JPS61163180A - High size precision and anti-abrasivity silicon carbide composite body and manufacture - Google Patents

High size precision and anti-abrasivity silicon carbide composite body and manufacture

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JPS61163180A
JPS61163180A JP60003808A JP380885A JPS61163180A JP S61163180 A JPS61163180 A JP S61163180A JP 60003808 A JP60003808 A JP 60003808A JP 380885 A JP380885 A JP 380885A JP S61163180 A JPS61163180 A JP S61163180A
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silicon carbide
sintered body
porous
less
porous silicon
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Ibiden Co Ltd
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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、寸法精度および耐摩耗性の優れた炭化廿素複
合体およびその製造方法に関し、特に本発明は、所望の
形状に成形した生成形体を実質的に焼成収縮を生じさせ
ることなく焼結させた多孔質炭化珪素焼結体の開放気孔
中に金属シリコンが充填された寸法精度および耐摩耗性
の優れた炭化珪素質複合体およびその製造方法に関する
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a carbon carbide composite having excellent dimensional accuracy and wear resistance, and a method for producing the same. A silicon carbide-based composite with excellent dimensional accuracy and wear resistance, in which metallic silicon is filled in the open pores of a porous silicon carbide sintered body whose shape is sintered without substantially causing firing shrinkage, and the same. Regarding the manufacturing method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

炭化珪素は極めて優れた化学的および物理的性質を有し
ており、高温の酸化性雰囲気、酸およびアルカリ等の強
い腐蝕性を有する雰囲気中で使用される触媒担体、ポン
プ部品および各種治具等の如き用途に対して好適な材料
である。
Silicon carbide has extremely excellent chemical and physical properties, and is used in catalyst carriers, pump parts, and various jigs used in high-temperature oxidizing atmospheres, strongly corrosive atmospheres such as acids and alkalis, etc. This material is suitable for applications such as.

従来、炭化珪素焼結体の製造方法としては加圧焼結法、
常圧焼結法、反応焼結法および再結晶焼結法等の方法が
知られている。
Conventionally, methods for manufacturing silicon carbide sintered bodies include pressure sintering,
Methods such as pressureless sintering, reaction sintering, and recrystallization sintering are known.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、このうち加圧焼結法および常圧焼結法によれ
ば、高密度かつ高強度の焼結体を得ることはできるが、
いずれも焼成時に大きな焼成収縮を伴う焼結法であり、
焼結体の寸法は前記焼成収縮および生成形体の密度に大
きく影響を受けるため、特定の寸法精度を有する焼結体
を格別の機械加工を施すことなく製造することば湯めで
困難である。
By the way, among these methods, according to the pressure sintering method and the pressureless sintering method, it is possible to obtain a sintered body with high density and high strength.
Both are sintering methods that involve large firing shrinkage during firing.
Since the dimensions of the sintered body are greatly affected by the firing shrinkage and the density of the formed body, it is extremely difficult to produce a sintered body with specific dimensional accuracy without special machining.

また、反応焼結法および再結晶焼結法はいずれも焼成収
縮をそれ程伴わない焼結法であるが、前者の反応焼結法
による焼結体は製造時に金属シリコンと炭素粉末とのS
iC化反応を生起させるため、焼結体表面の面粗度が大
きくなる欠点を有し、−万後者の再結晶焼結法は炭化珪
素の粗粒と微粒を有機賓バインダーで固め、これを20
00〜2400°Cの再結晶化温度域で焼成して微粒の
炭化珪素を再結晶化せしめ結合作用を発揮させることに
よって粗粒と粗粒とを結合する方法であり、2000〜
2400℃と極めて高い焼結温度を必要とするばかりで
なく、出発原料として粗粒を使用するため、表面の面粗
度が大きく、いずれも、特に高い寸法精度の焼結体を格
別の機械加工を施すことなく製造することは困難である
In addition, both the reaction sintering method and the recrystallization sintering method are sintering methods that do not cause much shrinkage during firing, but the sintered body by the former reaction sintering method is produced by combining metallic silicon and carbon powder with S.
Since the iC reaction occurs, the surface roughness of the sintered body increases.The latter recrystallization sintering method hardens coarse and fine silicon carbide particles with an organic binder and binds them together. 20
It is a method of bonding coarse particles by firing in a recrystallization temperature range of 00 to 2400 ° C to recrystallize fine silicon carbide particles and exert a bonding action.
Not only does it require an extremely high sintering temperature of 2,400°C, but the surface roughness is large due to the use of coarse grains as a starting material. It is difficult to manufacture without applying

上述の如く、従来知られた焼結方法では、高い寸法精度
の要求される構造用炭化珪素焼結体を格別の機械加工を
施すことなく安価にかつ容易に製造する方法は知られて
いなかった。
As mentioned above, with conventionally known sintering methods, there was no known method for inexpensively and easily producing structural silicon carbide sintered bodies that require high dimensional accuracy without special machining. .

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

ところで、本発明者らは前述の如き従来知られた焼結方
法とは異なる焼結方法、すなわち所望の形状に成形した
生成形体を実質的に焼成収縮を生じさせることなく焼結
し、寸法精度および強度の要求される構造用炭化珪素焼
結体を格別の機械加工を施すことなく安価に製造するこ
とのできる方法を提供することを目的とし、焼成時に収
縮し易い微細な炭化珪素粉末を出発原料としても、焼結
に伴う焼成収縮を抑制することのできる焼結方法を開発
すべく種々研究を積み重ねた結果、炭化珪素粉末に含有
される不純物成分を制御し、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焼結体を
製造することのできる方法を新規に知見するに至り、先
に、特願昭59−245599号により「平均粒径が5
μm以下の炭化珪素粉末を生成形体に成形した後、前記
生成形体を1700〜2100℃の温度範囲内の非酸化
性雰囲気下で実質的に収縮させることなく焼結すること
を特徴とする7kQ/−以上の平均曲げ強度を有する炭
化珪素焼結体の製造方法」を提案している。
By the way, the present inventors have developed a sintering method different from the conventionally known sintering methods as described above, that is, sintering a green body formed into a desired shape without substantially causing firing shrinkage, and achieving dimensional accuracy. The aim is to provide a method for manufacturing structural silicon carbide sintered bodies that require strength at low cost without special machining, starting from fine silicon carbide powder that easily shrinks during firing. As a raw material, as a result of various research efforts to develop a sintering method that can suppress firing shrinkage caused by sintering, we have been able to control the impurity components contained in silicon carbide powder and sinter it within a specific atmosphere and temperature range. We discovered a new method of producing a high-strength silicon carbide sintered body with high surface precision without causing substantial firing shrinkage by sintering the material. -245599, “average particle size is 5
7kQ/, characterized in that after molding silicon carbide powder of micrometer or less into a green body, the green body is sintered in a non-oxidizing atmosphere within a temperature range of 1700 to 2100°C without substantially shrinking. - A method for manufacturing a silicon carbide sintered body having an average bending strength of at least -

しかしながら、前記炭化珪素焼結体は多孔質体であり、
特に耐摩耗性あるいは気密性の要求される用途に適用す
ることは困難であっ1こ。
However, the silicon carbide sintered body is a porous body,
In particular, it is difficult to apply it to applications that require wear resistance or airtightness.

そこで、本発明者ちは上述の問題点を解決することを目
的とし、前記炭化珪素焼結体についてさらに研究を重ね
た結果、前記炭化珪素焼結体の開放気孔中に金属シリコ
ンを充填することにより、寸法精度および表面精度を損
うことなく、耐摩耗性および気密性を向上させた炭化珪
素質複合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。
Therefore, the present inventors aimed to solve the above-mentioned problems, and as a result of further research on the silicon carbide sintered body, it was found that the open pores of the silicon carbide sintered body were filled with metallic silicon. As a result, the present invention was completed based on the new finding that it is possible to produce a silicon carbide composite with improved wear resistance and airtightness without impairing dimensional accuracy and surface accuracy.

本発明は、実質的に収縮させることなく焼結し、三次元
網目構造の開放気孔を形成させた多孔面炭化珪素質焼結
体の開放気孔の中に金属シリコンが充填さnてなる寸法
精度および耐摩耗性の優れた炭化珪素質複合体およびそ
の製造方法である。
The present invention provides dimensional accuracy in which metallic silicon is filled into the open pores of a porous silicon carbide sintered body that is sintered without substantially shrinking to form open pores in a three-dimensional network structure. and a silicon carbide composite with excellent wear resistance and a method for producing the same.

以下、本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

前記多孔質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、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 porous silicon carbide sintered body needs to be a silicon carbide sintered body sintered without substantially shrinking. The reason for this is that silicon carbide sintered bodies that are shrunk during sintering are preferable in terms of strength and wear resistance, but the dimensions of sintered bodies manufactured by a sintering method that involves shrinkage depend on the density of the formed body and the sintered body. Since it is greatly affected by the amount of shrinkage during sintering, it is necessary to uniformly cause shrinkage during sintering in order to produce a sintered body with excellent dimensional accuracy. By the way, in order to cause the above-mentioned contraction uniformly, it is important to obtain a formed body having a uniform density.
This is because it is extremely difficult to obtain a green body having such a uniform density, and it is difficult to produce a sintered body with extremely excellent dimensional accuracy by causing firing shrinkage.

なお、前記実質的に収縮させることなく焼結させた炭化
珪素質焼結体の焼成収縮率は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
The sintering shrinkage rate of the silicon carbide sintered body sintered without substantially shrinking is advantageously 2% or less, and more preferably 1% or less.

本発明の炭化珪素質複合体は、多孔質炭化珪素質焼結体
の開放気孔の中に金属シリコンが充填されたものである
ことが必要である。その理由は、金属シリコンは炭化珪
素質焼結体とのなじみが良く、金属シリコンを多孔質炭
化珪素質焼結体の開放気孔の中に充填することによって
、多孔質炭化珪素質焼結体からの結晶粒の脱離を防止す
ることができ、耐摩耗性を著しく向上させることができ
るからである。
The silicon carbide composite of the present invention needs to be a porous silicon carbide sintered body whose open pores are filled with metallic silicon. The reason is that metallic silicon has good compatibility with silicon carbide sintered bodies, and by filling the open pores of porous silicon carbide sintered bodies with metallic silicon, the porous silicon carbide sintered bodies can be removed from the porous silicon carbide sintered bodies. This is because the detachment of crystal grains can be prevented, and wear resistance can be significantly improved.

前記多孔質炭化珪素質焼結体は、結晶の平均粒径が10
μm以下、開放気孔率が18〜56容量%であることが
好ましい。前記結晶の平均粒径が10μm以下であるこ
とが好ましい理由は、前記結晶の平均粒径が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。また前記開放気孔率が18〜56容
量%であることが好ましい理由は、前記開放気孔率が1
8容量%よりも低いと金属シリコンを充填することが困
難であるからであり、一方56容量%よりも高いと多孔
質炭化珪素質焼結体の強度が低く粒子が脱離し易いから
である。
The porous silicon carbide sintered body has an average crystal grain size of 10
It is preferable that the open porosity is 18 to 56% by volume. The reason why it is preferable that the average grain size of the crystals is 10 μm or less is because if the average grain size of the crystals is larger than 10 μm, the surface roughness of the sintered body becomes large and the dimensional accuracy deteriorates. The reason why the open porosity is preferably 18 to 56% by volume is that the open porosity is 18% to 56% by volume.
This is because if it is lower than 8% by volume, it is difficult to fill with metallic silicon, whereas if it is higher than 56% by volume, the strength of the porous silicon carbide sintered body is low and particles are likely to separate.

前記多孔質炭化珪素質焼結体は、寸法精度の優n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ス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 porous silicon carbide sintered body must have excellent dimensional accuracy, and is composed of silicon carbide crystals with an average aspect ratio of 5 or less and has a three-dimensional network structure. It is preferable that it be made of the following.

本発明の炭化珪素質複合体は、前記多孔質炭化珪素質焼
結体の開放気孔100容量部に対し、金属シリコンを少
なくと650容量部充填されたものであることが好まし
い。その理由は、金属シリコンの充填量が50容量部よ
り少ないと炭化珪素質焼結体からの結晶粒の脱離を防止
する効果が充分でなく、耐摩耗性を向上させることが困
難であるからである。
In the silicon carbide composite of the present invention, it is preferable that at least 650 parts by volume of metallic silicon is filled with respect to 100 parts by volume of the open pores of the porous silicon carbide sintered body. The reason is that if the filling amount of metallic silicon is less than 50 parts by volume, the effect of preventing the detachment of crystal grains from the silicon carbide sintered body will not be sufficient, and it will be difficult to improve the wear resistance. It is.

次に本発明の寸法精度および耐摩耗性の優れた炭化珪素
質複合体の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a silicon carbide composite material having excellent dimensional accuracy and wear resistance according to the present invention will be described.

本発明によれば、平均粒径が5μm以下の炭化珪素粉末
を生成形体に成形した後、前記生成形体を1400〜2
100℃の温度範囲内で実質的に収縮させることなく焼
結して三次元網目構造の開放気孔を有する多孔質炭化珪
素質焼結体を製造し、次いで前記開放気孔内に金属シリ
コンを充填する方法によって寸法精度および耐摩耗性の
優れた炭化珪素質複合体を製造することができる。
According to the present invention, after forming silicon carbide powder with an average particle size of 5 μm or less into a green body, the green body is
A porous silicon carbide sintered body having open pores with a three-dimensional network structure is produced by sintering within a temperature range of 100° C. without substantially shrinking, and then the open pores are filled with metallic silicon. By this method, a silicon carbide composite with excellent dimensional accuracy and wear resistance can be manufactured.

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、焼結体内の粒と粒との結合箇所
が少なくなるため、高強度の炭化珪素焼結体を得ろこと
が困難になるばかりでなく、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 in the sintered body. Therefore, it is not only difficult to obtain a high-strength silicon carbide sintered body, but also the surface roughness is deteriorated.

ところで、前記炭化珪素の結晶系にはα型、β型および
非晶質のものがあるが、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
IIXn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 crystalline 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 types.
It can be advantageously used because it is easy to obtain IIXn or less in fine powder form and can produce a sintered body with relatively high strength, and in particular, it contains β-type silicon carbide in an amount of 50% by weight or more. 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 M量%以下であ
ることが有利である。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、
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
とが困難になるからである。
Advantageously, the silicon carbide powder has a total content of boron, aluminum and iron of 0.3 M% or less in terms of elements. The reason is that the total content of boron, aluminum and iron is 0.3 in terms of elements.
If it exceeds % by weight, it tends to shrink during sintering due to interaction with free carbon contained in the silicon carbide powder,
This is because it becomes difficult to manufacture a sintered body without causing substantial shrinkage.

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1%以下の遊離炭素を含有させるべ(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, the starting material should contain free carbon of 5 weight 1% or less (carbonaceous substances may not be added). The free carbon has the effect of suppressing the coarsening of crystal grains, and by making it present in the starting raw material, the crystal grain size of the sintered body can be made uniform and a sintered body with relatively high strength can be obtained. 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, excess carbon will exist between the silicon carbide powder particles, which will prevent the bonding between particles. This is because the strength of the sintered body deteriorates due to significant interference.

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、例えばフェノール樹脂、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/L/ キy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, saccharide, coal tar pitch, a/L/kyate. or pyrolytic carbons such as carbon black, acetylene black, etc. can be advantageously 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%以下であることが有利であ
る。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
、炭素買物質および遊離炭素の含有量が固定炭素量に換
算してO−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、実質的な収縮を
生じさせることな(焼結体を得ることが困難になるから
である。
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. Advantageously, it is less than 0.6% by weight. The reason is that when the total content of boron, aluminum and iron exceeds 0.3% by weight in terms of elements, the content of carbon purchasing substances and free carbon is O-6 in terms of fixed carbon content. If the amount is larger than 1% by weight, as explained above, the interaction between boron, aluminum, or iron and carbon tends to cause sintering shrinkage during sintering, and it is difficult to obtain a sintered body without causing substantial shrinkage. This is because it becomes difficult.

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(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%以下であることが有利である。
In addition, if the content of boron, aluminum, and iron is too high, the physical properties of the sintered body will deteriorate, so it is preferable that the content be as low as possible, and the total content should be 2% by weight or less in terms of elements. That is advantageous.

前記生成形体は1400〜2100℃の温度範囲内で焼
成される。その理由は前記温度が1400″Cより低い
と粒と粒とを結合するネックを充分に頭達させることが
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℃より高いさ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(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 1400-2100°C. The reason for this is that if the temperature is lower than 1400"C, it is difficult to reach the neck that connects the grains, and a sintered body with high strength cannot be obtained.
On the other hand, at temperatures higher than 2100°C, some of the necks that have grown once are smaller than a certain size (become slanted, or in severe cases disappear, resulting in a lower strength, and some particles This is because the roughness of the surface deteriorates as the surface becomes coarser.

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、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 formed body having such uniform density, and it is therefore difficult to produce a sintered body with extremely high dimensional accuracy by causing firing shrinkage.

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(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, there should be no substantial shrinkage (the firing shrinkage rate during sintering is 2%).
It is preferably at most 1%, and more preferably at most 1%.

また、前記生成形体は1400〜21oo:cの温度範
囲内において少なくとも10分間雰囲気中のCOあるい
はN意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有利である
。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 advantageous that the formed body is fired in an atmosphere in which the partial pressure of at least one of CO and N is maintained at 100 Pa or more within a temperature range of 1400 to 210:00 C for at least 10 minutes. It is. The reason is that within the temperature range at least 10
By setting the gas partial pressure of at least one of CO or N2 in the atmosphere to 100 Pa or more, neck growth can be promoted and sintering shrinkage during sintering of silicon carbide can be effectively suppressed. It is.

本発明によれば、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。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。
According to the present invention, it is advantageous to charge the green body into a heat-resistant container in which the firing atmosphere can be controlled and to fire it. The reason why it is advantageous to charge the material into a heat-resistant container and fire it while controlling the firing atmosphere is as follows.
This is because bonding between adjacent silicon carbide crystals and growth of necks can be promoted. The reason why bonding between adjacent silicon carbide crystals and neck growth can be promoted by charging the formed body into a heat-resistant container and firing while controlling the firing atmosphere as described above is as follows.
This is thought to be because movement of silicon carbide between silicon carbide particles by evaporation-recondensation and/or surface diffusion 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冨お
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, it is possible to advantageously use materials such as graphite and silicon carbide, and materials having functions equivalent to these materials.

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
シこ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 during firing to 5% by weight or less by charging the formed body into a heat-resistant container in which the firing atmosphere can be controlled and firing it. be.

前記生成形体は45〜80容量%の密度を有するもので
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容量%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高強度の焼結体
を得ることが困難であるからであり。
Advantageously, the product form has a density of 45 to 80% by volume. The reason for this is that if the density of the formed body is lower than 45% by volume, there will be fewer points of contact between the silicon carbide particles, which will inevitably result in fewer bonding points, making it difficult to obtain a high-strength sintered body. .

一方80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。
On the other hand, this is because it is difficult to produce a formed body with a content higher than 80% by volume.

ま1こ、前記1400’Cに至るまでの昇温過程のうち
1300°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。
First, during the heating process up to 1400'C, CO in the atmosphere was heated at 1300°C or higher for at least 30 minutes.
By maintaining the total gas partial pressure of N2 and N2 at 100 Pa or less, it is possible to uniformly generate necks between silicon carbide particles and to firmly bond them.

本発明によれば、多孔質炭化珪素質焼結体の開放気孔内
に金属シリコンを充填することが必要である。
According to the present invention, it is necessary to fill the open pores of the porous silicon carbide sintered body with metallic silicon.

その理由は、金属シリコンは炭化珪素質焼結体とのなじ
みが良く、金属シリコンを多孔質炭化珪素質焼結体の開
放気孔内に充填することによって、多孔質炭化珪素質焼
結体からの結晶粒の説艦を防止することができ、耐摩耗
性を著しく向上させることができるからである。
The reason for this is that metallic silicon has good compatibility with silicon carbide sintered bodies, and by filling the open pores of porous silicon carbide sintered bodies with metallic silicon, the porous silicon carbide sintered bodies can be removed. This is because it is possible to prevent cracking of crystal grains and to significantly improve wear resistance.

前記金属シリコンを多孔質炭化珪素質焼結体の開放気孔
中へ充填する方法としては、金属シリコンを加熱溶融さ
せて含浸する方法あるいは微粉化した金属シリコンを分
散媒液中に分散し、この分散液を多孔質炭化珪素質焼結
体に含浸し、乾燥した後、金属シリコンの溶融温度以上
に加熱する方法が適用できる。
The method for filling the open pores of the porous silicon carbide sintered body with the metallic silicon is to impregnate the metallic silicon by heating and melting it, or to disperse pulverized metallic silicon in a dispersion medium and dispersing the metallic silicon. An applicable method is to impregnate a porous silicon carbide sintered body with a liquid, dry it, and then heat it to a temperature higher than the melting temperature of metal silicon.

本発明によれば、前記金属シリフ気を前記多孔質炭化珪
素質焼結体の開放気孔100容童部に対し、少なくとも
50容量部充填することが有利である。その理由は、金
属シリコンの充填量が50@量部より少ないと炭化珪素
質焼結体からの結晶粒子の脱離を防止する効果が充分で
なく、耐摩耗性を向上させることが困難であるからであ
る。
According to the present invention, it is advantageous to fill at least 50 parts by volume of the metal filler per 100 parts by volume of open pores of the porous silicon carbide sintered body. The reason is that if the filling amount of metallic silicon is less than 50 parts, the effect of preventing the detachment of crystal grains from the silicon carbide sintered body is insufficient, and it is difficult to improve the wear resistance. It is from.

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型結晶で残部が実質的に2H型結晶よりなり、0.
29重量%の遊離炭素、0.17重鴬%の酸素、0.0
3重量%の鉄、0.03重量%のアルミニウムを主とし
て含有し、0.28umの平均粒径を有しており、ホウ
素は検出さnなかった。
Example 1 Silicon carbide powder used as starting material was 94.6% by weight
is β-type crystal, the remainder is substantially 2H-type crystal, and 0.
29 wt% free carbon, 0.17 wt% oxygen, 0.0
It mainly contained 3% by weight of iron, 0.03% by weight of aluminum, and had an average particle size of 0.28 um, and 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7:後金属製押
し型を用いてaQOOkg/dの圧力で成形した。この
生成形体の寸法は2501111X250ffx30s
o+で、密度は2.0f肩(62容量%)であった。
An appropriate amount of this dry mixture was collected, granulated, and then molded using a metal mold at a pressure of aQOO kg/d. The dimensions of this generated form are 2501111X250ffx30s
At o+, the density was 2.0f shoulder (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。
The formed body was charged into a graphite crucible, and heated mainly with argon gas at 1 atm using a Tammann type kiln.

雰囲気中で焼成した。昇温過程は450°C/時間で2
000℃まで昇温し、最高温度2000°Cで10分間
保持した。焼結中の0017分圧は常温〜1700℃が
130Pa以下、1700℃よりも扁温域でハ300±
59Pa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。
Fired in an atmosphere. The heating process is 450°C/hour for 2
The temperature was raised to 000°C and maintained at the maximum temperature of 2000°C for 10 minutes. The partial pressure of 0017 during sintering is 130 Pa or less at room temperature to 1700℃, and 300± at temperatures below 1700℃.
The argon gas flow rate was appropriately adjusted and controlled so that the pressure was within the range of 59 Pa.

得られた焼結体の密度は2.05f/d開放気孔率は3
6%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っ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±0.02%の範囲内で、焼結体の寸法精度
は±o、osam以内であった。また、この焼結体の平
均曲げ強度は18.5#/−と極めて高い値を示した。
The density of the obtained sintered body was 2.05 f/d, and the open porosity was 3.
When observed using a scanning electron microscope, the crystal structure was found to have a three-dimensional structure in which silicon carbide plate crystals with an average aspect ratio of 2.5 were intricately intertwined in multiple directions. The linear shrinkage rate was within the range of 0.25±0.02% in any direction, and the dimensional accuracy of the sintered body was within ±o, osam. Further, the average bending strength of this sintered body was as high as 18.5#/-.

次いで、前記多孔質焼結体の表面に平均粒径20μm純
度99.9%の金属シリコン粉末100!量部と5%ア
クリル酸エステル・ベンゼン溶液60ffi量部が混合
されたスラリーを重布し、表面に金属シリコンを170
0fコーテイングした。この金属シリコンをコーティン
グした多孔質焼結体をアルゴンガス気流中で45σC/
時間の昇温速度で加熱し、最高温度1450°Cで約1
時間保持して前記焼結体の表面に塗布された金属シリコ
ンを焼結体中へ浸透させ、炭化珪素質複合体を得た。
Next, 100% of metallic silicon powder with an average particle size of 20 μm and a purity of 99.9% was applied to the surface of the porous sintered body. A layer of slurry containing 60 parts of acrylic acid ester and benzene solution of 5% acrylic acid ester and 60 parts of 5% acrylic acid ester benzene solution was spread on the surface, and 170 parts of metal silicon was coated on the surface.
0f coating. This porous sintered body coated with metallic silicon was heated at 45σC/in an argon gas stream.
Heating at a heating rate of 1 hour, with a maximum temperature of 1450°C, approximately 1 hour.
The metallic silicon applied to the surface of the sintered body was allowed to penetrate into the sintered body by holding the sintered body for a period of time to obtain a silicon carbide composite.

得られた炭化珪素質複合体の気孔率は1.6%であり、
寸法変化は金属シリコンを充填する前に比較して0.0
05 ff大きくなっただけであった。まtこ平均曲げ
強度は35.3kljf/−と金属シリコンを充填する
ことによって著しく大きくなった。
The porosity of the obtained silicon carbide composite was 1.6%,
Dimensional change is 0.0 compared to before filling with metal silicon
05 ff was only larger. The average bending strength of the tube was 35.3 kljf/-, which was significantly increased by filling with metallic silicon.

実施例2 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、
O,aS重量%の鉄、0.1重世%のアルミニウム、0
.2重量%のホウ素を主として含有し、0.27Irr
n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
た後乾燥して得た乾燥混合物を使用して250X250
x50 tarの生成形体を成形した後焼結し、多孔質
焼結体を得た。
Example 2 Same as Example 1, but with 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,
O, aS wt% iron, 0.1 wt% aluminum, 0
.. Mainly contains 2% by weight of boron, 0.27 Irr
Silicon carbide powder having an average particle size of n is used, and the fixed carbon content is 51.6 parts per 100 parts by weight of the silicon carbide powder.
A dry mixture of 0.4 parts by weight of novolac type phenolic resin and 300 parts by weight of benzene was mixed in a ball mill for 5 hours and then dried.
The formed body of x50 tar was molded and sintered to obtain a porous sintered body.

得られた焼結体の密度は2.05f/d、開放気孔率は
36%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±0.08
 fiと比較的良好であった。なお、この焼結体の平均
曲げ強度は32.5kQ/−と著しく高い値であった。
The density of the obtained sintered body was 2.05 f/d, the open porosity was 36%, and the linear shrinkage rate for the formed body was 0.52±.
Although it is slightly larger at 0.03%, the dimensional accuracy is ±0.08
fi was relatively good. Note that the average bending strength of this sintered body was a significantly high value of 32.5 kQ/-.

次いで、前記多孔質焼結体を黒鉛製ルツボ中に設置し、
純度99.9%の塊状金属シリコンを多孔質焼結体の周
囲に配置した後1450°Cで1時間加熱して炭化珪素
質複合体を得た。
Next, the porous sintered body is placed in a graphite crucible,
Massive metallic silicon having a purity of 99.9% was placed around the porous sintered body and heated at 1450°C for 1 hour to obtain a silicon carbide composite.

得らnた炭化珪素質複合体の気孔率は2.2%であり、
寸法変化は殆ど認められなかった。またこの複合体の寸
法精度は±0.05 fi以内と高精度であり、平均曲
げ強度は42.6に9f/−と高強度であった。
The porosity of the obtained silicon carbide composite was 2.2%,
Almost no dimensional change was observed. Further, the dimensional accuracy of this composite was high within ±0.05 fi, and the average bending strength was 42.6 to 9 f/-, which was high strength.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた如(、本発明の炭化珪素質複合体は寸法精度
および耐摩耗性に極めて優れており、半導体の拡散・酸
化処理、ダイオードの接合、ガラス封着およびパッケー
ジのリードフレームのロー付などの電子工業用耐熱性治
具用材料、メカニカルシールや軸受は等の耐摩耗材料、
酸およびアルカリ等の強い腐食性を有する溶液のポンプ
部品等の耐食性材料などの用途に適した炭化珪素質複合
体を安価に提供できるものであって産業上極めて有用で
ある。
As mentioned above, the silicon carbide composite of the present invention has extremely excellent dimensional accuracy and wear resistance, and can be used in semiconductor diffusion and oxidation treatments, diode bonding, glass sealing, and package lead frame brazing. heat-resistant jig materials for the electronic industry, wear-resistant materials such as mechanical seals and bearings,
It is possible to provide a silicon carbide composite at a low cost that is suitable for use as a corrosion-resistant material such as pump parts for highly corrosive solutions such as acids and alkalis, and is extremely useful industrially.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、実質的に収縮させることなく焼結し、三次元網目構
造の開放気孔を形成させた多孔質炭化珪素質焼結体の開
放気孔の中に金属シリコンが充填されてなる寸法精度お
よび耐摩耗性の優れた炭化珪素質複合体。 2、前記多孔質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項記載の炭化珪素質
複合体。 3、前記多孔質炭化珪素質焼結体は、結晶の平均粒径が
10μm以下、開放気孔率が18〜56容量%である特
許請求の範囲第1あるいは2項記載の炭化珪素質複合体
。 4、前記多孔質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項のいず
れかに記載の炭化珪素質複合体。 5、前記金属シリコンは、前記多孔質炭化珪素質焼結体
の開放気孔100容量部に対し、少なくとも50容量部
充填されてなる特許請求の範囲第1〜4項のいずれかに
記載の炭化珪素質複合体。 6、平均粒径が5μm以下の炭化珪素粉末を生成形体に
成形した後、前記生成形体を1400〜2100℃の温
度範囲内で実質的に収縮させることなく焼結して三次元
網目構造の開放気孔を有する多孔質炭化珪素質焼結体を
製造し、次いで前記開放気孔内に金属シリコンを充填す
ることを特徴とする寸法精度および耐摩耗性の優れた炭
化珪素質複合体の製造方法。 7、前記多孔質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6項記載の製造方法。
[Claims] 1. Metallic silicon is filled into the open pores of a porous silicon carbide sintered body that is sintered without substantially shrinking to form open pores with a three-dimensional network structure. A silicon carbide composite with excellent dimensional accuracy and wear resistance. 2. The silicon carbide composite according to claim 1, wherein the porous silicon carbide sintered body has a shrinkage rate of 2% or less during sintering. 3. The silicon carbide composite according to claim 1 or 2, wherein the porous silicon carbide sintered body has an average grain size of 10 μm or less and an open porosity of 18 to 56% by volume. 4. The porous silicon carbide sintered body has a three-dimensional network structure mainly composed of silicon carbide crystals having an average aspect ratio of 5 or less. Siliceous complex. 5. The silicon carbide according to any one of claims 1 to 4, wherein the metallic silicon is filled in at least 50 parts by volume with respect to 100 parts by volume of open pores of the porous silicon carbide sintered body. quality complex. 6. After molding silicon carbide powder with an average particle size of 5 μm or less into a green body, the green body is sintered within a temperature range of 1400 to 2100°C without substantially shrinking to open a three-dimensional network structure. A method for producing a silicon carbide composite having excellent dimensional accuracy and wear resistance, comprising producing a porous silicon carbide sintered body having pores, and then filling the open pores with metallic silicon. 7. The manufacturing method according to claim 6, wherein the porous silicon carbide sintered body has a shrinkage rate of 2% or less during sintering.
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