JPH075366B2 - 耐食性高強度炭素−セラミツクス複合材料 - Google Patents
耐食性高強度炭素−セラミツクス複合材料Info
- Publication number
- JPH075366B2 JPH075366B2 JP62077029A JP7702987A JPH075366B2 JP H075366 B2 JPH075366 B2 JP H075366B2 JP 62077029 A JP62077029 A JP 62077029A JP 7702987 A JP7702987 A JP 7702987A JP H075366 B2 JPH075366 B2 JP H075366B2
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- Japan
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- carbon
- composite material
- silicon carbide
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- ceramic composite
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐熱、耐熱衝撃性に優れる炭素−セラミック
ス複合材料に改良を加えた耐食性に優れた高強度・高密
度炭素−セラミックス複合材料に関するものである。
ス複合材料に改良を加えた耐食性に優れた高強度・高密
度炭素−セラミックス複合材料に関するものである。
炭素材料は、高温強度、耐熱衝撃性、高熱伝導性、良導
電性、低膨張性等、工業材料として優れた特性を有する
材料であるが、高温域、空気中で酸化され易く、又、溶
融金属中へ浸炭し、損傷するという欠点があり、耐食性
部材としての使用は限られていた。
電性、低膨張性等、工業材料として優れた特性を有する
材料であるが、高温域、空気中で酸化され易く、又、溶
融金属中へ浸炭し、損傷するという欠点があり、耐食性
部材としての使用は限られていた。
そこで、製鉄、治金工業分野では、従来から浸漬ノズル
等の耐火物に見られるように、セラミックス粉末にター
ルピッチや樹脂を加えて混練し、成形後焼成し、炭素−
セラミックス部材を得ているが、基本的に従来の耐火物
の製法とかわることがなく、強度、密度も低い。
等の耐火物に見られるように、セラミックス粉末にター
ルピッチや樹脂を加えて混練し、成形後焼成し、炭素−
セラミックス部材を得ているが、基本的に従来の耐火物
の製法とかわることがなく、強度、密度も低い。
又、最近、特開昭61−247661号に、炭素源を生コークス
とした炭素−セラミックス系耐酸化性高強度炭素材料が
開示されているが、生コークスとセラミックス粉末を混
合した後、成形、焼成するため、成形時の粉末間の空隙
が気孔として最終焼成体まで残り、強度、耐食性の面か
ら好ましくない。
とした炭素−セラミックス系耐酸化性高強度炭素材料が
開示されているが、生コークスとセラミックス粉末を混
合した後、成形、焼成するため、成形時の粉末間の空隙
が気孔として最終焼成体まで残り、強度、耐食性の面か
ら好ましくない。
本発明者らは上記の問題点を解決すべく、鋭意研究の結
果、炭素−セラミックス複合材料において、その炭素源
とセラミックス源及びその配合割合を限定することによ
り、最終焼成体にほとんど気孔の残留しない、強度、耐
食性に優れる部材が得られることを見出し、本発明を完
成するに到った。
果、炭素−セラミックス複合材料において、その炭素源
とセラミックス源及びその配合割合を限定することによ
り、最終焼成体にほとんど気孔の残留しない、強度、耐
食性に優れる部材が得られることを見出し、本発明を完
成するに到った。
即ち、本発明は、初期縮合物の状態で20重量％以上の水
を含み得るフラン・フェノール樹脂を硬化、焼成してガ
ラス状炭素とするに際し、該樹脂の焼成前に炭化ケイ素
及び硼化物を配合し、硬化、焼成して得られる炭素−セ
ラミックス複合材料であって、次のような成分割合を有
することを特徴とする耐食性高強度炭素−セラミックス
複合材料に係わるものである。
を含み得るフラン・フェノール樹脂を硬化、焼成してガ
ラス状炭素とするに際し、該樹脂の焼成前に炭化ケイ素
及び硼化物を配合し、硬化、焼成して得られる炭素−セ
ラミックス複合材料であって、次のような成分割合を有
することを特徴とする耐食性高強度炭素−セラミックス
複合材料に係わるものである。
（Ａ）硬化焼成後に得られるガラス状炭素30〜95重量％ （Ｂ）炭化ケイ素 ２〜70重量％ （Ｃ）硼化物 １〜50重量％ （Ｄ）（Ｂ）の炭化ケイ素の粉末とウィスカーとの割合
が粉末／ウィスカー＝0.1〜10 本発明では、炭素源として、硬化前の初期縮合物の状態
で20重量％以上の水を含みうる樹脂、即ち特開昭60−17
1208号公報、特開昭60−171209号公報、特開昭60−1712
10号公報及び特開昭60−171211号公報に開示さたフラン
・フェノール樹脂を用いる。本樹脂を使用することによ
り、硬化時に縮合水の溜りを解消し、無孔性の緻密なガ
ラス状炭素を形成することができる。
が粉末／ウィスカー＝0.1〜10 本発明では、炭素源として、硬化前の初期縮合物の状態
で20重量％以上の水を含みうる樹脂、即ち特開昭60−17
1208号公報、特開昭60−171209号公報、特開昭60−1712
10号公報及び特開昭60−171211号公報に開示さたフラン
・フェノール樹脂を用いる。本樹脂を使用することによ
り、硬化時に縮合水の溜りを解消し、無孔性の緻密なガ
ラス状炭素を形成することができる。
本発明で使用する炭化ケイ素は、５μ以下の炭化ケイ素
粉末及び長さ100μ以下の炭化ケイ素ウィスカーであ
る。又、本発明で使用する硼化物は５μ以下のZrB2,TiB
2,B4C,BN,Bからなる群から１種あるいは２種以上選ばれ
る。炭化ケイ素、硼化物において、上記大きさ以上のも
のを使用すると破壊源となるため、高強度とすることは
難しい。
粉末及び長さ100μ以下の炭化ケイ素ウィスカーであ
る。又、本発明で使用する硼化物は５μ以下のZrB2,TiB
2,B4C,BN,Bからなる群から１種あるいは２種以上選ばれ
る。炭化ケイ素、硼化物において、上記大きさ以上のも
のを使用すると破壊源となるため、高強度とすることは
難しい。
前記ガラス状炭素、炭化ケイ素、硼化物の配合割合は、
ガラス状炭素の割合が30〜95重量％、炭化ケイ素が２〜
70重量％、硼化物が１〜50重量％である。ガラス状炭素
が上記範囲未満であると、ガラス状炭素相が不連続とな
り、強度が発現しない。又、ガラス状炭素が上記範囲を
越えると、耐酸化性、耐食性に欠ける。炭化ケイ素、硼
化物が上記範囲未満では、耐酸化性、耐食性に欠けると
ともに、強度が発現しない。又、炭化ケイ素、硼化物が
上記範囲を越えると、耐酸化性、耐食性に優れるが、炭
化ケイ素、硼化物が連続し、強度が発現しない。
ガラス状炭素の割合が30〜95重量％、炭化ケイ素が２〜
70重量％、硼化物が１〜50重量％である。ガラス状炭素
が上記範囲未満であると、ガラス状炭素相が不連続とな
り、強度が発現しない。又、ガラス状炭素が上記範囲を
越えると、耐酸化性、耐食性に欠ける。炭化ケイ素、硼
化物が上記範囲未満では、耐酸化性、耐食性に欠けると
ともに、強度が発現しない。又、炭化ケイ素、硼化物が
上記範囲を越えると、耐酸化性、耐食性に優れるが、炭
化ケイ素、硼化物が連続し、強度が発現しない。
本発明で使用する炭化ケイ素は、前述粒径・長さの粉
末、ウィスカーをその比、即ち粉末／ウィスカー比＝0.
1〜10で使用する必要がある。この範囲を越えると、ウ
ィスカーの補強効果が発現せず、又、この範囲未満で
は、ウィスカー自体が凝集し、不均一組織となり、強度
低下の原因となる。
末、ウィスカーをその比、即ち粉末／ウィスカー比＝0.
1〜10で使用する必要がある。この範囲を越えると、ウ
ィスカーの補強効果が発現せず、又、この範囲未満で
は、ウィスカー自体が凝集し、不均一組織となり、強度
低下の原因となる。
本発明の炭素−セラミックス複合材料の製法は、前記フ
ラン・フェノール樹脂、炭化ケイ素、硼化物を所定の割
合に秤量し、振動ミル、サンドミル等で混合した後、硬
化剤例えばパラトルエンスルホン酸、ヘキサミンを適当
量加え、注型、圧縮、押し出し、又は射出等、一般的に
知られている方法により成形し、硬化処理した後、非酸
化性雰囲気下800℃以上で焼成する。
ラン・フェノール樹脂、炭化ケイ素、硼化物を所定の割
合に秤量し、振動ミル、サンドミル等で混合した後、硬
化剤例えばパラトルエンスルホン酸、ヘキサミンを適当
量加え、注型、圧縮、押し出し、又は射出等、一般的に
知られている方法により成形し、硬化処理した後、非酸
化性雰囲気下800℃以上で焼成する。
以下本発明を実施例に基づいて説明する。
尚、例中の部及び％は特記しない限り重量基準である。
実施例１〜10、比較例１〜７ フルフリルアルコール500部と92％パラホルムアルデヒ
ド480部とを80℃で撹拌して溶解させ、撹拌下でフェノ
ール520部、水酸化ナトリウム8.8部及び水45部の混合液
を滴下した。滴下終了後、80℃で３時間反応させた。こ
の後、フェノール80部、水酸化ナトリウム8.8部及び水4
5部の混合液を更に添加し、80℃で4.5時間反応させた。
30℃まで冷却した後に、70％パラトルエンスルホン酸で
中和した。この中和物を減圧下で脱水して150部の水を
除去し、500部のフルフリルアルコールを添加した。得
られた樹脂の粘度は25℃で680cpsであった。この樹脂が
含むことのできる水量を測定したところ38％であった。
ド480部とを80℃で撹拌して溶解させ、撹拌下でフェノ
ール520部、水酸化ナトリウム8.8部及び水45部の混合液
を滴下した。滴下終了後、80℃で３時間反応させた。こ
の後、フェノール80部、水酸化ナトリウム8.8部及び水4
5部の混合液を更に添加し、80℃で4.5時間反応させた。
30℃まで冷却した後に、70％パラトルエンスルホン酸で
中和した。この中和物を減圧下で脱水して150部の水を
除去し、500部のフルフリルアルコールを添加した。得
られた樹脂の粘度は25℃で680cpsであった。この樹脂が
含むことのできる水量を測定したところ38％であった。
この熱硬化性樹脂初期縮合物に、炭化ケイ素として平均
粒径１μのβ型炭化ケイ素粉末、長さ50μ、アスペクト
比25の炭化ケイ素ウィスカー、平均粒径2.8μの硼化ジ
ルコニウム（ZrB2）、平均粒径4.3μの炭化硼素（B
4C）、平均粒径0.5μの金属硼素（Ｂ）を第１表に示す
配合割合で添加し、サンドミルで分散混合し、真空脱胞
した後、100×100×7mmの平板状型に注入した。硬化処
理をした後、Ar雰囲気下、10℃/Hの速度で1200℃まで昇
温し、２時間保持し、焼成を行った。
粒径１μのβ型炭化ケイ素粉末、長さ50μ、アスペクト
比25の炭化ケイ素ウィスカー、平均粒径2.8μの硼化ジ
ルコニウム（ZrB2）、平均粒径4.3μの炭化硼素（B
4C）、平均粒径0.5μの金属硼素（Ｂ）を第１表に示す
配合割合で添加し、サンドミルで分散混合し、真空脱胞
した後、100×100×7mmの平板状型に注入した。硬化処
理をした後、Ar雰囲気下、10℃/Hの速度で1200℃まで昇
温し、２時間保持し、焼成を行った。
上記で得られた炭素−セラミックス複合材料の特性を、
その嵩密度、見掛気孔率、曲げ強さ、溶融金属に対する
耐食性、耐酸化性で評価した。その結果を第２表に示
す。
その嵩密度、見掛気孔率、曲げ強さ、溶融金属に対する
耐食性、耐酸化性で評価した。その結果を第２表に示
す。
尚、測定は、次の方法に従って行った。
（１）嵩密度、見掛気孔率： アルキメデス法により測定 （２）曲げ強さ： ３×４×40mmの試験片を３点曲げにより測定 （３）溶融金属に対する耐食性： ３×20×80mmの試験片を800℃で溶融したAl中、及び160
0℃で溶融したFe中に１時間浸漬した後の重量減少量
（％）で評価した。
0℃で溶融したFe中に１時間浸漬した後の重量減少量
（％）で評価した。
（４）耐酸化性： ３×４×40mmの試験片を空気中、室温から1400℃まで、
200℃/Hの速度で加熱し、1400℃で１時間保持したあと
の重量減少量（％）で評価した。
200℃/Hの速度で加熱し、1400℃で１時間保持したあと
の重量減少量（％）で評価した。
以上の結果から明らかな如く、本発明に示す、所定の
種、割合の樹脂、炭化ケイ素、硼化物から構成された炭
素−セラミックス複合材料は、所定外のものを用いた材
料に較べ、曲げ強さ、溶融金属に対する耐食性、空気中
における耐酸化性に優れていることがわかる。
種、割合の樹脂、炭化ケイ素、硼化物から構成された炭
素−セラミックス複合材料は、所定外のものを用いた材
料に較べ、曲げ強さ、溶融金属に対する耐食性、空気中
における耐酸化性に優れていることがわかる。
次に上記実施例５に示す本発明による炭素−セラミック
ス複合材料と下記に示す従来の炭素−セラミックス複合
材料を30×80×7mmの溶融金属撹拌羽根片に加工し、800
℃の溶融Al中に浸漬し、200rpmの回転数で撹拌試験を６
時間行った。
ス複合材料と下記に示す従来の炭素−セラミックス複合
材料を30×80×7mmの溶融金属撹拌羽根片に加工し、800
℃の溶融Al中に浸漬し、200rpmの回転数で撹拌試験を６
時間行った。
その結果を各炭素−セラミックス複合材料の物性ととも
に第３表に示す。
に第３表に示す。
従来法１）： 鱗状黒鉛30重量部、アルミナ70重量部にフェノール樹脂
を10％添加し混合した後、1000kg/cm2の圧力でプレス成
形し、1200℃、N2中で焼成した、前述、浸漬ノズル材に
該当する炭素−セラミックス複合材料。
を10％添加し混合した後、1000kg/cm2の圧力でプレス成
形し、1200℃、N2中で焼成した、前述、浸漬ノズル材に
該当する炭素−セラミックス複合材料。
従来法２）： 生コークス70重量部、炭化ケイ素20部、硼化ジルコニウ
ム10部を混合した後、1000kg/cm2の圧力でプレス成形
し、1200℃,Ar中で焼成した前述の特公昭61−247661号
公報に該当する炭素−セラミックス複合材料 以上の撹拌試験結果から、本発明の炭素−セラミックス
複合材料は、気孔をほとんど含有せず、強度レベルも高
く、又、複合するセラミックスの種と割合を限定してい
るため、高温下、回転部材に適用しても、十分な耐用性
を示すことが確認された。
ム10部を混合した後、1000kg/cm2の圧力でプレス成形
し、1200℃,Ar中で焼成した前述の特公昭61−247661号
公報に該当する炭素−セラミックス複合材料 以上の撹拌試験結果から、本発明の炭素−セラミックス
複合材料は、気孔をほとんど含有せず、強度レベルも高
く、又、複合するセラミックスの種と割合を限定してい
るため、高温下、回転部材に適用しても、十分な耐用性
を示すことが確認された。
〔発明の効果〕 本発明の炭素−セラミックス複合材料は、内在気孔がほ
とんど存在せず、高強度であることから、前述した溶融
金属撹拌羽根の他、耐食性の要求される溶融金属用、鋳
造ノズル、ランスパイプ等の高温工業用部材として有用
である。
とんど存在せず、高強度であることから、前述した溶融
金属撹拌羽根の他、耐食性の要求される溶融金属用、鋳
造ノズル、ランスパイプ等の高温工業用部材として有用
である。
Claims (1)
- 【請求項１】初期縮合物の状態で20重量％以上の水を含
み得るフラン・フェノール樹脂を硬化、焼成してガラス
状炭素とするに際し、該樹脂の焼成前に炭化ケイ素及び
硼化物を配合し、硬化、焼成して得られる炭素−セラミ
ックス複合材料であって、次のような成分割合を有する
ことを特徴とする耐食性高強度炭素−セラミックス複合
材料。 （Ａ）硬化焼成後に得られるガラス状炭素30〜95重量％ （Ｂ）炭化ケイ素 ２〜70重量％ （Ｃ）硼化物 １〜50重量％ （Ｄ）（Ｂ）の炭化ケイ素の粉末とウィスカーとの割合
が粉末／ウィスカー＝0.1〜10
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077029A JPH075366B2 (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 耐食性高強度炭素−セラミツクス複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62077029A JPH075366B2 (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 耐食性高強度炭素−セラミツクス複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63242966A JPS63242966A (ja) | 1988-10-07 |
| JPH075366B2 true JPH075366B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=13622320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62077029A Expired - Lifetime JPH075366B2 (ja) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | 耐食性高強度炭素−セラミツクス複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075366B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117819980A (zh) * | 2024-01-04 | 2024-04-05 | 安徽华硕新材料有限公司 | 一种陶瓷基复合材料配方及制备方法 |
-
1987
- 1987-03-30 JP JP62077029A patent/JPH075366B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63242966A (ja) | 1988-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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