JP4398027B2

JP4398027B2 - Porous silicon carbide sintered body

Info

Publication number: JP4398027B2
Application number: JP33085199A
Authority: JP
Inventors: 敏雄平井; 正雄鴇田; 偉潘; 立東陳; 守大森
Original assignee: 敏雄平井; Ｓｐｓシンテックス株式会社
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: JP2001151578A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多孔質炭化珪素焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化珪素焼結体は、耐熱温度が高く、熱伝導性と電気伝導性に優れ、化学的安定性をそなえているため、高温用の各種構造部材として利用されており、とくに、焼結体の組織構造を多孔質とした多孔質炭化珪素焼結体は、触媒担体、高温ガス浄化フィルター、溶融金属濾過用フィルター、マイクロ波吸収発熱体、通気性断熱材など多様な分野において使用されている。
【０００３】
多孔質炭化珪素焼結体は、通常、ポリウレタンフォームのような三次元網目構造の有機質発泡体に炭化珪素のスラリーを含浸させ、乾燥した後、高温焼成して炭化珪素を焼結するとともに、有機質発泡体を焼却、除去することにより製造されている（例えば、特開昭５８−１２２０１６号公報など）が、この方法により製造される多孔質炭化珪素焼結体は、有機質発泡体を焼却、除去して形成された炭化珪素の骨格体を焼結するものであるから、高い気孔率を付与することはできるが、空孔のサイズが大きく比表面積が小さくなり、機械的強度および電気伝導率が劣るという難点があり、応用面で大きな制約となっている。
【０００４】
多孔質炭化珪素焼結体の製造方法として、炭化珪素の粉末に有機質の樹脂バインダーを加えて混合し、この混合物を所定形状に成形した後、焼成して炭化珪素の粉末粒子を粒成長させる方法も提案されており（特開平３−２１５３７４号公報、特開平３−２１５３７５号公報など）、この方法によれば、気孔率が５０％程度の多孔質炭化珪素焼結体を製造することが可能であるが、多孔質体を構成する炭化珪素粒子の結合が炭化珪素微粒子の粒成長のみにより行われるから、機械的強度が十分でなく、気孔特性と強度特性の両立を図ることが困難である。
【０００５】
また、メソフェーズ含有ピッチで被覆されてなる炭化珪素粉末および溶媒からなるスラリー中に均一に分散安定化された微細泡を生成し、この微細泡含有スラリーを用いて鋳込み成形により成形体を形成し、この成形体を非酸化性雰囲気下で乾燥、焼成した後、珪素を含浸させ、ついで、未反応の珪素を除去するという微細気孔径を有する多孔質炭化珪素焼結体を得ることを目的とする多孔質炭化珪素焼結体の製造方法も提案されているが（特開平６−２９３５７５号公報）が、この方法においても、微細泡を均一に分散させたスラリーの調製が難しいため、均一な気孔が得難く、珪素を含浸させた後に未反応の珪素を除去する工程を要するため製造工程が複雑となるという問題点もある。
【０００６】
発明者らは、多孔質炭化珪素焼結体の製造における上記従来の問題点を解決して、気孔特性として高い比表面積を有し、機械的強度および電気伝導率にも優れた多孔炭化珪素焼結体を得るために、炭化珪素のスラリーや炭化珪素の粉末に有機質の樹脂バインダーを加えた混合物を介して間接的に多孔質炭化珪素焼結体を得る方法ではなく、サブミクロンサイズの炭化珪素ウイスカーを直接焼結することにより多孔質炭化珪素焼結体を得る方法について検討を重ねた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記検討の過程において、炭化珪素ウイスカーを加圧し、加圧された炭化珪素ウイスカーに通電して焼結を行うことにより、炭化珪素ウイスカーの形状とサイズを維持しながら、ウイスカー同士を焼結、連結させることができることを見出したことに基づいてなされたものであり、その目的は、５０％以上の気孔率をそなえ、ミクロンオーダーの空孔を有し、比表面積が高く、機械的強度および電気伝導率に優れた多孔質炭化珪素焼結体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による多孔質炭化珪素焼結体は、平均直径が１μｍ以下の炭化珪素ウイスカー原料を成形ダイ中に装入し、パンチで圧縮するとともに、ＯＮ−ＯＦＦ直流パルス電流を印加してパルス通電焼結することにより得られた炭化珪素焼結体であって、気孔率が５０〜８０％、比表面積が０．７〜１．５ｍ ^２／ｇであり、マイクロオーダーの空孔を有する三次元網目構造をそなえているとともに、優れた強度特性を有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においては、炭化珪素ウイスカーに直接通電して焼結し、炭化珪素ウイスカー同士を互いに連結して、多孔質炭化珪素焼結体とすることを特徴とするものであり、好ましい実施態様としては、炭化珪素ウイスカーを、カーボンなどからなる導電性の成形ダイ中に装入し、例えば上下から導電性のパンチで圧縮するとともに、パンチを通じて通電を行い焼結する。
【００１２】
本発明の多孔質炭化珪素焼結体を製造するための放電焼結装置の概略を図１に示す。放電プラズマ焼結装置１においては、水冷真空チャンバ２内に、原料の炭化珪素ウイスカーＷを装填する成形ダイ３および成形ダイ３内の原料を押圧、圧縮する上下一対のパンチ（押圧子）４、５が配置されており、パンチ４、５は、加圧機構により駆動する上下一対の加圧ラム６、７にそれぞれ取り付けられている。
【００１３】
放電プラズマ焼結装置１には、加圧ラムおよびパンチを通じて成形ダイ内の原料を通電、焼結するための焼結用電源、加圧ラム６、７を水冷するための冷却系、水冷却機構、焼結雰囲気を調整するための雰囲気制御機構、その他、位置計測機構、温度計測装置、これらの機構、装置を制御するための制御装置が配設されている。
【００１４】
炭化珪素ウイスカーは、必要に応じてボールミルなどにより混合、粉砕し、所定の長さに揃える。炭化珪素ウイスカーとしては、好ましくは平均直径１μｍ以下、さらに好ましくは平均直径０．１〜０．５μｍ、長さ１０〜２０μｍのものが好適に使用される。
【００１５】
炭化珪素ウイスカーに対して通電焼結を行うために、図２にその要部を示すように、カーボンなどからなる導電性の成形ダイ３および成形ダイ３に挿入される導電性の上パンチ４および下パンチ５が配設され、成形ダイ３内にサイズを調製した炭化珪素ウイスカーＷを装入して、パンチ４、５に加圧ラム６、７を通じて荷重を付加し、炭化珪素ウイスカーＷを上下から圧縮するとともに、パンチ４、５を通して炭化珪素ウイスカーＷに電圧を印加し通電する。
【００１６】
炭化珪素ウイスカーの圧縮は、パンチＰにより１００〜８００ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加えて行うのが好ましく、通電は、炭化珪素ウイスカーの圧縮後に行ってもよく、圧縮しながら行ってもよい。通電中は真空または不活性雰囲気に保持される。
【００１７】
通電は、パルス電流または直流電流、交流電流を利用して行い、通電により発生するジュール熱と加圧による炭化珪素ウイスカーの塑性流動により焼結が促進される。とくに、ＯＮ−ＯＦＦ直流パルス電流を印加した場合には、さらに炭化珪素ウイスカーの間で起きる火花放電による自己発熱作用によって一層効率のよい焼結が可能となる。
【００１８】
通電焼結中における炭化珪素ウイスカーの昇温速度は５０〜２００Ｋ／分、焼成温度は１９００〜２３００Ｋ、保持時間は５〜６０分が好ましい。焼結終了後、圧力を解除し、好ましくは５０〜２００Ｋ／分の降温速度で冷却する。
【００１９】
上記の放電プラズマ焼結装置を用いた直接通電焼結法は、圧縮された原料ウイスカー自体のジュール熱を利用しているため、誘導加熱や輻射加熱を用いた焼結法に比べ高い熱効率を有する。また、パルス電流を通電するとともに、そのピーク電流とパルス幅を制御して材料温度を制御しながら圧縮焼結を行うことによって、炭化珪素ウイスカーの形状およびサイズを維持しながら多孔質焼結体を製造することができる。また、圧縮された原料ウイスカーの間隙に生じる放電現象を利用し、放電プラズマ、放電衝撃圧力などによる粒子表面の浄化活性化作用および電場に生じる電界拡散効果や、ジュール熱による熱拡散効果など、放電に伴う局所的な高温によりウイスカー間のネック（頸部）の成長を短時間に促進させることができる。
【００２０】
本発明においては、上記のように、炭化珪素ウイスカーの形状およびサイズを維持しながら、ウイスカー同士が多数の結合点により連結され、ウイスカー間に点接触で結合されたミクロンサイズの空孔が形成されて、気孔率と比表面積の高い、すなわち、５０％以上の気孔率と０．７ｍ²／ｇ以上、好ましくは０．８ｍ²／ｇ以上の比表面積を有する三次元網目構造の多孔質炭化珪素焼結体を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の多孔質炭化珪素焼結体は、きわめて高い比表面積を有しながらも、ウイスカー間の結合接点の数が多いため優れた機械的強度をそなえ、気孔特性と強度特性の両立を図ることができ、用途範囲を大幅に拡げることが可能となる。気孔特性と強度特性の両立を図るための好ましい気孔特性は、気孔率５０〜８０％、比表面積０．８〜１．５ｍ²／ｇの範囲である。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２３】
実施例１
原料として、平均直径０．１〜０．３μｍ、長さ１０〜２０μｍの炭化珪素ウイスカーを準備し、このウイスカーの凝集を破壊させるために、アルコール媒体中で１時間ボールミルで粉砕を行った。粉砕後のウイスカーを乾燥させた後、図１に示す放電プラズマ焼結機を使用して通電焼結を行った。
【００２４】
カーボンの成形ダイ３に、乾燥させた炭化珪素ウイスカーを充填し、ハンドプレスで仮圧縮した後、成形ダイ３を放電プラズマ焼結機にセットして、パンチ４、５により軸方向に２００ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加えた。真空（約１０^-3Ｔｏｒｒ）に引いた後、上下のパンチ４、５を通じて直流パルス電流を印加した。
【００２５】
通電により、炭化珪素ウイスカーは１２０Ｋ／分の昇温速度で２０２３Ｋの温度まで昇温し、この温度で５分間保持した後、圧力を解除して、７０Ｋ／分の降温速度で室温まで冷却したところ、多孔質炭化珪素焼結体が得られた。
【００２６】
得られた多孔質炭化珪素焼結体の微細構造のＳＥＭ写真を図３、図４に示す。図３〜４にみられるように、炭化珪素ウイスカーの形状、サイズは、図５に示す焼結前のものと変らないが、炭化珪素ウイスカー同士が連結され、また、炭化珪素ウイスカー同士が接する接点部分にネックが形成されて互いに連結される様相が認められる。
【００２７】
得られた多孔質炭化珪素焼結体の特性を、ポリウレタンフォームに炭化珪素のスラリーを含浸させ、乾燥した後、高温焼成して炭化珪素を焼結するとともに、有機質発泡体を焼却、除去することにより製造された従来の多孔質炭化珪素焼結体の特性と対比して表１に示す。表１にみられるように、本発明による多孔質炭化珪素焼結体は、従来の多孔質炭化珪素焼結体に比べて優れた圧縮強度、曲げ強度を有し、高い比表面積をそなえている。
【００２８】
【表１】

【００２９】
実施例２
原料として、実施例１と同じ炭化珪素ウイスカーを使用し、実施例１と同様、このウイスカーの凝集を破壊させるために、アルコール媒体中で１時間ボールミルで粉砕を行った。粉砕後のウイスカーを乾燥させた後、図１に示す放電プラズマ焼結機を使用して通電焼結を行った。
【００３０】
カーボンの成形ダイ３に、乾燥させた炭化珪素ウイスカーを充填し、ハンドプレスで仮圧縮した後、仮圧縮した炭化珪素ウイスカーが装入されている成形ダイ３を放電焼結機にセットして、パンチ４、５により軸方向に加える圧力（焼結圧力）を変え、真空（約１０^-3Ｔｏｒｒ）に引いた後、上下のパンチ４、５を通じて直流パルス電流を印加した。焼結温度(Sintering Temperature) は２０７３Ｋ、焼結温度での保持時間(Sintering Time)は５分に固定した。
【００３１】
５分間保持した後、圧力を解除して、７０Ｋ／分の降温速度で室温まで冷却し、多孔質炭化珪素焼結体を得た。得られた多孔質炭化珪素焼結体について、焼結時の圧力(Sintering Pressure)と気孔率(Porosity)との関係、焼結時の圧力と曲げ強度(Bending Strength)および圧縮強度(Compression Strength)との関係を求めた。結果を図６、図７および図８に示す。
【００３２】
また、上記の通電焼結において、焼結温度を２１２３Ｋ、保持時間を５分とした以外は同じ条件で作製した多孔質炭化珪素焼結体について、焼結時の圧力と気孔率および比抵抗との関係を求めた。結果を図９および図１０に示す。なお、使用用途に応じて焼結条件を選択することにより各種特性を制御することができる。
【００３３】
実施例３
実施例１において、焼結圧力を４００ｋｇ／ｃｍ²、焼結温度を５分として、焼結温度と気孔率との関係を求めた。結果を図１１に示す。また、実施例１において、焼結温度を２２７３Ｋ、焼結圧力を４００ｋｇ／ｃｍ²として、気孔率と焼結時間との関係を求め、また、焼結温度を１９７３Ｋ、焼結圧力を４００ｋｇ／ｃｍ²として、曲げ強度と焼結時間との関係を求めた、結果をそれぞれ図１２および図１３に示す。
【００３４】
図６〜図１０にみられるように、焼結温度と焼結時間を一定とした場合には、気孔率、曲げ強度および圧縮強度と焼結圧力との間には直線的関係が認められ、図１１に示すように、焼結圧力と焼結温度を一定とした場合には、焼結温度と気孔率との間に直線的関係がみられ、また、図１２〜図１３にみられるように、焼結温度と焼結圧力を一定とした場合には、気孔率および曲げ強度と焼結時間との間には直線的関係が認められる。従って、焼結条件を選択することにより、多孔質炭化珪素焼結体の使用目的に応じて各種特性を制御することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、気孔率が５０％以上、比表面積が０．８ｍ²／ｇ以上でマイクロオーダーの空孔を有し、機械的強度に優れた三次元網目構造の多孔質炭化珪素焼結体が得られる。当該多孔質炭化珪素焼結体は、触媒担体、高温ガス浄化フィルター、溶融金属濾過用フィルター、マイクロ波吸収発熱体などの用途に適用可能である。
【００３６】
また、本発明によれば、炭化珪素ウイスカーを出発原料とし、これを加圧し、直接通電して焼結することによって、炭化珪素ウイスカーの形状およびサイズを維持しながら、ウイスカー同士が多数の結合点により連結され、ウイスカー間に点接触で結合されたミクロンサイズの空孔が形成されて、気孔率と比表面積が高く、機械的強度に優れた三次元網目構造の多孔質炭化珪素焼結体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多孔質炭化珪素焼結体を製造するための放電プラズマ焼結装置の概略断面図である。
【図２】図１の装置構成の要部を示す断面図である。
【図３】本発明による通電焼結後の多孔質炭化珪素焼結体の組織構造を示すＳＥＭ写真である。
【図４】本発明による通電焼結後の多孔質炭化珪素焼結体の拡大された組織構造を示すＳＥＭ写真である。
【図５】本発明による通電焼結前の多孔質炭化珪素焼結体の組織構造を示すＳＥＭ写真である。
【図６】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の気孔率と焼結圧力との関係を示すグラフである。
【図７】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の曲げ強度と焼結圧力との関係を示すグラフである。
【図８】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の圧縮強度と焼結圧力との関係を示すグラフである。
【図９】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の気孔率と焼結圧力との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の比抵抗と焼結圧力との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の気孔率と焼結温度との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の気孔率と焼結時間との関係を示すグラフである。
【図１３】本発明による多孔質炭化珪素焼結体の曲げ強度と焼結時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１放電プラズマ焼結装置
２水冷真空チャンバ
３成形ダイ
４パンチ
５パンチ
６加圧ラム
７加圧ラム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a porous silicon carbide sintered body .
[0002]
[Prior art]
Silicon carbide sintered bodies are used as various structural members for high temperatures because of their high heat resistance, excellent thermal and electrical conductivity, and chemical stability. Porous silicon carbide sintered bodies having a porous structure are used in various fields such as catalyst carriers, high temperature gas purification filters, molten metal filtration filters, microwave absorption heating elements, and breathable heat insulating materials.
[0003]
A porous silicon carbide sintered body is usually made by impregnating a silicon carbide slurry into an organic foam having a three-dimensional network structure such as polyurethane foam, drying, and then sintering at high temperature to sinter silicon carbide. Manufactured by incineration and removal of foam (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-122016). Porous silicon carbide sintered body produced by this method incinerates and removes organic foam. Since the silicon carbide skeleton formed by sintering is sintered, a high porosity can be imparted, but the pore size is large and the specific surface area is small, and the mechanical strength and electrical conductivity are reduced. There is a disadvantage that it is inferior, and this is a major limitation in application.
[0004]
As a method for producing a porous silicon carbide sintered body, an organic resin binder is added to and mixed with silicon carbide powder, the mixture is formed into a predetermined shape, and then fired to grow silicon carbide powder particles. Have been proposed (JP-A-3-215374, JP-A-3-215375, etc.), and according to this method, a porous silicon carbide sintered body having a porosity of about 50% can be produced. However, since the bonding of the silicon carbide particles constituting the porous body is performed only by the growth of the silicon carbide fine particles, the mechanical strength is not sufficient, and it is difficult to achieve both the pore characteristics and the strength characteristics. .
[0005]
In addition, fine bubbles uniformly dispersed and stabilized in a slurry composed of a silicon carbide powder coated with a mesophase-containing pitch and a solvent are formed, and a molded body is formed by casting using the fine-bubble-containing slurry, An object of the present invention is to obtain a porous silicon carbide sintered body having a fine pore diameter in which the molded body is dried and fired in a non-oxidizing atmosphere, then impregnated with silicon, and then unreacted silicon is removed. A method for producing a porous silicon carbide sintered body has also been proposed (JP-A-6-293575), but even in this method, since it is difficult to prepare a slurry in which fine bubbles are uniformly dispersed, uniform pores Is difficult to obtain, and a process for removing unreacted silicon after impregnation with silicon is required, which complicates the manufacturing process.
[0006]
The inventors have solved the above-mentioned conventional problems in the production of a porous silicon carbide sintered body, have a high specific surface area as a pore characteristic, and have excellent mechanical strength and electrical conductivity. Submicron-sized silicon carbide is not a method for obtaining a porous silicon carbide sintered body indirectly through a mixture of a silicon carbide slurry or silicon carbide powder and an organic resin binder to obtain a bonded body. The method of obtaining a porous silicon carbide sintered body by directly sintering a whisker was repeatedly investigated.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the process of the above examination, the present invention pressurizes silicon carbide whiskers, energizes the pressurized silicon carbide whiskers and performs sintering, thereby maintaining the shape and size of the silicon carbide whiskers. It was made based on the finding that it can be sintered and connected. Its purpose is to have a porosity of 50% or more, to have micron-order pores, high specific surface area, and mechanical An object of the present invention is to provide a porous silicon carbide sintered body excellent in strength and electrical conductivity.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a porous silicon carbide sintered body according to the present invention includes a silicon carbide whisker raw material having an average diameter of 1 μm or less placed in a forming die, compressed by a punch, and an ON-OFF DC pulse. A silicon carbide sintered body obtained by applying electric current and performing pulse electric current sintering, having a porosity of 50 to 80% , a specific surface area of 0.7 to 1.5 m ² / g, and micro order It is characterized by having a three-dimensional network structure having pores and having excellent strength characteristics .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, the silicon carbide whiskers are directly energized and sintered, and the silicon carbide whiskers are connected to each other to form a porous silicon carbide sintered body. As a preferred embodiment, The silicon carbide whisker is placed in a conductive molding die made of carbon or the like, and compressed, for example, from above and below with a conductive punch and energized through the punch for sintering.
[0012]
An outline of a discharge sintering apparatus for producing the porous silicon carbide sintered body of the present invention is shown in FIG. In the discharge plasma sintering apparatus 1, a water-cooled vacuum chamber 2 is filled with a raw material silicon carbide whisker W and a pair of upper and lower punches (pressors) 4 for pressing and compressing the raw material in the molding die 3. 5 is arranged, and the

punches

4 and 5 are respectively attached to a pair of upper and

lower pressure rams

6 and 7 driven by a pressure mechanism.
[0013]
The discharge plasma sintering apparatus 1 includes a sintering power source for energizing and sintering raw materials in a forming die through a pressure ram and a punch, a cooling system for water-cooling the

pressure rams

6 and 7, and a water cooling mechanism. Further, an atmosphere control mechanism for adjusting the sintering atmosphere, a position measurement mechanism, a temperature measurement device, and a control device for controlling these mechanisms and devices are provided.
[0014]
The silicon carbide whisker is mixed and pulverized by a ball mill or the like as necessary, and aligned to a predetermined length. As the silicon carbide whisker, those having an average diameter of 1 μm or less, more preferably an average diameter of 0.1 to 0.5 μm and a length of 10 to 20 μm are preferably used.
[0015]
In order to conduct current sintering on silicon carbide whiskers, as shown in FIG. 2, the conductive molding die 3 made of carbon or the like and the conductive upper punch 4 inserted into the molding die 3 and A lower punch 5 is disposed, and a silicon carbide whisker W whose size is adjusted is inserted into the molding die 3, and a load is applied to the

punches

4 and 5 through the

pressurization rams

6 and 7. And a voltage is applied to the silicon carbide whisker W through the

punches

4 and 5 to energize.
[0016]
The compression of the silicon carbide whisker is preferably performed by applying a pressure of 100 to 800 kg / cm ² by the punch P, and the energization may be performed after the silicon carbide whisker is compressed or may be performed while being compressed. A vacuum or an inert atmosphere is maintained during energization.
[0017]
The energization is performed using a pulse current, a direct current, or an alternating current, and sintering is promoted by the Joule heat generated by the energization and the plastic flow of the silicon carbide whiskers due to pressurization. In particular, when an ON-OFF direct current pulse current is applied, further efficient sintering is possible due to a self-heating action caused by spark discharge occurring between silicon carbide whiskers.
[0018]
The temperature rising rate of the silicon carbide whisker during current sintering is preferably 50 to 200 K / min, the firing temperature is 1900 to 2300 K, and the holding time is preferably 5 to 60 minutes. After completion of the sintering, the pressure is released, and cooling is preferably performed at a temperature lowering rate of 50 to 200 K / min.
[0019]
The direct current sintering method using the above-mentioned discharge plasma sintering apparatus uses Joule heat of the compressed raw material whisker itself, and thus has higher thermal efficiency than the sintering method using induction heating or radiation heating. . In addition, a porous sintered body can be produced while maintaining the shape and size of the silicon carbide whisker by conducting a pulsed current and performing compression sintering while controlling the peak current and pulse width and controlling the material temperature. Can be manufactured. In addition, by utilizing the discharge phenomenon that occurs in the gaps between the compressed raw material whiskers, the discharge surface is activated by discharge plasma, discharge impact pressure, etc., and the electric field diffusion effect that occurs in the electric field, the thermal diffusion effect due to Joule heat, etc. Due to the local high temperature, the growth of the neck (neck) between whiskers can be promoted in a short time.
[0020]
In the present invention, whilst maintaining the shape and size of the silicon carbide whiskers, the whiskers are connected to each other by a large number of bonding points, and micron-sized holes are formed that are bonded by point contact between the whiskers. Porous silicon carbide having a high porosity and specific surface area, that is, having a porosity of 50% or more and a specific surface area of 0.7 m ² / g or more, preferably 0.8 m ² / g or more. A sintered body can be obtained.
[0021]
In addition, the porous silicon carbide sintered body of the present invention has excellent mechanical strength due to the large number of joint contacts between whiskers, while having a very high specific surface area, and achieves both pore characteristics and strength characteristics. Therefore, the application range can be greatly expanded. Preferred pore properties for achieving both pore properties and strength properties are a porosity of 50 to 80% and a specific surface area of 0.8 to 1.5 m ² / g.
[0022]
【Example】
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the examples show one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this.
[0023]
Example 1
A silicon carbide whisker having an average diameter of 0.1 to 0.3 μm and a length of 10 to 20 μm was prepared as a raw material, and pulverized with a ball mill for 1 hour in an alcohol medium in order to destroy the aggregation of the whisker. After the pulverized whiskers were dried, current sintering was performed using a discharge plasma sintering machine shown in FIG.
[0024]
The carbon forming die 3 is filled with the dried silicon carbide whisker and temporarily compressed by a hand press, and then the forming die 3 is set in a discharge plasma sintering machine and 200 kg / cm in the axial direction by the

punches

4 and 5. A pressure of ² was applied. After drawing a vacuum (about 10 ⁻³ Torr), a DC pulse current was applied through the upper and

lower punches

4 and 5.
[0025]
When energized, the silicon carbide whisker is heated to a temperature of 2023 K at a heating rate of 120 K / min, held at this temperature for 5 minutes, then released from pressure, and cooled to room temperature at a cooling rate of 70 K / min. A porous silicon carbide sintered body was obtained.
[0026]
3 and 4 show SEM photographs of the microstructure of the obtained porous silicon carbide sintered body. 3-4 , the shape and size of the silicon carbide whiskers are the same as those before sintering shown in FIG. 5, but the silicon carbide whiskers are connected to each other, and the silicon carbide whiskers are in contact with each other. It is recognized that necks are formed in the portions and are connected to each other.
[0027]
The characteristic of the obtained porous silicon carbide sintered body is that polyurethane foam is impregnated with a slurry of silicon carbide, dried, then fired at high temperature to sinter silicon carbide, and the organic foam is incinerated and removed. Table 1 shows the comparison with the characteristics of the conventional porous silicon carbide sintered body produced by the above method. As can be seen in Table 1, the porous silicon carbide sintered body according to the present invention has superior compressive strength and bending strength as compared with the conventional porous silicon carbide sintered body, and has a high specific surface area. .
[0028]
[Table 1]

[0029]
Example 2
As a raw material, the same silicon carbide whisker as in Example 1 was used, and in the same manner as in Example 1, in order to break up the aggregation of this whisker, it was pulverized in a ball mill for 1 hour in an alcohol medium. After the pulverized whiskers were dried, current sintering was performed using a discharge plasma sintering machine shown in FIG.
[0030]
After filling the carbon forming die 3 with the dried silicon carbide whisker and temporarily compressing it with a hand press, the molding die 3 in which the temporarily compressed silicon carbide whisker is charged is set in a discharge sintering machine, The pressure (sintering pressure) applied in the axial direction by the

punches

4 and 5 was changed, and after evacuating (about 10 ⁻³ Torr), a DC pulse current was applied through the upper and

lower punches

4 and 5. The sintering temperature (Sintering Temperature) was 2073 K, and the holding time (Sintering Time) at the sintering temperature was fixed at 5 minutes.
[0031]
After holding for 5 minutes, the pressure was released, and the mixture was cooled to room temperature at a temperature drop rate of 70 K / min to obtain a porous silicon carbide sintered body. About the obtained porous silicon carbide sintered body, relationship between pressure during sintering (Sintering Pressure) and porosity (Porosity), pressure during sintering and bending strength (Bending Strength) and compression strength (Compression Strength) Sought a relationship with. The results are shown in FIG. 6, FIG. 7 and FIG.
[0032]
In addition, in the above-mentioned current sintering, with respect to a porous silicon carbide sintered body produced under the same conditions except that the sintering temperature was 2123 K and the holding time was 5 minutes, Sought the relationship. The results are shown in FIG. 9 and FIG. Various characteristics can be controlled by selecting sintering conditions according to the intended use.
[0033]
Example 3
In Example 1, the relationship between the sintering temperature and the porosity was determined by setting the sintering pressure to 400 kg / cm ² and the sintering temperature to 5 minutes. The results are shown in FIG. In Example 1, the sintering temperature is 2273 K, the sintering pressure is 400 kg / cm ² , the relationship between the porosity and the sintering time is obtained, the sintering temperature is 1973 K, and the sintering pressure is 400 kg / cm 2. ² , the relationship between the bending strength and the sintering time was obtained, and the results are shown in FIGS. 12 and 13, respectively.
[0034]
As seen in FIGS. 6 to 10, when the sintering temperature and the sintering time are constant, a linear relationship is recognized between the porosity, the bending strength and the compressive strength, and the sintering pressure. As shown in FIG. 11, when the sintering pressure and the sintering temperature are constant, a linear relationship is observed between the sintering temperature and the porosity, and as shown in FIGS. 12 to 13. In addition, when the sintering temperature and the sintering pressure are constant, a linear relationship is recognized between the porosity and bending strength and the sintering time. Therefore, by selecting the sintering conditions, various characteristics can be controlled according to the purpose of use of the porous silicon carbide sintered body.
[0035]
【The invention's effect】
According to claim 1 of the present invention, the porous material has a three-dimensional network structure having a porosity of 50% or more, a specific surface area of 0.8 m ² / g or more and having micro-order pores and excellent mechanical strength. A silicon carbide sintered body is obtained. The porous silicon carbide sintered body can be applied to uses such as a catalyst carrier, a high-temperature gas purification filter, a filter for molten metal filtration, and a microwave absorption heating element.
[0036]
In addition, according to the present invention, whisker is used as a starting material, pressurized, and directly energized and sintered to maintain the shape and size of the silicon carbide whisker, while the whisker has many bonding points. A porous silicon carbide sintered body having a three-dimensional network structure with high porosity and specific surface area and excellent mechanical strength is formed. can get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a discharge plasma sintering apparatus for producing a porous silicon carbide sintered body of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a main part of the device configuration of FIG. 1;
FIG. 3 is an SEM photograph showing the structure of a porous silicon carbide sintered body after electric current sintering according to the present invention.
FIG. 4 is an SEM photograph showing an enlarged structure of a porous silicon carbide sintered body after electric current sintering according to the present invention.
FIG. 5 is an SEM photograph showing a structure of a porous silicon carbide sintered body before electric current sintering according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between porosity and sintering pressure of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between bending strength and sintering pressure of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between compressive strength and sintering pressure of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between porosity and sintering pressure of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between specific resistance and sintering pressure of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the porosity and the sintering temperature of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between porosity and sintering time of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between bending strength and sintering time of a porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge plasma sintering apparatus 2 Water-cooled vacuum chamber 3 Molding die 4 Punch 5 Punch 6 Pressure ram 7 Pressure ram

Claims

A silicon carbide sintered body obtained by charging a silicon carbide whisker raw material having an average diameter of 1 μm or less into a forming die, compressing with a punch, and applying ON-OFF DC pulse current and performing pulse current sintering It has a porosity of 50 to 80% , a specific surface area of 0.7 to 1.5 m ² / g, has a three-dimensional network structure having micro-order pores, and has excellent strength characteristics. A porous silicon carbide sintered body characterized by comprising: