JPS61163166A - Manufacture of silicon carbide composite sintered body - Google Patents
Manufacture of silicon carbide composite sintered bodyInfo
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- JPS61163166A JPS61163166A JP60001173A JP117385A JPS61163166A JP S61163166 A JPS61163166 A JP S61163166A JP 60001173 A JP60001173 A JP 60001173A JP 117385 A JP117385 A JP 117385A JP S61163166 A JPS61163166 A JP S61163166A
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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
この発明は炭化ケイ素焼結体を製造するための方法に関
し、特に空隙をケイ素(Si)および二次的に生成した
炭化ケイ素で埋めた炭化ケイ素複合焼結体の製造方法に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a method for producing a silicon carbide sintered body, and in particular to a silicon carbide composite in which voids are filled with silicon (Si) and secondarily produced silicon carbide. The present invention relates to a method for manufacturing a sintered body.
従来の技術
炭化ケイ素は耐熱性に優れ、高い硬度を有しているので
、エンジン部品やタービン部品などの高温構造材料とし
ての用途が期待されている。炭化ケイ素を原料として各
種の部品を製造、するには、周知のように、その粉末を
圧縮成形や射出成形等の成形法により所望の形状に成形
し、ついで焼結を行なうことにより必要とする強度を与
える必要がある。BACKGROUND OF THE INVENTION Silicon carbide has excellent heat resistance and high hardness, so it is expected to be used as a high-temperature structural material for engine parts, turbine parts, and the like. In order to manufacture various parts using silicon carbide as a raw material, as is well known, the powder is molded into the desired shape using compression molding, injection molding, etc., and then sintered. It is necessary to give strength.
ところでタービンエンジン部品などの機械部品は、形状
が複雑であり、また高い高温強度が要求され、さらには
寸法11度が良好であることなどが必要とされるが、各
種の成形法が研究開発されている現在では、相当複雑な
形状を比較的容易に成形できるようになってきている。By the way, mechanical parts such as turbine engine parts have complex shapes, require high high-temperature strength, and also require good dimensions of 11 degrees, but various molding methods are being researched and developed. Nowadays, it has become possible to mold fairly complex shapes relatively easily.
他方、強度付与のための焼結法としては、常圧焼結法や
加圧焼結法あるいは反応焼結法などが、従来、知られて
いるが、炭化ケイ素を原料として上記のような機械部品
を製造する場合には、これらの焼結法は一長一短があっ
て、かならずしも満足のゆく焼結体を得ることができな
かった。On the other hand, conventionally known sintering methods for imparting strength include normal pressure sintering, pressure sintering, and reaction sintering. When manufacturing parts, these sintering methods have advantages and disadvantages, and it is not always possible to obtain a satisfactory sintered body.
発明が解決しようとする問題点
すなわちタービンエンジン部品などの機械部品は、形状
が複雑であるから、これを炭化ケイ素によって造る場合
、その焼結法としては、常圧焼結法を採用することが好
ましいと考えられる。しかしながら、常圧焼結法は複雑
形状品に容易に適用でき、また炭素やホウ素などの助剤
の添加により焼結体の強度を高くすることができる反面
、焼成に伴う収縮が大きいので、寸法精度が悪くなる欠
点があり、さらには焼結体の強度が高いために、寸法是
正のための加工が極めて困難である問題があった。The problem that the invention aims to solve is that mechanical parts such as turbine engine parts have complex shapes, so when they are made from silicon carbide, it is recommended to use the pressureless sintering method as the sintering method. considered preferable. However, although the pressureless sintering method can be easily applied to products with complex shapes, and the strength of the sintered body can be increased by adding auxiliary agents such as carbon and boron, the shrinkage due to firing is large, so the size This method has the disadvantage of poor accuracy, and furthermore, because the strength of the sintered body is high, processing for correcting dimensions is extremely difficult.
これに対し、寸法変化(収縮)の小さい焼結法として反
応焼結法が知られている。炭化ケイ素を原料とした反応
焼結法は、SiC粉末と炭素(C)との混合物を成形し
た後、溶aSiまたは3iの気体を成形体中に浸透させ
て加熱昇温することにより、二次的にSiCを生成させ
るとともに残りのSiで空隙を埋める方法であるが、こ
の方法によれば、寸法変化が非常に小さいために、寸法
精度を良好にすることができるが、強度が不足する問題
がある。On the other hand, a reaction sintering method is known as a sintering method that causes small dimensional changes (shrinkage). In the reactive sintering method using silicon carbide as a raw material, after forming a mixture of SiC powder and carbon (C), molten Si or 3i gas is infiltrated into the compact and heated to raise the temperature. This method generates SiC and fills the voids with the remaining Si, but this method allows for good dimensional accuracy because the dimensional change is very small, but it does not have the problem of insufficient strength. There is.
この発明は上記の事情に鑑み、寸法精度が良好で、しか
も高強度の炭化ケイ素複合焼結体を得ることのできる方
法を提供することを目的とするものである。In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a method by which a silicon carbide composite sintered body with good dimensional accuracy and high strength can be obtained.
問題点を解決するための手段
この発明は、上記の目的を達成するために、常圧焼結お
よび機械加工ならびに反応焼結を順次行なうことを特徴
とするものである。より具体的には、炭化ケイ素粉末成
形体に常圧焼結を施すことにより、殆んどの気孔が開気
孔である多孔質一次焼結体を作成し、その一次焼結体に
研削などの機械加工を施すことにより所期の形状、寸法
とし、ついで一次焼結体の気孔内に炭素分を浸透させ、
しかる後その炭素分を反応焼結によりケイ化することを
特徴とする方法である。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that pressureless sintering, machining, and reaction sintering are sequentially performed. More specifically, by subjecting a silicon carbide powder compact to pressureless sintering, a porous primary sintered body in which most of the pores are open is created, and the primary sintered body is machined by grinding, etc. The desired shape and dimensions are achieved through processing, and then carbon content is infiltrated into the pores of the primary sintered body.
This method is characterized in that the carbon content is then silicified by reaction sintering.
発明の詳細な説明
上述のようにこの発明は炭化ケイ素焼結体を得るための
方法であり、炭化ケイ素は難焼結性であるから、適当な
助剤(例えばホウ素および炭素)を添加して所定の形状
に成形する。その成形法としては、得るべき形状に応じ
て圧縮成形法や射出成形法等の従来知られている各種の
方法を採用することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As mentioned above, the present invention is a method for obtaining a sintered silicon carbide body, and since silicon carbide is difficult to sinter, a suitable auxiliary agent (for example, boron and carbon) is added. Form into a predetermined shape. As the molding method, various conventionally known methods such as compression molding and injection molding can be employed depending on the shape to be obtained.
また常圧焼結は、2000℃以上の焼結温度(α−8i
Cでは2100℃程度、β−8iCでは2200℃程度
)まで加熱昇温し、その場合の雰囲気を1気圧のArガ
スやHeガスなどの希ガス気流とすることにより行なう
。In addition, pressureless sintering is performed at a sintering temperature of 2000°C or higher (α-8i
This is carried out by heating to about 2100° C. for C and about 2200° C. for β-8iC, and setting the atmosphere at that time to a flow of a rare gas such as Ar gas or He gas at 1 atm.
ここまでの成形および常圧焼結の工程は、炭化ケイ累粒
子がからみ合った開気孔の組織の一次焼結体を得るため
のものであり、したがって成形および常圧焼結の各工程
での他の条件は、目的に沿うよう適宜に定めればよい。The steps of forming and pressureless sintering up to this point are to obtain a primary sintered body with an open pore structure in which silicon carbide particles are intertwined. Other conditions may be determined as appropriate to meet the purpose.
常圧焼結を行なうことにより成形体が収縮するから、一
次焼結体の寸法に狂いが生じており、したがってこれに
加工を施して所期の製品寸法とする。その場合、一次規
結体は同気孔組織の多孔質であるから、ダイヤモンド砥
石を用いた通常の平面研削機や円筒研削a等の装置(工
具)によって容易に研削することができる。Since the molded body shrinks due to pressureless sintering, the dimensions of the primary sintered body are irregular, and therefore, this is processed to obtain the desired product dimensions. In this case, since the primary aggregate is porous with the same pore structure, it can be easily ground with a device (tool) such as a normal surface grinder or cylindrical grinder using a diamond grindstone.
反応焼結は、SiC成形体もしくは焼結体に含有させた
炭素と溶融金属Siもしくは気体5iとを反応させて二
次的にSICを生成させる焼結であるが、この発明では
一次焼結体を対象として反応焼結を行なうから、炭素の
供給は、例えばっぎのようにして行なうことができる。Reactive sintering is sintering in which carbon contained in a SiC molded body or sintered body reacts with molten metal Si or gas 5i to secondarily generate SIC. Since the reaction sintering is performed on the carbon, carbon can be supplied, for example, in the same way.
すなわちカーボンブラックなどの炭素分を液体の分散媒
を用いてスラリー化しておき、減圧下においた一次焼結
体をそのスラリーで覆うとともに、加圧状態に切換えて
スラリー化した炭素分を気孔中に浸透させればよい。こ
のような方法を採用した場合、反応焼結を行なうに先立
って分散媒を除去することが好ましい。また炭素分を化
合物のがたちで気孔中に浸透させた場合には、反応焼結
に先立つて炭化することが好ましい。このようにして気
孔内に浸透させた炭素をケイ化する。その操作は、上記
の一次焼結体を加熱炉内で所定の温度まで昇温するとと
もに、Siを気孔中の炭素と接触させることにより行な
う。そのSi分としては、溶融金属S1あるいは気体S
iを用いることができ、このような反応焼結は、従来性
なわれている方法で実施すればよい。In other words, carbon such as carbon black is slurried using a liquid dispersion medium, the primary sintered body is covered with the slurry under reduced pressure, and the slurry is then turned into a pressurized state to be slurried into the pores. Just let it penetrate. When such a method is adopted, it is preferable to remove the dispersion medium before performing reaction sintering. Furthermore, when carbon is infiltrated into the pores in the form of a compound, it is preferable to carbonize the material prior to reaction and sintering. The carbon infiltrated into the pores in this way is silicified. This operation is carried out by heating the primary sintered body to a predetermined temperature in a heating furnace and bringing Si into contact with carbon in the pores. The Si content is molten metal S1 or gas S
i can be used, and such reactive sintering can be carried out by conventional methods.
実施例 以下、この発明の実施例を記す。Example Examples of this invention will be described below.
成形:
市販のβ−8iC粉末(昭和電工(株)製、商品名:B
−1)に助剤としてカーボンブラック1wt%および非
晶質ホウ素1wt%を添加し、1.5トン/ crlの
圧力で圧縮成形し、5×5×50(IIlll)の生成
形体を作成した。そのかさ密度は、1.75!J/ C
ll13であった。Molding: Commercially available β-8iC powder (manufactured by Showa Denko K.K., product name: B
1 wt % of carbon black and 1 wt % of amorphous boron were added as auxiliaries to -1) and compression molded at a pressure of 1.5 tons/crl to create a 5 x 5 x 50 (IIll) shaped product. Its bulk density is 1.75! J/C
It was ll13.
一次焼結:
前記の生成形体をアルゴン(Ar >気流中において2
200’Cまで加熱し、30分間焼成し、一次焼結体を
得た。その一次焼結体について調べたところ、板状粒子
が絡み合い、殆んどの気孔が開気孔となっている組織で
あり、またかさ密度は2.56(J/C信3であった。Primary sintering: The above-mentioned formed body is sintered in an argon (Ar > air flow).
It was heated to 200'C and fired for 30 minutes to obtain a primary sintered body. When the primary sintered body was examined, it was found that it had a structure in which plate-like particles were entangled and most of the pores were open, and the bulk density was 2.56 (J/C Shin 3).
加工:
上記の一次焼結体に対し、ダイヤモンド砥石を用いて平
面研削加工を施すことにより、3×4×45(mm)の
形状とした。加工時に特に異常は生じず、容易に加工す
ることができた。Processing: The above primary sintered body was subjected to surface grinding using a diamond grindstone to obtain a shape of 3×4×45 (mm). No particular abnormality occurred during processing, and processing was easy.
炭素分の供給:
予め、エチルアルコール中にカーボンブラック(三菱化
成工業(株)製、商品名;ダイヤブラックエ)を体積比
で40%分散させたスラリーを作成しておき、前記一次
焼結体を真空排気した容器中に置くとともに、その状態
でスラリーを投下して一次焼結体をスラリーで覆い、つ
いで圧縮空気により4気圧を負荷し、スラリーを気孔中
に浸透させた。しかる後、容器から取出して加熱乾燥す
ることにより、分散媒であるエチルアルコールを除去し
た。以上の操作を1回ないし数回行なうことにより、カ
ーボンブラックを気孔中に充分浸透させた。Supply of carbon content: A slurry in which 40% by volume of carbon black (manufactured by Mitsubishi Chemical Industries, Ltd., trade name: Dia Black E) is dispersed in ethyl alcohol is prepared in advance, and the primary sintered body is The primary sintered body was placed in an evacuated container, and slurry was dropped in that state to cover the primary sintered body with the slurry. Then, a pressure of 4 atmospheres was applied with compressed air to infiltrate the slurry into the pores. Thereafter, the dispersion medium, ethyl alcohol, was removed by taking it out from the container and heating and drying it. By performing the above operation once or several times, carbon black was sufficiently penetrated into the pores.
反応焼結:
力−ボンブラックを含んだ前記一次焼結体を、1450
℃の真空炉中で溶融金兄S1と接触させ、気孔内の炭素
をケイ化した。Reaction sintering: The primary sintered body containing carbon black was heated to 1450
The carbon in the pores was silicified by contacting with molten metal S1 in a vacuum furnace at .degree.
上述の一連の操作によって得られた焼結体についてスベ
たところ、二次的に生成したSiCおよび浸透した3i
によって空隙が充填され、緻密な組織となっていた。ま
た表面に付着していた未反応の金属ケイ素を研削除去し
、寸法を測定したところ、炭素分をケイ化する反応焼結
時での寸法収縮は認められなかった。ざらに上述のよう
にして得られた炭化ケイ素複合焼結体のかざ密度は3.
18!J/ cm3であり、その曲げ強度は平均61k
(1/iと高強度を示し、しかもワイブル係数が15.
8であって、一般に知られている緻密質炭化ケイ素焼結
体の6〜8に比べて格段に大きく、均質な焼結体であっ
た。When the sintered body obtained by the above-mentioned series of operations was rubbed, it was found that the secondarily generated SiC and the infiltrated 3i
The voids were filled in, resulting in a dense structure. Further, when the unreacted metallic silicon adhering to the surface was removed by grinding and the dimensions were measured, no dimensional shrinkage was observed during reaction sintering to silicify the carbon content. The bulk density of the silicon carbide composite sintered body obtained as roughly described above is 3.
18! J/cm3, and its bending strength is 61k on average.
(Shows high strength at 1/i, and has a Weibull coefficient of 15.
8, which was much larger and more homogeneous than the generally known dense silicon carbide sintered bodies 6 to 8.
発明の効果
以上の説明から明らかなようにこの発明によれば、一次
焼結体に加工を施して寸法を整えた後に反応焼結を施す
ことにより、製品となるべき焼結体を得るから、寸法精
度が良好で、しかも高強度の焼結体を得ることができる
。またこの発明では、寸法を整えるための加工を、多孔
質の一次焼結体を対象として行ない、反応焼結後は表面
に付着している余分な3i分を除去すればよいから、研
削等の機械加工が極めて容易であり、かつまた一次焼結
である常圧焼結では、W1密な焼結体を得る必要がない
から、その操作および管理が容易である。Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the present invention, a sintered body to be a product is obtained by processing a primary sintered body to adjust its dimensions and then subjecting it to reaction sintering. A sintered body with good dimensional accuracy and high strength can be obtained. In addition, in this invention, processing to adjust the dimensions is performed on the porous primary sintered body, and after reaction sintering, it is only necessary to remove the excess 3i attached to the surface, so grinding etc. Machining is extremely easy, and since pressureless sintering, which is primary sintering, does not require obtaining a sintered body with a dense W1, its operation and management are easy.
さらにこの発明では常圧焼結によって得た一次焼結体が
粗大気孔を含んだものとなっているが、反応焼結工程で
その気孔を充填するので、高強度化できるのみならず、
特性のバラツキを小さくし、信頼性を向上することがで
きる。そしてこの発明では、炭素とホウ素の総添加色を
減少できるので、耐酸化性を向上させることができる。Furthermore, in this invention, the primary sintered body obtained by pressureless sintering contains coarse pores, but since the pores are filled in the reaction sintering process, not only can the strength be increased,
It is possible to reduce variations in characteristics and improve reliability. Further, in this invention, since the total additive color of carbon and boron can be reduced, oxidation resistance can be improved.
出願人 トヨタ自動車株式会社 代理人 弁理士 豊 1)武 久 (ばか1名)Applicant: Toyota Motor Corporation Agent: Patent Attorney Yutaka 1) Hisashi Take (1 idiot)
Claims (1)
を施すことにより、開気孔組織の多孔質一次焼結体を作
成し、その一次焼結体を所定の形状に機械加工した後、
その気孔中に炭素分を浸透させ、ついでその炭素分を反
応焼結によりケイ化することを特徴とする炭化ケイ素複
合焼結体の製造方法。A porous primary sintered body with an open pore structure is created by applying pressureless sintering to a silicon carbide powder compact molded into a predetermined shape, and after machining the primary sintered body into a predetermined shape,
A method for producing a silicon carbide composite sintered body, which comprises infiltrating carbon into the pores and then silicifying the carbon by reaction sintering.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60001173A JPS61163166A (en) | 1985-01-08 | 1985-01-08 | Manufacture of silicon carbide composite sintered body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60001173A JPS61163166A (en) | 1985-01-08 | 1985-01-08 | Manufacture of silicon carbide composite sintered body |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61163166A true JPS61163166A (en) | 1986-07-23 |
Family
ID=11494040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60001173A Pending JPS61163166A (en) | 1985-01-08 | 1985-01-08 | Manufacture of silicon carbide composite sintered body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61163166A (en) |
-
1985
- 1985-01-08 JP JP60001173A patent/JPS61163166A/en active Pending
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