JPS63230571A - ＳｉＣ−ＴｉＣ常圧焼結体の製造方法 - 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、ＳｉＣ−ＴｉＣ常圧焼結体の製造方法に関し
、特に粒界などに金属や酸化物からなる結合相を含むこ
とのない複合材料を焼結助剤を使うことなく製造する技
術であって、耐熱性や耐摩耗性はもちろん、高強度、高
靭性で高密度なＳｉＣ−ＴｉＣ複合焼結体を有利に製造
する新規な技術についての提案である。

（従来の技術） 従来、ＳｉＣ質セラミックス焼結体などの強度、靭性を
改善する技術として、例えば、特開昭６１−１６３１６
８号公報では、ＳｉＣに対し、強度または高温で安定な
ＴｉＣを５〜２５　ＶＯＩ％添加する方法を開示してい
る。これによって、５ｉｃ−Ｔｉｃセラミックスの破壊
靭性値は、ＳｉＣ単体のものに比べて約３倍も向上する
ことが報告されている。

このようなＳｉＣとＴｉＣの複合化に対する要請は、次
のような背景によるものと考えられる。

一般に、ＳｉＣ焼結体は、高温曲げ強度の低下が無く、
エンジニアリングセラミックスとして有望である反面、
破壊靭性値が低く、ワイプル係数も低い欠点がある。

これに対しＴｉＣ焼結体は、破壊靭性には優れるものの
サーメットなどのように金属相や酸化層を有するため、
高温強度の低下が起こり、耐酸化性も低下する欠点があ
る。

そこで、特開昭６１−１６３１６８号公報に開示の技術
では、ＳｉＣの靭性を向上させることを目的として、Ｓ
ｉＣ焼結体中にＴｉＣやＷＣ，ＴａＣ，ＮｂＣ，ＶＣ，
ＨｆＣなどの炭化物を５〜２５　ｖｏ１％を限度として
添加し、粒界層にＡ／、Ｓｉ、Ｏを存在させることで前
記欠点の解決を自損していた。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来技術で開示された技術は、それ以前のＳｉＣ焼
結体に比べるとある程度の靭性改善があり、有効ではあ
ったが、充分な靭性値が得られていたわけではない。ま
た、粒界にＡｌ　、Ｓｉ、Ｏを含むために高温で強度低
下が起こり、ＳｉＣの特性が失われていた。さらに、か
かる従来技術は、ホットプレス法で行われているために
生産性が悪く、コストが高く、複雑形状のものが得られ
にくいという問題点もあった。

本発明の目的は、上述の各問題点を克服できるＳｉ　Ｃ
−Ｔｉ　Ｃ焼結体とその有利な製造方法を開発提供する
ところにある。

（問題点を解決するための手段） 上掲の目的は、次の事項を要旨構成とする方法、すなわ
ち、 平均粒径が１μｍ以下のＳｉＣ粉末５〜５０ｗｔ％、平
均粒径が１μｍ以下のＴｉＣ粉末５０〜９５１％の混合
粉末を所定の形状に成形し、その後非酸化性雰囲気中で
の常圧下で２１００〜２５００℃に加熱して焼結するこ
とを特徴とするＳｉＣ−ＴｉＣ常圧焼結体の製造方法、 により達成される。

このような方法によって、主としてＳｉＣおよびＴｉＣ
からなるＳｉ　Ｃ−Ｔｉ　Ｃ常圧焼結体であって、前記
ＳｉＣの含有量が５〜９５１Ｉｌｔ％、前記ＴｉＣの含
有量が５〜９５ｗｔ％で、該ＳｉＣとＴｉＣの合計量が
８０ｗｔ％以上である結晶が均一に結合されたＳｉＣ−
ＴｉＣ常圧焼結体が得られる。

（作　用） 以下に本発明の製造方法についてさらに詳しく述べる。

所定の粒径のＳｉＣ粉末（５〜５０％）とＴｉＣ粉末（
５０〜９５％）との混合原料を焼結助剤を使うことなく
焼成する際、混合原料中の各粉末配合割合を上記のよう
な範囲の量に限定した理由は、この範囲外での組成では
焼結体中にＳｔＣ結晶またはＴｉＣ結晶が均一に分散す
ることによる密度が高く破壊靭性（Ｋ＋ｃ）の高いＳｉ
Ｃ−ＴｉＣ常圧焼結体が得られないからである。とくに
ＳｉＣ粉末５〜２０％、ＴｉＣ粉末８０〜９５％の組成
のものは焼結性に優れ、均一微細結晶からなる高密度の
焼結体が得られるのでより好ましい。

本発明の製造方法において、原料中のＳｉＣ粉末とＴｉ
Ｃ粉末の平均粒径を１μｍ以下に限定する理由は、別Ｃ
粉末とＴｉＣ粉末は共に粒径が小さい程焼結性に冨む性
質があり、常圧焼結法により高密度のＳｉＣ−ＴｉＣ常
圧焼結体を得るには平均粒径は１μｍ以下であることが
必要である。なお、焼結性の点でより好ましいＳｉＣ粉
末の平均粒径は０．５μｍ以下、ＴｉＣの平均粒径は０
．７μｍ以下である。

また、これらの各粉末中に含まれるＦｅの如きメタル不
純物は、１％以下にしないと高温強度が悪くなる傾向が
ある。

なお、前記ＳｉＣ粉末は、シリカ還元法、ＣＶＤ法、ア
ルコキシド法あるいは直接反応法などで製造したものが
使用できる。

一方、前記ＴｉＣ粉末は、メンストラム法、酸化物法、
水素化チタン炭化法、ハロゲン化物法あるいはＣＶＤ法
などで得られた粉末が使用できる。

次に焼成条件について述べる。本発明方法の特徴の１つ
は、常圧−非酸化性雰囲気下での焼成にある。このよう
な雰囲気中で前記Ｓｉ　Ｃ−Ｔｉ　Ｃ混合原料を２１０
０〜２５００℃の範囲に加熱して焼結させる。

その理由は、常圧下で焼成することにより、ＳｉＣ−Ｔ
ｉＣ常圧焼結体中に存在するＴｉＣまたはＳｉＣの結晶
が特定の方向に配向することなく均一な焼結体が得られ
、さらには焼結体中の残留応力を比較的少なくすること
ができる。従って、焼結体は高強度、高靭性を示す物性
のものが得られる。なお、複雑形状の製品が安価に得ら
れることもこの方法の特徴の１つである。

本発明の製造方法において限定した上記焼成温度は、２
１００〜２５００℃であるが、この範囲に限定される理
由は、２１００℃以下の場合、９０％ＴＤ以上の高密度
焼結体を得ることが難しく、一方、２５００℃以上にな
ると別Ｃ，ＴｉＣの昇華が起こるため表面ががさつくか
らである。

次に、焼成の雰囲気については、Ａｒ、　Ｎ、、　Ｈｅ
および真空のいずれか１種以上から選ばれる非酸化性雰
囲気とすることが必要である。なお、混合物の組成によ
っては、Ｎ２雰囲気で行うことがより好ましい場合があ
る。この理由は明確でないが、５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｎ系の
化合物が生成し、焼結性を促進して高密度の焼結体を得
るものと推定される。

上述のようにて製造したｒｓｉ　Ｃ−Ｔｉ　Ｃ複合焼結
体」は、Ｘ線回折図形を調べたところ、ＳｉＣ−ＴｉＣ
焼結体ともシャープなピークが観察された。また、格子
定数を測定した結果、第１表に示すような結果が得られ
た。　　　、。

上記の測定値を見る限り両者の区別は明確ではないが、
本発明者らが観察したＳＥＭ反射電子像などによると、
ＳｉＣマトリックス中に白く浮き彫りになったＴｉＣが
均一に分散している様子が確かめられた。ＴｉＣについ
ては焼成の過程で粒成長が起こると推定される。そして
、このような現象にもとづき得られたＳｉＣ−ＴｉＣ複
合焼結体の場合、デフレクションが起き、いわゆるこの
°デフレクション効果により高い靭性値が得られるもの
と思われる。

（実施例） 以下実施例およびこれにあわせて比較例について説明す
る。その結果を第２表にまとめて示す。

実施例の場合、基本的には平均粒径０，６μｍ、比表面
積８＋”７ｇのＴｉＣ粉と、平均粒径０．２５μｍ、比
表面積２０　ｍ”７ｇのＳｉＣ粉との混合物１００ｉｉ
量部に対し、ＢやＣなどの焼結助剤は使わず単に溶媒と
して水を３００部添加し、ボールミルにて混合した。２
４時間混合した後、スプレードライヤーで乾燥した。

成形は、金型プレス１５０　ｋｇ／ｃｍ”で行った。そ
の後、３　ｔ／ｃｍ”でラバープレスした。

焼成はＡｒ雰囲気で毎分５℃で昇温し、２３００℃で１
時間保持した後冷却した。

こうして得られた焼結体は、例えば表中の実施例３　（
ＳｉＣ／ＴｉＣ＝３０／７０）の例だと、焼結体密度９
２．８％ＴＤ、破壊靭性値（Ｋ　＋ｃ）　５．８　ＭＰ
ａｍ””と高い値が得られた。また、曲げ強度は室温で
５１ｋｇｆ／ｍｍ２１３００℃で４６ｋｇｆ／＋＋＋ｍ
２と、高温での強度低下がほとんどなかった。さらに比
抵抗１．６Ｘ１０−”Ω印と放電加工性の良い焼結体が
得られた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、常圧焼結を特徴と
しているために生産性、コストの面で有利であり、複雑
形状のものを容易に製造できる。また、得られるＳｉＣ
−ＴｉＣ焼結体は、焼結助剤を使わないにもかかわらず
高密度で、強度とくに高温強度に優れかつ靭性の高い数
値を示すものが得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、平均粒径が１μｍ以下のＳｉＣ粉末５〜５０ｗｔ％
   、平均粒径が１μｍ以下のＴｉＣ粉末５０〜９５ｗｔ％
   の混合粉末を所定の形状に成形し、その後非酸化性雰囲
   気中での常圧下で２１００〜２５００℃に加熱して焼結
   することを特徴とするＳｉＣ−ＴｉＣ常圧焼結体の製造
   方法。 ２、前記非酸化性雰囲気がＮ＿２ガス雰囲気である特許
   請求の範囲第１項記載の製造方法。