JP4641845B2 - Coated porous structure and method for producing coated porous structure - Google Patents

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Description

本発明は、被膜付き多孔質構造体および被膜付き多孔質構造体の製造方法に関する。   The present invention relates to a coated porous structure and a method for producing a coated porous structure.

近年、セラミックスを含む多孔質構造体の研究が行なわれている。このような多孔質構造体の中には、有形骨格からなり等方的かつ均一な3次元的な網目構造を有し、その構造に炭化珪素あるいは珪素が含浸、分散されているものがある(たとえば、特許文献1および特許文献2参照)。   In recent years, porous structures containing ceramics have been studied. Among such porous structures, there are those having an isotropic and uniform three-dimensional network structure made of a tangible skeleton, in which silicon carbide or silicon is impregnated and dispersed ( For example, see Patent Literature 1 and Patent Literature 2).

また、内部連通空間を有する三次元網目構造をなしたセラミックス多孔体からなる構造物において、セラミックス多孔体の骨格格子の内部側を炭化珪素等からなる非酸化物セラミックで、表面側を酸化物系セラミックで形成したものがある(たとえば、特許文献3参照)。
特開2000−109375号公報 特開2003−119085号公報 特開昭60−46980号公報
Further, in a structure made of a ceramic porous body having a three-dimensional network structure having an internal communication space, the inner side of the skeleton lattice of the ceramic porous body is a non-oxide ceramic made of silicon carbide or the like, and the surface side is an oxide-based Some are made of ceramic (for example, see Patent Document 3).
JP 2000-109375 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-119085 JP 60-46980 A

しかしながら、上記特許文献1または特許文献2に記載されている多孔質構造体は、骨格部に珪素が含まれており、これら多孔質構造体をアルミニウム溶湯などへ浸漬させる場合には、アルミニウム中に珪素が溶出する。その場合には、アルミニウムに珪素が混入し合金が生成されるため、アルミニウムの純度が低下する。   However, the porous structure described in Patent Document 1 or Patent Document 2 includes silicon in the skeleton, and when these porous structures are immersed in molten aluminum or the like, Silicon elutes. In that case, since aluminum mixes with aluminum and an alloy is produced, the purity of aluminum is lowered.

また、特許文献3に示される多孔質体は、セラミックス多孔体の骨格格子の表面が酸化物系セラミックにより形成されているが、表面の酸化物系セラミックは、アルミニウム等の金属とのぬれ性が高いため、金属の溶湯等へ浸漬させる場合の保護膜に適していない。   Further, the porous body shown in Patent Document 3 has the surface of the skeleton lattice of the ceramic porous body formed of an oxide ceramic, but the oxide ceramic on the surface has wettability with a metal such as aluminum. Since it is high, it is not suitable for a protective film when immersed in a molten metal.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アルミニウム溶湯等への浸漬において珪素の溶出を抑えることができる被膜付き多孔質構造体および被膜付き多孔質構造体の製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a coated porous structure and a method for producing a coated porous structure capable of suppressing elution of silicon in immersion in molten aluminum. To do.

(1)上記の目的を達成するため、本発明に係る被膜付き多孔質構造体は、実質的に炭化珪素、炭素またはこれらのうち少なくとも一方と珪素とからなる複合材料により構成され、3次元的な網目構造を形成する骨格部と、実質的に窒化珪素により構成され、前記骨格部の表面を被覆する被膜と、を備えることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, the coated porous structure according to the present invention is substantially composed of silicon carbide, carbon, or a composite material composed of at least one of these and silicon, and is three-dimensional. A skeleton part that forms a simple network structure and a film that is substantially made of silicon nitride and covers the surface of the skeleton part.

このように、本発明の被膜付き多孔質構造体は、表面が窒化珪素の被膜により被覆されているため、表面の金属への付着性(ぬれ性)を低くし、金属溶湯への珪素の溶出を低減することができる。たとえばアルミニウム等の溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出を抑えることができる。また、骨格部に珪素が含まれており、骨格部の強度を向上させている。また、材料の耐熱性、熱伝導性が極めて高い多孔質構造体として利用することができる。   Thus, since the surface of the porous structure with a coating of the present invention is coated with a silicon nitride coating, the adhesion of the surface to the metal (wetting) is reduced, and the silicon is eluted into the molten metal. Can be reduced. For example, elution of silicon can be suppressed when immersed in a molten metal such as aluminum. Further, silicon is contained in the skeleton portion, and the strength of the skeleton portion is improved. Further, it can be used as a porous structure having extremely high heat resistance and thermal conductivity.

(2)また、被膜付き多孔質構造体は、前記網目構造により形成される網目の径が0.1mm以上5mm以下であり、空隙率が70%以上95%以下であることが好適である。   (2) Moreover, it is suitable for the porous structure with a film that the diameter of the network formed by the network structure is 0.1 mm or more and 5 mm or less, and the porosity is 70% or more and 95% or less.

このように、本発明の被膜付き多孔質構造体は、空隙の連通性が高い3次元網目構造を有しているため、高い強度が必要なフィルタや溶湯のバブリング部品等の溶湯部材にも応用できる。   Thus, since the porous structure with a coating of the present invention has a three-dimensional network structure with high void connectivity, it can also be applied to molten metal members such as filters and molten metal bubbling parts that require high strength. it can.

(3)また、被膜付き多孔質構造体は、前記骨格部の表面を被覆する被膜は、0.1μm以上25μm以下の厚さを有していることが好適である。   (3) Moreover, as for the porous structure with a film, it is suitable for the film which coat | covers the surface of the said frame | skeleton part to have thickness of 0.1 micrometer or more and 25 micrometers or less.

このように、本発明の被膜付き多孔質構造体は、骨格部の表面を被覆する被膜が薄いため、骨格部を細く維持し、空隙の連通性を維持したまま被膜が設けられている。これにより、珪素の溶出を防止する保護膜としての効率を向上させることができる。   As described above, the porous structure with a coating according to the present invention has a thin coating covering the surface of the skeleton, so that the skeleton is kept thin and the coating is provided while maintaining the void connectivity. Thereby, the efficiency as a protective film which prevents elution of silicon can be improved.

(4)また、被膜付き多孔質構造体は、前記骨格部の表面を被覆する被膜は、50%以上の被覆率を有していることが好適である。   (4) Moreover, as for the porous structure with a film, it is suitable for the film which coat | covers the surface of the said frame | skeleton part to have a coverage of 50% or more.

これにより、アルミニウムの溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出量を1000mg/kg以下に抑えることができる。その結果、溶湯部材として被膜付き多孔質構造体を用いた場合にアルミニウムの純度の低下を防ぐことができる。   Thereby, when it immerses in the molten metal of aluminum, the elution amount of silicon can be suppressed to 1000 mg / kg or less. As a result, it is possible to prevent a decrease in the purity of aluminum when a porous structure with a coating is used as the molten metal member.

(5)また、本発明に係る被膜付き多孔質構造体の製造方法は、実質的に炭化珪素および珪素からなる複合材料により構成され、3次元網目構造を有する多孔質構造体に珪素を溶融含浸させる溶融含浸工程と、前記多孔質構造体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、前記多孔質構造体表面の珪素を窒素と反応させて窒化珪素の被膜を形成させる窒化処理工程と、を含むことを特徴としている。   (5) In addition, the method for manufacturing a coated porous structure according to the present invention includes a composite material substantially composed of silicon carbide and silicon, and melt-impregnated silicon into a porous structure having a three-dimensional network structure. And a nitriding treatment step of heating the porous structure in a nitrogen gas atmosphere and reacting silicon on the surface of the porous structure with nitrogen to form a silicon nitride film. It is a feature.

このように、本発明の製造方法では、多孔質構造体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、多孔質構造体表面の珪素を窒素と反応させて窒化珪素の被膜を形成させることで、表面の金属への付着性を低くした被膜付き多孔質構造体を製造することができる。たとえば、アルミニウム等の溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出を抑える被膜付き多孔質構造体を製造することができる。また、多孔質構造体に珪素を溶融含浸させる溶融含浸工程により、多孔質構造体の骨格部に珪素が含浸し、骨格部の強度を向上させている。また、材料の耐熱性、熱伝導性が極めて高い多孔質構造体として利用することができる。   As described above, in the production method of the present invention, the porous structure is heated in a nitrogen gas atmosphere, and the silicon on the surface of the porous structure is reacted with nitrogen to form a silicon nitride film. It is possible to produce a coated porous structure with low adhesion to the film. For example, it is possible to produce a coated porous structure that suppresses elution of silicon when immersed in a molten metal such as aluminum. In addition, the melt impregnation step of melt impregnating the porous structure with silicon impregnates the skeleton portion of the porous structure with silicon, thereby improving the strength of the skeleton portion. Further, it can be used as a porous structure having extremely high heat resistance and thermal conductivity.

また、窒化処理工程では窒素ガス雰囲気中で加熱して、表面の珪素を窒化するため、骨格部の表面を被覆する被膜を薄くすることができ、骨格部を細く維持し、空隙の連通性を維持したまま被膜を設けることができる。すなわち、被膜の保護膜としての効率を高くし、被膜により網目の孔が塞がれるということもない。   Also, in the nitriding treatment step, the silicon on the surface is nitrided by heating in a nitrogen gas atmosphere, so that the coating covering the surface of the skeleton part can be thinned, the skeleton part is kept thin, and the air gap is connected. A coating can be provided while maintaining. That is, the efficiency of the coating as a protective film is increased, and the mesh holes are not blocked by the coating.

窒化処理工程での反応は、加熱された窒素による気体反応であるため、微細な3次元構造の孔の内部の奥まで反応が進行すると同時に、その孔を閉塞させることなく反応を均質に進行させることができる。   Since the reaction in the nitriding treatment process is a gas reaction by heated nitrogen, the reaction proceeds to the back of the fine three-dimensional structure, and at the same time, the reaction proceeds uniformly without blocking the hole. be able to.

(6)また、被膜付き多孔質構造体の製造方法は、前記窒化処理工程において、1100℃以上1350℃以下の温度で、5時間以上加熱することが好適である。   (6) Moreover, the manufacturing method of the porous structure with a film | membrane WHEREIN: It is suitable to heat at the temperature of 1100 degreeC or more and 1350 degrees C or less for 5 hours or more in the said nitriding treatment process.

これにより、アルミニウムの溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出量を1000mg/kg以下に抑える被膜付き多孔質構造体を製造することができる。したがって、本製造工程により製造された被膜付き多孔質構造体をアルミニウムの溶湯へ浸漬する部材として用いた場合に、アルミニウムの純度の低下が防止される。   Thereby, the porous structure with a film which suppresses the elution amount of silicon to 1000 mg / kg or less when immersed in molten aluminum can be produced. Therefore, when the coated porous structure manufactured by this manufacturing process is used as a member immersed in the molten aluminum, a decrease in the purity of aluminum is prevented.

本発明に係る被膜付き多孔質構造体によれば、表面が窒化珪素の被膜により被覆されているため、表面の金属への付着性(ぬれ性)を低くし、金属溶湯への珪素の溶出を低減することができる。たとえばアルミニウム等の溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出を抑えることができる。また、骨格部に珪素が含まれており、骨格部の強度を向上させている。また、材料の耐熱性、熱伝導性が極めて高い多孔質構造体として利用することができる。   According to the coated porous structure according to the present invention, since the surface is coated with the silicon nitride film, the adhesion of the surface to the metal (wetting) is lowered, and the silicon is eluted into the molten metal. Can be reduced. For example, elution of silicon can be suppressed when immersed in a molten metal such as aluminum. Further, silicon is contained in the skeleton portion, and the strength of the skeleton portion is improved. Further, it can be used as a porous structure having extremely high heat resistance and thermal conductivity.

本発明に係る被膜付き多孔質構造体によれば、空隙の連通性が高い3次元網目構造を有しているため、高い強度が必要なフィルタや溶湯のバブリング部品等の溶湯部材にも応用できる。   According to the porous structure with a coating film according to the present invention, since it has a three-dimensional network structure with high void connectivity, it can be applied to molten metal members such as filters and molten metal bubbling parts that require high strength. .

本発明に係る被膜付き多孔質構造体によれば、骨格部の表面を被覆する被膜が薄いため、骨格部を細く維持し、空隙の連通性を維持したまま被膜が設けられている。これにより、珪素の溶出を防止する保護膜としての効率を向上させることができる。   According to the porous structure with a coating film according to the present invention, since the coating film covering the surface of the skeleton part is thin, the coating film is provided while keeping the skeleton part thin and maintaining the connectivity of the voids. Thereby, the efficiency as a protective film which prevents elution of silicon can be improved.

本発明に係る被膜付き多孔質構造体によれば、アルミニウムの溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出量を1000mg/kg以下に抑えることができる。その結果、溶湯部材として被膜付き多孔質構造体を用いた場合にアルミニウムの純度の低下を防ぐことができる。   With the coated porous structure according to the present invention, the amount of silicon eluted when immersed in a molten aluminum can be suppressed to 1000 mg / kg or less. As a result, it is possible to prevent a decrease in the purity of aluminum when a porous structure with a coating is used as the molten metal member.

また、本発明に係る被膜付き多孔質構造体の製造方法によれば、多孔質構造体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、多孔質構造体表面の珪素を窒素と反応させて窒化珪素の被膜を形成させることで、表面の金属への付着性を低くした被膜付き多孔質構造体を製造することができる。たとえば、アルミニウム等の溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出を抑える被膜付き多孔質構造体を製造することができる。また、多孔質構造体に珪素を溶融含浸させる溶融含浸工程により、多孔質構造体の骨格部に珪素が含浸し、骨格部の強度を向上させている。また、材料の耐熱性、熱伝導性が極めて高い多孔質構造体として利用することができる。   According to the method for manufacturing a coated porous structure according to the present invention, the porous structure is heated in a nitrogen gas atmosphere, and silicon on the surface of the porous structure is reacted with nitrogen to form a silicon nitride film. By forming it, it is possible to manufacture a porous structure with a coating having low adhesion to the metal on the surface. For example, it is possible to produce a coated porous structure that suppresses elution of silicon when immersed in a molten metal such as aluminum. In addition, the melt impregnation step of melt impregnating the porous structure with silicon impregnates the skeleton portion of the porous structure with silicon, thereby improving the strength of the skeleton portion. Further, it can be used as a porous structure having extremely high heat resistance and thermal conductivity.

また、窒化処理工程では窒素ガス雰囲気中で加熱して、表面の珪素を窒化するため、骨格部の表面を被覆する被膜を薄くすることができ、骨格部を細く維持し、空隙の連通性を維持したまま被膜を設けることができる。すなわち、被膜の保護膜としての効率を高くし、被膜により網目の孔が塞がれるということもない。   Also, in the nitriding treatment step, the silicon on the surface is nitrided by heating in a nitrogen gas atmosphere, so that the coating covering the surface of the skeleton part can be thinned, the skeleton part is kept thin, and the air gap is connected. A coating can be provided while maintaining. That is, the efficiency of the coating as a protective film is increased, and the mesh holes are not blocked by the coating.

窒化処理工程での反応は、加熱された窒素による気体反応であるため、微細な3次元構造の孔の内部の奥まで反応が進行すると同時に、その孔を閉塞させることなく反応を均質に進行させることができる。   Since the reaction in the nitriding treatment process is a gas reaction by heated nitrogen, the reaction proceeds to the back of the fine three-dimensional structure, and at the same time, the reaction proceeds uniformly without blocking the hole. be able to.

また、本発明に係る被膜付き多孔質構造体の製造方法によれば、アルミニウムの溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出量を1000mg/kg以下に抑える被膜付き多孔質構造体を製造することができる。したがって、本製造工程により製造された被膜付き多孔質構造体をアルミニウムの溶湯へ浸漬する部材として用いた場合に、アルミニウムの純度の低下が防止される。   Moreover, according to the method for manufacturing a coated porous structure according to the present invention, it is possible to manufacture a coated porous structure that suppresses the elution amount of silicon to 1000 mg / kg or less when immersed in a molten aluminum. . Therefore, when the coated porous structure manufactured by this manufacturing process is used as a member immersed in the molten aluminum, a decrease in the purity of aluminum is prevented.

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は、被膜付き多孔質構造体1の斜視図、図2は、被膜付き多孔質構造体1の一部を拡大した拡大図である。図2に示すように、多孔質構造体1は、3次元的な網目構造を有している。網目は、節点から複数の分岐を有し、分岐した先が他の節点からの分岐と結合している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a porous structure 1 with a coating, and FIG. 2 is an enlarged view of a part of the porous structure 1 with a coating. As shown in FIG. 2, the porous structure 1 has a three-dimensional network structure. The mesh has a plurality of branches from the nodes, and the branch destinations are connected to branches from other nodes.

網目の径および空隙率は、製造工程におけるプリフォームまたはスラリーの特性により任意に設定することができるが、網目の径は0.1mm以上5mm以下、空隙率が70%以上95%以下であることが好ましい。網目の径が0.1mm未満であると、目詰まりを起こすためフィルタとして用い難くなる。また、溶湯のバブリング部品として用いる場合にも、ガス圧を必要以上に大きくしなければならなくなり適さない。一方、網目の径が5mmより大きいと、透過度が大きくなりすぎてフィルタとして機能しなくなる。また、溶湯のバブリング部品として用いても、溶湯攪拌の効果が薄くなる。空隙率が70%未満であると、網目構造の表面積が小さくなり、フィルタまたは溶湯のバブリング部品としての機能を果たさなくなる。また、空隙率が95%より大きいと、フィルタまたは溶湯のバブリング部品としては強度が低くなる。被膜付き多孔質構造体1は、このように空隙の連通性が高い3次元網目構造を有しているため、高い強度が必要なフィルタや溶湯のバブリング部品等の溶湯部材に応用できる。   The mesh diameter and porosity can be arbitrarily set depending on the properties of the preform or slurry in the production process, but the mesh diameter is 0.1 mm to 5 mm and the porosity is 70% to 95%. Is preferred. If the mesh diameter is less than 0.1 mm, clogging occurs, making it difficult to use as a filter. Also, when used as a molten metal bubbling component, the gas pressure must be increased more than necessary, which is not suitable. On the other hand, if the mesh diameter is larger than 5 mm, the transmittance becomes too large to function as a filter. Moreover, even if it uses as a bubbling component of a molten metal, the effect of molten metal stirring becomes thin. When the porosity is less than 70%, the surface area of the network structure is decreased, and the function as a filter or a molten metal bubbling component is not achieved. On the other hand, if the porosity is greater than 95%, the strength of the filter or molten metal bubbling component is low. Since the porous structure 1 with a coating has such a three-dimensional network structure with high void connectivity, it can be applied to molten metal members such as filters and molten metal bubbling parts that require high strength.

図3は、被膜付き多孔質構造体1の表面Pおよび断面Qの走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。図3に示すように被膜付き多孔質構造体1の網目構造は、骨格部2、骨格部2を被覆する被膜3により形成されている。被膜3により網目構造の表面Pには細かい凹凸が形成されており、被膜3の凸の部分が成長して部分的に析出結晶4が発生している。図3には、凹凸により厚さにばらつきはあるものの、被膜3が骨格部2の表面全体を覆っている様子が示されている。   FIG. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface P and the cross section Q of the coated porous structure 1. As shown in FIG. 3, the network structure of the porous structure 1 with a coating is formed by a skeleton 2 and a coating 3 that covers the skeleton 2. Fine irregularities are formed on the surface P of the network structure by the coating 3, and the convex portion of the coating 3 grows and the precipitated crystals 4 are partially generated. FIG. 3 shows a state in which the coating 3 covers the entire surface of the skeleton 2, although the thickness varies due to unevenness.

骨格部2は、実質的に金属珪素のマトリックスと炭化珪素セラミックスの粒子の複合材料によって構成されている。複合材料には、炭素が不純物として残留することがある。「実質的に」とは、不純物を考慮しないという意味である。骨格部2に珪素が含まれていることにより、骨格部2の強度が高くなっており、強度が要求されるフィルタ等に使用することができる。また、骨格部2は珪素のマトリックスと炭化珪素セラミックスの粒子の複合材料によって構成されているため、被膜付き多孔質構造体1を材料の耐熱性、熱伝導性が極めて高い多孔質構造体として利用することができる。   The skeleton 2 is substantially composed of a composite material of a metal silicon matrix and silicon carbide ceramic particles. Carbon may remain as an impurity in the composite material. “Substantially” means that impurities are not considered. Since silicon is contained in the skeleton 2, the strength of the skeleton 2 is high, and it can be used for a filter or the like that requires strength. Further, since the skeleton 2 is composed of a composite material of silicon matrix and silicon carbide ceramic particles, the coated porous structure 1 is used as a porous structure having extremely high heat resistance and thermal conductivity. can do.

また、被膜3は、実質的に窒化珪素により構成されている。このように、被膜付き多孔質構造体1の表面が窒化珪素の被膜3(析出結晶4を含む)により被覆されているため、表面の金属への付着性(ぬれ性)を低くし、金属溶湯への珪素の溶出を低減することができる。たとえばアルミニウム等の溶湯へ浸漬したときにアルミニウムへの珪素の溶出を抑えることができる。   The coating 3 is substantially made of silicon nitride. Thus, since the surface of the coated porous structure 1 is covered with the silicon nitride film 3 (including the precipitated crystals 4), the adhesion of the surface to the metal (wetting) is reduced, and the molten metal The elution of silicon into can be reduced. For example, elution of silicon into aluminum can be suppressed when immersed in a molten metal such as aluminum.

図3に示すように、被膜3は0.1μm以上25μm以下の厚さを有している。このように、骨格部2の表面を被覆する被膜3が薄いため、骨格部を細く維持し、空隙の連通性を維持したまま被膜が設けられている。これにより、珪素の溶出を防止する保護膜としての効率を向上させることができる。また、図3に示すように、被膜3は骨格部2の表面の約50%以上を被覆している。表面の被覆状況は、図3のようなSEM写真や、EPMAを用いた窒素の分析で知ることができる。なお、厚さについては三次元骨格の断面部についての分析、被覆率については三次元骨格の表面についての分析で求められる。   As shown in FIG. 3, the coating 3 has a thickness of 0.1 μm or more and 25 μm or less. Thus, since the coating 3 covering the surface of the skeleton part 2 is thin, the coating is provided while maintaining the skeleton part thin and maintaining the connectivity of the gaps. Thereby, the efficiency as a protective film which prevents elution of silicon can be improved. Further, as shown in FIG. 3, the coating 3 covers about 50% or more of the surface of the skeleton 2. The surface covering state can be known by SEM photographs as shown in FIG. 3 or nitrogen analysis using EPMA. The thickness is obtained by analysis of the cross section of the three-dimensional skeleton, and the coverage is obtained by analysis of the surface of the three-dimensional skeleton.

次に、以上のように構成された多孔質構造体1の製造方法を説明する。図4は、被膜付き多孔質構造体1の製造方法を示すフローチャートである。   Next, the manufacturing method of the porous structure 1 comprised as mentioned above is demonstrated. FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the coated porous structure 1.

予め有機質スポンジ状の多孔質プリフォームを準備しておく。多孔質プリフォームの骨格部を構成する材料としては、スラリーを保持できる材料が望ましく、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂などの各種樹脂類あるいはゴム製等のスポンジ、あるいは、スポンジ形状のプラスチック類や紙類等が適している。これらは2種類以上の混合体でもかまわない。樹脂成分は、主にウレタン樹脂であることが好ましい。「主に」とは、樹脂成分のうち、質量割合で占める割合が半分以上であることをいう。スポンジの網目は、用途により細かいものを用いてもよいし、粗いものを用いてもよい。   An organic sponge-like porous preform is prepared in advance. As a material constituting the skeleton part of the porous preform, a material capable of holding a slurry is desirable. Various resins such as urethane resin, melamine resin, phenol resin, furan resin, rubber sponge, or sponge-shaped Plastics and papers are suitable. These may be a mixture of two or more. The resin component is preferably mainly a urethane resin. “Mainly” means that the proportion of the resin component in terms of mass proportion is half or more. The sponge mesh may be fine or coarse depending on the application.

まず、上記の多孔質プリフォームに含浸させるスラリーを作製する(ステップS1)。炭素源として樹脂類を溶媒に溶解させ、珪素粉末を混合する。樹脂類には、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が好ましいものとして挙げられる。これらの樹脂類はその1種のみ用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。スラリー中の気泡の発生を抑制する観点から、消泡剤を添加することは有効である。また、塗布または噴霧するスラリーの特性を変えて空隙の有無や空隙径の大小を調整するため、ポリエステルもしくはパラフィンの粉末、または澱粉等をスラリーに添加してもよい。   First, a slurry for impregnating the porous preform is prepared (step S1). Resins as a carbon source are dissolved in a solvent, and silicon powder is mixed. Preferred examples of the resin include an organometallic polymer such as a phenol resin, a furan resin, or polycarbosilane. These resins may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of suppressing the generation of bubbles in the slurry, it is effective to add an antifoaming agent. In addition, polyester or paraffin powder, starch, or the like may be added to the slurry in order to adjust the presence or absence of voids and the size of the void diameter by changing the properties of the slurry to be applied or sprayed.

なお、珪素粉末としては、微粉末が適しており、特に平均粒径が30μm以下の微粉末が好適である。粒径が大きなものは、ボールミル等により粉砕して微粉化してもよい。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、骨材または酸化防止剤として、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、ジルコン、アルミナ、シリカ、ムライト、二珪化モリブデン、炭化ホウ素、ホウ素粉末等をスラリーに添加してもよい。なお、多孔質プリフォームまたはスラリーの成分比は、炭素化後の多孔質プリフォームの珪素と炭素との原子比がSi/C=0.05〜4になるように選ぶのが望ましい。   As the silicon powder, fine powder is suitable, and fine powder having an average particle diameter of 30 μm or less is particularly suitable. Those having a large particle diameter may be pulverized by a ball mill or the like. Carbon powder, graphite powder, carbon black may be added as additives, and as an aggregate or antioxidant, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, zircon, alumina, silica, mullite, molybdenum disilicide, boron carbide, Boron powder or the like may be added to the slurry. The component ratio of the porous preform or slurry is preferably selected so that the atomic ratio of silicon to carbon in the porous preform after carbonization is Si / C = 0.05-4.

上記のように、多孔質プリフォームおよびスラリーを準備した後、多孔質プリフォームをスラリーに浸して、スラリーを含浸させ(ステップS2)、スラリーが網目を連通する空隙を塞がない程度にまで絞って、スラリーの不要分を除去する(ステップS3)。スラリーの不要分とは、含浸させたスラリー全体から概ね空隙を塞がない程度に残すスラリーを引いた分をいう。   As described above, after preparing the porous preform and the slurry, the porous preform is immersed in the slurry and impregnated with the slurry (step S2), and the slurry is squeezed to such an extent that it does not block the voids communicating with the mesh. Then, unnecessary portions of the slurry are removed (step S3). The unnecessary portion of the slurry refers to a portion of the entire impregnated slurry that is subtracted from the slurry that is left to the extent that the voids are not blocked.

スラリーの含浸は、多孔質プリフォームをスラリーに浸す代わりに、多孔質プリフォームの骨格部に十分に塗布してもよい。スラリー除去方法としては、構造体に圧力をかけて十分にスラリーを排出する方法、遠心力によりスラリーを排出する方法など種々の方法が可能である。さらには、目詰まりを低減するため、最終的に圧縮空気を吹きかける、または先端が尖った棒でつつくなどの方法により、表面の造膜部位を除去する工程を加えるのも有効である。スラリーの不要分を削除した後、多孔質プリフォームを約70℃で乾燥させる(ステップS4)。乾燥時間は12時間程度行なうのが好ましい。   The slurry impregnation may be sufficiently applied to the skeleton of the porous preform instead of immersing the porous preform in the slurry. As a method for removing the slurry, various methods such as a method of sufficiently discharging the slurry by applying pressure to the structure and a method of discharging the slurry by centrifugal force are possible. Furthermore, in order to reduce clogging, it is also effective to add a step of removing the surface film-forming site by a method such as finally spraying compressed air or sticking with a stick having a sharp tip. After removing unnecessary portions of the slurry, the porous preform is dried at about 70 ° C. (step S4). The drying time is preferably about 12 hours.

次に、乾燥して得られた多孔質プリフォームを、真空またはアルゴンなどの不活性雰囲気下で、900〜1350℃程度の温度において炭素化する(ステップS5)。これによって多孔質プリフォームは炭素と珪素からなる炭素化複合体となる。多孔質プリフォームの骨格のウレタン樹脂成分は熱分解により大半が消失するが、コーティングしたフェノール樹脂の炭素化による炭素成分と珪素粉末により、スポンジの骨格は元の形状を維持している。骨格部は一部含浸したフェノール樹脂の炭素化による炭素部分と、予め含まれている珪素粉末が残っており、適当な空隙を有した構造となる。塗布または噴霧されたスラリーにより空隙を塞がれた部分についても、骨格部と同様に熱分解が生じ、炭素化される。炭素化した多孔質プリフォームは加工可能な強度を有している。   Next, the porous preform obtained by drying is carbonized at a temperature of about 900 to 1350 ° C. in an inert atmosphere such as vacuum or argon (step S5). Thereby, the porous preform becomes a carbonized composite composed of carbon and silicon. Most of the urethane resin component in the skeleton of the porous preform disappears by thermal decomposition, but the sponge skeleton maintains its original shape due to the carbon component and silicon powder resulting from carbonization of the coated phenol resin. The skeleton part has a carbon part obtained by carbonization of a partially impregnated phenol resin and a silicon powder contained in advance, and has a structure having an appropriate void. The part where the voids are blocked by the applied or sprayed slurry is also thermally decomposed and carbonized in the same manner as the skeleton part. The carbonized porous preform has a processable strength.

次に、炭素化した多孔質プリフォームは、真空またはアルゴンなどの不活性雰囲気下で1250℃以上の温度において焼成処理し(ステップS6)、炭素と珪素とを反応させて溶融珪素と濡れ性のよいポーラスな炭化珪素部分を骨格の内部に形成させる。その際には、この反応が体積減少反応であるため、その体積減少反応に起因する開気孔が生成される。その結果、骨格部となる部分が炭化珪素および残留炭素の部分と、あるいは未反応の珪素とにより形成され、微小な気孔を有する多孔質プリフォームを得る。   Next, the carbonized porous preform is baked at a temperature of 1250 ° C. or higher in an inert atmosphere such as vacuum or argon (step S6), and carbon and silicon are reacted to cause molten silicon and wettability. A good porous silicon carbide portion is formed inside the skeleton. In this case, since this reaction is a volume reduction reaction, open pores resulting from the volume reduction reaction are generated. As a result, a porous preform having minute pores is obtained by forming the skeleton portion with silicon carbide and residual carbon, or with unreacted silicon.

次に、この焼結体としての多孔質プリフォームを、真空または不活性雰囲気下において1300〜1800℃程度の温度に加熱し、骨格上にあるポーラスな炭化珪素および炭素の部分に珪素を溶融含浸する(ステップS7)。   Next, the porous preform as the sintered body is heated to a temperature of about 1300 to 1800 ° C. in a vacuum or an inert atmosphere, and the porous silicon carbide and carbon portions on the skeleton are melt-impregnated with silicon. (Step S7).

その後、得られた多孔質構造体を1200℃〜1450℃、好ましくは1300〜1400℃の窒素ガス雰囲気中で加熱し、3次元網目構造中の珪素を窒化珪素に変換する(ステップS8)。このようにして、骨格部2の表面に被膜3を形成し、被膜付き多孔質構造体1を得る。このように、窒化処理工程では窒素ガス雰囲気中で加熱して、表面の珪素を窒化するため、骨格部2の表面を被覆する被膜を薄くすることができ、骨格部2を細く維持し、空隙の連通性を維持したまま被膜3を設けることができる。すなわち、被膜3の保護膜としての効率を高くすることができ、被膜3により網目の孔が塞がれるということもない。窒化処理工程での反応は、加熱された窒素による気体反応であるため、微細な3次元構造の孔の内部の奥まで反応が進行すると同時に、その孔を閉塞させることなく反応を均質に進行させることができる。   Thereafter, the obtained porous structure is heated in a nitrogen gas atmosphere at 1200 ° C. to 1450 ° C., preferably 1300 to 1400 ° C., to convert the silicon in the three-dimensional network structure into silicon nitride (step S8). In this way, the film 3 is formed on the surface of the skeleton part 2 to obtain a porous structure 1 with a film. Thus, in the nitriding treatment step, the silicon on the surface is nitrided by heating in a nitrogen gas atmosphere, so that the coating covering the surface of the skeleton part 2 can be thinned, the skeleton part 2 is kept thin, The coating 3 can be provided while maintaining the connectivity. That is, the efficiency of the coating film 3 as a protective film can be increased, and the coating film 3 does not block the mesh holes. Since the reaction in the nitriding treatment process is a gas reaction by heated nitrogen, the reaction proceeds to the back of the fine three-dimensional structure, and at the same time, the reaction proceeds uniformly without blocking the hole. be able to.

本温度帯における昇温速度は、3次元網目構造中の珪素を窒化珪素に変換する度合いに関係し、昇温速度が大きい程生成する窒化珪素は少なく、昇温速度が小さい程生成する窒化珪素が多くなる。このため、より好ましい1300〜1400℃の温度領域で昇温を停止し、一定時間、温度を保持することがより好ましい。保持時間は、望まれる窒化珪素の生成量に応じて適宜選択して決定すればよいが、5時間以上が好ましい。これにより、アルミニウムの溶湯へ浸漬したときに珪素の溶出量を1000mg/kg以下に抑えることができる。その結果、溶湯部材として被膜付き多孔質構造体1を用いた場合にアルミニウムの純度の低下を防ぐことができる。   The temperature increase rate in this temperature range is related to the degree of conversion of silicon in the three-dimensional network structure to silicon nitride. The larger the temperature increase rate, the less silicon nitride is generated, and the lower the temperature increase rate, the silicon nitride generated. Will increase. For this reason, it is more preferable to stop the temperature increase in a more preferable temperature range of 1300 to 1400 ° C. and hold the temperature for a certain time. The holding time may be appropriately selected and determined according to the desired amount of silicon nitride produced, but is preferably 5 hours or longer. Thereby, when it immerses in the molten metal of aluminum, the elution amount of silicon can be suppressed to 1000 mg / kg or less. As a result, a decrease in the purity of aluminum can be prevented when the coated porous structure 1 is used as a molten metal member.

なお、上記の製造方法においてはステップを分けて記載したが、珪素と炭素の反応焼結および珪素の溶融含浸は同時に行なってもよく、さらに炭素化を含めた全ての熱処理の工程を同じ炉を用いて一つの温度制御プログラムにより行なっても良い。   In the above manufacturing method, the steps are described separately. However, the reactive sintering of silicon and carbon and the melt impregnation of silicon may be performed at the same time, and all heat treatment processes including carbonization are performed in the same furnace. It is possible to use a single temperature control program.

被膜のない多孔質構造体と被膜付き多孔質構造体とをそれぞれ作製し、被膜付き多孔質構造体については窒化処理前後の重量変化を測定した。さらに、被膜のない多孔質構造体と被膜付き多孔質構造体とを、それぞれアルミニウム溶湯に浸漬させ、珪素の溶出量を測定した。以下に具体的に説明する。   A porous structure without a coating and a porous structure with a coating were prepared, and the weight change before and after the nitriding treatment was measured for the porous structure with a coating. Furthermore, the porous structure without a film and the porous structure with a film were each immersed in molten aluminum, and the amount of silicon eluted was measured. This will be specifically described below.

まず、フェノール樹脂の炭素化による炭素と珪素との原子比を1:1になるよう、フェノール樹脂と珪素粉末の混合比を設定した。設定した混合比に基づき、エチルアルコールでフェノール樹脂を溶解してこれに珪素粉末を配合しスラリーを作製した。作製されたスラリーに含まれる珪素粒径を小さくするために、スラリーを1日間ボールミルにて混合粉砕した。   First, the mixing ratio of the phenol resin and silicon powder was set so that the atomic ratio of carbon to silicon by carbonization of the phenol resin was 1: 1. Based on the set mixing ratio, the phenol resin was dissolved with ethyl alcohol, and silicon powder was blended therein to prepare a slurry. In order to reduce the silicon particle size contained in the prepared slurry, the slurry was mixed and ground in a ball mill for 1 day.

混合粉砕後、得られたスラリーをポリウレタン製スポンジに十分に含浸させた後、スラリーが空隙領域を塞がない程度まで押しつぶして絞り、スラリーを除去した。ポリウレタン製スポンジは、その空隙領域のセル数が60±10個/25mmのものを用いた。   After mixing and pulverizing, the resulting slurry was sufficiently impregnated with polyurethane sponge, and then squeezed to such an extent that the slurry did not block the void area, and the slurry was removed. A polyurethane sponge having a void area of 60 ± 10 cells / 25 mm was used.

次に、スラリーを含浸させたスポンジを室温にて乾燥させた後、さらに70℃で十分に乾燥させ、エタノールなどの揮発性成分を除去した。乾燥により得られたプリフォームを、アルゴン等の不活性雰囲気下で、1000℃で1時間加熱し、フェノール樹脂成分を炭素化した。   Next, after the sponge impregnated with the slurry was dried at room temperature, it was further sufficiently dried at 70 ° C. to remove volatile components such as ethanol. The preform obtained by drying was heated at 1000 ° C. for 1 hour under an inert atmosphere such as argon to carbonize the phenol resin component.

さらに、この多孔質構造体を、真空中1500℃で1時間焼成し、反応焼結と珪素溶融含浸を同時に行ない、炭化珪素セラミックスと金属珪素成分からなる複合材料により構成される多孔質構造体(比較例1)を得た。   Furthermore, this porous structure is fired in a vacuum at 1500 ° C. for 1 hour, subjected to reaction sintering and silicon melt impregnation at the same time, and is made of a composite material composed of silicon carbide ceramics and a metal silicon component ( Comparative Example 1) was obtained.

同様の工程により別途得られた多孔質構造体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、1100℃から1350℃の温度まで5時間かけて昇温(処理時間5時間)して窒化処理を行ない、被膜付き多孔質構造体(実施例1)を得た。   A porous structure separately obtained by the same process is heated in a nitrogen gas atmosphere, and the temperature is raised from 1100 ° C. to 1350 ° C. over 5 hours (treatment time: 5 hours) to perform nitriding, with a coating A porous structure (Example 1) was obtained.

同様に、別途得られた多孔質構造体を窒素ガス雰囲気中で1100℃から1350℃の温度まで、それぞれ13時間、48時間、140時間(処理時間13時間、48時間、140時間)かけて昇温して窒化処理を行ない、被膜付き多孔質構造体(実施例2、実施例3、実施例4)をそれぞれ得た。窒化処理を行なった試料(実施例1〜実施例4)については、窒化処理の前後の重量変化を測定した。   Similarly, the separately obtained porous structure was elevated from 1100 ° C. to 1350 ° C. in a nitrogen gas atmosphere over 13 hours, 48 hours, and 140 hours (treatment times 13 hours, 48 hours, and 140 hours), respectively. Nitriding treatment was performed by heating to obtain porous structures with coating (Example 2, Example 3, and Example 4). About the sample (Example 1-Example 4) which performed nitriding treatment, the weight change before and behind nitriding treatment was measured.

次に、上記の比較例1の多孔質構造体および実施例1〜実施例4の被膜付き多孔質構造体を溶融アルミニウムへ浸漬させて珪素溶出試験を行なった。   Next, the porous structure of Comparative Example 1 and the coated porous structure of Examples 1 to 4 were immersed in molten aluminum, and a silicon elution test was performed.

まず、容積270mlの炭素坩堝10の中にアルミニウム11(関東化学社製試薬、純度99.5%)を100g挿入し、アルミニウム11を酸化雰囲気電気炉中で850℃に加熱し溶融させた。溶融したアルミニウム11内に、2×2×5cmに切断した多孔質構造体を、図5に示すように挿入し、浮き上がらないように坩堝10にアルミナの蓋12を被せて24時間加熱した。アルミニウム11が溶融状態のまま、炉内から坩堝10ごと取出し、直ちに多孔質構造体を取り出した。このような処理を、それぞれ比較例1および実施例1〜実施例4の多孔質構造体について行なった。   First, 100 g of aluminum 11 (a reagent manufactured by Kanto Chemical Co., Inc., purity 99.5%) was inserted into a carbon crucible 10 having a volume of 270 ml, and the aluminum 11 was heated to 850 ° C. in an oxidizing atmosphere electric furnace and melted. A porous structure cut into 2 × 2 × 5 cm was inserted into molten aluminum 11 as shown in FIG. 5, and the crucible 10 was covered with an alumina lid 12 so as not to float, and heated for 24 hours. While the aluminum 11 was in a molten state, the entire crucible 10 was taken out from the furnace, and the porous structure was taken out immediately. Such treatment was performed on the porous structures of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4, respectively.

上記の溶出試験の後、アルミニウム11を常温まで冷却して固化させた後、坩堝10からアルミニウム11の塊を取り出した。図6(b)に示すように、アルミニウム11の坩堝10の底に接していた側をA側、蓋方向に向いていた側をB側とすると、破線に示すようにまずB側の部分を切除した。残ったA側の部分を図6(a)に示すように4等分した。このようにして、10gの分析用試料13を得た。JIS H 1352:1997「アルミニウム及びアルミニウム合金中のけい素の定量方法」に準拠して、分析用試料13を水酸化ナトリウム水溶液で分解後、ICP発光分光分析法にてアルミニウム11の単位質量あたりの珪素の質量の測定を行なった。このような測定を、それぞれ比較例1および実施例1〜実施例4の多孔質構造体について得られたアルミニウム11について行なった。また、ブランクとして、多孔質構造体を入れないアルミニウムについても測定を行なった。   After the elution test, the aluminum 11 was cooled to room temperature and solidified, and the lump of aluminum 11 was taken out from the crucible 10. As shown in FIG. 6 (b), when the side of the aluminum 11 in contact with the bottom of the crucible 10 is the A side and the side facing the lid direction is the B side, the B side portion is first shown as shown by the broken line. Resected. The remaining A side portion was divided into four equal parts as shown in FIG. In this way, 10 g of the analytical sample 13 was obtained. In accordance with JIS H 1352: 1997 “Quantitative determination method of silicon in aluminum and aluminum alloy”, the analytical sample 13 was decomposed with an aqueous solution of sodium hydroxide, and then analyzed by ICP emission spectrometry. The mass of silicon was measured. Such measurement was performed on the aluminum 11 obtained for the porous structures of Comparative Example 1 and Examples 1 to 4, respectively. Moreover, it measured also about the aluminum which does not put a porous structure as a blank.

なお、アルミニウム11の固化体の表面を観察したところ、窒化処理を行なっていない多孔質構造体を挿入したアルミニウム11の塊の底面部には、珪素の溶出と見られる明らかな変色が見られた。そこで、変色部分がほぼ1/4分割されるように、試料を切断し、分析に供した。   In addition, when the surface of the solidified body of the aluminum 11 was observed, a clear discoloration seen as elution of silicon was observed at the bottom of the lump of the aluminum 11 into which the porous structure not nitrided was inserted. . Therefore, the sample was cut and subjected to analysis so that the discolored portion was divided into almost ¼.

図8は、上記試験における窒化処理前後の重量変化およびアルミニウム溶湯への珪素の溶出量の測定結果をまとめた表である。重量増加率は、処理前重量に対して窒化処理により増加した重量の割合を表わすものであり、(増加重量)/(処理前重量)×100の計算式で算出されている。また、窒化反応率は、処理前の全重量に対して窒化処理により窒化珪素に変換された珪素の重量の割合を表わすものであり、(増加重量)/((処理前重量)×0.5×0.67))×100の計算式で算出されている。珪素含有量は、上記溶湯の試験に用いたアルミニウムの単位重量あたりに、含有される珪素の重量である。ブランクとしての試薬アルミニウムの珪素含有量分析値は、355mg/kgであった。このブランク分の重量を各試料の珪素含有量から引いたものが、珪素溶出量である。   FIG. 8 is a table summarizing the measurement results of the weight change before and after the nitriding treatment and the amount of silicon eluted into the molten aluminum in the above test. The weight increase rate represents the ratio of the weight increased by the nitriding treatment with respect to the weight before treatment, and is calculated by the formula of (increased weight) / (weight before treatment) × 100. The nitriding reaction rate represents the ratio of the weight of silicon converted into silicon nitride by nitriding with respect to the total weight before the treatment, and (increased weight) / ((pre-treatment weight) × 0.5 X0.67)) It is calculated by the formula of x100. The silicon content is the weight of silicon contained per unit weight of aluminum used in the molten metal test. The silicon content analysis value of the reagent aluminum as a blank was 355 mg / kg. The amount of silicon elution is obtained by subtracting the weight of the blank from the silicon content of each sample.

図9は、窒化処理の処理時間に対して多孔質構造体の重量増加率を示すグラフである。処理時間が増加するに従い、多孔質構造体表面の珪素が窒化珪素に変換され、その分重量が増加していることが読み取れる。また、140時間の処理で、珪素の窒化反応がほぼ飽和していることが分かる。   FIG. 9 is a graph showing the weight increase rate of the porous structure with respect to the treatment time of the nitriding treatment. It can be seen that as the treatment time increases, silicon on the surface of the porous structure is converted to silicon nitride, and the weight increases accordingly. It can also be seen that the silicon nitriding reaction is almost saturated after 140 hours of treatment.

図10は、窒化処理の処理時間に対して、アルミニウム溶湯への珪素の溶出量を示すグラフである。全く窒化処理しなかった多孔質構造体(比較例1)の珪素溶出量は、6805mg/kgである。一方、5時間処理したもの(実施例1)の珪素溶出量は、945mg/kgであり、溶出量が1000mg/kg以下に低減されていることが分かる。図11は、多孔質構造体の重量増加率に対して、アルミニウム溶湯への珪素の溶出量を示すグラフである。5時間の処理で重量増加率はわずか1.5%であるが、珪素の溶出量は1000mg/kg以下に低減され、上記のように大きな効果を得た。   FIG. 10 is a graph showing the elution amount of silicon into molten aluminum with respect to the treatment time of nitriding treatment. The silicon elution amount of the porous structure (Comparative Example 1) that was not nitrided at all was 6805 mg / kg. On the other hand, the silicon elution amount of the sample treated for 5 hours (Example 1) is 945 mg / kg, and it can be seen that the elution amount is reduced to 1000 mg / kg or less. FIG. 11 is a graph showing the elution amount of silicon into the molten aluminum with respect to the weight increase rate of the porous structure. Although the weight increase rate was only 1.5% after the treatment for 5 hours, the elution amount of silicon was reduced to 1000 mg / kg or less, and a great effect was obtained as described above.

このように、実施例に記載した試験から、窒化処理を行なった多孔質構造体がアルミニウム溶湯に対して珪素の溶出を低減するものであることが実証された。また、5時間以上の処理を行ない、窒化処理による重量増加率が1.5%以上のものについて、大きな効果が得られることが実証された。   Thus, from the tests described in the examples, it was demonstrated that the porous structure subjected to the nitriding treatment reduces the elution of silicon with respect to the molten aluminum. In addition, it was proved that a great effect was obtained when the treatment was performed for 5 hours or more and the weight increase rate by nitriding treatment was 1.5% or more.

本発明に係る被膜付き多孔質構造体の斜視図である。It is a perspective view of the porous structure with a film concerning the present invention. 本発明に係る被膜付き多孔質構造体の拡大図である。It is an enlarged view of the porous structure with a film concerning the present invention. 本発明に係る被膜付き多孔質構造体のSEM写真である。It is a SEM photograph of the porous structure with a film concerning the present invention. 本発明に係る被膜付き多孔質構造体の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the porous structure with a film which concerns on this invention. 坩堝内で被膜付き多孔質構造体をアルミニウム溶湯に浸漬させた状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which immersed the porous structure with a film in the molten aluminum in the crucible. (a)取り出したアルミニウム塊の平面図である。(b)取り出したアルミニウム塊の側面図である。(A) It is a top view of the taken-out aluminum lump. (B) It is a side view of the taken-out aluminum lump. 分析用試料の斜視図である。It is a perspective view of the sample for analysis. 実施例の試験結果を示す表である。It is a table | surface which shows the test result of an Example. 処理時間に対して多孔質構造体の重量増加率を示すグラフである。It is a graph which shows the weight increase rate of a porous structure with respect to processing time. 処理時間に対してアルミニウム溶湯への珪素の溶出量を示すグラフである。It is a graph which shows the elution amount of the silicon | silicone to aluminum molten metal with respect to process time. 多孔質構造体の重量増加率に対してアルミニウム溶湯への珪素の溶出量を示すグラフである。It is a graph which shows the elution amount of the silicon | silicone to molten aluminum with respect to the weight increase rate of a porous structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 被膜付き多孔質構造体
2 骨格部
3 被膜
4 析出結晶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Porous structure with film 2 Skeletal part 3 Film 4 Precipitated crystal

Claims (4)

金属溶湯への浸漬に用いられる被膜付き多孔質構造体であって、
実質的に炭化珪素および珪素からなる複合材料により構成され、3次元的な網目構造を形成する骨格部と、
実質的に窒化珪素により構成され、前記骨格部の表面を被覆する被膜と、を備え
前記網目構造により形成される網目の径が0.1mm以上5mm以下であり、空隙率が70%以上95%以下であり、
前記骨格部の表面を被覆する被膜は、0.1μm以上25μm以下の厚さを有していることを特徴とする被膜付き多孔質構造体。
A porous structure with a coating used for immersion in molten metal,
A skeleton part that is composed of a composite material substantially consisting of silicon carbide and silicon and forms a three-dimensional network structure;
A film that is substantially composed of silicon nitride and covers the surface of the skeleton ,
The diameter of the mesh formed by the mesh structure is 0.1 mm or more and 5 mm or less, and the porosity is 70% or more and 95% or less,
Coating, a coated porous structure characterized that you have had a thickness of 25μm or more 0.1μm covering the surface of the skeleton.
前記骨格部の表面を被覆する被膜は、50%以上の被覆率を有していることを特徴とする請求項1記載の被膜付き多孔質構造体。   The coated porous structure according to claim 1, wherein the coating covering the surface of the skeleton has a coverage of 50% or more. 金属溶湯への浸漬に用いられる被膜付き多孔質構造体の製造方法であって、
有機質スポンジ状の多孔質プリフォームに珪素粉末スラリーを含浸させ、前記含浸させたスラリーの不要分を除去し、不活性雰囲気下で炭素化、焼成することで、実質的に炭化珪素および珪素からなる複合材料により構成され、3次元網目構造を有する多孔質構造体を得る準備工程と、
前記多孔質構造体に珪素を溶融含浸させる溶融含浸工程と、
前記珪素を溶融含浸させた前記多孔質構造体を窒素ガス雰囲気中で加熱し、前記多孔質構造体表面の珪素を窒素と反応させて0.1μm以上25μm以下の厚さの窒化珪素の被膜を形成させる窒化処理工程と、を含み、
前記溶融含浸工程は前記多孔質構造体に網目の径が0.1mm以上5mm以下であり、空隙率が70%以上95%以下である網目構造を有する被膜付き多孔質構造体を製造することを特徴とする被膜付き多孔質構造体の製造方法。
A method for producing a coated porous structure used for immersion in molten metal,
An organic sponge-like porous preform is impregnated with a silicon powder slurry, unnecessary portions of the impregnated slurry are removed, and carbonized and fired in an inert atmosphere, thereby substantially consisting of silicon carbide and silicon. A preparation step of obtaining a porous structure composed of a composite material and having a three-dimensional network structure;
A melt impregnation step of silicon to melt impregnated into the porous structure,
The porous structure body melt-impregnated with silicon is heated in a nitrogen gas atmosphere, and the silicon on the surface of the porous structure body is reacted with nitrogen to form a silicon nitride film having a thickness of 0.1 μm or more and 25 μm or less. a nitriding step of forming, only including,
The melt impregnation step is to produce a coated porous structure having a network structure having a mesh diameter of 0.1 mm to 5 mm and a porosity of 70% to 95% in the porous structure. A method for producing a coated porous structure.
前記窒化処理工程において、1100℃以上1350℃以下の温度で、5時間以上加熱することを特徴とする請求項3記載の被膜付き多孔質構造体の製造方法。   The method for producing a coated porous structure according to claim 3, wherein in the nitriding treatment step, heating is performed at a temperature of 1100 ° C. or more and 1350 ° C. or less for 5 hours or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100927729B1 (en) 2008-03-14 2009-11-18 포항공과대학교 산학협력단 Manufacturing Method of 3D Shaped Structure with Hydrophobic Surface Using Immersion
JP5574368B2 (en) * 2010-05-18 2014-08-20 独立行政法人産業技術総合研究所 Porous microwave heating element, manufacturing method thereof, filter, and manufacturing method thereof
WO2012046897A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 성균관대학교 산학협력단 Method for manufacturing porous silicon carbide ceramics
CN103199221B (en) * 2012-01-10 2016-09-14 苏州宝时得电动工具有限公司 Negative material, negative pole, the battery with this negative pole and cathode material preparation method
TWM460808U (en) * 2013-02-01 2013-09-01 Xiu-Hao Liu Multipurpose energy-saving and carbon reduction device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000109375A (en) * 1998-10-01 2000-04-18 Bridgestone Corp Ceramic porous body
JP2003119085A (en) * 2001-08-07 2003-04-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structural material and method of producing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0662348B2 (en) * 1988-08-02 1994-08-17 イーグル工業株会社社 Porous ceramic composite material and method for producing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000109375A (en) * 1998-10-01 2000-04-18 Bridgestone Corp Ceramic porous body
JP2003119085A (en) * 2001-08-07 2003-04-23 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Silicon carbide-based heat resistant ultralight porous structural material and method of producing the same

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