JPS59131578A - 炭化珪素粉末組成物 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明の炭化珪素粉末組成物に係り、特に高密度で高強
度な焼結体を得るために有効な粉末の組成物に係る。

〔発明の背景〕

炭化珪素は熱的にも化学的にも極めて安定な材料であり
、常温のみならず高温における強度が大きく、耐酸化性
にも優れており、高温の構造材料としての期待が太きい
。

従来、炭化珪素体は気相反応法、反応焼結法、シリコン
含浸法、ホラ１〜プレス法などの技術により製造された
。気相反応法は炭素と珪素の化合物主として有機化合物
またはハロゲン化合物をキャリアガスに同伴させて反応
室に導き、熱分解して適当な基板上に炭化珪素を析出さ
せる方法であるが、一般には薄膜であるために主として
各種材料のコーティングに応用されている。反応焼結法
は炭素と珪素または二酸化珪素混合物を焼成して、炭化
珪素焼結体を得る方法であるが、高密度焼結体は得られ
ない。シリコン含浸法は成形体をシリコン溶融体中に浸
し、シリコンを含浸させ、これを炭化して炭化珪素とす
る方法であるが、この方法でも高密度体は得難い。従が
ってこれらの製造方法は耐火物や発熱体などの製造に応
用さ肛ている。

高密度で形状の大きい炭化珪素体はホラ１−プレス法で
製造される。炭化珪素は従来から焼結が困難な材料とし
て知られていたが、アリエグロらがアルミニウムが鉄な
どを炭化珪素粉末に添加してホットプレスすることによ
り理論密度に近い焼結体を得、その強度は室温で５４，
０００ｐｓｉに達することを報告した。以来、種々の添
加剤が検討され、例えばプロチャツカらは平均粒径０．
１　μｒｎの炭化珪素粉末にホウ素を１重量％添加しホ
ラ１−プレスして焼結体を製造したが、焼結体の結晶粒
、の大きさは３μｍ以上になっており、最大の結晶粒の
大きさは５００μｍにも達し、該焼結体の曲げ強さは８
０，０００ｐｓｉであることを述べている。また、ラン
グは炭化珪素粉末の添加剤として酸化アルミニウムを使
用して、炭化珪素粉末の平均粒径が０．５　μｍ以下の
場合であっても、ホットプレスして製造した焼結体の結
晶粒の大きさは２μｍに成長し、平均粒径が２μｍの炭
化珪素粉末を用いた場合には焼結体の結晶粒の大きさが
３．４　μｍに成長すると述べている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は高密度で高強度の炭化珪素焼結体を与え
る組成物を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は炭化珪素の粉末に窒化アルミニウムや窒化ホウ
素の如き焼結助剤とホットプレスしたとき焼結体中の結
晶粒が成長するのを抑制するための抑制剤が加えられる
。結晶粒成長抑制剤は共有結合半径の大きい元素が使用
される。

炭化珪素焼結体を得る場合の焼結促進のため−の添加剤
の効果は次のように考えられる。すなわち、炭化珪素と
添加物の混合物が約２０００°Ｃに加熱されると添加剤
の原子は拡散して炭化珪素の結晶格子中に入り込むもの
と考えられ、この結果、炭化珪素体の結晶の結合が進み
、緻密な焼結体になるものとして説明される。このとき
、炭化珪素焼結体中の結晶粒が大きく成長すると、焼結
体の強度が低下する。

さて、本発明では上述した結晶粒の成長を抑制すること
によって焼結体の強度の低下を防止する。

すなわち、炭化珪素粉末中にあらかじめ共有結合半径の
大きい元素が添加されており、この元素の効果で結晶粒
の成長が抑制できる。結晶粒成長抑制剤の効果は次のよ
うに考えられる。すなわち、炭化珪素粉末とその焼結を
促進するための添加剤の混合物が約２０００℃の高温に
加熱され炭化珪素体の結晶の結合が進むとき、共有結合
半径の大きい元素が存在すると、この元素が成長しやす
い結晶面に付くことによって結晶の成長速度が小さくな
り、結晶粒の成長が抑制される。

前記炭化珪素の焼結助剤としてはアルミニウム、ホウ素
、ベリリウムの単体またはこれらの炭化物、窒化物、酸
化物が使用される。これらはそれぞれの元素の共有結合
半径の大きさにより、結晶粒の成長の大きさが異なるが
、共有結合半径の小さいものほど結晶粒の成長が大きい
。

一方結晶粒成長抑制剤は共有結合半径が太きいものが望
ましいことを述べたが、さらに焼結体中に低融点物質を
形成しないことも必要である。これらの条件を満すもの
としてイツトリウム、ジルコニウム、タンタルの単体、
あるいはこれらの炭化物、窒化物からなる。

〔発明の実施例〕

（実施例１） 平均粒径が０．３８　μｍのＳｉＣ粉末に対して。

焼結助剤として炭化ホウ素２ｗｔ％添加し、さらに結晶
粒成長抑制剤としてＺｒＣを０．１　〜１．０重量％添
加し、更に重合度５００のポリビニルアルコールの４％
溶液を炭化珪素粉末１００容量部に対して５容量部を与
え、らいかい機を使用して１５分間混合した。この混合
粉末を１０００ｋｇ　／　ｃＪの圧力を加えて成形し、
次いで黒鉛製ダイス中で１０−４トル以下の真空下でプ
レスして焼結体を得た。ホットプレスは２０００℃、圧
力２００ｋｇ／ｃイ、時間３０分の条件である。

以」二の方法で製造したＳｉＣ焼結体の平均結晶粒の大
きさ及び３点曲げ強さは第１表の通りである。ＺｒＣが
０．５　〜１０ｗｔ％のとき高強度焼結体が得られる。

第１表 強さ１００ｋｇ／ｍ２以上のものが得らＡしる。

（実施例２） 平均粒径が０．３８　μｍのＳｉＣ粉末に対して焼結助
剤とＬ”’ＣＢ、ＢＮ、Ａｎ、ＡＱ２０３、ＡｆｌＮ、
Ｂｅ、ＢｅＯをそれぞれ単体に換算して１ｗｔ％添加し
、さらに結晶粒成長抑制剤としてＺｒＣを８ｗｔ％添加
した。該粉末組成物は実施例１と同様にしてＳｉＣ焼結
体を製造した。

上記の方法で製造したＳｉＣ焼結体の平均結晶粒径の大
きさ及び曲げ強さは第２表の通であり、結晶粒成長抑制
剤であるＺｒＣを添加することにより、結晶粒は小さく
、曲げ強さが大きくなっている。

さらに、焼結助剤の添加量を０．５〜１０ｗｔ％の範囲
で変えて焼結体を得た。この場合、焼結体の曲げ強さは
８２〜１３２　ｋｇ／　ｍｎ＋２の範囲にあり、高強度
焼結体が得られることがわかった。

第２表 表に示すように、結晶粒の大きさが最大でも１．６μｍ
で、曲げ強さも１００ｋｇ／胴２以上のもの−が得られ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、微細な結晶粒で１強度の高い手続補正
書（方式） ％式％ 事件の表示 昭和５８年特許願第　１５３７６０　　号発　明　の　
名　称　炭化珪素粉末組成物補正をする者 事（’＋との関係　　特許出願人 名　ｌｆｌ、（ＳＲ１＋株式会（」　日　立　製　イ乍
　所代　　　理　　　人 居　　ｉ’ｌｉ（〒＋ｏｏ）東京都千代田区丸の内−丁
１］５番１号［代理侑を証明する書面」、「願書」及び
「明細書の全文」補正の内容 １、委任状を別紙の通シ提出する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭化珪素粉末および該粉末の焼結助剤を主成分とす
   る粉末組成物に、結晶粒成長抑制剤としてイツトリウム
   、ジルコニウム、タンタルおよびこれらの炭化物、窒化
   物の少なくとも１種を添加して成る炭化珪素粉末組成物
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、焼結助剤がホウ素
   、炭化ボウ素、窒化ホウ素、アルミニウム。 窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、ベリリウム、酸
   化ベリリウムから選ばれる少なくとも１種であることを
   特徴とする炭化珪素粉末組成物。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、結晶
   粒成長抑制剤の添加量が０．５〜１．０重景％である炭
   化珪素粉末組成物。 ４、特許請求の範囲第２項において、焼結助剤の添加量
   が０．５〜１０重景％である炭化珪素粉末組成物。