JPS58104078A - SiC−黒鉛複合材の製造法 - Google Patents

SiC−黒鉛複合材の製造法

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JPS58104078A
JPS58104078A JP56203081A JP20308181A JPS58104078A JP S58104078 A JPS58104078 A JP S58104078A JP 56203081 A JP56203081 A JP 56203081A JP 20308181 A JP20308181 A JP 20308181A JP S58104078 A JPS58104078 A JP S58104078A
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JP
Japan
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sic
graphite
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sic layer
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JP56203081A
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憲一 中山
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Resonac Corp
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は5iC−黒鉛複合材の製造法に関する。
′ 近年メカニカルシール用しゆう動部品、電子部品製
造用治具等に黒鉛の表面にSiCの層を形成さぜた5i
C−黒鉛複合材が、その耐摩耗性。
耐良性、耐熱性等の特長を生かして用いられるようにな
って来ている。
黒鉛の表面KSiC層を形成する方法としては。
コミティング法とコンバージョンとの二つの方法が主で
ある。
コーティング法は8iHC1sのようなケイ素の塩化物
及びC,’H1のような炭素化合物又はCHs81cJ
sのような塩素を含む有機ケイ素化合物を加熱された黒
鉛基材表面に導いて熱分解し8iCとして蒸着させる方
法であり、コンバージョン法は8iガスまたはSiOガ
スを加熱され九黒鉛基材と反応させて黒鉛基材の表面を
8iCK転化する方法である。
コーティング法による5iC−黒鉛複合材(以下コーテ
イング品と称する)は黒鉛基材の表面に8iCが付着し
たものであるため、黒鉛基材とSiC層との連続性が無
くまた温度変化に対して黒鉛基材とSiC層との熱膨張
率が異なる丸め。
コーティングされたSiC層(以下蒸着SiC層と称す
る)がはがれやすい欠点がある。またコーティング法は
反応速度が遅い九めあるli度以上のSiC層の厚みを
要する製品、たとえばメカニカルシール用しゆう動部品
勢を製作する場合には製作に多くの時間を要し、高価な
ものとなる。但しコーティングされ九SiC層は緻密な
組織となっておシ、気密性を有するのでメカニカルシー
ル用しゆう動材として用いる場合は気密性を付与する丸
めの樹脂含浸は不要となる。ま九高温熱処理治具等に用
い九場合は9表面が気密であるため耐酸化消耗性が良い
等の利点がある。
一方、コンバージョン法による8iC−黒鉛複合材(以
下コンバージョン品と称する)は。黒鉛基材の表面に比
較的容J6に厚いSiC層を得ることができ(メカニカ
ルタール等のしゆう動部品として使用するには1表面を
平滑にするため研磨、ラップなどの加工を行なう九め、
SiC層の厚みは通常0.5■程度必要とされる。)、
i九黒鉛基材の表面をSiCに転化するため、SiC層
(以下転化SiC層と称する)と黒鉛基材との結合が強
固で、熱衝撃に強い利点がある。但し本来黒鉛基材中に
存在する微小空隙はコンバージョン法によってSiCで
充てんされない丸め。
、、l’、’ll’ll 気密性は黒鉛基材以上に改善されない。したがってメカ
ニカルシール用しゆう動部品に適用する丸めには、樹脂
含浸等の手段で気密性を付与する必要があり、含浸樹脂
の耐熱性によシ使用温度範囲が制限される。ま九コンバ
ージョン品は製品の表面が平滑性に欠ける丸め、メカニ
カルシール用しゆう動部品のしゆう動量、0リングシー
ル面等は研磨加工する必要があシ、そのため樹脂含浸に
よる気書層をある程度除去することになシ、気密性を損
う場合がある。
さらに上記の理由により、コンバージョン品を高温熱処
理用治具として用いると酸素の存在する雰囲気中では、
内部黒鉛基材の酸化消耗が避けられない、iた9表面が
平滑性に欠けることから、装着する部品にキズがつきや
すい等の欠点がある。
本発明の目的は上記の欠点を解消し九8iC−黒鉛複合
材の製造法を提供することにある。
発明者は種々検討の結果、コンバージョン法によシ黒鉛
基材の表面をSiCに転化し、コーティング法により門
らに810層を形成させる方法の組合せによシ上記目的
を達成出来ることを見出し九。
本発明はコンバージョン法にょシ黒鉛基材の、(面をS
iCに転化したのち、該SiC転化表面にコーティング
法によりSiCを蒸着させてなる8iC−黒鉛複合材の
製造法に関する。
本発明において、コンバージョン法の次にコーティング
法を行なうことが必要で、この順序を逆にしてさきにコ
ーティング法を実施すると蒸着SiC層は緻密ではある
が黒鉛基材の細孔壕蒸着出来ないので9次のコンバージ
ョン処理における加熱で蒸着SiC層と黒鉛との熱膨張
差の為、蒸着SiC層が剥離し九シ、クラックが発生し
て好ましくない。
用いる黒鉛基材は、一般に言われる電気黒鉛質、天然黒
鉛質又はそれらの複合されたものを指し特に制限はない
。若干の炭素質の存在があっても黒鉛質の方が多い材質
であれば使用可能である。又コンバージョン及びコーテ
ィングの方法についても従来公知の方法を使用し特に制
限はない。      ゛ コン!(−ジョン法によシ黒鉛基材の表面を8iCに転
化し九のち、300℃以上2000℃以下の温度及び不
活性ガス雰囲気中で熱処理し。
コンバージョン処理中又はその後で付着し九汚れ等の不
純物を焼失除去させ9表面を清浄にした後コーティング
処理することが転化SiC層と蒸着SiC層との結合を
強固にするので好ましい。
一般にコーティング処理の場合は、被蒸着面に汚れ等の
不純物が存在すると、その不純物が核とな、りSiCの
結晶又はウィスカーが生長し易くなり転化SiC層と蒸
着8iCとの結合が不十分になることがある。従って良
好な製品を得る為には8iCコーテイングをする前に前
述のような清浄化処理をするのが効果的である。熱処理
温度が300℃未満では清浄化の効率が小さく。
2000℃を越えるとSiCの分解が始まる。又不活性
ガス雰囲気としたのはコンバージョン処理をした黒鉛基
材が300℃以上の温度で酸化されるのを妨止する為で
ある。
特に転化8’iC層と蒸着SiC層の強い結合を要求さ
れる材料には、極めて清浄な被蒸着面とする為にコンバ
ージョン処理をし九のち1500℃〜2000℃の温度
でCCl、ガスとN、ガスと1 の混合ガスを通じて不純物と塩化物として除去し清浄化
するのが良い。
製品の平滑さを要求される5iC−黒鉛複合材をiるに
は、コンバージョン法によシ黒鉛基材の表面をSiCに
転化したのち、該表面を研磨加工又はクリーニング等の
機械加工によシ付着しているSiC結晶粒を除去し、し
かるのちSiCコーティングを行なうことが好ましい。
即ちコンバージョン法により形成された転化SiC層の
表面には反応中に生成したSiC結晶粒子が点在して付
着しているので(以下付着8iCど称する)その表面が
平滑でない為コーテイング後の製品表面も平滑さが不十
分である。
付着8iCの発生は次の理由によるものと考え□ られる。
□ コンバージョンの反応形態は次の化学式で表わされる。
S iot 十〇−+S io + Co・・・・・・
(1)8 io + 2C−4PS iC十CO・・・
・・・(2)(1)式は反応原料として珪石(ssot
)及びコークス(C)を用いた場合の反応ガスSiOの
生成過程を示し、(2)式は反応ガス8i0と黒鉛基材
Cとの反応に□よりSiCが生成する過程を示す。
この反応を約2000℃付近で行なわせ九場合1反応ガ
スの生成が急激に行なわれる為1反応原料粉本の一部が
反応ガス中に浮遊し黒鉛基材表面において(2)の反応
が起こシ結果として転化SiC層の上に更に余分の付着
8iCが形成される。他の要因としては黒鉛基材の一部
がガス化し基材表面においてSiOガスと反応してSi
C結晶となる。このようにして形成された付着SiCは
転化SiC層の上にSiC結晶粒子が付着しtものであ
るから1表面の平滑性を不十分にニー□ させる原因となる。
11itl コンバージョン法:法より黒鉛基材の表面をSiCに転
化したのち、該表面をクリーニング又は研磨加工してか
ら300℃以上2000℃以下の温度及び不活性ガス雰
囲気中で熱処理し、この後でコーティング処理をすれば
更に好ましい。
クリーニングの方法について特に制限はないが、アルミ
ナ+ S tc *砂等の硬質粒子を用いたショツトブ
ラスト、セラミック球、SiC粒等を用い九振動式バレ
ル装置等を用いることが作業性の面で好ましい。ま九漱
終製品において平滑な面を必要とする部分9例えば、メ
カニカルシール用しゆう動部品のしゆう動面、0リング
シ一ル面等はコンバージョン処理後にダイヤモンドホイ
ール等による研−磨加工を行なえば、SiCコーテイン
グ後に良好な平滑面が得られる。尚この場合最終製品と
して所要の平滑さを得る為に12μm以内の面粗さに加
工することが好ましい。面粗さが12μmより大きいと
きは8iCコーテイング処理後に再研磨が必要にな9.
再研磨によって当該部分のコーティングSiC層が除去
されるためである。
以下実施例を説明する。
実施例1 第1図に示す如く蓋付円筒形の黒鉛るつぼ2を黒鉛チュ
ーブヒーター1内に同心円状に設置し。
黒鉛るつぼ2内の隔壁6で区切つ九一部屋に8iへ粉末
とコークス粉末とを混合し九反応原料8を入れ、他の部
屋には黒鉛製のバー5に黒鉛製のスペーサ4をはさんで
φ60×φ50X5j(単位■)のリング状黒鉛基材3
をりり下げる。次に黒鉛るつぼ2の周囲すなわち黒鉛チ
ューブヒーター1内にヘリウムガスを流し、更に黒鉛チ
ューブヒーター1に電流を通じ黒鉛るつぼ2の温度を1
900℃に加熱して処理し九。尚発生し九ガスはガス抜
き穴7から外部へ排出されるiこのようKして得られた
5iC−黒鉛複合材リングはSiC層の厚さ約1■で表
面は付着SiCが不均一に形成され0.1〜0.2■程
度の凹凸があった。このリングを5〜30μmの粒径を
持つ5iC1)を用いて空気圧3に#/備−で、ショツ
トブラスト処理を行なったところ、付着SiCが除去さ
れ表面の粗さは20〜40μm Rmaxとなった。さ
らに両端面と外径をダイヤモンドホイールにて研磨し面
粗さ3〜6μm Rmax K仕上げた。このリングを
6g2図に示す構造の装置を用いてSiCコーティング
処理を行なった。第2図において9は高周波コイル、1
0は耐熱容器(石英製)、11は前記コンバージョン処
理、ショツトブラスト処理及び研磨加工処理後のリング
、12は黒鉛製の保持具である。高周波コイル9に電流
を通じ、耐熱容器内の温度を1,300℃に保持すると
共に矢印の方向から反応ガスを流入させ、50分間処理
してリングIIK蒸着SiC層を形成させた。反応式を
下記に記す。
S 1c14 +CC14+4 H*→SiC+8HC
jこのようにして得られ九りングは転化SiC層の上に
平均50μmの厚さの蒸着SiC層が形成され。
表面の粗さはほぼコーティング前の粗さと同程度であっ
た。このリングを空気圧5 h/cm”で気密試験を行
なったところ5分間経過して4漏れのないことが確認さ
れ丸。また外径部にゴム製oリングを介在させてシール
性の確認を行なっ九ところ。
−□、 0リングシ一ル面は水、圧”’10 Kg/cI11”
に対して充分シール性を有すること゛が確認された。な
お0リングシ一ル面(外径部)の面アラブは4〜8μm
R+maxであった。また片側端面をラッピング加工し
九ところ、ラッピング化10μm〜20μmで充分実用
的な鏡面を得ることができ、しゆう動面にほぼ30〜4
0μmの厚さの蒸着SiC層を保持できた。さらに熱衝
撃テストとして加熱→水中投入を行なったとζろ第1表
の結果となり、同時に比較テストしたコンバージョン品
にフラン樹脂含浸を行なったもの又はコーテイング品よ
り優れた特性を持つ仁とが確認され友。なお加熱温度は
メカニカルシールの使用温度範囲を想定して、500℃
までとした。
第1表 熱衝撃テスト結果 実施例2 実施例1のリング状黒鉛基材に代えて黒鉛バー5を通す
丸めの穴を設けた5oxsoxst(単位關)の黒鉛角
板を実施例1と同様にコンバージ」ン法により0.5 
wIの転化SiC層を形成させ、φ3■のセラミックボ
ールを投入し九バレル研磨装置にて2時間クリーニング
を行ない、さらに50G”C,N、ガス中で1時間熱処
理した後実施例1と同様な方法で20分関SiCコーテ
ィング処理を行なった。尚実施例2の角板の蒸着SiC
層の厚さは平均15μmであった。この角板とコンバー
ジョンのみを行なった四−形状の角板および同一形状の
黒鉛板を用いて酸化消耗試験を行なつ九が、実施例2の
ものはほとんど酸化消耗がなかつ九。試験結果を第2表
に示す。試験条件は500℃大気中を九実施例2で得ら
れ九8iC−黒鉛複合角板について加熱、水中投入試験
を行なった。即ちマツフル炉で800℃壕で加熱し九後
水中に投入したが、り2ツク、SiC層の剥l1111
IIIの異常のないことを確認した。なお800″cO
温度は実験装置の都合で決定した温度である。
本発明の製法によれば、コンバージョン法により黒鉛基
材の表面を8iCに転化したのち、コーティング法によ
りSiCを蒸着させるので、(1)黒鉛基材、転化8.
40層及び蒸着SiC層との結合が強く。
急熱急冷等の苛酷な使用条件に耐え、SiC層の剥離、
クラッタ等がなく 、 (2)表面が気密であるため耐
酸化消耗性に優れ、樹脂含浸品よシ屯高温領域での使用
が可能で、(3)所定厚みの8iC層を比較的安価に製
造出来る8iC−黒鉛複合材が得られる。
更にコンバージョン処理後に、クリーニング又は研磨加
工を行なえば9表面の平滑なメカニカルシール用しゆう
動部品等に好適な材料が得られる。
【図面の簡単な説明】
・第1図は実施例で用%/%九コシコンバージョン手続
補正書(自発) 昭和57年3 月17 日 特許11に宮殿 l東件の表示 昭和56年特許願第203081、 発明の名称 5iC−黒鉛複合材の製造法 3、補11;をする者 ◆f1との関係   特許出願人 rl  相 14451 H;L化成」−業株式会社4
代 理 人 ます。 (2)同第2頁第11行に「が異なる丸め、」とあるの
を「の差により、」と訂正します。 (3)同第2頁第18行に「コーティングされ九」とあ
るのを「蒸着」と訂正します。 (4)同第5頁第1行にr8iC転化」とあるのを「転
化SiC層」と訂正します。 (5)同第5買第7行から第8行に[緻密ではあるが黒
鉛基材の細孔まで蒸着出来ないので、」とあるのを「緻
密である為9次のコンバージョン処理において反応ガス
を黒鉛に接触させることができないので転化SiC層が
形成されない、又」と訂正します。 (6)同第8頁第8行に「(2)の反応」とあるのをr
ll)及び(2)の反応」と訂正します。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ティング法によりSiCを蒸着させることを特徴とする
    5iC−黒鉛複合材の製造法。
JP56203081A 1981-12-16 1981-12-16 SiC−黒鉛複合材の製造法 Pending JPS58104078A (ja)

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JP56203081A JPS58104078A (ja) 1981-12-16 1981-12-16 SiC−黒鉛複合材の製造法

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JP56203081A JPS58104078A (ja) 1981-12-16 1981-12-16 SiC−黒鉛複合材の製造法

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JPS58104078A true JPS58104078A (ja) 1983-06-21

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ID=16468040

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JP56203081A Pending JPS58104078A (ja) 1981-12-16 1981-12-16 SiC−黒鉛複合材の製造法

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JP (1) JPS58104078A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63290393A (ja) * 1987-05-22 1988-11-28 イビデン株式会社 焼成容器
US5116679A (en) * 1988-07-29 1992-05-26 Alcan International Limited Process for producing fibres composed of or coated with carbides or nitrides

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63290393A (ja) * 1987-05-22 1988-11-28 イビデン株式会社 焼成容器
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