JPS5891067A

JPS5891067A - 高密度炭化珪素質焼結体の製造法

Info

Publication number: JPS5891067A
Application number: JP56189212A
Authority: JP
Inventors: 恵一朗鈴木; 伸広篠原; 幹夫佐々木
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1981-11-27
Filing date: 1981-11-27
Publication date: 1983-05-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、高密度炭化珪素１ｔｔ＜熔給体の製造法に関
すイ）ものである。

炭化珪素は従来より１＋９’　Ｄｉが高く、耐摩耗性に
すぐれ、熱膨張率が小さく、また分解温度が高く、耐重
゛化性が大きく、化学的に安定でかつ一般にかなりの電
気伝道性を有する有用なセラミックス材料として知られ
ている。この炭化珪素の高密度熔給体は上記の性質に加
え、強度が高温捷で大きく、耐熱衝撃性にすぐれ、高Ｍ
ｌ構造材料として有望とされ、ガスタービン用をはじめ
として種々の用途にその応用が試みられている。

炭化珪素焼結体はホットプレス焼結、常圧焼結、反応焼
結、再結晶、化学的蒸着などの方法によって作製される
。これらの方法のなかで工業的に最も有利な方法は電圧
焼結法と考えらねる。電圧焼結法によればセラミックス
材料のルに形に一般にノ↑１いられるプレス法、泥漿鋳
込法、押出成形法、射出成形法などの方法によシ成形す
ることができ複雑形状品、大寸広島、肉厚品を段も容易
に、生産性邸く穿り造することができる。しかもこの方
法による製品には反応焼結、再結晶法による製品に比べ
高性能が期待できる。

しかし、炭化珪素は共有結合性の強い化合物であるため
常圧焼結法のヤ合、ホットプレス焼結法の場合も同様で
あるが学独では焼結が困難であり、高密度の焼結体を得
るだめには何らかの焙′結助剤の添加が必要である。ホ
ットプレス焼結法の場合には會結助剤としてはホウ素あ
るいはホウ素化合物、またはアルミニウムあるいはアル
ミニウム化合物などが知られている。常圧焼結法の焦合
には、これらにさらに炭素を添加することにより高密度
焼結体が得られることが知られている。

し７ノ・し、常圧焼４′１法の場合このような°焼結助
剤を加オ９ても通常の方法により良好な高性能高密度焼
結体を得ることは痕しい。特に焼結時に、焼結助剤を含
む炭化珪素成形体が分解しゃすく、このために的、形体
が充分に緻密化しないことが問題となる。この問題は、
小さな試料成形体を作る場合もそうであるが、袂雑形状
品、大寸広島、肉厚品を均質な高密度品として、しかも
生産性良く製造しようとする時、特に大きな曲頭となる
。

本発明はアルミニウム及びあるいはアルミニウム化合物
を含む炭化珪素成形体を常圧焼結する際に成形体が分解
し、絡・密化が抑制されるのを防止するとともに、炭化
珪素粒子の成長を積極的に抑制し、微粒子から々る微絹
糸１１織をもつ高密ｍ−な焼結体を得るだめの方法を提
供するものである。

本発明は捷ず焼結助剤としてアルミニウムあるいはアル
ミニウム化合物を使用する場合に関する。

アルミニウムを含む化合物としてはアルミナ、窒化アル
ミニウム、炭化アルミニウム、アルミニシム炭化珪素、
Ｍｌｌｌ目しアルミニウム、リン化アルミニウムなどが
使用できる。これらは酸素を含まないアルミニウム、賛
化アルミニウム、炭化アルミニウム、アルミニウム炭化
珪素、硼化アルミニウム、リン化アルミニウムと酸素を
含むアルミナの２つに分軸される。へ素を含量ない前者
の系の場合には晋通０．５〜５重量％を添加し、さらに
炭素を添加することもある。なお、後者のアルミナを使
用する場合については未だ常圧焼結法により高密度焼結
体を得る方法は全く確立されていなかったが、本発明は
この場合にも高密度焼結体を得る方法を提供することに
成功したものである。

アルミニウム捷たはアルミニウムを含む化合物は焼結助
剤として炭化珪素に加えられるが、通常の方法では焼結
途中でこのアルミニウムまたはアルミニウムを含む化合
！吻が、蒸発、分解し、成形体から除去され易く、この
ため緻密化が介分進行せず、高密度焼結体が得られにく
い。

この問題点を解決するために梗々の賦与を行ったところ
、アルミニウムまたはアルミニウムを含む化合物を含む
炭化珪素質成形体ケ、との種糸では通常使用されるアル
ゴン、ヘリウムなどの雰囲気中にかえで積極的な窒素（
Ｎ２）雰囲気中で焼成することにより高密度高強奪を有
する焼結体を得ることができることが分った。

以上本％４　ｐｌの・焼結助剤として恒適なアルミナを
例にとって説明する。

この方法によればアルゴン雰囲気中などで焼結する場合
より、焼結の進行速度が遅くなり、絡ｌ密化のためには
、より高温が必要となるが、炭化珪素粒子の炉長を抑制
し微細な結晶組繊からなる組成、組織の安定した高６・
・・度炭化珪素焼結体を祠さしめる。例えば、アルゴン
雰囲勿１中で焼結して得られる焼結体中の炭化硅素粒の
平均粒径は多くの場合５μ程度であるが、本発明の♀素
雰囲気中でｉ・いたものはＮ２圧が１５圧の場合も２μ
あるいはそれ以下の平均粒径のものとなる。

また、本発明方法は、成形体を機械的圧力下（いわゆる
ホットプレス）において焼成する場合にも適用は勿論可
能であるが、主目的が優れだ微細組織を無加圧焼結（後
述するように雰囲気ガスを１００気圧程度寸でとしてお
くことは有′４１１であるが、辿称高圧力下で行うホッ
トプレスは必要）ｒい。）でもたらすことのできること
にあるので、この方法により得られる組織の特徴につい
て説明すると次の通りである。

即チ、ホットプレス法の場合には、酸化アルミニウムを
主体としだ液ネ（」の存在下で圧力の印加を受け、容易
に充分に緻密化するが、焼紀体は酸化アルミニウムが粒
界に介在した等軸状炭化珪素お・子からなる微細組織を
有する。そこで高温下では炭化珪素粒界の酸化アルミニ
ウムの雇・化により分度イｊ（下が１著に７ｈＬ”４こ
る。これに対し、本発明の適した通常焼結法の炉台には
焼結札や構は寸だ充分にｆｌ’！’明されていないが、
焼結中に醗・化アルミニウムを主体とした充分な惜の液
イシ１の存在下で炭イヒ狗素羊子の好ましい再配列及び
粒成長が起こると同時に、酊・化アルミニウムを主体と
（７て成分の分７１ｊｊ　ｉ（ｋ発が起こり、絡密化に
富力した酸化アルミニウムの、成形体からの脱離が進み
、発達した柱状あるいは板状粒子かにムみ合った強固な
微細組織が形成されると考えられる。

又、電子顕微欽観察によると、この焼、粘体には炭化珪
素粒間（トリプルホイントなど）に酸什アルミニウム粒
がみられることかを５るものの、相接した炭化珪素粒界
には１４、化アルミニウムなどの第２相がみられ々かっ
た。

本発明でイｆ用される炭化珪素（Ｓｉｎ）原料としては
α形、β形いずれの結晶形のものも使用できるが、β形
の方が好首しい。純度は９８ｑ６以上のものが好ましい
が、９０〜９８係のものも有効に４．”用できる。粒ル
は極微粒の場合、平均粒径よりも比表面積で表わすこと
が適当であり、一般には５　ｒｎ２／　ｆ以上、好まし
くは１０イ／１以上のものを使用することである。

酸化アルミニウムなどのアルミニウム又はアルミニウム
化合物は前述した如きものが使用でキ、単迦なアルミナ
としてはコランタムが便利に使用できるが、ガンマ−形
など他の結晶形のものでもよい。また加熱して酸化アル
ミニウムとなる水酸化アルミニウム、値酸アルミニウム
なども使用でき、本発明で酸化アルミニウムとは、これ
らの慣化アルミニウムをもたらす化合物も含むものであ
る。粒度は９８チ以上で低ソーダのものが好ましく、粒
）！シは平均粒径が１μｍ以下のものがよく、好ましく
け０２μｍ以下である。

本発明でこの酸化アルミニウムの炭化珪素との合量にお
ける割合はＡｌ２Ｏ３としての重稠゛チで０５〜３５重
量％、特には２〜２０チである。

これは０５チ以下だと焼Ｐζ時に緻密化が十分進まず、
高密度焼結体が得られ々いなどのためであり、逆に３５
％以上になると１９００℃以下の低温で＋ｆｆ１＝結し
ても緻密化するが強度が低下する。又、１９００〜２３
００℃で焼結すると分解惜が増大し、多孔化するなどの
ためである。

本発明では、原料的には醇化アルミニウムのほかは残部
が実質的に炭化珪素からなる混合物を調整することが望
ましく、またそれで十分目的のものが得られるのが１つ
の特徴でもあるが、勿論例えば炭化珪累原料中に不可避
的に不純管として含まれる又は粉砕過程で混入する少便
の他の成分が含まれていても差し支えなく、後述するよ
うに酸化シリコンなどの１部の成分では比較的多く含１
れても差支えないのもまた一面では利点である。成形方
法としては普通セラミックスの成形に使用される方法が
すべて使用できる。即ち、プレス成形、泥ｋ　ｆｅＡ込
成形成形出成形、押出成形などが適当である。知・・成
は、窄素雰囲気中俳加圧にて１９００〜２３００℃で行
うことが必要である。温度はより打首しくは２０００〜
２２００℃である。温庶が１９００℃より低いと緻密化
が充分進ます高密Ｋ（焼結体が得られず２３００℃より
高いと成形体が分解し過き多孔化し打首しくないからで
ある。同、時間は通電１〜４８時ｌ必要でより好ましく
は２〜２４時間である。こねは詩画が短か過ぎるとｋＪ
、缶化せず、また緻密化しても充分な強度が生ぜず、長
辿き′ると力解し過き多孔化し打首しくないことが多い
からである。

尚、ｇ素雰囲気としてのガス圧力として６大気圧はもち
ろん、減圧も使用することができるが、加圧することが
より効抹・的でめることか見い出さ扛ており、それは大
１７１２〜】００免圧程度である。これは、このような
窒素ガス加圧下での焼成で祷られる焼到体における炭化
珪系粒子は１勿圧のときより粒Ｉｉｙ；長が抑制され易
く平均粒径として１μ以下のより微細な微細組織が得ら
れるからである。

本発明において、この窒篇カス雰囲シは、雰囲悸として
の主体が窒六−ガスであればよいのでｈ　！ｌ）　、一
部アルゴン、ヘリウムなど非酸化性カスが含まれていて
も差支えはない。

このように本発明は、アルミナをφＸ？−助剤として常
圧焼結する場合でも炭化珪素＞−，１子の成長を抑制し
た←扛た虻細＃Ｉ峨からなるρ１市・度の帰：’、！４
体葡倶さしめることを可能としだものであり、その工業
的な価値は多大である。

本発明を実施例にて、さらに説１明する。

実施例第１表に示すように、純度９８重忙チ以上、比表面積１
３ｍ２／１ｉ＋以上のβ型炭化硅素と、純度９８重量％
以上、比表面積５ｍ′／グ以上の添加剤を所定割合にて
混合し、これを２０００　Ｋ９／　Ｃａの圧力にてｂり
圧成形し、約４０Ｘ２０Ｘ１５叫の成形体としだ。この
成形体を、この成形体より少し大きいフタ付きのカーボ
ン容器中に装置して第１表に示す焼成条件にて蜘結°し
た。この結果得られた焼結体の密度、炭化珪素ｔｉ′ｌ
子径を同じく第１表に示す。

比　　−Ｆ　料糎結雰囲り１のみを変え、仙は実施例の場合と同様にし
て行った比較＋／Ｊについても第１表に示す。

第　　】　　表扁４は比較例届５のＣはフェノール樹脂として添加

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　アルミニウム及び又はアルミニウムを含む化
合物を含む炭化珪素質成形体を窒素ガス雰囲気中で焼成
することを特徴とする詳密度炭化珪素質焼結体の製造法
。
（２）　　窒素ガス雰四偲孕２〜１００便圧の加圧雰叩
気とする特許請求の範囲第１項記彰の製造法。
（３）　　アルミニウムを含む化合物を酸化アルミニウ
ムとし、該酸化アルミニウムをＡｌ２Ｏ３として０５〜
３５重量％と、残部実質的に炭化珪素よりなる浜合榊・
を成形した炭化珪素質成形体を窒素ガス雰囲気中で焼成
する特許請求の範囲第１珈又は第２項記載の型造法。
（４）酸化アルミニウムをＡｌ２Ｏ３として２〜２０重
量％含む炭化珪素質成形体を使用する特許請求の範囲第
３項記載の製造法。
（５）　　　成形体を棲坤的圧力下におかずに１９００
〜２３００℃で焼結する特許請求の範囲第１項乃至第４
項いずれか記畝の製造法。