JPS5934148B2 - 炭化けい素成形体の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭化けい素成形体の製造法に関する。

従来、炭化けい素（以下ＳｉＣという）成形体の製造法
は、α型ＳｉＣの微粉末と炭素材料とからなる成形体を
Ｓｉ融液の中に浸漬したり、あるいはＳｉの蒸気を通し
てβ型ＳｉＣを結合させる反応焼結法やポリカルボシラ
ン等の５ｉ−Ｃの骨格を有する結合剤をα型ＳｉＣ微粉
末に添加し成形体を得る方法が提案されている。

しかしながら、前者の方法はα型ＳｉＣと炭素材料との
空間にＳｉの蒸気やＳｉＯ蒸気を侵入させることが困難
であり、大型製品を得る場合には適当ではなく、後者の
方法では、例えばポリカルボシランを工業的に得ること
が困難である。

本発明者は、これらの欠点を解決するために鋭意研究し
た結果、本発明の完成に到達した。

本発明は、２５０μ好ましくは１６μ下α型ＳｉＣ粉末
７０〜９０重量係とタール・ピッチ系結合剤３０〜１０
重置部とを混合し、これらの混合物１００重量部にコロ
イド状黒鉛の水溶液を無水換算で１０〜４０重量部を配
合し、これを水分量が１〜１２重量係に置部し、次に３
００〜１２００１ｖ／＝の圧力下成形し、５００〜１３
００℃好ましくは８００〜１０００℃の温度で焼成して
得られた成形体をコロイド状無水珪酸の水溶液に浸漬し
た後、１６００〜２２００℃の温度で焼結させることを
特徴とするものである。

また、コロイド状無水珪酸の水溶液に浸漬するに際し、
真空下、１５〜２２℃の温度条件下で脱気したる後に除
々に常圧とし、圧力下で少くとも３時間含浸させるもの
である。

本発明で使用できるα型ＳｉＣ粉末は、２５０μ以下の
ＳｉＣ含有量が９０重量置部上の炭化けい素でなければ
ならない。

特に高強度の成形体を得る際には、８μ以下の微粉末が
必要である。

タール・ピッチ系結合剤は、ストレートピッチあるいは
ブローンアスファルトでいずれもタールと適当な割合で
混合したものが使用できる。

次に、原料の配合は、α型ＳｉＣ粉末７０〜９０重量部
とタール・ピッチ系結合剤３０〜１０重量部の割合が必
要である。

タール・ピッチ系結合剤が１０重量部未満では、結合力
が小さく、３０重量部をこえると成形が困難となる。

このように配合された混合原料にコロイド状黒鉛の水溶
液を無水換算で１０〜４０重量部添加する。

コロイド状黒鉛の水溶液濃度は、１５〜２５重量係が特
置部扱い上、また粘性の点から使用しやすい。

この添加量が１０重量部未満では、成形体の強度が小さ
く、４０重量部をこえると成形体にラミネーションある
いは亀裂が発生する傾向がある。

次に、α型ＳｉＣ粉末、タール・ピッチ系結合剤および
コロイド状黒鉛からなる混合原料を１００〜１１０℃の
温度で乾燥する。

乾燥の程度は、成形体中の水分量が１〜１２重量係で置
部ればならない。

水分量が１重置部未満では、成形時にラミネーション、
亀裂が発生し、最終製品であるＳｉＣ成形体の構造上の
欠陥を招来することとなる。

また、１２重量置部こえると、成形体の密度を充分高め
ることが困難である。

成形体を得る方法としては、圧縮成形法を採用すること
ができる。

成形時の圧力は、３００〜 。１２００ゆ／ｄが必要
である。

３００ゆ７４未満では、未だ成形体中に気泡が残存し、
最終製品であるＳｉＣ成形体の嵩密度も小さく、強度も
小さい。

１２００ ｋｇ／ｃｒＡをこえると、成形体にラミネー
ションが発生し、構造上の欠陥を招来することとなるの
で好ましくない。

次に、この成形体を焼成する。

焼成の目的はタール・ピッチの熱処理によるβ−レンジ
化を促進し、結合力を増加せしめることおよび低溜分を
脱気することにより適当な空隙を形成することにある。

焼成温度は、５００〜１３００℃好ましくは８００〜１
０００℃の範囲がよろしい。

５００°Ｃ未満では、β−レジン化が小さく結合力が小
さいし、１３００℃をこえると殆んど炭化し、”ボロツ
キ”現象が起る。

このようにして得られた焼成後の成形体の強度は、５０
〜１００ｋｇ／ｃｒＩｔであり、次の含浸工程に移され
る。

まず、含浸せしめるコロイド状無水珪酸は市販のものが
使用できる。

水溶液の濃度は、１５〜２５重量係のも置部含浸しやす
く、効果的である。

含浸するには、密閉された容器に濃度１５〜２５重量係
のコ置部ド状無水珪酸の水溶液を充填し、これに成形体
を装入する。

充分溶液中に浸し、真空下で成形体中の気泡を脱気する
。

脱気時の温度は、１５〜２２°Ｃの範囲でなければなら
ない。

１５°Ｃ未満では、未だコロイド状無水珪酸水溶液の粘
度が大きく、成形体中にこの溶液を含浸させる際に充分
な効果を期することができないし、２２℃をこえると溶
液が沸騰を起し、充分なる含浸効果を期することができ
ない。

溶液温度の調節は、適当な発熱体を内部に装填すること
により達成することができる。

また、成形体中の気泡の脱気操作は通常少くとも５時間
程必要であり、脱気が充分性なわれたことを確認したる
後に、真空状態を徐々に常圧に復し、コロイド状無水珪
酸の水溶液を含浸せしめる。

この際に、急激に常圧に復せしめんとすれば容器の破損
あるいは溶液の含浸が平滑に行なわれないので避けなけ
ればならない。

含浸操作は、成形体の気孔率により多少左右されるが、
少なくとも３時間は必要である。

３時間未満では、コロイド状無水珪酸の含浸量が少なく
、最終製品であるＳｉＣ成形体の強度の向上を計ること
は難しい。

含浸して得られた成形体は、１００〜１１０°Ｃの温度
で乾燥した後、非酸化性雰囲気下１６００〜２２００℃
の温度で焼結される。

通常この雰囲気ガスとしてはＡｒ、Ｈｅ特の不活性ガス
が使用される。

１６００℃未満では、以下に示す反応が充分進行しない
ので強固なβ型ＳｉＣ結合を期することはできない。

５ｉｎ２ ＋ ＳｉＣ＋ ＣＯ（１） ＳｉＯ＋ ＳｉＣ＋ Ｃｏ （２） すなわち、（１）式に示すように、コロイド状無水珪酸
中のＳ ｉ０２はコロイド状黒鉛あるいはタール・ピッ
チの炭化により生じた炭素分と反応しＳｉＯの蒸気とな
り、次にこのＳｉＯは（２）式の反応によりＳｉＣとな
る。

従って、成形体中の内部とくに空隙部分は、β型ＳｉＣ
の生成により充たされるこ羨になる。

２２００℃をこえると、一旦生成したβ型ＳｉＣが昇華
し始めることおよびα型ＳｉＣに転移する傾向があるの
で好ましくない。

以上の方法により得られたＳｉＣ成形体は従来のものに
較べ次の効果が認められる。

（１）ＳｉＣ化が充分進行するので未反応の炭素分ある
いはＳｉＯ□分が少ない。

（２）成形体の強度が気孔率の割には太きい。

（３）製造が従来方法に較べ簡単であり、安価にでき大
型成形品を得ることができる。

次に、本発明の実施例により、その効果を説明する。

実施例 １６μ下α型ＳｉＣ粉末８０重量部とタール・ピッチ結
合剤２０重量部とを混合機にて充分混合し次に濃度２０
重量置部コロイド状黒鉛溶液を無水換算で２０重量部添
加し、混線機にて混練した後に上記混練原料中の水分が
３重置部になるように１００℃の温度で１０時間乾燥し
た。

次に上記原料を５００ ｋｇ／ｆｆｌの圧力下５０×１
００ｍｍの直方体状に成型し８００℃の温度にて１時間
焼成し、濃度２０重量置部コロイド状無水珪酸の水溶液
中に上記焼成品を浸し、真空下１８℃の温度にて充分脱
気したる後に約２０分間にて真空状態から常圧に復し５
時間含浸した。

次に、含浸成形体をＡｒ雰囲気下１８００°Ｃの温度に
て１時間焼結した（本発明品） 比較のため、前記実施例で用いた原料のかわりに、１６
μ下α型８ｉＣ粉末８０重量部、タール・ピッチ結合剤
２０重量部及び炭素粉末２０重量部からなる混合原料を
用いて同様に成形し焼結した（従来品）。

得られた成形体の物性を第１表に示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １２５０μ以下α型炭化けい素粉床７０〜９０重量部と
   タール・ピッチ系結合剤３０〜１０重置部とを混合し、
   これらの混合物１００重量部にコロイド状黒鉛の水溶液
   を無水換算で１０〜４０重量部を配合し、これを水分量
   が１〜１２重量係に置部ように乾燥し、次に３００〜１
   ２００ｋｇ／ｃｒｌｔの圧力下成形し、５００〜１３０
   ０℃の温度にて得られた成形体をコロイド状無水珪酸の
   水溶液に浸漬した後、１６００〜２２００℃の温度で焼
   結させることを特徴とする炭化けい素成形体の製造法。