JPS6256369A - 炭化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents

炭化ケイ素焼結体の製造方法

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JPS6256369A
JPS6256369A JP60195751A JP19575185A JPS6256369A JP S6256369 A JPS6256369 A JP S6256369A JP 60195751 A JP60195751 A JP 60195751A JP 19575185 A JP19575185 A JP 19575185A JP S6256369 A JPS6256369 A JP S6256369A
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carbide sintered
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水谷 敏昭
寛 井上
米澤 武之
佳之 大沼
柘植 章彦
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高密度SiC焼結体の製造方法、更に詳しくい
えば、焼結助剤としてM機ホウ素化合物及びM機炭素化
合物を用いて、′高密度SiC焼結体を製造する方法に
関するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
SIC結結体は結像えばガスタービン部品、高温用島交
換器のような高温構造材料とし・て重めて優れた化学的
及び物理的な性質をAmしている。これらの温における
高強度特性を挙げることができる。
しかしながら、8iC焼結体の出発原料であるSiC粉
末は元来焼結し難い材料であるなめ、これまで高密度の
焼結体を得ようとする際には加圧燐結法(HP法)が採
用されていた。しかしながら前記加圧焼結法によれば複
雑形状の焼結体8製造することが難かしく、また生産性
も挙がらないと云う欠点がありた。
前記加圧焼結法の有する欠点を除去・改善するため、従
来種々の提案がなされておシ、なかでも特開昭50−7
8609号「高密度炭化珪素セラミックスの製造方法」
%矢に特開昭52−6716号「炭化ケイ素焼結体」に
S iC,ホウ累含v奈加剤及び炭素質添加剤からなる
サブミクロン粒度の粉末を成形し、不活性雰囲気中の約
1950〜2300℃で無加圧焼結する方法が開示され
ている。炭素質添加剤は非晶質炭素粉末の形でも添加さ
れるが、一般にはフェノール系樹脂の形で添加混合し成
形した後の不活性雰囲気中での脱脂工程における有機化
合物からの析出炭素により充当される。しかるにホウ素
含有添加剤は非晶質ホウ素粉末、B、C粉末、 B、0
.粉末、BN粉末等々の形で通常添加され、ポットミル
等によシ数時間〜数日間に渡フ混会し、均一分散が図ら
れる。しかし、B、Cはダイヤモンドに次ぐ硬さをイす
る極めて硬い物質でおるため、微粉砕することが困難で
ちゃ、そのため添加量を多くする必要が生ずる。しかる
に2000℃近辺の温度におけるSICに固溶できるB
、 CO) −’jlは高々0,3 w tチ程度であ
り、この量を超えて添加され九B、Cは粒界に析出し1
強度低下の原因となる。この点を解決するなめに、焼成
によりB4Cに変化可能で、それ自体粉砕容易なり、0
.を用いる方法が提案されている。しかし、B、O,は
その沸点が1860℃と低いため、焼結温度に達する以
前に一部が揮散してしまい、所iの効果を得難いと云5
難点がある。
一方、BNは高温まで′安定であるが、B元素が8iC
の焼結促進効果を発揮し始めると同時にNIJK子が焼
結の障害として効き始める8以上より非晶質ホウ素粉末
が最も有益であるが、これとて。
SIC粉末に均一に分散させるには自ずと限界がある。
したがりて、従来SiC粉末を非加圧焼結するためには
、1950℃〜2300℃の高温焼成が行なわれま九約
0.5μm以下の非常に入手し難く、かつ高価な8iC
超微分末が必要とされて来ており、工業的には必ずしも
満足し得るものでは無かつ九。
〔発明の目的〕
本発明は前記欠点を除去会改善する新規SiC鳩結体結
像法を提供することを目的としたもので。
SiC粉末原料に焼結助剤として炭素及びホウ素を均一
に分散さ昔る上で、有機化合物の形で添加混合し、成形
後の脱脂工程で分解析出するC及びBをもりて充当する
ことを特長とする。従来における高々サブミクロン水準
までの均質混合を数段上回る原子−分子水準に近い均質
分散を達成することによV、比較的低温で高密度にSi
Cを焼結する方法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明を以下詳細に説明する。
本発明に於て原料として用いる8iC粉末は非等軸晶系
のα−5ic、等軸晶系のβ−8iCのいずれでも良い
が、通常平均粒径2μm以下比表面積1m” / 1以
上、好ましくは平均粒径0.5μm以下比表面積5m”
/I以上lこ分級された高1[粉末が使用される。
本発明で用いる有機ホウ素化合物としては例えば8重。
H13、B10H□工晶。H1IC! −((Cm H
s)s NH)2(Bso Hst )sなどがあるが
、これらに限定されるものではない、B元素供給量はS
ICに対し0.1〜2wL% が好ましい、0−1w1
0 未満では添加効果が不充分であ夛、一方BのS’f
Cへの固溶は高々0.3ψであるため2W10以上Bを
供給するとSiC粒界に析出したBによる強度特性の低
下が著しくなる丸めである。
本発明で用いる有機炭素化合物としては例えばフェノー
ル、フェノール樹脂、コールタールピッチ、石油ピッチ
などがあるが、これらに限定されるものではない、この
有機炭素化合物は熱分解後の残炭量で0.5〜10wt
% に相当する量で用いられる。この炭素はSiC粉末
粒子表面を呵う酸化皮婆を還元除去するためlこ添加さ
れるもので、その適正量はSIC粉末原料に含有される
酸素量と金属不純物層に依存するが、高純度で各種金属
不純物量が夫々0.05w10 未満であるSiC原料
粉末に於ては全酸素含有量の1.0〜3.0倍の炭素重
量が適正値であった。これ以下の炭素では焼結の障害と
なる酸化皮膜が完全tこ除去することができず。
一方これ以上の炭素量では焼結体中に残留した炭素の偏
析量が増大し、SlC本来の物性が劣化する。
有機ホウ素化合物及び有機炭素化合物を有@A溶媒に溶
解させてSiC原料粉末と混合する方法が均質分散に■
効であり、溶媒としてはパラフィン系炭化水素(ペンタ
ンからセタンまで)、アルコール類(メタノール、エタ
ノール、ブタノール、プロパツール等々)%アセトン、
トリクレン、メタクレン、エチレングリコールなどがあ
るが、これらに限定されるものではない、成形上必要な
らば一時的結合剤も上記溶液lこ加えて83C粉末と充
分均一に混合した後噴霧乾燥、凍結乾燥等の手段により
乾燥造粒する。乾式プレスなどで所望の形状にした成形
体は焼結する前に逸常、不活性雰囲気中で緩やかに約7
00℃まで加熱昇温される。この、 過程で一時的結合
剤は分解揮散し、M機ホウ素化合物及び有機炭素化合物
も熱分解する。しかも一部ホウ素と炭素は揮散せずSi
C粉末粒子表面に残留分散する0例えば非晶質ホウ素や
非晶質炭素をポットミル、振動ミル等々にょj7sic
粉末と混合する場合に於ては如何に混合時間を費やそう
ともその分散状態は高々鷺すブミク0ン水準′JJ:、
まシであるのに対し1本方法によるホウ素と炭素の分散
状態は数段優れてお3.sic粉末粒子の表面−ご原子
拳分子水準1に近い程度の均一分散状態を形成している
従来、炭素に関してはこの様な高水準の分散も実施され
ており、本発明者らはその手法を詳細に検討し焼結適正
温度を約100℃低下させる効果があることを確認した
0本発明は、ホウ素に関しても高水準の均一分散を実施
することlこよff、!正焼結温度を更に約100℃(
合計約200℃)低下させたものである。
上記成形体を1800〜2100℃で無加圧焼結する時
の雰囲気はAr、Ne、He、CQ、などの不活性気体
又はHl、GOなどの還元性気体を使用できる。
この様にして製造される8正C焼結体は3.017cc
以上の高密度を有し、微構造も細かく、優れ九機械的強
度、耐熱衝撃性を備えるので、メカニカルシール材、摺
動材、耐磨耗材、高温構造材、ヒーター、熱交換体など
としても有用である。
〔発明の実施例〕 次に実施例によV本発明を更に詳細に説明する。
出発原料として比表面積15m”/#、全酸素含有(i
r 1. Ow / oその他不純物は全て0.1 w
 / o未満であるα−8IC粉末100gを秤量する
。カルボラン0.5I!とフェノール系ノボラック樹脂
3.5g及びエチレングリコール5 ccをアセトン1
00ccに溶解する。
SiC粉末100gを上記アセトン溶液に浸漬撹拌し乾
燥造粒する。43.5X33.5mm”の金型を使い2
0II/ρの試料をl ton/cm”で加圧成形する
。成形体を窒素雰囲気中で700℃まで8時間をかけて
加熱することによシ、脱脂賛成形体を得る。この成形体
を黒鉛匣鉢5こ入れて焼成炉内に設定し、1800〜2
100℃のアルゴン雰囲気tで非加圧焼結する。
各実M1列及び参考frJを次の図表に示す。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば低温にてち密、高密
度のS五〇焼結体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図は焼結温度−密度特性歯。 代理人 弁理士  則 近 ′iIi@竹 花 喜久男 同

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)硼素及び炭素を焼結助剤として含有する炭化ケイ
    素焼結体の製造方法において、前記硼素及び炭素を有機
    化合物の形で添加し、前記有機化合物を熱分解により残
    留硼素及び残留炭素として、焼結助剤とすることを特徴
    とする炭化ケイ素焼結体の製造方法。
  2. (2)前記熱分解を脱脂と同時に行なうことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の炭化ケイ素焼結体の製造
    方法。
  3. (3)前記硼素供給の有機化合物としてB_1_0H_
    1_4(デカボラン)、B_1_0H_1_3I(ヨー
    ドデカボラン)、B_1_0H_1_2C_2(カルボ
    ラン)及び{(C_2H_5)_2NH}_2(B_1
    _0H_1_2)のうち少なくとも一種を用いることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の炭化ケイ素焼結
    体の製造方法。
  4. (4)前記炭素供給の有機化合物としてフエノール、フ
    ェノール樹脂、コールタールピッチ、石油ピッチ、重質
    油のうちくとも一種を用いることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の炭化ケイ素焼結体の製造方法。
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US06/903,141 US4853299A (en) 1985-09-06 1986-09-03 Silicon carbide sintered body and method of manufacturing the same
DE3645097A DE3645097C2 (ja) 1985-09-06 1986-09-05
DE19863630369 DE3630369A1 (de) 1985-09-06 1986-09-05 Siliziumcarbid-sinterkoerper und verfahren zu seiner herstellung

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01160869A (ja) * 1987-12-18 1989-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 炭化珪素質焼結体の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5837271A (ja) * 1981-08-28 1983-03-04 三洋電機株式会社 入室管理装置
JPS60246263A (ja) * 1984-05-18 1985-12-05 日産自動車株式会社 炭化珪素質焼結体
JPS61168568A (ja) * 1985-01-23 1986-07-30 日産自動車株式会社 炭化珪素質焼結体の製造方法

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