JPH0333088A

JPH0333088A - 炭化珪素多孔質焼結体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0333088A
Application number: JP1165269A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Baba; 龍夫馬場; Tsuneo Komiyama; 常夫古宮山
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-02-13
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JP2588276B2

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、耐酸化性に優れた高温用構造部材に適した炭
化珪素多孔質焼結体及びその製造方法に関するもである
。

（従来の技術及びその問題点〉現在、純度９５％以上の高純度炭化珪素等の焼結体は高
温での強度、耐熱衝撃性等の特性を利用して、高温用構
造部材としての応用分野に使用されつつある。しかしな
がら、かかる構造部材を高温の酸化雰囲気中で使用する
場合、高純度炭化珪素焼結体中の結晶は酸素と反応し、ＳｉＣ＋３／２０□→Ｓｉ口２＋ＣＤの反応式によって酸化珪素に変化する。この際焼結体内
に容積膨張が発生し、焼結体に強度低下を惹起する。従
って、高純度炭化珪素焼結体においては、耐酸化性を向
上させることが極めて重要なことである。

また、再結晶炭化珪素多孔体の開気孔中に金属シリコン
等を含浸させることが知られている（特開昭４８−３７
４０４、同５７−４３５５３号、同５７−４５７０８号
公報〉これは、焼結体の開気孔中に珪素を圧入すること
により、耐酸化性に優れた高強度の緻密な高温用構造部
材を得ようとするものである。しかし、含浸のための設
備、処理費用が高価である。

また、再結晶炭化珪素多孔体に炭化珪素等の耐酸化材を
コーティングすることが知られている。

しかし、この方法では、焼結多孔体からコーテイング材
が剥離する。

更に、再結晶炭化珪素多孔体の開気孔中に、アルミナ、
シリカ、ジルコニア等の微粉末を充填し、耐酸化性の向
上を図る技術が知られている（特開昭６３−２８６８号
公報）。しかし、製品の肉厚が大きくなると、粉末の充
填を均一に行えず、組織が不均一になる。このため、高
温の酸化雰囲気で使用する場合酸化速度が場所によって
違ってくるので、内部にマイクロクラブクが発生して強
度が低下する。

（発明が解決しようとする課題〉本発明の課題は、炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開
気孔の表面に酸化物被膜形成材を均一に付着させ、焼結
体の耐酸化性を高めることができ、酸化雰囲気中、高温
で使用しても強度低下が生じない、炭化珪素多孔質焼結
体及びその製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明は、炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開気孔の
表面が、少なくとも硝酸アルミニウムを含む酸化物被膜
形成材を焼成してなる酸化物被膜により覆われている、
炭化珪素多孔質焼結体に係るものである。

また、本発明は、高純度炭化珪素を焼成して炭化珪素多
孔質焼結体を形成する工程と；この炭化珪素多孔質焼結
体の少なくとも開気孔の表面に、少なくとも硝酸アルミ
ニウムを含む酸化物被膜形成材を付着させる工程と；しかる後に前記炭化珪素多孔質焼結体を焼成し、少なく
とも前記開気孔の表面に酸化物被膜を形成する工程とを有する炭化珪素多孔質焼結体の製造方法に係るもであ
る。

ここで、炭化珪素多孔質焼結体は、鋳込み法、押し出し
法、プレス法等、公知の方法で筒状体、板状体等を姶め
、種々の形状に底形できる。

炭化珪素多孔質焼結体の開気孔率は、５〜２０％が好ま
しい。５％未満では、開気孔中に充分な量の酸化物被膜
形成材を付着させることができず、２０％を超えると、
焼結体自体の強度が低下し、構造部材としての使用に耐
えない。

少なくとも硝酸アルミニウムを含有する酸化物被膜形成
材には、他の化合物をも含有させてよい。

こうした化合物としては、カルシウム化合物（塩化カル
シウム、酢酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシ
ウム〉が好ましい。また、他には、硫酸マグネシウム、
塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、炭酸マグネシウ
ム、酸化マグネシウム、酸化硫酸バナジウム、塩化バナ
ジウム、酸化バナジウム、コロイダルシリカ等を例示で
きる。酸化物被膜は、好ましくはガラス被膜とする。酸
化物被膜形成材の炭化珪素多孔質焼結体に対する付着量
は、焼結体全体に対して酸化物換算で０．１〜０．６重
量％とするのが好ましい。また、硝酸アルミニウムとカ
ルシウム化合物とを併用する場合には、両者の混合比は
重量比で３：２〜２：３とするのが好ましい。形成材の
付着量が０．１重量％未渦の場合には、酸化物被膜が炭
化珪素の開気孔の表面を完全に被膜するには十分とはい
えず、０．６重量％を越える場合には、酸化物被膜の量
が多すぎ、高温での使用時に酸化物被膜形成材が構造部
材の表面に融出するおそれがある。

酸化物被膜形成材を、少なくとも開気孔中に付着させる
には、以下の方法を採りうる。酸化物被膜形成材として
は、上記した種々の化合物を単独または組合せて用いる
が、これらの化合物が水その他の溶媒に可溶性である場
合には溶液として用い、難溶性である場合には懸濁液と
して用いる。

この場合には化合物を１μｍ以下、０．５μｍ前後の超
微粉末として用いることが好ましい。

これらの溶液又は懸濁液を、開気孔中に圧太し、乾燥さ
せることが好ましい。圧入子役としては、焼結体および
同形成材の溶液または懸濁液を同一の容器に入れ、この
容器を高度に減圧することにより、溶液または懸濁液は
焼結体の開気孔中に容易に圧入される。また、加圧法に
よっても同様に圧入を行なえる。

上記溶液・懸濁液の粘度は、０，５〜３．０ポイズとす
ることが好ましい。これが０．５ポイズ未満の場合には
、圧入後形成材がゲル化するまでに重力による移動が発
生し、形成材の分布に斑を生じ、粘度が３．０ポイズを
越える場合には、形成材の粘度が高く、焼結体の開気孔
中に十分には浸入しない。

こうして開気孔に酸化物被膜形成材を付着させた後、炭
化珪素焼結多孔体の焼成を行う。この焼成は１２００〜
１５００℃の温度、酸素濃度２％以上の酸化雰囲気中で
行うことが好ましい。焼成温度が１２００℃未満の場合
には、酸化物被膜が十分には形成されないおそれがあり
、焼成温度が１５００℃を越えると、焼結体からの酸化
珪素の生成が多くなり、酸化物被膜の融出の原因になる
とともに、寿命を短くする。また、雰囲気中の酸素濃度
に関しては、２％未満の場合には、焼結体からの酸化珪
素の生成がなく、酸化物被膜が形成されにくくなる。

酸化被膜形成材を乾燥に先立ちゲル化することもできる
。これには、所定の温度で所定時間例えば１０時間静置
するか、形成材のｐＨを所定の値例えばｐＨ６以上に調
整する。

（発明の作用効果）本発明に係る炭化珪素多孔質焼結体によれば、開気孔に
露出する炭化珪素の結晶の表面に酸化物被膜を形成して
いるので、高温の酸化雰囲気中でも上記結晶と酸素とが
遮断され、炭化珪素の酸化が防止される。

しかも、酸化物被膜形成材に硝酸アルミニウムという特
定の物質を含有させたことが重要である。

発明者は、耐酸化性を高めるべく、実験を積み重ねるこ
とにより、初めて硝酸アルミニウムの特異な作用効果に
到達したのである。即ち、開気孔中に、例えば水酸化ア
ルミニウム、燐酸アルミニウム、乳酸アルミニウム等か
らなる酸化物被膜形成材を付着させても、この付着工程
において、酸化物被膜形成材が開気孔表面に不均一に付
着してしまい、未だ耐酸化性に改善の余地があることが
、本発明者の検討により明らかにされたのである。

一方、硝酸アルミニウムはノックス除去の必要があるの
で、本来は好適な材料とは考えにくいものである。とこ
ろが、硝酸アルミニウムを酸化物被膜形成材として使用
すると、開気孔表面に極めて均一に付着し、高温、酸化
雰囲気下で長時間使用しても、マイクロクラブクが抑え
られ、強度低下を防止できたのである。このように、硝
酸アルミニウムが予想外にも最適の材料であることが本
発明者によって発見されたのである。

多孔質の焼結体であるので、焼成時に収縮せず、寸法精
度を高くでき、大型、複雑な形状の成形品を製作できる
。従って、上記した耐酸化性の向上により、極めて有用
な高温用構造部材として本発明に係る炭化珪素多孔質焼
結体を提供できる。

また、本発明に係る炭化珪素多孔質焼結体の製造方法に
よれば、少なくとも上記開気孔の表面に、少なくとも硝
酸アルミニウムを含む酸化物被膜形成材を付着させ、し
かる後に焼成しているので、本発明に係る焼結体を好適
に製造できる。

（実施例〉以下、具体的な実施例について説明する。

実施例１炭化珪素の粗粒（平均粒径２１０μｍ〉　と微粒（平均
粒径０．６μｍ）とを１：１の割合で配合し水を１５重
量％添加し、これをポットミルで混合してスラリーを作
製した。このスラリーを石膏型へ鋳込んで作った成形体
をアルゴン雰囲気中、２３００℃の温度で焼成し、平板
状の再結晶炭化珪素多孔質焼結体を得た。

また、下記表に示す各種ガラス被膜形成材が下記表に示
す各種濃度で含有されている水溶液を調製した。この水
溶液を、真空処理法によって上記焼結体の開気孔中に圧
入、含浸させた。次いで、これを乾燥し、ガラス被膜形
成材を開気孔の表面に付着させた。同焼結体を空気中１
３００℃の温度で再焼成した。得られた焼結体の特性を
第１表に示す。なお、第１表における％は重量％で、圧
入量は酸化物換算による重量％であり、また耐酸化性値
は試料を大気中１３００℃で１０００〜２０００時間曝
露した時の１時間当たりの重量増加率（ｐｐｍ／ｈ）を
示す。

表Ｂ：硝酸アルミニウム：酢酸カルシウム＝１：１（重量
比〉ａ：水酸化アルミニウム：塩化カルシウム＝１：１
（重量比）ｂ：燐酸アルミニウム：塩化カルシウム＝１
：１（重量比）実施例２塩化カルシウムと硝酸アルミニウムとの各種配合（重量
〉の５重量％懸濁液（酸化物換算）をガラス被膜形成材
として用いた点を除き、実施例１と同様にして得た再結
晶炭化珪素多孔質焼結体の特性を表２に示す。なお、耐
酸化性の試験も実施例１と同様である。但し、ｒＡ　１
２０ｓ／ＣａＯ」は酸化物換算の重量比を示す。

表２実施例１で得た未圧入の焼結体の開気孔中に、ガラス被
膜形成材である硝酸アルミニウムと塩化カルシウムとの
１＝１配合の７．５重量％水溶液を真空処理法にて圧入
して乾燥後、各種の条件で再焼成した。得られた高温用
構造部材の実施例１゜２に対応する特性を表３に示す。

なお、焼結体への形成材の圧入量は酸化物換算で０．４
重量％である。

表３

Claims

【特許請求の範囲】

１．炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開気孔の表面が
、少なくとも硝酸アルミニウムを含有する酸化物被膜形
成材を焼成してなる酸化物被膜により覆われている炭化
珪素多孔質焼結体。
２．高純度炭化珪素を焼成して炭化珪素多孔質焼結体を
形成する工程と；この炭化珪素多孔質焼結体の少なくとも開気孔の表面に、少なくとも硝酸アルミニウムを含む酸化
物被膜形成材を付着させる工程と；しかる後に前記炭化
珪素多孔質焼結体を焼成し、少なくとも前記開気孔の表面に酸化物被膜を形成
する工程とを有する炭化珪素多孔質焼結体の製造方法。