JPH03177384A - 耐酸化性材料及びその製造法 - Google Patents
耐酸化性材料及びその製造法Info
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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。
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］
本発明は耐酸化性材料並びにその製造法に関し、更に詳
しくは炭化珪素（以下ＳｉＣということがある）と炭素
とを主成分として成る耐酸化性に著しく優れた材料並び
にそれの製造法に関する。
しくは炭化珪素（以下ＳｉＣということがある）と炭素
とを主成分として成る耐酸化性に著しく優れた材料並び
にそれの製造法に関する。
炭素材料は周知の通り各種優れた特性を有し極めて有用
な物質である反面、高温に於いて酸素共存下では酸素と
反応して消耗し、所謂耐酸化性に優れているとは言い難
い難点がある。
な物質である反面、高温に於いて酸素共存下では酸素と
反応して消耗し、所謂耐酸化性に優れているとは言い難
い難点がある。
このために高減圧下または不活性ガスによる置換された
条件下に於いて用いられることが普通である。
条件下に於いて用いられることが普通である。
しかし、このような高減圧下乃至置換雰囲気下での作業
に於いては極めて不都合が多く、また装置的にも大きな
負担となり、１り１１えば炭素材料を炉等の断熱材とし
て使用する場合等では被焼成物の出し入れ、補修等に際
して容器を解放する時、充分に冷却して行わないと上記
のように空気による断熱材の劣化が起こり、断熱性能が
低下する。
に於いては極めて不都合が多く、また装置的にも大きな
負担となり、１り１１えば炭素材料を炉等の断熱材とし
て使用する場合等では被焼成物の出し入れ、補修等に際
して容器を解放する時、充分に冷却して行わないと上記
のように空気による断熱材の劣化が起こり、断熱性能が
低下する。
上記で述べた通り炭素材料は優れた耐熱性を有し、特に
高温用耐熱材として広く使用されているが、酸化雰囲気
就中高温に於いて酸化されて消耗するという難点がある
。従って本発明が解決しようとする課題はこの難点を解
消することである。
高温用耐熱材として広く使用されているが、酸化雰囲気
就中高温に於いて酸化されて消耗するという難点がある
。従って本発明が解決しようとする課題はこの難点を解
消することである。
〔課題を解決するための手段］
本発明者らは、炭素材料についての従来技術が抱える問
題点についてこれを解決するために研究を行った結果炭
素材料を金属珪素（以下Ｓｉということがある）と反応
させると、炭素材料が炭化珪素化すると共に、得られた
材料は極めて耐酸化性が向上することが判明した。特に
炭化珪素化する際には炭素材料の嵩密度、及びボアー半
径が関係していることも判明した。
題点についてこれを解決するために研究を行った結果炭
素材料を金属珪素（以下Ｓｉということがある）と反応
させると、炭素材料が炭化珪素化すると共に、得られた
材料は極めて耐酸化性が向上することが判明した。特に
炭化珪素化する際には炭素材料の嵩密度、及びボアー半
径が関係していることも判明した。
更に詳しくは、炭素材料金てをＳｉと反応せしめずにそ
の一部をＳｉと反応せしめて一部分のみをＳｉＣ化した
炭素−３ｉＣ複合祠料は、特に炭素材料の耐酸化性を著
しく向上せしめ得ることが判明した。
の一部をＳｉと反応せしめて一部分のみをＳｉＣ化した
炭素−３ｉＣ複合祠料は、特に炭素材料の耐酸化性を著
しく向上せしめ得ることが判明した。
本発明に於いては、基材たる炭素材料と３１とを反応せ
しめること、特に好ましくは嵩密度１．５０ｇ／ｃｒｄ
以下及び平均ボアー半径１．５μｍ以上の多孔性炭素材
料と反応せしめることにより、反応せしめる金属Ｓｉの
量により、ＳｉＣの含量の異なる５ｉＣ−炭素複合材料
（換言すればＣ：ＳｉＣの異なる）を収得することがで
きる。モして５ｉＣ−炭素複合材料は従来の炭素材料に
比し著しく耐酸化性が向上し、またＳｉＣ材料は挿めて
純度の高いＳｉＣとなる。
しめること、特に好ましくは嵩密度１．５０ｇ／ｃｒｄ
以下及び平均ボアー半径１．５μｍ以上の多孔性炭素材
料と反応せしめることにより、反応せしめる金属Ｓｉの
量により、ＳｉＣの含量の異なる５ｉＣ−炭素複合材料
（換言すればＣ：ＳｉＣの異なる）を収得することがで
きる。モして５ｉＣ−炭素複合材料は従来の炭素材料に
比し著しく耐酸化性が向上し、またＳｉＣ材料は挿めて
純度の高いＳｉＣとなる。
以下に本発明をその製法に従って説明する。
本発明に於いては、炭素材料をＳｉと反応せしめる。
この反応に於いて使用される炭素材料としては、炭素成
分より成る適宜の材料が挙げられるが、特に等方性黒鉛
材が好ましい。またその他好ましいものとしては、炭素
質繊維から成るフェルト状物や、球形状炭素材またはこ
れを固めた材料である。
分より成る適宜の材料が挙げられるが、特に等方性黒鉛
材が好ましい。またその他好ましいものとしては、炭素
質繊維から成るフェルト状物や、球形状炭素材またはこ
れを固めた材料である。
また本発明に於いては炭素材料として高純度のものを使
用することにより、得られる目的物が更に高純度のもの
となる。高純度炭素材料としてはその純度としては不純
物（灰分）がｌｏｐｐｍ以下、特に好ましくは２ ｐｐ
ｍ以下のものが好ましい。高純度化の方法としては特に
制限されず、各種の方法が任意に適用される。好ましい
方法としては特願昭６１−２２４１３１号に記載の方法
を例示することが出来る。その他の好ましい物性として
は嵩密度が１．５０ｇ／ｃＴＡ以下、及び平均ボアー半
径が１．５μｍ以上のものが好ましい。このような特定
物性を有する炭素材料を使用することにより、Ｓｉとの
反応が内部までより完全にしかも容易に起る結果、炭素
材料が確実にＳｉＣ化される。
用することにより、得られる目的物が更に高純度のもの
となる。高純度炭素材料としてはその純度としては不純
物（灰分）がｌｏｐｐｍ以下、特に好ましくは２ ｐｐ
ｍ以下のものが好ましい。高純度化の方法としては特に
制限されず、各種の方法が任意に適用される。好ましい
方法としては特願昭６１−２２４１３１号に記載の方法
を例示することが出来る。その他の好ましい物性として
は嵩密度が１．５０ｇ／ｃＴＡ以下、及び平均ボアー半
径が１．５μｍ以上のものが好ましい。このような特定
物性を有する炭素材料を使用することにより、Ｓｉとの
反応が内部までより完全にしかも容易に起る結果、炭素
材料が確実にＳｉＣ化される。
また本発明の炭素材料としては、この他の物性として気
孔率が２５％以上、及び（または）全細孔容積が２０
Ｘ １０””ｃｒｉ！／ｇ以上であるものが特に好まし
い。このような特性を更に具備する炭素材料ではよりス
ムーズに深部までＳｉとの反応が進行する効果がある。
孔率が２５％以上、及び（または）全細孔容積が２０
Ｘ １０””ｃｒｉ！／ｇ以上であるものが特に好まし
い。このような特性を更に具備する炭素材料ではよりス
ムーズに深部までＳｉとの反応が進行する効果がある。
但しこれ等冬物性は夫々次のことを意味する。
嵩密度：炭素基材の全体積当りの質ｉ（ｇ／ｃｎｆ）気
孔率：炭素基材の体積中の全気孔の割合真比重 全細孔容積：Ｈｇポロシメーター（Ｈｇ圧入法）により
求めた開気孔の全容積（ｃｆｆｌ／ｇ）平均ボアー半径
：Ｈｇポロシメーターから求めた細孔容積の平均ボアー
半径（μ ｍ） 更にはまた本発明に於いては熱分解炭素所謂パイロカー
ボンを使用することも出来る。またこのパイロカーボン
と他の炭素材料との複合材料例えば炭素材料にパイロカ
ーボンを析出させた材料や炭素繊維等の不織物乃至不織
布にパイ口カーボンを含浸・析出させたものも使用する
ことも出来る。
孔率：炭素基材の体積中の全気孔の割合真比重 全細孔容積：Ｈｇポロシメーター（Ｈｇ圧入法）により
求めた開気孔の全容積（ｃｆｆｌ／ｇ）平均ボアー半径
：Ｈｇポロシメーターから求めた細孔容積の平均ボアー
半径（μ ｍ） 更にはまた本発明に於いては熱分解炭素所謂パイロカー
ボンを使用することも出来る。またこのパイロカーボン
と他の炭素材料との複合材料例えば炭素材料にパイロカ
ーボンを析出させた材料や炭素繊維等の不織物乃至不織
布にパイ口カーボンを含浸・析出させたものも使用する
ことも出来る。
上記各■〜■の反応に於いて使用するＳｉとしては金属
珪素を使用する。
珪素を使用する。
金属珪素と炭素材料との接触方法としては、溶融珪素に
浸漬する方法、金属珪素蒸気と接触させる方法、及びハ
ロゲン化珪素の分解により、炭素材料表面に珪素被覆を
形成させ、さらに減圧下で珪素の融点以上の温度に加熱
して内部に浸透させる方法等を例示出来る。
浸漬する方法、金属珪素蒸気と接触させる方法、及びハ
ロゲン化珪素の分解により、炭素材料表面に珪素被覆を
形成させ、さらに減圧下で珪素の融点以上の温度に加熱
して内部に浸透させる方法等を例示出来る。
含浸させるべき珪素の量はＣＨ３１の原子比で１００：
２０以上好ましくは３０〜６０程度である。上記原子比
が例えば１００：３０であれば、炭素材中の３０％のＣ
がＳｉと反応してＳｉＣとなり、炭素とＳｉＣとの複合
材となる。また原子比が１００：１００の場合には完全
反応せしめる場合にはＳｉＣ単独の材料が得られるが、
ＳｔとＣの反応は炭素塊または繊維の表層付近はＳｉと
の反応が生じ易く、深部は生じ難いことが多いため、Ｃ
：Ｓｉの比率はＳｔが少ない側に最適値があるようであ
る。
２０以上好ましくは３０〜６０程度である。上記原子比
が例えば１００：３０であれば、炭素材中の３０％のＣ
がＳｉと反応してＳｉＣとなり、炭素とＳｉＣとの複合
材となる。また原子比が１００：１００の場合には完全
反応せしめる場合にはＳｉＣ単独の材料が得られるが、
ＳｔとＣの反応は炭素塊または繊維の表層付近はＳｉと
の反応が生じ易く、深部は生じ難いことが多いため、Ｃ
：Ｓｉの比率はＳｔが少ない側に最適値があるようであ
る。
炭素材料の耐酸化性を向上せしめるためにはＳｉは上記
原子比で１００：２０以上好ましくは１００：３０〜６
０程度である。
原子比で１００：２０以上好ましくは１００：３０〜６
０程度である。
炭素とＳｉＣとの複合材料は、極めて耐酸化性に優れた
ものとなり、この耐酸化性は含有させるＳｉＯ量換言す
ればＳｉＣ生戒量が増加するにつれて大きくなる。従っ
てこの材料は特に酸素雰囲気下での使用に適しており、
酸素雰囲気下の各種耐熱部品例えばロケットノズル、ロ
ケットブレーキ、ロケットタイル等に極めて好適である
。
ものとなり、この耐酸化性は含有させるＳｉＯ量換言す
ればＳｉＣ生戒量が増加するにつれて大きくなる。従っ
てこの材料は特に酸素雰囲気下での使用に適しており、
酸素雰囲気下の各種耐熱部品例えばロケットノズル、ロ
ケットブレーキ、ロケットタイル等に極めて好適である
。
［実施例］
以下に実施例を示して本発明の詳細な説明する。
実施例１
炭素材料（東洋炭素製ｒｌＧ−６１０ＵＪ）に金属珪素
を溶融して、Ｎ２雰囲気下Ｃ：Ｓｉの原子比で１００＝
３２となるように含浸せしめて一部炭素材料をＳｉＣに
転換した。
を溶融して、Ｎ２雰囲気下Ｃ：Ｓｉの原子比で１００＝
３２となるように含浸せしめて一部炭素材料をＳｉＣに
転換した。
このものの耐酸化性を測定した。この結果を第１図に示
す。但しこの測定は所定の温度（６５０”Ｃ，７００°
Ｃ，７５０°Ｃ及び８００°Ｃ）にて０〜１２０分間空
気中で加熱した場合の重量減を測定したものである。
す。但しこの測定は所定の温度（６５０”Ｃ，７００°
Ｃ，７５０°Ｃ及び８００°Ｃ）にて０〜１２０分間空
気中で加熱した場合の重量減を測定したものである。
実施例２
実施例１の炭素材料を用いＣａ５ｔの原子比を１００：
６２となし、その他は実施例１と同様に処理した。同様
に物性を測定した結果を第２図に示す。但し第２図の温
度条件は６５０°Ｃ１７５０°Ｃ及び８００°Ｃとした
。
６２となし、その他は実施例１と同様に処理した。同様
に物性を測定した結果を第２図に示す。但し第２図の温
度条件は６５０°Ｃ１７５０°Ｃ及び８００°Ｃとした
。
第１図及び第２図はいずれも本発明複合材料の耐酸化特
性を測定したグラフである。 （以 上）
性を測定したグラフである。 （以 上）
Claims (8)
- （１）金属珪素を含浸せしめた炭素質材料を不活性雰囲
気下または減圧乃至真空下で加熱して得られた耐酸化性
材料。 - （２）炭素質材料が等方性黒鉛である請求項（１）に記
載の耐酸化性材料。 - （３）炭素質材料が炭素質繊維から成るフェルト状物で
ある請求項（１）に記載の耐酸化性材料。 - （４）炭素質材料が球形状炭素材料である請求項（１）
に記載の耐酸化性材料。 - （５）炭素質材料に金属珪素を含浸せしめ、該金属珪素
と炭素材料と反応せしめて炭化珪素に転換せしめること
を特徴とする耐酸化性材料の製造法。 - （６）炭素材料がパイロカーボンである請求項（５）に
記載の製造法。 - （７）炭素材料が等方性黒鉛−パイロカーボン複合材料
である請求項（５）に記載の製造法。 - （８）嵩密度１．５０ｇ／ｃｍ＾２以下及び平均ボアー
半径１．５μｍ以上の黒鉛基材に、金属珪素を含浸せし
め、非酸化性雰囲気中または減圧下に加熱することを特
徴とする請求項（５）に記載の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1316778A JPH03177384A (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 耐酸化性材料及びその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1316778A JPH03177384A (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 耐酸化性材料及びその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03177384A true JPH03177384A (ja) | 1991-08-01 |
Family
ID=18080807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1316778A Pending JPH03177384A (ja) | 1989-12-06 | 1989-12-06 | 耐酸化性材料及びその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03177384A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000512260A (ja) * | 1997-03-21 | 2000-09-19 | ダイムラークライスラー アクチエンゲゼルシヤフト | 溶融物浸透された繊維強化複合セラミック |
| JP2000512257A (ja) * | 1997-03-21 | 2000-09-19 | ダイムラークライスラー アクチエンゲゼルシヤフト | 繊維強化複合セラミツク及びこのようなものの製造方法 |
| US6528168B1 (en) | 1997-03-31 | 2003-03-04 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Carbon/silicon carbide composite material |
| US6793873B2 (en) | 1997-03-21 | 2004-09-21 | Daimlerchrysler Ag | Melted-infiltrated fiber-reinforced composite ceramic |
| JP2004307299A (ja) * | 2003-04-10 | 2004-11-04 | Japan Atom Energy Res Inst | ナノサイズ炭化ケイ素チューブとその製造方法 |
| DE102006026550A1 (de) * | 2006-06-08 | 2007-12-13 | Audi Ag | Keramische Werkstoffe enthaltend Kohlenstoff-Teilchen mit kugelförmiger Gestalt |
-
1989
- 1989-12-06 JP JP1316778A patent/JPH03177384A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000512260A (ja) * | 1997-03-21 | 2000-09-19 | ダイムラークライスラー アクチエンゲゼルシヤフト | 溶融物浸透された繊維強化複合セラミック |
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| US8193109B2 (en) | 2006-06-08 | 2012-06-05 | Audi Ag | Ceramic materials containing spherical shaped carbon particles |
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