JPS6138143B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6138143B2
JPS6138143B2 JP53133758A JP13375878A JPS6138143B2 JP S6138143 B2 JPS6138143 B2 JP S6138143B2 JP 53133758 A JP53133758 A JP 53133758A JP 13375878 A JP13375878 A JP 13375878A JP S6138143 B2 JPS6138143 B2 JP S6138143B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon carbide
powder
manufacturing
mixed
hydrofluoric acid
Prior art date
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Expired
Application number
JP53133758A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5562856A (en
Inventor
Akira Enomoto
Hiroyuki Tanaka
Kazuhisa Hara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP13375878A priority Critical patent/JPS5562856A/en
Priority to US06/008,851 priority patent/US4238434A/en
Priority to GB7904487A priority patent/GB2016524B/en
Priority to DE2904996A priority patent/DE2904996C2/en
Publication of JPS5562856A publication Critical patent/JPS5562856A/en
Publication of JPS6138143B2 publication Critical patent/JPS6138143B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、高密度の炭化珪素焼結体の製造方法
に関するものである。 炭化珪素焼結体は、熱伝導率、熱膨張率、熱間
強度、耐酸化性および耐食性等に極めて優れた化
学的、物理的特性を有しており、例えばガスター
ビン部品、高温用熱交換器のような高温構造物の
用途に対して好適な材料である。炭化珪素は難焼
結性の材料であるため、従来、加圧焼結法が主と
して採用されていた。この方法によれば複雑な形
状の焼結体を製造することが困難であるばかりで
なく、生産性が悪いという欠点があつた。これに
対して無加圧焼結法が提案されており、特開昭50
―78609号「高密度炭化珪素セラミツクの製造方
法」、次に特開昭52―6716号「炭化けい素焼結
体」において、炭化珪素粉末、ホウ素含有添加剤
および炭素質添加剤から成るサブミクロン(1ミ
クロン以下)粒度の混合粉末を成形し、不活性雰
囲気中において約1950〜2300℃で無加圧焼結する
方法が開示されている。 ところで、前記無加圧焼結法によれば、常温で
も炭化珪素粒子に被覆されているシリカ膜を炭素
で還元除去して炭化珪素粒子間の焼結性を高める
ために炭素質添加剤が添加されているが、炭素の
添加量は炭化珪素粉末の重量に対して0.1〜1.0重
量%と極めて少なく、また粒子径がサブミクロン
であり膨大な表面積を有するため、炭素粒子を炭
化珪素粒子の表面に被覆するように均一分散させ
る方法として一般には有機化合物溶液をもつて分
散させた後前記溶液中の有機物質を加熱分解させ
炭素を析出させているが、それでもなお炭素微粒
子を炭化珪素粒子の全表面に被覆するには至らな
い。その結果、シリカ膜の還元除去が局部的とな
り、焼結の段階で残留シリカ膜は粒成長を妨害し
て焼結性を低下させ、また焼結体内で介在相とな
り焼結体の物性例えば強度等に有害な作用を及ぼ
す。 したがつて、前記無加圧焼結法では、前述のご
とく残留シリカ膜からなる介在相が結晶粒界に偏
在して焼結体の物理的特性を損い易い欠点があ
る。 本発明者等は先に特許出願した「炭化珪素焼結
体の製造方法」(特願昭53―15883号)、および
「高密度炭化珪素焼結体の製造方法」(特願昭53―
41330号)において、従来知られた無加圧焼結法
の有する前記諸欠点を除去、改善した新規な無加
圧焼結方法を提案した。 本発明は前記本発明者等が提案した、従来の無
加圧焼結法をさらに改良した新規の無加圧焼結法
を提供することを目的とし、平均粒径3ミクロン
以下の炭化珪素100重量部と一時的結合剤を固形
分で1.0〜15.0重量部を含有する混合粉末を調整
する第1工程と、前記混合粉末を生成形体に成形
する第2工程と前記生成型体を1750〜2100℃の温
度範囲内で焼結する第3工程とから成り、前記混
合粉末中の炭化珪素と一時的結合剤のうち少なく
とも炭化珪素は第2工程の生成形体に成形する前
にフツ化水素酸と接触せしめて乾燥させられてお
り、少なくとも前記フツ化水素酸を乾燥させてか
ら焼結を完するまでの雰囲気を非酸化性とする炭
化珪素焼結体の製造方法に関するものである。 次に本発明を詳細に説明する。 本発明によれば、出発原料である炭化珪素粉末
は平均粒径を3ミクロン以下にすることが好まし
く、それより大きい粒径では緻密で均一な結晶構
造を有する焼結体を得ることが困難であり、特に
高密度で高強度の焼結体を得るには平均粒径1.0
ミクロン以下の粉末を用いることがより好適であ
る。炭化珪素はその結晶構造から六方晶系に属す
るα型と立方晶系に属するβ型とがあるが、本発
明によれば、それらのいずれか一方、あるいは混
合物を出発材料とすることができる。 前記炭化珪素は、例えば金属シリコン粉末と炭
素微粉末あるいはシリカ粉末と炭素微粉末とから
成る混合物を加熱反応させる方法、ハロゲン化珪
素と炭化水素のような混合ガスを気相反応させる
方法、アチエソン法で得られるα型炭化珪素粒を
微粉砕して分級する方法、および本発明者等が特
開始52―142697号に開示したβ型炭化珪素粉末の
連続製造法で製造されたものを用いることができ
る。このようにして得られた炭化珪素粉末中に含
有されている遊離炭素、遊離シリカあるいは遊離
シリコンを、通常の方法によりできるだけ除去精
製しておくことが好ましい。 本発明によれば、炭化珪素粉末は生成形体に成
形される前に、フツ化水素酸と混練するか、ある
いはフツ化水素酸中に浸漬することにより、フツ
化水素酸と接触せしめ、次いで乾燥させておくこ
とが必要である。炭化珪素粉末にフツ化水素酸を
接触せしめる理由は、炭化珪素粒子は一般に常温
においてもその表面がシリカ膜で被覆されている
のでこのシリカ膜を除去して炭化珪素粒子自体を
露出させて、焼結性を高めることにある。前記シ
リカ膜がフツ化水素酸により除去される機構は次
の反応式(1)または(2)の如くである。 SiO2+4HF→SiF4+2H2O ……(1) SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O ……(2) 前記シリカ膜が除去された炭化珪素粒子は、非
常に酸化されやすく、常温においても大気中の酸
素により下記の反応式に従つて容易に酸化され再
度シリカ膜に覆われる。 2SiC+3O2→2SiO2+2CO ……(3) しかしながら、本発明によれば、フツ化水素酸
と接触せしめて乾燥させることにより、シリカ膜
の除去された炭化珪素粒子は、それ以後焼結終了
まで非酸化性雰囲気中で処理されるため、炭化珪
素粒子の表面が再度シリカ膜で被覆されることは
なく、その結果炭化珪素粒子が強固に自己焼結し
た高密度の焼結体を得ることができる。 本発明のフツ化水素酸を用いてシリカ膜を除去
することは、炭化珪素粉末中に含まれている粒状
の遊離シリカをフツ化水素酸を用いて除去精製す
る方法とは全く目的を異にするものである。前記
シリカ粒子は、一般的にフツ化水素酸、あるいは
フツ化水素酸と硝酸の混合酸に浸漬し、次に水洗
いして乾燥する方法によつて除去されている。こ
のような方法を用いたとしても炭化珪素表面を被
覆するシリカ膜は反応式(1)または(2)に従つて一時
的に除去されるが、それ以降大気中にさらされる
か、あるいは水洗の際に水中に溶解している酸素
と反応して再度シリカ膜に被覆されるからであ
る。 本発明者等の実験によれば前記従来方法によ
り、前記フツ化水素酸を用いてシリカ粒を除去し
た炭化珪素粉末からなる生成形体は2100℃の高温
で焼成しても顕著な粒成長は認められず約1.9
g/c.c.の低密度の焼結体しか得られなかつた。前
記従来の無加圧焼結法に従い、本発明の焼結体と
ほぼ同じ密度に到達するためには約100〜150℃程
度高い温度が必要である。このように、本発明法
に比較して従来法によれば焼結温度を高くしなけ
ればならないことは、炭化珪素粒子間の自己焼結
を妨害し、且つ焼結体の機械的特性例えば、強度
を低下させるところのシリカ膜が局部的にしか除
去されていないからである。 本発明において、炭化珪素粉末100重量部に対
して0.2重量部以上のフツ化水素に相当する量の
フツ化水素酸を接触せしめることが好ましい。
0.2重量部より少ないと炭化珪素粒子表面のシリ
カ膜を十分に除去できないので焼結性が悪くなり
高密度で均一な結晶状態の焼結体が得難くなるか
らである。なお、前記フツ化水素酸に炭化珪素粉
末中のシリカ以外の不純物を除去する目的で非酸
化性の鉱酸を併用することが出来る。 本発明によれば、高密度で高強度の焼結体を得
るために、炭化珪素粉末に一時的結合剤を添加す
ることが必要である。本発明において使用される
一時的結合剤は例えばノボラツク型フエノール樹
脂を使用し、この一時的結合剤は焼結初期に炭化
珪素粒子間での接着作用を一時的に発揮する機能
を有しており、最終的に得られる焼結体は自己焼
結により強固に焼結している。 炭化珪素粉末に一時的結合剤を添加しなかつた
焼結体は、第1図に示した走査型電子顕微鏡写真
より明らかな如く顕著な粒成長が見られるが、焼
成収縮がほとんど起らず、多孔質体となり高密度
の焼結体が得難い。これに対して、同一条件の下
で一時的結合剤を添加した焼結体は、第2図に示
される如く粒成長に伴ない全体的に焼成収縮が起
こり高密度の焼結体が得られる。 従来の無加圧焼結法によれば、一般に一時的結
合剤を使用することを必要とされず、一時的結合
剤を含有しなくても全体的に焼成収縮が起こり高
密度の焼結体が得られる。この理由は、炭化珪素
粒子間にネツクが形成される焼結初期の段階で、
残留しているシリカ膜が炭化珪素粒子の表面で粘
稠な結合剤として作用することによるものと考え
られる。 以上に述べた如く、一時的結合剤はシリカ膜の
代わりに炭化珪素粒子間の各接点でネツクが形成
されるように作用し、一時的結合剤がないと接点
でネツクが形成されない箇所が生じて部分的にに
粒成長が起こり、全体の焼成収縮がほとんど起こ
らないものと考えられる。この他に一時的結合剤
は生成形体の強度を高め、取り扱いを容易にする
機能を有している。 したがつて、本発明の第1工程で調製される混
合粉末は、固形分で0.5〜15.0重量部の一時的結
合剤を含有する必要がある。一時的結合剤を前記
範囲内にするのは、0.5重量部より少ないと前記
結合剤としての作用が十分発揮されず高密度の焼
結体を得ることが困難になり、他方15.0重量部よ
り多いと焼結作用を阻害し且つ焼結体内の介在相
と成り焼結体の物性を低下させるからであり、
1.0〜7.0重量部の範囲がより好適である。 前記一時的結合剤として、ケイ酸ソーダ、コロ
イダルシリカ、アルミナゾルおよびリン酸アルミ
ニウム等の無機質一時的結合剤を使用する場合に
は、フツ化水素酸を用いた処理をした後に添加す
ることが有利である。有機質一時的結合剤はフツ
化水素酸に侵され難いので有利に使用でき、例え
ばポリビニルアルコール、コンスターチ、糖密、
コールタールピツチ、フエノール樹脂、リグニン
スルホン酸塩、ステアリン酸塩、あるいはアルギ
ン酸塩のような各種有機質一時的結合剤を使用す
ることができる。 前記一時的結合剤の添加方法は、水溶液、フツ
化水素酸との混合溶液、あるいは有機溶媒に溶解
して溶液状にて炭化珪素粉末に混合するか、ある
いは一時的結合剤を粉末状で炭化珪素粉末と混合
してから水、フツ化水素酸あるいは有機溶媒を加
えて混練することができる。前記一時的結合剤は
フツ化水素酸と接触せしめる前、フツ化水素酸を
乾燥する前、あるいはフツ化水素酸と接触せしめ
て乾燥させた後のいずれの時点においても炭化珪
素粉末に添加することができる。このようにして
添加された溶液状の一時的結合剤は生成形体に成
形する前、あるいは成形した後に、乾燥されて固
形状の一時的結合剤となる。 本発明方法において、フツ化水素酸と接触せし
めた炭化珪素粉末は、生成形体に成形する前に非
酸化性雰囲気中で乾燥することにより、フツ化水
素酸を蒸発させることが必要である。前記乾燥を
非酸化性雰囲気で行なう理由は、フツ化水素酸を
空気中で乾燥蒸発させると炭化珪素粒子の表面が
再酸化されるからである。前記フツ化水素酸と接
触せしめた炭化珪素粉末の乾燥方法として、非酸
化性雰囲気中あるいは非酸化性の気流中でフツ化
水素酸の沸点である約110℃以上の温度に加熱す
るか、あるいは減圧にて加熱するかの何れをも採
用することができる。 本発明の第1工程で調製される混合粉末は少な
くとも、炭化珪素粉末および一時的結合剤を含有
することが必要であるが、この他に例えば炭化ホ
ウ素のような焼結助剤を添加することもできる。
焼結助剤の作用は、高温で焼結する際に炭化珪素
粒子内に拡散して空孔を増加させ、その結果焼結
を進みやすくすることにある。 前記炭化ホウ素以外の焼結助剤としては、例え
ばホウ素、アルミニウムあるいは炭化アルミニウ
ムを使用することができるが、フツ化水素酸に対
して化学的に不安定な焼結助剤は、フツ化水素酸
を乾燥させた後に添加することが好ましく、焼結
助剤としてホウ素含有物を用いることは焼結体の
耐酸化性をあまり低下させないので好ましい。ホ
ウ素含有物を添加する場合、3.0重量部より多い
ホウ素に相当するホウ素含有物を配合すると、焼
結体の耐酸化性を劣化させるので、3.0重量部以
下で配合することが好ましく、平均粒径が1ミク
ロン以下のホウ素、炭化ホウ素あるいはそれらの
混合物から選択することが最適である。 なお炭化珪素粒子中には多くの場合、少量のア
ルミニウム化合物その他の不可避的不純物、ある
いは焼結性を高めるために意図的にアルミニウ
ム、ホウ素等の不純物を固溶させることができ、
これらの不純物は焼結剤としての働きをなすが、
本発明によつてもかかる焼結助剤の存在を妨げな
い。 本発明の第1工程で調製された混合粉末を生成
形体に成形する方法として、従来から知られてい
る各種の成形方法を応用することができ、例えば
型押し成形、押し出し成形、流し込み成形、射出
成形、あるいは静水圧成形などの方法により任意
の形状に成形することができる。型押し成形法を
使用する場合、通常250〜2000Kg/cm2前後の圧力
を用いることができ、その場合の成形体の密度は
約1.6〜1.9g/c.c.となる。成形体の密度を出来る
だけ高くすることは、高密度の焼結体を得るのに
非常に有利であり、そのため成形前の前記混合粉
末にステアリン酸塩のような潤滑剤を少量添加す
ることができる。静水圧成形法では前記混合粉末
を例えばゴム袋からなる容器に装入し容器内を減
圧にしてから成形が行なわれ、等万的で高密度の
生成形体を得るうえで有利である。 本発明において、フツ化水素酸を用いてシリカ
膜の除去された炭化珪素粉末の再酸化を防止する
ために、少なくとも前記フツ化水素酸の乾燥から
焼結を完了するまでの雰囲気を非酸化性とするこ
とが必要である。非酸化性雰囲気として、アルゴ
ン、ヘリウム、ネオン、窒素、水素、一酸化炭
素、フツ化水素の中から選ばれる何れか少なくと
も1種よりなるガス雰囲気、あるいは真空を用い
ることができる。 前記非酸化性雰囲気内で乾燥せしめた混合粉末
を生成形体に成形する際、あるいは焼成炉に装入
する際に前記非酸化性雰囲気から大気にさらさな
いようにする必要がある。この方法としては、混
合粉末および生成形体をコンテナーに入れて密封
することによつて実施できる。コンテナーとし
て、例えばゴム袋、ビニール袋、プラスチツク容
器、セラミツク容器あるいは金属容器を使用する
ことができる。また焼成炉に装入する際に使用す
るコンテナーとしては、焼成可能の容器や袋を選
択するか、あるいは黒鉛のような約2000℃の温度
に耐えるセラミツク製の容器を使用することがで
きる。 本発明によれば、高密度で高強度の炭化珪素焼
結体を得るために、前記生成形体を非酸化性雰囲
気において、1750〜2100℃の温度範囲内で焼成す
る必要がある。焼成温度を前記温度内に限定する
理由は、1750℃より低いと粒成長が十分起こらな
いため高密度の焼結体を得ることができず、他方
2100℃より高いと結晶粒子の粗大化現象が著し
く、その結果高密度であるが機械的強度を低下さ
せる原因になるからである。特に、2.5g/c.c.よ
り高い密度であり、かつ均一で微細な結晶構造を
有する焼結体を得るうえで、1800〜2000℃の温度
範囲内がより好適である。 本発明者等の実験によれば、本発明の生成形体
は従来の炭素を固体還元剤として用いた生成形体
に比べて約100〜150℃低い焼成温度でほぼ同一の
密度に到達することがわかつた。ところで従来方
法によれば出発原料としてβ型炭化珪素粉末を用
いた場合、焼結の際にβ型からα型への転移が進
み、その結果機械的な特性上極めて好ましくない
粗大で細長い板状結晶を含んだ結晶粗織となり易
い。本発明によればβ型炭化珪素粉末を用いても
ほとんどα型に転移させずに、均一で微細結晶か
らなる焼結体を得ることができるという利点があ
る。 前記1750〜2100℃の温度範囲内における焼成時
間は主として所望する結晶構造と密度によつて決
まり、一般的には低温度で長時間の焼成を行なつ
た方が均一で微細な結晶構造を有する高密度の焼
結体を得やすいため、前記1800〜2000℃の温度範
囲内で少なくとも10分間焼成することが最適であ
る。さらに、1500℃以上の温度域を時間を掛けて
昇温することは、高密度の焼結体を得るうえで有
利である。 前記生成形体を焼成する焼成炉としては、従来
公知の焼成温度と雰囲気を制御可能な各種の高温
焼成炉を使用し、例えば黒鉛製の炉心管と発熱体
を具備したタンマン炉のような焼成炉を使用する
ことが出来る。 次に本発明を実施例について比較例と比較しつ
つ説明する。 実施例 1 出発原料として、特開昭52―142697号に記載の
β型炭化珪素の連続製造法により製造され、さら
に精製および粒度分級された下記の第1表に示す
化学組成、粒径および第5図に示した結晶構造を
有するβ型炭化珪素粉末を使用した。
The present invention relates to a method for manufacturing a high-density silicon carbide sintered body. Silicon carbide sintered bodies have extremely excellent chemical and physical properties such as thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, hot strength, oxidation resistance, and corrosion resistance, and are used, for example, in gas turbine parts and high-temperature heat exchangers. This material is suitable for use in high-temperature structures such as vessels. Since silicon carbide is a material that is difficult to sinter, a pressure sintering method has conventionally been mainly employed. This method not only makes it difficult to produce a sintered body with a complicated shape, but also has the disadvantage of poor productivity. For this purpose, a pressureless sintering method was proposed, and
- No. 78609 "Production method of high-density silicon carbide ceramics" and then JP-A No. 52-6716 "Silicon carbide sintered bodies", submicron ( A method is disclosed in which a mixed powder having a particle size of 1 micron or less is compacted and pressure-free sintered at about 1950 to 2300° C. in an inert atmosphere. By the way, according to the pressureless sintering method, a carbonaceous additive is added to improve the sinterability between silicon carbide particles by reducing and removing the silica film coated on silicon carbide particles with carbon even at room temperature. However, the amount of carbon added is extremely small at 0.1 to 1.0% by weight based on the weight of silicon carbide powder, and the particle size is submicron and has a huge surface area. Generally speaking, the method of uniformly dispersing the silicon carbide particles by dispersing them with an organic compound solution is followed by heating and decomposing the organic substances in the solution to precipitate carbon. It does not cover the surface. As a result, the reduction and removal of the silica film becomes localized, and during the sintering stage, the residual silica film impedes grain growth and reduces sinterability, and also forms an intervening phase within the sintered body, which improves the physical properties of the sintered body, such as strength. etc. have a harmful effect. Therefore, as mentioned above, the pressureless sintering method has the drawback that the intervening phase consisting of the residual silica film is unevenly distributed at the grain boundaries and tends to impair the physical properties of the sintered body. The present inventors have previously applied for patents for ``Method for manufacturing sintered silicon carbide'' (Japanese Patent Application No. 15883-1983) and ``Method for manufacturing high-density sintered silicon carbide'' (Patent Application No. 15883-1983).
No. 41330), we proposed a new pressureless sintering method that eliminates and improves the above-mentioned drawbacks of the previously known pressureless sintering methods. The purpose of the present invention is to provide a new pressureless sintering method that is a further improvement over the conventional pressureless sintering method proposed by the present inventors. A first step of preparing a mixed powder containing 1.0 to 15.0 parts by weight of a temporary binder in terms of solid content, a second step of molding the mixed powder into a green body, and a second step of molding the green body into a 1750 to 2100 a third step of sintering within the temperature range of The present invention relates to a method for producing a sintered silicon carbide body, which is dried by contacting the silicon carbide body, and in which the atmosphere from at least the drying of the hydrofluoric acid to the completion of sintering is non-oxidizing. Next, the present invention will be explained in detail. According to the present invention, it is preferable that the silicon carbide powder, which is the starting material, has an average particle size of 3 microns or less; if the particle size is larger than that, it is difficult to obtain a sintered body having a dense and uniform crystal structure. In particular, to obtain a sintered body with high density and high strength, the average grain size is 1.0.
It is more preferable to use powder of micron size or less. Silicon carbide has an α type, which belongs to a hexagonal system, and a β type, which belongs to a cubic system, depending on its crystal structure, and according to the present invention, either one of them or a mixture thereof can be used as the starting material. The silicon carbide can be produced by, for example, a method in which a mixture of metal silicon powder and fine carbon powder or silica powder and fine carbon powder is subjected to a heat reaction, a method in which a mixed gas such as a silicon halide and a hydrocarbon is subjected to a gas phase reaction, or the Acheson method. It is possible to use a method of finely pulverizing and classifying α-type silicon carbide particles obtained in can. It is preferable that free carbon, free silica, or free silicon contained in the silicon carbide powder thus obtained be removed and purified as much as possible by a conventional method. According to the present invention, silicon carbide powder is brought into contact with hydrofluoric acid by kneading with hydrofluoric acid or immersed in hydrofluoric acid before being formed into a green body, and then dried. It is necessary to let it happen. The reason why silicon carbide powder is brought into contact with hydrofluoric acid is that the surface of silicon carbide particles is generally covered with a silica film even at room temperature, so this silica film is removed to expose the silicon carbide particles themselves, and then the silicon carbide particles are baked. The goal is to increase cohesion. The mechanism by which the silica film is removed by hydrofluoric acid is as shown in the following reaction formula (1) or (2). SiO 2 +4HF→SiF 4 +2H 2 O ...(1) SiO 2 +6HF→H 2 SiF 6 +2H 2 O ...(2) The silicon carbide particles from which the silica film has been removed are very easily oxidized, and at room temperature It is also easily oxidized by oxygen in the atmosphere according to the reaction formula below and is covered again with a silica film. 2SiC + 3O 2 → 2SiO 2 + 2CO ... (3) However, according to the present invention, by contacting with hydrofluoric acid and drying, the silicon carbide particles from which the silica film has been removed remain non-sintered until the end of sintering. Since the process is carried out in an oxidizing atmosphere, the surface of the silicon carbide particles is not coated with a silica film again, and as a result, a high-density sintered body in which the silicon carbide particles are strongly self-sintered can be obtained. . The purpose of removing the silica film using hydrofluoric acid of the present invention is completely different from the method of removing and purifying granular free silica contained in silicon carbide powder using hydrofluoric acid. It is something to do. The silica particles are generally removed by immersion in hydrofluoric acid or a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid, followed by washing with water and drying. Even if such a method is used, the silica film covering the silicon carbide surface is temporarily removed according to reaction formula (1) or (2), but after that it is exposed to the atmosphere or washed with water. This is because it reacts with oxygen dissolved in the water and is coated with the silica film again. According to experiments conducted by the present inventors, the formed body made of silicon carbide powder from which silica grains were removed using hydrofluoric acid using the conventional method did not exhibit significant grain growth even when fired at a high temperature of 2100°C. Approximately 1.9
Only a sintered body with a low density of g/cc could be obtained. According to the conventional pressureless sintering method, a higher temperature of approximately 100 to 150° C. is required to reach approximately the same density as the sintered body of the present invention. As described above, the necessity of increasing the sintering temperature in the conventional method compared to the method of the present invention impedes self-sintering between silicon carbide particles and impairs the mechanical properties of the sintered body, such as This is because the silica film, which reduces strength, is removed only locally. In the present invention, it is preferable to contact 100 parts by weight of silicon carbide powder with hydrofluoric acid in an amount equivalent to 0.2 parts by weight or more of hydrogen fluoride.
This is because if the amount is less than 0.2 parts by weight, the silica film on the surface of the silicon carbide particles cannot be sufficiently removed, resulting in poor sintering properties and making it difficult to obtain a sintered body with high density and a uniform crystalline state. Note that a non-oxidizing mineral acid can be used in combination with the hydrofluoric acid for the purpose of removing impurities other than silica in the silicon carbide powder. According to the invention, it is necessary to add a temporary binder to the silicon carbide powder in order to obtain a sintered body with high density and high strength. The temporary binder used in the present invention is, for example, a novolak type phenolic resin, and this temporary binder has the function of temporarily exerting an adhesive effect between silicon carbide particles at the initial stage of sintering. The finally obtained sintered body is strongly sintered by self-sintering. In the sintered body in which no temporary binder was added to the silicon carbide powder, remarkable grain growth was observed as shown in the scanning electron micrograph shown in Fig. 1, but almost no firing shrinkage occurred. It becomes a porous body, making it difficult to obtain a high-density sintered body. On the other hand, under the same conditions, a sintered body to which a temporary binder was added undergoes overall firing shrinkage due to grain growth, resulting in a high-density sintered body, as shown in Figure 2. . Conventional pressureless sintering methods generally do not require the use of a temporary binder and produce a dense sintered body with overall firing shrinkage even without the inclusion of a temporary binder. is obtained. The reason for this is that at the initial stage of sintering, when a network is formed between silicon carbide particles,
This is thought to be due to the remaining silica film acting as a viscous binder on the surface of the silicon carbide particles. As mentioned above, the temporary binder acts so that a neck is formed at each contact point between silicon carbide particles instead of a silica film, and without the temporary binder, there are places where no neck is formed at the contact point. It is thought that grain growth occurs locally and that overall firing shrinkage does not occur. In addition, the temporary binder has the function of increasing the strength of the resulting form and making it easier to handle. Therefore, the mixed powder prepared in the first step of the present invention must contain 0.5 to 15.0 parts by weight of temporary binder in terms of solid content. The reason for keeping the temporary binder within the above range is that if it is less than 0.5 parts by weight, the action as the binder will not be sufficiently exerted and it will be difficult to obtain a high-density sintered body, whereas if it is more than 15.0 parts by weight. This is because it inhibits the sintering action and forms an intervening phase within the sintered body, reducing the physical properties of the sintered body.
A range of 1.0 to 7.0 parts by weight is more preferred. When using an inorganic temporary binder such as sodium silicate, colloidal silica, alumina sol and aluminum phosphate as the temporary binder, it is advantageous to add it after treatment with hydrofluoric acid. be. Organic temporary binders can be advantageously used because they are not easily attacked by hydrofluoric acid, such as polyvinyl alcohol, cornstarch, molasses,
Various organic temporary binders can be used, such as coal tar pitch, phenolic resins, lignosulfonates, stearates, or alginates. The method of adding the temporary binder is to dissolve it in an aqueous solution, a mixed solution with hydrofluoric acid, or an organic solvent and mix it with the silicon carbide powder in the form of a solution, or to carbonize the temporary binder in the form of a powder. After mixing with silicon powder, water, hydrofluoric acid or an organic solvent can be added and kneaded. The temporary binder may be added to the silicon carbide powder at any time before contacting with hydrofluoric acid, before drying the hydrofluoric acid, or after contacting with hydrofluoric acid and drying. I can do it. The temporary binder in solution form added in this manner is dried to form a solid temporary binder before or after shaping into the product. In the method of the invention, the silicon carbide powder that has been contacted with hydrofluoric acid needs to be dried in a non-oxidizing atmosphere to evaporate the hydrofluoric acid before being shaped into a green body. The reason why the drying is performed in a non-oxidizing atmosphere is that when hydrofluoric acid is dried and evaporated in the air, the surfaces of the silicon carbide particles are reoxidized. As a method for drying the silicon carbide powder that has been brought into contact with the hydrofluoric acid, heating it in a non-oxidizing atmosphere or a non-oxidizing air stream to a temperature of about 110°C or higher, which is the boiling point of hydrofluoric acid, or Either heating under reduced pressure may be employed. The mixed powder prepared in the first step of the present invention needs to contain at least silicon carbide powder and a temporary binder, but in addition to this, a sintering aid such as boron carbide may be added. You can also do it.
The function of the sintering aid is to diffuse into silicon carbide particles to increase the number of pores during sintering at high temperatures, thereby facilitating sintering. As the sintering aid other than boron carbide, for example, boron, aluminum, or aluminum carbide can be used, but the sintering aid that is chemically unstable to hydrofluoric acid is hydrofluoric acid. It is preferable to add the boron-containing material after drying, and it is preferable to use a boron-containing material as a sintering aid because it does not significantly reduce the oxidation resistance of the sintered body. When adding a boron-containing material, if the boron-containing material is added in an amount equivalent to more than 3.0 parts by weight, the oxidation resistance of the sintered body will deteriorate, so it is preferable to add 3.0 parts by weight or less, and the average particle size Optimally, the material is selected from boron, boron carbide, or a mixture thereof, with a diameter of 1 micron or less. In many cases, silicon carbide particles contain a small amount of aluminum compounds and other unavoidable impurities, or intentional impurities such as aluminum and boron to improve sinterability.
These impurities act as sintering agents,
The present invention does not preclude the presence of such a sintering aid. As a method for molding the mixed powder prepared in the first step of the present invention into a green body, various conventionally known molding methods can be applied, such as stamp molding, extrusion molding, casting molding, and injection molding. It can be formed into any shape by a method such as molding or isostatic pressing. When using the embossing molding method, a pressure of about 250 to 2000 kg/cm 2 can usually be used, and the density of the molded product in that case will be about 1.6 to 1.9 g/cc. Increasing the density of the compact as much as possible is very advantageous in obtaining a high-density sintered compact, and therefore it is recommended to add a small amount of lubricant such as stearate to the mixed powder before compaction. can. In the isostatic pressing method, the mixed powder is charged into a container made of, for example, a rubber bag, the pressure inside the container is reduced, and then molding is performed, which is advantageous in obtaining a uniform and high-density product. In the present invention, in order to prevent re-oxidation of the silicon carbide powder from which the silica film has been removed using hydrofluoric acid, the atmosphere from at least the drying of the hydrofluoric acid to the completion of sintering is made non-oxidizing. It is necessary to do so. As the non-oxidizing atmosphere, a gas atmosphere consisting of at least one selected from argon, helium, neon, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and hydrogen fluoride, or a vacuum can be used. It is necessary to prevent the mixed powder dried in the non-oxidizing atmosphere from being exposed to the atmosphere when forming it into a green body or charging it into a firing furnace. This method can be carried out by placing the mixed powder and the resulting form in a container and sealing it. As containers it is possible to use, for example, rubber bags, plastic bags, plastic containers, ceramic containers or metal containers. In addition, as the container used when charging the material into the firing furnace, a container or bag that can be fired can be selected, or a container made of ceramic, such as graphite, that can withstand temperatures of about 2000 degrees Celsius can be used. According to the present invention, in order to obtain a high-density and high-strength silicon carbide sintered body, it is necessary to sinter the formed body in a non-oxidizing atmosphere within a temperature range of 1750 to 2100°C. The reason why the firing temperature is limited to the above temperature range is that if it is lower than 1750°C, sufficient grain growth will not occur, making it impossible to obtain a high-density sintered body.
This is because if the temperature is higher than 2100°C, the coarsening phenomenon of crystal grains becomes significant, resulting in a high density but a decrease in mechanical strength. In particular, in order to obtain a sintered body having a density higher than 2.5 g/cc and a uniform and fine crystal structure, a temperature range of 1800 to 2000°C is more suitable. According to experiments conducted by the present inventors, it has been found that the formed body of the present invention reaches almost the same density at a firing temperature approximately 100 to 150°C lower than that of the conventional formed body using carbon as a solid reducing agent. Ta. However, according to the conventional method, when β-type silicon carbide powder is used as a starting material, the transition from β-type to α-type progresses during sintering, resulting in a coarse and elongated plate shape that is extremely undesirable in terms of mechanical properties. It tends to become a coarse crystal weave containing crystals. According to the present invention, there is an advantage that even if β-type silicon carbide powder is used, a sintered body consisting of uniform fine crystals can be obtained with almost no transformation to α-type. The firing time within the temperature range of 1,750 to 2,100°C is determined mainly by the desired crystal structure and density; generally, firing at a lower temperature for a longer time will result in a more uniform and finer crystal structure. Since it is easy to obtain a high-density sintered body, it is optimal to perform the firing within the temperature range of 1800 to 2000°C for at least 10 minutes. Furthermore, increasing the temperature in a temperature range of 1500° C. or higher over time is advantageous in obtaining a high-density sintered body. As the firing furnace for firing the formed body, various conventionally known high-temperature firing furnaces capable of controlling the firing temperature and atmosphere are used, such as a firing furnace such as a Tammann furnace equipped with a graphite core tube and a heating element. can be used. Next, the present invention will be explained by comparing examples with comparative examples. Example 1 As a starting material, β-type silicon carbide was produced by the continuous production method described in JP-A No. 52-142697, and was further purified and classified in terms of particle size. β-type silicon carbide powder having the crystal structure shown in FIG. 5 was used.

【表】【table】

【表】 前記β型炭化珪素粉末30.00gとあらかじめノ
ボラツク型フエノール樹脂0.90gをアセトン約20
mlに溶解させた全溶液をメノウ製乳鉢中で混合
し、アセトンを蒸発させてから、さらに30分間混
合した。前記混合粉末をアルゴンガス雰囲気のグ
ローブボツクス内に移し、フツ素樹脂製開放容器
内に入れ、フツ化水素酸(フツ化水素含有率10重
量%)7.5gを添加し、30分間均一に混合した後
1時間放置した。次にこの湿潤混合物をアルゴン
ガス気流中で2時間かけて最終的に150℃まで加
熱しフツ化水素酸を蒸発させて乾燥し、冷却して
から再びメノウ乳鉢で30分間混合した。この乾燥
した混合粉末を適量採取し、次いでグローブボツ
クス内のプレス機を用いて1500Kg/cm2の圧力で直
径20.3mmの円板状の成形体を作成した。成形体の
密度は1.73g/c.c.(相対理論密度率約54%)であ
ることが認められた。前記成形体をグローブボツ
クス内で黒鉛製密閉容器内に密封してからタンマ
ン型焼成炉に装入し、炉内をアルゴンガス雰囲気
にしてから焼成した。焼成における昇温過程は常
温〜600℃は60分間、600〜1500℃は22分間、さら
に1500〜1900℃まで80分間かけて昇温し、最高温
度1900℃にて60分間保持した後に冷却した。 得られた焼結体は焼成収縮率が13.3%であり、
2.68g/c.c.(相対理論密度率約84%)の密度を有
していることが確認された。なお本実施例のフロ
ーシートを図示すれば第8図の如くである。 実施例 2 実施例1に記載したβ型炭化珪素粉末29.73g
と市販の200メツシユ炭化ホウ素粒(電気化学工
業株式会社製)を粉砕して平均粒径0.62ミクロン
に調製した炭化ホウ素0.27gをメノウ乳鉢中で30
分間混合した。前記混合粉末をアルゴンガス雰囲
気のグローブボツクス内に移し、フツ素樹脂製開
放容器内に入れ、実施例1に記載したフツ化水素
酸7.5gを添加し、30分間均一に混合した。次に
この湿潤混合物をアルゴンガス気流中で2時間か
けて最終的に150℃まで加熱し乾燥した。このよ
うにして得られた乾燥粉末にノボラツク型フエノ
ール樹脂0.90gをアセトン約20mlに溶解させた全
溶液を添加混合しアセトンを蒸発させてからさら
に30分間混合した。この混合粉末を用いて実施例
1と同様の操作で成形体を作成し、アルゴンガス
雰囲気のタンマン型焼成炉に装入した。次いで実
施例1と同様の昇温過程で昇温し、最高温度を
1920℃に高めて60分間焼成した。この焼結体の密
度は3.04g/c.c.(相対理論密度率約95%)であ
り、焼成収縮率は17.1%であつた。また焼結体の
結晶構造は、第2図の走査型電子顕微鏡写真
(5000倍)に示した如く約3〜5ミクロンの結晶
からなる微細構造を有していることが確認され
た。さらに第6図に示したこの焼結体の粉末X線
回折図から、焼成過程においてβ型炭化珪素が殆
んどα型炭化珪素に転移していないことがわかつ
た。 実施例 3 実施例2に記載したのと同様の配合ではある
が、ノボラツク型フエノール樹脂の添加量を1.80
gおよび0.45gに変化させた2種類の混合粉末を
実施例2と同様の操作で作成した。この混合粉末
を用いて実施例1と同様の操作で成形体を作成
し、アルゴンガス雰囲気のタンマン型焼成炉に装
入した。次いで実施例1と同様の昇温過程で昇温
し、最高温度1920℃において60分間焼成した。得
られた焼結体のうち、前者のノボラツク型フエノ
ール樹脂を増加させた焼結体の密度は2.99g/c.c.
(相対理論密度率約93%)、収縮率は16.7%であ
り、後者のノボラツク型フエノール樹脂を減少さ
せた焼結体の密度は2.86g/c.c.(相対理論密度率
約89%)、焼成収縮率は15.3%であつた。 比較例 1 実施例2に記載したのと同様の混合ではあるが
一時的結合剤としてのノボラツク型フエノール樹
脂を含有しない混合粉末を調製し、実施例1と同
様の操作にてフツ化水素酸を混合して乾燥した
後、成形体を作成した。次いで、タンマン型焼成
炉に装入し、炉内をアルゴンガス雰囲気にした
後、実施例1と同様の昇温過程で昇温し、最高温
度1920℃で60分間焼成した。 この焼結体は焼成収縮率が7.7%で2.18g/c.c.
(相対理論密度率約68%)の密度を有し、また第
1図の走査型電子顕微鏡写真(5000倍)に示した
如く、顕著な粒成長は見受けられるが、粒間のあ
いた多孔質な微細構造であることが認められた。 比較例 2 実施例2に記載したのと同様の配合ではある
が、フツ化水素酸による処理を省いた混合粉末を
実施例1と同様に成形し焼成した。なお最高温度
は1920℃とし、60分間焼成した。この焼結体は焼
成収縮率は10.9%であり、密度は2.47g/c.c.(相
対理論密度率約77%)と低いものであつた。 比較例 3 実施例2に記載したのと同様な配合ではある
が、フツ化水素酸による処理を省いた混合粉末を
窒素ガス雰囲気中で800℃まで加熱してフエノー
ル樹脂を熱分解させ、冷却した後、再びメノウ乳
鉢で15分間混合した。この混合粉末を黒鉛製押し
型を用いて700Kg/cm2の圧力で直径20.3mmの円板
状に成形した。この成形体の密度は1.70g/c.c.
(相対理論密度率約53%)であつた。前記成形体
を黒鉛製ルツボに入れ、タンマン型焼成炉に装入
してアルゴンガス雰囲気とした後、毎分40℃で昇
温し、最高温度1920℃で60分間焼成した。この焼
結体は、焼成収縮率が10.9%で、2.41g/c.c.(相
対理論密度率約75%)の密度を有し、その結晶の
形状は第3図に示した走査型電子顕微鏡写真
(5000倍)よりわかるように不規則であり、粒径
も不均一であつた。 さらに最高温度2050℃で45分間焼成した焼結体
は、焼成収縮率が17.4%で、密度は3.05g/c.c.
(相対理論密度率約95%)であり、第4図の走査
型電子顕微鏡写真(5000倍)に示した如く明確な
結合面を持たない不規則な形状の結晶よりなる微
細構造を有していた。また第7図に示したこの焼
結体の粉末X線回折図から、焼成過程においてβ
型炭化珪素がほとんどα型炭化珪素に転移してい
ることが確認された。 実施例 4 実施例1に記載したβ型炭化珪素粉末29.27g
と、実施例2に記載した炭化ホウ素0.73gとをメ
ノウ乳鉢中で30分間混合した。前記混合粉末をア
ルゴンガス雰囲気のグローブボツクス内に移し、
フツ素樹脂製開放容器に入れ、リグニンスルホン
酸塩(山陽国策パルプ会社製、サンエキス
P201)0.90gと、実施例1に記載したフツ化水素
酸1.7gと蒸留水5.8gとを添加して30分間混和し
た。次にこの湿潤混合物をアルゴンガス気流中で
2時間かけて最終的に150℃まで加熱し乾燥し
た。この混合粉末をメノウ乳鉢中でさらに30分間
混合し、次いで実施例1と同様の操作ではある
が、700Kg/cm2の圧力で成形体を作成し、アルゴ
ンガス雰囲気のタンマン炉に装入した。次いで実
施例2と同様の焼成条件で焼成を行つた。得られ
た焼結体の焼成収縮率16.3%であり、密度は2.94
g/c.c.(相対理論密度率約92%)であつた。 実施例 5 出発原料として実施例1に記載したβ型炭化珪
素をさらに水ヒ分級して平均粒径0.25ミクロン、
最大粒径0.68ミクロンに調製したβ型炭化珪素粉
末を使用した。このβ型炭化珪素粉末29.73gに
ステアリン酸アルミニウム0.3gと実施例2に記
載した炭化ホウ素0.27gをメノウ製乳鉢中で30分
間混合した。前記混合粉末を実施例1と同様の操
作にてノボラツク型フエノール樹脂0.90gを混合
乾燥した後、実施例1に記載したフツ化水素酸
7.5gを添加混合して成形体を作成した。この成
形体の密度は1.80g/c.c.(相対理論密度率約56
%)であつた。この成形体をアルゴンガス雰囲気
のタンマン型焼成炉に装入し実施例1と同様の昇
温過程で昇温し最高温度1900℃で60分間焼成し
た。得られた焼結体の焼成収縮率は16.4%であ
り、密度は3.08g/c.c.(相対理論密度率約96%)
であつた。 実施例 6 出発原料として市販のα型炭化珪素粉末(和波
研摩材工業会社製、粒度3000番)をさらに粉砕し
て分級した後、精製したものを使用した。このα
型炭化珪素粉末の純度は98.5%、平均粒径は0.59
ミクロンであつた。この炭化珪素粉末を主体に実
施例2に記載したのと同様の操作にて、成形体を
作成した。次いでこの成形体をアルゴン雰囲気の
タンマン型焼成炉に装入し、実施例1と同様の昇
温過程で昇温し、最高温度1940℃で60分間焼成し
た。得られた焼結体の密度は2.96g/c.c.(相対理
論密度率約92%)であり焼成収縮率は16.4%であ
つた。 以上述べた如く、これまで炭化珪素粉末を無加
圧焼結するためには、2050℃前後の高温焼成と、
高価で入手し難い約0.5ミクロン以下のサブミク
ンの炭化珪素超微粉末が必要とされていたのに対
して、本発明によれば1850〜1900℃程度の比較的
低温域において、かつミクロンレベルの炭化珪素
粉末を用いても無加圧焼結することにより、高密
度であり、かつ焼結体の物理特性を低下させるシ
リカ膜よりなる介在相が極めて少なく結晶が相互
にしかも強固に結合した炭化珪素焼結体を安定し
て製造することができ、本発明は工業上極めて有
用なものである。
[Table] 30.00 g of the β-type silicon carbide powder and 0.90 g of novolak type phenol resin were mixed in advance with about 20 g of acetone.
The entire solution in ml was mixed in an agate mortar to allow the acetone to evaporate and then mixed for an additional 30 minutes. The mixed powder was transferred to a glove box in an argon gas atmosphere, placed in an open container made of fluororesin, and 7.5 g of hydrofluoric acid (hydrogen fluoride content: 10% by weight) was added and mixed uniformly for 30 minutes. It was left for another 1 hour. The wet mixture was then heated to a final temperature of 150° C. over 2 hours in a stream of argon gas to evaporate the hydrofluoric acid to dryness, cooled and mixed again in an agate mortar for 30 minutes. An appropriate amount of this dried mixed powder was taken, and then a disk-shaped compact with a diameter of 20.3 mm was produced using a press machine in a glove box at a pressure of 1500 kg/cm 2 . The density of the molded body was found to be 1.73 g/cc (relative theoretical density ratio of about 54%). The molded body was sealed in a graphite airtight container in a glove box, and then charged into a Tammann-type firing furnace, and fired after creating an argon gas atmosphere in the furnace. The temperature raising process during firing was from room temperature to 600°C for 60 minutes, from 600 to 1500°C for 22 minutes, and then from 1500 to 1900°C over 80 minutes, held at the maximum temperature of 1900°C for 60 minutes, and then cooled. The obtained sintered body had a firing shrinkage rate of 13.3%,
It was confirmed that it had a density of 2.68 g/cc (relative theoretical density ratio of about 84%). The flow sheet of this embodiment is shown in FIG. 8. Example 2 29.73 g of β-type silicon carbide powder described in Example 1
0.27 g of boron carbide prepared by crushing commercially available 200-mesh boron carbide grains (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) to an average particle size of 0.62 microns was placed in an agate mortar for 30 minutes.
Mixed for a minute. The mixed powder was transferred to a glove box under an argon gas atmosphere, placed in an open container made of fluororesin, and 7.5 g of hydrofluoric acid described in Example 1 was added thereto and mixed uniformly for 30 minutes. The wet mixture was then heated to a final temperature of 150° C. for 2 hours in a stream of argon gas to dry it. A total solution of 0.90 g of novolak type phenolic resin dissolved in about 20 ml of acetone was added to the thus obtained dry powder and mixed, and after the acetone was evaporated, the mixture was further mixed for 30 minutes. Using this mixed powder, a molded body was created in the same manner as in Example 1, and the molded body was charged into a Tammann-type firing furnace in an argon gas atmosphere. Next, the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and the maximum temperature was reached.
The temperature was increased to 1920°C and baked for 60 minutes. The density of this sintered body was 3.04 g/cc (relative theoretical density ratio of about 95%), and the firing shrinkage rate was 17.1%. Further, it was confirmed that the crystal structure of the sintered body had a fine structure consisting of crystals of about 3 to 5 microns, as shown in the scanning electron micrograph of FIG. 2 (5,000 times magnification). Further, from the powder X-ray diffraction diagram of this sintered body shown in FIG. 6, it was found that almost no β-type silicon carbide was transferred to α-type silicon carbide during the firing process. Example 3 The formulation was similar to that described in Example 2, but the amount of novolac type phenolic resin added was changed to 1.80.
Two types of mixed powders were prepared in the same manner as in Example 2, with the amounts changed to 0.45 g and 0.45 g. Using this mixed powder, a molded body was created in the same manner as in Example 1, and the molded body was charged into a Tammann-type firing furnace in an argon gas atmosphere. Next, the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and the product was fired for 60 minutes at a maximum temperature of 1920°C. Among the obtained sintered bodies, the density of the former sintered body with increased novolak type phenolic resin was 2.99 g/cc.
(relative theoretical density rate approximately 93%), shrinkage rate is 16.7%, and the density of the latter sintered body with reduced novolak type phenolic resin is 2.86 g/cc (relative theoretical density rate approximately 89%), shrinkage after firing. The rate was 15.3%. Comparative Example 1 A mixed powder was prepared using the same mixture as described in Example 2 but without novolac type phenolic resin as a temporary binder, and hydrofluoric acid was added in the same manner as in Example 1. After mixing and drying, a molded body was created. Next, the product was placed in a Tammann-type firing furnace, the inside of the furnace was made into an argon gas atmosphere, the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and the product was fired at a maximum temperature of 1920°C for 60 minutes. This sintered body has a firing shrinkage rate of 7.7% and 2.18g/cc.
(relative theoretical density ratio of about 68%), and as shown in the scanning electron micrograph in Figure 1 (5000x magnification), remarkable grain growth can be seen, but it is porous with gaps between grains. A fine structure was recognized. Comparative Example 2 A mixed powder having the same formulation as described in Example 2 but omitting the treatment with hydrofluoric acid was molded and fired in the same manner as in Example 1. The maximum temperature was 1920°C and baking was performed for 60 minutes. This sintered body had a firing shrinkage rate of 10.9% and a low density of 2.47 g/cc (relative theoretical density rate of about 77%). Comparative Example 3 A mixed powder having the same formulation as described in Example 2 but omitting the treatment with hydrofluoric acid was heated to 800°C in a nitrogen gas atmosphere to thermally decompose the phenolic resin, and then cooled. Afterwards, the mixture was mixed again in an agate mortar for 15 minutes. This mixed powder was molded into a disk shape with a diameter of 20.3 mm using a graphite mold at a pressure of 700 kg/cm 2 . The density of this molded body is 1.70g/cc
(relative theoretical density ratio of approximately 53%). The molded body was placed in a graphite crucible, placed in a Tammann-type firing furnace to create an argon gas atmosphere, heated at a rate of 40°C per minute, and fired at a maximum temperature of 1920°C for 60 minutes. This sintered body has a firing shrinkage rate of 10.9% and a density of 2.41 g/cc (relative theoretical density rate approximately 75%), and the shape of its crystals is shown in the scanning electron micrograph shown in Figure 3. As can be seen from 5000x magnification), the particles were irregular and the particle size was non-uniform. Furthermore, the sintered body fired at the maximum temperature of 2050℃ for 45 minutes has a firing shrinkage rate of 17.4% and a density of 3.05g/cc.
(relative theoretical density rate of approximately 95%), and has a microstructure consisting of irregularly shaped crystals without clear bonding surfaces, as shown in the scanning electron micrograph (5000x) in Figure 4. Ta. Furthermore, from the powder X-ray diffraction diagram of this sintered body shown in Figure 7, β
It was confirmed that most of the type silicon carbide was transformed into α-type silicon carbide. Example 4 29.27 g of β-type silicon carbide powder described in Example 1
and 0.73 g of boron carbide described in Example 2 were mixed in an agate mortar for 30 minutes. Transfer the mixed powder into a glove box with an argon gas atmosphere,
Place lignin sulfonate (manufactured by Sanyo Kokusaku Pulp Company, Sun Extract) in an open container made of fluororesin.
P201), 1.7 g of hydrofluoric acid described in Example 1, and 5.8 g of distilled water were added and mixed for 30 minutes. The wet mixture was then heated to a final temperature of 150° C. for 2 hours in a stream of argon gas to dry it. This mixed powder was further mixed in an agate mortar for 30 minutes, and then a molded body was prepared in the same manner as in Example 1 but at a pressure of 700 Kg/cm 2 and placed in a Tammann furnace in an argon gas atmosphere. Next, firing was performed under the same firing conditions as in Example 2. The firing shrinkage rate of the obtained sintered body was 16.3%, and the density was 2.94.
g/cc (relative theoretical density rate approximately 92%). Example 5 The β-type silicon carbide described in Example 1 as a starting material was further classified with water to give an average particle size of 0.25 microns.
β-type silicon carbide powder prepared to have a maximum particle size of 0.68 microns was used. 0.3 g of aluminum stearate and 0.27 g of boron carbide described in Example 2 were mixed with 29.73 g of this β-type silicon carbide powder in an agate mortar for 30 minutes. The mixed powder was mixed and dried with 0.90 g of novolac type phenolic resin in the same manner as in Example 1, and then the hydrofluoric acid described in Example 1 was added.
A molded article was prepared by adding and mixing 7.5 g. The density of this molded body is 1.80 g/cc (relative theoretical density rate approximately 56
%). This compact was placed in a Tammann-type firing furnace in an argon gas atmosphere, heated in the same temperature-raising process as in Example 1, and fired at a maximum temperature of 1900°C for 60 minutes. The firing shrinkage rate of the obtained sintered body was 16.4%, and the density was 3.08 g/cc (relative theoretical density rate approximately 96%).
It was hot. Example 6 As a starting material, a commercially available α-type silicon carbide powder (manufactured by Waha Abrasives Industry Co., Ltd., particle size: No. 3000) was further ground and classified, and the purified product was used. This α
The purity of type silicon carbide powder is 98.5%, the average particle size is 0.59
It was micron. A molded body was produced using this silicon carbide powder in the same manner as described in Example 2. Next, this molded body was placed in a Tammann-type firing furnace in an argon atmosphere, and the temperature was raised in the same temperature raising process as in Example 1, and fired at a maximum temperature of 1940°C for 60 minutes. The density of the obtained sintered body was 2.96 g/cc (relative theoretical density ratio of about 92%), and the firing shrinkage rate was 16.4%. As mentioned above, in order to sinter silicon carbide powder without pressure, high temperature firing at around 2050°C,
Whereas submicron silicon carbide ultrafine powder of about 0.5 microns or less, which is expensive and difficult to obtain, was required, the present invention can achieve micron-level carbonization in a relatively low temperature range of about 1850 to 1900°C. Even if silicon powder is used, pressureless sintering produces silicon carbide with high density and extremely few intervening phases consisting of silica films that degrade the physical properties of the sintered body, and whose crystals are strongly bonded to each other. A sintered body can be stably produced, and the present invention is extremely useful industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は比較例1に記載の焼結体の走査電子顕
微鏡写真(5000倍)であり、第2図は実施例2に
記載の焼結体の走査型電子顕微鏡写真(5000倍)
であり、第3図は比較例3に記載の焼結体の走査
型電子顕微鏡写真(5000倍)であり、第4図は比
較例3に記載の他の焼結体の走査型電子顕微鏡写
真(5000倍)であり、第5図は実施例1で使用し
たβ型炭化珪素粉末のX線回折図であり、第6図
は実施施例2に記載の焼結体の粉末X線回折図で
あり、第7図は比較例3に記載の焼結体の粉末X
線回折図であり、第8図は本発明方法の一例を示
すフローシート図である。
Figure 1 is a scanning electron micrograph (5000x) of the sintered body described in Comparative Example 1, and Figure 2 is a scanning electron micrograph (5000x) of the sintered body described in Example 2.
3 is a scanning electron micrograph (5000x magnification) of the sintered body described in Comparative Example 3, and FIG. 4 is a scanning electron micrograph of another sintered body described in Comparative Example 3. (5000 times), FIG. 5 is an X-ray diffraction diagram of the β-type silicon carbide powder used in Example 1, and FIG. 6 is a powder X-ray diffraction diagram of the sintered body described in Example 2. and FIG. 7 shows the powder X of the sintered body described in Comparative Example 3.
It is a line diffraction diagram, and FIG. 8 is a flow sheet diagram showing an example of the method of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 平均粒径3ミクロン以下の炭化珪素粉末100
重量部と一時的結合剤を固形分で0.5〜15.0重量
部とを含有する混合粉末を調整する第1工程と;
前記混合粉末を生成形体に成形する第2工程と;
前記生成形体を1750〜2100℃の温度範囲で焼結す
る第3工程とから成り、前記炭化珪素と一時的結
合剤のうち少なくとも炭化珪素は第2工程の生成
形体に成形する前にフツ化水素酸と接触せしめて
乾燥させられており、少なくとも前記フツ化水素
酸を乾燥させてから焼結を完了するまでの雰囲気
を非酸化性とする炭化珪素焼結体の製造方法。 2 第1工程において炭化珪素粉末100重量部に
対して0.2重量部以上のフツ化水素に相当するフ
ツ化水素酸を接触せしめる特許請求の範囲第1項
記載の製造方法。 3 第1工程において炭化珪素粉末と一時的結合
剤を均一に混合した後、フツ化水素と接触せしめ
て乾燥する特許請求の範囲第1あるいは2項記載
の製造方法。 4 第1工程において炭化珪素粉末、一時的結合
剤およびフツ化水素酸を均一に混合した後乾燥せ
しめる特許請求の範囲第1あるいは2項記載の製
造方法。 5 第1工程において炭化珪素粉末とフツ化水素
を均一に混合して乾燥せしめた後、一時的結合剤
を混合させる特許請求の範囲第1あるいは2項記
載の製造方法。 6 第1工程において混合粉末が固形分で1.0〜
7.0重量部の一時的結合剤を含有する特許請求の
範囲第1〜5項の何れかに記載の製造方法。 7 第1工程において使用する一時的結合剤は、
有機質からなる特許請求の範囲第1〜6項の何れ
かに記載の製造方法。 8 第1工程において使用する炭化珪素粉末の平
均粒径が1.0ミクロン以下である特許請求の範囲
第1〜7項の何れかに記載の製造方法。 9 第1工程において混合粉末は3.0重量部以下
のホウ素に相当するホウ素含有物を含有する特許
請求の範囲第1〜8項の何れかに記載の製造方
法。 10 前記ホウ素含有物は平均粒径が1ミクロン
以下のホウ素、炭化ホウ素あるいはそれらの混合
物から選択される特許請求の範囲第1〜9項の何
れかに記載の製造方法。 11 第3工程において生成形体を1800〜2000℃
の温度範囲内で少なくとも15分間焼結する特許請
求の範囲第1〜10項の何れかに記載の製造方
法。 12 非酸化性雰囲気はアルゴン、ヘリウム、ネ
オン、窒素、水素、一酸化炭素、フツ化水素の中
から選ばれる何れか少なくとも1種よりなるガス
雰囲気あるいは真空である特許請求の範囲第1〜
11項の何れかに記載の製造方法。
[Claims] 1. Silicon carbide powder 100 with an average particle size of 3 microns or less
a first step of preparing a mixed powder containing 0.5 to 15.0 parts by weight of a temporary binder in solids;
a second step of molding the mixed powder into a green body;
a third step of sintering the green body at a temperature range of 1,750 to 2,100°C, and at least silicon carbide among the silicon carbide and temporary binder is sintered with hydrogen fluoride before being molded into the green body in the second step. A method for producing a silicon carbide sintered body, which is dried by contacting with an acid, and the atmosphere from at least the drying of the hydrofluoric acid to the completion of sintering is non-oxidizing. 2. The manufacturing method according to claim 1, wherein in the first step, 100 parts by weight of silicon carbide powder is brought into contact with 0.2 parts by weight or more of hydrofluoric acid corresponding to hydrogen fluoride. 3. The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein in the first step, the silicon carbide powder and the temporary binder are uniformly mixed and then brought into contact with hydrogen fluoride and dried. 4. The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein in the first step, silicon carbide powder, temporary binder and hydrofluoric acid are uniformly mixed and then dried. 5. The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein in the first step, silicon carbide powder and hydrogen fluoride are uniformly mixed and dried, and then a temporary binder is mixed therein. 6 In the first step, the mixed powder has a solid content of 1.0~
6. A method according to any one of claims 1 to 5, containing 7.0 parts by weight of temporary binder. 7 The temporary binder used in the first step is:
The manufacturing method according to any one of claims 1 to 6, which is made of an organic material. 8. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 7, wherein the silicon carbide powder used in the first step has an average particle size of 1.0 microns or less. 9. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 8, wherein in the first step, the mixed powder contains a boron-containing material corresponding to 3.0 parts by weight or less of boron. 10. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 9, wherein the boron-containing material is selected from boron, boron carbide, or a mixture thereof having an average particle size of 1 micron or less. 11 In the third step, the formed body is heated to 1800-2000℃
11. The manufacturing method according to any one of claims 1 to 10, wherein the manufacturing method is sintered for at least 15 minutes within a temperature range of . 12 The non-oxidizing atmosphere is a gas atmosphere consisting of at least one selected from argon, helium, neon, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, and hydrogen fluoride, or vacuum.
The manufacturing method according to any one of Item 11.
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