JPS5957960A - 繊維強化型炭化硅素焼結体の製造法 - 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】 （イ）背景技術 本発明は耐熱性上ラミック焼結体、特に炭化硅素焼結体
の製造法に関するものである。

耐熱壮士ラミックのなかでも炭化硅素は耐熱性、耐食性
が特に優れているため、高温ガス中で使用するタービン
、ディーゼルエンジンなどの構造材、部品材として有力
であり非常に関心にもって進められている。

耐熱性上ラミック焼結体のこれら構造材への使用に当っ
ては、高温における物理的、化学的安定性が要求される
。特に高温における機械的特性の高いことが望まれてい
る。

ところが窒化硅素や炭化硅素はともに共有結合性化合物
であって難焼結材とされている。

従って、窒化硅素や炭化硅素はそれ単独に焼結させるの
ではなく、焼結助剤を数係乃至数１ＯＬ：Ｉ）添加する
ことにより低融点化合物を形成させ焼結させている。

例えば炭化硅素の場合には、焼結助剤としてＡ、＃。

Ｂ、　Ｂ　４　Ｃ，ｈ１３２０　ａなど全単独又は複数
の組み合せで１〜２０％添加し、ホットプレスを行うこ
とによって理論密度に近い焼結体が得られている。

しかしながら、このようにして得られる焼結体は、高温
における強度が不十分である。

即ち、焼結助剤として添加したＡ石２０３　　などは前
記したように低融点化合物と形成して焼結全促進せしめ
るという利点がある反面、この低融点化合物が原因して
高温における強度が下るのである。

このようなことから、窒化硅素や炭化硅素焼結体製造時
における焼結助剤の種類やその量全できるだけ少なくす
るなどの検討がなされているが、高温時の強度低下の欠
点は未だ解決されていないのが現状である。

本発明者らは上記の点に鑑み、耐熱性とともに高温強度
にすぐれた焼結体を得るべく鋭意検討の結果、先に繊維
状ウィスカーで強化した窒化硅素焼結体の製造法全見出
し出願している。（特願昭５４−１．７１８４．４号及
び特願昭５５−２２９３号）ウィスカーは一般に猫のひ
げ″とも呼ばれる単結晶繊維であって、この繊維の強さ
は多結晶体の数１０倍から数百倍といわれている。

そしてこの単結晶繊維が見出されて以来、夢の材料とし
てその応用が広く検討されつつあるが、未だ実用化には
至っていない。

上記発明者らの出願はこのウィスカーを炭化硅素の焼結
体「１弓ζ分散させるのに工業的に容易な製造法を提供
するものであり、高強度特に高温でも強度の低下が少な
い焼結体が得られるものである。

その製造法は粉末混合時にウィスカーを混合し、このあ
とプレス成型するためにウィスカーの混合が不均一であ
ったり特定方向にのみ揃ってしまい焼結体の強度が方向
によって異るという問題があった。

（ロ）発明の開示 本発明は従来法による炭化硅素焼結体の有する特徴のほ
かに上記の種々の欠点や問題点全も悉く解消することの
できる炭化硅素焼結体の製造法を提供しようとするもの
であり炭化硅素ウィスカー強化炭化硅素焼結体の製造法
の改良に関するものである。

従来技術においては原料粉末混合時に繊維状ウィスカー
と粒状の原料粉末を混合するなめ、均−混合及び大量混
合が困難である欠点があった。

本発明は、この均一混合の困難を解消し、工業的に容易
な新規の製造法を提供するものである。

以下本発明の詳細な説明する。

即ち、粒状の原料粉末及び焼結助剤と繊維状のウィスカ
ーの混合ｔやめて、粒状で熱処理によりウィスカーとな
るウィスカー生成剤及びウィスカー生成促進剤全上記原
料粉末及び焼結助剤に混合し所定形状に成形したのち、
その成形体を非酸化性の雰囲気下で１３００°Ｃ以上、
好ましくは１５００〜１７５０’Ｃの範囲の温度で熱処
理することにより、混合した粒状のウィスカー生成剤よ
り繊維状のウィスカーに成形体中に生成させ、しかる後
更に温度に高めて非酸化性雰囲気下で緻密化焼結を行う
ことにより繊維強化型の炭化硅素焼結体全製造する方法
である。

本発明において原料粉末及び焼結助剤は特に限定される
ものでなく、一般の結晶溝造、化学組成のもので可能で
ある。

混合されるウィスカー生成剤は、非酸化性雰囲気中で、
気体状の一酸化硅素を発生するものであれば良く、本発
明者等は金属Ｓｉ、　Ｓｉｎ、　５ｉ０２等のＳｉ　　
を含む無機化合物、シリコンゴム、シリコン樹脂等のＳ
ｉを含む有機化合物よりなる群から選ばれる１種以上と
、カーボン及び熱分解によってカーボンを生成する様な
有機物よりなる群から選ばれる１種以上の組合せであれ
ば、いずれも同様な上記の効果があること全見出した。

更に、混合されるウィスカー生成促進剤はウィスカー生
成熱処理温度においてＳｉ、Ｎ２に固溶し液相となる金
属及び合金であればいずれでも良く本発明者等はＰｃ、
　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｒ、　Ｖ、　Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｗ
、　Ｍ。

等より選ばれた１種又はそれ以上の金属及び／又は合金
が良好であること全みつけた。これらより選ばれん合金
企添加混合すると、ウィスカー生成熱処理温度において
液相となり、一般に公知のＶＬＳ　（Ｖａｐｏｕｒ　−
Ｌｉｑｕｉｄｅ　−８ｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　）
機構によりウィスカーの成長が促進され、比較的長いウ
ィスカーが短時間に生成される効果がある。

これらの詳細はすでに本発明者等の一部が出願した特許
Ｄ−２１７２７及びＤ−２１６５１に記述されている。

以下実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例 ＳｉＣ粉末、焼結助剤、ウィスカー生成剤、ウィスカー
生成促進剤全第１表に示す組成で配合し、ボールミル音
用いて１２０時間、粉砕、混合全行った。この混合粉末
全金型プレスを用いて２　ｔｏｎ　／ＣＴｎ２で型押し
、抗折力測定用試片に成形した。この成形体ｅ１５５０
°ｃ、１ｘｌＯＴｏｒｒの真空中で２時間熱処理を行い
、続いて１気圧のアルゴン雰囲気中で２０５０°Ｃに昇
温しで１時間保持し緻密化焼結を行った。２０問スパン
の３点曲げて抗折力を測定した後破断面’（ｉ−８ＥＭ
を用いて観察した。

測定結果全まとめて第１表に示す。

比較の為にウィスカー生成剤及び／まｋはウィスカー生
成促進剤を含まない成形体（ｉ−１５５０°Ｃ１ｘ　１
０−３Ｔｏｒｒ真空中で２時間熱処理を行い、２０５０
°Ｃに昇温して１時間保持し緻密化焼結を行ったものを
第１表中に比較例８〜５として示した。

第　　１　　表 本発明の方法によるものは、ウィスカー生成処理に施さ
ない焼結体に比べて抗折力が２割以上向上しており、本
発明の効果が高いこと全示している。

更にウィスカー生成促進剤を添加したものが、添加しな
いものより強度が向上しており、ウィスカー生成促進剤
の添加の効果が大きいことがわかる。

また、比較例１、比較例２に示すように、ウィスカー生
成剤の配合量が１重量係以下の場合には効果がなく、７
０重量係以上では強度が逆に底下スル。この為、１〜７
０重量係のウィスカーＪ［。

剤の添加が有効であると判断される。

ウィスカー生成促進材の配合量は０．０１１以下では効
果少く、５係分越えるとウィスカーの成長促進には効果
あるが金属成分であるため高温特性耐蝕性が劣化するた
め望ましくなく、０．０１　％以上、５係以下が有効で
ある。添加金属又は合金は特に鉄及び鉄系合金がウィス
カー生成促進剤として特に有効である。

ウィスカー生成熱処理温度は、１３００’Ｃ以下ではウ
ィスカーの生成が起こらない為、１３００°Ｃ以上の温
度で熱処理しなければならないが、１５００’Ｃ以下の
温度ではウィスカー生成速度が遅く、まな１７５０°Ｃ
以上になるとＳｉＣの粒成長が起こるので、１５００〜
１７５０°Ｃの温度範囲が好ましいと考えられる。

伺、ウィスカー生成熱処理時間は、熱処理温度にも関係
するが、通常上記の温度範囲では０．５時間以上であれ
ばよく、長時間処理することによって長繊維になるが、
２時間以上処理しても特に顕著な効果は認められなかっ
たので、０．５時間以上２時間以下で充分と考えている
。

本発明の試料の抗折力測定後の破面ｆｓＪＢＭで観察す
ると、直径が１μｍ程度で、長さが１００μＩηのウィ
スカー繊維が３次元的にからみ合った組織になっており
、抗折力の向上はこの繊維強化型の機構によることが確
認された。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）炭化硅素ウィスカーが分散しん炭化硅素焼結体の
   製造法において、炭化硅素粉末と熱処理でウィスカーと
   なるウィスカー生成剤、このウィスカー生成分助長する
   ウィスカー生成促進剤及び焼結助剤とを混合し、所定形
   状に成形したのち、その成形体を非酸化性雰囲気下でウ
   ィスカー生成熱処理を行った後、非酸化性雰囲気下で緻
   密化焼結することを特徴とする繊維強化型炭化硅素焼結
   体の製造法。 （２、特許請求の範囲第１項記載のウィスカー生成剤が
   金属Ｓ　’　１Ｓ　＋を含む無機化合物、及びＳｉ全含
   む有機ｆヒ金物よりなる群から選ばれる１種以上と、カ
   ーボン及び熱分解によってカーボンを生成する様な有機
   物よりなる群から選ばれる１種以上の組合せであり、そ
   の総量が１〜７０重量係であることに特徴とする繊維強
   化炭化硅素焼結体の製造法。 （３）特許請求の範囲第１項記載のウィスカー生成促進
   剤がＦｅ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｒ、　Ｍｏ、　Ｔａ、
   　Ｔｉ、　Ｖ、　Ｗ　　より選ばれた金属またはそれら
   の合金であることを特徴とする繊維強化型炭化硅素焼結
   体の製造法。 （４）特許請求の範囲第１項記載のウィスカー生成熱処
   理温度が１３００°Ｃ以上であること全特徴とする繊維
   強化型炭化硅素焼結体の製造法。