JPS6343344B2

JPS6343344B2 -

Info

Publication number: JPS6343344B2
Application number: JP60084438A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Suzuki
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1985-04-22
Filing date: 1985-04-22
Publication date: 1988-08-30
Also published as: JPS60246266A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は常圧焼成により得られる高密度の炭化
珪素質焼結体に関する。〔従来の技術〕炭化珪素質焼結体は古くから耐火物用として存
在してきたが、近年は、エンジニアリングセラミ
ツクスとして、ガスタービン等、高温で作動する
装置類の機構部材としてその応用が展開されつつ
ある。このように耐火物からエンジニアリングセ
ラミクスに用途が変化するにつれて、耐火物的用
途の場合のように粘土類を主体とした添加物で
は、エンジニアリングセラミクスの用途には性能
的に充分対応できなくなり、新たな添加剤が種々
開発されつつある。その主なものは、炭素、炭化
硼素、酸化硼素等の炭素または硼素を含む化合物
が多い。これらの他に、酸化アルミニウム、各種
の炭化物等がわずかではあるが提案されている。
しかしながら、炭化珪素質は非常に焼結しにくい
セラミクスであるため、焼結方法としては、ホツ
トプレス法を採用するものがほとんどである。しかるに、ホツトプレス法は、複雑な形状物品
を得るには不適当な方法である。そこで、複雑な
形状が要求されることの多いエンジニアリングセ
ラミクスとして、常圧焼結によることが望まれる
わけであるが、現在までのところ、常圧焼結で充
分な高密度、かつ高強度を有する炭化珪素質焼結
体を得るのは困難である。〔発明の解決しようとする問題点〕本発明者は、以上の点に鑑み、常圧焼結により
高密度、高強度を達成すると同時に、高温でも耐
酸化性、耐熱衝撃性および耐摩耗性の大きな真に
有用な炭化珪素質焼結体を得る方法を種々検討の
結果、本発明に至つたものである。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、アルミニウム化合物をアルミニウム
に換算して0.1〜20重量％とジルコニウム、ハフ
ニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タング
ステンから選ばれる元素の炭化物の１種以上を
0.1〜45重量％含む炭化珪素質粉末を常圧焼結す
ることを特徴とする炭化珪素質焼結体の製造方法
を要旨とするものである。炭化珪素への添加剤としてアルミナなどのアル
ミニウム化合物は既に知られているが、これらの
添加剤のみでは耐摩耗性、耐熱衝撃性が不充分で
あるという欠点がある。しかしながら、炭化珪素とアルミニウム化合物
の組合せの系にさらにZr、Hf、Nb、Ta、Mo、
Ｗの炭化物から選ばれる１種以上を0.1〜45重量
％、好ましくは0.5〜20重量％加えることにより、
上記の欠点が解消されることが見出された。この現象についての解析はまだ充分になされた
わけではないが、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Ｗの
炭化物は比較的炭化珪素との親和力が強く、ま
た、相互にわずかではあるが固溶することにより
炭化珪素質焼結体の強度を改善し、耐熱衝撃性も
良くなるものと思われる。また、耐摩耗性の向上
も、アルミナなどより一般に硬度の大きい炭化物
を用いることによるものと思われる。本発明は、以上のようにアルミニウム化合物と
Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Ｗの炭化物との相乗作
用の効果をうまく利用したものであつて、アルミ
ニウム化合物の添加量、0.1重量％以下では炭化
珪素の焼結が不充分であり、また、20重量％以上
ではZr、Hf、Nb、Ta、Mo、Ｗの炭化物を用い
ても、耐摩耗性、耐熱衝撃性等の欠点は改善され
ないことから上記数値限定は必要となる。また、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Ｗの炭化物か
ら選ばれる炭化物１種以上の量が0.1重量％以下
では目的とする効果が得られないし、また、45重
量％以上では、添加剤の量が多くなりすぎて、本
来の炭化珪素の低膨脹性等の良い特性が失なわれ
ることから上記数値限定は必要となる。更に、本発明者等が検討を加えた結果による
と、アルミニウム化合物のうち酸化アルミニウ
ム、炭化アルミニウム、窒化アルミニウム、硼化
アルミニウム、わけても酸化アルミニウムが本発
明全体の構成からみて、炭化珪素の焼結効果がよ
いことを見出した。また、Zr、Hf、Nb、Ta、Mo、Ｗの炭化物の
うちでも、炭化タングステン、炭化ジルコニウ
ム、わけても炭化ジルコニウムが特によい。炭化
タングステンは硬度が高く、その硬度が温度によ
つてあまり変化しないため、高温における硬度を
要求される時には特によい。炭化ジルコニウムは
常温における硬度が高いため常温で用いられる炭
化珪素質焼結体に高硬度性を付与するのによい
し、また、大きな耐熱衝撃性も付与できる。また、本発明で用いる炭化珪素はβ―炭化珪素
であることが好ましいが、必ずしも全部がβ―炭
化珪素である必要はなく、40重量％までのα―炭
化珪素を含んでいても差支えない。上記の割合で配合した混合粉末は、常法により
成形することが可能である。即ち、比較的単純な
形状の場合には、カルボキシメチルセルローズを
少量結合剤として加えてプレス成形することもで
きるし、やや複雑な形状の場合には、ポリビニル
アルコールなどの結合剤を加えた泥漿にして石膏
型に鋳込成形することも可能である。かようにし
て成形された物品は常法により充分に乾燥した
後、非酸化性雰囲気中で1800〜2400℃で焼成され
る。焼成時間は、使用される原料のスペツクによ
り、あるいは成形品の大きさにより0.1〜24時間
程度から選択される。〔実施例〕炭化珪素粉末に対して酸化アルミニウム粉末、
窒化アルミニウム粉末、硼化アルミニウム粉末、
炭化タングステン粉末、炭化ハフニウム粉末、炭
化ニオブ粉末、炭化タンタル粉末、炭化モリブデ
ン粉末、炭化ジルコニウム粉末を第１表に示す割
合に配合したものをプレス成形ないしは泥漿鋳込
成形して成形品を得た。次にこれら成形品を充分
に乾燥した後、電気炉で窒素雰囲気中で所定温度
にて焼成した。得られた焼結体の特性を第１表に
併記した。

【表】＊１理論密度に対する相対値
＊２密度が小さすぎるため測定しなかつた
。
耐摩耗性試験直径30mm、厚さ10mmの試料を回転数200r.p.mの
鉄製回転研摩板上にのせ10Kgの荷重下で180番の
炭化珪素研摩材により10時間研摩し摩耗による厚
さの減少を測定した。耐熱衝撃性試験同様の試料を炉中で1400℃にて30分間加熱し、
その後20℃の空気中に急冷し、亀裂の有無を調べ
た。

Claims

【特許請求の範囲】１アルミニウム化合物をアルミニウムに換算し
て、0.1〜20重量％とジルコニウム、ハフニウム、
ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステンか
ら選ばれる元素の炭化物の１種以上を0.1〜45重
量％含む炭化珪素質粉末を常圧焼結することを特
徴とする炭化珪素質焼結体の製造方法。２アルミニウム化合物が酸化アルミニウム、炭
化アルミニウム、窒化アルミニウム、硼化アルミ
ニウムから選ばれるものである特許請求の範囲第
１項記載の炭化珪素質焼結体の製造方法。３炭化物がタングステン、ジルコニウムから選
ばれる元素の炭化物である特許請求の範囲第１項
または第２項記載の炭化珪素質焼結体の製造方
法。