JPS60246266A - 炭化珪素質焼結体の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は常圧焼成により得られる高密度の炭化珪素質焼
結体に関する。

［従来の技術］ 炭化珪素質焼結体は古くから耐火物用として存在してき
たが、近年は、エンジニアリングセラミクスとして、ガ
スタービン等、高温で作動する装置類の機構部材として
その応用が展開されつつある。このように耐火物からエ
ンジニアリングセラミクスに用途が変化するにつれて、
耐火物的用途の場合のように粘土類を主体とした添加物
では、エンジニアリングセラミクスの用途には性能的に
充分対応できなくなり、新たな添加剤が種々開発されつ
つある。その主なものは、炭素、炭化硼素、酸化硼素等
の炭素または硼素を含む化合物が多い、これらの他に、
酸化アルミニウム、各種の炭化物等がわずかではあるが
提案されている。しかしながら、炭化珪素は非常に焼結
しにくいセラミクスであるため、焼結方法とす白よ、ホ
ットプレス法を採用するものがほとんどである。

しかるに、ホットプレス法は、複雑な形状物品を得るに
は不適当な方法である。そこで、複雑な形状が要求され
ることの多いエンジニアリングセラミクスとして、常圧
焼結によることが望まれるわけであるが、現在までのと
ころ、常圧焼結で充分な高密度、かつ高強度を有する炭
化珪素質焼結体を得るのは困難である。

［発明の解決しようとする問題点］ 本発明者は、以−１−の点に鑑み、常圧焼結により高密
度、高強度を達成すると同時に、高温でも耐酸化性、耐
熱衝撃性および耐摩耗性の大きな真に有用な炭化珪素質
焼結体を得る方法を種々検討の結果、本発明に至ったも
のである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、アルミニウム化合物をアルミニウムに換算し
て０．１〜２０重量％とジルコニウム、ハフニウム、ニ
オブ、タンタル、モリブデン、タングステンから選ばれ
る元素の炭化物の１種以上を０．１〜４５重量％含む炭
」化１珪素質常圧焼結体を要旨とするものである。

炭化珪素への添加剤としてアルミナなどのアルミニウム
化合物は既に知られているが、これらの添加剤のみでは
耐摩耗性、耐熱衝撃性が不充分であるという欠点がある
。

しかしながら、炭化珪素とアルミニウム化合物の組合せ
の系にさらにＺｒ、　Ｈｆ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　ｌ’ｌ
ｏ。

Ｗの炭化物から選ばれる１種型を二を０．１〜４５重量
％、好ましくは０．５〜２０重星％加えることにより、
上記の欠点が解消されることが見出された。

この現象についての解析はまだ充分になされたわけでは
ないが、Ｚｒ、　Ｈｒ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｎｏ、　Ｗ
　（７）炭化物は比較的炭化珪素との親和力が強く、ま
た、相互にわずかではあるが固溶することにより炭化珪
素質焼結体の強度を改善し、耐熱衝撃性も良くなるもの
と思われる。また、耐摩耗性の向トも、アルミナなどよ
り一般に硬度の大きい炭化物を用いることによるものと
思われる。

本発明は、以１−のようにアルミニウム−４ｐ合物とＺ
ｒ、旧、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｎｏ、　Ｗの炭化物との相
乗作用の効果をう丈く利用したものであって、アルミニ
ウム化合物の添加ｔｈ１０．１重量％以下では炭以上素
の焼結が不充分であり、また、２０重量％以にではＺｒ
、　Ｈｆ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｎｏ、　Ｗ　（７）炭化
物を用いても、耐摩耗性、耐熱衝撃性等の欠点は改善さ
れないことから］二記数値限定は必要となる。

また、Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｎｏ、　Ｗの
炭化物から選ばれる炭化物１種以上の量が０．１重量％
以下では目的とする効果が得られないし、また、４５重
量％以１−では、添加剤の量が多くなりすぎて、本来の
炭化珪素の低膨張性等の良い特性が失なわれることから
」−記数値限足は必要となる。

更に、本発明者等が検討を加えた結果によると、アルミ
ニウム化合物のうち酸化アルミニウム、炭化アルミニウ
ム、窒化アルミニウム、硼化アルミニウム、わけても酸
化アルミニウムが本発明全体の構成からみて、炭化珪素
の焼結効果カリ弓イことを見出した。

また、Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｎｏ、　Ｗの
炭化物のうちでも、炭化タングステン、炭化ジルコニウ
ム、わけても炭化ジルコニウムが特によい。炭化タング
ステンは硬度が高く、その硬度が温度によってあまり変
化しないため、高温における硬度を要求される時には特
によい。炭化ジルコニウムは常温における硬度が高いた
め常温で用いられる炭化珪素質焼結体に高硬度性を＋ｊ
ヶ、するのによいし、また、大きな耐熱衝撃性も伺うで
きる。

また、本発明で用いる炭化珪素はβ−炭化珪素であごと
が好ましいが、必ずしも全部がβ−炭化珪素である必要
はなく、４０重酸％までのα−炭化珪素を含んでいても
差支えない。

上記の割合で配合した混合粉末は、常法により成形する
ことが可能である。即ち、比較的単純な形状の場合には
、カルボキシメチルセルローズを少量結合剤として加え
てプレス成形することもできるし、やや複雑な形状の場
合には、ボリビ；ルｊルコールなどの結合剤を加えた泥
漿にして石膏型に鋳込成形することも可能である。かよ
うにして成形された物品は常法により充分に乾燥した後
、非酸化性雰囲気中で１８００〜２４００℃で焼成され
る。

焼成時間は、使用される原料のスペックにより、あるい
は成形品の大きさにより　０．１〜２４時間程度から選
択される。

［実施例］ 炭化珪素粉末に対して酸化アルミニウム粉末、窒化アル
ミニウム粉末、硼化アルミニウム粉末、炭化タングステ
ン粉末、炭化ハフニウム粉末、炭化ニオブ粉末、炭化タ
ンタル粉末、炭化モリブデン粉末、炭化ジルコニウム粉
末を第１表に示す割合に配合したものをプレス成形ない
しは泥漿鋳込成形して成形品を得た０次にこれら成形品
を充分に乾燥した後、電気炉で窒１　素雰囲気中で所定
温度にて焼成した。得られた焼結体の特性を第１表に併
記した。

第１表 木１　理論密度に対する相対値 木２　密度が小さすぎるため測定しなかった。

耐摩耗性試験 直［３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの試料を回転数２０Ｏｒ、
ｐ、ｍの鉄製回転研摩板上にのせ１０Ｋｇの荷重下で１
８０番の炭化珪素研摩材により１０時間研摩し摩耗によ
る厚さの減少を測定した。

耐熱衝撃性試験 同様の試料を炉中で１４００℃にて３０分間加熱し、そ
の後２０℃の空気中に急冷し、亀裂の有無を調べた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルミニウム化合物をアルミニウムに換算しテ０．
   １〜２０重量％とジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、
   タンタル、モリブデン、タングステンから選ばれる元素
   の炭化物の１種以上を０．１〜４５重量％含む炭化珪素
   質常圧焼結体。 ２、アルミニウム化合物が酸化アルミニウム、炭化アル
   ミニウム、窒化アルミニウム、硼化アルミニウムから選
   ばれるものである特許請求の範囲第１項記載の炭化珪素
   質常圧焼結体。 ３゜炭化物がタングステン、ジルコニウムから選ばれる
   元素の炭化物である特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の炭化珪素質常圧焼結体。