JPH10503744A - 自己焼結炭化ケイ素／炭素複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 含浸することのできる相互に連結した孔を有する、自己焼結炭化ケイ素／炭素−黒鉛複合体材料、およびこれを製造するための原料バッチならびに製造方法を提供する。この複合体材料は高密度化された炭化ケイ素マトリックス、炭素−黒鉛包含物、少量の残留焼結助剤を包含する。この複合体材料は、原料バッチを未焼結体に成型し、炭素質材料を炭化し、次いで無加圧状態で、高温で焼結して、高密度化する。相互に連結した孔は炭素等で含浸され、摩擦学的に優れた性質を示す。

Description

【発明の詳細な説明】 自己焼結炭化ケイ素／炭素複合材技術分野 この発明は自己焼結炭化ケイ素／炭素−黒鉛複合材に関するものであり、さら に詳細には、含浸され得るような相互に連結した孔を有する、自己焼結炭化ケイ 素／炭素−黒鉛複合材に関するものである。背景技術 自己焼結（self-sintering）、または無圧力焼結（pressureless sintering） とも呼ばれる、によって高密度化された炭化ケイ素は、腐食や摩耗に対する抵抗 性がよく、熱伝導性が高い。自己焼結炭化ケイ素は、酸性、アルカリ性、腐食性 または摩耗性の環境に晒される、ポンプのシールやベアリング等の摺動面に使用 される。しかしながら、自己焼結性炭化ケイ素は自己潤滑性ではない。したがっ て、もし、自己焼結炭化ケイ素が、他の硬く自己潤滑性でない材料、例えば自己 焼結または反応結合した炭化ケイ素の表面を走るシールやベアリングに使用され る場合には、このシールやベアリングは潤滑液に晒すか、液体ポンプのような液 状用途に使用されねばならない。この液は摺動面の間にフィルムを構成しこれを 潤滑し、摩擦を軽減し、事故を防止する。 自己焼結炭化ケイ素は、他の硬い、自己潤滑性のない材料に対して走るとき、 もし急激な温度変化があったり、十分な潤滑液が存在しない状態、例えばポンプ が偶発的に液体の無い状態で運転されたり、液流が来る前に加速されたりすれば 、傷付いて、重大な事故を起こす恐れがある。最もひどい場合には、不十分な潤 滑により自己焼結炭化ケイ素が爆発することもある。さらに、自己焼結炭化ケイ 素を他の硬く自己潤滑性でない材料に対面する摺動面に適用するとき、高速や高 い接触圧の場合には、高い摩耗率を示す。 多孔質の自己焼結炭化ケイ素もまた、自己潤滑性ではなく、上記のような自己 焼結炭化ケイ素と同じ欠点を有している。多孔質の自己焼結炭化ケイ素の表面の 孔は、使用中に潤滑液を蓄えるのに役立つが、この材料は乾燥状態では走らせら れない。したがって、自己焼結炭化ケイ素と同様に、多孔質の自己焼結炭化ケイ 素は、潤滑液が適用される液状用途に用いられねばならない。 さらに、多孔質の自己焼結炭化ケイ素の孔は相互に連結されていないので、樹 脂、炭素、テフロン、金属または他の材料で含浸させることはできない。 ケイ素化黒鉛、すなわち、化学蒸気反応（ＣＶＲ）によってケイ素化された黒 鉛は、いくらかの自己潤滑性を有し、自己焼結炭化ケイ素または他の炭化ケイ素 複合体に比較して良好な耐摩耗性を有している。ケイ素化黒鉛は、一酸化ケイ素 （ＳｉＯ）蒸気と反応させて、特別に調製した黒鉛から製造される。化学蒸気反 応は、黒鉛の基板の上に炭化ケイ素の層（典型的には４０ｍｍ）を作る。この炭 化ケイ素の表面には、黒鉛の包含物や表面層の中で相互に連結した孔の微細構造 を有している。潤滑剤はそのような孔に含浸されて、乾燥使用状態でも事故にな らない程度のベアリングやシールに適した自己潤滑性の材料を製造することがで きる。 ケイ素化黒鉛は、しかしながら、顕著な欠点を有している。自己潤滑性炭化ケ イ素は薄い表面であるので、これから作られたシール、ベアリングあるいは他の 摺動面製品を使用者が重ねたり、研磨したりまたは修理しようとすると、比較的 に柔らかい黒鉛基材に炭化ケイ素層が突き刺さる恐れがある。また、この炭化ケ イ素層はひび割れしたり、剥離したりする等の欠点がある。さらに、ケイ素化黒 鉛は炭素を含浸させるのが非常に困難である。炭化ケイ素表面層は非常に薄く、 多孔質で比較的柔らかい黒鉛基材に結合されているので、この炭化ケイ素層は弱 い。この炭化ケイ素層を、樹脂のような炭素前躯体で含浸し、炭化する際に、こ の前躯体の揮発により、炭化ケイ素層のひび割れや剥離、はげ落ちが起こり、あ る場合には爆発することがある。発明の要約 摺動面に適用される先行技術の材料の欠点を克服する本発明は、相互に連結し た孔を有する自己焼結炭化ケイ素／炭素−黒鉛複合材であり、これは、所望の摩 擦学的性質を有する樹脂、炭素、テフロン、金属あるいは他の化合物または材料 で含浸されることができる。本発明はまた、本発明の複合材料を製造するための 原料およびプロセスを包含する。 本発明の複合材料は、自己焼結の、高密度化された炭化ケイ素マトリックス炭 素／黒鉛包含物、および少量の残留焼結助剤、例えばホウ素や遊離の炭素を包含 し、さらに相互に連結された孔を有し、これは炭素、樹脂、ニッケル、銀または アンチモン等の金属、テフロンまたは他の化合物もしくは物質で、特別の用途に 所望の摩擦学的性質を達成するように選択されたもの、を含浸することができる 。 本発明の複合材料は、従来の多孔質自己焼結炭化ケイ素よりも優れた耐摩耗性 を有し、本発明の材料は、それ自身または他の硬く、自己潤滑性のない材料に対 して、摺動面の用途、例えば２００，０００psi-fpm PVあるいはそれ以上でのメ カニカルシールおよびポンプ、ベアリングに使用することができる。本発明の複 合材料は、従来の多孔質自己焼結炭化ケイ素よりも優れた耐熱衝撃抵抗を有する 。ポンプに応用した場合に液が無くなったりするような重大な事故や乾燥運転に おいて、本発明の材料で製造されたシールやベアリングは、無傷で残り、４００ ，０００psi-fpm PVにおいても一体性を維持する。一方、自己焼結炭化ケイ素で は、数秒で破壊される。 さらに、本発明の複合材料は材料全体をとおして同じ微細構造であるので、こ の材料は重ねたり、研磨したり、修理したりすることができる。本発明の単一微 細構造の材料は、ケイ素化黒鉛のような表面層を有するものよりも優れた、構造 的な一体性と、耐用期間を与える。 本発明の材料の相互に連結した多孔性は、物質の含浸を可能にし、この材料を 特別の用途に使用するための摩擦学的な性質、および他の性質を設計することを 可能にする。この孔は、種々の樹脂、炭素、または他の化合物や物質を含浸させ て、種々の用途に向けた種々の摩擦学的性質を有する材料のファミリーを作るこ とができる。もし、本発明の材料をシーリングの用途に使用する場合には、相互 に連結した孔は、材料をシールし、漏れを防止するために十分含浸される必要が ある。 孔をそのような物質で含浸することは、さらに利点をもたらす。摩擦学的に有 益な物質を含浸することは、先行技術の多孔質自己焼結炭化ケイ素を含めた自己 焼結炭化ケイ素材料に対する、本発明の材料の機械的性質、とくに耐摩耗性およ び耐熱衝撃性を改良する。さらに、ニッケルや他の金属のような強靭な物質の含 浸は、従来の脆弱な自己焼結炭化ケイ素に欠けていた強靭性を与える。本発明の 複合材料は、炭化ケイ素、焼結助剤、一時的なフィラーおよび被覆黒鉛粒子を包 含する原料バッチから製造される。この原料バッチは、それから型に入れ、未焼 結体に成形され、炭化性のものを炭化し、一時的なフィラーを揮発させて相互に 連結された孔を有するマトリックスを形成するように加熱される。未焼結体はそ れから無圧力で焼結され、マトリックスを高密度にする。相互に連結された孔は 、樹脂、炭素、金属、テフロンまたは他の化合物もしくは物質で、所望の摩擦学 的性質を得るように選択されたもの、を含浸することができる。図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面と共にされた下記の詳細な説明からより完全に理解され るであろう： 図１は、本発明による含浸された相互に連結された孔を有する自己焼結炭化ケ イ素／炭素−黒鉛複合材料を製造するための方法の図式説明である。 図２Ａおよび図２Ｂは、本発明による含浸された相互に連結された孔を有する 自己焼結炭化ケイ素／炭素−黒鉛複合材料の５０倍、２００倍の顕微鏡写真であ る； 図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、本発明による含浸された相互に連結された孔 を有するさらに自己焼結された炭化ケイ素／炭素−黒鉛複合材料の５０倍、２０ ０倍および４００倍の顕微鏡写真である； 図４Ａおよび図４Ｂは、本発明による材料および反応結合炭化ケイ素の関与す る耐摩耗性試験後の対面シール面の１２．５倍の顕微鏡写真である。 図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄおよび図５Ｅは、本発明による材料で作られ たシール面の、乾燥運転試験の前と後の顕微鏡写真である。 図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄは、本発明による材料および従来の自己 焼結炭化ケイ素の関与する重大な液体ロス、乾燥運転の前と後の対面シール面に ついての１４倍の顕微鏡写真である。発明の詳細な説明 本発明は、含浸され得る相互に連結した孔を有する自己焼結炭化ケイ素／炭素 −黒鉛複合材を包含する。この複合材は、約５０〜９５重量％の炭化ケイ素の高 密度化自己焼結マトリックス、約５．０〜５０重量％のマトリックス全体中に分 散した炭素−黒鉛包含物、および少量の約０．３未満〜５．０重量％の残留焼結 助 剤、例えばアルミニウム、酸化ベリリウム、ホウ素、炭化ホウ素および／または 遊離炭素を包含する。本発明の複合材は、炭素、樹脂、テフロンまたは他の化合 物もしくは物質で、特別の用途に所望の摩擦学的性質を達成するように選択され たもの、を含浸する相互に連結した孔の微細構造を有する。 この自己焼結した、もしくは無圧力焼結したマトリックスは、典型的には、少 なくとも約２．２０ｇ／ｃｃ、または混合の規則（rule of mixture）により決 定される理論密度の７３％である（相互に連結した孔を含浸する前）。炭化ケイ 素はアルファー型、ベータ型、またはそれらの組み合わせであってもよい。 この炭素−黒鉛包含物は、マトリックスの炭化ケイ素全体に分散しており、炭 素で被覆された黒鉛の粒子を包含する。好ましい態様においては、炭素−黒鉛包 含物の平均粒径は、炭化ケイ素の平均粒径よりも大きい。例えば、好ましい態様 においては、炭化ケイ素は約１０〜２５μｍを有し、炭素−黒鉛包含物は約７５ 〜１２５μｍの間の平均粒径を有している。 一つの態様においては、マトリックスの相互に連結した孔は、樹脂、炭素、ニ ッケル、銀またはアンチモン等の金属、テフロン、石油ピッチ、コールタールピ ッチ、または他の化合物もしくは物質で含浸される。最終複合材料の正確な組成 および密度は、孔を含浸するのに使用された物質に依存する。好ましい態様にお いては、孔はフェノール系樹脂で含浸され、これは炭化されて炭素を形成するが 、最終複合材料は典型的には、６５〜８０重量％の高密度化された自己焼結マト リックス、マトリックス全体に分散した約１０〜１８重量％の炭素−黒鉛包含物 、少量の約０．３〜３．０重量％のホウ素および遊離炭素を残留焼結助剤を包含 する。マトリックスは、約１０〜１７重量％の炭素を含浸した相互に連結した孔 の微細構造を有する。典型的には、好ましい態様の最終複合材料は、約２．５５ 〜２．６５ｇ／ｃｃの間の密度を有する。 本発明の自己焼結複合材料の製造方法を、図１に図式的に示す。この複合材料 は、炭化ケイ素、焼結助剤、相互に連結した孔を提供するための一時的なフィラ ー、および焼結マトリックス中に炭素被覆黒鉛粒子の包含物を提供するための被 覆黒鉛の原料バッチから製造される。製造助剤、例えば、一時的バインダーおよ び／または潤滑剤もまた、原料バッチを未焼結体に成形することや、他の加工ス テップを容易にするために、原料バッチ中に含有されてもよい。 この原料バッチは、微細粒状、高純度炭化ケイ素粉から製造される。好ましく は、少なくともβ−炭化ケイ素に対し０．５％α−炭化ケイ素が使用される。し かしながら、炭化ケイ素の型のいかなる組み合わせでも使用できる。典型的には 、約全原料バッチの５０〜９０重量％の炭化ケイ素が、水のような不活性溶媒中 に分散し、スラリーとして、原料バッチの成分の完全混合を容易にする。他の混 合助剤、例えばアンモニウムポリメタクリレートのような分散剤、ザンタンガム （xanthan gum）のような懸濁助剤もまた添加することができる。 アルミニウム、酸化ベリリウム、ホウ素源および／または炭素源のような焼結 助剤は、スラリーに添加され、完全に分散するように十分混合される。ホウ素源 としては、ホウ素元素、および炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）等があり、炭素源としては 炭素元素、または炭化できる有機物質、例えばフェノール樹脂、石油ピッチ、コ ールタールピッチ、フルフリルアルコールまたは蔗糖がある。典型的には、全原 料バッチの約２．０〜２０重量％の焼結助剤がスラリーに添加される。一時的フ ィラーもまたスラリーに添加され、分散をよくするために十分混合される。典型 的には、全原料バッチの約０．７５〜１５重量％の一時的フィラーがスラリーに 添加される。一時的フィラーは、混合物の炭化温度以下で分解し、混合物から揮 発し、マトリックスに相互に連結した孔を残すものならば、何でもよい。典型的 には、この一時的フィラーは、粉砕ナッツ殻、ワックス粒子、またはポリプロピ レンビーズ等の有機物質の粒子を包含する。ある環境においては、例えば一時的 フィラーが非常な高温（フィラーの融点またはそれ以上）で減圧下で揮発する場 合には、セラミックビーズのような無機材料もまた使用することができる。好ま しくは、一時的フィラーは、約１０〜４５μｍの間の平均粒径を有している。 原料バッチの他の成分は、被覆された黒鉛粒子であり、これはスラリーに添加 され十分混合される。この被覆される黒鉛粒子は、炭素前躯体、例えばフェノー ル樹脂、または他の加熱により分解し炭素残渣を残す物質で被覆された、粗い黒 鉛粒子である。このような他の物質には、フルフリルアルコール、ポリエステル 、石油ピッチ、コールタールピッチ、またはこれらの、あるいは他の物質との混 合物を包含する。典型的には、この被覆は適当な溶剤に溶解し、黒鉛と十分混合 さ れ、黒鉛粒子を結合する。この混合物はそれから乾燥して溶剤を除き、所望のサ イズの被覆黒鉛粒子を得るように粉砕する。典型的には、この被覆黒鉛粒子は、 ６５メッシュ篩を通過し、２１２μｍより小さい粒子を得る。この被覆黒鉛粒子 はそれから、炭化ケイ素スラリーに添加される。典型的には、全原料バッチの約 少なくとも５．０〜５０重量％、好ましくは約１０〜２０重量％の被覆黒鉛粒子 が、スラリーに添加される。しかし、最終複合材料の自己潤滑性を改善するため には、これらの粒子のいかなる量も有益である。 一時的バインダーおよび潤滑剤を包含する処理助剤、例えばオレイン酸、また は他の脂肪酸は、スラリーに添加することができる。懸濁剤または粘度剤は、も し被覆黒鉛が大きければ特に有益である。例えば、もしザンタンガムがスラリー に添加され混合されれば、それはスラリーを凝集させることになり、被覆黒鉛粒 子を懸濁中に維持し、均一な分散をさせることになる。原料バッチに添加される ある種の物質は複数の機能を果たす。例えば、フェノール樹脂は原料バッチ中で 、炭素源の焼結助剤であり、また一時的バインダーでもある。ポリエチレングリ コールは、一時的バインダーとして、またダイ潤滑剤として機能する。 不活性溶媒、一時的フィラー、一時的バインダー、分散剤、潤滑剤および懸濁 剤は、全て最終の複合材料を形成する部分を構成するものではない。 得られたスラリーは、十分に分散するように混合され、そして乾燥される。典 型的には、スラリーは噴霧乾燥して球状凝集体を形成させる。そのような粒子を 得る他の好適な方法は、パン乾燥で、次いで粉砕、篩分けを行う方法もある。 本発明の複合材料で形成される成形体は、所定量の原料バッチを成形して、未 焼結の成形体とする。アイソスタチック（isostatic）または加圧ダイ方式の通 常の成形法を用いることができる。好ましくは、原料バッチは約３〜９トン／平 方インチの間の圧力でプレスされ、約１．６０〜１．９０ｇ／ｃｃの密度の未焼 結体を得る。 この未焼結体は、適当な環境、例えば熱のもとで、原料バッチに含有される一 時的バインダーを硬化させる。未焼結体の成形はまた、所望の予備完成体にする べく機械加工することも包含する。 成形された未焼結体は、それから非酸化性雰囲気で、典型的には約８００°F よ り高い温度で炭化される。この炭化工程は、焼結助剤として使用されたいかなる 炭化性の炭素源も炭化し、一時的フィラーを分解し揮発させ、相互に連結した孔 のマトリックスを残す。この炭化工程は、樹脂被覆黒鉛粒子の樹脂を炭化し、原 料バッチ中の分解剤のいかなる残留物、潤滑剤または懸濁助剤も揮発させる。 典型的な炭化サイクルにおいては、未焼結体はオーブン中で室温から３５０° Fまで半時間で加熱し、この温度でさらに半時間維持する。この成形体はそれか ら、室温まで冷却する。他の炭化サイクルを使用することもできる。 炭化された未焼結体はそれから、典型的には約１９００〜２５００℃で、実質 的に不活性の雰囲気で、大気圧またはそれ以下で、無圧力焼結し、マトリックス を高密度化する。好適には、マトリックスは約２．１０〜２．６０ｇ／ｃｃの密 度に、または１２〜１５％収縮まで焼結される。典型的な焼結サイクルにおいて は、温度は焼結温度に８時間にわたって上昇され、炉はピーク温度に１時間維持 され、それから室温まで放置冷却される。実際の時間は、使用される個々の炉に よる。他の好適な焼結サイクルもまた使用される。この炭化サイクルおよび焼結 サイクルは、同一の炉で引き続き行うことができる。 好適な態様においては、焼結体は、８０〜９０重量％の炭化ケイ素の高密度化 され自己焼結されたマトリックス、マトリックス全体中に分散された約１０〜２ ０重量％の炭素被覆黒鉛の包含物、そして残留焼結助剤としての、少量の約０. ３〜３.０重量％のホウ素および炭素を包含する。このマトリックスは、相互に 連結した孔の微細構造を有し、この焼結体は約３〜１２％の吸収率（absorption ）、または８〜３０％の空孔率を有する。 この焼結体はそれから、炭素、樹脂、ニッケル、銀またはアンチモン等の金属 、テフロンまたは他の化合物もしくは物質で、特別の用途に所望の摩擦学的性質 を達成するための自己潤滑性のために選択されたもの、を含浸することができる 。もし、相互に連結した孔に含浸するために樹脂が炭素前躯体として使用される と、この焼結体は再び加熱されて、樹脂を炭化しなければならない。もし焼結体 がシール用途に使用される場合には、相互に連結した孔は、十分にシールし、漏 れを防止するために十分に含浸されなければならない。 最後に、もし必要ならば、含浸された焼結体は、研磨、ダイヤモンド仕上げ、 または他の仕上げ方法で仕上げることもできる。実施例 本発明の好適な態様としてのこの実施例では、大部分がβ−炭化ケイ素であり 、いくらかのα−炭化ケイ素、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）、フェノール樹脂、ポリエ チレングリコール、ポリプロピレンビーズ、ザンタンガムおよびフェノール樹脂 被覆黒鉛粒子の原料バッチから調製された。 この好適な態様では、１００部（全原料バッチの６９．０重量％）のβ−炭化 ケイ素（ＢＥＴ比表面積約１３.５〜１８.５ｍ²／ｇ、粒径約２.４０μｍ以下） 、および１部（全原料バッチの０.７重量％）のＢ₄Ｃを水系スラリーとして半時 間撹拌した。β−炭化ケイ素とＢ₄Ｃの混合水系スラリーであるスペリアー グラ ファイトＨＳＣ−０５９（ｓ）を使用した。ロンザカーボグラン（LONZA CARBOG ARAN）UF-10、ＢＥＴ比表面積約９.０〜１１.０ｍ²／ｇ、粒径約３.０μｍ以下 の、α−炭化ケイ素４部（全原料バッチの２.８重量％）を、脱イオン水中に、 に０.０３部（全原料バッチの０.０２重量％）のアンモニウムポリメタクリレー ト（DARVAN C）分散剤と分散させ、ボールミルしたものを、上記スラリーに混合 下に添加した。 ５部（全原料バッチの３．４重量％）のフェノール樹脂を等量の脱イオン水に 予備分散したものを、混合下に添加した。このフェノール樹脂はバインダーとし て知られ、炭素質歩留まり（char yield）約５０％であり、焼結助剤および一時 的なバインダーとしての両方の機能がある。 ７部（全原料バッチの４.８重量％）の変性ポリエチレングリコール、ＰＥＧ コンパウンド２０Ｍ（ユニオンーバイド）、を３３％のポリエチレングリコール と６７％の水との予備混合物とした。このポリエチレングリコール溶液を、撹拌 下に原料バッチに添加した。このポリエチレングリコールは、原料バッチ中で一 時的なバインダーおよび次の段階の成形時の潤滑剤としても働く。 １１部（全原料バッチの７.６重量％）のプロピルテックス（PROPYLTEX）325s 、ミクロパウダー社製ポリプロピレンビーズ、をスラリー中に撹拌下に徐々に添 加した。このポリプロピレンビーズは、４４μｍ以下で、平均粒径１１〜１５μ ｍで、最終製品に相互に連結した孔を生ずるための、一時的なフィラーとしての 働 きをする。 １部（全原料バッチの０.７重量％）の分散性ザンタンガムを、懸濁助剤とし て撹拌下に添加した。混合物を１時間撹拌し、成分を十分に混合し、スラリーを 凝集させた。 １６部（全原料バッチの１１.０重量％）の被覆黒鉛粒子として機能する樹脂 被覆黒鉛粒子を、撹拌下に添加した。この樹脂被覆黒鉛粒子は、８０重量％の粗 黒鉛（LONZA KS-150、粒径約１８０μｍ以下、平均粒径約６５μｍ）および２０ 重量％のジュウライト（DURITE RD-2414）フェノール樹脂（粉末状でアセトンに 溶解されたもの）から調製されている。このフェノール樹脂／アセトン／黒鉛混 合物を十分混合し、樹脂を黒鉛に付着させた。この混合物を乾燥してアセトンを 蒸発させ、粉砕し、篩にかけ、平均粒径１００μｍの樹脂被覆黒鉛粒子を得た。 この樹脂被覆粒子をスラリーに添加したのち、スラリーを最低１時間撹拌し、噴 霧乾燥し、３５メッシュで篩分けした。 所定量の原料バッチをアイソスタチックプレスにかけて、密度約１.９０ｇ／ ｃｃ（約９トン／平方インチ加圧）の来焼結体を得た。バインダーを２５０°F で５時間硬化し、未焼結体を所定の形状に機械で予備仕上げした。 この未焼結体を８５０°Fで５時間加熱し、フェノール樹脂を炭化し、ポリプ ロピレンビーズを分解揮発させ、相互に連結した孔のマトリックスを形成させた 。炭化サイクルではまた、一時的バインダーとして使用され残留するポリエチレ ングリコール、ザンタンガム、潤滑剤および懸濁助剤を分解し揮発させた。 この未焼結体は、それからアルゴン雰囲気中、約２／３気圧で、２１９０℃の ピーク温度で約１時間無加圧焼結を行い、約２.４ｇ／ｃｃ、または１２％収縮 率とした。得られた焼結体は、約８５重量％の炭化ケイ素の高密度化、自己焼結 マトリックス、マトリックス全体に分散した約１３重量％の炭素被覆黒鉛包含物 、および少量の約２.０重量％のホウ素および炭素の残留焼結助剤を包含する。 炭化ケイ素は、平均粒径約１０〜２５μｍを有し、炭素黒鉛包含物は、約７５〜 １２５μｍの平均粒径を有する。この得られた焼結体は、約８％の吸収率、約１ ９％の空孔率を有していた。 高密度化されたマトリックス体の相互に連結した孔は、それからフェノール樹 脂出含浸され、３５０℃、約８５〜１１０ｐｓｉｇで６時間硬化した。この含浸 されたフェノール樹脂は、次いでピーク温度８５０°Fで４８時間、非常にゆっ くりと炭化された。いくつかのバッチにおいては、もし必要ならば、この焼結体 を再びフェノール樹脂で含浸させ、硬化、炭化させ、最終複合体が漏れのないも のにする。 この焼結体を、それから研磨しダイアモンド仕上げをする。 図２Ａおよび図２Ｂに示される複合体は、約７３重量％の炭化ケイ素マトリッ クス、マトリックス全体中に分散した約１１重量％の炭素被覆黒鉛包含物、少量 の約２重量％の残留焼結助剤としてのホウ素および遊離炭素を包含する。この炭 化ケイ素は、約１０〜２５μｍの間の平均粒径を有し、炭素−黒鉛包含物は、約 ７５〜１２５μｍの平均粒径を有している。 この高密度化マトリックスは、約１４重量％の炭素で含浸された相互に連結し た孔の微細構造を有している。この含浸フェノール樹脂の炭化した炭素を含有す る相互に連結した孔は、約１３μｍの平均サイズを有している。最終焼結体は、 約２.５５〜２.６５ｇ／ｃｃ、または混合の規則により決定される理論密度の８ ８〜９２％の密度を有している。実施例 本発明のこの実施例の焼結体は、次の点を除き前の実施例の方法に準じて行っ た。すなわち、前の実施例に使用されたβ、α−炭化ケイ素の組み合わせの代わ りに、α−炭化ケイ素が使用された。まず、１０ポンドのα−炭化ケイ素（ロン ザカーボグラン（LONZA CARBOGARAN）UF-10、ＢＥＴ比表面積約９.０〜１１.０ ｍ²／ｇ、粒径約３.０μｍ以下を、１５ポンドの脱イオン水と、１０ｇのDARVAN C分散剤と混合してスラリーとした。このスラリーを２時間ボールミルにかけた 。 １０４部（全原料バッチの７１.８重量％）のα−炭化ケイ素の水中スラリー を、１部（全原料バッチの０.７重量％）のＢ₄Ｃと混合し、半時間撹拌した。こ れを前記実施例と同様にして処理を続けた。 含浸前の焼結体は、約８５重量％の炭化ケイ素の高密度化され、自己焼結のマ トリックス、マトリックス全体中に分散した約１３重量％の炭素被覆黒鉛包含物 、そして少量の約２.０重量％の残留焼結助剤としてのホウ素および遊離炭素を 包 含する。この炭化ケイ素は、約１０〜２５μｍの平均粒径を有し、炭素−黒鉛包 含物は約７５〜１２５μｍの平均粒径を有していた。 図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃに示すように、この複合体は、全体中に、約７３重量 ％の炭化ケイ素の高密度化され、自己焼結されたマトリックス、約１１重量％の 炭素被覆黒鉛包含物、少量の約２重量％の残留焼結助剤としてのホウ素および遊 離炭素を包含する。この最終複合体の炭化ケイ素は、約１０〜２５μｍの間の平 均粒径を有し、炭素−黒鉛包含物は、約７５〜１２５μｍの平均粒径を有してい た。 この高密度化マトリックスは、約１４重量％の含浸フェノール樹脂の炭化した 炭素で含浸された相互に連結した孔の微細構造を有している。この相互に連結し た孔は、約１３μｍの平均サイズを有していた。最終焼結体は、約２.６０ｇ／ ｃｃ、または混合の規則により決定される理論密度の９０％の密度を有していた 。 本発明の複合体の耐摩耗性や他の試験によれば、この複合体は他の炭化ケイ素 よりも優れた耐摩耗性および耐熱衝撃性を有し、また自己潤滑性も有することが 判った。一つの試験では、上記の第１の実施例による複合体のシールを、反応結 合炭化ケイ素により作られた雌リングに対して、３００,０００ｐｓｉｇ−ｆｐ ｍ（１６７ｐｓｉ×１８０２ｆｐｍ）ＰＶ、１０７ｐｓｉ脱イオン水中、５０時 間走らせた。反応結合炭化ケイ素により作られた雌リングの面は、平均摩耗率０ .００００２インチであったが、本発明の材料のシールは、測定できるほどの摩 耗はなかった。反応結合炭化ケイ素により作られた雌リングの面の１つの試験後 の代表的な部分を、図４Ａに示す。また、本発明の材料のシールの面の１つの試 験後の代表的な部分を図４Ｂに示す。 他の試験において、本発明の材料のそれ自身に対する自己潤滑性および乾燥運 転性が検査された。本発明の材料からシールおよび雌リングが、次の点以外は第 １の実施例に記載したようにして製造された。すなわち、マトリックスの孔の中 に含浸されたフェノール樹脂は炭化されなかった。シールと雌リングの代表的部 分である、シールの材料の部分を図５Ａおよび図５Ｂに示す。シールと雌リング は、脱イオン水中で１０４,０００ｐｓｉ−ｆｐｍ（５７ｐｓｉ×１８２０ｆｐ ｍ）ＰＶで１時間運転された。それから水を系から抜き取り、シールと雌リング は、互いに５６,０００ｐｓｉ−ｆｐｍ（３１ｐｓｉ×１８２０ｆｐｍ）ＰＶで 運転された。シールおよび雌リングは約４５分間運転されて、含浸された樹脂が 柔らかくなり汚れになり、運転を中止した。運転中止後のシールおよびリングの 面を、図５Ｃおよび図５Ｄにそれぞれ示す。高密度化された炭化ケイ素マトリッ クス、炭素被覆黒鉛包含物および樹脂を含浸した相互に連結した孔が、図５Ａ〜 図５Ｄに明瞭に見られる。４８時間の炭化サイクルで、シールおよび雌リングは 、その部品を破壊することなく、含浸樹脂を炭化し成功裏にコーク化した。炭化 後の雌リングの材料を図５Ｅに示す。これはまた炭化後のシール材料の様子を示 すものでもある。含浸された樹脂から炭化された炭素を含有する相互に連結した 孔は、図５Ｅから容易に見られる。 これらの部品はそれから、それら自身に対して１時間、脱イオン水中で、１０ ４,０００ｐｓｉ−ｆｐｍ ＰＶで運転され、再び水を除去した。部品は５６,０ ００ＰＶで１時間、成功裏に運転されたが、この時点で面を評価するために停止 された。１時間の乾燥運転後に面に若干の摩耗が見られたが、本発明の材料は乾 燥運転の条件でも続けられることを明瞭に示している。 本発明の材料の自己潤滑性をさらに評価するために、上記の第１の実施例に記 述した本発明の材料で作ったシールを、従来の自己焼結炭化ケイ素で作った雌リ ングに対して、１６８ｐｓｉの脱イオン水中で、４００,０００ｐｓｉ−ｆｐｍ （２２１ｐｓｉ×１８２０ｆｐｍ）ＰＶで運転した。３０分後、水を系から抜き 取り乾燥運転した。僅か１秒の後、従来の自己焼結炭化ケイ素のリングが図６Ｃ に示すように分解したので、試験リングは直ちに停止しなければならなかった。 図６Ａおよび図６Ｂは、従来の自己焼結炭化ケイ素の雌リングおよび本発明の材 料のシールの面の、乾燥運転前の状態をそれぞれ示す。図６Ｃおよび図６Ｄは、 従来の自己焼結炭化ケイ素の雌リングおよび本発明の材料のシールの面の、乾燥 運転後の状態をそれぞれ示す。図６Ｃおよび図６Ｄは、従来の自己焼結炭化ケイ 素の雌リングは分解しても、本発明の材料のシールはなお、ほとんどダメージが 無く乾燥運転に耐えていることを明瞭に示している。 上記の説明は、本発明を制限する意図のもとになされたものではない。代わり の態様も可能である。したがって、本発明の範囲は添付の請求の範囲およびその 合法的な均等物により定められるべきであり、上記に記載した態様のみによるべ きではない。産業上の利用可能性 本発明は上記のように構成したので、相互に連結した孔を有する高密度の自己 焼結炭化ケイ素／炭素−黒鉛複合体物質を提供することができ、これは摩擦学的 に有用な物質で含浸されることができるので、潤滑性に優れかつ乾燥運転にも耐 える摺動部材を提供することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自己焼結炭化ケイ素複合体材料であって、 次の（ａ）および（ｂ）からなる高密度化マトリックスを含有し、 （ａ）マトリックスの約５０〜９５重量％の炭化ケイ素；および （ｂ）マトリックスの約５．０〜５０重量％の炭素質物質の包含物、 そして、該マトリックスは、相互に連結した孔の微細構造を有し、かつ該炭素 質物質の包含物は、該炭化ケイ素の平均粒径よりも大きい平均粒径を有する、自 己焼結炭化ケイ素複合体材料。 ２．炭化ケイ素が、α−炭化ケイ素もしくはβ−炭化ケイ素、またはそれらの混 合物である、請求の範囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ３．炭素質物質の包含物が炭素、黒鉛もしくは炭素被覆黒鉛、またはそれらの混 合物である、請求の範囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ４．マトリックスがさらに、マトリックスの約０．３〜５．０重量％の残留焼結 助剤を包含する、請求の範囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ５．残留焼結助剤がアルミニウム、酸化ベリリウム、ホウ素、炭化ホウ素もしく は炭素、またはそれらの混合物である、請求の範囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ６．相互に連結した孔に含浸された追加の物質をさらに含有する、請求の範囲１ の炭化ケイ素複合体材料。 ７．追加の物質が炭素、樹脂、金属もしくはテフロン、またはそれらの混合物で ある、請求の範囲６の炭化ケイ素複合体材料。 ８．樹脂が炭素系の樹脂である、請求の範囲７の炭化ケイ素複合体材料。 ９．炭素系樹脂が石油ピッチもしくはコールタールピッチ、またはそれらの混合 物である、請求の範囲８の炭化ケイ素複合体材料。 １０．金属がニッケル、銀もしくはアンチモン、またはそれらの混合物である、 請求の範囲７の炭化ケイ素複合体材料。 １１．追加の物質が炭素前躯体から炭化された炭素を包含する、請求の範囲６の 炭化ケイ素複合体材料。 １２．炭素前躯体が炭素質樹脂を包含する、請求の範囲１１の炭化ケイ素複合体 材料。 １３．炭素質樹脂がフェノール樹脂、石油ピッチもしくはコールタールピッチ、 またはそれらの混合物を包含する、請求の範囲１２の炭化ケイ素複合体材料。 １４．高密度化マトリックスが次の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を包含し、 （ａ）マトリックスの約８０〜９０重量％の炭化ケイ素； （ｂ）マトリックスの約１０〜２０重量％の炭素、黒鉛もしくは炭素被覆黒 鉛、またはそれらの混合物の包含物；および （ｃ）マトリックスの約０．３〜３．０重量％の残留焼結助剤としてのホウ 素および炭素、 そして、炭化ケイ素は約１０〜２５μｍの平均粒径であり、該包含物は約７５ 〜１２５μｍの平均粒径である、請求の範囲１の炭化ケイ素複合体材料。 １５．炭化ケイ素がα−炭化ケイ素、β−炭化ケイ素またはそれらの混合物を包 含する、請求の範囲１４の炭化ケイ素複合体材料。 １６．孔に含浸された追加物質をさらに包含する、請求の範囲１４の炭化ケイ素 複合体材料。 １７．追加の物質は炭素、樹脂、金属もしくはテフロン、またはそれらの混合物 を包含する、請求の範囲１６の炭化ケイ素複合体材料。 １８．樹脂は炭素質樹脂である、請求の範囲１７の炭化ケイ素複合体材料。 １９．炭素質樹脂はフェノール樹脂、石油ピッチもしくはコールタールピッチ、 またはそれらの混合物を包含する、請求の範囲１８の炭化ケイ素複合体材料。 ２０．金属はニッケル、銀もしくはアンチモン、またはそれらの混合物を包含す る、請求の範囲１７の炭化ケイ素複合体材料。 ２１．追加の物質は炭素前躯体から炭化された炭素を包含する、請求の範囲１６ の炭化ケイ素複合体材料。 ２２．炭素前躯体は炭素質樹脂を包含する、請求の範囲２１の炭化ケイ素複合体 材料。 ２３．炭素質樹脂はフェノール樹脂、石油ピッチもしくはコールタールピッチ、 またはそれらの混合物を包含する、請求の範囲２２の炭化ケイ素複合体材料。 ２４．自己焼結炭化ケイ素複合体材料であって、 次の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）からなる高密度化マトリックスを含有し、 （ａ）全材料の約６０〜８０重量％の炭化ケイ素； （ｂ）全材料の約１０〜１８重量％の炭素、黒鉛もしくは炭素被覆黒鉛、ま たはそれらの混合物の包含物；および （ｃ）全材料の約０．３〜３．０重量％の残留焼結助剤としてのホウ素およ び炭素、 そして、該マトリックスは相互に連結した孔の微細構造を有し、該炭化ケイ素 の平均粒径は約１０〜２５μｍの平均粒径であり、該包含物の平均粒径は約７５ 〜１２５μｍであり、 そして、該材料はさらに、全材料の約１０〜１７重量％の該孔に含浸された炭 素を包含する、自己焼結炭化ケイ素複合体材料。 ２５．自己焼結炭化ケイ素複合体材料を製造するための原料バッチであって、次 の （ａ）約５０〜９０重量％の炭化ケイ素； （ｂ）約５．０〜５０重量％の炭素前躯体で被覆された黒鉛粒子； （ｃ）約２〜２０重量％の焼結助剤；および （ｄ）約０．７５〜１５．０重量％の一時的なフィラー、 を含有する原料バッチ。 ２６．炭化ケイ素が、α−炭化ケイ素もしくはβ−炭化ケイ素、またはそれらの 混合物を包含する、請求の範囲２５の原料バッチ。 ２７．炭素前躯体がフェノール樹脂、フルフリルアルコール、ポリエステル、石 油ピッチもしくはコールタールピッチ、またはそれらの混合物である、請求の範 囲２５の原料バッチ。 ２８．焼結助剤がアルミニウム、酸化ベリリウム、ホウ素源もしくは炭素源、ま たはそれらの混合物である、請求の範囲２５の原料バッチ。 ２９．ホウ素源が、ホウ素元素、炭化ホウ素またはそれらの混合物である、請求 の範囲２８の原料バッチ。 ３０．炭素源が、炭素元素もしくは炭化可能な有機物質、またはそれらの混合物 である、請求の範囲２８の原料バッチ。 ３１．炭化可能な有機物質が、フェノール樹脂、石油ピッチ、コールタールピッ チ、フルフリルアルコールもしくは蔗糖、またはそれらの混合物である、請求の 範囲３０の原料バッチ。 ３２．一時的なフィラーが有機物質である、請求の範囲２５の原料バッチ。 ３３．有機物質が、粉砕ナッツ殻、ワックス粒子もしくはポリプロピレンビーズ 、またはそれらの混合物である、請求の範囲３２の原料バッチ。 ３４．一時的なフィラーが無機物質である、請求の範囲２５の原料バッチ。 ３５．無機物質がセラミックビーズである、請求の範囲３４の原料バッチ。 ３６．約２．０〜８．０重量％の一時的なバインダーをさらに包含する、請求の 範囲２５の原料バッチ。 ３７．一時的なバインダーがフェノール樹脂、ポリエチレングリコールもしくは オレイン酸、またはそれらの混合物である、請求の範囲３６の原料バッチ。 ３８．次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）を含有する原 料バッチ： （ａ）約６０〜８０重量％の炭化ケイ素； （ｂ）約１０〜２０重量％の炭素前躯体で被覆された黒鉛粒子； （ｃ）約５．０〜１５．０重量％の一時的なフィラー； （ｄ）約２．０〜８．０重量％の一時的なバインダー； （ｅ）約１．０〜５．０重量％の炭化可能な有機物質；および （ｆ）約０．３〜１．５重量％のホウ素源。 ３９．炭化ケイ素がα−炭化ケイ素、β−炭化ケイ素またはそれらの混合物を包 含する、請求の範囲３８の原料バッチ。 ４０．炭素前躯体がフェノール樹脂、フルフリルアルコール、ポリエステル、石 油ピッチもしくはコールタールピッチ、またはそれらの混合物である、請求の範 囲３８の原料バッチ。 ４１．一時的なフィラーが、粉砕ナッツ殻、ワックス粒子もしくはポリプロピレ ンビーズ、またはそれらの混合物である、請求の範囲３８の原料バッチ。 ４２．一時的なバインダーがフェノール樹脂、ポリエチレングリコールもしくは オレイン酸、またはそれらの混合物である、請求の範囲３８の原料バッチ。 ４３．炭化可能な有機物質が、フェノール樹脂、石油ピッチ、コールタールピッ チ、フルフリルアルコールもしくは蔗糖、またはそれらの混合物である、請求の 範囲３８の原料バッチ。 ４４．ホウ素源が、ホウ素元素、炭化ホウ素またはそれらの混合物である、請求 の範囲３８の原料バッチ。 ４５．次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）を含有する請 求の範囲２５の原料バッチ： （ａ）約６０〜８０重量％の炭化ケイ素； （ｂ）約１０〜２０重量％のフェノール樹脂で被覆された黒鉛粒子； （ｃ）約５．０〜１５．０重量％のポリプロピレンビーズ； （ｄ）約２．０〜８．０重量％のポリエチレングリコール； （ｅ）約１．０〜５．０重量％の追加フェノール樹脂；および （ｆ）約０．３〜１．５重量％の炭化ホウ素。 ４６．次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）のステップからなる、 自己焼結炭化ケイ素複合体材料の製造方法： （ａ）不活性溶媒中に次の原料バッチを混合する： （i）約５０〜９０重量％の炭化ケイ素； （ii）約５．０〜５０重量％の炭素前躯体で被覆された黒鉛粒子； （iii）約２〜２０重量％の焼結助剤； （iV）約０．７５〜１５．０重量％の一時的なフィラー； （ｂ）原料バッチを乾燥して不活性溶媒を揮発させる； （ｃ）原料バッチを成形する； （ｄ）炭素前躯体が炭化するのに十分な温度まで加熱し、一時的なフィラー を揮発させ相互に連結した孔を有するマトリックスとする；そして （ｅ）成形体を焼結して、マトリックスを高密度化する。 ４７．炭化ケイ素がα−炭化ケイ素、β−炭化ケイ素またはそれらの混合物を包 含する、請求の範囲４６の方法。 ４８．炭素前躯体がフェノール樹脂、フルフリルアルコール、ポリエステル、石 油ピッチもしくはコールタールピッチ、またはそれらの混合物である、請求の範 囲４６の方法。 ４９．焼結助剤がアルミニウム、酸化ベリリウム、ホウ素源もしくは炭素源、ま たはそれらの混合物である、請求の範囲４６の方法。 ５０．ホウ素源が、ホウ素元素、炭化ホウ素またはそれらの混合物である、請求 の範囲４９の方法。 ５１．炭素源が、炭素元素もしくは炭化可能な有機物質、またはそれらの混合物 である、請求の範囲４９の方法。 ５２．炭化可能な有機物質が、フェノール樹脂、石油ピッチ、コールタールピッ チ、フルフリルアルコールもしくは蔗糖、またはそれらの混合物である、請求の 範囲５１の方法。 ５３．一時的なフィラーが有機物質である、請求の範囲４６の方法。 ５４．有機物質が、粉砕ナッツ殻、ワックス粒子もしくはポリプロピレンビーズ 、またはそれらの混合物である、請求の範囲５３の方法。 ５５．一時的なフィラーが無機物質を包含する、請求の範囲４６の方法。 ５６．無機物質がセラミックビーズである、請求の範囲５５の方法。 ５７．原料バッチがさらに、約０．３〜１．０重量％の懸濁助剤を包含する、請 求の範囲４６の方法。 ５８．懸濁助剤がザンタンガムを含有する、請求の範囲５７の方法。 ５９．原料バッチがさらに、約２．０〜８．０重量％の一時的なバインダーを包 含する、請求の範囲４６の方法。 ６０．一時的なバインダーがフェノール樹脂、ポリエチレングリコールもしくは オレイン酸、またはそれらの混合物である、請求の範囲５９の方法。 ６１．成形ステップが、原料バッチを約３〜９トン／平方インチの圧力で加圧し 、約１．６〜１．９ｇ／ｃｃの密度の未焼結体を得ることを包含する、請求の範 囲４６の方法。 ６２．加熱ステップが、焼結体を８００℃以上の温度で加熱することを包含する 、請求の範囲４６の方法。 ６３．焼結ステップが、成形体を減圧下、実質的に不活性の雰囲気で、約１９０ ０〜２５００℃の温度に加熱することを包含する、請求の範囲４６の方法。 ６４．マトリックス中の孔を追加の物質で含浸することを包含する、請求の範囲 ４６の方法。 ６５．追加の物質が、炭素、樹脂、金属もしくはテフロン、またはそれらの混合 物である、請求の範囲６４の方法。 ６６．含浸ステップが、 （ａ）マトリックスの孔を炭素質樹脂で含浸する；そして （ｂ）この炭素質樹脂を炭化する、 ことを包含する、請求の範囲６４の方法。 ６７．炭素質樹脂が、フェノール樹脂、石油ピッチもしくはコールタールピッチ 、またはそれらの混合物である、請求の範囲６６の方法。 ６８．金属がニッケル、銀もしくはアンチモン、またはそれらの混合物である、 請求の範囲６５の方法。 ６９．原料バッチが次の（i）〜（Vi）を包含する請求の範囲４６の方法： （i）約６０〜８０重量％の炭化ケイ素； （ii）約１０〜２０重量％の炭素前躯体で被覆された黒鉛粒子； （iii）約５．０〜１５．０重量％の一時的なフィラー； （iV）約２．０〜８．０重量％の一時的なバインダー； （V）約１．０〜５．０重量％の炭化可能な有機物質；および （Vi）約０．３〜１．５重量％のホウ素源。 ７０．炭化ケイ素がα−炭化ケイ素、β−炭化ケイ素またはそれらの混合物を包 含する、請求の範囲６９の方法。 ７１．炭素前躯体がフェノール樹脂、フルフリルアルコール、ポリエステル、石 油ピッチもしくはコールタールピッチ、またはそれらの混合物である、請求の範 囲６９の方法。 ７２．一時的なフィラーが、粉砕ナッツ殻、ワックス粒子もしくはポリプロピレ ンビーズ、またはそれらの混合物である、請求の範囲６９の方法。 ７３．一時的なバインダーがフェノール樹脂、ポリエチレングリコールもしくは オレイン酸、またはそれらの混合物である、請求の範囲６９の方法。 ７４．炭化可能な有機物質が、フェノール樹脂、石油ピッチ、コールタールピッ チ、フルフリルアルコールもしくは蔗糖、またはそれらの混合物である、請求の 範囲６９の方法。 ７５．ホウ素源が、ホウ素元素、炭化ホウ素またはそれらの混合物である、請求 の範囲６９の方法。 ７６．原料バッチがさらに、約０．３〜１．０重量％の懸濁助剤を含有する、請 求の範囲６９の方法。 ７７．懸濁助剤がザンタンガムを包含する、請求の範囲７６の方法。 ７８．成形ステップが、原料バッチを加圧して、未焼結体の密度約１．６０〜１ ．９０ｇ／ｃｃとすることを包含する、請求の範囲６９の方法。 ７９．加熱ステップが、成形体を約８００℃以上に加熱することを包含する、請 求の範囲６０の方法。 ８０．焼結ステップが、成形体を減圧下、実質的に不活性の雰囲気で、約１９０ ０〜２５００℃の温度に加熱することを包含する、請求の範囲６９の方法。 ８１．マトリックスの孔を追加の物質で含浸するステップをさらに包含する、請 求の範囲６９の方法。 ８２．追加の物質が、炭素、樹脂、金属もしくはテフロン、またはそれらの混合 物である、請求の範囲８１の方法。 ８３．含浸ステップが、 （ａ）マトリックスの孔を炭素質物質で含浸させ； （ｂ）この炭素質物質を炭化する； ことを包含する請求の範囲８１の方法。 ８４．炭素質樹脂が、フェノール樹脂、石油ピッチもしくはコールタールピッチ 、またはそれらの混合物である、請求の範囲８３の方法。 ８５．金属がニッケル、銀もしくはアンチモン、またはそれらの混合物である、 請求の範囲８２の方法。 ８６．次の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）のステップからなる、 請求の範囲４６の方法： （ａ）不活性溶媒中に次の原料バッチを混合する： （i）約６０〜８０重量％の炭化ケイ素； （ii）約１０〜２０重量％の炭素前躯体で被覆された黒鉛粒子； （iii）約５〜１５．０重量％のポリプロピレンビーズ； （iV）約２．０〜８．０重量％のポリエチレングリコール； （V）約１．０〜５．０重量％の追加のフェノール樹脂； （Vi）約０．３〜１．５重量％の炭化ホウ素； （Vii）約０．３〜１．０重量％のザンタンガム、 （ｂ）原料バッチを乾燥して不活性溶媒を揮発させる； （ｃ）原料バッチをプレス成形し、未焼結体の密度を約１．６０〜１．９０ とする； （ｄ）成形体を８００℃に加熱して炭素前躯体を炭化させ、一時的なフィラ ーを揮発させ相互に連結した孔を有するマトリックスとする；そして （ｅ）成形体を減圧下、実質的に不活性の雰囲気で、約１９００〜２５００ ℃の温度に加熱して、マトリックスを２．１０〜２．６０ｇ／ｃｃの密度に高密 度化する。 ８７．炭化ケイ素がα−炭化ケイ素、β−炭化ケイ素またはそれらの混合物を包 含する、請求の範囲８６の方法。 ８８．マトリックスの孔をフェノール樹脂で含浸し、その樹脂を炭化することを さらに含む、請求の範囲８６の方法。 ８９．炭化ケイ素が約１０〜２５μｍの平均粒径であり、炭化物の包含物が７５ 〜１２５μｍの平均粒径をである、請求の範囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ９０．マトリックスが少なくとも約２．１０ｇ／ｃｃの密度を有する、請求の範 囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ９１．マトリックスが約２．２０〜２．６０ｇ／ｃｃの密度を有する、請求の範 囲９０の炭化ケイ素複合体材料。 ９２．マトリックスが、混合の法則により定義される理論密度の少なくとも約７ ３％の密度を有する、請求の範囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ９３．相互に連結した孔は、少なくとも約１０μｍの平均径を有する、請求の範 囲１の炭化ケイ素複合体材料。 ９４．マトリックスは少なくとも８〜３０％の空孔率を有する、請求の範囲１の 炭化ケイ素複合体材料。 ９５．複合体材料は約２．５５〜２．６５ｇ／ｃｃの密度を有する、請求の範囲 ６の炭化ケイ素複合体材料。 ９６．追加の物質が、材料全体の約１０〜１７重量％の炭素を包含する、請求の 範囲７の炭化ケイ素複合体材料。 ９７．マトリックスは約２．２０〜２．６０ｇ／ｃｃの密度を有する、請求の範 囲１４の炭化ケイ素複合体材料。 ９８．マトリックスは約２．３５〜２．４５ｇ／ｃｃの密度を有する、請求の範 囲９７の炭化ケイ素複合体材料。 ９９．相互に連結した孔は、少なくとも約１０μｍの平均径を有する、請求の範 囲１４炭化ケイ素複合体材料。 １００．マトリックスは少なくとも８〜３０％の空孔率を有する、請求の範囲１ ４の炭化ケイ素複合体材料。 １０１．複合体材料は約２．５５〜２．６５ｇ／ｃｃの密度を有する、請求の範 囲１６の炭化ケイ素複合体材料。 １０２．追加の物質が、材料全体の約１０〜１７重量％の炭素を包含する、請求 の範囲１７の炭化ケイ素複合体材料。 １０３．相互に連結した孔は、少なくとも約１０μｍの平均径を有する、請求の 範囲２４の炭化ケイ素複合体材料。 １０４．複合体材料は約２．５５〜２．６５ｇ／ｃｃの密度を有する、請求の範 囲２４の炭化ケイ素複合体材料。