專利名稱：氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于燒制用夾具等的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法。
背景技術：
SiC(碳化硅)耐火材料的耐熱性和耐火性優異，可作為用于燒制磨石、衛生陶瓷 等陶瓷制品的燒制用夾具等使用。其中，將SiC與Si3N4或Si2N2O結合的氮化硅結合SiC耐火材料的耐熱沖擊性和耐 氧化性優異，具有高熱傳導性等物理性質，因此經常用于燒制用夾具等中。作為這樣的氮化硅結合SiC耐火材料，開發了如下的材料，該材料以SiC為主相， 以Si3N4和Si2N2O為副相，彎曲強度為150MPa以上，且堆比重為2. 6以上(參見下述專利文 獻1) ο專利文獻1 日本特開2005-8M51號公報
發明內容
燒制用夾具由于暴露于溫度急劇變化的環境中，因此存在由于熱沖擊而易于在短 期內破損這樣的問題，為了解決該問題，人們要求氮化硅結合SiC耐火材料的物理性質的
進一步提高。進而，人們要求大型化的燒制用夾具。由于與這種大型化相伴隨的厚壁化，有可能 降低作業效率、生產率。并且，與小型夾具相比，大型夾具對熱沖擊變弱，容易破裂。在破裂 的情況下，會破壞很多產品，損失也會變大。于是，本發明的目的在于提供一種氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法，該耐火 材料的耐熱沖擊性優異，特別適合用于大型化的燒制用夾具等。本發明的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法的特征在于，該制造方法具有將扁 平顆粒的SiC粉末與Si粉末和選自A1、A1N、A1氧化物、Ca氧化物、Mg氧化物、！^e氧化物、 Ti氧化物、Zr氧化物中的至少一種混合的工序。上述氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法中，上述SiC粉末的初期堆密度優選為 1. 30 1. 65g/cm3,并且，上述SiC粉末優選為經篩選粒徑為300 μ m以下的粉末。上述氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法中，上述SiC粉末的SiC純度優選為 95%以上。在本發明的制造方法中，通過使用扁平顆粒的SiC粉末，能夠制造耐熱沖擊性優 異的氮化硅結合SiC耐火材料，能夠將燒制用夾具等大型化。需要說明的是，本發明中所述的“扁平顆粒”是指，外形為橢圓 長圓等圓形；三角 形、五邊形等多邊形的平面狀顆粒，優選為具有厚度<周長X1/10這樣的關系的顆粒，更 優選為具有厚度<周長X 1/20這樣的關系的顆粒。
具體實施例方式下面，說明本發明的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法的優選實施方式。需要 說明的是，本發明并不限定于該實施方式。本發明的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法的特征在于使用扁平顆粒的SiC粉 末作為原料，該方法可以采用以往進行的SiC耐火材料的制造方法(例如，經由原料混合、 成型、燒制等工序的SiC耐火材料的制造方法)。(原料混合)作為原料，可以使用扁平顆粒的SiC粉末；Si粉末；和選自A1、A1N、A1氧化物、Ca 氧化物、Mg氧化物、Fe氧化物、Ti氧化物、Zr氧化物中的至少一種。扁平顆粒的SiC粉末可以使用市售的扁平顆粒的SiC粉末，可以使用初期堆密度 為 1. 30 1. 65g/cm3、優選為 1. 40 1. 55g/cm3 的 SiC 粉末。進而，扁平顆粒的SiC粉末優選使用通過用篩篩選出的粒徑為300 μ m以下、特 別是45 150 μ m的SiC粉末。特別優選如下的扁平顆粒的SiC粉末將初期堆密度為 1. 40 1. 55g/cm3的扁平顆粒的SiC粉末用篩篩選出粒徑為300 μ m以下的粉末后，其中含 有70. 0 90. 0重量％的粒徑為45 150 μ m的SiC粉末的扁平顆粒的SiC粉末。需要說明的是，初期堆密度可以根據JIS R1628來測定，初期堆密度是不將顆粒壓 實的狀態下的密度。也可以在原料中混合塊狀顆粒的SiC粉末，該塊狀顆粒的SiC粉末的平均粒徑優 選為0. 5 6. 0 μ m，特別優選為1. 0 4. 0 μ m。在混合塊狀顆粒的SiC粉末的情況下，扁 平顆粒的SiC粉末與塊狀顆粒的SiC粉末的混合比例優選為50 50 75 25。另外，扁平顆粒的SiC粉末和塊狀顆粒的SiC粉末的純度優選為95%以上、特別優 選為98%以上，優選為99. 99%以下。Si粉末的平均粒徑優選為1. 0 5. 0 μ m，特別優選為1. 5 3. 5 μ m。氧化物具體有A1203、F%03等，特別優選為A1203。平均粒徑優選為0. 1 5. 0 μ m， 特別優選為0. 5 3. 0 μ m。需要說明的是，關于本發明中所述的平均粒徑，對于平均粒徑為45μπι以上的物 質，可以通過使用振動篩的羅太普(Ro-tap)法來測定，而對于平均粒徑不足45 μ m的顆粒， 可以通過激光衍射法來測定。混合比例優選SiC粉末為60. 0 90. 0重量份、Si粉末為8. 0 25. 0重量份、氧 化物為1. 0 10. 0重量份，特別優選SiC粉末為70. 0 85. 0重量份、Si粉末為10. 0 20. 0重量份、氧化物為3. 0 8. 0重量份。混合時，可以使用分散劑將原料粉末分散于水中，用球磨機等現有公知的方法進 行混合。在球磨機中，出于為了防止顆粒之間的凝集、或為了粉碎凝集體、或為了進行粉碎 等目的，優選使用氧化鋁或氧化鋯球等。(成型)對上述混合的原料進行成型。可以利用澆鑄成型、擠出成型、壓制成型等現有公知 的方法來進行成型。澆鑄成型的情況下，可以將原料粉末-水-分散劑混合(必要時也進行粉碎)，制 備漿料，由此進行澆鑄成型。
擠出成型的情況下，可以向原料粉末-水-分散劑中混合甲基纖維素、甘油等增塑 劑(必要時也進行粉碎)，用三輥等進一步攪拌，使用擠出成型機進行擠出成型。壓制成型的情況下，可以將原料粉末-水-分散劑混合(必要時也進行粉碎)，制 備漿料后，通過噴霧干燥等制備顆粒，由此進行壓制成型。在這些成型方法之中，從提高原料的填充性的方面考慮，優選澆鑄成型。(燒制)將上述成型后的產物在70 100°C干燥、燒制。進行燒制時，優選的是先在氮氣氣 氛下進行，接著在大氣中進行。氮氣氣氛下的燒制優選在1100 1450°C (特別是1300 1430°C )的溫度進行 5 13小時(特別是7 11小時)。以這樣的溫度-時間進行燒制時，則通過Si的氮化反應，SiC顆粒彼此結合，能夠 得到氮化硅結合SiC耐火材料。大氣中的燒制優選在1350 1500°C (特別是1400 1450°C )的溫度進行10 20小時(特別是12 18小時)。以這樣的溫度-時間進行燒制時，則能夠在表面上適宜地形成SW2氧化膜，從而 得到不僅耐熱沖擊性優異而且耐氧化性也優異的氮化硅結合SiC耐火材料。與現有材料相比，這樣制造的氮化硅結合SiC耐火材料的耐熱沖擊性優異。實施例下面根據實施例更具體地說明本發明。但本發明并不限于下述實施例。(實施例1)使用了純度約為98%、初期堆密度為1. 50g/cm3、粒徑為300μπι以下的扁平顆粒 的SiC粉末。該SiC粉末含有80重量％的45 150 μ m的粉末。將45. 0重量份該經篩選的SiC粉末、35. 0重量份的平均粒徑為2 μ m的球狀顆粒 的SiC粉末、15. 0重量份的平均粒徑為2 μ m的Si粉末和5. 0重量份的平均粒徑為1. 8 μ m 的Al2O3混合，將該混合物澆鑄成型成700mmX 700mmX8mm的尺寸，并將所得到的成型體在 100°C干燥。將干燥的成型體在氮氣氣氛中于1400°C燒制10小時，接著在大氣中于1450°C燒 制15小時，將該燒制物作為實施例1的氮化硅結合SiC耐火材料。(實施例2)將45. 0重量份的實施例1的扁平顆粒的SiC粉末、35. 0重量份的平均粒徑為2 μ m 的球狀顆粒的SiC粉末、15. 0重量份的平均粒徑為2 μ m的Si粉末、4. 0重量份的平均粒徑 為1. 8 μ m的Al2O3和1. 0重量份的平均粒徑為2. 0 μ m的!^e2O3混合，將該混合物澆鑄成型 成700mmX700mmX8mm的尺寸，并將所得到的成型體在100°C干燥。將干燥的成型體在氮氣氣氛中于1400°C燒制10小時，接著在大氣中于1450°C燒 制15小時，將該燒制物作為實施例2的氮化硅結合SiC耐火材料。(比較例1)使用了純度約為98%、初期堆密度為1. 70g/cm3、粒徑為300μπι以下的塊狀顆粒 的SiC粉末。該SiC粉末含有80. 0重量％的45 150 μ m的粉末。將45. 0重量份該經篩選的SiC粉末、35. 0重量份的平均粒徑為2 μ m的塊狀顆粒的SiC粉末、15. 0重量份的平均粒徑為2 μ m的Si粉末和5. 0重量份的平均粒徑為1. 8 μ m 的Al2O3混合，將該混合物澆鑄成型成700mmX 700mmX8mm的尺寸，并將所得到的成型體在 100°C干燥。將干燥的成型體在氮氣氣氛中于1400°C燒制10小時，接著在大氣中于1450°C燒 制15小時，將該燒制物作為比較例1的氮化硅結合SiC耐火材料。(比較例2)將45. 0重量份的比較例1的塊狀顆粒的SiC粉末、35. 0重量份的平均粒徑為2 μ m 的球狀顆粒的SiC粉末、15. 0重量份的平均粒徑為2 μ m的Si粉末、5. 0重量份的平均粒徑 為2. 0 μ m的Al2O3和1. 0重量份的平均粒徑為2. 0 μ m的!^e2O3混合，將該混合物澆鑄成型 成700mmX700mmX8mm的尺寸，并將所得到的成型體在100°C干燥。將干燥的成型體在氮氣氣氛中于1400°C燒制10小時，接著在大氣中于1450°C燒 制15小時，將該燒制物作為比較例2的氮化硅結合SiC耐火材料。(評價試驗)使用實施例1、2和比較例1、2的氮化硅結合SiC耐火材料，根據JIS R1648進行 耐熱沖擊性試驗。耐熱沖擊性試驗如下進行，將確認到破裂、裂縫的任意之一的溫度作為耐熱沖擊 性的溫度。在1000°C的爐中，將各樣品保持1小時后，以200°C /hr的速度將爐內冷卻至 750°C，將在750°C保持了 1小時的樣品取出到室溫中，確認有無破裂、裂縫。此時，未確認到破裂、裂縫的情況下，進一步將該樣品在1000°C的爐中保持1小時 后，以200°C /hr的速度將爐內冷卻至800°C，將在800°C保持了 1小時的樣品取出到室溫 中，確認有無破裂、裂縫。此時，未確認到破裂、裂縫的情況下，進一步將該樣品在1000°C的爐中保持1小時 后，以200°C /hr的速度將爐內冷卻至850°C，將在850°C保持了 1小時的樣品取出到室溫 中，確認有無破裂、裂縫。此時，未確認到破裂、裂縫的情況下，進一步將該樣品在1000°C的爐中保持1小時 后，以200°C /hr的速度將爐內冷卻至900°C，將在900°C保持了 1小時的樣品取出到室溫 中，確認有無破裂、裂縫。此時，未確認到破裂、裂縫的情況下，進一步將該樣品在1000°C的爐中保持1小時 后，以200°C /hr的速度將爐內冷卻至950°C，將在950°C保持了 1小時的樣品取出到室溫 中，確認有無破裂、裂縫。(試驗結果)實施例1、2在任一溫度下都沒有確認到破裂、裂縫，其耐熱沖擊性優異。比較例1、2在冷卻至750°C后便確認到破裂、裂縫。以往，耐熱沖擊性以750°C為極限，但用本發明的制造方法制造出的氮化硅結合 SiC耐火材料的耐熱沖擊性為950°C，其耐熱沖擊性優異，適合用于大型化的燒制用夾具寸。
權利要求
1.一種氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法，該制造方法具有將扁平顆粒的SiC粉末 與Si粉末和選自Al、A1N、Al氧化物、Ca氧化物、Mg氧化物Je氧化物、Ti氧化物、&氧化 物中的至少一種混合的工序。
2.如權利要求1所述的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法，其中，所述SiC粉末的初 期堆密度為 1. 30g/cm3 1. 65g/cm3。
3.如權利要求1或2所述的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法，其中，所述SiC粉末 為經篩選粒徑為300 μ m以下的粉末。
4.如權利要求1 3中任一項所述的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法，其中，所述 SiC粉末的SiC純度為95%以上。
全文摘要
本發明提供一種耐熱沖擊性優異的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法。本發明的氮化硅結合SiC耐火材料的制造方法的特征在于，該制造方法具有將扁平顆粒的SiC粉末與Si粉末和選自Al、AlN、Al氧化物、Ca氧化物、Mg氧化物、Fe氧化物、Ti氧化物、Zr氧化物中的至少一種混合的工序，所述SiC粉末的初期堆密度優選為1.40～1.55g/cm3。
文檔編號C04B35/565GK102131748SQ20098013327
公開日2011年7月20日 申請日期2009年7月27日 優先權日2008年8月27日
發明者內田富大, 須藤英一 申請人:三井金屬礦業株式會社