JPH02102177A - 多孔質耐食性材料およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐食性、耐酸化性にすぐれた多孔質セラミッ
クス材料およびその製造法に関するものである。

〔従来の技術〕

炭化ケイ素質材料は、硬度、耐熱性、耐食性等にすぐれ
た材料として近年注目されており、摺動材料、高温用機
械材料など、多くの分野で利用されるようになった。し
かしながら、この炭化ケイ素質材料を多孔質のものにし
て利用することはあまり行われていない。粘土微粒子等
のガラス質物質を結合剤として炭化ケイ素粒子を成形し
た炭化ケイ素質発熱体や炭化ケイ素質レンガなどがある
が、これらは、耐熱性や耐食性が結合剤部分のそれによ
り支配されてしまい、炭化ケイ素本来の特長を十分に発
揮し得るものではなかった−０一方、特開昭６２−２９
７２７９号公報には、実質的に炭化ケイ素のみからなる
多孔質材料の製造法が開示されていて、この方法による
多孔質炭化ケイ素質材料は、結合剤の存在に基づく欠点
を示さず、高温または腐食性の流体を処理するフィルタ
ー等に使用すればすぐれた性能を示すことが期待される
。しかしながら、炭化ケイ素は約１３００°Ｃ以上の高
温度では酸素、酸化炭素、水蒸気等と反応することがあ
り、表面積の大きい多孔質体においてはこの反応による
物性劣化が顕著に現れ、実用上問題になることがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上述のような全炭化ケイ素質多孔質材
料の欠点である高温反応性を解消することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成することに成功した本発明は、微細な連
通気孔を有する多孔質炭化ケイ素質成形体の実質的に全
表面（連通気孔内表面を含む）が、炭化ケイ素と一体化
したシリカ皮膜により覆われてなる多孔質耐食性材料を
提供するものである。

この多孔質材料において、気孔部の量は特に限定される
ものではないが、１０〜５０ｖｏ１％程度のものが、多
くの用途において有用である。表面を覆うシリカの量は
、気孔部の量によっても異なるが、材料全体の１〜２５
ｖｏ１％程度である。

ンリカは炭化ケイ素よりも酸素、−酸化炭素、水蒸気等
と反応しにくく、また耐熱性も優れているから、本発明
の材料が高温で加熱されたときこれらのガスから炭化ケ
イ素骨格を遮断し、物性劣化を防ぐ作用をする。

本発明はまた上記本発明の多孔質耐食性材料の製造法、
すなわち、平均粒子径５０〜３００μｍの炭化ケイ素粒
子の表面に炭化物換算量で３〜１５重量％の炭化性有機
物をコーティングし、コーティングされた炭化ケイ素粒
子からなる粉末を後記有機物炭化処理後の成形体かさ密
度が１．７〜２．１　　（７ｃｍ３になるような条件で
成形し、得られた成形体を非酸化性雰囲気で焼成して成
形体中の炭化性有機物を炭化させ、次いで処理後の成形
体を１４５０°Ｃ以上で溶融ケイ素と接触させ、それに
より成形体中の有機物炭化物と反応して該炭化物を炭化
ケイ素に変換するのに必要な量よりも多いが成形体中の
気孔のすべてを充填するには至らない量の溶融ケイ素を
成形体中に浸透させて上記有機物炭化物をケイ素に変換
し、その後、酸素中で加熱して残存ケイ素を酸化しシリ
カに変換する方法をも提供するものである。

以下、上記本発明の製造法について詳述する。

平均粒子径５０〜３００μｍの炭化ケイ素粒子は研削材
として市販されており、本発明の製法における原料の炭
化ケイ素としてはこれをそのまま用いることができる。

一般に、炭化ケイ素の粒子径が大きいほど製品の気孔径
が大きくなるから、所望の製品気孔径に応じて、用いる
炭化ケイ素の粒子径を適宜選定する。なお平均粒子径が
５０μｍよりも小さいと、ケイ素溶浸処理を行う成形体
における炭化ケイ素粒子間の空隙が小さくなり過ぎてこ
こがケイ素により埋めつくされ易く、必要な気孔を確保
できなくなる。また反対に粒子径が３００μｍをこえる
と、炭化ケイ素粒子同士の結合箇所が少なくなるため、
強度が不十分な製品しか得られない。

炭化ケイ素粒子のコーティングに用いる炭化性有機物と
しては、なんらかの溶剤に溶けてコーティングが可能な
溶液を形成し且つ非酸化性雰囲気で焼成されると高収率
で炭素化するもの、たとえばフェノール樹脂、フラン樹
脂などの熱硬化性樹脂やピッチを用いる。

コーティングは、炭化性有機物の溶液と炭化ケイ素粉末
とを攪拌機を用いてよく混合した後、引続き攪拌しなが
ら加熱して乾燥することにより行うことができる。また
、流動層コーティング法によっても可能である。コーテ
ィングされた炭化性有機物は次の焼成工程で炭化し、形
成された炭化物が溶融ケイ素の反応対象となるので、炭
化性有機物の好適コーテイング量は用いる炭化性有機物
の炭素収率により異なる。したがって、包括的な好適コ
ーテイング量は炭化物換算量により示すのが適当で、そ
の値は、炭化ケイ素の重量基準で３〜１５％、特に好ま
しくは５〜１２％である。３％以下では炭化ケイ素粒子
上に形成される炭素被覆が連続相になり得ず、したがっ
て、反応で生じる炭化ケイ素による炭化ケイ素粒子の結
合が不十分な、強度の低い製品しか得られない。また１
５％以上にすることは、炭化ケイ素粒子の結合に不必要
であるだけでなく、製品に必要量の気孔率を確保できな
くするので、好ましくない。

なおコーティング工程では、炭化性有機物とともに、次
の成形工程における成形性向上のための助剤を炭化ケイ
素粒子に付着させてもよい。この助剤としては、炭化性
有機物の炭化温度以下の温度で熱分解を起こし飛散して
しまうもの、たとえばパラフィン、ワックス、ステアリ
ン酸、熱可塑性合成樹脂（たとえばアクリル樹脂、メタ
クリル樹脂）などが適当である。

コーティングを終わった炭化ケイ素粒子からなる粉末は
、必要量を金型に入れ、単軸プレスなどを用いて圧縮成
形する。この場合の成形条件は、有機物炭化処理後の成
形体かさ密度が約１．７〜２　、１　Ｈ／ｃｒａ３にな
るような条件とする。かさ密度が１　、７　ｒ／ｃｍ”
に満たないときは、実用上必要な強度を有する製品を得
ることが難しくなる。一方、２　、１　ｇ／ｃ＋ａ”を
こえる高密度のものとすると、それにともない小さくな
った粒子間空隙にもケイ素が入り込むため、多孔質材料
を得ることができない。成形体のかさ密度は、成形圧、
成形温度などを調節することにより、所望の値のものと
することができる。

得られた成形体は、まず非酸化性雰囲気で約５００℃〜
１２００°Ｃに加熱し、成形体中の炭化性有機物を炭化
させる（分解性の成形助剤を用いた場合は、それを炭化
性有機物の炭化に先立って分解させる）。炭化性有機物
の炭化は揮発性物質の遊離をともなうため、形成される
炭化物は多数の微細な連通気孔を有するものとなる。

この後、真空中または不活性ガス中で、成形体を金属ケ
イ素の融点である１４５０°Ｃ以上、望ましくは約１４
５０°Ｃ〜１７００°Ｃに加熱して、溶融ケイ素と接触
させる。このための方法としては、粉末状金属ケイ素中
に成形体を埋めた状態で昇温する方法、適当なバインダ
ーで金属ケイ素粉末をペースト状にしたものを成形体表
面に塗布して昇温する方法、金属ケイ素粉末をシート状
に成形したものを成形体に接触させた状態で昇温する方
法、などがある。このとき溶融状態のケイ素は、成形体
の有機物炭化物部分の連通気孔に毛細管現象により浸入
し、次いで炭素と反応して炭化ケイ素を生じる。有機物
炭化物をすべて炭化ケイ素に変換するのに必要なケイ素
の量は、通常、有機物炭化物重量の２．５倍前後である
が、この量に加えて、５ｉｎ２換算量で製品の約１〜２
５　ＶＯＩ％のケイ素を浸透させる。

上述のようにして有機物炭化物部分が炭化ケイ素に変換
されると、もともと成形体中にあった炭化ケイ素粒子は
この反応により生じた炭化ケイ素および未反応のケイ素
と一体化し、強固な多孔質成形体が形成される。この成
形体において、未反応のケイ素は、反応により生じた炭
化ケイ素を覆う形で、全体としては立体的な網目状にな
っている。

最後に、酸素または酸素含有気体中で、全体を約４００
〜１５００℃に加熱すると、未反応のケイ素は酸化され
てシリカになり、炭化ケイ素がシリカで覆われた本発明
の材料が得られる。

〔発明の効果〕

本発明の多孔質材料は、本質的にすぐれた耐熱性や機械
的性質を有する多孔質炭化ケイ素質材料の表面をシリカ
で被覆して高温での反応性をさらに低下させたものであ
るから、炭化ケイ素と反応する性質のある高温の酸素、
−酸化炭素、水蒸気等と接触する用途にも十分使用する
ことのできる、高度の耐久性を示す優れた材料である。

〔実施例〕

平均粒子径１００μｍの炭化ケイ素粒子９００ｇを、５
００１のアセトンに溶解したノボラック型フェノール樹
脂１００ｇとともに攪拌機付混合機に入れて混合し、引
続き攪拌しながら加熱してアセトンを蒸発させることに
より、炭化ケイ素粒子にフエノル樹脂をコーティングし
た。

次いで、コーティング済み炭化ケイ素の粉末を、１Ｌｏ
ｎ／ｃｍ”の圧力で直径７０ｍａ＋、厚さ５ｍｍの円板
状に成形し、得られた成形体を焼成した。焼成後の成形
体は、重量が３５．４　ｇ、かさ密度が１　、８４　ｇ
／ｃｍ３で、９４重量％の炭化ケイ素と６重量％の樹脂
炭化物よりなるものであった。

この焼成済み成形体を、７．１ｇの金属ケイ素粉末（樹
脂炭化物を炭化ケイ素化するのに必要な金属ケイ素５，
３ｇと、５ｉｎ２換算量で製品の約１０ｖｏ１％に相当
する金属ケイ素１．８ｇとの合計量）と接触させた状態
で真空下に加熱し、１５００’Ｃに２時間保つことによ
り、溶融したケイ素を成形体中に浸透させた。次いでこ
の成形体を空気中６００°Ｃで２時間加熱して、過剰の
ケイ素を８１０２に酸化した。

この結果、気孔径５０〜１５０μｍ１気孔量２７ｖｏ１
％で、炭化ケイ素表面が１Ｏｖｏ１％の５ｉ０２で被覆
されている多孔質材料を得た。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）微細な連通気孔を有する多孔質炭化ケイ素質成形
   体がその連通気孔内表面を含む全表面をシリカ皮膜によ
   り覆われてなる多孔質耐食性材料。
2. （２）平均粒子径５０〜３００μｍの炭化ケイ素粒子の
   表面に炭化物換算量で３〜１５重量％の炭化性有機物を
   コーティングし、コーティングされた炭化ケイ素粒子か
   らなる粉末を後記有機物炭化処理後の成形体かさ密度が
   １．７〜２．１ｇ／ｃｍ＾３になるような条件で成形し
   、得られた成形体を非酸化性雰囲気で焼成して成形体中
   の炭化性有機物を炭化させ、次いで処理後の成形体を１
   ４５０℃以上で溶融ケイ素と接触させ、それにより成形
   体中の有機物炭化物と反応して該炭化物を炭化ケイ素に
   変換するのに必要な量よりも多いが成形体中の気孔のす
   べてを充填するには至らない量の溶融ケイ素を成形体中
   に浸透させて上記有機物炭化物をケイ素に変換し、その
   後、酸素中で加熱して残存ケイ素を酸化しシリカに変換
   することを特徴とする請求項１記載の多孔質耐食性材料
   の製造法。