JPS60195076A - 炭素材料の表面改質方法 - Google Patents
炭素材料の表面改質方法Info
- Publication number
- JPS60195076A JPS60195076A JP5045784A JP5045784A JPS60195076A JP S60195076 A JPS60195076 A JP S60195076A JP 5045784 A JP5045784 A JP 5045784A JP 5045784 A JP5045784 A JP 5045784A JP S60195076 A JPS60195076 A JP S60195076A
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- Japan
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- silicon
- carbon
- carbon material
- containing material
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- Pending
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）＃業トの利用分野
本発明は１例えば、製鋼用電極、電解板、電刷子、各種
冶具、活性炭、炭素繊維さらには原子炉用構造材等、今
（１様々の産業分野で広汎に利用されている炭素材料の
表面改質方法に関するものであろう （ロ）背方Ｉ説明 ゆ°素材料は、それがもつ優れた諸性能から」−記多種
の用途に１咄広く活用されているが、さらにその表面性
状を改質して、本来の特性を保持しつつその短所である
低い表面硬度と耐酸化性を改六で、！るようにすれば、
炭素材料の利用価値を一層高揚することがＯｆ能となる
。この目的のために、従来から炭素材料の表面改質方法
とじて、気相反応法により炭素材料の表面に炭化ケイ素
の皮膜層を−・様に旧情形成せしめる方法が広く採用さ
れている。
冶具、活性炭、炭素繊維さらには原子炉用構造材等、今
（１様々の産業分野で広汎に利用されている炭素材料の
表面改質方法に関するものであろう （ロ）背方Ｉ説明 ゆ°素材料は、それがもつ優れた諸性能から」−記多種
の用途に１咄広く活用されているが、さらにその表面性
状を改質して、本来の特性を保持しつつその短所である
低い表面硬度と耐酸化性を改六で、！るようにすれば、
炭素材料の利用価値を一層高揚することがＯｆ能となる
。この目的のために、従来から炭素材料の表面改質方法
とじて、気相反応法により炭素材料の表面に炭化ケイ素
の皮膜層を−・様に旧情形成せしめる方法が広く採用さ
れている。
しかし、この方法によると、その皮膜層に非常に膜厚の
薄いものしか得られないこと、また皮膜層と基材（炭素
材料）が単に物理的に接着していること、さらに必要な
装置が特殊なもので、処理効率が低く、処理コストが高
いこと１等の欠点があり、これに代わる好適な表面改質
方法の出現が望まれている。
薄いものしか得られないこと、また皮膜層と基材（炭素
材料）が単に物理的に接着していること、さらに必要な
装置が特殊なもので、処理効率が低く、処理コストが高
いこと１等の欠点があり、これに代わる好適な表面改質
方法の出現が望まれている。
（ハ）目的
本発明は、このような事情に着目してなされたもので、
第１に、炭素材料の表面に形成される改質層（炭化ケイ
素および炭素）の層厚を気相反応１人でＩＪられるそれ
よりも遥かに厚く、し７かもその厚さを任意に制御でき
るようにすること、第２に、その改質層の基材（炭素材
料）に対する接着力が強く、加熱−冷却によっても容易
にはく離しないこと、第３に、使用する反応装置等が簡
便なもので済み、高い処理効率と低い処理コストが得ノ
ろれるこ２、の少なぐとも耕土の要求が満足されるよう
にした炭素材料の表面改質方法を提供することを目的と
している・ （ニ）構成 未発明は、 Ｉｉ：ｉ記の目的を達成するために１表面
に含ケイ素材ｙｔ （−１ｉｊあるいは接触させた炭素
材料を、ｆｉｉｊ記含ケイ素材の融点以上の高温におけ
る酸素の影響を受けない不活性雰囲気中におき、前記含
ケイ素材を溶融させて前記炭素材料の表面より浸透反応
させ、前記炭素材料の表面に前記含ケイ素材量に対応す
る深さで炭化ケイ素および炭素よりなる改質層を形成す
ることを特徴としている。
第１に、炭素材料の表面に形成される改質層（炭化ケイ
素および炭素）の層厚を気相反応１人でＩＪられるそれ
よりも遥かに厚く、し７かもその厚さを任意に制御でき
るようにすること、第２に、その改質層の基材（炭素材
料）に対する接着力が強く、加熱−冷却によっても容易
にはく離しないこと、第３に、使用する反応装置等が簡
便なもので済み、高い処理効率と低い処理コストが得ノ
ろれるこ２、の少なぐとも耕土の要求が満足されるよう
にした炭素材料の表面改質方法を提供することを目的と
している・ （ニ）構成 未発明は、 Ｉｉ：ｉ記の目的を達成するために１表面
に含ケイ素材ｙｔ （−１ｉｊあるいは接触させた炭素
材料を、ｆｉｉｊ記含ケイ素材の融点以上の高温におけ
る酸素の影響を受けない不活性雰囲気中におき、前記含
ケイ素材を溶融させて前記炭素材料の表面より浸透反応
させ、前記炭素材料の表面に前記含ケイ素材量に対応す
る深さで炭化ケイ素および炭素よりなる改質層を形成す
ることを特徴としている。
本発明において、炭素材料としては、〜・般の炭素材料
ならどのようなものでも使用できる。また、含ケイ素材
としては、粉末状あるいは粒状の金属シリコン、シリコ
ンを含んだ合金（例、フェロンリコン、チタンシリコン
等）、あるいは、シリコンと他の金属との混合物を使用
する。含ケイ素材を炭素材料に浸透反応させるにあたっ
ては。
ならどのようなものでも使用できる。また、含ケイ素材
としては、粉末状あるいは粒状の金属シリコン、シリコ
ンを含んだ合金（例、フェロンリコン、チタンシリコン
等）、あるいは、シリコンと他の金属との混合物を使用
する。含ケイ素材を炭素材料に浸透反応させるにあたっ
ては。
例えば、粉末状の含ケイ素材を適当なバインダあるいは
溶剤に分散させたものを前記炭素材料の表面に伺ノｔさ
せ、あるいは塗り伺けておく。また。
溶剤に分散させたものを前記炭素材料の表面に伺ノｔさ
せ、あるいは塗り伺けておく。また。
炭素材料が比較的小さなものである場合は、粒状の含ケ
イ素材を単に炭素材料の表面に載せておくだけで接触状
態を保つようにしてもよい。このように含ケイ素材の炭
素材料に対する初期の接触様態は、炭素材料の形状や大
きさに合わせて、適宜選択する。−力、前述した侵透反
応を行なわせるための雰囲気作りには、通常の高温加熱
装置を用いればよい。すなわち、かかる加熱装ｊ〆１と
しては、炉内の雰囲気を酸素の影響を受けない不活性な
状態（例えば、アルゴン、ヘリウム等）に保ち、かつ＋
ｉｉｊ記演：素材料を均一に加熱して＋ｉｉＪ記含ケイ
素材を溶融状態に維持できるものでありさえすればどの
ようなものを使用１．でもよいつこのようにして、表面
に含ケイ素材をイリ着あるいは接触させた炭素材料を前
述した雰囲気中で所定時間加熱保持すると、溶融した含
ケイ素材が前記炭素材料の表面から浸透舎反応し、該炭
素材料の４表面が炭化ケイ集および炭素よりなる層に改
質層れる。この際、Ｊａ！材料の表面に形成される改質
層の深さは、浸透反応させる前記含ケイ素材の使用ｚ、
ｉに比例的に対応する。そ１７て、この含ケイ素材のｙ
Ｉ：″を調節することによって、改質層の厚さを任せに
制御することができるのである。
イ素材を単に炭素材料の表面に載せておくだけで接触状
態を保つようにしてもよい。このように含ケイ素材の炭
素材料に対する初期の接触様態は、炭素材料の形状や大
きさに合わせて、適宜選択する。−力、前述した侵透反
応を行なわせるための雰囲気作りには、通常の高温加熱
装置を用いればよい。すなわち、かかる加熱装ｊ〆１と
しては、炉内の雰囲気を酸素の影響を受けない不活性な
状態（例えば、アルゴン、ヘリウム等）に保ち、かつ＋
ｉｉｊ記演：素材料を均一に加熱して＋ｉｉＪ記含ケイ
素材を溶融状態に維持できるものでありさえすればどの
ようなものを使用１．でもよいつこのようにして、表面
に含ケイ素材をイリ着あるいは接触させた炭素材料を前
述した雰囲気中で所定時間加熱保持すると、溶融した含
ケイ素材が前記炭素材料の表面から浸透舎反応し、該炭
素材料の４表面が炭化ケイ集および炭素よりなる層に改
質層れる。この際、Ｊａ！材料の表面に形成される改質
層の深さは、浸透反応させる前記含ケイ素材の使用ｚ、
ｉに比例的に対応する。そ１７て、この含ケイ素材のｙ
Ｉ：″を調節することによって、改質層の厚さを任せに
制御することができるのである。
（ホ）実施例
以下、−だ雄側を示して本発明を具体的に説明する。
ｉ＆ Ａ材料（：２０ Ｘ ４０Ｘ５ａｍ） （７）表
面に、粉末状の金属シリコンを有機溶剤に分散したもの
を塗布し、高温加熱装置によりアルゴン気流中で、１８
００°Ｃの温度で加熱した。このような反応条件ドでは
、シリコンは溶融し、炭素材料の空隙中に浸透していく
のが観察された。第１図と第２図は、反厄後の材料の破
断面の゛電子顕微鏡写真と同視野中のシリコンの分４Ｊ
を示す。この表面部分および内部の侵透境界付近のＸ線
回折を測定してみると、その構成物質は共に、炭化ケイ
素および炭素（黒鉛質）であった。しかし、表１６ｉ部
分の方が１、シ化ケイ素のピークの強度が８〜１２倍程
度高くなっていた。このように表面伺近程、炭化ケイ素
の含イ（、ｉＸが多くなっていた。また１反応により形
Ｌ＆される改質層の厚みは塗布するシリコン値により任
αに調節できた。下表に、塗ＩＨｔ Ｉ、たシリコンの
厚み（Ｓｉ／ｃｗｔ比：シリコン／炭素の重１１８：比
）と改ｙｔ層の厚さ１．ならびにＬｉ１．真後の材料の
曲げ強さを示す。
面に、粉末状の金属シリコンを有機溶剤に分散したもの
を塗布し、高温加熱装置によりアルゴン気流中で、１８
００°Ｃの温度で加熱した。このような反応条件ドでは
、シリコンは溶融し、炭素材料の空隙中に浸透していく
のが観察された。第１図と第２図は、反厄後の材料の破
断面の゛電子顕微鏡写真と同視野中のシリコンの分４Ｊ
を示す。この表面部分および内部の侵透境界付近のＸ線
回折を測定してみると、その構成物質は共に、炭化ケイ
素および炭素（黒鉛質）であった。しかし、表１６ｉ部
分の方が１、シ化ケイ素のピークの強度が８〜１２倍程
度高くなっていた。このように表面伺近程、炭化ケイ素
の含イ（、ｉＸが多くなっていた。また１反応により形
Ｌ＆される改質層の厚みは塗布するシリコン値により任
αに調節できた。下表に、塗ＩＨｔ Ｉ、たシリコンの
厚み（Ｓｉ／ｃｗｔ比：シリコン／炭素の重１１８：比
）と改ｙｔ層の厚さ１．ならびにＬｉ１．真後の材料の
曲げ強さを示す。
ＪＭ Ｉｅ；させるシリコンの摩と改ｒゴ後の材才↓の
性質＊ニスパン３０＋ａｍ。
性質＊ニスパン３０＋ａｍ。
クロス・＼ソドスピード ０．５０ｍｍ／ｗｉｎ第１図
および第２図に示すように、この方法により得られたも
のでは、改質ＪＥＪ（炭化ケイ素および炭素）とノ＾材
（炭素単味）の間には明確な境界がなぐ、あたかも炭素
材料に炭化ケイ素のスパイクを打ち込んだようになって
いるため１．忠加熱拳息冷却によっても改質層のはく離
は認められなかった。また、Ｘｌｌｉｌ回折の強度比か
らみてもわかるように５表面層は炭化ケイ素の含有−が
多く。
および第２図に示すように、この方法により得られたも
のでは、改質ＪＥＪ（炭化ケイ素および炭素）とノ＾材
（炭素単味）の間には明確な境界がなぐ、あたかも炭素
材料に炭化ケイ素のスパイクを打ち込んだようになって
いるため１．忠加熱拳息冷却によっても改質層のはく離
は認められなかった。また、Ｘｌｌｉｌ回折の強度比か
らみてもわかるように５表面層は炭化ケイ素の含有−が
多く。
その硬度は、シゴア硬度で改質前の３５から改質後の６
５と箸しく改善された。また、表面改質済みのべ素材料
と未改質のものとを、空気中で８゜０℃の７Ｍ俄下に２
時間置くと、後者のものでは全て、酸化（燃焼）された
が１曲者のものでは彰状変化もなく、重量減少もほとん
ど皆無であった。なお１両材料の′上気比抵抗を測定し
た結果では、共に約２０００°μΩｍと反応によっても
ほとんど変化しないことがわかった。
５と箸しく改善された。また、表面改質済みのべ素材料
と未改質のものとを、空気中で８゜０℃の７Ｍ俄下に２
時間置くと、後者のものでは全て、酸化（燃焼）された
が１曲者のものでは彰状変化もなく、重量減少もほとん
ど皆無であった。なお１両材料の′上気比抵抗を測定し
た結果では、共に約２０００°μΩｍと反応によっても
ほとんど変化しないことがわかった。
（へ）効果
以上のように 本発明の方法により表面改質したもので
は、炭素材料のもつ優れた特性を保持しつつその短所で
ある表面硬壇と耐酸化性に劣る点を見本に改善すること
ができる。しがも、この方法では従来の気相反応法に比
較すると、表面に付着等する含ケイ＾材の敏を調節する
ことにより。
は、炭素材料のもつ優れた特性を保持しつつその短所で
ある表面硬壇と耐酸化性に劣る点を見本に改善すること
ができる。しがも、この方法では従来の気相反応法に比
較すると、表面に付着等する含ケイ＾材の敏を調節する
ことにより。
表面改質層の厚さを遥かに厚ぐかつ任、ａ、の厚さに制
御できること、また、その含ケイ素材は炭素材料の空隙
に沿って浸透し、そこで反応して炭化ケイ素を生成する
から炭化ケイ素を含む改質層が前述のような投錨効果を
介挿して基材に強固に接着し、したがって加熱・冷却の
くり返し処理によっても容易にはく離しないこと、さら
に必要な処理装置は前述のように／１１１熱手段を具備
して不活性雰囲気をつくり出すものであれば足りるから
、操作がｆ＋ｉ使なにに処理効率がｉ！ｉ ＜ 、処理
コストも低くなることの利点をもち、所期の目的を悉く
達成することができる。
御できること、また、その含ケイ素材は炭素材料の空隙
に沿って浸透し、そこで反応して炭化ケイ素を生成する
から炭化ケイ素を含む改質層が前述のような投錨効果を
介挿して基材に強固に接着し、したがって加熱・冷却の
くり返し処理によっても容易にはく離しないこと、さら
に必要な処理装置は前述のように／１１１熱手段を具備
して不活性雰囲気をつくり出すものであれば足りるから
、操作がｆ＋ｉ使なにに処理効率がｉ！ｉ ＜ 、処理
コストも低くなることの利点をもち、所期の目的を悉く
達成することができる。
第１図は、本発明の−・実施例に係る改質層を表面に形
成した炭素材料の破断面を示す電子顕微鏡写真（倍率１
００倍）であり、第２図は同視野中のシリコン分！＋＋
を下すＸ線元素回新写真（白い部分がシリコンの存在を
表わす）である。 第１図
成した炭素材料の破断面を示す電子顕微鏡写真（倍率１
００倍）であり、第２図は同視野中のシリコン分！＋＋
を下すＸ線元素回新写真（白い部分がシリコンの存在を
表わす）である。 第１図
Claims (1)
- 表１ｆ７１に含ケイ人材をｌ４あるいは接触させた炭素
材料化、面記含ケイ素材の融点以Ｈの高温における酸素
の影響を受けない不活性１ｊ囲気中におき、＋ｉｉｉ記
含ケイ素材を洛融させてＩｊｕ記炭素材料の表１ｎ１よ
り侵透反応させ、＋ｊｉｊ記炭素材料の表面に前記含ケ
イ素材ｔ−に灼紀、する深ざで炭化ケイ歯および炭素よ
りなる改質層を彪成することを特徴とする炭素材料の表
面改質方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5045784A JPS60195076A (ja) | 1984-03-15 | 1984-03-15 | 炭素材料の表面改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5045784A JPS60195076A (ja) | 1984-03-15 | 1984-03-15 | 炭素材料の表面改質方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60195076A true JPS60195076A (ja) | 1985-10-03 |
Family
ID=12859396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5045784A Pending JPS60195076A (ja) | 1984-03-15 | 1984-03-15 | 炭素材料の表面改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60195076A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01103976A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-21 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミック被覆黒鉛材料の製造法 |
| WO1990001523A1 (en) | 1988-08-12 | 1990-02-22 | Ube Industries, Ltd. | Carbide fibers with high strength and high modulus of elasticity and polymer composition used for their production |
| US5049324A (en) * | 1987-12-23 | 1991-09-17 | Hi-Tech Ceramics, Inc. | Method of making a furnace lining with a fiber filled reticulated ceramic |
-
1984
- 1984-03-15 JP JP5045784A patent/JPS60195076A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01103976A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-21 | Denki Kagaku Kogyo Kk | セラミック被覆黒鉛材料の製造法 |
| JPH0524879B2 (ja) * | 1987-10-15 | 1993-04-09 | Denki Kagaku Kogyo Kk | |
| US5049324A (en) * | 1987-12-23 | 1991-09-17 | Hi-Tech Ceramics, Inc. | Method of making a furnace lining with a fiber filled reticulated ceramic |
| WO1990001523A1 (en) | 1988-08-12 | 1990-02-22 | Ube Industries, Ltd. | Carbide fibers with high strength and high modulus of elasticity and polymer composition used for their production |
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