JPS61242959A - 高強度炭化珪素焼結体の製造法 - 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】 本発明は高密度、高強度炭化珪素焼結体の製造法に関し
、更に詳細には炭化珪素微粉に焼結助剤として特定の炭
素含有物質とホウ素化合物を特定量範囲で併用し、混合
した後成形し、不活性雰囲気中で焼結せしめてなる高密
度でかつ、高強度の炭化珪素焼結体の製造法に関するも
のである。

炭化珪素は物理的および化学的性質に優れており、特に
高硬度でかつ、耐蝕性を有し、高温においても室温と変
わらない機械的性質を有するため従来より耐摩耗材料、
高温構造材料として有望視されていた。しかし難焼結性
のため高密度に焼結することが通常の方法では困難であ
るため、ホントブレス法による焼結、焼結助剤添加によ
る焼結等が提案されている。

例えば特開昭５１−１４８７１２号公報には１〜１００
ｉ／ｇの比表面積を有するα型炭化珪素９１〜９９．３
５重量部に２５〜７５重量％の炭化率を有する炭化可能
な有機溶剤可溶性の有機材料０．６７〜２０Ｍ量部、０
．１５〜３．Ｏ３ｉ量部のホウ素を含有するホウ素源お
よび一時的結合剤５〜１５重量部を混合し焼結すること
により高密度の炭化珪素焼結体が得られることが教示さ
れている。

しかしながら該方法によれば、高密度の炭化珪素焼結体
は得られるものの機械的強度においては満足し得るもの
ではなく、例えば抗折力で５０　ｋｇ／龍”を越えるも
のは見られない。

かかる事情下に鑑み本発明者らは、高密度でかつ、高強
度を有する炭化珪素焼結体を得るべく鋭意検討した結果
、驚くべきことに従来一般に炭化珪素の場合その焼結密
度を挙げるために必要とされているホウ素量よりも少な
い添加量範囲に特定の炭素を特定量範囲で添加併用する
場合には焼結□　密度の低下を招くことなく、機械的強
度に優れた焼結体が得られることを見出し、本発明を完
成するに至った。

すなむち本発明は、炭化珪素粉末１００ｆｆｉ量部に対
し、焼結助剤として炭化後４．２〜６重量部の炭素とな
るオイルタールピッチとホウ素含有量に換算して０．０
３〜０．１５重量部のホウ素化合物を添加混合し、成形
した成形体を不活性雰囲気中１９００〜２３００℃の温
度で焼結することを特徴とする高強度炭化珪素焼結体の
製造法を提供するにある。

以下、本発明方法を更に詳細に説明する。

本発明方法で使用する炭化珪素粉末としては平均粒径１
μ以下の主としてアルファ、非等軸晶系の結晶形態を有
する炭化珪素からなる炭化珪素粉末が好適であるが、更
にはベータ炭化珪素粉末単独或いはこれらの混合物を使
用することもできる。

これら炭化珪素中には０．２〜２重量％の付加的炭素が
包含されているのが一般的であり、本発明に適用する炭
化珪素粉末も例外ではない。

本発明においては炭化珪素粉末１００重量部に対し、炭
化後４．２〜６重量部の炭素となるオイルタールピッチ
とホウ素含有量に換算して０．０３〜０．１５重量部の
ホウ素化合物を添加混合するが、炭化後の炭素量で４．
２重量部未満の場合には高密度成形体が得られず、他方
６重量部を越える場合には焼結体の機械的強度が低下す
るので好ましくない。

また炭化珪素粉末に対するホウ素化合物の添加量がホウ
素含有量に換算して０．０３未満の場合には焼結密度が
低下し、好ましくなく、逆に０．１５重量部を越える場
合には高密度成形体を得ることはできるものの、焼結体
の機械的強度が低下するので好ましくない。

本発明において使用し得るオイルタールピッチとしては
特に制限されないが、４０〜６０重量％の炭化率を有す
る有機溶剤可溶性のものの使用が適当であり、又ホウ素
化合物としては特に制限されないが一般には対象とする
焼結体の焼結温度まで安定に存在する化合物が望ましく
、具体的にはホウ素、炭化ホウ素等が挙げられる。

本発明において上記組成配合となる如く構成した炭化珪
素粉末とホウ素化合物とオイルタールピッチはベンゼン
、キノリン、アン］・ラセン等の有機溶媒或いは水を用
いて均一に混合した後、スリップキャスティング成形す
るか、或いはそのまま乾燥させるか、スプレードライ法
により造粒し、プレス成形法により加圧成形するか、或
いは有機バインダーを混合し、押出成形や射出成形等に
より成形体を得ればよい。

このようにして得た成形体は必要に応じて機械加工や脱
バインダー処理を行った後アルゴン、ヘリウム、窒素等
の不活性雰囲気中で１９００〜２３００°Ｃの温度で焼
結を行う。焼結温度が１９０℃より低い場合には得られ
る成形体の焼結密度が低くなり、又２３００℃を越える
と炭化珪素の蒸発や結晶粒の粗大化が起こり、機械的強
度が低下し好ましくない。焼結時間は通常ＩＯ分〜１０
時間の範囲である。

本発明方法を通用することにより何故高密度でかつ、高
強度の炭化珪素焼結体を得ることができるか理由は詳ら
かではないが、フェノール樹脂やポリフェニレンの様な
高分子芳香族化合物や芳香族炭化水素等の炭素含有有機
化合物は一般に固相状態を経由して構造的に乱れた炭素
になるのに対し、オイルタールピッチは液相状態を経由
して炭素化する。この相違が１２００℃以上の焼成時に
おいて炭化珪素の粒成長を抑制し、また表面酸化層除去
に著しく優れた効果を呈し、１９００℃以上の焼結温度
域における炭化珪素の焼結を従来よりも少ない焼結助剤
としてのホウ素量で焼結を効果あらしめ、結果として焼
結体の機械的強度を低下せしめることなく高密度成形体
を得ることかで０　きるものと推測される。

以上詳述した本発明方法によれば、炭化珪素粉末に特定
の炭素含有物質とホウ素化合物を特定量範囲で焼結助剤
として併用することにより焼結体密度が少なくとも理論
密度の９０％、好ましくは９５％以上、機械的強度（抗
折力）　５０　ｋｇ／ｎｖＦ以上の高密度、高強度炭化
珪素焼結体を得ることが可能となったもので、タービン
翼、ポンプ等の工業材料の製造方法としてその工業的価
値は頗る大なるものである。

以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ オイルクールピンチ（炭素収率５０％）６ｇをキノリン
９ｇに溶解した後、ベンゼン２００ｇを加え十分混合を
行った。この溶液に炭素１．５重量％を含有する炭化珪
素含有量９７％、ＢＣＴ比表面積１５ｍ／ｇのα型炭化
珪素１００ｇ、１２００メンシユバスの炭化ホウ素０．
１５　ｇを加え、プラスチックボールミルを用い３時間
分散混合した。

窒素ガスを流しなから６０°Ｃで乾燥し、解砕した後１
８０メンシユの篩を通し、得られた混合粉末を冷間プレ
ス後ゴム型に装入し、１．５トン／ｄの成形圧で静水圧
プレス成形を行い、５０Ｘ３０Ｘ４龍の成形体を作製し
た。

この成形体をアルゴンガスを流しながら６００℃の温度
で３時間の焼成を行った後、更にアルゴンガス雰囲気下
２０５０℃の温度条件で３０分間焼結した。得られた焼
結体の焼結密度は３．１２　ｇ／Ｃれ３点曲げ強度は５
８ｋｇ／ｍ／であった。

比較例１ ノボラック型フェノール樹脂（炭素収率５０％）６ｇを
ベンセン２００ｇに溶解し、炭素１．５重量％を含有す
る炭化珪素含有１ｉ９７％、ＢＥＴ比表面積１５ｍ／ｇ
のα型炭化珪素１００ｇ、１２００メツシユパスの炭化
ホウ素０．１５　ｇを加え、プラスチックボールミルを
用い３時間分散混合した。

窒素ガスを流しながら６０℃で乾燥し、解砕した後１８
０メツシユの篩を通し、得られた混合粉末を冷間プレス
後ゴム型に装入し、ｌ、５トン／−の成形圧で静水圧プ
レス成形を行い、５０Ｘ３０Ｘ４朋の成形体を作製した
。

この成形体をアルゴンガスを流しながら６００℃の温度
で３時間の焼成を行った後、更にアルゴンガス雰囲気下
２０５０℃の温度条件で３０分間焼結した。得られた焼
結体の焼結密度は２．９３　ｇ／ｃｔＡ、　３点曲げ強
度は３６　ｋｇ　／　＋ｕ”であった。

実施例２ 第１表に示す組成の炭化珪素粉末１００ｇと、１２００
メツシユパスの粒径を有する炭化ホウ素および炭素収率
５０％のオイルタールピッチを実施例１と同様に混合し
、乾燥、解砕し、得られた粉末を成形した後焼成し、第
１表に示す温度条件で３０分焼結した。得られた焼結体
の焼結密度および曲げ強度を第１表に示す。

第　　　　１　　　　表 第１表からも本発明方法により得られた焼結体は、従来
法の成形体に比較し、機械的強度が高くかつ、高密度で
あることが分かる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭化珪素粉末１００重量部に対し、焼結助剤として炭
   化後４．２〜６重量部の炭素となるオイルタールピッチ
   とホウ素含有量に換算して０．０３〜０．１５重量部の
   ホウ素化合物を添加混合し、成形した成形体を不活性雰
   囲気中１９００〜２３００℃の温度で焼結することを特
   徴とする高強度炭化珪素焼結体の製造法。