JPS59195585A - 立方晶炭化ケイ素粉末の焼結法 - Google Patents

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】 本発明は立方晶炭化けい素（以下β−３ｉＯと記ル（す
る）粉末の焼結法に関する。

炭化けい素糸焼結体は硬度と高温強度が大きいことから
、耐摩耗、耐熱材料に広く利用されている。炭化けい素
は大別してα、βの２つの結晶形のものがあるが、本発
明はβ−８ｉＣの焼結法に関する。

β−８ｉＣの焼結洗上して、従来β−３ｉＣ粉末に炭素
を０．１〜１．０重量％とほう素量３〜３　ｍ！、’、
　ｆｉｔ％を混合し、その混合物を不活性雰囲気下で、
１９００〜２１００℃で焼成する方法が知られている。

（特公昭５７−３２０３５号公報）。β−３ｉＣｉ粉末
のち密化の困難な点は、ち密化の終期に粒成長が生ずる
ことである。はう素はこの焼結のち密化に必要であるが
、同時に焼結終期の粒成長を促進する。前記方法におい
てはほう素足が０．３〜３１量％と多いので、ち密化の
終期に粒径１００μｍ以上の粒子が夕景に生成し、高強
度の焼結体を得にくい欠点がある。

本発明はこの欠点を改善し、粒成長のない高密度の焼結
体を容易に得られるβ−３ｉＯ粉末の焼結法を提供する
にある。

本発明者らは前記目的を達成ずべく、鋭意研究の結果、
β−８ｉＯ粒子の粒界エネルギーを他の無定形物質を介
在させることによって低下させると、焼結が駆動され粒
成長が抑制されることを知見した。すなわち、粒界に第
２相を介在させることによって、はう素の添加量を減ら
し得て焼結終期の粒成長が抑制される。粒界に介在させ
る無定形物質としては、無りａ酸化物のガラスでもよい
が、高温物性の劣化を招かないためには無定形炭素が優
れていることを知見した。

寸た前記特公昭５７−３２０３５号においては、炭素は
ＳｉＯの脱酸に必要な量を超える過剰の炭素は有害であ
るとされているが、はう素の景を少なくして、炭素量を
多くし、前記の粒界相の厚みを粒界エネルギーを紛和す
るに十分な厚さとすると高密の焼結体が得られる。

図１に種々の炭素を添加して焼成したＳｉｃ焼結体の密
度と炭素添加量を示した。この場合のホウ素添加量は０
．２重量％と０．６重量％である。図１から炭素の最適
添加量は１１量％を超え３１量％以下であることがわか
る。

炭素量が１ｕＩｉ景％以下になるとβ−８ｉＯ粒子の粒
界に介在させる第２相の厚みが不十分でち密化が困難と
なる。址だ３重量％を超えると過剰となシち密化を阻害
する。

炭素を添加する方法としては、高分子重合物、例えば、
ピッチタール、フラン樹脂、フェノール樹脂、あるいは
ポリイミド系まだはポリアクリロニトリル系樹脂原料を
アセトン、ベンゼン、アルコール等の溶剤に溶かし、こ
れをβ−８ｉ（Ｅ粉末表面上に均一に付着させて乾燥し
、化学的に不活性雰囲気中で例えば４００〜５５０℃ま
で毎時３０℃で昇温じて、ＳｉＯ粉末表面に炭素を形成
させることによって含有させる。

はう素の添加に関し、図２にほう素添加量と密度２粒成
長の関係（焼成温度２０５０℃）を示した。

図中の黒丸は粒成長、白丸は粒成長のないもので、数字
は密度である。図よりほう素の最適添加量は０．１５重
量％以上０．３％未満であることがわかる。

すなわち、はう素が０．３重量％以上では粒成長が生じ
、０．１５重量％未満ではち密化が不十分であシ、高密
な焼結体が得られない。はう素の添加はほう素金属、炭
化はう素あるいは加熱によってほう素となる化合物で加
える。

炭素とほう素を混合したβ−５ｉＣ粉末を成形し、該成
形体を化学的不活性な雰囲気中、例えばアルゴンガス中
で１９００〜２２００　℃で焼成する。１９００℃より
低い温度では焼結が不充分で密度゛が高いも。

のが得られない。また２２ｏｏ℃を超える焼結は必要で
なく、経済的に損失となる。

以上の知見に基づいて本発明を完成した。

その要旨は、立方晶炭化ケイ素粉末に、炭素を１重量％
を超え、３重量％以下および、はう素または加熱により
ほう素を生成する化合物をほう素として、０８１５重址
％以上０．３重景％未満の量で含有させ、これを化学的
に不活性な雰囲気中で１９００〜２２ｏｏ℃で焼成し、
粒成長が生じなく、かつち密な焼結体を得る立方晶炭化
けい素粉末の焼結法である。

実施例１ 下表１に示すβ−５ｉＣ粉末を使用した。

表　１　　用いたβ−８ｉＧ粉末 真　　比　　重　　　　３．１９〜３．２２　　　ｆ／
♂結　　晶　　形　　　立方晶（３ｏ） 平均粒径　０．２５〜０．２８　μｍ １μｍ以下の粒　　　９５〜９８％ 比表面積　１５．１〜１８．７　ｍ２／ｙ不純物量　Ａ
Ｉ　　０．０３〜０．０６％Ｆｅ　　　　Ｏ，０３〜０
．０７　　ｔｐＳｉｎ２　０．２２〜（）、３３　　＃
炭素源としてフラン樹脂を用いた。フラン樹脂をアセト
ンに溶解し、と（〜溶液で残留炭素として２聾量％にな
る量をβ−３ｉＧ粉末に付着させ、真空乾燥器中で約１
ｏｏ℃で２４時間保ち十分乾燥し、アルゴンガス雰囲気
の炉中で４００〜５５０℃になるまで毎分３℃で昇温し
、β−８ｉＯ粉末の表（２）に炭素を均一に形成させた
。これにほう素を０．２．７量％添加し、十分に混合し
、ラバープレスで理論密度の約６０％に成形した。この
成形物を−気圧のアルゴンガス雰囲気中で約２１００℃
１５分間焼成した。得られた焼結体は約３〜１０μｍ程
度の粒子から成り異常な粒成長は認められず、密度も３
．０８５’／σ５（理論密度の９６％）に達し、高密な
焼結体が得られた。焼結体の特性を表２に、組織のＳＥ
Ｎ写真を図３に示す。図（ａ）は破面図（ｂ）はエツチ
ング面を示す。

表　２　β−８ｉＣ焼結体の特性 Ｃ添加量　　　２重量％ Ｂ　　　／／　　　　　０．２１Ｆ 密度　　　３．０８　ｆ／ｃｒｎ’ 粒径　　　３〜１０μｍ 強度　　　　　室温　　４５０　ＭＰａ１５００℃５１
０　　ａｐａ 比較例１ 実施例１と同様な方法で比較試料Ａ、Ｂを作製した。１
、試料Ａではほう素添加量が過剰の０．４重量％であシ
、また試料Ｂでは炭素が０゜２５Ｍ量％で本発明の最適
量の４以下である。得られた焼結体は下表３および図４
のＳＥＮ写真に示すものであった０ 表３　比較例 Ｃ添加量＊）１．７％　　　　０．５％Ｂ　ｔｔ　　　
Ｏ，４％　　０．２５％密　　　度　　　　　３．１６
　ｒ／ｃｗＬ’　　　　２．３４組　　織　　　　粒成
長　　　ち密化不十分水）試料Ｂでは炭素源はフェノー
ル樹脂である。

試料Ａではほう素を過剰に加えたために、ち密化は達せ
られたものの、異常な粒成長が著しく発生した（図４参
照）。このため試料Ａは高性能の材料として期待されな
い。一方試料Ｂは炭素添加量が不足しているために、ち
密化が十分でなく気孔が多く、脆弱な材料である。また
反対に、はう素添加量が不足（０，１５％未満）する場
合と炭素添加量が過剰（３％以上）の場合も、ち密化が
十分に進行しないのは図１２図２から自明である。

以上のごと〈実施例と比較例を対照すれば明らかなよう
に、本発明によればほう素置が少（ｉｔで高密度が得ら
れ、また炭素を粒界第２相にするに十分な量（１〜３％
）を加えることによって、従来よりも粒成長が少なくか
つ高密度なものが得られる。

【図面の簡単な説明】

図１は種々の炭素をβ−３ｉＣに添加して焼結したβ−
３ｉＣ焼結体の密度と炭素含有量の関係図、　一つ 図２はほう素の添加量と焼結終期の粒成長の関係　と図
、図３は実施例１による焼結体のＳＥＷ写真で、　−特
許出願人　　科学技術庁無機材質研究所し１）　中　　
廣　　吉 図　　　１ ０　　　　　１　　　　　２　　　　　３　　　　　４
　　　　　５１ｆ２ うし尤ミ訣Ｖロー写［（（σ−に−・のｌ凶　　３ 側　　　−７ −） （ｂ）　　　πアｒ 手続前止３１）（方式） ％式％ ４５８年特許願第６６１７’６け 名称 する者 −との関係　　特許出願人 後藤　優。 令のロイ」１、：・２．　・・：　　１５８年′７月２
６１−ｌ ヌ・］象 の血り　１図１ＩＩＩ（第４１Ａ）の浄、１シ（内容に
技史／ｒし）：→ 手続補正書（自発） 昭和５８年　９月／４１日 ・７、＼′ ｑ！ｆ、？’ｌ−庁長官　殿　　　　　　　　　　′−
′工　事件の表示 昭和５８年特許願第６６１７６号 ２　発明の名称 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （自　発） ５　補正の対象 図面 ６　補正の内容 図２を別紙の通り訂正する

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 立方晶炭化ケイ素粉末に、炭素を１重量％を超え、３％
   以下およびほう禦または加熱によりほう素を生成するほ
   う素化合物をほう素として０．１５重量％以上０．３重
   ｆ１％未満の量で含有させ、これを化学的不活性な雰囲
   気中で１９００〜２２ｏｏ℃で鳴成することを特徴とす
   る立方晶炭化ケイ素粉末づ焼結法。