JPH013083A - 炭化けい素多孔質体およびその製造方法 - 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、触媒担体、ろ適用フィルター、熱交換器用部
材等に用いられる炭化けい素多孔質体およびその製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来、炭化けい素多孔質体とその製造方法としては、次
のような先行技術が知られている。

（１）　　炭素または炭素と炭化けい素からなる成形体
に、けい素を反応させる方法（特開昭４８−３９５１５
号、特開昭５７−１６０９７１号、特開昭５９−１６２
１７８号、特開昭６０−８６０７４号、特開昭６０−９
０８６８号、特開昭６１−１００６８号、特開昭６１５
２１０７号）。

（２）β型炭化けい素麺微粉末に多結晶炭化けい素粉末
を混合・成形し、焼成する方法（特開昭６１−１７４７
２号、特開昭６１−５３１６３号）。

（３）有機高分子発泡体を利用して、炭化けい素のセル
状骨格構造を形成する方法（特開昭５８−１２２０１６
号、特開昭６１−１４１８１号、特開昭６１−２５７２
１７号）。

（４）β型炭化けい素粉末を出発原料とし、結晶成長助
剤を加え、あるいは加えずに、焼成する方法（特開昭６
０−２５５６７１号、特開昭６０−２６４３６５号、特
開昭６１−９１０７６号、特開昭６１−１９１５７５号
）。

これらの方法で製造される炭化けい素多孔質体の構造は
、略３次元網目構造を持つものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、（１）の方法で製造される炭化けい素多
孔質体は、Ｃ＋Ｓｉ−＊ＳｉＣなる反応により炭化けい
素を合成・焼結する故に、生成する炭化けい素の粒径を
制御する事は困難である。また、生成する炭化けい素の
形状は、粒状で、粒の一部が他の粒の一部と結合した状
態の炭化けい素多孔質体である。

この炭化けい素多孔質体の気孔率は、２５〜３５％程度
で、比較的小さい。このため、多孔質体中を流体が通過
する際の抵抗は、極めて高い。

一方、多孔質体中を流体が通過する際の抵抗を低く抑え
るためには、気孔率を高くしなければならない。しかし
、気孔率を高くするためには、生成する炭化けい素の量
を少なくする必要があるｆこめ、焼結体の強度が著しく
低下する。

（２）の方法で製造される炭化けい素多孔質体は、β型
炭化けい素麺微粉末を多結晶炭化けい素粒どうしの結合
材として使用している。この場合、骨材となる多結晶炭
化けい素粒の配置によって、気孔率がほぼ決定する。多
結晶炭化けい素の粒間距離が小さければ、β型炭化けい
素麺微粉末結合材が少量で多孔質体を得られるが、その
気孔率は小さくなる。

また、多結晶炭化けい素の粒間距離を大きくすると、粒
どうしを結合するため、β型炭化けい素麺微粉末結合材
を多量に必要とする。結合材は、焼結後もそのまま残存
するため、極端な場合は、多結晶炭化けい素どうしの隙
間（気孔）に結合材が充填してしまい、やはり気孔率は
小さくなる。

（３）の方法で製造される炭化けい素多孔質体は、大小
のセル状骨格から構成される。このため、高気孔率の多
孔質体が得られるが、比較的低い強度のものしか得られ
ない。

（４）の方法で製造される炭化けい素多孔質体は、板状
結晶がからみ合った３次元網目構造をとる。

この多孔質体は、上記問題点を幾分改良している。

しかし、出発原料が、粒状であるが故に、多孔質体内部
にわたって均一に板状結晶を成長させることは困難であ
る。特に、大型の多孔質体を製造する場合、多孔質体の
中央部に板状に成長できず、粒状のままの炭化けい素が
残存してしまう傾向があった。

この多孔質体が、比較的高強度であるのは、多孔質体内
部に残存する粒状炭化けい素によるところが大きく、板
状結晶がからみ合う表面層は、それほど強度が大きい訳
ではない。

したがって、表面層の摩耗か大きく、表面層が簡単にか
けてしまう等の問題があった。

本発明は、上述の問題点を解決するため、多孔質体の構
成を二重構造にすることによって、高強度かつ高気孔率
を併有する新規な炭化けい素多孔質体およびその製造方
法を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち、本発明の炭化けい素多孔質体は、からみあっ
た炭化けい素ウィスカーで構成された内層部と、粒子状
炭化けい素で構成された表層部とが一体的に形成されて
成ることを特徴とし、またその製造方法は、炭化けい素
ウィスカーの成形体に熱硬化性樹脂を含浸し、非酸化性
雰囲気中、８００〜１２００℃に加熱して熱硬化性樹脂
を焼成炭化し、次いで酸化雰囲気中８００℃に加熱して
表層部の炭素を燃焼除去した後、非酸化性雰囲気中、１
８００〜２２００°Ｃで熱処理し、次いで酸化雰囲気中
８００℃以下に加熱して多孔質体の遊離炭素を燃焼除去
することを特徴とする特許ある。

次に、本発明を図面により説明する。第１図は本発明の
炭化けい素多孔質体を例示した断面図である。

第１図において、ｌは、粒子状炭化けい素で構成された
表層部、２は、からみあった炭化けい素ウィスカーで構
成された内層部である。

炭化けい素ウィスカーは、直径０．１〜１．０μＩ長さ
３０〜１００μｍの針状単結晶からなる微細繊維状物質
であり、本発明の炭化けい素多孔質体は、この炭化けい
素ウィスカーをからみ合せて、所望の形状・空隙率に形
成した成形体を用いて炭化けい素多孔質体とするもので
ある。しかしながら、この成形体は、炭化けい素ウィス
カー相互のからみ合いにより形成されるので、それ自体
の強度は、十分なものではない。そこで、成形体の表層
部を焼結した粒子状炭化けい素で構成することにより、
強度向上をはかるものである。

この炭化けい素多孔質体は、次の方法で製造することが
できる。

まず、炭化けい素ウィスカーを水あるいは有機溶媒等の
適当な分散媒に均一に分散させたのち、ろ過し、所定形
状の成形体を得る。このとき、成形時の成形圧を変える
ことにより、成形体の空隙率を調節制御することができ
る。

次いで、成形体に熱硬化性樹脂を含浸し、アルゴン、窒
素等の非酸化性雰囲気中８００〜１２００℃に加熱して
、熱硬化性樹脂を焼成炭化する。このようにして、炭素
が均一に分散した炭化けい素ウィスカー成形体を得る。

この場合、熱硬化性樹脂をアルコール、エーテル等の有
機溶媒に溶解して粘度を下げると含浸操作が容易になり
、かつ均一に含浸させることができるので好ましい。有
機溶媒は、１００℃前後に加熱して揮散除去する。

次いで、酸化性雰囲気中８００℃以下の温度で適宜時間
加熱処理して成形体表層部に分散する炭素を燃焼除去し
た後、アルゴン、窒素等の非酸化性雰囲気中１８００〜
２２００℃で熱処理すると、成形体表層部の炭化けい素
ウィスカーは、粒子状に転化し、粒子の一部どうしが接
触・焼結し、高強度の表層部が形成する。炭素は、炭化
けい素の粒子化を抑制するため、内層部は、ウィスカー
状に保たれ、表層部のみが粒子化する。この場合、ひ在
する炭素が１０重量％を下回ると、炭化けい素の粒子化
抑制効果が十分でないため、好ましくない。熱処理温度
を１８００〜２２００℃に設定するのは、熱処理温度が
、１８００°Ｃを下回る場合は、表層部のウィスカーの
粒子化が十分でなく、２２００°Ｃを」二回る場合は、
内層部にまで粒子化が進むｊコめに気孔率が低下し、か
つ多孔質体の機能を低下させる閉気孔が形成されやすい
ためである。

次いで、酸化性雰囲気中８００℃以下の温度で適宜時間
加熱処理して多孔質体中に残存する粒子化抑制剤として
の遊離炭素を燃焼除去することによって、炭化けい素多
孔質体を得ることができる。

また、はう素、アルミニウム等の焼結促進剤を表層部に
介在させると、表層部をより高強度にすることができる
。焼結促進剤は、溶液もしくは、分散液きして表層部に
介在させることができる。

〔作　用〕

上記構成に基づき、本発明の炭化けい素多孔質体は、内
層部はからみあったウィスカーが集合した成形体で構成
され、表層部は粒子の一部どうしが接触した焼結体で構
成され、両者が一体的に形成されているので、ウィスカ
ー成形体による高気孔率ならびに粒子の一部どうしが接
触した焼結体による高強度化がはかれる。また、多孔質
体の気孔率らウィスカー成形体の成形時に容易に調節制
御することができる。この炭化けい素多孔質体は、炭素
の有する粒子化抑制効果を巧みに利用して成形体表層部
のみを粒子化焼結することができる。

〔実施例〕

次に、実施例により本発明を説明する。

実施例１ 直径０．１〜１．０μ訳、長さ３０〜１００μ次の炭化
けい素ウィスカーをエタノール中に分散・混合した後ろ
過・乾燥し、次いで成形して５０ｍｘＸ５０ｘｉｘ　５
０ｒｉｘ、重さ６０９の炭化けい素ウィスカー成形体を
得た。この炭化けい素ウィスカー成形体の気孔率は８５
％であった。

該炭化けい素ウィスカー成形体に、フェノール樹脂２５
ｇをエタノール２５肩ｇに溶解した溶液を含浸した。次
いで２００℃で乾燥・硬化後アルゴン雰囲気中９００　
’Ｃ１時間焼成炭化した。このときの炭素分は、炭化け
い素ウィスカー成形体に対して２０重量％であった。

次いで空気中７００°Ｃに５分保持し、成形体表層部の
炭素を燃焼除去した後アルゴン雰囲気中１９００℃で１
時間熱処理して焼結した。

次いで空気中７００°Ｃに２時間保持し、多孔質体の遊
離炭素を燃焼除去した。

得られた炭化けい素多孔質体は、気孔率８５％、圧縮強
度３００ｋｇ／ｃｘ”であった。この炭化けい素多孔質
体を切断し、断面の観察を行ったところ、表層部は厚さ
２　、１　ｘｍの粒状炭化けい素であり、内層部は炭化
けい素ウィスカーかからみあった二重構造の炭化けい素
多孔質体であった。

実施例２ 実施例１と同様にして、炭化けい素ウィスカー成形体に
フェノール樹脂を含浸・乾燥・硬化した後、焼成炭化し
た。次いでエタノール中に分散したアモルファスボロン
を塗布した。

乾燥後、アルゴン雰囲気中２０００℃で１時間焼結した
。

得られた炭化けい素多孔質体は、気孔率８・１％、圧縮
強度４１０ｋｇ／ｃｍ″であった。この炭化けい素多孔
質体を切断し、断面の観察を行ったところ、表層部は厚
さ２　、４　ｓＩｌの粒状炭化けい素で、内部は炭化け
い素ウィスカーかからみあった二ｍ　＋ｒｌｔ造の炭化
けい素多孔質体であった。

比較例１ 実施例１と同様にして成形した炭化けい素ウィスカー成
形体に樹脂を含浸しないで、そのままアルゴン雰囲気中
１９００℃で１時間焼結しｆコ。

得られた炭化けい素多孔質体は、気孔率８５％、圧縮強
度６３に９／ｃｙｔ”であった。断面観察の結果、多孔
質体全体にわたって粒状炭化けい素か観察された。

比較例２ 焼成温度のみを２３００℃にし、他は、実施例２と全く
同様にして炭化けい素多孔質体を得た。

得られた炭化けい素多孔質体は、気孔率７５％、圧縮強
度４１０　ｋｇ／ｃｍ”であった。断面観察の結果、表
面層の厚さは５ＭＲで閉気孔が多く多孔質体として好ま
しいものではなかった。

〔発明の効果〕

上記説明で明らかなように、本発明の炭化けい素多孔質
体は、高気孔率・高強度を兼備し、各種ろ適用フィルタ
ー、触媒担体、熱交換器用部材、エアレーション用部材
等の分野に好適に使用できる。

今後、セラミック多孔質体の用途がひろまるなかで、本
発明の産業上の役割は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭化けい素多孔質体を例示した断面図
である。 １・・・表層部　　　２・・・内層部 発　Ｉ　区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、からみ合った炭化けい素ウィスカーで構成された内
   層部と、粒子状炭化けい素で構成された表層部とが一体
   的に形成されて成ることを特徴とする炭化けい素多孔質
   体。 ２、炭化けい素ウィスカーの成形体に熱硬化性樹脂を含
   浸し、非酸化性雰囲気中、８００〜１２００℃に加熱し
   て熱硬化性樹脂を焼成炭化し、次いで酸化雰囲気中、８
   ００℃以下に加熱して表層部の炭素を燃焼除去した後、
   非酸化性雰囲気中、１８００〜２２００℃で熱処理し、
   次いで酸化雰囲気中、８００℃以下に加熱して多孔質体
   の遊離炭素を燃焼除去することを特徴とする炭化けい素
   多孔質体の製造方法。 ３、熱硬化性樹脂の含浸量が炭化けい素ウィスカーに対
   して、炭素として１０重量％以上である特許請求の範囲
   第２項記載の炭化けい素多孔質体の製造方法。 ４、炭化けい素ウィスカー成形体にほう素、アルミニウ
   ム等の焼結促進剤を含む溶液もしくは分散液を塗布する
   特許請求の範囲第２項記載の炭化けい素多孔質体の製造
   方法。