JP2001261470A - 耐酸化性炭素質材料およびその製造方法 - Google Patents
耐酸化性炭素質材料およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 高温における高強度（高い耐熱衝撃性）と、
材料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃性、耐摩耗
性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射線性）等に
加え、省エネルギー、容作業性の観点から軽量性を併せ
充足するとともに、より合理的な価格で、大気中でも、
８００℃以上の高温でも長時間実質的に酸化されること
がなく、耐酸化性炭素質材料等として使用可能な新規な
耐酸化性炭素質材料および同耐酸化性炭素質材料の製造
方法の提供。 【解決手段】 炭素質材料の少なくとも表面に金属珪素
とフェノール樹脂とからなるコート剤を所望の厚さに塗
布し、不活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼し、該フ
ェノール樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で１４２０
℃〜２２００℃に昇温し、同温度範囲で実質的に金属珪
素を全量炭素と反応させることにより炭化珪素からなる
耐酸化保護層を形成させる。
材料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃性、耐摩耗
性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射線性）等に
加え、省エネルギー、容作業性の観点から軽量性を併せ
充足するとともに、より合理的な価格で、大気中でも、
８００℃以上の高温でも長時間実質的に酸化されること
がなく、耐酸化性炭素質材料等として使用可能な新規な
耐酸化性炭素質材料および同耐酸化性炭素質材料の製造
方法の提供。 【解決手段】 炭素質材料の少なくとも表面に金属珪素
とフェノール樹脂とからなるコート剤を所望の厚さに塗
布し、不活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼し、該フ
ェノール樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で１４２０
℃〜２２００℃に昇温し、同温度範囲で実質的に金属珪
素を全量炭素と反応させることにより炭化珪素からなる
耐酸化保護層を形成させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、大気中で、８０
０℃以上の高温に長時間曝されても、同条件では実質的
に酸化されることのない耐酸化保護層で被覆されている
耐酸化性炭素質材料、および同耐酸化性炭素質材料の製
造方法に関する。更に詳しくは、アルミニウム溶湯用ポ
ンプ、金属熱処理用セッター、耐熱チェーン、貴金属溶
解用坩堝などとして、少なくとも一時的に大気が存在す
る条件下で、８００℃を超える高温下で使用される部材
として、使用可能な炭素質材料を基材とし、同基材上に
耐酸化性保護層が形成された耐酸化性炭素質材料、およ
び同耐酸化性炭素質材料の製造方法に関する。
０℃以上の高温に長時間曝されても、同条件では実質的
に酸化されることのない耐酸化保護層で被覆されている
耐酸化性炭素質材料、および同耐酸化性炭素質材料の製
造方法に関する。更に詳しくは、アルミニウム溶湯用ポ
ンプ、金属熱処理用セッター、耐熱チェーン、貴金属溶
解用坩堝などとして、少なくとも一時的に大気が存在す
る条件下で、８００℃を超える高温下で使用される部材
として、使用可能な炭素質材料を基材とし、同基材上に
耐酸化性保護層が形成された耐酸化性炭素質材料、およ
び同耐酸化性炭素質材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 今日においては、技術革新が急速に進
む中で、酸素濃度が５％以下のいわゆる貧酸素条件下で
は、少なくとも８００℃、好ましくは、１０００℃以上
の高温下でも実質的に酸化されることがない材料の出現
が、アルミニウム溶湯などの金属溶湯を使用する製造現
場などの分野で特に熱望されている。勿論、このような
分野で使用するためには、高温における高強度（高い耐
熱衝撃性）と、材料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃
性、耐摩耗性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射
線性）等に加え、省エネルギー、容作業性の観点から軽
量性が要求されることはいうまでもない。
む中で、酸素濃度が５％以下のいわゆる貧酸素条件下で
は、少なくとも８００℃、好ましくは、１０００℃以上
の高温下でも実質的に酸化されることがない材料の出現
が、アルミニウム溶湯などの金属溶湯を使用する製造現
場などの分野で特に熱望されている。勿論、このような
分野で使用するためには、高温における高強度（高い耐
熱衝撃性）と、材料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃
性、耐摩耗性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射
線性）等に加え、省エネルギー、容作業性の観点から軽
量性が要求されることはいうまでもない。
【０００３】 このような分野の内、一部の分野におい
ては、従来から、耐熱性に優れ、かつ高強度である窒化
珪素や炭化珪素材料等のセラミックが用いられてきた
が、固有の性質として脆さという欠点を有しており、小
さな傷に対しても極めて脆く、熱的、機械的衝撃に対し
ても充分な強度を有していないという問題がある。
ては、従来から、耐熱性に優れ、かつ高強度である窒化
珪素や炭化珪素材料等のセラミックが用いられてきた
が、固有の性質として脆さという欠点を有しており、小
さな傷に対しても極めて脆く、熱的、機械的衝撃に対し
ても充分な強度を有していないという問題がある。
【０００４】 また、上記のようなセラミックスの欠点
を克服する手段として、連続したセラミックス系繊維を
複合化させたセラミックス系複合材料（ＣＭＣ）が開発
され、一部分野での用途開発が行われている。そのよう
な試みの中には、直径が１０μｍ前後のセラミックス長
繊維を、通常、数百本〜数千本束ねて繊維束（ヤーン）
を形成し、この繊維束を二次元または三次元方向に配列
して一方向シート（ＵＤシート）や各種クロスとした
り、また上記シートやクロスを積層したりすることによ
り、所定形状の予備成形体（繊維プリフォーム）を形成
し、この予備成形体の内部に、ＣＶＩ法（化学的気相含
浸法）や無機ポリマー含浸焼成法等によりマトリックス
を形成したり、または、上記予備成形体内部にセラミッ
ク粉末を鋳込み成形法によって充填した後に焼成するこ
とにより、マトリックスを形成して、セラミックマトリ
ックス中に繊維を複合化したセラミックス系繊維複合材
料（ＣＭＣ）が開発されている。
を克服する手段として、連続したセラミックス系繊維を
複合化させたセラミックス系複合材料（ＣＭＣ）が開発
され、一部分野での用途開発が行われている。そのよう
な試みの中には、直径が１０μｍ前後のセラミックス長
繊維を、通常、数百本〜数千本束ねて繊維束（ヤーン）
を形成し、この繊維束を二次元または三次元方向に配列
して一方向シート（ＵＤシート）や各種クロスとした
り、また上記シートやクロスを積層したりすることによ
り、所定形状の予備成形体（繊維プリフォーム）を形成
し、この予備成形体の内部に、ＣＶＩ法（化学的気相含
浸法）や無機ポリマー含浸焼成法等によりマトリックス
を形成したり、または、上記予備成形体内部にセラミッ
ク粉末を鋳込み成形法によって充填した後に焼成するこ
とにより、マトリックスを形成して、セラミックマトリ
ックス中に繊維を複合化したセラミックス系繊維複合材
料（ＣＭＣ）が開発されている。
【０００５】 このような、ＣＭＣの具体例としては二
次元または三次元方向に配列した炭素繊維の間隔に炭素
からなるマトリックスを形成してなるＣ／Ｃコンポジッ
ト、ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体にＳｉを含浸
させて形成されるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合体等
が知られている。しかし、このようなＳｉＣ繊維強化Ｓ
ｉ−ＳｉＣ複合体は、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポ
ーリング性等には優れるものの、ＳｉＣ繊維はＳｉ−Ｓ
ｉＣ等との潤滑性に劣るため、母体と繊維間の引き抜き
効果が小さいことから、Ｃ／Ｃコンポジットに比べて靭
性に劣り、そのため耐衝撃性が低く、また、一部に炭素
繊維を使用しているので酸素の存在下では、容易に燃焼
してしまうという問題がある。
次元または三次元方向に配列した炭素繊維の間隔に炭素
からなるマトリックスを形成してなるＣ／Ｃコンポジッ
ト、ＳｉＣ繊維とＳｉＣ粒子を含む成形体にＳｉを含浸
させて形成されるＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合体等
が知られている。しかし、このようなＳｉＣ繊維強化Ｓ
ｉ−ＳｉＣ複合体は、耐酸化性、耐クリープ性、耐スポ
ーリング性等には優れるものの、ＳｉＣ繊維はＳｉ−Ｓ
ｉＣ等との潤滑性に劣るため、母体と繊維間の引き抜き
効果が小さいことから、Ｃ／Ｃコンポジットに比べて靭
性に劣り、そのため耐衝撃性が低く、また、一部に炭素
繊維を使用しているので酸素の存在下では、容易に燃焼
してしまうという問題がある。
【０００６】 ところで、本発明者らは、先に、Ｓｉ−
ＳｉＣ系複合材料と称される、５５重量％〜７５重量％
の炭素と、１重量％〜１０重量％の珪素と、１０重量％
〜５０重量％の炭化珪素とから構成され、少なくとも炭
素繊維の束と炭素繊維以外の炭素成分とを含有するヤー
ンが層方向に配向しつつ三次元的に組み合わされ、互い
に分離しないように一体化されているヤーン集合体と、
このヤーン集合体中で隣り合う前記ヤーンの間に充填さ
れているＳｉ−ＳｉＣ系材料からなるマトリックスとを
備え、０．０５〜０．６の動摩擦係数と、０．５％〜１
０％に制御された気孔率とを有する複合材料や、ＳｉＣ
系複合材料と称される、炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維
以外の炭素成分とから構成され、骨格部と骨格部の周囲
に形成されマトリックスとからなる構造を有するＳｉＣ
−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料であって、炭化珪素の少
なくとも５０％はβ型で、骨格部は、炭素繊維と炭素繊
維以外の炭素成分により形成されており、その骨格部の
一部分には炭化珪素が存在していてもよく、マトリック
スは、炭化珪素により形成され、前記マトリックスと前
記骨格部とは一体的に形成されており、かつ、前記複合
材料は０．５％〜５％の気孔率と二山型の平均気孔径の
分布を有する複合材料を利用した耐酸化性炭素質材料を
提案している。しかし、部材の表面全体を少なくとも耐
酸化性の担保と金属溶湯への金属珪素の混入を完全に回
避するために炭化珪素で完全に覆うことが要求される。
従って、厳格な工程管理が要求されるために、どうして
もコスト高とならざるを得ないという問題がある。
ＳｉＣ系複合材料と称される、５５重量％〜７５重量％
の炭素と、１重量％〜１０重量％の珪素と、１０重量％
〜５０重量％の炭化珪素とから構成され、少なくとも炭
素繊維の束と炭素繊維以外の炭素成分とを含有するヤー
ンが層方向に配向しつつ三次元的に組み合わされ、互い
に分離しないように一体化されているヤーン集合体と、
このヤーン集合体中で隣り合う前記ヤーンの間に充填さ
れているＳｉ−ＳｉＣ系材料からなるマトリックスとを
備え、０．０５〜０．６の動摩擦係数と、０．５％〜１
０％に制御された気孔率とを有する複合材料や、ＳｉＣ
系複合材料と称される、炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維
以外の炭素成分とから構成され、骨格部と骨格部の周囲
に形成されマトリックスとからなる構造を有するＳｉＣ
−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料であって、炭化珪素の少
なくとも５０％はβ型で、骨格部は、炭素繊維と炭素繊
維以外の炭素成分により形成されており、その骨格部の
一部分には炭化珪素が存在していてもよく、マトリック
スは、炭化珪素により形成され、前記マトリックスと前
記骨格部とは一体的に形成されており、かつ、前記複合
材料は０．５％〜５％の気孔率と二山型の平均気孔径の
分布を有する複合材料を利用した耐酸化性炭素質材料を
提案している。しかし、部材の表面全体を少なくとも耐
酸化性の担保と金属溶湯への金属珪素の混入を完全に回
避するために炭化珪素で完全に覆うことが要求される。
従って、厳格な工程管理が要求されるために、どうして
もコスト高とならざるを得ないという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は上記した従
来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、高温における高強度（高い耐熱衝撃性）と、
材料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃性、耐摩耗
性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射線性）等に
加え、省エネルギー、容作業性の観点から軽量性を併せ
充足するとともに、より合理的な価格で、大気中でも、
８００℃以上の高温でも長時間実質的に酸化されること
がなく、耐酸化性炭素質材料等として使用可能な新規な
耐酸化性炭素質材料および同耐酸化性炭素質材料の製造
方法を提供することにある。
来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、高温における高強度（高い耐熱衝撃性）と、
材料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃性、耐摩耗
性）、耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射線性）等に
加え、省エネルギー、容作業性の観点から軽量性を併せ
充足するとともに、より合理的な価格で、大気中でも、
８００℃以上の高温でも長時間実質的に酸化されること
がなく、耐酸化性炭素質材料等として使用可能な新規な
耐酸化性炭素質材料および同耐酸化性炭素質材料の製造
方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 本発明者等は、上記の
様な現状に鑑みて種々検討した結果、８００℃以上の高
温に長時間曝されても、実質的に酸化されることのな
い、炭化珪素からなる耐酸化保護層で被覆されているこ
とを特徴とする耐酸化性炭素質材料により上記の目的が
達成されることを見出して、本発明を完成させたもので
ある。さらに、炭素質材料の少なくとも表面に金属珪素
とフェノール樹脂とからなるコート剤を所望の厚さに塗
布し、次いで、コート剤が塗布された炭素質材料を、不
活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼し、該フェノール
樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で１４２０℃〜２２
００℃に昇温し、同温度範囲で実質的に金属珪素を全量
炭素と反応させて、炭化珪素からなる耐酸化保護層を形
成させることにより、大気の存在下でも８００℃以上の
高温に長時間曝されても実質的に酸化されることのない
炭化珪素からなる耐酸化保護層で表面を被覆することを
特徴とする耐酸化性炭素質材料の製造方法により、上記
の目的を達成することを見出して、本発明を完成させた
ものである。
様な現状に鑑みて種々検討した結果、８００℃以上の高
温に長時間曝されても、実質的に酸化されることのな
い、炭化珪素からなる耐酸化保護層で被覆されているこ
とを特徴とする耐酸化性炭素質材料により上記の目的が
達成されることを見出して、本発明を完成させたもので
ある。さらに、炭素質材料の少なくとも表面に金属珪素
とフェノール樹脂とからなるコート剤を所望の厚さに塗
布し、次いで、コート剤が塗布された炭素質材料を、不
活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼し、該フェノール
樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で１４２０℃〜２２
００℃に昇温し、同温度範囲で実質的に金属珪素を全量
炭素と反応させて、炭化珪素からなる耐酸化保護層を形
成させることにより、大気の存在下でも８００℃以上の
高温に長時間曝されても実質的に酸化されることのない
炭化珪素からなる耐酸化保護層で表面を被覆することを
特徴とする耐酸化性炭素質材料の製造方法により、上記
の目的を達成することを見出して、本発明を完成させた
ものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】 本発明に係る耐酸化性炭素質材
料は、その基材として、炭素、炭素繊維、Ｃ／Ｃコンポ
ジットと称される複合炭素繊維は、勿論、このＣ／Ｃコ
ンポジットにＳｉを含浸させた複合材料も原料として使
用可能である。本発明に使用する炭素質材料としては、
先ず第１に、炭素そのものが挙げられる。なお、必ずし
も炭素はグラファイト化していなくともよく、無定形な
炭素であってもよい。特に無定形炭素の場合には、最終
用途に応じた形状を有する成形品を常法、例えば、金型
を使用して、所望の形状を有する成形品を製造し、この
ものをそのまま基材として使用してもよい。この場合に
は、複雑形状を有する部材でも、容易に製造できるとい
う効果がある。勿論、用途に応じて、炭素繊維を使用し
てもよい。このような炭素繊維としては、その製法、使
用原料を問わず使用可能である。実際の使用に際して
は、バインダー等を用いて、炭素繊維を所定形状に成形
して使用する。耐久性の点から以下にいうＣ／Ｃコンポ
ジットが好ましい。
料は、その基材として、炭素、炭素繊維、Ｃ／Ｃコンポ
ジットと称される複合炭素繊維は、勿論、このＣ／Ｃコ
ンポジットにＳｉを含浸させた複合材料も原料として使
用可能である。本発明に使用する炭素質材料としては、
先ず第１に、炭素そのものが挙げられる。なお、必ずし
も炭素はグラファイト化していなくともよく、無定形な
炭素であってもよい。特に無定形炭素の場合には、最終
用途に応じた形状を有する成形品を常法、例えば、金型
を使用して、所望の形状を有する成形品を製造し、この
ものをそのまま基材として使用してもよい。この場合に
は、複雑形状を有する部材でも、容易に製造できるとい
う効果がある。勿論、用途に応じて、炭素繊維を使用し
てもよい。このような炭素繊維としては、その製法、使
用原料を問わず使用可能である。実際の使用に際して
は、バインダー等を用いて、炭素繊維を所定形状に成形
して使用する。耐久性の点から以下にいうＣ／Ｃコンポ
ジットが好ましい。
【００１０】 上述の如く、このＣ／Ｃコンポジットに
Ｓｉを含浸させた複合材料も、本発明で使用可能であ
る。かかるＳｉを含浸させた複合材料としては、以下に
定義し、詳述するＳｉ−ＳｉＣ系複合材料、ＳｉＣ系複
合材料が好適に使用される。なお、ここで、本明細書に
おいては、炭素質材料とは、炭素、炭素繊維はいうまで
もなく、広義には、炭素繊維に含まれる、Ｃ／Ｃコンポ
ジットをも含むものである。加えて、このＣ／Ｃコンポ
ジットに所定量の金属珪素を含浸して得られる、特定の
加工をした炭素質材料である、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料
もＳｉＣ系複合材料も炭素質材料に含むものである。こ
れらのものの性状、製造方法等については以下に詳述す
ることとする。なお、称呼上の混乱を避けるために、本
明細書の以下の記述においては、炭素質材料とは、炭
素、炭素繊維、Ｃ／Ｃコンポジット、Ｓｉ−ＳｉＣ系複
合材料、およびＳｉＣ系複合材料をも包含する広義の用
語として使用する。従って、本発明においては、基材と
しては、炭素のみならず、炭素繊維、同繊維を用いた各
種複合材料も使用可能である。
Ｓｉを含浸させた複合材料も、本発明で使用可能であ
る。かかるＳｉを含浸させた複合材料としては、以下に
定義し、詳述するＳｉ−ＳｉＣ系複合材料、ＳｉＣ系複
合材料が好適に使用される。なお、ここで、本明細書に
おいては、炭素質材料とは、炭素、炭素繊維はいうまで
もなく、広義には、炭素繊維に含まれる、Ｃ／Ｃコンポ
ジットをも含むものである。加えて、このＣ／Ｃコンポ
ジットに所定量の金属珪素を含浸して得られる、特定の
加工をした炭素質材料である、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料
もＳｉＣ系複合材料も炭素質材料に含むものである。こ
れらのものの性状、製造方法等については以下に詳述す
ることとする。なお、称呼上の混乱を避けるために、本
明細書の以下の記述においては、炭素質材料とは、炭
素、炭素繊維、Ｃ／Ｃコンポジット、Ｓｉ−ＳｉＣ系複
合材料、およびＳｉＣ系複合材料をも包含する広義の用
語として使用する。従って、本発明においては、基材と
しては、炭素のみならず、炭素繊維、同繊維を用いた各
種複合材料も使用可能である。
【００１１】 本明細書において、Ｃ／Ｃコンポジット
とは、炭素繊維の束のマトリックスとして作用する粉末
状のバインダーであって、焼成後には炭素繊維の束に対
して遊離炭素となるピッチ、コークス類を包含させ、さ
らに必要に応じてフェノール樹脂粉末等を含有させるこ
とによって、炭素繊維束を調製し、この炭素繊維束の周
囲に、熱可塑性樹脂等のプラスチックからなる柔軟な被
膜を形成し、柔軟性中間材としてのプレフォームドヤー
ンを得る。このプレフォームドヤーンを、特開平２−８
０６３９号公報に記載されている方法によりシート状ま
たは織布状にし、必要量を積層した後、ホットプレスで
成形し得られた成形体、または、この成形体を焼成して
得られる焼成体をいう。すなわち、本発明においてＣ／
Ｃコンポジットとは、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素と
から構成され、該炭素繊維は、特定の本数からなる炭素
繊維束からなる積層構造を構成しており、炭素繊維以外
の炭素はマトリックスを形成して、該積層構造と積層構
造との間の空隙を埋めている構造を有する、特定積層構
造とマトリックスの構造からなることを特徴とする複合
材料をいう。
とは、炭素繊維の束のマトリックスとして作用する粉末
状のバインダーであって、焼成後には炭素繊維の束に対
して遊離炭素となるピッチ、コークス類を包含させ、さ
らに必要に応じてフェノール樹脂粉末等を含有させるこ
とによって、炭素繊維束を調製し、この炭素繊維束の周
囲に、熱可塑性樹脂等のプラスチックからなる柔軟な被
膜を形成し、柔軟性中間材としてのプレフォームドヤー
ンを得る。このプレフォームドヤーンを、特開平２−８
０６３９号公報に記載されている方法によりシート状ま
たは織布状にし、必要量を積層した後、ホットプレスで
成形し得られた成形体、または、この成形体を焼成して
得られる焼成体をいう。すなわち、本発明においてＣ／
Ｃコンポジットとは、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素と
から構成され、該炭素繊維は、特定の本数からなる炭素
繊維束からなる積層構造を構成しており、炭素繊維以外
の炭素はマトリックスを形成して、該積層構造と積層構
造との間の空隙を埋めている構造を有する、特定積層構
造とマトリックスの構造からなることを特徴とする複合
材料をいう。
【００１２】 基本素材として使用するＣ／Ｃコンポジ
ットとしては、直径が１０μｍ前後の炭素繊維を、通
常、数百本〜数万本束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、
この繊維束を熱可塑性樹脂で被覆して調製した柔軟性糸
状中間材を得、これを特開平２−８０６３９号公報に記
載されている方法によりシート状にし、このシート状と
したものを二次元または三次元方向に配列して一方向シ
ート（ＵＤシート）や各種クロスとしたり、また上記シ
ートやクロスを積層したりすることにより、所定形状の
予備成形体（繊維プリフォーム）を形成し、該予備成形
体の繊維束の外周に形成されている有機物からなる熱可
塑性樹脂等の被膜を焼成し、上記の同皮膜を炭化除去し
たものを使用すればよい。なお、本明細書に於いて、参
考のために特開平２−８０６３９号公報の記載を引用す
る。本発明に於いて使用するＣ／Ｃコンポジットは、上
記ヤーン中の炭素繊維以外の炭素成分は、好ましくは炭
素粉末であり、特に好ましくは黒鉛化した炭素粉末であ
る。
ットとしては、直径が１０μｍ前後の炭素繊維を、通
常、数百本〜数万本束ねて繊維束（ヤーン）を形成し、
この繊維束を熱可塑性樹脂で被覆して調製した柔軟性糸
状中間材を得、これを特開平２−８０６３９号公報に記
載されている方法によりシート状にし、このシート状と
したものを二次元または三次元方向に配列して一方向シ
ート（ＵＤシート）や各種クロスとしたり、また上記シ
ートやクロスを積層したりすることにより、所定形状の
予備成形体（繊維プリフォーム）を形成し、該予備成形
体の繊維束の外周に形成されている有機物からなる熱可
塑性樹脂等の被膜を焼成し、上記の同皮膜を炭化除去し
たものを使用すればよい。なお、本明細書に於いて、参
考のために特開平２−８０６３９号公報の記載を引用す
る。本発明に於いて使用するＣ／Ｃコンポジットは、上
記ヤーン中の炭素繊維以外の炭素成分は、好ましくは炭
素粉末であり、特に好ましくは黒鉛化した炭素粉末であ
る。
【００１３】 本発明において、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材
料とは、５５重量％〜７５重量％の炭素と、１重量％〜
１０重量％の珪素と、１０重量％〜５０重量％の炭化珪
素とから構成され、少なくとも炭素繊維の束と炭素繊維
以外の炭素成分とを含有するヤーンが層方向に配向しつ
つ三次元的に組み合わされ、互いに分離しないように一
体化されているヤーン集合体と、このヤーン集合体中で
隣り合う前記ヤーンの間に充填されているＳｉ−ＳｉＣ
系材料からなるマトリックスとを備え、０．０５〜０．
６の動摩擦係数と、０．５％〜１０％に制御された気孔
率とを有する複合材料をいう。この材料は、平成１０年
９月４日付けの出願に係る特願平１０−２６７４０２号
に開示された方法により製造することができる。従っ
て、特願平１０−２６７４０２号の内容をここに引用す
る。なお、ヤーン集合体の構造は図１に、また、Ｓｉ−
ＳｉＣ系複合材料の断面構造は図２に示す。
料とは、５５重量％〜７５重量％の炭素と、１重量％〜
１０重量％の珪素と、１０重量％〜５０重量％の炭化珪
素とから構成され、少なくとも炭素繊維の束と炭素繊維
以外の炭素成分とを含有するヤーンが層方向に配向しつ
つ三次元的に組み合わされ、互いに分離しないように一
体化されているヤーン集合体と、このヤーン集合体中で
隣り合う前記ヤーンの間に充填されているＳｉ−ＳｉＣ
系材料からなるマトリックスとを備え、０．０５〜０．
６の動摩擦係数と、０．５％〜１０％に制御された気孔
率とを有する複合材料をいう。この材料は、平成１０年
９月４日付けの出願に係る特願平１０−２６７４０２号
に開示された方法により製造することができる。従っ
て、特願平１０−２６７４０２号の内容をここに引用す
る。なお、ヤーン集合体の構造は図１に、また、Ｓｉ−
ＳｉＣ系複合材料の断面構造は図２に示す。
【００１４】 なお、ここで、Ｓｉ−ＳｉＣ系材料と
は、未反応の状態で残存する珪素からなる珪素相からほ
ぼ純粋な炭化珪素に至るまでの、いくつかの相異なる相
を含む、典型的には珪素相と炭化珪素相からなるが、炭
化珪素相には、珪素の含有量が傾斜的に変化しているＳ
ｉＣ共存相を含みうるものをいう。従って、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ系材料とは、このようにＳｉ−ＳｉＣ系列において、
炭素の濃度として、０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％までの
範囲以内で含まれている材料の総称である。本発明に係
るＳｉ−ＳｉＣ系複合材料においては、マトリックス部
がＳｉ−ＳｉＣ系材料により形成されていることとな
る。
は、未反応の状態で残存する珪素からなる珪素相からほ
ぼ純粋な炭化珪素に至るまでの、いくつかの相異なる相
を含む、典型的には珪素相と炭化珪素相からなるが、炭
化珪素相には、珪素の含有量が傾斜的に変化しているＳ
ｉＣ共存相を含みうるものをいう。従って、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ系材料とは、このようにＳｉ−ＳｉＣ系列において、
炭素の濃度として、０ｍｏｌ％から５０ｍｏｌ％までの
範囲以内で含まれている材料の総称である。本発明に係
るＳｉ−ＳｉＣ系複合材料においては、マトリックス部
がＳｉ−ＳｉＣ系材料により形成されていることとな
る。
【００１５】 また、このＳｉ−ＳｉＣ系複合材料は、
好ましくは、ヤーンの表面から離れるのに従って珪素の
含有比率が上昇する傾斜組成を有するマトリックスを有
している。また、このＳｉ−ＳｉＣ系複合材料において
は、好ましくは、炭素繊維からなるヤーン集合体は、複
数のヤーン配列体から構成されており、各ヤーン配列体
はそれぞれ特定本数の炭素繊維を束ねて構成したヤーン
をほぼ平行に二次元的に配列することによって形成され
ており、各ヤーン配列体が積層されることによってヤー
ン集合体が構成されている。これによって、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ系複合材料は、複数層のヤーン配列体が特定方向に積
層された積層構造を有することになる。
好ましくは、ヤーンの表面から離れるのに従って珪素の
含有比率が上昇する傾斜組成を有するマトリックスを有
している。また、このＳｉ−ＳｉＣ系複合材料において
は、好ましくは、炭素繊維からなるヤーン集合体は、複
数のヤーン配列体から構成されており、各ヤーン配列体
はそれぞれ特定本数の炭素繊維を束ねて構成したヤーン
をほぼ平行に二次元的に配列することによって形成され
ており、各ヤーン配列体が積層されることによってヤー
ン集合体が構成されている。これによって、Ｓｉ−Ｓｉ
Ｃ系複合材料は、複数層のヤーン配列体が特定方向に積
層された積層構造を有することになる。
【００１６】 本発明において、ＳｉＣ系複合材料と
は、炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とか
ら構成され、骨格部と骨格部の周囲に形成されマトリッ
クスとからなる構造を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料であって、炭化珪素の少なくとも５０％はβ
型で、骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分に
より形成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素
が存在していてもよく、マトリックスは、炭化珪素によ
り形成され、前記マトリックスと前記骨格部とは一体的
に形成されており、かつ、前記複合材料は０．５％〜５
％の気孔率と二山型の平均気孔径の分布を有する複合材
料をいう。
は、炭化珪素と炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分とか
ら構成され、骨格部と骨格部の周囲に形成されマトリッ
クスとからなる構造を有するＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジッ
ト複合材料であって、炭化珪素の少なくとも５０％はβ
型で、骨格部は、炭素繊維と炭素繊維以外の炭素成分に
より形成されており、その骨格部の一部分には炭化珪素
が存在していてもよく、マトリックスは、炭化珪素によ
り形成され、前記マトリックスと前記骨格部とは一体的
に形成されており、かつ、前記複合材料は０．５％〜５
％の気孔率と二山型の平均気孔径の分布を有する複合材
料をいう。
【００１７】 従って、このＳｉＣ系複合材料は、骨格
部として、各炭素繊維が炭素繊維束から構成されている
Ｃ／Ｃコンポジットを用いており、そのため、その一部
にＳｉＣが形成されていても、各炭素繊維としては炭素
繊維としての構造が、破壊されることなく保持されてい
るために炭素繊維が炭化珪素化により短繊維化すること
がないので、原料であるＣ／Ｃコンポジットの有する機
械的強度がほぼ保持されるか、炭化珪素化により増大す
るという大きな特徴を有している。しかも、ヤーン集合
体中で隣り合うヤーンの間に、ＳｉＣ系材料からなるマ
トリックスが形成された複合構造を有している。この点
で、上記のＳｉ−ＳｉＣ系複合材料とは異なる。なお、
この材料は、平成１１年２月９日付けの出願に係る特願
平１１−３１９７９号に開示された方法により製造する
ことができる。従って、特願平１１−３１９７９号の内
容をここに引用する。なお、ＳｉＣ系材料の断面構造は
図３に示す。
部として、各炭素繊維が炭素繊維束から構成されている
Ｃ／Ｃコンポジットを用いており、そのため、その一部
にＳｉＣが形成されていても、各炭素繊維としては炭素
繊維としての構造が、破壊されることなく保持されてい
るために炭素繊維が炭化珪素化により短繊維化すること
がないので、原料であるＣ／Ｃコンポジットの有する機
械的強度がほぼ保持されるか、炭化珪素化により増大す
るという大きな特徴を有している。しかも、ヤーン集合
体中で隣り合うヤーンの間に、ＳｉＣ系材料からなるマ
トリックスが形成された複合構造を有している。この点
で、上記のＳｉ−ＳｉＣ系複合材料とは異なる。なお、
この材料は、平成１１年２月９日付けの出願に係る特願
平１１−３１９７９号に開示された方法により製造する
ことができる。従って、特願平１１−３１９７９号の内
容をここに引用する。なお、ＳｉＣ系材料の断面構造は
図３に示す。
【００１８】 本発明において、ＳｉＣ系材料とは、炭
素との結合度を異にする一連の炭化珪素を含有する材料
をいう。ＳｉＣ系複合材料の製造に際しては、Ｃ／Ｃコ
ンポジットに、金属珪素を含浸させるが、その際、金属
珪素はコンポジット内の炭素繊維を構成する炭素原子お
よび／または炭素繊維の表面に残存している遊離炭素原
子と反応し、一部が炭化されるために、Ｃ／Ｃコンポジ
ットの最表面や炭素繊維からなるヤーンとヤーンとの間
には、一部炭化された珪素が生成し、かくして上記のヤ
ーンとヤーンとの間には炭化珪素からなるマトリックス
が形成される。
素との結合度を異にする一連の炭化珪素を含有する材料
をいう。ＳｉＣ系複合材料の製造に際しては、Ｃ／Ｃコ
ンポジットに、金属珪素を含浸させるが、その際、金属
珪素はコンポジット内の炭素繊維を構成する炭素原子お
よび／または炭素繊維の表面に残存している遊離炭素原
子と反応し、一部が炭化されるために、Ｃ／Ｃコンポジ
ットの最表面や炭素繊維からなるヤーンとヤーンとの間
には、一部炭化された珪素が生成し、かくして上記のヤ
ーンとヤーンとの間には炭化珪素からなるマトリックス
が形成される。
【００１９】 このマトリックスにおいては、極微量の
珪素と炭素とが結合したが炭化珪素質の相から、純粋な
炭化珪素結晶相に至るまで、いくつかの相異なる相を含
みうる。しかし、このマトリックスには、Ｘ線による検
出限界（０．３重量％）以下の金属珪素しか含まれな
い。つまり、このマトリックスは、典型的には炭化珪素
相からなるが、炭化珪素相には、珪素の含有量が傾斜的
に変化しているＳｉＣ質相を含みうる。従って、ＳｉＣ
系材料とは、このようなＳｉＣ系相において、炭素の濃
度として、少なくとも０．０１ｍｏｌ％以上から５０ｍ
ｏｌ％までの範囲以内で含まれている材料の総称であ
る。なお、炭素濃度が、０．０１ｍｏｌ％未満に制御す
るには、Ｃ／Ｃコンポジット中の遊離炭素の量とに関係
で、添加する金属珪素の量の厳密な計量が要求されるこ
とと、最終工程での温度管理が複雑になるので実質的で
ない。従って、理論的には、炭素濃度を０．００１ｍｏ
ｌ％程度まで制御することは可能である。
珪素と炭素とが結合したが炭化珪素質の相から、純粋な
炭化珪素結晶相に至るまで、いくつかの相異なる相を含
みうる。しかし、このマトリックスには、Ｘ線による検
出限界（０．３重量％）以下の金属珪素しか含まれな
い。つまり、このマトリックスは、典型的には炭化珪素
相からなるが、炭化珪素相には、珪素の含有量が傾斜的
に変化しているＳｉＣ質相を含みうる。従って、ＳｉＣ
系材料とは、このようなＳｉＣ系相において、炭素の濃
度として、少なくとも０．０１ｍｏｌ％以上から５０ｍ
ｏｌ％までの範囲以内で含まれている材料の総称であ
る。なお、炭素濃度が、０．０１ｍｏｌ％未満に制御す
るには、Ｃ／Ｃコンポジット中の遊離炭素の量とに関係
で、添加する金属珪素の量の厳密な計量が要求されるこ
とと、最終工程での温度管理が複雑になるので実質的で
ない。従って、理論的には、炭素濃度を０．００１ｍｏ
ｌ％程度まで制御することは可能である。
【００２０】 次に、本発明に係る、大気の存在下で、
８００℃以上の高温に長時間曝されても実質的に酸化さ
れることのない、炭化珪素からなる耐酸化保護層で被覆
されている耐酸化性炭素質材料について説明する。本発
明に係るこの耐酸化性炭素質材料は、炭素質材料、通常
は、その使用態様に応じて、所望の形状、例えば、坩
堝、溶湯用ポンプ、各種窯用部材等の三角錐体等の形状
に予め成型した炭素質材料に、炭化珪素からなる耐酸化
性保護膜がその表面に形成されている材料をいう。ここ
で、大気の存在下で、８００℃以上の高温に長時間曝さ
れても実質的に酸化されないとは、所定の雰囲気下、例
えば、大気中で、所定の高温、例えば、８００℃の条件
下で、試料を少なくとも１００時間保持したときに、重
量の増減が０．５％以下、好ましくは、０．０５％未満
のことをいう。
８００℃以上の高温に長時間曝されても実質的に酸化さ
れることのない、炭化珪素からなる耐酸化保護層で被覆
されている耐酸化性炭素質材料について説明する。本発
明に係るこの耐酸化性炭素質材料は、炭素質材料、通常
は、その使用態様に応じて、所望の形状、例えば、坩
堝、溶湯用ポンプ、各種窯用部材等の三角錐体等の形状
に予め成型した炭素質材料に、炭化珪素からなる耐酸化
性保護膜がその表面に形成されている材料をいう。ここ
で、大気の存在下で、８００℃以上の高温に長時間曝さ
れても実質的に酸化されないとは、所定の雰囲気下、例
えば、大気中で、所定の高温、例えば、８００℃の条件
下で、試料を少なくとも１００時間保持したときに、重
量の増減が０．５％以下、好ましくは、０．０５％未満
のことをいう。
【００２１】 なお、炭化珪素からなる耐酸化性保護膜
の形成は、コート剤として、金属珪素とフェノール樹脂
とからなるコート剤を調製し、このコート剤で炭素質材
料を風乾した状態のコート層の厚さが５０μｍ〜５００
μｍとなるよう塗布し、かくして、コート層が形成され
た炭素質材料を不活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼
し、該フェノール樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で
１４２０℃〜２２００℃に昇温し、同温度範囲で実質的
に金属珪素を全量炭素と反応させることにより行う。金
属珪素とフェノール樹脂とからなるコート剤は、通常、
フェノール樹脂に金属珪素粉末（純度：９９．５％以
上）を重量比で２：１から１：２となるように添加して
調製すればよい。フェノール樹脂としては、レゾール型
とノボラック型の両方が使用可能であるが、コート剤と
しての粘度調整の点からは、レゾール型のものが好まし
い。
の形成は、コート剤として、金属珪素とフェノール樹脂
とからなるコート剤を調製し、このコート剤で炭素質材
料を風乾した状態のコート層の厚さが５０μｍ〜５００
μｍとなるよう塗布し、かくして、コート層が形成され
た炭素質材料を不活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼
し、該フェノール樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で
１４２０℃〜２２００℃に昇温し、同温度範囲で実質的
に金属珪素を全量炭素と反応させることにより行う。金
属珪素とフェノール樹脂とからなるコート剤は、通常、
フェノール樹脂に金属珪素粉末（純度：９９．５％以
上）を重量比で２：１から１：２となるように添加して
調製すればよい。フェノール樹脂としては、レゾール型
とノボラック型の両方が使用可能であるが、コート剤と
しての粘度調整の点からは、レゾール型のものが好まし
い。
【００２２】 金属珪素とフェノール樹脂とからなるコ
ート剤の調製は、常法に従えばよいが、コート剤中の金
属珪素の量は、重量比で、フェノール樹脂１に対して２
を超えると、コート時にひび割れが生ずることがあるの
で、好ましくない。勿論、適度な粘度を保持するよう
に、有機溶媒を加えてもよいが、その場合には、あまり
蒸発速度が速いものはさけることが必要である。コート
剤中の金属珪素の量は、重量比で、フェノール樹脂２に
対して１未満だと、過不足無く、金属珪素を炭化させる
ためには、フェノール樹脂から形成される主として無定
形の炭素の量が不足することがあるので好ましくない。
ート剤の調製は、常法に従えばよいが、コート剤中の金
属珪素の量は、重量比で、フェノール樹脂１に対して２
を超えると、コート時にひび割れが生ずることがあるの
で、好ましくない。勿論、適度な粘度を保持するよう
に、有機溶媒を加えてもよいが、その場合には、あまり
蒸発速度が速いものはさけることが必要である。コート
剤中の金属珪素の量は、重量比で、フェノール樹脂２に
対して１未満だと、過不足無く、金属珪素を炭化させる
ためには、フェノール樹脂から形成される主として無定
形の炭素の量が不足することがあるので好ましくない。
【００２３】 コート剤を塗布する方法には、特に限定
はないが、デッピング法、ローラーコート法、ドクター
ブレード、スピンコート法等を塗布する炭素質材料の性
質、形状等に応じて、使用すればよい。コート剤を塗布
後は、そのまま仮焼工程に供してもよいが、通常は、２
００℃程度で乾燥したのち、仮焼工程に供することが、
均一な保護膜を形成させる点からは、好ましい。つい
で、不活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼し、該フェ
ノール樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で１４２０℃
〜２２００℃に昇温し、同温度範囲で実質的に金属珪素
を全量炭素と反応させることにより、炭化珪素からなる
耐酸化保護層を形成する。かくして製造される本発明に
係る、大気の存在下で、８００℃以上、好ましくは、１
０００℃以上の高温に長時間曝しても、実質的に酸化さ
れることのない耐酸化保護層が形成された炭素質材料
は、基体として使用する炭素質材料が、軽量であること
に加え、耐衝撃性が強く、熱膨張係数も低く、これらの
性質をそのまま保持しつつ、堅牢な炭化珪素からなる耐
酸化性保護膜がその表面に形成されているので、大気中
でも高い耐酸化性を示すと共に、摩耗などの機械的作用
に起因する微粉末の発生も実質的にない。従って、アル
ミニウム溶湯用ポンプ、金属熱処理用セッター、耐熱チ
ェーン、貴金属溶解用坩堝等用として好適に使用でき
る。
はないが、デッピング法、ローラーコート法、ドクター
ブレード、スピンコート法等を塗布する炭素質材料の性
質、形状等に応じて、使用すればよい。コート剤を塗布
後は、そのまま仮焼工程に供してもよいが、通常は、２
００℃程度で乾燥したのち、仮焼工程に供することが、
均一な保護膜を形成させる点からは、好ましい。つい
で、不活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼し、該フェ
ノール樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で１４２０℃
〜２２００℃に昇温し、同温度範囲で実質的に金属珪素
を全量炭素と反応させることにより、炭化珪素からなる
耐酸化保護層を形成する。かくして製造される本発明に
係る、大気の存在下で、８００℃以上、好ましくは、１
０００℃以上の高温に長時間曝しても、実質的に酸化さ
れることのない耐酸化保護層が形成された炭素質材料
は、基体として使用する炭素質材料が、軽量であること
に加え、耐衝撃性が強く、熱膨張係数も低く、これらの
性質をそのまま保持しつつ、堅牢な炭化珪素からなる耐
酸化性保護膜がその表面に形成されているので、大気中
でも高い耐酸化性を示すと共に、摩耗などの機械的作用
に起因する微粉末の発生も実質的にない。従って、アル
ミニウム溶湯用ポンプ、金属熱処理用セッター、耐熱チ
ェーン、貴金属溶解用坩堝等用として好適に使用でき
る。
【００２４】
【実施例】 以下、本発明の具体的態様について実施例
によりさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超
えない限りこれらの実施例によって限定されるものでは
ない。実施例中の耐酸化特性の測定は下記の方法で行っ
た。
によりさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超
えない限りこれらの実施例によって限定されるものでは
ない。実施例中の耐酸化特性の測定は下記の方法で行っ
た。
【００２５】（耐酸化性の予備試験）試験試料を８００
℃に昇温した大気中に５分間試料を保持した後、重量を
測定し、試験前の重量と比較して、その減少率Ｗ2を下
記式により求めた。 Ｗ2＝（Ｗ0−Ｗ1）／Ｗ0×１００ 但し、式中Ｗ0は、耐酸化性試験前の重量を、Ｗ1は耐酸
化性試験後の重量を、Ｗ2は重量減少率を表す。
℃に昇温した大気中に５分間試料を保持した後、重量を
測定し、試験前の重量と比較して、その減少率Ｗ2を下
記式により求めた。 Ｗ2＝（Ｗ0−Ｗ1）／Ｗ0×１００ 但し、式中Ｗ0は、耐酸化性試験前の重量を、Ｗ1は耐酸
化性試験後の重量を、Ｗ2は重量減少率を表す。
【００２６】（耐酸化性の測定試験）試験試料を８００
℃に昇温した大気中に所定時間試料を保持した後、重量
を測定し、試験前の重量と比較して、その重量の増減率
Ｗ2'を下記式により求めた。 Ｗ2'＝（Ｗ0−Ｗ1）／Ｗ0×１００ 但し、式中Ｗ0は、耐酸化性試験前の重量を、Ｗ1は耐酸
化性試験後の重量を、Ｗ2'は重量の増減率を表す（減少
は、数字の前に−記号を付け区別した）。
℃に昇温した大気中に所定時間試料を保持した後、重量
を測定し、試験前の重量と比較して、その重量の増減率
Ｗ2'を下記式により求めた。 Ｗ2'＝（Ｗ0−Ｗ1）／Ｗ0×１００ 但し、式中Ｗ0は、耐酸化性試験前の重量を、Ｗ1は耐酸
化性試験後の重量を、Ｗ2'は重量の増減率を表す（減少
は、数字の前に−記号を付け区別した）。
【００２７】（製造例） （１）Ｓｉ−Ｃ．Ｃ．からなる金属熱処理用セッター用
部品の成形品の製造 先ず、炭素繊維の束とそのマトリックスとして作用する
粉末状のバインダーであって、焼成後には炭素繊維の束
に対して遊離炭素となるピッチ類とフェノール樹脂を含
有させ、炭素繊維束を調製し、この炭素繊維束の周囲
に、熱可塑性樹脂等のプラスチックからなる柔軟な被膜
を形成し、柔軟性中間材としてのプレフォームドヤーン
を得た。このプレフォームドヤーンを、特開平２−８０
６３９号公報に記載されている方法によりシート状に
し、必要量を積層した後、ホットプレスで金属熱処理用
セッターの部品としての形状に成形し、得られた成形体
を焼成して得られる焼成体を製造した。かくして製造さ
れた金属熱処理用セッター用部品は、炭素繊維と炭素繊
維以外の炭素とから構成され、該炭素繊維は、特定の本
数からなる炭素繊維束からなる積層構造を構成してお
り、炭素繊維以外の炭素は、マトリックスを形成して、
該積層構造と積層構造との間の空隙を埋めている構造を
有する、特定積層構造とマトリックスの構造からなる複
合材料であった。
部品の成形品の製造 先ず、炭素繊維の束とそのマトリックスとして作用する
粉末状のバインダーであって、焼成後には炭素繊維の束
に対して遊離炭素となるピッチ類とフェノール樹脂を含
有させ、炭素繊維束を調製し、この炭素繊維束の周囲
に、熱可塑性樹脂等のプラスチックからなる柔軟な被膜
を形成し、柔軟性中間材としてのプレフォームドヤーン
を得た。このプレフォームドヤーンを、特開平２−８０
６３９号公報に記載されている方法によりシート状に
し、必要量を積層した後、ホットプレスで金属熱処理用
セッターの部品としての形状に成形し、得られた成形体
を焼成して得られる焼成体を製造した。かくして製造さ
れた金属熱処理用セッター用部品は、炭素繊維と炭素繊
維以外の炭素とから構成され、該炭素繊維は、特定の本
数からなる炭素繊維束からなる積層構造を構成してお
り、炭素繊維以外の炭素は、マトリックスを形成して、
該積層構造と積層構造との間の空隙を埋めている構造を
有する、特定積層構造とマトリックスの構造からなる複
合材料であった。
【００２８】（２）コート剤の塗布 上記のように調製した金属熱処理用セッター用の部品の
成形品を、重量比で、金属珪素１とレゾール型フェノー
ル樹脂２の割合で混合して調製したコート剤に１５分間
浸漬した。浸漬後、２００℃で乾燥して、フェノール樹
脂を硬化させた。このものを炉内に収容し、アルゴン雰
囲気下で徐々に昇温し、約１０００℃に達したところ
で、その温度で約３時間保持し、フェノール樹脂を完全
に炭化させた。炭化操作が終了した時点で、炉内温度を
徐々に上げ、約１６００℃に達したところで、同温度で
３時間保持し、金属珪素を、炭素と完全に反応させて、
実質的に金属珪素と炭化珪素からなる層を形成した。こ
の操作により、所望とする金属熱処理用セッター用の部
品を製造した。この方法によれば、堅い炭化珪素層を含
む部材を所望の形に加工するための切断加工等の、後工
程を必要としないので、極めて経済的な方法であるとい
うことがいえる。
成形品を、重量比で、金属珪素１とレゾール型フェノー
ル樹脂２の割合で混合して調製したコート剤に１５分間
浸漬した。浸漬後、２００℃で乾燥して、フェノール樹
脂を硬化させた。このものを炉内に収容し、アルゴン雰
囲気下で徐々に昇温し、約１０００℃に達したところ
で、その温度で約３時間保持し、フェノール樹脂を完全
に炭化させた。炭化操作が終了した時点で、炉内温度を
徐々に上げ、約１６００℃に達したところで、同温度で
３時間保持し、金属珪素を、炭素と完全に反応させて、
実質的に金属珪素と炭化珪素からなる層を形成した。こ
の操作により、所望とする金属熱処理用セッター用の部
品を製造した。この方法によれば、堅い炭化珪素層を含
む部材を所望の形に加工するための切断加工等の、後工
程を必要としないので、極めて経済的な方法であるとい
うことがいえる。
【００２９】 かくして得られた金属熱処理用セッター
用の部品は、大気の存在下で、８００℃および１０００
℃の高温に１００時間曝しても実質的に酸化されること
ない耐酸化保護層で被覆されていた。即ち、かくして得
られたセッター用の部品から試験片を切り出して上記の
耐酸化性の予備試験に供した。比較として、同じ大きさ
のＳｉ−ＳｉＣ系複合材料の試験片を同様に予備試験に
供した。予備試験の結果は、炭化珪素からなる耐酸化性
保護膜を形成させた本発明に係る試験片では、全く重量
減少は認められなかった。しかし、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合
材料の試験片では、約３３％の重量の減少が認められ
た。更に、セッター用の部品から切り出した試験片を本
試験に供したが、その結果では、８００℃、１０００℃
の両温度において、１００時間曝しても、試験片には、
重量減は全く認められなかった。
用の部品は、大気の存在下で、８００℃および１０００
℃の高温に１００時間曝しても実質的に酸化されること
ない耐酸化保護層で被覆されていた。即ち、かくして得
られたセッター用の部品から試験片を切り出して上記の
耐酸化性の予備試験に供した。比較として、同じ大きさ
のＳｉ−ＳｉＣ系複合材料の試験片を同様に予備試験に
供した。予備試験の結果は、炭化珪素からなる耐酸化性
保護膜を形成させた本発明に係る試験片では、全く重量
減少は認められなかった。しかし、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合
材料の試験片では、約３３％の重量の減少が認められ
た。更に、セッター用の部品から切り出した試験片を本
試験に供したが、その結果では、８００℃、１０００℃
の両温度において、１００時間曝しても、試験片には、
重量減は全く認められなかった。
【００３０】
【発明の効果】 上記の試験結果から明らかなように、
本発明に係る耐酸化保護層で被覆された炭素質材料の場
合には、高温における高強度（高い耐熱衝撃性）と、材
料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃性、耐摩耗性）、
耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射線性）等に優れて
いることはいうまでもない。加え、基体として、極めて
入手が容易な無定形炭素が使用可能であることから、極
めて安価に、耐酸化性の高い材料、ひいては、耐酸化性
の高い部材そのものを極めて簡単な工程で製造できると
いう優れた効果を発揮する。また、使用条件等の各種要
件に応じて、基材としてＣ／Ｃコンポジット、あるい
は、同コンポジットに金属珪素を含浸処理して製造した
Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料、またはＳｉＣ系複合材料を使
用することにより、耐高温特性に加えて、軽量で、容作
業性が要求される分野、アルミ溶湯用部材、例えば、溶
湯用撹拌用部材等として極めて優れた材料であることは
いうまでもない。
本発明に係る耐酸化保護層で被覆された炭素質材料の場
合には、高温における高強度（高い耐熱衝撃性）と、材
料としての高い信頼性（靱性、耐衝撃性、耐摩耗性）、
耐環境性（耐食性、耐酸化性、耐放射線性）等に優れて
いることはいうまでもない。加え、基体として、極めて
入手が容易な無定形炭素が使用可能であることから、極
めて安価に、耐酸化性の高い材料、ひいては、耐酸化性
の高い部材そのものを極めて簡単な工程で製造できると
いう優れた効果を発揮する。また、使用条件等の各種要
件に応じて、基材としてＣ／Ｃコンポジット、あるい
は、同コンポジットに金属珪素を含浸処理して製造した
Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料、またはＳｉＣ系複合材料を使
用することにより、耐高温特性に加えて、軽量で、容作
業性が要求される分野、アルミ溶湯用部材、例えば、溶
湯用撹拌用部材等として極めて優れた材料であることは
いうまでもない。
【図１】 本発明に係る耐酸化保護層を有する炭素質材
料の基体の１つとして使用する、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材
料およびＳｉＣ系複合材料の基本構造をなすヤーン集合
体の構造を模式的に示す斜視図である。
料の基体の１つとして使用する、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材
料およびＳｉＣ系複合材料の基本構造をなすヤーン集合
体の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】 （ａ）は、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料を図１の
ＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場合の断面図であり、
（ｂ）は、同材料を図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線で切断した
場合の断面図である。
ＩＩａ−ＩＩａ線で切断した場合の断面図であり、
（ｂ）は、同材料を図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線で切断した
場合の断面図である。
【図３】 （ａ）は、ＳｉＣ系複合材料を図１のＩＩａ
−ＩＩａ線で切断した場合の断面図であり、（ｂ）は、
同材料を図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線で切断した場合の断面
図である。
−ＩＩａ線で切断した場合の断面図であり、（ｂ）は、
同材料を図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線で切断した場合の断面
図である。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅおよび１Ｆ…ヤーン配列
体、２Ａ…ヤーン、２Ｂ…ヤーン、３…繊維束（ヤー
ン）、４Ａ…炭化珪素相、４Ｂ…炭化珪素相、４Ｃ…炭
化珪素相、５Ａ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、５Ｂ…Ｓｉ−
ＳｉＣ系材料相、５Ｃ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、６…ヤ
ーン集合体、７…繊維複合材料、８Ａ…マトリックス、
８Ｂ…マトリックス、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１
Ｄ、１１Ｅおよび１１Ｆ…ヤーン配列体、１２Ａ…ヤー
ン、１２Ｂ…ヤーン、１３…繊維束（ヤーン）、１４…
炭化珪素相、１５…空隙、１６…ヤーン集合体、１７…
繊維複合材料、１８Ａ…マトリックス、１８Ｂ…マトリ
ックス、１９…小突起。
体、２Ａ…ヤーン、２Ｂ…ヤーン、３…繊維束（ヤー
ン）、４Ａ…炭化珪素相、４Ｂ…炭化珪素相、４Ｃ…炭
化珪素相、５Ａ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、５Ｂ…Ｓｉ−
ＳｉＣ系材料相、５Ｃ…Ｓｉ−ＳｉＣ系材料相、６…ヤ
ーン集合体、７…繊維複合材料、８Ａ…マトリックス、
８Ｂ…マトリックス、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１
Ｄ、１１Ｅおよび１１Ｆ…ヤーン配列体、１２Ａ…ヤー
ン、１２Ｂ…ヤーン、１３…繊維束（ヤーン）、１４…
炭化珪素相、１５…空隙、１６…ヤーン集合体、１７…
繊維複合材料、１８Ａ…マトリックス、１８Ｂ…マトリ
ックス、１９…小突起。
Claims (6)
- 【請求項１】 ８００℃以上の高温でも実質的に酸化さ
れることのない炭化珪素からなる耐酸化保護層で被覆さ
れて炭素質材料からなることを特徴とする耐酸化性炭素
質材料。 - 【請求項２】 該炭素質材料が炭素、Ｃ／Ｃコンポジッ
ト、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料、またはＳｉＣ系複合材料
から選ばれた炭素質材料であることを特徴とする請求項
１に記載の耐酸化性炭素質材料。 - 【請求項３】 該耐酸化性炭素質材料が成形品であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の耐酸化性炭素質材料。 - 【請求項４】 炭素質材料の少なくとも表面の一部に金
属珪素とフェノール樹脂とからなるコート剤を塗布し、
不活性雰囲気中で１０００℃以下で仮焼し、該フェノー
ル樹脂を炭化し、次いで、同雰囲気下で１４２０℃〜２
２００℃に昇温し、同温度範囲で実質的に金属珪素を全
量炭素と反応させて、炭化珪素からなる耐酸化保護層を
形成させることにより、大気の存在下でも８００℃以上
の高温に長時間曝されても実質的に酸化されることのな
い炭化珪素からなる耐酸化保護層で表面を被覆すること
を特徴とする耐酸化性炭素質材料の製造方法。 - 【請求項５】 コート剤の塗布する厚さが５０μｍ〜５
００μｍであることを特徴とする請求項４に記載の耐酸
化性炭素質材料の製造方法。 - 【請求項６】 該該炭素質材料が炭素、Ｃ／Ｃコンポジ
ット、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料、またはＳｉＣ系複合材
料から選ばれた炭素質材料であることを特徴とする請求
項４または５に記載の耐酸化性炭素質材料の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081162A JP2001261470A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 耐酸化性炭素質材料およびその製造方法 |
| US09/802,581 US20010024726A1 (en) | 2000-03-23 | 2001-03-08 | Oxidation resistant carbonaceous material and method for producing the same |
| EP01106477A EP1136463A2 (en) | 2000-03-23 | 2001-03-22 | Oxidation resistant carbonaceous material and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081162A JP2001261470A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 耐酸化性炭素質材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001261470A true JP2001261470A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18598131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000081162A Withdrawn JP2001261470A (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 耐酸化性炭素質材料およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20010024726A1 (ja) |
| EP (1) | EP1136463A2 (ja) |
| JP (1) | JP2001261470A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102012004B1 (ko) * | 2018-05-31 | 2019-08-19 | 한전원자력연료 주식회사 | 내 산화층이 형성된 탄화규소 소결체 및 이의 제조방법 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4647053B2 (ja) * | 1999-02-09 | 2011-03-09 | 日本碍子株式会社 | ＳｉＣ−Ｃ／Ｃコンポジット複合材料、その用途、およびその製造方法 |
| GB2410455B (en) * | 2003-10-11 | 2006-10-11 | Pyrotek Engineering Materials | Casting ladle |
| KR100588342B1 (ko) * | 2003-11-26 | 2006-06-12 | 주식회사 데크 | 동력전달용 클러치 |
| FR2974751B1 (fr) * | 2011-05-06 | 2013-06-14 | Roxel France | Nouvelles protections thermiques obtenues par procede d'enroulement filamentaire et leur utilisation |
| PL3180455T3 (pl) * | 2014-08-14 | 2020-07-13 | Pyrotek, Inc. | Ulepszony materiał dla wyposażenia do obróbki stopionego metalu |
-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000081162A patent/JP2001261470A/ja not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-03-08 US US09/802,581 patent/US20010024726A1/en not_active Abandoned
- 2001-03-22 EP EP01106477A patent/EP1136463A2/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102012004B1 (ko) * | 2018-05-31 | 2019-08-19 | 한전원자력연료 주식회사 | 내 산화층이 형성된 탄화규소 소결체 및 이의 제조방법 |
| WO2019231045A1 (ko) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | 한전원자력연료 주식회사 | 내 산화층이 형성된 탄화규소 소결체 및 이의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1136463A2 (en) | 2001-09-26 |
| US20010024726A1 (en) | 2001-09-27 |
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|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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