JPS63252964A - ＳｉＣ焼結体の製造方法 - Google Patents
ＳｉＣ焼結体の製造方法Info
- Publication number
- JPS63252964A JPS63252964A JP62084554A JP8455487A JPS63252964A JP S63252964 A JPS63252964 A JP S63252964A JP 62084554 A JP62084554 A JP 62084554A JP 8455487 A JP8455487 A JP 8455487A JP S63252964 A JPS63252964 A JP S63252964A
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- sic powder
- sic
- powder
- sintered body
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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）
本発明は、ＳｉＣ焼結体製造方法に関し、特にエンジニ
アリングセラミックスとしての用途に好適に用いられる
破壊靭性に優れたＳｉＣ焼結体の製造方法について提案
する。
アリングセラミックスとしての用途に好適に用いられる
破壊靭性に優れたＳｉＣ焼結体の製造方法について提案
する。
（従来の技術）
ＳｉＣ焼結体は、耐熱性、対酸化性が強く高温強度が高
いためエンジニアリングセラミックスとして大変有望で
あるが、破壊靭性が低いために信顛性が低いという欠点
があった。この欠点を克服する従来技術として提案され
るものに、例えば、反応焼結法による焼結体の製造方法
がある。
いためエンジニアリングセラミックスとして大変有望で
あるが、破壊靭性が低いために信顛性が低いという欠点
があった。この欠点を克服する従来技術として提案され
るものに、例えば、反応焼結法による焼結体の製造方法
がある。
この従来方法は、破壊靭性は高くなるものの焼結体の密
度が低いため高強度を得に＜＜、残留シリコンにより高
温強度低下が認められる。その他、特開昭６１−５３１
６４号公報では、ＳｉＣ粉末にＡＩまたはＡｌ化合物焼
結助剤を添加してホットプレスで焼結し、金属を焼結体
中に分散させることにより強靭化を達成する方法を開示
している。
度が低いため高強度を得に＜＜、残留シリコンにより高
温強度低下が認められる。その他、特開昭６１−５３１
６４号公報では、ＳｉＣ粉末にＡＩまたはＡｌ化合物焼
結助剤を添加してホットプレスで焼結し、金属を焼結体
中に分散させることにより強靭化を達成する方法を開示
している。
しかし、この既知の方法で得られる焼結体は焼結助剤と
してＡＩ化合物を含むため、高温強度が低下するという
前記方法と同様の欠点があった。
してＡＩ化合物を含むため、高温強度が低下するという
前記方法と同様の欠点があった。
（発明が解決しようとする問題点）
上述した従来技術の場合、いずれも別Ｃ焼結体の抱える
本質的な欠点である靭性の改善はされたが、そのために
行う処理が原因となって高温強度が却って低下するとい
う問題点を残した。
本質的な欠点である靭性の改善はされたが、そのために
行う処理が原因となって高温強度が却って低下するとい
う問題点を残した。
本発明の目的は高温強度を低下させずに破壊靭性も高い
値を示すＳｉＣ焼結体を得る製造方法を開発することに
ある。
値を示すＳｉＣ焼結体を得る製造方法を開発することに
ある。
（問題点を解決するための手段）
玉揚の目的は次に示す内容を骨子とする方法、すなわち
、ディスオーダーとして、Ｘ線回折線ｄ＝２．６７、２
θ＝３３．６とｄ−２，５１，２θ＝ ３５．６のピー
ク強度比が４．５／１００以上であるβ−ＳｉＣ粉末に
、ほう素、炭素他の非酸化物焼結助剤を添加混合して成
形し、室温から１５００℃ないし１７００℃まで真空下
に加熱し、引続き不活性雰囲気のもとでα−ＳｉＣへの
相転移を抑制する焼成を施すことにより、ディスオーダ
ーとしてＸ線回折線ｄ ＝２．６７、２θ−３３，６と
ｄ＝２．５１． ２θ＝３５．６のピーク強度比が４．
５１００以上であるβ−ＳｉＣ粉末にすることを特徴と
する破壊靭性の優れたＳｉＣ焼結体の製造方法によって
達成される。
、ディスオーダーとして、Ｘ線回折線ｄ＝２．６７、２
θ＝３３．６とｄ−２，５１，２θ＝ ３５．６のピー
ク強度比が４．５／１００以上であるβ−ＳｉＣ粉末に
、ほう素、炭素他の非酸化物焼結助剤を添加混合して成
形し、室温から１５００℃ないし１７００℃まで真空下
に加熱し、引続き不活性雰囲気のもとでα−ＳｉＣへの
相転移を抑制する焼成を施すことにより、ディスオーダ
ーとしてＸ線回折線ｄ ＝２．６７、２θ−３３，６と
ｄ＝２．５１． ２θ＝３５．６のピーク強度比が４．
５１００以上であるβ−ＳｉＣ粉末にすることを特徴と
する破壊靭性の優れたＳｉＣ焼結体の製造方法によって
達成される。
（作 用）
次に本発明思想の内容について詳細に説明する。
一般に、ＳｉＣ焼結体は、破壊靭性が低い。これは、ほ
う素および炭素を添加した炭化けい素焼粘体は、応力集
中を受けやすく、粒内破壊しゃすいからである。
う素および炭素を添加した炭化けい素焼粘体は、応力集
中を受けやすく、粒内破壊しゃすいからである。
本発明は、結晶内部に人為的にディスオーダーなどの欠
陥を導入することにより、前記応力集中を緩和させ、Ｓ
ｉＣ焼結体の破壊靭性を増大させる方法により本発明を
完成した。
陥を導入することにより、前記応力集中を緩和させ、Ｓ
ｉＣ焼結体の破壊靭性を増大させる方法により本発明を
完成した。
なお本発明は、焼結助剤に非酸化物を用いるので、焼結
助剤による高温強度の低下もな（、ＳｉＣ本来の特性が
得られた。
助剤による高温強度の低下もな（、ＳｉＣ本来の特性が
得られた。
前記ディスオーダーを焼結体中に導入する方法としては
、用いるβ−ＳｉＣ粉体に多くのディスオーダーを含ん
でいることが必要である。ディスオーダーを多く含んだ
β−ＳｉＣ粉体は、低温で合成することにより得られる
。低温合成したβ−ＳｉＣは結晶子が小さく、Ｘ線回折
によるピーク強度も低く、ブロードな図形を示した。β
−ＳｉＣ粉体中のディスオーダーは、第１図のβ−Ｓｉ
ＣのｘＢ回折線による回折角２θとピーク強度を示す図
において、ｄ ＝２．６７、２０−３３．６に出現する
ピークで示される。得られたＳｉＣ粉体は、純度９８重
量％以上であり、透過形電子顕微鏡による観察において
β−ＳｉＣのみ発見され、得られた電子線回折図形はス
トリークを引いており、結晶がみだれていることを示し
ている。
、用いるβ−ＳｉＣ粉体に多くのディスオーダーを含ん
でいることが必要である。ディスオーダーを多く含んだ
β−ＳｉＣ粉体は、低温で合成することにより得られる
。低温合成したβ−ＳｉＣは結晶子が小さく、Ｘ線回折
によるピーク強度も低く、ブロードな図形を示した。β
−ＳｉＣ粉体中のディスオーダーは、第１図のβ−Ｓｉ
ＣのｘＢ回折線による回折角２θとピーク強度を示す図
において、ｄ ＝２．６７、２０−３３．６に出現する
ピークで示される。得られたＳｉＣ粉体は、純度９８重
量％以上であり、透過形電子顕微鏡による観察において
β−ＳｉＣのみ発見され、得られた電子線回折図形はス
トリークを引いており、結晶がみだれていることを示し
ている。
本発明者らは、前記ｄ ＝２．６７、２θ＝３３．６に
出現するピークを、β−ＳｉＣ結晶内に存在するディス
オーダーと定義した０本発明に効果のあるディスオーダ
ー量は（１）式のＸ線回折線ｄ ＝２．６７、２０＝３
３．６とｄ−２，５１，２θ−３５，６の前記第１図に
示す如きピーク強度（それぞれＩｄ＝２．６’７． Ｉ
ｄ＝２．５１）の比■によって示される。
出現するピークを、β−ＳｉＣ結晶内に存在するディス
オーダーと定義した０本発明に効果のあるディスオーダ
ー量は（１）式のＸ線回折線ｄ ＝２．６７、２０＝３
３．６とｄ−２，５１，２θ−３５，６の前記第１図に
示す如きピーク強度（それぞれＩｄ＝２．６’７． Ｉ
ｄ＝２．５１）の比■によって示される。
上記方法で測定されたディスオーダーのピーク強度比が
、４．５／１００以下の場合、焼結体β−ＳｉＣからα
−ＳｉＣへの相転移が起こり、ディスオーダーが消滅す
るため、応力集中の緩和の効果が少なくなり、破壊靭性
が低くなる。破壊靭性を向上するためには、焼結体β−
ＳｉＣからα−ＳｉＣへの相転移がなく、ディスオーダ
ーが残るディスオーダーのピーク強度比が４．５／１０
０以上である必要がある。
、４．５／１００以下の場合、焼結体β−ＳｉＣからα
−ＳｉＣへの相転移が起こり、ディスオーダーが消滅す
るため、応力集中の緩和の効果が少なくなり、破壊靭性
が低くなる。破壊靭性を向上するためには、焼結体β−
ＳｉＣからα−ＳｉＣへの相転移がなく、ディスオーダ
ーが残るディスオーダーのピーク強度比が４．５／１０
０以上である必要がある。
一般に、１７５０℃の低温で合成したβ−ＳｉＣ粉体は
、元来焼結性が劣る。原因としては、低温合成β−Ｓｉ
Ｃ粉体は、−次粒子中の結晶子が小さく、この−次粒子
は微粒子の凝集体であると考えられ、この微粒子の間に
不純物としてシリカ、炭素を多く含み、また空間が多い
ので成形体のグリーン密度が上がらないなどの現象があ
り、これらが原因と考えられる。
、元来焼結性が劣る。原因としては、低温合成β−Ｓｉ
Ｃ粉体は、−次粒子中の結晶子が小さく、この−次粒子
は微粒子の凝集体であると考えられ、この微粒子の間に
不純物としてシリカ、炭素を多く含み、また空間が多い
ので成形体のグリーン密度が上がらないなどの現象があ
り、これらが原因と考えられる。
本発明者らは、低温で合成したβ−ＳｉＣ粉体を易焼結
性にするために、粉砕により凝集体を分散させ、含まれ
た不純物を除去することで問題解決を計った。
性にするために、粉砕により凝集体を分散させ、含まれ
た不純物を除去することで問題解決を計った。
粉砕によって得られたβ−ＳｉＣ粉体は、遊離シリカ０
．５４重量％、遊離炭素０．４０重量％、Ａｒ、 Ｆｅ
。
．５４重量％、遊離炭素０．４０重量％、Ａｒ、 Ｆｅ
。
Ｃａ等の不純物は数十ｐｐｍ 、比表面積２８ｍ”／ｇ
、平均粒子径０．２２μｍであり、ディスオーダーのピ
ーク強度比が８．５／１００であった。
、平均粒子径０．２２μｍであり、ディスオーダーのピ
ーク強度比が８．５／１００であった。
次に、ＳｉＣ焼結体の焼成方法について説明する。
一般にβ−ＳｉＣは、高温で粒成長が起き易く、これと
並行してβからαへの相転移が起こる。この現象は、β
−ＳｉＣ中のディスオーダーを消滅させる。α−ＳｉＣ
の生成したものは結晶軸の熱膨張に異方性があり、結晶
内部に残留歪を残し強度低下を引き起こす。そのため、
α−ＳｉＣを抑制した焼成条件が必要となる。本発明者
らは、この焼成方法について十分に検討した結果、次の
条件を見い出した。
並行してβからαへの相転移が起こる。この現象は、β
−ＳｉＣ中のディスオーダーを消滅させる。α−ＳｉＣ
の生成したものは結晶軸の熱膨張に異方性があり、結晶
内部に残留歪を残し強度低下を引き起こす。そのため、
α−ＳｉＣを抑制した焼成条件が必要となる。本発明者
らは、この焼成方法について十分に検討した結果、次の
条件を見い出した。
前記β−５ＥＣ焼結用原料粉体に対し、焼結助剤として
、ほう素含有量が０．２５〜２．０重量％のほう素単体
またはほう素含有化合物および炭素含有量が１〜５重量
％の炭素または炭素含有化合物を添加して混合し、成形
した後焼成した。 室温から１５００℃ないしは１７０
０℃までを真空加熱することにより不純物を除去し、表
面拡散を均一にして焼成する。さらに、Ａｒなどの不活
性雰囲気で２０００ ℃〜２１５０℃の温度に昇温速度
０．２５〜１．２５℃／ｍｉｎ、で焼成することにより
、体積拡散を均一に生じさせることでα−ＳｉＣの生成
を抑制し、ディスオーダーを十分に残存させたＳｉＣ焼
結体が得られた。
、ほう素含有量が０．２５〜２．０重量％のほう素単体
またはほう素含有化合物および炭素含有量が１〜５重量
％の炭素または炭素含有化合物を添加して混合し、成形
した後焼成した。 室温から１５００℃ないしは１７０
０℃までを真空加熱することにより不純物を除去し、表
面拡散を均一にして焼成する。さらに、Ａｒなどの不活
性雰囲気で２０００ ℃〜２１５０℃の温度に昇温速度
０．２５〜１．２５℃／ｍｉｎ、で焼成することにより
、体積拡散を均一に生じさせることでα−ＳｉＣの生成
を抑制し、ディスオーダーを十分に残存させたＳｉＣ焼
結体が得られた。
すなわち、前記低温で合成し、粉砕して、ディスオーダ
ーを多（含むβ−ＳｉＣ粉体に、ほう素。
ーを多（含むβ−ＳｉＣ粉体に、ほう素。
炭素などを含む非酸化物焼結助剤を混合し、成形し、α
−ＳｉＣの生成を抑制する焼成方法によって得たβ−Ｓ
ｉＣ焼結体は、ディスオーダーのピーク強度比が４．５
／１００以上である場合、破壊靭性の向上が見られ、高
温強度の低下が殆んどないものが得られる。
−ＳｉＣの生成を抑制する焼成方法によって得たβ−Ｓ
ｉＣ焼結体は、ディスオーダーのピーク強度比が４．５
／１００以上である場合、破壊靭性の向上が見られ、高
温強度の低下が殆んどないものが得られる。
次に本発明を実施例について説明する。
〔実施例１〕
シリカ還元法により、１７５０℃Ａｒ雰囲気で合成した
β−ＳｉＣを粉砕、精製して焼結用粉体原料を得た。得
られた粉体は、ディスオーダーのピーク強度比が８．５
／１００であるβ−ＳｉＣ粉体であった。
β−ＳｉＣを粉砕、精製して焼結用粉体原料を得た。得
られた粉体は、ディスオーダーのピーク強度比が８．５
／１００であるβ−ＳｉＣ粉体であった。
この微粉末をＢ４Ｃｉ重量％、残炭率５０％のフェノー
ルレジン４．０重量％を添加し、バインダーにＰＶＢ５
重量％を加え、溶媒として水を加えボールミル混合した
後、スプレードライヤーにより乾燥した。乾燥した粉体
を成形した後焼成した。焼成は１７００℃まで真空で行
ない、１７００℃より２１００℃までをＡｒ雰囲気で毎
分１．２５℃で昇温した後、最高温度で１時間保持した
後冷却した。得られた焼結体は、ディスオーダーのピー
ク強度比は６．５／１００、破壊靭性値に＋ｃ＝５．Ｏ
ＭＰａｍ””を有し、曲げ強度σ” ７５ｋｇｆ／ｍｍ
”であった。１６００℃における曲げ強度は８３ｋｇｆ
／ａｍ”であった。
ルレジン４．０重量％を添加し、バインダーにＰＶＢ５
重量％を加え、溶媒として水を加えボールミル混合した
後、スプレードライヤーにより乾燥した。乾燥した粉体
を成形した後焼成した。焼成は１７００℃まで真空で行
ない、１７００℃より２１００℃までをＡｒ雰囲気で毎
分１．２５℃で昇温した後、最高温度で１時間保持した
後冷却した。得られた焼結体は、ディスオーダーのピー
ク強度比は６．５／１００、破壊靭性値に＋ｃ＝５．Ｏ
ＭＰａｍ””を有し、曲げ強度σ” ７５ｋｇｆ／ｍｍ
”であった。１６００℃における曲げ強度は８３ｋｇｆ
／ａｍ”であった。
第１表に実施例１と同様な方法で行った実施例２、３．
４．５．６を示す。
４．５．６を示す。
また、比較例１．２．３．４に従来方法で行った結果を
示す。
示す。
第１表の結果から、粉体特性は合成温度が高くなると、
β−ＳｉＣがα−ＳｉＣに相転移するため、ディスオー
ダー量が低下することが分かる。本発明による方法は、
従来法に比し焼結体のディスオーダー量が多く、破壊靭
性９曲げ強度が優れていることが明らかである。
β−ＳｉＣがα−ＳｉＣに相転移するため、ディスオー
ダー量が低下することが分かる。本発明による方法は、
従来法に比し焼結体のディスオーダー量が多く、破壊靭
性９曲げ強度が優れていることが明らかである。
（発明の効果）
本発明の製造方法によれば、従来の製造方法に比較し、
第２表に示すごとく破壊靭性１曲げ強度ともに優れ、と
くに破壊靭性の向上とワイブル係数の向上は、従来問題
であったＳｉＣ焼結体の信頼性を高め、その効果は大き
い。
第２表に示すごとく破壊靭性１曲げ強度ともに優れ、と
くに破壊靭性の向上とワイブル係数の向上は、従来問題
であったＳｉＣ焼結体の信頼性を高め、その効果は大き
い。
第１図はβ−ＳｉＣのＸ線回折による回折角２θとピー
ク強度を示す図である。
ク強度を示す図である。
Claims (1)
- １．ディスオーダーとして、Ｘ線回折線ｄ＝２．６７、
２θ−３３．６とｄ＝２．５１、２θ＝３５．６のピー
ク強度比が４．５／１００以上であるβ−ＳｉＣ粉末に
、ほう素、炭素他の非酸化物焼結助剤を添加混合して成
形し、室温から１５００℃ないし１７００℃まで真空下
に加熱し、引続き不活性雰囲気のもとでα−ＳｉＣへの
相転移を抑制する焼成を施すことにより、ディスオーダ
ーとしてＸ線回折線ｄ＝２．６７、２θ−３３．６とｄ
＝２．５１、２θ＝３５．６のピーク強度比が４．５／
１００以上であるβ−ＳｉＣ粉末にすることを特徴とす
る破壊靭性の優れたＳｉＣ焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62084554A JPS63252964A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | ＳｉＣ焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62084554A JPS63252964A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | ＳｉＣ焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252964A true JPS63252964A (ja) | 1988-10-20 |
Family
ID=13833863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62084554A Pending JPS63252964A (ja) | 1987-04-08 | 1987-04-08 | ＳｉＣ焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63252964A (ja) |
-
1987
- 1987-04-08 JP JP62084554A patent/JPS63252964A/ja active Pending
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