JP3437194B2 - 耐酸化性Si−SiC質焼結体 - Google Patents

耐酸化性Si−SiC質焼結体

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JP3437194B2 JP23845792A JP23845792A JP3437194B2 JP 3437194 B2 JP3437194 B2 JP 3437194B2 JP 23845792 A JP23845792 A JP 23845792A JP 23845792 A JP23845792 A JP 23845792A JP 3437194 B2 JP3437194 B2 JP 3437194B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、陶磁器、タイル等の迅
速焼成炉用棚板等に好ましく使用できる耐酸化性に優れ
たSi−SiC質焼結体に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、炭化珪素(SiC)質焼結体は、
その優れた耐熱性及び耐火性から工業上重要な位置を占
めており、例えば碍子、衛生陶器、食器、額縁及び陶管
等の陶磁器やタイル等の焼成用棚板として多用されてい
る。かかるSiC質焼結体のうち、SiCとSiを構成
成分として含むSi−SiC質焼結体が知られており、
このSi−SiC質焼結体は、主として半導体焼成用炉
芯管、ローラーハースキルン用ローラー・熱交換体用チ
ューブ等に用いられていた。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Si−
SiC質焼結体を、窯業製品焼成用の棚板に応用した先
例は見当たらない。かかる状況の下、実際にSi−Si
C質焼結体を棚板として食器、タイル及び衛生陶器等を
焼成すると、該棚板が酸化されて脆化し、クラックが発
生し、最悪の場合には破損してしまい、使用に耐えない
ことが判明した。本発明は、このような従来技術の有す
る課題に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、耐酸化性に優れ、長期間の使用に耐え得るSi
−SiC質焼結体及びその製造方法を提供することにあ
る。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、Si−SiC質焼結体の
気孔率及びSiC原料、C原料及び金属Si原料等に混
入しているCaその他の不純物量を制御することによ
り、前記課題が解決できることを見出し本発明を完成す
るに至った。 【0005】 【0006】従って、本発明のSi−SiC質焼結体の
製造方法は、C粉体、SiC粉体及び金属Siを用いて
Si−SiC質焼結体を製造するに当たり、1〜12重
量%のC粉体と88〜99重量%のSiC粉体とを混合
し、この混合に際し、上記C粉体、SiC粉体及び後に
添加する金属Siに含まれる不純物の量が、製造せんと
する焼結体のSiとSiCとから成る主相100重量部
に対して、Caが0.01〜0.1重量部、Alが0.
02〜0.37重量部、及びFeが0.07〜0.36
重量部であり、これらの不純物の総量が0.8重量部以
下となるように、上記C粉体とSiC粉体とを調整・混
合し、得られた混合物100重量部に対して0.1〜1
5重量部のバインダを添加して成形原料を得、次いで、
この成形原料を成形して成形体を得、この成形体を14
50〜2500℃の減圧の金属Si雰囲気中で焼成する
に際し、得られる焼結体の気孔率が0.8%以下となる
理論量より1.05倍以上過剰量の金属Siを、該成形
原料に添加・焼成して焼結体を得ることを特徴とする。 【0007】 【作用】本発明においては、Si−SiC質焼結体の気
孔率を0.8%以下に制御し、且つCa等の不純物量を
所定量以下に制御した。即ち、気孔率を所定値以下に制
御することにより、この焼結体を棚板として用いた場合
等に酸素ガスと接触する面積を低減するとともに、Ca
等の酸化を促進する元素の量を制御することにより、焼
結体の酸化を抑制した。 【0008】次に、本発明のSi−SiC質焼結体の製
造方法について説明する。まず、成形用原料としては、
1〜12重量%のC粉体、88〜99重量%のSiC粉
体、C粉体とSiC粉体との混合物100重量部に対し
0.1〜15重量部の有機質バインダー及び適当量の水
分又は有機溶剤を含有した原料を用いる。この成形用原
料を混練し、成形体を成形する。次いで、この成形体
を、金属シリコン雰囲気下で、減圧の不活性ガス雰囲気
又は真空中に置き、成形体中に金属シリコンを含浸させ
てSi−SiC質焼結体を製造する。 【0009】上記成形体の作製に際し、C粉体、SiC
粉体及び含浸に用いる金属Siに含まれるCa、Al及
びFeの不純物を、得られる焼結体100重量部に対し
て0.8重量部以下に制御する。具体的には、焼結体1
00重量部に対して、Caが0.01〜0.1重量部
Alが0.02〜0.37重量部、及びFeが0.07
〜0.36重量部であり、これらの不純物の総量が0.
8重量部以下となるように制御する。これらの各不純物
の量が上記所定量を超え、また不純物の総量が0.8重
量部を超えると、耐酸化性が低下する傾向を生じ好まし
くない。この不純物の制御は、C原料、SiC原料及び
金属Si原料を選択して用いることにより行うことがで
きる。即ち、上記不純物を所定量含有する原料を選択し
て用いることにより、得られるSi−SiC質焼結体に
含有される不純物量を制御することができる。また、適
宜これら不純物を添加・除去して微調整することも可能
である。 【0010】上記金属シリコンの含浸に当たっては、得
られるSi−SiC質焼結体の気孔率が0.8%以下と
なるように含浸させる。この場合の金属Siの添加量
は、含浸効率の関係等から、0.8%の気孔率を実現す
るに必要とされる理論量より過剰なものとする必要があ
る。即ち、0.8%の気孔率を実現するには、金属Si
を当該理論量より1.05倍以上過剰に添加する必要が
ある。この際、添加される金属Siは、Si+C→Si
Cの反応に寄与する分と、気孔を埋める分と、余剰なS
i分の3態様で消費される。1.05倍未満の場合に
は、Siの含浸不良を生じ、得られる焼結体の気孔率が
増大して耐酸化性を低下させることとなり好ましくな
い。また、過剰の金属Siを付与することにより、焼結
体の表面には余分なSiが浸出することになるが、これ
はサンドブラスト、旋盤加工等によって除去することが
可能である。このように、金属Siを含浸させる結果、
得られるSi−SiC質焼結体としては、主相が、Si
を3〜30重量%及びSiCを70〜97重量%含有す
ることになる。 【0011】また、本発明における成形体の成形方法と
しては、プレス成形、流し込み成形、押し出し成形いず
れも可能であるが、量産性の観点からはプレス成形が好
ましい。加圧方式としては油圧プレスが好ましく、この
場合の油圧プレス圧は、通常100〜2000kg/c
2である。 【0012】 【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。なお、各例によって得られた焼結体は、以下に示
す方法により性能を評価した。 (耐酸化性の評価方法)60mm×60mm×5mm
(厚さ)のテストピースを切り出し、これを1150℃
のH2OとO2との混合ガス中で酸化させた。各テストピ
ースについて、以下に説明する酸化速度を測定した。 【0013】(酸化速度) y=x/1.00 × 106/100[ppm/h
r] 上式において、酸化初期ではテストピースの表層にSi
2質被膜が形成されるため、酸化試験開始100hr
後のテストピースの重量を1.00とし、更にその10
0hr後の重量をxとした。酸化速度yが50を超える
と、通常の大気雰囲気下での使用であっても酸化が2次
関数的に進行し、材料(焼結体)の劣化を生ずる。一
方、yが50以下の場合には、酸化速度は次第に小さく
なるため、高温下での長期間使用に耐える材料といえ
る。 【0014】(実施例1〜9、比較例1〜5)平均粒径
3μmのSiC微粉と平均粒径100μmのSiC粗粉
を30:70(重量比)で混合したSiC粉末に対し、
平均粒径1μmの黒鉛粉をそれぞれ所定の割合で混合し
た。この混合物100重量部に対し有機バインダー(メ
チルセルロース)2重量部、及び水分又は有機溶剤3重
量部をで配合し、成形原料を得た。この際、不純物であ
るCa、Al及びFeを所定量含むSiC原料及びC原
料を用いて混合し、これら不純物の量を、後に含浸させ
る金属Si原料をも考慮して表1に示すような値に制御
した。 【0015】次に、これらの成形原料をボールミルを用
いて解砕し、解砕した成形原料を金型内に導入し、油圧
プレスを用いて500kg/cm2で成形し、厚さ5m
mの板状成形体(400mm×400mm)を得た。 【0016】次いで、BN(窒化ホウ素)コーティング
の反応防止層を施したカーボンルツボ中に、板状成形体
及び金属Siを設置した。この際、0.8%の気孔率を
実現するに必要な金属Siの理論量に対して、金属Si
の量が表1に示す倍率だけ過剰となるように適宜量を変
化させて設置した。この板状成形体及び金属Siを、室
温から600℃の間は0.1Torrの真空下、600
〜1000℃の間は2Torrのアルゴンガス雰囲気
下、1000〜1800℃までアルゴンガス雰囲気で5
Torrの減圧下で焼成することにより、金属Siを含
浸させ、かつCa等の不純物量を制御したSi−SiC
焼結体を製造した。なお、最高温度(1800℃)の保
持時間は3時間とした。また、1400〜1500℃の
間は10℃/hrで昇温した。得られたSi−SiC焼
結体の耐酸化性の測定結果、気孔率及び組成等を表1に
示す。 【0017】 【表1】【0018】表1から明らかなように、本発明のSi−
SiC質焼結体は、50ppm/hr以下の酸化速度を
有し、優れた耐酸化性を有することが分かる。 【0019】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Si−SiC質焼結体の気孔率及びSiC原料、C原料
及び金属Si原料等に混入しているCaその他の不純物
量を制御することとしたため、耐酸化性に優れ、長期間
の使用に耐え得るSi−SiC質焼結体の製造方法を提
供することができる。また、Si−SiC質焼結体の製
造を極めて再現性よく行うことが可能となる。従って、
本発明の焼結体は、耐酸化性等を重視する迅速焼成炉用
棚板、匣鉢、サヤ等の窯道具、特にローラーハースキル
ンを用いたタイル焼成用棚板に好ましく用いることがで
きる。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 C粉体、SiC粉体及び金属Siを用い
    てSi−SiC質焼結体を製造するに当たり、 1〜12重量%のC粉体と88〜99重量%のSiC粉
    体とを混合し、 この混合に際し、上記C粉体、SiC粉体及び後に添加
    する金属Siに含まれる不純物の量が、製造せんとする
    焼結体のSiとSiCとから成る主相100重量部に対
    して、Caが0.01〜0.1重量部、Alが0.02
    〜0.37重量部、及びFeが0.07〜0.36重量
    部であり、これらの不純物の総量が0.8重量部以下と
    なるように、上記C粉体とSiC粉体とを調整・混合
    し、 得られた混合物100重量部に対して0.1〜15重量
    部のバインダを添加して成形原料を得、次いで、この成
    形原料を成形して成形体を得、 この成形体を1450〜2500℃の減圧の金属Si雰
    囲気中で焼成するに際し、得られる焼結体の気孔率が
    0.8%以下となる理論量より1.05倍以上過剰量の
    金属Siを、該成形原料に添加・焼成して焼結体を得る
    ことを特徴とするSi−SiC質焼結体の製造方法。
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