JP2002201071A - 炭化ケイ素材の製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素材の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 未反応カーボンの残存量が少ない、高純度の
炭化ケイ素材を得ることができる炭化ケイ素材の製造方
法を提供する。 【解決手段】 繊維厚さが１５０μｍ以下であるセルロ
ース繊維を、非酸化性雰囲気下にて、５００℃以上１５
００℃以下で加熱し、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以
上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下であるカーボン多孔質体を得
る第１の工程と、前記カーボン多孔質体を、シリコン元
素を含有する雰囲気下にてケイ化処理する第２の工程と
を含むことを特徴とする炭化ケイ素材の製造方法を用い
る。
炭化ケイ素材を得ることができる炭化ケイ素材の製造方
法を提供する。 【解決手段】 繊維厚さが１５０μｍ以下であるセルロ
ース繊維を、非酸化性雰囲気下にて、５００℃以上１５
００℃以下で加熱し、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以
上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下であるカーボン多孔質体を得
る第１の工程と、前記カーボン多孔質体を、シリコン元
素を含有する雰囲気下にてケイ化処理する第２の工程と
を含むことを特徴とする炭化ケイ素材の製造方法を用い
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化ケイ素材の製
造方法に関し、より詳細には、セルロース繊維を原料と
した炭化ケイ素材の製造方法に関する。
造方法に関し、より詳細には、セルロース繊維を原料と
した炭化ケイ素材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭化ケイ素材は、硬度が高く、耐熱性に
優れ、電気抵抗が大きい等の特性を有するものであるた
め、研磨材、耐火物、発熱体等に利用されている。しか
しながら、炭化ケイ素材は、上記のように、硬度が高い
という特性を有するため、成形加工性が悪く、脆いとい
う欠点を有している。
優れ、電気抵抗が大きい等の特性を有するものであるた
め、研磨材、耐火物、発熱体等に利用されている。しか
しながら、炭化ケイ素材は、上記のように、硬度が高い
という特性を有するため、成形加工性が悪く、脆いとい
う欠点を有している。
【０００３】従来、前記炭化ケイ素材の製造は、炭化ケ
イ素粉末を出発原料とした反応焼結法、カーボン成形体
を基材としてケイ化処理を行うカーボンケイ化法等によ
り行われていた。反応焼結法は、炭化ケイ素粉末を原料
として、結合剤等を添加して成形した後、非酸化性雰囲
気下にて、７００〜９００℃で仮焼し、その後、溶融シ
リコンを含浸させ、反応焼結させて、炭化ケイ素材を製
造する方法である。
イ素粉末を出発原料とした反応焼結法、カーボン成形体
を基材としてケイ化処理を行うカーボンケイ化法等によ
り行われていた。反応焼結法は、炭化ケイ素粉末を原料
として、結合剤等を添加して成形した後、非酸化性雰囲
気下にて、７００〜９００℃で仮焼し、その後、溶融シ
リコンを含浸させ、反応焼結させて、炭化ケイ素材を製
造する方法である。
【０００４】一方、カーボンケイ化法は、例えば、特開
平２−５６３０７号公報、特開昭６３−２４２９６９号
公報等に開示されているような方法が一般的である。す
なわち、黒鉛、ピッチ等のカーボン材による多孔質成形
体に溶融シリコンまたは一酸化ケイ素ガスを浸透させる
等の方法で、 Ｃ＋Ｓｉ→ＳｉＣ または ２Ｃ＋ＳｉＯ→ＳｉＣ＋Ｃ
Ｏ 等の反応により、カーボンをケイ化させる方法である。
平２−５６３０７号公報、特開昭６３−２４２９６９号
公報等に開示されているような方法が一般的である。す
なわち、黒鉛、ピッチ等のカーボン材による多孔質成形
体に溶融シリコンまたは一酸化ケイ素ガスを浸透させる
等の方法で、 Ｃ＋Ｓｉ→ＳｉＣ または ２Ｃ＋ＳｉＯ→ＳｉＣ＋Ｃ
Ｏ 等の反応により、カーボンをケイ化させる方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記反
応焼結法においては、原料である炭化ケイ素粉末が高価
であり、また、製品である炭化ケイ素材の純度は、前記
原料の純度に依存するものである。よって、高純度の炭
化ケイ素粉末が高価であるため、反応焼結法は、コスト
面からも、高純度の炭化ケイ素材を製造するのは困難で
ある。また、仮焼後の成形加工の際、結合剤の炭化によ
り硬度が増大するため、焼結前における加工性が悪く、
加工コストも高い等の課題を有するものであった。さら
に、高密度化のため、通常、原料の炭化ケイ素粉末とし
て、粒径数μｍの微粉と粒径数１０〜数１００μｍの粗
粉とを混合して用いるが、前記粗粉は、成形加工の際、
脱落しやすく、このことも難加工性の一因となってい
た。
応焼結法においては、原料である炭化ケイ素粉末が高価
であり、また、製品である炭化ケイ素材の純度は、前記
原料の純度に依存するものである。よって、高純度の炭
化ケイ素粉末が高価であるため、反応焼結法は、コスト
面からも、高純度の炭化ケイ素材を製造するのは困難で
ある。また、仮焼後の成形加工の際、結合剤の炭化によ
り硬度が増大するため、焼結前における加工性が悪く、
加工コストも高い等の課題を有するものであった。さら
に、高密度化のため、通常、原料の炭化ケイ素粉末とし
て、粒径数μｍの微粉と粒径数１０〜数１００μｍの粗
粉とを混合して用いるが、前記粗粉は、成形加工の際、
脱落しやすく、このことも難加工性の一因となってい
た。
【０００６】一方、前記カーボンケイ化法は、上記反応
式の反応速度が小さいため、緻密質のカーボンを完全に
ケイ化させることは困難であり、多くの場合は、カーボ
ンの表面のみがケイ化され、炭化ケイ素層が形成され
る。このため、カーボン−炭化ケイ素の複合材料として
しか製品化されていなかった。
式の反応速度が小さいため、緻密質のカーボンを完全に
ケイ化させることは困難であり、多くの場合は、カーボ
ンの表面のみがケイ化され、炭化ケイ素層が形成され
る。このため、カーボン−炭化ケイ素の複合材料として
しか製品化されていなかった。
【０００７】また、カーボンケイ化法においては、寸法
安定性、成形加工容易性等の観点から、カーボン材原料
に樹脂を添加して成形する方法が知られており、例え
ば、樹脂処理された紙等のセルローズシートによる成形
体を炭化させた後、炭化ケイ素材を得る方法が、特公昭
４９−３９８８７号公報に開示されている。しかしなが
ら、この方法によれば、得られる炭化体が高密度で、緻
密化されているため、内部まで完全にケイ化することは
困難であり、多層薄肉構造体としての炭化ケイ素材しか
得られない。
安定性、成形加工容易性等の観点から、カーボン材原料
に樹脂を添加して成形する方法が知られており、例え
ば、樹脂処理された紙等のセルローズシートによる成形
体を炭化させた後、炭化ケイ素材を得る方法が、特公昭
４９−３９８８７号公報に開示されている。しかしなが
ら、この方法によれば、得られる炭化体が高密度で、緻
密化されているため、内部まで完全にケイ化することは
困難であり、多層薄肉構造体としての炭化ケイ素材しか
得られない。
【０００８】そこで、本発明は、上記のような従来技術
における課題を解決するためになされたものであり、製
紙パルプ等のセルロース繊維を原料として、カーボンケ
イ化方法を利用することにより、未反応カーボンの残存
量が少ない、高純度の炭化ケイ素材を得ることができる
炭化ケイ素材の製造方法を提供することを目的とするも
のである。
における課題を解決するためになされたものであり、製
紙パルプ等のセルロース繊維を原料として、カーボンケ
イ化方法を利用することにより、未反応カーボンの残存
量が少ない、高純度の炭化ケイ素材を得ることができる
炭化ケイ素材の製造方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る炭化ケイ素
材の製造方法は、繊維厚さが１５０μｍ以下であるセル
ロース繊維を、非酸化性雰囲気下にて、５００℃以上１
５００℃以下で加熱し、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3
以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下であるカーボン多孔質体を
得る第１の工程と、前記カーボン多孔質体を、シリコン
元素を含有する雰囲気下にてケイ化処理する第２の工程
とを含むことを特徴とする。前記セルロース繊維を原料
として、上記のようなカーボン多孔質体を経て、ケイ化
させることにより、未反応カーボンの残存量が少ない、
高純度の炭化ケイ素材を得ることができる。
材の製造方法は、繊維厚さが１５０μｍ以下であるセル
ロース繊維を、非酸化性雰囲気下にて、５００℃以上１
５００℃以下で加熱し、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3
以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下であるカーボン多孔質体を
得る第１の工程と、前記カーボン多孔質体を、シリコン
元素を含有する雰囲気下にてケイ化処理する第２の工程
とを含むことを特徴とする。前記セルロース繊維を原料
として、上記のようなカーボン多孔質体を経て、ケイ化
させることにより、未反応カーボンの残存量が少ない、
高純度の炭化ケイ素材を得ることができる。
【００１０】前記セルロース繊維の繊維厚さは、５μｍ
以上８０μｍ以下であることが、より好ましい。上記範
囲内の繊維厚さであれば、現実的に繊維としての構造体
として存在し得るものであり、また、製造コスト、未反
応カーボンの残存量の低減の観点から好ましい。
以上８０μｍ以下であることが、より好ましい。上記範
囲内の繊維厚さであれば、現実的に繊維としての構造体
として存在し得るものであり、また、製造コスト、未反
応カーボンの残存量の低減の観点から好ましい。
【００１１】また、前記セルロース繊維の長さは、１．
５ｍｍ以上であることが好ましい。１．５ｍｍ以上の長
さのセルロース繊維を用いることにより、カーボン多孔
質体は、その取扱いが容易となる程度に強度が増大し、
また、より強度の高い炭化ケイ素材が得られる。
５ｍｍ以上であることが好ましい。１．５ｍｍ以上の長
さのセルロース繊維を用いることにより、カーボン多孔
質体は、その取扱いが容易となる程度に強度が増大し、
また、より強度の高い炭化ケイ素材が得られる。
【００１２】さらにまた、前記セルロース繊維は、製紙
用パルプであることが好ましい。炭化して得られるカー
ボン多孔質体のカサ密度が均一となり、また、取り扱い
が容易であること等を考慮したものである。
用パルプであることが好ましい。炭化して得られるカー
ボン多孔質体のカサ密度が均一となり、また、取り扱い
が容易であること等を考慮したものである。
【００１３】また、前記第１の工程により得られたカー
ボン多孔質体のカサ密度は、０．７０ｇ／ｃｍ3 以下で
あることが、より好ましい。カーボン多孔質体のカサ密
度が上記範囲内であれば、未反応カーボンの残存量が低
減される。
ボン多孔質体のカサ密度は、０．７０ｇ／ｃｍ3 以下で
あることが、より好ましい。カーボン多孔質体のカサ密
度が上記範囲内であれば、未反応カーボンの残存量が低
減される。
【００１４】前記第２の工程におけるケイ化処理は、溶
融シリコンと反応させること、または、一酸化ケイ素ガ
スと反応させることのいずれかであることが好ましい。
これらのケイ化処理方法は、内部においても未反応カー
ボンの残存量の少ない炭化ケイ素材を得るために好適な
方法である。
融シリコンと反応させること、または、一酸化ケイ素ガ
スと反応させることのいずれかであることが好ましい。
これらのケイ化処理方法は、内部においても未反応カー
ボンの残存量の少ない炭化ケイ素材を得るために好適な
方法である。
【００１５】前記製造方法においては、前記第１の工程
により得られたカーボン多孔質体は、ハロゲン系ガス雰
囲気下にて、１１００℃以上２０００℃以下で加熱し、
純化する工程を経た後、第２の工程に至ることが好まし
い。この工程は、より高純度の炭化ケイ素材を製造する
ための純化処理を行うものである。
により得られたカーボン多孔質体は、ハロゲン系ガス雰
囲気下にて、１１００℃以上２０００℃以下で加熱し、
純化する工程を経た後、第２の工程に至ることが好まし
い。この工程は、より高純度の炭化ケイ素材を製造する
ための純化処理を行うものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る炭化ケイ素材の製造方法は、まず、第１の
工程として、繊維厚さが１５０μｍ以下であるセルロー
ス繊維を、非酸化性雰囲気下にて、５００℃以上に加熱
し、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃ
ｍ3 以下であるカーボン多孔質体を得る。そして、第２
の工程として、前記カーボン多孔質体を、シリコン元素
を含有する雰囲気下にてケイ化処理を行う。本発明は、
セルロース繊維を原料として、炭化処理を行い、カサ密
度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下で
あるカーボン多孔質体を作製し、このカーボン多孔質体
をケイ化させることにより、未反応カーボンの残存量が
少ない、高純度の炭化ケイ素材を得るものである。
本発明に係る炭化ケイ素材の製造方法は、まず、第１の
工程として、繊維厚さが１５０μｍ以下であるセルロー
ス繊維を、非酸化性雰囲気下にて、５００℃以上に加熱
し、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃ
ｍ3 以下であるカーボン多孔質体を得る。そして、第２
の工程として、前記カーボン多孔質体を、シリコン元素
を含有する雰囲気下にてケイ化処理を行う。本発明は、
セルロース繊維を原料として、炭化処理を行い、カサ密
度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下で
あるカーボン多孔質体を作製し、このカーボン多孔質体
をケイ化させることにより、未反応カーボンの残存量が
少ない、高純度の炭化ケイ素材を得るものである。
【００１７】本発明において、原料として用いるセルロ
ース繊維は、植物の種子やじん皮、木材等の繊維であ
り、炭化して得られたカーボン多孔質体のカサ密度が均
一となるものを用いることが好ましい。また、取り扱い
が容易であること等を考慮して、製紙用パルプを用いる
ことが好ましい。
ース繊維は、植物の種子やじん皮、木材等の繊維であ
り、炭化して得られたカーボン多孔質体のカサ密度が均
一となるものを用いることが好ましい。また、取り扱い
が容易であること等を考慮して、製紙用パルプを用いる
ことが好ましい。
【００１８】前記セルロース繊維の繊維厚さとは、通
常、繊維の太さ意味するものであるが、例えば、繊維が
中空パイプ状である場合は、そのパイプ部分の肉厚をい
う。そのパイプ部分の内側もケイ化されることから、パ
イプ部分の太さよりも、むしろ、その肉厚を繊維厚さと
して捉える方が好ましいからである。本発明において
は、この繊維厚さは、１５０μｍ以下とする。繊維厚さ
が１５０μｍを超えると、炭化ケイ素材中に未反応カー
ボンが１重量％以上残存してしまう。また、セルロース
繊維の繊維厚さは、小さいほどよいが、５μｍ以上８０
μｍ以下であることがより好ましい。繊維厚さが５μｍ
未満であると、現実的に繊維としての構造体として存在
することが困難である。一方、繊維厚さが８０μｍを超
える場合は、製造コストの面から好ましくなく、８０μ
ｍ以下とすることにより、炭化ケイ素材中の未反応カー
ボンの残存量をより確実に低減させることができる。
常、繊維の太さ意味するものであるが、例えば、繊維が
中空パイプ状である場合は、そのパイプ部分の肉厚をい
う。そのパイプ部分の内側もケイ化されることから、パ
イプ部分の太さよりも、むしろ、その肉厚を繊維厚さと
して捉える方が好ましいからである。本発明において
は、この繊維厚さは、１５０μｍ以下とする。繊維厚さ
が１５０μｍを超えると、炭化ケイ素材中に未反応カー
ボンが１重量％以上残存してしまう。また、セルロース
繊維の繊維厚さは、小さいほどよいが、５μｍ以上８０
μｍ以下であることがより好ましい。繊維厚さが５μｍ
未満であると、現実的に繊維としての構造体として存在
することが困難である。一方、繊維厚さが８０μｍを超
える場合は、製造コストの面から好ましくなく、８０μ
ｍ以下とすることにより、炭化ケイ素材中の未反応カー
ボンの残存量をより確実に低減させることができる。
【００１９】また、前記セルロース繊維の長さは、１．
５ｍｍ以上であることが好ましい。１．５ｍｍ以上の長
さのセルロース繊維を用いることにより、カーボン多孔
質体は、その取扱いが容易となる程度に強度が増大し、
また、より強度の高い炭化ケイ素材が得られる。
５ｍｍ以上であることが好ましい。１．５ｍｍ以上の長
さのセルロース繊維を用いることにより、カーボン多孔
質体は、その取扱いが容易となる程度に強度が増大し、
また、より強度の高い炭化ケイ素材が得られる。
【００２０】前記セルロース繊維の炭化は、非酸化性雰
囲気下にて、５００℃以上１５００℃以下で加熱するこ
とにより行う。セルロース繊維中のカーボンが酸化され
ないようにするため、非酸化性雰囲気とする必要があ
り、通常、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲
気、真空または１０ｔｏｒｒ以下の減圧とする。また、
炭化温度は５００℃以上１５００℃以下とする。炭化温
度が５００℃未満では、炭化が十分に進行せず、第２の
工程で十分にケイ化されないこととなる。一方、炭化温
度が１５００℃を超えると、黒鉛化されるおそれがあ
り、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃ
ｍ3 以下であるカーボン多孔質体が得られない。
囲気下にて、５００℃以上１５００℃以下で加熱するこ
とにより行う。セルロース繊維中のカーボンが酸化され
ないようにするため、非酸化性雰囲気とする必要があ
り、通常、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲
気、真空または１０ｔｏｒｒ以下の減圧とする。また、
炭化温度は５００℃以上１５００℃以下とする。炭化温
度が５００℃未満では、炭化が十分に進行せず、第２の
工程で十分にケイ化されないこととなる。一方、炭化温
度が１５００℃を超えると、黒鉛化されるおそれがあ
り、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃ
ｍ3 以下であるカーボン多孔質体が得られない。
【００２１】第１の工程で得られるカーボン多孔質体
は、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃ
ｍ3 以下である。カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 未満で
あると、カーボン多孔質体が、構造体としての強度を維
持することが困難である。一方、カサ密度が０．８０ｇ
／ｃｍ3 を超えると、未反応カーボンの残存量が多くな
る。前記カサ密度は、より好ましくは、０．７０ｇ／ｃ
ｍ3 以下である。
は、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以上０．８０ｇ／ｃ
ｍ3 以下である。カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 未満で
あると、カーボン多孔質体が、構造体としての強度を維
持することが困難である。一方、カサ密度が０．８０ｇ
／ｃｍ3 を超えると、未反応カーボンの残存量が多くな
る。前記カサ密度は、より好ましくは、０．７０ｇ／ｃ
ｍ3 以下である。
【００２２】次に、前記カーボン多孔質体をケイ化させ
る第２の工程は、シリコン元素を含有する雰囲気下にて
行う。このケイ化処理は、ピッチ、カーボンブラック等
の通常の炭素材を原料とした場合のケイ化処理と同様に
行うことができる。その中でも特に、本発明において
は、溶融シリコンと反応させること、または、一酸化ケ
イ素ガスと反応させることのいずれかであることが好ま
しい。これらのケイ化処理方法は、カーボン多孔質体の
内部にまでシリコンを導入することができ、内部におい
ても未反応カーボンの残存量の少ない炭化ケイ素材を得
るために好適な方法である。
る第２の工程は、シリコン元素を含有する雰囲気下にて
行う。このケイ化処理は、ピッチ、カーボンブラック等
の通常の炭素材を原料とした場合のケイ化処理と同様に
行うことができる。その中でも特に、本発明において
は、溶融シリコンと反応させること、または、一酸化ケ
イ素ガスと反応させることのいずれかであることが好ま
しい。これらのケイ化処理方法は、カーボン多孔質体の
内部にまでシリコンを導入することができ、内部におい
ても未反応カーボンの残存量の少ない炭化ケイ素材を得
るために好適な方法である。
【００２３】溶融シリコンと反応させる方法としては、
具体的には、減圧雰囲気下、１４００℃以上、好ましく
は１６００℃程度で、カーボン多孔質体を溶融シリコン
中に浸漬し、カーボン多孔質体中に溶融シリコンを含浸
させた後、フッ硝酸液に浸漬し、未反応のシリコンを除
去することにより、炭化ケイ素材を得る。また、一酸化
ケイ素ガスと反応させる方法としては、具体的には、非
酸化性雰囲気下にて、１９００℃程度で、一酸化ケイ素
とカーボン多孔質体中のカーボンとを反応させ、炭化ケ
イ素材を得る。
具体的には、減圧雰囲気下、１４００℃以上、好ましく
は１６００℃程度で、カーボン多孔質体を溶融シリコン
中に浸漬し、カーボン多孔質体中に溶融シリコンを含浸
させた後、フッ硝酸液に浸漬し、未反応のシリコンを除
去することにより、炭化ケイ素材を得る。また、一酸化
ケイ素ガスと反応させる方法としては、具体的には、非
酸化性雰囲気下にて、１９００℃程度で、一酸化ケイ素
とカーボン多孔質体中のカーボンとを反応させ、炭化ケ
イ素材を得る。
【００２４】前記製造方法において、より高純度の炭化
ケイ素材を製造するためには、前記第１の工程により得
られたカーボン多孔質体を、ハロゲン系ガス雰囲気下に
て、１１００℃以上２０００℃以下に加熱し、純化する
工程を経た後、第２の工程に至ることが好ましい。この
純化処理は、ピッチ、カーボンブラック等の通常の炭素
材を原料とした場合の純化処理と同様に行うことができ
る。具体的には、塩素ガスまたは塩化水素ガス雰囲気下
にて、１１００℃以上２０００℃以下に加熱することに
より、第１の工程により得られたカーボン多孔質体中に
含まれるアルカリ金属等の不純物を除去する。純化処理
したカーボン多孔質体は、上記と同様の方法によりケイ
化処理を行うことにより、より高純度の炭化ケイ素材を
得ることができる。
ケイ素材を製造するためには、前記第１の工程により得
られたカーボン多孔質体を、ハロゲン系ガス雰囲気下に
て、１１００℃以上２０００℃以下に加熱し、純化する
工程を経た後、第２の工程に至ることが好ましい。この
純化処理は、ピッチ、カーボンブラック等の通常の炭素
材を原料とした場合の純化処理と同様に行うことができ
る。具体的には、塩素ガスまたは塩化水素ガス雰囲気下
にて、１１００℃以上２０００℃以下に加熱することに
より、第１の工程により得られたカーボン多孔質体中に
含まれるアルカリ金属等の不純物を除去する。純化処理
したカーボン多孔質体は、上記と同様の方法によりケイ
化処理を行うことにより、より高純度の炭化ケイ素材を
得ることができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明するが、本発明は下記の実施例により制限される
ものではない。 ［実施例１〜６］表１の実施例１〜６に示す繊維厚さで
あり、長さ３ｍｍのセルロース繊維を原料とした成形体
を１０００℃で炭化させ、カーボン多孔質体を得た。こ
のカーボン多孔質体のカサ密度を水中重量法（アルキメ
デス法）により測定した。次に、前記カーボン多孔質体
に、１６００℃で溶融シリコンを含浸させ、炭化ケイ素
材を得た。この炭化ケイ素材のカサ密度と気孔率を水中
重量法（アルキメデス法）により測定した。また、燃焼
加熱法により未反応カーボン量を測定した。これらの結
果を表１に示す。
に説明するが、本発明は下記の実施例により制限される
ものではない。 ［実施例１〜６］表１の実施例１〜６に示す繊維厚さで
あり、長さ３ｍｍのセルロース繊維を原料とした成形体
を１０００℃で炭化させ、カーボン多孔質体を得た。こ
のカーボン多孔質体のカサ密度を水中重量法（アルキメ
デス法）により測定した。次に、前記カーボン多孔質体
に、１６００℃で溶融シリコンを含浸させ、炭化ケイ素
材を得た。この炭化ケイ素材のカサ密度と気孔率を水中
重量法（アルキメデス法）により測定した。また、燃焼
加熱法により未反応カーボン量を測定した。これらの結
果を表１に示す。
【００２６】［比較例１〜３］表１の比較例１〜３に示
す繊維厚さであり、長さ３ｍｍのセルロース繊維を原料
として用い、それ以外については、実施例１と同様にし
て炭化ケイ素材を作製し、各種測定を行った。これらの
結果を表１に示す。なお、比較例３において得られた炭
化ケイ素材は、形崩れしてしまった。
す繊維厚さであり、長さ３ｍｍのセルロース繊維を原料
として用い、それ以外については、実施例１と同様にし
て炭化ケイ素材を作製し、各種測定を行った。これらの
結果を表１に示す。なお、比較例３において得られた炭
化ケイ素材は、形崩れしてしまった。
【００２７】［比較例４］バルク肉厚が２００μｍのピ
ッチを原料として用い、それ以外については、実施例１
と同様にして炭化ケイ素材を作製し、各種測定を行っ
た。これらの結果を表１に示す。
ッチを原料として用い、それ以外については、実施例１
と同様にして炭化ケイ素材を作製し、各種測定を行っ
た。これらの結果を表１に示す。
【００２８】［比較例５］バルク肉厚が２０μｍのカー
ボンブラックを原料として用い、実施例１と同様にして
カーボン多孔質体を作製し、カサ密度を測定した。この
結果を表１に示す。前記カーボン多孔質体に、１６００
℃で溶融シリコンを含浸させたところ、ケイ化部分と未
ケイ化部分とが分離し層状剥離を生じ、形状を維持する
ことができなかった。
ボンブラックを原料として用い、実施例１と同様にして
カーボン多孔質体を作製し、カサ密度を測定した。この
結果を表１に示す。前記カーボン多孔質体に、１６００
℃で溶融シリコンを含浸させたところ、ケイ化部分と未
ケイ化部分とが分離し層状剥離を生じ、形状を維持する
ことができなかった。
【００２９】［比較例６］バルク肉厚が７０μｍの等方
性炭素材を原料として用い、実施例１と同様にしてカー
ボン多孔質体を作製し、カサ密度を測定した。この結果
を表１に示す。前記カーボン多孔質体に、１６００℃で
溶融シリコンを含浸させたところ、カーボン多孔質体の
表面のみケイ化され、内部はケイ化されなかった。
性炭素材を原料として用い、実施例１と同様にしてカー
ボン多孔質体を作製し、カサ密度を測定した。この結果
を表１に示す。前記カーボン多孔質体に、１６００℃で
溶融シリコンを含浸させたところ、カーボン多孔質体の
表面のみケイ化され、内部はケイ化されなかった。
【００３０】
【表１】
【００３１】表１に示したように、繊維厚さが１５０μ
ｍ以下であるセルロース繊維を原料として用い、かつ、
得られたカーボン多孔質体のカサ密度が０．１０ｇ／ｃ
ｍ3以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下である場合（実施例１
〜６）は、未反応カーボン量が０．２５重量％以下であ
り、気孔率が０．４％以下の緻密な、より好ましい炭化
ケイ素材が得られた。一方、カーボン多孔質体のカサ密
度が０．８０ｇ／ｃｍ3 を超える場合（比較例１）、お
よび、繊維厚さが１５０μｍを超えるセルロース繊維を
原料として用いた場合（比較例２）は、得られた炭化ケ
イ素材中の未反応カーボン量が１重量％以上であった。
また、カーボン多孔質体のカサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ
3 未満である場合（比較例３）は、未反応カーボン量が
１重量％未満であり、最も少なかったが、炭化ケイ素材
の強度が小さく、形崩れしてしまった。
ｍ以下であるセルロース繊維を原料として用い、かつ、
得られたカーボン多孔質体のカサ密度が０．１０ｇ／ｃ
ｍ3以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下である場合（実施例１
〜６）は、未反応カーボン量が０．２５重量％以下であ
り、気孔率が０．４％以下の緻密な、より好ましい炭化
ケイ素材が得られた。一方、カーボン多孔質体のカサ密
度が０．８０ｇ／ｃｍ3 を超える場合（比較例１）、お
よび、繊維厚さが１５０μｍを超えるセルロース繊維を
原料として用いた場合（比較例２）は、得られた炭化ケ
イ素材中の未反応カーボン量が１重量％以上であった。
また、カーボン多孔質体のカサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ
3 未満である場合（比較例３）は、未反応カーボン量が
１重量％未満であり、最も少なかったが、炭化ケイ素材
の強度が小さく、形崩れしてしまった。
【００３２】さらに、ピッチを原料としたカーボン多孔
質体を用いた場合（比較例４）は、ピッチの粒子が塊状
になりやすく、バルク厚さが１５０μｍ以上となり、こ
のため、得られた炭化ケイ素材中に未反応カーボンが残
存しやすく、３．６０重量％と最も多く残存していた。
また、カーボンブラックを原料としたカーボン多孔質体
を用いた場合（比較例５）は、バルク厚さは２０μｍで
あったが、カーボンブラックはミクロ的な炭素の構造が
層状であるため、溶融シリコンを含浸させる際、層方向
に沿ってケイ化が進行し、層間での膨潤により、層状剥
離が生じ、形状を維持することができなかった。さらに
また、特殊炭素材（等方性炭素材）を原料とした場合
（比較例６）は、カーボン多孔質体のカサ密度が０．８
０ｇ／ｃｍ3 を超える緻密な構造となり、このため、上
記のように、溶融シリコンを含浸させたところ、カーボ
ン多孔質体の表面のみケイ化され、内部はケイ化されな
かった。
質体を用いた場合（比較例４）は、ピッチの粒子が塊状
になりやすく、バルク厚さが１５０μｍ以上となり、こ
のため、得られた炭化ケイ素材中に未反応カーボンが残
存しやすく、３．６０重量％と最も多く残存していた。
また、カーボンブラックを原料としたカーボン多孔質体
を用いた場合（比較例５）は、バルク厚さは２０μｍで
あったが、カーボンブラックはミクロ的な炭素の構造が
層状であるため、溶融シリコンを含浸させる際、層方向
に沿ってケイ化が進行し、層間での膨潤により、層状剥
離が生じ、形状を維持することができなかった。さらに
また、特殊炭素材（等方性炭素材）を原料とした場合
（比較例６）は、カーボン多孔質体のカサ密度が０．８
０ｇ／ｃｍ3 を超える緻密な構造となり、このため、上
記のように、溶融シリコンを含浸させたところ、カーボ
ン多孔質体の表面のみケイ化され、内部はケイ化されな
かった。
【００３３】上記のことから、セルロース繊維を原料と
し、その繊維厚さが１５０μｍ以下であり、かつ、得ら
れたカーボン多孔質体のカサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3
以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下である場合に、未反応カー
ボン量が０．２５重量％以下であり、気孔率が０．４％
以下の緻密な、より好ましい炭化ケイ素材を得ることが
できることが認められた。なお、上記実施例１〜６およ
び比較例１〜３におけるセルロース繊維を原料とした成
形体は、いずれも、繊維の種類および／または成形体の
密度は異なるものである。
し、その繊維厚さが１５０μｍ以下であり、かつ、得ら
れたカーボン多孔質体のカサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3
以上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下である場合に、未反応カー
ボン量が０．２５重量％以下であり、気孔率が０．４％
以下の緻密な、より好ましい炭化ケイ素材を得ることが
できることが認められた。なお、上記実施例１〜６およ
び比較例１〜３におけるセルロース繊維を原料とした成
形体は、いずれも、繊維の種類および／または成形体の
密度は異なるものである。
【００３４】［実施例７〜９］繊維厚さが５０μｍであ
り、表２の実施例７〜９に示す長さのセルロース繊維を
原料とした成形体を１０００℃で炭化させ、カーボン多
孔質体を作製し、曲げ強度を測定した。次に、得られた
カーボン多孔質体に、１６００℃で溶融シリコンを含浸
させ、炭化ケイ素材を作製し、曲げ強度を測定した。こ
れらの結果を表２に示す。
り、表２の実施例７〜９に示す長さのセルロース繊維を
原料とした成形体を１０００℃で炭化させ、カーボン多
孔質体を作製し、曲げ強度を測定した。次に、得られた
カーボン多孔質体に、１６００℃で溶融シリコンを含浸
させ、炭化ケイ素材を作製し、曲げ強度を測定した。こ
れらの結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
【００３６】表２に示したように、セルロース繊維の長
さを１．５ｍｍ以上とすることにより、カーボン多孔質
体の強度が２ＭＰａ以上となり、取扱いも容易であっ
た。また、炭化ケイ素材の強度も、より高くなることが
認められた。
さを１．５ｍｍ以上とすることにより、カーボン多孔質
体の強度が２ＭＰａ以上となり、取扱いも容易であっ
た。また、炭化ケイ素材の強度も、より高くなることが
認められた。
【００３７】［実施例１０］繊維厚さ５０μｍ、長さ３
ｍｍのセルロース繊維原料として、製紙用パルプを用い
て成形体を作製した。この成形体の任意の箇所で５ｃｍ
3 のサンプルを採取し、密度を測定し、その標準偏差を
求めた。前記成形体を１０００℃で炭化させ、カーボン
多孔質体を得た。次に、前記カーボン多孔質体に、１６
００℃で溶融シリコンを含浸させ、炭化ケイ素材を得
た。前記カーボン多孔質体および炭化ケイ素材につい
て、実施例１と同様にして、カサ密度、気孔率、未反応
カーボン量を求めた。また、炭化ケイ素材の密度および
その標準偏差を、成形体の密度と同様の測定方法により
求めた。これらの結果を表３に示す。
ｍｍのセルロース繊維原料として、製紙用パルプを用い
て成形体を作製した。この成形体の任意の箇所で５ｃｍ
3 のサンプルを採取し、密度を測定し、その標準偏差を
求めた。前記成形体を１０００℃で炭化させ、カーボン
多孔質体を得た。次に、前記カーボン多孔質体に、１６
００℃で溶融シリコンを含浸させ、炭化ケイ素材を得
た。前記カーボン多孔質体および炭化ケイ素材につい
て、実施例１と同様にして、カサ密度、気孔率、未反応
カーボン量を求めた。また、炭化ケイ素材の密度および
その標準偏差を、成形体の密度と同様の測定方法により
求めた。これらの結果を表３に示す。
【００３８】［実施例１１］繊維厚さ５０μｍ、長さ３
ｍｍのセルロース繊維原料として、天然木材セルロース
繊維を用いて、それ以外については、実施例１０と同様
にして炭化ケイ素材を作製し、各種測定を行った。これ
らの結果を表３に示す。
ｍｍのセルロース繊維原料として、天然木材セルロース
繊維を用いて、それ以外については、実施例１０と同様
にして炭化ケイ素材を作製し、各種測定を行った。これ
らの結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】
【００４０】表３に示したように、原料として用いるセ
ルロース繊維が、製紙用パルプである場合（実施例１
０）は、天然木材セルロース繊維である場合（実施例１
１）に比べて、成形体の密度の標準偏差が小さい、すな
わち、成形体の密度がより均一であった。さらに、ケイ
化処理により得られた炭化ケイ素材の密度の標準偏差に
おいても同様であることが確認された。すなわち、本発
明で用いるセルロース繊維としては、天然木材セルロー
スよりも製紙用パルプを用いた方が、得られる炭化ケイ
素材の密度およびそれに関連する物理特性（例えば、熱
伝導率、熱膨張係数等）の同一素材内での均質性に優れ
ていることが認められた。
ルロース繊維が、製紙用パルプである場合（実施例１
０）は、天然木材セルロース繊維である場合（実施例１
１）に比べて、成形体の密度の標準偏差が小さい、すな
わち、成形体の密度がより均一であった。さらに、ケイ
化処理により得られた炭化ケイ素材の密度の標準偏差に
おいても同様であることが確認された。すなわち、本発
明で用いるセルロース繊維としては、天然木材セルロー
スよりも製紙用パルプを用いた方が、得られる炭化ケイ
素材の密度およびそれに関連する物理特性（例えば、熱
伝導率、熱膨張係数等）の同一素材内での均質性に優れ
ていることが認められた。
【００４１】［比較例７］繊維厚さ２０μｍ、長さ３ｍ
ｍのセルロース繊維に熱硬化性樹脂を５重量％含浸させ
たものを用いて成形体を作製し、それ以外については、
実施例１と同様にして炭化ケイ素材を作製し、各種測定
を行った。これらの結果を表４に示す。なお、繊維厚さ
は、含浸させた樹脂も含む値である。
ｍのセルロース繊維に熱硬化性樹脂を５重量％含浸させ
たものを用いて成形体を作製し、それ以外については、
実施例１と同様にして炭化ケイ素材を作製し、各種測定
を行った。これらの結果を表４に示す。なお、繊維厚さ
は、含浸させた樹脂も含む値である。
【００４２】［比較例８］繊維厚さ２０μｍ、長さ３ｍ
ｍのセルロース繊維に熱硬化性樹脂を３０重量％含浸さ
せたものを用いて成形体を作製し、それ以外について
は、実施例１と同様にして炭化ケイ素材を作製し、各種
測定を行った。これらの結果を表４に示す。なお、繊維
厚さは、含浸させた樹脂も含む値である。
ｍのセルロース繊維に熱硬化性樹脂を３０重量％含浸さ
せたものを用いて成形体を作製し、それ以外について
は、実施例１と同様にして炭化ケイ素材を作製し、各種
測定を行った。これらの結果を表４に示す。なお、繊維
厚さは、含浸させた樹脂も含む値である。
【００４３】
【表４】
【００４４】表４に示したように、熱硬化性樹脂を含浸
させた場合（比較例７、８）、含浸させない場合（実施
例１）よりも、カーボン多孔質体が高密度化し、このた
め、得られた炭化ケイ素材中に残存する未反応カーボン
量は１重量％を超えていた。また、熱硬化性樹脂を含浸
させた場合（比較例７、８）は、その樹脂により繊維厚
さが増大し、このため、ケイ化処理において、カーボン
多孔質体には、溶融シリコンの未含浸部分が残存してい
た。
させた場合（比較例７、８）、含浸させない場合（実施
例１）よりも、カーボン多孔質体が高密度化し、このた
め、得られた炭化ケイ素材中に残存する未反応カーボン
量は１重量％を超えていた。また、熱硬化性樹脂を含浸
させた場合（比較例７、８）は、その樹脂により繊維厚
さが増大し、このため、ケイ化処理において、カーボン
多孔質体には、溶融シリコンの未含浸部分が残存してい
た。
【００４５】このことから、セルロース繊維に熱硬化性
樹脂を含浸させた場合は、繊維厚さが増大するととも
に、カーボン多孔質体が高密度となり緻密化するため、
未反応カーボンの残存量が少ない、高純度の炭化ケイ素
材を得ることは困難であることが認められた。
樹脂を含浸させた場合は、繊維厚さが増大するととも
に、カーボン多孔質体が高密度となり緻密化するため、
未反応カーボンの残存量が少ない、高純度の炭化ケイ素
材を得ることは困難であることが認められた。
【００４６】
【発明の効果】本発明に係る炭化ケイ素材の製造方法に
よれば、製紙パルプ等のセルロース繊維を原料として、
カーボンケイ化方法を利用することにより、未反応カー
ボンの残存量が少ない、高純度の炭化ケイ素材を得るこ
とができる。
よれば、製紙パルプ等のセルロース繊維を原料として、
カーボンケイ化方法を利用することにより、未反応カー
ボンの残存量が少ない、高純度の炭化ケイ素材を得るこ
とができる。
フロントページの続き (72)発明者 李 剣輝 山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地 東芝セラミックス株式会社小国製造所内 Ｆターム(参考） 4G001 BA62 BA75 BB22 BC33 BC47 BC52 BC54
Claims (7)
- 【請求項１】 繊維厚さが１５０μｍ以下であるセルロ
ース繊維を、非酸素性雰囲気下にて、５００℃以上１５
００℃以下で加熱し、カサ密度が０．１０ｇ／ｃｍ3 以
上０．８０ｇ／ｃｍ3 以下であるカーボン多孔質体を得
る第１の工程と、 前記カーボン多孔質体を、シリコン元素を含有する雰囲
気下にてケイ化処理する第２の工程とを含むことを特徴
とする炭化ケイ素材の製造方法。 - 【請求項２】 前記セルロース繊維の繊維厚さが５μｍ
以上８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の炭化ケイ素材の製造方法。 - 【請求項３】 前記セルロース繊維の長さは、１．５ｍ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載
の多孔質炭化ケイ素焼結体の製造方法。 - 【請求項４】 前記セルロース繊維は、製紙用パルプで
あることを特徴とする請求項１から請求項３までのいず
れかに記載の炭化ケイ素体の製造方法。 - 【請求項５】 前記第１の工程により得られたカーボン
多孔質体のカサ密度は、０．７０ｇ／ｃｍ3 以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか
に記載の炭化ケイ素体の製造方法。 - 【請求項６】 前記第２の工程におけるケイ化処理は、
溶融シリコンと反応させること、または、一酸化ケイ素
ガスと反応させることのいずれかであることを特徴とす
る請求項１から請求項５までのいずれかに記載の炭化ケ
イ素材の製造方法。 - 【請求項７】 前記第１の工程により得られたカーボン
多孔質体は、ハロゲン系ガス雰囲気下にて、１１００℃
以上２０００℃以下で加熱し、純化する工程を経た後、
第２の工程に至ることを特徴とする請求項１から請求項
６までのいずれかに記載の炭化ケイ素材の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000398035A JP2002201071A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 炭化ケイ素材の製造方法 |
| EP01130293A EP1219578B1 (en) | 2000-12-27 | 2001-12-21 | Silicon/silicon carbide composite and process for manufacturing the same |
| DE60118085T DE60118085T2 (de) | 2000-12-27 | 2001-12-21 | Silicium/Siliciumkarbid-Komposit und Verfahren zur Herstellung desselben |
| US10/023,799 US6841273B2 (en) | 2000-12-27 | 2001-12-21 | Silicon/silicon carbide composite and process for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000398035A JP2002201071A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 炭化ケイ素材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002201071A true JP2002201071A (ja) | 2002-07-16 |
Family
ID=18863080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000398035A Withdrawn JP2002201071A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 炭化ケイ素材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002201071A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006206431A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-10 | General Electric Co <Ge> | セラミックマトリックス複合材のシリコン溶浸処理方法 |
| JP2007145665A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd | 多孔質ＳｉＣ焼結体の製造方法 |
| KR101106898B1 (ko) | 2009-01-22 | 2012-01-25 | 명 근 김 | 메탈 실리콘석 용해액을 사용한 카본의 제조방법 |
| CN113788701A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-14 | 华中科技大学 | 3d打印木质纤维素衍生碳化硅陶瓷的制备方法及产品 |
-
2000
- 2000-12-27 JP JP2000398035A patent/JP2002201071A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006206431A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-10 | General Electric Co <Ge> | セラミックマトリックス複合材のシリコン溶浸処理方法 |
| JP2007145665A (ja) * | 2005-11-29 | 2007-06-14 | Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd | 多孔質ＳｉＣ焼結体の製造方法 |
| KR101106898B1 (ko) | 2009-01-22 | 2012-01-25 | 명 근 김 | 메탈 실리콘석 용해액을 사용한 카본의 제조방법 |
| CN113788701A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-14 | 华中科技大学 | 3d打印木质纤维素衍生碳化硅陶瓷的制备方法及产品 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070907 |
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