JPS60221365A - 高強度炭化珪素焼結体の製造法 - 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】 本発明は高強度炭化珪素焼結体の製造法に関する。更に
詳細には炭化珪素微粉末に焼結助剤としてコールタール
ピッチとホウ素化合物と珪素粉末とを特定量範囲で併用
し混合した後成形し、不活性雰囲気中で焼結せしめてな
る高強度の炭化珪素焼結体の製造法に関するものである
。

炭化珪素は物理的および化学的性質に優れており、特に
高強度でかつ、耐蝕性を有し、高温においても室温と変
わらない機械的性質を有するため耐摩耗性材料、高温構
造材料として有望視されている。しかし難焼結性のため
高密度に焼結することが困難であり、ポットプレス法に
よる焼結、焼結助剤添加による焼結等が提案されている
。

例えば特公昭５７−３２０３５号公報によればβ型炭化
珪素と０．３〜３．０重量％のホウ素に相当する量のホ
ウ素含有化合物と０．１〜１．　０重量％の元素状炭素
に相当する炭素源とからなるミクロン以下の粉末の均質
分散体を炭化珪素に対して化学的に不活性な雰囲気中に
おいて１９００〜２１００℃の温度で焼結することによ
り理論値の８５％以上の密度の焼結体を得ることができ
ること、また特開昭５１−１４８７１２号公報には１π
１００ｒｒｒ／ｇの比表面積を有するα型炭化珪素９１
〜９９．３５重量部に２５〜７５重量％の炭化率を有す
る炭化可能な有機溶剤可溶性の有機材料０．６７〜２０
重量部、０，１５〜３．０重量部のホウ素を含有するホ
ウ素源および一時的結合剤５〜１５重量部を添加混合し
焼結することにより２．４０ｇ／ｃｃ以上の密度の焼結
体を得ることができると教示されているが、焼結体の性
質、特に機械的強度については何隻記載が無く不明であ
った。

本発明者等は先に、焼結助剤としてのホウ素と炭素が炭
化珪素焼結体の機械的強度に及ぼす影響について検討し
、炭化後４〜６重量部の炭素となるコールタールピンチ
と０．０３〜Ｏ，１５重ｌｉ部のホウ素量に相当するホ
ウ素化合物を添加することにより高強度炭化珪素焼結体
が得られることを見出した。

しかし上記方法においては高密度を得るに必要なコール
タールピンチの添加量が多いため、成形密度が低く、添
加有機物の熱分解時間が長時間必要であり、生産性に劣
りかつ、寸法精度が悪くなる欠点を有していた。

これらの欠点を克服するため、本発明者らは更に鋭意検
討を重ねた結果、少量の珪素を附加添加することにより
コールタールピッチ量を減少させることが可能なことを
見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、炭化珪素微粉末１００重量部に焼結
助剤としてコールタールピッチ２〜１０重量部とホウ素
化合物をホウ素含有量に換算して０．０３〜０，１５重
量部と珪素粉末０．３〜３重量部とを添加混合し、成形
した後不活性雰囲気中１９００〜２３００℃の温度で焼
結することを特徴とする高強度炭化珪素焼結体の製造法
を提供するにある。

以下、本発明方法を更に詳細に説明する。

本発明方法で使用する炭化珪素粉末としてはα相、β相
あるいはその混合粉末のいずれでもよく、その粒子径は
１μ以下であることが望ましい。

本発明方法の実施に当たって焼結助剤は炭化珪素粉−末
１００重量部に対し、コールタールピッチ２〜１０重量
部、好ましくは３〜６重量部、ホウ素化合物はホウ素含
有量として０．０３〜０．１５重量部、好ましくは０．
０５〜０．１５重量部、と珪素粉末０．３〜３重量部、
好ましくは０．　５〜１重量部の範囲で添加使用される
。

炭化珪素粉末に対する珪素粉末の添加量が０．３重量部
未満の場合には粒成長抑制の効果がなく、焼結密度が低
く好ましくなく、また３、０重量部を越える場合には珪
素の融点以上で蒸発した添加珪素が気孔を残し、機械的
強度を低下させるので好ましくない。添加する珪素は微
粒であることが望ましいが、微粒すぎると粒子表面の酸
化層が多くなるため、０．１〜１０μ程度の粒径のもの
が使用される。

他方、ホウ素化合物としては焼結温度まで安定に存在す
る化合物、例えばホウ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素、ホ
ウ化リン等が用いられるが、その添加量がホウ素含有量
換算で０．０３重量部未満の場合には焼結密度が低下し
、また０、１５重量部を越える場合には高密度焼結体を
得ることはできるものの、焼結体の機械的強度が低下す
る。

またもう一方の焼結助剤としてのコールタールピンチは
炭化率４０〜６０重量％のものが使用され、キノリン、
ヘンセン等の有機溶剤に溶解す゛るか、水中にエマルジ
ョン分散させ炭化珪素粉末と均一に混合される。炭化珪
素粉末に対するコールタールピンチの量が２重量部未満
の場合には十分な粒成長抑制効果、表面酸化層除去の効
果がなく、焼結密度が低く、他方１０重量部を越える場
合には成形密度が低下しかつ、熱分解に長時間を必要と
し、生産性が低下するので好ましくない。

本発明において上記配合となる如く構成した炭化珪素粉
末と焼結助剤はベンゼン、キノリン、アントラセン等の
有機溶媒或いは水を用いて均一に混合した後、スリップ
キャスティング成形するか、或いはそのまま乾燥させる
か、スプレードライ法により造粒し、プレス成形法によ
り加圧成形するか、或いは有機バインダーを混合し、押
出成形や射出成形等により成形体を得ればよい。

仁のようにして得た成形体は必要に応して機械加工や脱
バインダーを行った後アルゴン、ヘリウム、窒素等の不
活性雰囲気中で１９００〜２３００℃の温度で焼結を行
う。焼結温度が１９００　’Ｃより低い場合には得られ
る成形体の焼結密度が低く、又２３００℃を越えると炭
化珪素の蒸発や結晶粒の粗大化が起こり、機械的強度が
低下し好ましくない。

本発明方法を適用することにより何故高強度でかつ、高
密度の炭化珪素焼結体を得ることができるか理由は詳ら
かではないが、コールタールピンチの存在は１２００℃
以上の焼成時に於いて炭化珪素の粒成長を抑制し、また
表面酸化層除去に著しく優れた効果を呈し、１９００℃
以上での焼結温度域に於ける炭化珪素の焼結を従来より
も少ない焼結助剤としてのホウ素量で焼結の効果を発現
・ｌしめると共に、炭化珪素の粒成長時の粒子表面での
炭化珪素を構成する珪素の表面拡散、気相拡散によって
生じる分解、蒸発が添加した珪素の存在により抑制され
、その結果としてコールタールピッチの量を減少せしめ
ても焼結体の機械的強度を低下せしめることなく高密度
成形体を得ることができる。

以上詳述した本発明方法によれば、炭化珪素粉末に焼結
助剤としてコールタールピッチとホウ素化合物および少
量の珪素とを併用することにより焼結体密度が少なくと
も理論密度の９０％、好ましくは９５％以上、機械的強
度（抗折力）５’Ｏｋｇ／ｃ１以上の高密度、高強度炭
化珪素焼結体を得ることが可能となったもので、タービ
ン翼、ポンプ等の工業材料の製造方法としてその工業的
価値は頗る大なるものである。

以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例　１ コールタールピンチ（炭素収率４５％）６ｇをキノリン
９ｇに溶解した後、ベンゼン２００ｇを加え十分混合を
行った。この溶液に炭化珪素含有量９６％、ＢＥＴ比表
面積９　ｒｔｒ　／　ｇのα型炭化珪！１００ｇ、１２
００メソシュパスの炭化ホウ素０、．１５ｇと平均粒子
径３μ−の珪素０．５ｇとを加え、プラスチックボール
ミルを用い３時間分散混合した。この混合物を窒素ガス
を流しながら６０℃で乾燥し、解砕した後１８０メツシ
ユの篩を通し、得られた混合粉末を冷間プレス後ゴム型
に装入し、２トン／　Ｃｔａの成形圧で静水圧プレス成
形を行い、５０　Ｘ　３０　Ｘ　４　＋ｎの成形体を作
製した。

この成形体の嵩密度は１．７ｇ／ｃＪであった。

次いでこの成形体をアルゴンガスを流しながら６００℃
の温度で１時間の焼成を行った後、更にアルゴンガス雰
囲気下２０５０　’Ｃの温度条件で３０分間焼結した。

得られた焼結体の焼結密度は３．１２ｇ／ｃｉ、３点曲
げ強度（ＪＩＳ　Ｒ−１６０１）は６０ｋｇ／＊♂であ
った。

比較例　１ 珪素を添加しない以外は実施例１と同一条件で成形し、
焼結した焼結体の焼結密度は焼結密度は２．８５ｇ／ｃ
ｎｔ、３点曲げ強度は３２ｋｇ／ｍ”？あった。

実施例　２〜３および比較例　２〜８ 第８表に示す原料を用いた以外は実施例１と同−色性で
成形し、焼結を行った。この時の成形密度、焼結密度お
よび曲げ強度を第１表に示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭化珪素微粉末１００重量部に焼結助剤としてコールタ
   ールピンチ２〜１０重量部とホウ素化合物をホウ素含有
   量に換算して０．０３〜０．１５重量部と珪素粉末０．
   ３〜３重量部とを添加混合し、成形した後不活性雰囲気
   中１９０〜２３００°Ｃの温度で焼結することを特徴と
   する高強度炭化珪素焼結体の製造法。