JPS609980B2 - 炭素，珪素，硼素系成形焼結体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は炭素、珪素、棚素の３元素の高密度でかつ高
強度の成形焼結体の製造法に関する。

非常な高温域において耐用性のある材料には、その高温
域において軟化しない、線変化が水さし・、熱衝撃に強
いなどの性質が要求される。これ等の要求を満し得る材
料として黒鉛・炭素質材料、炭化珪素質材料、炭化側素
質材料、窒化珪素質材料などが知られている。しかしな
がら１５００００以上の高温城にあっては黒鉛・炭素質
材料を除いて前記他の材料はいずれも機械的強度の劣化
が著しく十分なる耐用性を維持し得ない欠点を有してい
る。一方、黒鉛・炭素質材料は２０００００をこえる温
度においても機械的強度はむしろ増大する特性があるが
、その強度の絶対値は小であり、また腕さがあるため細
部の機械加工が行なえず、高温下での構造材料に用いる
ことができないという難点があった。発明者らは、炭素
材料が非酸化雰囲気においては最も高い融点を有し、か
つ耐化学薬品性を有する点並びに上述したように黒鉛・
炭素系材料が高温において機械的強度が漸増するという
有利な特性を有する点に着目し、黒鉛・炭素系材料の本
来の欠点である高温域における絶対的な機械的強度の不
足および脆さを改良すべ〈鋭意研究した結果、微粉砕し
た炭素粉末に、金属珪素粉末または炭化珪素粉末、ある
いはそれら両粉末混合物と、＆０３、日３８０３等の棚
素化学物とを混合し、その混合物を特定条件下で焼成す
ることによって、前記の目的を満足する良好な成形暁緒
体が得られることを見出した。

本発明は上記の知見に基し「て完成されたものであって
、その要旨は、炭素粉末５０〜９亀重量％に、金属珪素
粉末および／または炭化珪素粉末を、珪素に換算して２
〜４の重量％と焼結助剤として棚素化合物を、酸化棚素
に換算して５〜３の重量％を添加混合し、この混合粉末
を１００ｋｇ′の以上の加圧下で１６００ｑｏ以上の温
度に加熱することを特徴とする炭素・珪素・棚素系成形
焼結体の製造法にある。

以下、本発明の使用原料の条件及び配合割合について説
明する。炭素粉末には炭素分９７％以上のコークス、カ
ーボンブラックなどの無定形炭素を好ましくは平均粒蓬
が５〃ｍ以下になるように粉砕して用いる。炭素粉末は
５の重量％未満では、黒鉛・炭素系材料の高温における
機械的強度の漸増特性等を維持できず、９丸重量％を超
えると、高強度を発現することができないからである。
金属珪素は純度９５％以上のものを、炭化珪素は純度９
２％以上のものを用いる。

金属珪素は加熱中に融解あるいは気化するので７４仏の
以下に粉砕されていれば使用可能であるが、炭化珪素は
限定的事項ではないが、平均粒径が５山肌以下になるよ
うに粉砕した粉末を用いることが好ましい。金属珪素は
加熱中にそのほとんどが炭素と反応して炭化珪素を生成
すると見られる。金属珪素または炭化珪素、あるいはそ
の混合物の添加量は珪素に換算して２〜４の重量％の範
囲にすべきである。すなわち換算した珪素の添加量が２
重量％未満では機械的強度の向上に明らかな効果が見ら
れず、また４０重量％を超えると黒鉛質としての特性が
減ずるうえ加工性も低下するので好ましくないからであ
る。使用原料の炭素粉末、金属珪素ならびに炭化珪素に
ついてそれぞれ純度を定めたのは、使用原料に含有され
る不純物が炭素、珪素であれば計算して原料使用量の補
正も可能であるが、酸化物が含有される場合、酸素元素
が炭素と反応してガス化＊して製品密度を低下させる原
因になり、、また珪素以外の金属原素があれば炭化物を
形成するとか、あるいは溶融して集合体になりいわゆる
ハードスポットを形成して機械加工性を減殺するからで
ある。

使用しうる棚素化合物としてはＢ２０３、日３８０３な
どがあげられる。

添加量は＆０３に換算して５重量％未満では、炭素と前
記配合された炭化珪素あるいは金属珪素と炭素とが反応
して生じた炭化珪素とが容易に焼結し難く、また＆０３
に禍算して３の重量％を超えると反応生成した炭化棚日
素の量が多くなり黒鉛質の特性を滅するため、棚素化合
物の添加量は＆０３に換算して５〜３の重量％の範囲に
すべきである。本発明の原料粉体の配合条件は以上述べ
た通りであるが、特に好ましい配合領域を炭素、珪素及
び酸化剛素の３成分系で図示すると添付図の斜線を施こ
した範囲のものである。

図において、点Ａは（Ｃ；５５％、Ｓｊ：４０％「Ｂ０
３：５％）、点Ｂは（Ｃ：５０％、Ｓｉ：４０％、Ｂ２
０３：１０％）、点Ｃは（Ｃ：５０％、Ｓ言ミ２０％、
Ｂ２０３：３０％）、点Ｄは（Ｃ：６８％、Ｓｉ；２％
、Ｂ２０３：３０％）、点Ｅは（Ｃ；９３％、Ｓｉ；２
％、＆０３：５％）の組成をあらわす点である。以下に
配合実施例を示す。

第 １ 表 配 合 表 本発明品 原料名 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８重重量％） 石炭ピッチコークス ８４．５ ８１ ６７
６２．５ ５６ ６１．６ ６４
．３カーボンブラック
８１金 属 珪 素 ６６ ６
２６ ２４．５ − ６ １３
」 １９．６炭 化 珪 素
３７．３ １８．
６ ９４無 水 棚 素 ９０ １３
７０ １３．０ ６．７ １３ ６
７ ６７使用した原料の純度及び粒度は次表の通り
である。

純度 粒度 石炭ピッチコークス ９９．６％ 平均粒度５仏ｍ以下
カーボンブラック ９９．８発金属珪素 ９６
多 ７４〃ｍ以下炭 化珪 素 ９６．５％
平均粒度５〃ｍ以下無水側素 ９６．６％前記配合
表に従って配合された原料粉末をよく混合した後ｔ内径
２５肋の人造黒鉛製成形型に充填し、２００ｋ９′ｃ虎
の加圧下で２２００〜２２５０００に４０分間で昇温し
、「３０分間前記温度に保持して成形焼結した。

加熱には高周波誘導加熱方式を用いた。冷却後「径約２
５柳高さ約２５柳の成形焼給体について物理的性質等を
測定した。結果を第３表に示す。比較の為従来の黒鉛・
炭素質材料及び炭化珪素質材料の測定値を併記した。第
３ 表（庄１，２） 電気抵抗及び圧縮強さは成形時
の加圧方向に測定した。

（任３） 黒鉛・炭素質材料は高品位の天然黒鉛及び
高品位の石油コ−クスに結合材として夕‐‐ルピッチを
加え．加熱下で混練．成形して１３００℃に空気を断っ
て焼成Ｌ／をもので化学成分は○：９７％、Ｓｉ０２：
ｉ協．Ａそ２０ｓ：０．２発のもの（任４） 炭化
珪素質材料は粒度調整上／７２炭化珪素に結合材として
少量の粘土を加え．成形焼成したもので化学成分はＳｉ
ｏ：９０％．Ｓｉ０２：６．６％．Ａそ２０２：１．３
％のもの本発明品３の成形暁結体を径１５柳高さ２仇肌
こ加工し、内径２５柳の黒鉛製型内におき、１０００ｋ
ｇ′地の加圧下で高周波誘導加熱を行った結果、１６０
０ｏｏでは全く変化がなく、１８００ｏｏで１％のちぢ
み、１９００ｑｏでは高さ方向に３％のちぢみと径万向
に１．５％のふくらみをそれぞれ生じたに過ぎなかった
。以上の通り本発明による成形焼縞体は、棚素が一部は
炭化棚素、一部は黒鉛との固溶体を形成して含有され、
棚素は大部分が炭化珪素の形態で含有される為に、従来
の黒鉛を主成分とする黒鉛・炭素質材料が圧縮強さ５４
０ｋｇ／ｃ熱こ対し、本発明品はいずれも１０００ｋ９
′ｃ虎以上と大きくすこぶる機械的強度にすぐれた黒鉛
・炭素系成形体といえる。

更に旋盤等による機械加工を行うことができるので、耐
磨耗性の要求される沼勤部村、高速回転機器のシール材
や軸受、また棚素、珪素を含んでいるこことから酸化抵
抗性を備えており酸化雰囲気下で比較的高温に晒される
熱交換磯部材に使用することができ非酸化雰囲気中にあ
っては超高温下に晒される高強度機械部材、熱あるいは
電気伝導用高強度部材等に本発明による成形焼結体は使
用することができる。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明方法で使用される配合材料の好ましい配
合範囲を、炭素、珪素、酸化棚素の３成分系であらわし
たものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炭素粉末５０〜９３重量％に、金属珪素粉末および
   ／または炭化珪素粉末を、珪素に換算して２〜４０重量
   ％と焼結助剤として硼素化合物を、酸化硼素に換算して
   ５〜３０重量％を添加混合し、この混合粉末を１００ｋ
   ｇ／ｃｍ＾２以上の加圧下で１６００℃以上の温度に加
   熱することを特徴とする炭素、珪素、硼素系成形焼結体
   の製造法。