JPS61256977A - 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末に焼結助剤としてオイルタールピ
ッチとホウ素化合物と珪素粉末と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
高強度でかつ、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耐摩耗性材料、高温構
造材料として有望視されている。しかし難焼結性のため
高密度に焼結することが困難であり、ホットプレス法に
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５７−３２０３５号公報によればβ型炭化
珪素と０．３〜３．０重量％のホウ素に相当する量のホ
ウ素含有化合物と０．１〜１．０重量％の元素状炭素に
相当する炭素源とからなるミクロン以下の粉末の均質分
散体を炭化珪素に対して化学的に不活性な雰囲気中にお
いて１９００〜２１００℃の温度で焼結することにより
理論値の８５％以上の密度の焼結体を得ることができる
こと、また特開昭５１−１４８７１２号公報には１〜ｉ
ｏ。

ｒｄ／ｇの比表面積を有するα型炭化珪素９１〜９９、
３５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０．６７〜２０重量部、
０．１５〜３．０重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重量部を添加混合し焼結する
ことにより２．４０ｇ／ｄ以上の密度の炭化珪素焼結体
を得ることができると教示されているが、焼結体の性質
、特に機械的強度については何等記載がなく不明であっ
た。

本発明者等は先に、焼結助剤としてのホウ素と炭素が炭
化珪素焼結体の機械的強度に及ぼす影響について検討し
、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０．０３〜０．１５重量部のホウ素化合物を添加
することにより高強度炭化珪素焼結体が得られることを
見出した。

しかし上記方法においては高密度化を達成するに必要な
オイルクールピンチの添加量が多いため成形密度が低く
、添加有機物の熱分解時間が長時間必要であり、生産性
に劣りかつ、寸法精度が悪くなる欠点を有していた。こ
れらの欠点を克服するため、本発明等は更に鋭意検討を
重ねた結果、少量の珪素を付加添加することによりオイ
ルタールピッチ量を減少させることが可能なことを見出
し、本発明を完成するに至った。

すなむち本発明は、炭化珪素微粉末１００重量部に対し
て焼結助剤としてオイルタールピッチ２〜１０重量部と
ホウ素化合物をホウ素含有量に換算して０．０３〜０．
１５重量部と珪素粉末０．３〜３重量部とを添加混合し
、成形した後不活性雰囲気中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α相、β相
あるいはその混合粉末のいずれでもよ（、その粒子径は
１μ以下であることが望ましい。これら炭化珪素中には
通常０．２〜２重量貴重度の付加的炭素が包含されてい
るが、本発明に通用する炭化珪素粉末も例外ではない。

本発明方法の実施に当たって焼結助剤は炭化珪素粉末１
００重量部に対し、オイルタールピッチ２〜１０重量部
、好ましくは３〜６重量部、ホウ素化合物はホウ素含有
量に換算して０．０３〜０．１５重量部、好ましくは０
．０５〜０．１５重量部、と珪素粉末０．３〜３重量部
、好ましくは０．５〜１重量部の範囲で添加使用される
。

炭化珪素粉末に対する珪素粉末の添加量が０．３重量部
未満の場合には粒成長抑制の効果がなく、焼結密度が低
く好ましくなく、また３重量部を越える場合には珪素の
融点以上で蒸発した添加珪素が気孔を残し、機械的強度
を低下させるので好ましくない。添加する珪素は微粒で
あることが望ましいが、微粒すぎると粒子表面の酸化層
が多くなるため、０．１〜１０μ程度の粒径のものが使
用さ゛　れる。

他方、ホウ素化合物としては焼結温度まで安定に存在す
る化合物、例えはホウ素、炭化ホウ素等が用いられるが
、その添加量がホウ素含有量換算で０．０３重量部未満
の場合には焼結密度が低下し好ましくなく、逆に０．１
５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。

更に焼結助剤として使用され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
有するものが適当である。これらオイルタールピッチは
キノリン、ベンゼン、アントラセン等の有機溶剤に溶解
するか、水中にエマルジジン分散させ炭化珪素粉末と均
一に混合される。炭化珪素粉末に対するオイルタールビ
フチの量が２重量部未満の場合には十分な粒成長抑制効
果、表面酸化層除去の効果がなく、焼結密度が低く、他
方１０重量部を越える場合には成形密度が低下しかつ、
熱分解に長時間を必要とし、生産性が低下するので好ま
しくない。

本発明において上記配合となる如く構成した炭化珪素粉
末と焼結助剤はベンゼン、キノリン、アントラセン等の
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℃の温度で焼結
を行う、焼緋温度が１９００℃より低い場合には得られ
る成形体の焼結密度が低く、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１０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強度でかつ、高
密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、オイルタールピッチの存在は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の効果を発現せ
しめるとともに、炭化珪素の粒成長時の粒子表面での炭
化珪素を構成する珪素の表面拡散、気相拡散によって生
ずる分解、蒸発が添加した珪素の存在により抑制され、
その結果としてオイルクールピッチの量を減少せしめて
も焼結体の機械的強度を低下せしめることなく高密度成
形体を得ることがで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、炭化珪素粉末に焼結
体助剤としてオイルタールピッチとホウ素化合物及び少
量の珪素とを併用することにより焼結密度が少なくとも
理論密度の９０％、好ましくは９５％以上、機械的強度
（抗折力）５０ｋｇ／ｖｗ”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 オイルタールピッチ（炭素収率５０％）６ｇをキノリン
９ｇに溶解した後、ベンゼン２００°ｇを加え十分混合
を行った。この溶液に炭素０．６　重量％を含有する炭
化珪素含有量９７．５重量％、ＢＥＴ比表面積１０ｒｒ
ｒ／ｇのα型炭化珪素１００ｇ、１２００メツシユバス
の炭化ホウ素０．１５　ｇと平均粒子径３μの珪素０．
５ｇとを加え、プラスチックボールミルを用い３時間分
散混合した。この混合物を窒素ガスを流しながら６０℃
で乾燥し、解砕した後１８０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、１．５ト
ン／−の成形圧で静水圧プレス成形を行い、５０×３０
ｘ４ｍｓ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
２１００℃の温度条件で１時間焼結した。得られた焼結
体の焼結密度は３．０９ｇ／ｄ、３点曲げ強度（ＪＩＳ
　Ｒ−１６０１）は５５ｋｇ／削２であった。

比較例１ 珪素を添加しない以外は実施例１と同一条件で成形し、
焼結した焼結体の焼結密度は２．８０ｇ／ｄ、３点曲げ
強度は３０ｋｇ／Ｊであった。

実施例２〜３および比較例２〜８ 第１表に示す原料を用いた以外は実施例１と同一条件で
成形し、燃結を行った。この時の成形密度、焼結密度お
よび曲げ強度を第１表に示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭化珪素微粉末１００重量部に焼結助剤としてオイル
   タールピッチ２〜１０重量部とホウ素化合物をホウ素含
   有量に換算して０．０３〜０．１５重量部と珪素粉末０
   ．３〜３重量部とを添加混合し、成形した後不活性雰囲
   気中１９００〜２３０℃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。