反應燒結碳化硅構件的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及反應燒結碳化娃（reactionbondedsiliconcarbide:RBSiC)構 件的制造方法。具體而言，涉及通過粉末燒結層壓造型（SelectiveLaserSintering pr〇CeSS:SLS)來制造在具有大型且復雜的形狀的同時具有優異的陶瓷特性的反應燒結碳 化硅構件的方法。
【背景技術】
[0002] 由于反應燒結碳化硅的耐熱性、耐磨性、高剛性、高熱傳導性或低熱膨脹性等的特 性優異，故而作為高溫結構構件、耐磨性構件等使用。而且，作為其制造方法，廣泛使用通過 澆鑄成形、沖壓成形來制作包含碳化硅粒子與碳的成形體并使硅含浸于其中，然后進行反 應燒結的方法。
[0003] 例如，在Stevinsonetal.，SOLIDFREEFORMFABRICATIONPROCEEDINGS; (2006) p. 359-365 (非專利文獻1)中記載有作為原料使用碳化硅粒子及酚醛樹脂，用粉末燒結層 壓造型法來制作碳化硅成形體，并使環氧樹脂含浸于該碳化硅成形體，其后使硅含浸于該 碳化硅成形體，從而制作反應燒結碳化硅構件。
[0004] 通常，作為原料使用碳化硅粒子及成形用樹脂并通過粉末燒結層壓造型法所得到 的碳化硅成形體的原料的填充性低。這是由于通過該造型法未進行加壓。其結果，碳化硅 成形體中的碳化硅的比例（填充率）降低、碳化硅成形體的密度也降低。因此，碳化硅成形 體的強度低。而且，在制作碳化硅成形體后，由于通過將碳化硅成形體加熱而碳化硅成形體 中所包含的成形用樹脂消失或收縮，故而有時變得無法維持碳化硅成形體的形狀。因此，有 可能操作性差，稍微用力碳化硅成形體就會破損。
[0005] 為了解決上述課題，Stevison等（非專利文獻1)公開了使環氧樹脂含浸于碳化 硅成形體并進行燒結從而得到反應燒結碳化硅構件的方法。然而，根據本發明者所得到的 見解，即使根據上述方法也無法得到具有大型且復雜形狀，剛性及強度等的陶瓷特性優異 的反應燒結碳化硅構件。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 非專利文獻
[0008] 非專利文獻 1Stevinsonetal.，SOLIDFREEFORMFABRICATIONPROCEEDINGS; (2006)p. 359-365。
【發明內容】
[0009] 本發明者此次得到了如下見解：即使僅使碳與硅含浸于通過粉末燒結層壓造型法 所得到的碳化硅成形體并進行反應燒結，若不考慮所含浸的碳量，則無法得到具有優異的 陶瓷特性的反應燒結碳化硅構件。然后，得到了如下見解：通過使根據粉末燒結層壓造型法 所得到的氣孔率高的碳化硅成形體中所含浸的碳量在特定范圍，在能夠抑制反應燒結時裂 縫等的不良情況發生的同時能夠充分含浸硅，從而能夠得到包含大量碳化硅的優異的反應 燒結碳化硅構件。本發明基于相關見解。
[0010] 本發明所要解決的技術問題在于提供具有大型且復雜的形狀的同時剛性及強度 等的陶瓷特性優異的反應燒結碳化硅構件的制造方法。
[0011] 根據本發明的反應燒結碳化硅構件的制造方法的特征在于，至少包含以下工序：
[0012] 準備至少包含碳化硅粒子與成形用樹脂的原料的工序；
[0013] 形成所述原料的薄層并在該薄層的所期望的區域照射激光且將該薄層進行燒結 從而形成燒結薄層的工序；
[0014] 多次進行形成所述燒結薄層的工序從而得到將所述燒結薄層進行多次層壓的成 形體的工序；
[0015] 使包含碳源的輔助劑含浸于所述成形體，然后使含浸了該輔助劑的成形體固化從 而得到固化體的工序；
[0016] 使所述固化體中包含的有機化合物成分碳化從而得到燒成體的工序；
[0017] 使硅含浸于所述燒成體，然后使該燒成體反應燒結從而得到反應燒結碳化硅構件 的工序，
[0018] 所述燒成體包含8重量％以上、30重量％以下的碳。
【附圖說明】
[0019] 圖1為表示根據本發明的反應燒結碳化硅構件的制造方法的流程圖。
[0020] 圖2為在根據本發明的反應燒結碳化硅構件的制造方法中所使用的粉末燒結層 壓造型裝置的主視剖視圖。
【具體實施方式】
[0021 ] -邊參照附圖，一邊對根據本發明的反應燒結碳化硅構件的制造方法進行說明。
[0022] 原料的準備
[0023] 在根據本發明的反應燒結碳化硅構件的制造方法中，首先準備至少包含碳化硅粒 子與成形用樹脂的原料（圖1、ST1)。
[0024] 碳化娃粒子
[0025] 優選本發明中所使用的碳化硅（SiC)粒子的平均粒徑為1μπι以上、100μπι以下。 通過使碳化硅粒子的平均粒徑為1ym以上，可賦予原料流動性，可實現良好的重涂性。而 且，通過使平均粒徑為100μπι以下，通過激光照射能夠使原料所包含的成形用樹脂與碳化 娃粒子一起良好地恪融。進而，通過使碳化娃粒子的平均粒徑在上述范圍，能夠容易地使原 料薄層的厚度成為150μπι以下。其結果，通過激光照射能夠充分地熔融成形用樹脂，能夠 使原料彼此牢固地結合。根據本發明進一步優選的方式，碳化硅粒子的平均粒徑為10μπι 以上、80μπι以下。在此，平均粒徑是指根據JIS(日本工業標準）R6002:磨削磨刀石用研磨 材料的粒度試驗方法中規定的光透過沉降法或沉降試驗方法所測定的累積高度50 %點的 粒徑（ds-50值）。
[0026] 根據本發明的一個方式，作為碳化硅粒子，也可將平均粒徑不同的兩種以上的粒 子混合使用。優選兩種以上的碳化硅粒子的各平均粒徑均在上述范圍內。而且，優選兩種 以上的碳化硅粒子按照混合粒子粉末的振實密度高于單一粒子振實密度的比率混合。
[0027] 根據本發明的一個方式，作為碳化硅粒子，還可使用將多個粒子進行造粒的造粒 粒子。在此，在本發明中的造粒是指將多個粒子使用粘合劑（binder)等而制成更大的粒 狀。通過造粒能夠提高原料的流動性及填充性。優選造粒粒子的平均粒徑為lym以上、 100μm以下，更優選10μm以上、80μm以下。而且，造粒可使用噴霧干燥法、流動層式及旋 轉式等公知的方法進行。
[0028] 成形用樹脂
[0029] 本發明中所使用的成形用樹脂具有經加熱可熔融的性質。由于成形用樹脂熔融， 故而碳化硅粒子彼此介由熔融樹脂而連接。如后所述，在本發明中成形體通過粉末燒結層 壓造型法來制作。由于在該造型法中在原料的薄層上照射激光并將其燒結從而得到成形 體，故而只要成形用樹脂具有通過加熱可熔融的性質，則可沒有特別限制地進行使用。
[0030] 在本發明中，作為具有通過加熱可熔融的性質的成形用樹脂，可使用熱塑性樹脂。 作為熱塑性樹脂的例子，可列舉選自尼龍、聚丙烯、聚乳酸、聚乙烯（PE)、聚對苯二甲酸乙二 醇酯（PET)、聚苯乙烯（PS)、丙烯腈?丁二烯·苯乙烯共聚物（ABS)、乙烯?乙酸乙烯共聚物 (EVA)、苯乙烯?丙烯腈共聚物（SAN)、丙烯酸酯樹脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、石蠟及聚 己內酯中的至少1種。在它們之中，優選尼龍，具體而言，優選尼龍11、尼龍12,更優選尼龍 12。由于它們吸水性低、耐化學性優異等，故而經時變化少從而適于粉末燒結層壓造型。
[0031] 在本發明中，作為具有通過加熱可熔融的性質的成形用樹脂，還可使用熱固化性 樹脂。作為熱固化性樹脂的例子，可列舉酚醛清漆型酚醛樹脂等。由此，能夠提高成形體的 操作性、增大燒成體中所包含的碳的比例。
[0032] 本發明中所使用的成形用樹脂優選尼龍或酚醛清漆型酚醛樹脂。進一步優選尼龍 12或酚醛清漆型酚醛樹脂。由此，不會出現燒結薄層在層間發生剝離或產生裂縫等的不良 情況從而能夠穩定地得到成形體。而且，能夠得到具有可操作的強度的成形體。
[0033] 優選本發明中所使用的成形用樹脂的平均粒徑為5μπι以上、50μπι以下。由此，能 夠防止成形用樹脂與碳化硅粒子的混合不良及原料流動性降低。更優選成形用樹脂的平均 粒徑為5μπι以上、30μπι以下。成形用樹脂的平均粒徑可通過激光衍射?散射法測定。
[0034] 在根據本發明的反應燒結碳化硅構件的制造方法中所使用的原料至少包含碳化 硅粒子與成形用樹脂，將它們混合而作為原料（粉末）。作為混合方法，優選干式混合。而 且，作為混合方法，可使用公知的方法。具體而言，可列舉使用在混凝土攪拌機這樣的內部 具有葉片的容器中進行攪拌的混合裝置、V型攪拌機等的容器攪拌型混合機及攪拌混合器 等的方法。
[0035] 根據本發明的優選方式，碳化硅粒子與成形用樹脂的混合比以重量比計為100 : 0. 5以上、100 :100以下。由此，可得到具有可操作的強度的成形體。通過使碳化硅粒子與成 形用樹脂的混合比為1〇〇 :〇. 5以上，能夠抑制成形體所包含的成形用樹脂的量變得過少。 因此，碳化硅粒子彼此能夠良好地連接，從而成形體的強度增高。據此，成形體的操作性變 得良好。而且，能夠控制反應燒結碳化硅構件中所包含的碳化硅與硅的重量比率，據此能夠 得到密度高的反應燒結碳化硅構件。
[0036] 根據本發明更優選的方式，碳化硅粒子與成形用樹脂的混合比以重量比計為100 : 1以上、100 :10以下。由此，在碳化工序中，能夠使成形體中所包含的成形用樹脂消失，且能 夠使成形用樹脂消失的空間成為氣孔的比例為任意值。其結果，能夠抑制因在反應燒結工 序中使硅含浸于該氣孔中的同時與碳反應而造成的反應燒結碳化硅構件的硅的比例的增 高。對比硅的密度與碳化硅的密度時，碳化硅的密度高1.37倍左右。因此，當抑制反應燒 結碳化硅構件中所包含的硅的比例增高時，碳化硅的比例相應地增高。其結果，能夠提高反 應燒結碳化硅構件的密度。而且，進一步更優選碳化硅粒子與成形用樹脂的混合比以重量 比計為100 :3前后。由此，作為最終產物