【発明の詳細な説明】
電気絶縁性炭化ケイ素の製法
本発明は流動相焼結法によって電気絶縁性炭化ケイ素を製造する方法に関する
ものである。
焼結炭化ケイ素は公知の工業用セラミックであって、そのすぐれた機械的およ
び化学的負荷容量の故に各方面の用途を有する。炭化ケイ素は特にすぐれた高温
耐性、熱衝撃抵抗、耐酸性および機械的剛性を示す。
炭化ケイ素から成るセラミックは固相焼結によって、または流動相焼結によっ
て製造する事ができる。炭化ケイ素の流動相焼結法は８０年代半ばから公知であ
る。流動相焼結炭化ケイ素は前記の特性のほか、ほぼ窒化ケイ素に対応する高い
破断靭性を示す。
このような流動相焼結法は例えばＵＳ−Ａ−４，５６４，４９０に記載されて
いる。粉体状の炭化ケイ素が焼結添加剤と呼ばれる金属酸化物と混合される。混
合物を焼結温度まで加熱する際に流動相が形成され、毛管作用が所望の圧縮を生
じる。通常、焼結添加剤として酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3および酸化イットリウ
ムＹ2Ｏ3が１０Ｇ％（重量％）まで使用され、この際に窒化アルミニウムＡｌＮ
を使用する事も公知である。さらに他の添加剤として炭素Ｃが混入され、これに
より流動相と炭化ケイ素粒子との間の湿潤挙動が影響される。
流動相による焼結炭化ケイ素の製造は、特定の焼結添加剤の添加によって好ま
しい機械的または熱機械的特性を有する所望のセラミックが製造されるという利
点を示す。この際に、常に少量の焼結添加剤のみが添加され、この場合、超過す
ると望ましくない焼結挙動の生じる下限が存在する。
添加される焼結添加剤の量は、所望の機械的特性が得られるように選定されて
いた。その際に、焼結添加剤の最大限量から出発した。この最大限量を超えると
、もはや特性の改良は見られず、むしろ高温特性と耐食性が劣化した。
最終生成物の電気特性は特定目標に対して最適化される事なく、逆に一般に考
慮もされなかった。純粋炭化ケイ素は電気絶縁体である。しかし一般に不純物を
含有する原料が使用されるので、純粋炭化ケイ素は製造されない。これらの不純
物が電気抵抗を著しく低下させる。さらに焼結添加剤と共にケイ素結晶が添加さ
れるので、公知の焼結添加剤の添加はそれだけ電気抵抗を低下させる。従って流
動焼結された炭化ケイ素から製造された公知のセラミックは半導体である。得ら
れる比電気抵抗は特に添加される焼結添加剤の種類と量によって決定される。ま
た電気特性に対する焼結添加剤の影響は測定不能ではなく、炭化ケイ素中の添加
剤の溶解度によって決定される。
Journal Am．Ceram．Soc.，70[10]C 266-267，Y.Takeda et al.において、電
気絶縁体としての焼結炭化ケイ素が記載されている。この場合、焼結添加剤とし
て酸化ベリリウムが使用される。その絶縁作用は、ケイ素結晶中に溶解したベリ
リウムまたは酸化ベリリウムによって条件づけられる。しかし酸化ベリリウムは
強有毒であるので、セラミックの多くの用途には不適当である。
常温において１０8オームの比電気抵抗を有する電気絶縁性セラミックを生じ
る他の焼結添加剤がＵＳ−Ａ−４，７０１，４２７から公知である。この場合、
焼結添加剤としてホウ素Ｂが使用される。追加的に炭素Ｃが混入され、または焼
結工程が窒素ガスの中で実施される。所望の結果を得るために必要な温度は２２
５０℃乃至２３５０℃に達する。この工程においては、炭化ケイ素結晶が窒素を
加えられ、このようにして製品密度の上昇が達成される。この場合、電気絶縁体
を生じるためには最終生成物が純粋炭化ケイ素の理論密度の少なくとも９５％の
密度を示さなければならない事が確認された。これは、電気絶縁作用を達成する
のに十分な量の窒素が装入された場合にのみ保証される。またこの工程は飽
和状態を受けなければならない。さらにこの工程は公知の他の工程と同様に比較
的高温で実施されなければならないので、製造コストが高くなる。
従って本発明の課題は、電気的絶縁性炭化ケイ素の他の製造工程を提供するに
ある。
この課題は、焼結の前に炭化ケイ素粉体に対して焼結添加剤が加えられるよう
にした流動相焼結による電気絶縁性炭化ケイ素の製造法において、加えられる焼
結添加剤の量、焼結温度および焼結時間が工程パラメータとして選定され、また
これらのパラメータによって、焼結炭化ケイ素中に残存する粒子間相の量が予め
決定される事を特徴とする電気絶縁性炭化ケイ素の製造法によって解決される。
本発明による流動相焼結工程は、常温において１０13オーム以上の範囲内の比
電気的抵抗を有する炭化ケイ素から成るセラミックの製造を可能とする。
公知の工程との本質的相違点は、炭化ケイ素中の焼結添加剤の溶解性が本質的
なのではなく、最終生成物中に特定量の粒子間相が保持されるように工程パラメ
ータが選定される事にある。結晶中に溶解した焼結添加剤は個々の粒子の電気抵
抗を低下させるが、残存粒子間相が炭化ケイ素体の全電気抵抗を増大させる。
本発明の工程によって製造された炭化ケイ素は必ずしも公知の炭化ケイ素から
成るセラミックと同等の機械的および化学的特性を有しないが、たいていの応用
分野において十分である。スイス特願ＣＨ ０２ ８５４／９４−１において中
温度領域におけるその可能な用途が記載されている。
本発明の好ましい実施態様において、焼結添加剤として酸化アルミニウムＡｌ2
Ｏ3および酸化イットリウムＹ2Ｏ3が使用される。高電気抵抗炭化ケイ素を得る
ためには、焼結工程によってこの焼結添加剤を使用する際に、少なくとも８Ｖ％
（体積％）の粒子間相が存在しなければならない。５Ｖ％以下であれば、比電気
抵抗が１０2オーム・センチメートルより低くなる。従って、焼結に際しての重
量損失にも関わらず炭化ケイ素粒子全部の完全包蔵が保証されるのに十分
な量の粒子間相がセラミック中に残存する程度に多量の焼結添加剤が混入されな
ければならない。
これと反対に、公知の工程においては、炭化ケイ素をできるだけ純粋に保持す
るため、最終生成物中の焼結添加剤の含有量をできるだけ低く保持するように試
みられていた。焼結添加剤は、焼結挙動を改良するためまたは基本的に焼結工程
を生じるためにのみ役立っていた。
本発明の方法のさらに他の利点は、比較的低温で、特に１８００℃乃至１９０
０℃で実施できる事にある。これにより、製造コストが著しく低下させられる。
他の焼結添加剤および／または他の混合比率の使用も可能である。従って粒子
間相の最小限必要余剰量および／または必要焼結温度および焼結時間も変更可能
である。
以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明するが本発明はこれに限
定されない。付図において、
第１図は焼結工程における重量損失の関数としての焼結体の理論密度の変化を
示すグラフ、
第２図は粒子間相の量の関数としての比電気抵抗の変化を示すグラフ、
第３図は本発明による焼結体の粒子間相の概略図、また
第４図は先行技術による焼結体の粒子間相の概略図である。
下記において、本発明による方法の好ましい実施例について説明する。
母体として粉体状の炭化ケイ素ＳｉＣを使用する。炭化ケイ素粉体は１０ｍ2
／ｇ以上の大表面積を示す。この実施例においては、平均粒径０．７ｍｙを有す
る粉体を使用する。
この炭化ケイ素粉体に対して、焼結添加剤としての酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3
および酸化イットリウムＹ2Ｏ3が混合される。他の成分として酸化ケイ素ＳｉＯ2
が存在し、これは常に微粒子状または粉状炭化ケイ素ＳｉＣの表面に存
在し、この故に添加剤として表示されない。これらの３成分、Ａｌ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3
およびＳｉＯ2は焼結工程に際して流動相または粒子間相を成す。
焼結混合物は公知の方法によって、例えば、乳鉢の中で、約５０重量％の固体
と２重量％の有機物質とを含有する水性エマルジョンによって混合され均質化さ
れる。次に混合物が乾燥され、所望の形状に圧縮される。このテストシリーズに
おいては、２０ｍｍの直径と５−７ｍｍの高さとを有する円筒形タブレットが１
５０ＭＰａの１軸圧縮によって形成された。粗製品の密度を測定する。
次にこの粗製品が焼結される。焼結工程は加熱炉の中で加熱する事により無圧
で実施する事ができ、または加熱圧縮によって実施する事ができる。雰囲気とし
てはアルゴンガスが特に有効である。焼結温度と焼結時間が本質的に重量損失を
決定する。これらの２つのパラメータは、焼結後になお平均８体積％の粒子間相
が存在するように選定される。
第１実施例においては、下記の焼結添加剤が添加された。
６Ｇ％の酸化アルミニウム、Ａｌ2Ｏ3（Ｇ％＝重量％）
４Ｇ％の酸化イットリウム、Ｙ2Ｏ3。
他の添加剤としては２Ｇ％の酸化ケイ素、ＳｉＯ2が存在するが、これはすで
に炭化ケイ素粉体の表面上に存在する。
これらの３成分によって構成される流動相または粒子間相は焼結混合物の１２
Ｇ％を成す。
焼結工程は加熱圧縮の場合、１８００℃の温度と３０ＭＰａの圧力のもとに実
施され、この圧力は約１時間加えられる。測定された重量損失は２．８Ｇ％であ
るので、最終生成物中になお９．２Ｇ％（これは８Ｖ％に対応）が粒子間相の中
に残存する。この最終生成物は１０13オーム／センチメートル以上の比電気抵抗
を示す。さらに室温で測定された４点曲げ抵抗は４００ＭＰａ以上であり、１４
００℃でなお３００ＭＰａに達する。破断靭性は６Ｍｐａ ｍ1/2に達し、
室温伝熱性は７０Ｗ／ｍＫであり、１２００℃でも３０Ｗ／ｍＫに達する。
第２実施例においては、酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3と酸化イットリウムＹ2Ｏ3
が他の混合比で加えられる。すなわち７．２Ｇ％のＡｌ2Ｏ3と４．８Ｇ％のＹ2
Ｏ3とが加えられるので、焼結混合物の中に流動相を構成する合計１４Ｇ％の添
加剤が存在する。焼結工程はアルゴン雰囲気の中で常圧で進行する。粗製品が加
熱炉の中で１８００℃乃至１９００℃の温度まで加熱され、この際に加熱速度は
１０℃／分に達する。この最高温度が特定時間保持される。１８７５℃の加熱温
度を１時間続けると、測定された重量損失は４．５Ｇ％に達するので、最終生成
物中にはなお９．５Ｇ％の粒子間相が存在する。
最終生成物の理論密度は定数ではなく、原料と加熱工程中の無機物重量損失と
の複合関数である。この関数は、９０Ｇ％の炭化ケイ素ＳｉＣと、６Ｇ％の酸化
アルミニウムＡｌ2Ｏ3と、４Ｇ％の酸化イットリウムＹ2Ｏ3とから成る混合物に
ついて第１図に示す。重量損失の生じない場合には、最終生成物は焼結前の混合
物と同一の密度、すなわち３．２９６ｇ／ｃｍ3を示す。流動相または粒子間相
の完全蒸発に際して、このようにして純粋になった炭化ケイ素ＳｉＣの密度はな
お３．２１ｇ／ｃｍ3である。約１時間の加熱時間によって最大限密度と従って
最小限重量損失が得られる事が示された。重量損失は加熱時間の関数として直線
的に増大する。従って所望の機械的特性と熱機械的特性とを有する電気絶縁体を
得るためには、加熱時間を最適化しなければならない。加熱時間が短すぎると、
その結果、焼結工程が終了せず、従って最終生成物が所望の機械的および化学的
抵抗力を示さない。しかし加熱時間が長すぎると、焼結添加剤が過度に蒸発して
、最終生成物が半導体または導体になる。
第２図は、焼結添加剤の体積の関数としての比抵抗を示すグラフである。引用
数字Ａは純粋炭化ケイ素ＳｉＣを示す。Ａ−Ｂ領域は原料によって条件づけられ
た不純物の比抵抗値を示し、Ｂ−Ｃ領域は焼結添加剤によって条件づけられた
ＳｉＣ結晶格子のドーピング、Ｃは炭化ケイ素中の焼結添加剤の最大溶解度を示
す。Ｃ−Ｄ領域では、粒子間相の割合が増大し、その際に個々のＳｉＣ粒子はな
お不完全に包蔵されている。点Ｄにおいて、ほぼ全部のＳｉＣ粒子が包蔵されて
いる。点Ｄから点Ｅの間において、粒子間相の含有率がさらに増大するが、これ
はもはや電気抵抗には作用しない。
第２図から明かなように、５Ｖ％以下の焼結添加剤含有量では最終生成物はも
はや電気絶縁体ではない。下記のように説明する事ができる。すなわち、８Ｖ％
の粒子間相含有量においては、炭化ケイ素粒子全部が粒子間相によってほぼ完全
に包蔵されているが、５Ｖ％の含有量では部分的にのみ包蔵される。９．２Ｇ％
含有量の粒子間相の平均厚さは約３０ｎｍに達し、２つのＳｉＣ粒子間の平均距
離は６０ｎｍの範囲内にある事が測定によって証明された。
実施例１によって製造された炭化ケイ素を第３図に示す。その粒子間相は僅少
な表面張力を示し、従って小さな湿潤角度を示しまた従って良好な湿潤力を示す
。その結果、３成分流動相融成物ＤによるＳｉＣ粒子全体の少なくともほぼ完全
な包蔵を生じる。導電性ＳｉＣ粒子は焼結体の冷却後に粒子間相によって完全に
包蔵されているので、高抵抗電気絶縁体が得られる。
しかし先行技術による焼結工程においては、他の焼結添加剤として炭素Ｃが添
加される。このような焼結体が第４図に図示されている。この炭素添加によって
表面に存在するＳｉＯ2が還元されまたは完全に除去される。Ａｌ2ＯとＹ2Ｏ3と
から成る２成分流動相融成物Ｚは高い表面張力を示し、従って大きな湿潤角度を
示し、従って低湿潤力を示す。この融成物ＺはＳｉＣ粒子全部の完全包蔵を生じ
る事ができない。焼結体の冷却後に、流動相は、大部分が三重点Ｔ、すなわちＳ
ｉＣ粒子間の最大間隙の中に引きこもる。ＳｉＣ粒子の相当部分が相互に直接に
接触しているので、このようにして焼結されたＳｉＣ体は電気絶縁体ではありえ
ない。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Manufacturing method of electrically insulating silicon carbide
The present invention relates to a method for producing electrically insulating silicon carbide by a fluid phase sintering method.
Things.
Sintered silicon carbide is a well-known industrial ceramic and has excellent mechanical and mechanical properties.
It has various applications due to its chemical loading capacity. Silicon carbide is particularly good at high temperatures
Shows resistance, thermal shock resistance, acid resistance and mechanical rigidity.
Ceramics made of silicon carbide can be produced by solid phase sintering or fluid phase sintering.
Can be manufactured. Fluid phase sintering of silicon carbide has been known since the mid-1980s.
You. Fluid phase sintered silicon carbide has, in addition to the above characteristics, a high
Shows fracture toughness.
Such a fluid phase sintering method is described, for example, in US-A-4,564,490.
I have. Powdered silicon carbide is mixed with a metal oxide called a sintering additive. Mixed
A fluid phase is formed when the compound is heated to the sintering temperature, and the capillary action produces the desired compression.
I will. Usually aluminum oxide Al as sintering additiveTwoOThreeAnd oxidized yttrium
Mu YTwoOThreeIs used up to 10 G% (% by weight), and aluminum nitride AlN
It is also known to use Further, carbon C is mixed as another additive, and
The wetting behavior between the more fluid phase and the silicon carbide particles is affected.
Production of sintered silicon carbide by the fluid phase is favored by the addition of certain sintering additives.
The advantage is that the desired ceramic with good mechanical or thermomechanical properties is produced.
Indicates a point. At this time, only a small amount of sintering additive is always added, in which case excess
There is then a lower limit at which undesirable sintering behavior occurs.
The amount of sintering additive added is selected to obtain the desired mechanical properties.
Was. In doing so, we started with the maximum amount of sintering additive. If you exceed this maximum amount
No improvement in properties was seen anymore, but rather high temperature properties and corrosion resistance deteriorated.
The electrical properties of the final product are not optimized for a specific target, but are generally considered
It was not considered. Pure silicon carbide is an electrical insulator. But generally, impurities
Pure silicon carbide is not produced because the raw materials involved are used. These impure
Objects significantly reduce electrical resistance. In addition, silicon crystals are added together with sintering additives.
Therefore, the addition of the known sintering additive lowers the electric resistance accordingly. Therefore the flow
Known ceramics made from dynamic sintered silicon carbide are semiconductors. Get
The specific electrical resistance is determined in particular by the type and amount of sintering additive added. Ma
The effect of the sintering additive on the electrical properties of the
Determined by the solubility of the agent.
Journal Am. Ceram. Soc., 70 [10] C 266-267, Y. Takeda et al.
Sintered silicon carbide is described as a gas insulator. In this case, the sintering additive
Beryllium oxide is used. Its insulating action is due to the dissolution of
Conditioned by helium or beryllium oxide. But beryllium oxide
Being highly toxic, it is unsuitable for many uses of ceramics.
10 at room temperature8Produces electrically insulating ceramics with ohmic resistivity
Other sintering additives are known from U.S. Pat. No. 4,701,427. in this case,
Boron B is used as a sintering additive. Additional carbon C is mixed in or
The sintering step is performed in nitrogen gas. The temperature required to achieve the desired result is 22
It reaches 50 ° C to 2350 ° C. In this step, the silicon carbide crystal converts nitrogen
In addition, an increase in product density is achieved in this way. In this case, the electrical insulator
To produce at least 95% of the theoretical density of pure silicon carbide
It was confirmed that the density had to be indicated. It achieves electrical insulation action
It is only guaranteed if a sufficient amount of nitrogen is charged. Also, this process is
Have to undergo a sum state. In addition, this process is comparable to other known processes
Since it must be performed at a very high temperature, the production cost is high.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide another manufacturing process for electrically insulating silicon carbide.
is there.
The challenge is that sintering additives are added to the silicon carbide powder before sintering.
In the production of electrically insulating silicon carbide by fluidized phase sintering
The amount of sintering additive, sintering temperature and sintering time are selected as process parameters, and
With these parameters, the amount of intergranular phase remaining in the sintered silicon carbide
The problem is solved by a method for producing electrically insulating silicon carbide, which is characterized in that it is determined.
The fluid phase sintering process according to the present invention can be performed at room temperature for 1013Ratios in the range of ohms and above
It enables the production of ceramics made of silicon carbide having electrical resistance.
The essential difference from the known process is that the solubility of the sintering additive in silicon carbide is essential.
Instead, process parameters should be used to maintain a certain amount of intergranular phase in the final product.
Data may be selected. The sintering additive dissolved in the crystal is the electrical resistance of the individual particles.
While reducing drag, the residual intergranular phase increases the overall electrical resistance of the silicon carbide body.
The silicon carbide produced by the process of the present invention is not necessarily from known silicon carbide.
Does not have the same mechanical and chemical properties as the ceramic, but for most applications
Sufficient in the field. Medium in Swiss Patent Application CH 02 854 / 94-1
Its possible use in the temperature range is described.
In a preferred embodiment of the present invention, aluminum oxide AlTwo
OThreeAnd yttrium oxide YTwoOThreeIs used. Obtain high electrical resistance silicon carbide
At least 8 V% when using this sintering additive by a sintering process.
(% By volume) of the intergranular phase must be present. If less than 5V%, specific electricity
Resistance is 10TwoLower than ohm-centimeter. Therefore, the weight during sintering
Sufficient to guarantee full inclusion of all silicon carbide particles despite loss of volume
A large amount of sintering additive should not be mixed so that an appropriate amount of intergranular phase remains in the ceramic.
I have to.
Conversely, in known processes, silicon carbide is kept as pure as possible.
Therefore, try to keep the content of sintering additives in the final product as low as possible.
Was seen. Sintering additives are used to improve the sintering behavior or
Only helped to produce.
Yet another advantage of the method of the present invention is that it can be used at relatively low temperatures, especially between 1800 ° C and 190 ° C.
It can be performed at 0 ° C. This significantly reduces manufacturing costs.
The use of other sintering additives and / or other mixing ratios is also possible. Therefore particles
The minimum required amount of interphase and / or the required sintering temperature and sintering time can also be changed
It is.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited thereto.
Not determined. In the attached figure,
FIG. 1 shows the change in the theoretical density of the sintered body as a function of the weight loss in the sintering process.
Graph,
FIG. 2 is a graph showing the change in specific electrical resistance as a function of the amount of intergranular phase;
FIG. 3 is a schematic view of an intergranular phase of a sintered body according to the present invention,
FIG. 4 is a schematic view of an intergranular phase of a sintered body according to the prior art.
In the following, preferred embodiments of the method according to the invention will be described.
Powdered silicon carbide SiC is used as a base. 10m for silicon carbide powderTwo
/ G or more. In this example, it has an average particle size of 0.7 my.
Use powder that is
For this silicon carbide powder, aluminum oxide Al as a sintering additiveTwoOThree
And yttrium oxide YTwoOThreeAre mixed. Silicon oxide SiO as another componentTwo
Are always present on the surface of fine or powdered silicon carbide SiC.
And therefore are not labeled as additives. These three components, AlTwoOThree, YTwoOThree
And SiOTwoForms a fluid phase or an intergranular phase during the sintering step.
The sintering mixture can be prepared by known methods, for example, in a mortar at about 50% by weight solids.
And homogenized by an aqueous emulsion containing 2% by weight of organic substances.
It is. The mixture is then dried and pressed into the desired shape. In this test series
A cylindrical tablet having a diameter of 20 mm and a height of 5-7 mm.
It was formed by 50 MPa uniaxial compression. Measure the density of the crude product.
This crude product is then sintered. No sintering process by heating in a heating furnace
Or by heat compression. Atmosphere
In particular, argon gas is particularly effective. Sintering temperature and sintering time inherently lose weight
decide. These two parameters define an average of 8% by volume of the intergranular phase after sintering.
Is selected to exist.
In the first example, the following sintering additives were added.
6G% aluminum oxide, AlTwoOThree(G% =% by weight)
4G% yttrium oxide, YTwoOThree.
Other additives include 2G% silicon oxide, SiOTwoExists, but this is already
Present on the surface of the silicon carbide powder.
The fluid phase or intergranular phase constituted by these three components forms the 12
G%.
In the case of heat compression, the sintering process is performed at a temperature of 1800 ° C. and a pressure of 30 MPa.
This pressure is applied for about one hour. The measured weight loss is 2.8 G%
Therefore, 9.2 G% (corresponding to 8 V%) still remains in the intergranular phase in the final product.
To remain. The final product is 1013Ohm / cm or more specific electrical resistance
Is shown. Furthermore, the four-point bending resistance measured at room temperature is 400 MPa or more,
It still reaches 300 MPa at 00 ° C. Fracture toughness is 6MPam1/2Reached,
Room temperature heat conductivity is 70 W / mK, reaching 30 W / mK even at 1200 ° C.
In the second embodiment, aluminum oxide AlTwoOThreeAnd yttrium oxide YTwoOThree
Are added at other mixing ratios. That is, 7.2 G% of AlTwoOThreeAnd 4.8G% YTwo
OThreeIs added, so that a total of 14 G% of the fluid phase is added to the sintered mixture.
Additives are present. The sintering process proceeds at normal pressure in an argon atmosphere. Crude product added
It is heated in a heating furnace to a temperature of 1800 ° C. to 1900 ° C., at which time the heating rate is
Reaches 10 ° C./min. This maximum temperature is maintained for a specific time. Heating temperature of 1875 ° C
If the temperature is maintained for 1 hour, the measured weight loss reaches 4.5 G%,
There is still 9.5 G% intergranular phase in the material.
The theoretical density of the final product is not a constant, but the raw material and mineral weight loss during the heating process
Is a composite function of. The function is 90 G% silicon carbide SiC and 6 G% oxidation.
Aluminum AlTwoOThreeAnd 4G% yttrium oxide YTwoOThreeTo a mixture consisting of
This is shown in FIG. If no weight loss occurs, the final product must be mixed before sintering.
The same density as the product, ie 3.296 g / cmThreeIs shown. Fluid phase or interparticle phase
Upon complete evaporation of the silicon, the density of the silicon carbide SiC thus purified becomes higher.
3.21g / cmThreeIt is. About 1 hour heating time for maximum density and thus
It has been shown that minimal weight loss is obtained. Weight loss is linear as a function of heating time
Increase. Therefore, an electrical insulator having desired mechanical properties and thermo-mechanical properties is required.
In order to obtain, the heating time must be optimized. If the heating time is too short,
As a result, the sintering process does not end, and thus the final product has the desired mechanical and chemical properties.
Shows no resistance. However, if the heating time is too long, the sintering additive will evaporate excessively
The end product is a semiconductor or conductor.
FIG. 2 is a graph showing the resistivity as a function of the volume of the sintering additive. Quote
The number A indicates pure silicon carbide SiC. AB region is conditioned by raw material
Specific resistance of the impurities, the BC region was conditioned by the sintering additive
Doping of SiC crystal lattice, C indicates maximum solubility of sintering additive in silicon carbide
You. In the CD region, the ratio of the intergranular phase increases, and at this time, individual SiC particles are formed.
It is imperfectly stored. At point D, almost all of the SiC particles are contained
I have. Between point D and point E, the content of the intergranular phase further increases.
No longer affects the electrical resistance.
As can be seen from FIG. 2, the final product is less than 5 V% sintering additive content.
Haya is not an electrical insulator. This can be explained as follows. That is, 8V%
In the intergranular phase content, all of the silicon carbide particles are almost completely formed by the intergranular phase.
However, at a content of 5 V%, it is only partially embedded. 9.2G%
The average thickness of the intergranular phase of the content reaches about 30 nm and the average distance between the two SiC particles
Measurements have shown that the separation is in the range of 60 nm.
FIG. 3 shows the silicon carbide produced according to Example 1. Little intergranular phase
Surface tension and therefore a small wetting angle and thus a good wetting force
. As a result, the ternary fluid phase melt D at least almost completely covers the entire SiC particles.
Produces a great deal of enclosure. The conductive SiC particles are completely cooled by the interparticle phase after cooling the sintered body.
Since it is included, a high-resistance electrical insulator is obtained.
However, in prior art sintering processes, carbon C is added as another sintering additive.
Be added. Such a sintered body is shown in FIG. With this carbon addition
SiO present on the surfaceTwoIs reduced or completely removed. AlTwoO and YTwoOThreeWhen
The two-component fluid phase melt Z, consisting of
And thus exhibit low wetting power. This melt Z produces complete inclusion of all SiC particles.
I can't do that. After cooling of the sintered body, the fluid phase is predominantly triple-point T, ie S
Withdraw into the largest gap between iC particles. A significant portion of the SiC particles are directly
Because of the contact, the SiC body thus sintered cannot be an electrical insulator.
Absent.
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】１９９７年２月１０日
【補正内容】
請求の範囲
１． 焼結前に炭化ケイ素粉体に対して焼結添加剤が加えられ、加えられる焼
結添加剤の量、焼結温度および焼結時間が工程パラメータとして選定され、また
これらのパラメータによって、焼結炭化ケイ素中に残存する粒子間相の量が予め
決定されるように成された流動相焼結による電気絶縁性炭化ケイ素の製造法にお
いて、焼結炭化ケイ素の中に残存する粒子間相の量が少なくとも８体積％に達す
る事を特徴とする電気絶縁性炭化ケイ素の製造法。
２． 焼結された炭化ケイ素中に含有される少なくともほぼ全部の炭化ケイ素
粒子が完全に包蔵されるような量の粒子間相が焼結炭化ケイ素中に保持される事
を特徴とする請求項１に記載の方法。
３． 焼結添加剤として酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3および酸化イットリウムＹ2
Ｏ3が使用され、炭化ケイ素粉体の表面に存在する酸化ケイ素ＳｉＯ2と共に３
成分粒子間相が形成される事を特徴とする請求項１に記載の方法。
４． 約６重量％の酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3および約４重量％の酸化イット
リウムＹ2Ｏ3が焼結添加剤として加えられる事を特徴とする請求項３に記載の方
法。
５． 約７．２重量％の酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3および約４．８重量％の酸
化イットリウムＹ2Ｏ3が焼結添加剤として加えられる事を特徴とする請求項３に
記載の方法。
６． 焼結温度が１８００℃乃至１９００℃であり、焼結時間が約１時間に達
する事を特徴とする請求項１または５のいずれかに記載の方法。
７． アルゴンガスの中で焼結が実施される事を特徴とする請求項１に記載の
方法。
８． 無圧状態でまたは高圧プレスによって焼結が実施される事を特徴とする
請求項１に記載の方法。
９． 少なくとも８体積％の粒子間相が存在する事を特徴とする請求項１乃至
８のいずれかに記載の方法によって製造された焼結炭化ケイ素。
１０． 焼結された炭化ケイ素中に残存する粒子間相の量が、焼結された炭化
ケイ素中に含有される少なくともほぼ全部の炭化ケイ素粒子を完全に包蔵するの
に十分である事を特徴とする請求項９に記載の焼結炭化ケイ素。[Procedure for Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act [Date of Submission] February 10, 1997 [Contents of Amendment] Claims 1. A sintering additive is added to the silicon carbide powder before sintering, and the amount of the sintering additive added, the sintering temperature and the sintering time are selected as process parameters, and according to these parameters, In the method for producing electrically insulating silicon carbide by fluid phase sintering, wherein the amount of intergranular phase remaining in silicon carbide is determined in advance, the amount of intergranular phase remaining in sintered silicon carbide Of at least 8% by volume. 2. 2. The method of claim 1, wherein an amount of intergranular phase is retained in the sintered silicon carbide such that at least substantially all of the silicon carbide particles contained in the sintered silicon carbide are completely encapsulated. The described method. 3. Aluminum oxide Al 2 O 3 and yttrium oxide Y 2 O 3 are used as a sintering additive, and a ternary interparticle phase is formed together with silicon oxide SiO 2 present on the surface of the silicon carbide powder. The method of claim 1. 4. The method of claim 3, about 6 wt% aluminum oxide Al 2 O 3 and about 4 wt% of yttrium oxide Y 2 O 3 is characterized in that is added as a sintering additive. 5. The method of claim 3, about 7.2 wt% aluminum oxide Al 2 O 3 and about 4.8 wt% of yttrium oxide Y 2 O 3 is characterized in that is added as a sintering additive. 6. The method according to claim 1, wherein the sintering temperature is 1800 ° C. to 1900 ° C., and the sintering time reaches about 1 hour. 7. The method according to claim 1, wherein the sintering is performed in argon gas. 8. The method according to claim 1, wherein the sintering is performed under no pressure or by a high pressure press. 9. 9. A sintered silicon carbide produced by the method according to claim 1, wherein at least 8% by volume of the intergranular phase is present. 10. Characterized in that the amount of the intergranular phase remaining in the sintered silicon carbide is sufficient to completely encapsulate at least substantially all of the silicon carbide particles contained in the sintered silicon carbide. The sintered silicon carbide according to claim 9.
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ
Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ
，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ
，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ
Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ
，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，
ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ
Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ
，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE,
DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L
U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF)
, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE,
SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, S
Z, UG), UA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD
, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ
, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ,
DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, I
L, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK
, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK,
MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, R
U, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR
, TT, UA, UG, US, UZ, VN