JPS6325273A - 炭化ケイ素質−炭素質複合成形体の製造法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、摺動材料その池治兵などの機械部品として有
用な、表層部が主として炭化ケイ素からなり芯部が炭素
質である複合構造の成形体（以下、炭化ケイ素質−炭素
質複合成形体という）の製造法に関するものである。

従来の技術 炭素質成形体の表層部だけをケイ素またはその化合物と
反応させることにより炭化ケイ素質のものに変換して炭
化ケイ素質−炭素質複合成形体を得る方法は公知である
。この方法は大別して二つあり、一つは、基材となる炭
素質成形体を高温でケイ素化合物（たとえば−酸化ケイ
素）の蒸気と接触させ、表層部の炭素を炭化ケイ素に変
換するものである。しかしながら、この方法によって炭
化ケイ素を生成させることがでｂるのは、炭素質成形体
の表面からせいぜい１ｍｍまでである。しかも、形成さ
れる炭化ケイ素質層は多孔質であるため、メカニカルシ
ール用摺動材料など液封性を要求されるものを製造しよ
うとする場合はその後に樹脂含浸を行う必要がある。

したがって、製品の炭化ケイ素質表層部は厚さにおいて
も物性においても満足できるものではない。いま一つの
方法は、基材となる炭素質成形体を、真空中または非酸
化性気体中で１４５０°Ｃ以上に加熱して溶融状態のケ
イ素と接触させ、成形体中に浸透するケイ素と成形体の
炭素との反応により成形体表層部を炭化ケイ素質のもの
に変換する方法である。この液相法は、基材の炭素素材
や密度を適切に選よならばかなり厚い炭化ケイ素層が容
易に形成され、また、反応による体積膨張があることと
未反応のケイ素が隙間を充填することにより、液封性の
よい炭化ケイ素質表層部が形成されると−１う特長があ
る。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記液相法により炭化ケイ素質表層部を
形成させる方法は、製品の芯部炭素質部分にも表層部炭
化ケイ素質部分にも亀裂を生じ易いという問題があった
。

本発明の目的は、この問題点を解決し、すぐれた品質の
炭化ケイ素質−炭素質複合成形体を高い歩留りで製造す
る方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 種々検討の結果、炭素質基材の表層部炭化ケイ素化にと
もなう亀裂発生は、炭化ケイ素化された表層部と芯部炭
素層との間で熱膨張率に差があるためであることが確認
され、この熱膨張率の差を小さくすることによって亀裂
発生は防止できると予想された。

本発明はこのような観点から更に研究を進めた結果完成
されたものであって、ピッチコークスまたはこれとカー
ボンブラックとの混合物を骨材として炭素質成形体を製
造し、得られた炭素質成形体を、真空中または非酸化性
気体中１４５０℃以上に加熱して溶融状態のケイ素と接
触させ、成形体中に浸透するケイ素と成形体の炭素との
反応によＴ′）成形本表層部を炭化ケイ素質のものに変
換することを特徴とするものである。

本発明の製法において用いるピッチコークスは、コール
タールの蒸留残渣である石炭ピッチを熱分解して製造さ
れるもので、石油コークスと比較すると、天分、イオウ
分、金属類等の不純物の含有量がきわめて少なく、また
熱膨張率が低いという特徴がある。本発明の製法で用い
るものはその粉砕物であって、１５０メツシユの篩を通
過する程度に微細なものであることが望ましい。

またカーボンブラックは、特に限定されるものではない
が、ファーネス式製法により作られたものが好ましい。

炭素原料として上記のものを、好ましくは８０　：　２
０ないし４０　：　６０の重量比で併用するほかは、従
来の方法と特に異なるところはない。すなわち、炭素原
料にフェノール樹脂やコールタールピッチなどを結合剤
として加えて充分混合したのち約２００〜８００Ｋｇ／
ＣＩ＋１２の成形圧で所望の形状に成形し、次いで約１
０００〜２０００°Ｃで焼成してから、真空中または非
酸化性気体中で１４５０°Ｃ以上に加熱して溶融状態の
ケイ素と接触させる。

昨−月 本発明の製法において炭素質基材製造原料としてピッチ
コークスを用いるのは、それにより、理由は定がでない
が、炭化ケイ素質表層部の熱膨張率と芯部炭素層の熱膨
張率とがほぼ一致し、亀裂が発生しなくなるからである
。この場合、前述のようにピッチコークスと共にカーボ
ンブラックを８０：２０ないし４０　：　６０の比率で
用いることが好ましいが、その理由は、カーボンブラッ
クの使用率が０またはそれに近いと炭化ケイ素を深部ま
で生成させることが困難であり、反対にカーボンブラッ
クのほうが多すぎると、炭化ケイ素は深部まで形成され
るが炭化ケイ素質表面層と炭素質部分との間で熱膨張率
の差が大きくなり、製品に亀裂が発生し易くなるからで
ある。

実施例 以下実施例および比較例を示して本発明を説明する。

実施例１〜５ ピンチコークスとカーボンブラックを下記の重量比で混
合し、混合物に結合剤として２０％のフェノール樹脂を
加えたものを５００　Ｋｇ７ｃｍ２の成形圧で７　ｍｍ
Ｘ　？　ｍｍＸ　４５　ｍｍの棒状に成形した。

叉施廻　　　ピッチコークス　　カーボンブラック４　
　　　　　　　　Ｓｏ　　　　　　　　　　５０得られ
た成形物はさらに１５００°Ｃで焼成した後、非酸化性
ガス中で１５００°Ｃに加熱して溶融ケイ素と接触させ
、表層部に炭化ケイ素を生成させた。得られた炭化ケイ
素質−炭素質複合成形体について亀裂の有無を調べたが
、表層部にも芯部にも亀裂は認められなかった。

比較例　１ ピッチコークスを用いず、カーボンブラ・ンクだけを骨
材に用いたほかは上記実施例と同様にして炭化ケイ素質
−炭素質複合成形体を製造したが、成形が困難であった
ばかりが、亀裂が多数発生した。

以上の各側による成形体について物性等を調べた結果を
、第１表に示す。

なお、表中に示した炭化ケイ素質表層部の「厚さ」は成
形体の破断面について炭化ケイ素質層を肉眼で判定しな
がら測定した値であり、「曲げ強さ」は、炭化ケイ素質
表層部を表面からＩＩＩＩｆｆｌの厚さで幅５ｍｌ１１
、長さ４０ｍｍの短冊状に切出してＪＩＳ−Ｒ１６０１
に準じて測定した値である。また「化学組成」および「
熱膨張率」は、表面から１ｍｍの厚さで切出した試料に
ついて測定した値であって、前者は、試料全体が炭化ケ
イ素と炭素とからなると仮定しそれら単独の比重値と試
料について測定された比重値から算出した値であり、ま
た後者は、４０〜４００°Ｃにおける平均値である。

第１表 ×　亀裂多数のため測定せず 比較例　２ ピッチコークスにかえて石油コークスを用いたほがは上
記実施例２と同様にして炭化ケイ素質−炭素質複合成形
体を製造したが、はとんどの成形体に内部亀裂が発生し
た。

発明の効果 上述のように、本発明によれば骨材にピッチコークスを
使うだけで、亀裂のない炭化ケイ素質−炭素質複合成形
体を容易に製造することができる。また、ピッチコーク
スと併用するカーボンブラックの量が多いほど炭化ケイ
素質表面層が厚く且つ炭化ケイ素含有率の高いものにな
る傾向を利用して、約１〜数關の範囲ならば所望の厚さ
または組成の炭化ケイ素質表面層を有する成形体を製造
することができるから、不必要に炭化ケイ素質表面層を
厚くせず経済的に炭化ケイ素質−炭素質複合成形体を製
造したり、炭素含有率が高く自己潤滑性もある表面層を
持つものを製造したりすることが必要に応じて可能であ
る。したがって本発明によれば、材料費の面からみれば
全体が炭化ケイ素質の成形体よりもはるかに有利であり
ながら製造歩留りや品質の点で問題が残されていた炭化
ケイ素質−炭素質複合成形体を真に安価に、安定した品
質のものと、して提供することが可能になったのである
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピッチコークスまたはこれとカーボンブラックと
   の混合物を骨材として炭素質成形体を製造し、得られた
   炭素質成形体を、真空中または非酸化性気体中で１４５
   ０℃以上に加熱して溶融状態のケイ素と接触させ、成形
   体中に浸透するケイ素と成形体の炭素との反応により成
   形体表層部を炭化ケイ素質のものに変換することを特徴
   とする炭化ケイ素質−炭素質複合成形体の製造法。
2. （２）ピッチコークスとカーボンブラックを８０：２０
   ないし４０：６０の重量比で用いる特許請求の範囲第１
   項記載の製造法。