JPS60191081A - 炭化珪素質の精密加工品およびその製造方法 - 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、炭化珪素質の精密加工品およびその製造方法
に係り、特に本発明は主成分である炭化珪素に対し炭素
を一定量添加して密度を若干低くし非電性を付与した炭
化珪素質焼結体に放電加工を施して精密加工品を得るこ
とにより複雑形状などの各種の形状等の炭化珪素質の精
密加工品を提供するものである。

炭化珪素質焼結体（以下ＳｉＣ焼結体ともいう）は、嵩
督度が一般には８１１前後であって、緻密で均質で硬度
が極めて高く耐摩耗性に優れ熱伝纏率が良く熱膨張率が
小さい特性を有するが、電気抵抗値は比較的大きく導電
性が乏しい性質を有するものである。

上記の如く、ＳｉＣ焼結体は諸々の優れた特性を有して
いるため各種の用途、例えば高温治具、モーＩレド、切
削工具などのように複雑形状の各種の部品や製品と（−
で、広く使用されている。

ぞして、従来はＳｉＣ焼結体を上記の各種用途の複雑形
状の部品や製品に加工するだめ超硬金属やダイヤモンド
砥石並びにＣＢＮ砥石などによる機械加工や研削加工が
行われていた。

しかしながら、ＳｉＣ焼結体は前述のように硬度が極め
て高く耐摩耗性などが優れているため機械加工や研削加
工が困難であり、加工所要時間は長くしかも複雑形状品
の精密加工には適さないもので、加工のしかた如何によ
つ忙はクラックが発生し易くなり製品歩留りが悪くなる
などの欠点があった。

一方、複雑形状品の精密加工には上記の機械加工の他に
レーザー加工や放電加工或いはラソピンク及び超音波加
工などが知られており、これらの加工方法がＳｉＣ焼結
体にも試みられている。

ところが、レーザー加工は薄物製品の穿孔などには適す
るが厚物製品や複雑形状製品などの精密加工は極めて困
難であり、また放電加工等についてはＳｉＣ焼結体が前
述のように１−１（気抵抗値が比較的大きく導電性に乏
しいため、実用的レベルでは殆んど実施されておらず、
たとえ行われても加工所要時間は長く能率は極めて悪い
ものであった。

これに対し、特開昭５７−１９６７７０号公報によれば
炭化珪素に、容積比で０．５〜３０％のｒＶａ、　Ｖａ
、　Ｖｉａ族元素の炭化物、窒化物、硼化物、酸化物及
びこれらの化合物ならびにＡＩ、Ｃ，から選ばれた１種
以上を添加した焼結体に放電加工を施した炭化珪素部材
およびその製造法が開示されている。

しかしながら、前記公報記載の炭化珪素部材およびその
製造法は前記の化合物の１種以上を一定量添加した炭化
珪素質り尭結体であるので均質なものが得がたくファイ
ンセラミックスとしての特徴に多大の影響を及はすこと
になり、またその製造法は前記添加物との関係から加圧
焼結法°を採用せざるを得す、そのためこのように加圧
焼結法を採用しているので複雑形状品を製造するのに適
さないものであり、生産性も低い欠点がある。

本発明はこのような従来技術の事情に鑑み、種々検討し
た結果、ＳｉＣ焼結体に一定量の炭素を含有させること
により密度を２割位低くし導電性をもたせて放電加工を
句与することを新規に知見した。それゆえ、前記公報記
載の炭化珪素部材の製造法のように各種の化合物を一定
量添加して炭化珪素質焼結体の組成純度を低ドさせるも
のと異なり、ＳｉＣ焼結体の特性を損うことなく放電加
工が実用的レベｌしで可能な導電性を有する焼結体を常
圧焼結法で得た後放′藏加工により精密加工品を得て、
複雑形状で高密度の精密加工が施こされた炭化珪素質焼
結体を提供することにより−６前記従来方法の欠点を解
決するこＪ＋か目配＋Ｊ−す人りめ一ρム入 次に本発明の炭化珪素質の精密加工品およびその製造方
法について具体的に説明する。

本発明者らは、炭化珪素を主成分とする炭化珪素質焼結
体を製造するに当り、主成分をなす炭化珪素１００重量
部に対し炭素を１．０〜１０重量％特に好ましくは５〜
１０重量％を添加した均一配合原料で成形したものを１
７００°〜２３００１Ｓの温度＃囲で焼成することによ
って、理論密度（８２０杯４）の８０〜９５ＺＴＤで嵩
幣度が２．５〜３．１嫁の範囲の比較的低密度の炭化珪
素質焼結体を得て、電気抵抗値を測定してみたところ第
１図のグラフに示すような嵩密度と固体抵抗値との間に
一定の相関関係があることを新規に知見し、さらにこの
ような嵩密度の炭化珪素質焼結体は放電加工により極め
て寸法精度のよい精密加工が実用的レベｌしで可能なこ
とを新規に知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、第１図のグラフより明らかなように理論密度
の８０〜９５％ＴＤの範囲においては５固体抵抗値は４
　Ｘ　１０”〜１０”であυ、この領域においてはＳｉ
Ｃ焼結体は実用的レベルで複雑形状の放電加工が可能な
導電性を有することを木発明者らは新規に知見した。こ
のように、複雑形状の放電加工がｉＪ能な導電性を有す
る炭化珪素質焼結体を製造する方法としては、前記従来
方法のように成る種の元素や化合物を一定址添加しなく
とも、炭素を一定量含有した原料を使用することにより
炭化珪素の特性を何ら損うことなく常圧焼結の温度を１
７００’〜２３００℃の範囲内で焼結し、比較的低密度
の焼結体が得られる方法を有利に採用することができる
。

このように、本発明によれば炭化珪素１００重量部に対
して炭素を１６０〜１０．０顕在％添加することにより
、得られるＳｉＣ焼結体が比較的低密度の２．５〜３．
１９Ａ、４となυかつ電気抵抗である同情抵抗値（オー
ム・Ｃｍ）が１０３以下となるうこのようにＳｉＣ焼結
体に放”醒加工特性が得られる理由は、おおよそ次のよ
うに考えられる。

（１）炭素は比較的良好な電気伝導体であるため、炭素
の微粒子がＳｉＣ焼結体中に均一に分散すれば、一部は
そのまま良好な電気伝導体として遊離炭素の状態で含有
され、ＳｉＣ焼結体の体積抵抗値が小さくなるものと考
えら力、る。例えばＳｉＣ焼結体の炭素添加址と体積抵
抗値との関係は第２図に示す通り、１．０〜１０．０血
瑣％の炭素の添加により体積抵抗は１０”〜１０−゛と
なることが判白した。

Ｑ）炭素がＳｉＣ焼結体中に分散し、またはホウ素やア
Ｉレミニウムと反応して複合イ目を形成すれば、これら
の複合Ａ＝目が連結１〜て募１４ｉ性が向上するものと
考えられる。

（３）またＳｉＣマドＩＩソクス中に分散した炭素微粉
が一定の量以上になると、炭素と炭素との相互接触によ
り４　′ｌｉ　を生が向上するものと考えられる。

そして、上記のようにして得られた比較的低密度の炭化
珪素質焼結体は、放電加工によって任意の複雑形状の精
密加工品とすることができる。ここでいう放電加工には
特定形状のＸｉを用いて、その形状を投影加工する型彫
放電加工方法と、他の一つはワイヤー電極を巻き取りな
がら、糸鋸式に二次元輪郭を加工するワイワーカット方
式のワイヤ放電加工とがある。

放電加工は、数ミクロンないし数十ミクーロンの微少な
距離間隙でのアーク放電によって行われるため、前記の
ような電気抵抗値、すなわち１０″オーム・ＣＩ＋１以
下の導′「Ｆ性があれば、炭化珪素質焼結体のように極
めて硬度が高いものであっても任意の複雑形状に加工す
ることができたり、糸鋸のようにくり抜き加工をするこ
とができる。

捷た、本発明によれば前記のようにして放νＦ加工が施
こされた炭化珪素焼結体を成る種の用途、たとえばガス
タービンなどで要求される高密度高特性に応じて嵩密度
を適宜に選定することにより高品位のものとすることも
できる。

ずなわ１．、本発明によれば炭化珪素に一定量１の炭素
を添加して比較的低密度の導電性を有する炭化珪素質焼
結体をイ尋だ後に、任意の複雑形状に放゛市加工を行い
、曲面加工や三次元加工などのように比較的複雑形状で
あって、しかも嵩密度が少くとも３．１輪の高品位の炭
化珪素質のＩｔＩＪ密加工品を得ることができる。

本発明によれば、炭化珪素１００重報部に対して例エバ
、フニノーｌしく１ｌｌｌ旨、リグニンスルホン酸塩、
ポリビニルアＩレコーｌし、コンスターチ、糖類、　コ
ールタールピッチアルギン 素質添加物のほかカーボンブラック又はアセチレンブラ
ックのような熱分解無機系炭素を一定鼠添加することが
できる。したがって、本発明によれば前記従来方法のよ
うにＡ１．Ｃ，、　ＴａＣ，　Ｉ−ＩｆＣ，　ＷＣ．Ｍ
Ｏ．Ｃ．ＴｉＮ。

ＡＩＮのような（γめて高価な添加物を加えることなく
、しかも加圧焼結法という極めて制限された不利な条件
の下でしか焼結することができない従来方法とは異なり
、炭化珪素の特性をその捷ま活かしてかつ高品位で高糖
！蔓の加工品を得ることができる。

なお、本発明によれば放電加工後のその１まの状態の炭
化珪素質の精密加工品を各種の用途、たとえばダイスや
ノズル５高温治具などのように放電加工によって迅速に
大量生産し得るものについては、そのままこれらの用途
に供することができる。炭化珪素質焼結体は前記のよう
な比較的低密度品であっても，これらの用途には十分な
優れた特性、すなわち耐摩耗性、耐食性、耐酸化性など
の優れた諸性′Ｋを有するからであろう 次に、本発明の最も代表的な実施例について説明をする
。

実施例１ β型結晶の炭化珪素が９５％以上であって残部がα型結
晶及び不可避的不純物が含有される焼結用炭化珪素微粉
１００屯量部に対し、ホウ素含有量に換算して０．１２
重量％のホウ素含有添加剤と、固定炭素含有Ｊｉ１に換
算して５０重量％のフニノーＶ樹脂の炭素添加剤とを焼
結助剤として添加した原料組成物を均質に混合成形した
生成形体を不活性雰曲気下で焼結温度を１７００°〜２
３００℃の範囲で制御しつつ常圧焼結して嵩密度が２．
８５で電気抵抗値が約０．８オーム・側の特性を有する
炭化珪素質焼結体を得た。この焼結体を銅の陽′Ｎ、極
によるサーボ機構で、加工液としてケロシンの油液中で
８Ａの電流を通じつつプラスチック用成形型として放電
加工を施した精密加工品を得だ。このときのパＩレス幅
とり１１アランスとの関係は第３図に示す通りであった
。まだ、８９１幅と電極消耗度との関係は第４図に示す
通りであった。

そして、このようにして得られた型をそのままプラスチ
ック成形用の型として使用した。

実施例２ 実施例１と同様の炭化珪素１００屯量部に対してカーホ
ンブラックの炭素添加剤を９重量％添加したはかけ実施
例１と同様の条件で焼結し、高密度が２，７８で電気抵
抗値が約０．４オーム・ＣのＳｉＣ焼結体を得て実施例
１と同様の条件で放電加工を施し耐熱性ノズｌしとして
の精密加工品を得た。

以上のように、本発明によれば炭化珪素に対し一定量の
炭素を添加した配合原料を用いた比較的低密で導電性を
有する焼結体を得て、これに放電加工を施こすことによ
ｐ高密度の炭化珪素質の精密加工品を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＳｉＣ焼結体の理論密度と体積抵抗値
との関係のグラフ、第２図は同じ＜　ＳｉＣ焼結体の炭
素添加量と体積抵抗値との関係のグラフ、第３図は放電
加工によるパルス幅と片面クリアランスとの関係のグラ
フ、第４図は同じく放電加工のパ！レス幅と電極消耗比
との関係のグラフである。 ＳｉＣ鹿舶体の屑東の漆が量　［χコ パルス幅−クリアランス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、理論密度の８５〜９７５％ＴＤで嵩密度が２．５〜
   ３．１７４の範囲であって炭素を１〜１０重量％含有し
   かつ４λ電性を有する炭化珪素質焼結体に放電加工が施
   されて成る炭化珪素質の精密加工品。 ２、前記）＃電性は炭素を５〜１０重量％含有しかつ′
   眠気抵抗値が少なくとも１０’オーム・ＣＩｌ＋以下で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の精密
   加工品。 ３　炭化珪素１０　（１重量部に対し炭素を１〜１０重
   量％を添加し必要によりホウ素とアｌレミニウムその他
   事可避的不純物を含有する原料組成物を均一に混合し任
   意形状の生成形体を得る工程と、前記成形体を常圧下の
   １７００°〜２３００℃で煉成し嵩密度が２．５〜８．
   １　’ｙ’；’ｒｉであって４電性を有する炭化珪素質
   焼結体を得る工程と、前記炭化珪素質焼結体に放電加工
   を施す工程とから成る炭化珪素質の精密加工品の製造方
   法。 ４、前記炭素はフェノール樹脂、リダニンスルホン酸塩
   、ポリヒニＩレアＩレコーＩし、コンスターチ、糖類、
   コーｌレター！レピノチ、アｌレギン酸塩、カーホンブ
   ラック、アセチレンブランクのいずれか１棟又は２種以
   上であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   製造方法。 ５、　前記ホウ素は炭化珪素１００重量部に対し０．１
   ５重量％以下であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の製造方法。 ６　ｍｌ紀アルミニウムは炭化珪素１００重量部に対し
   １．０重量形以下であることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の卵重方法。