KR20200008701A - A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a porous silicon carbide sintered body by a carbothermal reduction process. More specifically, metal compound added silicon dioxide and carbon composite powder is manufactured by using liquid silicon compound and carbon compound and a metal compound for promoting carbothermal reduction as starting materials and conducting a sol-gel process. A molded body is manufactured by using the silicon dioxide-carbon composite powder. The molded body is thermally treated at a predetermined temperature. Therefore, while silicon carbide is synthesized through carbothermal reduction, a porous silicon carbide sintered body which has uniformly distributed meso-sized fine pores and excellent mechanical strength can be manufactured.

Description

열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING OF A POROUS SILICON CARBIDE SINTERED BODY BY CARBOTHERMAL REDUCTION PROCESS}Method for manufacturing porous silicon carbide sintered body by thermal carbon reduction process {A METHOD FOR MANUFACTURING OF A POROUS SILICON CARBIDE SINTERED BODY BY CARBOTHERMAL REDUCTION PROCESS}

본 발명은 열 탄소 환원 공정에 의한 다공성 탄화규소 소결체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 다공성 탄화규소 소결체를 제조하기 위한 열처리온도를 낮추는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process, and more particularly, to a method of lowering a heat treatment temperature for manufacturing a porous silicon carbide sintered body.

탄화규소는 내마모성, 내열 충격성, 우수한 열전도성 및 내부식/내화학 특성 등 우수한 특성을 갖고 있으며, 다공질 소재로서의 탄화규소 다공체는 그 기공 크기에 따라 촉매담체, 수질 및 분진 필터 소재, 흡착재, 단열소재, 기체상 분리 소재, 인공 생체 소재 및 충격 흡수 소재 등 다양한 산업 분야에서 핵심 소재로 폭 넓게 사용되고 있으며, 최근에는 고온 안정성, 내화학 특성, 고온 기계적 특성 등이 요구되는 반도체, 화학, 환경 및 에너지 산업에서 적용 범위가 크게 증가되고 있다.Silicon carbide has excellent characteristics such as abrasion resistance, thermal shock resistance, excellent thermal conductivity, and corrosion / chemical resistance.Since the silicon carbide porous material as a porous material has a catalyst carrier, water and dust filter material, absorbent material, and insulation material according to its pore size, It is widely used as a core material in various industries such as gas phase separation materials, artificial biomaterials and shock absorbing materials. Recently, the semiconductor, chemical, environmental and energy industries requiring high temperature stability, chemical resistance, and high temperature mechanical properties are required. The range of application is increasing significantly.

이제까지 마이크로 또는 메조 크기의 기공을 갖는 다공성 탄화규소의 제조 기술은 대부분 촉매 담체로 사용하기 위하여 다공질 탄화규소 분말 형태로 제조하는 것이 보고되고 있으나, 우수한 기계적 강도를 갖는 메조 기공 탄화규소 소결체를 제조하는 기술은 보고된 바가 극히 적다.Until now, the manufacturing technology of porous silicon carbide having micro or meso-sized pores has been reported to be prepared in the form of porous silicon carbide powder for use as a catalyst carrier, but a technique for producing mesoporous silicon carbide sintered body having excellent mechanical strength Is extremely rarely reported.

M.I. Ledoux 및 Vix-Guterl의 연구결과에 따르면 나노미터 크기의 기공을 갖는 이산화규소에 액상의 카본 원료를 첨가하여 열 탄소 환원 방법 또는 나노 기공 카본 템플릿을 사용하여 기상의 규소와 반응시켜 비표면적이 170 m2/g인 마이크로 또는 메조 크기의 기공을 갖는 탄화규소 분말을 제조하였으나, 해당 기술은 고가의 출발 원료를 사용하여 경제성이 떨어지며 일정한 형상의 탄화규소 다공질 구조체를 만드는 방법에 대한 기술은 제시되지 않았다. According to the research results of MI Ledoux and Vix-Guterl, liquid carbon raw materials were added to silicon dioxide with nanometer-sized pores, and then reacted with gaseous silicon using the thermal carbon reduction method or nanoporous carbon template. Although silicon carbide powder having micro or meso-sized pores of m 2 / g was prepared, this technique was not economical by using expensive starting materials and a technique for producing a silicon carbide porous structure having a uniform shape was not presented. .

X-Y GUO의 및 E.P Simonenko의 발표에 따르면 페놀 레진과 tetraethyl orthosilicate등을 사용하여 졸 겔 공정으로 이산화규소-탄소 젤을 제조한 후 진공 또는 불활성 분위기하에서 열처리 또는 SPS(Spark plasma sintering) 공정을 통해 수 나노 미터의 기공 크기를 갖고 비표면적이 최고 200 m2/g 및 110 m2/g인 탄화규소 다공체 분말의 합성 기술이 보고되었다.According to XY GUO's and EP Simonenko's presentation, silicon dioxide-carbon gels were prepared by sol gel process using phenol resin and tetraethyl orthosilicate and then subjected to heat treatment under vacuum or inert atmosphere, or by water plasma sintering (SPS) process. Synthesis techniques for silicon carbide porous powders having a pore size of meters and specific surface areas of up to 200 m 2 / g and 110 m 2 / g have been reported.

또한 US 7,910,082에서는 페놀수지 및 TEOS(tetraethyl-orthosilicate)를 사용하여 제조된 전구체를 사용하여 비표면적이 400~900 m2/g이고 평균 기공크기가 6nm이하인 마이크로 기공 다공성 탄화규소 분말을 제조하는 기술이 보고되었으며, CN 001401564 A는 전이 금속염, 에틸 실리케이트 (또는 메틸 또는 프로필 실리케이트) 및 무기산의 염을 첨가하여 용매에 페놀 수지를 용해시킨 다음, 실리케이트를 가수 분해 및 가교화한 후 건조시켜 1200 ~ 1400℃의 온도에서 5 시간 ~ 24 시간 열처리하여 비표면적이 60 ~ 120 m2/g 이고 기공 크기가 3 ~ 50 nm 인 메조 기공 다공성 탄화규소 분말을 제조하는 기술을 보고되었다. 이제까지 개발된 높은 비표면적으로 촉매 담체로 사용할 수 있는 마이크로 또는 메조기공 탄화규소 다공체 기술은 대부분 다공질 탄화규소 분말 형태 제조기술로 국한되어 있다.In addition, US 7,910,082 discloses a technique for producing microporous porous silicon carbide powder having a specific surface area of 400 to 900 m 2 / g and an average pore size of 6 nm or less using a phenol resin and precursor prepared using TEOS (tetraethyl-orthosilicate). It was reported that CN 001401564 A was dissolved in a solvent by adding a transition metal salt, ethyl silicate (or methyl or propyl silicate) and a salt of an inorganic acid, and then hydrolyzed and crosslinked the silicate and dried to 1200-1400 ° C. A technique for producing mesoporous porous silicon carbide powder having a specific surface area of 60 to 120 m 2 / g and a pore size of 3 to 50 nm by heat treatment at a temperature of 5 to 24 hours has been reported. The micro or mesoporous silicon carbide porous body technology which can be used as a catalyst carrier with the high specific surface area developed until now is mostly limited to the manufacturing technology of porous silicon carbide powder form.

WO2014/207096 A1에서는 일정 형상을 갖는 메조 크기 기공을 다공성 탄화규소 구조체로 이루어진 촉매 담체 제조 기술이 보고하였다. 이 특허에서는 메조기공 크기를 갖는 탄소 구조를 만들기 위하여 페놀레진 등의 유기 탄소 화합물을 주 원료로 하고, 이를 규소 분말과 혼합하여 성형체를 제조 후 적절한 조건 및 분위기 하에서 열처리 등을 수행하여 탄소와 규소 직접반응에 의해 탄화규소를 합성시켜 메조 기공을 갖는 다공성 탄화규소 구조체를 제조하였다. 제시된 발명에서는 탄소 와 규소 사이의 직접반응으로 일정형상을 갖는 메조-매크로 기공 탄화규소 다공체의 제조공정을 제시하였으나 반응공정에서 잔류가 가능한 규소를 제어하기 위해서 공정의 정밀 제어가 요구되며 제조된 다공질 탄화규소 구조체의 기계적 특성은 제시되지 않았다. In WO2014 / 207096 A1, a technique for preparing a catalyst carrier in which meso-sized pores having a predetermined shape is made of a porous silicon carbide structure is reported. In this patent, organic carbon compounds such as phenol resin are used as main raw materials in order to make carbon structures having mesopore size, and the mixture is mixed with silicon powder to prepare a molded article, and then heat-treated under appropriate conditions and atmosphere to directly carbon and silicon. Silicon carbide was synthesized by the reaction to prepare a porous silicon carbide structure having mesopores. In the present invention, a process for producing a meso-macroporous silicon carbide porous body having a certain shape as a direct reaction between carbon and silicon is proposed, but precise control of the process is required to control silicon that can remain in the reaction process, and the manufactured porous carbonization Mechanical properties of the silicon structure are not shown.

이와 같이 기존의 높은 비표면적을 갖고 마이크로 또는 메조 기공을 갖는 다공질 탄화규소 제조 기술은 대부분 다공질 탄화규소 분말 형태로 제조기술 개발이 이루어지고 있기 때문에 개발된 높은 비표면적을 갖는 다공질 탄화규소의 적용은 일반적인 촉매 담체로 한정되어 있으며, 다공질 탄화규소 분말을 반응조 내에 촉매 담체로 적용할 때 반응조에 충진되는 다공질 탄화규소 분말 입자 사이에 형성되는 에어포켓(공극)때문에 다공질 탄화규소가 우수한 열전도도 특성을 갖고 있지만 반응조에서 촉매 반응으로 발생되는 열을 효과적으로 전달할 수 없다. 또한, 다공질 탄화규소 분말은 다양한 조건하에서 촉매 담체로 사용하는데 있어 많은 어려움이 있을 것으로 판단된다. 따라서, 비표면적이 높은 다공질 탄화규소 다공체의 적용확대를 위해서는 높은 강도를 갖고 일정 형상을 갖는 다공질 탄화규소 소결체의 경제성이 높은 제조기술 개발이 요구되고 있다. As described above, since most of the conventional silicon carbide manufacturing techniques having high specific surface areas and micro or mesopores have been developed in the form of porous silicon carbide powder, the application of porous silicon carbides having high specific surface areas developed is common. It is limited to a catalyst carrier, and porous silicon carbide has excellent thermal conductivity because of the air pocket (pore) formed between the porous silicon carbide powder particles filled in the reaction tank when the porous silicon carbide powder is applied as a catalyst carrier in the reaction tank. It is not possible to effectively transfer the heat generated by the catalytic reaction in the reactor. In addition, the porous silicon carbide powder is considered to have a lot of difficulties in using as a catalyst carrier under various conditions. Therefore, in order to expand the application of the porous silicon carbide porous body having a high specific surface area, it is required to develop a manufacturing technique with high economical efficiency of the porous silicon carbide sintered body having a high strength and a certain shape.

1. US 7,910,0821.US 7,910,082 2. CN 001401564A2. CN 001401564A 3. WO2014/207096A13. WO2014 / 207096A1

1. M.I.Ledoux et al, J.Catal.114 (1988) 176M.I.Ledoux et al, J. Catal. 114 (1988) 176 2. Vix-Guterl et al. J. European Ceram. SoC.,19 (1999) 4272. Vix-Guterl et al. J. European Ceram. So C., 19 (1999) 427 3. E.P. Simonenko, J. Sol-Gel Sci. Technol, (2017) 82:748-7593. E.P. Simonenko, J. Sol-Gel Sci. Technol, (2017) 82: 748-759

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems of the prior art.

본 발명은 비표면적 및 기공율이 높고 강도가 우수한 일정 형상의 다공질 탄화규소소결체를 경제성이 높게 제조하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to produce a porous silicon carbide sintered body having a high specific surface area, high porosity, and high strength with high economical efficiency.

즉, 출발 원료를 액상의 규소원과 액상의 탄소원을 사용함으로써 출발 원료를 균질하게 혼합하고 금속 촉매를 첨가하여 출발원료간의 반응성을 증대시켜 열 탄소 환원 공정의 온도 및 시간을 감소시켜 공정 비용을 절감해주는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In other words, by using the liquid silicon source and the liquid carbon source, the starting material is mixed homogeneously and the metal catalyst is added to increase the reactivity between the starting materials, thereby reducing the process cost by reducing the temperature and time of the thermal carbon reduction process. The purpose is to provide a way to do this.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object. The object of the present invention will become more apparent from the following description, and will be realized by the means described in the claims and combinations thereof.

본 발명에 따른 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 방법에 있어서, 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물 및 금속 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조한 뒤, 겔화시켜 금속 화합물이 첨가된 겔화 조성물을 제조하는 단계; 상기 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계; 상기 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계; 상기 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계; 상기 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계; 상기 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계; 및 상기 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계; 를 포함한다.A method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body according to the present invention, comprising: mixing a liquid silicon compound, a liquid carbon compound, and a metal compound to prepare a mixture, and then gelling to prepare a gelling composition to which the metal compound is added; Drying the gelling composition to produce a cured gel; First grinding the cured gel to obtain gel powder; Firstly heat treating the gel powder to produce a silicon dioxide-carbon composite; Secondary grinding the silicon dioxide-carbon composite to prepare a composite powder; Preparing a molded body using the composite powder; And forming a porous silicon carbide sintered body by performing secondary heat treatment on the molded body. It includes.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 겔화 조성물은 액상의 규소화합물 및 액상의 탄소화합물과 미량의 금속 화합물이 첨가된 혼합물에 촉매제를 첨가하여 제조될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gelling composition may be prepared by adding a catalyst to a mixture of a liquid silicon compound and a liquid carbon compound and a trace metal compound.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 촉매제는 질산, 염산, 옥살산, 말레익 산, 아크릴 산, 초산, 톨루엔 설퍼닉 산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 산(acid); 암모니아수, 헥사메틸렌 테트라아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 염기(base); 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the catalyst is an acid selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, maleic acid, acrylic acid, acetic acid, toluene sulfonic acid and mixtures thereof; A base selected from the group consisting of ammonia water, hexamethylene tetraamine, and mixtures thereof; And it may be selected from the group consisting of a mixture thereof.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 규소화합물은 실리콘 알콕사이드 및 폴리 에틸실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the liquid silicon compound may be selected from the group consisting of silicon alkoxide and polyethyl silicate and mixtures thereof.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 탄소화합물은 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매에 고상의 탄소원을 분산시켜 제조될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the liquid carbon compound may be prepared by dispersing a solid carbon source in a solvent selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol (IPA) and mixtures thereof. .

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 고상의 탄소원으로 카본블랙, 카본나노튜브, 페놀 수지, 단당류, 이당류 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the solid carbon source may be selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, phenol resins, monosaccharides, disaccharides, and mixtures thereof.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 금속 화합물로 알칼리 금속, 알칼리 토 금속 및 전이 금속의 질산화물 또는 알칼리 금속, 알칼리 토 금속 및 전이 금속의 탄산화물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 그 양은 1몰의 규소원 대비 0.0001몰 내지 0.05몰 일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of nitrates of alkali metals, alkaline earth metals and transition metals or carbonates of alkali metals, alkaline earth metals and transition metals, the amount is 1 mol It may be 0.0001 mol to 0.05 mol relative to the silicon source of.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 탄소화합물은 상기 용매 30중량% 내지 100중량%; 및 탄소원 70중량% 이내를 포함하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the liquid carbon compound is 30 wt% to 100 wt% of the solvent; And it may be to include within 70% by weight carbon source.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합물은 탄소/규소의 몰비(C/Si)가 1.0 내지 4.0일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the mixture of the liquid silicon compound and the liquid carbon compound may have a molar ratio of carbon / silicon (C / Si) of 1.0 to 4.0.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 겔화 조성물을 제조하는 단계에서 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 50RPM 내지 400RPM 의 속도로 20℃ 내지 60℃ 이내의 온도에서 30분 이상 교반하여 혼합할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, in the step of preparing the gelling composition, the liquid silicon compound and the liquid carbon compound may be mixed by stirring at a temperature of 20 ° C. to 60 ° C. for 30 minutes or more at a rate of 50 RPM to 400 RPM. Can be.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 경화된 겔을 제조하는 단계에서 겔화 조성물의 건조는 40℃ 내지 150℃ 의 온도에서 2시간 내지 72시간 동안 건조하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the drying of the gelling composition in the step of preparing the cured gel may be to dry for 2 to 72 hours at a temperature of 40 ℃ to 150 ℃.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 1차 열처리는 상기 경화된 겔 분말을 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 700℃ 내지 1000℃ 의 온도에서 0.5시간 내지 4시간 동안 열처리하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the primary heat treatment may be to heat the cured gel powder for 0.5 hours to 4 hours at a temperature of 700 ℃ to 1000 ℃ in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 성형체의 제조는 일축 가압성형, 주입성형 및 압출성형 중 선택된 적어도 하나에 의해 이루어지는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the production of the molded body may be made by at least one selected from uniaxial press molding, injection molding and extrusion molding.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 2차 열처리는 상기 성형체를 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 1050℃ 내지 1300℃ 의 온도에서 1시간 내지 20시간 동안 열처리하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the secondary heat treatment may be a heat treatment for 1 hour to 20 hours at a temperature of 1050 ℃ to 1300 ℃ in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 다공질 탄화규소 소결체의 압축 강도는 10Mpa 내지 30Mpa 이며, 기공율은 60% 내지 85% 이고, 비표면적은 50m2/g 내지 130m2/g 인 것일 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the porous silicon carbide sintered compact has a compressive strength of 10Mpa to 30Mpa, porosity of 60% to 85%, specific surface area may be 50m 2 / g to 130m 2 / g.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 다공질 탄화규소 소결체의 결정상은 베타상이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the crystal phase of the porous silicon carbide sintered body is a beta phase.

본 발명의 다공질 탄화규소 소결체를 제조하기 위한 제조방법에 의하면 출발원료가 균질하게 혼합될 수 있도록 규소원과 탄소원을 액상으로 혼합한 후 미량의 금속 화합물을 첨가하여 열탄소 환원 반응을 비교적 낮은 온도에서 발생시켜 탄화규소를 합성할 수 있으며, 이로 인해 강도가 우수하며 비표면적이 크고 기공율이 높은 다공질 탄화규소 소결체를 제조할 수 있다.According to the manufacturing method for manufacturing the porous silicon carbide sintered body of the present invention, the silicon carbide and the carbon source are mixed in the liquid phase so that the starting materials can be homogeneously mixed, and then a trace metal compound is added to the thermal carbon reduction reaction at a relatively low temperature. It is possible to synthesize the silicon carbide by this, it is possible to produce a porous silicon carbide sintered body having excellent strength, high specific surface area and high porosity.

또한 본 발명의 탄화규소 소결체는 비표면적 및 기공율이 높을 뿐만 아니라 강도가 높고 하나의 구조체로 이루어져 있기 때문에 열발생이 큰 기체 전환 촉매 반응에서도 발생되는 열의 효과적인 열전도를 달성할 수 있기 때문에, 국부 과열에 의한 미세 기공 구조의 파괴를 막을 수 있을 뿐만 아니라 열충격에 의한 촉매 담체의 파괴를 최소화할 수 있다.In addition, since the silicon carbide sintered body of the present invention not only has a high specific surface area and porosity, but also has a high strength and a single structure, it is possible to achieve an effective thermal conductivity of heat generated even in a gas conversion catalytic reaction with a large heat generation, It is possible to prevent the breakage of the microporous structure by the catalyst as well as to minimize the breakdown of the catalyst carrier by the thermal shock.

또한 본 발명의 탄화규소 소결체는 다양한 형태를 갖을 수 있기 때문에 촉매 담체 뿐만 아니라 이물질 제거를 위한 필터 소재로 적용할 수 있다.In addition, since the silicon carbide sintered body of the present invention may have various forms, it may be applied as a filter material for removing foreign substances as well as a catalyst carrier.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The effect of this invention is not limited to the effect mentioned above. It is to be understood that the effects of the present invention include all the effects deduced from the description below.

도 1은 본 발명에 따른 열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법을 도식화 한 것이다.
도 2은 본 발명에 따른 다공성 탄화규소 소결체의 X선 회절 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 다공성 탄화규소 소결체의 SEM 미세구조를 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram illustrating a method for producing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process according to the present invention.
Figure 2 shows the X-ray diffraction pattern of the porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
Figure 3 shows the SEM microstructure of the porous silicon carbide sintered body according to the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following preferred embodiments associated with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown in an enlarged scale than actual for clarity of the invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. In addition, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "right on" but also another part in the middle. Conversely, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "below" another part, it includes not only the other part "below" but also another part in the middle.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise stated, all numbers, values, and / or expressions expressing the amounts of components, reaction conditions, polymer compositions, and combinations used herein, occur such that these numbers occur essentially to obtain these values among others. As these are approximations that reflect various uncertainties in the measurement, it should be understood that in all cases they are modified by the term "about." Also, where numerical ranges are disclosed herein, these ranges are continuous and include all values from the minimum to the maximum including the maximum, unless otherwise indicated. Furthermore, where such ranges refer to integers, all integers are included, including the minimum to the maximum including the maximum unless otherwise indicated.

본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In the present specification, when a range is described for a variable, it will be understood that the variable includes all values within the described range including the listed endpoints of the range. For example, the range "5 to 10" includes any subrange such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, as well as values of 5, 6, 7, 8, 9, and 10. And any value between integers that fall within the scope of the described ranges such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5-8.5, 6.5-9, and the like. Also for example, the range of “10% to 30%” ranges from 10% to 15%, 12% to 10%, 11%, 12%, 13%, etc. as well as all integers including up to 30%. It will be understood to include any subranges such as 18%, 20% to 30%, and any value between reasonable integers within the range of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5% and the like.

본 명세서에 있어서, "구조체" 라는 용어와 "소결체" 라는 용어가 혼용되어 쓰이는 경우가 있다. 이는 동일한 물체를 지칭하는 것으로 사용될 수 있다. 또한 "다공성", "다공체" 및 "다공질" 등으로 표현된 용어들은 동일한 성질을 뜻한다고 볼 수 있다.. 또한 "레진" 과 "수지" 라는 용어가 혼용되어 쓰일 경우 동일한 용어로 이해하면 된다.In this specification, the term "structure" and the term "sintered body" may be used interchangeably. It can be used to refer to the same object. In addition, the terms "porous", "porous" and "porous" can be considered to mean the same properties. Also, when the terms "resin" and "resin" are used interchangeably, the same terms are understood.

도 1은 본 발명에 따른 열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법을 도식화한 것이다. 이를 참조하면, 상기 제조방법은 출발원료인 액상의 규소화합물 및 액상의 탄소화합물과 금속 화합물을 준비하는 단계(S1), 준비된 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 혼합하고 미량의 금속 화합물과 촉매제를 첨가하여 상기 액상의 규소화합물의 가수분해 반응 및 겔화 반응을 일으킴으로써 미량의 금속 화합물이 첨가된 겔화 조성물을 제조하는 졸-겔 공정의 수행 단계(S2), 제조된 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계(S3), 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계(S4), 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계(S5), 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계(S6), 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계(S7), 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계(S8)를 포함한다.1 is a schematic diagram illustrating a method for producing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process according to the present invention. Referring to this, the manufacturing method is a step of preparing a liquid silicon compound and a liquid carbon compound and a metal compound as a starting material (S1), by mixing the prepared liquid silicon compound and the liquid carbon compound and a trace amount of the metal compound and catalyst Performing a sol-gel process for preparing a gelling composition to which a trace amount of a metal compound is added by adding a hydrolysis reaction and a gelling reaction of the liquid silicon compound (S2), and drying the prepared gelling composition to be cured. Step of preparing a gel (S3), the first step of pulverizing the cured gel to obtain a gel powder (S4), a first heat treatment of the gel powder to prepare a silicon dioxide-carbon composite (S5), silicon dioxide-carbon Second step of crushing the composite to produce a composite powder (S6), step of preparing a molded body using the composite powder (S7), the second heat treatment of the molded body to form a porous silicon carbide sintered body And a step (S8) for.

이하, 각 단계에 대한 공정을 도 1과 함께 상세히 설명한다.Hereinafter, the process for each step will be described in detail with reference to FIG.

출발원료 준비 단계(S1)는 액상의 규소화합물 및 액상의 탄소화합물과 금속화합물을 준비하는 단계이다.Starting material preparation step (S1) is a step of preparing a liquid silicon compound and a liquid carbon compound and a metal compound.

본 발명의 액상의 규소화합물로는 실리콘 알콕사이드, 에틸실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The liquid silicon compound of the present invention may be selected from the group consisting of silicon alkoxides, ethyl silicates and mixtures thereof.

상기 실리콘 알콕사이드는 탄소수 1 내지 8개의 알콕시기를 1 내지 4개 가지고 있는 SiHa(OR)b로 표시되는 화합물(여기서, a=1~3의 정수, b=1~3의 정수, R=알킬기, a+b=4)이 사용될 수 있으며, 이때 H(수소원자) 대신 할로겐족 원소로 치환된 유도체 화합물도 가능하다. 또한, 여기서 상기 R(알킬기)은 메틸, 에틸프로필 또는 부틸기이다.The silicon alkoxide is a compound represented by SiH a (OR) b having 1 to 4 alkoxy groups having 1 to 4 carbon atoms (herein, an integer of a = 1 to 3, an integer of b = 1 to 3, R = alkyl group, a + b = 4) may be used, where a derivative compound substituted with a halogen group element instead of H (hydrogen atom) is also possible. In addition, wherein said R (alkyl group) is a methyl, ethylpropyl, or butyl group.

본 발명의 액상의 탄소화합물은 고상의 탄소원을 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매에 분산시켜 제조된 용액을 사용할 수 있다.The liquid carbon compound of the present invention may use a solution prepared by dispersing a solid carbon source in a solvent selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol (IPA), and mixtures thereof.

고상의 탄소원은 액상의 탄소화합물 100중량%를 기준으로 70중량% 이내로 용매에 투입하여 분산시킬 수 있다. 바람직하게 3중량% 내지 70중량% 일 수 있다. 이때 상기 용매는 30중량% 내지 100중량% 이다.The solid carbon source may be dispersed in a solvent within 70% by weight based on 100% by weight of the liquid carbon compound. Preferably 3% to 70% by weight. At this time, the solvent is 30% by weight to 100% by weight.

상기 탄소원을 용매에 분산시키는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 볼밀링(Ball milling) 공정, 소니케이션(Sonication) 공정 등으로 분산시킬 수 있다. 또한 분산시간도 특별히 제한되지 않고 상기 탄소원이 충분히 고르게 분산될 때 까지 수행할 수 있다.The method of dispersing the carbon source in the solvent is not particularly limited, and can be dispersed, for example, by a ball milling process, a sonication process, or the like. In addition, the dispersion time is not particularly limited and may be performed until the carbon source is sufficiently evenly dispersed.

상기 탄소원은 카본블랙, 카본나노튜브, 페놀 수지, 단당류, 이당류 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. The carbon source may be selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, phenol resins, monosaccharides, disaccharides, and mixtures thereof.

또한 본 발명에 있어서 용매에 용해가 가능한 고상의 규소원과 고상의 탄소원을 용매에 분산시켜 액상의 혼합 용액을 제조하여 혼합물을 제조할 수 있다. 이는 종래에 알려진 방법으로 구체적인 사항은 생략하도록 하겠다.In addition, in the present invention, a solid silicon source and a solid carbon source soluble in a solvent may be dispersed in a solvent to prepare a liquid mixed solution to prepare a mixture. This is a method known in the art will not be described in detail.

상기 금속 화합물은 알칼리, 알칼리 토 금속, 전이 금속의 질산화물 및 탄산화물 등으로부터 선택된 적어도 하나에 의해 이루어진 것일 수 있다.The metal compound may be made of at least one selected from alkalis, alkaline earth metals, nitrates and carbonates of transition metals, and the like.

본 발명에서는 상기 탄소원의 조성을 조절하여 다공질 탄화규소 구조체의 비표면적, 압축 강도, 기공율 등을 쉽게 제어할 수 있는바, 이는 실시예를 통해 후술한다.In the present invention, by adjusting the composition of the carbon source can easily control the specific surface area, compressive strength, porosity, etc. of the porous silicon carbide structure, which will be described later through the embodiment.

졸-겔 공정 수행 단계(S2)는 준비된 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 혼합하고 미량의 금속화합물과 촉매제를 첨가하여 상기 액상의 규소화합물의 가수분해 반응 및 겔화 반응을 일으킴으로써 겔화 조성물을 제조하는 단계이다.In the sol-gel process performing step (S2), the gelled composition is prepared by mixing the prepared liquid silicon compound with the liquid carbon compound and adding a trace amount of a metal compound and a catalyst to cause the hydrolysis reaction and gelation reaction of the liquid silicon compound. Manufacturing step.

액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합물에서 탄소/규소(C/Si)의 몰 비율은 1.0 내지 4.0 범위 이내인 것이 바람직하다.The molar ratio of carbon / silicon (C / Si) in the mixture of the liquid silicon compound and the liquid carbon compound is preferably in the range of 1.0 to 4.0.

탄소/규소의 몰 비율이 1.0 미만의 범위에서 탄화규소 합성 시 합성 수율이 급격히 감소하며 탄소/규소의 몰 비율이 4.0을 초과하는 범위에서는 졸-겔 공정 단계에서 겔화 반응 저하 및 탄화규소 소결체의 기계적 강도가 크게 감소된다.Synthesis yield decreases rapidly when synthesizing silicon carbide in the range of less than 1.0 mole ratio of carbon / silicone, and the reduction of gelation reaction and mechanical mechanical sintering of silicon carbide in the sol-gel process step in the range of more than 4.0 mole ratio of carbon / silicon The strength is greatly reduced.

또한, 사용되는 액상의 탄소화합물의 양은 열처리 반응 후 잔류하는 탄소량과 액상의 규소화합물 내 규소 원소를 기준으로 하여 사용하는 양을 결정할 수 있다.In addition, the amount of the liquid carbon compound used may be determined based on the amount of carbon remaining after the heat treatment reaction and the amount of silicon used in the liquid silicon compound.

본 발명에 따르면, 졸-겔 공정에서 요구되는 고상의 탄소원의 용해에 사용되는 용매의 양은 액상의 규소화합물 내 규소 원자 1몰에 대하여 10몰 이하의 범위에서 사용할 수 있다.According to the present invention, the amount of the solvent used for dissolving the solid carbon source required in the sol-gel process can be used in the range of 10 mol or less with respect to 1 mol of silicon atoms in the liquid silicon compound.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합은 금속 및 금속 화합물의 유입이 적은 테프론이 코팅된 혼합 장치, 예컨대 테프론 비이커, 테프론이 코팅된 마그네틱 혼합장치, 테프론이 코팅된 집기류, 테프론이 코팅된 임펠러를 이용하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 50RPM 내지 400RPM의 속도로 20℃ 내지 60℃의 온도에서 30분 이상 교반하여 규소화합물과 탄소화합물로 이루어진 겔화 조성물을 제조할 수 있다. 본 발명에서 바람직하게는 30분 내지 10시간 이내로 교반하여 겔화 조성물을 제조한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the liquid silicon compound and the liquid carbon compound are mixed with a Teflon-coated mixing device, such as a Teflon beaker, a Teflon-coated magnetic mixing device, or a Teflon with a low inflow of metals and metal compounds. It can be carried out using a coated collector, a Teflon-coated impeller, preferably a gelling composition consisting of a silicon compound and a carbon compound by stirring at a temperature of 20 ℃ to 60 ℃ at a rate of 50 RPM to 400 RPM for at least 30 minutes can do. In the present invention, the gelling composition is prepared by stirring within 30 minutes to 10 hours.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 규소원과 탄소원의 화학반응을 촉진하기 위한 촉매제로서 금속 화합물을 첨가될 수 있으며, 금속 화합물로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 전이 금속의 질산화물 또는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 전이 금속의 탄산화물등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예시적으로 니켈 또는 크롬의 질산 수화물 등을 규소 원소 1몰 대비 0.05몰 이하로 첨가하여 이산화규소의 열탄소 환원반응을 촉진시켜 상대적으로 낮은 온도에서 다공질 탄화규소 소결체를 제조할 수 있다. 이때 바람직하게는 규소 원소 1몰 대비 0.0001몰 내지 0.01몰로 첨가될 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.001몰 내지 0.01몰 이다.According to a preferred embodiment of the present invention, a metal compound may be added as a catalyst for promoting the chemical reaction between the silicon source and the carbon source, and the metal compound may be a nitrate or alkali metal, alkaline earth metal of alkali metal, alkaline earth metal and transition metal. And carbonates of transition metals. For example, a porous silicon carbide sintered body may be manufactured at a relatively low temperature by adding nitric acid hydrate of nickel or chromium to 0.05 mol or less with respect to 1 mol of silicon element to promote thermal carbon reduction reaction of silicon dioxide. In this case, preferably, it may be added in an amount of 0.0001 mol to 0.01 mol relative to 1 mol of the silicon element. More preferably, it is 0.001 mol-0.01 mol.

상기와 같이 첨가된 금속 화합물은 제조된 다공질 탄화규소 소결체에 산화물, 탄화물 또는 금속간 화합물로 잔류하는 것이 특징이다.The metal compound added as described above is characterized in that it remains as an oxide, carbide or intermetallic compound in the prepared porous silicon carbide sintered body.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 액상의 규소화합물의 가수 분해 반응과 겔화 반응을 촉진하는 촉매제로서 산 또는 염기를 소정량의 증류수와 혼합하여 수용액으로 만들어 첨가하여 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물이 균일하게 혼합된 겔화 조성물을 제조할 수 있다. 구체적으로 상기 겔화 조성물에 있어서, 상기 액상의 규소화합물은 가수분해 반응 및 겔화 반응이 진행됨에 따라 겔 상태가 되어 일종의 매트릭스의 역할을 수행하고, 상기 액상의 탄소화합물이 이에 고르게 분포된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a liquid silicon compound and a liquid carbon compound are added as a catalyst to promote the hydrolysis and gelling reactions of the liquid silicon compound and mixed with a predetermined amount of distilled water to form an aqueous solution. This uniformly mixed gelling composition can be prepared. Specifically, in the gelling composition, the liquid silicon compound becomes a gel state as the hydrolysis reaction and the gelling reaction proceed, and serves as a kind of matrix, and the liquid carbon compound is evenly distributed therein.

상기 촉매제는 질산, 염산, 옥살산, 말레익 산, 아크릴 산, 초산 및 톨루엔 설퍼닉 산 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 산(acid), 또는 암모니아수 및 헥사메틸렌 테트라아민 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 염기(base)를 사용할 수 있고, 산 또는 염기는 액상의 규소화합물 내 규소 원소(Si) 대비하여 0.2 몰비 이하, 바람직하기로는 0.001 내지 0.2 몰비 범위로 사용하고, 물은 액상의 규소화합물 내 규소 원소(Si) 대비하여 20 몰비 이하, 바람직하게는 0.1 내지 10 몰비 범위로 사용하여 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물로 이루어진 겔화 조성물을 제조할 수 있다.The catalyst is at least one acid selected from nitric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, maleic acid, acrylic acid, acetic acid and toluene sulfonic acid, or at least one base selected from ammonia water and hexamethylene tetraamine. The acid or base may be used in an amount of 0.2 mole or less relative to silicon element (Si) in the liquid silicon compound, preferably in a range of 0.001 to 0.2 mole ratio, and water is used in comparison to the elemental silicon (Si) in the liquid silicon compound. By using 20 mol ratio or less, preferably in the range of 0.1 to 10 molar ratio it can be prepared a gelling composition consisting of a liquid silicon compound and a liquid carbon compound.

건조 단계(S3)는 제조된 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계이다.Drying step (S3) is a step of drying the prepared gelling composition to prepare a cured gel.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 출발원료로 사용하여 제조된 겔화 조성물을 테프론, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등으로 제작된 용기에 장입하여 40℃ 내지 150℃의 온도에서 1시간 이상, 바람직하게는 2시간 내지 72시간 동안 건조하여 경화된 겔을 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a gelling composition prepared using a liquid silicon compound and a liquid carbon compound as starting materials is charged to a container made of Teflon, polyethylene, polyvinyl chloride, etc. The cured gel can be prepared by drying at temperature for at least 1 hour, preferably 2 to 72 hours.

1차 분쇄 단계(S4)는 건조 단계에서 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계이다.The first grinding step S4 is a step of first grinding the gel cured in the drying step to obtain gel powder.

경화된 겔을 1차 분쇄하고, 1mm 이하의 눈금 크기를 갖는 체로 분급하여 규소화합물과 탄소화합물이 균질하게 분포되어 있는 겔 분말을 얻을 수 있다.The cured gel is first ground and classified into a sieve having a scale of 1 mm or less to obtain a gel powder in which silicon compounds and carbon compounds are homogeneously distributed.

1차 열처리 단계(S5)는 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계이다.The first heat treatment step (S5) is a step of preparing a silicon dioxide-carbon composite by first heat treating the gel powder.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 겔 분말을 예컨대 규소 이외 금속 불순물 함량이 낮은 고순도 쿼츠 도가니 및 고순도 흑연 도가니에 장입 후 질소, 아르곤 및 진공(100 Torr 이하) 분위기 하에서 1℃/min 내지 10℃/min의 승온 속도로 승온하여 700℃ 내지 1000℃ 내의 온도 범위에서 0.5 내지 4시간 동안 1차 열처리를 통해 이산화규소-탄소 복합체를 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gel powder is charged into a high-purity quartz crucible and a high-purity graphite crucible having a low content of metal impurities other than silicon, for example, 1 ° C / min to 10 ° C under an atmosphere of nitrogen, argon and vacuum (10 0 Torr or less). The silicon dioxide-carbon composite may be prepared by a first heat treatment for 0.5 to 4 hours in a temperature range of 700 ° C. to 1000 ° C. by heating at a temperature increase rate of / min.

2차 분쇄 단계(S6)는 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계이다.Secondary grinding step (S6) is a step of producing a composite powder by secondary grinding the silicon dioxide-carbon composite.

본 발명에 따르면, 이산화규소-탄소 복합체를 분쇄하여 평균 입도를 감소시키고, 분쇄된 복합체 분말을 분급하여 입도 분포를 조절할 수 있다. 여기서 조절된 평균 입도는 바람직하게는 45㎛ 이하이다.According to the present invention, the silicon dioxide-carbon composite may be pulverized to reduce the average particle size, and the pulverized composite powder may be classified to adjust the particle size distribution. The average particle size adjusted here is preferably 45 μm or less.

성형체 제조 단계(S7)는 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계이다.Molded body manufacturing step (S7) is a step for producing a molded body using the composite powder.

본 발명에 따르면, 복합체 분말을 사용하여 통상적인 성형공정으로 일정한 형상의 성형체를 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to produce a molded article having a constant shape by a conventional molding process using the composite powder.

상기 성형공정은 일축 가압성형(uniaxial pressing), 주입성형(slip casting) 및 압출성형(extrusion) 등을 포함한다. 각각의 성형방법에서 성형조건은 특별히 한정되지 않는다.The molding process includes uniaxial pressing, slip casting, extrusion, and the like. In each molding method, molding conditions are not particularly limited.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 복합체 분말을 금형몰드에 장입한 후 5MPa 내지 20MPa 내의 압력으로 일축 가압 성형하여 성형체를 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the composite powder may be charged into a mold mold and uniaxially press-molded at a pressure within a range of 5 MPa to 20 MPa to produce a molded body.

2차 열처리 단계(S8)는 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계이다.Secondary heat treatment step (S8) is a step of producing a porous silicon carbide sintered body by secondary heat treatment of the molded body.

본 발명에 따르면, 제조된 성형체를 흑연 도가니 또는 알루미나 보트에 장입한 후 알루미나 관상로 또는 흑연 진공로에서 진공(100 Torr 이하) 분위기 또는 불활성 분위기에서 1℃/min 내지 10℃/min의 속도로 승온하여 1050℃ 내지 1250℃의 온도 범위에서 5시간 내지 20시간 동안 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조할 수 있다.According to the present invention, the prepared molded article is charged to a graphite crucible or an alumina boat, and then, at a rate of 1 ° C./min to 10 ° C./min in a vacuum (10 0 Torr or less) atmosphere or an inert atmosphere in an alumina tubular furnace or a graphite vacuum furnace. By heating the secondary heat treatment for 5 to 20 hours at a temperature range of 1050 ℃ to 1250 ℃ can be produced a porous silicon carbide sintered body.

여기서 상기 2차 열처리는 열 탄소 환원법(Carbothermal reduction reaction method) 뿐만 아니라 직접 탄화법(Direct carbonization method)으로 이루어질 수 있다.Here, the secondary heat treatment may be performed by a direct carbonization method as well as a thermal carbon reduction method.

구체적으로 열 탄소 환원법은 탄소와 혼합한 실리카를 아르곤 분위기에서 열처리하여 탄화규소를 제조하는 방법인데, 열처리 과정 중에 실리카가 탄소와 반응하여 실리카 중의 산소는 일산화탄소(CO) 가스로 형성되어 소실되고 남은 규소는 탄소와 반응하여 탄화규소를 형성하는 방법이다.Specifically, the thermal carbon reduction method is a method for producing silicon carbide by heat-treating silica mixed with carbon in an argon atmosphere.Since the silica reacts with carbon during the heat treatment process, oxygen in the silica is formed as carbon monoxide (CO) gas and is lost. Is a method of reacting with carbon to form silicon carbide.

또한 직접 탄화법은 가장 경제적이고 간단하게 β-SiC를 제조할 수 있는 방법이다. 하지만, 일반적으로 Si melting point(1412℃) 보다 낮은 온도에서 반응이 진행되기 때문에 최종 산물에 다량의 미반응 실리카를 함유하고 있다는 단점이 있고, 이로 인해 고순도의 탄화규소 분말을 제조가 어렵다는 단점이 있는 방법이다.In addition, direct carbonization is the most economical and simple method for producing β-SiC. However, in general, since the reaction proceeds at a temperature lower than the Si melting point (1412 ° C.), there is a disadvantage in that the final product contains a large amount of unreacted silica, which makes it difficult to manufacture high purity silicon carbide powder. Way.

본 발명에 따라 제조된 다공질 탄화규소 소결체는 10MPa 내지 30MPa의 압축강도, 평균 메조기공크기는 5nm 내지 30nm를 갖고 있으며, 50m2/g 내지 130m2/g의 비표면적 특성을 갖는다.The sintered porous silicon carbide made according to the present invention, the compressive strength and an average mesopore size of 10MPa to 30MPa is having a 5nm to 30nm, and has a specific surface area characteristics of 50m 2 / g to 130m 2 / g.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The following examples are merely examples to help understanding of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

이하 물성은 하기의 방법으로 측정하였다.Hereinafter, physical properties were measured by the following method.

1) 압축강도: Instron 인장시험기1) Compressive Strength: Instron Tensile Tester

2) 기공율: 아르키메데스법2) Porosity: Archimedes

3) 비표면적: BET 비표면적 분석3) Specific surface area: BET specific surface area analysis

실시예 1 내지 3Examples 1 to 3

메조 또는 매크로 크기의 기공을 갖는 다공질 탄화규소 소결체를 제조하기 위해, 액상 규소화합물로는 에틸 실리케이트를 사용하였다. 액상 탄소화합물로는 용매인 에탄올에 탄소원인 페놀 수지를 투입한 것을 사용하였으며, 열탄소환원 반응을 촉진하기 위하여 금속 화합물로 질산 크롬을 사용하였다. 이 때, 상기 에탄올의 양은 액상 규소화합물인 에틸 실리케이트 내 규소 원소 1몰 대비 4몰로 사용하였고, 상기 페놀 수지의 양은 액상 규소화합물인 에틸 실리케이트 내 규소 원소 1몰 대비 1.0몰, 1.6몰 및 2.4몰이 되도록 하였으며, 질산 크롬의 양은 질산 크롬 내 크롬 원소는 1몰의 규소 원소 대비 0.001몰이 되도록 하였다.In order to prepare a porous silicon carbide sintered body having meso or macro-sized pores, ethyl silicate was used as the liquid silicon compound. As a liquid carbon compound, a phenol resin as a carbon source was added to ethanol as a solvent, and chromium nitrate was used as a metal compound to promote a thermal carbon reduction reaction. At this time, the amount of ethanol was used as 4 mol compared to 1 mol of the silicon element in the liquid silica compound ethyl silicate, the amount of the phenol resin is 1.0 mol, 1.6 mol and 2.4 mol compared to 1 mol of the silicon element in the liquid silica compound ethyl silicate The amount of chromium nitrate was such that the amount of chromium in chromium nitrate was 0.001 mol relative to 1 mol of silicon.

(실시예1의 C/Si=1.0, 실시예2의 C/Si=1.6, 실시예3의 C/Si=2.4)(C / Si = 1.0 in Example 1, C / Si = 1.6 in Example 2, C / Si = 2.4 in Example 3)

그리고 에틸 실리케이트를 1몰을 첨가시킨 후 상온에서 300RPM의 속도로 교반하여 복합 졸을 제조하였다.Then, 1 mole of ethyl silicate was added, followed by stirring at a rate of 300 RPM at room temperature to prepare a composite sol.

제조된 복합 졸에 규소 원소 대비 20몰의 증류수와 0.001몰의 질산을 첨가한 후 2시간 동안 교반시킨 후 에틸 실리케이트의 가수분해가 완료된 졸에 0.003몰의 암모니아 용액을 첨가하여 겔화 조성물을 제조하였다. 상기 제조된 겔화 조성물을 80℃에서 건조 후 분쇄하여 겔 분말을 제조하였다.20 mol of distilled water and 0.001 mol of nitric acid were added to the prepared composite sol, followed by stirring for 2 hours, and then 0.003 mol of ammonia solution was added to the sol in which hydrolysis of ethyl silicate was completed, thereby preparing a gelling composition. The gelling composition prepared above was dried at 80 ° C. and then ground to prepare gel powder.

상기 겔 분말을 쿼츠 도가니에 넣고 쿼츠 관상로에 장입시킨 후 질소 가스 분위기 하에서 5℃/min 속도로 승온하여 900℃에서 3시간 동안 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하였다. 제조된 이산화규소-탄소 복합체를 플레네터리 믹서를 사용하여 2시간 동안 분쇄하였으며 체눈의 크기가 32um인 거름체를 이용하여 분급된 복합체 분말을 제조하였다.The gel powder was placed in a quartz crucible, charged in a quartz tube furnace, and heated at a rate of 5 ° C./min under a nitrogen gas atmosphere, followed by primary heat treatment at 900 ° C. for 3 hours to prepare a silicon dioxide-carbon composite. The prepared silicon dioxide-carbon composites were pulverized for 2 hours using a planetary mixer, and a classified composite powder was prepared using a sieve having a size of 32 μm.

분급된 복합체 분말을 금형 몰드에 장입한 후 5Mpa의 압력으로 일축가압 성형하였으며, 제조된 성형체는 흑연 도가니에 넣고 흑연 진공로에 장입하였다. 진공분위기에서 10℃/min의 속도로 승온하여 1200℃에서 5시간 동안 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하였으며 공기 중에서 600℃의 온도에서 2시간 동안 열처리하여 잔류탄소를 제거하였다.The classified composite powder was charged into a mold mold, and then uniaxially press-molded at a pressure of 5 Mpa, and the prepared molded body was put into a graphite crucible and charged into a graphite vacuum furnace. The porous silicon carbide sintered body was prepared by heating at a rate of 10 ° C./min in a vacuum atmosphere for 2 hours at 1200 ° C. to remove residual carbon by heat treatment at 600 ° C. for 2 hours in air.

상기 실시예 1∼ 3에서 제조한 다공성 탄화규소 구조체의 기공 및 기계적 특성은 하기 (표 1)에 정리하여 나타냈다.The pore and mechanical properties of the porous silicon carbide structure prepared in Examples 1 to 3 are summarized in the following (Table 1).

구 분division 실시예Example 1One 22 33 출발원료Starting material 탄소원Carbon source 페놀레진Phenolic Resin 페놀레진Phenolic Resin 페놀레진Phenolic Resin 규소원Silicon 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate Cr/Si(몰비)Cr / Si (molar ratio) 0.0010.001 0.0010.001 0.0010.001 C/Si(몰비)C / Si (molar ratio) 1.01.0 1.61.6 2.42.4 1차 열처리온도/ 시간Primary heat treatment temperature / time 900℃/3시간900 ℃ / 3 hours 2차 열처리 온도/ 시간Secondary heat treatment temperature / time 1200℃/5시간1200 ℃ / 5 hours SiC 소결체SiC Sintered Body 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 5353 6464 7676 강도(MPa)Strength (MPa) 2323 1616 77 평균 기공 크기(nm)Average pore size (nm) 1111 1313 1818 기공율(%)Porosity (%) 7575 7878 8080

표 1에 의하면, 상기와 같은 방법으로 제조된 다공질 탄화규소 소결체의 압축강도는 출발원료 내 규소대비 탄소의 몰 비율이 1.0, 1.6 및 2.3으로 증가함에 따라 23MPa에서 7MPa로 감소하였으며 겉보기 기공율과 비표면적은 75 내지 80% 및 53 내지 76m2/g 으로 증가하였다.According to Table 1, the compressive strength of the porous silicon carbide sintered body manufactured by the above method decreased from 23 MPa to 7 MPa as the molar ratio of carbon to silicon in the starting material increased to 1.0, 1.6 and 2.3, and the apparent porosity and specific surface area. Increased to 75-80% and 53-76 m 2 / g.

또한 상기 실시예2 및 3의 다공성 탄화규소 소결체에 대한 X-선 회절 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 2에 나타냈다. 이를 참조하면, 상기 다공성 탄화규소 소결체가 베타상 탄화규소임을 알 수 있으며, 첨가된 금속 화합물은 양이 적기 때문에 X-선 회절 패턴 분석에서는 확인되지 않았다.In addition, X-ray diffraction analysis was performed on the porous silicon carbide sintered bodies of Examples 2 and 3, and the results are shown in FIG. 2. Referring to this, it can be seen that the porous silicon carbide sintered body is beta-phase silicon carbide, and since the added metal compound is small in amount, it was not confirmed in the X-ray diffraction pattern analysis.

또한 상기 실시예3의 다공성 탄화규소 소결체를 x100,000의 배율로 관찰한 SEM 이미지를 도 3에 나타냈다. 이를 참조하면, 상기 실시예3에 따라 제조된 다공성 탄화규소 소결체는 고르게 분포된 메조 기공을 포함하고 있음을 알 수 있다.In addition, the SEM image of observing the porous silicon carbide sintered body of Example 3 at a magnification of x100,000 is shown in FIG. 3. Referring to this, it can be seen that the porous silicon carbide sintered body manufactured according to Example 3 includes mesopores evenly distributed.

실시예 4 내지 6Examples 4-6

실시예 3과 동일하게 실시하되, 규소 원소 대비 탄소의 몰 비율은 2.4으로 고정하였으며, 성형체의 2차 열처리는 아르곤 분위기에서 각각 1050℃, 1200℃, 1250℃로 10℃/min의 속도로 승온하여 10시간 동안 진행하였다.In the same manner as in Example 3, the molar ratio of carbon to silicon element was fixed at 2.4, and the secondary heat treatment of the molded body was heated at a rate of 10 ° C./min at 1050 ° C., 1200 ° C., and 1250 ° C., respectively, in an argon atmosphere. Proceed for 10 hours.

상기 실시예 4∼ 6에서 제조한 다공성 탄화규소 소결체의 기공 및 기계적 특성은 하기 표 2에 정리하여 나타냈다.The pore and mechanical properties of the porous silicon carbide sintered body prepared in Examples 4 to 6 are summarized in Table 2 below.

구 분division 실시예Example 44 55 66 출발원료Starting material 탄소원Carbon source 페놀레진Phenolic Resin 페놀레진Phenolic Resin 페놀레진Phenolic Resin 규소원Silicon 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate Cr/Si(몰비)Cr / Si (molar ratio) 0.0010.001 0.0010.001 0.0010.001 C/Si(몰비)C / Si (molar ratio) 2.42.4 2.42.4 2.42.4 1차 열처리온도/ 시간Primary heat treatment temperature / time 900℃/3시간900 ℃ / 3 hours 2차 열처리 온도/ 시간Secondary heat treatment temperature / time 1050℃/10시간1050 ℃ / 10 hours 1200℃/10시간1200 ℃ / 10 hours 1250℃/10시간1250 ℃ / 10 hours SiC 소결체SiC Sintered Body 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 / g) 9393 7676 5151 평균 기공 크기(nm)Average pore size (nm) 77 1818 2828 강도(MPa)Strength (MPa) 88 1818 2323 기공율(%)Porosity (%) 7878 7878 7878

표 2에 의하면, 상기와 같은 방법으로 제조된 다공질 탄화규소 소결체의 압축강도는 2차 열처리 온도가 1175℃에서 1250℃로 증가함에 따라 14MPa 에서 23MPa로 증가하였으며, 비표면적은 93m2/g 에서 51m2/g로 감소하였고, 메조 기공 크기는 7nm 에서 28nm로 변화하였으나 기공율은 78%에서 큰 변화가 없었다.According to Table 2, the compressive strength of the porous silicon carbide sintered body manufactured by the above method was increased from 14MPa to 23MPa as the secondary heat treatment temperature was increased from 1175 ° C to 1250 ° C, and the specific surface area was increased from 93m 2 / g to 51m The mesopore size was reduced from 2nm to 28nm, but the porosity was not changed from 78%.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical idea or essential features thereof. You will understand that there is. Therefore, it is to be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

각 출발 원료를 액상으로 균질하게 혼합함에 따라 다공질 탄화규소의 합성 및 소결 온도를 낮출 수 있으며 본 발명에서 개발된 다공질 탄화규소 소결체는 열전도도가 높고 기계적 특성이 우수하며 비표면적 및 기공율이 높기 때문에 메탄올 제조공정 및 합성가스를 제조하기 위하여 열발생이 높은 메탄의 직접 촉매활성 부분 산화 공정 또는 메탄의 이산화탄소 촉매개질 방법이 사용되고 있는 화학산업에 촉매 효율 향상 및 촉매 담체의 내구성 및 신뢰성 확보할 수 있기 때문에 적용할 수 있다.By homogeneously mixing each starting material in the liquid phase, the synthesis and sintering temperature of the porous silicon carbide can be lowered. Applied to the chemical industry where the direct catalytically active partial oxidation process of methane with high heat generation or the carbon dioxide catalyst reforming method of methane is used for manufacturing process and synthesis gas, because it can improve catalyst efficiency and ensure durability and reliability of catalyst carrier. can do.

또한 개발된 다공질 탄화규소 소결체는 일정 형상을 갖고 기계적 특성이 우수하고 메조 크기 기공구조를 갖고 있기 때문에 산화물계 필터가 사용될 수 없는 폐수 처리용 필터 소재로 활용할 수 있음.In addition, the developed porous silicon carbide sintered body has a certain shape, excellent mechanical properties, and meso-sized pore structure, so it can be used as a filter material for wastewater treatment in which an oxide filter cannot be used.

Claims (16)

액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물 및 금속 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조한 뒤, 겔화시켜 겔화 조성물을 제조하는 단계;
상기 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계;
상기 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계;
상기 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계;
상기 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계;
상기 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계; 및
상기 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계; 를 포함하는 열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
Preparing a gelling composition by mixing a liquid silicon compound with a liquid carbon compound and a metal compound to prepare a mixture, followed by gelation;
Drying the gelling composition to produce a cured gel;
First grinding the cured gel to obtain gel powder;
Firstly heat treating the gel powder to produce a silicon dioxide-carbon composite;
Secondary grinding the silicon dioxide-carbon composite to prepare a composite powder;
Preparing a molded body using the composite powder; And
Preparing a porous silicon carbide sintered body by performing secondary heat treatment on the molded body; Method for producing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process comprising a.
제1항에 있어서,
상기 겔화 조성물은 액상의 규소화합물, 액상의 탄소화합물 및 금속 화합물의 혼합물에 촉매제를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The gelling composition is a method for producing a porous silicon carbide sintered body, characterized in that is prepared by adding a catalyst to a mixture of a liquid silicon compound, a liquid carbon compound and a metal compound.
제2항에 있어서,
상기 촉매제는 질산, 염산, 옥살산, 말레익 산, 아크릴 산, 초산, 톨루엔 설퍼닉 산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 산(acid);
암모니아수, 헥사메틸렌 테트라아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 염기(base); 및
이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 2,
The catalyst may be an acid selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, maleic acid, acrylic acid, acetic acid, toluene sulfonic acid and mixtures thereof;
A base selected from the group consisting of ammonia water, hexamethylene tetraamine, and mixtures thereof; And
A method for producing a porous silicon carbide sintered body, characterized in that selected from the group consisting of a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 액상의 규소화합물은 실리콘 알콕사이드 및 폴리 에틸실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
Wherein said liquid silicon compound is selected from the group consisting of silicon alkoxides and polyethylsilicates and mixtures thereof.
제1항에 있어서,
상기 금속 화합물로 알칼리 금속, 알칼리 토 금속 및 전이 금속의 질산화물 또는 알칼리 금속, 알칼리 토 금속 및 전이 금속의 탄산화물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 그 양은 1몰의 규소원 대비 0.0001몰 내지 0.05몰 인 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소의 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The metal compound is selected from the group consisting of nitrates of alkali metals, alkaline earth metals and transition metals or carbonates of alkali metals, alkaline earth metals and transition metals, etc., and the amount thereof is 0.0001 mol to 0.05 mol relative to 1 mol of silicon source. A method for producing a sintered body of porous silicon carbide, characterized by the above-mentioned.
제1항에 있어서,
상기 액상의 탄소화합물은 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매에 고상의 탄소원을 분산시켜 제조된 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The liquid carbon compound is a method for producing a porous silicon carbide sintered body, which is prepared by dispersing a solid carbon source in a solvent selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol (IPA) and mixtures thereof.
제6항에 있어서,
상기 고상의 탄소원으로 카본블랙, 카본나노튜브, 페놀 수지, 단당류, 이당류 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 6,
Method for producing a porous silicon carbide sintered body selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, phenol resins, monosaccharides, disaccharides and mixtures thereof as the solid carbon source.
제6항에 있어서,
상기 액상의 탄소화합물은 상기 용매 30중량% 내지 100중량%; 및 탄소원 70중량% 이내를 포함하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 6,
The liquid carbon compound is 30 wt% to 100 wt% of the solvent; And a carbon source containing 70 wt% or less of the porous silicon carbide sintered body.
제1항에 있어서,
상기 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합물은 탄소/규소의 몰비(C/Si)가 1.0 내지 4.0인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body in which the mixture of the liquid silicon compound and the liquid carbon compound has a molar ratio (C / Si) of 1.0 to 4.0 of carbon / silicon.
제1항에 있어서,
상기 겔화 조성물을 제조하는 단계에서 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 50RPM 내지 400RPM 의 속도로 20℃ 내지 60℃ 이내의 온도에서 30분 이상 교반하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
Preparation of the porous silicon carbide sintered body characterized in that the liquid silicon compound and the liquid carbon compound in the step of preparing the gelling composition is stirred by mixing for at least 30 minutes at a temperature within 20 ℃ to 60 ℃ at a rate of 50RPM to 400RPM Way.
제1항에 있어서,
상기 경화된 겔을 제조하는 단계에서 겔화 조성물의 건조는 40℃ 내지 150℃ 의 온도에서 2시간 내지 72시간 동안 건조하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
Drying of the gelling composition in the step of preparing the cured gel is a method for producing a porous silicon carbide sintered body is dried for 2 to 72 hours at a temperature of 40 ℃ to 150 ℃.
제1항에 있어서,
상기 1차 열처리는 상기 경화된 겔 분말을 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 700℃ 내지 1000℃ 의 온도에서 0.5시간 내지 4시간 동안 열처리하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The primary heat treatment is a method for producing a porous silicon carbide sintered body is heat-treated for 0.5 hours to 4 hours at a temperature of 700 ℃ to 1000 ℃ in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 성형체의 제조는 일축 가압성형, 주입성형 및 압출성형 중 선택된 적어도 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The manufacturing method of the porous silicon carbide sintered body characterized in that the production of the molded body is made by at least one selected from uniaxial pressure molding, injection molding and extrusion molding.
제1항에 있어서,
상기 2차 열처리는 상기 성형체를 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 1050℃ 내지 1300℃ 의 온도에서 1시간 내지 20시간 동안 열처리하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The secondary heat treatment is a method for producing a porous silicon carbide sintered body is heat treatment for 1 to 20 hours at a temperature of 1050 ℃ to 1300 ℃ in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 다공질 탄화규소 소결체의 압축 강도는 10Mpa 내지 30Mpa 이며, 기공율은 60% 내지 85% 이고, 비표면적은 50m2/g 내지 130m2/g 인 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The porous silicon carbide sintered compact has a compressive strength of 10Mpa to 30Mpa, porosity of 60% to 85%, specific surface area of 50m 2 / g to 130m 2 / g method for producing a porous silicon carbide sintered body.
제1항에 있어서,
상기 다공질 탄화규소 소결체의 결정상은 베타상인 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The crystal phase of the porous silicon carbide sintered body is a beta phase manufacturing method of the porous silicon carbide sintered body.
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