JPH0737340B2 - 炭化珪素質焼結体及びその製造法 - Google Patents
炭化珪素質焼結体及びその製造法Info
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- JPH0737340B2 JPH0737340B2 JP60067691A JP6769185A JPH0737340B2 JP H0737340 B2 JPH0737340 B2 JP H0737340B2 JP 60067691 A JP60067691 A JP 60067691A JP 6769185 A JP6769185 A JP 6769185A JP H0737340 B2 JPH0737340 B2 JP H0737340B2
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- sintered body
- silicon carbide
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐酸化性及び靱性の向上した炭化珪素質焼結体
及びその製法に関するものである。
及びその製法に関するものである。
（従来の技術及び問題点） 炭化珪素質焼結体は耐酸化性、耐蝕性、耐熱性、耐熱衝
撃性、高温強度等の種々の優れた特性を有するため、高
温ガスタービン用部品、自動車エンジン用部品及び耐蝕
部材などとして好適な材料である。
撃性、高温強度等の種々の優れた特性を有するため、高
温ガスタービン用部品、自動車エンジン用部品及び耐蝕
部材などとして好適な材料である。
しかし、従来提供されている炭化珪素質焼結体は耐酸化
性及び靱性共に優れた特性を有するものがない。例え
ば、ボロン（Ｂ）及びカーボン（Ｃ）添加系では耐酸化
性が約0.1程度と優れていても靱性において約3MN/m3/2
と低い。
性及び靱性共に優れた特性を有するものがない。例え
ば、ボロン（Ｂ）及びカーボン（Ｃ）添加系では耐酸化
性が約0.1程度と優れていても靱性において約3MN/m3/2
と低い。
（問題を解決するための手段） 本発明者は以上の点に鑑み研究の結果、耐酸化性及び靱
性が共に優れた炭化珪素質焼結体を開発した。
性が共に優れた炭化珪素質焼結体を開発した。
すなわち本発明は、SiC結晶を主体とし、その粒界相に
アルミニウム（Al）及びイットリウム（Ｙ）の化合物を
含む焼結体中に、WSi2を１〜４重量％含有するととも
に、理論密度比93％以上であることを特徴とする炭化珪
素質焼結体、及びAl2O3１〜７重量％、Y2O30.1〜５重量
％、Ｗ化合物から選ばれる一種以上をＷ単体に換算して
0.5〜３重量％と、残部SiCとからなる圧粉成形体を非酸
化性雰囲気中において1800〜1950℃の温度で焼成するこ
とを特徴とする炭化珪素質焼結体の製造法である。
アルミニウム（Al）及びイットリウム（Ｙ）の化合物を
含む焼結体中に、WSi2を１〜４重量％含有するととも
に、理論密度比93％以上であることを特徴とする炭化珪
素質焼結体、及びAl2O3１〜７重量％、Y2O30.1〜５重量
％、Ｗ化合物から選ばれる一種以上をＷ単体に換算して
0.5〜３重量％と、残部SiCとからなる圧粉成形体を非酸
化性雰囲気中において1800〜1950℃の温度で焼成するこ
とを特徴とする炭化珪素質焼結体の製造法である。
なお、上記におけるＷ化合物からのＷ単体の換算式は、
下記のおとりである。
下記のおとりである。
本発明の炭化珪素質焼結体は耐酸化性が向上したもので
あって1400℃での酸化増量は0.4mg/cm2以下であるが、
その理由は次のように考えられる。
あって1400℃での酸化増量は0.4mg/cm2以下であるが、
その理由は次のように考えられる。
すなわち、SiCにAl2O3及びY2O3の酸化物を添加して焼成
する過程でAl及びシリケートガラスを主成分とする液相
が粒界相に生成して焼結が進行するとともに、この液相
の分解、揮散が進み、焼結体の粒界には存在している酸
化物液相とともにSiCにより還元されて生成するAl及び
Ｙを含む金属及び／又はこれらの炭化物が生成する。
する過程でAl及びシリケートガラスを主成分とする液相
が粒界相に生成して焼結が進行するとともに、この液相
の分解、揮散が進み、焼結体の粒界には存在している酸
化物液相とともにSiCにより還元されて生成するAl及び
Ｙを含む金属及び／又はこれらの炭化物が生成する。
以上の組織に加えてWSi2の粒子が分散している本発明の
焼結体を高温の酸化性雰囲気に曝すと、当初はSiC及び
粒界相成分の酸化があるものの、WSi2も酸化されること
により、Ｗの酸化物とシリケートにより表面に緻蜜な保
護膜を生成し、更に温度が高くなるにつれて、Ｗの酸化
物の揮酸が進み、最後に高純度のシリカ膜が残る。
焼結体を高温の酸化性雰囲気に曝すと、当初はSiC及び
粒界相成分の酸化があるものの、WSi2も酸化されること
により、Ｗの酸化物とシリケートにより表面に緻蜜な保
護膜を生成し、更に温度が高くなるにつれて、Ｗの酸化
物の揮酸が進み、最後に高純度のシリカ膜が残る。
このようにして、シリカ膜で焼結体の表面が被われる結
果、酸素イオンの拡散速度が低くなり、焼結体の酸化が
抑制されるものと考えることができるのである。
果、酸素イオンの拡散速度が低くなり、焼結体の酸化が
抑制されるものと考えることができるのである。
また本発明の焼結体は靱性の向上したものであって、臨
界応力拡大係数K1c（MN/m3/2）が６以上であるが、その
理由はSiCに比べWSi2の熱膨張係数は比較的大きく、そ
のため焼結体中のWSi2粒子の界面においては微少クラッ
クが生じているものと考えられ、よってクラックの進展
する先端が該微少クラックに吸収され応力解散されると
いうメカニズムによるものと推測される。
界応力拡大係数K1c（MN/m3/2）が６以上であるが、その
理由はSiCに比べWSi2の熱膨張係数は比較的大きく、そ
のため焼結体中のWSi2粒子の界面においては微少クラッ
クが生じているものと考えられ、よってクラックの進展
する先端が該微少クラックに吸収され応力解散されると
いうメカニズムによるものと推測される。
また、上記製造法により作成された焼結体中のWSi2の生
産量に関しては次ぎのように考えられる。
産量に関しては次ぎのように考えられる。
即ち、Ｗ化合物はSiC中に混合して焼成するとWSi2とな
る。しかしながら、同時にタングステン酸化物（WO3）
も生成するため焼成中にこれが揮散する。一方、SiCにA
l2O3及びY2O3の酸化物が添加されていると焼成中に液相
の分解を伴い重量減少が生じる。これらのことから、焼
結体中のWSi2量は添加時の重量比よりも若干増加してい
る。
る。しかしながら、同時にタングステン酸化物（WO3）
も生成するため焼成中にこれが揮散する。一方、SiCにA
l2O3及びY2O3の酸化物が添加されていると焼成中に液相
の分解を伴い重量減少が生じる。これらのことから、焼
結体中のWSi2量は添加時の重量比よりも若干増加してい
る。
更に本発明では1800℃〜1950℃の焼成温度で焼結体を製
造する。この温度は従来の炭化珪素質焼結体の焼成温度
よりも低いものであるが、これを可能にした理由は前記
耐酸化性の向上理由の項で言及したAlを含むシリケート
ガラスを主成分とする液相の生成及びWSi2の影響による
ものと考えられる。
造する。この温度は従来の炭化珪素質焼結体の焼成温度
よりも低いものであるが、これを可能にした理由は前記
耐酸化性の向上理由の項で言及したAlを含むシリケート
ガラスを主成分とする液相の生成及びWSi2の影響による
ものと考えられる。
本発明における各組成の重量比をAl2O3が１〜７量量％
としたのは１％より少ないと焼結作用が不充分で緻密な
焼結体が得られず、７重量％を越えると焼成物の分解が
激しく形状が保てなくなるからであり、Y2O3が0.1〜５
重量％としたのは0.1％より少ないと焼結が進まず充分
な緻密体が得られないからであり、５％より多いと焼結
体の耐酸化性が悪くなる。即ち、酸化増量が多く高温で
の使用に耐えないからである。
としたのは１％より少ないと焼結作用が不充分で緻密な
焼結体が得られず、７重量％を越えると焼成物の分解が
激しく形状が保てなくなるからであり、Y2O3が0.1〜５
重量％としたのは0.1％より少ないと焼結が進まず充分
な緻密体が得られないからであり、５％より多いと焼結
体の耐酸化性が悪くなる。即ち、酸化増量が多く高温で
の使用に耐えないからである。
またWSi2を焼結体中において１〜4.0重量％（添加量と
しては0.5〜３重量％）としたのは１％より少ないと酸
化増量が増大し、4.0％より多いと焼結体の緻密化が進
まず耐酸化性、靱性も極端に悪化する。
しては0.5〜３重量％）としたのは１％より少ないと酸
化増量が増大し、4.0％より多いと焼結体の緻密化が進
まず耐酸化性、靱性も極端に悪化する。
更に本発明の焼成法において上記配合組成範囲のものを
1800〜1950℃で焼成することにより前記本発明の焼結体
が得られる。
1800〜1950℃で焼成することにより前記本発明の焼結体
が得られる。
焼成温度については、1800℃より低温で行うと焼結が満
足できる程に進まず、1950℃を超えると焼成物の分解が
激しくなってボイドが発生してしまう。
足できる程に進まず、1950℃を超えると焼成物の分解が
激しくなってボイドが発生してしまう。
なお非酸化性雰囲気中で焼成するのは、酸化性雰囲気で
焼成するとSiCが酸化されて多量のSiO2を生成してしま
うからである。
焼成するとSiCが酸化されて多量のSiO2を生成してしま
うからである。
（実施例） 例1: 炭化珪素（α−SiC、平均粒径0.4μ）粉末にアルミナ
（平均粒径0.6μ）粉末及び酸化イットリウム（0.6μ）
粉末、更にタングステン（Ｗ）の化合物（WC,WN,WSi2）
（平均粒径0.8〜３μ）粉末を表１に示す（試料番号１
〜17、19,20）とおり配合した。
（平均粒径0.6μ）粉末及び酸化イットリウム（0.6μ）
粉末、更にタングステン（Ｗ）の化合物（WC,WN,WSi2）
（平均粒径0.8〜３μ）粉末を表１に示す（試料番号１
〜17、19,20）とおり配合した。
この配合粉末をポットミルにて24時間、エタノール溶媒
を用いて湿式混合を行った後、得られた混合粉末にポリ
ビニルアルコール等の成形用バインダーを加えて乾燥造
粒し、それを原料として金型に入て成形圧1t/cm2でプレ
ス成形して成形体を得た。
を用いて湿式混合を行った後、得られた混合粉末にポリ
ビニルアルコール等の成形用バインダーを加えて乾燥造
粒し、それを原料として金型に入て成形圧1t/cm2でプレ
ス成形して成形体を得た。
成形体は脱バインダー処理後、アルゴンガス雰囲気中で
第１表に示す焼成条件下で無加圧焼成した。
第１表に示す焼成条件下で無加圧焼成した。
得られた焼結体の理論密度比、耐酸化性（1400℃での酸
化増量）及び圧痕法で求めた靱性値（K1ｃ）を測定した
結果は表１にNo.1〜20として示すとおりである。
化増量）及び圧痕法で求めた靱性値（K1ｃ）を測定した
結果は表１にNo.1〜20として示すとおりである。
例2: 炭化珪素（β−SiC平均粒径0.3μ）粉末にアルミナ（平
均粒径0.6μ）粉末及び酸化イットリウム（0.6μ）粉
末、更にタングステン（Ｗ）の化合物（WSi2）（平均粒
径0.8〜３μ）粉末を表１に示す（試料番号21〜22）と
おり配合した。
均粒径0.6μ）粉末及び酸化イットリウム（0.6μ）粉
末、更にタングステン（Ｗ）の化合物（WSi2）（平均粒
径0.8〜３μ）粉末を表１に示す（試料番号21〜22）と
おり配合した。
この配合粉末をポットミルにて24時間、エタノール溶媒
を用いて湿式混合を行った後、得られた混合粉末にポリ
ビニルアルコール等の成形用バインダーを加えて乾燥造
粒し、それを原料として金型に入れ成形圧1t/cm2でプレ
ス成形して成形体を得た。成形体は脱バンイダー処理
後、アルゴンガス雰囲気中で第１表に示す焼成条件下で
無加圧焼成した。
を用いて湿式混合を行った後、得られた混合粉末にポリ
ビニルアルコール等の成形用バインダーを加えて乾燥造
粒し、それを原料として金型に入れ成形圧1t/cm2でプレ
ス成形して成形体を得た。成形体は脱バンイダー処理
後、アルゴンガス雰囲気中で第１表に示す焼成条件下で
無加圧焼成した。
得られた焼結体の理論密度比、耐酸化性（1400℃出の酸
化増量）及び圧痕法で求めた靱性値（K1ｃ）を測定した
結果は表１にNo.21,22として示すとおりである。
化増量）及び圧痕法で求めた靱性値（K1ｃ）を測定した
結果は表１にNo.21,22として示すとおりである。
表１に記載のデータから明らかなように、本発明の試料
番号７−17及び21,22では1400℃での酸化増量が少なく
（0.4mg/cm2以下）また靱性に優れ（MN/m3/2＝６以上）
ている。
番号７−17及び21,22では1400℃での酸化増量が少なく
（0.4mg/cm2以下）また靱性に優れ（MN/m3/2＝６以上）
ている。
しかし表１のデータから判るように試料番号１〜６のも
のは、成分組成が本発明の範囲から逸脱するものであっ
て、焼結体の密度、高温耐酸化性、靱性又は電気比抵抗
が悪い。また試料番号19、20は焼成温度が本発明の範囲
外であって、焼結が不充分であるものと焼結体の分解が
激しくボイドが生じている。
のは、成分組成が本発明の範囲から逸脱するものであっ
て、焼結体の密度、高温耐酸化性、靱性又は電気比抵抗
が悪い。また試料番号19、20は焼成温度が本発明の範囲
外であって、焼結が不充分であるものと焼結体の分解が
激しくボイドが生じている。
上記の場合の焼成は総て無加圧焼成によるものである
が、ホットプレス焼成を採用しても、ほぼ同様の結果が
得られるのである。
が、ホットプレス焼成を採用しても、ほぼ同様の結果が
得られるのである。
なお、SiCは導電性に優れ、放電加圧が可能なため、精
密な微細加工が要求される、例えば精密な微細孔を有す
る噴射ノズルなどの用途に適している材料で知られてい
るが、添加組成の重量比又は混合等の条件により導電率
（電気比抵抗）にかなりの差が生じる。従って、前記試
料７〜８、21及び22についてその電気比抵抗を測定して
みたところ、各々多少のバラツキはあるがいずれも10Ω
・cm以下のを示しており、放電加工ができる可能性が充
分あることが分かった。
密な微細加工が要求される、例えば精密な微細孔を有す
る噴射ノズルなどの用途に適している材料で知られてい
るが、添加組成の重量比又は混合等の条件により導電率
（電気比抵抗）にかなりの差が生じる。従って、前記試
料７〜８、21及び22についてその電気比抵抗を測定して
みたところ、各々多少のバラツキはあるがいずれも10Ω
・cm以下のを示しており、放電加工ができる可能性が充
分あることが分かった。
（発明の効果） 以上本発明によれば、従来例に比して比較的低温の1800
℃〜1950℃の焼成で目的とする焼結体が得られ、得られ
た焼結体は以下の優れた特性を有するものであって、従
来にないものである。
℃〜1950℃の焼成で目的とする焼結体が得られ、得られ
た焼結体は以下の優れた特性を有するものであって、従
来にないものである。
すなわち、耐酸化性が1400℃酸化増量として0.4mg/cm2
以下であり、靱性は臨界応力拡大係数K1ｃ（MN/m3/2）
として６以上である。
以下であり、靱性は臨界応力拡大係数K1ｃ（MN/m3/2）
として６以上である。
なお、導電性については、電気比抵抗が10Ω・cm以下で
あることが理解されたが、因みに、ボロン−炭素焼結助
剤を用いた一般の炭化珪素質焼結体のそれが105〜106Ω
・cmであることと比較すると格段の差がある。
あることが理解されたが、因みに、ボロン−炭素焼結助
剤を用いた一般の炭化珪素質焼結体のそれが105〜106Ω
・cmであることと比較すると格段の差がある。
Claims (2)
- 【請求項１】SiC結晶を主体とし、その粒界相にアルミ
ニウム（Al）及びイットリウム（Ｙ）の化合物を含む焼
結体中に、WSi2を１〜４重量％含有するとともに、理論
密度比93％以上であることを特徴とする炭化珪素質焼結
体。 - 【請求項２】Al2O3１〜７重量％、Y2O30.1〜５重量％、
Ｗ化合物から選ばれる一種以上をＷ単体に換算して0.5
〜３重量％と、残部SiCとからなる圧粉成形体を非酸化
性雰囲気中において1800〜1950℃の温度で焼成すること
を特徴する炭化珪素質焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60067691A JPH0737340B2 (ja) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | 炭化珪素質焼結体及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60067691A JPH0737340B2 (ja) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | 炭化珪素質焼結体及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61227965A JPS61227965A (ja) | 1986-10-11 |
| JPH0737340B2 true JPH0737340B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=13352252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60067691A Expired - Lifetime JPH0737340B2 (ja) | 1985-03-30 | 1985-03-30 | 炭化珪素質焼結体及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0737340B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59160745A (ja) * | 1983-03-04 | 1984-09-11 | Hitachi Ltd | 油入機器の油中ガス検出装置 |
-
1985
- 1985-03-30 JP JP60067691A patent/JPH0737340B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61227965A (ja) | 1986-10-11 |
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