JPS649242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、均一に炭素を分散させた炭化珪素粉
末の新規な製造法。 近年、省エネルギーおよび省資源の立場から、
高温構造材料としてのセラミツクスが注目されて
いる。 中でも窒化珪素とともに、炭化珪素が最も有望
な材料として期待されている。 通常、炭素珪素焼結体はホツトプレス法、常圧
焼結法、化学的蒸着などによつて作製される。 これらの中で、一般的に成形に用いられている
比較的簡単な方法で複雑及び大寸法のものを作製
できる、という点から常圧焼結法が工業的に最も
有利な方法と考えられる。 しかし、炭化珪素は共有結合性の強い化合物で
あるため、常圧焼結においても単独では焼結せ
ず、焼結助剤の添加が必要となる。この焼結助剤
としては、炭素が効果的であり、更にホウ素ある
いはアルミニウム等が一般的である。 しかも、これらの焼結助剤を用いても、普通の
方法では焼結助剤が粒子表面に均一に分散し難い
ため、焼結後、焼結体の組織が不均一になり、従
つて強度があまり上がらない。 ホウ素やアルミニウムなどは、添加時に均一に
分散されていなくても、焼結中に拡散しやすく結
果的には添加時の分散性はあまり問題にならない
が、炭素は焼結によつてあまり拡散せず、従つて
焼結前の粒子に対する炭素の分散性が問題とな
る。 本発明者らは、炭素をいかにSiC粒子中に均一
に分散させるかについて鋭意検討を重ね、ポリマ
ーによる表面被覆（以下マイクロカプセル化とい
う）の技術を応用し、SiC粒子に炭素を均一にコ
ーテイングすることにより、炭素を非常に均一に
含有するSiC粉末を得ることに成功し、この粉末
を焼結することにより強度の大きい、すぐれた焼
結体を得るに至つたものである。 かかる手段により、含有する炭素量は従来法に
おける焼結の場合よりも少量でよく、かつ均一な
組織ができるため、曲げ強度も向上するものであ
る。 本発明においては、焼結助剤として、更に、ホ
ウ素あるいはアルミニウム等を加える場合に、予
めこれら焼結助剤を加えたSiC粉末をマイクロカ
プセル化するか、あるいは炭素コーテイングSiC
粉末を得て、これに、これら焼結助剤を加えるか
のいずれも可能であり、良好な焼結体を得ること
ができる。 次に、本発明におけるマイクロカプセル化によ
るSiC粉末の炭素のコーテイングについて詳述す
る。 SiC粉末をラジカル重合またはラジカル共重合
し得るビニル性単量体とともに水性媒体中に分散
させ重合開始剤を添加して重合反応をおこない、
SiC粉末表面に均一にポリマーを被覆させる。こ
こで重合反応に使用されるビニル性単量体として
はラジカル重合もしくはラジカル共重合するもの
であればよく、例えば、アクリル酸、メタクリル
酸、アクリル酸塩、メタクリル酸エステル、アク
リロニトリル、Ｎ―メチロールアクリルアミド、
塩化ビニル、酢酸ビニル、スチレン、ジビニルベ
ンゼン、フツ化ビニリデンなどが挙げられる。 重合開始剤としては、二酸化硫黄、亜硫酸水溶
液、過硫酸カリウム、アゾビスシアノ吉草酸、Ｖ
―50〔２，2′―アゾビス―（２―アミノジノプロ
パン）―ジハイドロクロライド，和光純薬製〕な
どが用いられる。 この重合反応を好適に実施するには、水100重
量部中に有機溶媒１〜100重量部または界面活性
剤１〜50重量部、SiC粉末１〜100重量部をビニ
ル性単量体0.1〜100重量部を加え、よく撹拌分散
させ、このようにして得られた懸濁液に前記重合
開始剤を添加してよく撹拌する。重合開始剤の添
加量はビニル性単量体に対し0.01〜20重量％で十
分である。反応温度は常温で十分可能であるが、
重合時間を短縮したい場合には約70℃程度まで加
熱すればよく、１〜５時間程度の短い時間で高い
重合率を得ることができる。 重合反応終了後、スラリー状のSiC粉末を濾別
し、水洗して残留分を乾燥する。このような方法
で得られるSiC粉末のポリマー被覆組成物は、任
意の樹脂量で被覆でき反応条件の制御も容易であ
る。 このようにして得られたポリマー被覆SiC粉末
を空気中で250℃以下４〜40時間加熱処理したの
ち、非酸化性雰囲気で800〜1300℃、２〜10時間
焼成することによつて被覆ポリマーが完全に炭化
でき、炭素で均一にコーテイングされたSiC粉末
が得られる。 如上のようにして炭素を均一に含有するSiC粉
末が得られるが、前述の如くSiC粉末のマイクロ
カプセル化処理の前にアルミ、ホウ素等の他の焼
結助剤を共存させる場合には、SiCとともにこれ
ら焼結助剤もポリマーで均一に被覆されて、上記
焼成処理において、SiCとこれら焼結助剤に炭素
が均一にコーテイングした混合粉末が得られるも
のである。 また、均一に炭素をコーテイングしたSiC粉末
に他の焼結助剤として、アルミ、ホウ素を添加す
る場合にも、通常の撹拌混合で十分に均一化され
るものである。 本発明は、このようにSiC粉末に焼結助剤であ
る炭素やアルミ、ホウ素等の他の焼結助剤を均一
に分散できるため、これらの粉末をもとに成形、
焼結することによつて従来にない堅固で均一な焼
結体が得られるものである。成形焼結するために
は従来おこなわれている一般的な押出、乾式プレ
ス、射出成形等によつて成形され、真空中、CO
ガス雰囲気中、不活性ガス雰囲気中で1900℃以上
に加熱することにより実施できる。 本発明によるSiC粉末は従来均一に含有させる
ことが困難であつた焼結助剤である炭素が均一コ
ーテイングされているため、常圧焼結によつても
十分強度の高い焼結体が得られるものである。 本発明においては、SiC粉末にコーテイングさ
れる炭素量が５％以下になるように被覆ポリマー
の含有割合を設定してマイクロカプセル化をおこ
なうことが好ましい。 なお、炭素量が５％を超えると、焼結したとき
遊離の炭素として焼結性、成形性に悪影響を与え
るため好ましくない。 以下、本発明を実施例にもとづいて更に詳細に
説明する。 実施例 １ 60℃の恒温槽に500ml容量の三ツ口フラスコを
浸漬し、水250mlとSiC粉末（β―SiC，SiC＝99
％以上，比表面積13.2m²／ｇ）50ｇ、アクリロニ
トリル５ｇを入れ、撹拌混合しながら、４％Ｖ−
50〔２，2′―アゾビス―（２―アミジノプロパン）
―ジハイドロクロライド〕水溶液50mlを添加し
て、重合反応を行なつた。この時、同時にホウ素
もSiC粉末に対して１重量％になるように添加し
た。反応時間は3hrに設定した。 反応後、生成物を濾別し、水で十分に洗浄した
後、80℃で真空乾燥した。この時の付着したポリ
アクリロニトリルの含有率はSiC粉末に対して4.5
重量％であつた。 その後、1000℃、3hr、Ar中で加熱処理を行な
つて付着したアクリロニトリルをほぼ炭化させ
た。その時の含有率は1.9重量％である。この粉
末に１重量％のポリエチレングリコールを混合、
成形した後、Arガス雰囲気中2000℃にて焼結を
行ない、理論密度の93％の焼結体を得た。 このものの常温における３点曲げ強度を測定し
たところ、60Kg／mm²という高い値を得た。 実施例 ２〜６ マイクロカプセル化の際の各原料及びその調合
条件、焼結に必要なホウ素の添加量を変化させた
以外は、まつたく実施例１と同様の操作を行なつ
た。それらの条件及び密度、曲げ強度を表１に示
す。

【表】 実施例 ７ マイクロカプセル化の際、ホウ素を加えずに、
SiC粉末のみをマイクロカプセル化する以外は実
施例１と同一条件にて、炭素含有率2.0重量％の
炭素コーテイングSiC粉末を得た。この粉末に対
してホウ素を１重量％になるよう加え、混合撹拌
して混合粉末を得た。この混合粉末に１重量％の
エチレングリコールを混合、成形した後、Arガ
ス雰囲気中2000℃にて常圧焼結をおこない、理論
密度の92％の焼結体を得た。 また、曲げ強度は59Kg／mm²であつた。 比較例 １，２ 炭化珪素粉末（β―SiC，SiC＝99％以上、比
表面13.2m²／ｇ）100ｇに炭素１ｇ、ホウ素１ｇ
を添加（比較例１）、及び炭素0.5ｇ、ホウ素0.5
ｇを添加（比較例２）の２種類の試料をそれぞれ
プラスチツク製ボールミルにてヘキサン中で湿式
混合した。その後乾燥させ、バインダーとしてフ
エノールホルムアルデヒド樹脂と混合、成形し、
脱脂後2000℃にて常圧焼結をおこなつた。得られ
た焼結体の理論密度に対する比、及び曲げ強度
は、それぞれ比較例１のものが95％、50Kg／mm²、
比較例２のものが87％、43Kg／mm²であつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ラジカル重合もしくはラジカル共重合し得る
   ビニル性単量体とSiC粉末またはこれにホウ素、
   アルミ等の焼結助剤を加えた混合粉末を水性媒体
   中に分散せしめ重合をおこない、粉末をポリマー
   被覆し、空気中250℃以下で加熱処理したのち600
   〜1300℃、非酸化性雰囲気で焼成することにより
   被覆ポリマーを炭化させることを特徴とする炭素
   含有SiC粉末の製造法。