JPH01278409A - ２Ｈα型を含有するβ型Ｓｉｃ粉末およびそれを用いた焼結体の製造方法 - 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、機械的性質および耐熱性に優れたβ型〈立方
晶）焼結体の原料粉末、およびそれを用いた焼結体の製
造方法に関し、詳しくはガスタービンなどの各種エンジ
ン部品、耐食、耐磨耗部品、あるいは各種摺動部材等の
β型ＳｉＣ焼結体の原料粉末として非常に有用な高純度
β型ＳｉＣ粉末、およびそれを用いた焼結体の製造方法
に関する。

［従来の技術およびその解決すべき課題］近年、ＳｉＣ
焼結体は高温での機械的強度が大きいことから、ガスタ
ービンのような高温構造材料として非常に注目されてい
る。

このＳｉＣ焼結体の機械的性質等を決めるのは焼結体の
［構造、不純物濃度等であり、これらの性質が原料粉末
の物性によって大きく左右されることはいうまでもなく
、そのため様々な原料粉末が提案されている。

その中で原料粉末の２Ｈαに注目した製造法として、特
開昭５４−１２１２９８号公報、特開昭６１−１６８５
１６号公報等がある・が、生成する粉末の粒度が小さい
ことや２Ｈαが多いため、焼結時の温度、時間等によっ
て焼結体の微構造をコントロールするのが難しく、結晶
の異常粒成長が起こり易く、均一な焼結粒子が生成しに
＜＜、従って本来のβ型ＳｉＣ焼結体の優れた８１械的
性質の劣化に結びつき易いという問題点があった。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らはこのような現状において、なるべくβ型Ｓ
ｉＣ単相に近い粉末を製造する研究を行い、得られた粉
末の焼結特性を検討したところ、２　Ｈαが１％未満の
β型ＳｉＣ粉末を緻密化に必要な温度で焼結を行うと、
６Ｈαへの転移がおこるため６　Ｈαの結晶粒が急激に
増加し、また異常粒成長が起こり易いことがわかった。

その後、更に検討を重ねた結果、金属不純物の含有量が
０，１重量％以下、ＢＥＴ比表面積が１２ｍ２／ｇ以上
２０＋ｙｒ／ｇ以下、かつ２Ｈα相含有率が５重量％未
満１重量％以上を満足するような粉末は、その後非酸化
性雰囲気下、はう素、炭素の添加により焼結した場合、
機械的特性が非常に優れていることを見いだし、本発明
に到達したものである。

すなわち本発明は、金属不純物含有量が０，１平旦％以
十、［ｌＥＴ比表面債力旬２ｍ／ｇ以上２Ｏｎ（／ｇ以
下、かつ２Ｈα相含有率が５重量％未満１重量％以上の
高純度β型ＳｉＣ粉末および上記粉末を非酸化性雰囲気
下、１９００℃以上２１００℃以下で焼結することを特
徴とするβ型ＳｉＣ焼結体の製造方法である。

本発明のＳｉＣ粉末を上記のような組成、物性に限定し
た理由は、これを用いて焼結した際の焼結体の物性にあ
る。

すなわち、β型ＳｉＣ焼結体中にα型の結晶が混在する
と、高い強度のものが得られない。

これは、異なる結晶は熱ｉｊ張係数が方位により異なる
ため、残留応力が発生し易くなり、焼結体強度が低下す
る原因となるためである。

また、β相からα相への転移は異常粒成長を伴いやすく
、これにより機械的性質が損なわれるため、均一な組織
、組成を有する焼結体を製造することが是非とも必要で
ある。

従って、焼結体としてはβ相単相のものが好ましいが、
少なくともα相を５ｚ以下、結晶の粒径は２０μｍ以下
にするのが好ましい。

しかし、β型ＳｉＣ粉末中の２Ｈα相が１χ未満になる
と、上述したように焼結体中に異常粒成長が発生し、α
相への転移が促進され、５％以上のα相を含有するよう
になることがわかった。

その理由としては、６Ｈα相を粉末中に含有するためで
はないかと考えられ、普通の焼結条件では６Ｈαへの転
移がない粉末を用い、これに微量の６Ｈαの種晶を添加
した場合、上記のような現象が起こることにより、上記
推定がほぼ確かめられた。

反対に、２Ｈαの量が５重量％以上の場合、普通の製造
法では粒度分布が微粒子側に拡がる傾向がある。２Ｈα
相は、焼結時にβ相あるいは他のα相に転移するが、こ
のような相転移も粒成長の原因になり易く、特に粒子が
小さすぎる場合、焼結体の組織をコントロールすること
が困難になる。

一方、２Ｈα相の含有率が上記のような範囲内でも、粒
径が小さすぎたり、大きすぎたりした場合、均一な組織
を持った焼結体を製造することが難しく、従ってＢＥＴ
比表面積は１２ｎ（／ｇ以上２０ｍ２／ｇ以下の範囲に
する必要がある。

この場合の粉末の平均粒径は、１μｍ以下のものが好ま
しい。

金属不純物についても、　ＡＩ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ等の
含有量が多い場合は相転移を促進するので、０．１ｚ以
下にする必要がある。

上記のような原料粉末は、様々な方法により製造するこ
とが可能であるが、特にシリカ還元炭化法により製造さ
れたものが最適で、その製造方法としては、粒径５０μ
ｍ以下で金属不純物含有量が０．１重量％以下からなる
シリカおよび粒径１μｍ以下で灰分が０．２重量％以下
からなる炭素粉末を、Ｃ／ＳｉＯｚモル比が２．８以上
４．０以下になるよう混合し、非酸化性雰囲気下、焼成
時の均熱温度１７００℃以上２０００℃未満かつ焼成時
間２時間以内で反応させることを特徴とする２Ｈα相の
制御された高純度β型ＳｉＣ粉末の製造方法（出願人；
セントラル硝子側、昭和６３年４月２６日出願）に詳述
しである通りである。

次に、上記粉末を用いた焼結体の製造方法について述べ
ると、このような原料粉末を用いて焼結する場合、焼結
助剤としてほう素、炭素を用いる方法が好ましく、通常
はう素の添加量は０．１〜１重量％、炭素の添加量は１
〜３重量％がよい。

これらの範囲をはずれた場合、異常粒成長が起こったり
、焼結が充分に進行せず、機械的性質の優れた焼結体を
得ることができない。

まず、原料粉末に所定量の焼結助剤を添加し、ボールミ
ルにて湿式混合し、乾燥後成形し、焼結操作を行う、こ
の時の焼結温度は１９００℃以上２１００℃以下にする
必要がある。

１９００℃未満の温度では焼結が充分に進行しないため
密度が上がらず、一方２１００℃より高い場合、α相へ
の転移が起こるからである。

また、焼結時には雰囲気はアルゴンや窒素等の非酸化性
の雰囲気で行う必要があるが、焼結温度に達する前の昇
温過程においては、１５００℃までは真空雰囲気で行う
のがよい。

これは、炭素とシリカ等の酸化物および逆層シリコンと
の反応を活性化させ、飛散除去を促進させる効果がある
ためである。

ここで、β型ＳｉＣ粉末中の多形の定量は、公知の長谷
、鈴木、弁間が導いた定量式［Ｙｏｇｙｏ−ｋｙｏｋａ
ｉ−ｓｈｉ、　８７．５７６（１９７９）］に従い、２
θ＝３３．６゜と３５，６°のピーク強度より求めた。

［実施例コ 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明は係る実施例に限定されるものではない。

実施例１ シリカ還元炭化法により製造した、ＢＥＴ比表面積１６
．８ｎ？／ｇ、平均粒径０．４μｍ、２Ｈα相を１．５
χ含有するβ型ＳｉＣ粉末（遊離炭素：　０．３ｚ。

Ａｌ　：　１９３ｐｐｍ、　Ｆｅ　：　１３７ｐｐｍ　
　Ｃａ　：　６０ｐｐ鑵）をＭｆＪとして使用した。

まず、前記ＳｉＣ１００重量部に対して、炭素源として
フェノール樹脂（レゾール型　残炭素率５２重量％）を
炭素換算で、２．０重量部になるように添加した。フェ
ノール樹脂を硬化処理後、はう素０．３重量部を添加し
、更にｎ−ヘキサンを加えて２４時間、ポリエチレン製
ボールミルで湿式混合した。乾燥後、２００ｋｇ／−の
圧力で金型成形し、次に静水圧プレス機により、１．５
　ｔｏｎ／−の圧力で成形した。

この成形体を高周波加熱炉に装入し、常温〜１５００°
Ｃまでは真空引きしながら昇温し、それ以上はアルゴン
ガス大気圧下で昇温、２０００℃で６０分間保持した。

得られた焼結体は３．１５ｇ／ｄの密度を有していた。

また、この焼結体の粉末Ｘ線回折測定を行ったところ、
ＳｉＣはα型結晶を含まないβ型結晶であることが認め
られた。

この焼結体の表面を鏡面仕上げし、１００ｍ１の水にＮ
ａＯＨ，Ｋ３　［Ｆｅ（ＣＮ）６］を各１０ｇの割合で
添加したエツチング用試薬を用いて、エツチング処理し
、ＳＥＸで観察したところ、異常粒成長粒子は認められ
なかった。

ここで、焼結体の密度はアルキメデス法により、　Ｓｉ
Ｃ粉末の平均粒径は島津製作所製の遠心沈降式粒度分布
測定装置（ＳＡ−ＣＲ２）により測定した。

また、強度はＪＩＳ−Ｒ１６０１に準じて、３点曲げに
より測定した。

ＳｉＣ粉末の特性、焼結条件、焼結体特性をまとめて第
１表に示す。

焼結体でβ相以外は、４Ｈ１６１（，１５Ｒ等のα相で
あった。

実施例２〜５、比較例１〜７ 実施例１と同様の方法で、実施例２〜５、比較例１〜７
を実施した。その時のＳｉＣ粉末の特性、焼結条件、焼
結体特性を実施例１と同様に第１表に表わす。

［発明の効果］ 本発明による高純度ＳｉＣ粉末は、２Ｈα相、金属不純
物、ＢＥＴ比表面積等が最適範囲に制御されており、こ
の粉末を原料として焼結を行うことにより、α相が５重
量％未満の、異常粒成長粒子を含まない機械的特性の優
れたβ型ＳｉＣ焼結体を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属不純物含有量が０．１重量％以下、ＢＥＴ比表
   面積が１２ｍ＾２／ｇ以上２０ｍ＾２／ｇ以下、かつ２
   Ｈα相含有率が５重量％未満１重量％以上の高純度β型
   ＳｉＣ粉末。 ２、金属不純物含有量が０．１重量％以下、ＢＥＴ比表
   面積が１２ｍ＾２／ｇ以上２０ｍ＾２／ｇ以下、かつ２
   Ｈα相含有率が５重量％未満１重量％以上の高純度β型
   ＳｉＣ粉末を、非酸化性雰囲気下、１９００℃以上２１
   ００℃以下で焼結することを特徴とするβ型ＳｉＣ焼結
   体の製造方法。