JPS621346B2 - - Google Patents

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JPS621346B2
JPS621346B2 JP55096828A JP9682880A JPS621346B2 JP S621346 B2 JPS621346 B2 JP S621346B2 JP 55096828 A JP55096828 A JP 55096828A JP 9682880 A JP9682880 A JP 9682880A JP S621346 B2 JPS621346 B2 JP S621346B2
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JP
Japan
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aluminum
powder
silicon carbide
molded body
manufacturing
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JP55096828A
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JPS5722171A (en
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Keiichiro Suzuki
Takuo Ono
Nobuhiro Shinohara
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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Priority to CA000381702A priority patent/CA1152536A/en
Priority to US06/283,238 priority patent/US4354991A/en
Priority to FR8113916A priority patent/FR2486931A1/fr
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は高密度炭化珪素質焼結体の製造法に関
するものである。 炭化珪素は従来より硬度が高く、耐摩耗性にす
ぐれ、熱膨張率が小さく、また分解温度が高く、
耐酸化性が大きく、化学的に安定でかつ一般にか
なりの電気伝導性を有する有用なセラミツクス材
料として知られている。この炭化珪素の高密度焼
結体は上記の性質に加え、強度が高温まで大き
く、耐熱衝撃性にすぐれ、高温構造材料として有
望とされ、ガスタービン用をはじめとして種々の
用途にその応用が試みられている。 炭化珪素質焼結体はホツトプレス焼結、常圧焼
結、反応焼結、再結晶、化学的蒸着などの方法に
よつて作製される。これらの方法のなかで工業的
に最も有利な方法は常圧焼結法と考えられる。常
圧焼結法によればセラミツクス材料の成形に一般
に用いられるプレス法、泥漿鋳込法、押出成形
法、射出成形法などの方法により成形することが
でき、複雑形状品、大寸法品、肉厚品を最も容易
に、生産性良く製造することができる。しかもこ
の方法による製品には反応焼結、再結晶法による
製品に比べ高性能が期待できる。 しかし、炭化珪素は共有結合性の強い化合物で
あるため常圧焼結法の場合、ホツトプレス焼結法
の場合も同様であるが、単独では焼結が困難であ
り、高密度の焼結体を得るためには何らかの焼結
助剤の添加が必要である。焼結助剤としてはホウ
素あるいはホウ素化合物またはアルミニウムある
いはアルミニウム化合物などが知られている。常
圧焼結法の場合にはさらに、これらに炭素を添加
する。 しかし、常圧焼結法の場合このような焼結助剤
を加えても通常の方法により良好な高性能高密度
焼結体を得ることは難しい。特に焼結時に、焼結
助剤を含む炭化珪素質成形体が分解しやすく、こ
のために成形体が充分に緻密化しないことが問題
となる。この問題は、小さな試料成形体を作る場
合もそうであるが、複雑形状品、大寸法品、肉厚
品を均質な高密度品としてしかも生産性良く製造
しようとする時、特に大きな問題となる。 本発明はアルミナを含む炭化珪素質成形体を常
圧焼結する際に成形体が分解し、緻密化が抑制さ
れるのを防止し、高密度な焼結体を提供するもの
である。 本発明は焼結助剤として、酸素を含むアルミニ
ウム化合物であるアルミナを使用する場合に関す
るものであり、アルミナは普通0.5〜5重量%を
添加される。なお、アルミナを使用する場合につ
いては未だ、常圧焼結法により高密度焼結体を得
る方法は全く確立されていない。本発明はこの場
合に高密度焼結体を提供するものである。 アルミナは焼結助剤として炭化珪素に加えられ
るが、通常の方法では焼結途中でこのアルミナが
分解し、成形体から除去され易く、このため緻密
化が充分進まず、高密度焼結体が得られにくい。 この問題点を解決するために種々の試みを行な
つたところ、アルミナを含む炭化珪素質成形体
を、Al、Al2O、AlOから選ばれる一種又は二種
以上を含む雰囲気のもとで焼成することにより、
より高密度な焼結体を作ることができることがわ
かつた。この方法によれば成形体から除去される
アルミナの量は減少し、組成、組織の安定した高
密度焼結体を得ることができる。 また、一方、炭化珪素自体も炭化珪素成形体の
焼結温度では分解を開始する。すなわち炭化珪素
は大気圧下では溶融せず、2000℃以上になると昇
華し始め、さらに高温になると炭素と珪素リツチ
な蒸気に分解する。炭化珪素の高密度焼結体を得
るのに必要な成形体の焼結温度は一般に1900〜
2300℃であり、この高温度域では炭化珪素は昇
華、分解をはじめ、Si、Si2Cなどの気体を発生す
る。そこで炭化珪素成形体をSi、Si2Cなどの気体
を含む雰囲気中で焼成すれば成形体の炭化珪素の
昇華、分解を抑えることができる。しかし実際に
は炭化珪素の分解は単純ではない。すなわち成形
体中に含まれる焼結助剤としてのアルミナ、ある
いは炭化珪素粒表面のシリカ層あるいは他の不純
物あるいは雰囲気中に含まれる微量酸素などとの
相互反応が起こる。 そこで焼成中における成形体の分解を防止し、
より高密度の焼結体を作るためには成形体の分解
により発生する気体の平衡蒸気圧以上に雰囲気中
のそれらの気体の分圧を保持することが好まし
い。 アルミナを含む炭化珪素質成形体を焼結すると
き、実際にどのような反応が起こり、どのような
気体が発生するかを調べることは難しいが、種々
試験をした結果アルミナを含む炭化珪素質成形体
を、Al、Al2O、AlOから選ばれる一種又は二種
以上と珪素及び/又は炭素を成分として含む雰囲
気のもとで焼成することが高密度でかつ均一な組
成、組織を有する焼結体を作る上でより好ましい
ことがわかつた。 焼結助剤としてアルミナを使用する場合には、
焼結時の成形体の分離は次のような反応が主とし
て起こると考えられる。 SiC+Al2O3→Al2O+SiO+CO そこでこの場合には焼結時の雰囲気中の
Al2O、SiO、COの気体の分圧を、成形体の分解
により発生するこれらの気体の平衡蒸気圧以上に
よれば成形体の分解が抑制され、より高密度の焼
結体が作られる。 次に実施の方法について説明する。 Al、Al2O、AlOを含む雰囲気、あるいは、
Al、Al2O、AlOと珪素及び/又は炭素を成分と
して含む雰囲気は焼成炉中にこれら気体を導入あ
るいは封入して達せられる。アルミニウムを含む
ガスはAl、Al2O、AlOなどとして、珪素を含む
ガスはSi、SiCl4、SiH4、SiOなどとして、炭素を
含むガスは炭化水素、COなどとして導入するこ
とができる。通常雰囲気は窒素、アルゴン、ヘリ
ウムなどの不活性ガスにこれらの気体を混合して
使用される。また別の方法として、これら気体を
焼結温度において発生するような粉末あるいは成
形体あるいは焼結体を炭化珪素質成形体の周囲に
配しておくことも有効な方法である。 即ち、 (1) 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の
一種以上、あるいはこれら粉末からなる成形体
から形成されるもの (2) 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の
一種以上及び珪素粉末、珪素化合物粉末、炭素
粉末、炭素化合物粉末の一種以上、あるいはこ
れら粉末からなる末焼成の成形体から形成され
るもの (3) 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
アルミニウム及び又はアルミニウム化合物を含
む炭化珪素質成形体を焼結して得られた焼結体
から形成されるもの がよい。 これらの粉末を炭化珪素質成形体の周囲に配す
方法としては、該粉末中に成形体を埋設する方法
と該粉末を内面に塗布した炭素製または炭化珪素
製サヤ材中に成形体を載置する方法が考えられ
る。該粉末中に埋設する方法は成形体の分解をよ
く抑制し好ましい。しかし大寸法、複雑形状の成
形体には不適である。これに対し、該粉末をサヤ
材に塗布する方法は種々の形状の製造に適し、ま
た焼結体の表面状態が良好となり該粉末中に埋設
する場合と同等の高密度焼結体を得ることができ
る。粉末塗布の方法においては粉末はアルコー
ル、アセトンなどの有機溶媒あるいは水と混合さ
れ泥漿とされサヤ材に塗布されてもよい。 またこの時ポリビニルアルコールなどの結合剤
を泥漿に混合することもできる。 粉末埋設、塗布の方法においては粉末として上
記したような種々のものを使用できるが好ましい
のはアルミニウムまたはアルミニウム化合物粉に
炭化珪素粉及び/又は炭素粉を混合した粉末であ
る。この場合、アルミニウムまたはアルミニウム
化合物粉としては焼結助剤として用いたアルミナ
と同じものを使用することが好ましいが、必ずし
も同じものに限られる必要はない。したがつてア
ルミナを使用する他に、水酸化アルミニウム、窒
化アルミニウム、炭化アルミニウムなどを使用し
てもよい。また粉末塗布の場合には炭素粉の代り
にフエノール樹脂、ポリメチルフエニレンなどの
残炭量の多い高分子芳香族化合物を使用すること
も便利である。 アルミニウムまたはアルミニウム化合物粉に炭
化珪素粉及び/又は炭素粉を配合するときに好ま
しいアルミニウムまたはアルミニウム化合物の配
合量はアルミニウムに換算して2〜40重量%であ
る。2%以下では成形体の分解抑制効果が小さ
く、充分高密度な焼結体が得られない。また40%
以上では配合粉末の分解速度が大きくなり、高密
度になつた場合でも重量減少が大きくなり好まし
くない。またアルミニウム、アルミナなどを使用
して埋設した場合には成形体へのこれらの液相と
しての含浸が起こり好ましくない。 また、粉末あるいは未焼成の成形体を使用する
代りに焼結体を使用することも好ましい。 焼結体としてはアルミニウム及び/又はアルミ
ニウム化合物を含む炭化珪素質焼結体を使用する
のが便利である。この場合には焼成しようとする
成形体と同質の焼結体にて成形体を囲み使用する
ことが好ましいが、異質のものでもよい。焼結体
を用いる場合には、粉末あるいは未焼成の成形体
を使用する場合に比べて重量に対する表面積が小
さいためその分解速度が小さくなり長時間成形体
の周囲の雰囲気を良好な状態に効果的に保つこと
ができ、長時間の焼成が必要な場合に適する。 本発明において高密度焼結体に焼成されるべき
炭化珪素質成形体は焼成する際にアルミナを含ん
でいればよく、したがつて炭化珪素粉末にアルミ
ナを配合してなる混合粉末を成形して得られる炭
化珪素質成形体は勿論であるが、たとえば炭化珪
素粉末に水酸化アルミニウムを配合してなる混合
体を成形して得られる炭化珪素質成形体などであ
つてもよい。 以上常圧焼成法による場合について述べてきた
が、本発明はホツトプレス法の場合にも勿論適用
することができる。 実施例 炭化珪素粉末としては市販の純度99%、粒径1
ミクロン以下のものを用いた。この炭化珪素粉末
に焼結助剤としてAl2O3を4重量%配合し、プラ
スチツクス製ポツトに入れ、プラスチツクス製ボ
ールによりアセトンの存在下で充分混合した。次
いでこれを乾燥し、機械プレスにより300Kg/cm2
で成形し20×20×4mmの成形体を得た。次にこれ
を抵抗加熱炉により第1表に示す各種の雰囲気条
件により2000℃にて1時間焼成した。 以上の結果、比較例に示した通常の方法による
場合に比べ、本発明の方法による場合には高密度
の炭化珪素質焼結体が得られることがわかる。
【表】 第1表において 雰囲気条件 なし:成形体を容器なしで炉中に設置 埋設:成形体を、方式の右欄の種類、配合量より
なる混合(または単独)粉末中に埋設 塗布:炭素容器内面に上記の混合(または単独)
粉末にエチルアルコールを加えた泥漿を塗布
し、乾燥後この中に成形体を載置、塗布厚みは
約0.5mm

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルミナを含む炭化珪素質成形体を、Al、
    Al2O、AlOから選ばれる一種又は二種以上を含
    む雰囲気のもとで焼成することを特徴とする高密
    度炭化珪素質焼結体の製造法。 2 雰囲気が不活性ガスを含む特許請求の範囲第
    1項の製造法。 3 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
    アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の一
    種又は二種以上を含む粉末あるいはこれらの粉末
    を含む成形体もしくは該成形体を焼結して得られ
    る焼結体から形成されるものである特許請求の範
    囲第1項又は第2項の製造法。 4 アルミニウム化合物がアルミナ、窒化アルミ
    ニウム、炭化アルミニウム、アルミニウム炭化珪
    素(Al4SiC4)、硼化アルミニウム、リン化アルミ
    ニウムから選ばれる一種又は二種以上である特許
    請求の範囲第3項の製造法。 5 アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末
    の一種又は二種以上を含む粉末あるいはこれらの
    粉末を含む成形体もしくは該成形体を焼結して得
    られる焼結体が、アルミニウムに換算して2〜40
    重量%のアルミニウム及び/又はアルミニウム化
    合物を含む特許請求の範囲第3項の製造法。 6 アルミナを含む炭化珪素質成形体を、Al、
    Al2O、AlOから選ばれる一種又は二種以上を含
    み、かつ、珪素及び/又は炭素を成分として含む
    雰囲気のもとで焼成することを特徴とする高密度
    炭化珪素質焼結体の製造法。 7 雰囲気が不活性ガスを含む特許請求の範囲第
    6項の製造法。 8 雰囲気が炭化珪素質成形体の周囲に配された
    アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉末の一
    種又は二種以上を含む粉末と珪素粉末、珪素化合
    物粉末、炭素粉末、炭素化合物粉末から選ばれる
    一種又は二種以上の粉末あるいはこれらの粉末を
    含む成形体もしくは該成形体を焼結して得られる
    焼結体から形成されるものである特許請求の範囲
    第6項又は第7項の製造法。 9 アルミニウム化合物がアルミナ、窒化アルミ
    ニウム、炭化アルミニウム、アルミニウム炭化珪
    素(Al4SiC4)、硼化アルミニウム、リン化アルミ
    ニウムから選ばれる一種又は二種以上である特許
    請求の範囲第8項の製造法。 10 珪素化合物が炭化珪素、シリカ、一酸化珪
    素から選ばれる一種又は二種以上である特許請求
    の範囲第8項の製造法。 11 炭素化合物がフエノール樹脂、ポリメチル
    フエニレンなどの高分子芳香族化合物から選ばれ
    る一種又は二種以上である特許請求の範囲第8項
    の製造法。 12 アルミニウム粉末、アルミニウム化合物粉
    末の一種又は二種以上を含む粉末あるいはこれら
    の粉末を含む成形体もしくは該成形体を焼結して
    得られる焼結体が、アルミニウムに換算して2〜
    40重量%のアルミニウム及び/又はアルミニウム
    化合物を含む特許請求の範囲第8項の製造法。
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CA000381702A CA1152536A (en) 1980-07-17 1981-07-14 Dense sintered silicon carbide ceramic
US06/283,238 US4354991A (en) 1980-07-17 1981-07-14 Dense sintered silicon carbide ceramic
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