JPH0317786B2 - - Google Patents
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- JPH0317786B2 JPH0317786B2 JP58216124A JP21612483A JPH0317786B2 JP H0317786 B2 JPH0317786 B2 JP H0317786B2 JP 58216124 A JP58216124 A JP 58216124A JP 21612483 A JP21612483 A JP 21612483A JP H0317786 B2 JPH0317786 B2 JP H0317786B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
この発明は、近年注目されているフアイセラミ
ツクスの代表的なものの一つである炭化珪素質焼
結体の製造を無加圧で行うことができる常圧焼結
炭化珪素質焼結体の製造方法に関するものであ
る。 （従来技術） 従来、炭化珪素質焼結体の製造方法としては、
反応焼結法、ホツトプレス法、常圧焼結法等があ
る。これらのうち、反応焼結法では珪素（Si）が
過剰になりやすく、ホツトプレス法では複雑形状
のものが製造しがたいという欠点を有しているの
に対し、常圧焼結法では無加圧で焼結できるため
複雑形状のものも製造でき、過剰珪素の問題もな
いという利点を有している。このような利点を有
する従来の常圧焼結炭化珪素質焼結体の製造方法
としては、炭化珪素粉末に硼素および炭素もしく
はこれらの化合物を添加した混合粉末を圧粉成形
し、得られた圧粉成形体を不活性雰囲気中とくに
１気圧のアルゴン雰囲気中で1900〜2300℃に加熱
して焼結する方法があつた（例えば、特開昭50−
78609号、特開昭56−92167号公報参照）。 この製造方法において、炭素は炭化珪素粉末の
表面に形成されたSiO2被膜を還元作用により除
去し、炭化珪素粉末の表面エネルギーを向上させ
て粒子間の原子拡散を増長させる作用を有し、一
方、硼素は焼結過程の初期において炭化珪素粉末
の表面に拡散し、炭化珪素粉末の表面エネルギー
を低下させて炭化珪素の蒸発・凝縮および表面拡
散を抑制し、物質移動すなわち炭化珪素の緻密化
を増長させる作用を有しており、焼結過程の後期
において硼素および炭素とも炭化珪素中に固溶し
て焼結をさらに進行させる作用を有しているもの
と考えられている。 しかしながら、このような従来の常圧焼結炭化
珪素質焼結体の製造方法にあつては、高密度、と
くに理論密度の95％以上の緻密な焼結体を得るに
は、硼素を炭化珪素中への固溶限（約0.2重量％
といわれている）以上に添加しなければならない
ため、焼結過程において硼素が粒界に偏在し、結
晶粒の成長を促進したり（β炭化珪素は0.3μmか
ら20μm程度に成長する）、さらには炭化珪素のβ
→α変態を起こし、異常な粗大結晶（200〜
400μm程度）を生じさせ、このため焼結体の強度
を著しく低下させるという問題があつた。 （発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、硼素を炭化珪素中への固溶限
である約0.2重量％以上添加したときでも結晶粒
の成長を抑制し、炭化珪素の粗大結晶が生成され
るのを防止して、理論密度比が85％以上の緻密で
あつてしかも結晶粒が著しく微細であり、従来の
炭化珪素質焼結体よりもさらに強度の優れた炭化
珪素質焼結体を得ることができる炭化珪素質焼結
体の製造方法を提供することを目的としている。 （発明の構成） この発明による炭化珪素質焼結体の製造方法
は、平均粒径0.2μm以下でかつβ相を90重量％以
上含有する炭化珪素粉末と、該炭化珪素粉末に対
して0.4〜2.0重量％の元素状硼素および／または
該重量％に相当する硼素含有化合物と、1.01〜
1.49重量％の元素状炭素および／または該重量％
に相当する炭素含有化合物と、0.1〜1.0重量％の
窒化チタンとを混合したのち成形し、必要に応じ
て、前記硼素含有化合物または炭素含有化合物か
ら元素状の硼素または炭素を生成させたのち、真
空、窒素雰囲気、不活性雰囲気等の非酸化性雰囲
気中において例えば大気圧もしくは大気圧以上の
圧力で、前記成形体を1900〜2200℃の温度に加熱
し、密度が理論値の85％以上の焼結体を得るよう
にしたことを特徴としている。 この発明において使用される炭化珪素粉末は、
平均粒径が0.2μm以下でかつβ相を90重量％以上
含有するものである。ここで、炭化珪素粉末は
100％β−SiCであることがより望ましいが、α
−SiC，SiO2その他遊離Si，Fe，Al，Ca，Mg等
を含んでいても、β−SiCが90重量％以上であれ
ば問題はない。また、炭化珪素粉末の粒径が大き
すぎると焼結しにくくなり、高密度化が困難とな
るので、平均粒径0.2μm以下のものを使用するの
がよい。 また、硼素および炭素の添加量は、前記炭化珪
素粉末に対して、硼素を0.4〜2.0重量％、炭素を
1.01〜1.49重量％とするのが良い。この理由は、
硼素量が少なすぎると焼結時に炭化珪素の蒸発・
凝集および表面拡散を抑制して炭化珪素の緻密化
を増長させるという硼素の効果が十分に得られ
ず、炭素量が少なすぎると炭化珪素粉末の表面に
形成されたSiO2被膜を還元作用により除去して
粒子間の原子拡散を増長させるという炭素の効果
が十分に得られなくなり、その結果、焼結体の高
密度化が達成されなくなるためであり、また、反
対に硼素および炭素量が多すぎる場合にも同様に
焼結体の高密度化が達成されなくなるためであ
る。 この場合、硼素はその一部または全体を硼素含
有化合物として前記硼素添加量に相当する量の範
囲内で添加することも可能であり、また炭素はそ
の一部または全体を炭素含有化合物として前記炭
素添加量に相当する量の範囲内で添加することも
可能である。 さらに、この発明においては、前記硼素および
炭素の添加に加えて、窒化チタンを0.1〜1.0重量
％の範囲で添加する。この窒化チタンは、炭化珪
素の緻密化を促進する作用を有していると共に、
余剰の硼素を化合物として吸収することにより硼
素が粒界に偏在するのを防ぎ、結晶粒の成長を抑
制する作用を有するものであり、これによつて炭
化珪素質焼結体の強度を著しく高める効果を有し
ている。そして、このような効果を得るために
は、0.1〜1.0重量％の範囲とするのが良いことが
種々の実験からわかつた。 かくして、炭化珪素粉末と、硼素または硼素含
有化合物または硼素と硼素含有化合物と、炭素ま
たは炭素含有化合物または炭素と炭素含有化合物
と、窒化チタンとを混合することにより均質化
し、次いで所定形状に成形する。次に、前記硼素
あるいは炭素源として硼素含有化合物あるいは炭
素含有化合物を用いた場合には、前記成形体中の
硼素含有化合物あるいは炭素含有化合物から元素
状の硼素あるいは炭素を生成させたのち、前記炭
化珪素、硼素、炭素および窒化チタンに対して非
酸化性雰囲気中において1900〜2200℃の温度に加
熱して焼結させる。このとき使用する非酸化性雰
囲気としては、真空、窒素雰囲気、不活性雰囲気
などがある。そして、この焼結後には密度が理論
値の85％以上の高密度焼結体が得られる。 （作用） 例えば、炭化珪素粉末と、硼素粉末と、炭素粉
末と、窒化チタン粉末とを混合した後に、ボール
ミル等によつて均一に混合することにより、炭化
珪素粉末の表面には炭素粉末が均一に被覆された
状態となつている。また、炭素源として例えば液
状のフエノール樹脂を用いた場合には、フエノー
ル樹脂はボールミルによつて炭化珪素粉末間に均
一に混合され、その後の炭化処理によつて炭化珪
素粉末の表面に炭素が均一に被覆された状態にな
つている。この遊離炭素は1000〜1650℃において
炭化珪素粉末の酸化被膜SiO2を還元作用により
除去し（SiO2＋3C→SiC＋2CO）、炭化珪素粒子
の表面エネルギーを高める。 一方、硼素は焼結の初期段階において前記のご
とく活性化した炭化珪素粒子の表面に拡散し、炭
化珪素粒子の表面エネルギーを低下させ、炭化珪
素粒子の合体を抑制する。すなわち、炭化珪素粒
子における原子の表面拡散、蒸発・凝縮を減少さ
せて炭化珪素粒子の合体・粗大化を抑制し、炭化
珪素粒子における体積拡散、粒界拡散を助長させ
て炭化珪素粒子の緻密化を促進する。 この場合、窒化チタンも表面が揮発し（1550℃
にて10-4mmHg）、炭化珪素粒子表面に拡散して、
炭化珪素粒子表面における原子の表面拡散、蒸
発・凝縮を抑制する。 さらに、窒化チタンが炭化珪素粒子の表面に拡
散することによつて、炭化珪素の結晶粒子表面に
は多数の格子欠陥が惹起され、焼結過程の後期に
おいて、これら格子欠陥を媒介として各種原子が
拡散するための下地を生成する。 以上のようにして、硼素と窒化チタンは炭化珪
素粒子内の体積拡散を助長させて緻密化を進行さ
せるが、硼素、還元作用後に余つた炭素、および
窒化チタンより分解して生成したチタン、窒素は
それぞれ焼結過程の後期において炭化珪素粒子中
に固溶するが、固溶しきれない硼素は粒界におい
てチタンと化合物TiB2（融点2900℃）、TiB（融点
2550℃）、Ti2B（融点2200℃）を形成し、これら
の化合物は硼素単体よりも著しく炭化珪素の粒界
を強固にする。 また、窒素は炭化珪素結晶粒子の成長およびβ
相からα相への変態を抑制する効果が著しいた
め、焼結体の結晶粒径は１〜2μmと非常に小さ
く、また異常に成長した粗大粒が生ずることは全
くない。 このように、窒化チタンはある存在量の条件下
で炭化珪素の体積拡散を誘起させ、焼結を助長さ
せるのみならず、硼素とチタンからなる化合物を
粒界に生成して粒界を強固にさせ、さらに焼結体
の結晶を微細にして焼結体の強度を著しく向上さ
せる効果を有し、高密度でかつ高強度の炭化珪素
質焼結体が得られる。 （実施例 １） 次にこの発明の実施例を比較例と共に説明す
る。 炭化珪素粉末（ベータランダム・ウルトラフア
イン、平均粒径0.3μm、β相ほぼ100重量％；イ
ビデン(株)製）100ｇと、硼素粉末（アモルフアス、
平均粒径0.3μm；(株)セラツク製）0.3〜2.5ｇと、
フエノール樹脂（PR50404、炭素収率27重量％；
住友ベークライト(株)製）3.0〜6.0ｇと、窒化チタ
ン粉末（−325mesh；(株)セラツク製）0.1〜1.2ｇ
とを混合し、溶媒としてアセトン200c.c.を用いて
25時間ボールミル混合した。 次いで、ボールミル混合により得られたスラリ
ーを真空中で加熱・乾燥してアセトンを除去した
後、得られた混合粉末をメノー乳鉢内で解砕し、
標準篩によつて105μm以下の粒子に整粒した。続
いて、整粒した粒子を金型内に入れて圧力500Kg
ｆ／cm2で圧粉成形し、さらに冷間静水圧装置を用
いて圧力2000Kgｆ／cm2で再圧粉して13×６×32mm
の圧粉成形体を成形した。 次に、このようにして成形した圧粉成形体を真
空炉内に装入して加熱し、フエノール樹脂を炭素
に変換した。このとき、真空度10-3mmHgの真空
中において前記圧粉成形体を100℃／hrの加熱速
度で900℃まで加熱し、900℃で１時間保持した炭
化処理において炭素収率は27重量％であつた。 次いで、炭化処理した後の成形体を真空度10-3
mmHg以下の真空中において2100℃に30分間加熱
保持する焼成を行つて前記成形体を焼結させた。
このときの焼結における加熱昇温は、1500℃→
1650℃；20分間、1650℃にて30分間保持、
1650℃→2100℃；３時間である。 次に、このようにして得た炭化珪素質焼結体の
表面を＃600ダイヤモンド砥石で研磨した後、さ
らに粒径1μmのダイヤモンドペーストを用いて仕
上げ研磨した。 このようにして得た炭化珪素質焼結体（８×４
×27mm）の密度と抗折強度を調べたところ、第１
表に示す結果となつた。
ツクスの代表的なものの一つである炭化珪素質焼
結体の製造を無加圧で行うことができる常圧焼結
炭化珪素質焼結体の製造方法に関するものであ
る。 （従来技術） 従来、炭化珪素質焼結体の製造方法としては、
反応焼結法、ホツトプレス法、常圧焼結法等があ
る。これらのうち、反応焼結法では珪素（Si）が
過剰になりやすく、ホツトプレス法では複雑形状
のものが製造しがたいという欠点を有しているの
に対し、常圧焼結法では無加圧で焼結できるため
複雑形状のものも製造でき、過剰珪素の問題もな
いという利点を有している。このような利点を有
する従来の常圧焼結炭化珪素質焼結体の製造方法
としては、炭化珪素粉末に硼素および炭素もしく
はこれらの化合物を添加した混合粉末を圧粉成形
し、得られた圧粉成形体を不活性雰囲気中とくに
１気圧のアルゴン雰囲気中で1900〜2300℃に加熱
して焼結する方法があつた（例えば、特開昭50−
78609号、特開昭56−92167号公報参照）。 この製造方法において、炭素は炭化珪素粉末の
表面に形成されたSiO2被膜を還元作用により除
去し、炭化珪素粉末の表面エネルギーを向上させ
て粒子間の原子拡散を増長させる作用を有し、一
方、硼素は焼結過程の初期において炭化珪素粉末
の表面に拡散し、炭化珪素粉末の表面エネルギー
を低下させて炭化珪素の蒸発・凝縮および表面拡
散を抑制し、物質移動すなわち炭化珪素の緻密化
を増長させる作用を有しており、焼結過程の後期
において硼素および炭素とも炭化珪素中に固溶し
て焼結をさらに進行させる作用を有しているもの
と考えられている。 しかしながら、このような従来の常圧焼結炭化
珪素質焼結体の製造方法にあつては、高密度、と
くに理論密度の95％以上の緻密な焼結体を得るに
は、硼素を炭化珪素中への固溶限（約0.2重量％
といわれている）以上に添加しなければならない
ため、焼結過程において硼素が粒界に偏在し、結
晶粒の成長を促進したり（β炭化珪素は0.3μmか
ら20μm程度に成長する）、さらには炭化珪素のβ
→α変態を起こし、異常な粗大結晶（200〜
400μm程度）を生じさせ、このため焼結体の強度
を著しく低下させるという問題があつた。 （発明の目的） この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、硼素を炭化珪素中への固溶限
である約0.2重量％以上添加したときでも結晶粒
の成長を抑制し、炭化珪素の粗大結晶が生成され
るのを防止して、理論密度比が85％以上の緻密で
あつてしかも結晶粒が著しく微細であり、従来の
炭化珪素質焼結体よりもさらに強度の優れた炭化
珪素質焼結体を得ることができる炭化珪素質焼結
体の製造方法を提供することを目的としている。 （発明の構成） この発明による炭化珪素質焼結体の製造方法
は、平均粒径0.2μm以下でかつβ相を90重量％以
上含有する炭化珪素粉末と、該炭化珪素粉末に対
して0.4〜2.0重量％の元素状硼素および／または
該重量％に相当する硼素含有化合物と、1.01〜
1.49重量％の元素状炭素および／または該重量％
に相当する炭素含有化合物と、0.1〜1.0重量％の
窒化チタンとを混合したのち成形し、必要に応じ
て、前記硼素含有化合物または炭素含有化合物か
ら元素状の硼素または炭素を生成させたのち、真
空、窒素雰囲気、不活性雰囲気等の非酸化性雰囲
気中において例えば大気圧もしくは大気圧以上の
圧力で、前記成形体を1900〜2200℃の温度に加熱
し、密度が理論値の85％以上の焼結体を得るよう
にしたことを特徴としている。 この発明において使用される炭化珪素粉末は、
平均粒径が0.2μm以下でかつβ相を90重量％以上
含有するものである。ここで、炭化珪素粉末は
100％β−SiCであることがより望ましいが、α
−SiC，SiO2その他遊離Si，Fe，Al，Ca，Mg等
を含んでいても、β−SiCが90重量％以上であれ
ば問題はない。また、炭化珪素粉末の粒径が大き
すぎると焼結しにくくなり、高密度化が困難とな
るので、平均粒径0.2μm以下のものを使用するの
がよい。 また、硼素および炭素の添加量は、前記炭化珪
素粉末に対して、硼素を0.4〜2.0重量％、炭素を
1.01〜1.49重量％とするのが良い。この理由は、
硼素量が少なすぎると焼結時に炭化珪素の蒸発・
凝集および表面拡散を抑制して炭化珪素の緻密化
を増長させるという硼素の効果が十分に得られ
ず、炭素量が少なすぎると炭化珪素粉末の表面に
形成されたSiO2被膜を還元作用により除去して
粒子間の原子拡散を増長させるという炭素の効果
が十分に得られなくなり、その結果、焼結体の高
密度化が達成されなくなるためであり、また、反
対に硼素および炭素量が多すぎる場合にも同様に
焼結体の高密度化が達成されなくなるためであ
る。 この場合、硼素はその一部または全体を硼素含
有化合物として前記硼素添加量に相当する量の範
囲内で添加することも可能であり、また炭素はそ
の一部または全体を炭素含有化合物として前記炭
素添加量に相当する量の範囲内で添加することも
可能である。 さらに、この発明においては、前記硼素および
炭素の添加に加えて、窒化チタンを0.1〜1.0重量
％の範囲で添加する。この窒化チタンは、炭化珪
素の緻密化を促進する作用を有していると共に、
余剰の硼素を化合物として吸収することにより硼
素が粒界に偏在するのを防ぎ、結晶粒の成長を抑
制する作用を有するものであり、これによつて炭
化珪素質焼結体の強度を著しく高める効果を有し
ている。そして、このような効果を得るために
は、0.1〜1.0重量％の範囲とするのが良いことが
種々の実験からわかつた。 かくして、炭化珪素粉末と、硼素または硼素含
有化合物または硼素と硼素含有化合物と、炭素ま
たは炭素含有化合物または炭素と炭素含有化合物
と、窒化チタンとを混合することにより均質化
し、次いで所定形状に成形する。次に、前記硼素
あるいは炭素源として硼素含有化合物あるいは炭
素含有化合物を用いた場合には、前記成形体中の
硼素含有化合物あるいは炭素含有化合物から元素
状の硼素あるいは炭素を生成させたのち、前記炭
化珪素、硼素、炭素および窒化チタンに対して非
酸化性雰囲気中において1900〜2200℃の温度に加
熱して焼結させる。このとき使用する非酸化性雰
囲気としては、真空、窒素雰囲気、不活性雰囲気
などがある。そして、この焼結後には密度が理論
値の85％以上の高密度焼結体が得られる。 （作用） 例えば、炭化珪素粉末と、硼素粉末と、炭素粉
末と、窒化チタン粉末とを混合した後に、ボール
ミル等によつて均一に混合することにより、炭化
珪素粉末の表面には炭素粉末が均一に被覆された
状態となつている。また、炭素源として例えば液
状のフエノール樹脂を用いた場合には、フエノー
ル樹脂はボールミルによつて炭化珪素粉末間に均
一に混合され、その後の炭化処理によつて炭化珪
素粉末の表面に炭素が均一に被覆された状態にな
つている。この遊離炭素は1000〜1650℃において
炭化珪素粉末の酸化被膜SiO2を還元作用により
除去し（SiO2＋3C→SiC＋2CO）、炭化珪素粒子
の表面エネルギーを高める。 一方、硼素は焼結の初期段階において前記のご
とく活性化した炭化珪素粒子の表面に拡散し、炭
化珪素粒子の表面エネルギーを低下させ、炭化珪
素粒子の合体を抑制する。すなわち、炭化珪素粒
子における原子の表面拡散、蒸発・凝縮を減少さ
せて炭化珪素粒子の合体・粗大化を抑制し、炭化
珪素粒子における体積拡散、粒界拡散を助長させ
て炭化珪素粒子の緻密化を促進する。 この場合、窒化チタンも表面が揮発し（1550℃
にて10-4mmHg）、炭化珪素粒子表面に拡散して、
炭化珪素粒子表面における原子の表面拡散、蒸
発・凝縮を抑制する。 さらに、窒化チタンが炭化珪素粒子の表面に拡
散することによつて、炭化珪素の結晶粒子表面に
は多数の格子欠陥が惹起され、焼結過程の後期に
おいて、これら格子欠陥を媒介として各種原子が
拡散するための下地を生成する。 以上のようにして、硼素と窒化チタンは炭化珪
素粒子内の体積拡散を助長させて緻密化を進行さ
せるが、硼素、還元作用後に余つた炭素、および
窒化チタンより分解して生成したチタン、窒素は
それぞれ焼結過程の後期において炭化珪素粒子中
に固溶するが、固溶しきれない硼素は粒界におい
てチタンと化合物TiB2（融点2900℃）、TiB（融点
2550℃）、Ti2B（融点2200℃）を形成し、これら
の化合物は硼素単体よりも著しく炭化珪素の粒界
を強固にする。 また、窒素は炭化珪素結晶粒子の成長およびβ
相からα相への変態を抑制する効果が著しいた
め、焼結体の結晶粒径は１〜2μmと非常に小さ
く、また異常に成長した粗大粒が生ずることは全
くない。 このように、窒化チタンはある存在量の条件下
で炭化珪素の体積拡散を誘起させ、焼結を助長さ
せるのみならず、硼素とチタンからなる化合物を
粒界に生成して粒界を強固にさせ、さらに焼結体
の結晶を微細にして焼結体の強度を著しく向上さ
せる効果を有し、高密度でかつ高強度の炭化珪素
質焼結体が得られる。 （実施例 １） 次にこの発明の実施例を比較例と共に説明す
る。 炭化珪素粉末（ベータランダム・ウルトラフア
イン、平均粒径0.3μm、β相ほぼ100重量％；イ
ビデン(株)製）100ｇと、硼素粉末（アモルフアス、
平均粒径0.3μm；(株)セラツク製）0.3〜2.5ｇと、
フエノール樹脂（PR50404、炭素収率27重量％；
住友ベークライト(株)製）3.0〜6.0ｇと、窒化チタ
ン粉末（−325mesh；(株)セラツク製）0.1〜1.2ｇ
とを混合し、溶媒としてアセトン200c.c.を用いて
25時間ボールミル混合した。 次いで、ボールミル混合により得られたスラリ
ーを真空中で加熱・乾燥してアセトンを除去した
後、得られた混合粉末をメノー乳鉢内で解砕し、
標準篩によつて105μm以下の粒子に整粒した。続
いて、整粒した粒子を金型内に入れて圧力500Kg
ｆ／cm2で圧粉成形し、さらに冷間静水圧装置を用
いて圧力2000Kgｆ／cm2で再圧粉して13×６×32mm
の圧粉成形体を成形した。 次に、このようにして成形した圧粉成形体を真
空炉内に装入して加熱し、フエノール樹脂を炭素
に変換した。このとき、真空度10-3mmHgの真空
中において前記圧粉成形体を100℃／hrの加熱速
度で900℃まで加熱し、900℃で１時間保持した炭
化処理において炭素収率は27重量％であつた。 次いで、炭化処理した後の成形体を真空度10-3
mmHg以下の真空中において2100℃に30分間加熱
保持する焼成を行つて前記成形体を焼結させた。
このときの焼結における加熱昇温は、1500℃→
1650℃；20分間、1650℃にて30分間保持、
1650℃→2100℃；３時間である。 次に、このようにして得た炭化珪素質焼結体の
表面を＃600ダイヤモンド砥石で研磨した後、さ
らに粒径1μmのダイヤモンドペーストを用いて仕
上げ研磨した。 このようにして得た炭化珪素質焼結体（８×４
×27mm）の密度と抗折強度を調べたところ、第１
表に示す結果となつた。
【表】
【表】
第１表に示すように、炭化珪素粉末に添加する
硼素量、炭素量、窒化チタン量がこの発明の範囲
を外れる場合にはいずれも密度比が85％よりも低
いことが確かめられた。これに対して、この発明
の範囲を満足する場合にはいずれも密度比が85％
以上の高密度であり、強度も高い値を示すことが
確認できた。また、この発明例によつて得た焼結
体の結晶粒径は１〜2μmと非常に小さかつたのに
対して、窒化チタンを含まない焼結体の場合には
10〜20μmと窒化チタンを含む場合よりもかなり
大きかつた。さらに、この発明例によつて得た焼
結体では異常に成長した粗大粒が全く観察されな
かつたのに対して、窒化チタンを含まない焼結体
の場合には粒径200μmに達する粗大粒子がしばし
ば観察され、この粗大粒子が破壊の起点となつて
いる場合が多いことが明らかとなつた。 （実施例 ２） 次に、この発明の他の実施例を比較例と共に説
明する。 炭化珪素粉末（ベータランダム・ウルトラフア
イン、平均粒径0.3μm、β相ほぼ100重量％；イ
ビデン(株)製）100ｇに、炭化硼素粉末（シユタル
ク製；−325meshの原料を100時間ボールミルし
たもの）1.0ｇと、フラン樹脂（Ｖ−901、炭素収
率48重量％；日立化成(株)製）2.5ｇと、窒化チタ
ン粉末（−325mesh；(株)セラツク製）0.4ｇとを
添加し、溶媒としてベンゼン250c.c.を用いて25時
間ボールミル混合した。 次いで、このようにして得られたスラリーを液
体窒素中に噴射して粒径１〜３mmの凍結粒を形成
した。続いて、前記凍結された粒子を真空容器内
に入れ、真空度５〜10mmHg、温度25℃に保持し
てベンゼンを昇華・乾燥することにより粉末を得
た後、得られた粉末を105μmの標準篩を用いて整
粒した。その後、実施例１の場合と同様にして混
合粉末を圧粉成形および炭化処理し試験片を作製
した。次いで、得られた試験片を真空中（10-3mm
Hg以下）、もしくはアルゴンガス雰囲気１気圧中
において2100℃で30分間加熱保持して焼成を行う
ことにより炭化珪素質焼結体を得た。そして、得
られた焼結体試験片を実施例１と同じ要領で研磨
加工し、密度比と抗折強度を調べたところ、第２
表に示す結果となつた。 また、比較のために、上記と同じ炭化珪素粉末
100ｇに、上記と同じ炭化硼素粉末1.0ｇと、フラ
ン樹脂2.5ｇとを添加して混合し、続いて前記と
同じ要領で得た試験片についても同様に密度比お
よび抗折強度を調べた。この結果を同じく第２表
に示す。
硼素量、炭素量、窒化チタン量がこの発明の範囲
を外れる場合にはいずれも密度比が85％よりも低
いことが確かめられた。これに対して、この発明
の範囲を満足する場合にはいずれも密度比が85％
以上の高密度であり、強度も高い値を示すことが
確認できた。また、この発明例によつて得た焼結
体の結晶粒径は１〜2μmと非常に小さかつたのに
対して、窒化チタンを含まない焼結体の場合には
10〜20μmと窒化チタンを含む場合よりもかなり
大きかつた。さらに、この発明例によつて得た焼
結体では異常に成長した粗大粒が全く観察されな
かつたのに対して、窒化チタンを含まない焼結体
の場合には粒径200μmに達する粗大粒子がしばし
ば観察され、この粗大粒子が破壊の起点となつて
いる場合が多いことが明らかとなつた。 （実施例 ２） 次に、この発明の他の実施例を比較例と共に説
明する。 炭化珪素粉末（ベータランダム・ウルトラフア
イン、平均粒径0.3μm、β相ほぼ100重量％；イ
ビデン(株)製）100ｇに、炭化硼素粉末（シユタル
ク製；−325meshの原料を100時間ボールミルし
たもの）1.0ｇと、フラン樹脂（Ｖ−901、炭素収
率48重量％；日立化成(株)製）2.5ｇと、窒化チタ
ン粉末（−325mesh；(株)セラツク製）0.4ｇとを
添加し、溶媒としてベンゼン250c.c.を用いて25時
間ボールミル混合した。 次いで、このようにして得られたスラリーを液
体窒素中に噴射して粒径１〜３mmの凍結粒を形成
した。続いて、前記凍結された粒子を真空容器内
に入れ、真空度５〜10mmHg、温度25℃に保持し
てベンゼンを昇華・乾燥することにより粉末を得
た後、得られた粉末を105μmの標準篩を用いて整
粒した。その後、実施例１の場合と同様にして混
合粉末を圧粉成形および炭化処理し試験片を作製
した。次いで、得られた試験片を真空中（10-3mm
Hg以下）、もしくはアルゴンガス雰囲気１気圧中
において2100℃で30分間加熱保持して焼成を行う
ことにより炭化珪素質焼結体を得た。そして、得
られた焼結体試験片を実施例１と同じ要領で研磨
加工し、密度比と抗折強度を調べたところ、第２
表に示す結果となつた。 また、比較のために、上記と同じ炭化珪素粉末
100ｇに、上記と同じ炭化硼素粉末1.0ｇと、フラ
ン樹脂2.5ｇとを添加して混合し、続いて前記と
同じ要領で得た試験片についても同様に密度比お
よび抗折強度を調べた。この結果を同じく第２表
に示す。
【表】
第２表に示すように、窒化チタンを添加した場
合には密度比および強度ともに優れた焼結体が得
られるのに対して、窒化チタンを添加しない場合
には抗折強度が低い結果となつた。 なお、この実施例で採用した凍結乾燥法は、炭
化珪素粉末中に各種焼結助剤を極めて均一に分散
させることができるので、著しく焼結性の優れた
混合粉末を得ることが可能であるという利点を有
している。 （発明の効果） 以上説明してきたように、この発明の炭化珪素
質焼結体の製造方法によれば、平均粒径0.2μm以
下でかつβ相を90重量％以上含有する炭化珪素粉
末と、該炭化珪素粉末に対して0.4〜2.0重量％の
元素状硼素または該重量％に相当する硼素含有化
合物と、1.01〜1.49重量％の元素状炭素または該
重量％に相当する炭素含有化合物と、0.1〜1.0重
量％の窒化チタンとを混合したのち成形し、非酸
化性雰囲気中において前記成形体を1900〜2200℃
の温度に加熱し、密度が理論値の85％以上の焼結
体を得るようにしたから、硼素を炭化珪素中への
固溶限である約0.2重量％以上添加したときでも
結晶粒の成長を抑制し、炭化珪素の粗大結晶が生
成されるのを防止して、理論密度比が85％以上の
高密度・緻密なものであつて、しかも結晶粒が著
しく微細であり、従来の炭化珪素質焼結体よりも
さらに強度の優れた炭化珪素質焼結体を得ること
ができるという著大なる効果を有している。
合には密度比および強度ともに優れた焼結体が得
られるのに対して、窒化チタンを添加しない場合
には抗折強度が低い結果となつた。 なお、この実施例で採用した凍結乾燥法は、炭
化珪素粉末中に各種焼結助剤を極めて均一に分散
させることができるので、著しく焼結性の優れた
混合粉末を得ることが可能であるという利点を有
している。 （発明の効果） 以上説明してきたように、この発明の炭化珪素
質焼結体の製造方法によれば、平均粒径0.2μm以
下でかつβ相を90重量％以上含有する炭化珪素粉
末と、該炭化珪素粉末に対して0.4〜2.0重量％の
元素状硼素または該重量％に相当する硼素含有化
合物と、1.01〜1.49重量％の元素状炭素または該
重量％に相当する炭素含有化合物と、0.1〜1.0重
量％の窒化チタンとを混合したのち成形し、非酸
化性雰囲気中において前記成形体を1900〜2200℃
の温度に加熱し、密度が理論値の85％以上の焼結
体を得るようにしたから、硼素を炭化珪素中への
固溶限である約0.2重量％以上添加したときでも
結晶粒の成長を抑制し、炭化珪素の粗大結晶が生
成されるのを防止して、理論密度比が85％以上の
高密度・緻密なものであつて、しかも結晶粒が著
しく微細であり、従来の炭化珪素質焼結体よりも
さらに強度の優れた炭化珪素質焼結体を得ること
ができるという著大なる効果を有している。
Claims (1)
- １ 平均粒径0.2μm以下でかつβ相を90重量％以
上含有する炭化珪素粉末と、該炭化珪素粉末に対
して0.4〜2.0重量％の元素状硼素または該重量％
に相当する硼素含有化合物と、1.01〜1.49重量％
の元素状炭素または該重量％に相当する炭素含有
化合物と、0.1〜1.0重量％の窒化チタンとを混合
したのち成形し、非酸化性雰囲気中において前記
成形体を1900〜2200℃の温度に加熱し、密度が理
論値の85％以上の焼結体を得ることを特徴とする
炭化珪素質焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58216124A JPS60112669A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 炭化珪素質焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58216124A JPS60112669A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 炭化珪素質焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60112669A JPS60112669A (ja) | 1985-06-19 |
| JPH0317786B2 true JPH0317786B2 (ja) | 1991-03-08 |
Family
ID=16683629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58216124A Granted JPS60112669A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 炭化珪素質焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60112669A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6177669A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-21 | 日本ピラ−工業株式会社 | 超高密度炭化珪素焼結体およびその製造方法 |
| JPS62260774A (ja) * | 1986-05-01 | 1987-11-13 | 新日本製鐵株式会社 | 炭化珪素系複合セラミックス焼結体 |
-
1983
- 1983-11-18 JP JP58216124A patent/JPS60112669A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60112669A (ja) | 1985-06-19 |
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