HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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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
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Es ist bekannt, Siliciumcarbidmaterialien durch
Umwandlung eines Vorläufers herzustellen, welcher aus einer
organischen Siliciumverbindung besteht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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Auch kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur
Herstellung des Siliciumcarbidmaterials in der Form von
Fasern, Blättern oder dreidimensional aufgebauten Artikeln
angewendet werden.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das für das Verfahren der vorliegenden Erfindung
brauchbare aktivierte poröse Kohlenstoffmaterial schließt
solche in der Form von Fasern, Blättern und dreidimensional
aufgebauten Artikeln ein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der resultierende aktivierte poröse Kohlefaserartikel
mit der dreidimensionalen Form wird durch die Umsetzung mit
dem Siliciummonoxidgas zu einem entsprechenden
Siliciumcarbidartikel umgewandelt.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bei der Wärmebehandlung ist die Rate der
Temperaturzunahme nicht auf eine spezielle Rate beschränkt.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.-%.
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Die Messungen wurden auf die folgende Weise
durchgeführt.
(1) Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul
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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.
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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
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Die spezifische Oberfläche von porösen Kohlefasern
wurde gemäß einem BET-Mehrpunktverfahren unter Verwendung
eines Stickstoff-Absorptionstestgeräts bestimmt.
Beispiel 2
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Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie
in Beispiel 1 mit den nachfolgenden Ausnahmen durchgeführt.
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Der zylindrische Ofen mit einem Aluminiumoxid-Kernrohr
wurde durch einen metallischen Gasatmosphärenofen, welcher
mit einer Wolframheizung ausgestattet war, ersetzt.
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Die Wärmebehandlung in dem Stickstoffgasfluß wurde bei
einer Wärmebehandlungstemperatur 1800ºC durchgeführt, wobei
diese Temperatur während 60 Minuten beigehalten wurde.
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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
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Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie
im Beispiel 1 mit den nachfolgenden Ausnahmen durchgeführt.
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Die Wärmebehandlung in dem Stickstoffgasfluß wurde bei
einer Wärmebehandlungstemperatur von 1000ºC durchgeführt,
wobei die Temperatur während 60 Minuten beibehalten wurde.
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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
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Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie
in Beispiel 1 mit den nachfolgenden Ausnahmen durchgeführt.
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Anstelle des Stickstoffgases wurde ein Ammoniakgas mit
einem Reinheitsgrad von 99,99 Vol.-% mit einer
Durchflußrate von 500 ml/min durch den Wärmebehandlungsofen
geleitet.
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Die Wärmebehandlung in dem Ammoniakgasfluß wurde bei
einer Wärmebehandlungstemperatur von 1400ºC durchgeführt,
wobei die Temperatur während 60 Minuten beibehalten wurde.
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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
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Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie
in Beispiel 1 mit den folgenden Ausnahmen durchgeführt.
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Anstelle des Stickstoffgases wurde trockene Luft mit
einer Durchflußrate von 500 ml/min durch den
Wärmebehandlungsofen geleitet.
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Die Wärmebehandlung wurde in dem trockenen Luftstrom
bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 1300ºC
durchgeführt, wobei die Temperatur während 15 Minuten beibehalten
wurde.
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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
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Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie
in Beispiel 1 mit den folgenden Änderungen durchgeführt.
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Die Wärmebehandlung des Stickstoffgases wurde bei einer
Wärmebehandlungstemperatur von 600ºC durchgeführt.
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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
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Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Verfahren wie
in Beispiel 1 mit den folgenden Änderungen durchgeführt.
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Der zylindrische Ofen mit dem Aluminiumoxid-Kernrohr
wurde durch einen metallischen Gasatmosphärenofen, welcher
mit einer Wolframheizung ausgestattet war, ersetzt.
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Die Wärmebehandlung in dem Stickstoffgasfluß wurde bei
einer Wärmebehandlungstemperatur von 2100ºC durchgeführt.
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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
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Es wurden dieselben Arbeitsschritte und Messungen wie
in Beispiel 1 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die
Wärmebehandlung weggelassen wurde.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dieses wärmebehandelte Siliciumcarbidfaserblatt hatte
einen Sauerstoffgehalt von 1,0 Gew.-% und einen
Stickstoffgehalt von 2,0 Gew.-%.
Beispiel 6
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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.
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Der Mischfaserblatt-Wabenartikel wurde karbonisiert,
aktiviert und mit Siliciummonoxidgas umgesetzt und in
reinem Stickstoffgas auf dieselbe Weise wie in Beispiel 5
wärmebehandelt.
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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
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Anmerkung: (*)1 Eine Messung konnte nicht durchgeführt
werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.