JPS6357385B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は炭化けい素粉末の焼結法に関する。炭
化けい素焼結体は硬度と高温強度が大きいことか
ら耐摩耗，耐熱材料として広く利用されている。
炭化けい素焼結体は大別してα，βの結晶形のも
のがあるが、これらの焼結体を製造する炭化けい
素粉末の焼結法に関する。

従来技術 炭化けい素は共有結合性の高い化合物であり、
それ自体では非常に焼結しにくい。そのため、高
密度の焼結体を得るためには焼結助剤を必要とし
ている。

従来、炭化けい素粉末の焼結助剤としては、硼
素，アルミニウムは炭化けい素粉末焼結体の緻密
化に有効に作用し、同時に焼結終期の粒成を促進
する作用を持つている。また炭素は炭化けい素粉
末中に含まれている不純物のSiO₂を除去する作
用を持つているので、硼素またはアルミニウムを
含む化合物と炭素との併用されたものが主として
使用されており、硼素，アルミニウムを含まない
焼結助剤は極めて少ない。

この硼素，アルミニウムを含まない例として、
酸化ベリリウムを使用する方法は知られている。
（特開昭55−85469号公報） しかし、前記したように、炭化けい素は難焼結
性で焼結温度も高いことから、他のセラミツクス
に比べて焼結助剤としての元素も制限され新しい
焼結助剤の提供も困難であつた。

発明の目的 本発明の目的は従来法の硼素，アルミニウムを
含まない炭化けい素粉末の焼結助剤を提供し、高
密度の焼結体を得んとするものである。

発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく、炭化けい
素粉末の焼結機構について詳細に検討した結果、 １ 炭化けい素粒子の粒界エネルギーは、炭素、
特に炭素の構造中の一部に他の元素を導入して
炭素構造を乱した炭素を粒子間に介在させると
低下し、単なる炭素に比べて焼結を促進し、粒
成長を抑制し得られ、高密度の焼結体が得られ
る。

２ 遷移金属または遷移金属化合物の蒸気圧は、
炭化けい素の焼結温度である2000℃附近におい
て高くなるので、遷移金属化合物と有機化合物
との均一混合物、あるいは有機遷移金属化合物
の単独またはこれと有機化合物との均一混合物
とを加熱分解させると、生成した炭素の構造を
遷移金属化合物により容易に乱し得られる。

３ 炭化けい素に随伴するSiO₂は前記炭素によ
り還元されて除去し得られる。

ことを究明し得た。この知見に基いて本発明を
完成した。

本発明の要旨は、炭化けい素粉末を真空中また
は化学的に不活性な雰囲気中で焼結するに当り、
焼結助剤として遷移金属を少なくとも１種含む化
合物により変性された炭素を用いることを特徴と
する炭化けい素粉末の焼結法にある。

本発明において用いる変性された炭素とは、炭
素の構造の一部に他の元素を導入し炭素構造を乱
した炭素を意味する。

遷移金属を少なくとも１種含む化合物により変
性された炭素は、１）遷移金属化合物例えばその
塩と有機化合物の均一混合物、２）有機遷移金属
化合物、３）有機遷移金属化合物と有機化合物と
の均一混合物を加熱分解することによつて得られ
る。

本発明に用いる炭化けい素粉末の結晶相はα型
でもβ型でもあるいは両者の混合相のものでもよ
い。その粒径は5μ以下のものが好ましい。

本発明に用いる遷移金属としては、Ti，Ｖ，
Cr，Mn，Fe，Co，Cu，Niが挙げられ、その化
合物としては、水溶性もしくは有機溶媒に可溶な
化合物が好ましく、例えばFeSO₄，7H₂O，
CuSO₄などの水溶性遷移金属塩，またNiCl₂，
TiCl₂などの有機溶媒に可溶な遷移金属化合物が
挙げられる。

有機遷移金属化合物としては、例えばフエロセ
ン，ニツケロセンなどの有機金属錯体，あるいは
Ti（OCH（CH₃）₂）₄金属アルコキシドが挙げられ、
有機基が大きく、分解による炭素生成量が多いも
のは単独使用が可能であるが、通常これと有機化
合物との均一混合物として用いる。

本発明に用いる有機化合物としては、残炭率の
高い化合物であることが好ましい。例えばフラン
樹脂，フエノール樹脂，ポリイミド系樹脂が挙げ
られる。しかしこれに限定されるものではない。

これらの焼結助剤原料を均一混合したものある
いは均一混合物を非酸化性雰囲気下300℃以上に
て処理したものを炭化けい素粉末と混合するか、
あるいは炭化けい素粉末と焼結助剤原料とを同時
に混合する。

このように均一混合せず、各焼結助剤原料すな
わち炭素と遷移金属化合物とを別々にSiC粉末へ
添加した場合は炭素は変性されない。

得られた均一混合物を必要に応じ脱脂工程を経
て焼結する。

焼結は真空中、または化学的に不活性な雰囲気
中、すなわち、非酸化性雰囲気中で、1850〜2300
℃，700Kg／cm²以下の加圧下で焼結する。

この焼結により高密度の炭化けい素粉末の焼結
体が得られる。

実施例 １ 炭化けい素粉末として次のものを用いた。

真比重 3.19〜3.22ｇ／cm³ 結晶形 立方晶（3C） 平均粒径 0.25〜0.28μm 不純物量 Al 0.03〜0.06％ Fe 0.03〜0.07％ SiO₂ 0.22〜0.33％ Ｃ 0.34〜0.47％ 炭化けい素粉末３ｇと炭素源の有機化合物とし
てフエノール樹脂（残留炭素として２重量％にな
る量）をメタノールに溶解したものと混合した。
この混合液にNiCl₂・6H₂O 0.6ｇを溶解して24時
間混合した。

得られた混合液を真空乾燥器中で約100℃で24
時間保つて十分乾燥した後、アルゴンガス雰囲気
下で300〜500℃になるまで毎分３℃で昇温した。
この粉末を内径15mmの黒鉛ダイスに装填し、アル
ゴンガス雰囲気中で2200℃，200Kg／cm²の条件下
で30分間熱プレスした。得られた焼結体の密度は
3.10ｇ／cm³であつた。

比較例 １ 実施例１と同じSiC粉末を用い、炭素源として
フエノール樹脂を残留炭素として２重量％になる
量をメタノールに溶解してSiC粉末に付着させ、
真空乾燥器で100℃で24時間保つて乾燥した。こ
の粉末をアルゴンガス雰囲気下で400〜500℃にな
るまで毎分３℃で昇温してSiO粉末の表面に炭素
を形成させた。この粉末３ｇとNiCl₂・6H₂Oと
を混合して実施例１と同様に焼結した。得られた
焼結体の密度は2.60ｇ／cm³であつた。

実施例 ２ FeCl₂・4H₂O3ｇを水―メタノール溶液20c.c.に
溶解し、この溶液にフエノール樹脂15ｇ溶解し１
時間撹拌後、100℃に昇温し溶媒を除去すると共
にフエノール樹脂を硬化させた。得られたものと
アルゴンガス雰囲気中で、800℃で30分間加熱し
て炭化させた。これを粉砕して、実施例１で用い
たSiC粉末に対し、３重量％混合した後、実施例
１と同様に焼結した。得られた焼結体の密度は
3.08ｇ／cm³であつた。

比較例 ２ 比較例１におけるNiCl₂・6H₂Oに代え、
FeCl₃・4H₂Oを用い、比較例と同様に焼結体を
作つた。得られた焼結体の密度は2.45ｇ／cm³であ
つた。

実施例 ３ Ti（OCH（CH₃）₂）₄液10ｇとフエノール樹脂10
ｇとを激しく撹拌して混合した後、加熱乾燥し
た。得られたものを実施例２と同様に炭化粉砕
し、これを実施例１で用いたSiC粉末に対し３重
量％混合した後、実施例１と同様な方法で焼結し
た。得られた焼結体の密度は3.09ｇ／cm³であつ
た。

発明の効果 本発明の方法によると、従来法における焼結助
剤と異なる新しい焼結助剤により、容易に高密度
の炭化けい素粉末の焼結体を製造し得られる優れ
た効果を有する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭化けい素粉末を真空中または化学的に不活
   性な雰囲気中で焼結するに当り、焼結助剤として
   遷移金属を少なくとも１種含む化合物により変性
   された炭素を用いることを特徴とする炭化けい素
   粉末の焼結法。 ２ 遷移金属を少なくとも１種含む化合物により
   変性された炭素が、有機遷移金属化合物またはこ
   れと有機化合物の均一混合物を加熱分解して得ら
   れた変性された炭素である特許請求の範囲第１項
   記載の炭化けい素粉末の焼結法。 ３ 遷移金属を少なくとも１種含む化合物により
   変性された炭素が、有機化合物と遷移金属化合物
   の少なくとも１種化合物の均一混合物を加熱分解
   して得られた変性された炭素である特許請求の範
   囲第１項記載の炭化けい素粉末の焼結法。 ４ 焼結法が非酸化雰囲気中で1850〜2300℃，
   700Kg／cm²以下の加圧下で焼結する方法である特
   許請求の範囲第１項記載の炭化けい素の焼結法。