[發明專利]硅合金、其合金粉末、其制造裝置、制造方法以及其合金燒結體

無效

• 申請號: 201110261529.5
• 申請日: 2007-09-18
• 公開（公告）號: CN102321821A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 渡邊敏幸;松下昌史;櫻井利隆;佐藤一也;松下洋子
• 申請（專利權）人: 伊斯曼杰股份有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C30/00;B22F3/23
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 蘇萌;鐘守期

本申請是2007年9月18日提交的題為“硅合金、其合金粉末、其制造裝置、制造方法以及其合金燒結體”的第200780048028.0號專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及以硅為主要成分的硅合金、其合金粉末、其制造裝置、制造方法以及其合金燒結體。

背景技術

硅作為工業用結構材料，主要是以氮化硅(Si₃N₄)化合物的形式在很小范圍內使用(例如，“2006年ファインセラミツクス産業動向調查”、(財)日本ファインセラミツクス刊(平成18年12月))。

但是，將硅以硅合金形式用作工業用結構材料的實例尚未出現。

發明內容

氮化硅為使硅與氮以4：3的固定比率形成共價鍵而構成的化合物，因此完全不允許含有雜質，尤其是含有氧及鐵等金屬元素。為此，原料成本、合成成本、制品加工成本極高，因此氮化硅并未成為將硅實際用作工業用結構材料的有力方式。

本發明人等著眼于上述問題，以將硅、尤其是將含有作為雜質的氧及鐵等金屬元素的廉價金屬硅有效地實際用作工業用結構材料為目的，反復潛心研究了以該廉價金屬硅作為原料來合成硅合金的方法，結果發現，使用本發明人等所開發的控制型燃燒合成法，可成功地合成能夠容許將氧以及鐵等金屬元素作為固溶元素的硅合金，以將廉價金屬硅實際應用為工業用結構材料作為課題而完成了本發明。

并且，通過組合使用濕式化合物法與燒結法的新制品加工技術的發明，成功地制造出本發明的硅合金燒結體，該硅合金燒結體的特征在于：由平均粒徑被控制在特定值以下的硅合金粉末、水、以及成形用粘合劑所構成。

即，本發明通過這樣的硅合金來解決上述問題，所述硅合金的特征在于：含有30～70重量％的硅、10～45重量％的氮、1～40重量％的鋁以及1～40重量％的氧。

此外，本發明提供一種控制型燃燒合成裝置，其特征在于：具有至少一個點火機構、檢測裝置內壓力的壓力傳感器、自外部供給氮的氮供給機構、借助具備氮供給功能與裝置內反應氣體排出功能的氣體壓力控制閥的壓力控制機構、反應容器內溫度的檢測手段、借助包覆整個裝置的水冷夾套的第1冷卻機構、以及借助設置于裝置內部的冷卻用板的第2冷卻機構；

還具備溫度控制機構，其根據由所述溫度檢測手段所檢測出的溫度，來控制供給至所述第1和/或第2冷卻機構的冷卻水量，以控制所述反應容器內溫度；

且能夠在進行燃燒合成時將裝置內壓力與反應容器內溫度控制在既定值。

此外，本發明也提供一種硅合金燒結體的制造方法，作為組合使用濕式化合物法與毫米波燒結法的硅合金燒結體的制造方法，其特征在于：以本發明的硅合金粉末作為原料，藉由：添加0.1～10重量％的以硅、鋁為主成分的無機粘合劑或者不添加該無機粘合劑制造含水化合物的制造步驟、將該含水化合物成形為中間制品形狀或者完成品形狀的成形步驟、以及通過干燥而使含水量為1重量％以下的干燥步驟這些步驟來制造未燒結成形品；將該未燒結成形品在保持在常壓或常壓以上的氮氣氛中，藉由在15GHz以上的毫米波環境中的毫米波加熱，在1300～1900℃的溫度范圍內以及30分鐘～3小時的加熱時間進行燒結。

再者，本發明提供了一種硅合金的燃燒合成方法，其特征在于：將既定量的作為主成分的硅、鋁粉狀體、既定量的硅和/或鋁的氧化物以及氮一并裝入至控制型燃燒合成裝置中，一邊控制壓力以及反應溫度一邊進行燃燒合成反應，其中通過所述控制型燃燒合成裝置中的壓力傳感器檢測裝置內的壓力，借助具備氮供給功能與裝置內反應氣體排出裝置的氣體壓力控制閥控制裝置內的壓力，由溫度檢測手段檢測所述反應容器內溫度，根據由所述溫度檢測手段所測出的溫度，控制供給借助包裹整個裝置的水冷夾套的第1冷卻機構以及借助設置于裝置內的冷卻用板的第2冷卻機構的冷卻用水，從而控制所述反應容器內溫度，并將裝置內壓力控制在1MPa以下，將所述反應容器內溫度控制在2000℃以下。

根據本發明，可將在此前幾乎未得到有效利用的氧化硅形式的作為硅石礦山的硅石或者沙漠等的沙、硅砂以沉睡狀態埋藏的作為地球上含量最多的資源的硅大量地有效應用作通用工業用結構材料。

附圖說明

圖1為本發明的控制型燃燒合成裝置的概略構成圖。

圖2為表示在含50重量％的硅的情況下，顯示硅合金的生成區域的氮、鋁、氧三元體系狀態圖。

圖3為本發明的合金燒結體的制造步驟概略圖。

具體實施方式