JPS61291461A - 炭化珪素焼結体の焼成方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭化珪素焼結体の焼成方法に関し、詳しくは、
自動車用エンジンの耐熱部品等に使用されるセラミック
部材、とりわけ、１３００℃以上の高温で使用される車
両用ガスタービンエンジンにおけるダクト、スクロール
、ノズル、タービン等の、耐熱特性の特に必要とされる
耐熱部材に好適に通用することのできる炭化珪素焼結体
の焼成方法にかかる。

〔従来の技術〕

従来、ディーゼルエンジンにおいて特に高温となる部品
（例えば、予燃焼室等）や、１３００℃以上の高温で使
用される車両用ガスタービンエンジンにおけるダクト、
スクロール、ノズル、タービン等の、特に優れた耐熱特
性が必要とされる耐熱部材に通用される焼結セラミック
部材に対しては・炭化珪素焼結体が好適に通用されてい
る。

ところで、このような炭化珪素焼結体の焼成に当たって
、アルミニウムが硼素や炭素等と同様に炭化珪素に対す
る焼結助剤として有効であることは周知の事実である。

そして、従来、炭化珪素焼結体の焼成時においてアルミ
ニウムを焼結助剤として添加させる方法としては、金属
アルミニウムもしくはアルミニウム化合物等のアルミニ
ウム供給源粉末と炭化珪素粉末とを、水もしくは有機溶
剤とともにボールミル等を用いて混合させた混合粉末を
、圧粉成形した後に焼成させる炭化珪素焼結体の焼成方
法が一般的に採用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、従来の金属アルミニウムもしくは
アルミニウム化合物等のアルミニウム供給源粉末と炭化
珪素粉末とを、水もしくは有機溶剤とともにボールミル
等を用いて混合させた混合粉末を、圧粉成形させた後に
焼成させる炭化珪素焼結体の焼成方法においては、上述
の方法により混合された混合粉末の凝集力が高いことか
ら、圧粉成形体内に焼結助剤を均一に分散させることが
困難であり、その結果として焼成された炭化珪素焼結体
が不均質な組織を有する焼結体となって・焼成された炭
化珪素焼結体の強度特性のバラツキが大きく、セラミッ
ク材料もしくはセラミック部材としての優れた信頼性を
確保することが難しいということである。

従って、本発明の技術的課題とするところは、炭化珪素
の圧粉成形体の焼成時における炉内雰囲気を、蒸発アル
ミニウムを含む雰囲気として加熱焼成させることによっ
て、炭化珪素の圧粉成形体に均等に焼結助剤としてのア
ルミニウムを作用させて、均質かつ強度特性のバラツキ
を少な（し・もって、セラミック材料もしくはセラミッ
ク部材として優れた信頼性を有する炭化珪素焼結体の焼
成を可能とすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような従来の技術における問題点に鑑み、本考案に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、焼
結助剤としての硼素と炭素とを添加した炭化珪素の均一
混合粉末を、圧粉成形して炭化珪素の圧粉成形体を形成
させる工程と・この炭化珪素の圧粉成形体と、金属アル
ミニウムもしくはアルミニウム化合物等のアルミニウム
蒸気発生源とを、非酸化性雰囲気とした炉内に装入し非
接触状態をなして配置させる工程と、１ｓｏｏ〜２２０
０℃の温度範囲にて加熱焼成させる工程とからなること
を特徴とする炭化珪素焼結体の焼成方法からなっている
。

〔作用〕

以下、本発明の作用について説明する。

本発明において、従来の技術の問題点を解決するための
手段を上述のような構成とすることによって、炭化珪素
の圧粉成形体の焼成時における炉内雰囲気を、蒸発アル
ミニウムを含む雰囲気として加熱焼成させることとして
いることから、炭化珪素の圧粉成形体に焼結助剤として
のアルミニウムを均等に作用させて、均質かつ強度特性
のバラツキの少なくし、セラミック材料もしくはセラミ
ック部材としての優れた信頼性を有する炭化珪素焼結体
を焼成させることができるのである。

本発明法において焼成温度を１８００〜２２００℃とし
ているのは、１８００℃未満の低温では焼成された炭化
珪素焼結体の密度が低下し・２２００℃を越える高温と
なると焼成された炭化珪素焼結体の粒子成長が著しく、
強度特性を低下させるからである。

また、本発明法において炭化珪素の圧粉成形体とアルミ
ニウム蒸気発生源とを非接触としているのは、両者を接
触させると接触部で焼成され易いのに対して、接触して
いない部位においては焼成されにくくなり、その結果と
して炭化珪素焼結体の組織にムラを生成し易いからであ
る。

なお、本発明法において酸化アルミニウム、硫化アルミ
ニウム、弗化アルミニウム、窒化アルミニウム、アルミ
ニウムアルコキンド等のアルミニウム蒸気発生源物質は
、いずれも、炭化珪素の圧粉成形体の焼成のための焼結
助剤として有効に作用するが、なかでも、酸化アルミニ
ウムが最もその効果が顕著である。

〔実施例〕 以下、本発明の１実施例を説明する。

まず、β型炭化珪素粉末を１００ｇと、非晶質硼素粉末
を０．５ｇと、カーボンブラックを１ｇと、エタノール
３００ｃｃとを４５時間ボールミルにて混合させ、スラ
リー状となった混合粉末を６０℃で乾燥した後、５０〜
１００μ程度の粒径を有する混合粉末の細粒に造粒した
。

このようにして造粒された混合粉末の細粒を金型に装墳
して加圧し、４．５　ｍｍ　Ｘ　５　龍Ｘ　５　Ｑ　ｍ
ｍの形伏に一次圧粉成形した。

その後、さらに３　ｔｏｎ　／　ｃｍ　”の圧力の静水
圧加圧により二次圧粉成形して炭化珪素の圧粉成形体を
形成した。

ついで、この炭化珪素の圧粉成形体２０本を、等方性黒
鉛材からなる坩堝内に市販のＡｌ　ｔＯｚ粉末の０．５
ｇとともに炉内に装入した。

なお、この時にＡＩ　２０．粉末が炭化珪素の圧粉成形
体と接触しないように配慮して炉内に配置させた。

そして、炉内雰囲気を室温から１０００℃までは１０４
以下、の減圧雰囲気とし、また、１０００℃以上ではア
ルゴンガス雰囲気として２１００℃Ｘ３０分間加熱して
、炭化珪素の圧粉成形体を焼成させた。

上述のようにして焼成させた炭化珪素焼結体は、密度が
３．０８　ｇ　／ｃｍ’　、平均強度が６０Ｋｇ／ｍｍ
’。

ワイブル係数が１５となった。

次に、上述の実施例の炭化珪素焼結体と比較するために
、ボールミルによる混粉時に０．２ｇの金属アルミニウ
ム粉末の添加以外は、上述の実施例と同様にして圧粉成
形させた圧粉成形体を、炉内にＡ　１２０３粉末を配置
することなく上述の実施例と同様な条件で焼成させた。

。 上述のようにして焼成された炭化珪素焼結体の比較品に
おいては、密度が３．０５　ｇ／ｃｍ’、平均強度が５
０　Ｋｇ／ｍｍ２．　ワイブル係数が８と低く、焼成さ
れた炭化珪素焼結体としての均質性に劣っていることが
理解される。

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる炭化珪素焼
結体の焼成方法によれば、炭化珪素の圧粉成形体の焼成
時における炉内雰囲気を蒸発アルミニウムを含む雰囲気
として加熱焼成させることによって、炭化珪素の圧粉成
形体に均等に焼結助剤としてのアルミニウムを作用させ
て、均質かつ強度特性のバラツキを少なくし、もって、
セラミック材料もしくはセラミック部材として優れた信
頼性を有する炭化珪素焼結体の焼成を可能とすることが
できる利点がある。

加えて、本発明の炭化珪素焼結体の焼成方法によれば、
焼結助剤として実質的に作用させるアルミニウム量が少
なくてすむことから、焼成された炭化珪素焼結体の高温
特性並びに耐食性（耐酸化性）を向上させることができ
るばかりでなく、アルミニウム及びアルミニウム化合物
の原料管理が容易となることから、炭化珪素焼結体の製
造コストをも低減させることができる利点がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、焼結助剤としての硼素と炭素とを添加した炭化珪素
   の均一混合粉末を、圧粉成形して炭化珪素の圧粉成形体
   を形成させる工程と、 この炭化珪素の圧粉成形体と、金属アルミニウムもしく
   はアルミニウム化合物等のアルミニウム蒸気発生源とを
   、非酸化性雰囲気とした炉内に装入し非接触状態をなし
   て配置させる工程と、１８００〜２２００℃の温度範囲
   にて加熱焼成させる工程とからなることを特徴とする炭
   化珪素焼結体の焼成方法。