JPH10139570A - 耐酸化性多孔質セラミックス部材及びその製造方法 - Google Patents
耐酸化性多孔質セラミックス部材及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH10139570A JPH10139570A JP8305742A JP30574296A JPH10139570A JP H10139570 A JPH10139570 A JP H10139570A JP 8305742 A JP8305742 A JP 8305742A JP 30574296 A JP30574296 A JP 30574296A JP H10139570 A JPH10139570 A JP H10139570A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- iron
- oxidation
- sic
- porous
- purity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/08—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by adding porous substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
- C04B41/5057—Carbides
- C04B41/5059—Silicon carbide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Filtering Materials (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温の酸化性及び腐食性の雰囲気で使用し得
る耐酸化性多孔質ＳｉＣセラミックス部材及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 本発明の耐酸化性セラミックス部材は、
純度99％以上の多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体100 重
量部当たり0.1 〜0.5 重量部（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）の鉄分
を含浸したもので、高純度多孔質ＳｉＣセラミックス焼
結体を鉄アセチルアセトネート等の含鉄化合物の溶液中
に浸漬し、乾燥後空気中で加熱することにより製造す
る。
る耐酸化性多孔質ＳｉＣセラミックス部材及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 本発明の耐酸化性セラミックス部材は、
純度99％以上の多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体100 重
量部当たり0.1 〜0.5 重量部（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）の鉄分
を含浸したもので、高純度多孔質ＳｉＣセラミックス焼
結体を鉄アセチルアセトネート等の含鉄化合物の溶液中
に浸漬し、乾燥後空気中で加熱することにより製造す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスや流体の加
熱、内燃機関の排ガス処理等に用いるフィルター部材と
して好適な耐酸化性多孔質セラミックス部材及びその製
造方法に関する。
熱、内燃機関の排ガス処理等に用いるフィルター部材と
して好適な耐酸化性多孔質セラミックス部材及びその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、各種ガスや流体などの加熱内燃機
関の排ガス処理等を行うフィルター部材として、優れた
耐熱性、耐酸化性、耐食性等を有するセラミックス質の
多孔体が注目されている。この用途に適するセラミック
スとしては、ＳｉＣ，MoSi2 、ZrO2、 LaCrO3 等が挙げ
られるが、耐熱衝撃性、熱伝導性等の観点からＳｉＣが
最適であり、多く使用されている。しかしながらＳｉＣ
は耐酸化性に問題があり、特に多数の気孔を有する多孔
体では実質表面積が大きいため耐酸化性は更に劣り、そ
のままでは高温の酸化性雰囲気での使用は困難で、中性
あるいは還元性雰囲気で使用される部材に使用されるに
とどまっている。
関の排ガス処理等を行うフィルター部材として、優れた
耐熱性、耐酸化性、耐食性等を有するセラミックス質の
多孔体が注目されている。この用途に適するセラミック
スとしては、ＳｉＣ，MoSi2 、ZrO2、 LaCrO3 等が挙げ
られるが、耐熱衝撃性、熱伝導性等の観点からＳｉＣが
最適であり、多く使用されている。しかしながらＳｉＣ
は耐酸化性に問題があり、特に多数の気孔を有する多孔
体では実質表面積が大きいため耐酸化性は更に劣り、そ
のままでは高温の酸化性雰囲気での使用は困難で、中性
あるいは還元性雰囲気で使用される部材に使用されるに
とどまっている。
【０００３】多数の微細な貫通孔を有する炭素質多孔体
の表面層改質方法として、炭素質材料の気孔表面に気相
浸透と化学反応蒸着によりＳｉＣを析出させることが特
開平8-91963 号に開示されている。この方法は耐酸化性
の非常に劣る炭素材の改質には一応の効果はあるが、析
出材料がＳｉＣであり高温の酸化性雰囲気での使用に対
する根本的な対策とはなっていない。
の表面層改質方法として、炭素質材料の気孔表面に気相
浸透と化学反応蒸着によりＳｉＣを析出させることが特
開平8-91963 号に開示されている。この方法は耐酸化性
の非常に劣る炭素材の改質には一応の効果はあるが、析
出材料がＳｉＣであり高温の酸化性雰囲気での使用に対
する根本的な対策とはなっていない。
【０００４】ＳｉＣの耐酸化性を改善する方法として、
部材表面へのＳｉＣのＣＶＤコーティング法が特開平3-
115174号に開示されている。この方法には耐酸化性の向
上効果が認められるが、処理を行うのに非常に高価な装
置を必要とし、また部材形状が制限されるため、一般的
な使用には至っていない。
部材表面へのＳｉＣのＣＶＤコーティング法が特開平3-
115174号に開示されている。この方法には耐酸化性の向
上効果が認められるが、処理を行うのに非常に高価な装
置を必要とし、また部材形状が制限されるため、一般的
な使用には至っていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、耐酸化性に劣る多孔質ＳｉＣセラミックスを簡単な
処理でしかも安価に改質することにより、高温の酸化性
及び腐食性の雰囲気で使用し得るようになった耐酸化性
多孔質ＳｉＣセラミックス部材を提供することである。
は、耐酸化性に劣る多孔質ＳｉＣセラミックスを簡単な
処理でしかも安価に改質することにより、高温の酸化性
及び腐食性の雰囲気で使用し得るようになった耐酸化性
多孔質ＳｉＣセラミックス部材を提供することである。
【０００６】本発明のもう１つの目的は、かかる耐酸化
性多孔質ＳｉＣセラミックス部材の製造方法を提供する
ことである。
性多孔質ＳｉＣセラミックス部材の製造方法を提供する
ことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み、ＳｉＣ
の酸化挙動に及ぼす微量添加元素の影響について鋭意研
究した結果、微量のＦｅ2 Ｏ3 の存在によりＳｉＣの耐
酸化性が著しく向上することを発見し、本発明を完成さ
せた。
の酸化挙動に及ぼす微量添加元素の影響について鋭意研
究した結果、微量のＦｅ2 Ｏ3 の存在によりＳｉＣの耐
酸化性が著しく向上することを発見し、本発明を完成さ
せた。
【０００８】すなわち、本発明の耐酸化性セラミックス
部材は、純度99％以上の多孔質ＳｉＣセラミックス100
重量部にＦｅ0.1 〜0.5 重量部（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）を含
浸させたことを特徴とする。
部材は、純度99％以上の多孔質ＳｉＣセラミックス100
重量部にＦｅ0.1 〜0.5 重量部（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）を含
浸させたことを特徴とする。
【０００９】また上記耐酸化性セラミックス部材を製造
する本発明の方法は、含鉄化合物溶液中に高純度多孔質
ＳｉＣセラミックスを浸漬した後、空気中で加熱するこ
とにより改質することを特徴とする。
する本発明の方法は、含鉄化合物溶液中に高純度多孔質
ＳｉＣセラミックスを浸漬した後、空気中で加熱するこ
とにより改質することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。 [1] 高純度多孔質ＳｉＣセラミックス 本発明に用いる高純度多孔質ＳｉＣセラミックスは通常
のファインセラミックス用原料である高純度のＳｉＣを
用いて焼結した多孔質セラミックスで、ＳｉＣの純度が
99％以上であればどのような材料でも良い。ＳｉＣの純
度が99％未満の多孔質セラミックスは耐熱衝撃性、熱伝
導性等に劣る。好ましくは99.2％以上の純度である。
のファインセラミックス用原料である高純度のＳｉＣを
用いて焼結した多孔質セラミックスで、ＳｉＣの純度が
99％以上であればどのような材料でも良い。ＳｉＣの純
度が99％未満の多孔質セラミックスは耐熱衝撃性、熱伝
導性等に劣る。好ましくは99.2％以上の純度である。
【００１１】多孔質セラミックスの気孔率は特に限定さ
れないが、気孔率35％以上の材料が特に有効である。気
孔率が35％未満では耐酸化性の向上効果が若干低下す
る。好ましい気孔率は40％以上である。なお気孔率の上
限については、多孔質セラミックスの機械的強度の観点
から、70％であるのが好ましい。また多孔質セラミック
スの平均孔径は用途により異なるが、いかなる平均孔径
の多孔質セラミックスに対しても本発明を適用すること
ができる。
れないが、気孔率35％以上の材料が特に有効である。気
孔率が35％未満では耐酸化性の向上効果が若干低下す
る。好ましい気孔率は40％以上である。なお気孔率の上
限については、多孔質セラミックスの機械的強度の観点
から、70％であるのが好ましい。また多孔質セラミック
スの平均孔径は用途により異なるが、いかなる平均孔径
の多孔質セラミックスに対しても本発明を適用すること
ができる。
【００１２】[2] 鉄の含浸 (a) 含鉄化合物溶液 多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体への鉄の含浸は、鉄を
含有する無機又は有機化合物（単に「含鉄化合物」とい
う）の溶液中に多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体を浸漬
することにより行うのが好ましい。含鉄化合物溶液は含
鉄化合物を水又は有機溶媒に溶解したものである。
含有する無機又は有機化合物（単に「含鉄化合物」とい
う）の溶液中に多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体を浸漬
することにより行うのが好ましい。含鉄化合物溶液は含
鉄化合物を水又は有機溶媒に溶解したものである。
【００１３】含鉄化合物としては、加熱により鉄以外の
成分がガス化するものであれば、どのようなものでも使
用できる。このような含鉄化合物の具体例としては、例
えば鉄アセチルアセトネート［Fe(C3H7O2)3 ］、硫酸ア
ンモニウム鉄（III ）・12水和物［FeNH4(SO4)2 ・12H2
O ］、しゅう酸第二鉄アンモニウム三水和物［Fe(NH4)3
(C2O4)3 ・3H2O］、硫酸アンモニウム鉄（II）六水和物
［(NH4)2 Fe(SO4)2 ・6H2O］、鉄（III ）ベンゾイルア
セトネート［｛C6H5COCH:C(CH3)O｝3 Fe］、臭化鉄（I
I）四水和物［FeBr2 ・4H2O］、塩化鉄（II）水和物［F
eCl2 ・nH2O］、くえん酸鉄（III ）水和物［FeC6H5O7
・nH2O］、トリエトキシ鉄［Fe(OC2H5)3］、トリイソプ
ロポキシ鉄［Fe｛OCH(CH3)2 ｝3 ］、乳酸鉄（II）三水
和物［Fe｛CH3CH(OH)COO｝2 ・3H2O］、硝酸鉄（III ）
九水和物［Fe(NO3)3・9H2O］、しゅう酸鉄（II）二水和
物［FeC2O4・2H2O］等が挙げられるが、これらに限定さ
れない。
成分がガス化するものであれば、どのようなものでも使
用できる。このような含鉄化合物の具体例としては、例
えば鉄アセチルアセトネート［Fe(C3H7O2)3 ］、硫酸ア
ンモニウム鉄（III ）・12水和物［FeNH4(SO4)2 ・12H2
O ］、しゅう酸第二鉄アンモニウム三水和物［Fe(NH4)3
(C2O4)3 ・3H2O］、硫酸アンモニウム鉄（II）六水和物
［(NH4)2 Fe(SO4)2 ・6H2O］、鉄（III ）ベンゾイルア
セトネート［｛C6H5COCH:C(CH3)O｝3 Fe］、臭化鉄（I
I）四水和物［FeBr2 ・4H2O］、塩化鉄（II）水和物［F
eCl2 ・nH2O］、くえん酸鉄（III ）水和物［FeC6H5O7
・nH2O］、トリエトキシ鉄［Fe(OC2H5)3］、トリイソプ
ロポキシ鉄［Fe｛OCH(CH3)2 ｝3 ］、乳酸鉄（II）三水
和物［Fe｛CH3CH(OH)COO｝2 ・3H2O］、硝酸鉄（III ）
九水和物［Fe(NO3)3・9H2O］、しゅう酸鉄（II）二水和
物［FeC2O4・2H2O］等が挙げられるが、これらに限定さ
れない。
【００１４】溶媒としては含鉄化合物を溶解し得るもの
であればなんでもよい。一般的には水、アルコール、ベ
ンゼン、アセトン等を用いるが、これらに限定されな
い。
であればなんでもよい。一般的には水、アルコール、ベ
ンゼン、アセトン等を用いるが、これらに限定されな
い。
【００１５】含鉄化合物の溶媒に対する濃度は、多孔質
ＳｉＣセラミックスへの浸透が容易になるように、一般
には１ｍｏｌ／リットル以下であるのが好ましい。１ｍ
ｏｌ／リットルより濃度が高くなると、浸漬速度が大き
すぎて浸漬量の制御が困難になり、また溶液の粘性が大
きくなりすぎてセラミックス内での鉄分の濃度勾配がで
きるおそれがある。含鉄化合物のより好ましい濃度は0.
03〜0.8 ｍｏｌ／リットルである。
ＳｉＣセラミックスへの浸透が容易になるように、一般
には１ｍｏｌ／リットル以下であるのが好ましい。１ｍ
ｏｌ／リットルより濃度が高くなると、浸漬速度が大き
すぎて浸漬量の制御が困難になり、また溶液の粘性が大
きくなりすぎてセラミックス内での鉄分の濃度勾配がで
きるおそれがある。含鉄化合物のより好ましい濃度は0.
03〜0.8 ｍｏｌ／リットルである。
【００１６】(b) 浸漬条件 含鉄化合物溶液への多孔質セラミックスの浸漬条件は含
鉄化合物溶液の種類、濃度及びセラッミクスの粒径、気
孔率等に応じて異なるので、最適条件を求めるには、多
孔質セラミックッスに使用する含鉄化合物及び溶媒の種
類等について予備試験を充分に実施することが必要であ
る。
鉄化合物溶液の種類、濃度及びセラッミクスの粒径、気
孔率等に応じて異なるので、最適条件を求めるには、多
孔質セラミックッスに使用する含鉄化合物及び溶媒の種
類等について予備試験を充分に実施することが必要であ
る。
【００１７】浸漬時間は生産性、効率等を考慮して約60
分以内とするのが好ましい。例えば１〜10ｍｍの厚みの
多孔質セラミックスを用いて鉄アセチルアセトネートの
アセトン溶液により含浸させる場合には、0.05〜0.5 ｍ
ｏｌ／リットルの濃度で２〜30分で本発明品が得られ
る。もちろん、本発明の鉄分含有量になる処理であれば
改質に使用する含鉄化合物及び溶剤の種類及び処理条件
はこれに限定されるものではない。
分以内とするのが好ましい。例えば１〜10ｍｍの厚みの
多孔質セラミックスを用いて鉄アセチルアセトネートの
アセトン溶液により含浸させる場合には、0.05〜0.5 ｍ
ｏｌ／リットルの濃度で２〜30分で本発明品が得られ
る。もちろん、本発明の鉄分含有量になる処理であれば
改質に使用する含鉄化合物及び溶剤の種類及び処理条件
はこれに限定されるものではない。
【００１８】[3] 加熱処理 浸漬処理により鉄分を含浸させた耐酸化性ＳｉＣセラミ
ックス焼結体を充分乾燥した後、空気中で加熱する。加
熱処理は含浸した鉄分の酸化と、付着した含鉄化合物の
分解による鉄以外の成分のガス化除去及び生成したフリ
ーカーボンの除去のためである。
ックス焼結体を充分乾燥した後、空気中で加熱する。加
熱処理は含浸した鉄分の酸化と、付着した含鉄化合物の
分解による鉄以外の成分のガス化除去及び生成したフリ
ーカーボンの除去のためである。
【００１９】加熱処理条件は800 〜950 ℃で30〜180 分
とするのが好ましい。加熱処理温度が800 ℃未満では上
記加熱処理が充分でなく、また950 ℃超では鉄分の酸化
と付着含鉄化合物の分解、フリーカーボンの除去等との
バランスが崩れ、表面の処理が終了しても鉄分の酸化が
充分でない等の問題がある。
とするのが好ましい。加熱処理温度が800 ℃未満では上
記加熱処理が充分でなく、また950 ℃超では鉄分の酸化
と付着含鉄化合物の分解、フリーカーボンの除去等との
バランスが崩れ、表面の処理が終了しても鉄分の酸化が
充分でない等の問題がある。
【００２０】加熱処理時間は耐酸化性セラミックス焼結
体の厚み及び処理温度との関連で決定されるが、通常30
〜180 分でよい。30分未満では上記加熱処理が不充分で
あり、180 分超では鉄分の酸化反応等の終了後も加熱を
続けることになり無駄である。もちろん、処理時間も焼
結体の表面状況を観察しながら決定されるものであり、
以上の条件に限定されるものではない。
体の厚み及び処理温度との関連で決定されるが、通常30
〜180 分でよい。30分未満では上記加熱処理が不充分で
あり、180 分超では鉄分の酸化反応等の終了後も加熱を
続けることになり無駄である。もちろん、処理時間も焼
結体の表面状況を観察しながら決定されるものであり、
以上の条件に限定されるものではない。
【００２１】含浸した鉄分は加熱処理によりＦｅ2 Ｏ3
に変化するが、その量は次式により計算できる。 （Ｗ1 −Ｗ2 ）×100 ／Ｗ2 （重量％） ただし、 Ｗ1 ；加熱処理後の焼結体の重量、 Ｗ2 ；含浸前の焼結体の重量。
に変化するが、その量は次式により計算できる。 （Ｗ1 −Ｗ2 ）×100 ／Ｗ2 （重量％） ただし、 Ｗ1 ；加熱処理後の焼結体の重量、 Ｗ2 ；含浸前の焼結体の重量。
【００２２】耐酸化性セラミックス部材に含浸されるＦ
ｅ2 Ｏ3 の量は0.1 〜0.5 重量部（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）で
ある。Ｆｅ2 Ｏ3 の含浸量が0.1 重量％未満では耐酸化
性向上の効果がなく、また0.5 重量％を超えると低融点
化合物が多量に生成し、耐酸化性はかえって低下する。
好ましいＦｅ2 Ｏ3 の含浸量は0.2 〜0.4 重量％であ
る。
ｅ2 Ｏ3 の量は0.1 〜0.5 重量部（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）で
ある。Ｆｅ2 Ｏ3 の含浸量が0.1 重量％未満では耐酸化
性向上の効果がなく、また0.5 重量％を超えると低融点
化合物が多量に生成し、耐酸化性はかえって低下する。
好ましいＦｅ2 Ｏ3 の含浸量は0.2 〜0.4 重量％であ
る。
【００２３】Ｆｅ2 Ｏ3 の含浸によってＳｉＣセラミッ
クスの耐酸化性が著しく改善される機構については、次
のように考えられる。
クスの耐酸化性が著しく改善される機構については、次
のように考えられる。
【００２４】ＳｉＣは保護酸化の条件下では次の反応に
よりＳｉＯ2 を生成し、ＣＯ及びＣＯ2 を発生する。 ＳｉＣ＋２Ｏ2 ＝ＳｉＯ2 ＋ＣＯ2 ・・・・(1) ＳｉＣ＋３／２Ｏ2 ＝ＳｉＯ2 ＋ＣＯ・・・(2)
よりＳｉＯ2 を生成し、ＣＯ及びＣＯ2 を発生する。 ＳｉＣ＋２Ｏ2 ＝ＳｉＯ2 ＋ＣＯ2 ・・・・(1) ＳｉＣ＋３／２Ｏ2 ＝ＳｉＯ2 ＋ＣＯ・・・(2)
【００２５】このとき、本発明部材の含浸Ｆｅ2 Ｏ3 の
一部は次の反応により還元され、ＦｅＯを生成する。 Ｆｅ2 Ｏ3 ＋ＣＯ＝２ＦｅＯ＋ＣＯ2 ・・・(3)
一部は次の反応により還元され、ＦｅＯを生成する。 Ｆｅ2 Ｏ3 ＋ＣＯ＝２ＦｅＯ＋ＣＯ2 ・・・(3)
【００２６】このＦｅＯがＳｉＯ2 と反応して次の反応
により低融点（1,205 ℃）のＦｅ2 ＳｉＯ4 を生成す
る。 ２ＦｅＯ＋ＳｉＯ2 ＝Ｆｅ2 ＳｉＯ4 ・・・(4)
により低融点（1,205 ℃）のＦｅ2 ＳｉＯ4 を生成す
る。 ２ＦｅＯ＋ＳｉＯ2 ＝Ｆｅ2 ＳｉＯ4 ・・・(4)
【００２７】保護酸化の条件とは、ＳｉＣと酸素が反応
したときにＳｉＯ2 が生成し、これが保護膜を形成する
条件であり、温度1,700 Ｋ（1,427 ℃）では酸素分圧
（ＰO2）が0.1 kPa 以上である。保護酸化条件より酸素
分圧が低いときはＳｉＣと酸素が反応しＳｉＯが生成す
る。ＳｉＯはガス状であるので、いわゆる還元揮発が起
こりＳｉＣセラミックスはどんどん消耗する。従って、
本発明品を使用する酸素雰囲気は保護酸化の条件である
必要がある。もちろん大気中は保護酸化の領域である。
したときにＳｉＯ2 が生成し、これが保護膜を形成する
条件であり、温度1,700 Ｋ（1,427 ℃）では酸素分圧
（ＰO2）が0.1 kPa 以上である。保護酸化条件より酸素
分圧が低いときはＳｉＣと酸素が反応しＳｉＯが生成す
る。ＳｉＯはガス状であるので、いわゆる還元揮発が起
こりＳｉＣセラミックスはどんどん消耗する。従って、
本発明品を使用する酸素雰囲気は保護酸化の条件である
必要がある。もちろん大気中は保護酸化の領域である。
【００２８】図１に示すＦｅＯ−ＳｉＯ2 の状態図（N.
L.Bowen and J.L.Schairer,Am.J.Sci.,24,177-213(193
2) ）から明らかなように、一般にＦｅＯとＳｉＯ2 と
の共存下では高温領域でトリジマイト又はクリストバラ
イトの融液が生成し、低融点のＦｅ2 ＳｉＯ4 を核とし
てトリジマイト又はクリストバライトは結晶として晶出
する。本発明部材の組成の場合には、クリストバライト
が結晶化する。この結晶化したクリストバライトは緻密
であり、これがＳｉＣの表面に晶出して保護膜となり、
ＳｉＣの酸化を抑制するものと考えられる。
L.Bowen and J.L.Schairer,Am.J.Sci.,24,177-213(193
2) ）から明らかなように、一般にＦｅＯとＳｉＯ2 と
の共存下では高温領域でトリジマイト又はクリストバラ
イトの融液が生成し、低融点のＦｅ2 ＳｉＯ4 を核とし
てトリジマイト又はクリストバライトは結晶として晶出
する。本発明部材の組成の場合には、クリストバライト
が結晶化する。この結晶化したクリストバライトは緻密
であり、これがＳｉＣの表面に晶出して保護膜となり、
ＳｉＣの酸化を抑制するものと考えられる。
【００２９】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００３０】実施例１ 表１に示す高純度多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体を用
いて鉄アセチルアセトネート［Fe(C3H7O2)3 ］のアセト
ン溶液に浸漬した。鉄アセチルアセトネート溶液の濃度
を0.05〜0.8 ｍｏｌ／リットルと変化させ、浸漬時間を
０〜60分としたときのＦｅ2 Ｏ3 の含浸量を測定した。
いて鉄アセチルアセトネート［Fe(C3H7O2)3 ］のアセト
ン溶液に浸漬した。鉄アセチルアセトネート溶液の濃度
を0.05〜0.8 ｍｏｌ／リットルと変化させ、浸漬時間を
０〜60分としたときのＦｅ2 Ｏ3 の含浸量を測定した。
【００３１】表１ 耐酸化性セラミックス焼結体の特性 ＳｉＣの純度（％） 99.9 不純物（ppm ） Ａｌ 3.0 Ｆｅ 6.0 Ｎｉ 4.0 嵩密度（g/cm3 ） 1.56 見掛け気孔率（％） 48.4
【００３２】測定結果を図２及び図３に示す。図２は鉄
アセチルアセトネート溶液の濃度を変化させたときの含
浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸量との関係を示し、図３は同様
に含浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸深さとの関係を示す。含浸
後の試料はいずれも900 ℃で60分間大気中で加熱し、含
浸した鉄分はＦｅ2 Ｏ3 までの酸化と付着溶液の除去を
行った。
アセチルアセトネート溶液の濃度を変化させたときの含
浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸量との関係を示し、図３は同様
に含浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸深さとの関係を示す。含浸
後の試料はいずれも900 ℃で60分間大気中で加熱し、含
浸した鉄分はＦｅ2 Ｏ3 までの酸化と付着溶液の除去を
行った。
【００３３】図２及び３から明らかなように、Ｆｅを0.
1 〜0.5 重量％（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）含浸させるのに必要
な浸漬時間は、鉄アセチルアセトネートのアセトン溶液
の濃度が0.05、0.1 及び0.5 ｍｏｌ／リットルの場合に
はそれぞれ20分以上、４〜30分及び１〜７分であった。
濃度が0.8 ｍｏｌ／リットル以上になると適正な浸漬時
間の許容幅が非常に狭くなり、制御が困難である。
1 〜0.5 重量％（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）含浸させるのに必要
な浸漬時間は、鉄アセチルアセトネートのアセトン溶液
の濃度が0.05、0.1 及び0.5 ｍｏｌ／リットルの場合に
はそれぞれ20分以上、４〜30分及び１〜７分であった。
濃度が0.8 ｍｏｌ／リットル以上になると適正な浸漬時
間の許容幅が非常に狭くなり、制御が困難である。
【００３４】浸漬深さについては、図３から明らかなよ
うに、通常使用される１〜10ｍｍの厚さのセラミックス
であれば、0.05〜0.5 ｍｏｌ／リットルの溶液濃度の場
合、３分程度の浸漬時間で充分な浸漬深さが得られた。
うに、通常使用される１〜10ｍｍの厚さのセラミックス
であれば、0.05〜0.5 ｍｏｌ／リットルの溶液濃度の場
合、３分程度の浸漬時間で充分な浸漬深さが得られた。
【００３５】実施例２〜４、比較例１〜５ １．多孔質セラミックス 実施例２〜４及び比較例１〜３、５ではＳｉＣ純度99.9
％のファインセラミックス用原料を使用した多孔質Ｓｉ
Ｃセラミックス焼結体を使用し、比較例４ではＳｉＣ純
度85％の低純度の多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体を使
用した。各焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×40ｍｍに切断し、
試験に供した。
％のファインセラミックス用原料を使用した多孔質Ｓｉ
Ｃセラミックス焼結体を使用し、比較例４ではＳｉＣ純
度85％の低純度の多孔質ＳｉＣセラミックス焼結体を使
用した。各焼結体を３ｍｍ×４ｍｍ×40ｍｍに切断し、
試験に供した。
【００３６】２．改質処理 実施例２〜４及び比較例４では、鉄アセチルアセトネー
トのアセトン溶液（0.1 ｍｏｌ／リットル）に多孔質Ｓ
ｉＣセラミックス焼結体をそれぞれ５分、10分、15分及
び10分間浸漬し、900 ℃の大気中で60分加熱した。比較
例１は含浸処理を行わなかった例であり、比較例２は含
浸処理を行ったが含浸時間が短かすぎたため鉄分含有量
が0.08重量％と低かった例であり、比較例３は含浸処理
を行ったが含浸時間が長すぎて鉄分含有量が0.6 重量％
と過剰になった例である。また比較例５は従来例のＣＶ
Ｄ処理を行った例である。
トのアセトン溶液（0.1 ｍｏｌ／リットル）に多孔質Ｓ
ｉＣセラミックス焼結体をそれぞれ５分、10分、15分及
び10分間浸漬し、900 ℃の大気中で60分加熱した。比較
例１は含浸処理を行わなかった例であり、比較例２は含
浸処理を行ったが含浸時間が短かすぎたため鉄分含有量
が0.08重量％と低かった例であり、比較例３は含浸処理
を行ったが含浸時間が長すぎて鉄分含有量が0.6 重量％
と過剰になった例である。また比較例５は従来例のＣＶ
Ｄ処理を行った例である。
【００３７】３．酸化試験 実施例２〜４及び比較例１〜５の各試料をＡｒ／Ｏ2 雰
囲気［酸素分圧：２kPa （0.02atm ）］の炉に載置し、
1,700 Ｋ（1,427 ℃）で一定時間保持し、酸化増量を測
定した。また各試料を大気雰囲気（酸素分圧：0.21atm
）の炉に載置し、同様にして酸化増量を測定した。保
持時間はそれぞれ15時間としたが、酸素分圧２kPa の場
合には45時間の試験も実施した。
囲気［酸素分圧：２kPa （0.02atm ）］の炉に載置し、
1,700 Ｋ（1,427 ℃）で一定時間保持し、酸化増量を測
定した。また各試料を大気雰囲気（酸素分圧：0.21atm
）の炉に載置し、同様にして酸化増量を測定した。保
持時間はそれぞれ15時間としたが、酸素分圧２kPa の場
合には45時間の試験も実施した。
【００３８】酸化試験終了後各試料の重量を測定し、酸
化による増量を求めるとともに、酸化生成物であるＳｉ
Ｏ2 （クリストバライト）の（１０１）ピークとＳｉＣ
の（１１１）ピークとのＸ線強度比を求めた。
化による増量を求めるとともに、酸化生成物であるＳｉ
Ｏ2 （クリストバライト）の（１０１）ピークとＳｉＣ
の（１１１）ピークとのＸ線強度比を求めた。
【００３９】表２に実施例２〜４及び比較例１〜５につ
いて使用した多孔質セラミックス焼結体の種類、改質処
理条件、加熱処理条件、酸化増量試験結果及びＸ線強度
比の測定結果を示す。
いて使用した多孔質セラミックス焼結体の種類、改質処
理条件、加熱処理条件、酸化増量試験結果及びＸ線強度
比の測定結果を示す。
【００４０】 表２ 実施例 試験項目 ２ ３ ４ 多孔質セラミックス ＳｉＣ純度（wt％） 99.9 99.9 99.9 見掛け気孔率（％） 48.4 50.1 48.4 改質処理(1) 溶液濃度（mol/リットル） 0.1 0.1 0.1 浸漬時間（分） 5 10 15 加熱処理(2) 加熱温度（℃） 900 900 900 加熱時間（分） 60 60 60 Fe2O3 （wt％）(3) 0.13 0.24 0.37酸化増量（酸素分圧0.02atm ）(4) 15時間後（mg/cm3） 4.6 2.8 2.3 45時間後（mg/cm3） 4.9 3.2 2.5 酸化増量（大気中）(5) 15時間後（mg/cm3） 8.5 4.4 3.6 Ｘ線強度比 SiO2/SiC(6) 0.94 1.21 1.01 判定(7) ○ ○ ○ 備考 本発明 本発明 本発明
【００４１】注：(1) 鉄アセチルアセトネートのアセト
ン溶液に浸漬。 (2) 浸漬後の試料を乾燥後大気中で加熱。 (3) ［鉄の重量（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）／セラミックスの重
量］×100 （重量％）。 (4) 酸化試験［酸素分圧：２kPa （0.02atm ）、1,427
℃］。 (5) 酸化試験（大気中（酸素分圧：0.21atm ）、1,427
℃）。 (6) クリストバライトの（１０１）ピークとＳｉＣの
（１１１）ピークのＸ線強度比。 (7) 評価基準。 ○ 耐酸化性良好 △ 耐酸化性やや不良 × 耐酸化性不良
ン溶液に浸漬。 (2) 浸漬後の試料を乾燥後大気中で加熱。 (3) ［鉄の重量（Ｆｅ2 Ｏ3 換算）／セラミックスの重
量］×100 （重量％）。 (4) 酸化試験［酸素分圧：２kPa （0.02atm ）、1,427
℃］。 (5) 酸化試験（大気中（酸素分圧：0.21atm ）、1,427
℃）。 (6) クリストバライトの（１０１）ピークとＳｉＣの
（１１１）ピークのＸ線強度比。 (7) 評価基準。 ○ 耐酸化性良好 △ 耐酸化性やや不良 × 耐酸化性不良
【００４２】 表２（続き） 比較例 試験項目 １ ２ ３ ４ ５ 多孔質セラミックス ＳｉＣ純度（wt％） 99.9 99.9 99.9 85.0 99.9 見掛け気孔率（％） 48.4 48.4 48.4 46.5 48.4 改質処理(1) 溶液濃度（mol/リットル）− 0.1 0.1 0.1 − 浸漬時間（分） − 2 40 10 − 加熱処理(2) 加熱温度（℃） − 900 900 900 − 加熱時間（分） − 60 60 60 − Fe2O3 （wt％）(3) − 0.08 0.60 0.25 − 酸化増量（酸素分圧0.02atm ）(4) 15時間後（mg/cm3） 23.5 22.8 25.9 8.6 2.9 45時間後（mg/cm3） 56.2 34.8 40.3 10.3 3.7酸化増量（大気中）(5) 15時間後（mg/cm3） 27.5 26.7 28.7 10. 5 4.0 Ｘ線強度比 SiO2/SiC(6) 0.48 0.63 0.50 0.84 − 判定(7) × × × △ ○ 備考 処理なし − − − ＣＶＤ 処理 注：(1) 〜(7) 同上。
【００４３】表２から明らかなように、本発明部材（実
施例２〜４）は比較例１〜４に比べて耐酸化性が飛躍的
に向上している。これは鉄を含浸させることによって、
結晶性の良好なクリストバライトが生成するためであ
る。Ｘ線強度比の試験結果からも明らかなように、鉄未
含浸の比較例１の場合にも少量のクリストバライトの生
成はあるが、含浸処理を行った本発明品（実施例２〜
４）ではクリストバライトの量が急増している。
施例２〜４）は比較例１〜４に比べて耐酸化性が飛躍的
に向上している。これは鉄を含浸させることによって、
結晶性の良好なクリストバライトが生成するためであ
る。Ｘ線強度比の試験結果からも明らかなように、鉄未
含浸の比較例１の場合にも少量のクリストバライトの生
成はあるが、含浸処理を行った本発明品（実施例２〜
４）ではクリストバライトの量が急増している。
【００４４】比較例４では本発明と同じ改質処理を行っ
たが、ＳｉＣ純度が低いため耐酸化性向上が不十分であ
った。また従来技術であるＣＶＤ処理を行った比較例５
の試料の耐酸化性は本発明品と同等であったが、ＣＶＤ
処理は非常に高価であり、しかも形状の制限がある等の
欠点がある。
たが、ＳｉＣ純度が低いため耐酸化性向上が不十分であ
った。また従来技術であるＣＶＤ処理を行った比較例５
の試料の耐酸化性は本発明品と同等であったが、ＣＶＤ
処理は非常に高価であり、しかも形状の制限がある等の
欠点がある。
【００４５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来技
術に比較して非常に簡便でしかも安価に多孔質ＳｉＣセ
ラミックスの耐酸化性を向上させることができ、高温で
酸化性及び／又は腐食性の雰囲気での使用に耐えるセラ
ミックス部材が得られる。本発明の耐酸化性セラミック
ス部材は、例えばガスや流体の加熱、内燃機関等のよう
に過酷な環境下で使用するフィルター部材やガスバーナ
ーノズル等に好適である。
術に比較して非常に簡便でしかも安価に多孔質ＳｉＣセ
ラミックスの耐酸化性を向上させることができ、高温で
酸化性及び／又は腐食性の雰囲気での使用に耐えるセラ
ミックス部材が得られる。本発明の耐酸化性セラミック
ス部材は、例えばガスや流体の加熱、内燃機関等のよう
に過酷な環境下で使用するフィルター部材やガスバーナ
ーノズル等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＦｅＯ−ＳｉＯ2 系の状態図である。
【図２】 鉄アセチルアセトネート溶液の濃度を変化さ
せたときの含浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸量との関係を示す
グラフである。
せたときの含浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸量との関係を示す
グラフである。
【図３】 鉄アセチルアセトネート溶液の濃度を変化さ
せたときの含浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸深さとの関係を示
すグラフである。
せたときの含浸時間とＦｅ2 Ｏ3 含浸深さとの関係を示
すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 純度99％以上の多孔質ＳｉＣセラミック
ス100 重量部にＦｅ0.1 〜0.5 重量部（Ｆｅ2 Ｏ3 換
算）を含浸させたことを特徴とする耐酸化性セラミック
ス部材。 - 【請求項２】 請求項１に記載の耐酸化性セラミックス
部材を製造する方法において、含鉄化合物溶液中に高純
度ＳｉＣからなる多孔質セラミックス焼結体を浸漬した
後、空気中で加熱することにより改質することを特徴と
する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30574296A JP3781321B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 耐酸化性多孔質セラミックス高温ガスフィルター部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30574296A JP3781321B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 耐酸化性多孔質セラミックス高温ガスフィルター部材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10139570A true JPH10139570A (ja) | 1998-05-26 |
| JP3781321B2 JP3781321B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=17948802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30574296A Expired - Fee Related JP3781321B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 耐酸化性多孔質セラミックス高温ガスフィルター部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3781321B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017149621A (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 東京窯業株式会社 | ハニカム構造体及びハニカム構造体の製造方法 |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP30574296A patent/JP3781321B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017149621A (ja) * | 2016-02-25 | 2017-08-31 | 東京窯業株式会社 | ハニカム構造体及びハニカム構造体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3781321B2 (ja) | 2006-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Viricelle et al. | Oxidation behaviour of a multi-layered ceramic-matrix composite (SiC) f/C/(SiBC) m | |
| McKee et al. | Corrosion of silicon carbide in gases and alkaline melts | |
| Onal et al. | Water vapor effects on the cyclic oxidation resistance of alumina forming alloys | |
| Taniguchi | Oxidation of intermetallics–Japanese activity | |
| JP3927574B2 (ja) | ＮｉＣｏＣｒＡｌ薄膜 | |
| JPS58185488A (ja) | 酸化及び侵蝕に抵抗性のある固体炭素物品及びその製造方法 | |
| JP4171606B2 (ja) | オーステナイト合金の不動態化のための高温ガス状酸化 | |
| CN106011743B (zh) | 一种合金材料表面锰铬陶瓷涂层的制备方法 | |
| Taniguchi et al. | Improvement in the oxidation resistance of TiAl by preoxidation in a SiO 2-powder pack | |
| JPH10139570A (ja) | 耐酸化性多孔質セラミックス部材及びその製造方法 | |
| Nakai et al. | Correlation of high-temperature steam oxidation with hydrogen dissolution in pure iron and ternary high-chromium ferritic steel | |
| Shimoo et al. | Oxidation behavior of Si‐C‐O fibers (Nicalon) under oxygen partial pressures from 102 to 105 Pa at 1773 K | |
| Hagan et al. | High‐temperature Na2SO4 deposit‐assisted corrosion of silicon carbide–I: temperature and time dependence | |
| Shimada et al. | High‐Temperature Oxidation at 1500° and 1600° C of SiC/Graphite Coated with Sol–Gel‐Derived HfO2 | |
| Borgstedt et al. | Development of a direct insulation layer for a self-cooled liquid metal fusion reactor blanket | |
| JP2004155598A (ja) | 高温耐酸化性炭素質成形体及びその製造方法 | |
| JP2006016689A (ja) | ＭｏＳｉ２−ＳｉＣナノ複合被覆層及びその製造方法 | |
| JP6846838B2 (ja) | 耐熱合金部材の製造方法、合金皮膜の製造方法および高温装置の製造方法 | |
| JP4853953B2 (ja) | 多機能層を有する基体の製造方法 | |
| White et al. | High-Temperature Oxidation Behavior of FeCoCrNi+ (Cu/Al)-Based High-Entropy Alloys in Humid Air | |
| JPS59227787A (ja) | 熱処理炉用支持台 | |
| JP5411460B2 (ja) | バリア性能評価方法及びバリア性能評価装置 | |
| EP0852223A1 (en) | Method of sealing open-pore ceramic coatings, in particular thermal barriers | |
| JPH0945467A (ja) | 炭素系発熱体及びその製造方法 | |
| Wu et al. | The effect of boron additive on the oxidation resistance of SiC-protected graphite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050601 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051124 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060120 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060301 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060303 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |