JPS6172673A

JPS6172673A - 炭化珪素焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPS6172673A
Application number: JP59191968A
Authority: JP
Inventors: 幸文酒井; 恭一岡本; 健保科
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1984-09-13
Publication date: 1986-04-14
Also published as: JPH057342B2

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】［産業上の利用分野］本発明はセラミックス粉末の焼結において、幾何学的に
形状の異なるセラミックス粉末を配合し焼結する方法に
関するものである。

［従来の技術］一般に、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素などは
その物性についてよく知られており、硬度、弾痕、耐酸
化性、耐腐食性など多くの研究がなされている。また、
炭化珪素は膨張係数が低く、熱伝導性が浸れ、かつ高温
度において高い強さを保有していることから最近におい
て炭化珪素粉末に、例えば焼結助剤としてホウ素、炭素
、アルミニウムなどを添加し焼結して高密度、高強度の
炭化珪素焼結体の種々の製造方法が開発されている。

同様に、窒化アルミニウム、窒化珪素については、酸化
イツトリウム、酸化アルミニウムなどを添加剤どして高
強度、高密度の焼結体が製造されている。しかし、同一
製法で作られた形状的に同一か、または類似する形状の
みからなるセラミックス粉末は焼結時において比較的に
均一な収縮を生じ、一般に２０％の高い収縮を示す。こ
のために、焼結体の組織は非常に強く粘合された緻密な
組織であるために、かかる収縮により焼結体に歪が残留
しやすく、それ故強度にバラツキを生じ、帛に８強度の
焼結体を得ることができなくなる。

例えば、炭化珪素の場合には、プラズマ合成により作ら
れた炭化珪素は４７０人の球形の粉末であるが、これら
粒子が強く凝集しているため０．５〜１μｍの２次粒子
として作用し、同様に有機珪素から固相法で合成された
炭化珪素は１次粒子として０．１〜０，５μｍの球状の
粒子と針状の粒子とを含んでいるが、これら粒子が強く
凝集し、１μｍの２次粒子として作用し、これらいずれ
の場合でも炭化珪素の組織が強く結合した緻密組織であ
るために焼結時において欠陥を生ずる。

この点に関して、気相法（ＣＶＤ法）で合成した炭化珪
素に炭化珪素繊維を５〜１０％添加した結晶が報告され
ている（　「Ｊ、Ａ１．　　Ｃｅｒａｌ。

３ｏｃ、　Ｊ　５８．鬼１１〜１２．Ｐ、５２５　（１
９７５）〕。この場合、使用している炭化珪素および炭
化珪素繊維は粗大であり、焼結を考慮しない組成物であ
る。

［発明が解決しようとする問題点］上述する従来使用されているセラミックス粉末は粗大で
あり、総合的な観点から焼結しにくい状態の組成物であ
っても焼結過程で焼結する際に幾何学的形状の効果が若
干生ずるとされている。しかし、粗大なセラミックス粉
末■よ焼結において極めて不利で、十分に古い強度の焼
結体を得ることができない。

［問題を解決するための手段］本発明においては上述する従来の問題点を解決するため
に、同一製法で作った同質または類似する形状のセラミ
ックス粉末の焼結において、焼結時における歪を緩和さ
せるべく幾多の研究の結果、幾何学的に異なる形状のセ
ラミックス粉末を適当網台配合することにより焼結時に
生ずる歪を緩和できる優れたセラミックス焼結体の製法
を開発し、本発明に到達したものである。本発明は、特
に常圧焼結セラミックスの製造において特に有効である
。

本発明は主成分のセラミックス粉末に、該粉末と幾何学
的に形状を異にするセラミックス粉末を０．５〜１０１
ｆｆｉ％の割合で配合し、焼結することを特徴とする。

すなわち、本発明においては複雑な形状を呈するセラミ
ックス粉末に気相法から合成したほぼ球形のセラミック
ス粉末を一定割合で配合させて焼結する。この事により
、焼結度の異なる焼結組織が均質に分散した状態になり
焼結体の応力緩和の役割を果すことになる。

一般に、焼結に使用されるセラミックス粉末は複雑な形
状を呈し、かつ大きい比表面積を有している。本発明に
おいて用いる主成分のセラミックス粉末は、従来使用さ
れている種々の複雑形状のセラミックス粉末を用いるこ
とができ、例えば多角形で鋭角、鈍角を有する非常に複
雑な形状を有し、かつ例えば１０〜１５ｍ／ｇの範囲の
比表面積を有し、更に例えば０．２〜２μｍの範囲の粒
度を有するセラミックス粉末である。このような形状の
炭化珪素は従来法により、例えば炭素５重Ｎ％、窒化ア
ルミニウム５重量％を添加した炭化珪素粉を、窒素雰囲
気下２０ｏＯ℃で焼結することによって得られた密度９
７％以上の炭化珪素焼結体を粉砕して作ることができる
。また、窒化アルミニウムは、金属アルミニウムを従来
法により窒化することによって作ることができる。

一方、上記主成分のセラミックス粉末に配合する幾何学
的に形状の異なるセラミックス粉末は気相法（ＣＶＤ）
から合成したアスペクト比がほぼ１である球形で、かつ
粒度が０．０５〜１，０μｍの範囲のサブミクロン粉末
であり、しかも０．５〜０．３μｍの粒度のものを９０
％以上分布しているセラミックス粉末からなる。このＣ
ＶＤセラミックス粉末を用いることはＣＶＤ粉末の幾何
学的特性を十分に利用でき、形状が球状であるため粒子
の凝集がなく、きわめて均質に分散することが可能であ
るためである。

本発明において使用するアスペクト比がほぼ１である球
形の炭化珪素を作るには、出発材料として例えば１〜リ
クロルメチルシランあるいはジメチルクロルシランなど
を用いることができ、この材料を用いて１４００〜１９
００℃に加熱された反応槽に水素ガスをキャリヤーとし
て、上記有機珪素を送り込み、熱分解させ、更に必要に
応じて炭化水素ガスを供給し、炭化珪素を生成させる方
法で作ることができる。また、同様の窒化アルミニウム
を作るには、例えば、塩化アルミニウムを加熱し、蒸気
を生じさせ、この蒸気を約１２００℃に加熱された反応
槽に窒素ガスをキャリヤーとして導入し、アンモニアガ
スと反応させることによって作ることができる。

本発明の方法を実ＩＩＡするには、上述する主成分のセ
ラミックス粉末に上述するＣＶＤ法で作った球形のセラ
ミックス粉末を全混合組成物重量に対して０．５〜１０
重量％の割合で配合し、適当な撹拌手段で均質に分散し
、この均質分散物を適当な成形手段、例えば金型成形あ
るいはラーバープレスにより所望の形状に成形した。こ
の成形体を従来普通に使用されている焼結炉で約１９０
０〜２２００℃の範囲の温度で約１０分〜１時間にね、
１　　　　たり焼結して目的とする焼結体を作った。こ
の得られた焼結体についての物性として曲げ強度を測定
し、この結果を第１図の曲線１にプロットした。

この曲線１が示すように球形のＣＶＤ炭化珪素粉末を０
．５〜１０重階％の範囲で配合した場合には配合量が０
．５〜５重量％の範囲で極めて高い曲げ強度が得られ、
標準焼結体で約６００ＭＰａの曲げ強度が得られること
がわかる。ＣＶＤ粉末の配合量が０．５１ｍ％以下では
期待する結果が得られず、また１０手吊％以上では全体
の組織が弱くなり、高強度を達成できなくなる。このよ
うな観点から、本発明においては上記ＣＶＤ粉末を０．
５〜１０川Ｍ％の割合で添加する必要がある。

［発明の効果Ｊ上述Ｊるように、本発明においては主成分の複雑形状の
セラミックス粉末にＣＶＤ法で作ったほぼ球形のセラミ
ックス粉末を０１５〜１０重量％の割合で配合し、焼結
することによって焼結時における収縮を緩和でき、歪の
殆んど残留しない優れた高強度のセラミックス焼結体を
製造することができた。

［実施例］先づ、主成分の炭化珪素粉末を、珪石と炭素の混合物を
反応させ炭化珪素を生成し、篩別あるいは粉砕によって
得た。

得られた粉末は平均０．７μｍの粒度を有し、かつ複雑
な形状を有していた。

また、アスペクト比がほぼ１の球状炭化珪素は、１８０
０℃に加熱した反応槽に水素をキャリヤーとして、トリ
クロルメチルシランを送り込み、炭化珪素を生成して作
った。

かようにして得たＣＶＤ炭化珪素は平均０．２μｍの粒
度を有し、かつ０，１〜０，３μｍの範囲の粒度のもの
を９３％含んでいた。

上述するようにして得た球形状の炭化珪素に、上述する
ようにして得たＣＶＤ炭化珪素を表１に示す試験鴇１〜
４の各配合量で添加し、各種配合割合の混合組成物を作
った。また、比較の目的のために、表１に示す比較試験
ル１〜３の各配合量で添加した比較混合組成物を作った
。

これらの各混合組成物を金型成型機で１５００に’ｊ　
／　ｃｒｉの圧力で加圧成形して各種の成形体を作った
。更に、これらの成形体を焼結炉に入れ２０００℃の温
度で０．５時間にわたり焼結して各焼結体を得た。

かようにして得た各焼結体について、物性として曲げ強
度およびカサ密度を測定し、これらの結果を表１に示す
。また、これらの物性の測定値および焼結体密度の値を
第１図にプロットした。

上記表１および第１図の曲１１１から、ＣＶＤ粉末０．
５〜４重坐％の添加量において、特に高い曲げ強度およ
び焼結体密度が得られ、比較試験における添加ｆｆ１２
０および３０重員％では物性が茗しく低下づることがわ
かる。また、比較試験服３の無添加の場合には密度は理
論値の９９％であるが、本発明品に比べ曲げ強さが小さ
く、相当の歪が残留していると考えられる。歪について
は、焼結体を更に焼結温度の約１／２の温度で再加熱す
ると、曲げ強さが約１０％程向上することから推測され
る。

また、金属アルミニウムを窒化することにより得られた
複雑形状の平均粒径５〜８μ而の主成分窒化アルミニウ
ム粉末に、塩化アルミニウムを加えて蒸気を生じさせ、
この蒸気を１２００℃に加熱した反応槽に窒素ガスをキ
ャリヤーとして送り込み、アンモニアガスと反応させて
得た球形の平均粒径０．３μｍのＣＶＤ窒化アルミニウ
ム粉末を表２に示す試験陽５〜７の各配合量で添加し、
各種配合割合の混合組成物を作った。また、比較のため
に、表２に示す比較試験隘４〜５の各配合量で添加した
比較混合組成物を作った。これらの各Ａ　　　混合組成
物に酸化イツトリウム１川Ｍ％を添加し、金型成型で成
形し、常圧焼結して各焼結体を得た。

このようにして得た各焼結体について、物性として曲げ
強度及びカサ密度を測定し、これらの結果を表２に示す
。また、これらの物性の測定値及び焼結体密度の１直を
第２図にプロットした。

表　　　　２上記表２及び第２図から、ＣＶＤ粉末１〜５重量％の添
加量において、特に高い曲げ強度及び焼結体密度が得ら
れ、比較試験では物性が著しく低下することがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例において作った炭化珪素焼結体の物性を
測定した数値をプロットしたグラフである。第２図は実
施例において作った窒化アルミニウム焼結体の物性を測
定した数値をプロットしたグラフである。曲線１は曲げ
強度を、曲線２は焼結体密度をプロットしたものである
。発　　明　　者　　　　　　　　　　酒　　井　　　幸
　　文発　　明　　者　　　　　　　　　　岡　　本　
　　　恭　　−・発　　明　　者　　　　　　　　　　
保　　科　　　　　叶出　願　人　　東芝セラミックス
株式会社第１因

Claims

【特許請求の範囲】１、主成分のセラミックス粉末に、該粉末に幾何学的に
形状を異にするセラミックス粉末を０．５〜１０重量％
の割合で配合し、焼結することを特徴とするセラミック
ス焼結体の製造方法。２、前記形状を異にするセラミックス粉末はアスペクト
比がほぼ１の球形で、かつ粒度が０．１〜０．３μｍの
範囲の粉末を９０％以上の割合で分布する特許請求の範
囲第１項記載のセラミックス焼結体の製造方法。