JPS62297279A - 多孔質炭化ケイ素質材料の製造法 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は、多孔質の炭化ケイ素質セラミックス材料を製
造する方法に関するものである。

従来の技術 箭什ケイ去暫ネＪｔＬｌ＋−扉守−に才り九セＥ耐合性
等（７十（゛れた材料として近年注目されており、摺動
材料、高温用）幾械材料など、多くの分野で利用される
ようになった。しかしながら、この炭化ケイ素質材料を
多孔質のものにして利用することはあまり行われていな
い。多孔質炭化ケイ素質材料は、高温または腐食性の流
体を処理するフィルター等に使用すればすぐれた性能を
示すことが期待されるが、従来提供された多孔質炭化ケ
イ素質材料としては炭化ケイ素質発熱体や炭化ケイ素質
レンガなどがあるに過ぎない。そしてこれらは、粘土微
粒子等のガラス質物質を結合剤として炭化ケイ素粒子を
成形したものであるから、耐熱性や耐食性が結合剤部分
のそれにより支配されてしまい、炭化ケイ素本来の特長
を十分に発押し得るものではなかった。ガラス質の結合
剤を用いない製法、たとえば炭化ケイ素粒子を焼結させ
る方法により多孔質材料を製造することができればより
すぐれた物性のものとなることは明らかであるが、その
ような製法はまだ確立されていな−１゜ 発明が解決しようとする問題点 したがって本発明の目的は、上記従来品のような欠点の
ない多孔質材料を得るための、ガラス質結合剤を用いな
い方法による多孔質炭化ケイ素質材料の製造法を提供す
ることにあ朋］ん上Ｍ迭ユｌμ力ｐ」鷺 上記目的を達成することに成功した本発明による多孔質
炭化ケイ素質材料の製造法は、平均粒子径５０〜３００
μｍの炭化ケイ素粒子の表面に炭化物換算量で３〜１５
重量％の炭化性有機物をコーティングし、コーティング
された炭化ケイ素粒子からなる粉末を後記有機物炭化処
理後の成形体かさ密度が１．７〜２．１ｇ７’ｃｍ３に
なるような条件で成形し、得られた成形体を非酸化性雰
囲気で焼成して成形体中の炭化性有機物を炭化させ、次
いで処理後の成形体を１４５０℃以上で溶融ケイ素と接
触させて該ケイ素を成形体中に浸透させることにより成
形体中の有機物炭化物をケイ素と反応させ炭化ケイ素に
変換することを特徴とするものである。

以下、上記本発明の製法について詳述する。

平均粒子径５０〜３００１＋ｍの炭化ケイ素粒子は研削
材として市販されており、本発明の製法における原料の
炭化ケイ素としてはこれをそのまま用いることができる
。一般に、炭化ケイ素の粒子径が大きいほど製品の気孔
径が大きくなるから、所望の製品気孔径に応じて、用い
る炭化ケイ素の粒子径を適宜選定する。なお平均粒子径
がＳ　Ｏ１１１１１よりも小さいと、ケイ素溶浸処理を
行う成形体における炭化ケイ素粒子間の空隙が小さくな
り過ぎてここがケイ素により埋めつくされ易く、必要な
気孔を確保できなくなる。また反対に粒子径が３００μ
ｍをこえると、炭化ケイ素粒子同士の結合箇所が少なく
なるため、強度が不十分な製品しか得られない。

炭化ケイ素粒子のコーティングに用いる炭化性有機物と
しては、なんらかの溶剤に溶けてコーティングが可能な
溶液を形成し且つ非酸化性雰囲気で焼成されると高収率
で炭素化するもの、たとえばフェノール樹脂、７ラン樹
脂などの熱硬化性樹脂やピッチを用いる。

コーティングは、炭化性有機物の溶液と炭化ケイ素粉末
とを攪拌機を用いてよく混合した後、引続き撹拌しなが
ら加熱して乾燥することにより行うことができる。また
、流動層コーティング法によっても可能である。コーテ
ィングされた炭化性有機物は次の焼成工程で炭化し、形
成された炭化物が溶融ケイ素の反応対象となるので、炭
化性有機物の好適コーテイング量は用いる炭化性有機物
の炭素収率により異なる。したがって、包括的な好適コ
ーテイング量は炭化物換算量により示すのが適当で、そ
の値は炭化ケイ素の重量基準で３〜１５％、特に好まし
くは５〜１２％である。３％以下では炭化ケイ素粒子上
に形成される炭素被覆が連続相になり得ず、したがって
、反応で生じる炭化ケイ素による炭化ケイ素粒子の結合
が不十分な、強度の低い製品しか得られない。また１５
％以上にすることは製品の気孔率を低下させるだけで、
無益である。

なおコーティング工程では、炭化性有機物とともに、次
の成形工程における成形性向上のための助剤を炭化ケイ
素粒子に付着させてもよい。この助剤としては、炭化性
有機物の炭化温度以下の温度で熱分解を起こし飛散して
しまうもの、たとえばパラフィン、ワンクス、ステアリ
ン酸、熱可塑性合成樹脂（たとえばアクリル樹脂、メタ
クリル樹脂）などが適当である。

コーティングを終わった炭化ケイ素粒子からなる粉末は
、必要量を金型に入れ、単軸プレスなどを用いて圧縮成
形する。

この場合の成形条件は、前述のように、有機物炭化処理
後の成形体かさ密度力弓、７〜２．１　ｇ７ｃｍ１にな
るような条件とする。かさ密度力弓、７ｇ／ａｍ１に満
た−ないときは、実用上必要な強度を有する製品を得る
ことが難しくなる。一方、２．１ｇ／ｃｕ＋’をこえる
高密度のものとすると、それにともない小さくなった粒
子間空隙にもケイ素が入り込むため、多孔質材料を得る
ことができない。成形体のかさ密度は、成形圧、成形温
度などを調節することにより、所望の値のものとするこ
とができる。

得られた成形体は、まず非酸化性の雰囲気で約５００℃
〜１２００℃に加熱し、成形体中の炭化性有機物を炭化
させる（分解性の成形助剤を用いた場合は、それを炭化
性有機物の炭化に先立って分解させる）。炭化性有機物
の炭化は揮発性物質の遊離をともなうため、形成される
炭化物は多数の微細な連通気孔を有するものとなる。

この後、真空中または不活性ガス中で、成形体を金属ケ
イ素の融点である１４５０℃以上、望ましくは約１４５
０℃〜１７００℃に加熱して、溶融ケイ素と接触させる
。このための方法としては、粉末状金属ケイ素中に成形
体を埋めた状態で昇温する方法、適当なバインダーで金
属ケイ素粉末をペースト状にしたものを成形体表面に塗
布して昇温する方法、金属ケイ素粉末をシート状に成形
したものを成形体に接触させた状態で昇温する方法、な
どがある。このとき溶融状態のケイ素は、成形体の有機
物炭化物部分の連通気孔に毛細管現象により浸入し、次
いで炭素と反応して炭化ケイ素を生じる。

有機物炭化物をすべて炭化ケイ素に変換するのに必要な
ケイ素の量は、通常、有機物炭化物重量の２．５倍前後
である。

上述のような経過をたどるため、溶融ケイ素の供給量を
制限しなくても無制限にケイ素が成形体中にとり込まれ
ることはないが、上記必要量の約３倍をこえる量のケイ
素を用意することは意味がない。

上述のようにして有機物炭化物部分が炭化ケイ素に変換
されると、もともと成形体中にあった炭化ケイ素粒子は
この反応により生じた炭化ケイ素および未反応のまま残
る少量のケイ素と一体化する。成形体中に存在する炭化
ケイ素粒子間空隙は、前述のような原料および成形条件
が選択されている限り、溶融ケイ素が毛細管現象により
浸透するには大きすぎるため、大部分が空隙のまま残る
。以上により、実質的に炭化ケイ素のみからなる多孔質
材料が形成される。

発明の効果 本発明の製法によれば、実質的に炭化ケイ素からなり、
孔径約５０〜３００　Ｂ＋ｍ程度の連通気孔が２０〜４
０ＶＯ１％程度均一に分布している多孔質炭化ケイ素質
材料を、安定して製造することができる。本発明の製法
の特に有利な点は、従来法における〃ラス質結合剤のよ
うな、異質の結合剤を用いないため、製品が、炭化ケイ
１部分に比べて劣る結合剤部分の物性や耐食性が原因の
劣化を起こすことがな（、すぐれた物性と耐久性を示す
ことである。

ヌ１側 平均粒子径１００１ｍの炭化ケイ素粒子９００ｇを、５
００ｍ１の７七トンに溶解したノボラック型フェノール
樹脂１００ｇとともに攪拌機付混合機に入れて混合し、
引続き撹拌しながら加熱してアセトンを蒸発させること
により、炭化ケイ素粒子にフェノル樹脂をコーティング
した。

次いで、コーティング済み炭化ケイ素の粉末を１　ｔｏ
ｎ／ｃｍ２の圧力で直径７０ｍｍ、厚さ５ＩＩｌｌＩｌ
の円板状に成形し、得られた成形体を焼成した。焼成後
の成形体は、重量が３５．４ｇ、かさ密度が１　、８４
　ｇ／ａｍ’で、９４重１％の炭化ケイ素と６重量％の
樹脂炭化物よりなるものであった。

この焼成済み成形体を７．１ｇの金属ケイ素粉末（成形
体中の炭素２．１２ｇの３３０％）と接触させた状態で
真空下に加熱し、１５００°Ｃに２時間保つことにより
、溶融したケイ素の大部分を成形体中に浸透させた。こ
の溶浸処理後放冷して得られた成形体は、９３．７重量
％以上が炭化ケイ素がらなり、気孔径７０〜１６０Ｊ曲
、×化量３Ｔ’）ｖｏ１％の、均一な多孔質のものであ
った。また、曲げ強度は８．５　Ｋｇ／ｍｌ”、ヤング
率は１８．４００Ｋｇ／ｍｍで、フィルター等に使うの
に充分な物性を有するものであった。

・代理人　弁理士　板井−瀧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　平均粒子径５０〜３００ｍｍの炭化ケイ素粒子の表面
   に炭化物換算量で３〜１５重量％の炭化性有機物をコー
   ティングし、コーティングされた炭化ケイ素粒子からな
   る粉末を後記有機物炭化処理後の成形体かさ密度が１．
   ７〜２．１ｇ／ｃｍ＾３になるような条件で成形し、得
   られた成形体を非酸化性雰囲気で焼成して成形体中の炭
   化性有機物を炭化させ、次いで処理後の成形体を１４５
   ０℃以上で溶融ケイ素と接触させて該ケイ素を成形体中
   に浸透させることにより成形体中の有機物炭化物をケイ
   素と反応させ炭化ケイ素に変換することを特徴とする多
   孔質炭化ケイ素質材料の製造法。