反应烧结碳化硅构件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及反应烧结碳化娃（reactionbondedsiliconcarbide:RBSiC)构 件的制造方法。具体而言，涉及通过粉末烧结层压造型（SelectiveLaserSintering pr〇CeSS:SLS)来制造在具有大型且复杂的形状的同时具有优异的陶瓷特性的反应烧结碳 化硅构件的方法。
【背景技术】
[0002] 由于反应烧结碳化硅的耐热性、耐磨性、高刚性、高热传导性或低热膨胀性等的特 性优异，故而作为高温结构构件、耐磨性构件等使用。而且，作为其制造方法，广泛使用通过 浇铸成形、冲压成形来制作包含碳化硅粒子与碳的成形体并使硅含浸于其中，然后进行反 应烧结的方法。
[0003] 例如，在Stevinsonetal.，SOLIDFREEFORMFABRICATIONPROCEEDINGS; (2006) p. 359-365 (非专利文献1)中记载有作为原料使用碳化硅粒子及酚醛树脂，用粉末烧结层 压造型法来制作碳化硅成形体，并使环氧树脂含浸于该碳化硅成形体，其后使硅含浸于该 碳化硅成形体，从而制作反应烧结碳化硅构件。
[0004] 通常，作为原料使用碳化硅粒子及成形用树脂并通过粉末烧结层压造型法所得到 的碳化硅成形体的原料的填充性低。这是由于通过该造型法未进行加压。其结果，碳化硅 成形体中的碳化硅的比例（填充率）降低、碳化硅成形体的密度也降低。因此，碳化硅成形 体的强度低。而且，在制作碳化硅成形体后，由于通过将碳化硅成形体加热而碳化硅成形体 中所包含的成形用树脂消失或收缩，故而有时变得无法维持碳化硅成形体的形状。因此，有 可能操作性差，稍微用力碳化硅成形体就会破损。
[0005] 为了解决上述课题，Stevison等（非专利文献1)公开了使环氧树脂含浸于碳化 硅成形体并进行烧结从而得到反应烧结碳化硅构件的方法。然而，根据本发明者所得到的 见解，即使根据上述方法也无法得到具有大型且复杂形状，刚性及强度等的陶瓷特性优异 的反应烧结碳化硅构件。
[0006] 现有技术文献
[0007] 非专利文献
[0008] 非专利文献 1Stevinsonetal.，SOLIDFREEFORMFABRICATIONPROCEEDINGS; (2006)p. 359-365。
【发明内容】
[0009] 本发明者此次得到了如下见解：即使仅使碳与硅含浸于通过粉末烧结层压造型法 所得到的碳化硅成形体并进行反应烧结，若不考虑所含浸的碳量，则无法得到具有优异的 陶瓷特性的反应烧结碳化硅构件。然后，得到了如下见解：通过使根据粉末烧结层压造型法 所得到的气孔率高的碳化硅成形体中所含浸的碳量在特定范围，在能够抑制反应烧结时裂 缝等的不良情况发生的同时能够充分含浸硅，从而能够得到包含大量碳化硅的优异的反应 烧结碳化硅构件。本发明基于相关见解。
[0010] 本发明所要解决的技术问题在于提供具有大型且复杂的形状的同时刚性及强度 等的陶瓷特性优异的反应烧结碳化硅构件的制造方法。
[0011] 根据本发明的反应烧结碳化硅构件的制造方法的特征在于，至少包含以下工序：
[0012] 准备至少包含碳化硅粒子与成形用树脂的原料的工序；
[0013] 形成所述原料的薄层并在该薄层的所期望的区域照射激光且将该薄层进行烧结 从而形成烧结薄层的工序；
[0014] 多次进行形成所述烧结薄层的工序从而得到将所述烧结薄层进行多次层压的成 形体的工序；
[0015] 使包含碳源的辅助剂含浸于所述成形体，然后使含浸了该辅助剂的成形体固化从 而得到固化体的工序；
[0016] 使所述固化体中包含的有机化合物成分碳化从而得到烧成体的工序；
[0017] 使硅含浸于所述烧成体，然后使该烧成体反应烧结从而得到反应烧结碳化硅构件 的工序，
[0018] 所述烧成体包含8重量％以上、30重量％以下的碳。
【附图说明】
[0019] 图1为表示根据本发明的反应烧结碳化硅构件的制造方法的流程图。
[0020] 图2为在根据本发明的反应烧结碳化硅构件的制造方法中所使用的粉末烧结层 压造型装置的主视剖视图。
【具体实施方式】
[0021 ] -边参照附图，一边对根据本发明的反应烧结碳化硅构件的制造方法进行说明。
[0022] 原料的准备
[0023] 在根据本发明的反应烧结碳化硅构件的制造方法中，首先准备至少包含碳化硅粒 子与成形用树脂的原料（图1、ST1)。
[0024] 碳化娃粒子
[0025] 优选本发明中所使用的碳化硅（SiC)粒子的平均粒径为1μπι以上、100μπι以下。 通过使碳化硅粒子的平均粒径为1ym以上，可赋予原料流动性，可实现良好的重涂性。而 且，通过使平均粒径为100μπι以下，通过激光照射能够使原料所包含的成形用树脂与碳化 娃粒子一起良好地恪融。进而，通过使碳化娃粒子的平均粒径在上述范围，能够容易地使原 料薄层的厚度成为150μπι以下。其结果，通过激光照射能够充分地熔融成形用树脂，能够 使原料彼此牢固地结合。根据本发明进一步优选的方式，碳化硅粒子的平均粒径为10μπι 以上、80μπι以下。在此，平均粒径是指根据JIS(日本工业标准）R6002:磨削磨刀石用研磨 材料的粒度试验方法中规定的光透过沉降法或沉降试验方法所测定的累积高度50 %点的 粒径（ds-50值）。
[0026] 根据本发明的一个方式，作为碳化硅粒子，也可将平均粒径不同的两种以上的粒 子混合使用。优选两种以上的碳化硅粒子的各平均粒径均在上述范围内。而且，优选两种 以上的碳化硅粒子按照混合粒子粉末的振实密度高于单一粒子振实密度的比率混合。
[0027] 根据本发明的一个方式，作为碳化硅粒子，还可使用将多个粒子进行造粒的造粒 粒子。在此，在本发明中的造粒是指将多个粒子使用粘合剂（binder)等而制成更大的粒 状。通过造粒能够提高原料的流动性及填充性。优选造粒粒子的平均粒径为lym以上、 100μm以下，更优选10μm以上、80μm以下。而且，造粒可使用喷雾干燥法、流动层式及旋 转式等公知的方法进行。
[0028] 成形用树脂
[0029] 本发明中所使用的成形用树脂具有经加热可熔融的性质。由于成形用树脂熔融， 故而碳化硅粒子彼此介由熔融树脂而连接。如后所述，在本发明中成形体通过粉末烧结层 压造型法来制作。由于在该造型法中在原料的薄层上照射激光并将其烧结从而得到成形 体，故而只要成形用树脂具有通过加热可熔融的性质，则可没有特别限制地进行使用。
[0030] 在本发明中，作为具有通过加热可熔融的性质的成形用树脂，可使用热塑性树脂。 作为热塑性树脂的例子，可列举选自尼龙、聚丙烯、聚乳酸、聚乙烯（PE)、聚对苯二甲酸乙二 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)、丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、石蜡及聚 己内酯中的至少1种。在它们之中，优选尼龙，具体而言，优选尼龙11、尼龙12,更优选尼龙 12。由于它们吸水性低、耐化学性优异等，故而经时变化少从而适于粉末烧结层压造型。
[0031] 在本发明中，作为具有通过加热可熔融的性质的成形用树脂，还可使用热固化性 树脂。作为热固化性树脂的例子，可列举酚醛清漆型酚醛树脂等。由此，能够提高成形体的 操作性、增大烧成体中所包含的碳的比例。
[0032] 本发明中所使用的成形用树脂优选尼龙或酚醛清漆型酚醛树脂。进一步优选尼龙 12或酚醛清漆型酚醛树脂。由此，不会出现烧结薄层在层间发生剥离或产生裂缝等的不良 情况从而能够稳定地得到成形体。而且，能够得到具有可操作的强度的成形体。
[0033] 优选本发明中所使用的成形用树脂的平均粒径为5μπι以上、50μπι以下。由此，能 够防止成形用树脂与碳化硅粒子的混合不良及原料流动性降低。更优选成形用树脂的平均 粒径为5μπι以上、30μπι以下。成形用树脂的平均粒径可通过激光衍射?散射法测定。
[0034] 在根据本发明的反应烧结碳化硅构件的制造方法中所使用的原料至少包含碳化 硅粒子与成形用树脂，将它们混合而作为原料（粉末）。作为混合方法，优选干式混合。而 且，作为混合方法，可使用公知的方法。具体而言，可列举使用在混凝土搅拌机这样的内部 具有叶片的容器中进行搅拌的混合装置、V型搅拌机等的容器搅拌型混合机及搅拌混合器 等的方法。
[0035] 根据本发明的优选方式，碳化硅粒子与成形用树脂的混合比以重量比计为100 : 0. 5以上、100 :100以下。由此，可得到具有可操作的强度的成形体。通过使碳化硅粒子与成 形用树脂的混合比为1〇〇 :〇. 5以上，能够抑制成形体所包含的成形用树脂的量变得过少。 因此，碳化硅粒子彼此能够良好地连接，从而成形体的强度增高。据此，成形体的操作性变 得良好。而且，能够控制反应烧结碳化硅构件中所包含的碳化硅与硅的重量比率，据此能够 得到密度高的反应烧结碳化硅构件。
[0036] 根据本发明更优选的方式，碳化硅粒子与成形用树脂的混合比以重量比计为100 : 1以上、100 :10以下。由此，在碳化工序中，能够使成形体中所包含的成形用树脂消失，且能 够使成形用树脂消失的空间成为气孔的比例为任意值。其结果，能够抑制因在反应烧结工 序中使硅含浸于该气孔中的同时与碳反应而造成的反应烧结碳化硅构件的硅的比例的增 高。对比硅的密度与碳化硅的密度时，碳化硅的密度高1.37倍左右。因此，当抑制反应烧 结碳化硅构件中所包含的硅的比例增高时，碳化硅的比例相应地增高。其结果，能够提高反 应烧结碳化硅构件的密度。而且，进一步更优选碳化硅粒子与成形用树脂的混合比以重量 比计为100 :3前后。由此，作为最终产物