JPS6058190B2 - 窒化けい素−炭化けい素系成型体の製造方法 - Google Patents

窒化けい素−炭化けい素系成型体の製造方法

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JPS6058190B2
JPS6058190B2 JP53146288A JP14628878A JPS6058190B2 JP S6058190 B2 JPS6058190 B2 JP S6058190B2 JP 53146288 A JP53146288 A JP 53146288A JP 14628878 A JP14628878 A JP 14628878A JP S6058190 B2 JPS6058190 B2 JP S6058190B2
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晃 千田
靖 松平
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、耐熱材料、耐摩耗材料などとして有用と
される窒化けい素−炭化けい素系成型体の製造方法に関
する。
炭化けい素(SiC)系ならびに窒化けい素(Si3
N0)系の耐熱材料は、耐熱・耐食性にすぐれ特に高温
における機械的強度にすぐれているので、その製造法な
らびに応用面についても研究が盛んに行われており、有
望な耐熱材料として大き。
な期待が寄せられている。しかしながら、前者の炭化け
い素系のものは高温において空気、水蒸気、二酸化炭素
等により酸化され、機械的強度が著しく低下するという
欠点を有するので、たとえ’−V;4」を、、、7』!
11−一ι、ト:れコ、一せ払 μ ″、−、L−1
−一 − ・ め、SiC成分が100%に近い組成で
高密度化を図つた炭化けい素成型体の製造方法が研究さ
れている。しかし、SiC(7)Cが酸化されてしまう
ようなふん囲気、たとえば高炉以外の鉄鋼関係の炉材が
使用されるようなふん囲気では耐火材料として使用する
ことはできない。他方また炭化けい素系の耐熱材料は高
い熱伝導率を有しているので、耐熱性が要求されるよう
な箇所への応用が不利である。たとえばかかる良熱伝導
性はこの炭化けい素″系材料と共用される他の材料に対
して高温酸化などの悪影響を与える原因となることがあ
る。 一方、前記した窒化けい素系の耐熱材料は、炭化
けい素系の耐熱材料と同様に耐熱・耐食性にすぐれてい
るが、熱伝導性については逆に著しく低いという性質を
もつているので、熱の伝導が望まれる箇所、熱交換が目
的であるような場合の用途には不適当である。 このよ
うに炭化けい素系の耐熱材料と窒化けい素系の耐熱材料
は、熱伝導性に関して全く対称的な性質を持つているの
で、たとえばガスタービンヘの応用を試みる場合に、そ
の応用箇所に応じそれら両材料を使い分けすることを検
討しなければらないという問題点がある。
本発明者らは、かかる従来の問題点にかんがみ鋭意研
究を重ねた結果、本発明を完成したものて、これは窒化
けい素粉末もしくは窒化けい素と炭化けい素との混合粉
末に、炭素粉末および粘結剤を混合してこれを所望形状
に成型し、ついでこれを適当な温度で加熱処理した後、
この成型体に溶融状態の金属けい素を浸透させることを
特徴とする、窒化けい素一炭化けい素系成型体の製造方
法に関する。
本発明方法によれは機械的強度の高いち密な窒化けい素
一炭化けい素系成型体が容易に得られるという利点が与
えられるほか、この窒化けい素一炭化けい素系成型体は
、耐熱材料に要求される耐熱・耐食性にすぐれていると
共に適度な熱伝導性を有し、耐スポーリング性および耐
摩耗性においてきわめてすぐれた性能を発揮するという
特徴を有する。
こうした特徴は窒化けい素と炭化けい素の相剰効果によ
るものと考えられ、特に耐熱性および耐スポーリング性
に顕著にすぐれる性能は従来品からは予想もできない注
目すべき効果である。以下、本発明の方法を詳細に説明
する。
本発明の方法においては、(イ)窒化けい素粉末、炭素
粉末および粘結剤を混合したもの、または(口)窒化け
い素粉末、炭化けい素粉末、炭素粉末および粘結剤を混
合したものが使用されるが、この原料窒化けい素および
炭化けい素は一般に製造販売されているものてよく、そ
れの種類には特に制限はないが、粒子径は50prr1
,以下好ましくは10pm以下の微粉状物であることが
望ましい。
つぎに、炭素粉末はその種類に関係なく使用でき、また
粒子形状は球形に限らず針状でもよいが、平均粒子径5
0pn1.以下好ましくは10pm以下の黒鉛粉末を用
いることが望ましい。
粘結剤としてはメチルセルロースなどのセルロース誘導
体、メチルシロキサン樹脂などのオルガノポリシロキサ
ン、シラザン、ポリシラザンなどの従来公知のものが使
用される。
本発明の方法は、上記した(イ)または(口)の配合組
成からなる混合物を、まず所望形状に成型するのである
が、この際該混合物はあらかじめ十分に混練しておくこ
とが望ましい。
なお、この成型手段としては押出成型、射出成型、型押
成型、静水圧成型等の方法によればよい。つぎに、こう
して得た成型体は加熱処理することにより、粘結剤を分
解させるが、このための加熱処理条件はアルゴンガスな
どの不活性ガス中もしくは10−2TIrInHg以下
の真空下で粘結剤の分解温度以上の温度に加熱するとい
う方法によるのがよい。
しかし一方あまりに高温にすると原料窒化けい素の分解
が起るようになるので、これは高くとも窒化けい素の分
解温度未満の温度とすべきである。この加熱処理手段を
より具体的に述べればつぎのようである。
すなわち、所望の形状に成型された成型体をアルゴン気
流中または10−4TrrInHg程度の真空中に保持
し、加熱昇温して最終的に1400℃まで加熱する。
この加熱を容器底部に金属けい素が仕込まれた容器中で
行う場合は、10−4mHgで加熱昇温すると金属けい
素が沸騰するようになるので、アルゴンガスをわずかに
流入させながら真空度を10−2T!r!NHg程度に
調節するこが望ましい。1気圧のアルゴンガスふん囲気
中で加熱する場合は窒化けい素の分解温度付近まで加熱
してもよいが、実用的には1400℃以下で行うのがよ
い。
しかし多くの場合10−4Tr$LHg程度の真空下で
1400℃まで昇温した後アルゴンガスを一部流入させ
て10−2wmHg程度の減圧として加熱処理を完了さ
せるのが有利である。
なお、この加熱処理を真空下で行つた場合とアルゴンガ
ス中で行つた場合とで、得られる製品を顕微鏡で観察し
てその組織を調べると、気泡の含有が真空の場合では認
められないのに対し、アルゴンガスの場合にはしばしば
認められる(機械的l特性に影響が現われるほどではな
い)ので、なるべく真空下ての加熱処理を採用すべきで
ある。
上記のようにして加熱処理が行われた成型体は、溶融状
態の金属けい素と接触させ、この成型体中の溶融金属け
い素を浸透させるが、この浸透・のための温度は、一般
には1450〜1600℃付近とすることが有利てある
。しかし、被浸透成型体が炭素成分を40%越えるよう
な高割合で含有している場合には、溶融金属けい素と炭
素成分との激しい反応を抑制する見地から、金属けい素
の融点〜川450゜Cの間の温度て浸透を行わせること
が有利である。この場合に温度が1450℃よりも高い
と成型体にしばしば亀裂が生じるので注意を要するにの
傾向は原料炭素粉末として活性炭素を使用した場合に一
層著しい)。溶融金属けい素を成型体中に浸透させると
、これが成型体中の炭素成分と反応して炭化けい素が生
成される。
したがつて最終製品中の炭化けい素の割合は、原料配合
として原料炭化けい素を配合した場合のその配合量と共
に、原料炭素粉末の量により定まる。浸透される溶融金
属けい素の量が成型体中の炭素成分と化学量論的に当量
である場合には、組成的にSl3N4−SiC系のもの
が、金属けい素が過剰である場合にはSi3N4−Si
C−Si系のものがそれぞれ得られる。このようにして
けい素を浸透させことにより、比重がおおむね300以
上、曲げ強度5t/C7lf以上、弾性率4.0X10
3t/C!L以上の窒化けい素一炭化けい素系成型体が
得られる。
なお、こうして得られる製品はダイヤモンド工具により
適宜仕上加工が施こされる。つぎに実施例をあげるが、
本発明はこれのみに限定されないことはもちろんである
。実施例1 窒化けい素粉末(α−Sl3N4平均粒子径10pm)
、黒鉛粉末(平均粒子径10μRrL.)、メチルセル
ロースを重量%でそれぞれ50、30120の割合で配
合しボールミルで混合した。
混合は回転速度120rpmで(至)時間行つた。この
混合物を金型を用いて500k9/C7lfの圧力て直
径3cm高さ30cmの円柱状に成型し、こうして得た
成型体をアルゴンガスふん囲気の炉中で約300′C/
時の速度て昇温し1300〜1380゜Cで2時間、さ
らに金属けい素の融点よりもわずかに高い1420℃て
2時間加熱した。つぎに、同一の炉内の底部に仕込んで
ある金属けい素を1600゜Cまて加熱して融解保持し
た後この面に該成型体の一端を浸漬して、成型体中の炭
素成分と化学量論で当量の金属けい素を浸透させたとこ
ろ、円柱状の窒化けい素一炭化けい素系成型体が得られ
た。この成型体をタイヤモンド工具を用いて直径2.8
cm高さ28cmの円柱状に精密仕上加工した。
こうして得た製品は比重2.99.曲げ強さ4.9t/
Clt.弾性率4.0×103t/CIであり、またX
線回折の結果β−SiClα−Si3N4のみの回折が
認められ他の回折線は認められなかつた。実施例2 実施例1と同様の成型体を製造し、同様に加熱処理した
この成型体に実施例1と同様にして溶融金属けい素を浸
透させたが、その浸透量を過剰に行つたところ、Si3
N4−SiC−Si系成型体が得られた。このものの物
性は実施例1とほとんど同じであつたが、X線回折の結
果ではβ−SiClα一Si3N4およびSiの回折線
が認められた。実施例3実施例1と同様の成型体を製造
し、同例に準じて加熱処理したが、金属けい素の融点よ
りもわずかに高い1420℃からの加熱を10−2wI
nHgの減圧″(アルゴンガスふん囲気)下で行つた。
つぎにこうして得た成型の一端を1500℃の溶融金属
けい素に浸漬して、実施例2と同様に金属けい素を過剰
に浸透させたところ、Si3N4−SiC−Si成型体
が得られた。
仕上げ加工を施し、物性を測定したところ、比重3.0
01曲げ強さ5.2t/Clt、弾性率4.0×10−
3t/Cltであつた。実施例4窒化けい素粉末(α−
Sl3N4平均粒子径5μ7n)、炭化けい素粉末(α
−SiC平均粒子径5p・TrL)、黒鉛粉末(平均粒
子径2μRrl.)、粘結剤としてのシリコーン樹脂K
R−260(信越化学工業製商品名)を重量%でそれぞ
れ40、31、22、7の割合で混合し、金型ブレスを
用いて1t/dの圧で成型して5×5×1cmの板状と
し、これをさらにラバプレスを用いて2t/Cltの圧
て成型し板状体とした。
この板状体を炉内で10−4Tf$1Hgの真空下に1
000℃/3時間の速度で昇温加熱し、一方同一炉内の
金属けい素が融解した後はこの炉内にアルゴンガスを導
入して溶融金属けい素を1600℃まで加熱し、該板状
体の一端をこの溶融金属けい素に浸漬して金属けい素を
過剰に浸透させた。
得られた板状の窒化けい素一炭化けい素系成型体は比重
3.10、曲げ強さ5.2t/Clll弾性率4.1×
10+3t/Cltであり、X線回折の結果α−SiC
lβ−SiClα−Sj3N4およびSiの回折線が認
められた。実施例5実施例4において、金属けい素の浸
透を、被浸透成型体中の炭素成分と化学量論量で当量行
わせたところ、比重3.0、曲げ強さ5.0t/Clt
l弾性率4.0X10+3t/Cdである板状の窒化け
い素一炭化けい素系成型体が得られた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒化けい素粉末、炭素粉末および粘結剤からなる混
    合物を成型し、これを加熱処理した後、この成型体に溶
    融状態の金属けい素を浸透させることを特徴とする、窒
    化けい素−炭化けい素系成型体の製造方法。 2 窒化けい素粉末、炭化けい素粉末、炭素粉末および
    粘結剤からなる混合物を成型し、これを加熱処理した後
    、この成型体に溶融状態の金属けい素を浸透させること
    を特徴とする、窒化けい素−炭化けい素系成型体の製造
    方法。
JP53146288A 1978-11-27 1978-11-27 窒化けい素−炭化けい素系成型体の製造方法 Expired JPS6058190B2 (ja)

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JPS6136176A (ja) * 1984-07-26 1986-02-20 三菱マテリアル株式会社 SiC−Si↓3N↓4−Si系焼結体及びその製造方法
US4585822A (en) * 1984-10-29 1986-04-29 Sws Silicones Corporation Thermally conductive room temperature vulcanizable compositions
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JPS62123066A (ja) * 1985-11-22 1987-06-04 東芝セラミツクス株式会社 熱処理用部材

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