JPS5915112B2 - Method for manufacturing high-density silicon carbide sintered body - Google Patents

Method for manufacturing high-density silicon carbide sintered body

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JPS5915112B2
JPS5915112B2 JP53041330A JP4133078A JPS5915112B2 JP S5915112 B2 JPS5915112 B2 JP S5915112B2 JP 53041330 A JP53041330 A JP 53041330A JP 4133078 A JP4133078 A JP 4133078A JP S5915112 B2 JPS5915112 B2 JP S5915112B2
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Japan
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silicon carbide
hydrofluoric acid
manufacturing
anhydrous hydrofluoric
sintered body
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亮 榎本
博之 田中
和久 原
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高密度の炭化珪素焼結体を製造する方法に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a high-density silicon carbide sintered body.

炭化珪素は、きわめて優れた化学的および物理的な性質
を有しているので、特にガスタービン部品、高温熱交換
器のような苛酷な条件下で使用される高温構造物のよう
な用途に対して好適な材料である。
Silicon carbide has excellent chemical and physical properties that make it particularly suitable for applications such as gas turbine components and high-temperature structures used under harsh conditions such as high-temperature heat exchangers. It is a suitable material.

従来、高密度の炭化珪素焼結体を製造する場合には、加
圧焼結法あるいは反応焼結法が用いられていた。
Conventionally, when producing a high-density silicon carbide sintered body, a pressure sintering method or a reaction sintering method has been used.

前者の加圧焼結法には複雑な形状の焼結体を製造し難く
、生産性も挙よない欠点が、また後者の反応焼結法には
高強度の焼結体が得難く、かつ有害な遊離珪素を多量に
含有する欠点があり、前記の如き用途ζこおいての実用
性が乏しい。
The former pressure sintering method has the drawback that it is difficult to produce sintered bodies with complex shapes and has low productivity, while the latter reaction sintering method has the disadvantage that it is difficult to produce sintered bodies with high strength, and It has the disadvantage of containing a large amount of harmful free silicon, and has poor practicality in the above-mentioned applications.

炭化珪素は難焼結性の材料であるため、酸化物セラミッ
クの製造で一般的に使用されている常温で加圧成形し、
無加圧下で焼結することは、これまで困難であるとされ
ていた。
Silicon carbide is a material that is difficult to sinter, so it is molded under pressure at room temperature, which is commonly used in the production of oxide ceramics.
Until now, sintering without pressure has been considered difficult.

しかしながら、特開昭50−78609号「高密度炭化
珪素セラミックの製造方法」、次(こ特開昭52−67
16号「炭化けい素焼結体」ζこ、炭化珪素粉末を無加
圧焼結する方法が開示されている。
However, JP-A-50-78609 ``Method for manufacturing high-density silicon carbide ceramic'',
No. 16 "Silicon Carbide Sintered Body" ζ discloses a method of pressureless sintering of silicon carbide powder.

前記無加圧焼結法によれば、炭化珪素、ホウ素含有添加
剤および炭素質添加剤から成るサブミクロン(1ミクロ
ン以下)粒度の混合粉末を成形し、約1950〜230
0℃の温度範囲内において、不活性雰囲気中で焼結して
いる。
According to the pressureless sintering method, a mixed powder of submicron (1 micron or less) particle size consisting of silicon carbide, a boron-containing additive, and a carbonaceous additive is molded, and
It is sintered in an inert atmosphere within a temperature range of 0°C.

前記無加圧焼結法において、炭素を添加する理由は、炭
化珪素粒子の表面を室温でも常に被覆しており、炭化珪
素の自己焼結を妨害しているところのシリカ膜を焼結す
る際(こ、高温にて還元して除去することにあり、前記
シリカ膜を完全に除去するためlこは、炭素粒子を炭化
珪素粒子の表面に被覆するよう(こ分散させる必要があ
る。
The reason why carbon is added in the pressureless sintering method is that when sintering the silica film that always coats the surface of silicon carbide particles even at room temperature and obstructs the self-sintering of silicon carbide, carbon is added. (The silica film is removed by reduction at a high temperature. In order to completely remove the silica film, it is necessary to coat (disperse) the carbon particles on the surface of the silicon carbide particles.

しかしながら炭素粒子をできるだけ均一に分散させるた
め、炭素源として有機物質を加熱分解させて生成せしめ
た炭素微粒子を用いたとしても、炭素の添加量が全炭化
珪素ζこ対して0.1〜1.0重量%と極めて微量であ
り、かつ炭化珪素の粒子径がサブミクロンで膨大な表面
積を有するため、炭素微粒子は炭化珪素粒子の表面で部
分的に分散された状態となり、シリカ膜は局部的にしか
還元除去され得ない。
However, in order to disperse carbon particles as uniformly as possible, even if carbon fine particles produced by thermally decomposing an organic substance are used as a carbon source, the amount of carbon added is 0.1 to 1. Since the amount of silicon carbide is extremely small at 0% by weight, and the particle size of silicon carbide is submicron and has a huge surface area, the carbon particles are partially dispersed on the surface of the silicon carbide particles, and the silica film is locally dispersed. It can only be reduced and removed.

この結果、焼結の段階で炭化珪素が局部的に露出されて
いる(こすぎず、残留シリカ膜は炭化珪素の粒成長を妨
害して焼結性を低下させ、かつ焼結体内で介在相と成り
、焼結体の物性、例えば強度に有害な作用を及ぼす。
As a result, silicon carbide is locally exposed during the sintering stage (not too thick, the residual silica film impedes the grain growth of silicon carbide and reduces sinterability, and also forms an intervening phase within the sintered body). This has a detrimental effect on the physical properties of the sintered body, such as its strength.

すなわち、前記従来の無加圧焼結法では実質的に、非常
に困難を伴なう2050℃前後の高温焼成が必要であり
、また極めて入手し難く、かつ高価な約0.5ミクロン
以下の炭化珪素超微粉とが必要とされ、さらlこ焼結体
内にシリカからなる介在相が偏在し、かつ結晶の形状が
不均一であり、炭化珪素粒子が完全に自己焼結した焼結
体を得難い欠点がある。
That is, the conventional pressureless sintering method requires high-temperature sintering of around 2050°C, which is extremely difficult, and is extremely difficult to obtain and expensive. Ultra-fine silicon carbide powder is required, and an intervening phase made of silica is unevenly distributed in the sintered body, and the crystal shape is uneven, making it possible to create a sintered body in which silicon carbide particles are completely self-sintered. There are disadvantages that are difficult to obtain.

本発明者等は先に特許出願した「炭化珪素焼結体の製造
方法」(特願昭53−15883号)において、従来知
られた無加圧焼結法が有している前記諸欠点を除去、改
善した新規な炭化珪素の無加圧焼結法を提案した。
The present inventors have previously applied for a patent for ``Method for manufacturing a silicon carbide sintered body'' (Japanese Patent Application No. 15883-1983), which addresses the above-mentioned drawbacks of the previously known pressureless sintering method. We proposed a new pressureless sintering method for silicon carbide that has been removed and improved.

本発明は、前記シリカ膜を完全に除去するためζこ今ま
でに用いられたことのない物質を選択使用することによ
り、従来の無加圧焼結法をさらに改善した炭化珪素の無
加圧焼結法を提供することを目的とし、平均粒径が3ミ
クロン以下の炭化珪素100重量部、および固形状の一
時的結合剤0.5〜1O10重量部を含有する成形体を
造る第1工程と、前記成形体を1750〜2100℃の
温度範囲内で焼成し少なくとも2.4Y/ccの密度と
なす第2工程とからなり、前記成形体内の炭化珪素は焼
成する前に非酸化性雰囲気中で無水フッ化水素酸と接触
せしめられており、それ以降焼成までの雰囲気を非酸化
性とする高密度炭化珪素焼結体の製造方法(こ関するも
のである。
The present invention further improves the conventional pressureless sintering method by selectively using a substance that has never been used before in order to completely remove the silica film. A first step of producing a molded body containing 100 parts by weight of silicon carbide with an average particle size of 3 microns or less and 10 parts by weight of a solid temporary binder for the purpose of providing a sintering method. and a second step of firing the molded body within a temperature range of 1750 to 2100°C to obtain a density of at least 2.4 Y/cc, and the silicon carbide in the molded body is heated in a non-oxidizing atmosphere before firing. A method for manufacturing a high-density silicon carbide sintered body, which is brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid in a non-oxidizing atmosphere from then on until firing.

次に、本発明の詳細な説明する。Next, the present invention will be explained in detail.

本発明lこよれば、出発材料である炭化珪素は、高い密
度で、かつ規則的な微構造を有する焼結体を得るため(
こ、その平均粒径を3ミクロン以下とすることが必要で
あり、なかでも平均粒径が1.5ミクロン以下の粉末を
使用することは、特に高密度、高強度の焼結体を得る上
で、より好適である。
According to the present invention, in order to obtain a sintered body having a high density and a regular microstructure, silicon carbide as a starting material (
It is necessary to keep the average particle size to 3 microns or less, and in particular, using powder with an average particle size of 1.5 microns or less is especially important in obtaining a high-density, high-strength sintered body. This is more suitable.

炭化珪素は結晶構造によって六方晶系に属するα型と立
方晶系ζこ属するβ型とがあるが、それらの何れか、あ
るいはそれらの混合物をも使用することができる。
Depending on the crystal structure, silicon carbide has an α type belonging to a hexagonal system and a β type belonging to a cubic system, and either one of these types or a mixture thereof can be used.

前記炭化珪素は、金属シリコンと炭素粉末の混合物を加
熱する方法、シリカ粉末と炭素粉末とから成る混合物を
加熱反応させる方法、あるいはハロゲン化珪素と炭化水
素のような混合ガスを気相反応させる方法などの各種の
方法により製造することができる。
The silicon carbide can be produced by heating a mixture of metal silicon and carbon powder, by heating a mixture of silica powder and carbon powder, or by reacting a mixed gas such as silicon halide and a hydrocarbon in a gas phase. It can be manufactured by various methods such as.

アチェソン法で得られる粒状のd型炭化珪素を微粉砕し
て分級する方法、および先に本発明者等が特開昭52−
14269号ζこ開示したβ型炭化珪素粉末を連続的に
合成する方法は、前記炭化珪素を比較的安価に製造する
ことができるので有利である。
A method of finely pulverizing and classifying granular d-type silicon carbide obtained by the Acheson method, and a method previously described by the present inventors in JP-A-52-
The method of continuously synthesizing β-type silicon carbide powder disclosed in No. 14269 ζ is advantageous because the silicon carbide can be produced at a relatively low cost.

本発明によれば、焼成する前に前記炭化珪素を非酸化性
雰囲気中で無水フッ化水素酸(フッ化水素とも呼ばれる
)と接触させることが必須である。
According to the invention, it is essential to contact the silicon carbide with anhydrous hydrofluoric acid (also called hydrogen fluoride) in a non-oxidizing atmosphere before firing.

炭化珪素に無水フッ化水素酸を接触させる理由は、炭化
珪素粒子の表面を被っているシリカ膜を気化除去させ、
炭化珪素自体を露出させて、焼結性を高めることにある
The reason why anhydrous hydrofluoric acid is brought into contact with silicon carbide is to vaporize and remove the silica film covering the surface of silicon carbide particles.
The purpose is to expose silicon carbide itself to improve sinterability.

前記無水フッ化水素酸を接触させることにより、シリカ
膜は次の反応式(1)に従って除去される。
By contacting with the anhydrous hydrofluoric acid, the silica film is removed according to the following reaction formula (1).

S i02+4HF−+5tF4+2H20・・・・・
・・・・・・・・・・(1)前記シリカ膜が除去された
炭化珪素粒子は、極めて酸化され易く、例えば大気中の
酸素あるいは水中に溶解している酸素と次の反応式(2
)に従って常7nlこおいても反応し、再度シリカ膜に
被われ易(10 2S i C+302→2SiO2+2CO・・・・・
・・・・・・・・・・(2)しかしながら、本発明によ
れば前記シリカ膜を除去した炭化珪素は、それ以降焼成
終了までを非酸化性雰囲気中で取扱われるため、再びシ
リカ膜で被覆されることはなく、この結果第1図に示す
如く炭化珪素粒子が強固に自己焼結した高密度の焼結体
を安定して得ることができる。
S i02+4HF-+5tF4+2H20...
(1) The silicon carbide particles from which the silica film has been removed are extremely easily oxidized and, for example, react with oxygen in the atmosphere or oxygen dissolved in water as shown in the following reaction formula (2).
), it reacts even if it is always left in 7nl, and is easily covered with silica film again (10 2S i C + 302 → 2SiO2 + 2CO...
(2) However, according to the present invention, the silicon carbide from which the silica film has been removed is handled in a non-oxidizing atmosphere from then until the completion of firing, so the silicon carbide is treated with the silica film again. As a result, as shown in FIG. 1, a high-density sintered body in which silicon carbide particles are strongly self-sintered can be stably obtained.

したがって、本発明の無水フッ化水素酸を用いてシリカ
膜を除去することは、精製を目的として炭化珪素粉末中
に含まれている粒状の遊離シリカをフッ化水素酸を用い
て除去する方法とは全く目的を累にするものである。
Therefore, removing the silica film using anhydrous hydrofluoric acid of the present invention is a method for removing granular free silica contained in silicon carbide powder for the purpose of purification using hydrofluoric acid. is entirely purposeful.

本発明者等の実験によれば、炭化珪素を主体に炭化ホウ
素と炭素を含有し、かつ本発明の無水フッ化水素酸Qこ
よる処理を行なわなかった焼結体の微構造は第2図に示
す如く、本発明の焼結体に比較して結晶の形状が不規則
で粒径も不均一であった。
According to experiments conducted by the present inventors, the microstructure of a sintered body containing silicon carbide as a main component and boron carbide and carbon, and which was not treated with anhydrous hydrofluoric acid Q according to the present invention, is shown in Figure 2. As shown in the figure, the crystal shape was irregular and the grain size was non-uniform compared to the sintered body of the present invention.

さらに前記従来の無加圧焼結法によれば、本発明(こ比
べて150℃程度高い焼成湯度が必要とされた。
Furthermore, according to the conventional pressureless sintering method of the present invention, a sintering temperature approximately 150° C. higher than that of the present invention was required.

これらのことは、炭化珪素粒子間の自己焼結を妨害し、
かつ焼結体の機械的強度のような特性を低下させるとこ
ろのシリカ膜が局部的にしか除去されていないことによ
るものであることを本発明者等は知見した。
These things interfere with self-sintering between silicon carbide particles,
The present inventors also found that this is due to the fact that the silica film, which reduces properties such as the mechanical strength of the sintered body, is removed only locally.

本発明の無水フッ化水素酸を用いてシリカ膜を除去する
他の利点を述べると無水フッ化水素酸は、液状で過剰に
使用しても沸点が約19℃であるため、容易に気化せし
めて取除くことができるので、焼結体の物性に有害な作
用を及ぼさない。
Another advantage of using the anhydrous hydrofluoric acid of the present invention to remove the silica film is that even if anhydrous hydrofluoric acid is used in excess, it is liquid and has a boiling point of about 19°C, so it is easily vaporized. Since it can be removed by hand, it does not have any harmful effect on the physical properties of the sintered body.

また従来方法によれば出発原料である炭化珪素粉末の酸
素含有量の管理を厳密に行なわなければならないとされ
ているが、本発明によれば無水フッ化水素酸で後処理を
行なうので、かかる厳密な管理は必要でないことにある
Furthermore, according to the conventional method, it is necessary to strictly control the oxygen content of the silicon carbide powder that is the starting material, but according to the present invention, since the post-treatment is performed with anhydrous hydrofluoric acid, such Strict control is not necessary.

本発明において、無水フッ化水素酸に限定するのは、前
記本発明者等が先に提案した特願昭53−15883号
に記載の方法(こしたがってフッ化水素酸を用いてもシ
リカ膜を除去することができるが、無水フッ化水素酸の
方がより安定して均一にシリカ膜を除去できるからであ
る。
In the present invention, the use of anhydrous hydrofluoric acid is limited to the method described in Japanese Patent Application No. 15883/1983 previously proposed by the present inventors (therefore, even if hydrofluoric acid is used, a silica film cannot be formed). However, anhydrous hydrofluoric acid can remove the silica film more stably and uniformly.

なぜならば、非酸化性雰囲気中でフッ化水素酸を用いた
処理ではシリカ膜の除去された炭化珪素が、フッ化水素
酸に含まれている水により、次の反応式(3)に従って
酸化されて、局部的にシリカ膜が再生する可能性を有し
ているからである。
This is because in treatment using hydrofluoric acid in a non-oxidizing atmosphere, silicon carbide from which the silica film has been removed is oxidized by the water contained in the hydrofluoric acid according to the following reaction formula (3). This is because there is a possibility that the silica film will be locally regenerated.

S s C+ 3 HzO−+S t 02+CO+
3 H2・・・・・・・・・(3)他方、本発明の無水
フッ化水素酸を用いた場合、前記反応式(1)/Iこ従
って生成した微量の水によって炭化珪素が酸化されたと
しても、その酸化量に応じて炭化珪素およびフッ化水素
が消費されることにより、平衡論的には次の反応式(4
)ζこ従ってシリカ膜を完全に除去できるから、より安
定して均質な焼結体を得ることができる効果がある。
S s C+ 3 HzO-+S t 02+CO+
3 H2... (3) On the other hand, when using the anhydrous hydrofluoric acid of the present invention, silicon carbide is oxidized by the trace amount of water produced according to the reaction formula (1)/I. Even if silicon carbide and hydrogen fluoride are consumed according to the amount of oxidation, the following reaction equation (4
)ζ Therefore, since the silica film can be completely removed, a more stable and homogeneous sintered body can be obtained.

SiO□+2S iC+12HF+3S iF4 +Z
CO十6H1・・(4)したがって、本発明で使用する
無水フッ化水素酸は、ガス状、液状の何れか少なくとも
1種の状態からなり、できるだけ水を含有していないも
のが良く、その水分含有率が2,0重量%以下であるこ
とが好ましい。
SiO□+2S iC+12HF+3S iF4 +Z
CO16H1... (4) Therefore, the anhydrous hydrofluoric acid used in the present invention is preferably in at least one of gaseous and liquid states, and preferably contains as little water as possible. It is preferable that the content is 2.0% by weight or less.

本発明において、高密度の焼結体を得るためζこ、成形
体は前記炭化珪素の他(こ固形状の一時的結合剤を含有
していることが必要である。
In the present invention, in order to obtain a high-density sintered body, the molded body must contain a solid temporary binder in addition to the silicon carbide.

本発明において使用する一時的結合剤は例えば糖蜜のよ
うなものを使用し、この一時的結合剤は焼結初期に炭化
珪素の粒子間に介在して接着作用を一時的に発揮する機
能を有するものであり、最終的に得られる焼結体は自己
焼結により強固に焼結している。
The temporary binder used in the present invention is, for example, molasses, and this temporary binder has the function of intervening between silicon carbide particles at the initial stage of sintering and temporarily exerting an adhesive action. The final sintered body is strongly sintered by self-sintering.

成形体中に一時的結合剤を含有していなかった焼結体は
、第3図に示される如く顕著な粒成長が見うけられるが
、全体の焼成収縮はほとんど起らず、多孔質体となり高
密度の焼結体を得ることが難しい。
The sintered body that did not contain a temporary binder showed significant grain growth as shown in Figure 3, but almost no overall firing shrinkage occurred and it became a porous body. It is difficult to obtain a high-density sintered body.

他方、一時的結合剤を含有した成形体は、同一条件下で
第1図に示される如く粒成長に伴ない全体的に焼成収縮
し、高密度の焼結体となる。
On the other hand, under the same conditions, the compact containing the temporary binder undergoes firing shrinkage as a whole due to grain growth, as shown in FIG. 1, and becomes a high-density sintered compact.

なお炭素を還元剤に用いる従来の無加圧焼結法において
は、一般に一時的結合剤を使用することが必要とされず
、一時的結合剤なしでも全体的に焼成収縮して高密度の
焼結体が得られる。
In the conventional pressureless sintering method that uses carbon as a reducing agent, it is generally not necessary to use a temporary binder, and even without a temporary binder, the entire sintering shrinks and a high-density sintered product is obtained. Solids are obtained.

その理由は恐らく炭化珪素粒子間にネックが形成される
焼結初期の段階においては、炭化珪素粒子の表面を被覆
しているシリカ膜は前記炭素によって還元作用を受けて
いないので残留しており、この残留シリカ膜が炭化珪素
の表面で粘稠な結合剤として作用することに起因するか
らであろうと思われる。
The reason for this is probably that in the initial stage of sintering when necks are formed between silicon carbide particles, the silica film covering the surface of the silicon carbide particles remains because it is not subjected to the reducing action of the carbon. This is probably due to the fact that this residual silica film acts as a viscous binder on the surface of silicon carbide.

以上に述べたことから一時的結合剤はシリカ膜の代りに
炭化珪素粒子間の各接点でネックが形成されるように作
用し、一時的結合剤がないと接点でネックが形成されな
い箇所を生じ部分的に粒成長するため、全体の焼成収縮
がほとんど起らないものと考えられる。
From the above, the temporary binder acts to form a neck at each contact point between silicon carbide particles instead of the silica film, and without the temporary binder, there are places where no neck is formed at the contact point. It is thought that because the grains grow locally, there is almost no overall firing shrinkage.

したがって、本発明の成形体は、固形状の一時的結合剤
を065〜10.0重量部含有する必要があり、0.5
重量部より少ないと前記結合剤としての作用が十分に発
揮されず高密度の焼結体を得ることが難かしく、他方1
0.0重量部より多いと焼結作用を阻害し、かつ焼結体
内の介在相と成り焼結体の物性を低下させるので、0.
5〜10.0重量部の範囲内とする必要がある。
Therefore, the molded article of the present invention must contain 0.65 to 10.0 parts by weight of a solid temporary binder, and 0.5 to 10.0 parts by weight of a solid temporary binder.
If the amount is less than 1 part by weight, the function as the binder will not be sufficiently exhibited and it will be difficult to obtain a high-density sintered body.
If it is more than 0.0 parts by weight, it inhibits the sintering action and forms an intervening phase within the sintered body, reducing the physical properties of the sintered body.
It needs to be within the range of 5 to 10.0 parts by weight.

一時的結合剤の種類として、ケイ酸ソーダ、コロイダル
シリカ、アルミナゾルあるいはリン酸アルミニウムのよ
うな無機質一時的結合剤を使用することも可能であるが
、無機質一時的結合剤は、無水フッ化水素酸に侵され易
く、使用方法が難しいため、無水フッ化水素酸に侵され
難い有機質一時的結合剤が好ましい。
Inorganic temporary binders such as sodium silicate, colloidal silica, alumina sol or aluminum phosphate can also be used as temporary binders; An organic temporary binder that is not easily attacked by anhydrous hydrofluoric acid is preferred because it is difficult to use.

有機質一時的結合剤として、例えばポリビニールアルコ
ール、コンスターチ、糖蜜、コールタールピッチ、フェ
ノール樹脂、リグニンスルホン酸塩、ステアリン酸塩、
あるいはアルギン酸塩のような各種有機質一時的結合剤
を巾広く使用することができる。
Organic temporary binders such as polyvinyl alcohol, cornstarch, molasses, coal tar pitch, phenolic resins, lignin sulfonates, stearates,
Alternatively, a wide variety of organic temporary binders such as alginates can be used.

前記一時的結合剤の添加方法は、浴液状で炭化珪素に添
加して混合するか、粉末状で炭化珪素に添加した後、水
あるいは有機宕媒を加えて混練することもできる。
The temporary binder may be added to silicon carbide in the form of a bath liquid and mixed, or may be added to silicon carbide in the form of a powder and then kneaded by adding water or an organic solvent.

炭化珪素に一時的結合剤を添加する箇所としては、無水
フッ化水素酸と接触させる前に炭化珪素に添加するか、
あるいは無水フッ化水素酸と接触させた後に炭化珪素に
添加することもできる。
The temporary binder can be added to silicon carbide before it is brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid;
Alternatively, it can be added to silicon carbide after contacting it with anhydrous hydrofluoric acid.

後者の無水フッ化水素酸と接触せしめた炭化珪素に一時
的結合剤を添加する場合には、有機宕媒可啓性の有機質
一時的結合剤を選択するか、あるいは微粉末状の無機質
一時的結合剤を使用することもできる。
If a temporary binder is added to the silicon carbide that has been brought into contact with the latter, an organic temporary binder releasable to an organic solvent is selected, or an inorganic temporary binder in the form of a fine powder is selected. Binders may also be used.

いずれにしても、浴液状の一時的結合剤は、焼成される
前には乾燥されて固形状の一時的結合剤となる。
In any case, the bath liquid temporary binder is dried to form a solid temporary binder before being fired.

本発明の成形体は、少なくとも炭化珪素および一時的結
合剤を含有することが必要であるが、この他に炭化ホウ
素のような焼結助剤を添加することもできる。
The molded article of the present invention must contain at least silicon carbide and a temporary binder, but a sintering aid such as boron carbide may also be added.

焼結助剤の作用は、高温で焼結する際に炭化珪素粒子内
に拡散して空孔を増加させることにより焼結の駆動力を
大きくすることζこある。
The action of the sintering aid is to increase the driving force for sintering by diffusing into silicon carbide particles and increasing the number of pores during sintering at high temperatures.

実際の結果、本発明により炭化ホウ素を含有した成形体
は、含有しなかった成形体に比べ、低い温度で焼結でき
ることがわかった。
As a result, it has been found that a molded article containing boron carbide according to the present invention can be sintered at a lower temperature than a molded article that does not contain boron carbide.

前記焼結助剤として、例えばホウ素、アルミニウム、炭
化アルミニウム、あるいは炭化ホウ素を使用することが
できるが、ホウ素はその他の焼結助剤に比較して焼結体
の耐酸化性をあまり低下させないので、ホウ素含有物が
好ましい。
As the sintering aid, for example, boron, aluminum, aluminum carbide, or boron carbide can be used, but boron does not reduce the oxidation resistance of the sintered body much compared to other sintering aids. , boron-containing materials are preferred.

ホウ素含有物を添加する場合、3.0重量部より多いホ
ウ素に相当するホウ素含有物を配合すると、焼結体内に
残留したホウ素が焼結体表面のシリカ層の融点を低下さ
せて耐酸化性を劣化させるので、3.0重量部以下で配
合することが好ましく、平均粒径が1ミクロン以下のホ
ウ素、炭化ホウ素あるいはそれらの混合物から選択され
ることが最も好適である。
When adding a boron-containing substance, if a boron-containing substance equivalent to more than 3.0 parts by weight is added, the boron remaining in the sintered body will lower the melting point of the silica layer on the surface of the sintered body, resulting in poor oxidation resistance. Therefore, it is preferable to include 3.0 parts by weight or less, and most preferably selected from boron, boron carbide, or a mixture thereof, each having an average particle size of 1 micron or less.

なお炭化珪素には多くの場合、少量のアルミニウム化合
物その他の不可避的不純物、あるいは焼結性を高めるた
めに意図的に添加したアルミニウム、ホウ素などの不純
物が固溶しており、これらの不純物は焼結助剤としての
作用をなすが、本発明ζこよってもかかる焼結助剤の存
在を妨げない。
In many cases, silicon carbide contains a small amount of aluminum compounds and other unavoidable impurities, or impurities such as aluminum and boron intentionally added to improve sinterability, and these impurities are Although it functions as a sintering aid, the present invention does not preclude the presence of such a sintering aid.

本発明を実施する(こあたり、無水フッ化水素酸と接触
せしめた炭化珪素および一時的結合剤を含有する成形体
は、炭化珪素に無水フッ化水素酸を接触せしめた後、一
時的結合剤を添加して均一に混合し、次いで混合物を成
形する方法、炭化珪素と一時的結合剤を均一に混合し、
混合物に無水フッ化水素酸を接触せしめた後、成形体に
成形する方法、あるいは炭化珪素と一時的結合剤を均一
に混合し、混合物を成形した後、成形体に無水フッ化水
素酸を接触せしめる方法、さらに予備焼成した成形体に
無水フッ化水素酸を接触せしめる方法のうち何れかの方
法によることができる。
To carry out the present invention, a molded article containing silicon carbide and a temporary binder that has been brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid is produced by contacting silicon carbide with anhydrous hydrofluoric acid, A method of uniformly mixing silicon carbide and a temporary binder and then forming the mixture, uniformly mixing silicon carbide and a temporary binder,
A method in which the mixture is brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid and then molded into a molded body, or a method in which silicon carbide and a temporary binder are uniformly mixed, the mixture is molded, and then the molded body is contacted with anhydrous hydrofluoric acid. It is possible to use any one of the following methods: a method in which the pre-fired molded body is brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid.

前記成形体に無水フッ化水素酸を接触させる方法として
、例えば成形体を装入した容器内を無水フッ化水素酸ガ
ス、あるいは無水フッ化水素酸ガスと非酸化性ガスの混
合ガス雰囲気とする方法は操作が簡便であって、かつ均
一に前記シリカ膜が除去できるので好ましいことではあ
るが、成形体に液状の無水フッ化水素酸を含浸して炭化
珪素粉末に無水フッ化水素酸を接触させることも可能で
ある。
As a method of bringing anhydrous hydrofluoric acid into contact with the molded body, for example, the inside of the container in which the molded body is charged is made to have an atmosphere of anhydrous hydrofluoric acid gas or a mixed gas of anhydrous hydrofluoric acid gas and a non-oxidizing gas. This method is preferable because it is easy to operate and the silica film can be removed uniformly, but it is preferable to impregnate the molded body with liquid hydrofluoric acid anhydride and bring the silicon carbide powder into contact with the anhydrous hydrofluoric acid. It is also possible to do so.

また粉末状で無水フッ化水素酸を接触させる方法は、成
形体と同様にガス状の無水フッ化水素酸で処理するか、
あるいは粉末を液状の無水フッ化水素酸に浸漬して無水
フッ化水素酸と接触させることもできる。
In addition, the method of contacting the powdered product with anhydrous hydrofluoric acid is to treat it with gaseous anhydrous hydrofluoric acid in the same way as the molded product, or
Alternatively, the powder can be brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid by immersing it in liquid hydrofluoric anhydride.

これらの無水フッ化水素酸を接触させる処理は、通常室
温に近い温度か、あるいは液状の無水フッ化水素酸を用
いる場合には沸点である約19℃以下の温度で行なうが
、約700℃以下の高温ζこおいて行なうこともできる
The contact treatment with anhydrous hydrofluoric acid is usually carried out at a temperature close to room temperature, or when using liquid hydrofluoric acid anhydride, at a temperature below the boiling point of about 19°C, but below about 700°C. It can also be carried out at a high temperature ζ.

なお、無水フッ化水素酸ガスを接触させる方法において
、成形体あるいは粉末内に含まれる空気を除去し、かつ
無水フッ化水素酸を内部に拡散させるため、容器内を減
圧(こしてから無水フッ化水素酸ガスを装入するなり、
無水フッ化水素酸気流を流すのが好適である。
In addition, in the method of contacting anhydrous hydrofluoric acid gas, in order to remove the air contained in the compact or powder and diffuse the anhydrous hydrofluoric acid inside, the inside of the container is depressurized (and then the anhydrous fluoride gas is applied). As soon as the hydrochloric acid gas is charged,
A stream of anhydrous hydrofluoric acid is preferred.

前記無水フッ化水素酸を接触させる前に、成形体あるい
は粉末をできるだけ十分に乾燥させておくことが好まし
い。
It is preferable to dry the compact or powder as thoroughly as possible before contacting it with the anhydrous hydrofluoric acid.

成形体の場合、炭化珪素と一時的結合剤を含有する湿潤
混合物を乾燥した後に均一に分散させてから成形しても
よいし、あるいは前記湿潤混合物を成形してから乾燥す
ることもできる。
In the case of molded bodies, the wet mixture containing silicon carbide and the temporary binder may be dried and then uniformly dispersed and then molded, or the wet mixture may be molded and then dried.

前者の乾燥方法において、一時的結合剤は粉末状で分散
した状態となるが、焼成の際の昇温過程で軟化溶融して
前記一時的結合剤としての作用を発揮する。
In the former drying method, the temporary binder is in a powdered and dispersed state, but it softens and melts during the heating process during firing, and functions as the temporary binder.

本発明者等が先に提案したフッ化水素酸を用いる方法(
特願昭53−15883号)によれば、前に述べたよう
に局部的にシリカ膜が再生する可能性を有し、かつ非酸
化性雰囲気中で乾燥する必要があるのに対して、本発明
の無水フッ化水素酸を使用する方法(こよれば、前記シ
リカ膜が安定して除去できるだけでなく、湿潤混合物お
よび成形体を大気中で乾燥を行なうことができるし、特
に成形してから無水フッ化水素酸を接触させる方法によ
ればさらに工程が簡素化される利点がある。
A method using hydrofluoric acid previously proposed by the present inventors (
According to Japanese Patent Application No. 53-15883), as mentioned above, there is a possibility that the silica film can be locally regenerated, and it is necessary to dry it in a non-oxidizing atmosphere. The method of using anhydrous hydrofluoric acid of the invention (according to which the silica film can not only be stably removed, but also the wet mixture and the molded body can be dried in the atmosphere, and especially after molding) The method of contacting with anhydrous hydrofluoric acid has the advantage of further simplifying the process.

前記炭化珪素と一時的結合剤を有する混合物を成形体に
成形する方法として、従来知られた各種の成形方法を使
用することができ、例えば型押し成形、押し出し成形、
流し込み成形あるいは静水圧成形を用いて、任意の形状
に成形することができる。
Various conventionally known molding methods can be used to mold the mixture containing silicon carbide and a temporary binder into a molded body, such as embossing molding, extrusion molding,
It can be molded into any shape using cast molding or isostatic pressing.

型押し成形を用いる場合、通常250〜2000 Kt
i/cni前後の圧力が使用され、成形体の密度は約1
.6〜1.9V/ccとなる。
When using embossing molding, usually 250 to 2000 Kt
Pressures around i/cni are used, and the density of the compact is approximately 1
.. It becomes 6-1.9V/cc.

高密度の焼結体を得るに際して、できるだけ成形体の密
度を高くすることが好ましく、このため成形前の混合物
にステアリン酸塩のような小量の潤滑剤を添加すること
ができる。
In order to obtain a sintered body of high density, it is preferable to make the density of the compact as high as possible, and for this purpose small amounts of lubricants such as stearates can be added to the mixture before shaping.

静水圧成形は前記混合物を例えばゴム製の容器(こ装入
し、容器内を減圧(こして行なうのが良く、この成形法
は複雑な形状であって、等方的で、かつ高密度の成形体
を得る上で有利である。
Isostatic pressing is preferably carried out by placing the mixture in a container made of rubber, for example, and reducing the pressure inside the container. This is advantageous in obtaining a molded body.

本発明ζこおいて、無水フッ化水素酸を用いてシリカ膜
を除去した炭化珪素の再酸化を防止するため、前記無水
フッ化水素酸を接触させる工程から焼成までの雰囲気を
非酸化性とすることが必要とされる。
In the present invention ζ, in order to prevent re-oxidation of silicon carbide from which the silica film has been removed using anhydrous hydrofluoric acid, the atmosphere from the step of contacting with anhydrous hydrofluoric acid to the firing is made non-oxidizing. It is necessary to do so.

非酸化性雰囲気として、アルゴン、ヘリウム、ネオン、
窒素、水素、一酸化炭素、無水フッ化水素酸の中から選
ばれる何れか少なくとも1種よりなるガス雰囲気、ある
いは真空を用いることができる。
Non-oxidizing atmospheres include argon, helium, neon,
A gas atmosphere consisting of at least one selected from nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and anhydrous hydrofluoric acid, or a vacuum can be used.

なお二酸化炭素は分解して炭化珪素を酸化させる原因と
なり得るから、二酸化炭素からなるガス雰囲気を用いる
ことはできるだけ避けた方がよい。
Note that since carbon dioxide can decompose and cause oxidation of silicon carbide, it is better to avoid using a gas atmosphere consisting of carbon dioxide as much as possible.

本発明を実施するに当り、無水フッ化水素酸と接触せし
めた炭化珪素を含有する成形体を大気中にさらさないよ
うにして、グローブボックスのような非酸化性雰囲気の
室内から焼成炉内に装入し移動させる必要が生じる場合
がある。
In carrying out the present invention, the molded product containing silicon carbide that has been brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid is not exposed to the atmosphere, and is transported from a room with a non-oxidizing atmosphere such as a glove box into a firing furnace. It may be necessary to load and move it.

この方法としては、成形体を非酸化性雰囲気中でコンテ
ナーに入れて密閉することによって実施できる。
This method can be carried out by placing the molded body in a container in a non-oxidizing atmosphere and sealing it.

コンテナーとして、例えばゴム袋、ビニール袋、あるい
はプラスチック容器のような成形体と一緒に焼成可能な
袋や容器、あるいは例えば黒鉛製の約2000℃の温度
に耐えるセラミック製の容器を使用することができる。
As containers, it is possible to use, for example, bags or containers which can be fired together with the moldings, such as rubber bags, plastic bags or plastic containers, or ceramic containers, which can withstand temperatures of about 2000° C., for example made of graphite. .

本発明によれば、前記成形体を非酸化性雰囲気において
1750〜2100℃の温度範囲内で焼成し少なくとも
2.4?/ccの密度とする必要がある。
According to the present invention, the molded body is fired in a non-oxidizing atmosphere within a temperature range of 1750 to 2100°C and at least 2.4°C. It is necessary to have a density of /cc.

焼成温度が1750℃より低いと、粒成長が十分に起こ
らないので2.4?/cc以上の密度の焼結体を得るこ
とが難しく、他方2100℃より高いと、高密度ではあ
るが焼結体の物性例えば機械的強度を低下させる原因と
なる結晶粒子の粗大化が起るので、焼成温度は1750
〜2100℃の温度範囲内とする必要があり、特に高密
度であり、かつ均一で微細な微構造を有する焼結体を得
るうえでは1750〜2000℃の温度範囲内で焼成す
ることがより好ましい。
If the firing temperature is lower than 1750°C, sufficient grain growth will not occur, so 2.4? It is difficult to obtain a sintered body with a density of /cc or higher, and on the other hand, if the temperature is higher than 2100°C, coarsening of crystal grains occurs, which causes a decrease in the physical properties of the sintered body, such as mechanical strength, although the density is high. Therefore, the firing temperature is 1750
It is necessary to perform the firing within the temperature range of ~2100°C, and it is more preferable to perform the firing within the temperature range of 1750°C to 2000°C in order to obtain a sintered body that is particularly dense and has a uniform and fine microstructure. .

本発明者等の実験によれば、本発明の成形体は従来の炭
素を固体還元剤として用いた成形体に比較して、150
℃程度低い焼成温度でほぼ同一の密度に到達することが
わかった。
According to experiments conducted by the present inventors, the molded product of the present invention has a 150% lower
It was found that almost the same density could be achieved at a firing temperature as low as 10°C.

本発明の成形体が比較的低温で焼成できる利点を述べる
と、従来方法によれば出発原料としてβ型炭化珪素粉末
を用いた場合、焼結の際にβ型からα型への転移が進む
ため、機械的な特性上極めて好ましくない粗大で細長い
板状結晶を含んだ結晶組織となり易いのに対して、本発
明によればβ型炭化珪素を用いてもほとんどα型Qこ転
移させずに、均一で微細な結晶からなる高密度の焼結体
を得ることができることにある。
To describe the advantage that the compact of the present invention can be fired at a relatively low temperature, according to the conventional method, when β-type silicon carbide powder is used as a starting material, the transition from β-type to α-type progresses during sintering. Therefore, the crystal structure tends to include coarse and elongated plate-like crystals, which is extremely unfavorable in terms of mechanical properties.However, according to the present invention, even when β-type silicon carbide is used, α-type Q transition is hardly caused. The reason is that a high-density sintered body consisting of uniform and fine crystals can be obtained.

前記1750〜2100℃の温度範囲内における焼成時
間は、主として所望する微構造と密度によって決り、一
般的には低温度で長時間かけて焼成した方が均一で微細
な微構造を有する焼結体と成り易いから、前記1750
〜2100℃の温度範囲内で少なくとも10分間焼成す
ることが最も好適である。
The firing time within the temperature range of 1,750 to 2,100°C is determined mainly by the desired microstructure and density; generally, firing at a low temperature for a long time produces a sintered body with a uniform and fine microstructure. Because it is easy to become, the above 1750
Most preferred is firing within a temperature range of -2100<0>C for at least 10 minutes.

さらに昇温過程において、1700℃前後の温度域を時
間を掛けて昇温するか、あるいは保持することは炭化珪
素粒子間でネックが十分(こ形成されるので、高密度の
焼結体を得るうえで有利である。
Furthermore, in the temperature raising process, increasing or maintaining the temperature in the temperature range of around 1700°C over a long period of time will result in the formation of sufficient necks between silicon carbide particles, resulting in a high-density sintered body. It is advantageous.

前記成形体を焼成する焼成炉としては、従来公知の焼成
温度と雰囲気を制御可能な各種の高温焼成炉を使用し、
例えば黒鉛製の炉心管と発熱体を具備したタンマン炉の
ような焼成炉を使用することができる。
As the firing furnace for firing the molded body, various conventionally known high-temperature firing furnaces capable of controlling the firing temperature and atmosphere are used,
For example, a firing furnace such as a Tammann furnace equipped with a graphite core tube and a heating element can be used.

本発明によれば、複雑な形状をした焼結体、あるいはで
きるだけ正確な寸法の焼結体を得るために、非酸化性雰
囲気において、前記成形体を先ず予備焼成し、次に所望
の形状に加工した後に本焼成することができる。
According to the present invention, in order to obtain a sintered body having a complicated shape or dimensions as accurate as possible, the compact is first prefired in a non-oxidizing atmosphere, and then shaped into the desired shape. After processing, it can be fired.

予備焼成する目的は、本焼成における寸法変化を少なく
して寸法精度を高くすることと、機械加工に適した強度
を有する成形体を得ることにあり、1550〜1800
℃の温度範囲内で実施することが好ましい。
The purpose of pre-firing is to reduce dimensional changes during main firing to increase dimensional accuracy and to obtain a molded body with strength suitable for machining.
Preferably it is carried out within the temperature range of .degree.

前記予備焼成の温度が1550℃より低いと、焼成収縮
率が小さいし、機械加工に適した強度を得ることができ
ず、他方1800℃より高いと、焼結が速かに進行し焼
結体が確くなり、機械加工が難しくなるからである。
If the pre-firing temperature is lower than 1550°C, the firing shrinkage rate will be small and strength suitable for machining cannot be obtained, while if it is higher than 1800°C, sintering will progress rapidly and the sintered body will be damaged. This is because machining becomes difficult.

さらに本発明において、非酸化性雰囲気で予備焼成した
成形体を、大気中で機械加工することもできる。
Furthermore, in the present invention, the molded body pre-fired in a non-oxidizing atmosphere can also be machined in the atmosphere.

この場合には、成形体を形成している炭化珪素粒子が再
びシリカ膜で被われるため、予備焼成した成形体を所望
の形状lこ加工した後、無水フン化水素酸と接触させて
から、本焼成することが好ましい。
In this case, since the silicon carbide particles forming the molded body are covered with the silica film again, the pre-fired molded body is processed into the desired shape, and then brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid. It is preferable to carry out main firing.

予備焼成した成形体に無水フッ化水素酸を接触せしめる
方法としては、前に述べた成形体に無水フッ化水素酸を
接触させる方法を使用することができる。
As a method of bringing anhydrous hydrofluoric acid into contact with the pre-fired molded body, the method of bringing anhydrous hydrofluoric acid into contact with the molded body described above can be used.

次に本発明を実施例および比較例について説明する。Next, the present invention will be explained with reference to Examples and Comparative Examples.

実施例 1 出発原料として、前記特開昭52−142697号記載
のβ型炭化珪素の連続製造法により製造され、さらに精
製および粒度分級された下記の第1表(こ示す化学組成
、粒径および第5図1こ示した結晶構造を有するβ型炭
化珪素粉末を使用した。
Example 1 As a starting material, the following Table 1 (chemical composition, particle size and A β-type silicon carbide powder having the crystal structure shown in FIG. 1 was used.

前記β型炭化珪素粉末20.0Of、廃糖蜜1.42グ
(東海精糖会社製、固形分率71.3重量%)、ステア
リン酸マグネシウム0.20fおよび蒸留水2.0Of
をメノウ乳鉢に入れ、15分間混和した。
20.0Of the above β-type silicon carbide powder, 1.42g of blackstrap molasses (manufactured by Tokai Sugar Co., Ltd., solid content 71.3% by weight), 0.20f of magnesium stearate, and 2.0Of distilled water.
was placed in an agate mortar and mixed for 15 minutes.

湿潤混合物を箱型乾燥器に入れ、徐々に温度を上げなが
ら最終的に200℃まで加熱乾燥し、冷却してから再び
メノウ乳鉢で15分間混和した。
The wet mixture was placed in a box-type dryer and heated and dried while gradually increasing the temperature to 200° C. After cooling, the mixture was mixed again in an agate mortar for 15 minutes.

この混和粉末から適量を採取し、黒鉛製押し型を用いて
700Kg/cdの圧力で円盤状に成形した。
An appropriate amount was taken from this mixed powder and molded into a disc shape using a graphite mold at a pressure of 700 kg/cd.

成形体の直径は20.3 m/rnであり、密度は1.
69t/c c (相対理論密度率約53%)であるこ
とが認められた。
The diameter of the molded body is 20.3 m/rn, and the density is 1.
It was found that the density was 69t/cc (relative theoretical density ratio of about 53%).

アルゴンガス雰囲気のグローブボックス内にて、前記成
形体をガス導入口と排出口を有する黒鉛製密閉容器内に
入れ、容器内をアスピレータ−を用いて30分間減圧に
した後、純度99.0重量%以上の無水フッ化水素酸(
橋本化成工業会社製、水分含有率0.5重量%以上)を
ガス状で導入し、30分間放置する操作を3回繰り返し
た後、無水フッ化水素酸ガス雰囲気中で24時間放置し
た。
In a glove box with an argon gas atmosphere, the molded body was placed in a graphite airtight container with a gas inlet and an outlet, and after reducing the pressure inside the container using an aspirator for 30 minutes, the purity was 99.0% by weight. % or more of anhydrous hydrofluoric acid (
Hashimoto Kasei Kogyo Co., Ltd. (manufactured by Hashimoto Kasei Kogyo Co., Ltd., water content: 0.5% by weight or more) was introduced in a gaseous state and left to stand for 30 minutes, which was repeated three times, and then left to stand for 24 hours in an anhydrous hydrofluoric acid gas atmosphere.

次いで成形体を入れた黒鉛製容器をグローブボックス内
で密封してから、タンマン型焼成炉に装入し、アルゴン
ガス雰囲気にして焼成した。
Next, the graphite container containing the molded body was sealed in a glove box, and then placed in a Tammann type firing furnace and fired in an argon gas atmosphere.

焼成における昇温過程は常温〜400℃は40分間、4
00〜1680℃は32分間にて昇温し、1680℃に
て45分間保持した後、さらに1680〜1900℃ま
で22分間かけて昇温し、最高温度1900℃にて60
分間保持した。
The temperature raising process during firing is from room temperature to 400℃ for 40 minutes, 4
The temperature was raised from 00 to 1,680°C for 32 minutes, held at 1,680°C for 45 minutes, and then further raised from 1,680 to 1,900°C for 22 minutes, and the maximum temperature was 1,900°C for 60 minutes.
Hold for minutes.

冷却した後、得られた焼結体は焼成収縮率が15.2%
であり、2.72 r/c c (相対理論密度率約8
5%)の密度を有していることが確認された。
After cooling, the obtained sintered body has a firing shrinkage rate of 15.2%.
and 2.72 r/c c (relative theoretical density rate approximately 8
It was confirmed that the material had a density of 5%).

なお前記本発明方法のフロシートを図示すれば第8図の
如くである。
The flow sheet of the method of the present invention is shown in FIG. 8.

実施例 2 実施例1に記載したβ型炭化珪素粉末19.821と、
市販の200メツシュ炭化ホウ素粒(電気化学工業会社
製)を粉砕して平均粒径0.68ミクロンに調製した炭
化ホウ素0.11’とをメノウ乳鉢中で30分間混合し
た。
Example 2 β-type silicon carbide powder 19.821 described in Example 1,
Commercially available 200-mesh boron carbide grains (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) were crushed to have an average particle size of 0.11' and mixed with boron carbide 0.11' in an agate mortar for 30 minutes.

さらにこの混合粉末に固型分率71.3重量%の廃糖蜜
1.34f、ステアリン酸マグネシウム0.2 Orお
よび蒸留水2.002を添加して15分間混合した。
Furthermore, 1.34 f of blackstrap molasses with a solid fraction of 71.3% by weight, 0.2 Or of magnesium stearate, and 2.002 F of distilled water were added to this mixed powder and mixed for 15 minutes.

実施例1と同様の操作にてこの湿潤混合物から乾燥した
成形体を作成し、成形体にガス状の無水フッ化水素酸を
接触させた後、アルゴンガス雰囲気のタンマン型焼成炉
に装入した。
A dried molded body was created from this wet mixture in the same manner as in Example 1, and after contacting the molded body with gaseous anhydrous hydrofluoric acid, it was charged into a Tammann-type kiln in an argon gas atmosphere. .

次いで実施例1と同一昇温過程で昇温し、最高温度19
00℃において60分間焼成した。
Next, the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and the maximum temperature was 19
It was baked at 00°C for 60 minutes.

この焼結体の密度は3.09 S’/cc(相対理論密
度率、約96%)であり、焼成収縮率は18.8係であ
った。
The density of this sintered body was 3.09 S'/cc (relative theoretical density ratio, about 96%), and the firing shrinkage rate was 18.8.

前記炭化ホウ素粉末を含有する成形体を同様の昇温過程
で最高温度を1850℃に低めて60分間保持した後に
冷却した。
The molded body containing the boron carbide powder was lowered to a maximum temperature of 1850° C. in the same temperature raising process, held for 60 minutes, and then cooled.

得られた焼結体の焼成収縮率17.7%であり、2.9
6 S’/cc (相対理論密度、約92%)の密度を
有し、第1図の走査型電子顕微鏡写真(5000倍)に
示した如く、約2〜5ミクロンの結晶が強固に結合した
微構造を有していることが確認された。
The firing shrinkage rate of the obtained sintered body was 17.7%, and 2.9%.
It has a density of 6 S'/cc (relative theoretical density, about 92%), and as shown in the scanning electron micrograph (5000x magnification) in Figure 1, crystals of about 2 to 5 microns are tightly bound together. It was confirmed that it had a fine structure.

さらに第6図に示したこの焼結体の粉末X線回折図から
、焼結の際にβ型からα型に殆んど転移していないこと
がわかった。
Further, from the powder X-ray diffraction diagram of this sintered body shown in FIG. 6, it was found that there was almost no transition from the β type to the α type during sintering.

比較例 1 実施例2に記載したのと同様の配合ではあるが、一時的
結合剤としての廃糖蜜を含有しない混合物を調製した。
Comparative Example 1 A mixture was prepared with a formulation similar to that described in Example 2, but without molasses as a temporary binder.

実施例1と同様の操作にて、この混合物より成形体を作
成し、無水フン化水素酸ガスlこ接触させてから、タン
マン型焼成炉ζこ装入した。
A molded body was prepared from this mixture in the same manner as in Example 1, brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid gas, and then charged into a Tammann-type kiln.

次いで炉内をアルゴンガス雰囲気にしてから実施例1と
同様の昇温過程で昇温し、最高温度1900℃において
60分間焼成した。
Next, the inside of the furnace was made into an argon gas atmosphere, and then the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and firing was performed at a maximum temperature of 1900° C. for 60 minutes.

この焼結体は焼成収縮率が5.7%で、かつ2.01f
/c c (相対理論密度率約63%)の密度であり、
第3図の走査型電子顕微鏡写真に示した如く、顕著な粒
成長が見受けられるが、それぞれの粒子は散在して多孔
質な微構造を有していることが確認された。
This sintered body has a firing shrinkage rate of 5.7% and a 2.01f
/c c (relative theoretical density rate approximately 63%),
As shown in the scanning electron micrograph of FIG. 3, remarkable grain growth was observed, but it was confirmed that each grain was scattered and had a porous microstructure.

実施例 3 実施例1に記載したβ型炭化珪素粉末19.821と前
記炭化ホウ素粉末0.18Fをメノウ乳鉢で30分間混
合した後ステアリン酸マグネシウム0.2Ofを水浴液
状で添加して乾燥した。
Example 3 The β-type silicon carbide powder 19.821 described in Example 1 and the boron carbide powder 0.18F were mixed in an agate mortar for 30 minutes, and then 0.2Of magnesium stearate was added in a water bath liquid state and dried.

得られた混合粉末にノボラック型フェノール樹脂0.6
0グをアセトン約8ccに溶かした全溶液を添加してか
ら、さらに15分間混合した。
Novolac type phenol resin 0.6% was added to the obtained mixed powder.
The entire solution of 0 g in about 8 cc of acetone was added and mixed for an additional 15 minutes.

湿潤混合物からアセトンを蒸発させるために、ときどき
攪拌しながら30分間放置した。
The wet mixture was left for 30 minutes with occasional stirring to evaporate the acetone.

乾燥した混合粉末をガス導入口と排出口を有するフッ素
樹脂製密閉容器に入れ、前記容器内をアスピレータ−で
30分間減圧にした後、前記無水フッ化水素酸ガスを導
入し30分間放置する操作を、3回繰り返した後、無水
フッ化水素酸ガス雰囲気中(こ24時間放置した。
Place the dried mixed powder in a fluororesin airtight container having a gas inlet and outlet, reduce the pressure in the container with an aspirator for 30 minutes, then introduce the anhydrous hydrofluoric acid gas and leave it for 30 minutes. After repeating this three times, the sample was left in an anhydrous hydrofluoric acid gas atmosphere (for 24 hours).

アルゴンガス雰囲気のグローブボックス内にて、前記密
閉容器より混合粉末を適量採取し、次いでグローブボッ
クス内に取り付けられたプレス機を用いて、700 K
g/crrtの圧力で直径20.3mの円盤状の成形体
に成形した。
In a glove box with an argon gas atmosphere, an appropriate amount of the mixed powder was collected from the sealed container, and then heated at 700 K using a press installed in the glove box.
It was molded into a disk-shaped body with a diameter of 20.3 m at a pressure of g/crrt.

この成形体を黒鉛製密閉容器内に密閉してからタンマン
型焼成炉に装入し、炉内をアルゴンガス雰囲気にして焼
成した。
This molded body was sealed in a graphite airtight container, and then charged into a Tammann-type firing furnace, and fired in an argon gas atmosphere inside the furnace.

焼成における昇温過程は実施例1と同様に昇温し、最高
温度1900℃にて60分間保持した後冷却した。
The temperature was raised in the same manner as in Example 1 in the firing process, and the maximum temperature was held at 1900° C. for 60 minutes, followed by cooling.

この焼結体の焼成収縮率は18.4%であり3.05
f/cc (相対理論密度率、約95%)の密度を有し
ていた。
The firing shrinkage rate of this sintered body is 18.4%, which is 3.05%.
It had a density of f/cc (relative theoretical density fraction, about 95%).

比較例 2 実施例3で調製した混合粉末を、無水フッ化水素酸と接
触せしめることなしに成形し、この成形体を黒鉛製容器
内に入れてタンマン型焼成炉に装入し、次いで炉内をア
ルゴンガス雰囲気にしてから実施例1と同様にして昇温
し最高温度1850℃で60分間焼成した。
Comparative Example 2 The mixed powder prepared in Example 3 was molded without contacting with anhydrous hydrofluoric acid, and the molded body was placed in a graphite container and charged into a Tammann-type firing furnace. The sample was placed in an argon gas atmosphere, then heated in the same manner as in Example 1, and fired at a maximum temperature of 1850° C. for 60 minutes.

焼結体は密度が2.21?/c c (相対理論密度率
、約69係)であり、第4図の走査型電子顕微鏡写真(
5000倍)に示した如く、粒成長が極めて少ないこと
がわかった。
The density of the sintered body is 2.21? /c c (relative theoretical density ratio, about 69 coefficients), and the scanning electron micrograph in Figure 4 (
5,000 times), it was found that grain growth was extremely small.

才た最高温度1930℃で60分間焼成した焼結体は、
焼成収縮率が15.1%で、2.70 f/cc(相対
理論密度、約84係)の密度を有していた。
The sintered body was fired at a maximum temperature of 1930℃ for 60 minutes.
It had a firing shrinkage rate of 15.1% and a density of 2.70 f/cc (relative theoretical density, about a factor of 84).

この焼結体の微構造は第2図の走査型電子顕微鏡写真(
5000倍)に示した如く、結晶の形状が不規則で粒径
も不均一であった。
The microstructure of this sintered body can be seen in the scanning electron micrograph in Figure 2 (
As shown in the image (5000x), the crystal shape was irregular and the grain size was non-uniform.

さらに、最高温度2000℃で60分間焼成した焼結体
は、焼成収縮率が16.9%で、密度が2.89係W/
c c (相対理論密度率約90%)であり、第1図に
示したこの焼結体の粉末X線回折図から、焼成過程着こ
おいてβ型炭化珪素がかなりα型炭化珪素に転移してい
ることが確認された。
Furthermore, the sintered body fired at the maximum temperature of 2000°C for 60 minutes has a firing shrinkage rate of 16.9% and a density of 2.89 W/
c c (relative theoretical density ratio of approximately 90%), and from the powder X-ray diffraction diagram of this sintered body shown in Figure 1, β-type silicon carbide is considerably converted to α-type silicon carbide during the firing process. It was confirmed that

実施例 4 出発原料として、実施例1に記載したβ型炭化珪素と同
様の組成ではあるが、平均粒径1.4ミクロン、最大粒
径4.6ミクロンのβ型炭化珪素を使用した。
Example 4 As a starting material, β-type silicon carbide having the same composition as the β-type silicon carbide described in Example 1 but having an average particle size of 1.4 microns and a maximum particle size of 4.6 microns was used.

このβ型炭化珪素を主体として実施例2と同様の操作(
こて作成し乾燥した成形体の密度は1.83f/cc(
相対理論密度率57チ)であることが確認された。
The same operation as in Example 2 was carried out using this β-type silicon carbide as the main ingredient (
The density of the molded product made with a trowel and dried is 1.83 f/cc (
It was confirmed that the relative theoretical density ratio was 57 cm).

この成形体を無水フッ化水素酸ガスに接触させてから、
タンマン型焼成炉に装入した。
After contacting this molded body with anhydrous hydrofluoric acid gas,
It was charged into a Tanmann type kiln.

次いで炉内をアルゴンガス雰囲気とした後、実施例1と
同様の昇温過程で昇温し、最高温度1900℃において
60分間焼成した。
Next, after setting the inside of the furnace to an argon gas atmosphere, the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and firing was performed at a maximum temperature of 1900° C. for 60 minutes.

得られた焼結体の焼成収縮率は14.6%であり、密度
は2、74 f/c c (相対理論密度率85%)で
あった。
The firing shrinkage rate of the obtained sintered body was 14.6%, and the density was 2.74 f/cc (relative theoretical density rate 85%).

実施例 5 出発原料として、市販のα型炭化珪素粉末(和波研摩材
工業会社製、粒度3000番)を粉砕して分級した後、
精製して得られた純度98.3%、平均粒径1.3ミク
ロンのα型炭化珪素粉末を使用した。
Example 5 As a starting material, commercially available α-type silicon carbide powder (manufactured by Waha Abrasives Industry Co., Ltd., particle size 3000) was crushed and classified, and then
The purified α-type silicon carbide powder having a purity of 98.3% and an average particle size of 1.3 microns was used.

このα型炭化珪素を主体に実施例2Iこ記載した配合の
混合粉末を作り、黒鉛製押し型を用いて700 Kg/
/cr/1の圧力で直径20.3餌の円盤状生成形体に
成形した。
A mixed powder having the composition described in Example 2I was prepared mainly from this α-type silicon carbide, and 700 kg/kg was prepared using a graphite press mold.
It was molded into a disk-shaped product with a diameter of 20.3 baits at a pressure of /cr/1.

この生成形体を実施例1と同様の操作にて、無水フッ化
水素酸ガス瘉こ接触させタンマン型焼成炉に装入した。
This formed body was brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid gas in the same manner as in Example 1, and then charged into a Tammann-type kiln.

次いで実施例1と同一昇温過程で昇温し、最高温度19
50において60分間焼成した。
Next, the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and the maximum temperature was 19
50 for 60 minutes.

得られた焼結体の焼成収縮率は17.4%で、密度は2
.85 f/cc (相対理論密度率、約89%)であ
った。
The firing shrinkage rate of the obtained sintered body was 17.4%, and the density was 2.
.. It was 85 f/cc (relative theoretical density ratio, about 89%).

実施例 6 実施例2と同様の配合および操作にて作成し、無水フッ
化水素酸ガスに接触させてから、タンマン型焼成炉に装
入した成形体を、アルゴンガス雰囲気中において実施例
1に記載した昇温過程で最高温度1680℃で45分間
予備焼成した。
Example 6 A molded product prepared using the same formulation and operation as in Example 2, brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid gas, and then charged into a Tammann-type firing furnace was subjected to the same procedure as in Example 1 in an argon gas atmosphere. Preliminary firing was performed at a maximum temperature of 1680° C. for 45 minutes in the temperature raising process described.

予備焼成して得られた成形体の密度は2.06 t/c
c(相対理論密度率約64%)であった。
The density of the compact obtained by preliminary firing is 2.06 t/c
c (relative theoretical density rate of about 64%).

この予備焼成した成形体をダイヤモンドカッター(マル
ト−会社製、クリスタルカッター202型)を用いて1
0.0m角の板状に加工後、アルゴンガス雰囲気に保持
したグ吊−ブボックス内で、ガス導入口と排出口を有す
る黒鉛製密閉容器に入れ、実施例1と同様の操作にて無
水フッ化水素酸ガスに接触させた。
This pre-fired molded body was cut into 1.
After processing into a 0.0 m square plate, it was placed in a graphite airtight container with a gas inlet and outlet in a hanging box maintained in an argon gas atmosphere, and then dried in the same manner as in Example 1. Contacted with hydrofluoric acid gas.

その後黒鉛製密閉容器内に密閉しタンマン型焼成炉内に
装入し、アルゴンガス雰囲気としてから40℃/分の昇
温速度で1680℃まで昇温し、1680〜1900℃
迄22分間かけて昇温した後、最高温度1900℃にて
60分間保持した。
After that, it was sealed in a graphite airtight container and placed in a Tammann type firing furnace, and after creating an argon gas atmosphere, the temperature was raised to 1680°C at a rate of 40°C/min, and then 1680 to 1900°C.
After raising the temperature over 22 minutes, the maximum temperature was maintained at 1900° C. for 60 minutes.

冷却後、得られた焼結体は、3.05 f/cc(相対
理論密度率約95%)の密度を有しており、本焼成瘉こ
おける焼成収縮率は11.9%であることがわかった。
After cooling, the obtained sintered body has a density of 3.05 f/cc (relative theoretical density rate of about 95%), and the firing shrinkage rate in the main firing is 11.9%. I understand.

比較例 4 実施例6と同様に予備焼成して得りれた成形体を、大気
中で10.0non角の板状に加工した後、無水フッ化
水素酸と接触させることなく、タンマン型焼成炉に装入
し、炉内をアルゴンガス雰囲気にしてから焼成した。
Comparative Example 4 A molded body obtained by preliminary firing in the same manner as in Example 6 was processed into a 10.0 non square plate shape in the air, and then fired in a Tamman type without contacting with anhydrous hydrofluoric acid. The material was charged into a furnace and fired after creating an argon gas atmosphere inside the furnace.

焼成における昇温過程は実施例6と同様に昇温し、最高
温度1900℃にて60分間保持した後に冷却した。
The temperature was raised in the same manner as in Example 6 in the firing process, and the maximum temperature was held at 1900° C. for 60 minutes, followed by cooling.

この焼結体の本焼成における焼成収縮率は6.6%と、
実施例6の如く予備焼成後に無水フッ化水素酸に接触さ
せる処理を施した焼結体の焼成収縮率の約2分の1であ
り、その焼結体の密度は2.46 f/c c (相対
理論密度率約77%)であることがわかった。
The firing shrinkage rate of this sintered body in the main firing was 6.6%.
The firing shrinkage rate is approximately one-half of the sintered body subjected to the treatment of contacting with anhydrous hydrofluoric acid after preliminary firing as in Example 6, and the density of the sintered body is 2.46 f/c c (Relative theoretical density ratio of about 77%).

なお、この焼結体の結晶状態とよく類似していた。Note that the crystalline state was very similar to that of this sintered body.

以上述べた如く、これまで炭化珪素粉末を無加圧焼結す
るためには、2050℃前後の高温焼成と、高価で入手
し難い約0.5ミクロン以下の超微粉が必要とされてい
たのに対して、本発明によれば1850〜1900℃程
度の比較的低温域において、かつミクロンレベルの炭化
珪素粉末を用いても無加圧焼結することにより、高密度
であり、かつ焼結体の部性を低下させるシリカ膜よりな
る介在相が極めて少なく結晶が強固に結合した炭化珪素
焼結体を安定して製造することができ、本発明は工業上
極めて有用なものである。
As mentioned above, until now, pressureless sintering of silicon carbide powder required high-temperature firing at around 2050°C and ultrafine powder of about 0.5 microns or less, which was expensive and difficult to obtain. In contrast, according to the present invention, by performing pressureless sintering in a relatively low temperature range of about 1850 to 1900°C and even using micron-level silicon carbide powder, a sintered body with high density and high density can be obtained. The present invention is industrially extremely useful because it is possible to stably produce a silicon carbide sintered body in which the crystals are firmly bonded and there is very little intervening phase consisting of a silica film that deteriorates the properties of the silicon carbide.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例2に記載の焼結体の走査型電子顕微鏡写
真(5000倍)であり、第2図は比較例2に記載の焼
結体の走査型電子顕微鏡写真(5000倍)であり、第
3図は比較例1に記載の焼結体の走査型電子顕微鏡写真
(5000倍)であり、第4図は比較例2!こ記載の他
の焼結体の走査型電子顕微鏡写真(5000倍)であり
、第5図は実施例1で使用したβ型炭化珪素の粉末X線
回折図であり、第6図は実施例2に記載の焼結体の粉末
X線回折図であり、第1図は比較例2に記載の焼結体の
粉末X線回折図であり、第8図は本発明方法の1例を示
すフローシート図である。
Figure 1 is a scanning electron micrograph (5000x) of the sintered body described in Example 2, and Figure 2 is a scanning electron micrograph (5000x) of the sintered body described in Comparative Example 2. 3 is a scanning electron micrograph (5000x magnification) of the sintered body described in Comparative Example 1, and FIG. 4 is a photograph of Comparative Example 2! This is a scanning electron micrograph (5000x) of another sintered body described above, FIG. 5 is a powder X-ray diffraction diagram of β-type silicon carbide used in Example 1, and FIG. 6 is a powder X-ray diffraction diagram of β-type silicon carbide used in Example 1. FIG. 1 is a powder X-ray diffraction diagram of the sintered body according to Comparative Example 2, and FIG. 8 shows an example of the method of the present invention. It is a flow sheet diagram.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 平均粒径が3ミクロン以下の炭化珪素100重量部
、および固形状の一時的結合剤0.5〜10.0重量部
を含有する成形体を造る第1工程と、前記成形体を17
50〜2100℃の温度範囲内で焼成し少なくとも2.
4t/ccの密度となす第2工程とからなり、前記成形
体内の炭化珪素は焼成する前に非酸化性雰囲気中で無水
フッ化水素酸と接触せしめられており、それ以降焼成ま
での雰囲気を非酸化性とする高密度炭化珪素焼結体の製
造方法。 2 無水フッ化水素酸は水分含有率が2.0重最多以下
のガス状、液状の何れか少なくとも1種の状態である特
許請求の範囲第1項記載の製造方法。 3 炭化珪素と一時的結合剤を均一に混合し、混合物を
成形した後、成形体に無水フッ化水素酸を接触せしめる
特許請求の範囲第1項あるいは第2項記載の製造方法。 4 炭化珪素と一時結合剤を均一に混合し、混合物に無
水フッ化水素酸を接触せしめた後、成形体に成形する特
許請求の範囲第1項あるいは第2項記載の製造方法。 5 炭化珪素に無水フッ化水素酸を接触せしめた後、一
時的結合剤を添加して均一ζこ混合し、次いで混合物を
成形する特許請求の範囲第1項あるいは第2項記載の製
造方法。 6 炭化珪素の平均粒径が1.5ミクロン以下である特
許請求の範囲第1〜5項の何れかに記載の製造方法。 T 一時的結合剤は有機質から成る特許請求の範囲第1
〜6項の何れかに記載の製造方法。 8 成形体に3.0重量部以下のホウ素に相当するホウ
素含有物を含有させる特許請求の範囲第1〜T項の何れ
かに記載の製造方法。 9 前記ホウ素含有物は、平均粒径が1ミクロン以下の
ホウ素、炭化ホウ素あるいはそれらの混合物から選択さ
れる特許請求の範囲第8項記載の製造方法。 10成形体を1750〜2000℃の温度範囲内で少な
くとも10分間焼成する特許請求の範囲第1〜9項の何
れかに記載の製造方法。 11 成形体を先ず予備焼成し、次に所望の形状に加
工した後、本焼成する特許請求の範囲第1〜10項の何
れかに記載の製造方法。 12成形体を先ず予備焼成し、次に所望の形状に加工し
て、無水フッ化水素酸と接触させた後、本焼成する特許
請求の範囲第1〜11項の何れかに記載の製造方法。 13予備焼成を1550〜1800℃の温度範囲内で施
す特許請求の範囲第11あるいは12項記載の製造方法
。 14非酸化性雰囲気はアルゴン、ヘリウム、ネオン、窒
素、水素、一酸化炭素、無水フッ化水素酸の中から選ば
れる倒れか少なくとも1種よりなるガス雰囲気、あるい
は真空である特許請求の範囲。 第1〜13項の何れかに記載の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A first step of producing a molded body containing 100 parts by weight of silicon carbide having an average particle size of 3 microns or less and 0.5 to 10.0 parts by weight of a solid temporary binder; 17 pieces of the molded body
Baked within a temperature range of 50 to 2100°C and at least 2.
The silicon carbide in the molded body is brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid in a non-oxidizing atmosphere before firing, and thereafter the atmosphere is maintained until firing. A method for producing a non-oxidizing high-density silicon carbide sintered body. 2. The production method according to claim 1, wherein the anhydrous hydrofluoric acid is in at least one of a gaseous and liquid state with a moisture content of 2.0 times or less. 3. The manufacturing method according to claim 1 or 2, which comprises uniformly mixing silicon carbide and a temporary binder, molding the mixture, and then contacting the molded product with anhydrous hydrofluoric acid. 4. The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein silicon carbide and a temporary binder are uniformly mixed, the mixture is brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid, and then molded into a molded article. 5. The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein after contacting silicon carbide with anhydrous hydrofluoric acid, a temporary binder is added and mixed uniformly, and then the mixture is shaped. 6. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 5, wherein the average particle size of silicon carbide is 1.5 microns or less. T. The temporary binder is made of an organic material. Claim 1
The manufacturing method according to any one of items 1 to 6. 8. The manufacturing method according to any one of claims 1 to T, wherein the molded article contains a boron-containing material corresponding to 3.0 parts by weight or less of boron. 9. The manufacturing method according to claim 8, wherein the boron-containing material is selected from boron, boron carbide, or a mixture thereof having an average particle size of 1 micron or less. 10. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 9, wherein the molded body is fired for at least 10 minutes within a temperature range of 1750 to 2000°C. 11. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 10, wherein the molded body is first prefired, then processed into a desired shape, and then main fired. 12. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 11, wherein the molded body is first prefired, then processed into a desired shape, brought into contact with anhydrous hydrofluoric acid, and then main fired. . 13. The manufacturing method according to claim 11 or 12, wherein the preliminary firing is performed within a temperature range of 1550 to 1800°C. 14. Claims in which the non-oxidizing atmosphere is a gas atmosphere consisting of at least one member selected from argon, helium, neon, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and anhydrous hydrofluoric acid, or a vacuum. The manufacturing method according to any one of Items 1 to 13.
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