JPH107463A - 快削性炭化けい素焼結体及びその製造方法 - Google Patents

快削性炭化けい素焼結体及びその製造方法

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JPH107463A
JPH107463A JP8179823A JP17982396A JPH107463A JP H107463 A JPH107463 A JP H107463A JP 8179823 A JP8179823 A JP 8179823A JP 17982396 A JP17982396 A JP 17982396A JP H107463 A JPH107463 A JP H107463A
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JP
Japan
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sintered body
powder
free
silicon carbide
sintering
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JP8179823A
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Yoshiji Nishi
芳次 西
Tatsuya Shiogai
達也 塩貝
Noboru Miyata
昇 宮田
Yoichi Ishida
陽一 石田
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Taiheiyo Cement Corp
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Nihon Cement Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の快削性セラミックスは、耐熱性が低か
った。 【解決手段】 焼結助剤としてEr2O3を3〜8wt%
及びY2O3を1〜3wt%含み、もしくはDy2O3、S
m2O3またはHo2O3を1〜5wt%及びCを1〜3w
t%含み、それらの焼結体の相対密度が55〜75%で
あることとした快削性炭化けい素焼結体。SiC粉末に
焼結助剤であるEr2O3粉末を3〜8wt%及びY2O3
粉末を1〜3wt%添加、もしくはDy2O3、Sm2O3
またはHo2O3粉末を1〜5wt%及びタールピッチを
C換算で1〜3wt%添加しその粉末を成形した後、そ
の成形体を常圧または加圧不活性ガス中で1800〜2
100℃の温度で焼成することとした快削性炭化けい素
焼結体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化けい素焼結体
及びその製造方法に関し、特に快削性を有する炭化けい
素焼結体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セラミックスは、一般に耐熱性、耐酸化
性、耐薬品性などに優れるため、種々の用途に応用され
ている。しかし、セラミックスは難加工性であるため、
精度の良い加工が出来ない、あるいは加工費が非常に高
くなるなどの問題があってその用途が限定されていた。
【0003】この難加工性を改善するため、研削が容易
な加工性に優れたセラミックスが快削性(マシナブル)
セラミックスとして出現してきた。これは主に酸化物系
のマイカセラミックス等である。
【0004】このような状況の中で、熱機関(例:ガス
タービン)などに使用されるセラミックス部品は、機関
の熱効率向上、あるいはその部品を焼結する焼成技術の
向上などのため、最近ではますます高温化されているこ
とから、安価に加工し易い上に耐熱性に優れたセラミッ
クスが強く要求されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記快
削性セラミックスは、加工性に優れているので加工費が
安く、そのほかセラミックス特有の電気絶縁性や耐酸化
性、耐薬品性などにも優れているが、セラミックス中の
粒界に低融点のガラス相を多く含むため、耐熱性が低
く、前記の要求に応えることができ得なかった。
【0006】本発明は、上述した従来の快削性セラミッ
クスが有する課題に鑑みなされたものであって、その目
的は、加工性に優れる上に、耐熱性にも優れた快削性セ
ラミックス及びその製造方法をも提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、セラミックスとして
耐熱性に優れている炭化けい素セラミックスとし、その
炭化けい素セラミックスをSiC粉末に焼結助剤として
Er2O3及びY2O3を適量添加、あるいはDy2O3、S
m2O3またはHo2O3及びタールピッチを適量添加した
粉末を成形し、その成形体を適切な相対密度になるよう
焼結して作製すれば、作製した炭化けい素焼結体が快削
性セラミックスになるとの知見を得て本発明を完成し
た。
【0008】即ち本発明は、(1)SiC焼結体におい
て、焼結助剤としてEr2O3を3〜8wt%及びY2O3
を1〜3wt%含み、その焼結体の相対密度が55〜7
5%であることを特徴とする快削性炭化けい素焼結体
(請求項1)とし、また、(2)SiC焼結体におい
て、焼結助剤としてDy2O3、Sm2O3またはHo2O3
を1〜5wt%及びCを1〜3wt%含み、その焼結体
の相対密度が55〜75%であることを特徴とする快削
性炭化けい素焼結体(請求項2)とし、さらに、(3)
焼結助剤としてEr2O3及びY2O3を含み、その焼結体
の相対密度が55〜75%である快削性炭化けい素焼結
体の製造方法において、SiC粉末に焼結助剤であるE
r2O3粉末を3〜8wt%及びY2O3粉末を1〜3wt
%添加しその粉末を成形した後、その成形体を常圧また
は加圧不活性ガス中で1800〜2100℃の温度で焼
成することを特徴とする快削性炭化けい素焼結体の製造
方法(請求項3)とし、さらにまた、(4)焼結助剤と
してDy2O3、Sm2O3またはHo2O3及びCを含み、
その焼結体の相対密度が55〜75%である快削性炭化
けい素焼結体の製造方法において、焼結助剤であるDy
2O3、Sm2O3またはHo2O3粉末を1〜5wt%及び
タールピッチをC換算で1〜3wt%添加しその粉末を
成形した後、その成形体を常圧または加圧不活性ガス中
で1800〜2100℃の温度で焼成することを特徴と
する快削性炭化けい素焼結体の製造方法(請求項4)と
することを要旨とする。以下、さらに詳細に説明する。
【0009】耐熱性に優れるセラミックスとしては、粒
界相の少ない炭化けい素セラミックスが良く知られてい
る。しかし、この炭化けい素セラミックスは、一般に
B、C等を焼結助剤として添加し、2000℃以上の温
度で焼成して比較的緻密に焼結させるため、その焼結体
は高強度、高硬度であり、また低靱性であるため研削加
工が難しい。この焼結体を焼結制御して研削し易い強度
に落とした比較的疎な焼結体とすれば、具体的に述べる
と相対密度で55〜75%にした焼結体とすれば、研削
加工が容易な快削性セラミックスとすることができる
が、上述の焼結助剤では焼結制御が難しいため、上記範
囲の相対密度とし難く、快削性セラミックスとし難い。
【0010】上述の焼結助剤に代えて上記範囲の相対密
度にし易い焼結助剤としては、Er2O3及びY2O3粉末
とし、あるいはDy2O3、Sm2O3またはHo2O3粉末
及びタールピッチとした。これらの焼結助剤であると焼
結を制御し易いため、相対密度を55〜75%の範囲に
入れ易く、簡単に快削性となる焼結体とすることができ
る。相対密度が75%を越えると焼結が進み過ぎ強度が
高くなって研削が容易でない焼結体となり、逆に55%
を下回ると焼結不足で強度不足の焼結体となり、いずれ
も好ましくない。
【0011】これら焼結助剤の添加量としては、Er2
O3粉末では3〜8wt%、Y2O3では1〜3wt%と
し、Dy2O3、Sm2O3またはHo2O3では1〜5wt
%、タールピッチではC換算で1〜3wt%とした。こ
れらの範囲より少ないと焼結助剤としての効果が発揮さ
れず、焼結が進まないで加工に耐える強度を有する焼結
体が得られない。これらの範囲を越えるとY2O3の場合
は焼結が促進され過ぎ難加工性となるが、タールピッチ
の場合は焼結が阻害され焼結が不十分となり、またフリ
ーカーボンが残存し好ましくない。そのほかの場合は添
加量が多くても焼結が促進されずに難加工性とならない
ものの、その原料価格が極めて高くなるため好ましくな
い。
【0012】上記焼結助剤を含む成形体の焼結方法とし
ては、常圧または加圧不活性ガス中で1800〜210
0℃の温度で焼成することとした。焼結温度が1800
℃より低いと焼結不足で好ましくない。2100℃を越
えると焼結助剤の分解反応や異常粒成長が起こり適度な
強度を有した焼結体が得られない
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の製造方法をさらに詳細に
述べると、先ずSiC粉末に焼結助剤であるEr2O3及
びY2O3粉末を、あるいはDy2O3、Sm2O3またはH
o2O3粉末及びタールピッチをそれぞれ上記範囲内の量
だけ添加した原料粉末を慣用の方法、例えばボールミ
ル、アトリッション型ミル等で湿式混合して乾燥する。
【0014】次いで、乾燥した原料粉末を慣用の方法、
例えばCIP成形、射出成形、押出成形法等により成形
する。成形した成形体を常圧又は加圧したArなどの不
活性ガス中で1800〜2100℃の温度で焼成する。
【0015】以上の方法で炭化けい素焼結体を製造すれ
ば、加工性に優れ、かつ耐熱性に優れた快削性の焼結体
を得ることができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明をより詳細に説明する。
【0017】(実施例1〜3) (1)炭化けい素成形体の作製 SiC粉末(シュタルク社製、UF−15、平均粒径
0.4μm)に、Er2O3粉末(信越化学工業社製、R
Uタイプ、平均粒径1.0μm)及びY2O3粉末(信越
化学工業社製、スタンダードタイプ、平均粒径3.0μ
m)を表1に示す割合で加え、SiC製ボールを充填し
た樹脂製ポットミルでメタノールを溶媒として24時間
混合し乾燥後、乳鉢で解砕して原料粉末を作製した。こ
の原料粉末をφ50×10tにプレス成形した後、15
0MPaの圧力でCIP成形した。別に加工性を評価す
るため、φ20×100tの成形体も同じ条件で作製し
た。
【0018】(2)炭化けい素焼結体の作製 作製したSiC成形体をカーボン製のルツボに入れ、常
圧のArガス中で表1に示す焼成温度で3時間保持し焼
結体を作製した。
【0019】(3)評価 得られた焼結体より、JIS試験片を切り出し、アルキ
メデス法で嵩密度を測定し、相対密度を算出した。ま
た、この試験片の3点曲げ強度を測定した。さらに、こ
の試験片を片持ち梁の状態で抵抗式加熱炉を用いて大気
中1600℃に加熱し24時間保持した。炉冷後、試験
片の変形及び表面の状態を観察して耐熱性を評価し、変
形がなく、表面に変質相のないものを良好(○)とし
た。さらにまた、加工性評価用の焼結体を旋盤を用い超
硬バイトで研削して加工性を評価し、焼結体のカケ、ワ
レ及びバイトの摩耗が認められないものを良好(○)と
した。それらの結果を表1に示す。
【0020】(実施例4〜8)焼結助剤としてDy2O3
粉末(信越化学工業社製、RUタイプ、平均粒径1.4
μm)、Sm2O3粉末(信越化学工業社製、SUタイ
プ、平均粒径1.3μm)またはHo2O3粉末(信越化
学工業社製、SUタイプ、平均粒径0.8μm)及びタ
ールピッチを表1に示す割合で加えた他は実施例と同じ
く焼結体を作製し、評価した。それらの結果も表1に示
す。
【0021】(比較例1〜22)比較のために、比較例
1〜3、5〜8、10〜13、15〜18では焼結助剤
の添加量を本発明の範囲外にした他は、比較例4、9、
14、19では焼結温度を本発明の範囲外にした他は実
施例と同じく焼結体を作製し、評価した。また、比較例
20では従来の焼結助剤(B、C)を表3に示す割合で
加え、実施例と同様に焼結体を作製し、評価した。さら
に、比較例21、22では市販品の快削性セラミックス
を入手し、実施例と同様に評価した。それらの結果を表
2及び3に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】表1から明らかなように、実施例1〜8に
おいては、焼結体の相対密度がいずれも本発明の範囲に
入っているので、適当な強度を有し、耐熱性に優れ、か
つ研削性の良好な炭化けい素焼結体が得られている。
【0026】これに対して表2、3で明らかなように、
比較例1〜3、5〜8、10〜13、15〜18では、
焼結助剤のいずれかがその添加量において本発明の範囲
外にあるため、焼結体の相対密度が本発明の範囲外とな
り、耐熱性、あるいは研削性が不良であった。また、比
較例4、9、14、19では、焼結温度が本発明の範囲
より低いため、焼結体の相対密度が低く満足な強度が得
られなかった。さらに、比較例20では、従来の焼結助
剤を使用しているので相対密度が高く研削が極めて困難
で、この焼結温度より低くすると急激に相対密度が低く
なり、焼結制御が難しかった。さらにまた、比較例2
1、22の市販マシナブルセラミックスでは、研削性は
優れるものの、耐熱性が不良であった。
【0027】
【発明の効果】本発明の方法で炭化けい素焼結体を製造
することにより、研削性に優れた焼結体を得ることがで
きた。これにより、研削性に優れ、かつ耐熱性にも優れ
た快削性セラミックスとその製造方法を提供できるよう
になった。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiC焼結体において、焼結助剤として
    Er2O3を3〜8wt%及びY2O3を1〜3wt%含
    み、その焼結体の相対密度が55〜75%であることを
    特徴とする快削性炭化けい素焼結体。
  2. 【請求項2】 SiC焼結体において、焼結助剤として
    Dy2O3、Sm2O3またはHo2O3を1〜5wt%及び
    Cを1〜3wt%含み、その焼結体の相対密度が55〜
    75%であることを特徴とする快削性炭化けい素焼結
    体。
  3. 【請求項3】 焼結助剤としてEr2O3及びY2O3を含
    み、その焼結体の相対密度が55〜75%である快削性
    炭化けい素焼結体の製造方法において、SiC粉末に焼
    結助剤であるEr2O3粉末を3〜8wt%及びY2O3粉
    末を1〜3wt%添加しその粉末を成形した後、その成
    形体を常圧または加圧不活性ガス中で1800〜210
    0℃の温度で焼成することを特徴とする快削性炭化けい
    素焼結体の製造方法。
  4. 【請求項4】 焼結助剤としてDy2O3、Sm2O3また
    はHo2O3及びCを含み、その焼結体の相対密度が55
    〜75%である快削性炭化けい素焼結体の製造方法にお
    いて、SiC粉末に焼結助剤であるDy2O3、Sm2O3
    またはHo2O3粉末を1〜5wt%及びタールピッチを
    C換算で1〜3wt%添加しその粉末を成形した後、そ
    の成形体を常圧または加圧不活性ガス中で1800〜2
    100℃の温度で焼成することを特徴とする快削性炭化
    けい素焼結体の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005026075A3 (de) * 2003-09-15 2005-06-02 Max Planck Gesellschaft Flüssigphasenverdichtete siliciumcarbidkeramiken mit hoher oxidationsbeständigkeit an feuchter atmosphäre
CN109336609A (zh) * 2018-11-12 2019-02-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高热导、电绝缘液相烧结碳化硅陶瓷及其sps工艺制备方法
CN109592983A (zh) * 2017-09-30 2019-04-09 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高热导液相烧结碳化硅陶瓷及其制备方法

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CN109336609A (zh) * 2018-11-12 2019-02-15 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种高热导、电绝缘液相烧结碳化硅陶瓷及其sps工艺制备方法

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Legal Events

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Effective date: 20041202