JPH0329743B2 - - Google Patents

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JPH0329743B2
JPH0329743B2 JP60128329A JP12832985A JPH0329743B2 JP H0329743 B2 JPH0329743 B2 JP H0329743B2 JP 60128329 A JP60128329 A JP 60128329A JP 12832985 A JP12832985 A JP 12832985A JP H0329743 B2 JPH0329743 B2 JP H0329743B2
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aluminum
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Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は高密度炭化珪素質焼結体の製造方法に
関するものである。 [従来の技術] 炭化珪素は従来より硬度が高く、耐摩耗性にす
ぐれ、熱膨張率が小さく、また分解温度が高く、
耐酸化性が大きく、化学的に安定でかつ一般にか
なりの電気伝導性を有する有用なセラミツクス材
料として知られている。この炭化珪素の高密度焼
結体は上記の性質に加え、強度が高温まで大き
く、耐熱衝撃性にすぐれ、高温構造材料として有
望とされ、ガスタービン用をはじめとして種々の
用途にその応用が試みられている。 炭化珪素質焼結体はホツトプレス焼結、常圧焼
結、反応焼結、再結晶、化学的蒸着などの方法に
よつて作製される。これらの方法のなかで工業的
に最も有利な方法は常圧焼結法と考えられる。常
圧焼結法によればセラミツクス材料の成形に一般
に用いられるプレス法、泥漿鋳込法、押出成形
法、射出成形法などの方法により成形することが
でき、複雑形状品、大寸法品、肉厚品を最も容易
に、生産性良く製造することができる。しかもこ
の方法による製品は反応焼結、再結晶法による製
品に比べ高性能が期待できる。 しかし、炭化珪素は共有結合性の強い化合物で
あるため常圧焼結法の場合、ホツトプレス焼結法
の場合も同様であるが、単独では焼結が困難であ
り、高密度の焼結体を得るためには何らかの焼結
助剤の添加が必要である。焼結助剤としてはホウ
素あるいはホウ素化合物またはアルミニウムある
いはアルミニウム化合物などが知られている。常
圧焼結法の場合には、さらに、これらに炭素を添
加する。 [発明の解決すべき問題点] しかし、常圧焼結法の場合このような焼結助剤
を加えても通常の方法により良好な高性能高密度
焼結体を得ることは難しい。特に焼結時に、焼結
助剤を含む炭化珪素質成形体が分解しやすく、こ
のために成形体が充分に緻密化しないことが問題
となる。この問題は、小さな成形体を焼結する場
合もそうであるが、複雑形状品、大寸法品、肉厚
品を均質な高密度品としてしかも生産性良く製造
しようとする時、特に大きな問題となる。 本発明はアルミニウム窒化アルミニウム、炭化
アルミニウム、アルミニウム炭化珪素
(Al4SiC4)、硼化アルミニウムから選ばれる1つ
又は2つ以上を含む炭化珪素質成形体を常圧焼結
する際に成形体が分解し、緻密化が抑制されるの
を防止してなる高密度な焼結体の製造方法を提供
するものである。 焼結助剤として用いられるアルミニウム、窒化
アルミニウム、炭化アルミニウム、アルミニウム
炭化珪素、硼化アルミニウム普通0.5〜5重量%
を添加し、炭素を含まない場合には炭素を添加す
ることもある。 これ等のアルミニウムまたはアルミニウム化合
物は焼結助剤として炭化珪素に加えられるが、通
常の方法では焼結途中でこのアルミニウムまたは
アルミニウム化合物が、蒸発、分解し、成形体か
ら除去され易く、このため緻密化が充分進まず、
高密度焼結体が得られにくい。 [問題点を解決するための手段] この問題点を解決するために種々の試みを行な
つたところ、アルミニウムまたはアルミニウム化
合物を含む炭化珪素質成形体をアルミニウムを成
分として含む雰囲気、すなわちアルミニウム、
Al2O、AlOから選ばれる1つ又は2つ以上を含
む雰囲気のもとで焼成することにより、より高密
度な焼結体が得られることがわかつた。この方法
によれば成形体から除去されるアルミニウム、ま
たはアルミニウム化合物の量は減少し、組成、組
織の安定した高密度焼結体を得ることができる。 また、一方、炭化珪素自体も炭化珪素成形体の
焼結温度では分解を開始する。すなわち炭化珪素
は大気圧下では溶融せず、2000℃以上になると昇
華し始め、さらに高温になると炭素と珪素の蒸気
に分解する。炭化珪素の高密度焼結体を得るのに
必要な成形体の焼結温度は一般に1900〜2300℃で
あり、この高温度域では炭化珪素は昇華、分解を
はじめ、Si、Si2Cなどの気体を発生する。そこで
炭化珪素成形体をSi、Si2Cなどの気体を含む雰囲
気中で焼成すれば成形体の炭化珪素の昇華、分解
を抑えることができる。しかし実際には炭化珪素
の分解は単純ではない。すなわち成形体中に含ま
れる焼結助剤としてのアルミニウムまたはアルミ
ニウム化合物、あるいは炭化珪素粒子表面のシリ
カ層あるいは他の不純物あるいは雰囲気中に含ま
れる微量酸素などと炭化珪素との相互反応が起こ
る。 そこで焼成中における成形体の分解を防止し、
より高密度の焼結体を作るためには成形体の分解
により発生する気体の平衡蒸気圧以上に雰囲気中
のそれらの気体の分圧を保持することが好まし
い。 アルミニウム又はアルミニウム化合物を含む炭
化珪素質成形体を焼結するとき、実際にどのよう
な反応が起こり、どのような気体が発生するかを
調べることは難しいが、種々試験をした結果アル
ミニウム及び/又はアルミニウム化合物を含む炭
化珪素質成形体をAl、Al2O、AlOと珪素及び/
又は炭素を含む雰囲気のもとで焼成することが高
密度でかつ均一な組成、組織を有する焼結体を作
る上でより好ましいことがわかつた。アルミニウ
ム化合物としてアルミナが存在する場合、焼結時
の成形体の分解は次のような反応が主として起こ
ると考えられる。 SiC+Al2O3→Al2O+SiO+CO そこでこの場合には焼結時の雰囲気中のAl2O、
SiO、COの気体の分圧を、成形体の分解により
発生するこれらの気体の平衡蒸気圧以上にすれば
成形体の分解が抑制され、より高密度の焼結体が
得られる。アルミナ以外のアルミニウムの化合物
あるいはアルミニウムを使用する場合にも類似の
現象が起きていると考えられる。 次に実施の方法について説明する。 Al、Al2O、AlOを成分として含む雰囲気、あ
るいは、Al、Al2O、AlOと珪素及び/又は炭素
を成分として含む雰囲気は焼成炉中にこれら気体
を導入あるいは封入して達せられる。アルミニウ
ムを含むガスはAl、AlCl3、Al2O、AlOなどとし
て、珪素を含むガスはSi、SiCl4、SiH4、SiOな
どとして、炭素を含むガスは炭化水素、COなど
として導入することができる。通常雰囲気は窒
素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスにこれ
らの気体を混合して使用される。また別の方法と
して、これら気体を焼結温度において発生するよ
うな粉末あるいは成形体あるいは焼結体を炭化珪
素質成形体の周囲に配しておくことも有効な方法
である。 即ち、 (1) 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の
1つ以上、あるいはこれら粉末からなる成形体
から形成されるもの、 (2) 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の
1つ以上及び珪素粉末、珪素化合物粉末、炭素
粉末、炭素化合物粉末の1つ以上、あるいはこ
れら粉末からなる未焼成の成形体から形成され
るもの、 (3) 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
アルミニウム及びまたはアルミニウム化合物を
含む炭化珪素質成形体を焼結して得られた焼結
体から形成されるもの がよい。 これらの粉末を炭化珪素質成形体の周囲に配す
方法としては、該粉末中に成形体を埋設する方法
と該粉末を内面に塗布した炭素製または炭化珪素
製サヤ材中に成形体を載置する方法が考えられ
る。該粉末中に埋設する方法は成形体の分解をよ
く抑制し好ましい。しかし大寸法、複雑形状の成
形体には不適である。これに対し、該粉末をサヤ
材に塗布する方法は種々の形状の焼結体の製造に
適し、また焼結体の表面状態が良好となり該粉末
中に埋設する場合と同等の高密度焼結体を得るこ
とができる。粉末塗布の方法としては、粉末をア
ルコール、アセトンなどの有機溶媒あるいは水と
混合して泥漿としたものをサヤ材に塗布してもよ
い。 またこの時ポリビニルアルコールなどの結合剤
を泥漿に混合することもできる。 粉末埋設、塗布の方法においては粉末として上
記したような種々のものを使用できるが、好まし
いのはアルミニウムまたはアルミニウム化合物粉
に炭化珪素粉及び/又は炭素粉を混合した粉末で
ある。この場合、アルミニウムまたはアルミニウ
ム化合物粉としては焼結助剤として用いたものと
同じものを使用することが好ましいが、必ずしも
同じものに限られる必要はない。例えば、アルミ
ナを焼結助剤として使用する場合、アルミナを使
用する他に、水酸化アルミニウム、窒化アルミニ
ウム、炭化アルミニウムなどを使用してもよい如
くである。また粉末塗布の場合には炭素粉の代り
にフエノール樹脂、ポリメチルフエニレンなどの
残炭量の多い高分子芳香族化合物を使用すること
も便利である。 アルミニウムまたはアルミニウム化合物粉に炭
化珪素粉及び/又は炭素粉を配合するときに好ま
しいアルミニウムまたはアルミニウム化合物の配
合量はアルミニウムに換算して2〜40重量%であ
る。2%以下では成形体の分解抑制効果が小さ
く、充分高密度な焼結体が得られない。また40%
以上では配合粉末の分解速度が大きくなり、高密
度になつた場合でも粉末の重量減少が大きくなり
炉内が汚れるなどの問題があり好ましくない。ま
たアルミニウム、アルミナなどを使用して埋設し
た場合には、これらが液相として成形体に含浸す
るなどの現象が起こり好ましくない。 また、粉末あるいは未焼成の成形体を使用する
代りに焼結体を使用することも好ましい。 周囲に配置する焼結体としてはアルミニウムま
たは及びアルミニウム化合物を含む炭化珪素質焼
結体を使用するのが便利である。この場合には焼
成しようとする成形体と同質の焼結体にて成形体
を囲み使用することが好ましいが、異質のもので
もよい。焼結体を用いる場合には、粉末あるいは
未焼成の成形体を使用する場合に比べて重量に対
する表面積が小さいためその分解速度が小さくな
り長時間成形体の周囲の雰囲気を良好な状態に効
果的に保つことができ、長時間の焼成が必要な場
合に適する。 以上常圧焼成法による場合について述べてきた
が、本発明はホツトプレス法の場合にも勿論適用
することができる。 [実施例] 炭化珪素粉末としては市販の純度99%、粒径1
ミクロン以下のものを用いた。この炭化珪素粉末
に焼結助剤を第1表に示す配合割合にて配合し、
プラスチツクス製ポツトに入れ、プラスチツクス
製ボールによりアセトンの存在下で充分混合し
た。次いでこれを乾燥し、機械プレスにより300
Kg/cm2で成形し20×20×4mmの成形体を得た。次
にこれを抵抗加熱炉により第1表に示す各種の雰
囲気条件により2000℃にて1時間焼成した。 以上の結果、第1表中の比較例に示した従来の
方法による場合に比べ、本発明の方法による場合
には高密度の炭化珪素質焼結体が得られることが
わかる。なお、第1表においてNo.12〜20は参考例
である。この参考例からも分かるように本発明の
製造方法はアルミナを焼結助剤として含む炭化珪
素質成形体を焼成する焼結体の製造にも有効であ
る。 アルミナを焼結助剤として含む炭化珪素質成形
体を焼成した焼結体は本発明の製造方法により容
易に高密度で高強度の焼結体とすることができる
が、一般的に1400℃を超えて高温下においては温
度の上昇に伴つて強度が低下する傾向がある。こ
れに対してアルミナを含まない、アルミナを除く
アルミニウム化合物を含む炭化珪素質成形体を焼
結したものでは1400℃以上の温度での強度の低下
傾向があつても少ないという特徴がある。
【表】
【表】
【表】 第1表において 雰囲気条件 なし:成形体を容器なしで炉中に設置 埋設:成形体を、方式の右欄の種類、配合量より
なる混合(または単独)粉末中に埋設 塗布:炭素容器内面に上記の混合(または単独)
粉末にエチルアルコールを加えた泥漿を塗布
し、乾燥後この中に成形体を載置、塗布厚みは
約0.5mm 成形体:上記の混合粉末よりなる未焼成成形体容
器中に成形体を載置 焼結体:上記の混合粉末よりなる焼結体容器中に
成形体を載置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化アル
    ミニウム、アルミニウム炭化珪素(Al4SiC4)、
    硼化アルミニウムから選ばれる1つ又は2つ以上
    を含む炭化珪素質成形体をAl、Al2O、AlOから
    選ばれる1つ又は2つ以上を含む雰囲気のもとで
    焼成してなることを特徴とする高密度炭化珪素質
    焼結体の製造方法。 2 雰囲気が不活性ガスを含む特許請求の範囲第
    1項の製造方法。 3 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
    アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の1
    つ又は2つ以上を含む粉末あるいはこれらの粉末
    を含む成形体もしくは該成形体を焼結して得られ
    る焼結体から形成されるものである特許請求の範
    囲第1項又は第2項の製造方法。 4 アルミニウム化合物粉末がアルミナ、窒化ア
    ルミニウム、炭化アルミニウム、アルミニウム炭
    化珪素(A14SiC4)、硼化アルミニウム、リン化
    アルミニウムから選ばれる1つ又は2つ以上であ
    る特許請求の範囲第3項の製造方法。 5 アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末
    の1つ又は2つ以上を含む粉末あるいはこれらの
    粉末を含む成形体もしくは該成形体を焼結して得
    られる焼結体が、アルミニウムに換算して2〜40
    重量%のアルミニウム及び/又はアルミニウム化
    合物を含む特許請求の範囲第3項の製造方法。 6 雰囲気がAl、Al2O、AlOから選ばれる1つ
    又は2つ以上を含み、かつ珪素及び/又は炭素を
    成分として含む雰囲気である特許請求の範囲第1
    項の製造方法。 7 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
    アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の1
    つ又は2つ以上を含む粉末と珪素粉末、珪素化合
    物粉末、炭素粉末、炭素化合物粉末から選ばれる
    1つ又は2つ以上の粉末あるいはこれらの粉末を
    含む成形体もしくは該成形体を焼結して得られる
    焼結体から形成されるものである特許請求の範囲
    第6項の製造方法。 8 アルミニウム化合物粉末がアルミナ、窒化ア
    ルミニウム、炭化アルミニウム、アルミニウム炭
    化珪素(A14SiC4)、硼化アルミニウム、リン化
    アルミニウムから選ばれる1つ又は2つ以上であ
    る特許請求の範囲第7項の製造方法。 9 珪素化合物粉末が炭化珪素、シリカ、一酸化
    珪素から選ばれる1つ又は2つ以上である特許請
    求の範囲第7項の製造方法。 10 炭素化合物がフエノール樹脂、ポリメチル
    フエニレンなどの高分子芳香族化合物から選ばれ
    る1つ又は2つ以上である特許請求の範囲第7項
    の製造方法。 11 アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉
    末の1つ又は2つ以上を含む粉末あるいはこれら
    の粉末を含む成形体もしくは該成形体を焼結して
    得られる焼結体が、アルミニウムに換算して2〜
    40重量%のアルミニウム及び/又はアルミニウム
    化合物を含む特許請求の範囲第7項の製造方法。
JP60128329A 1985-06-14 1985-06-14 高密度の炭化珪素質焼結体の製造方法 Granted JPS61106459A (ja)

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