JPH08239270A - 超塑性炭化ケイ素焼結体とその製造方法 - Google Patents

超塑性炭化ケイ素焼結体とその製造方法

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JPH08239270A JP7070609A JP7060995A JPH08239270A JP H08239270 A JPH08239270 A JP H08239270A JP 7070609 A JP7070609 A JP 7070609A JP 7060995 A JP7060995 A JP 7060995A JP H08239270 A JPH08239270 A JP H08239270A
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秀樹 広津留
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 1550〜1800℃の温度範囲内における
50〜2000kg/cm2 の圧縮または引張応力下で
の変形速度が、10-4/sec以上の超塑性を示す炭化
ケイ素焼結体とその製造方法を提供する。 【構成】 平均粒径が0.3μm以下で、比表面積が2
0m2 /g以上である炭化ケイ素微粉末86重量%以上
98.5重量%以下に、1.5重量%を超え14重量%
未満のAl2 3 、Y2 3 、MgO、CaO、および
SiO2 の内の2種以上を焼結助剤として添加・混合し
た後、アルゴン雰囲気中で1500〜1950℃の温
度、100〜1000kg/cm2 の圧力下でのホット
プレス焼結、プラズマ焼結等によって得られた超塑性炭
化ケイ素焼結体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超塑性炭化ケイ素焼
結体とその製造方法に関するものである。さらに詳しく
は、この発明は、高温下でも耐食・耐磨耗性に優れた性
質を有する炭化ケイ素を化学プラント、液体輸送用ポン
プ、エンジン部品等の各種の形状に直接的に塑性加工す
ることのできる焼結体とその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術とその課題】セラミックスは、金属、有機
高分子材料に比べ低温および高温で高強度、高硬度であ
る等といった優れた性質を持っていることから、低温ま
たは高温で使用する構造材料等の部品への用途が広がっ
ている。とりわけ、炭化ケイ素セラミックスは過酷な条
件下で使用する耐食・耐磨耗性機械部品として実用化が
進展している。しかしながら、炭化ケイ素セラミックス
を含め、セラミックス材料には、加工が困難であるとい
う問題がある。すなわち、金属材料は圧延や鋳造による
成形や、切削、研削等による機械加工が容易であり、そ
のために加工コストが低いという特徴がある。これに対
し、セラミックスは曲げ加工や切削が困難であり、研削
や研磨等に依らざるを得ないが、そのためにダイヤモン
ド製の工具が必要となって加工コストが極めて高くな
り、このコストは、部品価格の半分以上になる場合もあ
る。
【0003】このようなセラミックスの加工コストを下
げるには、部品を最終形状に近い形状に焼結成形し、そ
の後の加工量を最小にすることが必要である。このため
には、セラミックスを超微細粒子にして、超塑性を利用
することが好ましい。この場合の超塑性とは、一般には
金属の超微細結晶粒が高温において外部応力下で容易に
塑性変形する性質を意味しており、この超塑性を利用す
ることで簡単な形状の材料から複雑な形状の部品を容易
に製造することができる。そのため、セラミックスにお
いてもこのような超塑性が利用できることになれば、金
属と同様な手段で最終部品が得られ、加工コストを大幅
に下げることができる。このような観点から、セラミッ
クスの場合についても超塑性を利用して目的形状とする
ニアネットシェイプ成形に関する検討が進められてい
る。
【0004】すでにこれまでにも、セラミックスのうち
のジルコニア、ムライト、アッパタイトの超微細粒子に
ついては、これらが超塑性を示すことから、これを利用
した実用可能な部品の開発が行われている。また、この
発明の発明者等は、すでに、微細な粒度の窒化ケイ素を
焼結温度より低温で粒成長を抑制しながら焼結すると、
粒子が微細で均一なまま焼結することを見出し、それに
基づいて超塑性窒化ケイ素の焼結方法を開発している。
しかしながら、炭化ケイ素の場合は、窒化ケイ素より2
00℃程高温で焼結しないと高密度焼結体が得られず、
また、このような温度で焼結させると、炭化ケイ素の粒
成長が生じ、平均粒径が2μm以上になってしまい、焼
結温度より低温では塑性変形しなくなるという制約があ
る。炭化ケイ素が1900℃で40%程度の変形を示す
研究結果が唯一報告されてはいる(C.Carry a
nd A.Mocollin.Mater.Res.S
oc.Vol.18.p.391(1984))が、こ
の温度は炭化ケイ素の焼結温度とほぼ同じである。一般
に変形速度は温度に敏感で、焼結温度付近になるとほと
んどの材料は容易に変形することから、この報告は焼結
温度以下での超塑性変形に関するものとは言えない。超
塑性は、焼結温度よりかなり低い温度で大きな変形を示
すことに学問的にも技術的にも意味があることから、こ
れまでの検討によっては超塑性ケイ素焼結体は実現され
ていないのが実情である。炭化ケイ素は、高硬度で、低
温あるいは高温での過酷な条件下でも優れた耐食、耐摩
耗性を有する材料として注目されていることからも、こ
の炭化ケイ素を超塑性変形させ、各種の複雑形状部品の
最終形状に近い形状に焼成することで、研削等の後加工
をできる限り少なくし、安価に製造することのできる、
新しい技術的手段を実現することが強く望まれていた。
【0005】そこでこの発明は、上記のような従来技術
の問題を解決するために創案されたものであり、超塑性
を示す炭化ケイ素焼結体とその製造方法を提供すること
を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明では、(I)85重量%以上98重量%以
下の炭化ケイ素粒子と2重量%を超え15重量%未満の
粒界相からなり、相対密度が95%以上であって、炭化
ケイ素粒子は、平均粒径が0.3μm以下で、かつ、粒
径が0.5μmを超える粒子が3重量%以下からなるも
のが、1600〜1800℃の温度範囲内における50
〜2000kg/cm2 の圧縮または引張応力下での変
形速度が、10-4/sec以上である超塑性炭化ケイ素
焼結体(請求項1)、(II)85重量%以上98重量%
以下の炭化ケイ素粒子と2重量%を超え15重量%未満
の粒界相からなり、相対密度が95%以上であって、炭
化ケイ素粒子は、平均粒径が0.2μm以下で、かつ、
粒径が0.4μmを超える粒子が1重量%以下からなる
ものが、1550〜1750℃の温度範囲内における2
00〜1000kg/cm2 の圧縮または引張応力下で
の変形速度が、10-4/sec以上である超塑性炭化ケ
イ素焼結体(請求項2)を提供する。
【0007】そしてこの発明は、上記超塑性炭化ケイ素
焼結体について、粒界相が酸化物からなり、Al、希土
類金属、アルカリ土類金属の1種以上、およびSiの酸
化物からなるガラスであること(請求項3,4)をその
一つの態様としてもいる。さらに詳しく説明すると、セ
ラミックスの高温における変形速度はセラミックスの粒
径に大きく依存するものであり、特に、超塑性変形では
平均粒径の2〜3乗に反比例する。このため、変形中の
粒成長が起こると加工抵抗が増大し、急激に変形速度が
低下する。これが加工硬化と呼ばれる現象である。加工
硬化は細かい粒子の中に大きな粒子が存在すると、それ
が粒成長の核となり、加工中に一部の粒子が成長するこ
とによるものである。そこで、この発明の発明者は、鋭
意研究の結果、超塑性加工が可能なセラミックスを得る
ためには、平均粒径が小さいだけのみでなく、粒成長の
核となる大きな粒子を含まない均一組織からなるものを
使用することが必要であるとの知見に基づき、前述の如
く超塑性炭化ケイ素焼結体が得られていないのは、原料
の粒度が大きく焼結に高温を必要とするためであるとの
結論に達し、平均粒径が小さくかつ粒度分布の狭い炭化
ケイ素粉末に、液相焼結を促進する焼結助剤を添加して
低温で焼結すると粒成長が抑制でき、超塑性を示す炭化
ケイ素焼結体を製造することができることを解明し、こ
の発明を完成するに至った。
【0008】ここで粒界相は焼結助剤と炭化ケイ素表面
のシリカからなるものであって、焼結助剤を添加するこ
とで焼結時に液相が生成され、高温で粒界すべりを起し
超塑性変形することができるようになるものと考えられ
る。このため、粒界相は2重量%を超え15重量%未満
とすることが好ましい。2重量%未満であれば、焼結が
困難になるとともに変形速度が低下することから好まし
くない。また、15重量%を超えると焼結体の機械的特
性が低下することから好ましくない。
【0009】粒界相となる焼結助剤はより好ましくは酸
化物からなるものであり、Al、希土類金属、アルカリ
土類金属の1種以上、およびSiの酸化物からなるガラ
ス、または一部結晶相を含有するガラスであることが、
炭化ケイ素粉末を液相焼結する際、低温で粒成長を抑制
して、焼結できることから好ましい。Alからなるもの
としては、Al2 3 が好ましく、希土類金属からなる
ものとしては、Y2 3 、Sc23 、La2 3 、C
eO2 、Pr2 3 、Nd23 、Sm2 3 、Eu2
3 、Gd2 3 、Tb2 3 、Dy2 3 、Ho2
3 、Er2 3 、Tm2 3 、Yb2 3 、Lu2 3
が好ましく、アルカリ土類金属からなるものとしては、
MgO、CaOが好ましく、Siからなるものとしては
SiO2 が好ましい。なお、SiO2 は炭化ケイ素表面
に酸化層として必ず存在するが、その量が不足の場合は
別途に添加することとする。
【0010】そして、ガラスとしては、Al2 3 、Y
2 3 、MgO、CaOの1種以上、およびSiO2
らなるものであることが望ましい。相対密度は95%以
上でないと、変形中に緻密化が起こり、ニアネットシェ
イプの目的が達成できない。また、変形中に気孔が成長
し、材料を破壊する場合がある。また、残留気孔が破壊
源となっていることもある。こういったことから、気孔
は5%未満が好ましく、2%未満であることが望まし
い。
【0011】炭化ケイ素粒子の平均粒径が0.3μm以
下で、かつ、粒径が0.5μmを超える粒子が3重量%
以下であると、1600〜1800℃の温度範囲内にお
ける50〜2000kg/cm2 の圧縮または引張応力
下で、10-4/sec以上の速度で変形する。平均粒径
が0.3μmを超えると塑性変形の速度は低くなり好ま
しくない。また、粒径が0.5μmを超える粒子が3重
量%を超えると、加工硬化が起こり好ましくない。
【0012】なお、ここでは、圧縮または引張応力下で
の変形速度を10-4/sec以上(一時間当たりで36
%以上変形するもの)としているが、それはこの値以上
の変形速度を超塑性と定義していることによるものであ
る。塑性加工は一般的に50〜2000kg/cm2
圧縮または引張応力で行われる。変形速度が、10-4
sec以上であれば、セラミックスとしては充分な加工
速度である。従って、加工温度が1550〜1800℃
の温度範囲であれば本願の炭化ケイ素粉末は超塑性加工
が可能である。1800℃を超える温度では、加工速度
は高くなるが粒成長が顕著となるとともに表面からの熱
分解が起こり好ましくない。1550℃未満の温度では
極めて高い加工圧が必要となり実用的でない。
【0013】そして、前記(I)の焼結体によれば、こ
れまでの炭化ケイ素の焼結温度である1900℃よりも
100℃以上低い温度で加工でき、複雑な形状の各種の
部品を製造することができる。さらに、前記(II)の焼
結体によれば、炭化ケイ素粒子が微細で、平均粒径0.
2μm以下で、かつ、粒径が0.4μmを超える粒子が
1体積%以下であると、1550〜1750℃の温度範
囲内における50〜2000kg/cm2 の圧縮または
引張応力下で、10-4/sec以上の速度で超塑性変形
することになり、(I)によるよりもさらに50℃以上
低い温度、すなわち、これまでの炭化ケイ素の焼結温度
である1900℃よりも150℃以上低い温度で加工で
きる。
【0014】上記した通りの知見を具体化するものとし
て、また、この発明は、(III)平均粒径が0.3μm以
下で、比表面積が20m2 /g以上である炭化ケイ素微
粉末86重量%以上98.5重量%以下に、1.5重量
%を超え14重量%未満のAl酸化物、希土類金属酸化
物、アルカリ土類金属酸化物、およびSiO2 の1種以
上を焼結助剤として添加・混合した後、Ar、He、N
2 等の中性雰囲気中で、1500〜1950℃の温度、
100〜1000kg/cm2 の圧力下で焼結すること
を特徴とする超塑性炭化ケイ素焼結体の製造方法を提供
する。
【0015】ここで、焼結助剤として酸化物からなるも
のであり、Al、希土類金属、アルカリ土類金属、およ
びSiの内の1種以上からなるガラス、または結晶相を
含有するガラスを用い、中性雰囲気としてアルゴン雰囲
気中でホットプレス焼結またはプラズマ焼結されること
が好ましい。とりわけ、焼結助剤はAl2 3 、Y2
3 、MgO、CaO、およびSiO2 の1種類以上から
なるものを用いることが望ましい。
【0016】また、平均粒径が0.3μm以下で、比表
面積が20m2 /g以上である炭化ケイ素微粉末86重
量%以上98.5重量%以下としたのは、超塑性炭化ケ
イ素焼結体を得るために必要な炭化ケイ素は、平均粒径
が小さくかつ粒度分布の狭い炭化ケイ素微粉末であっ
て、粒成長を抑制して、低温で焼結できるものであるこ
とが必要であることによる。平均粒径0.3μmを超え
るか、または、比表面積が20m2 /gに満たない、も
しくは、その両方が成り立つ炭化ケイ素微粉末では、粒
成長のための核が存在し加熱中に核が異常成長すること
になり、焼結ができなくなり好ましくない。このことか
ら、炭化ケイ素としては、平均粒径は0.1〜0.2μ
mで、かつ、比表面積25〜35m2 /gのものが特に
望ましい。炭化ケイ素粉末には、表面酸化層として常に
1〜3重量%のシリカが存在し、シリカは焼結助剤と反
応して液相を形成する。また、炭化ケイ素粉末には、製
造方法によって異なるが多少の遊離炭素が存在する。該
遊離炭素は液相中の成分と反応し、その量を減らしたり
高融点の化合物を形成することから好ましくない。遊離
炭素の量が2.0重量%を超えると焼結を阻害すること
になるので、遊離炭素の量は2.0重量%以下であるこ
とが望ましい。
【0017】焼結助剤については、前述したように、焼
結と超塑性変形速度とから1.5重量%を超え14重量
%未満とすることが必要である。焼結は、ホットプレス
焼結、プラズマ焼結が望ましいが、炭化ケイ素微粉末が
1500〜1950℃の温度、100〜1000kg/
cm2 の圧力下で超塑性変形するような焼結方法であれ
ばよく、前記以外に、例えば、HIP(熱間静水圧圧縮
法)等が採用できる。
【0018】なお、炭化ケイ素焼結体の粒径は、試料を
切断・研磨後、CF.ガスのマイクロ波プラズマで処理
し、炭化ケイ素粒子を除去し、粒界の酸化物系ガラスを
残留させ、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した結果
によるものである。平均粒径はSEMによるSEM写真
から500個以上の粒子を選択し、画像処理法により研
磨面の粒子の最も短い直径を算出し、平均したものを示
している。
【0019】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明するもちろんこの発明は以下の例によっ
て限定されるものではない。
【0020】
【実施例】
(実施例1)焼結用原料として市販の炭化ケイ素粉末
(イビデン〓製ベータランダム)10重量%に、濃度
0.1重量%のカルボキシメチルセルローズ(CMC)
水溶液90重量%添加し、炭化ケイ素製のボールミルで
3時間湿式分散および粉砕を行った。得られたスラリー
を遠心力1400Gで5分間遠心分離し、荒い粒子を沈
澱物として分離した。上澄みのスラリーをさらに遠心力
2800Gで90分遠心分離し、沈降物を洗浄および乾
燥して炭化ケイ素微粉末を得た。遊離炭素量は空気中6
00℃で30分加熱し、重量変化から決定した。この結
果原料中の遊離炭化は1.0重量%であったが、焼結用
微粉末では1.6重量%と増加した。微粉末の平均粒径
はレーザー散乱法によって測定した。結果は表1に示す
通りであった。
【0021】次に、この炭化ケイ素微粉末90重量%
に、Al2 3 (住友化学(株)製AKP 20)7重
量%、Y2 3 (信越化学工業(株)製微粉)2重量
%、CaO(和光純薬(株)製特級試薬)1重量%を添
加し、エタノール中で5時間湿式混合し、乾燥した後解
砕を行った。次いで、この粉末4gを15mmφのカー
ボンダイスに充填し、アルゴン雰囲気中で、1800
℃、プレス圧200kg/cm2 で15分間ホットプレ
ス焼結を行った。得られた焼結体について、アルキメデ
ス法により焼結体密度を測定した。そして、焼結体を切
断し、鏡面研磨した後、研磨面をプラズマエッチングし
てSEMによる焼結体組織の観察を行った。さらに、S
EM写真を画像解析装置(ニレコ(株)製ルーゼックス
〓)により粒子の評価を行った。評価は500個以上の
粒子について行い、平均粒径、および粒径が0.5μm
以上である粒子量の全粒子に対する割合を重量%として
算出した。結果は表2に示す通りである。
【0022】この表2によると、この焼結体は、180
0℃という低温での焼結であっても十分に緻密化してお
り、その焼結体組織は、粗大粒子を含まない非常に微細
かつ均一な組織であった。なお、粒度分布測定により求
めた平均粒径のほうが、画像解析により求めた平均粒径
より大きい。焼結中に粒子は平均としては必ず成長して
いるものであり、この結果のように見掛け上粉末の状態
の粒径が焼結体の粒径より大きいのは、粒度分布測定は
重量平均であり、一方、画像解析は個数平均であること
によるものである。
【0023】次いで、この焼結体を5mmφ×7mmの
形状の研削加工し、アルゴン雰囲気中で、表3に示す温
度、圧力条件下で圧縮による高温クリープ評価を行っ
た。この焼結体は、速度2.1×10-4/sの超塑性現
象を示した。また、この焼結体は、高温クリープ評価後
もクラック等の発生は認められなかった。 (実施例2)焼結用原料として市販の炭化ケイ素超微粉
末(住友セメント(株)製β−SiC超微粉末)5重量
%に濃度0.1重量%のCMC水溶液を95重量%添加
し、炭化ケイ素製のボールミルにて3時間湿式分散およ
び粉砕を行った。次いで、得られたスラリーを遠心力2
800Gの条件で90分間遠心分離し、上澄みとして炭
化ケイ素超微粉末中の遊離炭素を除去した後、沈降物を
洗浄および乾燥して炭化ケイ素超微粉末を得た。ここ
で、酸素量、遊離炭素量、比表面積は、実施例1と同様
にして算出した。なお、この実施例においては実施例1
で用いたレーザー散乱法での測定が困難であることか
ら、平均粒径は比表面積より球を仮定して算出した。結
果は表1に示す通りである。
【0024】次に、この炭化ケイ素超微粉末90重量%
に、実施例1と同一のAl2 3 、Y2 3 、CaOを
それぞれ実施例1と同重量%となるように添加し、エタ
ノール中で5時間湿式混合し、乾燥した後解砕を行っ
た。次いで、この粉末4gを15mmφのカーボンダイ
スに充填し、アルゴン雰囲気中で、1750℃、プレス
圧200kg/cm2 で15分間ホットプレス焼結を行
った。得られた焼結体について、実施例1と同様に焼結
体密度測定、SEMによる焼結体組織の観察、SEM写
真の画像解析を行った。結果は表2に示す通りである。
【0025】表2によると、この焼結体は、1750℃
という実施例1よりも更に50℃低い焼結温度であるに
も係わらず十分に緻密化しており、その焼結体組織は、
0.5μm以上の粗大粒子を全く含まない非常に微細か
つ均一な組織であった。図1にそのSEM写真を示す。
これによれば、この焼結体組織は微細でかつ均一である
ことが分かる。
【0026】次いで、この焼結体を実施例1と同様に5
mmφ×7mmの形状に研削加工し、アルゴン雰囲気中
で、表3に示す温度、圧力条件下で圧縮による高温クリ
ープ評価を行った。この焼結体は、歪速度1.8×10
-4/sの超塑性現象を示した。また、この焼結体におい
ても、高温クリープ評価後もクラック等の発生は認めら
れなかった。 (比較例1)実施例1で用いた原料の炭化ケイ素粉末を
用いて、この炭化ケイ素粉末の酸素量、遊離炭素量、比
表面積、粒度分布を実施例1と同様にして測定、算出し
た。結果は表1に示す通りである。
【0027】次に、この炭化ケイ素粉末90重量%に、
実施例1と同一のAl2 3 、Y23 、CaOをそれ
ぞれ実施例1と同重量%となるように添加し、エタノー
ル中で5時間湿式混合し、乾燥した後解砕を行った。次
いで、この粉末4gを15mmφのカーボンダイスに充
填し、アルゴン雰囲気中で、1900℃、プレス圧20
0kg/cm2 で15分間ホットプレス焼結を行った。
得られた焼結体について、実施例1と同様に焼結体密度
測定、SEMによる焼結体組織の観察、SEM写真の画
像解析を行った。結果は表2に示す通りであり、平均粒
径は0.23μmではあるが、0.5μm以上の粒径の
ものが30.1体積%も含まれている。これは、粒成長
が生じたものと考えられる。図2にそのSEM写真を示
す。これによれば、この焼結体組織は粗く粒径は不均一
であって、焼結による粒成長を裏付けている。
【0028】次いで、この焼結体を実施例1と同様に5
mmφ×7mmの形状に研削加工し、アルゴン雰囲気中
で、表3に示す温度、圧力条件下で圧縮による高温クリ
ープ評価を行った。歪速度の結果は表3の通りで、17
00℃と実施例1、2よりも高温のクリープ試験温度で
あっても実施例1、2と比べ2桁も違い、超塑性を示す
ものではなかった。 (比較例2)実施例2で用いた原料の炭化ケイ素超微粉
末を用いて、この炭化ケイ素超微粉末の酸素量、遊離炭
素量、比表面積を実施例1と同様にして測定、算出し
た。比較例2においては実施例1で用いたレーザー散乱
法での測定が困難であることから、実施例2と同様、平
均粒径は比表面積より球を仮定して算出した。結果は表
1に示す通りである。
【0029】次に、この炭化ケイ素超微粉末90重量%
に、実施例1と同一のAl2 3 、Y2 3 、CaOを
それぞれ実施例1と同重量%となるように添加し、エタ
ノール中で5時間湿式混合し、乾燥した後解砕を行っ
た。次いで、この粉末4gを15mmφのカーボンダイ
スに充填し、アルゴン雰囲気中で、1850℃、プレス
圧200kg/cm2 で15分間ホットプレス焼結を行
った。得られた焼結体について、実施例1と同様に焼結
体密度測定、SEMによる焼結体組織の観察、SEM写
真の画像解析を行った。結果は表2に示す通りであり、
これも粒成長が生じているものである。
【0030】次いで、この焼結体を実施例1と同様に5
mmφ×7mmの形状に研削加工し、アルゴン雰囲気中
で、表3に示す温度、圧力条件下で圧縮による高温クリ
ープ評価を行った。歪速度の結果は表3の通りであり超
塑性を示すものではなかった。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【表3】 (実施例3)実施例2で用いた炭化ケイ素超微粉末を用
い、該炭化ケイ素超微粉末90重量%に、実施例1と同
一のAl2 3 、Y2 3 、CaOをそれぞれ実施例1
と同重量%となるように添加し、エタノール中で5時間
湿式混合し、乾燥した後解砕を行った。次いで、この粉
末4gを100kg/cm2 の圧力で金型成形した後、
3トン/cm2 の圧力で静水圧(CIP)成形した。得
られたCIP成形体を、BNを塗布したカーボンるつぼ
にSiCとAl2 3 とからなる詰粉とともに充填し、
アルゴン雰囲気中で、1800℃、1時間の常圧焼結を
行った。得られた焼結体について、実施例1と同様に焼
結体密度測定、SEMによる焼結体組織の観察、SEM
写真の画像解析を行った。
【0034】次いで、この焼結体を実施例1と同様に5
mmφ×7mmの形状に研削加工し、アルゴン雰囲気中
で、温度1700℃、圧力500kg/cm2 の条件下
で圧縮による高温クリープ評価を行った。結果は表4に
示す通りである。この焼結体も微細で均一な焼結体組織
をしており、歪速度2.7×10-4/sの超塑性現象を
示した。 (比較例3)比較例1で用いた炭化ケイ素粉末を用い、
該炭化ケイ素粉末90重量%に、実施例1と同一のAl
2 3 、Y2 3 、CaOをそれぞれ実施例1と同重量
%となるように添加し、エタノール中で5時間湿式混合
し、乾燥した後解砕を行った。次いで、実施例3と同
様、この粉末4gを100kg/cm2 の圧力で金型成
形した後、3トン/cm2 の圧力で静水圧(CIP)成
形した。得られたCIP成形体を、BNを塗布したカー
ボンるつぼにSiCとAl2 3 とからなる詰粉ととも
に充填し、アルゴン雰囲気中において、1900℃で1
時間の常圧焼結を行った。得られた焼結体について、実
施例1と同様に焼結体密度測定、SEMによる焼結体組
織の観察、SEM写真の画像解析を行った。
【0035】次いで、この焼結体を実施例1と同様に5
mmφ×7mmの形状に研削加工し、アルゴン雰囲気中
で、温度1700℃、圧力500kg/cm2 の条件下
で圧縮による高温クリープ評価を行った。結果は表4に
示す通りである。超塑性を示すものではなかった。以上
の実施例および比較例の結果からも、これらの炭化ケイ
素焼結体では高温時、粒界がすべりを生じ超塑性変形を
起こさせるものと考えられる。
【0036】
【表4】 (実施例4)実施例2で用いた炭化ケイ素超微粉末を用
い、該炭化ケイ素超微粉末91重量%に実施例1と同一
のAl2 3 4重量%、高純度のMgOとSiO2 をそ
れぞれ4重量%添加し、実施例1と同様に混合した。こ
の混合物を乾燥後、約16gをBN粉末を塗った直径2
0mmの黒鉛型に入れ、500kg/cm2 の圧力下、
放電プラズマ炉(住友石炭鉱業製)で加熱した。雰囲気
は3×10-3Torrの減圧下とし、昇温速度300℃
/分で急速加熱し、1700℃に5分間保持した。焼結
体の相対密度は96.1%、平均粒径は0.06μmで
あった。焼結体から5×5mm 長さ15mmの試料を
切り出し、アルゴン雰囲気、1700℃で圧力500k
g/m2 の圧力下で圧縮試験を行なった。この結果、歪
速度6.2×10-4/sの超塑性領域の値を示した。
【0037】
【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、炭化ケイ素の焼結温度よりも低温である1550〜
1800℃の温度範囲内において、50〜2000kg
/cm 2 の圧縮または引張応力下での変形速度が、10
-4/sec以上の超塑性を示す炭化ケイ素焼結体が提供
される。その結果、従来加工が困難であった炭化ケイ素
焼結体を用いた各種の複雑な形状の部品等が超塑性を利
用することで、各種の部品の最終形状に近い状態に、安
価にかつ容易に製造することができるようになる。その
ため、各種の部品製造のための時間が短縮することもで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の超塑性炭化ケイ素焼結体である実施
例2の図面に代わる電子顕微鏡(SEM)写真である。
【図2】比較例1の炭化ケイ素焼結体の図面に代わる電
子顕微鏡(SEM)写真である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年9月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正内容】
【0036】
【表4】 (実施例4)実施例2で用いた炭化ケイ素超微粉末を用
い、該炭化ケイ素超微粉末91重量%に実施例1と同一
のAl4重量%、高純度のMgOとSiOをそ
れぞれ2.5重量%添加し、実施例1と同様に混合し
た。この混合物を乾燥後、約16gをBN粉末を塗った
直径20mmの黒鉛型に入れ、500kg/cmの圧
力下、放電プラズマ炉(住友石炭鉱業製)で加熱した。
雰囲気は3×10−3Torrの減圧下とし、昇温速度
300℃/分で急速加熱し、1700℃に5分間保持し
た。焼結体の相対密度は96.1%、平均粒径は、0.
06μmであった。焼結体から5×5mm長さ15mm
の試料を切り出し、アルゴン雰囲気、1700℃で圧力
500kg/mの圧力下で圧縮試験を行なった。この
結果、歪速度6.2×10−4/sの超塑性領域の値を
示した。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 85重量%以上98重量%以下の炭化ケ
    イ素粒子と2重量%を超え15重量%未満の粒界相から
    なり、相対密度が95%以上である炭化ケイ素焼結体で
    あって、炭化ケイ素粒子は、平均粒径が0.3μm以下
    で、かつ、粒径が0.5μmを超える粒子が3重量%以
    下であり、1600〜1800℃の温度範囲内における
    50〜2000kg/cm2 の圧縮または引張応力下で
    の変形速度が、10-4/sec以上であることを特徴と
    する超塑性炭化ケイ素焼結体。
  2. 【請求項2】 85重量%以上98重量%以下の炭化ケ
    イ素粒子と2重量%を超え15重量%未満の粒界相から
    なり、相対密度が95%以上である炭化ケイ素焼結体で
    あって、炭化ケイ素粒子は、平均粒径が0.2μm以下
    で、かつ、粒径が0.4μmを超える粒子が1重量%以
    下であり、1550〜1750℃の温度範囲内における
    200〜1000kg/cm2 の圧縮または引張応力下
    での変形速度が、10-4/sec以上であることを特徴
    とする超塑性炭化ケイ素焼結体。
  3. 【請求項3】 粒界相が酸化物からなるものであり、A
    l、希土類金属、アルカリ土類金属の1種以上、および
    Siの元素の酸化物からなるガラス、または結晶相を含
    有するガラスであることを特徴とする請求項1または2
    記載の超塑性炭化ケイ素焼結体。
  4. 【請求項4】 請求項3においてガラスが、Al
    2 3 、Y2 3 、MgO、CaOの1種以上、および
    SiO2 からなるものであることを特徴とする超塑性炭
    化ケイ素焼結体。
  5. 【請求項5】 平均粒径が0.3μm以下で、比表面積
    が20m2 /g以上である炭化ケイ素微粉末86重量%
    以上98.5重量%以下に、1.5重量%を超え14重
    量%未満のAl酸化物、希土類金属酸化物、アルカリ土
    類金属酸化物、およびSiO2 のうちの1種類以上を焼
    結助剤として添加・混合した後、中性雰囲気中で、15
    00〜1950℃の温度、100〜1000kg/cm
    2 の圧力下で焼結することを特徴とする超塑性炭化ケイ
    素焼結体の製造方法。
  6. 【請求項6】 焼結助剤として酸化物からなるものであ
    り、Al、希土類金属、アルカリ土類金属の1種以上、
    およびSiのガラス、または結晶相を含有するガラスが
    用いられ、中性雰囲気がアルゴン雰囲気であり、焼結が
    ホットプレス焼結またはプラズマ焼結であることを特徴
    とする請求項4記載の超塑性炭化ケイ素焼結体の製造方
    法。
  7. 【請求項7】 請求項5において、焼結助剤がAl2
    3 、Y2 3 、MgO、CaO、およびSiO2 のうち
    の1種類以上の酸化物からなるものであることを特徴と
    する超塑性炭化ケイ素焼結体の製造方法。
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