JPH02221157A - 耐酸化性高強度炭素材の製造方法 - 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〕 本発明は耐酸化性高強度炭素材の製造方法に関する。更
に詳しくは、酸化処理した炭素材にセラミックスを配合
し、焼結させた耐酸化性高密度高強度炭素材の製造方法
にｒＩＪする。

〔従来の技術） 炭素材は高温強度、耐熱衝撃性、高熱伝導性、良導電性
、低熱＊眼性、耐薬品性など多くの優れた特性を有する
材料である。しかし高い温度条件下で酸化され易いとい
う大きな欠点がある。例えば炭素材を空気中で加熱すれ
ば、３００℃付近から酸化され始め、６００’Ｃ以上で
急速に酸化が進行する。

このｌζめ、炭素材は優れた高温特性を有するにも拘ら
ず、高温下での使用は非酸化性雰囲気に限られ、大気中
での使用は困難であった。このような炭素材の欠点を補
うための方法として、耐酸化性を向上させるために、リ
ン酸化合物やホウ酸化合物を含浸させる方法。ガラス皮
膜形成成分を含浸させたり、コーティングする方法、炭
素又は黒鉛に炭化ケイ素とケイ素鉄を配合する方法又は
炭化ケイ素とケイ酸を主体とするケイＩＩＩ結合剤を配
合する方法などが提案されている。しかしながらリン酸
化合物を含浸させる方法は、炭素質の酸化開始温度をせ
いぜい１００〜２００℃程度上昇させる方法であり、抜
本的な解決にはならない。

またガラス皮膜形成成分を含浸又はコーディングすれば
、炭素材の耐酸化性はかなり改善されるが、これは炭素
材表面に形成されるガラス皮膜に依存するため、コーテ
ィングのむら、皮膜の損傷や炭素材とガラス皮膜の熱膨
脹係数の差に起因する剥離などにより、酸化が局部的に
進行するおそれがあり、安定した効果は期待できない。

また生コークス粉末に炭化ホウ素粉末、炭化ケイ素粉末
を配合し、焼結した耐酸化性高強度炭素材（特開昭５９
−１３１５７６号公報）や、摩砕処理したコークス粉末
とセラミックス粉末を混合又は混合摩砕して焼結する炭
素−セラミックス複合ｖＪ（特開昭５６−１４００７５
号公報）も知られている。また炭化ケイ素、炭化ホウ素
及び酸化アルミニウムをコークスに対して配合ｊノだ材
料を用いた耐熱性ファン（特開昭６０−６０２９９号公
報）も提案されている。

これらは、それぞれ、それなりの耐酸化性、高密度化は
達成されているが、本発明は、これらの方法を更に改善
し、更に耐酸化性に優れた高密度の炭素系複合材を提供
するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は高強度、高密度であると共に、特に耐酸
化性の優れた炭素質、セラミックス複合材の製造方法を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は炭素質にセラミックスを１〜９０重帛％配合し
、焼結させて高密度、高強度複合材を製造する方法にお
いて、炭素質として予め酸化処理をしたものを使用する
ことを特徴とする耐酸化性、高強度炭素材の製造方法で
ある。

炭素材に耐酸化性を付与するのに、酸化処理をするとは
一見矛盾するように考えられるが、本発明者はあえてこ
れを実施してみた所、意外にも高密度、高強度で耐酸化
性の優れた複合材料を得ることができた。

本発明で用いる炭素質は、石炭系、石油系又は樹脂系の
生コークス、寵焼コークスのいずれでもよいが、５５０
℃以下でコーキングされ、揮発分が８％以上ある生コー
クスが好ましい。

これは、生コークスを使用することにより、気孔発生の
原因となる結合剤などの添加物を用いずに焼結させるこ
とが可能となり、焼結後の気孔率が極めて低く、高強度
の複合材が得られるためである。

しかし本発明の複合材は、これに限ることなく、鍜焼コ
ークスに対して酸化処理を行っても効果がある。

炭素質の粉末は、２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下
のものが良い。

本発明の特徴である、炭素質に対する酸化処理は、粉砕
後の炭素質に対して行なうのが好ましい。

炭素質により、酸化温度は変えなければならないが、３
００〜１．２００℃の温度範囲で行なう。

生コークス類に対しては低温で、鍜焼コークスに対して
は高温で行なうのが望ましい。生コークス類に対しては
、３００〜６００℃で行なうのが好ましく、４００〜５
００℃で行なうのがさらに好ましい。

鍜焼コークス類は６００〜１，２００℃で行うのが好ま
しく、８００〜１，０００℃行なうのが更に好ましい。

酸化処理時間は３０〜９０分が好ましく、酸化消耗量が
５〜２０重世％の範囲となるようにコントロールする。

酸化消耗量が５％未満では、酸化処理の効果が不十分で
あり、酸化消耗量が２０％を超えると経済的に好ましく
ない。

本発明に用いるセラミックス材料は、炭化物、酸化物、
窒化物などが用いられるが、炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）
　、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ□）、
酸化ホウ素（Ｂ２０３）などが好適であり、単独又は２
種類以上混合してもよい。

炭素質に対するセラミックスの配合割合は１〜９０重Ｒ
％の範囲である。好ましくは１０〜３０重量％である。

１重量％未満では高温での耐酸化性が期待できず、又９
０重Ｍ％を超えると、複合材の硬度の上昇はあるが、炭
素材にくらべ、耐熱衝撃性が劣ってくるので好ましくな
い。

使用するセラミックス粒子の大きさは、炭素材と同様２
０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下のものが良い。

このようにして調製した粉体材料を混合し、ホットプレ
ス成型又は成型、焼成することにより、気孔率が極めて
低（、高強度で耐酸化性の複合材料を得ることができる
。

〔作用〕

炭素質を予め酸化処理することにより、何故焼結した複
合材料が高密度、高強度で耐酸化性が優れるのかの作用
については明らかではないが、酸化処理により炭素質表
面に酸素含有基が吸着され、成型復熱処理する時に、吸
着した酸素含有基がＣＯ又はＣＯ２で脱ガスする際、コ
ークス表面を活性化し、粉末粒子間の結合を強め複合材
をより緻密化するため、成型後の酸化は内部からは起こ
り難くなるためと推定される。

〔実施例〕

以下に、＊施例によって、本発明を更に具体的に説明す
るが、本発明は、この実施例によって限定されるもので
はない。

（実施例） 約５００℃でコークス化した炭素系生コークス（揮発分
平均１１％）をショークラッシャーとインパクトクラッ
シャーで粉砕し、平均粒径１０μｍの粉末とした。この
コークス粉末を３５０〜４００℃で４０分間空気酸化し
た。

炭化ホウ素粉末（平均粒径５μｍ）と炭化ケイ素粉末（
平均粒径５μｍ）とを第１表に示す割合で加え、ミキサ
ーで混合した後、１ｔ／ｃｊの圧力でＣＥＰ成型した。

更に不活性雰囲気中で２．０００℃で焼成した。

焼結体を１０Ｘ１０Ｘ６０（層）に切り出し、空気流中
（４ｊ／ｓｉｎ、）　、１．０００℃Ｘ２Ｈｒｓで酸化
試験を行った。

（比較例） 比較例として、空気酸化処理をせずセラミックスを添加
しない場合（比較例１）と、空気酸化処理をせず、セラ
ミックを添加した場合（比較例２）とを合わせて示した
。

〔発明の効果〕

本発明により、酸化処理してｇｌ製した炭素粉を用いて
製造した複合材は、高強度、高密度で、優れた耐酸化性
に加え、炭素材の特徴である高温強度、耐熱衝撃性等を
併せもつため、窯業用材料、化学工業用材料、航空宇宙
用材料等に利用が期待できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　炭素質にセラミックスを１〜９０重量％配合し、焼結
   させて高密度、高強度複合材を製造する方法において、
   炭素質として予め酸化処理をしたものを使用することを
   特徴とする耐酸化性高強度炭素材の製造方法。