[发明专利]硅合金烧结体的制造方法

说明书

本申请是2007年9月18日提交的题为“硅合金、其合金粉末、其制造装置、制造方法以及其合金烧结体”的第200780048028.0号申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及使用以硅为主要成分的硅合金的粉末制造烧结体的方法。

背景技术

硅作为工业用结构材料，主要是以氮化硅(Si₃N₄)化合物的形式在很小范围内使用(例如，“2006年フアインセラミツクス産業動向調查”、(財)日本フアインセラミツクス刊(平成18年12月))。

但是，将硅以硅合金形式用作工业用结构材料的实例尚未出现。

发明内容

氮化硅为使硅与氮以4∶3的固定比率形成共价键而构成的化合物，因此完全不允许含有杂质，尤其是含有氧及铁等金属元素。为此，原料成本、合成成本、制品加工成本极高，因此氮化硅并未成为将硅实际用作工业用结构材料的有力方式。

本发明人等着眼于上述问题，以将硅、尤其是将含有作为杂质的氧及铁等金属元素的廉价金属硅有效地实际用作工业用结构材料为目的，反复潜心研究了以该廉价金属硅作为原料来合成硅合金的方法，结果发现，使用本发明人等所开发的控制型燃烧合成法，可成功地合成能够容许将氧以及铁等金属元素作为固溶元素的硅合金，以廉价金属硅实际应用为工业用结构材料。

并且，通过组合使用湿式化合物法与烧结法的新制品加工技术的发明，成功地制造出本发明的硅合金烧结体，该硅合金烧结体的特征在于：由平均粒径被控制在特定值以下的硅合金粉末、水、以及成形用粘合剂所构成。

即，本发明通过使用含有以下成分的硅合金粉末的硅合金烧结体的制造方法来解决上述问题：30～70重量％的硅、10～45重量％的氮、1～40重量％的铝以及1～40重量％的氧。

此外，本发明提供一种控制型燃烧合成装置，其特征在于：具有至少一个点火机构、检测装置内压力的压力传感器、自外部供给氮的氮供给机构、借助具备氮供给功能与装置内反应气体排出功能的气体压力控制阀的压力控制机构、反应容器内温度的检测手段、借助包覆整个装置的水冷夹套的第1冷却机构、以及借助设置于装置内部的冷却用板的第2冷却机构；

还具备温度控制机构，其根据由所述温度检测手段所检测出的温度，来控制供给至所述第1和/或第2冷却机构的冷却水量，以控制所述反应容器内温度；

且能够在进行燃烧合成时将装置内压力与反应容器内温度控制在既定值。

本发明也提供一种硅合金烧结体的制造方法，作为组合使用湿式化合物法与毫米波烧结法的硅合金烧结体的制造方法，其特征在于：以本发明的硅合金粉末作为原料，藉由：添加0.1～10重量％的以硅、铝为主成分的无机粘合剂或者不添加该无机粘合剂制造含水化合物的制造步骤、将该含水化合物成形为中间制品形状或者完成品形状的成形步骤、以及通过干燥而使含水量为1重量％以下的干燥步骤这些步骤来制造未烧结成形品；将该未烧结成形品在保持在常压或常压以上的氮气氛中，藉由在15GHz以上的毫米波环境中的毫米波加热，在1300～1900℃的温度范围内以及30分钟～3小时的加热时间进行烧结。

根据本发明，可将在此前几乎未得到有效利用的氧化硅形式的作为硅石矿山的硅石或者沙漠等的沙、硅砂以沉睡状态埋藏的作为地球上含量最多的资源的硅大量地有效应用作通用工业用结构材料。

附图说明

图1为本发明的控制型燃烧合成装置的概略构成图。

图2为表示在含50重量％的硅的情况下，显示硅合金的生成区域的氮、铝、氧三元体系状态图。

图3为本发明的合金烧结体的制造步骤概略图。

具体实施方式

以下，对本发明的构成进行详细说明。本发明所使用的硅合金可通过以下方式获得：将既定量的作为主成分的硅、铝粉状体、既定量的硅和/或铝的氧化物、视需要而定的既定量的铁、镍、铬、钼、锰、钛、钇、镁、钙、锆、钒、硼、钨以及钴中的至少一种、以及氮一并装入至发明人等所开发的控制型燃烧合成装置中，一边控制压力以及反应温度一边进行燃烧合成反应，其中上述控制型燃烧合成装置构成为：可根据需要而以任意压力连续供给氮，可控制反应时的压力以及温度，并且可在燃烧合成反应结束后在装置内部进行控制冷却。此外，可将廉价金属硅、再生硅和/或金属铝用作硅和/或铝原料。

可将藉由通常的电炉还原精炼从硅石或硅砂所制造的金属硅中、并非用于半导体用途的含氧量少的高价高级金属硅而是含氧量高且含有铁等金属元素等杂质元素的廉价金属硅用作本发明所涉及的硅合金的原料。