JPH0816027B2 - 耐酸化性に優れた炭素材料 - Google Patents
耐酸化性に優れた炭素材料Info
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- JPH0816027B2 JPH0816027B2 JP4265332A JP26533292A JPH0816027B2 JP H0816027 B2 JPH0816027 B2 JP H0816027B2 JP 4265332 A JP4265332 A JP 4265332A JP 26533292 A JP26533292 A JP 26533292A JP H0816027 B2 JPH0816027 B2 JP H0816027B2
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- Japan
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- boron carbide
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属溶湯攬拌翼、金属溶
解ルツボ、金属溶湯用ノズル、金属鋳造用モールド等耐
酸化性が要求される部所にて使用される耐酸化性に優れ
た炭素材料に関する。
解ルツボ、金属溶湯用ノズル、金属鋳造用モールド等耐
酸化性が要求される部所にて使用される耐酸化性に優れ
た炭素材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素材料は高温強度、耐熱衝撃性、高熱
伝導性、良導電性、低熱膨脹率等工業材料として優れた
特性を有する材料であるが、高温条件下で酸化され易い
という欠点があるため高温下での使用は非酸化雰囲気に
限られ、大気中では使用することはできなかった。そこ
で、このような短所を改善するために炭素の耐酸化性を
向上させる方法について従来から多くの工夫がなされて
いる。その主なものとしてＣＶＤ法により耐酸化性物
質で炭素材料表面を覆う方法、耐酸化性物質を炭素材
料中の気孔内に含浸させる方法、摩砕処理した炭素と
耐酸化性物質を混合して焼結させる方法等が行われてい
る。しかし、ＣＶＤ法では雰囲気制御や大型品の処理が
困難であり、処理時間当りの被覆層が薄く長時間の処理
を必要とするため高価なものとなる。また、複雑な形状
へのコーティングではコーティングにムラを生じたり、
コーティングに剥離やクラックがあった場合、その部分
から酸化するという欠点がある。次の含浸法ではホウケ
イ酸ガラスやコロイダルシリカを含浸する方法等がある
が、高温での耐酸化性を向上させるにはオートクレーブ
による含浸加工やガラスの融点以上での高温度における
含浸処理工程を必要としている。そのためこの含浸処理
に時間がかかり高価なものとなってしまう。また、摩砕
処理した炭素と耐酸化性材料を使用する方法（特公昭６
２−４６５０８）では原料の摩砕処理という工程を必要
とするため、これも時間とコストの増大を引き起こすこ
とになる。
伝導性、良導電性、低熱膨脹率等工業材料として優れた
特性を有する材料であるが、高温条件下で酸化され易い
という欠点があるため高温下での使用は非酸化雰囲気に
限られ、大気中では使用することはできなかった。そこ
で、このような短所を改善するために炭素の耐酸化性を
向上させる方法について従来から多くの工夫がなされて
いる。その主なものとしてＣＶＤ法により耐酸化性物
質で炭素材料表面を覆う方法、耐酸化性物質を炭素材
料中の気孔内に含浸させる方法、摩砕処理した炭素と
耐酸化性物質を混合して焼結させる方法等が行われてい
る。しかし、ＣＶＤ法では雰囲気制御や大型品の処理が
困難であり、処理時間当りの被覆層が薄く長時間の処理
を必要とするため高価なものとなる。また、複雑な形状
へのコーティングではコーティングにムラを生じたり、
コーティングに剥離やクラックがあった場合、その部分
から酸化するという欠点がある。次の含浸法ではホウケ
イ酸ガラスやコロイダルシリカを含浸する方法等がある
が、高温での耐酸化性を向上させるにはオートクレーブ
による含浸加工やガラスの融点以上での高温度における
含浸処理工程を必要としている。そのためこの含浸処理
に時間がかかり高価なものとなってしまう。また、摩砕
処理した炭素と耐酸化性材料を使用する方法（特公昭６
２−４６５０８）では原料の摩砕処理という工程を必要
とするため、これも時間とコストの増大を引き起こすこ
とになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭素
材料自体が持つ優れた特性を維持しながら酸化に対して
従来以上の耐酸化性を有した炭素材料を提供することで
ある。また、この炭素材料は後からの酸化防止処理を必
要としない均一な耐酸化性を有した炭素材料である。
材料自体が持つ優れた特性を維持しながら酸化に対して
従来以上の耐酸化性を有した炭素材料を提供することで
ある。また、この炭素材料は後からの酸化防止処理を必
要としない均一な耐酸化性を有した炭素材料である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
決するためにＣ−Ｂ4Ｃ−ＳｉＣ系の材料が考案されて
いる（特公昭６２−４６５０８）。これによって得られ
る機械的強度や高温における酸化特性は優れた性質を示
すが、摩砕処理工程を必要とするため特に多量の材料を
必要とする場合に困難がある。
決するためにＣ−Ｂ4Ｃ−ＳｉＣ系の材料が考案されて
いる（特公昭６２−４６５０８）。これによって得られ
る機械的強度や高温における酸化特性は優れた性質を示
すが、摩砕処理工程を必要とするため特に多量の材料を
必要とする場合に困難がある。
【０００５】本発明者は鋭意研究の結果、炭素−セラミ
ックス複合材料においてその炭素源，セラミックス源及
びその配合割合を限定することによって摩砕処理を必要
としない耐酸化性に優れた炭素材料を完成するに到っ
た。
ックス複合材料においてその炭素源，セラミックス源及
びその配合割合を限定することによって摩砕処理を必要
としない耐酸化性に優れた炭素材料を完成するに到っ
た。
【０００６】本発明では高温酸化雰囲気においては、材
料表面にガラス相を形成することによって耐酸化性が向
上することに着目して、研究を進めた結果、Ｂ−Ｓｉ−
Ｏ系のガラス相が高温でも安定した性質を示すことに注
目した。硼素成分の原料としてはＢ4Ｃを使用した。：
珪素成分についてはＳｉＣが一般的であるが、更に耐酸
化性を向上させるためにＳｉ3Ｎ4を配合した。このこと
によって耐酸化性を大巾に向上させることができた。
料表面にガラス相を形成することによって耐酸化性が向
上することに着目して、研究を進めた結果、Ｂ−Ｓｉ−
Ｏ系のガラス相が高温でも安定した性質を示すことに注
目した。硼素成分の原料としてはＢ4Ｃを使用した。：
珪素成分についてはＳｉＣが一般的であるが、更に耐酸
化性を向上させるためにＳｉ3Ｎ4を配合した。このこと
によって耐酸化性を大巾に向上させることができた。
【０００７】即ち本発明は、（Ａ）仮焼コークス粉末５
０〜９５重量％及び（Ｂ）炭化硼素粉末Ｂ4Ｃと窒化珪
素粉末との重量比５１：４９ないし９８：２範囲内の粉
末混合物５０〜５重量％の混合粉末１００重量部に対し
て粘結剤１０〜５０重量部を添加し、混練、成形、焼
成、必要に応じて黒鉛化して成る耐酸化性に優れた炭素
材料を提供するものである。
０〜９５重量％及び（Ｂ）炭化硼素粉末Ｂ4Ｃと窒化珪
素粉末との重量比５１：４９ないし９８：２範囲内の粉
末混合物５０〜５重量％の混合粉末１００重量部に対し
て粘結剤１０〜５０重量部を添加し、混練、成形、焼
成、必要に応じて黒鉛化して成る耐酸化性に優れた炭素
材料を提供するものである。
【０００８】本発明で用いる仮焼コークスは１０００℃
以上で処理された揮発分を有しない仮焼コークスで、石
炭系、石油系、樹脂系のいずれでも良い。仮焼コークス
の粒径は２０μm以下のものを用いる。この仮焼コーク
スに配合する炭化硼素Ｂ4Ｃ、窒素珪素もできるだけ微
細なものの方が耐酸化性に対する効果が大きく、１０μ
m以下のものが望ましい。仮焼コークス、炭化硼素、窒
化珪素とも上記以上の粒径のものを使用した場合強度的
にも低下するとになる。炭化硼素と窒化珪素は両者の重
量比が５１：４９ないし９８：２になるような割合で用
いられる。窒素珪素の割合が前記の範囲より少ない場合
はＳｉＯ2ガラスの形成量が少なくなるため１０００℃
以上での耐酸化性が劣り、また前記より多い場合は低温
で酸化防止効果を果すＢ2Ｏ3ガラスの形成量が少なくな
るため特に８００℃以下での耐酸化性が極めて悪くな
る。
以上で処理された揮発分を有しない仮焼コークスで、石
炭系、石油系、樹脂系のいずれでも良い。仮焼コークス
の粒径は２０μm以下のものを用いる。この仮焼コーク
スに配合する炭化硼素Ｂ4Ｃ、窒素珪素もできるだけ微
細なものの方が耐酸化性に対する効果が大きく、１０μ
m以下のものが望ましい。仮焼コークス、炭化硼素、窒
化珪素とも上記以上の粒径のものを使用した場合強度的
にも低下するとになる。炭化硼素と窒化珪素は両者の重
量比が５１：４９ないし９８：２になるような割合で用
いられる。窒素珪素の割合が前記の範囲より少ない場合
はＳｉＯ2ガラスの形成量が少なくなるため１０００℃
以上での耐酸化性が劣り、また前記より多い場合は低温
で酸化防止効果を果すＢ2Ｏ3ガラスの形成量が少なくな
るため特に８００℃以下での耐酸化性が極めて悪くな
る。
【０００９】次に（Ａ）仮焼コークス粉末と（Ｂ）炭化
硼素及び窒化珪素粉末混合物との配合比は両者の重量比
が５０：５０ないし９５：５の範囲内になるように選ぶ
必要がある。これよりもＡの成分量が多いと形成される
ガラスの形成量が非常に少なくなるため耐酸化性が極め
て悪化する。
硼素及び窒化珪素粉末混合物との配合比は両者の重量比
が５０：５０ないし９５：５の範囲内になるように選ぶ
必要がある。これよりもＡの成分量が多いと形成される
ガラスの形成量が非常に少なくなるため耐酸化性が極め
て悪化する。
【００１０】一方前記よりも（Ａ）の成分量が少ないと
炭素材料としての特性を持った材料とすることができな
くなる。次にこの（Ａ），（Ｂ）混合物１００重量部に
対して粘結剤を１０〜５０重量部加えて混練を行う。粘
結剤としてはタール、ピッチ樹脂等を用いる。粘結剤の
量が前記以下であると強度の低下を免れないし、前記以
上であれば焼成中に気孔が多量に発生するため緻密なも
のがえられなく粉末の混練にはボールミルや擂潰機のよ
うなものを用い、均一に混合する必要が有る。混練はニ
ーダーのようなブレンダーで行う。成形は１００kg/cm2
以上の加圧力で成形し、成形方法としては一軸加圧、等
方加圧成形のいずれでも良い。加圧力が前記以下である
と素材内に多量の気孔が残り、耐酸化性を低下させる要
因となる。焼成は非酸化雰囲気中で８００℃以上の温度
で行う。焼成後素材中に多くの気孔が残存している場合
は気孔内にタール、ピッチ、樹脂等含浸して焼成するこ
とをくり返す。
炭素材料としての特性を持った材料とすることができな
くなる。次にこの（Ａ），（Ｂ）混合物１００重量部に
対して粘結剤を１０〜５０重量部加えて混練を行う。粘
結剤としてはタール、ピッチ樹脂等を用いる。粘結剤の
量が前記以下であると強度の低下を免れないし、前記以
上であれば焼成中に気孔が多量に発生するため緻密なも
のがえられなく粉末の混練にはボールミルや擂潰機のよ
うなものを用い、均一に混合する必要が有る。混練はニ
ーダーのようなブレンダーで行う。成形は１００kg/cm2
以上の加圧力で成形し、成形方法としては一軸加圧、等
方加圧成形のいずれでも良い。加圧力が前記以下である
と素材内に多量の気孔が残り、耐酸化性を低下させる要
因となる。焼成は非酸化雰囲気中で８００℃以上の温度
で行う。焼成後素材中に多くの気孔が残存している場合
は気孔内にタール、ピッチ、樹脂等含浸して焼成するこ
とをくり返す。
【００１１】更にその後に１７００〜２４００℃の範囲
内、非酸化雰囲気下で焼成を行い、黒鉛化を行うことに
よって耐酸化性を有した炭素材料とすることができる。
処理温度が前記以下であると黒鉛化の進行が少ないため
炭素材料としての特徴が少なくなってしまう。また、耐
酸化性についても不充分なものとなる。処理温度が前記
以上であると黒鉛化の進行の進み過ぎや配合成分の揮発
が生じて気孔が大きくなり、緻密なものが得られない。
その結果内部への酸素の侵入を容易にするため耐酸化性
が劣ることになってしまう。
内、非酸化雰囲気下で焼成を行い、黒鉛化を行うことに
よって耐酸化性を有した炭素材料とすることができる。
処理温度が前記以下であると黒鉛化の進行が少ないため
炭素材料としての特徴が少なくなってしまう。また、耐
酸化性についても不充分なものとなる。処理温度が前記
以上であると黒鉛化の進行の進み過ぎや配合成分の揮発
が生じて気孔が大きくなり、緻密なものが得られない。
その結果内部への酸素の侵入を容易にするため耐酸化性
が劣ることになってしまう。
【００１２】本発明ではあらかじめ耐酸化性の粉末を均
一混合しておくために炭素材料のどの部位においても同
等の耐酸化性がある。そのためＣＶＤや、耐酸化性物質
の含浸といった酸化防止処理の工程を必要としない。よ
って製品の大きさや形状は任意に設定でき、コストも安
価なものとなる。
一混合しておくために炭素材料のどの部位においても同
等の耐酸化性がある。そのためＣＶＤや、耐酸化性物質
の含浸といった酸化防止処理の工程を必要としない。よ
って製品の大きさや形状は任意に設定でき、コストも安
価なものとなる。
【００１３】
【実施例】以下本発明の実施例を比較例と併せて説明す
る。
る。
【００１４】
【実施例１】仮焼コークス（平均粒径５μm）７０重量
％に対して炭化硼素（平均粒径５μm)と窒化珪素（平均
粒径２μm）との混合物（混合比７０：３０）を３０重
量％配合し、振動ボールミルで充分に混合し、ピッチを
加えてニーダーで熱間混練を行い、冷却後に粉砕機にて
粉砕を行い平均粒径１０μmに調整したものを静水圧プ
レスにて１．５ ｔ／cm2で成形した成形体をコークス粉
中に詰めＣＯ雰囲気下で１０００℃まで１５℃／ｈで焼
成し、ＣＯ雰囲気を保ちながら２００℃まで冷却し予備
焼成品とした。この予備焼成品をアチソン炉にて２００
０℃で熱処理して炭素−炭化硼素−窒化珪素複合焼結体
とした。物性を表１に示す。この複合焼結体を２５×２
５×２５mmに切断し大気雰囲気の電気炉にセットし１０
０hr後の酸化重量減少率を測定した。酸化温度は７００
℃，９００℃，１１００℃とした。重量減少率を表２に
示す。
％に対して炭化硼素（平均粒径５μm)と窒化珪素（平均
粒径２μm）との混合物（混合比７０：３０）を３０重
量％配合し、振動ボールミルで充分に混合し、ピッチを
加えてニーダーで熱間混練を行い、冷却後に粉砕機にて
粉砕を行い平均粒径１０μmに調整したものを静水圧プ
レスにて１．５ ｔ／cm2で成形した成形体をコークス粉
中に詰めＣＯ雰囲気下で１０００℃まで１５℃／ｈで焼
成し、ＣＯ雰囲気を保ちながら２００℃まで冷却し予備
焼成品とした。この予備焼成品をアチソン炉にて２００
０℃で熱処理して炭素−炭化硼素−窒化珪素複合焼結体
とした。物性を表１に示す。この複合焼結体を２５×２
５×２５mmに切断し大気雰囲気の電気炉にセットし１０
０hr後の酸化重量減少率を測定した。酸化温度は７００
℃，９００℃，１１００℃とした。重量減少率を表２に
示す。
【００１５】
【実施例２】実施例１と同じ原料を用い、仮焼コークス
７０重量％、炭化硼素と窒化珪素の混合物（混合比５
１：４９）を３０重量％配合し、実施例１と同様な方法
で複合焼結体を作成した。物性を表１に示す。この複合
焼結体を実施例１と同様な方法で酸化重量減少率を測定
した。結果を表２に示す。
７０重量％、炭化硼素と窒化珪素の混合物（混合比５
１：４９）を３０重量％配合し、実施例１と同様な方法
で複合焼結体を作成した。物性を表１に示す。この複合
焼結体を実施例１と同様な方法で酸化重量減少率を測定
した。結果を表２に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【実施例３】実施例１と同じ原料を用い仮焼コークス６
０重量％、炭化硼素、窒化珪素の混合物（混合比７０：
３０）を４０重量％配合し、実施例１と同様な方法で複
合焼結体を作成した。物性を表１に示す。この複合焼結
体を実施例１と同様の方法で酸化重量減少率を測定し
た。結果を表２に示す。
０重量％、炭化硼素、窒化珪素の混合物（混合比７０：
３０）を４０重量％配合し、実施例１と同様な方法で複
合焼結体を作成した。物性を表１に示す。この複合焼結
体を実施例１と同様の方法で酸化重量減少率を測定し
た。結果を表２に示す。
【００１９】
【比較例１】実施例１と同じ原料を用い仮焼コークス９
６重量％、炭化硼素と窒化珪素の混合物（混合比７０：
３０）を４重量％配合し、実施例１と同様の方法で複合
焼結体を作成した。物性を表１に示す。この複合焼結体
を実施例１と同様の方法で酸化重量減少率を測定した結
果を表２に示す。
６重量％、炭化硼素と窒化珪素の混合物（混合比７０：
３０）を４重量％配合し、実施例１と同様の方法で複合
焼結体を作成した。物性を表１に示す。この複合焼結体
を実施例１と同様の方法で酸化重量減少率を測定した結
果を表２に示す。
【００２０】
【比較例２】実施例１と同じ仮焼コークスと炭化硼素を
用い窒化珪素を炭化硼素（平均粒径１μm）に置換して
配合以下複合焼結体の作成は実施例１と同様の方法で行
いその物性を表１に示す。この複合焼結体を実施例１と
同様の方法で酸化重量減少率を測定した結果を表２に示
す。
用い窒化珪素を炭化硼素（平均粒径１μm）に置換して
配合以下複合焼結体の作成は実施例１と同様の方法で行
いその物性を表１に示す。この複合焼結体を実施例１と
同様の方法で酸化重量減少率を測定した結果を表２に示
す。
【００２１】
【比較例３】実施例１と同じ仮焼コークスと炭化硼素を
用い仮焼コークス７０重量％、炭化硼素３０重量％の割
合で混合し、実施例１と同様の方法で複合焼結体を作成
した。物性を表１に示す。この複合焼結体を実施例１と
同様の方法で酸化重量減少率を測定した。結果を表２に
示す。
用い仮焼コークス７０重量％、炭化硼素３０重量％の割
合で混合し、実施例１と同様の方法で複合焼結体を作成
した。物性を表１に示す。この複合焼結体を実施例１と
同様の方法で酸化重量減少率を測定した。結果を表２に
示す。
【００２２】
【発明の効果】本発明の黒鉛材料は耐酸化性に優れてい
るため炭素材料の特性と耐酸化性が要求される産業上様
々な分野での利用が可能である。
るため炭素材料の特性と耐酸化性が要求される産業上様
々な分野での利用が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加 藤 吉 成 岐阜県瑞浪市寺河戸町1113−２ (72)発明者 西 尾 靖 岐阜県恵那郡山岡町田代1029 審査官 柳 和子
Claims (1)
- （Ａ）仮焼コークス粉末５０〜９５重量％及び（Ｂ）炭
化硼素と窒化珪素粉末との重量比５１：４９ないし９
８：２の範囲内の粉末混合物５０〜５重量％の混合粉末
１００重量部に対して粘結剤１０〜５０重量部を添加
し、混練、成形、焼成必要に応じて黒鉛化して成る耐酸
化性に優れた炭素材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265332A JPH0816027B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 耐酸化性に優れた炭素材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4265332A JPH0816027B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 耐酸化性に優れた炭素材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07165468A JPH07165468A (ja) | 1995-06-27 |
| JPH0816027B2 true JPH0816027B2 (ja) | 1996-02-21 |
Family
ID=17415721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4265332A Expired - Fee Related JPH0816027B2 (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 耐酸化性に優れた炭素材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0816027B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2527773B1 (en) * | 2011-05-27 | 2017-05-24 | SGL Carbon SE | Refractory for an inner lining of a blast furnace, obtained by semi-graphitization of a mixture comprising C and Si. |
-
1992
- 1992-09-08 JP JP4265332A patent/JPH0816027B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07165468A (ja) | 1995-06-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |