JPS6363513B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

炭化けい素は、その化学的、物理的性質を利用
して、優れた耐高温度構造用材料として使用され
ている。しかしながら、炭化けい素は粒子または
粉末状で製造されており、この状態から密度の大
きな成型品が作られており、ためにこれらの成型
法と性質について多くの問題点がある。 小形の密度の大きい型品を作る場合、炭化けい
素粉末の高温プレスを条件を厳密にコントロール
して行なう。しかし、高温プレス法は、高圧高温
下で行なうため、グラフアイトの鋳型をもつた高
価なエネルギー多消費型の機械装置を必要とす
る。また高温プレスは、簡単な幾何学的形状をも
つた圧縮成型物の断片を製造するにとゞまり、複
雑な形状の部品を作る場合には、長時間の機械加
工を必要とする。 炭化けい素の粉末は単独では焼結出来ない。し
かしながら、ベルギー特許第821436号に、β型炭
化けい素焼結体の製法が提示されており、それに
よれば、β型炭化けい素のミクロン以下の微粉
末、硼素系添加物、および、遊離炭素の混合物で
生成型体を作り、これを約1900〜2100℃の温度下
で焼結する。 β型炭化けい素に硼素を添加して密度を大なら
しめるさいにはα型炭化けい素の大きな板状結晶
の成長が始まるために、均一な微細粒子構造を得
ることに制約があり、破砕に対する抵抗力を失う
が、特に約2000℃の温度領域においてこの傾向は
著しい。この現象は、約2000℃以上の温度下で、
β型炭化けい素が、熱力学的により安定なα型炭
化けい素に転位することに関連する。 高温プレスの場合におこる、この種の粒子の成
長を抑制するために数種の方法が考案されている
が、いずれの方法も、現実に焼結用に使用されて
いない。例えば、高温プレスの温度を低下させ、
その分をプレスの圧力を増大することによつて補
うために、粒子の成長が起らない条件を見出す方
式がある。また、アルミニウム、けい素窒化物、
アルミニウム窒化物、および硼素窒化物等の各種
添加物をβ型炭化けい素に加えることが、高温プ
レスのさいの板状結晶の成長を制御するのに有効
なことが実証されている。しかしながら、これら
の方法は、焼結のさいに、密度増大の障害とな
り、高密度品を得る妨げとなるため使用されてい
ない。 本発明は、(a)少なくとも70重量％のα−SiCお
よび30重量％未満のβ−SiC、(b)炭化けい素の全
量に対する硼素の重量として0.3％から3.0％の量
に相当する硼素、炭化硼素およびそれらの混合物
から選ばれた硼素系添加物、および(c)0.1〜１重
量％の遊離炭素から構成され、焼結されたままの
未加工表面を外部から機械的に圧縮することな
く、しかも炭化けい素の理論密度の少なくとも80
％の密度を有する均一な微細構造の多結晶質炭化
けい素焼結体に関する。 本発明では、炭化けい素を焼結するにさいし
て、α型SiCを種晶として添加して、焼結するβ
型SiCの可成りの部分を熱力学的により安定なα
型の粒子に転位することによつて、粒子成長を抑
制する。このようにして、α型SiCの結晶核を供
給することにより、焼結中にβ型からα型への急
速な転位が促進される。成長しつゝあるα型SiC
の粒子は、成長の初期に相互に衝突するため、成
長が止まる結果、焼結物は実質的に均一な、比較
的微細粒子構造をもつことになる。その中に存在
する炭化けい素のうち、少なくとも70重量％は小
板状または、細長い形状をしたα−SiCよりな
り、粒子の長さの大きさは約５〜150ミクロンの
範囲、好ましくは約５〜25ミクロンの範囲であ
る。 本発明は多くの利点をもつているが、第一の利
点は、本発明は粒子成長を抑制するため焼結は広
い温度範囲で行われることにあり、温度制御に臨
界条件を必要としないため特に経済的、実際的で
ある。第二の利点は、本発明の焼結体は、広い温
度範囲、すなわち、実質上０℃以下から2300℃以
上の温度範囲において、形状および機械的性質が
変らない特性を有する。 本発明の詳細な説明を以下に添附図面について
行なう。 本発明の焼結体は、簡単に記述すると、ミクロ
ン以下の径の微粒子からなるβ型炭化けい素粉
末、α型炭化けい素の種晶粉末、硼素系添加物、
および、遊離炭素あるいは熱分解により遊離炭素
を生成する有機化合物からなる炭素質添加物の実
質的に均一な分散系または混合物を調製し、この
混合物で生成型体を形成し、この生成型体を約
1950℃〜2300℃の温度範囲で、生成型体と最終の
焼結体とを実質的に不活性な雰囲気中で焼結させ
て、炭化けい素の理論的密度に対して少なくとも
80％を占める密度を持ち、炭化けい素のうち、少
なくとも70重量％がα型SiCである均一な微細構
造をもつた焼結体からなる。 本発明において、β型炭化けい素は平均粒子径
で約0.45ミクロン以下で、通常0.05ミクロン〜0.4
ミクロンのものを単一相で使用する。実際上にも
また最適条件としてもβ型SiC粉末は平均粒子径
で0.1ミクロン〜0.2ミクロンの範囲のものが好ま
しい。この大きさのβ型炭化けい素は多くの技術
的方法によつて調製され、例えば、原料の元素か
らの直接合成、無水けい酸の還元、あるいは、け
い素と炭素を含有する化合物の熱分解法等があ
る。けい素化合物と有機化合物の熱分解によりけ
い素と炭素を製造することを含めた多くの方法
は、β型炭化けい素を所望の１ミクロン以下の粒
子径にし、大部分が分離した結晶系として生成す
るため特に有利である。プラズマ加熱法は特に、
本発明に有用な粉末の製造法として適している。
以上の方法で出来た最終製品は焼結用の純粋なβ
型炭化けい素粉末を得るために、混在しているけ
い素を除去するのに、酸を用いて溶出することが
通常必要とされる。 本発明において、所望の粒子成長抑制を達成す
るには、α型SiC種晶粉末の平均粒径は、少なく
ともβ型SiCの粒径の約２倍の大きさが必要であ
る。また、α型SiC種晶粉末は常にミクロン以下
の大きさであり、通常0.1ミクロン〜0.6ミクロン
の粒径範囲にある。α型SiCの集合したものも本
発明においては使用出来る。 本発明のα型SiCは多くの方法によつて作るこ
とができる。例えば、研磨材用炭化けい素は常に
α型SiCであり、これを粉砕し、粉砕した粉末を
液体、例えば水と混合して沈降分離によつて大き
い粒子径と微細粒子径の部分に分ける。さらに詳
しく述べれば、大きい粒子径のものは沈殿させ、
目的とする微細粒子径のものが遊離している液体
はデカンテーシヨンした後、蒸発させミクロン以
下の微細粒子の部分を得る。 α型SiC粉末はβ型SiCに対して0.05重量％〜５
重量％の範囲で使用される。α型SiCの使用量が
多いと、焼結製品の密度は小さくなる。α型SiC
の量がβ型SiCに対して１重量％〜３重量％の範
囲の場合最も微細で最も均一な微細構造が得られ
る。α型SiCの量が５重量％以上の場合は焼結製
品の密度は80％以下であり、α型SiCの量が0.05
重量％以下の場合は、粒子成長の抑制に必要な結
晶核の量として充分でない。 α型SiC粉末はβ型SiC粉末のみか、または、
硼素系添加物、および炭素質添加物、または後者
だけを含むβ型SiC粉末と混合して均一分散系を
作る。特に、α型SiCは、目的とする均一微細構
造をもつた焼結製品を得るためには、β型SiC粉
末の中に実質的に均一に分散されなければならな
い。 α型SiC粉末はβ型SiCと多くの方法によつて
混合されるが、例えば、ボールミルあるいはジエ
ツトミルによつて粉砕して必要な均一分布状態と
なし、実質的に均一な分散系を作る。 α型SiC粉末をβ型SiC粉末の中に入れる方法
の一つとして、α型SiCを充分な量、すなわち少
なくとも10重量％を含んだ炭化けい素製のボール
を使用する方法がある。この方法ではβ型SiC粉
末はSiCのボールで粉砕され、このさいに、α型
SiCの種晶が、粉砕中ボールの摩耗によつて導入
される。α型SiCの導入量は粉砕時間を調節して
調整する。適量のα型SiCの導入は実験的に決め
ることが出来る。例えば、本発明の方法によれ
ば、上記の方法による粉末を焼結し、焼結製品を
切り開いて金属組織学的に検査する。焼結製品が
非常に均一な微細構造であつて、α型SiCを少な
くとも全SiCの70重量％含有し、また、SiCの密
度の理論値に対し少なくとも80％の密度を有する
場合、本発明に依る適量のα型SiCが導入された
ことになる。 生成型体を作るための混合粉末に添加する硼素
系添加物は、単体硼素あるいは、炭化硼素の形に
なつている。密度の大きな焼結品を得るために
は、硼素系添加物の量が支配的であり、その量は
全炭化けい素量を基準にして0.3〜3.0重量％の単
体硼素の量に相当する。硼素系添加物の個々の添
加量は実験的に決められるが、混合物中の分散度
に依存することが大きいので、充分に分散してい
るほど、焼成物の密度はより均一化する。しかし
ながら、単体硼素の量が0.3重量％以下の場合、
必要な稠密度は得られず、一方、単体硼素の量が
3.0重量％以上であれば、顕著な密度の増大は認
められず、むしろ、製品の耐酸化性が劣化する。
焼結中に硼素系添加物は炭化けい素と固溶体にな
る。さらに、添加物の量を単体硼素として約１重
量％過剰に使用すると、通常、炭化硼素の相がで
きる。 炭素質添加物は、遊離炭素として全炭化けい素
に対して0.1重量％〜1.0重量％相当量を使用す
る。炭素質添加物は、ミクロン以下の径の遊離炭
素、例えば、アセチレンブラツク、あるいは、熱
分解によつてミクロン以下の径の遊離炭素を必要
量生成する炭素質有機物質である。その上、この
有機物質は、室温下で固形または液状であり、約
50℃〜1000℃の温度範囲で完全に分解して遊離炭
素とガス状の分解生成物を生成する。また、炭素
質有機物質は炭化けい素、硼素系添加物、あるい
は、焼成製品に対して劣化等の影響を全く与えな
い物質である。 本発明の焼結体の密度が少なくとも理論値の80
％のものを作るには、炭化けい素粉末中の酸素の
含有量は、全炭化けい素使用量に対して１重量％
以下、好ましくは、約0.4重量％以下でなければ
ならない。酸素の含有量は通常の方法によつて測
定され、一般に、大部分無水けい酸の形で存在す
る。 本発明における遊離炭素の役割りは、炭化けい
素粉末中に常に小量存在するか、または、加熱中
に、粉末表面に吸着された酸素と反応して生成す
る無水けい酸を還元することにある。遊離炭素は
加熱中に無水けい酸と次式の反応をする。 ：SiO₂＋3C→SiC＋2CO 無水けい酸はSiC粉末中に感知される量存在す
ると、炭化けい素の密度増大の進行を完全に停止
させるので、収縮、すなわち、密度増大は、ごく
僅かであるかまたは、全く起らない。 遊離炭素は、また、粉末中に存在するけい素、
または、焼結温度まで加熱中に次の反応式：
SiO₂＋2SiC→3Si＋2COに従つて生成するけい素
を補促する役割りをする。けい素の存在も、無水
けい酸の存在と同様にSiCの密度増大を停止する
か、遅らせる傾向をもつている。 本発明において、ミクロン以下の径の遊離炭素
の必要量は、原料SiC粉末中の酸素含有量に大き
く依存しており、全炭化けい素使用量の約0.1〜
1.0重量％の範囲にある。さらに詳しく云えば、
焼結しない遊離炭素を約１重量％含有する本発明
の生成型体でも１重量％を相当超える遊離炭素と
焼結すると少なくとも80％の密度にならない。 また、１重量％をかなり超えると遊離炭素は、
焼結物中における細孔と同じような役割りをする
ので、製品の最終の密度と強度を抑えることとな
る。ミクロン以下の微粉状の遊離炭素は、多くの
在来技術、例えば、ジエツトミル粉砕あるいは、
液中分散状態におけるボールミル粉砕を利用して
炭化けい素と混合させる。 本発明においては、炭素質の有機物質は多くの
技術によつて入れることができ、また生成型体を
作る前か成型後に熱分解される。炭素質有機物質
が固体の場合、溶液状態で炭化けい素粉末および
硼素系添加物と混合して、実質的に粉末粒子を被
覆することが望ましい。次いでこの湿潤状態の混
合物は、溶媒を除去する処理を行ない、得られた
乾燥状態の混合物は、生成型体に成型する前に、
炭素質有機物質を熱分解して、遊離炭素を生成さ
せる。所望に応じ、湿潤状態の混合物で、生成型
体を作り次いで、溶媒を除去する。このようにし
て、炭化けい素粉末を有機物質で実質的に均一に
被覆することができ、熱分解すると、遊離炭素は
均一に分散する。生成型体はついで、加熱して、
有機物質を分解して、遊離炭素とし、分解生成ガ
スは焼成開始前に放散させる。溶媒は、蒸発ある
いは、凍結乾燥、すなわち、凍結した分散系から
真空中で溶媒を昇華させる等の数種の方法で除去
される。同時に、炭素質有機物質が液状の場合に
は、炭化けい素粉末および硼素系添加物と混合し
て、湿潤状態の混合物を加熱して有機物質を分解
し遊離炭素を作る。即ち、湿潤状態の混合物を生
成型体とし、ついで加熱して有機物質を分解し遊
離炭素を生成させて、分解生成ガスを放散する。
炭素質有機物質の熱分解は、組成分が加熱される
さいに、実質的に不活性であるか、または、組成
分に対してなんら劣化の影響を与えないような雰
囲気、例えばアルゴンガス中、または真空中、等
で行う必要がある。好ましくは、生成型体中の炭
素質有機物質を焼結炉中で、焼結温度まで上昇す
るさいに熱分解させる方法もある。 ミクロン以下の径の微粒子中に炭素を分散させ
るための、他の改善法はジエツトミル粉砕の利用
である。炭化けい素の粉末を、例えばノボラツク
樹脂のアセトン溶液に浸漬し、空気中で乾燥し、
窒素ガス中で500℃〜800℃に加熱して分解する。
この方法によつて導入された炭素の量は熱分解後
の重量増加または遊離炭素の分析によつて測定す
る。炭素を添加された微粒子はついでジエツトミ
ル粉砕され、炭素の分散状態が、著しく改善さ
れ、焼成物中に炭素の大きな粒子が残らないよう
になる。 粉末混合物を生成型体に成型するのに多くの方
法がある。例えば、粉末混合物は押出成型、射出
成型、型押し成型、均等圧縮成型あるいは流し込
み成型等により、所望の形状の生成型体を製造す
る。粉末混合物を成型するさいに使用される、滑
剤、バインダーあるいは同種の添加剤は生成型体
あるいは最終の焼結体になんら劣化等の影響を与
えないものでなければならない。このような添加
剤は、加熱されると比較的低温、好ましくは200
℃以下で蒸発して残渣が残らないようなものが望
ましい。生成型体は密度増大を促進するために、
理論的密度に対して少なくとも45％を占める必要
があり、焼結中に少なくとも理論値の80％に達す
ることが望ましい。 生成型体の焼結は実質的に不活性な雰囲気、す
なわち、その物性に対してなんら劣化させる影響
の認められない雰囲気、例えば、アルゴン、ヘリ
ウムあるいは真空中で行う。焼結中における雰囲
気の圧力は、実質的に真空から大気圧までの範囲
が可能である。また、焼結中、焼結体表面を外部
から機械的に圧縮することはしない。 焼結は約1950℃〜2300℃の温度範囲で行なう。
特定の焼結温度は実験的に決まるが、主として粒
子径、生成型体の密度、最終的に望まれる焼結物
の密度に依存しており、最終密度が大きい程、焼
結温度を高くする必要がある。また、大気圧以下
の雰囲気で焼結する場合にはより低い焼結温度を
使用する。さらに、生成型体の粒子径が小さく、
その密度が大きい場合には焼結温度は低くする必
要がある。1950℃以下の焼結温度では、本発明の
少なくとも80％密度を有する焼結体を得ることは
出来ない。2300℃以上の温度でも、本発明の方法
は粒子成長を調節することが出来るが、2300℃を
著しく超える温度を使用しても特に利点が無く、
炭化けい素の蒸発をもたらすのみである。 本発明の焼結体の密度は炭化けい素の理論的密
度の80％〜95％である。焼結体は炭化けい素、硼
素または炭化硼素および遊離炭素からなる。本発
明の炭化けい素の組成は単独α型SiCから、70重
量％のα型SiCと30重量％のβ型SiCの組成物ま
での範囲にわたる。α型のSiCは実質的に均一な
微細構造で、細長い粒子または小板状の形をして
おり、その長さの大きさは約５ミクロン〜150ミ
クロンの範囲、平均約10ミクロン〜30ミクロンの
範囲にあり、好ましくは、長さで５ミクロン〜25
ミクロン、平均10ミクロンの粒子径をもつ。β型
SiCは約１ミクロン〜10ミクロンの範囲で、平均
３ミクロンの粒径の微細粒子の形状をしている。
硼素は全炭化けい素量に対して0.3重量％〜３重
量％の範囲で存在している。硼素はＸ線分析でみ
るとβ型およびα型炭化けい素との固溶体とし
て、また炭化硼素の相として非常に微細な沈積物
として存在している。硼素または硼素と炭化硼素
系は、焼結体中に実質的に均一に分散している。
焼結体はまた、全炭化けい素量に対して0.1重量
％〜１重量％の遊離炭素を含有する。遊離炭素は
実質的にミクロン以下の径の微粒子として存在し
ており、焼結体中に実質的に均一に分散してい
る。 本発明の焼結体は、実質的に安定な微細構造を
有しているため、室温に於ける形状、機械的性質
は高温においても保持されている。さらに詳しく
述べると、空気中で約1700℃の温度範囲まで暴露
し次いで実質的に不活性である、例えばアルゴン
中で1700℃以上約2300℃までの温度範囲で暴露し
た後でも、密度あるいは機械的性質に顕著な変化
が生じない。このような特性は、ガスタービン翼
のような高温構造用に特に有用である。2000℃ま
たは、これ以上の温度においては焼結体中に存在
するβ型SiCはα型SiCに変態するが、新たに生
成するα型SiCの粒子は、互に衝突し合うし、ま
た、焼結体中に既に実質的に均一に存在する多数
のα型SiC粒子で妨害を受けるために、大きく成
長することは出来ない。この結果、β型SiCの変
態が加わつても、焼結体の形状、機械的性質に顕
著な変化は起らない。 本発明によつて、従来製造不可能だつたもの、
または、材料が硬いために高価にして且つ機械加
工が困難だつた、複雑な形状をもつ多結晶性炭化
けい素の焼結製品を直接成型によつて生産するこ
とが可能になつた。本発明の焼結製品は、機械加
工が必要でなく、有用な複雑な形状をした製品例
えば、ガスタービン翼、不透過性るつぼ、薄肉
管、長い棒、球形体、あるいはガスタービン翼の
ような中空製品を製作することが出来る。さらに
詳細には本発明の焼結製品の寸法は、焼結中に起
る収縮、すなわち密度増大の度合によつて、生成
型体の寸法と異なる。また、焼結品の表面状態
は、それを作るための生成型体の表面状態に依存
しており、生成型体が平滑な表面を持つている
と、焼結品も実質的に平滑な表面を有する。 本発明を下記実施例によつてさらに詳細に説明
するが、焼結即ち焼成は全ての単体炭素からなる
電気抵抗炉中で実施し、焼結即ち焼成温度で約１
時間昇温し、焼結即ち焼成温度で約20分間保ち、
炉の加熱を停めて室温まで冷却する。 β型SiC粉末は平均粒径0.17ミクロンのものを
使用する。 α型SiC粉末は平均粒径0.32ミクロンのものを
使用する。 混合分散した粉末はプレスして、1.5cm×1.5cm
の円筒形で、炭化けい素密度の理論値の55％の生
成型体を作る。 密度の％は、この場合、炭化けい素の密度の理
論値に対する％を示す。 焼結、焼成した製品は金属組織学的試験および
Ｘ−線分析を行う。 実施例 １ 熱分解法で作り、炭素分の多い炭化けい素を使
用した。さらに詳しくは、この炭化けい素は実質
的にミクロン以下の径の、立方状のβ型炭化けい
素と、β型SiCに対して0.35重量％の遊離炭素を
均一、且つ充分に分散したものからなる。このβ
型SiCは0.17重量％の酸素を含有し、0.17ミクロ
ンの平均粒径で、表面積は9.2m²／ｇである。こ
の粉末分散系は、ミクロン以下の径の無定形単体
硼素と共にボールミルで粉砕して、β型SiCに対
して0.4重量％の硼素を含有する均一な粉末分散
系を作つた。得られた粉末分散系の一部を円筒形
に圧縮して、アルゴン中で2020℃の温度で焼結し
た。得られた焼結品を検査して結果は第一表に実
施例１として示す。焼結品は、第１図に示された
ものと同じく、β型SiCの均一な微細構造をもつ
ている。 実施例 ２ 実施例１の焼結体を2080℃の温度で焼成する。
得られた製品の、検査結果は、温度が2020℃から
2080℃に上昇した結果、SiCの４％がα型SiCに
変態した事を示し、このα型SiC相は、β型SiC
母体の平均粒径の20倍の大きさの、大型板状を示
した。 実施例 ３ 実施例２の製品を、2150℃の温度で焼成した。
得られた製品を検査すると、さらに温度上昇した
事により、α型SiCへの変態が高速に行なわれ、
破局的に肥大した粒子成長が起り、第２図に示さ
れたような羽根状の巨大なα型SiCが認められ
た。この微細構造の成長は、実施例２に従つて４
mm×４mm×40mmの棒状に作り調整した標本につい
て、室温で三点支持曲げ破壊係数即ち強度
80000psi（ポンド／吋²）のものが、2150℃焼成
後、破壊係数40000psiを示し、著しく低下した事
で説明される。 実施例 ４ この実施例は、本発明のα型SiCを使用する方
法を提供する。 この実施例で採用した処理法は、前述の実施例
１に準じているが、第１表に示す点だけ異なつて
いる。 ミクロン以下の径のα型SiCを作るには、325
メツシユの細粉からなる研磨剤級の炭化けい素
を、水分散系で鋼鉄製の容器中で、鋼球と共に50
時間粉砕した。得られた粉砕物は、ついで、ボー
ルの磨耗にもとずく鉄分からなる異物が完全に除
かれるまで、濃塩酸に浸漬し蒸溜水で水洗を繰り
返し行なつた。得られた粉末は、２％の水中分散
系とし、500ｇのSiC当り１c.c.のけい酸ソーダ溶
液を加えて安定化した。この分散液を、１ミクロ
ンまたは、それ以上の大きい粒子を全て沈降させ
るために静置した。分散液はついで、サイホンで
取り出し、ミクロン以下のSiCは、硝酸を添加し
てPH３として、過、乾燥して回収した。得られ
た粉末は１ミクロン以下の粒径の微粒子よりな
る。 生じた、ミクロン以下の径の粉末は、実質的に
α型SiCからなり、0.2重量％の酸素と0.2重量％
の遊離炭素を含有することが認められた。このα
型SiC粒子は表面積5.5m²／ｇ、平均粒子径0.32ミ
クロンでＸ−線解析の結果は、α型SiCの集合型
の6H、15R（4H3C）である事を示した。 実質的にβ型SiC、およびβ型SiCに対して0.35
重量％の遊離炭素と0.4重量％の硼素からなる実
施例１で作つた粉末分散系の一部を、この実施例
で使用した。この分散系に平均粒子径で0.32ミク
ロンのα型SiCを、β型SiCの量に対して0.1重量
％添加した。得られた混合物は、ベンゼン中で、
プラスチツク製容器とセメントのボールで、ボー
ルミル粉砕される。５時間粉砕後、ベンゼンを蒸
発除去し、得られた粉末を圧縮して生成型体を作
り、2080℃で焼結した。得られた焼結体を検査
し、均一な微細構造をもつていることが分つた。
結果は第１表に示す如く、わずか0.1％のα型SiC
を原料に添加することによつて、2080℃の焼結に
おいて、再度のα型SiCへの変態を生じ、α型
SiCは均一な板状粒子の網状組織に結晶化してい
た。 実施例 ５ 実施例４の焼結体は2180℃で焼結した。得られ
た焼結品を検査した結果、2180℃で焼成したため
にα型SiC相が付加されたが、実施例４の小板状
の粒子の成長は殆んど起らず、すなわち48ミクロ
ン程度にとゞまり、微細構造は、その均一性を保
持している。 実施例 ６ 実施例５の焼結体は2250℃で焼成した。得られ
た焼結体は、2250℃で焼成した後、さらに、α型
SiC相の生成が付加されたが、α型SiCの粒子の
平均径の増大は殆んど起らず、すなわち67ミクロ
ン程度にとゞまり、本発明の焼成体の微細構造が
温度変動に対して安定な事を示している。

【表】 ＊ セクシヨン中のα型粒子の最長寸法の平均
値を使用
＋ セクシヨン中に見られた最大粒子
実施例 ７〜９ これらの実施例もまた、本発明を説明するもの
であるが処理法と、使用材料は第１表に示した点
を除いて前述の実施例３に準じる。 実施例９の生成型体は、実質的にβ型SiCより
なるが、β型SiCに対して５重量％のα型SiCと、
SiC全量に対して約0.35重量％の遊離炭素と、約
0.38重量％の硼素を含む。 第１表の実施例４〜９は本発明を説明するもの
であるが、α型SiCを添加した結果は、焼成体の
最終密度はより低い値を示し、焼結温度を上げて
も、密度はさらに増大しない事を示している。第
１表は、焼結によつて得られた最終密度は、種晶
として添加したα型SiCの量によつて定まり、実
施例４、７、８および９で示す如く、α型SiCの
量を増大すれば最終密度が低下する事を表わす。 また、実施例４〜９の焼結または焼成品は、実
質的にミクロン以下の粒径で、全炭化けい素の約
0.5重量％以下の遊離炭素粉末が、実質的に均一
に各製品中に分散している事を示す。また、分析
結果は、硼素は炭化けい素と固液体の状態で製品
中に均一に分散している事を示す。さらに、焼結
した円筒は、生成型体が平滑な表面を形成してい
たため、製品も平滑な表面を有する。 実施例 10 この実施例で使用したβ型SiC粉末は実施例１
に使用したものと同様であるが、0.05重量％の遊
離炭素を含有する。この粉末を、ミクロン以下の
粒径で、β型SiCに対して0.3重量％のアセチレン
ブラツクおよび0.4重量％の無定形硼素と混合し
た。混合粉末はベンゼン100c.c.当り１ｇのポリエ
チレングリコールを添加した溶液中でボールミル
粉砕した。混合粉末100ｇ当り200c.c.の溶液が使用
された。５時間硬化した炭化物のボールで粉砕後
スラリーを噴霧乾燥した。 ボールミルで粉砕した粉末の一部を、プレスで
円筒状に成型してアルゴン中で2130℃に焼結し
た。焼結した円筒をＸ−線回析にかけると、平均
80重量％のβ型SiCと20重量％のα型SiCよりな
る事が分つた。微細構造の特徴として、微細なβ
型SiC粒子の母体中に大きな羽根状のα型SiC結
晶があり、密度は理論値の95.57を示した。 このSiCの焼結円筒は、先にボールミルで粉砕
したβ型SiCの残りを粉砕するためのボールとし
て使用し、円筒の磨耗によつてα型SiCを粉末混
合物中に導入した。８時間後、得られたα型SiC
を含む粉末はペレツト状に圧縮し、アルゴン中で
2130℃で同一条件下で焼結した。焼結ペレツトの
密度は95.5％で、100％のα型SiCで、実質的に均
一且つ板状のα型SiC結晶の網状微細構造よりな
る相組成を示した。 これらの焼結ペレツトは、ついで、アルゴン中
で2175℃で焼結した。得られた焼結ペレツトは
2130℃の場合に得られたものと同じ微細構造を示
した。α型SiCは長さが約40ミクロンで、第３図
に示されている。この事は、α型SiCを含まな
い、硬化炭化物ボールで同様に処理された、焼結
ペレツトの場合に見られる、肥大した粒子成長
が、本発明によつて完全におさえられる事を示
す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焼結体において、α型SiCを
添加せず、2080℃で焼結したものの、エツチング
した標本の500倍の拡大顕微鏡写真であり、β型
SiCの均一な微細構造を示す。第２図は、第１図
と同じ組成物を2150℃で焼結したもののエツチン
グした見本の500倍の拡大顕微鏡写真であり、β
型SiCの母体の中に、羽根状の形態をしたα型
SiCの大きい粒子の存在を示す。第３図は本発明
の焼結体において、2150℃で焼結したもののエツ
チングした見本の500倍の拡大顕微鏡写真であり、
α型SiCの実質的均一な微細構造を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 微粒子材料のプレホームの外部からの機械的
   圧縮なしで密度の増大された多結晶質の炭化けい
   素焼結体であつて、該焼結体は焼結中未加工表面
   を外部から機械的に圧縮されることなく密度が増
   大され、かつ(a)少なくとも70重量％のα−SiCお
   よび30重量％未満のβ−SiC、(b)炭化けい素の全
   量に対する硼素の重量として0.3％から3.0％の量
   に相当する硼素、炭化硼素およびそれらの混合物
   から選ばれた硼素系添加物、および(c)0.1〜１重
   量％の遊離炭素から構成され、炭化けい素理論密
   度の少なくとも80％の密度を有し、該α−SiCは
   長手方向が５〜150ミクロンの範囲の細長い粒子
   または小板形状の実質的に均一な微細構造を有
   し、かつ該β−SiCは１〜10ミクロンの範囲の微
   粒子状の非常に均一な微粒子構造を有することを
   特徴とする炭化けい素焼結体。 ２ 前記炭化けい素がα−SiCである特許請求の
   範囲第１項記載の炭化けい素焼結体。 ３ 管状形である特許請求の範囲第１項記載の炭
   化けい素焼結体。 ４ 中空ガスタービンブレード形である特許請求
   の範囲第１項記載の炭化けい素焼結体。