JPH0859373A - 炭素材料の酸化防止被覆方法 - Google Patents
炭素材料の酸化防止被覆方法Info
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- JPH0859373A JPH0859373A JP22566394A JP22566394A JPH0859373A JP H0859373 A JPH0859373 A JP H0859373A JP 22566394 A JP22566394 A JP 22566394A JP 22566394 A JP22566394 A JP 22566394A JP H0859373 A JPH0859373 A JP H0859373A
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- Japan
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- coating
- carbon material
- chromium
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- carbon
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭素材料及び炭素系複合材料の表面にクロム
系皮膜を形成して耐酸化性を向上させるようにした酸化
防止被覆方法の提供にある。 【構成】 炭素材料及び炭素系複合材料を酸化クロム粉
末及びＩ，II，III族のハロゲン化合物粉末の混合粉末
中に埋め込み、非酸化性雰囲気下で熱処理することによ
り耐酸化性皮膜を該材料に形成するこを特徴としてい
る。 【効果】 本発明にかかる被覆方法によれば、炭素材料
及び炭素系複合材料の表面に形成されたクロム系皮膜に
よる耐酸化性を大巾に向上させることが可能であると同
時に被覆コストも低減できる利点がある。
系皮膜を形成して耐酸化性を向上させるようにした酸化
防止被覆方法の提供にある。 【構成】 炭素材料及び炭素系複合材料を酸化クロム粉
末及びＩ，II，III族のハロゲン化合物粉末の混合粉末
中に埋め込み、非酸化性雰囲気下で熱処理することによ
り耐酸化性皮膜を該材料に形成するこを特徴としてい
る。 【効果】 本発明にかかる被覆方法によれば、炭素材料
及び炭素系複合材料の表面に形成されたクロム系皮膜に
よる耐酸化性を大巾に向上させることが可能であると同
時に被覆コストも低減できる利点がある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は炭素材料及び炭素系複合
材料（炭素含有セラミックス，Ｃ／Ｃコンポジット等）
の表面にクロム系皮膜を形成して耐酸化性を向上させる
ようにした酸化防止被覆方法に関するものである。
材料（炭素含有セラミックス，Ｃ／Ｃコンポジット等）
の表面にクロム系皮膜を形成して耐酸化性を向上させる
ようにした酸化防止被覆方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭素材料は軽量で比強度が高く、熱衝撃
や腐食に対し優れた抵抗を持っている。さらに熱・電気
の良導体でもあり、電極やヒーター，ルツボ，成形型等
諸工業に広く利用されている。しかしながら空気中で
は、４００〜５００℃以上で容易に酸化消耗してしまう
致命的な欠点があり、この欠点を補うべく酸化防止皮膜
の被覆方法が種々検討されている。
や腐食に対し優れた抵抗を持っている。さらに熱・電気
の良導体でもあり、電極やヒーター，ルツボ，成形型等
諸工業に広く利用されている。しかしながら空気中で
は、４００〜５００℃以上で容易に酸化消耗してしまう
致命的な欠点があり、この欠点を補うべく酸化防止皮膜
の被覆方法が種々検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】炭素材料への酸化防止
被覆方法として炭化硅素，窒化硅素などのＣＶＤによる
コーティング，マグネシア，アルミナ，クロミア等のプ
ラズマ溶射が行われている。しかしＣＶＤによる被覆方
法では処理温度が１３００℃以上の高温を要し、さらに
被覆速度が遅く１回の処理だけでは全体を均一に被覆す
ることが困難である。また材料の大きさや形状に制限を
受けるなどの問題がある。一方プラズマ溶射による酸化
防止被覆では材料との接着が悪く剥離が発生しやすい。
またＣＶＤ，プラズマ溶射とも被覆に対するコストが高
くなる問題がある。
被覆方法として炭化硅素，窒化硅素などのＣＶＤによる
コーティング，マグネシア，アルミナ，クロミア等のプ
ラズマ溶射が行われている。しかしＣＶＤによる被覆方
法では処理温度が１３００℃以上の高温を要し、さらに
被覆速度が遅く１回の処理だけでは全体を均一に被覆す
ることが困難である。また材料の大きさや形状に制限を
受けるなどの問題がある。一方プラズマ溶射による酸化
防止被覆では材料との接着が悪く剥離が発生しやすい。
またＣＶＤ，プラズマ溶射とも被覆に対するコストが高
くなる問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は従来の被覆法で
の問題点を解決するために成されたもので、本発明者ら
は簡単な方法で耐酸化性の優れた均一かつ緻密な酸化防
止被覆方法の開発に成功した。
の問題点を解決するために成されたもので、本発明者ら
は簡単な方法で耐酸化性の優れた均一かつ緻密な酸化防
止被覆方法の開発に成功した。
【０００５】炭素材料表面に緻密で酸素不透過性の酸化
物膜が存在すれば、炭素材料の酸化防止は理論的には可
能である。しかし、炭素材料と酸化物は夫々の化学結合
様式が異なるため、直接強固に接合することが困難であ
る。そこで本発明者らは種々検討を重ねた結果、炭素材
料表面と酸化物層との間に接着性を改善する中間層を形
成する方法を発明した。本法によれば炭素材料表面に炭
素と結合性の強い炭化クロム層を形成し、さらにその上
に緻密な金属クロムが被覆される。後にこの金属クロム
外表を酸化処理することにより酸素不透過性の緻密な酸
化クロム層を形成することができるのである。
物膜が存在すれば、炭素材料の酸化防止は理論的には可
能である。しかし、炭素材料と酸化物は夫々の化学結合
様式が異なるため、直接強固に接合することが困難であ
る。そこで本発明者らは種々検討を重ねた結果、炭素材
料表面と酸化物層との間に接着性を改善する中間層を形
成する方法を発明した。本法によれば炭素材料表面に炭
素と結合性の強い炭化クロム層を形成し、さらにその上
に緻密な金属クロムが被覆される。後にこの金属クロム
外表を酸化処理することにより酸素不透過性の緻密な酸
化クロム層を形成することができるのである。
【０００６】この方法によって被覆した酸化クロムは剥
離などの欠陥が生じにくく炭素材料との密着性はきわめ
て良好である。
離などの欠陥が生じにくく炭素材料との密着性はきわめ
て良好である。
【０００７】また本発明によれば、この中間層である炭
化クロムと金属クロム層は高価な装置を使用することな
く比較的低温で簡単に緻密な皮膜として得ることができ
る。本発明は上述した炭化クロム及び金属クロム層を被
覆する手段を提供するものである。
化クロムと金属クロム層は高価な装置を使用することな
く比較的低温で簡単に緻密な皮膜として得ることができ
る。本発明は上述した炭化クロム及び金属クロム層を被
覆する手段を提供するものである。
【０００８】すなわち、酸化クロム粉末とＩ，II，III
族のハロゲン化合物粉末（ＮａＣｌ，ＮＨ4Ｃｌ，ＮＨ4
Ｆなど）との混合粉末中に被覆すべき炭素材料または炭
素系複合材料を埋め込み、アルゴンガスなどの非酸化性
ガス下で８００〜１１００℃の加熱処理を行うことによ
り、酸化クロムが還元され、ハロゲン化クロムの液相あ
るいは気相を生成し、該材料表面に拡散する。この際ハ
ロゲン化クロムは分解され、クロムが該材料表面に析出
し、均一かつ緻密な中間層となる炭化クロム，金属クロ
ム皮膜が形成されるのである。
族のハロゲン化合物粉末（ＮａＣｌ，ＮＨ4Ｃｌ，ＮＨ4
Ｆなど）との混合粉末中に被覆すべき炭素材料または炭
素系複合材料を埋め込み、アルゴンガスなどの非酸化性
ガス下で８００〜１１００℃の加熱処理を行うことによ
り、酸化クロムが還元され、ハロゲン化クロムの液相あ
るいは気相を生成し、該材料表面に拡散する。この際ハ
ロゲン化クロムは分解され、クロムが該材料表面に析出
し、均一かつ緻密な中間層となる炭化クロム，金属クロ
ム皮膜が形成されるのである。
【０００９】
【作用】ところで、これら方法とは別に、金属クロム粉
末・ハロゲン化合物粉末及び焼結防止用粉末の混合粉末
中に炭素材料を埋め込み、本発明と同様な加熱処理を施
しても、該材料にクロム被覆が可能である。しかしなが
ら均一なクロムの膜を得るためには４０〜７０μｍの厚
膜が必要である。このため、被覆炭素材料を熱間で使用
すると、金属クロムの熱膨張の影響が大きく影響し、被
覆に亀裂が生じ易いという欠点がある。
末・ハロゲン化合物粉末及び焼結防止用粉末の混合粉末
中に炭素材料を埋め込み、本発明と同様な加熱処理を施
しても、該材料にクロム被覆が可能である。しかしなが
ら均一なクロムの膜を得るためには４０〜７０μｍの厚
膜が必要である。このため、被覆炭素材料を熱間で使用
すると、金属クロムの熱膨張の影響が大きく影響し、被
覆に亀裂が生じ易いという欠点がある。
【００１０】さらに、混合粉末中の金属クロム粉末量を
減じたり、加熱処理時間を短縮することによって、被覆
量を低くすることは可能であるが、２０〜３０μｍ程度
の粗なクロム膜となり、酸化防止効果は弱い。
減じたり、加熱処理時間を短縮することによって、被覆
量を低くすることは可能であるが、２０〜３０μｍ程度
の粗なクロム膜となり、酸化防止効果は弱い。
【００１１】本発明者らの実験によれば、金属クロム粉
末を用いた場合、加熱処理中に完全にハロゲン化クロム
となって該材料表面にクロムを析出するのではなく、一
部は、金属クロム粉末が直接炭素材料表面と固相反応を
生じ、そのまま接合するため、被覆膜厚をクロム粉末以
下に調節することが困難であり、均一で緻密な膜を得に
くい。
末を用いた場合、加熱処理中に完全にハロゲン化クロム
となって該材料表面にクロムを析出するのではなく、一
部は、金属クロム粉末が直接炭素材料表面と固相反応を
生じ、そのまま接合するため、被覆膜厚をクロム粉末以
下に調節することが困難であり、均一で緻密な膜を得に
くい。
【００１２】一方被覆に要するコストの面では、金属ク
ロム粉末を使用した場合に比し、本発明では比較的安価
な、酸化クロムを使用するたの経済的な手段である。
ロム粉末を使用した場合に比し、本発明では比較的安価
な、酸化クロムを使用するたの経済的な手段である。
【００１３】本発明では、酸化クロム粉末とハロゲン化
合物粉末との混合比率、加熱処理温度と時間によって膜
厚と性状が異なる。酸化防止被覆に適当な膜厚，性状を
得るためにはハロゲン化合物の割合で５〜１５重量％が
望ましい。５重量％未満であると皮膜の生成が得られな
い。１５重量％を超えると緻密な皮膜が得られない。処
理温度、時間は８００〜１１００℃，４〜１０時間が良
好であった。処理温度が８００℃未満であると皮膜の生
成が得られず、１１００℃を超えると均一な皮膜が得ら
れない。
合物粉末との混合比率、加熱処理温度と時間によって膜
厚と性状が異なる。酸化防止被覆に適当な膜厚，性状を
得るためにはハロゲン化合物の割合で５〜１５重量％が
望ましい。５重量％未満であると皮膜の生成が得られな
い。１５重量％を超えると緻密な皮膜が得られない。処
理温度、時間は８００〜１１００℃，４〜１０時間が良
好であった。処理温度が８００℃未満であると皮膜の生
成が得られず、１１００℃を超えると均一な皮膜が得ら
れない。
【００１４】
【実施例】本発明で使用した被覆処理装置を図１に示し
た。ＳｉＣ発熱体１で加熱されるアルミナ質反応管２の
内部に被覆用混合粉末７及び炭素材料試片３の入った黒
鉛質ルツボ４を支持台で固定し、反応管下端６よりアル
ゴンガスを２０ｃｃ／ｍｉｎで供給しアルミナ質反応管
内部を充分に非酸化性雰囲気に置換した。また反応管上
端５からガスを放出させることによって反応管２内部の
圧力を一定に保持した。アルゴンガス供給開始３０分後
に１０℃／ｍｉｎで昇温し、処理温度に達した後、所定
の時間その温度で維持し熱処理を行うものである。
た。ＳｉＣ発熱体１で加熱されるアルミナ質反応管２の
内部に被覆用混合粉末７及び炭素材料試片３の入った黒
鉛質ルツボ４を支持台で固定し、反応管下端６よりアル
ゴンガスを２０ｃｃ／ｍｉｎで供給しアルミナ質反応管
内部を充分に非酸化性雰囲気に置換した。また反応管上
端５からガスを放出させることによって反応管２内部の
圧力を一定に保持した。アルゴンガス供給開始３０分後
に１０℃／ｍｉｎで昇温し、処理温度に達した後、所定
の時間その温度で維持し熱処理を行うものである。
【００１５】
【実施例１】被覆用炭素材料を表１に示す物性値の等方
性黒鉛材料を使用した。この試料を５×５×１０ｍｍに
切断、８００番エメリー紙で表面を研摩し、アセント浴
中にて超音波洗浄した後、乾燥して試片とした。
性黒鉛材料を使用した。この試料を５×５×１０ｍｍに
切断、８００番エメリー紙で表面を研摩し、アセント浴
中にて超音波洗浄した後、乾燥して試片とした。
【００１６】内径１５ｍｍ外径２５ｍｍ高さ３５ｍｍの
黒鉛質ルツボに表２に示す組成化の混合粉末を入れ、そ
の中に試片を埋め込んだ。混合粉末に用いた酸化クロム
は純度９９％、３２５メッシュ以下の粉末とした。
黒鉛質ルツボに表２に示す組成化の混合粉末を入れ、そ
の中に試片を埋め込んだ。混合粉末に用いた酸化クロム
は純度９９％、３２５メッシュ以下の粉末とした。
【００１７】前記反応管内部にこのルツボをセットしア
ルゴン置換を行いつつ加熱処理を施した。加熱処理後は
自然冷却して室温になってから試片を取り出した。この
熱処理後の試片は、いずれも被覆の形成が目視で可能だ
った。
ルゴン置換を行いつつ加熱処理を施した。加熱処理後は
自然冷却して室温になってから試片を取り出した。この
熱処理後の試片は、いずれも被覆の形成が目視で可能だ
った。
【００１８】被覆試料については、その表面及び断面を
ＸＭＡ（Ｘ線マイクロアナライゲー）分析を行い、クロ
ムが均一に被覆されていることが確認された。
ＸＭＡ（Ｘ線マイクロアナライゲー）分析を行い、クロ
ムが均一に被覆されていることが確認された。
【００１９】（比較例）実施例１で使用した等方性黒鉛
材料／試片を用い被覆用混合粉末成分を表３に示すよ
う、金属クロム粉末（純度９９％３２５メッシュ以下）
及び塩化ナトリウム粉末とした。また被覆条件と被覆重
量も合わせて表３に示した。
材料／試片を用い被覆用混合粉末成分を表３に示すよ
う、金属クロム粉末（純度９９％３２５メッシュ以下）
及び塩化ナトリウム粉末とした。また被覆条件と被覆重
量も合わせて表３に示した。
【００２０】以上により得られた被覆試料の耐酸化性の
確認を熱天秤を用いて行った。あらかじめ９００℃に加
熱した熱天秤内にこれら試片を入れ乾燥空気を６００ｃ
ｃ／ｍｉｎで供給しこの間の重量減少量を測定した。そ
の結果を図２に示す。実施例にて得た試片は酸化による
重量減少がほとんど見られず酸化防止皮膜として良好で
あるのに対し比較例ではほぼ直線的に酸化による重量減
少が見られる。
確認を熱天秤を用いて行った。あらかじめ９００℃に加
熱した熱天秤内にこれら試片を入れ乾燥空気を６００ｃ
ｃ／ｍｉｎで供給しこの間の重量減少量を測定した。そ
の結果を図２に示す。実施例にて得た試片は酸化による
重量減少がほとんど見られず酸化防止皮膜として良好で
あるのに対し比較例ではほぼ直線的に酸化による重量減
少が見られる。
【００２１】
【発明の効果】以上より本発明にかかる被覆方法によれ
ば、炭素材料及び炭素系複合材料の表面に形成されたク
ロム系皮膜による耐酸化性を大巾に向上させることが可
能であると同時に被覆コストも低減できる利点がある。
ば、炭素材料及び炭素系複合材料の表面に形成されたク
ロム系皮膜による耐酸化性を大巾に向上させることが可
能であると同時に被覆コストも低減できる利点がある。
【図１】本発明で使用した被覆処理装置の説明図であ
る。
る。
【図２】酸化時間と酸化消失量との関係を示した図面で
ある。
ある。
１ ＳｉＣ発熱体 ２ アルミナ質反応管 ３ 炭素材試片 ４ 黒鉛質ルツボ ５ 反応管上端（ガス出口） ６ 反応管下端（ガス入口） ７ 被覆用混合粉末 ８ ガスフォローメーター ９ 排ガス処理器 10 支持台
【表１】
【表２】
【表３】
Claims (3)
- 【請求項１】 炭素材料及び炭素系複合材料を酸化クロ
ム粉末及びＩ，II，III族のハロゲン化合物粉末の混合
粉末中に埋め込み非酸化性雰囲気下で熱処理することに
より耐酸化性皮膜を該材料に形成することを特徴とする
炭素材料の酸化防止被覆方法。 - 【請求項２】 前記酸化クロム粉末とハロゲン化合物粉
末の混合比率がハロゲン化合物粉末で５〜１５重量％で
あることを特徴とする請求項１に記載の炭素材料の酸化
防止被覆方法。 - 【請求項３】 前記、非酸化性雰囲気下での熱処理温度
が８００〜１１００℃であることを特徴とする請求項
１，２に記載の炭素材料の酸化防止被覆方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22566394A JPH0859373A (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | 炭素材料の酸化防止被覆方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22566394A JPH0859373A (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | 炭素材料の酸化防止被覆方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0859373A true JPH0859373A (ja) | 1996-03-05 |
Family
ID=16832833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22566394A Pending JPH0859373A (ja) | 1994-08-25 | 1994-08-25 | 炭素材料の酸化防止被覆方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0859373A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010132518A (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | Toyo Tanso Kk | 炭素材の製造方法および炭素材 |
-
1994
- 1994-08-25 JP JP22566394A patent/JPH0859373A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010132518A (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | Toyo Tanso Kk | 炭素材の製造方法および炭素材 |
| US9067834B2 (en) | 2008-12-08 | 2015-06-30 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Method of manufacturing a carbon material and the carbon material |
| TWI500779B (zh) * | 2008-12-08 | 2015-09-21 | Toyo Tanso Co | Carbon material manufacturing method and carbon material |
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