プラズマ焼結法による高強度高比表面積多孔質セラミックスの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650690
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大森 守 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (30005954)
• Keywords: 炭化ケイ素 / 立法晶炭化ケイ素 / 六法晶炭化ケイ素 / 放電プラズマ焼結法 / 多孔質セラミックス / 焼結 / 結晶成長

Research Abstract

放電プラズマ焼結法(SPS)はパルス直流が流れる黒鉛ルツボ中で金属やセラミックス粉の焼結するため、電場の効果により焼結が促進される。多孔質セラミックスはフィルター、化学反応装置の触媒担体、自動車の排ガス浄化用触媒担体などに使われ、あるいは使われようとしている。一般的にセラミックスを多孔質にすると強度は減少するが、この減少を少なくした多孔質セラミックスの合成が期待されている。本研究の目的は炭化ケイ素(SiC)粉からSPSを使って優れた特性の多孔質セラミックスの開発である。
SiC原料粉には2種類存在する。一つは立法晶系のβ-SiCでありもう一つは高温で安定な六法晶系のα-SiCである。この二つの原料分をSPSで2200℃以下の温度で焼結し多孔質セラミックスの合成を行った。β-SiCは2200℃の温度での焼結ですべてが相変態しα-SiCになった。α-SiC粉の原料ではそのままである。多孔質セラミックスとなる過程は大きく異なり、β-SiC粉の原料では結晶成長の機構で多孔質セラミックスができる。この多孔質セラミックスは、長い粒で構成される網目の組織に結晶粒界がなく、多孔質単結晶ともいえるものでありその強度は大きい、このβ-SiCからの多孔質セラミックスは2200℃以上に加熱してもほとんど密度の上昇はなく熱に対して非常に安定である。α-SiC粉を原料とすると焼結の機構で多孔質セラミックスが形成される。焼結機構で生成するため、加熱温度を2200℃より高くしたり、2000℃以上の高温で長時間保持すると密度が上昇し熱に対する安定性にかける。さらにこのα-SiCからの多孔質セラミックスを構成するSiC結晶粒の間には結晶粒界が存在し、強度はβ-SiCを原料にするものより劣る。
以上本研究においては、β-SiC粉からSPSを使い強度特性に優れた熱に安定なSiC多孔質セラミックスの開発し当初の目的を達成した。