JP2012171824A - Silicon carbide-based heat-resistant ultra-lightweight porous structure material, and method for producing the same - Google Patents

Silicon carbide-based heat-resistant ultra-lightweight porous structure material, and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2012171824A
JP2012171824A JP2011034474A JP2011034474A JP2012171824A JP 2012171824 A JP2012171824 A JP 2012171824A JP 2011034474 A JP2011034474 A JP 2011034474A JP 2011034474 A JP2011034474 A JP 2011034474A JP 2012171824 A JP2012171824 A JP 2012171824A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
silicon carbide
porous structure
slurry
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011034474A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5665122B2 (en
Inventor
Eiji Tani
英治 谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2011034474A priority Critical patent/JP5665122B2/en
Publication of JP2012171824A publication Critical patent/JP2012171824A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5665122B2 publication Critical patent/JP5665122B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon carbide-based heat-resistant ultra-lightweight porous structure material excellent in oxidation resistance and corrosion resistance.SOLUTION: First slurry containing resins and silicon powder is impregnated into a shaped skeleton of an organic porous structure, to be carbonized in a vacuum or inactive atmosphere, and reactively sintered in the vacuum or inactive atmosphere to be converted into silicon carbide, and silicon is melted and impregnated to form a silicon-covered layer; and then, second slurry containing resins is impregnated to be carbonized, and at least the surface of the silicon-covered layer is converted into silicon carbide.

Description

本発明は、シリコンと炭素との反応焼結後にシリコンを溶融含浸するという二段反応焼結法により、スポンジ状、織布、不織布及び段ボール形状などの連続多孔質の形状を保持した超軽量の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材及びそれを製造する方法に関するものであり、更に具体的には、高温用フィルター、高温構造部材、断熱材、溶融金属濾過材、バーナープレート、ヒーター材、高温用消音材等の多くの用途に適する耐熱性超軽量多孔質構造材及びその製造方法に関するものである。   The present invention is an ultra-lightweight material that maintains a continuous porous shape such as sponge, woven fabric, non-woven fabric, and corrugated cardboard by a two-step reaction sintering method in which silicon is melt impregnated after reaction sintering of silicon and carbon. The present invention relates to a silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure material and a method for producing the same, and more specifically, a high temperature filter, a high temperature structure member, a heat insulating material, a molten metal filter material, a burner plate, a heater material, The present invention relates to a heat-resistant ultralight porous structure material suitable for many uses such as a high-temperature silencer and a method for producing the same.

炭化ケイ素系セラミックスは軽量で、耐熱性、耐磨耗性、耐食性などに優れていることから、近年、例えば、高温耐食部材、ヒーター材、耐磨耗部材や、さらには研削材、砥石などの用途に幅広く用いられている。この炭化ケイ素系セラミックスは、主に焼結技術により製造されているため、気孔率90%以上のフィルター形状の超軽量多孔質材としての実用化までには至っていない。   Since silicon carbide-based ceramics are lightweight and have excellent heat resistance, wear resistance, corrosion resistance, etc., in recent years, for example, high-temperature corrosion-resistant members, heater materials, wear-resistant members, as well as abrasives, grindstones, etc. Widely used in applications. Since this silicon carbide ceramic is mainly manufactured by a sintering technique, it has not yet been put into practical use as a filter-shaped ultralight porous material having a porosity of 90% or more.

最近では、このような耐熱性軽量多孔質セラミックスの研究が行われはじめている。例えば、ブリジストン社では、鋳鉄用セラミックフォームフィルターとして、ポリエチレンあるいはポリウレタンのスポンジに炭化ケイ素粉末スラリーを含浸後、余剰スラリーの除去を行い、乾燥、焼成して多孔質炭化ケイ素構造体を得ている。カタログでの物性値では、空孔率は85%、見掛比重約0.42g/cm3 となっている。 Recently, research on such heat-resistant lightweight porous ceramics has begun. For example, as a ceramic foam filter for cast iron, Bridgestone Corp. impregnates a silicon carbide powder slurry into a polyethylene or polyurethane sponge, removes the excess slurry, and dries and fires to obtain a porous silicon carbide structure. The physical properties in the catalog indicate that the porosity is 85% and the apparent specific gravity is about 0.42 g / cm 3 .

しかしながら、上記方法では炭化ケイ素粉末スラリーを用いるので、余剰スラリーの除去作業を行っても、余剰スラリーが残り気孔となる部分を塞いでいるところがある。基本的にはセラミックスの粉末焼結法で作製するので、スポンジ骨格部分の中心部は粉末が入らずに空洞になるし、骨格部分の粉末付着量が少ないと低強度となるので、骨格部分はスポンジ骨格より太くなる。また、気孔率も85%程度と低く、見掛比重も約0.42g/cm3 と高い。また気孔径も1〜5mm程度(標準セル数13ヶ/25mm〜6ヶ/mm)と大きい。 However, since the silicon carbide powder slurry is used in the above-described method, there are places where the surplus slurry closes the remaining pores even if the surplus slurry is removed. Basically, it is made by the powder sintering method of ceramics, so the center part of the sponge skeleton part becomes hollow without entering powder, and if the amount of powder attached to the skeleton part is small, the strength becomes low, so the skeleton part It becomes thicker than the sponge skeleton. In addition, the porosity is as low as about 85%, and the apparent specific gravity is as high as about 0.42 g / cm 3 . Also, the pore diameter is as large as about 1 to 5 mm (standard number of cells: 13/25 mm to 6 / mm).

そこで本願発明者らは、繊維強化炭化ケイ素複合材の研究において、フェノール樹脂の炭素化による緻密なアモルファス炭素のみのマトリックスは溶融シリコンとほとんど反応しないが、シリコン粉末とフェノール樹脂の混合物が反応焼結(体積減少反応)して生成した炭化ケイ素は溶融シリコンとの濡れ性がよいこと、ポーラスな残留アモルファス炭素のマトリックスには、溶融シリコンが容易に浸透し反応することができることを見いだした(特開2000−313676号公報)。   Therefore, the inventors of the present invention, in the study of the fiber reinforced silicon carbide composite material, the dense amorphous carbon-only matrix formed by the carbonization of the phenol resin hardly reacts with the molten silicon, but the mixture of the silicon powder and the phenol resin is reacted and sintered. It has been found that silicon carbide produced by (volume reduction reaction) has good wettability with molten silicon, and that molten silicon can easily permeate and react with a porous residual amorphous carbon matrix. 2000-313676).

そして炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材についてさらに鋭意研究を重ねた結果、スポンジ等の多孔質構造体の有形骨格にシリコン粉末と樹脂を含浸させ、シリコン粉末及び上記構造体からの炭素との体積減少を伴った炭化ケイ素生成反応により、ポーラスな炭化ケイ素、残留炭素部分を生成させ、このポーラスな骨格部分にシリコンの溶融含浸を行うことにより、炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材を、複雑な形状のものであっても、容易に多孔質構造体の有形骨格の形状を保ったままで製造し得ることを見いだした(特許第3699992号)、(特開2010−30888号公報)。   As a result of further earnest research on the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material, a tangible skeleton of a porous structure such as sponge was impregnated with silicon powder and resin, and silicon powder and carbon from the structure were A silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material is produced by generating porous silicon carbide and residual carbon by a silicon carbide formation reaction accompanied by a volume reduction of silicon, and then performing melt impregnation of silicon on the porous skeleton. It was found that even a complex shape can be easily produced while maintaining the shape of the tangible skeleton of the porous structure (Japanese Patent No. 3699992) (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-30888) .

さらに、この方法を木材、紙、プラスチック製或いは炭素粉末製多孔質構造体に用いると、樹脂及びシリコン粉末を含浸させ、炭素化後、シリコン粉末を反応焼結させ、シリコンの溶融含浸を行うことにより、炭化ケイ素系耐熱性軽量多孔質構造材を、複雑な形状のものであっても、容易に多孔質構造体の有形骨格の形状を保ったままで製造し得ることを見いだした。特に炭素粉末を含む多孔質構造体を用いる場合は、シリコン粉末を添加せず、樹脂のみの含浸でもよい。これは、多孔質構造体が炭素粉末を多く含む場合は、シリコン粉末が含まれなくともシリコンの溶融含浸が可能であるためである(特許第4110244号)。   Further, when this method is used for a porous structure made of wood, paper, plastic or carbon powder, it is impregnated with resin and silicon powder, and after carbonization, silicon powder is reacted and sintered, and silicon is melted and impregnated. Thus, it has been found that a silicon carbide-based heat-resistant lightweight porous structural material can be easily produced while maintaining the shape of the tangible skeleton of the porous structure even if it has a complicated shape. In particular, when a porous structure containing carbon powder is used, impregnation with resin alone may be performed without adding silicon powder. This is because when the porous structure contains a large amount of carbon powder, silicon can be melt-impregnated even if silicon powder is not contained (Japanese Patent No. 4110244).

特開2000−313676号公報JP 2000-313676 特許第3699992号Patent No. 3699992 特開2010−30888号公報JP 2010-30888 特許第4110244号Patent No. 4110244

特許文献1−4に記載の製造方法で炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材を製造すると、最終工程でシリコンの溶融含浸を行っているため、表面の大部分は金属シリコンで覆われている。ところが金属シリコンは、耐酸化性や耐食性が炭化ケイ素に比べて低いために、この炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材をディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)や耐食性も求められる高温用のフィルタとして用いるには難点があった。   When a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material is manufactured by the manufacturing method described in Patent Documents 1-4, most of the surface is covered with metallic silicon because silicon is melt-impregnated in the final process. Yes. However, since metal silicon has lower oxidation resistance and corrosion resistance than silicon carbide, this silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material is used as a diesel particulate filter (DPF) and a high-temperature filter that also requires corrosion resistance. There were difficulties in using it.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、耐酸化性や耐食性に優れた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材を提供するとともに、その炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材を容易に製造できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material excellent in oxidation resistance and corrosion resistance, and the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous material. The object is to enable easy manufacture of structural materials.

上記課題を解決する本発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法の特徴は、樹脂、ゴム、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成された有機多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだ第一スラリーを含浸させ余分な第一スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃で炭素化して炭素化多孔質構造体を形成する炭素化工程と、
炭素化多孔質構造体を、真空或いは不活性雰囲気下において、1300℃以上の温度で反応焼結させることにより炭化ケイ素を生成させると同時に体積減少反応に起因する開気孔を生成させ炭化ケイ素化多孔質構造体を形成する炭化ケイ素化工程と、
炭化ケイ素化多孔質構造体に、真空或いは不活性化雰囲気下において1300℃〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸して残留炭素を炭化ケイ素とするとともに表面にシリコン被覆層を形成しシリコン被覆多孔質構造体を形成する溶融含浸工程と、
炭素源としての樹脂類を含む第二スラリーをシリコン被覆多孔質構造体に含浸させ余分な第二スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃に加熱して炭素化するとともに1300℃〜1600℃の温度で反応焼結させることによりシリコン被覆層の少なくとも表面を炭化ケイ素化する表面炭化ケイ素化工程と、をこの順で行うことにある。
A feature of the method for producing a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material of the present invention that solves the above problems is an organic material formed from at least one material selected from resin, rubber, cloth, fiber, wood and paper After impregnating the tangible skeleton of the porous structure with the first slurry containing the resin as the carbon source and the silicon powder and removing the excess first slurry, it is 900 ° C. to 1300 ° C. in vacuum or in an inert atmosphere. A carbonization step of carbonizing to form a carbonized porous structure;
Silicon carbide is produced by reactive sintering of a carbonized porous structure at a temperature of 1300 ° C or higher in a vacuum or in an inert atmosphere, and at the same time, open pores resulting from a volume reduction reaction are produced, thereby producing a siliconized porous structure. A silicon carbide forming step to form a porous structure;
Silicon-coated porous structure is melt-impregnated with silicon at a temperature of 1300 ° C to 1800 ° C in a vacuum or in an inert atmosphere to make the residual carbon silicon carbide, and a silicon coating layer is formed on the surface to form a silicon-coated porous material. A melt impregnation step to form a porous structure;
A silicon-coated porous structure is impregnated with a second slurry containing resins as a carbon source to remove excess second slurry, and then heated to 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere for carbonization. At the same time, a surface silicon carbide forming step of siliconizing at least the surface of the silicon coating layer by reactive sintering at a temperature of 1300 ° C. to 1600 ° C. is performed in this order.

また有機多孔質構造体に炭素粉末を含む場合における本発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法の特徴は、樹脂、ゴム、炭素粉末、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成され炭素粉末を含む有機多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂類を含んだ第一スラリーを含浸させ余分な第一スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃で炭素化して炭素化多孔質構造体を形成する炭素化工程と、
炭素化多孔質構造体に、真空或いは不活性化雰囲気下において1300℃〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸して残留炭素を炭化ケイ素とするとともに表面にシリコン被覆層を形成しシリコン被覆多孔質構造体を形成する溶融含浸工程と、
炭素源としての樹脂類を含む第二スラリーをシリコン被覆多孔質構造体に含浸させ余分な第二スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃に加熱して炭素化するとともに1300℃〜1600℃の温度で反応焼結させることによりシリコン被覆層の少なくとも表面を炭化ケイ素化する表面炭化ケイ素化工程と、をこの順で行うことにある。
In addition, when the organic porous structure contains carbon powder, the characteristics of the manufacturing method of the silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material of the present invention are selected from resin, rubber, carbon powder, cloth, fiber, wood and paper A tangible skeleton of an organic porous structure formed of at least one material and containing carbon powder is impregnated with a first slurry containing a resin as a carbon source to remove excess first slurry, and then vacuum or A carbonization step of carbonizing at 900 ° C. to 1300 ° C. under an inert atmosphere to form a carbonized porous structure;
Silicon-coated porous structure is formed by melting and impregnating silicon at a temperature of 1300 ° C to 1800 ° C in a vacuum or inert atmosphere to form carbon coating on the surface and forming a silicon coating layer on the surface. A melt impregnation step to form a structure;
A silicon-coated porous structure is impregnated with a second slurry containing resins as a carbon source to remove excess second slurry, and then heated to 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere for carbonization. At the same time, a surface silicon carbide forming step of siliconizing at least the surface of the silicon coating layer by reactive sintering at a temperature of 1300 ° C. to 1600 ° C. is performed in this order.

そして本発明の製造方法によって製造される本発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の特徴は、その気孔構造が、用いた有機多孔質構造体の気孔構造に対応した構造であることにある。   The feature of the silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material of the present invention produced by the production method of the present invention is that the pore structure corresponds to the pore structure of the organic porous structure used. It is in.

本発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、シリコン被覆層の少なくとも表面が炭化ケイ素化されている。したがって表面に金属シリコンが表出していないので、耐酸化性や耐食性に優れ、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)や高温用のフィルタとして用いることができる。   In the silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material of the present invention, at least the surface of the silicon coating layer is siliconized. Therefore, since metal silicon is not exposed on the surface, it is excellent in oxidation resistance and corrosion resistance, and can be used as a diesel particulate filter (DPF) or a high-temperature filter.

そして本発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法によれば、シリコン被覆多孔質構造体に第二スラリーを付着させ炭素化と反応焼結を行っているので、気孔内のシリコン被覆層にも第二スラリーが容易に付着して反応する。したがってシリコン被覆層の表面全部を炭化ケイ素化することができ、耐酸化性や耐食性に優れた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材を容易に製造することができる。   And according to the manufacturing method of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material of the present invention, since the second slurry is attached to the silicon-coated porous structure to perform carbonization and reaction sintering, The second slurry easily adheres to the silicon coating layer and reacts. Therefore, the entire surface of the silicon coating layer can be siliconized, and a silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material excellent in oxidation resistance and corrosion resistance can be easily manufactured.

実施例1において、表面炭化ケイ素化工程を行う前のシリコン被覆多孔質構造体の破面のSEM写真である。In Example 1, it is a SEM photograph of the fracture surface of a silicon covering porous structure before performing a surface silicon carbide conversion process. 実施例1に係る炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の破面のSEM写真である。2 is a SEM photograph of a fracture surface of a silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material according to Example 1;

請求項3に記載の製造方法では、先ず、炭素源としての樹脂類とシリコン粉末とを含む第一スラリー又はこのスラリーにさらに炭化ケイ素粉末を含む第一スラリーを有機多孔質構造体に含浸させる含浸工程を行う。ここで有機多孔質構造体とは、樹脂、ゴム、炭素粉末、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成された気孔を有するものを用いることができる。その形状や気孔径、気孔分布などは特に制限されず、目的に応じて種々選択することができる。例えば樹脂からなる有機多孔質構造体としては、スポンジなどのウレタン発泡体、発泡ゴム、発泡ポリオレフィンなどが例示される。また布からなる有機多孔質構造体としては織布、編み布、不織布が例示される。   In the manufacturing method according to claim 3, first, impregnation in which an organic porous structure is impregnated with a first slurry containing a resin as a carbon source and silicon powder or a first slurry further containing silicon carbide powder in this slurry. Perform the process. Here, as the organic porous structure, one having pores formed of at least one material selected from resin, rubber, carbon powder, cloth, fiber, wood and paper can be used. The shape, pore diameter, pore distribution, etc. are not particularly limited and can be variously selected according to the purpose. For example, examples of the organic porous structure made of resin include urethane foams such as sponge, foam rubber, and foamed polyolefin. Examples of the organic porous structure made of cloth include woven cloth, knitted cloth and non-woven cloth.

炭素源である樹脂類としては、溶媒に溶解して溶液となるものを用いることができ、フェノール樹脂、フラン樹脂、あるいはポリカルボシラン等の有機金属ポリマー、または蔗糖などが例示される。これらから選ばれる一種でもよいし、複数種を混合して用いてもよい。また添加剤として、炭素粉末、黒鉛粉末、カーボンブラックを添加してもよく、骨材や酸化防止剤として炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ジルコン、アルミナ、シリカ、ムライト、二ケイ化モリブデン、炭化ホウ素、ホウ素粉末などを添加することもできる。   Resins that are carbon sources may be those dissolved in a solvent to form a solution, and examples thereof include phenolic resins, furan resins, organometallic polymers such as polycarbosilane, or sucrose. One kind selected from these may be used, or a plurality of kinds may be mixed and used. Carbon powder, graphite powder and carbon black may be added as additives, and silicon carbide, silicon nitride, zirconia, zircon, alumina, silica, mullite, molybdenum disilicide, boron carbide as aggregates and antioxidants. Boron powder or the like can also be added.

シリコン粉末は、平均粒径が30μm以下の微粉末が好適である。粒径が大きなものは、ボールミルなどによって粉砕して用いることが好ましい。シリコン粉末は、純シリコン粉末であってもよいし、Mg、Al、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Wなどの金属を含むシリコン合金粉末、あるいは純シリコン粉末とこれらの金属粉末との混合粉末を用いることもできる。   The silicon powder is preferably a fine powder having an average particle size of 30 μm or less. Those having a large particle size are preferably used after being pulverized by a ball mill or the like. The silicon powder may be a pure silicon powder, or a silicon alloy powder containing a metal such as Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, W, Alternatively, a mixed powder of pure silicon powder and these metal powders can be used.

第一スラリーにおける樹脂とシリコン粉末との混合比は、原子比でSi/C=0.05〜5.00の範囲とするのが好ましい。この原子比が0.05未満では、反応焼結で生じる多孔質炭化ケイ素量が少なく、溶融シリコンの含浸が困難となる。またこの原子比が5.00を超えると、第一スラリー中のシリコン粉末量が多くなって沈殿し易くなる。   The mixing ratio of the resin and silicon powder in the first slurry is preferably in the range of Si / C = 0.05 to 5.00 in terms of atomic ratio. If this atomic ratio is less than 0.05, the amount of porous silicon carbide produced by reaction sintering is small, and impregnation with molten silicon becomes difficult. On the other hand, when the atomic ratio exceeds 5.00, the amount of silicon powder in the first slurry increases, and precipitation tends to occur.

また樹脂とシリコン粉末とを含むスラリーにさらに炭化ケイ素粉末を混合した第一スラリーを用いることもできる。この場合、炭化ケイ素粉末はシリコン粉末重量の3倍以内の範囲とするのが好ましい。炭化ケイ素粉末がシリコン粉末重量の3倍を超えると、混合が不十分となる場合がある。   Moreover, the 1st slurry which mixed silicon carbide powder with the slurry containing resin and silicon powder can also be used. In this case, the silicon carbide powder is preferably within a range of 3 times the weight of the silicon powder. If the silicon carbide powder exceeds 3 times the weight of the silicon powder, mixing may be insufficient.

第一スラリー中の樹脂濃度、シリコン粉末の濃度あるいは炭化ケイ素粉末の濃度は、有機多孔質構造体にスラリーを含浸可能であれば特に制限されない。またスラリーに用いられる溶媒は特に制限されないが、樹脂を溶解可能なものが用いられる。   The resin concentration, the silicon powder concentration, or the silicon carbide powder concentration in the first slurry is not particularly limited as long as the organic porous structure can be impregnated with the slurry. The solvent used for the slurry is not particularly limited, but a solvent capable of dissolving the resin is used.

第一スラリーを有機多孔質構造体に含浸するには、単に浸漬して引き上げるだけでもよいし、減圧下で含浸させることも好ましい。そして有機多孔質構造体から余剰のスラリーが除去される。有機多孔質構造体から余剰の第一スラリーを除去するのは、連続気孔部に充填された第一スラリーを除去するためであり、有機多孔質構造体から余剰のスラリーを吸引する方法、あるいは有機多孔質構造体を絞って余剰のスラリーを除去する方法などを用いて行うことができる。余剰のスラリーが除去されることで、有機多孔質構造体の骨格内部や表面にスラリーが付着した前駆体が形成される。   In order to impregnate the organic slurry with the first slurry, it may be simply dipped and pulled up, or it is preferably impregnated under reduced pressure. Then, excess slurry is removed from the organic porous structure. The reason why the excess first slurry is removed from the organic porous structure is to remove the first slurry filled in the continuous pores, and a method of sucking the excess slurry from the organic porous structure, or organic For example, the porous structure can be squeezed to remove excess slurry. By removing the excess slurry, a precursor is formed in which the slurry adheres to the inside or the surface of the organic porous structure.

除去工程後には、スラリー中の溶媒を乾燥させる乾燥工程を行うことが望ましい。乾燥工程は大気中で行うことができ、70℃で12時間程度保持すれば十分である。   After the removing step, it is desirable to perform a drying step of drying the solvent in the slurry. The drying process can be performed in the atmosphere, and it is sufficient to hold at 70 ° C. for about 12 hours.

炭素化工程では、第一スラリーが付着した有機多孔質構造体を、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃で炭素化して炭素化多孔質構造体を形成する。この炭素化工程では、樹脂類が炭素化するとともに、有機多孔質構造体を分解焼失させる。不活性雰囲気としては、アルゴンガスなど不活性ガス雰囲気が好ましい。樹脂の熱分解による炭素化過程では、タール状のものや気化物質が生成するので、真空中で行うのは好ましくない。また窒素ガス雰囲気では、窒化ケイ素が生成する場合があるので好ましくない。   In the carbonization step, the organic porous structure to which the first slurry is attached is carbonized at 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere to form a carbonized porous structure. In this carbonization step, the resins are carbonized and the organic porous structure is decomposed and burned off. As the inert atmosphere, an inert gas atmosphere such as argon gas is preferable. In the carbonization process by thermal decomposition of the resin, tar-like substances and vaporized substances are generated, so it is not preferable to carry out in a vacuum. Further, in a nitrogen gas atmosphere, silicon nitride may be generated, which is not preferable.

炭化ケイ素化工程における加熱温度は、先ず 900℃〜1300℃の範囲で加熱して炭素化し、次いで1300℃以上の温度で加熱するのが好ましい。   As for the heating temperature in the silicon carbide conversion step, it is preferable to first heat in the range of 900 ° C to 1300 ° C for carbonization, and then to heat at a temperature of 1300 ° C or higher.

したがって炭素化後には、炭素とシリコン粉末あるいは更に炭化ケイ素粉末で有機多孔質構造体の骨格と同様の骨格が形成される。そして1300℃以上に加熱されることで炭素とシリコン粉末とが反応し、炭化ケイ素を主成分とする立体骨格部と立体骨格部の間に形成された連続気孔部とを有し、立体骨格部が緻密ではない炭化ケイ素系多孔質構造体が形成される。この反応は、シリコンと炭素が系内にあるので体積が減少する反応であり、炭素が拡散してシリコンと反応することで炭化ケイ素の生成と同時に立体骨格部の内部に微細な細孔が形成される。   Accordingly, after carbonization, a skeleton similar to the skeleton of the organic porous structure is formed of carbon and silicon powder or further silicon carbide powder. The carbon and silicon powder react by being heated to 1300 ° C. or more, and have a three-dimensional skeleton part mainly composed of silicon carbide and a continuous pore part formed between the three-dimensional skeleton part. A silicon carbide based porous structure that is not dense is formed. This reaction is a reaction in which volume is reduced because silicon and carbon are in the system, and carbon diffuses and reacts with silicon to form silicon carbide and simultaneously form fine pores inside the three-dimensional skeleton. Is done.

次の溶融含浸工程では、真空或いは不活性雰囲気下において1300℃〜1800℃の温度で炭化ケイ素化多孔質構造体にシリコンを溶融含浸してシリコン被覆層を形成し、シリコン被覆多孔質構造体を形成する。この工程は、金属シリコンをその融点(約1410℃)以上に加熱して溶融シリコンとし、炭化ケイ素化多孔質構造体に含浸すればよく、特に真空中で行うことが好ましい。溶融含浸用シリコンは、粉末状、顆粒状、あるいは塊状でもよい。   In the next melt impregnation step, silicon carbide is melt impregnated into a silicon carbide porous structure at a temperature of 1300 ° C. to 1800 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere to form a silicon coating layer. Form. This step may be performed by heating the metal silicon to a melting point (about 1410 ° C.) or higher to form molten silicon and impregnating the silicon carbide porous structure, and it is particularly preferable to perform in a vacuum. The melt-impregnating silicon may be in the form of powder, granules, or lumps.

溶融含浸工程では、溶融シリコンは炭化ケイ素に対する濡れ性が良好であるので、立体骨格部の内部に形成された微細な細孔にまで溶融シリコンが浸入し、残留している炭素と反応して炭化ケイ素が形成される。この反応は、シリコンを系外から加えているので体積が増加する反応であり、立体骨格部の内部に形成された微細な細孔がシリコン又は炭化ケイ素で充填されることになる。したがって立体骨格部の強度が向上するとともに、投錨効果によってシリコン被覆層と立体骨格部との付着強度が著しく高まる。   In the melt impregnation process, the molten silicon has good wettability to silicon carbide, so the molten silicon penetrates into the fine pores formed inside the three-dimensional skeleton and reacts with the remaining carbon to carbonize. Silicon is formed. This reaction is a reaction in which the volume increases because silicon is added from outside the system, and fine pores formed inside the three-dimensional skeleton are filled with silicon or silicon carbide. Accordingly, the strength of the three-dimensional skeleton is improved, and the adhesion strength between the silicon coating layer and the three-dimensional skeleton is significantly increased by the anchoring effect.

そして溶融含浸工程では、真空中又は不活性雰囲気中にて1410℃以上の高温に晒されるため、残留している炭素は全て炭化ケイ素となる。なお溶融含浸工程は、炭化ケイ素化工程と同時に行うこともできる。すなわち、先ず 900℃〜1300℃の範囲で加熱して炭素化した後に、溶融含浸用シリコンを加えて真空あるいは不活性雰囲気にて1300℃以上に焼成し、シリコン粉末と炭素を反応させて炭化ケイ素化多孔質構造体を生成させるとともに、シリコンの融点以上の温度でシリコンを溶融含浸させる。   In the melt impregnation step, the carbon is exposed to a high temperature of 1410 ° C. or higher in vacuum or in an inert atmosphere, so that all remaining carbon is silicon carbide. The melt impregnation step can be performed simultaneously with the silicon carbide conversion step. That is, first, carbonization is performed by heating in the range of 900 ° C. to 1300 ° C., and then silicon for melt impregnation is added and baked to 1300 ° C. or higher in a vacuum or an inert atmosphere to react silicon powder with carbon to form silicon carbide. A porous porous structure is produced and silicon is melted and impregnated at a temperature equal to or higher than the melting point of silicon.

表面炭化ケイ素化工程では、炭素源としての樹脂類を含む第二スラリーをシリコン被覆多孔質構造体に含浸させ余分な第二スラリーを除去した後、70℃で12時間程度乾燥させ、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃に加熱して炭素化するとともに1300℃〜1600℃の温度で反応させることにより、シリコン被覆層の少なくとも表面を炭化ケイ素化する。反応時の温度は1300℃以上、かつシリコンの融点以下で炭化ケイ素化することが望ましい。   In the surface silicon carbide process, the silicon-coated porous structure is impregnated with a second slurry containing resins as a carbon source to remove excess second slurry, and then dried at 70 ° C. for about 12 hours, and then vacuum or vacuum is applied. By heating to 900 ° C. to 1300 ° C. in an active atmosphere for carbonization and reacting at a temperature of 1300 ° C. to 1600 ° C., at least the surface of the silicon coating layer is siliconized. The temperature during the reaction is desirably 1300 ° C. or higher and lower than the melting point of silicon.

第二スラリーに含まれる樹脂類としては、分子中の炭素原子が多く、シリコン被覆層に対する濡れ性が高いものが好ましい。このような樹脂類としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、蔗糖などが例示される。しかし炭素源として樹脂のみを含む場合には、シリコン被覆層と反応する炭素が少ない場合があるので、第二スラリーにはカーボンブラックなどの炭素粉末を含むことが望ましい。第二スラリー中の炭素粉末の量は、スラリーとしてシリコン被覆多孔質構造体に含浸可能な粘度範囲であれば特に制限されない。また過剰の炭素粉末を含んでいても、未反応炭素粉末は加熱により容易に焼失する。   As the resins contained in the second slurry, those having many carbon atoms in the molecule and high wettability to the silicon coating layer are preferable. Examples of such resins include phenol resin, furan resin, sucrose and the like. However, when only the resin is included as the carbon source, the carbon that reacts with the silicon coating layer may be small, and therefore it is desirable that the second slurry contains carbon powder such as carbon black. The amount of the carbon powder in the second slurry is not particularly limited as long as it is in a viscosity range in which the silicon-coated porous structure can be impregnated as a slurry. Even if an excess of carbon powder is contained, the unreacted carbon powder is easily burned off by heating.

第二スラリーに添加される炭素粉末は、黒鉛、カーボンブラックなどを用いることができるが、シリコンとの反応性および分散性の観点からはカーボンブラックが特に好ましい。   As the carbon powder added to the second slurry, graphite, carbon black or the like can be used, and carbon black is particularly preferable from the viewpoint of reactivity with silicon and dispersibility.

シリコン被覆多孔質構造体への第二スラリーの塗布量は、炭素粉末を含まない場合には、樹脂量を多くするために厚く塗布することが望ましい。またカーボンブラックなどの炭素粉末を含む場合には、炭素粉末の含有量によっても異なるが、比較的薄く塗布することができる。   As for the application amount of the second slurry to the silicon-coated porous structure, it is desirable that the second slurry is applied thickly in order to increase the amount of resin when carbon powder is not included. When carbon powder such as carbon black is included, it can be applied relatively thinly depending on the content of carbon powder.

こうして得られる本発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、その有形骨格表面、気孔の内表面など少なくとも表面が炭化ケイ素となっている。したがって表面に金属シリコンが表出していないので、耐酸化性や耐食性に優れている。   The silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material of the present invention thus obtained has at least a surface of silicon carbide, such as a tangible skeleton surface and pore inner surfaces. Therefore, since metal silicon is not exposed on the surface, it is excellent in oxidation resistance and corrosion resistance.

請求項4に記載の製造方法では、炭素粉末を含む有機多孔質構造体を用いたこと、第一スラリーにシリコン粉末を含まないこと、炭化ケイ素化工程を行っていないこと、以外は請求項3に記載の製造方法と同様である。   In the production method according to claim 4, except that an organic porous structure containing carbon powder is used, the silicon powder is not contained in the first slurry, and the silicon carbide step is not performed. It is the same as that of the manufacturing method as described in.

炭素粉末を含む有機多孔質構造体は、樹脂、ゴム、炭素粉末、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成されている。例えば炭素粉末を含む樹脂、炭素粉末を含むゴム、炭素粉末を含む布(織布、不織布、編み布)、炭素粉末を含む繊維集積体、炭素粉末を含む木材、炭素粉末を含む紙などから形成することができる。また炭素粉末に結合材を添加してハニカム形状、段ボール形状または厚紙形状に成形してなる炭素製品を用いてもよい。   The organic porous structure containing carbon powder is formed of at least one material selected from resin, rubber, carbon powder, cloth, fiber, wood, and paper. For example, formed from resin containing carbon powder, rubber containing carbon powder, cloth containing carbon powder (woven fabric, nonwoven fabric, knitted fabric), fiber assembly containing carbon powder, wood containing carbon powder, paper containing carbon powder, etc. can do. Alternatively, a carbon product obtained by adding a binder to carbon powder and forming the carbon powder into a honeycomb shape, a cardboard shape, or a cardboard shape may be used.

樹脂を炭素化して得られるアモルファス炭素は、緻密な状態であると、溶融シリコンとはほとんど反応しない。しかし、炭素化工程で形成された炭素化多孔質構造体は、多孔質である。また炭素化多孔質構造体に含まれる炭素粉末は、溶融シリコンと濡れ性がよくシリコンと直接反応して炭化ケイ素を生成する。   Amorphous carbon obtained by carbonizing a resin hardly reacts with molten silicon when it is in a dense state. However, the carbonized porous structure formed in the carbonization process is porous. The carbon powder contained in the carbonized porous structure has good wettability with molten silicon and directly reacts with silicon to produce silicon carbide.

そこで請求項4に記載の製造方法では、第一スラリーにシリコン粉末を含まず、炭素化工程後に炭化ケイ素化工程を行うことなく溶融含浸工程を行っている。なお、請求項4に記載の製造方法においても、第一スラリーにシリコン粉末を含んでもよいし、炭化ケイ素化工程を行ってもよいことは言うまでもない。   Therefore, in the manufacturing method according to claim 4, the first slurry does not contain silicon powder, and the melt impregnation step is performed without performing the silicon carbide step after the carbonization step. In addition, also in the manufacturing method of Claim 4, it cannot be overemphasized that a silicon powder may be included in a 1st slurry and a silicon carbide formation process may be performed.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.

フェノール樹脂の炭素化による炭素とシリコンとの原子比がSi/C=0.6になる割合にフェノール樹脂と平均粒径約20μmのシリコン粉末との混合量を設定し、シリコン粉末重量の約 1.5倍の重量のエチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してスラリーを調製し、シリコン粉末の粒径を小さくするために1日間ボールミル混合し、更に平均粒径約3μmの炭化ケイ素粉末をシリコン粉末と同重量添加して第一スラリーを調製した。   The mixing ratio of the phenol resin and silicon powder with an average particle size of about 20μm is set to the ratio that the carbon / silicon atomic ratio of carbonization of the phenol resin becomes Si / C = 0.6, which is about 1.5 times the weight of the silicon powder. Prepare a slurry by dissolving phenol resin with heavy ethyl alcohol, and ball mill mix for 1 day to reduce the particle size of silicon powder, and add silicon carbide powder with an average particle size of about 3 μm in the same weight as silicon powder. A first slurry was prepared.

<含浸工程>
#13(1インチ当たり13セル数)のポリウレタンスポンジを用意し、上記第一スラリーを十分に含浸し、第一スラリー液が連続気孔を塞がない程度に絞った後、70℃で12時間、乾燥させた。この時、スポンジは軸方向で約20%膨張した。
<Impregnation step>
Prepare # 13 (13 cells per inch) polyurethane sponge, fully impregnated with the above first slurry, squeezed to the extent that the first slurry liquid does not block the continuous pores, then at 70 ° C for 12 hours, Dried. At this time, the sponge expanded about 20% in the axial direction.

<炭素化工程、炭化ケイ素化工程、溶融含浸工程>
スラリーが付着したスポンジを、アルゴンガス雰囲気下にて1000℃に加熱して炭素化した。この時、スポンジが分解焼失するとともにフェノール樹脂が炭素化し、用いたスポンジと同じ骨格を有する炭素化多孔質構造体が形成された。スポンジは炭素化の際に収縮し、炭素化前に比べて軸方向で約12%の収縮を生じて僅かに小さくなった。
<Carbonization process, silicon carbide conversion process, melt impregnation process>
The sponge with the slurry adhered thereto was carbonized by heating to 1000 ° C. under an argon gas atmosphere. At this time, the sponge was decomposed and burned, and the phenol resin was carbonized to form a carbonized porous structure having the same skeleton as the sponge used. The sponge contracted during carbonization, and was slightly smaller with about 12% contraction in the axial direction than before carbonization.

この炭素化多孔質構造体にこの炭素化多孔質構造体とほぼ同重量のシリコン顆粒を加えて、真空中にて1450℃で1時間焼成した。この焼成では、まずシリコンの融点(約1410℃)以下の温度で、炭素がシリコン粉末と反応して、スポンジ状の炭化ケイ素と未反応の炭素からなる炭化ケイ素化多孔質構造体が形成される。温度がシリコンの融点以上になるとシリコン顆粒がこの炭化ケイ素化多孔質構造体に溶融含浸して残存炭素とも反応し、最終的にシリコン被覆層をもつシリコン被覆多孔質構造体を得る。   Silicon granules having substantially the same weight as the carbonized porous structure were added to the carbonized porous structure and fired at 1450 ° C. for 1 hour in a vacuum. In this firing, carbon reacts with silicon powder at a temperature lower than the melting point of silicon (about 1410 ° C.) to form a silicon carbide porous structure composed of sponge-like silicon carbide and unreacted carbon. . When the temperature is equal to or higher than the melting point of silicon, silicon granules are melt-impregnated into the silicon carbide porous structure and react with the remaining carbon to finally obtain a silicon-coated porous structure having a silicon coating layer.

得られたシリコン被覆多孔質構造体の骨格を一部切り取り、その表面をSEMの反射電子像で観察した画像を図1に示す。図1において白色の部位がシリコンであり、灰色の部位が炭化ケイ素である。   FIG. 1 shows an image obtained by cutting out a part of the skeleton of the obtained silicon-covered porous structure and observing the surface with an SEM reflected electron image. In FIG. 1, the white part is silicon and the gray part is silicon carbide.

<表面炭化ケイ素化工程>
フェノール樹脂を5gと、カーボンブラックを0.5gと、エチルアルコール10gとを混合して、第二スラリーを調製した。この第二スラリー中にシリコン被覆多孔質構造体を浸漬し、引き上げて余分な第二スラリーを除去し、70℃で12時間乾燥させた後、1000℃でアルゴン雰囲気下において炭素化し、真空雰囲気下にて1450℃で1時間熱処理した。
<Surface silicon carbide process>
A second slurry was prepared by mixing 5 g of phenol resin, 0.5 g of carbon black, and 10 g of ethyl alcohol. The silicon-coated porous structure is immersed in this second slurry, pulled up to remove the excess second slurry, dried at 70 ° C. for 12 hours, then carbonized at 1000 ° C. in an argon atmosphere, and vacuumed For 1 hour at 1450 ° C.

この炭素化処理で形成された第二スラリーの被覆層が表面で炭素化され、次いでシリコン被覆層の表面で炭素とシリコンとが反応して炭化ケイ素層が形成された。   The coating layer of the second slurry formed by this carbonization treatment was carbonized on the surface, and then carbon and silicon reacted on the surface of the silicon coating layer to form a silicon carbide layer.

得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の骨格を一部切り取り、その破面をSEMの反射電子像で観察した画像を図2に示す。表面には一部炭素(黒色部)が残るもののその内側に炭化ケイ素(灰色部)があり、その内側に炭化ケイ素(灰色部)とシリコン(白色部)の混合状態がある。   FIG. 2 shows an image obtained by cutting out a part of the skeleton of the obtained silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material and observing the fracture surface with a SEM reflected electron image. Although some carbon (black part) remains on the surface, there is silicon carbide (gray part) inside, and there is a mixed state of silicon carbide (gray part) and silicon (white part) inside.

すなわち得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、骨格及び連通気孔の表面が炭化ケイ素からなり、用いたスポンジと同じ構造で、気孔径500〜600μm、開気孔率97%、密度0.07g/cm3であり、つぶれた気孔は見つからなかった。 That is, the obtained silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material is composed of silicon carbide on the surface of the skeleton and continuous pores, has the same structure as the sponge used, has a pore diameter of 500 to 600 μm, an open porosity of 97%, and a density 0.07 g / cm 3 , and no collapsed pores were found.

実施例1と同様のスポンジを用い、実施例1と同様にして含浸工程、炭素化工程、炭化ケイ素化工程、溶融含浸工程を行った。次いでフェノール樹脂を5gと、エチルアルコール10gとからなり、カーボンブラックを含まない第二スラリーを用いたこと、この第二スラリー中にシリコン被覆多孔質構造体を浸漬し、引き上げて余分な第二スラリーを除去し、70℃で12時間乾燥させる工程を3回繰り返して第二スラリーを厚く付着させたこと以外は実施例2と同様にして表面炭化ケイ素化工程を行った。   Using the same sponge as in Example 1, the impregnation step, the carbonization step, the silicon carbide step, and the melt impregnation step were performed in the same manner as in Example 1. Next, a second slurry consisting of 5 g of phenol resin and 10 g of ethyl alcohol and containing no carbon black was used, and the silicon-coated porous structure was immersed in this second slurry and pulled up to obtain an extra second slurry. The surface silicon carbide conversion step was performed in the same manner as in Example 2 except that the step of drying at 70 ° C. for 12 hours was repeated three times to deposit the second slurry thickly.

得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、実施例1と同様の構造をなし、表面は全て炭化ケイ素で構成されていた。   The obtained silicon carbide heat-resistant ultralight porous structural material had the same structure as in Example 1, and the entire surface was composed of silicon carbide.

実施例1と同様のスポンジを用い、実施例1と同様にして含浸工程、炭素化工程、炭化ケイ素化工程、溶融含浸工程、表面炭化ケイ素化工程を行った。ただし、表面炭化ケイ素化工程の処理温度を1350℃にした。   Using the same sponge as in Example 1, the impregnation step, the carbonization step, the silicon carbide step, the melt impregnation step, and the surface silicon carbide step were performed in the same manner as in Example 1. However, the treatment temperature of the surface silicon carbide process was 1350 ° C.

得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、実施例1と同様の構造をなし、表面は全て炭化ケイ素で構成されていた。   The obtained silicon carbide heat-resistant ultralight porous structural material had the same structure as in Example 1, and the entire surface was composed of silicon carbide.

ポリウレタンスポンジに代えて、活性炭素粉末製の積層状段ボールを用い、実施例1と同様に含浸工程と炭素化工程を行った。ただし、第一スラリーにはシリコン粉末及び炭化ケイ素粉末は含まれていない。得られた炭素化多孔質構造体は、加工が十分可能な程度の強度があり、収縮も3%程度と極めて小さかった。この炭素化多孔質構造体を、真空下で1450℃、1時間でシリコン溶融含浸を行い、段ボール形状のシリコン被覆多孔質構造体を得た。   An impregnation step and a carbonization step were performed in the same manner as in Example 1 using a laminated corrugated cardboard made of activated carbon powder instead of the polyurethane sponge. However, the first slurry does not contain silicon powder or silicon carbide powder. The obtained carbonized porous structure was strong enough to be processed, and the shrinkage was as small as about 3%. This carbonized porous structure was subjected to silicon melt impregnation at 1450 ° C. for 1 hour under vacuum to obtain a corrugated silicon-coated porous structure.

このシリコン被覆多孔質構造体に対して実施例3と同様にして表面炭化ケイ素化工程を行った。得られた炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、活性炭素粉末製の積層状段ボールの構造をなし、表面は全て炭化ケイ素で構成されていた。   A surface silicon carbide conversion step was performed on the silicon-coated porous structure in the same manner as in Example 3. The obtained silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure had a laminated corrugated cardboard structure made of activated carbon powder, and the entire surface was composed of silicon carbide.

本発明の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、高温用フィルター、高温構造部材、断熱材、溶融金属濾過材、バーナープレート、ヒーター材、高温用消音材等の多くの用途に用いることができる。   The silicon carbide heat-resistant ultralight porous structural material of the present invention is used for many applications such as high-temperature filters, high-temperature structural members, heat insulating materials, molten metal filter media, burner plates, heater materials, and high-temperature silencers. Can do.

Claims (10)

樹脂、ゴム、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成された有機多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだ第一スラリーを含浸させ余分な該第一スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃で炭素化して炭素化多孔質構造体を形成する炭素化工程と、
該炭素化多孔質構造体を、真空或いは不活性雰囲気下において、1300℃以上の温度で反応焼結させることにより炭化ケイ素を生成させると同時に体積減少反応に起因する開気孔を生成させ炭化ケイ素化多孔質構造体を形成する炭化ケイ素化工程と、
該炭化ケイ素化多孔質構造体に、真空或いは不活性化雰囲気下において1300℃〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸して残留炭素を炭化ケイ素とするとともに表面にシリコン被覆層を形成しシリコン被覆多孔質構造体を形成する溶融含浸工程と、
炭素源としての樹脂類を含む第二スラリーを該シリコン被覆多孔質構造体に含浸させ余分な該第二スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃に加熱して炭素化するとともに1300℃〜1600℃の温度で反応焼結させることにより該シリコン被覆層の少なくとも表面を炭化ケイ素化する表面炭化ケイ素化工程と、を行うことで形成されてなる炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材であって、
該炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の気孔構造は、該有機多孔質構造体の気孔構造に対応した構造であることを特徴とする炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材。
A tangible skeleton of an organic porous structure formed of at least one material selected from resin, rubber, cloth, fiber, wood and paper is impregnated with a first slurry containing resins as a carbon source and silicon powder. Removing the excess first slurry and then carbonizing at 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or under an inert atmosphere to form a carbonized porous structure;
The carbonized porous structure is subjected to reactive sintering at a temperature of 1300 ° C. or higher in a vacuum or an inert atmosphere to generate silicon carbide, and at the same time, open pores resulting from a volume reduction reaction are generated to form silicon carbide. A siliconization step to form a porous structure;
The silicon carbide porous structure is melt-impregnated with silicon at a temperature of 1300 ° C. to 1800 ° C. in a vacuum or in an inert atmosphere so that residual carbon is silicon carbide and a silicon coating layer is formed on the surface to cover the silicon A melt impregnation step to form a porous structure;
After impregnating the silicon-coated porous structure with a second slurry containing resins as a carbon source and removing the excess second slurry, the carbon is heated to 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or under an inert atmosphere. And a silicon carbide-based heat-resistant superficial silicon carbide step formed by carrying out reaction sintering at a temperature of 1300 ° C to 1600 ° C to siliconize at least the surface of the silicon coating layer. A lightweight porous structural material,
A silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material, wherein the pore structure of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material is a structure corresponding to the pore structure of the organic porous structure.
樹脂、ゴム、炭素粉末、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成され炭素粉末を含む有機多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂類を含んだ第一スラリーを含浸させ余分な該第一スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃で炭素化して炭素化多孔質構造体を形成する炭素化工程と、
該炭素化多孔質構造体に、真空或いは不活性化雰囲気下において1300℃〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸して残留炭素を炭化ケイ素とするとともに表面にシリコン被覆層を形成しシリコン被覆多孔質構造体を形成する溶融含浸工程と、
炭素源としての樹脂類を含む第二スラリーを該シリコン被覆多孔質構造体に含浸させ余分な該第二スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃に加熱して炭素化するとともに1300℃〜1600℃の温度で反応焼結させることにより該シリコン被覆層の少なくとも表面を炭化ケイ素化する表面炭化ケイ素化工程と、を行うことで形成されてなる炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材であって、
該炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の気孔構造は、該有機多孔質構造体の気孔構造に対応した構造であることを特徴とする炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材。
A tangible skeleton of an organic porous structure formed of at least one material selected from resin, rubber, carbon powder, cloth, fiber, wood, and paper, and containing carbon powder. A carbonization step of impregnating the slurry and removing the excess first slurry, followed by carbonization at 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere to form a carbonized porous structure;
The carbonized porous structure is melt-impregnated with silicon at a temperature of 1300 ° C. to 1800 ° C. in a vacuum or in an inert atmosphere so that the residual carbon becomes silicon carbide and a silicon coating layer is formed on the surface to form a silicon-coated porous material. A melt impregnation step to form a porous structure;
After impregnating the silicon-coated porous structure with a second slurry containing resins as a carbon source and removing the excess second slurry, the carbon is heated to 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or under an inert atmosphere. And a silicon carbide-based heat-resistant superficial silicon carbide step formed by carrying out reaction sintering at a temperature of 1300 ° C to 1600 ° C to siliconize at least the surface of the silicon coating layer. A lightweight porous structural material,
A silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structural material, wherein the pore structure of the silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure material is a structure corresponding to the pore structure of the organic porous structure.
樹脂、ゴム、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成された有機多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂類及びシリコン粉末を含んだ第一スラリーを含浸させ余分な該第一スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃で炭素化して炭素化多孔質構造体を形成する炭素化工程と、
該炭素化多孔質構造体を、真空或いは不活性雰囲気下において、1300℃以上の温度で反応焼結させることにより炭化ケイ素を生成させると同時に体積減少反応に起因する開気孔を生成させ炭化ケイ素化多孔質構造体を形成する炭化ケイ素化工程と、
該炭化ケイ素化多孔質構造体に、真空或いは不活性化雰囲気下において1300℃〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸して残留炭素を炭化ケイ素とするとともに表面にシリコン被覆層を形成しシリコン被覆多孔質構造体を形成する溶融含浸工程と、
炭素源としての樹脂類を含む第二スラリーを該シリコン被覆多孔質構造体に含浸させ余分な該第二スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃に加熱して炭素化するとともに1300℃〜1600℃の温度で反応焼結させることにより該シリコン被覆層の少なくとも表面を炭化ケイ素化する表面炭化ケイ素化工程と、をこの順で行うことを特徴とする炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。
A tangible skeleton of an organic porous structure formed of at least one material selected from resin, rubber, cloth, fiber, wood and paper is impregnated with a first slurry containing resins as a carbon source and silicon powder. Removing the excess first slurry and then carbonizing at 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or under an inert atmosphere to form a carbonized porous structure;
The carbonized porous structure is subjected to reactive sintering at a temperature of 1300 ° C. or higher in a vacuum or an inert atmosphere to generate silicon carbide, and at the same time, open pores resulting from a volume reduction reaction are generated to form silicon carbide. A siliconization step to form a porous structure;
The silicon carbide porous structure is melt-impregnated with silicon at a temperature of 1300 ° C. to 1800 ° C. in a vacuum or in an inert atmosphere so that residual carbon is silicon carbide and a silicon coating layer is formed on the surface to cover the silicon A melt impregnation step to form a porous structure;
After impregnating the silicon-coated porous structure with a second slurry containing resins as a carbon source and removing the excess second slurry, the carbon is heated to 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or under an inert atmosphere. And a silicon carbide-based heat-resisting process characterized by performing in this order a surface silicon carbide conversion step in which at least the surface of the silicon coating layer is silicon carbide by reaction sintering at a temperature of 1300 ° C. to 1600 ° C. For producing a porous ultralight porous structural material.
樹脂、ゴム、炭素粉末、布、繊維、木材及び紙から選択される少なくとも一つの材料から形成され炭素粉末を含む有機多孔質構造体の有形骨格に、炭素源としての樹脂類を含んだ第一スラリーを含浸させ余分な該第一スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃で炭素化して炭素化多孔質構造体を形成する炭素化工程と、
該炭素化多孔質構造体に、真空或いは不活性化雰囲気下において1300℃〜1800℃の温度でシリコンを溶融含浸して残留炭素を炭化ケイ素とするとともに表面にシリコン被覆層を形成しシリコン被覆多孔質構造体を形成する溶融含浸工程と、
炭素源としての樹脂類を含む第二スラリーを該シリコン被覆多孔質構造体に含浸させ余分な該第二スラリーを除去した後、真空或いは不活性雰囲気下において900℃〜1300℃に加熱して炭素化するとともに1300℃〜1600℃の温度で反応焼結させることにより該シリコン被覆層の少なくとも表面を炭化ケイ素化する表面炭化ケイ素化工程と、をこの順で行うことを特徴とする炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。
A tangible skeleton of an organic porous structure formed of at least one material selected from resin, rubber, carbon powder, cloth, fiber, wood, and paper, and containing carbon powder. A carbonization step of impregnating the slurry and removing the excess first slurry, followed by carbonization at 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere to form a carbonized porous structure;
The carbonized porous structure is melt-impregnated with silicon at a temperature of 1300 ° C. to 1800 ° C. in a vacuum or in an inert atmosphere so that the residual carbon becomes silicon carbide and a silicon coating layer is formed on the surface to form a silicon-coated porous material. A melt impregnation step to form a porous structure;
After impregnating the silicon-coated porous structure with a second slurry containing resins as a carbon source and removing the excess second slurry, the carbon is heated to 900 ° C. to 1300 ° C. in a vacuum or under an inert atmosphere. And a silicon carbide-based heat-resisting process characterized by performing in this order a surface silicon carbide conversion step in which at least the surface of the silicon coating layer is silicon carbide by reaction sintering at a temperature of 1300 ° C. to 1600 ° C. For producing a porous ultralight porous structural material.
前記第一スラリーには、シリコンと炭素の原子比がSi/C=0.05〜5.00の比率になるように前記樹脂類と前記シリコン粉末が含まれている請求項3に記載の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。   The silicon carbide-based heat resistance according to claim 3, wherein the first slurry contains the resins and the silicon powder so that an atomic ratio of silicon to carbon becomes a ratio of Si / C = 0.05 to 5.00. A method for producing an ultralight porous structure. 前記第二スラリーにはカーボンブラックが含まれている請求項3又は請求項4に記載の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。   The method for producing a silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structure according to claim 3 or 4, wherein the second slurry contains carbon black. 前記第一スラリーに含まれる樹脂類は、フェノール樹脂、フラン樹脂、有機金属ポリマー、及び蔗糖から選ばれた少なくとも1種である請求項3又は請求項4に記載の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。   5. The silicon carbide-based heat resistant ultralight porous material according to claim 3, wherein the resin contained in the first slurry is at least one selected from a phenol resin, a furan resin, an organometallic polymer, and sucrose. A method for producing a structural material. 前記第一スラリーには、添加剤として、炭素粉末、黒鉛粉末、及びカーボンブラックから選択される1種以上が含まれている請求項3又は請求項4に記載の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。   5. The silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous material according to claim 3, wherein the first slurry contains one or more selected from carbon powder, graphite powder, and carbon black as an additive. A method for producing a structural material. 前記第一スラリーには、骨材或いは酸化防止剤として、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、ジルコン、アルミナ、シリカ、ムライト、二ケイ化モリブデン、炭化ホウ素、及びホウ素粉末から選択される1種以上が添加されている請求項3又は請求項4に記載の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。   The first slurry includes at least one selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, zirconia, zircon, alumina, silica, mullite, molybdenum disilicide, boron carbide, and boron powder as an aggregate or an antioxidant. The manufacturing method of the silicon carbide type heat resistant ultralight porous structure material of Claim 3 or Claim 4 added. 前記第一スラリーにはさらにシリコン粉末が含まれ、前記炭素化工程と前記溶融含浸工程との間に、前記炭素化多孔質構造体を、真空或いは不活性雰囲気下において、1300℃以上の温度で反応焼結させることにより炭化ケイ素を生成させると同時に体積減少反応に起因する開気孔を生成させ炭化ケイ素化多孔質構造体を形成する炭化ケイ素化工程を行う請求項4に記載の炭化ケイ素系耐熱性超軽量多孔質構造材の製造方法。   The first slurry further includes silicon powder, and the carbonized porous structure is heated at a temperature of 1300 ° C. or higher in a vacuum or an inert atmosphere between the carbonization step and the melt impregnation step. 5. The silicon carbide heat-resistant heat treatment according to claim 4, wherein silicon carbide is formed by reaction sintering, and at the same time, an open pore resulting from a volume reduction reaction is generated to form a silicon carbide porous structure. For producing a porous ultralight porous structural material.
JP2011034474A 2011-02-21 2011-02-21 Silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material and method for producing the same Expired - Fee Related JP5665122B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011034474A JP5665122B2 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011034474A JP5665122B2 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012171824A true JP2012171824A (en) 2012-09-10
JP5665122B2 JP5665122B2 (en) 2015-02-04

Family

ID=46975063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011034474A Expired - Fee Related JP5665122B2 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5665122B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104478437A (en) * 2014-11-21 2015-04-01 安徽盛运环保(集团)股份有限公司 Raw material and technology for manufacturing ceramic filter membrane
WO2018034422A1 (en) * 2016-08-19 2018-02-22 한국세라믹기술원 Vacuum chuck composite and preparation method therefor
CN108264337A (en) * 2018-03-14 2018-07-10 江苏宝石耐热科技发展有限公司 A kind of environmental protection Chrome-free wear resistance ramming mass
CN109809819A (en) * 2018-12-24 2019-05-28 平顶山市腾博耐火材料有限公司 A kind of silicon carbide push plate
CN110002878A (en) * 2019-02-25 2019-07-12 常州金艺广告传媒有限公司 A kind of preparation method of high combination degree type silicon carbide/graphite sealing material
CN111825477A (en) * 2020-08-13 2020-10-27 中钢南京环境工程技术研究院有限公司 Preparation method of anti-oxidation silicon carbide kiln furniture
CN117164376B (en) * 2023-08-31 2024-04-19 辽宁卓异新材料有限公司 Preparation method of silicon carbide ceramic material and silicon carbide porous ceramic burner

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0234582A (en) * 1988-07-26 1990-02-05 Eagle Ind Co Ltd Production of porous silicon carbide material
JPH03146470A (en) * 1989-10-31 1991-06-21 Shin Etsu Chem Co Ltd Silicon carbide-based material
JP3699992B2 (en) * 2001-08-07 2005-09-28 独立行政法人産業技術総合研究所 Silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure and method for producing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0234582A (en) * 1988-07-26 1990-02-05 Eagle Ind Co Ltd Production of porous silicon carbide material
JPH03146470A (en) * 1989-10-31 1991-06-21 Shin Etsu Chem Co Ltd Silicon carbide-based material
JP3699992B2 (en) * 2001-08-07 2005-09-28 独立行政法人産業技術総合研究所 Silicon carbide-based heat-resistant ultralight porous structure and method for producing the same

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104478437A (en) * 2014-11-21 2015-04-01 安徽盛运环保(集团)股份有限公司 Raw material and technology for manufacturing ceramic filter membrane
WO2018034422A1 (en) * 2016-08-19 2018-02-22 한국세라믹기술원 Vacuum chuck composite and preparation method therefor
CN108264337A (en) * 2018-03-14 2018-07-10 江苏宝石耐热科技发展有限公司 A kind of environmental protection Chrome-free wear resistance ramming mass
CN109809819A (en) * 2018-12-24 2019-05-28 平顶山市腾博耐火材料有限公司 A kind of silicon carbide push plate
CN110002878A (en) * 2019-02-25 2019-07-12 常州金艺广告传媒有限公司 A kind of preparation method of high combination degree type silicon carbide/graphite sealing material
CN111825477A (en) * 2020-08-13 2020-10-27 中钢南京环境工程技术研究院有限公司 Preparation method of anti-oxidation silicon carbide kiln furniture
CN111825477B (en) * 2020-08-13 2022-05-10 中钢南京环境工程技术研究院有限公司 Preparation method of anti-oxidation silicon carbide kiln furniture
CN117164376B (en) * 2023-08-31 2024-04-19 辽宁卓异新材料有限公司 Preparation method of silicon carbide ceramic material and silicon carbide porous ceramic burner

Also Published As

Publication number Publication date
JP5665122B2 (en) 2015-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3096716B1 (en) Method for producing fiber-reinforced silicon carbide composite
JP5665122B2 (en) Silicon carbide heat-resistant ultralight porous structure material and method for producing the same
US20070032371A1 (en) Silicon carbide based, porous structural material being heat-resistant and super-lightweight
US7648932B2 (en) Molded porous ceramic article containing beta-SiC and process for the production thereof
JP5053085B2 (en) Method for manufacturing high-density silicon carbide
JP4110244B2 (en) Silicon carbide-based heat resistant porous structure and method for producing the same
JP4647370B2 (en) Fiber-reinforced silicon carbide composite material and method for producing the same
US7867313B2 (en) Porous β-SiC-containing ceramic molded article comprising an aluminum oxide coating, and method for the production thereof
US20050084717A1 (en) Silicon carbide based porous structure and method for manufacturing thereof
EP1741687B1 (en) Porous ß-SiC containing shaped ceramic body and method of making it.
EP3700876B1 (en) Particulate ceramic composite material, part comprising the same, and method for the production of said part
JP5093060B2 (en) Carbon fiber reinforced silicon carbide composite and method for producing the same
JP2011236070A (en) Filter for warming fluid and method for manufacturing the same
CN103724046A (en) SiC foam and preparation method thereof
JPH10505053A (en) Boron nitride
EP1284251A1 (en) Silicon carbide-based, porous, lightweight, heat-resistant structural material and manufacturing method therefor
CN114645449A (en) Preparation method of polyimide resin carbon modified C/C-SiC friction material
JP4213612B2 (en) Method for producing porous structure
JP4273195B2 (en) Method for producing silicon carbide heat-resistant lightweight porous structure
JP2008230909A (en) Porous composite and its production method
JP2879675B1 (en) Method for producing two-dimensional fiber reinforced silicon carbide / carbon composite ceramics
JPH11130558A (en) Porous silicon carbide sintered product and its production
US20030035901A1 (en) Silicon carbide-based, porous, lightweight, heat-resistant structural material and manufacturing method therefor
JP2004189576A (en) Silicon carbide-based porous structure material coated with ceramic, and its producing method
JP2019081684A (en) Method for producing silicon carbide matrix composite

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130904

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140529

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140722

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141127

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141204

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5665122

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees