JPH0456792B2 - - Google Patents

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JPH0456792B2
JPH0456792B2 JP60099304A JP9930485A JPH0456792B2 JP H0456792 B2 JPH0456792 B2 JP H0456792B2 JP 60099304 A JP60099304 A JP 60099304A JP 9930485 A JP9930485 A JP 9930485A JP H0456792 B2 JPH0456792 B2 JP H0456792B2
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JP
Japan
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silicon carbide
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carbon
sintering
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JP60099304A
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JPS61256976A (ja
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Koichi Yamada
Masahide Mori
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化珪素焼結体の製造方法に関し、更
に詳細には炭化珪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
量の炭素とホウ素を含有する高密度炭化珪素焼結
体の製造方法に関するものである。 炭化珪素は物理的および化学的性質に優れてお
り、特に高硬度でかつ、耐蝕性を有し、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
従来より耐摩耗材料、高温構造材料として有望視
されていた。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、ホツ
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1〜100
m2/gの比表面積を有するα型炭化珪素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
源および一時的結合剤5〜15重量部を混合し焼結
することにより高密度の炭化珪素焼結体が得られ
ることが教示されている。 しかしながら該方法によれば、高密度の炭化珪
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50Kg/
mm2を越えるものは見られない。 そのため本発明者等は、従来一般に炭化珪素の
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、先に特許出願を
行つた。ところがその方法を継続して検討してい
たところ厚みの薄い焼結体においては容易に高密
度品が得られるものの、成形体の厚みが厚い場合
には必ずしも高密度な焼結体が得られないことが
あるとの不都合に直面した。 かかる事情下に鑑み本発明者らは、成形体の厚
みが厚い場合に高密度焼結体が得られない原因を
鋭意検討した結果、成形体の厚みが厚い場合には
焼結助剤として存在せしめた炭素含有物質が焼結
体の内部に残留しやすくなり、その結果高密度化
が妨げられるためであると考察し、炭素含有物質
の焼結助剤としての役割を損なうことなく焼結体
中に存在する過剰残留炭素を除く方法、更には適
正炭素量等を検討した結果、成形体の焼結方法を
特定化することにより成形体の厚みが厚い、例え
ば10mmを越える場合においても高密度でかつ、高
強度の焼結体が得られることを見出し、本発明方
法を完成するに至つた。 すなむち本発明は、炭化珪素粉末に焼結助剤と
してホウ素換算で0.03重量%を越え0.15重量%未
満のホウ素化合物と炭化珪素粉末中に含有される
炭素との総量が4重量%を越え8重量%未満の炭
素となる如くタールピツチを添加混合し、成形し
た成形体を真空中1500℃以上の温度に加熱し、次
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%
未満で炭素含有量が2.0重量%以下であり、かつ
該焼結体が理論密度の90%以上の密度を有する炭
化珪素焼結体を得ることを特徴とする高密度炭化
珪素焼結体の製造方法を提供するにある。 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珪素粉末としては平
均粒径1μ以下の主としてアルフア或いは非等軸
晶系の結晶形態を有する炭化珪素からなる炭化珪
素粉末が好適であるが、更にはベータ型炭化珪素
粉末単独或いはこれらの混合物を使用することも
できる。これら炭化珪素粉末中には0.2〜2重量
%の付加的炭素が包含されているのが一般的であ
り、本発明方法に適用される炭化珪素粉末も例外
ではない。 本発明方法においては、炭化珪素粉末に対しホ
ウ素換算で0.03重量%を越え0.15重量%未満のホ
ウ素化合物と炭化珪素粉末中に含有される付加的
炭素をも含めて総量で4重量%を越え8重量%未
満の炭素となる如きタールピツチを存在せしめる
が、炭化珪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0.03重量%以下の場合には焼
結密度が低下し好ましくなく、他方0.15重量%以
上の場合には高密度焼結体を得ることはできるも
のの、焼結体の機械的強度が低下するので好まし
くない。 また炭化珪素粉末に対するタールピツチの添加
量が炭化珪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4重量%以下の場合に
は焼結前に炭化珪素が粒成長を起こし、高密度焼
結体を得ることができず、他方8重量%を越える
場合に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。 度が低下するので好ましくない。 またタールピツチとしては特に制限されないが
40〜60重量%の炭化率を有する有機溶剤可溶性の
コールタールピツチ或いはオイルタールピツチの
使用が適当である。 本発明において上記組成配合となる如く構成し
た炭化珪素粉末とホウ素化合物とタールピツチは
ベンゼン、キノリン、アントラセン等の有機溶媒
或いは水を用いて均一に混合した後、スリツプキ
ヤステイング成形するか、或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、或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つた後、真空中で
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2300℃以下の温
度で焼結を行う。真空から不活性雰囲気に切換え
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はないが、焼結
後の焼結体中の炭素含有量が2重量%以下となる
条件が選択される。この様な条件としては通常真
空度10-1torr以上、好ましくは10-3〜10-6torrで
温度1500〜2000℃、1〜10時間加熱した後更に不
活性雰囲気中で焼結する方法が挙げられる。一般
的には炭素含有量が同一の場合には真空度が高
く、加熱温度が高いほど真空下における加熱時間
は短時間となるが、これら条件は簡単な予備実験
により容易に設定し得る。 本発明方法において真空中での加熱温度が1500
℃未満の場合には焼結体中の炭素残量が2重量%
を越え、高密度化品が得られず好ましくなく、他
方2000℃を越える場合には炭化珪素の蒸発が生起
するので好ましくない。また不活性雰囲気下での
処理温度は2300℃以下、好ましくは2050〜2300℃
であり、焼結温度が2300℃を越える場合には炭化
珪素の蒸発や結晶粒の粗大化が起こり、焼結体の
機械的強度が低下し好ましくない。 本発明方法は厚みの厚い成形体の焼結に特に適
しているが、厚みの薄い成形体にも適用し得る。 本発明方法を適用することにより何故厚みの厚
い成形体を強度の低下を見ることなく高密度化で
きるのか理由は詳らかではないが、成形体の厚み
が厚い場合、成形体中で蒸発した炭素が成形体の
外へ拡散し難く、成形体中で平衡蒸気圧に達する
ため炭素のさらなる蒸発が抑制される。そのため
1900℃以上の温度の焼結および粒子成長を抑制
し、高密度品とならないが、真空下で1500℃以上
の温度に加熱する場合には成形体中で蒸発した炭
素が成形体の外へ拡散し、次工程での不活性雰囲
気での焼結時に炭素が炭化珪素の焼結を抑制しな
い量まで、すなわち2重量%以下までに減少せし
めることが可能となり、その結果として焼結時の
炭素による炭化珪素の焼結抑制がなく、かつ不活
性雰囲気が高温での炭化珪素の分解を抑制しつつ
焼結反応を遂行するので機械的強度の低下のない
高密度炭化珪素焼結体が得られるものと推測され
る。 以上詳述した本発明方法によれば、炭化珪素粉
末に特定の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し、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
90%以上の密度を有する機械的強度にも優れた高
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
頗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 コールタールピツチ(炭素収率50%)12gをキ
ノリン18gに溶解した後、ベンゼン400gを加え
十分混合を行つた。この溶液に炭素1.5重量%を
含有する炭化珪素含有量97%、BET比表面積15
m2/gのα型炭化珪素200g、1200メツシユパス
の炭化ホウ素0.3gを加え、プラスチツクボール
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180メツシユの
篩を通し、得られた混合粉末を冷間プレス後ゴム
型に装入し、1.5トン/cm2の成形圧で静水圧プレ
ス成形を行い、80φ×15mmの成形体を作製した。 この成形体を10-3〜10-4torrの真空下で常温よ
り200℃/hrの昇温速度で1700℃まで昇温し、30
分間保持しつつアルゴンガスを導入した。
760torrに達した後アルゴンガス雰囲気下2100℃
の温度条件で1時間焼結した。得られた焼結体の
焼結密度は3.11g/cm3、3点曲げ試験(試料寸法
4×3×50mm、スパン30mm)による曲げ強度は60
Kg/cm2であり、焼結体中の残存炭素量は0.8重量
%であつた。 実施例 2 オイルタールピツチ(炭素収率50%)24gをキ
ノリン36gに溶解した後、ベンゼン400gを加え
十分混合を行つた。この溶液に炭素0.6重量%を
含有する炭化珪素含有量97.5%、BET比表面積
10m2/gのα型炭化珪素200g、1200メツシユパ
スの炭化ホウ素0.3gを加え、プラスチツクボー
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180メツシユ
の篩を通し、得られた混合粉末を冷間プレス後ゴ
ム型に装入し、1.5トン/cm2の成形圧で静水圧プ
レス成形を行い、80φ×15mmの成形体を作製し
た。 この成形体を10-3〜10-4torrの真空下で常温よ
り200℃/hrの昇温速度で1900℃まで昇温し、30
分間保持しつつアルゴンガスを導入した。
760torrに達した後アルゴンガス雰囲気下2100℃
の温度条件で1時間焼結した。得られた焼結体の
焼結密度は3.08g/cm3、3点曲げ強度は58Kg/mm2
であり、焼結体中の残存炭素量は1.2重量%であ
つた。 比較例 1 実施例1と同じ条件で作成した成形体をアルゴ
ンガスを流しながら600℃の温度で3時間の焼成
を行つた後アルゴンガス雰囲気下2100℃の温度条
件で1時間焼結した。得られた焼結体の焼結密度
は2.80g/cm3、曲げ強度は27Kg/mm2であり、焼結
体中の残存炭素量は2.5重量%であつた。 実施例3,4および比較例2〜5 第1表に記載の条件で成形体を形成し、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。 【表】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 炭化珪素粉末に焼結助剤としてホウ素換算で
    0.03重量%を越え0.15重量%未満のホウ素化合物
    と炭化珪素粉末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ター
    ルピツチを添加混合し、成形した成形体を真空中
    1500℃以上の温度に加熱し、次いで不活性雰囲気
    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%未満で炭素含有量が
    2.0重量%以下であり、かつ該焼結体が理論密度
    の90%以上の密度を有する炭化珪素焼結体を得る
    ことを特徴とする高密度炭化珪素焼結体の製造方
    法。
JP60099304A 1985-05-10 1985-05-10 高密度炭化珪素焼結体の製造方法 Granted JPS61256976A (ja)

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