JPS63225580A

JPS63225580A - 炭化珪素質焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPS63225580A
Application number: JP62059815A
Authority: JP
Inventors: 英之正木; 重孝和田
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1987-03-13
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1988-09-20

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、特定の分散剤を用いることにより。

高密度、高強度の炭化珪素質セラミックス焼結体を製造
する方法に関する。

〔従来技術〕

炭化珪素セラミックスは、耐熱、耐摩耗、耐しゆう動部
材として優れた性質を持っており、その用途は急速に広
まりつつある。それに伴い、製品の形状は厚肉品、複雑
薄肉品など種々の形状を成形する技術の開発が必要とな
ってきた。複雑品を成形す、るには射出成形法、泥しょ
う鋳込成形法があるが、特に鋳込成形法は工程が極めて
簡単で、低価格に作ることができるため古くから陶磁器
、衛生陶器などに用いられている。また、プレス成形法
は板、パイプ、ブロックなど比較的単純で対称性の高い
ものを極めて短時間に成形でき２点火栓碍子、フェライ
トコア、焼成用セックなどの成形に用いられている。

泥しょう鋳込成形およびプレス成形用の最適泥しようは
、セラミック粉末と溶媒からなる系の中でセラミック粉
末量が出来る限り多いものほど良いとされている（以下
、高粉末泥しようと言う）。

この理由としては、鋳込成形の場合、高粉末泥しようほ
ど型への着肉速度が早い、すなわち成形時間が短い、成
形収縮率が小さい、成形体密汝が高いなど、優れた特性
を持っている。

また、泥しようを噴霧乾燥して粒状体となす場合は、高
粉末泥しようほど１粒径の大きな球状で緻密な造粒粉末
が得られ、この造粒粉末をプレス成形したものは高密度
の均質成形体が得られる。

しかして、この高固形分で８かつ鋳込成形または噴霧乾
燥造粒可能な粘度の泥しようを造るためには、一般的に
界面活性剤を含む分散剤を添加する。炭化珪素質セラミ
ックスと水系に対する分散剤において、これに用いる界
面活性剤としては。

これまでアミン類、カルボン酸系を用いたものが研究さ
れている。

しかし、炭化珪素質粉末の成形体を製造する場合には、
これらの界面活性剤では分散効果が十分でなく、高粉末
泥しょうが得られない。そのため鋳込成形時間が長く、
成形収縮率が大きく、成形密度が低く、焼結体が低密度
、低強度のものしか得られない、また、これら分散剤を
用いる場合には、噴霧乾燥造粒粉末は粒径が小さく、造
粒粉末内に気泡の入った粉末しか出来ず、流動性が悪い
。

そのため均質な成形体が得られず、低密度、低強度焼結
体のものしか得られない。

本発明者らは、炭化珪素質セラミック焼結体の製造にお
ける。上述のごとき従来の問題点に鑑み。

これを解決すべく鋭意研究し１分散剤としての界面活性
剤等の添加物につき研究を重ね９本発明を成すに至った
ものである。

〔解決しようとする問題点〕

本発明は、炭化珪素質セラミック焼結体を製造するに際
し、成形時における高粉末泥しよう状態を可能になし、
もって高密度、高強度の上記焼結体を製造しようとする
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は炭化珪素粉末及び焼結助剤粉末からなる炭化珪
素質セラミック粉末と、ホルマリン縮合物と塩基性化合
物とからなる分散剤と水とを混合して泥しようとなし、
該泥しようを成形し、焼成することを特徴とする炭化珪
素質焼結体の製造方法にある。

本発明において２分散剤を構成する界面活性剤としての
ホルマリン縮合物は、ナフタリンスルホン酸ホルマリン
縮合物のアンモニウム塩、或いはそのナトリウム塩の一
方または双方を用いる。また、芳香族スルホン酸ホルマ
リン縮合物のこれらの塩も用いることができる。

また、塩化性化合物、ホルマリン縮合物とも。

ナトリウム塩は多量に使用すると焼成時に蒸発して炉の
寿命低下や焼結体中に残存して焼結体の特性低下を起こ
すこともある。それ故、ナトリウム塩よりもアンモニウ
ム塩を使用するが望ましい。

また、塩基性化合物は、アンモニア水、ジエチルアミン
、水酸化ナトリウムなどの有機或いは無機の水溶性化合
物を用いる。

しかして、ホルマリン縮合物は、炭化珪素セラミック粉
末に対して、Ｏ，ＯＳ〜１．０重量％添加することが好
ましい、０．０５％以下では分散効果が少なく、１％を
越えると起泡性が高くなり。

泥しよう作成時に気泡が多く発生し、成形時に困難を伴
う、なお、更に好ましくは、０．１〜０゜４％である。

また、泥しようにおける炭化珪素粉末の分散性などの点
より、泥しようのｐＨ（水素指数）は。

８．０〜１Ｏ０５とすることが好ましい、それ故。

分散剤として用いる塩基性化合物は、泥しようのｐＨが
この範囲になるよう添加することが好ましい。ｐＨが８
．０より低い場合には１分散性が悪く、また１Ｏ０５よ
り高くなると成形時における石膏型に損傷を生じ易く、
また離型性が良くない。

炭化珪素質セラミック粉末は、炭化珪素粉末と焼結助剤
粉末とから成る。焼結助剤としては、Ｂ−Ｃ系、ＭｇＡ
ｊ！ｔ　Ｏ４Ｙ！　Ｏｓ系、ＡＪ、０、系等を用いる。

これらの粉末は、平均粒径２μｍ以下のものを用いるこ
とが好ましい。

泥しようの作成は、上記の原料を水と共にボールミル、
振動ミルなどにより均一混合することにより行う、泥し
ようは、成形するに先立ってＢ型粘度計、ｐＨ計などに
より粘度、ｐＨを測定し。

所望の条件となっているか否かを測定する。

泥しようの粘度は、５０〜１５００Ｃｐｓ　　（センチ
ボイズ）にあることが、鋳込成形時、噴霧乾燥造粒時に
好都合である。即ち、５Ｃｐｓ未満では鋳込成形時に酸
化珪素粉末と焼結助剤粉末とが゛分離するおそれがあり
、また、上記造粒により得られる粉末の粒径が小さい、
又、１５００Ｃｐｓを越えると、泥しようの流動性が悪
（なるおれがある。

また、泥しようにおける炭素珪素粉末と水との割合は１
両者の合計中炭化珪素質粉末が６０〜８５重量％の範囲
にあることが好ましい、６０％以下では泥しょうが低粘
度となり過ぎるし、また、８５％以上では高粘度となり
過ぎ、成形性が悪くなるおそれがある。

なお、成形に先立っては、泥しようを＃１５０ないし３
００メツシユのフルイで濾過し、大きい塊を除去した後
、減圧下で泥しよう中の気泡を脱泡することが望ましい
。

上記のごとく作製した泥しようは１通常９次に示すよう
にして成形する。

即ち、この泥しようを所望の形状の通気性鋳型に流し込
み鋳込成形する。或いは、この泥しようを噴霧乾燥造粒
様に導入し噴霧乾燥造粒する。鋳型としては１石膏型、
樹脂型、金属型など種々あるが、水のみを泥しよう内か
ら型の内部に吸収したり、型の外部に排出し、セラミッ
ク粉末のみが残存する様な微細孔径のある型を用いる。

噴霧乾燥様はディスクタイプ、ノズルタイプとも使用で
きる。

なお、鋳込成形の場合、成形体の保型性、加工性を考慮
し、数％のバインダーを泥しよう作製時にしても良い、
また、噴霧造粒粉末のプレス性向上のため、滑剤、バイ
ンダーを添加しても良い。

鋳込成形した成形体は、成形直後十数％の水分を含んで
いるので乾燥させた後、必要に応じて加工し、所望の形
状の成形体とする。

噴霧乾燥造粒粉末は、金型またはラバー型にて数１００
〜数１０００ｋｇ／ｃｄの圧力でプレス成形し、必要に
応じ加工し、所望の形状の成形体とする０作製した画成
形体は真空、非酸化性雰囲気炉にて、１０００〜１６０
０℃で加熱し、添加した分散剤、バインダー、滑剤を成
形体から除去しｈ後、Ａｒガス雰囲気中１８００〜２２
００℃で１〜４Ｈｒ保持し、焼結して、炭化珪素質焼結
体を得る。

〔実施例〕

平均粒径０．６μｍの炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）粉末９７
．５％（重量比、以下同じ）、焼結助剤としての平均粒
径０．８μｍの炭化ホウ素（８４Ｃ）粉末０．５％及び
比表面積１００ｎｆ／ｇの炭素粉末２．０％を混合して
、炭化珪素質セラミック粉末を準備した。

次に、このセラミック粉末にイオン交換水、界面活性剤
としてのホルマリン縮合物塩基性化合物を加え、ボール
ミルにて２０時間混合して１本発明にかかる泥しよう、
Ｎ１１Ｌｌ〜１７を作製した。

この泥しようの混合割合、諸条件を第１表に示した。第
１表において、上記セラミック粉末と水とは両者で１０
０％となるよう示した。また１分散剤の量は上記セラミ
ック粉末に対する割合（％）で示した。

「界面活性剤」の欄にｒ　Ｎ　ａ　ｐ　−Ｎ　ＨｓＪと
あるのは、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物のア
ンモニウム塩を、ｒＮａｐ−ＮａＪとあるは。

同縮合物のナトリウム塩を示す、また、「塩基性化合物
」の欄のｒＮａＯＨＪは、水酸化ナトリウムを示す。

第１表に示した本発明にかかる泥しようは、適切な粘度
とｐＨを有し、良好の泥しよう状態を有していた。

また、比較のために、他の界面活性剤を用いて。

第２表に示す泥しようＮｏ、１０１〜１０６を作製した
。同表において、ｒＰＣ−ＮＨ！Ｊは「ポリカルボン酸
アンモニウム」を、ｒＨＭ−ＮａＪは「ヘキサメタリン
酸ナトリウム塩」を示す、同表より知られるごと（、こ
れら界面活性剤を用いた泥しようは、Ｎａ１Ｏ１が若干
良好な状態を示したが、他は高粘度となってしまい、適
切な泥しようを得ることができなかった。

次に、前記した各派しようを用いて、成形、焼結し、炭
化珪素質焼結体を製造した。

成形は、鋳込成形と、噴霧乾燥造粒後プレス成形の２種
類を行った。

鋳込成形は２石こう型を用いて厚み５鰭１幅５０龍、長
さ５０鶴の成形体となした。

また造粒成形に関しては、泥しようをディスクタイプの
筒径２．５ｍの噴霧乾燥機にて造粒し。

その粉末を幅５０ｆｉ、長さ５０鶴の金型を用いて１５
０ｋｇ／−で成形、更にゴム型を用いて１５５００ｋｇ
／ｃｄでプレス成形し、厚み５−１幅４８龍。

長さ４８ｆｌの成形体とした。

上記の各成形体は、１５００℃まで真空中で加熱し、２
１５０℃で１時間、アルゴン雰囲気中で焼結した。

上記の成形は１本発明及び比較例の各派しようについて
行い、その結果を、第３表及び第４表に示した０両表に
おける嵐は、第１，２表に示した泥しようと同番号の泥
しようの使用を示す、　第３表は、鋳込成形時における
成形性の状態、成形体の密度、焼結体の比重１強度を示
している。

第４表は噴霧造粒における造粒性、得られた粉末の平均
粒径、成形体及び焼結体の状態を示している。

なお、上表において焼結体の密度はアルキメデス法で１
強度はＪＩＳ規格形状試片に加工して４点曲げ法で測定
し１０本の平均強度で示した。

第３表より知られるごとく１本発明の泥しょうＮａｌ〜
１４を用いたものは、成形性も良く、また成形体の密度
、焼結体の比重１強度も高い、なお。

本発明にかかる磁１７の場合は、成形時間が長かった（
−４の場合の約２倍の時間）、これに対し。

比較例の泥しょうＮａ１０１は、成形時間が本発明の１
ｌｈ４の場合の３倍を要し、またＩｋ１０２は泥しよう
流れが悪く、成形性が悪かった。また、これら比較例の
ものは成形体、焼結体とも良好なものが得られなかった
。

次に２表４より知られるごと（１本発明にがかるＮａｌ
〜１４のものは、造粒性も良く、成形体の密度、焼結体
の比重１強度も高い、なお、Ｎａｌ’７第３表の易成形
） ☆（（支）ｋｇ／ｍｍ” ぐ１４表ｑ−宜、プレス感頃０ ☆（由ｋｇ／ｍｍ” の場合は、造粒粉末の収率が−４の場合に比し約７０％
と低かった。これに対し、比較例の泥しようＮａ１０１
は造粒収率が隆４の場合に比し５０％と悪（，１ｌｈ１
０２は造粒機への泥しょうづまりが起こり易（、それぞ
れ適切な焼結体を得ることができなかった。

〔発明の効果〕

本発明においては１分散剤中の界面活性剤として、ホル
マリン縮金物を用いているので、炭化珪素質セラミック
粉末の泥しよう中における分散を良好なものとし、高粉
末泥しようを作製することができる。

そのため、高密度、高強度の炭化珪素セラミック焼結体
を製造することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭化珪素粉末及び焼結助剤粉末からなる炭化珪素
質セラミック粉末と、ホルマリン縮合物と塩基性化合物
とからなる分散剤と、水とを混合して泥しょうとなし、
該泥しょうを成形し、焼成することを特徴とする炭化珪
素質焼結体の製造方法。
（２）ホルマリン縮合物は、ナフタリンスルホン酸ホル
マリン縮合物のアンモニウム塩、ナトリウム塩の一方又
は双方であることを特徴とする特許請求の範囲第一項に
記載の炭化珪素質焼結体の製造方法。
（３）塩基性化合物は、アンモニア水、ジエチルアミン
、又は水酸化ナトリウムの一種以上であることを特徴と
する特許請求の範囲第一項に記載の炭化珪素質焼結体の
製造方法。
（４）ホルマリン縮合物は、炭化珪素質セラミック粉末
に対して０．０５〜１．０重量％配合することを特徴と
する特許請求の範囲第一項に記載の炭化珪素質焼結体の
製造方法。
（５）泥しょうの水素指数（ｐＨ）は、８ないし１０．
５であることを特徴とする特許請求の範囲第一項に記載
の炭化珪素質焼結体の製造方法。
（６）成形は、泥しょうを成形型に鋳込み、脱水するこ
とにより行うことを特徴とする特許請求の範囲第一項に
記載の炭化珪素質焼結体の製造方法。
（７）成形は、泥しょうを噴霧乾燥し、粒状体となし、
該粒状体をプレス成形することにより行うことを特徴と
する特許請求の範囲第一項に記載の炭化珪素質焼結体の
製造方法。