JP4450928B2 - Method for producing porous composite material - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空隙及び/又は孔部を有する多孔質材料に関し、詳しくは、空隙及び/又は孔部内部がセラミックスで充てん及び/又は被覆されている多孔質材料及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
いわゆる無機質固体材料や金属等をマトリックスとして、空隙及び/又は孔部を有する多孔質材料の空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスを付与し、セラミックスで充てんあるいはセラミックスコーティングをすることが行われている。空隙等へのセラミックスの供給は、化学気相法(CVD法)を応用した化学気相浸透法(CVI法)が用いられている。CVI法は、セラミックスを生成する気体原料を空隙等に導入して、空隙等の内部において気体原料を熱等により反応させて空隙等の内表面にセラミックスを生成させ、析出させる方法である。このような原料ガスからのセラミックス生成反応が空隙等の内部で繰り返される結果、空隙等の内表面にセラミックス皮膜を形成したり、あるいは空隙等をセラミックスで充てんしたりすることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
CVI法の実施にあたっては、まず、多孔質材料の空隙等内に当初からある初期ガスを排出する必要がある。しかしながら、残留ガスの排気は非常に困難であった。多孔質材料の表面積が大きく付着ガス量も多いため、排気しても、付着ガスを完全に離脱させることができないからである。
かかる孔内残留ガスのために、多孔質材料外部に比較して孔内圧力が高くなり、空隙等の深部まで気体原料が拡散あるいは浸透させることができなかった。この問題は、2種以上の気体原料を使用する場合にも、先に使用した気体原料が残留し、次に使用する気体原料を拡散等できないという点において共通していた。
【0004】
そこで、本発明は、多孔質材料の深部の空隙及び/又は孔部内にもセラミックスが付与されている、多孔質複合材料の製造方法を提供することを目的とする。また、多孔質材料の空隙及び/又は孔部内にもセラミックスを付与するための装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するための手段として、本発明では、以下の手段を提供する。
すなわち、本発明は、多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する方法であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とが区画された状態で、前記気体原料を前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させて、前記空隙及び/又は孔部の内部に気体原料を供給する、方法を提供する。
この方法によると、気体原料が多孔質材料を強制的に通過することにより、気体原料が、多孔質材料の空隙及び/又は孔部に滞留されるのが抑制され、さらに初期から残留しているガスを孔内から排出することができる。このため、多孔質材料の深部の空隙及び/又は孔部の内部にもセラミックスが生成される。
【0006】
また、好ましくは、前記気体原料を、前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させる工程と、前記他方側から前記一方側へ強制的に通過させる工程とを備えるようにする。これによれば、多孔質材料の外表面及び空隙及び/又は孔部の内表面の全体においてより均一にセラミックスを生成させることができる。
【0007】
この製造方法において、好ましくは、前記気体原料は2種以上であり、第1の気体原料を供給する工程と、第2の気体原料を供給する工程とを備え、これらの工程間には、第1の気体原料の供給側の区画から第1の気体原料を排出する工程、を備えるようにする。このようにすると、前記上流側において、第1の気体原料が滞留するのを防止できる。このため、前記上流側で第1及び第2の気体原料が混合するのを防止できる。
【0008】
また、本発明は、多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する装置であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画されるキャビティを有し、前記気体原料を前記キャビティの前記一方側から前記他方側へ強制的に通過可能に形成される、装置を提供する。
【0009】
また、前記気体原料が、前記一方側から他方側へ強制通過可能に形成されるとともに、前記他方側から前記一方側へ強制通過可能に形成される、装置であることが好ましい。また、前記一方側と前記他方側とが連通される気体原料通路が、前記多孔質材料における通過抵抗が高まった際にのみ開口部によって前記気体原料を通過させるように開閉可能に形成されることが好ましい。さらに、前記キャビティを2以上備えることが好ましい。また、1個のキャビティが、2以上の多孔質材料のそれぞれを介して3以上に区画されるようにすることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の製造方法及び装置は、いわゆるCVI法を用いた多孔質複合材料の製造方法及びCVI法に用いる装置である。
本発明の製造方法は、多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部内にセラミックスが付与された複合材料を製造する方法であって、前記空隙及び/又は孔部の内部への気体原料の供給工程を、前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とが区画された状態で、前記気体原料を前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させることにより達成することを特徴とする。
本発明方法によって得られた多孔質複合材料は、その空隙及び/又は孔部内がセラミックスで被覆あるいは充てんされている。特に、その深部の空隙及び/又は孔部内においても、均一にセラミックスで被覆あるいは充てんされている。
また、本発明の装置は、当該気体原料供給工程を達成可能に、前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画されるキャビティを有し、前記気体原料を前記キャビティの前記一方側から前記他方側へ強制的に通過可能に形成されていることを特徴とする。
【0011】
本発明における多孔質材料とは、空隙及び/又は孔部を多数備える材料であれば良く、特にその材料を限定しない。CVD法、特に熱CVD法、すなわち、熱化学反応によりセラミックスを付与することから、当該方法あるいは熱化学反応を許容できる程度の耐熱性を備える材料であることが好ましい。例えば、セラミックスを始めとする無機質固体材料や金属等をマトリックスとする多孔材料を挙げることができる。
空隙及び孔部の形態は問わない。連続状、あるいは外部と連通する状態である空隙及び/又は孔部を備えることが好ましい。
【0012】
気体原料は、形成しようとするセラミックスを構成する元素からなる化合物のガスである。特に、熱化学反応によりセラミックスが生成されるような気体原料を選択するのが好ましい。セラミックスは、酸化物、窒化物、炭化物等、各種形態のセラミックスを包含する。さらに、多孔質材料表面においてこれらの生成物から化学反応によりセラミックスが生成される。セラミックスは、いわゆる、熱CVD、プラズマCVD、光CVD等のいずれによって形成されてもよいが、好ましくは、熱CVDである。よって、好ましくは、熱化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を使用するのが好ましい。
セラミックスは、2種以上の気体原料から生成されることが多い。このような気体原料の組み合わせと生成するセラミックスにとしては、各種公知の組み合わせを、本発明に適用できる。例えば、以下に示すものを例示できる。
(気体原料)→セラミックスの例
(SiH2Cl2+C22)→SiC
(SiCl4+CH4)→SiC
なお、1種のセラミックスを生成するような気体原料のみを使用してもよいし、2種以上のセラミックスを生成するように気体原料を組み合わせて使用してもよい。
【0013】
(第1の実施形態)
本実施形態においては、本発明の製造方法及び製造装置の一例について図1及び図2に基づいて説明する。
図1には、本実施形態で使用する製造装置2の概略構成が示されている。また、図2には、本実施形態における気体原料の供給工程が示されている。
【0014】
本発明の製造装置は、基本的には、多孔質材料4を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画されるキャビティ10,14とを備えた加熱可能なキャビティ(炉)2として形成されている。キャビティ10には、炉2内に気体原料A及び気体原料Bをそれぞれ供給可能に配管18、20、22が接続されている。これらの配管18,20,22には、それぞれバルブが備えられている。すなわち、配管18,20は、それぞれ気体原料A、Bの供給源に接続されており、配管18,20は、炉2に接続される配管22に接続されている。
また、キャビティ14には、炉2内の気体を排気(吸引)可能に配管24が接続されている。この結果、炉2は、気体原料A、Bをキャビティ10からキャビティ14へ強制的に通過可能に形成されている。
【0015】
この炉2においては、多孔質材料4は、キャビティ10、14を区画する内壁(隔壁)の少なくとも一部を構成している。多孔質材料4以外の部位は、適当な部材でキャビティ10、14が区画され、両キャビティ10、14が遮断された状態となっている。特に、この炉2では、隔壁12が多孔質材料4を支持するとともに、キャビティ10、14も遮断するようになっている。
炉2は、外部から全体が加熱可能に形成されていてもよいが、炉2内部の多孔質材料4のみを加熱可能に形成されていることが好ましい。また、炉2は、複数個形成してもよい。その場合、気体原料の通過方向に対して、直列的に配することもできるし、並列に配することもできる。
【0016】
次に、この炉2に、多孔質材料4の空隙及び/又は孔部内にセラミックスを生成させる方法について、図2に例示される気体原料供給工程に基づいて説明する。
まず、炉2内の所定位置に、多孔質材料4を配置して、多孔質材料4を介して、その一方側と他方側と区画された状態とする。次いで、炉2内が所定の温度になるように加熱される。
第1の工程は、所定温度が維持される状態で、配管24により、炉2内の空気を排出(吸引)する。第2の工程は、吸引を維持しながら気体原料Aを一定期間配管18、22を介してキャビティ10に供給する。
【0017】
この結果、気体原料Aは、多孔質材料4の一方側から他方側へと、すなわち、キャビティ10からキャビティ14へと強制的に通過される。これにより、気体原料Aが、多孔質材料4の空隙及び/又は孔部内をキャビティ10側からキャビティ14側へと、当該空隙等の内部で滞留することなく通過することができる。このため、加熱された多孔質材料4の表層側(キャビティ10側)のみならず、深部側(キャビティ14側)の空隙及び/又は孔部の内部に気体原料Aが均一に供給される。この結果、空隙等の内表面において均一に気体原料Aの生成物が生じる。
【0018】
第3の工程は、気体原料A供給の停止後、一定期間配管24からの吸引のみを実施して、炉2内に滞留する気体原料Aを除去する。そして、第4の工程で、吸引状態を維持して別種の気体原料Bを配管20,22を介してキャビティ10に供給し、多孔質材料4を強制的に通過させる。
すなわち、2種以上の気体原料を供給する場合、図2に示すように、一種の気体原料の供給停止後、好ましくは一定間隔をおいて、キャビティ14側からの吸引のみを実施させ、その後、他の気体原料を供給するようにする。すなわち、各気体原料は、先に使用した気体原料の排気工程を経て、非連続的に供給するようにすることが好ましい。これにより、多孔質材料4や炉2内に滞留する前工程での気体原料が除去され、多孔質材料4以外の炉2内において気体原料が混合されて、望ましくない反応が生じるのを防止できる。また、供給しようとする次の気体原料の多孔質材料4への速やかな浸透が可能となる。
【0019】
本形態によると、常時、配管24から炉2を吸引しているために、気体原料が炉2内に滞留することがない。したがって、気体原料を連続して強制通過させることもできる。また、2種以上の気体原料を、各気体原料を切り換えながら、実質的に連続的に供給することもできる。
【0020】
このようにして、多孔質材料4の空隙及び/又は孔部の内部全体において均一にセラミックスの皮膜が形成され、セラミックスが複合化された多孔質材料4を得ることができる。
このような多孔質材料4は、材料4の内表面の全体が均一にセラミックスで充てん、あるいはコーティングされているために、内表面全体に均一に所望の特性を付与することができる。また、このような複合材料は、特に、分離材料(膜)に使用するのが好ましい。
【0021】
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、第1の実施形態の変形例である。本形態の装置は、第1の実施形態の炉2に、さらに、配管26と配管28を備え、併せてそれぞれの配管26,28にバルブを備えている点において相違するのみである。配管26は、気体原料A,Bを供給可能な配管22から分岐状とされて、キャビティ14に接続されている。すなわち、バルブの切り替え操作により、配管26を介して、気体原料A、Bを、キャビティ14側からキャビティ10側へと、第1の実施形態とは異なる方向(反対方向)で気体原料A、Bを供給することができる。
また、同時に、配管28は、配管22から分岐状に、排気用の配管24に接続されており、バルブの切り替え操作により、キャビティ10側から炉2内を吸引できるようになっている。すなわち、第1の実施形態は、キャビティ14側からしか炉2内を排気できなかったが、本装置では、キャビティ10側からも炉2内を排気できるようになっている。
【0022】
このような装置を用いることにより、気体原料の通過方向を必要に応じて、多孔質材料4の一方側から他方側への方向と、他方側から一方側への方向とを切り換えすることができる。
常時、一の方向で気体原料を通過させ続けると、多孔質材料4において、気体原料の供給側の空隙及び/又は孔部にセラミックスが生成され、当該側の空隙及び/又は孔部が徐々に小さくなる傾向がある。このため、多孔質材料4の気体原料の排出側に、気体原料が到達しにくくなり、排出側において、セラミックスが生成し難くなる傾向があった。しかしながら、本形態の装置によれば、気体原料の通過方向を適宜切り換えできるため、多孔質材料4内の空隙及び/又は孔部に、気体原料の通過方向に係わらず、均一にセラミックスを生成させることができる。
また、多孔質材料4における気体原料の通過抵抗の上昇を回避して、良好な気体原料の通過状態及び多孔質材料4の内表面へ接触状態を得ることができる。
【0023】
このような装置によれば、例えば、気体原料Aと気体原料Bをそれぞれ異なる方向から多孔質材料4に対して供給することができる。また、気体原料A,Bを、同じ側から順次供給し、次いで、これと反対側から気体原料A、Bを順次供給するようにすることもできる。
さらに、後述するように、本装置によれば、キャビティ10側から炉2内を排気できるため、キャビティ10側から気体原料を供給した後に、当該キャビティ10から滞留する気体原料を排出することができる。同様に、気体原料をキャビティ14から供給した後に、当該キャビティ14から、そこに滞留する気体原料を排出することができる。
【0024】
(第3の実施形態)
本実施形態では、図4に示す装置を用いる。この装置は、図1に示す第1の実施形態の装置の変形例であり、炉2に、さらに配管30を備えている点においてのみ異なる。配管30は、炉2をキャビティ10側から排気(吸引)可能に接続されている。本形態では、配管22を介して排気用の配管24に接続されている。
このような配管30を備えることにより、必要に応じて、第1の実施形態の装置と異なり、気体原料の供給方向の下流側(キャビティ14)からのみならず、供給側(上流側、キャビティ10)からも炉2内を吸引排気することができる。
【0025】
このような装置を用いることにより、例えば、図5に示す気体原料供給工程が可能となる。
これらの工程においては、図2に示す工程と同様、配管24により、キャビティ14側から常時吸引した状態が維持される(図5の最下段、排気(下流側)参照)。
第1の工程では、上流側、すなわち、キャビティ10側も併せて吸引される(図5の下から2段目、排気(上流側)参照)。上流側の吸引停止後、第2の工程で、気体原料Aがキャビティ10に供給される(図5の最上段、気体原料A供給参照)。気体原料Aの供給を停止し、第3の工程で、キャビティ14側からのみの排気状態となる。この工程により、炉2内の特に、キャビティ14側に滞留する気体原料Aが吸引除去される。第4の工程では、再び、キャビティ10側を吸引排気する。これにより、特に、キャビティ10側に滞留する気体原料Aをさらに除去できる。気体原料供給側のキャビティからの吸引は、特に、セラミックスの生成により、多孔質材料4の空隙及び/又は孔部が小さくなってきた際に有効である。気体原料が供給側キャビティに滞留しやすくなっているからである。
このようにして、次に気体原料Bを供給する前に、供給側キャビティから気体原料Aを除去することにより、気体原料Bの通過状態及び多孔質材料4の内表面との接触状態を向上させることができる。また、残留する気体原料Aとの混合を回避できる。
【0026】
(第4の実施形態)
本実施形態で使用する装置を図6に示す。この装置は、特に、上記した実施形態と異なる炉52を備えている。この炉52は、多孔質材料4を介して多孔質材料4の一方側と他方側とに区画されるキャビティを有しているが、区画されるキャビティ60,64が二重構造になっている。キャビティ60には、外部と連通可能に配管72が接続されており、キャビティ64にも外部と連通可能に配管が接続されている。
キャビティ60は、炉52内に多孔質材料4と、隔壁76と、配管72が形成される壁面とを含んで、略箱状に形成されている。すなわち、キャビティ60は、キャビティ64の内側に存在するような形態となっている。
【0027】
当該形態の炉52によれば、炉52全体を加熱することなく、多孔質材料4のみを効果的に加熱することができる。すなわち、キャビティ60のみを加熱するか、あるいは、キャビティ60内から多孔質材料4のみを加熱するようにする。例えば、マイクロ波加熱、レーザー加熱などすることにより多孔質材料4を局所的に加熱することができる。これにより、炉52の内壁全体が加熱されないため、炉52内の内壁部に対するセラミックス生成をできるだけ回避して効果的に多孔質材料4の内表面にセラミックスを付与できる。また、多孔質材料4の所望の領域にのみ、セラミックスを付与するようにすることができる。
なお、本形態においては、上記した実施形態における気体原料の供給方向の切り替え、排気の切り替えの他、後述する隔壁への気体原料通路の形成をそれぞれ、あるいは2種以上を組み合わせて適用することもできる。
【0028】
(第5の実施形態)
図7には、第5の実施形態に用いる装置が記載されている。この装置の炉82は、多孔質材料4を介して区画されるキャビティ90,94を備えており、さらに、それぞれのキャビティ90,94には、気体原料を供給あるいは吸引可能な配管92,98が備えられている。この炉82における隔壁104は、多孔質材料4とともに炉82内を区画するように形成されている。
本形態では、区画されるキャビティ90、94間を、気体原料が通過可能な通路110を備えている。通路110は、どのような形態であってもよい。キャビティ90,94を連通可能に接続する配管であってもよいし、図7に示すように、隔壁104の少なくとも一部に設けられた開口部であってもよい。気体原料通路は、常時、開放状態であってもよいし、必要に応じて開閉可能に形成されていてもよい。
【0029】
このような装置を用いることにより、例えば、次の効果が得られる。多孔質材料4の空隙及び/又は孔部中でのセラミックス生成が進行して、空隙及び/又は孔部が小さくなってきた場合、多孔質材料4の通過抵抗が上昇する。この結果、気体原料が供給側キャビティに滞留し易くなる。しかしながら、気体原料通路110があれば、通過抵抗が上昇しても、多孔質材料4以外の部位での気体原料の通路が存在するために、気体原料の滞留を防止することができる。特に、気体原料通路110を開閉可能に形成して、多孔質材料4における通過抵抗が高まった際にのみ開口部110によって気体原料を通過させるようにすることが好ましい。
また、本形態においては、上記した実施形態における気体原料の供給方向の切り替え、排気方向の切り替えを、それぞれ、あるいはこれらを組み合わせて適用することができる。
【0030】
(第6の実施形態)
この実施形態の装置が図8に示されている。この装置の炉112は、2個の多孔質材料4をそれぞれ介して直列的に区画される3つのキャビティ120,122,124を備えており、さらに、それぞれのキャビティ120、124には、気体原料を供給あるいは排気可能な配管132,138が備えられている。炉112には、多孔質材料4とともにキャビティ120,122,124を区画する2枚の隔壁140,142も備えている。
本装置によれば、気体原料の供給により、複数個の多孔質材料4を一挙に処理することができる。
なお、本実施形態では、直列状にキャビティを配列したが、並列状にキャビティを配列して、複数個の多孔質材料4を一括処理するようにすることもできる。
また、気体原料の供給側の切り替え、排気側の切り替え、隔壁における開口部の形成を、それぞれ、あるいは2種以上組み合わせて本実施形態においても適用することができる。
【0031】
以上説明したことから、本発明は、以下の形態を採ることもできる。
(1)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に、化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する方法であって、
前記気体原料は2種以上であり、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とが区画された状態で、第1の気体原料を前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させて、前記空隙及び/又は孔部の内部に第1の気体原料を供給する工程と、
第1の気体原料を排出する工程と、
第2の気体原料を、前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させて、前記空隙及び/又は孔部の内部に第2の気体原料を供給する工程、
とを備える、方法。
(2)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に、化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する方法であって、
前記気体原料は2種以上であり、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とが区画された状態で、少なくとも1種の気体原料を、前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させる工程と、当該1種の気体原料を、前記他方側から前記一方側へ強制的に通過させる工程とを備える、方法。
【0032】
(3)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に、化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する方法であって、
前記気体原料は2種以上であり、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とが区画された状態で、少なくとも1種の気体原料を、前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させる工程と、他の気体原料を、前記他方側から前記一方側へ強制的に通過させる工程とを備える、方法。
(4)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に、化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する方法であって、
前記気体原料は2種以上であり、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とが区画された状態で、少なくとも1種の気体原料を、前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させる工程と、
当該1種の気体原料をその供給側から排出する工程と、
他の気体原料を、前記他方側から前記一方側へ強制的に通過させる工程と、
当該他の気体原料をその供給側から排出する工程、
とを備える、方法。
【0033】
(5)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する装置であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画され、前記気体原料を前記キャビティの前記一方側から前記他方側へ強制的に通過可能に形成される、キャビティを、前記気体原料の通過方向に対して直列又は並列に複数個備える、装置。
(6)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する装置であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画され、前記気体原料が前記一方側から前記他方側へ強制的に通過可能に形成されるキャビティであって、2以上の多孔質材料を介して、3以上に区画されるキャビティを備える、装置。
(7)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する装置であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画され、前記気体原料が前記一方側から前記他方側へ強制的に通過可能に形成されるキャビティであって、前記一方側の区画は、前記他方側の区画に実質的に包囲されている、装置。
(8)多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する装置であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画されるキャビティを有し、前記気体原料が前記キャビティの前記一方側から前記他方側へ強制的に通過可能に形成され、
前記一方側から前記キャビティを排気可能に形成される、装置。
(9)前記気体原料が、前記一方側から前記他方側へ強制通過可能に形成されるとともに、前記他方側から前記一方側へ強制通過可能に形成される、前記(5)〜(8)のいずれかに記載の装置。
(10)前記一方側と前記他方側とを連通する気体原料通路を備える、前記(5)〜(9)のいずれかに記載の装置。
【0034】
【実施例】
以下、本発明の実施例として具体例を挙げて説明する。
本実施例では、多孔質材料として、外側が細粒、内側が粗粒の二層からなる多孔質α−アルミナの円筒管であって、その表面にγ−アルミナを修飾した円筒管を用いた。
この円筒管を、外部から加熱可能に形成され、それぞれがバルブの切り替えにより、気体原料を供給及び排出可能に形成された2つの開口を備える炉(石英ガラス製、外径40 mm、内径40mm、長さ470mm)内に設置した。
多孔質材料の設置は、円筒管の一端を緻密質のアルミナキャップでシールするとともに、その他端を、前記開口のうち一方の開口全体が、円筒管によって包囲されるようにして設置した。これにより、炉内は、円筒管を介して一方側(円筒管内部)と他方側(円筒管外部)とが区画された状態となり、炉内に供給された気体原料は、必ず多孔質材料を通過する構造とされた。すなわち、円筒管内の開口から気体原料を供給するときは、円筒管内部から外部へと気体原料が通過し、他方の開口から気体原料を供給するときは、円筒管外部から内部へと気体原料が通過するようになっている。
【0035】
炉内の多孔質材料を、炉外部のヒーター(長さ400mm)で800〜900℃に加熱し、一定に保った。
気体原料は、水素希釈した濃度10%のジクロルシランガス(SiH2Cl2)と、水素希釈した濃度10%のアセチレンガス(C2H2)とを用いた。二種類の気体原料はコンピューター制御されたバルブを切り替えることにより、交互に反応炉内へ供給した。それぞれのガスは流量計を介して1サイクルあたりジクロルシランガスは2.0 cm3、アセチレンガスは2.2 cm3を炉内に供給した。気体原料の供給パターンは図3と同様とした。すなわち、各気体原料は、パルス状に供給され、即座にロータリーポンプで排気されるので、二種類の気体原料が反応炉内で混合することはなかった。また、サイクル数を制御することにより、膜厚の制御が可能であった。
【0036】
製膜工程を順を追って説明する。本工程では、円筒管内部の開口から、気体原料を供給し、他方の開口から、常時吸引することとした。すなわち、円筒管の内部から外部へと気体原料が通過する構成とした。
SiH2Cl2ガスを、円筒管の内部の開口から炉に供給した。SiH2Cl2ガスの供給停止後、炉内がロータリーポンプで吸引されて、滞留する気体原料が炉の外へと即座に排気された。次にC2H2ガスを供給し、次いで、炉内がロータリーポンプで吸引され、滞留する気体原料が排気された。これを1サイクルとし、合計100サイクルを実施した。
100サイクル実施後の多孔質材料の空隙の内表面を観察したところ、約0.1μmの膜厚のSiC膜が形成されていた。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、多孔質材料の深部の空隙及び/又は孔部内にもセラミックスが付与されている、多孔質複合材料の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に用いる装置の概略構成を示した図である。
【図2】本発明の第1の実施形態の気体原料供給工程を示した図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に用いる装置の概略構成を示した図である。
【図4】本発明の第3の実施形態に用いる装置の概略構成を示した図である。
【図5】第3の実施形態における気体原料供給工程を示した図である。
【図6】第4の実施形態に用いる装置の概略構成を示した図である。
【図7】第5の実施形態に用いる装置の概略構成を示した図である。
【図8】第6の実施形態に用いる装置の概略構成を示した図である。
【符号の説明】
2,52,82,112 炉
4 多孔質材料
10,14,60,64,90,94,120,122,124 キャビティ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a porous material having voids and / or pores, and particularly relates to a porous material in which voids and / or pores are filled and / or covered with ceramics and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Using a so-called inorganic solid material or metal as a matrix, ceramic is applied to the inside of voids and / or pores of a porous material having voids and / or pores, and is filled with ceramics or coated with ceramics. Yes. The chemical vapor infiltration method (CVI method) applying the chemical vapor phase method (CVD method) is used for supplying ceramics to the voids and the like. The CVI method is a method in which a gas raw material for producing ceramics is introduced into a void or the like, and the gas raw material is reacted with heat or the like inside the void or the like to produce and deposit ceramic on the inner surface of the void or the like. As a result of such a ceramic formation reaction from the source gas being repeated inside the voids, a ceramic film can be formed on the inner surface of the voids, or the voids can be filled with ceramics.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In carrying out the CVI method, it is first necessary to discharge the initial gas from the beginning into the voids of the porous material. However, exhausting residual gas has been very difficult. This is because the porous material has a large surface area and a large amount of adhering gas, so that the adhering gas cannot be completely separated even if exhausted.
Due to the residual gas in the pores, the pressure in the pores becomes higher than the outside of the porous material, and the gas raw material cannot be diffused or penetrated to a deep part such as a void. This problem is common in that even when two or more kinds of gas raw materials are used, the previously used gas raw material remains, and the gas raw material to be used next cannot be diffused.
[0004]
Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the porous composite material by which ceramic is provided also in the space | gap and / or hole of the deep part of a porous material. It is another object of the present invention to provide an apparatus for applying ceramics to voids and / or pores of a porous material.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-described problems, the present invention provides the following means.
That is, the present invention provides a porous composite material in which a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to voids and / or pores of a porous material, and ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. A method of manufacturing
In a state where one side and the other side of the porous material are partitioned through the porous material, the gas raw material is forcibly passed from the one side to the other side, and the voids and / or pores A method is provided in which a gaseous raw material is supplied to the inside of the container.
According to this method, the gas raw material is forced to pass through the porous material, so that the gas raw material is suppressed from staying in the voids and / or pores of the porous material, and remains from the beginning. Gas can be discharged from the hole. For this reason, ceramics are also generated inside the deep voids and / or pores of the porous material.
[0006]
Preferably, the method further comprises a step of forcibly passing the gaseous material from the one side to the other side and a step of forcibly passing the gaseous material from the other side to the one side. According to this, ceramics can be more uniformly generated on the entire outer surface of the porous material and the entire inner surface of the voids and / or the pores.
[0007]
In this manufacturing method, preferably, the gas raw material is two or more kinds, and includes a step of supplying a first gas raw material and a step of supplying a second gas raw material. A step of discharging the first gas material from a section on the supply side of the one gas material. If it does in this way, it can prevent that the 1st gaseous raw material stagnates in the said upstream. For this reason, it can prevent that the 1st and 2nd gaseous raw material mixes in the said upstream.
[0008]
The present invention also provides a porous composite material in which a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to the voids and / or pores of the porous material, and the ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. An apparatus for manufacturing
It has a cavity that is divided into one side and the other side of the porous material through the porous material, and is formed so that the gaseous material can be forcibly passed from the one side to the other side of the cavity. Providing the device.
[0009]
Moreover, it is preferable that the gas raw material is an apparatus that is formed so as to be able to be forcibly passed from the one side to the other side and to be forcibly passed from the other side to the one side. Moreover, the gaseous raw material channel | path which the said one side and the said other side are connected However, it is formed to be openable and closable so as to allow the gas material to pass through the opening only when the passage resistance in the porous material is increased. It is preferable. Furthermore, it is preferable to provide two or more cavities. Moreover, it is preferable that one cavity is divided into three or more through each of two or more porous materials.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The production method and apparatus of the present invention are a method for producing a porous composite material using a so-called CVI method and an apparatus used for the CVI method.
In the production method of the present invention, a gas material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to voids and / or pores of a porous material to produce a composite material in which ceramics are applied in the voids and / or pores. In the method, the gas raw material supplying step to the inside of the void and / or the hole is performed in a state where one side and the other side of the porous material are partitioned through the porous material. This is achieved by forcibly passing the filter from the one side to the other side.
The voids and / or pores of the porous composite material obtained by the method of the present invention are coated or filled with ceramics. In particular, the voids and / or holes in the deep part are evenly coated or filled with ceramics.
The apparatus of the present invention has a cavity partitioned into one side and the other side of the porous material via the porous material so that the gaseous material supply step can be achieved, It is formed so that it can be forcibly passed from the one side to the other side.
[0011]
The porous material in the present invention is not particularly limited as long as it is a material having a large number of voids and / or pores. Since ceramics are applied by a CVD method, particularly a thermal CVD method, that is, a thermochemical reaction, the material is preferably a material having heat resistance to an extent that allows the method or the thermochemical reaction. For example, inorganic solid materials such as ceramics and porous materials using metals as a matrix can be used.
The form of a space | gap and a hole part is not ask | required. It is preferable to provide a void and / or a hole that is continuous or in communication with the outside.
[0012]
The gas raw material is a compound gas composed of elements constituting the ceramic to be formed. In particular, it is preferable to select a gas raw material from which ceramics are generated by a thermochemical reaction. Ceramics include various forms of ceramics such as oxides, nitrides, and carbides. Further, ceramics are generated from these products by chemical reaction on the surface of the porous material. Ceramics may be formed by any of so-called thermal CVD, plasma CVD, photo-CVD, etc., preferably thermal CVD. Therefore, it is preferable to use a gas raw material that generates ceramics by a thermochemical reaction.
Ceramics are often produced from two or more gaseous raw materials. Various known combinations can be applied to the present invention as the combination of such gas raw materials and the ceramics to be produced. For example, the following can be exemplified.
(Gas source) → Examples of ceramics
(SiH 2 Cl 2 + C 2 H 2 ) → SiC
(SiCl Four + CH Four ) → SiC
In addition, you may use only the gaseous raw material which produces | generates 1 type of ceramics, and may use it combining a gaseous raw material so that 2 or more types of ceramics may be produced | generated.
[0013]
(First embodiment)
In the present embodiment, an example of the manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a manufacturing apparatus 2 used in the present embodiment. FIG. 2 shows a gas source supply step in the present embodiment.
[0014]
The production apparatus of the present invention basically includes a cavity (furnace) 2 having cavities 10 and 14 that are divided into one side and the other side of a porous material through a porous material 4. Is formed. Pipes 18, 20, and 22 are connected to the cavity 10 so that the gas source A and the gas source B can be supplied into the furnace 2. Each of these pipes 18, 20, and 22 is provided with a valve. That is, the pipes 18 and 20 are connected to the supply sources of the gas raw materials A and B, respectively, and the pipes 18 and 20 are connected to the pipe 22 connected to the furnace 2.
Further, a pipe 24 is connected to the cavity 14 so that the gas in the furnace 2 can be exhausted (sucked). As a result, the furnace 2 is formed so that the gas raw materials A and B can be forcibly passed from the cavity 10 to the cavity 14.
[0015]
In the furnace 2, the porous material 4 constitutes at least a part of an inner wall (partition wall) that divides the cavities 10 and 14. In portions other than the porous material 4, the cavities 10 and 14 are partitioned by an appropriate member, and both the cavities 10 and 14 are blocked. In particular, in the furnace 2, the partition wall 12 supports the porous material 4 and also blocks the cavities 10 and 14.
Although the whole furnace 2 may be formed so that it can be heated from the outside, it is preferable that only the porous material 4 inside the furnace 2 can be heated. A plurality of furnaces 2 may be formed. In that case, it can arrange | position in series with respect to the passage direction of a gaseous raw material, and can also arrange | position in parallel.
[0016]
Next, a method for generating ceramics in the voids and / or pores of the porous material 4 in the furnace 2 will be described based on the gas raw material supply step illustrated in FIG.
First, the porous material 4 is arranged at a predetermined position in the furnace 2, and the one side and the other side are partitioned through the porous material 4. Next, the furnace 2 is heated to a predetermined temperature.
In the first step, the air in the furnace 2 is discharged (sucked) by the pipe 24 in a state where the predetermined temperature is maintained. In the second step, the gaseous raw material A is supplied to the cavity 10 via the pipes 18 and 22 for a certain period while maintaining the suction.
[0017]
As a result, the gaseous material A is forcibly passed from one side of the porous material 4 to the other side, that is, from the cavity 10 to the cavity 14. Thereby, the gaseous raw material A can pass through the voids and / or pores of the porous material 4 from the cavity 10 side to the cavity 14 side without staying in the voids or the like. For this reason, the gaseous raw material A is uniformly supplied not only on the surface layer side (cavity 10 side) of the heated porous material 4 but also inside the voids and / or holes on the deep side (cavity 14 side). As a result, the product of the gaseous raw material A is uniformly generated on the inner surface such as the voids.
[0018]
In the third step, after the supply of the gas raw material A is stopped, only the suction from the pipe 24 is performed for a certain period, and the gas raw material A staying in the furnace 2 is removed. Then, in the fourth step, the suction state is maintained, and another kind of gas raw material B is supplied to the cavity 10 via the pipes 20 and 22 to forcibly pass the porous material 4.
That is, when supplying two or more kinds of gaseous raw materials, as shown in FIG. 2, after the supply of the one kind of gaseous raw materials is stopped, preferably at a predetermined interval, only suction from the cavity 14 side is performed, Supply other gaseous raw materials. That is, it is preferable to supply each gaseous raw material discontinuously through the exhaust process of the gaseous raw material used previously. As a result, the porous material 4 and the gas raw material in the previous process staying in the furnace 2 are removed, and the gas raw material is mixed in the furnace 2 other than the porous material 4 to prevent an undesirable reaction from occurring. . Further, it is possible to promptly penetrate the porous material 4 of the next gas source to be supplied.
[0019]
According to this embodiment, since the furnace 2 is always sucked from the pipe 24, the gaseous raw material does not stay in the furnace 2. Therefore, the gas raw material can be forced to pass continuously. Also, two or more kinds of gas materials can be supplied substantially continuously while switching each gas material.
[0020]
In this way, a ceramic film is uniformly formed in the entire interior of the voids and / or pores of the porous material 4, and the porous material 4 in which the ceramics are combined can be obtained.
Such a porous material 4 can uniformly impart desired characteristics to the entire inner surface because the entire inner surface of the material 4 is uniformly filled or coated with ceramics. Such a composite material is particularly preferably used for a separation material (membrane).
[0021]
(Second Embodiment)
The second embodiment is a modification of the first embodiment. The apparatus of this embodiment is different only in that the furnace 2 of the first embodiment is further provided with a pipe 26 and a pipe 28, and a valve is provided in each of the pipes 26 and 28. The pipe 26 is branched from the pipe 22 that can supply the gas raw materials A and B, and is connected to the cavity 14. That is, the gas raw materials A and B are changed from the cavity 14 side to the cavity 10 side through the pipe 26 in a direction (opposite direction) different from the first embodiment by the valve switching operation. Can be supplied.
At the same time, the pipe 28 is branched from the pipe 22 and connected to the exhaust pipe 24 so that the inside of the furnace 2 can be sucked from the cavity 10 side by a valve switching operation. That is, in the first embodiment, the inside of the furnace 2 can be exhausted only from the cavity 14 side, but in this apparatus, the inside of the furnace 2 can also be exhausted from the cavity 10 side.
[0022]
By using such an apparatus, the direction of passage of the gas raw material can be switched between the direction from one side of the porous material 4 to the other side and the direction from the other side to the one side as necessary. .
When the gas raw material is continuously passed in one direction at all times, in the porous material 4, ceramics are generated in the void and / or hole on the gas raw material supply side, and the void and / or hole on the side gradually increases. There is a tendency to become smaller. For this reason, there is a tendency that the gaseous raw material does not easily reach the gaseous raw material discharge side of the porous material 4, and ceramics are hardly generated on the discharge side. However, according to the apparatus of this embodiment, since the gas raw material passage direction can be switched as appropriate, ceramics are uniformly generated in the voids and / or pores in the porous material 4 regardless of the gas raw material passage direction. be able to.
Further, it is possible to avoid an increase in the passage resistance of the gas raw material in the porous material 4 and obtain a good state of passage of the gas raw material and a contact state to the inner surface of the porous material 4.
[0023]
According to such an apparatus, for example, the gas raw material A and the gas raw material B can be supplied to the porous material 4 from different directions. Alternatively, the gas materials A and B can be sequentially supplied from the same side, and then the gas materials A and B can be sequentially supplied from the opposite side.
Further, as will be described later, according to the present apparatus, since the inside of the furnace 2 can be exhausted from the cavity 10 side, the gaseous raw material staying from the cavity 10 can be discharged after the gaseous raw material is supplied from the cavity 10 side. . Similarly, after supplying the gas source from the cavity 14, the gas source staying there can be discharged from the cavity 14.
[0024]
(Third embodiment)
In the present embodiment, the apparatus shown in FIG. 4 is used. This apparatus is a modification of the apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1 and differs only in that the furnace 2 is further provided with a pipe 30. The pipe 30 is connected so that the furnace 2 can be exhausted (suctioned) from the cavity 10 side. In this embodiment, the exhaust pipe 24 is connected via the pipe 22.
By providing such a pipe 30, if necessary, unlike the apparatus of the first embodiment, not only from the downstream side (cavity 14) in the gas material supply direction but also from the supply side (upstream side, cavity 10). ), The inside of the furnace 2 can be sucked and exhausted.
[0025]
By using such an apparatus, for example, the gaseous material supply process shown in FIG. 5 can be performed.
In these steps, as in the step shown in FIG. 2, the state where the pipe 24 is always sucked from the cavity 14 side is maintained (see the lowermost stage in FIG. 5, exhaust (downstream side)).
In the first step, the upstream side, that is, the cavity 10 side is also sucked together (see the second stage from the bottom in FIG. 5, exhaust (upstream side)). After the suction on the upstream side is stopped, the gas raw material A is supplied to the cavity 10 in the second step (see the uppermost stage in FIG. 5, supply of the gas raw material A). The supply of the gaseous raw material A is stopped, and in the third step, the exhaust state is only from the cavity 14 side. By this step, the gaseous raw material A staying on the cavity 14 side in the furnace 2 is sucked and removed. In the fourth step, the cavity 10 side is again sucked and exhausted. Thereby, in particular, the gas raw material A staying on the cavity 10 side can be further removed. The suction from the cavity on the gas raw material supply side is particularly effective when the voids and / or pores of the porous material 4 become smaller due to the generation of ceramics. This is because the gaseous raw material tends to stay in the supply side cavity.
In this way, before the gas source B is supplied next time, the gas source A is removed from the supply side cavity, thereby improving the passage state of the gas source B and the contact state with the inner surface of the porous material 4. be able to. Further, mixing with the remaining gas raw material A can be avoided.
[0026]
(Fourth embodiment)
An apparatus used in this embodiment is shown in FIG. In particular, this apparatus includes a furnace 52 different from the above-described embodiment. The furnace 52 has a cavity defined on one side and the other side of the porous material 4 with the porous material 4 interposed therebetween, but the defined cavities 60 and 64 have a double structure. . A pipe 72 is connected to the cavity 60 so as to be able to communicate with the outside, and a pipe is also connected to the cavity 64 so as to be able to communicate with the outside.
The cavity 60 is formed in a substantially box shape including the porous material 4, the partition wall 76, and the wall surface on which the pipe 72 is formed in the furnace 52. That is, the cavity 60 is configured to exist inside the cavity 64.
[0027]
According to the furnace 52 of the said form, only the porous material 4 can be heated effectively, without heating the furnace 52 whole. That is, only the cavity 60 is heated, or only the porous material 4 is heated from the inside of the cavity 60. For example, the porous material 4 can be locally heated by microwave heating, laser heating, or the like. Thereby, since the entire inner wall of the furnace 52 is not heated, ceramics can be effectively applied to the inner surface of the porous material 4 while avoiding the generation of ceramics on the inner wall portion in the furnace 52 as much as possible. Moreover, ceramics can be applied only to a desired region of the porous material 4.
In this embodiment, in addition to the switching of the gas source supply direction and the switching of the exhaust gas in the above-described embodiment, the formation of the gas source passage to the partition wall, which will be described later, may be applied individually or in combination of two or more. it can.
[0028]
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows an apparatus used in the fifth embodiment. The furnace 82 of this apparatus includes cavities 90 and 94 that are defined by the porous material 4, and the cavities 90 and 94 have pipes 92 and 98 that can supply or suck a gas raw material. Is provided. The partition wall 104 in the furnace 82 is formed so as to partition the inside of the furnace 82 together with the porous material 4.
In this embodiment, a passage 110 through which a gaseous material can pass is provided between the cavities 90 and 94 that are partitioned. The passage 110 may have any form. It may be a pipe that connects the cavities 90 and 94 so as to communicate with each other, or may be an opening provided in at least a part of the partition wall 104 as shown in FIG. The gas raw material passage may always be in an open state, or may be formed to be openable and closable as necessary.
[0029]
By using such an apparatus, for example, the following effects can be obtained. When ceramic formation in the voids and / or pores of the porous material 4 proceeds and the voids and / or pores become smaller, the passage resistance of the porous material 4 increases. As a result, the gaseous raw material tends to stay in the supply side cavity. However, if the gas source passage 110 is provided, even if the passage resistance is increased, the gas source passage is present in a portion other than the porous material 4, so that the retention of the gas source can be prevented. In particular, it is preferable to form the gas source passage 110 so as to be openable and closable so that the gas source passes through the opening 110 only when the passage resistance in the porous material 4 is increased.
In the present embodiment, the switching of the gas raw material supply direction and the exhaust gas direction in the above-described embodiment can be applied individually or in combination.
[0030]
(Sixth embodiment)
The device of this embodiment is shown in FIG. The furnace 112 of this apparatus includes three cavities 120, 122, and 124 that are partitioned in series via two porous materials 4, respectively. Are provided with pipes 132 and 138 capable of supplying or exhausting air. The furnace 112 also includes two partition walls 140 and 142 that partition the cavities 120, 122, and 124 together with the porous material 4.
According to this apparatus, a plurality of porous materials 4 can be processed at a time by supplying the gas raw material.
In the present embodiment, the cavities are arranged in series, but a plurality of porous materials 4 may be collectively processed by arranging the cavities in parallel.
Further, switching of the gas source supply side, switching of the exhaust side, and formation of the opening in the partition wall can be applied to the present embodiment either in combination or in combination of two or more.
[0031]
As described above, the present invention can also take the following forms.
(1) Supplying a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores A way to
There are two or more gaseous raw materials,
In a state where one side and the other side of the porous material are partitioned through the porous material, the first gas raw material is forcibly passed from the one side to the other side, and the gap and / or Supplying a first gaseous material into the hole,
Discharging the first gaseous raw material;
Forcing a second gaseous material from the one side to the other side and supplying the second gaseous material into the voids and / or holes,
A method comprising:
(2) Supplying a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores A way to
There are two or more gaseous raw materials,
Forcibly passing at least one gas source from the one side to the other side in a state where one side and the other side of the porous material are partitioned via the porous material; Forcing a gaseous source of seed from the other side to the one side.
[0032]
(3) Supplying a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores A way to
There are two or more gaseous raw materials,
Forcibly passing at least one gas source from the one side to the other side in a state where one side and the other side of the porous material are partitioned via the porous material; Forcing a gaseous material from the other side to the one side.
(4) A gas material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. A way to
There are two or more gaseous raw materials,
Forcing at least one gas source from the one side to the other side in a state where one side and the other side of the porous material are partitioned via the porous material;
Discharging the one kind of gaseous raw material from the supply side;
Forcing other gaseous materials to pass from the other side to the one side;
Discharging the other gaseous raw material from the supply side;
A method comprising:
[0033]
(5) A gaseous raw material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. A device,
A cavity that is partitioned into one side and the other side of the porous material through the porous material, and is formed so that the gaseous material can be forcibly passed from the one side to the other side of the cavity. The apparatus provided with two or more in series or parallel with respect to the passage direction of a gaseous raw material.
(6) A gaseous raw material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. A device,
A cavity that is partitioned into one side and the other side of the porous material through the porous material, and that is formed so that the gaseous raw material can be forcibly passed from the one side to the other side. An apparatus comprising a cavity partitioned into three or more through a porous material.
(7) Supplying a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. A device,
A cavity that is partitioned into one side and the other side of the porous material through the porous material, and is formed so that the gaseous material can be forcibly passed from the one side to the other side; Wherein the compartment is substantially surrounded by the other compartment.
(8) A gaseous raw material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to the voids and / or pores of the porous material to produce a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. A device,
It has a cavity partitioned into one side and the other side of the porous material through the porous material, and the gaseous material is formed so as to be forcibly passed from the one side to the other side of the cavity,
An apparatus formed so that the cavity can be evacuated from the one side.
(9) The gas source is formed so as to be capable of forcibly passing from the one side to the other side and forcibly passing from the other side to the one side. The device according to any one of the above.
(10) The apparatus according to any one of (5) to (9), further including a gas raw material passage that communicates the one side with the other side.
[0034]
【Example】
Hereinafter, specific examples will be described as examples of the present invention.
In this example, a porous α-alumina cylindrical tube composed of two layers of fine particles on the outside and coarse particles on the inside was used as the porous material, and the surface was modified with γ-alumina. .
This cylindrical tube is formed so that it can be heated from the outside, and a furnace (quartz glass, outer diameter 40 mm, inner diameter 40 mm, inner diameter 40 mm, two openings each formed so as to be able to supply and discharge gaseous raw materials by switching valves) It was installed within a length of 470 mm).
The porous material was installed such that one end of the cylindrical tube was sealed with a dense alumina cap, and the other end was installed such that one of the openings was surrounded by the cylindrical tube. As a result, the inside of the furnace is in a state where one side (inside the cylindrical pipe) and the other side (outside the cylindrical pipe) are partitioned via the cylindrical pipe, and the gaseous material supplied into the furnace must be made of a porous material. It was made to pass through. That is, when supplying a gaseous material from the opening in the cylindrical tube, the gaseous material passes from the inside of the cylindrical tube to the outside, and when supplying a gaseous material from the other opening, the gaseous material is supplied from the outside of the cylindrical tube to the inside. It has come to pass.
[0035]
The porous material in the furnace was heated to 800-900 ° C. with a heater (length 400 mm) outside the furnace and kept constant.
The gas source is hydrogen diluted 10% dichlorosilane gas (SiH 2 Cl 2 ) And 10% acetylene gas diluted with hydrogen (C 2 H 2 ) Was used. The two types of gaseous raw materials were alternately supplied into the reactor by switching the valve controlled by the computer. Each gas passes through a flow meter and dichlorosilane gas is 2.0 cm per cycle. Three Acetylene gas is 2.2 cm Three Was fed into the furnace. The supply pattern of the gas raw material was the same as in FIG. That is, since each gaseous raw material is supplied in pulses and immediately exhausted by a rotary pump, the two gaseous raw materials were not mixed in the reaction furnace. In addition, the film thickness can be controlled by controlling the number of cycles.
[0036]
The film forming process will be described in order. In this step, the gas raw material is supplied from the opening inside the cylindrical tube and is always sucked from the other opening. That is, the gas raw material passes from the inside of the cylindrical tube to the outside.
SiH 2 Cl 2 Gas was supplied to the furnace through an opening inside the cylindrical tube. SiH 2 Cl 2 After the gas supply was stopped, the inside of the furnace was sucked with a rotary pump, and the remaining gas raw material was immediately exhausted out of the furnace. Then C 2 H 2 The gas was supplied, and then the inside of the furnace was sucked with a rotary pump, and the remaining gas raw material was exhausted. This was one cycle, and a total of 100 cycles were performed.
When the inner surface of the void of the porous material after 100 cycles was observed, a SiC film having a thickness of about 0.1 μm was formed.
[0037]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the porous composite material by which ceramic is provided also in the space | gap and / or hole of the deep part of a porous material can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used in a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a gaseous raw material supply step of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used in a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used in a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a gaseous material supply process in the third embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used in a fourth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used in a fifth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus used in a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
2,52,82,112 furnace
4 Porous material
10, 14, 60, 64, 90, 94, 120, 122, 124 cavity

Claims (4)

多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する方法であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とが区画された状態で、前記気体原料を前記一方側から前記他方側へ強制的に通過させる工程と前記気体原料を前記他方側から前記一方側へ強制的に通過させる工程とによって、前記空隙及び/又は孔部の内部に気体原料を供給する、方法。
This is a method for producing a porous composite material in which ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores by supplying a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction to the voids and / or pores of the porous material. And
Through said porous material in a state where the one side and the other side of the porous material is partitioned, a step of the gas raw material Ru forced through from the one side to the other side, the said gas material A method in which a gas raw material is supplied to the inside of the void and / or the hole by forcibly passing it from the other side to the one side .
前記気体原料は2種以上であり、第1の気体原料を供給する工程と、第2の気体原料を供給する工程とを備え、これらの工程間には、第1の気体原料の供給側の区画から第1の気体原料を排出する工程を備える、請求項1に記載の方法。  There are two or more gas raw materials, and the method includes a step of supplying a first gas raw material and a step of supplying a second gas raw material. The method of claim 1, comprising discharging the first gaseous feedstock from the compartment. 多孔質材料の空隙及び/又は孔部に化学反応によりセラミックスを生成する気体原料を供給して、当該空隙及び/又は孔部の内部にセラミックスが付与された多孔質複合材料を製造する装置であって、
前記多孔質材料を介して多孔質材料の一方側と他方側とに区画されるキャビティを有し、前記気体原料が前記キャビティの前記一方側から前記他方側へ強制的に通過可能に形成されるとともに、前記他方側から前記一方側へ強制的に通過可能に形成される、装置。
An apparatus for manufacturing a porous composite material in which a gas raw material that generates ceramics by a chemical reaction is supplied to voids and / or pores of a porous material, and ceramics are applied to the inside of the voids and / or pores. And
It has a cavity partitioned into one side and the other side of the porous material through the porous material, and the gas raw material is formed so as to be able to forcibly pass from the one side of the cavity to the other side. In addition, the apparatus is configured to be able to forcibly pass from the other side to the one side .
前記一方側と前記他方側とを連通する気体原料通路が、前記多孔質材料における通過抵抗が高まった際にのみ開口部によって前記気体原料を通過させるように開閉可能に形成される、請求項3に記載の装置。The gas source passage communicating the one side and the other side is formed to be openable and closable so as to allow the gas source to pass through the opening only when passage resistance in the porous material is increased. The device described in 1.
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