JPS63190758A - 炭化珪素系セラミツク焼結体 - Google Patents
炭化珪素系セラミツク焼結体Info
- Publication number
- JPS63190758A JPS63190758A JP62018236A JP1823687A JPS63190758A JP S63190758 A JPS63190758 A JP S63190758A JP 62018236 A JP62018236 A JP 62018236A JP 1823687 A JP1823687 A JP 1823687A JP S63190758 A JPS63190758 A JP S63190758A
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- JP
- Japan
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- aluminum
- silicon carbide
- sintered body
- strength
- auxiliary agent
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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。
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
この発明は、1500℃以上の高温まで常温強度を維持
することができ、更に常温強度より1500℃での強度
が大きい炭化珪素系セラミック焼結体に関するものであ
る。
することができ、更に常温強度より1500℃での強度
が大きい炭化珪素系セラミック焼結体に関するものであ
る。
従来の技術
炭化珪素系焼結体は高温まで広い温度範囲にわたって強
度が大きく、かつ硬度が高く耐摩耗性に優れるとともに
、化学的に安定であり耐酸化性が良好なために、高温構
造材として期待されている素材である。
度が大きく、かつ硬度が高く耐摩耗性に優れるとともに
、化学的に安定であり耐酸化性が良好なために、高温構
造材として期待されている素材である。
炭化珪素は共有結合性の強い物質であり、単独での焼結
は困難であるとされており、一般には、焼結助剤として
硼素および炭素、アルミニウムやアルミニウム化合物、
ベリリウム化合物などを添加して焼結が行なわれている
。
は困難であるとされており、一般には、焼結助剤として
硼素および炭素、アルミニウムやアルミニウム化合物、
ベリリウム化合物などを添加して焼結が行なわれている
。
アルミニウムもしくはアルミニウム化合物を焼結助剤と
する炭化珪素焼結体の報告は、アリエグロら(Jour
nal of The American Ceram
icSociety 、 39巻、P38B−389、
1958年)の報告などがある。これらのアルミニウム
もしくはアルミニウム化合物添加炭化珪素焼結体は、常
温では十分な強度を示すものの、高温での強度劣下が著
しく、ガスタービンローターに代表されるような高温構
造材としては、十分な強度が得られていない。
する炭化珪素焼結体の報告は、アリエグロら(Jour
nal of The American Ceram
icSociety 、 39巻、P38B−389、
1958年)の報告などがある。これらのアルミニウム
もしくはアルミニウム化合物添加炭化珪素焼結体は、常
温では十分な強度を示すものの、高温での強度劣下が著
しく、ガスタービンローターに代表されるような高温構
造材としては、十分な強度が得られていない。
例えば、ホットプレス焼結体については、特公昭57−
41538号公報において、α−炭化珪素粉にアルミニ
ウムまたはアルミニウム化合物を添加した焼結体におい
て、常温強度70.31kg/1nrrr’を越える抗
折力を有する炭化珪素焼結体とその製造法を開示してい
るが、1500℃における抗折力は32.34kg/m
rn’であり、著しい強度劣化を示している。
41538号公報において、α−炭化珪素粉にアルミニ
ウムまたはアルミニウム化合物を添加した焼結体におい
て、常温強度70.31kg/1nrrr’を越える抗
折力を有する炭化珪素焼結体とその製造法を開示してい
るが、1500℃における抗折力は32.34kg/m
rn’であり、著しい強度劣化を示している。
同様に常圧焼結体については、特開昭80−23938
0号公報に記載された最良の例が、常温曲げ強度87.
9 kg/mtn’であり、1400℃での曲げ強度が
58.0kg/mrn’である焼結体を示している。ま
た、この焼結体においては、1400℃以上での著しい
強度紙ドが予想され、1500℃程度の環境下まで強度
紙ドのない、アルミニウムもしくはアルミニウム化合物
を添加した炭化珪素焼結体は、現在まで知られていない
。
0号公報に記載された最良の例が、常温曲げ強度87.
9 kg/mtn’であり、1400℃での曲げ強度が
58.0kg/mrn’である焼結体を示している。ま
た、この焼結体においては、1400℃以上での著しい
強度紙ドが予想され、1500℃程度の環境下まで強度
紙ドのない、アルミニウムもしくはアルミニウム化合物
を添加した炭化珪素焼結体は、現在まで知られていない
。
発明が解決しようとする問題点
アルミニウムもしくはアルミニウム化合物を添加した炭
化珪素焼結体の高温構造材への実用化をはばむ大きな問
題点は著しい高温強度の低下である。そのため本発明で
は、アルミニウムもしくはアルミニウム化合物を添加し
た炭化珪素焼結体の高温強度の低下を改善しようと意図
したものである。
化珪素焼結体の高温構造材への実用化をはばむ大きな問
題点は著しい高温強度の低下である。そのため本発明で
は、アルミニウムもしくはアルミニウム化合物を添加し
た炭化珪素焼結体の高温強度の低下を改善しようと意図
したものである。
問題点を解決するための手段
すなわち本発明は、炭化珪素を主成分として、アルミニ
ウムもしくはアルミニウム化合物から選択した少なくと
も1種を助剤とする焼結体であって1粒界に助剤が認め
られず、 1500℃での曲げ強度が常温での曲げ強度
以上であることを特徴とする炭化珪素系セラミック焼結
体である。
ウムもしくはアルミニウム化合物から選択した少なくと
も1種を助剤とする焼結体であって1粒界に助剤が認め
られず、 1500℃での曲げ強度が常温での曲げ強度
以上であることを特徴とする炭化珪素系セラミック焼結
体である。
作用
本発明の焼結体の原料とする炭化珪素粉は、α相、β相
いずれもが使用できる。
いずれもが使用できる。
アルミニウムもしくはアルミニウム化合物としては、金
属アルミニウムでもよいし、アルミニウムの酸化物、炭
化物、窒化物などでも、高温で分解してアルミニウムや
アルミニウム化合物を生ずる化合物も使用できる0例え
ば金属アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化アルミニ
ウム、窒化アルミニウム、アルミニウム含有有機化合物
などであり、これらの少なくとも1種を添加することが
必要である。
属アルミニウムでもよいし、アルミニウムの酸化物、炭
化物、窒化物などでも、高温で分解してアルミニウムや
アルミニウム化合物を生ずる化合物も使用できる0例え
ば金属アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化アルミニ
ウム、窒化アルミニウム、アルミニウム含有有機化合物
などであり、これらの少なくとも1種を添加することが
必要である。
アルミニウムもしくはアルミニウム化合物添加炭化珪素
の高温強度の低下は、粒界層の高温強度の低下に支配さ
れていると考えられる。従って、助剤として添加したア
ルミニウムもしくはアルミニウム化合物のアルミニウム
の量を炭化珪素へのアルミニウムの固溶限以下にするこ
とにより、粒界における助剤の残留をなくす事が可能と
なり、高温強度の低下が防げるようになったものと思わ
れる。
の高温強度の低下は、粒界層の高温強度の低下に支配さ
れていると考えられる。従って、助剤として添加したア
ルミニウムもしくはアルミニウム化合物のアルミニウム
の量を炭化珪素へのアルミニウムの固溶限以下にするこ
とにより、粒界における助剤の残留をなくす事が可能と
なり、高温強度の低下が防げるようになったものと思わ
れる。
TAJIMAらの報告(Com−unications
of TheAmerican Ceramic 5
aciet7.65巻、C−27〜G−29,1982
年)によれば、アルミニウムの炭化珪素への固溶限界は
1800℃で0.28wt%、2000℃で0.5賛t
%である。
of TheAmerican Ceramic 5
aciet7.65巻、C−27〜G−29,1982
年)によれば、アルミニウムの炭化珪素への固溶限界は
1800℃で0.28wt%、2000℃で0.5賛t
%である。
一方、実験的には焼結条件により当然違いがあるが、助
剤として用いるアルミニウムもしくはアルミニウム化合
物の添加量はホットプレス法ではアルミニウムとして0
.4wt%未満、常圧焼結法ではアルミニウムとして1
wt%未満とすることにより、粒界に助剤の認められな
い炭化珪素焼結体が得られ、高温強度の低下を防ぐこと
ができた。
剤として用いるアルミニウムもしくはアルミニウム化合
物の添加量はホットプレス法ではアルミニウムとして0
.4wt%未満、常圧焼結法ではアルミニウムとして1
wt%未満とすることにより、粒界に助剤の認められな
い炭化珪素焼結体が得られ、高温強度の低下を防ぐこと
ができた。
これは完全には平衡固溶量に達していないこと、焼結体
中の助剤の分解を考えると、文献値の固溶限界とよい一
致を示していると考えられる。
中の助剤の分解を考えると、文献値の固溶限界とよい一
致を示していると考えられる。
特に常圧焼結法においては、アルミニウムが気体の化合
物となり減少する傾向が著しいので焼結体中に残るアル
ミニウム量が少なくなるため、アルミニウムの添加量が
多くなると考えられる。
物となり減少する傾向が著しいので焼結体中に残るアル
ミニウム量が少なくなるため、アルミニウムの添加量が
多くなると考えられる。
ただし、焼結助剤であるアルミニウムもしくはアルミニ
ウム化合物の添加量が少なすぎると、焼結が進まず強度
が低くなる。助剤の下限量としては、ホットプレス法で
はアルミニウム分として0.02wt%、常圧焼結法で
は0.1wt%が必要である。
ウム化合物の添加量が少なすぎると、焼結が進まず強度
が低くなる。助剤の下限量としては、ホットプレス法で
はアルミニウム分として0.02wt%、常圧焼結法で
は0.1wt%が必要である。
得られた炭化珪素セラミック焼結体の粒界における助剤
の存在の有無は、分析電顕(TEN)もしくはオージェ
電子分光のいずれかの手段を用いて確認した。
の存在の有無は、分析電顕(TEN)もしくはオージェ
電子分光のいずれかの手段を用いて確認した。
分析電顕観察は、焼結体を切断し、30JLmまで機械
研磨した後、イオンシンニング装置にヨリ薄膜を作成し
、サンプルとした。6万倍のTEX像で観察を行ない、
粒界および粒内のアルミニウム濃度をEDXで分析し、
粒内および粒界においてのアルミニウム濃度の差が測定
誤差内と認められたとき、粒界に助剤がないものと判定
した。
研磨した後、イオンシンニング装置にヨリ薄膜を作成し
、サンプルとした。6万倍のTEX像で観察を行ない、
粒界および粒内のアルミニウム濃度をEDXで分析し、
粒内および粒界においてのアルミニウム濃度の差が測定
誤差内と認められたとき、粒界に助剤がないものと判定
した。
オージェ電子分光では、焼結体を1o−9torr以上
の高真空中で破壊し、粒界破壊した粒子と1粒内破壊し
た粒子について各々分析し、粒内および粒界においての
アルミニウム濃度の差が測定誤差内と認められたとき粒
界に助剤がないものと判定した。
の高真空中で破壊し、粒界破壊した粒子と1粒内破壊し
た粒子について各々分析し、粒内および粒界においての
アルミニウム濃度の差が測定誤差内と認められたとき粒
界に助剤がないものと判定した。
以下本発明の実施例を示す。
実施例
実施例1
平均粒径0.3 JLmの炭化珪素粉末に、平均粒径0
.2gmの酸化アルミニウムを添加し、ヘキサンを溶媒
として、ボールミルで24時間混練し混合粉を得た。
.2gmの酸化アルミニウムを添加し、ヘキサンを溶媒
として、ボールミルで24時間混練し混合粉を得た。
溶媒を除去した後、混合粉末をグラファイト製ダイスに
入れ、温度1900℃、プレス圧40MPa 、アルゴ
ンガス雰囲気中でホットプレス焼結(焼結時間30分間
)を行ない炭化珪素焼結体を得た。
入れ、温度1900℃、プレス圧40MPa 、アルゴ
ンガス雰囲気中でホットプレス焼結(焼結時間30分間
)を行ない炭化珪素焼結体を得た。
得られた焼結体はJIS−R−1801に基づき曲げ強
度を測定した。
度を測定した。
結果を表1に示す、明らかに助剤のアルミナ(M2O3
)添加量0.8wt%以上の場合と、0.7wt%以下
の場合で、高温強度の常温強度への比が異なっている。
)添加量0.8wt%以上の場合と、0.7wt%以下
の場合で、高温強度の常温強度への比が異なっている。
アルミナの添加量をアルミニウムの固溶限以下に押える
と、1500℃に到るまで強度はまったく低下しないこ
とがわかる。
と、1500℃に到るまで強度はまったく低下しないこ
とがわかる。
なお、アルミナ添加量が0.7wt%以下の場合には、
得られた焼結体の粒界に焼結助剤として添加したアルミ
ナが存在しないことは、分析電顕により確認した。
得られた焼結体の粒界に焼結助剤として添加したアルミ
ナが存在しないことは、分析電顕により確認した。
実施例2
平均粒径0.3ルmの炭化珪素粉末に平均粒径1.8g
mの窒化アルミニウムを添加し、ヘキサンを溶媒として
ボールミルで24時間混練し混合粉を得た。溶媒を除去
した後、混合粉末をグラファイト製ダイス中に入れ、1
950℃、プレス圧40MPa、真空雰囲気でホットプ
レス焼結(焼結時間5時間)を行ない炭化珪素焼結体を
得た。得られた焼結体について、実施例1と同様の評価
を行なった。結果を表2に示す。
mの窒化アルミニウムを添加し、ヘキサンを溶媒として
ボールミルで24時間混練し混合粉を得た。溶媒を除去
した後、混合粉末をグラファイト製ダイス中に入れ、1
950℃、プレス圧40MPa、真空雰囲気でホットプ
レス焼結(焼結時間5時間)を行ない炭化珪素焼結体を
得た。得られた焼結体について、実施例1と同様の評価
を行なった。結果を表2に示す。
アルミニウム量が0.4wt%より多いか少ないかによ
って、実施例1と同様の結果を示している。
って、実施例1と同様の結果を示している。
分析電顕(6万倍)による焼結体の観察では。
本発明の場合には粒界に窒化アルミニウムの存在は認め
られなかった。またオージェ電子分光によっても分析電
顕と同様の結果であった。
られなかった。またオージェ電子分光によっても分析電
顕と同様の結果であった。
実施例3
平均粒径10μmのアルミニウム粉末を炭化珪素製ボー
ルミルで48時間粉粋した。平均粒径0.37tmの炭
化珪素粉末に粉砕後のアルミニウム粉末を添加し、実施
例1と同様の方法で、混線、焼結、評価を行なった。結
果を表3に示す、実施例1と同じく、アルミニウム量0
.4wt%を境として、高温強度の傾向が異なることが
わかる。
ルミルで48時間粉粋した。平均粒径0.37tmの炭
化珪素粉末に粉砕後のアルミニウム粉末を添加し、実施
例1と同様の方法で、混線、焼結、評価を行なった。結
果を表3に示す、実施例1と同じく、アルミニウム量0
.4wt%を境として、高温強度の傾向が異なることが
わかる。
尚、分析型wJ(6万倍)による確認では、本発明の場
合には粒界にアルミニウムの存在は認められなかった。
合には粒界にアルミニウムの存在は認められなかった。
実施例4
平均粒径0.3pmの炭化珪素粉末を十分脱水したイソ
プロピルアルコール中でスラリー状にし。
プロピルアルコール中でスラリー状にし。
加熱・煮沸させた後、ボールミル中で約lθ時間混合す
る。アルミニウム換算で炭化珪素に対し所定量となるよ
うに、純度33%以上のアルミニウムイソプロポキシド
((i −Cs & O)3 AQ)を調合し、十分脱
水したイソプロピルアルコール中に溶かし、加熱・煮沸
後、約10時間攪拌した。
る。アルミニウム換算で炭化珪素に対し所定量となるよ
うに、純度33%以上のアルミニウムイソプロポキシド
((i −Cs & O)3 AQ)を調合し、十分脱
水したイソプロピルアルコール中に溶かし、加熱・煮沸
後、約10時間攪拌した。
その後、炭化珪素スラリーとアルミニウムインプロポキ
シド溶液とを混合し約10時間攪拌した後、前記混合ス
ラリー中にPi(2に調整した水をモル数でアルミニウ
ムイソプロポキシドの100倍量添加し、再度約10時
間の攪拌を行なった。
シド溶液とを混合し約10時間攪拌した後、前記混合ス
ラリー中にPi(2に調整した水をモル数でアルミニウ
ムイソプロポキシドの100倍量添加し、再度約10時
間の攪拌を行なった。
混合終了後、噴霧乾燥により混合溶液を乾燥した。得ら
れた乾燥粉末をアルゴンガス中、1200℃、1時間の
熱処理を行なった後では、X線回折により、炭化珪素と
酸化アルミニウムの相が検出された。
れた乾燥粉末をアルゴンガス中、1200℃、1時間の
熱処理を行なった後では、X線回折により、炭化珪素と
酸化アルミニウムの相が検出された。
この混合粉末を実施例1と同様の方法で焼結・評価を行
なった。結果を表4に示す。
なった。結果を表4に示す。
他の実施例と同じく、アルミニウム換算量0.4wt%
を境として、高温強度の傾向が異なることがわかる。
を境として、高温強度の傾向が異なることがわかる。
尚、分析電顕による確認(6万倍)では1本発明の場合
では粒界にアルミニウムの存在は認められなかった。
では粒界にアルミニウムの存在は認められなかった。
実施例5
平均粒径0.3ルmの炭化珪素粉末に、平均粒径0.2
ILmの酸化アルミニウムを添加し、ヘキサンを溶媒と
して、ボールミルで24時間混練し混合粉を得た。
ILmの酸化アルミニウムを添加し、ヘキサンを溶媒と
して、ボールミルで24時間混練し混合粉を得た。
溶媒を除去した後、混合粉末を100kg/ c m’
の圧力で一軸成形し、更に7000kg/crrr’の
圧力で冷間静水圧プレスを行なった。この成形体をカー
ボン容器中で?09iC−30A1h03の組成を持つ
粉体に埋設し、1950℃で2時間、焼結を行ない炭化
珪素焼結体を得た。
の圧力で一軸成形し、更に7000kg/crrr’の
圧力で冷間静水圧プレスを行なった。この成形体をカー
ボン容器中で?09iC−30A1h03の組成を持つ
粉体に埋設し、1950℃で2時間、焼結を行ない炭化
珪素焼結体を得た。
得られた焼結体は実施例1と同様にして曲げ強度を測定
した。結果を表5に示す、アルミニウム換算i0.53
wt%の時は1500℃での強度低下がないことがわか
る。
した。結果を表5に示す、アルミニウム換算i0.53
wt%の時は1500℃での強度低下がないことがわか
る。
尚、分析電顕による確認(6万倍)では、本発明の場合
では粒界にアルミニウムの存在は認められなかった。
では粒界にアルミニウムの存在は認められなかった。
(以下余白)
表1
表2
表3
表4
表5
発明の効果
従来のアルミニウムもしくはアルミニウム化合物を助剤
とした炭化珪素焼結体は、著しい高温強度の低下を示し
ている。
とした炭化珪素焼結体は、著しい高温強度の低下を示し
ている。
本発明によれば、アルミニウムもしくはアルミニウム化
合物を助剤とした炭化珪素焼結体においても、高温強度
の低下はなく、組成によっては。
合物を助剤とした炭化珪素焼結体においても、高温強度
の低下はなく、組成によっては。
1500℃での強度が常温強度の7倍にもなる場合もあ
る。
る。
従来は、アルミニウムもしくはアルミニウム化合物を助
剤とした炭化珪素は、ガスタービンローターを始めとす
る1400℃以上での使用は不可能とされてきた。しか
し1本発明による)に化珪素は、■−述のように150
0°Cに到っても、まったく強度劣化は見られず、 1
500℃以上での使用が回部な高温構造材料であり、高
温で強度を必要とされる用途に多用されるものである。
剤とした炭化珪素は、ガスタービンローターを始めとす
る1400℃以上での使用は不可能とされてきた。しか
し1本発明による)に化珪素は、■−述のように150
0°Cに到っても、まったく強度劣化は見られず、 1
500℃以上での使用が回部な高温構造材料であり、高
温で強度を必要とされる用途に多用されるものである。
Claims (1)
- 炭化珪素を主成分として、アルミニウムもしくはアルミ
ニウム化合物から選択した少なくとも1種を助剤とする
焼結体であって、粒界に助剤が認められず、1500℃
での曲げ強度が常温強度以上であることを特徴とする炭
化珪素系セラミック焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62018236A JPS63190758A (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 炭化珪素系セラミツク焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62018236A JPS63190758A (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 炭化珪素系セラミツク焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63190758A true JPS63190758A (ja) | 1988-08-08 |
Family
ID=11966039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62018236A Pending JPS63190758A (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 炭化珪素系セラミツク焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63190758A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7815994B2 (en) | 2004-09-30 | 2010-10-19 | Ibiden Co., Ltd. | Method for producing porous body, porous body, and honeycomb structure |
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-
1987
- 1987-01-30 JP JP62018236A patent/JPS63190758A/ja active Pending
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