JPH0692735A

JPH0692735A - 耐酸化性Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体

Info

Publication number: JPH0692735A
Application number: JP4238457A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hanzawa; 茂半澤; Tsuneo Komiyama; 常夫古宮山
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-04-05
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP3437194B2

Abstract

(57)【要約】【目的】耐酸化性に優れ、長期間の使用に耐え得る
Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体及びその製造方法を提供する。【構成】３〜３０重量％のＳｉと７０〜９９重量％
のＳｉＣを主相として含有するＳｉ−ＳｉＣ質焼結体で
ある。その気孔率は０．８％以下であり、Ｃａ等の不純
物量を主相１００重量部に対し０．８重量部以下に制御
して構成される。１〜１２重量％のＣ粉体と８８〜９９
重量％のＳｉＣ粉体を混合して成形原料を得る。成形原
料を加圧して得られた成形体を、金属Ｓｉ雰囲気中で焼
成する。成形原料を得る際にＣａ等の不純物量を制御す
る。金属Ｓｉの添加量を調整して０．８％以下の気孔率
を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、陶磁器、タイル等の迅
速焼成炉用棚板等に好ましく使用できる耐酸化性に優れ
たＳｉ−ＳｉＣ質焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体は、
その優れた耐熱性及び耐火性から工業上重要な位置を占
めており、例えば碍子、衛生陶器、食器、額縁及び陶管
等の陶磁器やタイル等の焼成用棚板として多用されてい
る。かかるＳｉＣ質焼結体のうち、ＳｉＣとＳｉを構成
成分として含むＳｉ−ＳｉＣ質焼結体が知られており、
このＳｉ−ＳｉＣ質焼結体は、主として半導体焼成用炉
芯管、ローラーハースキルン用ローラー・熱交換体用チ
ューブ等に用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｉ−
ＳｉＣ質焼結体を、窯業製品焼成用の棚板に応用した先
例は見当たらない。かかる状況の下、実際にＳｉ−Ｓｉ
Ｃ質焼結体を棚板として食器、タイル及び衛生陶器等を
焼成すると、該棚板が酸化されて脆化し、クラックが発
生し、最悪の場合には破損してしまい、使用に耐えない
ことが判明した。本発明は、このような従来技術の有す
る課題に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、耐酸化性に優れ、長期間の使用に耐え得るＳｉ
−ＳｉＣ質焼結体及びその製造方法を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体の
気孔率及びＳｉＣ原料、Ｃ原料及び金属Ｓｉ原料等に混
入しているＣａその他の不純物量を制御することによ
り、前記課題が解決できることを見出し本発明を完成す
るに至った。

【０００５】従って、本発明のＳｉ−ＳｉＣ質焼結体
は、３〜３０重量％のＳｉと７０〜９７重量％のＳｉＣ
とを主相として含有して成るＳｉ−ＳｉＣ質焼結体であ
って、その気孔率を０．８％以下に制御し、且つＣａ、
Ａｌ及びＦｅより成る群から選ばれた１種又は２種以上
の不純物の量を、上記主相１００重量部に対して０．８
重量部以下に制御して成ることを特徴とする。

【０００６】また、本発明のＳｉ−ＳｉＣ質焼結体の製
造方法は、Ｃ粉体、ＳｉＣ粉体及び金属Ｓｉを用いてＳ
ｉ−ＳｉＣ質焼結体を製造するに当たり、１〜１２重量
％のＣ粉体と８８〜９９重量％のＳｉＣ粉体とを混合
し、この混合に際し、上記Ｃ粉体、ＳｉＣ粉体及び後に
添加する金属ＳｉＣに含まれるＣａ、Ａｌ及びＦｅより
成る群から選ばれた１種又は２種以上の不純物の量が、
製造せんとする焼結体のＳｉとＳｉＣとから成る主相１
００重量部に対して０．８重量部以下となるように、上
記Ｃ粉体とＳｉＣ粉体とを調整・混合し得られた混合物
１００重量部に対して０．１〜１５重量部のバインダを
添加して成形原料を得、次いで、この成形原料を成形し
て成形体を得、この成形体を１４５０〜２５００℃の減
圧の金属Ｓｉ雰囲気中で焼成するに際し、得られる焼結
体の気孔率が０．８％以下となる理論量より１．０５倍
以上過剰量の金属Ｓｉを、該成形原料に添加・焼成して
焼結体を得ることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明においては、Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体の気
孔率を０．８％以下に制御し、且つＣａ等の不純物量を
所定量以下に制御した。即ち、気孔率を所定値以下に制
御することにより、この焼結体を棚板として用いた場合
等に酸素ガスと接触する面積を低減するとともに、Ｃａ
等の酸化を促進する元素の量を制御することにより、焼
結体の酸化を抑制した。

【０００８】次に、本発明のＳｉ−ＳｉＣ質焼結体の製
造方法について説明する。まず、成形用原料としては、
１〜１２重量％のＣ粉体、８８〜９９重量％のＳｉＣ粉
体、Ｃ粉体とＳｉＣ粉体との混合物１００重量部に対し
０．１〜１５重量部の有機質バインダー及び適当量の水
分又は有機溶剤を含有した原料を用いる。この成形用原
料を混練し、成形体を成形する。次いで、この成形体
を、金属シリコン雰囲気下で、減圧の不活性ガス雰囲気
又は真空中に置き、成形体中に金属シリコンを含浸させ
てＳｉ−ＳｉＣ質焼結体を製造する。

【０００９】上記成形体の作製に際し、Ｃ粉体、ＳｉＣ
粉体及び含浸に用いる金属Ｓｉに含まれるＣａ、Ａｌ及
びＦｅの不純物を、得られる焼結体１００重量部に対し
て０．８重量部以下に制御する。０．８重量部を超える
と、耐酸化性が低下する傾向を生じ好ましくない。この
不純物の制御は、Ｃ原料、ＳｉＣ原料及び金属Ｓｉ原料
を選択して用いることにより行うことができる。即ち、
上記不純物を所定量含有する原料を選択して用いること
により、得られるＳｉ−ＳｉＣ質焼結体に含有される不
純物量を制御することができる。また、適宜これら不純
物を添加・除去して微調整することも可能である。

【００１０】上記金属シリコンの含浸に当たっては、得
られるＳｉ−ＳｉＣ質焼結体の気孔率が０．８％以下と
なるように含浸させる。この場合の金属Ｓｉの添加量
は、含浸効率の関係等から、０．８％の気孔率を実現す
るに必要とされる理論量より過剰なものとする必要があ
る。即ち、０．８％の気孔率を実現するには、金属Ｓｉ
を当該理論量より１．０５倍以上過剰に添加する必要が
ある。この際、添加される金属Ｓｉは、Ｓｉ＋Ｃ→Ｓｉ
Ｃの反応に寄与する分と、気孔を埋める分と、余剰なＳ
ｉ分の３態様で消費される。１．０５倍未満の場合に
は、Ｓｉの含浸不良を生じ、得られる焼結体の気孔率が
増大して耐酸化性を低下させることとなり好ましくな
い。また、過剰の金属Ｓｉを付与することにより、焼結
体の表面には余分なＳｉが浸出することになるが、これ
はサンドブラスト、旋盤加工等によって除去することが
可能である。このように、金属Ｓｉを含浸させる結果、
得られるＳｉ−ＳｉＣ質焼結体としては、主相が、Ｓｉ
を３〜３０重量％及びＳｉＣを７０〜９７重量％含有す
ることになる。

【００１１】また、本発明における成形体の成形方法と
しては、プレス成形、流し込み成形、押し出し成形いず
れも可能であるが、量産性の観点からはプレス成形が好
ましい。加圧方式としては油圧プレスが好ましく、この
場合の油圧プレス圧は、通常１００〜２０００ｋｇ／ｃ
ｍ²である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。なお、各例によって得られた焼結体は、以下に示
す方法により性能を評価した。（耐酸化性の評価方法）６０ｍｍ×６０ｍｍ×５ｍｍ
（厚さ）のテストピースを切り出し、これを１１５０℃
のＨ₂ＯとＯ₂との混合ガス中で酸化させた。各テストピ
ースについて、以下に説明する酸化速度を測定した。

【００１３】（酸化速度）ｙ＝ｘ／１．００ × １０⁶／１００［ｐｐｍ／ｈ
ｒ］上式において、酸化初期ではテストピースの表層にＳｉ
Ｏ₂質被膜が形成されるため、酸化試験開始１００ｈｒ
後のテストピースの重量を１．００とし、更にその１０
０ｈｒ後の重量をｘとした。酸化速度ｙが５０を超える
と、通常の大気雰囲気下での使用であっても酸化が２次
関数的に進行し、材料（焼結体）の劣化を生ずる。一
方、ｙが５０以下の場合には、酸化速度は次第に小さく
なるため、高温下での長期間使用に耐える材料といえ
る。

【００１４】（実施例１〜９、比較例１〜５）平均粒径
３μｍのＳｉＣ微粉と平均粒径１００μｍのＳｉＣ粗粉
を３０：７０（重量比）で混合したＳｉＣ粉末に対し、
平均粒径１μｍの黒鉛粉をそれぞれ所定の割合で混合し
た。この混合物１００重量部に対し有機バインダー（メ
チルセルロース）２重量部、及び水分又は有機溶剤３重
量部をで配合し、成形原料を得た。この際、不純物であ
るＣａ、Ａｌ及びＦｅを所定量含むＳｉＣ原料及びＣ原
料を用いて混合し、これら不純物の量を、後に含浸させ
る金属Ｓｉ原料をも考慮して表１に示すような値に制御
した。

【００１５】次に、これらの成形原料をボールミルを用
いて解砕し、解砕した成形原料を金型内に導入し、油圧
プレスを用いて５００ｋｇ／ｃｍ²で成形し、厚さ５ｍ
ｍの板状成形体（４００ｍｍ×４００ｍｍ）を得た。

【００１６】次いで、ＢＮ（窒化ホウ素）コーティング
の反応防止層を施したカーボンルツボ中に、板状成形体
及び金属Ｓｉを設置した。この際、０．８％の気孔率を
実現するに必要な金属Ｓｉの理論量に対して、金属Ｓｉ
の量が表１に示す倍率だけ過剰となるように適宜量を変
化させて設置した。この板状成形体及び金属Ｓｉを、室
温から６００℃の間は０．１Ｔｏｒｒの真空下、６００
〜１０００℃の間は２Ｔｏｒｒのアルゴンガス雰囲気
下、１０００〜１８００℃までアルゴンガス雰囲気で５
Ｔｏｒｒの減圧下で焼成することにより、金属Ｓｉを含
浸させ、かつＣａ等の不純物量を制御したＳｉ−ＳｉＣ
焼結体を製造した。なお、最高温度（１８００℃）の保
持時間は３時間とした。また、１４００〜１５００℃の
間は１０℃／ｈｒで昇温した。得られたＳｉ−ＳｉＣ焼
結体の耐酸化性の測定結果、気孔率及び組成等を表１に
示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１から明らかなように、本発明のＳｉ−
ＳｉＣ質焼結体は、５０ｐｐｍ／ｈｒ以下の酸化速度を
有し、優れた耐酸化性を有することが分かる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結体の気孔率及びＳｉＣ原料、Ｃ原料
及び金属Ｓｉ原料等に混入しているＣａその他の不純物
量を制御することとしたため、耐酸化性に優れ、長期間
の使用に耐え得るＳｉ−ＳｉＣ質焼結体及びその製造方
法を提供することができる。また、Ｓｉ−ＳｉＣ質焼結
体の製造を極めて再現性よく行うことが可能になる。従
って、本発明の焼結体は、耐酸化性等を重視する迅速焼
成炉用棚板、匣鉢、サヤ等の窯道具、特にローラーハー
スキルンを用いたタイル焼成用棚板に好ましく用いるこ
とができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３〜３０重量％のＳｉと７０〜９７重量
％のＳｉＣとを主相として含有して成るＳｉ−ＳｉＣ質
焼結体であって、その気孔率を０．８％以下に制御し、且つＣａ、Ａｌ及
びＦｅより成る群から選ばれた１種又は２種以上の不純
物の量を、上記主相１００重量部に対して０．８重量部
以下に制御して成ることを特徴とするＳｉ−ＳｉＣ質焼
結体。
【請求項２】棚板として用いる請求項１記載のＳｉ−
ＳｉＣ質焼結体。
【請求項３】Ｃ粉体、ＳｉＣ粉体及び金属Ｓｉを用い
てＳｉ−ＳｉＣ質焼結体を製造するに当たり、１〜１２重量％のＣ粉体と８８〜９９重量％のＳｉＣ粉
体とを混合し、この混合に際し、上記Ｃ粉体、ＳｉＣ粉体及び後に添加
する金属ＳｉＣに含まれるＣａ、Ａｌ及びＦｅより成る
群から選ばれた１種又は２種以上の不純物の量が、製造
せんとする焼結体のＳｉとＳｉＣとから成る主相１００
重量部に対して０．８重量部以下となるように、上記Ｃ
粉体とＳｉＣ粉体とを調整・混合し得られた混合物１０
０重量部に対して０．１〜１５重量部のバインダを添加
して成形原料を得、次いで、この成形原料を成形して成
形体を得、この成形体を１４５０〜２５００℃の減圧の金属Ｓｉ雰
囲気中で焼成するに際し、得られる焼結体の気孔率が
０．８％以下となる理論量より１．０５倍以上過剰量の
金属Ｓｉを、該成形原料に添加・焼成して焼結体を得る
ことを特徴とするＳｉ−ＳｉＣ質焼結体の製造方法。