JPS6337062B2 - - Google Patents
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- JPS6337062B2 JPS6337062B2 JP59046766A JP4676684A JPS6337062B2 JP S6337062 B2 JPS6337062 B2 JP S6337062B2 JP 59046766 A JP59046766 A JP 59046766A JP 4676684 A JP4676684 A JP 4676684A JP S6337062 B2 JPS6337062 B2 JP S6337062B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は高密度でかつ熱伝導性の低い炭化けい
素焼結体の製造法に関するものである。 炭化けい素は常温および高温において化学的に
安定であり、また機械的特性に優れているため、
セラミツクスエンジン用部品をはじめとする耐熱
構造材料、しゆう動材料として使用され始めてい
る。 従来、炭化けい素をこのような材料として使用
する場合、微細な炭化けい素粉末を成形して高温
で焼成して焼結体を製造している。しかし、炭化
けい素は元来難焼結性であるため、焼成に際し焼
結助剤を混合使用している。例えば、(1)β―SiC
粉末にほう素0.3〜3.0重量％と炭素0.1〜1.0重量
％を混和して焼成する方法（特開昭50−78609
号）。(2)α―SiC粉末にBeOを添加してホツトプ
レスする方法（セラミツクス，18，P217―223，
1983年）が知られている。 しかしながら、これらの方法では焼結性は良好
であり高密度の焼結体は得られるものの、焼結体
の熱伝導率が高く、炭化けい素焼結体をセラミツ
クス断熱エンジンをはじめとする断熱を必要とす
る高温構造材料として使用する際に断熱性が低下
し熱効率が低下し好ましくない。例えば(2)の焼結
体の熱伝導率は270W／mKと高い値を示してい
る。 本発明はこれらの従来の欠点を改善すべくなさ
れたもので、その目的は高密度で熱伝導率の低い
（断熱性に優れた）炭化けい素焼結体を製造する
方法を提供することにある。 本発明者らは前記目的を達成すべく、平均粒径
0.5μm以下の炭化けい素粉末に、バリウムと炭素
を焼結助剤として使用し、その使用量を変えて真
空下または不活性雰囲気下で焼成したところ、炭
化けい素粉末に対し、バリウム0.5〜20重量％，
炭素0.1〜５重量％の両焼結助剤を使用すること
により、高密度でかつ低い熱伝導率を持つ焼結体
が得られることを究明し得、この知見に基いて本
発明を完成したものである。 本発明において使用する炭化けい素の粒径は
5.0μm以下、好ましくは1μm以下のものであるこ
とが必要である。粒径がそれよりも大きいものは
焼結体の密度が低下し、また強度が低下する。原
料粉末に含まれる炭化けい素の結晶形は、α形，
β形いずれでも良い。また、これらの混合物でも
良い。 焼結助剤としては、バリウムと炭素を使用す
る。バリウム源としてはバリウムまたはバリウム
含有化合物例えば酸化バリウム，炭化バリウム，
炭酸バリウム等が使用される。 バリウム（バリウム含有化合物ではバリウムに
換算して）の添加量は炭化けい素に対し0.5〜20
重量％，好ましくは１〜10重量％であることが必
要である。0.5重量％より少ないとち密化の進行
がおそく高密度の焼結体が得られない。また、20
重量％を超えると、焼結体中に多くのバリウムが
残留し、炭化けい素焼結体の機械的強度を低下さ
せる欠点が生ずる。 炭素源としては、カーボンブラツク等の炭素ま
たは炭素を焼成の際生成する例えばフエノール樹
脂などの有機化合物が使用される。炭素（有機化
合物の場合は炭素に換算して）の添加量は炭化け
い素に対し、0.1〜５重量％であるこが必要であ
る。0.1重量％より少ないと焼結が困難であり、
５重量％を超えると焼結体中に炭素が残留して炭
化けい素焼結体の機械的強度を低下せる欠点が生
ずる。 焼結助剤としてのバリウムおよび炭素の働きに
ついては明らかではないが、バリウムと炭素が反
応しバリウムの炭化物が生成し、これと炭化けい
素が反応して液相を生成し、焼結を促進するもの
と考えられる。また、生成したこの化合物の効果
により熱伝導率が低下するものと考えられる。 炭化けい素粉末とバリウム及び炭素の混合は、
エタノール，アセトン等の有機溶剤または水を用
いての湿式混合が適している。特に炭素源として
有機化合物を用いる場合には、その有機化合物を
溶解する有機溶剤の使用が望ましい。 これらの混合物の成形は、金型成形，ラバープ
レス，射出成形等によつて行われる。また、ホツ
トプレス，熱間静水圧プレス等の成形と焼結を同
時に行う方法でもよい。 焼成は真空中または不活性雰囲気中で行う。不
活性雰囲気としては、ヘリウム，アルゴン等が挙
げられる。この雰囲気は酸素を極力低下させるこ
とが必要であり、真空度は10-4気圧以下で、また
不活性雰囲気中に含まれる酸素濃度は10-6以下で
あることが望ましい。雰囲気中に多量の酸素が含
まれると炭化けい素粉末の表面を酸化して焼結性
が低下するからである。 焼成温度は1800〜2400℃，好ましくは2000〜
2100℃で行う。1800℃より低いと焼結の進行がお
そく、ち密な焼結体が得られなく、また2400℃を
超えると、結晶の粒成長が顕著となりまた炭化け
い素の分解が起こるので好ましくない。焼結法は
常圧焼結法，ホツトプレス法，熱間静水圧プレス
法等いずれの方法でもよいが、添加量が少い場合
にはホツトプレス法，熱間静水圧プレス法を用い
る方がよい。 実施例 １ SiO2と炭素を反応させて作つた平均粒径0.3μm
のβ―SiC粉末に、酸化バリウム５重量％（バリ
ウムに換算して4.5重量％）、炭素として、レゾー
ル形フエノール樹脂１重量％（炭素に換算して）
の割合で混合した。これにエタノールを加え、ボ
ールミルで24時間混合した後、乾燥・粉砕して原
料混合粉末を得た。次に該混合粉末を黒鉛ダイス
に入れ、10-4Torrの真空中で200Kg／cm2の圧力を
加えながら、50℃／分の速度で2050℃まで昇温
し、30分間ホツトプレスすることにより、φ10厚
さ２mmの焼結体を得た。 得られた焼結体の密度は3.05ｇ／cm3，熱伝導率
は6.4W／mKであつた。なお、熱伝導率はレーザ
フラツシユ法によつて測定した値である。 実施例 ２ バリウム源として炭酸バリウムを10重量％（バ
リウムに換算して７重量％）を、炭素源としてレ
ゾール形フエノール樹脂２重量％（炭素に換算し
て）を添加した他は、実施例１と同一条件でホツ
トプレスを行い焼結体を得た。得られた焼結体の
密度は3.06ｇ／cm3，熱伝導率は4.4W／mKであつ
た。 比較例 表１の組成の添加剤を使用し、実施例１と同様
にしてホツトプレスをして焼結体を得た。得られ
た焼結体はいずれも高密度化はしていたが、いず
れも熱伝導率が高く、断熱材料としては不適当で
あつた。
素焼結体の製造法に関するものである。 炭化けい素は常温および高温において化学的に
安定であり、また機械的特性に優れているため、
セラミツクスエンジン用部品をはじめとする耐熱
構造材料、しゆう動材料として使用され始めてい
る。 従来、炭化けい素をこのような材料として使用
する場合、微細な炭化けい素粉末を成形して高温
で焼成して焼結体を製造している。しかし、炭化
けい素は元来難焼結性であるため、焼成に際し焼
結助剤を混合使用している。例えば、(1)β―SiC
粉末にほう素0.3〜3.0重量％と炭素0.1〜1.0重量
％を混和して焼成する方法（特開昭50−78609
号）。(2)α―SiC粉末にBeOを添加してホツトプ
レスする方法（セラミツクス，18，P217―223，
1983年）が知られている。 しかしながら、これらの方法では焼結性は良好
であり高密度の焼結体は得られるものの、焼結体
の熱伝導率が高く、炭化けい素焼結体をセラミツ
クス断熱エンジンをはじめとする断熱を必要とす
る高温構造材料として使用する際に断熱性が低下
し熱効率が低下し好ましくない。例えば(2)の焼結
体の熱伝導率は270W／mKと高い値を示してい
る。 本発明はこれらの従来の欠点を改善すべくなさ
れたもので、その目的は高密度で熱伝導率の低い
（断熱性に優れた）炭化けい素焼結体を製造する
方法を提供することにある。 本発明者らは前記目的を達成すべく、平均粒径
0.5μm以下の炭化けい素粉末に、バリウムと炭素
を焼結助剤として使用し、その使用量を変えて真
空下または不活性雰囲気下で焼成したところ、炭
化けい素粉末に対し、バリウム0.5〜20重量％，
炭素0.1〜５重量％の両焼結助剤を使用すること
により、高密度でかつ低い熱伝導率を持つ焼結体
が得られることを究明し得、この知見に基いて本
発明を完成したものである。 本発明において使用する炭化けい素の粒径は
5.0μm以下、好ましくは1μm以下のものであるこ
とが必要である。粒径がそれよりも大きいものは
焼結体の密度が低下し、また強度が低下する。原
料粉末に含まれる炭化けい素の結晶形は、α形，
β形いずれでも良い。また、これらの混合物でも
良い。 焼結助剤としては、バリウムと炭素を使用す
る。バリウム源としてはバリウムまたはバリウム
含有化合物例えば酸化バリウム，炭化バリウム，
炭酸バリウム等が使用される。 バリウム（バリウム含有化合物ではバリウムに
換算して）の添加量は炭化けい素に対し0.5〜20
重量％，好ましくは１〜10重量％であることが必
要である。0.5重量％より少ないとち密化の進行
がおそく高密度の焼結体が得られない。また、20
重量％を超えると、焼結体中に多くのバリウムが
残留し、炭化けい素焼結体の機械的強度を低下さ
せる欠点が生ずる。 炭素源としては、カーボンブラツク等の炭素ま
たは炭素を焼成の際生成する例えばフエノール樹
脂などの有機化合物が使用される。炭素（有機化
合物の場合は炭素に換算して）の添加量は炭化け
い素に対し、0.1〜５重量％であるこが必要であ
る。0.1重量％より少ないと焼結が困難であり、
５重量％を超えると焼結体中に炭素が残留して炭
化けい素焼結体の機械的強度を低下せる欠点が生
ずる。 焼結助剤としてのバリウムおよび炭素の働きに
ついては明らかではないが、バリウムと炭素が反
応しバリウムの炭化物が生成し、これと炭化けい
素が反応して液相を生成し、焼結を促進するもの
と考えられる。また、生成したこの化合物の効果
により熱伝導率が低下するものと考えられる。 炭化けい素粉末とバリウム及び炭素の混合は、
エタノール，アセトン等の有機溶剤または水を用
いての湿式混合が適している。特に炭素源として
有機化合物を用いる場合には、その有機化合物を
溶解する有機溶剤の使用が望ましい。 これらの混合物の成形は、金型成形，ラバープ
レス，射出成形等によつて行われる。また、ホツ
トプレス，熱間静水圧プレス等の成形と焼結を同
時に行う方法でもよい。 焼成は真空中または不活性雰囲気中で行う。不
活性雰囲気としては、ヘリウム，アルゴン等が挙
げられる。この雰囲気は酸素を極力低下させるこ
とが必要であり、真空度は10-4気圧以下で、また
不活性雰囲気中に含まれる酸素濃度は10-6以下で
あることが望ましい。雰囲気中に多量の酸素が含
まれると炭化けい素粉末の表面を酸化して焼結性
が低下するからである。 焼成温度は1800〜2400℃，好ましくは2000〜
2100℃で行う。1800℃より低いと焼結の進行がお
そく、ち密な焼結体が得られなく、また2400℃を
超えると、結晶の粒成長が顕著となりまた炭化け
い素の分解が起こるので好ましくない。焼結法は
常圧焼結法，ホツトプレス法，熱間静水圧プレス
法等いずれの方法でもよいが、添加量が少い場合
にはホツトプレス法，熱間静水圧プレス法を用い
る方がよい。 実施例 １ SiO2と炭素を反応させて作つた平均粒径0.3μm
のβ―SiC粉末に、酸化バリウム５重量％（バリ
ウムに換算して4.5重量％）、炭素として、レゾー
ル形フエノール樹脂１重量％（炭素に換算して）
の割合で混合した。これにエタノールを加え、ボ
ールミルで24時間混合した後、乾燥・粉砕して原
料混合粉末を得た。次に該混合粉末を黒鉛ダイス
に入れ、10-4Torrの真空中で200Kg／cm2の圧力を
加えながら、50℃／分の速度で2050℃まで昇温
し、30分間ホツトプレスすることにより、φ10厚
さ２mmの焼結体を得た。 得られた焼結体の密度は3.05ｇ／cm3，熱伝導率
は6.4W／mKであつた。なお、熱伝導率はレーザ
フラツシユ法によつて測定した値である。 実施例 ２ バリウム源として炭酸バリウムを10重量％（バ
リウムに換算して７重量％）を、炭素源としてレ
ゾール形フエノール樹脂２重量％（炭素に換算し
て）を添加した他は、実施例１と同一条件でホツ
トプレスを行い焼結体を得た。得られた焼結体の
密度は3.06ｇ／cm3，熱伝導率は4.4W／mKであつ
た。 比較例 表１の組成の添加剤を使用し、実施例１と同様
にしてホツトプレスをして焼結体を得た。得られ
た焼結体はいずれも高密度化はしていたが、いず
れも熱伝導率が高く、断熱材料としては不適当で
あつた。
【表】
以上のように本発明の方法によると、密度3.0
ｇ／cm3以上で、しかも熱伝導率10W／mK以下
の、高密度・低熱伝導性の優れた炭化けい素焼結
体が得られる効果を奏し得られる。
ｇ／cm3以上で、しかも熱伝導率10W／mK以下
の、高密度・低熱伝導性の優れた炭化けい素焼結
体が得られる効果を奏し得られる。
Claims (1)
- １ 平均粒径5.0μm以下の炭化けい素粉末に、該
炭化けい素粉末の0.5〜20重量％のバリウムまた
は同量のバリウムを含むバリウム化合物と、該炭
化けい素粉末の0.1〜５重量％の炭素または同量
の炭素を生成する有機化合物を混合・成形した
後、真空中または不活性雰囲気中で、1800〜2400
℃で焼成することを特徴とする高密度炭化けい素
焼結体の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59046766A JPS60191060A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 高密度炭化けい素焼結体の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59046766A JPS60191060A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 高密度炭化けい素焼結体の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60191060A JPS60191060A (ja) | 1985-09-28 |
| JPS6337062B2 true JPS6337062B2 (ja) | 1988-07-22 |
Family
ID=12756451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59046766A Granted JPS60191060A (ja) | 1984-03-12 | 1984-03-12 | 高密度炭化けい素焼結体の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60191060A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106187198B (zh) * | 2016-07-14 | 2018-08-07 | 范瑶飞 | 耐热震基底材料及其用作太阳能热发电吸热材料的用途 |
-
1984
- 1984-03-12 JP JP59046766A patent/JPS60191060A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60191060A (ja) | 1985-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |