JPH0461828B2 - - Google Patents

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JPH0461828B2
JPH0461828B2 JP62244161A JP24416187A JPH0461828B2 JP H0461828 B2 JPH0461828 B2 JP H0461828B2 JP 62244161 A JP62244161 A JP 62244161A JP 24416187 A JP24416187 A JP 24416187A JP H0461828 B2 JPH0461828 B2 JP H0461828B2
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JP
Japan
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sic
mob
sintered body
boron
carbon
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JP62244161A
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Shinji Kawasaki
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Priority to DE88306863T priority patent/DE3881777T2/de
Priority to CA000573126A priority patent/CA1314295C/en
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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、SiC特有の高温特性を有し、かつ靭
性の高い焼結体を常圧焼結により得ることのでき
るSiC複合焼結体及びその製造方法に関するもの
である。 (従来の技術) 従来、単一相のSiC焼結体としてはその添加物
によりB−C系助剤SiCとAl系助剤SiCとがある。
B−C系SiCは高温特性は良好だが靭性が劣る
(K1C=2〜3MN/m3/2)ことが、またAl系SiC
は靭性は良好だが高温特性がそれほど良好でない
ことが知られている。 Al系SiCにおいて、より高靭性化を目的とし
て、特開昭60−186468号公報においてセラミツク
ス構造材及びその製造方法が開示されている。こ
のセラミツクス構造材は、炭化ケイ素に周期表の
第Va族若しくは第VIa族元素の各ホウ化物の少
なくとも1種を含有させたものであり、所定組成
の元素を混合し、1900〜2500℃の範囲内の温度で
焼成して得られるものである。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上述した特開昭60−186468号公
報に示されたセラミツクス構造材においては、そ
の実施例では、MoB2を添加剤とし、Alを焼結助
剤として用いホツトプレスにより緻密化を進め破
壊靭性を改善している。これはAl系SiCにMoB2
を添加した場合、常圧焼結では、緻密化できない
欠点を有するためである。しかしホツトプレスは
複雑形状の焼結体を得ることができないととも
に、量産性、製造コストの点で工業的利用価値は
低い。 また、一般にAl系助剤を用いた場合、低融点
粒界相がSiC粒界に残存し、高温での強度低下、
耐酸化性の低下等高温材料としては致命的欠点を
有している。 本発明の目的は上述した欠点を解消して、SiC
特有の高温特性を維持しつつ靭性の高い焼結体を
常圧焼結により得ることのできる高強度・高靭性
SiC複合焼結体及びその製造方法を提供しようと
するものである。 (問題点を解決するための手段) 本発明の第1発明であるSiC複合焼結体は、
SiCが20〜99wt%、MoB2が80〜0.5wt%、硼素、
炭素、炭化硼素のうち少なくとも1種類が0.5〜
5wt%からなり、破壊靭性K1Cが4以上であるこ
とを特徴とするものである。 本発明の第2発明であるSiC複合焼結体の製造
方法は、平均粒径5μm以下のSiC粉末20〜99wt
%、MoB2又はMoB2を生成する化合物をMoB2
に換算して80〜0.5%、硼素又は硼素を含有する
化合物を硼素に換算して0.1〜5wt%、炭素又は炭
素を生成する有機化合物を炭素に換算して0.1〜
5wt%からなる調合粉末を混合成形し、次いで
1500℃まで真空中でその後不活性雰囲気中1900〜
2500℃の温度下で焼成することにより破壊靭性
K1Cが4以上の焼結体を得ることを特徴とするも
のである。 (作用) 上述した構成において、B−C系SiCに所定量
のMoB2を含有させることにより、B−C系SiC
の欠点であつた靭性を高めることができ、高温で
も高強度で高靭性のSiC複合焼結体を常圧焼結に
より得ることができる。すなわち、MoB2は熱的
に安定なため優れた高温特性を発揮するととも
に、SiCとの硬度差が大きく、焼結体中を進展す
るクラツクがMoB2粒子とSiC粒子の界面で反跳
されるクラツクデイフレクト作用が有効に発揮さ
れ靭性が向上する。またB、C系Sicの場合、焼
結の終期、即ち2100℃以上の焼成温度で、数
100μmにまでSiCが異常粒子成長し、緻密化を阻
害するとともに焼結体特性を著しく劣化させるこ
とが知られており、実質的に焼成温度を2100℃以
下にする必要があつた。MoB2はこの異常粒子成
長を効果的に抑制するため、2100℃を越える焼成
温度での焼結が可能となり従来のSiC焼結体では
得られない高密度を常圧焼結法で達成できるとと
もに所望の粒子形状からなる焼結体を作製するこ
とができる。各種硼化物、及びSiCの硬度、融点
を第1表にまとめて示す。本データは、サムソノ
フ著高融点化合物便覧及びエル・ベ・カテリニコ
フ著超高融点材料便覧より抜すいした。
【表】 これらの効果はB,Cを焼結助剤としたSiCと
MoB2の複合焼結体においてのみ得られるもので
あり、従来全く知られていない。 原料となるSiC粉末の平均粒径を5μm以下と限
定したのは、SiC粉末の平均粒径が5μmを超える
と常圧焼結で緻密化が不可能なためである。 SiCの組成範囲を20〜99wt%と限定したのは、
他の添加物との関係で他の添加物の総量が80wt
%を超えると基礎となるSiCの特性を十分に発揮
することができないとともに、1wt%未満である
と添加物の性質改善効果がないためである。な
お、このSiCの組成範囲は30〜99wt%であると好
ましく、40〜99wt%であるとさらに好ましい。 添加物として、MoB2が80〜0.5wt%と限定し
たのは、80wt%を超えると高温特性が劣化し、
0.5wt%未満であると靭性の向上がないとともに
異常粒子成長抑制効果がないためである。この添
加量は70〜0.5wt%であると好ましく、60〜0.5wt
%であるとさらに好ましい。 また、B化合物を0.1〜5wt%と限定したのは、
0.1wt%未満であるとその添加効果が認められず、
緻密化に寄与しないとともに、5wt%を超えると
緻密化が阻害されるとともにBが粒界に多量に残
り高温特性が劣化するためである。 さらに、C化合物を0.1〜5wt%と限定したの
は、0.1wt%未満ではSiC表面のSiO2膜を十分に
除去できないとともに5wt%を超えると焼成体に
free−Cが多量に残り特性が劣化するためであ
る。 (実施例) 第1図は本発明製造方法の製造工程の一例を示
す図である。まず、SiC原料粉末の平均粒径を5μ
m以下となるように準備するとともに、添加剤と
してMoB2、B、Cを準備する。本実施例に用い
たSiC原料粉末はβ−SiC:93wt%を含み残部が
α−SiCよりなり、平均粒径0.42μm、比表面積
20.0m2/gであり、第2表に示す化学組成を有し
ている。 第2表 (wt%) Total−Si 69.13 Free−SiO2 0.47 Free−Si 0.010 Free−C 0.51 O 0.90 Al 0.056 Fe 0.060 Ca 0.016 Mg 0.001 K <0.001 Na 0.001 Cu − Ti 0.007 N 0.27 次に準備したSiC原料粉末およびMoB2、B、
Cの添加剤の所定量を、イソプロピルアルコール
を使用した湿式ボールミルにより粉砕・混合す
る。粉砕・混合後の原料は一旦乾燥した後造粒す
る。その後、造粒した粉末を予備成形し、さらに
静水圧プレスにより所定形状に成形する。最後に
1900〜2500℃真空中又は不活性ガス中で焼成して
焼結体を得ている。 なお。上述した製造方法において、MoB2の添
加を、MoB2以外の硼化物、酸化物、単体及び硼
素含有添加剤として別々に添加し、焼成初期又は
焼成前の別な熱処理等によりMoB2を成形体内又
は混合粉末内で合成することも可能である。この
場合、MoB2を合成させるに十分な量のBの添加
が必要となる。また形成体を焼成後、カプセル
HIP又はカプセルフリーHIPによりさらに緻密化
を行ない特性をさらに向上することも可能であ
る。 以下、実際の例について説明する。 実施例 1 平均粒度5μm以下のSiC粉末、添加剤として
MoB2、焼結助剤としてB(金属硼素)、C(カー
ボンブラツク)を第3表に示す割合でイソプロピ
ルアルコールを使用した湿式ボールミルで混合、
乾燥後造粒し、さらに予備成形後3ton/cm2の静水
圧プレスにより60×60×6mmの角板を作製した。
作製した角板を1500℃までは真空中でその後アル
ゴン1気圧中2200℃で1時間焼成してそれぞれ本
発明実施例および比較例の焼結体を得た。なお実
施例4−2は実施例4の焼結体に対して2000℃、
2000気圧のHIP処理を行なつたものである。 得られたそれぞれの焼結体に対して、焼結体を
鏡面研磨し気孔分布より焼結体の相対密度を測定
して緻密性を評価するとともに、室温および1500
℃の温度でJIS R−1601(フアインセラミツクス
の曲げ強さ試験法)に従つた四点曲げ試験を実施
して室温、高温強度を評価した。さらに、室温に
おけるシユブロンノツチ法によりそれぞれのK1C
を求めて靭性を評価するとともに、CuKαを用い
たX線回折法により、焼結体中のMo化合物を同
定した。結果を第3表に示す。
【表】
【表】 第3表の結果から、本発明の組成範囲を満足す
る実施例1〜10は比較例1〜6と比べて緻密かつ
高温強度が良好であるとともに従来のSiC単味の
K1C(2〜3)に比べて高いK1C値を示し靭性が向
上していることがわかる。またMoB2無添加の比
較例1では、SiCの異常粒子成長が認められた
が、その他のものは、異常粒子成長が認められな
かつた。さらに、焼成後HIP処理を行なつた実施
例4−2では、すべての点がさらに良好な性質が
得られた。 焼結体中のMo化合物はJCPDSカードNo.6−
682に示されるMoB2であることが確認された。 第3表中実施例3のCuKα線によるX線回折線
図を第2図に示す。 また本実施例の焼結体を化学分析した結果、
SiC原料及び添加剤に含まれる不可避の金属不純
物(Al、Fe、Ca、Mg、Ti、Mn等)が0.01〜
0.08wt%検出された。 実施例 2 本発明における必須成分であるMoB2をMoB2
以外の硼化物、炭化物、酸化物単体で添加し、粉
砕、混合後、実施例1と同様の方法でそれぞれの
焼結体を得た。 その後、得られた焼結体の相対密度とMo化合
物を実施例1と同様の方法で求めた。結果を第4
表に示す。
【表】
【表】 第4表の結果から、比較例7〜12に示すように
MoB2以外の添加剤の場合、従来知られているB
量(1wt%添加)では焼結体の高い相対密度すな
わち緻密化を達成することができないことがわか
る。また比較例13、14に示すようにBの量を増加
したものであつても焼結体中でMoB2になつてい
ないと、同様に高い相対密度を達成できないこと
がわかる。 実施例11、12に示すようにBの量を更に増加
し、Bの量のモル数がMo添加量のモル数の2倍
(Mo:30wt%の場合、B:6.8wt%)以上添加し
た場合、MoB2が焼成初期に成形体中で形成さ
れ、実施例1で示したMoB2で添加した場合と同
様に緻密化を達成することができることがわか
る。 (発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなよう
に、本発明のSiC複合焼結体およびその製造方法
によれば、B−C系SiCに所定量のMoB2を含有
させることにより、高温焼成が可能となり、高温
強度を保つたままB−C系SiCの欠点であつた靭
性を高めることができ、高温でも高強度で高靭性
のSiC複合焼結体を常圧焼結により得ることがで
きる。 本発明のSiC複合焼結体の特徴を従来技術と比
較して第5表に示す。
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図は本発明製造方法の製造工程の一例を示
す図、第2図は本発明により得られた焼結体実施
例3のCuKα線によるX線回折結果の回折線を示
す線図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 SiCが20〜99wt%、MoB2が80〜0.5wt%、硼
    素、炭素、炭素硼素のうち少なくとも1種類が
    0.5〜5wt%からなり、破壊靭性K1Cが4以上であ
    ることを特徴とするSiC複合焼結体。 2 平均粒径5μm以下のSiC粉末20〜99wt%、
    MoB2又はMoB2を生成する化合物をMoB2に換
    算して80〜0.5%、硼素又は硼素を含有する化合
    物を硼素に換算して0.1〜5wt%、炭素又は炭素を
    生成する有機化合物を炭素に換算して0.1〜5wt%
    からなる調合粉末を混合成形し、次いで1500℃ま
    で真空中でその後不活性雰囲気中1900〜2500℃の
    温度下で焼成することにより破壊靭性K1Cが4以
    上の焼結体を得ることを特徴とするSiC複合焼結
    体の製造方法。
JP62244161A 1987-07-28 1987-09-30 Sic-based composite sintered body and production thereof Granted JPS6487561A (en)

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US07/222,554 US4963516A (en) 1987-07-28 1988-07-21 SiC complex sintered bodies and production thereof
EP88306863A EP0301802B1 (en) 1987-07-28 1988-07-26 Sic complex sintered bodies and production thereof
DE88306863T DE3881777T2 (de) 1987-07-28 1988-07-26 Gesinterte Siliziumcarbid-Verbundkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung.
CA000573126A CA1314295C (en) 1987-07-28 1988-07-27 Sic complex sintered bodies and production thereof
KR1019880009535A KR900005510B1 (ko) 1987-07-28 1988-07-28 SiC 복합소결체 및 그 제조방법

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JPS6487561A JPS6487561A (en) 1989-03-31
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