JPS60200861A - 高強度炭化珪素焼結体の製造方法 - 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】 本発明は高密度、高強度炭化珪素焼結体の製造方法に関
する。更に詳細には炭化珪素微粉に焼結助剤として特定
の炭素含有物質とホウ素化合物を特定量範囲で併用し混
合した後成形し、不活性雰囲気中で焼結せしめてなる高
密度でかつ、高強度の炭化珪素焼結体の製造方法に関す
るものである。

炭化珪素は物理的および化学的性質に優れており、特に
高硬度でかつ、耐蝕性を有し、高温においても室温と変
わらない機械的性質を有するため従来より耐摩耗材料、
高温構造材料として有望視されていた。しかし難焼結性
のため高密度に焼結することが通常の方法では困難であ
るため、ホットプレス法による焼結、焼結助剤添加によ
る焼結等が提案されている。

例えば特開昭５１−１４８７１２号公報には１〜１００
％／ｇの比表面積を有するα型炭化珪素９１〜９９．３
５重量部に２５〜７５重量％の炭化率を有する炭化可能
な有機溶剤可溶性の有機材料０．６７〜２０重量部、０
．１５〜３．０重量部のホウ素を含有するホウ素源およ
び一時的結合剤５〜１５重量部を混合し焼結することに
より高密度の炭化珪素焼結体が得られることが教示され
ている。

しかしながら該方法によれば、高密度の炭化珪素焼結体
は得られるものの機械的強度においては満足し得るもの
ではなく、例えば抗折力で５０ｋｇ／ｃＪを越えるもの
は見られない。

かかる事情下に鑑み本発明者らは、高密度でかつ、高強
度を有する炭化珪素焼結体を得るべく鋭意検討した結果
、驚（べきことに従来一般に炭化珪素の場合その焼結密
度を挙げるために必要とされているホウ素量よりも少な
い添加量範囲に特別な炭素を特定量範囲で添加併用する
場合には焼結密度の低下を招くことなく、機械的強度に
優れた焼結体が得られることを見出し、本発明を完成す
るに至った。

ずなわぢ本発明は、炭化珪素粉末１００重量部に対し、
焼結助剤として炭化後４〜６重量部の炭素となるコール
タールピンチとホウ素含有量に換算して０．０３〜０．
１５重量部のホウ素化合物を添加混合し、成形した成形
体を不活性雰囲気中１９００〜２３００℃の温度で焼結
することを特徴とする高強度炭化珪素焼結体の’Ａ造方
法を提供するにある。

以下、本発明方法を更に詳細に説明する。

本発明方法で使用する炭化珪素粉末としては平均粒径１
μ以下の主としてアルファ、非等軸品系の結晶形態を有
する炭化珪素からなる炭化珪素イラ）末が好適あるが、
更にはベータ炭化珪素粉末単独或いはこれらの混合物を
使用することができる。

これら炭化珪素中には０．２〜１重量％の付加的炭素が
包含されているのが一般的であり、本発明に適用する炭
化珪素粉末も例外ではない。

本発明に於いては炭化珪素粉末１００重量部に対し、炭
化後４〜６重量部の炭素となるコールタールピンチとホ
ウ素含有量に換算して０．０３〜０．１５重量部のホウ
素化合物を添加混合するが、炭化珪素粉末に対するコー
ルタ−ルビ・ノチの量が炭化後の炭素量で４重量部未満
の場合には高密度成形体が得られず、他方６重量部を越
える場合には焼結体の機械的強度が低下するので好まし
くない。

又炭化珪素粉末に対するホウ素化合物の添加量がホウ素
含有量に換算して０．０３重量部未満の場合には焼結密
度が低下し好ましくなく、他方０．１５重量部を越える
場合には高密度焼結体を得ることはできるものの、焼結
体の機械的強度が低下するので好ましくない。

本発明において使用し得るコールタールピンチとしては
特に制限されないが、４０〜６０重量％の炭化率を有す
る有機溶剤可溶性のものの使用が適当であり、又ホウ素
化合物としては特に制限されないが一般には対象とする
焼結体の焼結温度まで安定に存在する化合物が望ましく
、具体的にはホウ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、ボウ化
リン等が挙げられる。

本発明において上記組成配合となる如く構成した炭化珪
素粉末とホウ素化合物とコールタールピンチはヘンセン
、キノリン、アントラセン等の有−機溶媒或いは水を用
いて均一に混合した後、スリップキャスティング成形す
るか、或いはそのまま乾燥させるか、スプレードライ法
により造粒し、プレス成形法により加圧成形するか、或
いはイ丁機バインダーを混合し、押出成形や射出成形等
により成形体を得ればよい。

このようにして得た成形体は必要に応して機械加工や脱
バインダーを行った後アルコン、ヘリウム、窒素等の不
活性雰囲気中で１９００〜２３００℃の温度で焼結を行
う。焼結温度が１９００　’ｃより低い場合には得られ
る成形体の焼結密度が低くなり、又２３００℃を越える
と炭化珪素の蒸発や結晶粒の粗大化が起ごり、機械的強
度が低下し好ましくない。

本発明方法を適用することにより何故高密度でかつ、高
強度の炭化珪素焼結体を得ることができるか理由は詳ら
かではないが、フェノール樹脂やポリフェニレンの様な
高分子芳香族化合物や芳香族炭化水素等の炭素含有有機
化合物は一般に固相状態を経由して構造的に乱れた炭素
になるのに対し、コールタールピンチは液相状態を経由
して炭素化する。この相違が１２００°Ｃ以上の焼成時
に於いて炭化珪素の粒成長を抑制し、また表面酸化層除
去に著しく優れた効果を呈し、１９００°Ｃ以上での焼
結温度域に於ける炭化珪素の焼結を従来よりも少ない焼
結助剤としてのホウ素量で焼結を効果あらし２．結果と
して焼結体の機械的強度を低下せしめることなく高密度
成形体を得ることが出来るものと推測される。

以上詳述した本発明方法によれば、炭化珪素粉末に特定
の炭素含有物質とホウ素化合物を特定量範囲で焼結助剤
として併用することにより焼結体密度が少なくとも理論
密度の９０％、好ましくは９５％以上、機械的強度（抗
折力）　５０　ｋｇ／ｃｎ１以上の高密度、高強度炭化
珪素焼結体を得ることが可能となったもので、タービン
翼、ポンプ等の工業材料の製造方法としてその工業的価
値は頗る大なるものである。

以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例　１ コールタールピッチ（炭素収率４５％）１０ｇをキノリ
ン１５ｇに溶解した後、ヘンセン２００ｇを加え十分混
合を行った。この溶液に炭化珪素含有量９６％、ＢＥＴ
比表面積９ｍ／ｇのα型炭化珪素１００ｇ、１２００メ
ンシユバスの炭化ホウ素０．１５ｇを加え、プラスチッ
クボールミルを用い３時間分散混合した。窒素ガスを流
しながら６０℃で乾燥し、解砕した後１８０メソシユの
篩を通し、得られた混合粉末を冷間プレス後ゴム型に装
入し、２トン７’　ｃ＋ａの成形圧で静水圧プレス成形
を行い、５０×３０×４ＩＩ１１の成形体を作製した。

この成形体をアルゴンガスを流しながら６００°Ｃの温
度で３時間の焼成を行った後、更にアルゴンガス雰囲気
下２０５０℃の温度条件で３０分間焼結した。得られた
焼結体の焼結密度は３．１４ｇ　／　ｃａ、３点曲げ強
度は６０ｋｇ／−であった。

比較例　１ ノボラック型フェノール樹脂（炭素収率５０％）９ｇを
ベンゼン２００ｇに溶解し、炭化珪素含有３１９６重量
％、ＢＥＴ比表面積９　ｒｒｒ　／　ｇのα型炭化珪素
１００ｇ、１２００メソシユバスの炭化ホウ素０．１５
ｇを加え、プラスチックホールミルを用い３時間分散混
合した。窒素ガスを流しながら６０℃で乾燥し、解砕し
た後１８０メソシユの篩を通し、得られた混合粉末を冷
間プレス後ゴム型に装入し、２トン／　ｃｎｌの成形圧
で静水圧プレス成形を行い、５０　Ｘ　３０　Ｘ　４　
鮪の成形体を作製した。

この成形体をアルゴンガスを流しながら６００℃の温度
で３時間の焼成を行った後、更にアルゴンガス雰囲気下
２０５０℃の温度条件で３０分間焼結した。得られた焼
結体の焼結密度は２．９０ｇ／ｃａ、３点曲げ強度は３
５　ｋｇ　／　ｍｅ”であった。

実施例　２ 第１表に示す組成の炭化珪素粉末１００ｇと、１２００
メソシユパスの粒径を有する炭化ホウ素及び炭素収率４
５％のコールタールピンチを実施例１と同様に混合し、
乾燥、解砕し、得られた粉末を成形した後焼成し、第１
表に示す温度条件で３０分焼結した。得られた焼結体の
焼結密度及び曲げ強度を第１表にしめず。

第　１　表 第１表からも本発明方法により得られた焼結体は、従来
法に成形体に比較し、機械的強度か高くかつ、高密度で
あることが分かる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭化珪素粉末１００重量部に対し、焼結助剤として炭化
   後４〜６重量部の炭素となるコールタールピンチとホウ
   素含有量に換算して０．０３〜０．１５重量部のホウ素
   化合物を添加混合し、成形した成形体を不活性雰囲気中
   １９００〜２３００℃の温度で焼結することを特徴とす
   る高強度炭化珪素焼結体の製造方法。