炭化ケイ素セラミックの特徴
2024-12-12
1、無圧焼結：1974年、アメリカのGE社は高純度β-SiC微粉に少量のBとCを同時に添加し、無圧焼結プロセスを用いて2020℃で高密度SiCセラミックスを成功裏に得ました。現在、このプロセスはSiCセラミックスの製造の主要な方法となっています。最近、研究者は亜微細SiC粉末にAl2O3とY2O3を添加し、1850℃～2000℃の温度でSiCの密焼結を実現しました。焼結温度が低く、顕著に微細化された微視構造を持つため、その強度と靭性は大幅に改善されました。
2、熱圧焼結：50年代中頃、アメリカのNorton社はB、Ni、Cr、Fe、Alなどの金属添加物がSiCの熱圧焼結に与える影響を研究し始めました。実験結果は、AlとFeがSiCの熱圧密化を促進するより効果的な添加剤であることを示しています。研究者はAl2O3を添加剤として使用し、熱圧焼結プロセスを通じてSiCの密化を実現し、そのメカニズムは液相焼結であると考えています。さらに、他の研究者はB4C、BまたはBとC、Al2O3とC、Al2O3とY2O3、Be、B4CとCを添加剤として使用し、熱圧焼結を行い、密なSiCセラミックスを得ました。
3、熱等静圧焼結：近年、SiCセラミックスの機械的特性をさらに向上させるために、研究者はSiCセラミックスの熱等静圧プロセスの研究を行っています。研究者はBとCを添加剤として使用し、熱等静圧焼結プロセスを用いて1900℃で高密度SiC焼結体を得ました。さらに、このプロセスを通じて2000℃と138MPaの圧力下で、添加剤なしのSiCセラミックスの密焼結を成功裏に実現しました。研究によると、SiC粉末の粒径が0.6μm未満の場合、添加剤を導入しなくても、熱等静圧焼結により1950℃で密化が可能です。
4、反応焼結：SiCの反応焼結法は、アメリカで早くに研究に成功しました。反応焼結のプロセスは、まずα-SiC粉とグラファイト粉を所定の比率で混合し、乾圧、押出または注入などの方法で多孔質の素焼体を作成します。高温で液体Siと接触し、素焼体内のCと浸透したSiが反応してβ-SiCを生成し、α-SiCと結合し、過剰なSiが気孔を充填することにより、無孔の密な反応焼結体を得ます。反応焼結SiCは通常8%の遊離Siを含みます。したがって、Siの浸透を完全に保証するために、素焼体は十分な孔隙度を持つ必要があります。一般的には、初期混合物中のα-SiCとCの含有量、α-SiCの粒度分布、Cの形状と粒度、成形圧力などを調整することで、適切な素焼体の密度を得ます。
総括：実験結果は、無圧焼結、熱圧焼結、熱等静圧焼結および反応焼結によるSiCセラミックスがそれぞれ異なる性能特性を持つことを示しています。焼結密度と曲げ強度に関して言えば、熱圧焼結および熱等静圧焼結のSiCセラミックスは比較的高く、反応焼結SiCは比較的低いです。一方、SiCセラミックスの機械的特性は焼結添加剤の違いによっても異なります。無圧焼結、熱圧焼結および反応焼結のSiCセラミックスは強酸や強アルカリに対して良好な耐性を持っていますが、反応焼結SiCセラミックスはHFなどの超強酸に対する耐食性が劣ります。高温耐性の比較に関しては、温度が900℃未満の場合、ほぼすべてのSiCセラミックスの強度が向上しますが、温度が1400℃を超えると、反応焼結SiCセラミックスの曲げ強度は急激に低下します。（これは焼結体に一定量の遊離Siが含まれており、一定温度を超えると曲げ強度が急激に低下するためです）無圧焼結および熱等静圧焼結のSiCセラミックスの高温耐性は、主に添加剤の種類の影響を受けます。
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