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JPS6360159A - 高密度炭化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents

高密度炭化ケイ素焼結体の製造方法

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JPS6360159A
JPS6360159A JP61204831A JP20483186A JPS6360159A JP S6360159 A JPS6360159 A JP S6360159A JP 61204831 A JP61204831 A JP 61204831A JP 20483186 A JP20483186 A JP 20483186A JP S6360159 A JPS6360159 A JP S6360159A
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JP
Japan
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weight
silicon carbide
sintered body
density
boron
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JP61204831A
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興一 山田
毛利 正英
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

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) 本発明は炭化ケイ素焼結体の製造方法に関し、更に詳細
には炭化ケイ素粉末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存在せしめた後成形し
、真空中で加熱後更に不活性雰囲気中にて焼結すること
により、焼結体中に特定量のホウ素を含有する高密度炭
化ケイ素焼結体の製造方法に関するものである。
〈従来の技術) 炭化ケイ素は物理的及び化学的性質に優れており、特に
高硬度でかつ化学的安定性を有し、1000℃を越える
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、耐摩耗、耐食及び高温構造材料として有望視されて
いる。
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1〜10
0rd/gの比表面積を有する少くとも5重量%以上の
α型炭化ケイ素91〜99.35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及び−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ケイ素焼
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、高密度の炭化ケイ素焼結
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50kt/wm”を越える
ものは見られない。
そのため本発明者等は、従来−触に炭化ケイ素の場合そ
の焼結密度を上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定の炭素含有物質を特定量範
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、
特願昭59−57584号(特開昭60−200861
号公報)として先に出願した。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、該方法においても特定の炭素含有物質を
用いなければならないとの問題を有するため、本発明者
らは更に検討を続けた結果、得られた成形体の焼成なら
びに焼結条件を特定化する場合には何ら炭素含有物質を
特定化する事なく高密度、高強度でかつ高硬度な物性を
有する炭化ケイ素焼結体が得られる事を見出し、本発明
を完成するに至った。
すなわち、本発明はα型を主体とする炭化ケイ素粉末に
ホウ素換算で0.05重積置を越え、0.15重置%未
満のホウ素化合物と炭化ケイ素中に含有される炭素との
総量が4重量%を越え8重置%未満の炭素となる如く炭
化可能な有機物(但し、タールピッチは除く)を添加混
合し成型した成形体を、真空中1ooo〜2000℃の
温度に加熱しついで不活性雰囲気中2300℃以下の温
度で焼結させ、ホウ素含を量が0.03重量%を越え0
.15重量%未満で、かつ該焼結体が理論密度の95%
以上の密度を存する炭化ケイ素焼結体を得ることを特徴
とする高密度炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供するに
ある。
く問題を解決するための手段〉 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ケイ素粉末としては、平均粒
径1μ以下の主としてαあるいは非等輪島系の結晶形態
を有する炭化ケイ素からなる炭化ケイ素粉末が好適であ
るが、α型の代わりに約30重量%までのβ型炭化ケイ
素粉末を混合して用いることも可能である。
これら炭化ケイ素中には、約0.2〜約2゜0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
に適用する炭化ケイ素粉末も例外ではない。
本発明においては炭化ケイ素粉末に対しホウ素換算で約
0.05重量%を越え約0.15重量%未満、より好ま
しくは約0.08重重看〜0.13重量%のホウ素化合
物と炭化ケイ素粉末中に含有される付加的炭素をも含め
て総量で約4重量%を越え約8重量%未満、より好まし
くは約4.5重量%〜約6重量%の炭素となる炭化可能
な有機物を存在せしめるが、炭化ケイ素粉末に対するホ
ウ素化合物の添加量がホウ素に換算して約0.05重量
%以下の場合には高密度焼結体が得られ難く、他方約0
.15重型置以上の場合には、焼結温度や時間により、
焼結体に粗大粒成長を生じ易く、焼結体の機械的強度が
低下する。
また、炭化ケイ素粉末に対する炭化可能な有機物量が炭
化ケイ素粉末中に含有される付加的炭素をも加えて炭素
としての総量が約4重量%以下の場合には、高密度焼結
体を得ることができず、他方約8重量%を越える添加は
、焼結体の機械的強度が低下するので好ましくない。
本発明方法の実施において使用し得るホウ素化合物とし
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し、かつホウ素含有量の高い化
合物が望ましく、具体的にはホウ素、炭化ホウ素等が挙
げられる。
炭化可能な有機物としては、30重量%以上の炭化率を
有する有jai’jl剤可溶性の高分子材料(但し、ク
ールピッチは除く)であればよく、例えばフェノール樹
脂、フラン樹脂、レゾルシン樹脂、アニリン樹脂、クレ
ゾール樹脂あるいはポリイミド系またはポリアクリロニ
トリル系樹脂等が挙げられる。
本発明において、上記組成配合となる如く構成した炭化
ケイ素粉末とホウ素化合物と炭化可能な有機物はベンゼ
ン、キノリン、アセトン等の有機溶媒及び/または水を
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、あるいは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、あるいは有機バインダーを
混合し、押出成形や射出成形等により一成形体を得れば
よい。
このようにして得た成形体は必要に応じて機械加工や脱
バインダー処理を行った後、真空中で約1000℃以上
、好ましくは1500℃以上の温度に昇温し、更にアル
ゴン、ヘリウム、窒素等の不活性雰囲気中で約2300
℃以下の温度で焼結を行う。
真空度は、炭化可能な有機物が均一かつ十分に熱分解す
る条件を満足すればよく、通常約IQtorr以上好ま
しくは約10−’torr以上、より好ましくは10−
’〜10−”t o r rである。
本発明方法において真空中での加熱温度が約1ooo℃
未満の場合、炭化可能な有機物の熱分解が十分でない。
一方、約2000℃を超える温度では、通常工業的に使
用される黒鉛発熱体を用いた焼結炉では、発熱体炉材の
耐久性に問題があるため好ましくない。
焼結温度は、約2300℃以下であり、2300℃以上
を越える温度では、高密度化に利点を見い出せず、また
炭化ケイ素の熱分解も生じ好ましくない。
一方、約2000℃以下の温度では高密度焼結体が得ら
れない場合もあり、約2050〜2250℃が好ましい
焼結温度である。
真空から不活性雰囲気に切変える温度及び時間は成形体
中に含有される炭素量や使用する真空度等により一義的
でないが通常真空度、IO−”10−’t o r r
で温度1500〜2000℃、1〜10時間加熱した後
、不活性雰囲気中で焼結する方法が挙げられる。
本発明において、何故に高密度炭化ケイ素焼結体が得ら
れるか明らかでないが、炭化可能な有機物が熱分解する
tooo℃以下の温度で雰囲気を真空にすることにより
、熱分解後の炭素が焼結を促進する構造になると考えら
れる。
さらに1000℃以上では真空雰囲気が炭化ケイ素粉末
表面の酸化層の除去に好ましい働きをすると考えられる
この効果は焼結が進行し始める約1800℃の温度まで
は高温になるほど有効に作用する。
以上詳述した本発明方法によれば、炭化ケイ素粉末に炭
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
て添加存在せしめて成形体を形成し、次いで真空中で特
定温度以上に加熱し、引続き不活性雰囲気中で加熱焼結
せしめるという二段階加熱方式を採用することにより、
ホウ素含有量が0.03重量%を越え0.15重量%未
満で炭素含有量が2.0重量%以下でありかつ、理論密
度の95%以上の密度を有する機械的強度、硬度にも優
れた高密度炭化珪素焼結体を得ることを可能ならしめた
もので、タービン翼、ポンプ部品、抄紙機械部品等の工
業材料の製造方法としてその工業的価値は頻る大なるも
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 液状ノボラック型フェノール樹脂(スミライトレジンP
R−940C:住友ベークライト製、炭素収率41%)
l1g、ポリビニルアルコール10重量%水溶液(タラ
レボバール205:■クラレ製)10g、水190cc
と炭素0.34重量%を含有する炭化ケイ素含有量98
%、BET比表面積10r+?/gのα型炭化珪索(U
F−1(lロンザ社製)100gと1200メツシユパ
スの炭化ホウ素(デンカボロン:1!気化学製)0.1
5g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18
0メツシユの篩を通し、得られた混合粉末を冷間ブレス
後ゴム型に装入し、1.5トン/cdの成形圧で静水圧
プレス成形を行い、50X35X5鶴の成形体を作製し
た。
この成形体を10−” 〜l O−”t o r rの
真空下で常温より100℃/ h rの昇温速度で60
0℃まで加熱し、さらに400℃/ h rの昇温速度
でtsoo℃まで4温し、30分間保持しつつアルゴン
ガスを導入した。
75Qtorrに達した後アルゴンガス雰囲気下50℃
/ h rの昇温速度で2125℃に加熱し、2125
℃の温度条件で2時間焼結した。
得られた焼結体の焼結密度は3.17g/d、3点曲げ
試験(試料寸法4X3X4Qwm、スパン30fl)に
よる曲げ強度は5 Q kg/m” 、マイクロビッカ
ース硬度(荷重1 bX 15sec)は2460kg
/鶴寡であり焼結体中の残存ホウ素量は0゜08重重景
、残存炭素量は0.4重量%であった。尚、顕微鏡観察
による焼結体の組織は均一であった。
実施例2 原料炭化ケイ素粉末としてα型炭化ケイ素粉末を75重
量部に減らし、25重量部を炭素0.59重重景を含を
する炭化ケイ素含有1!98%、BET比表面積20r
d/gのβ型炭化ケイ素粉末(ベータランダムウルトラ
ファイン:■イビデン!りを用いた他は、実施例1と同
一条件で成形体を作成、焼成及び焼結した。
得られた焼結体の焼結密度は3.14g/cd。
曲げ強度は55kg/箇8、硬度2380kg/鶴8で
あり、焼結体中の残存ホウ素は0.08重重景、残存炭
素は0.8重1%であった。
比較例1 実施例1と同じ条件で作成した成形体を真空下で焼成せ
ず、直接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アルゴンガス雰囲気下2125℃
の温度条件で2時間焼結した。
得られた焼結体の焼結密度は2.85g/cd、曲げ強
度は27kg/m”硬度1900kg/1m”であり、
焼結体中の残存ホウ素量は0.08重量%、残存炭素量
は2.4重量%であった。
実施例3〜8 第1表に記載の条件で成形体を形成、焼結し、得られた
焼結体の物性を測定した。
その結果を第1表に示す。
比較例2〜7 第2表に記載の条件で成形体を形成、焼結し、得られた
焼結体の物性を測定した。
その結果を第2表に示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)α型を主体とする炭化ケイ素粉末にホウ素換算で
    0.05重量%を越え、0.15重量%未満のホウ素化
    合物と炭化ケイ素中に含有される炭素との総量が4重量
    %を越え8重量%未満の炭素となる如く炭化可能な有機
    物(但し、タールピッチは除く)を添加混合し成型した
    成形体を、真空中1000〜2000℃の温度に加熱し
    ついで不活性雰囲気中2300℃以下の温度で焼結させ
    、ホウ素含有量が0.03重量%を越え0.15重量%
    未満で、かつ該焼結体が理論密度の95%以上の密度を
    有する炭化ケイ素焼結体を得ることを特徴とする高密度
    炭化ケイ素焼結体の製造方法。
JP61204831A 1986-08-29 1986-08-29 高密度炭化ケイ素焼結体の製造方法 Expired - Lifetime JPH089504B2 (ja)

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