JPS61143686A - Silicon carbide sintered body for heat-resistant jig having excellent dimensional accuracy - Google Patents
Silicon carbide sintered body for heat-resistant jig having excellent dimensional accuracyInfo
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- JPS61143686A JPS61143686A JP59267006A JP26700684A JPS61143686A JP S61143686 A JPS61143686 A JP S61143686A JP 59267006 A JP59267006 A JP 59267006A JP 26700684 A JP26700684 A JP 26700684A JP S61143686 A JPS61143686 A JP S61143686A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、寸法精度の優れた耐熱性治具用炭化珪素質焼
結体i←に関し、特に本発明は、電子工業用の耐熱性治
具例えば半導体の拡散酬酸化処理、ダイオードの接合、
ガラス封着およびパフケージのリードフレームのロー付
などの用途に適した寸法精度の優れた耐熱性治具用炭化
珪素質焼結体に関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a silicon carbide sintered body i for heat-resistant jigs with excellent dimensional accuracy. For example, diffusion oxidation treatment of semiconductors, junction of diodes,
The present invention relates to a silicon carbide sintered body for a heat-resistant jig with excellent dimensional accuracy suitable for applications such as glass sealing and brazing of lead frames of puff cages.
電子工業用の耐熱性治具は主として半導体等の高純度製
品を取扱う用途に使用されるものであり、高純度で製品
汚染のないこと、耐摩耗性に優れていることおよび寸法
精度に優れていることが重要である。Heat-resistant jigs for the electronics industry are mainly used for applications that handle high-purity products such as semiconductors, and are characterized by high purity, no product contamination, excellent wear resistance, and excellent dimensional accuracy. It is important to be present.
前記電子工業用の耐熱性治具としては、高純度に精製さ
れた炭化珪素粉末および電子工業用の高純度シリコンか
ら製造された再結晶炭化珪素材料や高純度の黒鉛質材料
の表面を炭化珪素で被覆した炭化珪素被覆黒鉛質材料な
どによって製造されたものが知られている。The heat-resistant jig for the electronic industry is a recrystallized silicon carbide material manufactured from highly purified silicon carbide powder and high-purity silicon for the electronic industry, or a high-purity graphite material whose surface is made of silicon carbide. There are known products manufactured from graphite materials coated with silicon carbide.
しかしながら、前記再結晶炭化珪素材料は電子工業用の
高純度シリコンを出発原料の一部とするため高価である
し、また出発原料の他の一部として比較的粗粒の炭化珪
素を使用するため表面の面粗度が大きく、高い寸法精度
の要求される耐熱性治具を格別の機械加工を施すことな
(製造することは困難である欠点を有しており、一方前
記炭化珪素被覆黒鉛質材料は黒鉛質材料の表面を8i0
ガスと反応させて8iC化せしめることにより製造され
るものであり、炭化珪素被覆層は比較的薄くポーラスで
あるため耐酸化性および耐摩耗性に劣る欠点を有してい
た。However, the recrystallized silicon carbide material is expensive because it uses high-purity silicon for the electronic industry as a part of the starting material, and also uses relatively coarse grained silicon carbide as another part of the starting material. Heat-resistant jigs with large surface roughness and requiring high dimensional accuracy have the disadvantage of being difficult to manufacture (without special machining); however, the silicon carbide-coated graphite The material is graphite material surface 8i0
It is manufactured by reacting with a gas to convert it into 8iC, and the silicon carbide coating layer is relatively thin and porous, so it has the drawback of poor oxidation resistance and wear resistance.
本発明者らは、前述の如き従来知られた材料の欠点が除
去改善された電子工業用の耐熱性治具用材料すなわち耐
酸化性、耐摩耗性および寸法精度に優れた電子工業用の
耐熱性治具用材料を安価に提供することを目的とし、種
々研究を積重ねた結果、通常の常圧焼結法に使用される
不純物成分の少ない炭化珪素微粉末を出発原料とし、特
定の雰囲気および温度範囲内で焼結することによって実
質的な焼成収縮を生じさせることなく表面精度の高い高
強度の炭化珪素質焼結体を製造することのできることを
新規に知見するに至り、本発明を完成した。The present inventors have developed a heat-resistant jig material for the electronic industry that has been improved by eliminating the drawbacks of conventionally known materials as described above, that is, a heat-resistant jig material for the electronic industry that has excellent oxidation resistance, abrasion resistance, and dimensional accuracy. With the aim of providing materials for sex jigs at low cost, we have conducted a variety of research and found that silicon carbide fine powder with low impurity components, which is used in normal pressureless sintering, is used as a starting material, and it is The present invention was completed based on the new finding that a high-strength silicon carbide sintered body with high surface precision can be produced by sintering within a temperature range without causing substantial sintering shrinkage. did.
本発明は、実質的に収縮させることなく焼結させた炭化
珪素質焼結体であって、平均曲げ強度が7kl/Wd以
上であることを特徴とする寸法精度に優れた耐熱性治具
用炭化珪素質焼結体である。The present invention is a silicon carbide sintered body that is sintered without substantially shrinking, and has an average bending strength of 7 kl/Wd or more, for use in heat-resistant jigs with excellent dimensional accuracy. It is a silicon carbide sintered body.
以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.
本発明の炭化珪素質焼結体は、実質的に収縮させること
なく焼結させた炭化珪素質焼結体よりなるものであるこ
とが必要である。その理由は、焼結時に収縮させた通常
の常圧焼結法による炭化珪素質焼結体は強度および耐摩
耗性の面では好ましいが、収縮を伴う焼結法によって製
造される焼結体の寸法は生成形体の密度および焼結時の
収縮量に大きく影響を受けるため、寸法精度に優れた焼
結体を製造するためには焼結時の収縮を均一に生起させ
なければならない。ところで、前述の如き収縮を均一に
生起させるためには均一な密度を有する生成形体を得る
ことが重要であるが、そのような均一な密度を有する生
成形体を得ることは極めて困難であり、本発明の目的と
する極めて寸法精度の優れた焼結体を焼成収縮を生起さ
せて製造することが困難であるからである。The silicon carbide sintered body of the present invention must be made of a silicon carbide sintered body sintered without substantially shrinking. The reason for this is that silicon carbide sintered bodies produced by normal pressureless sintering that are shrunk during sintering are preferable in terms of strength and wear resistance; The dimensions are greatly affected by the density of the formed body and the amount of shrinkage during sintering, so in order to produce a sintered body with excellent dimensional accuracy, the shrinkage during sintering must occur uniformly. By the way, in order to cause the above-mentioned contraction uniformly, it is important to obtain a formed body with a uniform density, but it is extremely difficult to obtain a formed body with such a uniform density, and this study This is because it is difficult to produce a sintered body with extremely excellent dimensional accuracy, which is the object of the invention, by causing firing shrinkage.
なお、本発明の実質的に収縮させることなく焼結させた
炭化珪素質焼結体め焼成収縮率は2%以下であることが
有利であり、なかでも1%以下であることがより好適で
ある。In addition, it is advantageous that the firing shrinkage rate of the silicon carbide sintered body sintered without substantially shrinking according to the present invention is 2% or less, and more preferably 1% or less. be.
本発明の炭化珪素質焼結体は、平均曲げ強度が7勿メd
以上であることが必要である。その理由は、前記炭化珪
素質焼結体の平均曲げ強度が7に97dよりも小さいと
使用中に折れたり割れたりし易く、実質的な使用に耐え
ないからである。The silicon carbide sintered body of the present invention has an average bending strength of 7 med.
It is necessary that it is above. The reason for this is that if the average bending strength of the silicon carbide sintered body is smaller than 7 to 97 d, it will easily break or crack during use and will not be able to withstand practical use.
本発明の炭化珪素質焼結体は、結晶の平均粒径がは〜1
0μm、密度が1.4〜2.6ダ/iの炭化珪素質焼結
体よりなるものであることが好ましい。前記結晶の平均
粒径が0〜10μmの範囲内であることが好ましい理由
は、前記結晶の平均粒径がo、Sμゴよりも小さい焼結
体は結晶粒相互の結合が弱く、本発明の目的とする7#
/−以上の平均曲げ強度を有する焼結体となすことが困
難であるし、一方10μmよりも大きいと焼結体表面の
面粗度が大きく寸法精度が劣化するからである。また前
記密度が1.4〜2.6f/dの範囲内であることが好
ましい理由は、前記密度がt、4f/dよりも小さな焼
結体は炭化珪素粒子相互の結合箇所が少ないため、本発
明の目的とする’Ik(i/−以上の平均曲げ強度を有
する焼結体となすことが困難であるからであり、一方2
.6g/diより大きな焼結体は実際に製造する場合に
は、それに見合った密度の生成形体が要求されるが、2
.6f/dよりも大きな密度を有する生成形体を得るこ
とは極めて困難であって現実的でないからである。The silicon carbide sintered body of the present invention has an average crystal grain size of ~1
It is preferably made of a silicon carbide sintered body having a diameter of 0 μm and a density of 1.4 to 2.6 da/i. The reason why it is preferable that the average grain size of the crystals is within the range of 0 to 10 μm is that a sintered body in which the average grain size of the crystals is smaller than O and Sμ has weak bonding between crystal grains, and the present invention Objective 7#
This is because it is difficult to obtain a sintered body having an average bending strength of /- or more, and on the other hand, if it is larger than 10 μm, the surface roughness of the sintered body surface becomes large and dimensional accuracy deteriorates. The reason why the density is preferably within the range of 1.4 to 2.6 f/d is that a sintered body with a density smaller than t, 4 f/d has fewer bonding points between silicon carbide particles, This is because it is difficult to form a sintered body having an average bending strength of more than 'Ik (i/-), which is the objective of the present invention;
.. When actually manufacturing a sintered body larger than 6 g/di, a formed body with a density commensurate with the sintered body is required, but 2
.. This is because it is extremely difficult and impractical to obtain a formed body having a density greater than 6 f/d.
本発明の炭化珪素質焼結体は、寸法精度の優れているこ
とが必要であり、平均アスペクト比が5以下の炭化珪素
結晶によって構成される三次元網目構造を有する炭化珪
素質焼結体よりなるものであることが好ましい。The silicon carbide sintered body of the present invention needs to have excellent dimensional accuracy, and is better than a silicon carbide sintered body having a three-dimensional network structure composed of silicon carbide crystals with an average aspect ratio of 5 or less. It is preferable that the
次に本発明の寸法精度の優れた耐熱性治具用炭化珪素質
焼結体を製造する方法について説明する。Next, a method for manufacturing a heat-resistant silicon carbide sintered body for a jig with excellent dimensional accuracy according to the present invention will be described.
本発明の耐熱性治具用炭化珪素質焼結体は平均粒径が5
μm以下の炭化珪素粉末を生成形体に成形範囲内の非酸
化性雰囲気下で実質的に収縮させることなく焼結する方
法によって製造することができる。The silicon carbide sintered body for heat-resistant jigs of the present invention has an average grain size of 5
It can be manufactured by a method of sintering silicon carbide powder with a size of .mu.m or less into a green body in a non-oxidizing atmosphere within a molding range without substantially shrinking it.
前記平均粒径が5μm以下の炭化珪粉床を使用する理由
は、5μmより大きい粒度の炭化珪素は焼成収縮を抑制
する上では好ましいが、焼結体重の粒と粒との結合箇所
が少なくなるため、高強度すなわち平均曲げ強度が71
以上の炭化珪素焼結体を得ることが困難になるばかりで
な(、表面の面粗度を劣化させるからである。The reason for using a silicon carbide powder bed with an average particle size of 5 μm or less is that silicon carbide with a particle size larger than 5 μm is preferable for suppressing firing shrinkage, but it reduces the number of bonding points between grains of the sintered weight. Therefore, the high strength, that is, the average bending strength is 71
This not only makes it difficult to obtain the silicon carbide sintered body described above, but also deteriorates the surface roughness.
ところで、前記炭化珪素の結晶系にはα型、β型および
非晶嘗のものがあるが、その何れか、およびそれらの混
合物をも使用することができ、なかでもβ型のものは5
μm以下のものを微粉末状で取得し易く、しかも比較的
高強度の焼結体を製造することができるため有利に使用
することができ、なかでもβ型炭化珪素を50重量%以
上含有する炭化珪素粉末を使用することが有利である。By the way, the crystal system of silicon carbide includes α type, β type and amorphous type, and any of them or a mixture thereof can be used. Among them, β type is 5.
It can be advantageously used because it is easy to obtain particles of micrometers or smaller in the form of fine powder, and it is also possible to produce sintered bodies with relatively high strength. Among them, silicon carbide containing β-type silicon carbide in an amount of 50% by weight or more can be used advantageously. It is advantageous to use silicon carbide powder.
前記炭化珪素粉末は、ホウ素、アルミニウムおよび鉄の
含有量の合計が元素に換算して0.3重量%以下である
ことが好ましい。その理由は、前記ホウ素、アルミニウ
ムおよび鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3重量
%より多いと、炭化珪素粉末中に含有されている遊離炭
素との相互作用によって焼結時に焼成収縮し易く、本発
明の目的とする実質的な収縮を生じさせることなく焼結
体を製造することが困難1(なるからである。The silicon carbide powder preferably has a total content of boron, aluminum, and iron of 0.3% by weight or less in terms of elements. The reason for this is that if the total content of boron, aluminum and iron is more than 0.3% by weight in terms of elements, sintering will occur during sintering due to interaction with free carbon contained in silicon carbide powder. This is because the sintered body tends to shrink and it is difficult to produce a sintered body without causing substantial shrinkage, which is the objective of the present invention.
なお、前記炭化珪素粉末にホウ素、アルミニウムおよび
鉄の含有量が上記範囲内である場合には、出発原料中に
5重量%以下の遊離炭素を含有させるべく炭素質物質を
添加することができる。前記遊離炭素は結晶粒の粗大化
を抑制する作用を有しており、出発原料中に存在させる
ことにより、焼結体の結晶粒径を均一化し比較的高強度
の焼結体を得ることができる。前記遊離炭素の含有量を
5重量%以下とする理由は、5重量%よりも多いと炭化
珪素粉末粒子間に過剰の炭素が存在することになり、粒
と粒との結合を著しく阻害するため、焼結体の強度が劣
化するからである。In addition, when the content of boron, aluminum, and iron in the silicon carbide powder is within the above range, a carbonaceous substance can be added to make the starting material contain 5% by weight or less of free carbon. The free carbon has the effect of suppressing the coarsening of crystal grains, and by making it present in the starting raw material, it is possible to make the crystal grain size of the sintered body uniform and obtain a sintered body with relatively high strength. can. The reason why the free carbon content is set to 5% by weight or less is that if it is more than 5% by weight, excessive carbon will exist between the silicon carbide powder particles, which will significantly inhibit the bonding between the particles. This is because the strength of the sintered body deteriorates.
前記炭素質物質としては、焼結開始時に炭素を存在させ
られるものであればよく、例えばフェノ1−ル樹脂、リ
グニンスルホン酸塩、ポリビニルアルコール、コンスタ
ーチ、糖類、コールタールピッチ、アルギン酸塩のよう
な各棚有機物質あるいはカーボンブラック、アセチレン
ブラックのような熱分解炭素を有利に使用することがで
きる。The carbonaceous material may be any material that allows carbon to be present at the start of sintering, such as phenol resin, lignin sulfonate, polyvinyl alcohol, cornstarch, sugar, coal tar pitch, and alginate. Organic substances or pyrolytic carbons such as carbon black, acetylene black can advantageously be used.
前記炭化珪素粉末は、前記ホウ素、アルミニウムおよび
鉄の含有量の合計が元素に換算して0.3重量%を越え
る場合には炭素質物質および遊離炭素の含有量が固定炭
素量に換算して0.6重量%以下であることが好ましい
。その理由は、ホウ素、アルミニウムおよび鉄の含有量
の合計が元素に換算して0.3重量%を越える場合に、
炭素質物質および遊離炭素の含有量が固定炭素量に換算
して0.6重量%よりも多いと、先にも説明した如く、
前記ホウ素、アルミニウムあるいは鉄と炭素との相互作
用によって焼結時に焼成収縮し易く、本発明の目的とす
る実質的な収縮を生じさせることなく焼結体を得ること
が困難になるからである。また、前記ホウ素、アルミニ
ウムおよび鉄の含有量が余り多いと焼結体の物性を劣化
させるため、なるべく少ないことが望ましく、その含有
量の合計は元素に換算して2重量%以下であることが好
ましい。When the total content of boron, aluminum and iron exceeds 0.3% by weight in terms of elements, the silicon carbide powder has a content of carbonaceous substances and free carbon in terms of fixed carbon content. It is preferably 0.6% by weight or less. The reason is that when the total content of boron, aluminum and iron exceeds 0.3% by weight in terms of elements,
As explained earlier, if the content of carbonaceous substances and free carbon is more than 0.6% by weight in terms of fixed carbon amount,
This is because the interaction between boron, aluminum, or iron and carbon tends to cause sintering shrinkage during sintering, making it difficult to obtain a sintered body without causing substantial shrinkage, which is the objective of the present invention. In addition, if the content of boron, aluminum, and iron is too high, it will deteriorate the physical properties of the sintered body, so it is desirable that the content be as low as possible, and the total content should be 2% by weight or less in terms of elements. preferable.
前記生成形体は1700〜2100℃の温度範囲内で焼
成される。その理由は前記温度が1700’Cより低い
と粒と粒とを結合するネックを充分に発達させることが
困難で、高い強度を有する焼結体を得ることができず、
一方2100℃より高いと一旦成長したネックのうち一
定の大きさよりも小さなネックがくびれた形状となった
り、著しい場合には消失したりして、むしろ強度が低1
くなるし、また一部の粒子が粗大化するため表面の面粗
度が劣化するからである。The resulting shaped body is fired within a temperature range of 1700-2100°C. The reason is that if the temperature is lower than 1700'C, it is difficult to sufficiently develop the necks that connect the grains, making it impossible to obtain a sintered body with high strength.
On the other hand, if the temperature is higher than 2100°C, the necks that have grown once and are smaller than a certain size will become constricted, or in severe cases they will disappear, resulting in a decrease in strength.
This is because some of the particles become coarse and the surface roughness deteriorates.
前記生成形体は非酸化性雰囲気中で実質的に収縮させる
ことなく焼成される。その理由は、焼結時における収縮
は焼結体の強度を向上させる上では好ましいが、一般的
には焼結時の収縮量は生成形体の密度に大きく影響する
ため、均一な収縮を生成させるためには均一な密度を有
する生成形体を得ることが重要である。しかし、そのよ
うな均一な密度を有する生成形体を得ることは極めて困
難であるため、本発明の目的とする極めて寸法精度の高
い焼結体を焼成収縮を生起させて製造することが困難で
あるからである。The resulting shaped body is fired in a non-oxidizing atmosphere without substantial shrinkage. The reason for this is that shrinkage during sintering is preferable for improving the strength of the sintered body, but generally speaking, the amount of shrinkage during sintering has a large effect on the density of the formed body, so it is necessary to generate uniform shrinkage. Therefore, it is important to obtain a formed body with uniform density. However, it is extremely difficult to obtain a green body with such uniform density, and therefore it is difficult to produce a sintered body with extremely high dimensional accuracy, which is the object of the present invention, by causing firing shrinkage. It is from.
なお、前述の如き寸法精度の高い焼結体を得る上で実質
的に収縮させることなく焼結する際の焼成収縮率は2%
以下であることが好ましく、なかでも、1%以下である
ことがより好適である。In addition, in order to obtain a sintered body with high dimensional accuracy as mentioned above, the firing shrinkage rate when sintering without substantially shrinking is 2%.
It is preferably at most 1%, and more preferably at most 1%.
また、前記生成形体は1700〜2100’Cの温度範
囲内において少なくとも1o分間曾囲気中の■あるいは
N2の少なくともいずれかのガス分圧が100Pa以上
に維持された雰囲気中で焼成されることが好ましい。そ
の理由は、前記温度範囲内において少なくとも10分間
雰囲気中のCOあるいはN2の少なくともいずれかのガ
ス分圧を100Pa以上とすることによって、ネックの
成長を促進させ、かつ炭化珪素の焼結時における焼成収
縮を効果的に抑制することができるからである。Further, it is preferable that the formed body is fired within a temperature range of 1700 to 2100'C for at least 10 minutes in an atmosphere in which the partial pressure of at least one of the gases 1 and 2 in the surrounding air is maintained at 100 Pa or more. . The reason for this is that by increasing the partial pressure of at least one of CO or N2 in the atmosphere to 100 Pa or higher for at least 10 minutes within the above temperature range, the growth of the neck can be promoted and the This is because shrinkage can be effectively suppressed.
本発明の耐熱性治具用炭化珪素焼結体は前記生成形体を
焼成雰囲気を制御することのできる耐熱性容器内に装入
し、焼成することが有利である。It is advantageous for the heat-resistant sintered silicon carbide body for a jig of the present invention to be fired by charging the formed body into a heat-resistant container in which the firing atmosphere can be controlled.
このように耐熱性の容器内に装入して焼成雰囲気を制御
しつつ焼成することが有利である理由は、隣接する炭化
珪素結晶同志の結合およびネックの成長を促進させるこ
とができるからである。前述の如く耐熱性の容器内に生
成形体を装入して焼成雰囲気を制御しつつ焼成すること
によって隣接する炭化珪素結晶同志の結合およびネック
の成長を促進させることができる理由は、炭化珪素粒子
間における炭化珪素の蒸発−再凝縮および/または表面
拡散による移動を促進することができるためと考えられ
る。The reason why it is advantageous to charge the material into a heat-resistant container and fire it while controlling the firing atmosphere is that it can promote the bonding of adjacent silicon carbide crystals and the growth of necks. . The reason why bonding between adjacent silicon carbide crystals and the growth of necks can be promoted by charging the formed body into a heat-resistant container and firing while controlling the firing atmosphere as described above is because silicon carbide particles This is thought to be because the movement of silicon carbide by evaporation-recondensation and/or surface diffusion between the two layers can be promoted.
前記耐熱性容器としては、黒鉛や炭化珪素などの材質お
よびこれらと同等の機能を有するものを有利に使用する
ことができる。As the heat-resistant container, materials such as graphite and silicon carbide, and materials having functions equivalent to these materials can be advantageously used.
また、前記生成形体を焼成雰囲気を制御することのでき
る耐熱性容器中に装入して焼成することにより、焼成時
における炭化珪素の揮散率を5重量%以下に制御するこ
とが有利である。Furthermore, it is advantageous to control the volatilization rate of silicon carbide to 5% by weight or less during firing by charging the formed body into a heat-resistant container in which the firing atmosphere can be controlled and firing it.
前記耐熱性治具用炭化珪素焼結体を製造するための生成
形体は4,5〜b
のであることが有利である。その理由は、前記生成形体
の密度が45容j1%より低いと炭化珪素粒子相互の接
触点が少ないため、必然的に結合箇所が少なくなり本発
明の目的とする7に9/−以上の平均曲げ強度を有する
焼結体を得ることが困難であるからであり、−万8o容
量%より高い生成形体は製造することが困難であるから
である。It is advantageous that the formed body for producing the silicon carbide sintered body for a heat-resistant jig is 4.5-b. The reason for this is that when the density of the formed body is lower than 45% by volume, there are fewer points of contact between the silicon carbide particles, which inevitably results in fewer bonding points, resulting in an average of 7 to 9/- or more, which is the objective of the present invention. This is because it is difficult to obtain a sintered body having bending strength, and it is difficult to produce a formed body having a content higher than -80,000% by volume.
また、前記1700’Qに至るまでの昇温過程のうち1
500°C以上で少なくとも30分間雰囲気中のCOお
よびN2のガス分圧の合計を100Pa以下に維持する
ことにより、炭化珪素の粒子と粒子との間のネックを均
一に生成させて強固に接合することができる。Also, one of the temperature increase processes up to 1700'Q mentioned above.
By maintaining the total gas partial pressure of CO and N2 in the atmosphere at 100 Pa or less at 500°C or higher for at least 30 minutes, necks between silicon carbide particles are uniformly generated and firmly bonded. be able to.
なお、炭化珪素以外の炭化物においても炭化珪素と同様
の焼結機構を存するものでArtば、本発明と同様に寸
法精度および強度に優れた焼結体を得ることができる。Note that carbides other than silicon carbide also have a sintering mechanism similar to that of silicon carbide, so that a sintered body having excellent dimensional accuracy and strength as in the present invention can be obtained.
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
出発原料として使用した炭化珪素粉末は94.6重量%
がβ型結晶で残部が突貫的に2H型結晶より
゛なり、0.29重量%の遊離炭素、0.17M量%の
酸素、0.03重量%の鉄、0.03重景%のアルミニ
ウムを主として含有し、0.28−の平均粒径を有して
おり、ホウ素は検出されなかった。Example 1 Silicon carbide powder used as starting material was 94.6% by weight
is a β-type crystal, and the rest is suddenly more than a 2H-type crystal.
It mainly contains 0.29% by weight of free carbon, 0.17% by weight of oxygen, 0.03% by weight of iron, and 0.03% by weight of aluminum, and has an average particle size of 0.28%. No boron was detected.
前記炭化珪素粉末100重量部に対し、ポリビニルアル
コール5重量部、水300重量部を配合し、ボールミル
中で5時間混合した後乾燥した。5 parts by weight of polyvinyl alcohol and 300 parts by weight of water were blended with 100 parts by weight of the silicon carbide powder, mixed in a ball mill for 5 hours, and then dried.
この乾燥混合物を適量採取し、顆粒化した後金属製押し
型を用いて3000 kQ/dの圧力で成形した。An appropriate amount of this dry mixture was taken, granulated, and then molded using a metal mold at a pressure of 3000 kQ/d.
この生成形体の寸法は250mX25(mX30鱈で、
密度は2.Ofl/c4 (62容量%)であった。The dimensions of this generated form are 250m x 25 (m x 30 cod,
The density is 2. Ofl/c4 (62% by volume).
前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、タンマン型焼成
炉を使用して1気圧の主としてアルゴンガス雰囲気中で
焼成した。昇温過程は450°Φ時間で2000℃まで
昇温し、最高温度2000℃で10分間保持した。焼結
中の0013分圧は常温〜1700″Cが80Pa以下
、1700℃よりも高温域では300±50Paの範囲
内となるようにアルゴンガス流量を適宜調整して制御し
た。The formed body was placed in a graphite crucible and fired in a Tammann type firing furnace in an atmosphere of mainly argon gas at 1 atm. In the temperature raising process, the temperature was raised to 2000°C in 450°Φ hours, and the maximum temperature was held at 2000°C for 10 minutes. The 0013 partial pressure during sintering was controlled by suitably adjusting the argon gas flow rate so that it was within the range of 80 Pa or less from room temperature to 1700''C and 300±50 Pa at higher temperatures than 1700°C.
得られた焼結体の密度は2.05f/dで、その結晶構
造は走査型電子顕微鏡によって観察したところ、平均ア
スペクト比が2.5の炭化珪素板状結晶が多方向に複雑
に絡み合うた三次元構造を有しており、生成形体に対す
る線収縮率はいずれの方向に対しても0.25±0.0
2%の範囲内で、焼結体の寸法精度は±0.05園以内
であった。また、この焼結体の平均曲げ強度は18.5
1−と極めて高い値を示した。The density of the obtained sintered body was 2.05 f/d, and its crystal structure was observed using a scanning electron microscope and revealed that silicon carbide plate crystals with an average aspect ratio of 2.5 were intricately intertwined in multiple directions. It has a three-dimensional structure, and the linear shrinkage rate for the produced shape is 0.25 ± 0.0 in any direction.
Within the range of 2%, the dimensional accuracy of the sintered body was within ±0.05 degrees. Moreover, the average bending strength of this sintered body is 18.5
It showed an extremely high value of 1-.
実施例2
実施例1と同様の操作を繰返して焼結体を製造した。結
果は第1表に示した。Example 2 The same operation as in Example 1 was repeated to produce a sintered body. The results are shown in Table 1.
第1表に示した結果よりわかるよう筈ζ線収縮率は最大
でも0.253±0.022%程度であり、実施例1に
示した焼結条件によれば線収縮率を0.25%に設定し
て生成形体を成形し焼結を行うことにより、寸法精度が
±0.0551m以内の極めて寸法精度の高い焼結体を
容易に製造することが可能であることが確認された。As can be seen from the results shown in Table 1, the maximum ζ-line shrinkage rate is about 0.253±0.022%, and according to the sintering conditions shown in Example 1, the linear shrinkage rate is 0.25%. It was confirmed that by molding and sintering the formed body with the setting, it is possible to easily produce a sintered body with extremely high dimensional accuracy within ±0.0551 m.
比較例1
)実施例1に記載した炭化珪素粉末100重量部に対し
、比表面積が20.5d/fの炭化ホウ素粉末1重量部
、比表面積が128 Wl/fのカーボンブラック粉末
2重量部、゛ポリオキンエチレンノニルフェノールエー
テル0.4重量部、水400重量部を配合し、ボールミ
ル中で20時間混合した後乾燥した。Comparative Example 1) For 100 parts by weight of the silicon carbide powder described in Example 1, 1 part by weight of boron carbide powder with a specific surface area of 20.5 d/f, 2 parts by weight of carbon black powder with a specific surface area of 128 Wl/f, 0.4 parts by weight of polyoquine ethylene nonylphenol ether and 400 parts by weight of water were mixed in a ball mill for 20 hours and then dried.
この乾燥混合物を適量採取し、顆粒化した後金属製押し
型を用いて1501の圧力で仮成形し、次にアイソスタ
ティックプレス機を用いて2000に4/dの圧力で成
形した。得られた生成形体0寸法および密度は第1表に
示した。An appropriate amount of this dry mixture was taken, granulated, and then pre-molded using a metal press at a pressure of 1501 mm, and then molded using an isostatic press at a pressure of 2000 mm/d. The zero dimensions and density of the resulting green bodies are shown in Table 1.
前記生成形体を実施例1と同様にタンマン型焼成炉を使
用して1気圧の主としてアルゴンガス雰囲気中で焼成し
た。昇温過程は常温〜1650℃は5℃/i%1650
℃にて45分間保持した後、さらに5°jで昇温し最高
温度2100℃で30分間保持した。焼結中の0013
分圧は常温〜1650℃が5KPa以下、1650℃で
保持する際は500Pa以下、1650℃より高温域で
は5KPa以下となるようにアルゴンガス流量を適宜調
整して制御した。結果は第1表に示した。The resulting green body was fired in the same manner as in Example 1 using a Tammann type firing furnace in an atmosphere of mainly argon gas at 1 atm. The heating process is from room temperature to 1650℃: 5℃/i%1650
After holding at the temperature for 45 minutes, the temperature was further increased at 5°j and held at the maximum temperature of 2100°C for 30 minutes. 0013 during sintering
The partial pressure was controlled by suitably adjusting the argon gas flow rate so that the partial pressure was 5 KPa or less between normal temperature and 1650°C, 500 Pa or less when maintained at 1650°C, and 5 KPa or less in a higher temperature range than 1650°C. The results are shown in Table 1.
第1表に示した結果よりわかるように、得られた焼結体
はいずれも緻密で高強度であるが、収縮率のバラツキが
大きく特に寸法精度の高い焼結体を仕上げ加工なしで製
造することは困難であった。As can be seen from the results shown in Table 1, the obtained sintered bodies are all dense and have high strength, but the shrinkage rate varies widely, making it difficult to manufacture sintered bodies with particularly high dimensional accuracy without finishing processing. That was difficult.
ルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを使用して焼結体を
製造した。焼結中の窒素ガス分圧は常温〜1700℃が
20Pa以下、1700℃よりも高温域では300Pa
に設定した。なお焼結中の0013分圧は常に50P3
以下となるようにアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガス
の流量を適宜調整して制御した。A sintered body was manufactured using a mixed gas of Rougon gas and nitrogen gas. The partial pressure of nitrogen gas during sintering is 20 Pa or less at room temperature to 1700°C, and 300 Pa at higher temperatures than 1700°C.
It was set to The 0013 partial pressure during sintering is always 50P3.
The flow rate of the mixed gas of argon gas and nitrogen gas was appropriately adjusted and controlled as follows.
得られた焼結体の密度は2.08f/dであり、生成形
体に対する線収縮率はいずれの方向に対しても0.26
1±o、otz%の範囲内であり、焼結体の寸法精度は
±o、oao m以内であった。また、この焼結体の平
均曲げ強度は22.5rc−jと極めて高い値が得られ
た。The density of the obtained sintered body is 2.08 f/d, and the linear shrinkage rate of the formed body is 0.26 in any direction.
The dimensional accuracy of the sintered body was within ±o, oao m. Further, the average bending strength of this sintered body was as high as 22.5rc-j.
比較例2
実施例1と同様であるが、炭化珪素粉末として95.7
重量%がβ型結晶で残部が実質的に2H型結晶よりなり
、0.10重量%の遊離炭素、0.15重量%の酸素、
0.02重量%の鉄、0.02重量%のアルミニウムを
主として含有し、8μmの平均粒径を有する炭化珪素粉
末を使用して焼結体を得た。なお、この炭化珪素粉末か
らはホウ素を検出することができなかった。得られた焼
結体の密度は1.85j’Aであり、生成形体に対する
線収縮率は0.248±0.058%と比較的バラツキ
があり、寸法精度も±0.145ffであった。また、
この焼結体の平均曲げ強度は6.3kQ/−と比較的低
いものであった。Comparative Example 2 Same as Example 1, but with silicon carbide powder of 95.7
% by weight of β-type crystals and the remainder substantially of 2H-type crystals, 0.10% by weight of free carbon, 0.15% by weight of oxygen,
A sintered body was obtained using silicon carbide powder mainly containing 0.02% by weight of iron and 0.02% by weight of aluminum and having an average particle size of 8 μm. Note that boron could not be detected from this silicon carbide powder. The density of the obtained sintered body was 1.85j'A, the linear shrinkage rate for the formed body was relatively uneven at 0.248±0.058%, and the dimensional accuracy was also ±0.145ff. Also,
The average bending strength of this sintered body was 6.3 kQ/-, which was relatively low.
】虜11
実施例1と同様であるが、焼成時の最高温度を2200
℃と高めて焼結体を得た。] Prisoner 11 Same as Example 1, but the maximum temperature during firing was set to 2200
A sintered body was obtained by increasing the temperature to ℃.
得られた焼結体の密度は1.95f/dと低(、生成形
体に対する線収縮率は0.203±0.11%と比較的
バラツキが大きく、寸法精度も±0.275gと著しく
低下した。また、この焼結体の平均曲げ強度は4.2k
V−と著しく低かった。The density of the obtained sintered body is as low as 1.95 f/d (the linear shrinkage rate for the formed body has a relatively large variation of 0.203 ± 0.11%, and the dimensional accuracy is also significantly decreased at ± 0.275 g). The average bending strength of this sintered body was 4.2k.
It was extremely low at V-.
実施例4
実施例1と同様であるが、炭化珪素粉末として92.8
重量%がβ型結晶で残部が実質的に2H型結晶よりなり
、0.21重量%の遊離炭素、0.17重量%の酸素、
0.05 M量%の鉄、0.1重量%のアルZニウム、
0.2重量%のホウ素を主として含有し、Q、27pm
の平均粒径を有する炭化珪素粉末を使用し、前記炭化珪
素粉末100重量部に対し、固定炭素含有率51.6重
量%のノボラック型フェノール樹脂0.4部、ベンゼン
309重量部を配合し、ボールミル中で5時間混合した
後乾燥して得た乾燥混合物を使用して焼結体を得た。Example 4 Same as Example 1, but 92.8 as silicon carbide powder
% by weight of β-type crystals and the remainder substantially of 2H-type crystals, 0.21% by weight of free carbon, 0.17% by weight of oxygen,
0.05 M% iron, 0.1% by weight Al Znium,
Mainly contains 0.2% by weight of boron, Q, 27pm
Using silicon carbide powder having an average particle size of A sintered body was obtained using a dry mixture obtained by mixing in a ball mill for 5 hours and then drying.
得られた焼結体の密度は2.05f/dであり、生成形
体に対する線収縮率は0.52±0.03%と若干大き
くなったが寸法精度は±0.08gと比較的良好であっ
tこ。なお、この焼結体の平均曲げ強度は32.5&G
4と著しく高い値が得られた。The density of the obtained sintered body was 2.05 f/d, and although the linear shrinkage rate was slightly higher than that of the formed body at 0.52 ± 0.03%, the dimensional accuracy was relatively good at ±0.08 g. Ah tko. The average bending strength of this sintered body is 32.5&G.
A significantly high value of 4 was obtained.
比較例4
実施例4と同様であるが、ノボラックフェノール樹脂の
配合量を1.6部に変えて焼結体を得た。Comparative Example 4 A sintered body was obtained in the same manner as in Example 4, except that the amount of novolak phenol resin was changed to 1.6 parts.
得られた焼結体の密度は2.50F/dと大きくなり、
生成形体に対する線収縮率も4.47±0.23%とバ
ラツキが大きく、寸法精度も±0.575 ffと著し
く低下した。なお、こ、の焼結体の平均曲げ強度は31
.7#/−であった。The density of the obtained sintered body was as high as 2.50F/d,
The linear shrinkage rate for the produced shape also varied widely, at 4.47±0.23%, and the dimensional accuracy also decreased significantly, at ±0.575 ff. The average bending strength of this sintered body is 31
.. It was 7#/-.
以上述べた如く、本発明の耐熱性治具用炭化珪素質焼結
体は実質的に収縮を生じさせることなく焼結されたもの
でありで、寸法精度および強度に優れており、格別の機
械加工を施すことなく安価に供給できる。As described above, the silicon carbide sintered body for heat-resistant jigs of the present invention is sintered without substantially shrinking, has excellent dimensional accuracy and strength, and is suitable for use in exceptional machinery. It can be supplied at low cost without any processing.
Claims (1)
焼結体であって、平均曲げ強度が7kg/mm^2以上
であることを特徴とする寸法精度の優れた耐熱性治具用
炭化珪素質焼結体。 2、前記炭化珪素質焼結体の焼結に伴う収縮率は2%以
下である特許請求の範囲第1項記載の耐熱性治具用炭化
珪素質焼結体。 3、前記炭化珪素質焼結体は、結晶の平均粒径が0.5
〜10μm、密度が1.4〜2.6g/cm^2である
特許請求の範囲第1あるいは2項記載の耐熱性治具用炭
化珪素質焼結体。 4、前記炭化珪素質焼結体は、主として平均アスペクト
比が5以下の−炭化珪素−結晶によって構成される三次
元網目構造を有する特許請求の範囲第1〜3項記載の耐
熱性治具用炭化珪素質焼結体。[Claims] 1. A silicon carbide sintered body sintered without substantially shrinking, with excellent dimensional accuracy characterized by an average bending strength of 7 kg/mm^2 or more. Silicon carbide sintered body for heat-resistant jigs. 2. The silicon carbide sintered body for a heat-resistant jig according to claim 1, wherein the silicon carbide sintered body has a shrinkage rate of 2% or less during sintering. 3. The silicon carbide sintered body has an average crystal grain size of 0.5.
10 μm and a density of 1.4 to 2.6 g/cm^2, the heat-resistant silicon carbide sintered body for a jig according to claim 1 or 2. 4. The silicon carbide sintered body has a three-dimensional network structure mainly composed of -silicon carbide-crystals with an average aspect ratio of 5 or less. Silicon carbide sintered body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59267006A JPS61143686A (en) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | Silicon carbide sintered body for heat-resistant jig having excellent dimensional accuracy |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP59267006A JPS61143686A (en) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | Silicon carbide sintered body for heat-resistant jig having excellent dimensional accuracy |
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---|---|
JPS61143686A true JPS61143686A (en) | 1986-07-01 |
JPH0359033B2 JPH0359033B2 (en) | 1991-09-09 |
Family
ID=17438745
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1984
- 1984-12-18 JP JP59267006A patent/JPS61143686A/en active Granted
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