％、４０％。

５０％のフェノール樹脂のア（？トン溶液中に１時間浸
漬してから引上げて乾燥し、これを１６００°Ｃの溶融
金属けい素と直空炉中で曙触反１心させ。

このようにして得た炭化けい素−けい素複金成形体の表
面を３０％苛性ソーダ溶液で処理してその表面のけい素
を除去し、これについてその音間と表開状Ｗｌ’ｌらべ
たところ１次表に示すと８りの結果が得られた。

＄２　　　　表 実施例３゜ 実施例１と同様にして得た仮焼成形体を３０％。

４０％、５０％のポリカルボシランのトルエン溶液に１
時曲浸漬したのち、実施例１と同様にして溶べ重金属け
い素と接触反応させ、さらにその表面層を３０％苛性ソ
ーダ溶液で処理してｆ１＋た炭化けい素−けい素複合成
形体について、その密度および外観なしらべたところ、
次表に示す結果が得られた。

第　　３　　表 特許Ｉ帽顧人　信越化学工業体式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炭化けい素、炭素および結合剤からなる混含物を成
   形、仮焼したのち、この仮焼体を熱分解により炭化し得
   る物質および／またはポリカルボシランを含む溶液で処
   理し、ついでこれを金属けい素と接触反応させることを
   特徴とする高密度炭化けい素焼粘体の製造方法っ