DE69500407T2 - Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidmaterial - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidmaterial

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DE69500407T2
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbidmaterials. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbidmaterials, insbesondere in der Form von Fasern, Blättern oder dreidimensional aufgebauten Artikeln, welches als ein verstärkendes Material für Verbundstoffmaterialien und als ein wärmeisolierendes Material brauchbar ist.
  • 2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
  • Es ist bekannt, Siliciumcarbidmaterialien durch Umwandlung eines Vorläufers herzustellen, welcher aus einer organischen Siliciumverbindung besteht.
  • In dem herkömmlichen Verfahren der Vorläuferumwandlung, wie sie z.B. in der Japanischen geprüften Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 59-33,681 offenbart ist, wird aus Dimethyldichlorsilan in Gegenwart von metallischem Natrium durch eine Entchlorungsreaktion ein Polydimethylsilan synthetisiert und dann durch eine thermische Zersetzungsreaktion zu einem Polycarbosilan umgewandelt.
  • Das resultierende Polycarbosilan wird schmelzgesponnen, die resultiernde Polycarbosilanfilamente werden bei einer Temperatur von 100ºC bis 190ºC an Luft zur thermischen Oxidation der Filamente und um die Filamente nicht schmelzbar zu machen wärmebehandelt, und die resultierenden oxidierten Filamente werden dann bei einer Temperatur von 1200ºC bis 1500ºC in einem inerten Gastrom gesintert.
  • Die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 1-131,016 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid, welches in der Form einer Masse vorliegt, welche aus extrem feinen Teilchen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 m²/g oder mehr besteht und als ein Träger von Katalysatoren für die Petrochemie brauchbar ist, insbesondere für Katalysatoren, welche auf eine hohe Temperatur von 1000ºC erhitzt werden können. Dieses Verfahren umfaßt einen Schritt des Umsetzens eines Siliciummonoxidgases (SiO) mit Kohlenstoff. In diesem Verfahren wird in einem ersten Umsetzungsbereich eine Mischung aus Siliciumdioxid (SiO&sub2;) mit Silicium (Si) auf eine Temperatur von 1100ºC bis 1400ºC unter einem Druck von 0,1 bis 1,5 hPa erhitzt, um Siliciummonoxidgas (SiO) herzustellen, und dann wird in einem zweiten Umsetzungsbereich das Siliciummonoxidgas in Kontakt mit feinverteiltem reaktivem Kohlenstoff mit einer spezifischen Oberfläche von 200 m²/g oder mehr bei einer Temperatur von 1100ºC bis 1400ºC gebracht, um den Kohlenstoff zu Siliciumcarbid umzuwandeln. Das resultierende Siliciumcarbid ist als ein Träger für Katalysatoren für chemische Umsetzungen geeignet. Daher ist für das Siliciumcarbid gefordert, daß es eine große spezifische Oberfläche und eine Dauerhaftigkeit der spezifischen Oberfläche besitzt.
  • Die japanosche ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 60-231,820 offenbart ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche einer Kohlefaser mit Siliciumcarbid durch Umsetzen einer Kohlefaser in der Wärme mit Siliciummonoxidgas (SiO). Dieses Verfahren ist jedoch dahingehend nachteilig, daß lediglich Oberflächenbereiche der Kohlefasern zu Siliciumcarbid umgewandelt werden können, wobei die inneren Bereiche der Kohlefasern im wesentlichen nicht vollständig zu Siliciumcarbid umgewandelt werden können und somit das erhaltene Produkt eine geringe Beständigkeit gegenüber Oxidation bei einer hohen Temperatur aufweist.
  • Als ein Versuch zur überwindung der oben erwähnten Probleme offenbart die Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 6-192,917 ein Verfahren zu Herstellung von Siliciumcarbidfasern durch Umsetzten von Siliciummonoxidgas mit aktivierten porösen Kohlefasern, welche mit darin ausgebildeten gleichförmigen feinen Poren zur Verfügung gestellt werden und eine Größe von einigen Angström bis einigen hundert Angström besitzen und eine spezifische Oberfläche von 100-2500 m²/g und eine Faserdicke von 5-100 µm besitzen, bei einer Temperatur von 800-2000ºC. Wenn die spezifische Oberfläche zu gering ist, kann in diesem Verfahren das Siliciummonoxid nicht vollständig in das Innere der aktivierten porösen Kohlefasern penetrieren und somit wird es unmöglich die beabsichtigten Fasern, welche vollständig aus Siliciumcarbid bestehen, herzustellen. Auch wenn die spezifische Oberfläche zu groß ist, weisen die aktivierten porösen Kohlefasern für sich eine geringe mechanische Festigkeit auf, und somit ist die Ausbeute der aktivierten porösen Kohlefasern, welche aus einem Porenbildungsverfahren erhalten werden gering. Die ist ein Problem des oben erwähnten Verfahrens.
  • Die aktivierten porösen Kohlefasern können durch verschiedene herkömmliche Verfahren hergestellt werden, z.B. das Verfahren der Japanischen geprüften Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 61-58, 567, in welchen Cellulosefasern, z.B. Rayonfasern, als ein Ausgangsmaterial verwendet werden, das Verfahren der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 61-282,430, in welchem Acrylfasern als ein Ausgangsmaterial verwendet werden, das Verfahren der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 60-199,922, in welchem ein faserartiges Material, welches aus Erdölpech hergestellt wurde, als ein Ausgansmaterial verwendet wird, und das Verfahren der Japanischen geprüften Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 57-43,647, in welchem Phenolharzfasern als ein Ausgangsmaterial verwendet werden. In solchen Verfahren nach dem Stand der Technik werden die durch eine dehydratisierende Karbonisierung der Ausgangsmaterialfasern in einer inerten Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 200ºC-400ºC hergestellten Kohlefasern in Kontakt mit einem oxidativen Gas, z.B. Wasserdampf, Sauerstoffgas oder Kohlendioxidgas gebracht, während sie auf eine Temperatur von 450ºC-1000ºC oberhalb der Temperatur der dehydratisierenden Karbonisierung erhitzt werden, um die Kohlefasern zu aktivieren.
  • Die durch die oben erwähnten Verfahren hergestellten Siliciumcarbidfasern sind hinsichtlich ihrer geringen Zugfestigkeit nachteilig. Zur Lösung dieser Probleme wurden durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung mehrere Versuche durchgeführt. Ein Versuch ist in der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 7-18,520 offenbart, ein Verfahren der Wärmebehandlung der durch die oben erwähnten Verfahren hergestellten Siliciumcarbidfasern in einer Gasatmosphäre, welche ein oxidatives Gas enthält, bei einer Temperatur von 800-2000ºC. Auch haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung in einem anderen Versuch, ein Blatt, welches aktivierte poröse Kohlefasern mit einer spezifischen Oberfläche von 100-3000 m²/g umfaßt, mit einem Siliciummonoxidgas bei einer Temperatur von 800- 2000ºC unter einem reduzierten Druck umgesetzt, und das erhaltene Siliciumcarbidfaserblatt wird in einer Gasatmosphäre wäremebehandelt, welche ein oxidatives Gas enthält, um die mechanische Festigkeit der Siliciumcarbidfaser zu verbessern.
  • Wenn die Wirksamkeit der Umsetzung des Kohlenstoffmaterials mit dem Siliciummonoxidgas erhöht wird, indem bewirkt wird, daß das Siliciummonoxidgas vollständig in das Innere des aktivierten porösen Kohlenstoffmaterials penetriert, ist es wie oben erwähnt notwendig, die Dicke des Kohlenstoffmaterials (Fasern) und die Größe der in dem Kohlenstoffmaterial ausgebildeten feinen Poren so klein wie möglich zu machen und die spezifische Oberfläche des aktivierten porösen Kohlenstoffmaterials in einem zulässigen Bereich so groß wie möglich zu machen. Jedoch zeigt das resultierende poröse Kohlenstoffmaterial eine sehr geringe mechanische Festigkeit. Daher besitzt das faserförmige oder das blattförmige Siliciumcarbidmaterial, welches aus dem aktivierten markierten porösen Kohlenstoffmaterial hergestellt wurde, eine sehr geringe mechanische Festigkeit und ist für eine praktische Verwendung nicht zufriedenstellend.
  • Die mechanische (Zug)Festigkeit des Siliciumcarbidmaterials kann durch eine Wärmebehandlung des Siliciumcarbidmaterials in der ein oxidatives Gas enthaltenden AtmospHäre verbessert werden. Jedoch besitzt das resultierende Produkt ein geringes Elastizitätsmodul und ist daher für eine Verwendung von Konstruktionsmaterial ungbefriedigend.
  • Obwohl das Verfahren der Wärmebehandlung des Siliciumcarbidmaterials in einer ein oxidatives Gas enthaltenden Atmosphäre wirksam die mechanische Festigkeit der Materialien erhöht, wurde durch eine Elementaranalyse bestätigt, daß ein gewisser Bereich des Siliciumcarbids nachteiligerweise zu Silidumoxiden umgewandelt wurde, z.B. SiO&sub2;, und daß die Wärmebeständigkeit des Siliciumcarbidmaterials als Folge der Erzeugung von Siliciumoxiden verringert ist.
  • Die Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung von Siliciumcarbidfasern, Blättern oder dreidimensional aufgebauten Artikeln sind nämlich nicht immer zufriedenstellend. Daher besteht eine deutliche Nachfrage nach einem neuen Verfahren zu Herstellung eines Siliciumcarbidmaterials mit einer erhöhten mechanischen Festigkeit und einem erhöhten Elastizitätamodul.
  • ZUAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbidmaterials mit einer erhöhten mechanischen Festigkeit und einem erhöhten Elastizitätsmodul aus einem aktivierten porösen Kohlenstoffmaterial zur Verfügung zu stellen.
  • Die oben erwähnte Aufgabe kann durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht werden, welches die Schritte des Umsetzens eines aktivierten porösen Kohlenstoffmaterials mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 2500 m²/g mit einem Siliciummonoxidgas bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC und das Wärmebehandeln des resultierenden Siliciumcarbidmaterials in einer nichtoxidierenden Gasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC umfaßt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Im Hinblick auf das oben erwähnte herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbidmaterials machten die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgedehnte Bemühungen, um ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbidmaterials mit einer erhöhten mechanischen Festigkeit und einem erhöhten Elastizitätsmodul festzulegen. Als Folge davon fanden die Erfinder, daß die mechanische Festigkeit und das Elastizitätsmodul des Siliciumcarbidmaterials durch eine Wärmebehandlung des Siliciumcarbidmaterials in einer spezifischen nicht oxidativen Gasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, merklich erhöht werden kann. Es wurde ebenfalls herausgefunden, daß die Wärmebehandlung des Siliciumcarbidmaterials in der nicht oxidativen Gasatmoshäre den Gehalt an Sauerstoff in dem Siliciumcarbidmaterial wirksam verringert und den Gehalt an Stickstoff in dem Siliciumcarbidmaterial erhöht, so daß die Oberfläche des Siliciumcarbidmaterials mit Stickstoffverbindungen bedeckt war und glatt wurde, und die Porosität des Siliciumcarbidmaterials verringert war.
  • Dadurch werden durch das spezielle Verfahren der vorliegenden Erfindung die Probleme der Verfahren nach dem Stand der Technik gelöst und die mechnische Festigkeit und das Elastizitätsmodul des Siliciumcarbidmaterials kann merklich erhöht werden.
  • Auch kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung des Siliciumcarbidmaterials in der Form von Fasern, Blättern oder dreidimensional aufgebauten Artikeln angewendet werden.
  • Im ersten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein aktiviertes poröses Kohlenstoffmaterial mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 2500 m²/g, vorzugsweise 500 bis 1700 m²/g mit einem Siliciummonoxidgas bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC umgesetzt. Diese Umsetzung des ersten Schritts kann durch das in der Japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 6-192,917 oder 7-18,520 offenbarte Verfahren durchgeführt werden.
  • Im zweiten Schritt der vorliegenden Erfindung wird das aktivierte poröse Siliciumcarbidmaterial, welches nie in einer oxidativen Gasatmosphäre wärmebehandelt wurde, in einer nicht oxidativen Gasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC, vorzugsweise 1000ºC bis 1800ºC wärmebehandelt
  • Das aktivierte poröse Kohlenstoffmaterial für den ersten Schritt ist nicht auf eine spezifische Gruppe von Kohlenstoffmaterialien beschränkt, solange es eine spezifische Oberfläche von 100 bis 2500 m²/g besitzt, und kann aus aktivierten Kohlenstoffmaterialien, welche durch herkömmliche Kohlenstoffaktivierungsverfahren hergestellt werden, ausgewählt werden. Wenn das aktivierte poröse Kohlenstoffmaterial in der Form von Fasern oder Filamenten vorliegt, werden die porösen Kohlenstoffasern oder Filamente vorzugsweise aus solchen ausgewählt, welche durch eine Karbonisierung von acrylischen Polymerfasern oder Filamenten oder Phenolharzfasern oder Filamenten hergestellt wurden.
  • Das aktivierte poröse Kohlenstoffmaterial wird mit einem Siliciummonoxidgas bei einer Temeratur von 800ºC bis 2000ºC umgesetzt. Die Quelle des Siliciummonoxidgases, welche für die vorliegende Erfindung brauchbar ist, ist nicht besonders beschränkt. Vorzugsweise wird ein Siliciummonoxidgas durch Erwärmen von Körner oder Teilchen von Siliciummonoxid oder Siliciumdioxid oder einer Mischung von feinen Siliciumteilchen und feinen Siliciummonoxidteilchen oder einer Mischung von feinen Siliciumteilchen und feinen Siliciumdioxidteilchen bei einer Temperatur von 500ºC bis 2000ºC unter einem reduzierten Druck von 10&supmin;&sup6; bis 10 Pa hergestellt. Das Gas wird für den ersten Schritt der vorliegenden Erfindung in einen Reaktionsofen eingeleitet. Alternativ dazu wird die Quelle des Siliciummonoxidgases, welche aus dem oben erwähnten Material besteht, in einer vorherbestimmten Menge zusammen mit dem aktivierten porösen Kohlenstoffmaterial für den ersten Schritt in den Reaktionsofen eingeführt, und sie werden in dem Reaktionsofen auf die oben erwähnte Temperatur erhitzt, um das Siliciummonoxidgas herzustellen und gleichzeitig das aktivierte poröse Kohlenstoffmaterial mit dem Siliciummonoxidgas umzusetzen.
  • Die Erzeugung des Siliciummonoxidgases wird vorzugsweise in einem vertikalen oder horizontalen Glühofen, welcher mit einem inneren Heizmittel, einem äußeren Heizmittel oder eine Induktionsheizung ausgestattet ist, und welcher zum Erhitzen der Materialien unter einem reduzierten Druck in einer Gasatmosphäre in der Lage ist, durchgeführt. Der Glühofen ist vorzugsweise ein Ofen vom Röhrentyp oder Kastentyp, welcher aus einem hitzebeständigen Material, zum Beispiel Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Mullit, Kohlenstoff oder hochschmelzenden Metallen hergestellt ist.
  • Da das Siliciummonoxidgas in die feinen Poren des aktivierten porösen Kohlenstoffmaterials penetriert und mit dem Kohlenstoff, welcher die Wandoberflächen der feinen Poren ausbildet, reagiert, um Kohlenstoff zu Siliciumcarbid umzuwandeln, ist es in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die Konzentration des Siliciummonoxidgases im Reaktionssystem so hoch wie möglich ist, um so die Diffusion des Siliciummonoxidgases in die feinen Poren zu fördern. Das Siliciummonoxidgas wird vorzugsweise unter einem Druck von 10&supmin;&sup6; bis 10 Pa verwendet. Auch um den im Inneren des aktivierten porösen Kohlenstoffmaterials befindlichen Kohlenstoff vollständig zu dichtem Siliciumcarbid umzuwandeln und um der Bildung von Whiskern vorzubeugen, wird der Druck im Inneren des Reaktionsofens vorzugsweise auf ein Niveau von 10 Pa oder weniger reguliert. Die Temperatur des Ofens wird auf 800ºC bis 2000ºC, vorzugsweise 1000ºC bis 1800ºC eingestellt.
  • Wenn die Temperatur im Reaktionsofen geringer als 800ºC ist, wird die Umsetzung von Kohlenstoff in dem Kohlenstoffmaterial mit Siliciummonoxid unzureichend, und der innere Bereich des Kohlenstoffmaterials kann nicht vollständig zu Siliciumcarbid umgewandelt werden. Wenn die Reaktionstemperatur höher als 2000ºC liegt, wachsen die resultierenden Siliciumcarbidteilchen übermäßig, und das resultierende Siliciumcarbidmaterial weist somit eine verringerte mechanische Festigkeit auf und bricht leicht.
  • Im ersten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist die Rate der Temperaturzunahme nicht auf eine spezielle Rate beschränkt. Das Reaktionssystem für den ersten Schritt wird jedoch vorzugsweise mit einer Rate von 50 bis 1500ºC/h erwärmt. Auch wird diese Reaktionstemperatur vorzugsweise während einer Minute bis Stunden, weiter vorzugsweise 30 Minuten bis 10 Stunden beibehalten. Wenn die Umsetzungszeit kürzer als eine Minute ist, kann die Umsetzung nicht vollständig ablaufen und somit werden die inneren Bereiche der Kohlenstofffasern nicht vollständig zu Siliciumcarbid umgewandelt, Wenn die Umsetzungszeit länger als 20 Stunden ist, können die resultierenden Siliciumcarbidteilchen übermäßig wachsen, und die resultierenden Siliciumcarbidfasern weisen eine verringerte mechanische Festigkeit auf und brechen somit leicht. Auch bewirkt eine übermäßig lange Umsetzungszeit einen unnötigen Energieverbrauch und eine verringerte Wirtschaftlichkeit.
  • Das für das Verfahren der vorliegenden Erfindung brauchbare aktivierte poröse Kohlenstoffmaterial schließt solche in der Form von Fasern, Blättern und dreidimensional aufgebauten Artikeln ein.
  • Das Blatt, welches aktivierte poröse Kohlefasern umfaßt, kann ein gewebtes oder gewirktes Gewebe, welches aus aktivierten porösen fortlaufenden Kohlenstoff- Filamentgarnen besteht, oder ein Faserflies oder ein Filz sein, welcher aus aktivierten porösen Kohlenstoffstapelfasern durch ein trockenes oder nasses Verfahren zum Ausbilden eines Faserflies gebildet wird.
  • Das Blatt kann gebildet werden durch Ausbilden der aktivierten porösen Kohlefasern oder Filamente zu einen Blatt oder durch Ausbilden von Kohlenstoffquellenfasern oder Filamenten zu einem Blatt, Karbonisieren und Aktivieren des Blattes.
  • Das aktivierte poröse Kohlefaserblatt, welches für das Verfahren der vorliegenden Erfindung brauchbar ist, kann durch das Verfahren hergestellt werden, in welchem aktivierte poröse Kohlefasern zu einem Blatt ausgebildet werden, und das aktivierte Kohlefaserblatt zu einem Siliciumcarbidfaserblatt umgewandelt wird.
  • Alternativ dazu, wie in der Japanischen geprüften Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 2-23,505 offenbart ist, kann für die vorliegende Erfindung eine poröse Kohlenstoffplatte verwendet werden, welche hergestellt wird durch Ausbilden eines Blattes aus einer Mischung aus organischen Fasern, welche für die Herstellung von Kohlefasern geeignet sind, mit Zellstoff mittels eines Papierbildungsverfahrens, Imprägnieren des Blattes mit einer Lösung aus einem organischen polymeren Material und welche ein in der Lösung dispergiertes kohlenstoffhaltiges Pulver enthält, und Trocknen und Kalzinieren des imprägnierten Blattes in einer inerten Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 800ºC oder höher, um die organischen Fasern zu carbonisieren.
  • Der dreidimensional aufgebaute Artikel aus aktivierten porösen Kohlefasern schließt einen wabenförmigen Artikel oder eine gewellte Platte ein, welche durch Ausformen der organischen Fasern oder Filamente zu einem dreidimensional aufgebauten Artikel durch Schneide- und Klebeverfahren und durch Carbonisieren des dreidimensional aufgebauten Artikels aus organischen Fasern hergestellt wird.
  • Der resultierende aktivierte poröse Kohlefaserartikel mit der dreidimensionalen Form wird durch die Umsetzung mit dem Siliciummonoxidgas zu einem entsprechenden Siliciumcarbidartikel umgewandelt.
  • In einer anderen Ausführungsform wird der dreidimensional aufgebaute Artikel aus organischen Fasern und einem organischen Klebstoff gebildet und carbonisiert und aktiviert. Der resultierende und aktivierte Kohlefaserartikel wird durch die Umsetzung mit dem Siliciummonoxidgas zu einem entsprechenden dreidimensional aufgebauten Artikel aus Siliciumcarbid umgewandelt.
  • Die Form, Struktur, das Herstellungsverfahren und die Reihenfolge der Schritte des Ausbildens, Carbonisierens und Aktivierens für den dreidimensional aufgebauten Artikel, welcher aus aktivierten porösen Kohlefasern besteht, ist nicht auf das oben erwähnte beschränkt, insofern mindestens ein Teil der Kohlefasern porös gemacht werden.
  • Das durch die oben erwähnten Verfahren hergestellte Siliciumcarbidmaterial wird in einer Heizgasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC, vorzugsweise 1000ºC bis 1800ºC wärmebehandelt
  • Wenn die Temperatur der Wärmebehandlung geringer als 800ºC ist, wird keine ausreichende Umsetzung des Siliciumcarbidmaterials mit dem Stickstoff bewirkt, und somit bewirkt die Wärmebehandlung nicht, daß das erhaltene Produkt eine erhöhte mechanische Festigkeit und ein erhöhtes Elastizitätsmodul aufweist. Wenn die Temperatur der Wärmebehandlung höher als 2000ºC ist, wachsen die Kristalle des Siliciumcarbids auf eine übermäßig große Größe, und das resultierende Siliciumcarbidmaterial weist somit eine verringerte mechanische Festigkeit auf.
  • Die Gründe für die Erhöhung der mechanischen Festigkeit und des Elastizitätsmoduls des Siliciumcarbidmaterials durch die wärmebehandlüng sind nicht vollständig klar. Es wird jedoch angenommen, daß während der Wärmebehandlung in der stickstoffhaltigen Heizatmosphäre, welche im wesentlichen frei von Sauerstoff ist, ein Teil der Siliciumcarbidverbindung, welche in der porösen Oberfläche des Siliciumcarbidmaterials liegt, mit Stickstoff reagiert und zu Siliciumnitriden, zum Beispiel Si&sub3;N&sub4;, umgewandelt wird. Auch wird durch eine mikroskopische Beobachtung der Oberfläche des wärmebehandelten Siliciumcarbidmaterials im Vergleich mit der des entsprechenden nichtwärmebehandelten Siliciumcarbidmaterials bestätigt, daß die Wärmebehandlung die Porosität des Siliciumcarbidmaterials verringert, so daß die Dichte des Oberflächenbereichs des Siliciumcarbidmaterials erhöht wird. Die Verringerung der Porosität und die Erhöhung der Dichte bewirken, daß das wärmebehandelte Siliciumcarbidmaterial eine erhöhte mechanische Festigkeit und ein erhöhtes Elastizitätsmodul aufweisen.
  • Während der Umsetzung des aktivierten porösen Kohlenstoffmaterials mit dem Siliciummonoxidgas im ersten Schritt wird im allgemeinen unvermeidbarerweise eine sehr geringe Menge eines Nebenprodukts, welches Oxidverbindungen, z.B. Siliciumdioxid (SiO&sub2;) umfaßt, hergestellt und kontaminiert das resultierende Siliciumcarbidmaterial. Die Kontamination des Siliciumcarbidmateria.ls mit der Oxidverbindung führt zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit und des Elastizitätsmoduls des Siliciumcarbidmaterials. Auch enthält das Siliciumcarbidmaterial, welches durch den ersten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, unvermeidbarer Weise eine geringe Menge an nicht umgesetzten Kohlenstoff.
  • Während des zweiten Schritts des Verfahrens der vorhe genden Erfindung werden die Oxidverbindungen und der nicht umgesetzte Kohlenstoff in dem Siliciumcarbidmaterial mit Stickstoff umgesetzt und zu Nitriden umgewandelt. Diese Umwandlungsreaktion kann durch den Gehalt an Sauerstoff und Stickstoff in dem wärmebehandelten Siliciumcarbidmaterial und dem entsprechenden nichtwärmebehandelten Siliciumcarbidmaterial bestätigt werden. Die Wärmebehandlung in der stickstoffhaltigen Heizgasatmosphäre, welche im wesentlichen frei von Sauerstoff ist, erhöht nämlich den Gehalt an Siliciumnitriden und verringert den Gehalt an Siliciumoxiden, und somit weist das resultierende wärmebehandelte Siliciumcarbidmaterial eine erhöhte mechanische Festigkeit und ein erhöhtes Elastizitätsmodul auf.
  • Die für die Wärmebehandlung brauchbare Gasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, besteht im wesentlichen aus 50 bis 99,9999 Vol.-% an Stickstoff oder Ammoniak, und der Rest besteht aus mindestens einer sauerstoffreien Verbindung, zum Beispiel Argon, Hehum, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen. Der Gehalt an Sauerstoff ist vorzugsweise auf ein Niveau von 0,01 Vol.-% oder weniger, weiter vorzugsweise 0,001 Vol.-% oder weniger beschränkt. Solange der Gesamtgehalt an Sauerstoff nicht höher als 0,01 Vol.-% beträgt, kann die stickstoffhaltige Wärmebehandlungs-Gasatmosphäre Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid enthalten.
  • Im zweiten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird das Siliciumcarbidmaterial in einen Glühofen gegeben, und das stickstoffhaltige Wärmebehandlungsgas fließt durch den Glühofen bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC unter den Druck der umgebenden Atmosphäre oder höher. Wenn das stickstoffhalte Wärmebehandlungsgas unter dem Druck der umgebenden Atmosphäre in den Glühofen eingeleitet wird, ist die Gasdurchflußrate als Folge des inneren Volumens des Glühofens variabel. Die Gasdurchflußrate wird vorzugsweise so eingestellt, daß die Gesamtmenge des während einer Stunde durch den Glühofen fließenden Gases zwei bis mehrere hundertmal das Innenvolumen des Glühofens beträgt. Wenn die Gasdurchflußrate zu gering ist, kann Luft in den Glühofen diffundieren, so daß der Sauerstoffgehalt der Gasatmosphäre im Glühofen zunimmt und der gewünschte Effekt der Wärmebehandlung nicht erhalten wird. Auch führt eine übermäßige Erhöhung der Durchflußrate des stickstoffhaltigen Wärmebehandlungsgases nicht zu einer Erhöhung des Effekts der Wärmebehandlung und ist aus wirtschaftlicher Sicht nachteilig.
  • Die Wärmebehandlungszeit des Siliciumcarbidmaterials in stickstoffhalten Wärmebehandlungsgas ist im Hinblick auf die Wärmebehandlungstemperatur, dem Gehalt an Stickstoff im Wärmebehandlungsgas, der Durchflußrate und des Druckes des Wärmebehandlungsgases variabel. Die wärmebehandlung wird vorzugsweise während einer Minute bis mehrmals 10 Stunden, weiter vorzugsweise von einer Minute bis 20 Stunden angewendet, nachdem die Temperatur des Wärmebehandlungsgases ein Zielniveau erreicht hat.
  • In der Wärmebehandlung kann das Siliciumcarbidmaterial ohne die Anwendung einer Zugspannung in einen Glühofen gegeben werden. Alternativ dazu kann das Siliciumcarbidmaterial unterstützt durch eine spezifische Halterung oder einen Träger oder mit einer spezifischen Belastung oder Zugspannung, welche ausreicht, um das Siliciumcarbidmaterial in einer gewünschten Form und Abmessung zu halten, unter Verwendung eines spezifischen Werkzeugs, einer Vorrichtung oder eines Gewichts belastet werden.
  • Bei der Wärmebehandlung ist die Rate der Temperaturzunahme nicht auf eine spezielle Rate beschränkt.
  • Für gewöhnlich liegt die Rate vorzugsweise im Bereich von bis 1500ºC/h und ist so groß wie möglich, solange der Glühofen nicht durch seine schnelle Ausdehnung einer Schockbelastung unterliegt oder beschädigt wird. Wenn die Rate der Temperaturerhöhung zu niedrig ist, kann eine lange Zeit bis zum Erreichen der gewünschten Wärmebehandlungstemperatur notwendig sein, kann das Siliciumcarbidmaterial während einer langen Zeit einer hohen Temperatur ausgesetzt sein, und kann der gewünschte Effekt der Wärmebehandlung nicht erhalten werden.
  • In einer anderen Vorgehensweise wird die Temperatur des Wärmebehandlungsgases im Glühofen auf ein gewünschtes Niveau erhöht und dann das Siliciumcarbidmaterial in den Glühofen gegeben und im Glühofen während einer gewünschten Zeit gehalten.
  • Wie oben ausführlich beschrieben, kann in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung die mechanische Festigkeit und das Elastizitätsmodul des Siliciumcarbidmaterials, welches in der Form von Fasern, einem Blatt oder einem dreidimensional aufgebauten Artikel vorliegen kann, durch den zweiten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, nämlich der Wärmebehandlung in einer spezifischen Gasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, merklich erhöht werden.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird über die folgenden spezifischen Beispiele, welche lediglich repräsentativ sind und in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken, ausführlich erläutert werden.
  • BEISPIEL 1
  • Ein mit einem Deckel versehener und aus Aluminiumoxid hergestellter Heizbehälter wurde mit 2 g an Siliciummonoxidkörner (first class reagent, hergestellt von Wako Pure Chemical Industries Ltd.) befüllt und auf die Siliciummonoxidkörner wurden 0,1 g eines Bündeis gelegt, welches aus aktivierten Kohlefasern besteht, die aus Phenolharzfasern hergestellt wurden, einen Filamentdurchmesser von 10 µm, eine spezifische Oberfläche von 1500 m²/g und eine Filamentlänge von 100 mm besitzen und unter der Handelsbezeichnung Kynol Activated Carbon Fiber von Nippon Kynol Inc. erhältlich sind.
  • Ein Ende des Bündels aus aktivierten Kohlefasern wurde fixiert und das andere Ende des Bündels wurde an einer fixierten Feder befestigt, so daß das Bündel einer Zugspannung von 5 gf unterlag. Zur Ausbildung eines Reaktionssystems wurde der Aluminiumoxidbehälter, welcher das Bündel aus aktivierten Kohlefasern und die Siliciummonoxidkörner enthielt, in eine Aluminiumoxid-Kernröhre in einen zylindrischen Ofen gegeben.
  • Der Druck im Ofen wurde auf 1 Pa verringert, und die Temperatur des Reaktionssystems wurde mit einer Rate von 430ºC/h während 3 Stunden auf ein Niveau von 1300ºC erhöht. Die Temperatur des Reaktionssystems wurd dann während 2 Stunden auf dem Niveau von 1300ºC gehalten, um ein Siliciummonoxidgas zu erzeugen und die aktivierten (porösen) Kohlefasern im Ofen zu Siliciumcarbidfasern umzuwandeln. Dann wurde das erhaltene Reaktionsprodukt im Ofen auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Temperatur dieses Ofens, welcher das erhaltene Siliciumcarbidfaserbündel enthielt, wurde während eines Zeitraums von 2 Stunden auf ein Niveau von 1600ºC erhöht, während 60 Minuten bei diesem Niveau gehalten, während das Faserbündel unter der Zugbedingung gehalten wurde, und während ein Stickstoffgas mit einer Reinheit von 99,999 Vol.-% mit einer Durchflußrate von 500 ml/min durch den Ofen floß, um die Siliciumcarbidfasern wärmezubehandeln. Anschließend wurde die wärmebehandelten Siliciumcarbidfasern auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltenen Siliciumcarbidfasern wurden Messungen der Zugfestigkeit, des Elastizitätsmoduls, ihres Sauerstoffgehalts und Stickstoffgehalts unterzogen.
  • Die Siliciumcarbidfasern hatten ein Zugfestigkeit von 1800 MPa, ein Elastizitätsmodul von 200 GPa, einen Sauerstoffgehalt von 1,0 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 2,0 Gew.-%.
  • Die Messungen wurden auf die folgende Weise durchgeführt.
  • (1) Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul
  • Die Zugfestigkeit und das Elastizitätsmodul der Fasern wurden gemäß dem Japanischen Industriestandard (JIS), R 7601 unter Verwendung einer Zugprüfmaschine (Handelsbezeichnung: Tensilon, hergestellt von Toyo Baldwin Co., Ltd.) gemessen.
  • (2) Sauerstoffgehalt und Stickstoffgehalt.
  • Der Sauerstoffgehalt und der Stickstoffgehalt der Fasern wurde unter Verwendung eines Sauerstoff- und Stickstoffanalysators (Handelsbezeichnung: TC-436, hergestellt von LECO Co.) bestimmt.
  • (3) Spezifische Oberfläche
  • Die spezifische Oberfläche von porösen Kohlefasern wurde gemäß einem BET-Mehrpunktverfahren unter Verwendung eines Stickstoff-Absorptionstestgeräts bestimmt.
  • Beispiel 2
  • Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie in Beispiel 1 mit den nachfolgenden Ausnahmen durchgeführt.
  • Der zylindrische Ofen mit einem Aluminiumoxid-Kernrohr wurde durch einen metallischen Gasatmosphärenofen, welcher mit einer Wolframheizung ausgestattet war, ersetzt.
  • Die Wärmebehandlung in dem Stickstoffgasfluß wurde bei einer Wärmebehandlungstemperatur 1800ºC durchgeführt, wobei diese Temperatur während 60 Minuten beigehalten wurde.
  • Die erhaltenen Siliciumcarbidfasern hatten eine Zugfestigkeit von 1600 MPa, ein Elastizitätsmodul von 200 GPa, einen Sauerstoffgehalt von 0,7 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 3,0 Gew.-%.
  • Beispiel 3
  • Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie im Beispiel 1 mit den nachfolgenden Ausnahmen durchgeführt.
  • Die Wärmebehandlung in dem Stickstoffgasfluß wurde bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 1000ºC durchgeführt, wobei die Temperatur während 60 Minuten beibehalten wurde.
  • Die erhaltenen Siliciumcarbidfasern hatten eine Zugfestigkeit von 1500 MPa, ein Elastizitätsmodul von 120 GPa, einen Sauerstoffgehalt von 2,0 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 1,0 Gew.-%.
  • Beispiel 4
  • Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie in Beispiel 1 mit den nachfolgenden Ausnahmen durchgeführt.
  • Anstelle des Stickstoffgases wurde ein Ammoniakgas mit einem Reinheitsgrad von 99,99 Vol.-% mit einer Durchflußrate von 500 ml/min durch den Wärmebehandlungsofen geleitet.
  • Die Wärmebehandlung in dem Ammoniakgasfluß wurde bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 1400ºC durchgeführt, wobei die Temperatur während 60 Minuten beibehalten wurde.
  • Die erhaltenen Siliciumcarbidfasern hatten eine Zugfestigkeit von 1600 MPa, einen Elastizitätsmodul von 200 GPa, einen Sauerstoffgehalt von 1,0 Gew.-% und ein Stickstoffgehalt von 2,5 Gew.-%.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie in Beispiel 1 mit den folgenden Ausnahmen durchgeführt.
  • Anstelle des Stickstoffgases wurde trockene Luft mit einer Durchflußrate von 500 ml/min durch den Wärmebehandlungsofen geleitet.
  • Die Wärmebehandlung wurde in dem trockenen Luftstrom bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 1300ºC durchgeführt, wobei die Temperatur während 15 Minuten beibehalten wurde.
  • Die erhaltenen Siliciumcarbidfasern hatten eine Zugfestigkeit von 1600 MPa, ein Elastizitätsmodul von 80 GPa, einen Sauerstqffgehalt von 20,0 Gew.-% und ein Stickstoffgehalt von 0,1 Gew.-%.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie in Beispiel 1 mit den folgenden Änderungen durchgeführt.
  • Die Wärmebehandlung des Stickstoffgases wurde bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 600ºC durchgeführt.
  • Die erhaltenen Siliciumcarbidfasern hatten eine Zugfestigkeit von 800 MPa, ein Elastizitätsmodul von 100 GPa, einen Sauerstoffgehalt von 5,0 Gew.-% und ein Stickstoffgehalt von 0,5 Gew.-%.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Verfahren wie in Beispiel 1 mit den folgenden Änderungen durchgeführt.
  • Der zylindrische Ofen mit dem Aluminiumoxid-Kernrohr wurde durch einen metallischen Gasatmosphärenofen, welcher mit einer Wolframheizung ausgestattet war, ersetzt.
  • Die Wärmebehandlung in dem Stickstoffgasfluß wurde bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 2100ºC durchgeführt.
  • Die erhaltenen Siliciumcarbidfasern konnten aufgrund ihres sehr leichten Brechens nicht einem Zugtest unterzogen worden und hatten einen Sauerstoffgehalt von 0,5 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 9,0 Gew.-%.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Wärmebehandlung weggelassen wurde.
  • Die nicht wärmebehandelten Siliciumcarbidfasern hatten eine Zugfestigkeit von 800 MPa, ein Elastiziätsmodul von 100 GPa, einen Sauerstoffgehalt von 5,0 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 0,1 Gew.-%.
  • Beispiel 5
  • Es wurde eine Fasermischung hergestellt aus 55 Gew.-% an Polyacrylnitrilfasern mit einer Dicke von 7,8 dtex (7 denier) und einer Länge von 3 mm, 25 Gew.-% an Polyacrylnitrilfaser mit einer Dicke von 3,3 dtex (3 denier) und einer Länge von 3 mm und 20 Gew.-% an gebleichten Weichholz-Kraftzellstoffasern mit einer kanadischen Standard- Freeness (CSF) von 400 ml mit einer Konsistenz von 0,8 Trockengewichtsprozent in Wasser dispergiert, und die erhaltene Aufschlämmung wurde mittels einer Zylinderpapiermaschine einem Papierbildungsverfahren unterzogen, um ein einlagiges Mischfaserblatt mit einer Flächendichte von 60 g/m² herzustellen.
  • Das Mischfaserblatt wurde an Luft bei einer Temperatur von 180ºC während 15 Minuten und dann bei einer Temperatur von 220ºC während 4 Stunden erhitzt und auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Dann wurde das Mischfaserblatt in einen Glühofen gegeben. Die Innentemperatur des Ofens wurde während eines Zeitraums von 9 Stunden auf 1000ºC erhöht und während einer Stunde auf diesem Niveau gehalten, während Stickstoffgas mit einem Reinheitsgrad von 99,99 Vol.-% mit einer Durchflußrate von 500 mumm durch den Ofen geleitet wird. Anschließend wurde die Temperatur des Ofens während einer Stunde weiter auf 1000ºC gehalten, während ein Stickstoffgas, welches mit 200 ml/min eines Kohlenstoffdioxidgas gemischt ist, durch den Ofen geleitet wird. Nach dem Abkühlen wurde ein aktiviertes poröses Kohlefaserblatt mit einer spezifischen Oberfläche von 1500 m²/g erhalten.
  • Das poröse Kohlefaserblatt wurde in einer Menge von 0,5 g zusammen mit 10 g an Siliciummonixid in einen Aluminiumoxid-Heizbehälter mit einem Deckel gegeben. Der Aluminiumoxid-Heizbehälter wurde in ein Aluminiumoxid-Kernrohr in einen zylindrischen Ofen gegeben, und die Temperatur des Ofens wurde während eines Zeitraums von 3 Stunden unter einem reduzierten Druck von 10 Pa auf ein Niveau von 1300ºC erhöht und während 2 Stunden auf diesem Niveau gehalten. Dann wurde das Innere des Ofens auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde ein Siliciumcarbidfaserblatt erhalten.
  • Das Blatt wurde in denselben wie oben erwähnten Heizofen gegeben und während 60 Minuten bei einer Temperatur von 1600ºC wärmebehandelt, während ein Stickstoffgas mit einem Reinheitsgrad von 99,999 Vol.-% mit einer Durchfluß rate von 500 ml/min durch den Ofen geleitet wurde. Nach dem Abkühlen wurde ein wärmebehandeltes Siliciumcarbidfaserblatt erhalten.
  • Dieses wärmebehandelte Siliciumcarbidfaserblatt hatte einen Sauerstoffgehalt von 1,0 Gew.-% und einen Stickstoffgehalt von 2,0 Gew.-%.
  • Beispiel 6
  • Aus demselben Mischfaserblatt wie in Beispiel 5 und einem Phenolharzklebstoff wurde ein hexagonaler Wabenartikel mit einer Seitenlänge von 10 mm und einer Außenseitenlänge, Breite und Höhe von jeweils 100 mm hergestellt.
  • Der Mischfaserblatt-Wabenartikel wurde karbonisiert, aktiviert und mit Siliciummonoxidgas umgesetzt und in reinem Stickstoffgas auf dieselbe Weise wie in Beispiel 5 wärmebehandelt.
  • Es wurde ein Wabenartikel erhalten, welcher aus wärmebehandelten Siliciumcarbidfasern besteht. Der Artikel hatte einen Sauerstoffgehalt von 1,0 Gew.-% und einen Stickstoff c gehalt von 2,0 Gew.-%. Die Testergebnisse der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
  • Anmerkung: (*)1 Eine Messung konnte nicht durchgeführt werden.
  • Die Tabelle 1 zeigt deutlich, daß das Siliciumcarbidmaterial, welches gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandelt wurde, einen geringen Sauerstoffgehalt und einen erhöhten Stickstoffgehalt besitzt. In den Siliciumcarbidmaterialien der Beispiele 1 bis 6 ist nämlich der Gehalt an Sauerstoffverbindungen, zum Beispiel SiO&sub2;, welche nicht zur Erhöhung der Wärmebeständigkeit des Siliciumcarbidmaterials beitragen, reduziert, und der Gehalt an Nitridverbindungen, zum Beispiel Si&sub3;N&sub4;, welche zur Erhöhung der Wärmebeständigkeit, der mechanischen Festigkeit und des Elastizitätsmoduls des Siliciumcarbidmaterials c beitragen, erhöht. Daher weisen die Siliciumcarbidmaterialien der Beispiele 1 bis 4 ein signifikant erhöhtes Elastiziätsmodul auf. Auch hatte das Siliciumcarbidfaserblatt aus Beispiel 5 und der Siliciumcarbidfaser-Wabenartikel einen verringerten Sauerstoffgehalt und einen erhöhten Stickstoffgehalt und wies somit aufgrund eines erhöhten Elastiziätsmoduls eine gute Handhabung auf.
  • Im Vergleichsbeispiel 1, in welchem die Wärmebehandlung des Siliciumcarbidmaterials an Luft bei einer Temperatur von 1300ºC während 15 Minuten durchgeführt wurde, wies das erhaltene Produkt eine höhere Zugfestigkeit und ein höheres Elastizitätsmodul auf, als die desnichtwärmebehandelten Siliciumcarbidmaterials. Jedoch bewirkte die Wärmebehandlung an Luft deutlich, daß der Gehalt an Sauerstoff zunimmt und somit das erhaltene Produkt einen niedrigeren Elastiziätsmodul als den der Beispiele 1 bis 4 aufwies.
  • Im Vergleichsbeispiel 4, in welchem keine Wärmebehandlung an dem Siliciumcarbidmaterial durchgeführt wurde, wies das nichtbehandelte Siliciumcarbidmaterial eine signifikant geringere Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul auf als die der Beispiele 1 bis 4.
  • Vergleichsbeispiel 2, in welchem die Wärmebehandlung in reinem Stickstoffgas bei einer Temperatur von unter 800ºC durchgeführt wurde, hatte das erhaltene Produkt einen Sauerstoff- und Stickstoffgehalt, welcher gleich dem von Vergleichsbeispiel 4 ist, in welchem die Wärmebehandlung weggelassen wurde, und somit fand keine vollständige Nitritierungsreaktion statt, und das erhaltene Produkt hatte eine unzureichende mechanische Festigkeit und Elastiziätsmodul.
  • Im Vergleichsbeispiel 3, in welchem die Wärmebehandlung in reinem Stickstoffgas bei einer Temperatur von mehr als 2000ºC durchgeführt wurde, wurde durch eine mikroskopische Beobachtung bestätigt, daß die Kristalle des Siliciumcar c bids bis auf eine übermäßig große Größe wachsen, so daß sie Struktur des Siliciumcarbidmaterials verändern. Somit wies das erhaltene Produkt eine merklich verringerte mechanische Festigkeit und Elastizitätsmodul auf.
  • In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verringert die Wärmebehandlung in der spezifischen Heizgasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC vorteilhafter Weise den Gehalt an Oxidverbindungen in dem Oberflächenbereich des Siliciumcarbidmaterials, und der Gehalt an Nitridverbindungen nimmt zu, so daß die Porösität des Oberflächenbereichs des Siliciumcarbidmaterials verringert wird. Demgemäß wird die mechanische Festigkeit und das Elastizitätsmodul des Siliciumcarbidmaterials merklich erhöht. Daher sind die Produkte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung als technische Materialien, insbesondere als verstärkende Fasermaterialien für Verbundstoffmaterialien mit einer komplizierten Form und als wärmeisolierende Materialien geeignet.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbidmaterials, welches die folgenden Schritte umfaßt:
Umsetzen eines aktivierten porösen Kohlenstoffmaterials mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 2500 m²/g mit einem Siliciummonoxidgas bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC; und
Wärmebehandeln des erhaltenen Siliciumcarbidmaterials in einer nichtoxidierenden Gasatmosphäre, welche Stickstoff und im wesentlichen keinen Sauerstoff enthält, bei einer Temperatur von 800ºC bis 2000ºC.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die nichtoxidierende Gasatmosphäre für den Wärmebehandlungsschritt im wesentlichen aus 50,0 Vol-% oder mehr von mindestens einem Mitglied aus der aus Stickstoff und Ammoniak bestehenden Gruppe und 50,0 Vol-% oder weniger von mindestens einem Inertgas, ausgewählt aus der aus Argon, Helium, Wasserstoff und gasförmigen Kohlenwasserstoffen bestehenden Gruppe, besteht.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in dem Wärmebehandlungsschritt die Temperatur der nichtoxidierenden Gasatmosphäre mit einer Rate von 50 bis 1500ºC/h erhöht wird und während einer Minute bis 20 Stunden auf dem Niveau von 800ºC bis 2000ºC gehalten wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das aktivierte Kohlenstoffmaterial in der Form von Fasern mit einer Dicke von 5 bis 100 µm vorliegt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das aktivierte Kohlenstoffmaterial in der Form eines Blattes vorliegt, welches im wesentlichen aus aktivierten porösen Kohlenstoffasern mit einer Dicke von 5 bis 100 µm besteht.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das aktivierte poröse Kohlenstoffmaterial ein dreidimensional aufgebauter Artikel ist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der dreidimensional aufgebaute Artikel ein wabenförmiger Strukturartikel oder eine wellige Platte ist.
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