JP2001158673A - Method for producing structure of porous silicon carbide fiber - Google Patents

Method for producing structure of porous silicon carbide fiber

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JP2001158673A
JP2001158673A JP34434499A JP34434499A JP2001158673A JP 2001158673 A JP2001158673 A JP 2001158673A JP 34434499 A JP34434499 A JP 34434499A JP 34434499 A JP34434499 A JP 34434499A JP 2001158673 A JP2001158673 A JP 2001158673A
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silicon carbide
fiber
fibers
carbide fiber
density
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Shigetomo Shimizu
滋呂 清水
Tetsuya Watabe
哲也 渡部
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Oji Paper Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/46Rock wool ; Ceramic or silicate fibres
    • C04B14/4687Non-oxide ceramics
    • C04B14/4693Silicon carbide

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive method for producing a structure of a porous silicon carbide fiber, excellent in formability, heat resistance strength and dimensional stability of the structure, and further extremely superior in productivity. SOLUTION: This method for producing the structure of the porous silicon carbide fiber having 0.05-1.0 g/cm3 apparent density is characterized in that a silicon carbide powder is allowed to present among fibers of a web comprising silicon carbide fibers free from the firing treatment at >=1,700 deg.C, and the resultant composite is sintered in the presence of a sintering additive under a reduced pressure or in an inert gas atmosphere at >=1,700 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの廃棄ガ
スフイルター等の耐熱性フィルターとして使用でき、ま
た、エンジン・燃焼炉など高温体の断熱材料等に適用で
きる多孔質炭化ケイ素繊維構造体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a porous silicon carbide fiber structure which can be used as a heat-resistant filter for a waste gas filter of an engine or the like, and which can be applied to a heat insulating material of a high-temperature body such as an engine and a combustion furnace. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】高熱環境に耐えるフィルターや断熱材料
として使用できる多孔質セラミックスとして炭化ケイ素
の使用が従来から研究されている。例えば、特開平7−
172952号公報、特開平10−15323号公報に
は、炭化ケイ素粉末に他の素材を混合し、ハニカム状等
の成形体に成形した後、高温で焼成する技術が開示され
ている。
2. Description of the Related Art The use of silicon carbide as a porous ceramic which can be used as a filter or a heat insulating material that can withstand a high heat environment has been studied. For example, JP-A-7-
Japanese Patent Application Publication No. 172952 and Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-15323 disclose a technique in which another material is mixed with silicon carbide powder, and the mixture is formed into a honeycomb-shaped molded body and then fired at a high temperature.

【0003】しかしながら、これらの技術では、大きな
構造体を何度も焼成する必要があり、生産性という面で
問題がある。また、セラミックスのマトリックス自体は
多孔質でないので、ハニカムのような空隙構造を形成す
る必要がある。このような観点から、炭化ケイ素繊維か
ら形成された多孔質のウェッブを上記材料に使用するこ
とにより、前記した2つの欠点が解消できると考えられ
る。繊維から多孔質構造体を形成した場合には、その
他、強度が強い、耐熱衝撃強度が強い、小さな細孔のも
のが製造し易いなどの利点もある。
However, in these techniques, it is necessary to fire a large structure many times, and there is a problem in terms of productivity. Further, since the ceramic matrix itself is not porous, it is necessary to form a void structure such as a honeycomb. From such a viewpoint, it is considered that the above two disadvantages can be solved by using a porous web formed of silicon carbide fibers as the material. When a porous structure is formed from fibers, there are other advantages such as high strength, high thermal shock strength, and easy production of small pores.

【0004】本発明者らは、先に、特開平9−1185
66号公報において、比表面積が100〜2500m2
/gの繊維状活性炭からなる二次元もしくは三次元構造
体を作製し、ついで該構造体を構成する繊維状活性炭と
一酸化ケイ素ガスとを温度800℃〜2000℃で反応
させ、得られる炭化ケイ素繊維からなる二次元もしくは
三次元の構造体に、有機ケイ素化合物を含有させた後、
乾燥し、続いて102Pa以下の真空中もしくは実質的
に酸素を含まないガス雰囲気中で温度800〜2000
℃に加熱することで炭化ケイ素繊維構造体を得る方法を
提案した。しかし、この方法でも、繊維をケイ素化する
前に構造体を形成するため、反応による寸法変化という
問題があり、また、強度の面でも充分なものとは言えな
い。なお、この技術に使用する炭化ケイ素繊維の製造方
法は、同じく、本発明者らが先に提案した、特開平6−
192917号公報記載の技術に基づいている。
The present inventors have previously disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-1185.
No. 66, the specific surface area is 100 to 2500 m 2.
/ G of a fibrous activated carbon of 2 g / g, and then reacting the fibrous activated carbon constituting the structure with silicon monoxide gas at a temperature of 800 ° C. to 2000 ° C. to obtain silicon carbide. After containing an organosilicon compound in a two-dimensional or three-dimensional structure consisting of fibers,
Dried, followed by 10 2 Pa or less in a temperature in a gas atmosphere containing no in or substantially oxygen vacuum 800 to 2000
A method of obtaining a silicon carbide fiber structure by heating to ° C was proposed. However, even in this method, since the structure is formed before siliconizing the fiber, there is a problem of a dimensional change due to a reaction, and the strength cannot be said to be sufficient. The method for producing silicon carbide fibers used in this technique is also disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication No.
192917.

【0005】また、一方、炭化ケイ素繊維自身の強度を
向上させるため、本発明者らは、特開平11−2001
58号公報で、一度炭化ケイ素化した繊維を、更に、焼
結助剤の存在下で、1700〜2300℃で加熱処理す
る方法を提案した。この方法により、構造体を構成する
繊維自体の強度は向上している。
On the other hand, in order to improve the strength of the silicon carbide fiber itself, the present inventors disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-2001.
No. 58 proposes a method in which a fiber once siliconized is further heated at 1700 to 2300 ° C. in the presence of a sintering aid. By this method, the strength of the fibers constituting the structure is improved.

【0006】所で、多孔質体ではないが、特開平6−1
79755号公報には、炭化ケイ素系短繊維がカルボシ
ラン系重合体で接合されているような炭化ケイ素系短繊
維プリフォームについて述べられており、このプリフォ
ームを不活性ガス雰囲気中で200〜1300℃の範囲
の温度に加熱して炭化ケイ素系短繊維を接合しているカ
ルボシラン系重合体を無機化する方法が開示されてい
る。また、特公平8−22782号公報には、セラミッ
ク短繊維とセラミック粉とを水系、非水系の液体中また
は溶融ワックス、溶融樹脂等の液体中で混合し、これを
型などで所定の形状に成形した後、乾燥させて成形体を
形成し、真空雰囲気内で、成形体中の空隙内の空気を除
去した後、その成形体に液状のセラミック前駆体をガス
圧等により含浸させると共に成形体を加熱して上記セラ
ミック前駆体をセラミックスに転化させ、この含浸、加
熱を数回繰り返した後、この成形体を熱間等方圧プレス
等の高温・高圧下で焼結を行って成形体を緻密化させる
ことを繊維強化セラミックスを得る方法について述べら
れている。
[0006] Incidentally, although not a porous body, Japanese Patent Application Laid-Open No.
No. 79755 describes a silicon carbide based short fiber preform in which silicon carbide based short fibers are bonded with a carbosilane-based polymer, and this preform is heated to 200 to 1300 ° C. in an inert gas atmosphere. A method is disclosed in which the carbosilane-based polymer bonding the silicon carbide short fibers is mineralized by heating to a temperature in the range described above. Further, Japanese Patent Publication No. Hei 8-22782 discloses that a ceramic short fiber and a ceramic powder are mixed in an aqueous or non-aqueous liquid or a liquid such as a molten wax or a molten resin, and the mixture is formed into a predetermined shape using a mold or the like. After molding, the molded body is dried to form a molded body, and in a vacuum atmosphere, after removing air in voids in the molded body, the molded body is impregnated with a liquid ceramic precursor by gas pressure or the like, and the molded body is formed. Is heated to convert the ceramic precursor into ceramics, and the impregnation and heating are repeated several times, and then the molded body is sintered at a high temperature and a high pressure such as a hot isostatic press to form a molded body. A method for obtaining fiber-reinforced ceramics for densification is described.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前記したように、特開
平9−118566号公報のような、炭素繊維を構造体
に成形してから炭化ケイ素化する方法は、寸法制御、強
度の点で問題がある。一方、特開平11−200158
号公報のような、1700〜2300℃で加熱処理され
た強度の強い繊維を成形して、結合剤と共に高温で焼結
する方法は、高温処理を2回行うことになり、工程が煩
雑で、時間とエネルギーのロスが大きい。また、十分に
強度を向上した炭化ケイ素繊維は構造体に成形しづらい
という問題もある。そこで、本発明は、成形性、耐熱
性、強度、構造体の寸法適性に優れ、安価でかつ生産性
にも極めて優れた多孔質炭化ケイ素繊維構造体の製造方
法を提案することを課題とする。
As described above, the method of forming carbon fiber into a structure and converting it to silicon carbide as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-118566 has problems in terms of dimensional control and strength. There is. On the other hand, JP-A-11-200158
In the method of forming a strong fiber heat-treated at 1700 to 2300 ° C. and sintering it together with a binder at a high temperature, the high-temperature treatment is performed twice, and the process is complicated. Large loss of time and energy. Further, there is also a problem that silicon carbide fibers having sufficiently improved strength are difficult to form into a structure. Therefore, an object of the present invention is to propose a method for producing a porous silicon carbide fiber structure which is excellent in moldability, heat resistance, strength, dimensional suitability of a structure, inexpensive and extremely excellent in productivity. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は以下の構成を採用する。即ち、本発明の第
1の発明は、「1700℃以上の焼成処理を受けていな
い炭化ケイ素繊維からなるウェッブの繊維間に炭化ケイ
素粉末を結合剤として存在させ、更に、焼結助剤の存在
下、減圧下または不活性ガス雰囲気下において、170
0℃以上の温度で焼結させることを特徴とする、見かけ
密度が0.05〜1.0g/cm3である多孔質炭化ケ
イ素繊維構造体の製造方法」である。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following constitution. That is, the first invention of the present invention provides a method in which silicon carbide powder is present as a binder between fibers of a web made of silicon carbide fibers that have not been subjected to a sintering treatment at a temperature of 1700 ° C. or higher. 170, under reduced pressure or under an inert gas atmosphere.
A method for producing a porous silicon carbide fiber structure having an apparent density of 0.05 to 1.0 g / cm 3 , characterized by sintering at a temperature of 0 ° C. or more.

【0009】本発明の第2の発明は、前記第1の発明に
おいて、「1700℃以上の焼成処理を受けていない炭
化ケイ素繊維が、繊維径が1〜20μmでBET窒素吸
着法による比表面積が700〜1500m2/gの活性
炭素繊維と、ケイ素およびケイ素酸化物から選ばれた少
なくとも1種のガスとを、減圧下もしくは不活性ガス雰
囲気下で1200〜1500℃の温度条件下で反応させ
る工程で製造された繊維であることを特徴とする炭化ケ
イ素繊維構造体の製造方法」である。
The second invention of the present invention is directed to the first invention, wherein the silicon carbide fiber which has not been subjected to the calcination treatment at 1700 ° C. or more has a fiber diameter of 1 to 20 μm and a specific surface area by a BET nitrogen adsorption method. A step of reacting 700 to 1500 m 2 / g of activated carbon fiber with at least one gas selected from silicon and silicon oxide under a reduced pressure or an inert gas atmosphere at a temperature of 1200 to 1500 ° C. A method for producing a silicon carbide fibrous structure, characterized in that the fiber is a fiber produced by the above method.

【0010】本発明の第3の発明は、前記第1〜第2の
いずれかの発明において「焼結助剤が炭素、ホウ素、ア
ルミアルミニウムおよびベリリウムからなる群より選ば
れた少なくとも一種の単体またはその化合物である炭化
ケイ素繊維構造体の製造方法。」である。
[0010] The third invention of the present invention is the invention according to any one of the first and second inventions, wherein the sintering aid is at least one element selected from the group consisting of carbon, boron, aluminum aluminum and beryllium; A method for producing a silicon carbide fiber structure which is the compound. "

【0011】本発明者らは、前記課題について、検討し
た結果、まず、1700℃未満の温度で炭化ケイ素繊維
を製造し、つづいて該炭化ケイ素繊維で構造体を形成
し、その後、炭化ケイ素粉末を結合剤とし、更に焼結助
剤の存在下で、該構造体を焼結すると同時に、炭化ケイ
素繊維自体の高温焼成も行う方法が好ましいことを見出
し、本発明を完成させた。
As a result of studying the above-mentioned problems, the present inventors first produced silicon carbide fibers at a temperature of less than 1700 ° C., then formed a structure with the silicon carbide fibers, and thereafter formed a silicon carbide powder. Was used as a binder, and in the presence of a sintering aid, the structure was sintered, and at the same time, it was found that a method of firing the silicon carbide fiber itself at a high temperature was preferable. Thus, the present invention was completed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明では、1700℃以上の焼
成処理を受けていない炭化ケイ素繊維(以下では原料炭
化ケイ素繊維と称する)からウェッブを形成し、該ウェ
ッブの繊維間に結合剤を存在させ、高温で焼結させる。
ここで、ウェッブとは、不織布またはフェルトのような
繊維が集合したシート状のものであり、繊維同士が結合
剤で硬く結合した状態ではない。ウェッブは円形、四角
形などの2次元シートであっても良いし、ハニカム構
造、波形形状、箱型形状など3次元的に成形されていて
も良い。また、ロールのように巻回されたものであって
も良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a web is formed from silicon carbide fibers which have not been subjected to a firing treatment at 1700 ° C. or higher (hereinafter referred to as raw material silicon carbide fibers), and a binder is present between the fibers of the web. And sintered at high temperature.
Here, the web is a sheet-like material in which fibers such as a nonwoven fabric or a felt are gathered, and the fibers are not in a state where the fibers are firmly bonded with a binder. The web may be a two-dimensional sheet such as a circle or a square, or may be formed three-dimensionally such as a honeycomb structure, a corrugated shape, or a box shape. Further, it may be wound like a roll.

【0013】本発明に使用する原料炭化ケイ素繊維は、
1700℃以上の焼成処理を受けていない炭化ケイ素繊
維である。1700℃以上の高温で焼成処理を受けた繊
維を使用することは、高温処理を2回行うことになり、
時間的、エネルギー的なロスが大きい。また、高温で焼
成された炭化ケイ素繊維は成形がしにくいという問題も
ある。
The raw material silicon carbide fiber used in the present invention is:
It is a silicon carbide fiber that has not been subjected to a firing treatment at 1700 ° C. or higher. Using a fiber that has been subjected to a firing treatment at a high temperature of 1700 ° C. or more results in performing the high-temperature treatment twice,
Large loss in time and energy. There is also a problem that silicon carbide fibers fired at a high temperature are difficult to mold.

【0014】本発明において、前記ウェッブを形成する
原料炭化ケイ素繊維は、密度が2.5g/cm3以上で
あり、また、酸素含有率が15重量%以下であることが
好ましい。密度が2.5未満の繊維では、構造体と結合
剤の焼結時に寸法収縮が大きくなり易く用途によっては
好ましくないからである。最終製品における炭化ケイ素
繊維中の酸素含有量が大きくなると熱安定性が低下し用
途によっては好ましくなく、酸素含有量は1重量%以下
にすることが好ましい。原料炭化ケイ素繊維には酸素を
ある程度含有していても、繊維構造体の焼結時の二次的
効果で酸素含有量が低下するので、最終製品における酸
素含有率を1%未満するためには原料炭化ケイ素繊維の
酸素含有量が15重量%以下であれば良い。同じ理由
で、原料炭化ケイ素繊維の酸素含有量は12重量%以下
であることが、より好ましい。
In the present invention, the raw material silicon carbide fibers forming the web preferably have a density of 2.5 g / cm 3 or more and an oxygen content of 15% by weight or less. If the fiber has a density of less than 2.5, dimensional shrinkage tends to increase during sintering of the structure and the binder, which is not preferable depending on the application. When the oxygen content in the silicon carbide fiber in the final product increases, the thermal stability decreases, which is not preferable for some applications. The oxygen content is preferably 1% by weight or less. Even if the raw silicon carbide fiber contains oxygen to some extent, the oxygen content decreases due to the secondary effect during sintering of the fibrous structure, so in order to reduce the oxygen content in the final product to less than 1% It is sufficient that the oxygen content of the raw silicon carbide fiber is 15% by weight or less. For the same reason, the oxygen content of the raw silicon carbide fiber is more preferably 12% by weight or less.

【0015】一方、原料炭化ケイ素繊維の密度は、理論
密度である3.2まで使用可能であるが、密度が3.1
g/cm3を超える繊維は、成形がしづらい。成形性を
更に良くしたい場合には、密度が3.0g/cm3以下
の繊維が好ましい。また、はじめから酸素を1重量%未
満しか含有しない炭化ケイ素繊維は、その製造方法が複
雑になり安価に製造することができない。酸素含有量
は、炭化ケイ素繊維の化学的純度を示す数値であり、多
少は化学的、結晶構造的に不完全である方が成形性し易
いという意味合いもある。以上から、本発明の原料炭化
ケイ素繊維の密度は、好ましくは、2.5〜3.1g/
cm3、より好ましくは2.5〜3.0g/cm3であ
る。また、酸素含有量は、好ましくは1〜15重量%、
より好ましくは3〜12重量%である。
On the other hand, the density of the raw material silicon carbide fiber can be used up to the theoretical density of 3.2, but the density is 3.1.
Fibers exceeding g / cm 3 are difficult to mold. To further improve the moldability, fibers having a density of 3.0 g / cm 3 or less are preferable. In addition, silicon carbide fibers containing less than 1% by weight of oxygen from the beginning have a complicated manufacturing method and cannot be manufactured at low cost. The oxygen content is a numerical value indicating the chemical purity of the silicon carbide fiber, and has a meaning that the moldability is easier if the chemical and crystal structure are somewhat incomplete. From the above, the density of the raw silicon carbide fiber of the present invention is preferably 2.5 to 3.1 g /
cm 3 , and more preferably 2.5 to 3.0 g / cm 3 . Further, the oxygen content is preferably 1 to 15% by weight,
More preferably, it is 3 to 12% by weight.

【0016】原料炭化ケイ素繊維の形状としては、繊維
長には特に制限がないが、1〜60mmが特に好まし
い、繊維径は1〜20μmが好ましい。繊維長が1mm
未満であると炭化ケイ素繊維構造体の密度の制御が難し
くなるので好ましくなく、60mmを超えると工程性が
低下する。繊維径は1μm未満でも、20μmを超えて
も繊維自体の強度が低下する方向にあるので好ましくな
い。
The shape of the raw material silicon carbide fiber is not particularly limited, but is preferably 1 to 60 mm, and the fiber diameter is preferably 1 to 20 μm. Fiber length is 1mm
When it is less than 60 mm, it becomes difficult to control the density of the silicon carbide fiber structure, and it is not preferable. When it is more than 60 mm, the processability decreases. If the fiber diameter is less than 1 μm or more than 20 μm, the strength of the fiber itself tends to decrease, which is not preferable.

【0017】<好ましい原料炭化ケイ素繊維の製造方法
>本発明に最も適した原料炭化ケイ素繊維は、以下に詳
細に記載される工程により、活性炭素繊維とケイ素およ
び/またはケイ素酸化物とを反応させて製造される。
<Preferred Production Method of Raw Silicon Carbide Fiber> The raw silicon carbide fiber most suitable for the present invention is obtained by reacting activated carbon fiber with silicon and / or silicon oxide in the steps described in detail below. Manufactured.

【0018】ケイ素および/またはケイ素酸化物と活性
炭素繊維とを、反応させた繊維の製造法に関しては特許
第2663819号公報に開示されている。即ち、繊維
径が5〜100μmで比表面積が100〜2500m2
/gの多孔質炭素繊維と一酸化ケイ素ガスとを、800
〜1500℃で反応させる方法を用いることができる。
A method for producing a fiber obtained by reacting silicon and / or silicon oxide with activated carbon fiber is disclosed in Japanese Patent No. 2663819. That is, the fiber diameter is 5 to 100 μm and the specific surface area is 100 to 2500 m 2.
/ G of porous carbon fiber and silicon monoxide gas at 800 g / g.
A method in which the reaction is performed at ~ 1500C can be used.

【0019】前記活性炭素繊維には、長さが0.1〜5
0mmの短繊維、および実質的に長さの制限がない連続
繊維(フィラメント、ヤーン等)を含包し、これらは紡
績糸、モノフィラメント糸、マルチフィラメント糸など
のいずれであってもよい。また、活性炭素繊維は、シー
ト状体(フェルト、布など)或いは三次元構造体(ハニ
カム、パイプ、三次元織物等)に形成されていてもよ
い。
The activated carbon fiber has a length of 0.1 to 5
It includes short fibers of 0 mm, and continuous fibers (filaments, yarns, etc.) of substantially unlimited length, which may be any of spun yarns, monofilament yarns, multifilament yarns and the like. The activated carbon fibers may be formed in a sheet (felt, cloth, etc.) or a three-dimensional structure (honeycomb, pipe, three-dimensional fabric, etc.).

【0020】前記活性炭素繊維は、BET窒素吸着法に
よる比表面積が700〜1500m 2/gのものであ
る。比表面積が700m2/g未満では、炭化ケイ素化
反応工程において十分にケイ素化反応が進行せず、得ら
れる繊維中に未反応の炭素が残存するため、結果として
炭化ケイ素繊維の特徴を十分に発現しえない。また、比
表面積が1500m2/gを超えて大きい場合は、活性
炭素化(賦活)工程における収率が低く不経済であるば
かりでなく、活性炭素繊維としての強度が不足し、その
結果、得られる炭化ケイ素化された繊維の強度も不十分
になる。
The activated carbon fiber is subjected to the BET nitrogen adsorption method.
Specific surface area is 700-1500m Two/ G
You. Specific surface area is 700mTwo/ G is less than silicon carbide
The siliconization reaction did not proceed sufficiently in the reaction step,
Unreacted carbon remains in the fibers
The characteristics of silicon carbide fibers cannot be sufficiently exhibited. Also, the ratio
1500m surface areaTwo/ G
If the yield in the carbonization (activation) process is low and uneconomical
Not enough, the strength as activated carbon fiber is insufficient.
As a result, the strength of the resulting siliconized fiber is insufficient.
become.

【0021】前記の特性を有する本発明の方法に用いる
活性炭素繊維は、公知の方法により製造される。有機物
質からなるプレカーサー繊維を活性炭素化する方法につ
いては、例えば特開平6−306710号公報に、化石
燃料から得られるピッチを原料とする活性炭素繊維につ
いて記載されている。特に、活性炭繊維の短繊維を得よ
うとする場合は、予め所望の長さに紡糸された、或いは
所望の長さに切断された前記プレカーサー繊維を活性炭
素化するか、もしくはプレカーサー繊維を活性炭素化し
た後にこれを短繊維化する。
The activated carbon fiber having the above-mentioned properties and used in the method of the present invention is produced by a known method. Regarding a method of converting precursor fibers made of an organic material into activated carbon, for example, JP-A-6-306710 describes an activated carbon fiber using pitch obtained from fossil fuel as a raw material. In particular, when it is intended to obtain short fibers of activated carbon fibers, the precursor fibers previously spun to a desired length or cut to a desired length are activated carbonized, or the precursor fibers are activated carbon. This is made into a short fiber after the formation.

【0022】活性炭素繊維を予めシート状構造体に形成
するには、例えば特開平2−255516号公報に開示
されている様に、ピッチを溶融紡糸して連続(長)繊維
とする工程と、この繊維を捕集、堆積させてウエブとす
る工程と、このシート状繊維集合体を不融化する工程
と、不融化したシートを賦活する工程とを連続して行う
方法を用いることができる。また、炭素繊維用プレカー
サー繊維や炭素繊維を、乾式又は湿式によりフェルト状
シートに形成し、これを活性炭素繊維化したもの、或い
は、活性炭素繊維のステープルをシート化したものを本
発明に用いることができる。
In order to form the activated carbon fibers into a sheet-like structure in advance, a step of melt-spinning the pitch into continuous (long) fibers as disclosed in, for example, JP-A-2-255516, It is possible to use a method in which a step of collecting and depositing these fibers to form a web, a step of infusibilizing the sheet-like fiber aggregate, and a step of activating the infusibilized sheet are successively performed. Further, a precursor fiber or carbon fiber for carbon fiber is formed into a felt-like sheet by a dry method or a wet method, and this is formed into an activated carbon fiber, or a sheet formed from activated carbon fiber staples is used in the present invention. Can be.

【0023】一方、活性炭素繊維の三次元構造体は、前
記のフェルトや布のような二次元構造体をコルゲート加
工して巻いたもの、或いはハニカム状に加工したものな
どを用いることができる。また、活性炭素繊維ないしそ
のプレカーサーのステープルを水などに分散させたスラ
リーから、吸引法によりステープルを多孔質の型に付着
させて三次元構造体を得ることもできる。
On the other hand, as the three-dimensional structure of activated carbon fibers, a two-dimensional structure such as the felt or cloth described above, which is wound by corrugating, or processed into a honeycomb shape can be used. Alternatively, a three-dimensional structure can be obtained by attaching staples to a porous mold by a suction method from a slurry in which activated carbon fibers or staples of precursors thereof are dispersed in water or the like.

【0024】ケイ素および/またはケイ素酸化物のケイ
素供給源としては、ケイ素と二酸化ケイ素の混合粉末、
炭素と二酸化ケイ素の混合粉末、一酸化ケイ素などを挙
げることができる。前記ケイ素およびケイ素酸化物の少
なくとも1種と共に活性炭素繊維を1200〜1500
℃に加熱すると、ケイ素および/またはケイ素酸化物の
ガスが発生し、これらが活性炭素と反応して活性炭素繊
維が炭化ケイ素繊維に変換される。
As a silicon source of silicon and / or silicon oxide, a mixed powder of silicon and silicon dioxide,
Examples thereof include a mixed powder of carbon and silicon dioxide, and silicon monoxide. Activated carbon fibers together with at least one of the silicon and silicon oxides
When heated to ° C., gases of silicon and / or silicon oxide are generated, which react with activated carbon to convert the activated carbon fibers into silicon carbide fibers.

【0025】本発明に使用する原料炭化ケイ素繊維は、
好ましくは密度が2.5〜3.1g/cm3であるか、
または、酸素含有量が1〜15重量%である炭化ケイ素
繊維であるが、前記の製造方法によれば、密度は2.8
〜2.9g/cm3であり、かつ、酸素含有量が4〜8
重量%となるので最も好ましい。
The raw material silicon carbide fiber used in the present invention is:
Preferably the density is from 2.5 to 3.1 g / cm 3 ,
Alternatively, it is a silicon carbide fiber having an oxygen content of 1 to 15% by weight, but according to the above-described production method, the density is 2.8.
2.9 g / cm 3 and an oxygen content of 4-8.
It is most preferable because the amount is expressed by weight%.

【0026】<構造体の成形>次に、構造体の成形につ
いて説明する。原料炭化ケイ素繊維がすでにフェルトや
不織布のような二次元構造体あるいは三次元構造体をな
している場合は、結合剤、焼結助剤を繊維間に含浸さ
せ、直ちに構造体を構成している繊維同士を結合させる
工程に進むことができる。原料炭化ケイ素繊維が短繊維
である場合、これを構造体に成形する工程が必要であ
る。その工程において、結合剤と焼結助剤も混合して成
形する方法が最も合理的である。
<Forming of Structure> Next, the forming of the structure will be described. If the raw material silicon carbide fiber has already formed a two-dimensional structure or a three-dimensional structure such as felt or non-woven fabric, a binder and a sintering agent are impregnated between the fibers to immediately construct the structure. The process can proceed to bonding the fibers together. When the raw material silicon carbide fiber is a short fiber, a step of forming it into a structure is required. In that step, the most rational method is to mix and mold the binder and the sintering aid.

【0027】原料炭化ケイ素短繊維を構造体に成形する
方法としては、紙シート、不織布シート、パルプモール
ド品などを製造する公知の技術を使って行うことができ
る。これらの方法には湿式法と乾式法があるが、いずれ
でも良い。湿式法としては炭化ケイ素短繊維、炭化ケイ
素粉末、焼結助剤を水などの適当な分散媒に分散させて
おき、ワイヤー上で脱液を行うことで所望形状の二次元
あるいは三次元の構造体を作ることができる。その際
に、パルプなどの天然繊維または合成繊維を成形を容易
にするために補助材料として混合することもできるし、
湿式抄紙法では公知である歩留まり向上剤により各固形
分を緩やかに結合させフロック化しても良い。湿式法の
中で本発明に特に好適な方法は、炭化ケイ素短繊維を含
むスラリーをエンドレスのワイヤー上で脱水して連続の
ウエブを製造する、いわゆる湿式抄紙法である。
As a method of forming the raw material silicon carbide short fibers into a structure, a known technique for producing a paper sheet, a nonwoven fabric sheet, a pulp molded article, or the like can be used. These methods include a wet method and a dry method, and either method may be used. As a wet method, a silicon carbide short fiber, a silicon carbide powder, and a sintering aid are dispersed in an appropriate dispersion medium such as water, and a liquid is removed on a wire to form a two-dimensional or three-dimensional structure having a desired shape. You can make a body. At that time, natural fibers such as pulp or synthetic fibers can be mixed as an auxiliary material to facilitate molding,
In the wet papermaking method, each solid content may be loosely combined with a known retention aid to form flocs. Among the wet methods, a method particularly suitable for the present invention is a so-called wet papermaking method in which a slurry containing silicon carbide short fibers is dehydrated on an endless wire to produce a continuous web.

【0028】炭化ケイ素短繊維を二次元シートに成形す
る方法としては、上記湿式法以外に、空気中に分散浮遊
させた繊維を重力により落下させて所望の厚さになるま
で堆積させる乾式法を用いることもできる。
As a method of forming the silicon carbide short fibers into a two-dimensional sheet, besides the above-mentioned wet method, a dry method in which fibers dispersed and suspended in air are dropped by gravity and deposited to a desired thickness is used. It can also be used.

【0029】<構造体の焼結>本発明では、成形した原
料炭化ケイ素繊維構造体を構成している繊維同士を加熱
焼結により結合する結合剤として炭化ケイ素粉末を用い
る。炭化ケイ素繊維100重量部に対して炭化ケイ素粉
末の添加量は10重量部から500重量部が好ましく、
50重量部から200重量部が特に好ましい。炭化ケイ
素粉末の配合量が少ないと構造体の強度が小さくなる傾
向があり、炭化ケイ素粉末の配合量が大きすぎると構造
体を低密度にすることが難しい。炭化ケイ素粉末の平均
粒径は、大きくなると低密度構造体の強度が低下する傾
向にあるので、1μm以下が好ましい。本発明の結合剤
である炭化ケイ素粉末の他に、アルミナ、シリカ、ムラ
イト、ジルコニア、チタニアなどの酸化物系の耐熱材料
や、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウムなどの
非酸化物系の耐熱材料 、あるいは炭素、ホウ素などの
高融点物質、またはチタン、ニッケル、ケイ素などの金
属を補助的な結合剤として添加してもよい。
<Sintering of Structure> In the present invention, silicon carbide powder is used as a binder for bonding the fibers constituting the formed raw material silicon carbide fiber structure by heat sintering. The addition amount of silicon carbide powder is preferably from 10 parts by weight to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of silicon carbide fibers,
Particularly preferred is 50 to 200 parts by weight. If the amount of the silicon carbide powder is small, the strength of the structure tends to decrease, and if the amount of the silicon carbide powder is too large, it is difficult to reduce the density of the structure. The average particle size of the silicon carbide powder is preferably 1 μm or less because the strength of the low-density structure tends to decrease as the size increases. In addition to the silicon carbide powder that is the binder of the present invention, oxide-based heat-resistant materials such as alumina, silica, mullite, zirconia, and titania, and non-oxide-based heat-resistant materials such as silicon nitride, boron carbide, and aluminum nitride Alternatively, a high-melting substance such as carbon or boron, or a metal such as titanium, nickel or silicon may be added as an auxiliary binder.

【0030】本発明では、前記焼結に際して、繊維同士
を結合する前記結合剤以外に、焼結助剤も使用すること
が特徴である。ここで言う焼結助剤とは、完全には高密
度化していない炭化ケイ素繊維を加熱した時に、結晶を
成長させ結晶間の結合を強化する補助的作用をしている
と推定されている焼結助剤である。ただし、結合剤であ
る炭化ケイ素粒子と炭化ケイ素繊維の焼結に対しても補
助的作用をすると考えられる。焼結助剤としては、炭化
ケイ素の焼結助剤として公知のものが使用できるが、炭
素、ホウ素、アルミニウムおよびベリリウムからなる群
より選ばれる少なくとも一種の単体または化合物が好ま
しい。具体例としては、フェノール樹脂、炭化ホウ素、
塩化アルミ、酸化ベリリウムなどが好ましい。添加量
は、焼結助剤によって異なるが炭化ケイ素繊維および炭
化ケイ素粉末の合計重量に対して0.1重量%から30
重量%が好ましく、1重量%から20重量%が特に好ま
しい。焼結助剤が少ないと焼結が不十分で構造体の強度
が十分でなくなる、一方、多すぎる場合は構造体の耐熱
性が低下するので好ましくない。
The present invention is characterized in that in the sintering, a sintering aid is used in addition to the binder for binding the fibers. The sintering aid referred to here is a sintering additive that is presumed to have an auxiliary function of growing crystals and strengthening bonds between crystals when heating silicon carbide fibers that are not completely densified. It is a binder. However, it is considered that it also has an auxiliary effect on sintering of the silicon carbide particles and the silicon carbide fibers as the binder. As the sintering aid, those known as sintering aids for silicon carbide can be used, but at least one element or compound selected from the group consisting of carbon, boron, aluminum and beryllium is preferred. Specific examples include phenolic resins, boron carbide,
Aluminum chloride and beryllium oxide are preferred. The amount of addition varies depending on the sintering aid, but may range from 0.1% by weight to 30% by weight based on the total weight of silicon carbide fibers and silicon carbide powder.
% By weight is preferred, with 1% to 20% by weight being especially preferred. If the amount of the sintering aid is too small, the sintering is insufficient and the strength of the structure is not sufficient.

【0031】また、炭化ケイ素繊維構造体プレカーサー
の焼結法として常圧焼結法を適用する場合には、アルゴ
ン、ヘリウムなど不活性雰囲気中1700〜2100℃
で熱処理することで構造体中の繊維同士を結合させるこ
とができる。
When the normal pressure sintering method is applied as a method for sintering the precursor of the silicon carbide fiber structure, the sintering method is performed at 1700-2100 ° C. in an inert atmosphere such as argon or helium.
The fibers in the structure can be bonded to each other by performing the heat treatment.

【0032】本発明において、炭化ケイ素繊維構造体の
重量(g)を構造体外表面が囲む体積(cm3)で除す
ることで求めることができる炭化ケイ素繊維構造体の見
かけ密度は0.05〜1.00g/cm3が好適で、
0.10〜0.50g/cm3がより好適である。炭化
ケイ素繊維構造体の見かけ密度が0.05g/cm3
り小さいとフィルターなどの用途において強度が十分で
なく、また、見かけ密度が1.00g/cm3より大き
いとフィルターなどの用途において著しく流体の透過性
が悪くなり好ましくない。
In the present invention, the apparent density of the silicon carbide fiber structure can be determined by dividing the weight (g) of the silicon carbide fiber structure by the volume (cm 3 ) surrounded by the outer surface of the structure. 1.00 g / cm 3 is preferable,
0.10 to 0.50 g / cm 3 is more preferable. Strength is not sufficient in the apparent density of the silicon carbide fibrous structure, such as 0.05 g / cm 3 less than the filter applications, also significantly fluid apparent density in applications such as 1.00 g / cm 3 greater than the filter Is not preferred because of poor permeability.

【0033】[0033]

【実施例】本発明を下記実施例により具体的に説明する
が、本発明の範囲は勿論下記実施例により限定されるも
のではない。
EXAMPLES The present invention will be described specifically with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited by the following examples.

【0034】<繊維密度の測定>実施例中の炭化ケイ素
繊維の密度(真密度)は、JIS R7601に記載さ
れた液置換法によって求めた。即ち、23℃の蒸留水を
浸漬液として用いて測定した。
<Measurement of Fiber Density> The density (true density) of the silicon carbide fibers in the examples was determined by a liquid replacement method described in JIS R7601. That is, the measurement was performed using distilled water at 23 ° C. as an immersion liquid.

【0035】<酸素含有量の測定>酸素含有率の測定
は、LECO社製の酸素窒素分析装置TC−436によ
り測定した。
<Measurement of Oxygen Content> The oxygen content was measured by an oxygen nitrogen analyzer TC-436 manufactured by LECO.

【0036】<構造体の見かけ密度>構造体重量(g)
を構造体外表面が囲む体積(cm3)で除するすること
によって求めた値(g/cm3)を構造体の見かけ密度
とする。
<Apparent Density of Structure> Structure Weight (g)
Is divided by the volume (cm 3 ) surrounded by the outer surface of the structure, and the value (g / cm 3 ) obtained is defined as the apparent density of the structure.

【0037】<構造体の曲げ強度の測定>JIS R1
601に記載された、3点曲げ強度測定法に準じて測定
を行った。また、測定値を見かけ密度で除した値を比曲
げ強度とした。
<Measurement of flexural strength of structure> JIS R1
The measurement was performed according to the three-point bending strength measurement method described in No. 601. The value obtained by dividing the measured value by the apparent density was defined as the specific bending strength.

【0038】<圧力損失の測定>炭化ケイ素繊維構造体
を長径5.5cmのディスクで厚みが坪量2500g/
2となるように切り出し、これについて空気をディス
ク表面で流速が100m/s、150m/s、200m
/sとなるように流した時の圧力損失をPW型マノメー
ター((株)岡野製作所製)で求めた。
<Measurement of Pressure Loss> A silicon carbide fiber structure having a disk with a long diameter of 5.5 cm and a thickness of 2500 g / basis was used.
m 2, and air was blown on the disk surface at a flow velocity of 100 m / s, 150 m / s, 200 m
/ S was determined using a PW type manometer (manufactured by Okano Seisakusho).

【0039】<カナダ標準フリーネスの測定>湿式成形
の時に使用するパルプのカナダ標準フリーネスを、JI
S P8121に記載された方法にて測定した。
<Measurement of Canadian Standard Freeness> The Canadian standard freeness of pulp used in wet molding is determined by JI
It was measured by the method described in SP8121.

【0040】<成形性の評価>各辺が7cm×12cm
の長方形シートとして切り出した乾燥前の低密度構造体
プレフォームを12cmの長さの辺が円周となるよう
に、長さ10cmで直径1cm、2cm、3cm、4c
mおよび5cmの円筒を型としてそれに巻き付け、乾燥
により成形し引き続き焼結行ったとき、成形体の表面に
ひび割れ生じない最小の円筒の半径を成形可能な曲率半
径として測定して、その径が小さいものほど成形性が優
れているとした。
<Evaluation of Formability> Each side is 7 cm × 12 cm
The pre-dried low-density structure preform cut out as a rectangular sheet having a length of 10 cm and a diameter of 1 cm, 2 cm, 3 cm, and 4 c so that a side having a length of 12 cm becomes a circumference.
When a m and 5 cm cylinder is wound around it as a mold, molded by drying, and subsequently sintered, the radius of the smallest cylinder that does not crack on the surface of the molded body is measured as a moldable radius of curvature, and the diameter is small. The better the moldability, the better.

【0041】<実施例1> 見かけ密度0.50g/c
3の低密度構造体の作成炭化ケイ素繊維の製造 繊維長6mm、比表面積1000m2/g、および繊維
径13μmのピッチ系活性炭素繊維(商品名:リノベス
A−10、大阪ガス社製)を、送風乾燥機中120℃で
5時間乾燥し、この乾燥繊維20gを、ケイ素粉末(試
薬一級、和光純薬工業社製)60gと二酸化ケイ素粉末
(試薬一級、和光純薬工業社製)130gとを乳鉢で十
分に混合した粉体と良く混合し、この混合物を、管状炉
に設置された内径64mmのムライト製炉心管中に15
0mmの長さにわたって充填した。この炉心管内にアル
ゴンガス(純度99.99容量%)を500ミリリット
ル/分で流しながら、室温から900℃まで3時間かけ
て昇温し、更に1350℃まで1時間かけて昇温し、1
350℃に4時間保持した。その後室温まで5時間かけ
て冷却した。
Example 1 Apparent density 0.50 g / c
Preparation of Low Density Structure of m 3 Production of Silicon Carbide Fiber Pitch-based activated carbon fiber (trade name: Renoves A-10, manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) having a fiber length of 6 mm, a specific surface area of 1000 m 2 / g, and a fiber diameter of 13 μm. After drying at 120 ° C. for 5 hours in a blow dryer, 20 g of the dried fiber was combined with 60 g of silicon powder (first grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 130 g of silicon dioxide powder (first grade reagent, manufactured by Wako Pure Chemical Industries). Was thoroughly mixed with the powder sufficiently mixed in a mortar, and this mixture was placed in a mullite core tube having an inner diameter of 64 mm and installed in a tubular furnace.
Filled over a length of 0 mm. The temperature was raised from room temperature to 900 ° C. over 3 hours while flowing argon gas (purity 99.99% by volume) through the furnace tube at 500 ml / min, and further raised to 1350 ° C. over 1 hour.
It was kept at 350 ° C. for 4 hours. Then, it cooled to room temperature over 5 hours.

【0042】この繊維と粉体の混合物を炉から取り出
し、50リットルの水の中で撹拌器(商品名:アジタ
ー、シマザキ社製)により繊維と粉体を水に分散させ
た。この分散液を149μmの目孔のふるいを通すこと
で、繊維をふるい上に回収し、さらに流水で繊維を洗浄
した。洗浄後の繊維は120℃の送風乾燥機中で5時間
乾燥した。回収された繊維の重量は25gであった。こ
の繊維の平均繊維長は5mmで、繊維径は13μmであ
った。密度は、2.8g/cm3、酸素含有量は8.0
%であった。
The mixture of the fiber and the powder was taken out of the furnace, and the fiber and the powder were dispersed in water using a stirrer (trade name: Agiter, manufactured by Shimazaki Co., Ltd.) in 50 liters of water. The dispersion was passed through a sieve with 149 μm eye holes to collect fibers on the sieve, and the fibers were further washed with running water. The washed fiber was dried in a blow dryer at 120 ° C. for 5 hours. The weight of the recovered fiber was 25 g. The average fiber length of this fiber was 5 mm, and the fiber diameter was 13 μm. The density is 2.8 g / cm 3 and the oxygen content is 8.0
%Met.

【0043】低密度構造体プレフォームの作成 得られた炭化ケイ素繊維23.4g、β型炭化ケイ素粉
末(添川理化学(株):純度99%、平均粒径0.27
μm)23.4g、フェノール樹脂粉末(商品名タマノ
ル 531:荒川化学工業(株)製)5.78g、およ
びホウ素1.4g(シグマ 製)を5リットルの水道水
に均一に分散した。この分散液に攪拌しながら歩留まり
向上剤0.1%水溶液(商品名 パーコール 182、共
和産業(株)製)を30ml添加することで、各固形分
をフロック状にした。これをJIS P8209に記載
の手抄き装置で、150メッシュのナイロンメッシュ上
にてシート様のプレフォームにした。炭化ケイ素繊維の
折れを防ぐためコーチロールによる処理は行わないで吸
取紙をプレフォーム上におきコーチプレート上で軽く手
で押さえ吸取紙を炭化ケイ素湿紙上に密着させることに
よりを吸取紙上に移し取った。吸取紙に付着した20m
mの厚みを有するプレフォームを7mmのスぺーサーと
ともにプレスを行い厚みを調整した。 プレフォームを
105℃の乾燥機中で5時間乾燥し長径15cm、厚み
8mmの乾燥したプレフォームを得た。
Preparation of Preform of Low Density Structure 23.4 g of the obtained silicon carbide fiber, β-type silicon carbide powder (Soekawa Rikagaku Co., Ltd .: purity 99%, average particle size 0.27)
μm), 5.78 g of phenol resin powder (trade name: Tamanol 531; manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd.), and 1.4 g of boron (manufactured by Sigma) were uniformly dispersed in 5 liters of tap water. 30% of a 0.1% aqueous solution of a retention aid (trade name: Percoll 182, manufactured by Kyowa Sangyo Co., Ltd.) was added to this dispersion with stirring to make each solid content into a floc. This was formed into a sheet-like preform on a 150-mesh nylon mesh using a hand-making device described in JIS P8209. To prevent the silicon carbide fiber from breaking, place the blotter paper on the preform without using a coach roll, hold it lightly on the coach plate, and hand the blotter paper onto the silicon carbide wet paper to transfer it onto the blotter paper. Was. 20m attached to blotting paper
The preform having a thickness of m was pressed together with a spacer of 7 mm to adjust the thickness. The preform was dried in a dryer at 105 ° C. for 5 hours to obtain a dried preform having a long diameter of 15 cm and a thickness of 8 mm.

【0044】低密度構造体プレフォームの成形性の評価 成形性の評価を行ったところ、半径3cmの円筒を型と
したとき成形体にひび割れが生じた。
Evaluation of Moldability of Preform of Low Density Structure When the moldability was evaluated , cracks occurred in the molded product when a cylinder having a radius of 3 cm was used as a mold.

【0045】低密度構造体プレフォームの焼結 上記した方法によって得られた低密度構造体プレフォー
ムを電気炉((株)進成電炉製作所製 型式 46−1
0)において2000℃まで2時間で昇温し2リットル
/分でアルゴンガス(純度99.99%)を炉内に流し
ながら10分間保持した後5時間かけて冷却することで
常圧焼結を行った。
Sintering of the low-density structure preform The low-density structure preform obtained by the above-described method was manufactured by an electric furnace (Shinsei Electric Furnace Co., Ltd., Model 46-1).
In 0), the temperature was raised to 2000 ° C. in 2 hours, and maintained for 10 minutes while flowing argon gas (purity 99.99%) into the furnace at 2 liters / minute, followed by cooling over 5 hours to perform normal pressure sintering. went.

【0046】構造体の物性の測定 得られた低密度構造体の厚さ、見かけ密度、酸素含有
量、曲げ強度および圧力損失を測定し表1に示した。ま
た、炭化ケイ素繊維自体の密度は3.15であった。
Measurement of Physical Properties of Structure The thickness, apparent density, oxygen content, bending strength and pressure loss of the obtained low density structure were measured and are shown in Table 1. Further, the density of the silicon carbide fiber itself was 3.15.

【0047】<実施例2> 見かけ密度0.24g/c
3の低密度構造体の作成低密度構造体プレフォームの作成 実施例1によって得られた炭化ケイ素繊維23.4g、
β型炭化ケイ素粉末23.4g、フェノール樹脂粉末
5.78gおよびホウ素1.4gを5リットルの水道水
に均一に分散した。この分散液に攪拌しながら歩留まり
向上剤0.1%水溶液を30ml添加することで、各固
形分をフロック状にしこれをJIS P8209に記載
の手抄き装置で150メッシュのナイロンメッシュ上に
てシート様のプレフォームにした。ただし、炭化ケイ素
繊維の折れを防ぐためコーチロールによる処理は行わな
いで吸取紙をプレフォーム上におきコーチプレート上で
軽く手で押さえ吸取紙を炭化ケイ素湿紙上に密着させる
ことによりを吸取紙上に移し取った。吸取紙に付着した
20mの厚みを有するプレフォームを14mmのスぺー
サーとともにプレスを行い厚みを調整した。得られたプ
レフォームを105℃の乾燥機中で5時間乾燥し長径1
5cm、厚みの13mmの乾燥したプレフォームを得
た。
Example 2 Apparent density 0.24 g / c
Preparation of low-density structure of m 3 Preparation of low-density structure preform 23.4 g of silicon carbide fiber obtained in Example 1,
23.4 g of β-type silicon carbide powder, 5.78 g of phenol resin powder, and 1.4 g of boron were uniformly dispersed in 5 liters of tap water. By adding 30 ml of a 0.1% aqueous solution of a retention aid to this dispersion while stirring, each solid is made into a floc-like form, which is then sheeted on a 150-mesh nylon mesh with a hand-making device described in JIS P8209. I made a preform like However, in order to prevent the silicon carbide fiber from breaking, place the blotter paper on the preform without holding it with a coach roll, hold it lightly on the coach plate and hold the blotter paper firmly on the silicon carbide wet paper by placing it on the blotter paper. Removed. The preform having a thickness of 20 m attached to the blotting paper was pressed together with a 14 mm spacer to adjust the thickness. The obtained preform was dried for 5 hours in a dryer at 105 ° C.
A dried preform of 5 cm and a thickness of 13 mm was obtained.

【0048】低密度構造体プレフォームの成形性の評価 成形性の評価を行ったところ、半径3cmの円筒を型と
したとき成形体にひび割れが生じた。
Evaluation of the moldability of the low-density structure preform The moldability was evaluated. When a cylinder having a radius of 3 cm was used as a mold, cracks occurred in the molded body.

【0049】低密度構造体プレフォームの焼結 低密度構造体プレフォームを実施例1と同様に常圧焼結
を行った。
Sintering of Low Density Structure Preform A low density structure preform was subjected to normal pressure sintering in the same manner as in Example 1.

【0050】構造体の物性の測定 得られた低密度構造体の厚さ、見かけ密度、酸素含有
量、曲げ強度および圧力損失を実施例1と同様に測定し
表1に示した。また、炭化ケイ素繊維自体の密度は3.
15であった。
Measurement of Physical Properties of Structure The thickness, apparent density, oxygen content, bending strength and pressure loss of the obtained low-density structure were measured in the same manner as in Example 1 and are shown in Table 1. The density of the silicon carbide fiber itself is 3.
It was 15.

【0051】<実施例3> パルプを含有する見かけ密
度0.62g/cm3の低密度構造体の作製および成形低密度構造体プレフォームの作成 実施例1に示された方法によって炭化ケイ素繊維23.
4g、β型炭化ケイ素粉末23.4g、フェノール樹脂
粉末5.78g、ホウ素1.4gおよび市販未漂白針葉
樹パルプ4.68g(フリーネス:450ml)を5リ
ットルの水道水に均一に分散した。この分散液に攪拌し
ながら歩留まり向上剤 0.1%水溶液を30ml添加
することで、各固形分をフロック状にしこれをJIS
P8209に記載の手抄き装置で150メッシュのナイ
ロンメッシュ上にてシート様のプレフォームにした。た
だし、炭化ケイ素繊維の折れを防ぐためコーチロールに
よる処理は行わないで吸取紙をプレフォーム上におきコ
ーチプレート上で軽く手で押さえ吸取紙を炭化ケイ素湿
紙上に密着させることによりを吸取紙上に移し取った。
吸取紙に付着した20mmの厚みを有するプレフォーム
を7mmのスぺーサーとともにプレスを行い厚みを調整
した。105℃の乾燥機中で5時間乾燥し長径15c
m、厚み8mmの乾燥したプレフォームを得た。
<Example 3> Preparation of pulp-containing low-density structure having an apparent density of 0.62 g / cm 3 and preparation of molded low-density structure preform Silicon carbide fiber 23 was prepared by the method shown in Example 1. .
4 g, β-type silicon carbide powder 23.4 g, phenol resin powder 5.78 g, boron 1.4 g, and commercially available unbleached softwood pulp 4.68 g (freeness: 450 ml) were uniformly dispersed in 5 liters of tap water. By adding 30 ml of a 0.1% aqueous solution of a retention aid to this dispersion while stirring, each solid content is made into a floc shape, which is then JIS
A sheet-like preform was formed on a 150-mesh nylon mesh with the hand-making device described in P8209. However, in order to prevent the silicon carbide fiber from breaking, place the blotter paper on the preform without holding it with a coach roll, hold it lightly on the coach plate and hold the blotter paper firmly on the silicon carbide wet paper by placing it on the blotter paper. Removed.
The preform having a thickness of 20 mm attached to the blotting paper was pressed together with a 7 mm spacer to adjust the thickness. Dried in a dryer at 105 ° C for 5 hours, 15c long diameter
Thus, a dried preform having a thickness of 8 mm and a thickness of 8 mm was obtained.

【0052】低密度構造体プレフォームの成形性の評価 成形性の評価を行ったところ半径2cmの円筒を型とし
たとき成形体にひび割れが生じた。
Evaluation of Moldability of Preform of Low Density Structure The moldability was evaluated. When a cylinder having a radius of 2 cm was used as a mold, cracks occurred in the molded body.

【0053】低密度構造体プレフォームの焼結 低密度構造体プレフォームを実施例1と同様に常圧焼結
を行った。
Sintering of Low Density Structure Preform A low density structure preform was subjected to normal pressure sintering in the same manner as in Example 1.

【0054】構造体の物性の測定 得られた低密度構造体の厚み、見かけ密度、酸素含有
量、曲げ強度および圧力損失を測定し表1に示した。ま
た、炭化ケイ素繊維自体の密度は3.15であった。
Measurement of Physical Properties of Structure The thickness, apparent density, oxygen content, bending strength and pressure loss of the obtained low density structure were measured and are shown in Table 1. Further, the density of the silicon carbide fiber itself was 3.15.

【0055】<比較例1>炭化ケイ素繊維を含まない低
密度構造体の作成低密度構造体プレフォームの作成 β型炭化ケイ素粉末46.8g、フェノール樹脂粉末
5.78g、およびホウ素1.4gを5リットルの水道
水に均一に分散した。この分散液に攪拌しながら歩留ま
り向上剤0.1%水溶液を30ml添加することで、各
固形分をフロック状にしこれをJIS P8209に記
載の手抄き装置で定量用ろ紙(No.2)上にてシート
状のプレフォームにした。(なお、150メッシュのナ
イロンメッシュを用いると固形分のメッシュ上での補足
率が十分でない。)ただし、コーチロールによる処理は
行わないで吸取紙をプレフォーム上におきコーチプレー
ト上で軽く手で押さえ吸取紙上に密着させ、へらで注意
しながら吸取紙上に移し取った。実施例1とは異なり吸
取紙への移し替えは困難であった。吸取紙に付着した厚
さ2.0mmのプレフォームは プレフォームを105
℃の乾燥機中で5時間乾燥し長径15cm、厚みの1.
6mmの乾燥したプレフォームを得た。
Comparative Example 1 Preparation of Low Density Structure Containing No Silicon Carbide Fiber Preparation of Low Density Structure Preform 46.8 g of β-type silicon carbide powder, 5.78 g of phenol resin powder, and 1.4 g of boron It was dispersed uniformly in 5 liters of tap water. By adding 30 ml of a 0.1% aqueous solution of a retention aid to this dispersion while stirring, each solid is made into a floc-like shape, which is then put on a filter paper for measurement (No. 2) using a hand-making device described in JIS P8209. To form a sheet-shaped preform. (Note that if a 150 mesh nylon mesh is used, the solids capture rate on the mesh is not sufficient.) However, the blotting paper is placed on the preform without using a coach roll, and lightly placed on the coach plate by hand. The holding paper was brought into close contact with the blotting paper and transferred carefully onto the blotting paper with a spatula. Unlike Example 1, transfer to blotting paper was difficult. 2.0mm thick preform attached to blotting paper
Dried in a dryer at 5 ° C. for 5 hours, with a major axis of 15 cm and thickness of 1.
A 6 mm dried preform was obtained.

【0056】低密度構造体プレフォームの焼結 上記した方法によって得られた低密度構造体プレフォー
ムを実施例2と同様にして常圧焼結を行なった。取り出
した低密度構造体は、直径14cm、厚さ1.2mmで
あった。
Sintering of the low-density structure preform The low-density structure preform obtained by the above-described method was subjected to normal pressure sintering in the same manner as in Example 2. The low density structure taken out had a diameter of 14 cm and a thickness of 1.2 mm.

【0057】低密度構造体プレフォームの成形性の評価 成形性の評価を行ったところ、半径5cmの円筒を型と
したとき成形体にひび割れが生じた。
Evaluation of Moldability of Preform of Low Density Structure Preformability was evaluated. When a cylinder having a radius of 5 cm was used as a mold, cracks occurred in the molded body.

【0058】構造体の物性の測定 実施例2と同様に得られた低密度構造体の、見かけ密
度、酸素含有量、曲げ強度および圧力損失を測定し表1
に示した。
Measurement of Physical Properties of Structure The apparent density, oxygen content, bending strength and pressure loss of the low-density structure obtained in the same manner as in Example 2 were measured.
It was shown to.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】[0060]

【発明の効果】表1によれば、実施例1および実施例2
に示される本発明の炭化ケイ素繊維構造体はいずれも良
好な強度を示しており、酸素含有率が8%と高い炭化ケ
イ素繊維を原料としたにもかかわらず常圧焼結後では、
構造体の酸素含有量は1%未満となった。また、実施例
1から実施例2とプレフォームの段階で構造体の密度を
容易に変えることが可能であった。ところが、比較例に
おいて作製した炭化ケイ素繊維を含まない構造体は、密
度が高いため 圧力損失が大きく測定限度以上であった
が、密度を容易に下げることはできなかった。さらに、
炭化ケイ素繊維と炭化ケイ素粉末を常圧焼結で結合させ
る工程では、繊維間の結合を形成すると同時に、酸素含
有率の大きな(安価に製造できる)炭化ケイ素繊維自体
が改質されるのでコストの面からも優れている。しかも
炭化ケイ素繊維と炭化ケイ素粉末では熱膨張率に差がな
いため、熱膨張率の差による結合の破壊が起こりにくい
ことも期待されるので、炭化ケイ素粉末以外を結合剤に
用いる場合よりも優れている。また、実施例3に示され
るように有機繊維を添加することによって半径2cmの
円筒でも成型可能になるので成型性を向上させることも
可能である。以上の実施例、比較例から明らかなよう
に、本発明によって、これまでの技術では困難であった
通気性の優れしかも十分強度を持った低密度構造体をき
わめて安価、容易に製造することができる。
According to Table 1, Examples 1 and 2 are shown.
All of the silicon carbide fiber structures of the present invention shown in (1) show good strength, and despite the use of silicon carbide fibers having a high oxygen content of 8% as a raw material, after normal pressure sintering,
The oxygen content of the structure was less than 1%. Further, it was possible to easily change the density of the structure at the preform stage from Example 1 to Example 2. However, the structure without the silicon carbide fiber produced in the comparative example had a high pressure loss due to high density and was above the measurement limit, but the density could not be easily reduced. further,
In the step of bonding the silicon carbide fiber and the silicon carbide powder by atmospheric pressure sintering, the bond between the fibers is formed, and at the same time, the silicon carbide fiber itself having a large oxygen content (which can be manufactured at low cost) is modified, so that the cost is reduced. Excellent in terms of aspect. Moreover, since there is no difference in the coefficient of thermal expansion between the silicon carbide fiber and the silicon carbide powder, it is expected that the bond is not easily broken due to the difference in the coefficient of thermal expansion. ing. Further, as shown in Example 3, the addition of the organic fiber makes it possible to mold even a cylinder having a radius of 2 cm, so that moldability can be improved. As is clear from the above Examples and Comparative Examples, according to the present invention, a low-density structure having excellent air permeability and sufficient strength, which has been difficult with the conventional techniques, can be manufactured extremely inexpensively and easily. it can.

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Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】1700℃以上の焼成処理を受けていない
炭化ケイ素繊維からなるウェッブの繊維間に炭化ケイ素
粉末を結合剤として存在させ、更に、焼結助剤の存在
下、減圧下または不活性ガス雰囲気下において、170
0℃以上の温度で焼結させることを特徴とする、見かけ
密度が0.05〜1.0g/cm3である多孔質炭化ケ
イ素繊維構造体の製造方法。
1. A method in which silicon carbide powder is present as a binder between fibers of a web made of silicon carbide fibers which have not been subjected to a calcination treatment at 1700 ° C. or higher, and is further performed under reduced pressure or inertness in the presence of a sintering aid. In a gas atmosphere, 170
A method for producing a porous silicon carbide fiber structure having an apparent density of 0.05 to 1.0 g / cm < 3 >, characterized by sintering at a temperature of 0 [deg.] C. or more.
【請求項2】1700℃以上の焼成処理を受けていない
炭化ケイ素繊維が、繊維径が1〜20μmでBET窒素
吸着法による比表面積が700〜1500m2/gの活
性炭素繊維と、ケイ素およびケイ素酸化物から選ばれた
少なくとも1種のガスとを、減圧下もしくは不活性ガス
雰囲気下で1200〜1500℃の温度条件下で反応さ
せる工程で製造された炭化ケイ素繊維であることを特徴
とする請求項1に記載の炭化ケイ素繊維構造体の製造方
法。
2. An activated carbon fiber having a fiber diameter of 1 to 20 μm and a specific surface area of 700 to 1500 m 2 / g by a BET nitrogen adsorption method, wherein the silicon carbide fiber has not been subjected to a calcination treatment at 1700 ° C. or more; A silicon carbide fiber produced by a step of reacting at least one gas selected from oxides under a reduced pressure or an inert gas atmosphere at a temperature of 1200 to 1500 ° C. Item 4. The method for producing a silicon carbide fiber structure according to Item 1.
【請求項3】焼結助剤が炭素、ホウ素、アルミニウムお
よびベリリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種
の単体またはその化合物である請求項1〜請求項2のい
ずれかに記載の炭化ケイ素繊維構造体の製造方法。
3. The silicon carbide fiber structure according to claim 1, wherein the sintering aid is at least one element selected from the group consisting of carbon, boron, aluminum and beryllium, or a compound thereof. How to make the body.
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