JPH0224786B2 - - Google Patents

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JPH0224786B2
JPH0224786B2 JP59172128A JP17212884A JPH0224786B2 JP H0224786 B2 JPH0224786 B2 JP H0224786B2 JP 59172128 A JP59172128 A JP 59172128A JP 17212884 A JP17212884 A JP 17212884A JP H0224786 B2 JPH0224786 B2 JP H0224786B2
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JP
Japan
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silicon carbide
sintering
sintered body
porous
less
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JP59172128A
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JPS6153163A (ja
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Minoru Takamizawa
Takashi Tode
Tatsuhiko Motomya
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は多孔質炭化けい素焼結体の製造方法、
特には各種フイルター、触媒担持体、各種薄膜用
支持体として有用とされる多孔質の炭化けい素焼
結体の製造方法に関するものである。 (従来の技術) 炭化けい素の焼結体は化学的、物理的にきわめ
て安定な性質を有しており、特に高温における耐
酸化性、耐蝕性、熱伝導性、強度にすぐれ、熱膨
張係数も低いということから、ガスタービン翼、
自動車用部材、腐蝕性流体用部材、耐火材、高温
反応炉用部材、電気・電子用部材、機械的部材な
どに有用とされているが、これはその使用目的上
から高密度品が要求されるためにこの高密度化焼
結法が種々提案されている。 他方、この炭化けい素は化学的、物理的に安定
な性質をもつていることから高密度化していない
多孔質焼結体に各種フイルター、触媒担持体、各
種薄膜用支持体への応用が期待されているが、従
来の焼結法では均一な孔を有するものを得ること
ができなかつた。 (発明の構成) 本発明はこのような不利を解決した多孔質炭化
けい素焼結体の製造方法に関するものであり、こ
れは結晶子が50Å以下のβ型炭化けい素の集合体
であり、平均粒径が0.01〜1μである球状形状の超
微粒子状β型多結晶炭化けい素に、平均粒径が
6μ以下の多結晶炭化けい素微粉末を混合し、成
形体に成形後焼結炉内に装入して1000〜1750℃ま
では20℃/分以下の昇温速度で加熱し、ついで
1750〜2500℃で焼結してなることを特徴とするも
のである。 これを説明すると、本発明者らはさきに分子中
に少なくとも1個のけい素―水素結合を有する有
機けい素化合物を750℃以上で熱分解させれば粉
砕工程を経ることなしで超微粒子状の炭化けい素
を高純度でしかも収率よく得ることができること
を見出し(特開昭59−39708号公報、特開昭60−
46911号公報、特開昭60−96517号公報参照)、こ
のようにして得た炭化けい素は焼結助剤の添加な
しでも焼結するし、従来公知の炭化けい素との混
合物も極めて微量の焼結助剤で焼結できることを
見出した(特開昭60−46974号公報、特開昭60−
108369号公報参照)。そして、これについてさら
に研究を進めたところ、上記した気相熱分解法で
得られた超微粒子状のβ型炭化けい素に市販され
ている微粉状の炭化けい素を混合して焼結する
と、両者の焼結特性の相違によつてこの焼結体が
多孔質となることを見出すと共に、超微粒子状β
型炭化けい素に混合する炭化けい素の種類、これ
らの配合比を選択し、さらにこの焼結条件として
焼結温度を1750〜2500℃とするが1000℃から1750
℃までの間の昇温速度を20℃/分以下とすれば割
れのない多孔質炭化けい素焼結体を高純度で容易
に得ることができるということを確認して本発明
を完成させた。 本発明による多孔質炭化けい素焼結体を作るた
めの始発材料とされる超微粒子状β型炭化けい素
は有機けい素化合物の気相熱分解反応によつて得
られるが、この有機けい素化合物はその分子中に
少なくとも1個のSi―H結合を含むものであり、
これは例えば一般式R2o+2(Si)o〔ここにRはその
少なくとも1個が水素原子であり、その他はメチ
ル基、エチル基、プロピル基、フエニル基、ビニ
ル基などから選ばれる1価の炭化水素基、nは1
〜4の正数〕で示されるシランまたはポリシラン
類、および一般式 〔ここにRは前記と同じ、R′はメチレン基、
エチレン基またはフエニレン基、mは1〜2の正
数〕で示されるシルアルキレン化合物またはシル
フエニレン化合物、あるいは同一分子中にこの両
者の主骨格をもつ化合物があげられる。そして、
この有機けい素化合物としては、次式 CH3SiH3、(CH3)2SiH2、(CH3)3SiH、 (C2H5)2SiH2、C3H7SiH3、 CH2=CH(CH3)SiH2、C6H5SiH3、
【式】
【式】
【式】
【式】
【式】
【式】
【式】
【式】で示されるシラン、 ポリシランが例示され、これらはその1種または
2種あるいは2種以上の混合物として使用される
が、式
【式】〔ここにnは正数〕で示さ れるジメチルポリシランを350℃以上の温度で熱
分解させて得られるジメチルポリシランを主体と
するメチルハイドロジエンシラン類が好ましいも
のとされる。なお、これらの有機けい素化合物は
従来公知の方法で製造することができるが、これ
らは蒸留工程で容易に高純度化することができ、
粉砕工程が不要なために本反応によつて得られる
炭化けい素は極めて純度の高いものになるという
有利性が与えられる。 この有機けい素化合物の気相熱分解反応はこれ
を750〜1500℃に加熱した反応帯域に水素ガスま
たは窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス
をキヤリヤーガスとして導入して熱分解させれば
よく、この反応によれば結晶子が50Å以下のβ型
炭化けい素の集合体で、平均粒径が0.01〜1μであ
る球状形状をもつ超微粒子状のβ型多結晶炭化け
い素が得られる。 本発明による多孔質炭化けい素焼結体はこのよ
うにして得た超微粒子状β型炭化けい素に通常市
販されている微粉末状の炭化けい素を混合し焼結
することによつて作られるが、これらの配合比は
超微粒子状β型炭化けい素あるいは微粉末状炭化
けい素が1重量部以下では焼結体が多孔質となら
ないので超微粒状炭化けい素99〜1重量部好まし
くは97〜3重量部に対し市販の微粉状炭化けい素
を1〜99重量部好ましくは3〜97重量部配合する
ことがよい。 また、ここに使用される微粉状炭化けい素は一
般に市販されているα型、β型のいずれであつて
もよく、目的とする多孔質焼結体の孔径を均一と
するためにはできるだけ平均粒径の細かいものと
することがよいが、これには機械的粉砕のために
限度があるし、6μ以上の成分が多くなる(粒度
分布の広いもの)と、孔径も不均一になるので平
均粒径が6μ以下のものとすることがよい。この
ものは結晶子が成長したα、β構造の多結晶体を
粉砕したもののため非球状形状をしており、焼結
温度は前記した超微粉状炭化けい素と異なつた値
を有している。 ここに配合された超微粒子状β型炭化けい素と
微粉状炭化けい素との混合物はついでに成形し焼
結すればよいが、この成形はセラミツク業界で公
知の方法で行えばよく、これは例えばダイプレス
法で行なえばよい。この成形には結合剤として、
加熱により分解生成物が残存しないような有機化
合物、例えばパラフイン、低分子量セルロース誘
導体、フエノール樹脂などを単独で、あるいはア
セトンなどに溶解して使用してもよいがこれら結
合剤を使用せずに直接加圧、成形してもよい。ま
たこれをチユーブ、ルツボなどの複雑な成形品と
するためにはラバープレスなどを用いて成形すれ
ばよいが、より精密な成形品を得るためには生の
賦形体をその焼結前に研削するか、あるいはスラ
イスなどの機械加工を施すことがよい。なお、こ
の成形はスリツプキヤスト法で行なつてもよい
が、この場合には炭化けい素粉末にポリエチレン
グリコール、低分子量セルロース誘導体、パラフ
インなどの可塑剤とポリビニルブチラールなどの
結合剤を添加し、水中に分散させてから焼石こう
型内に流し込めばよい。またセルロース誘導体な
どと水との混合物からなる成形可能なペーストは
押出成形、射出成形、ロール成形などを行なつて
もよい。 このようにして得られた成形体はついで焼結す
ることによつて焼結体とされるが、焼結に先立つ
て添加した有機化合物を揮発させたのち、常圧ま
たは真空下のいずれかの方法で行えばよい。この
加熱温度はこれを1750℃以下とすると焼結不足と
なつて焼結体の強度が低下するほか得られる多孔
質焼結体の孔径が一定にならないという不利が生
じ、2500℃以上とすると粒子の成長によつて多孔
質焼結体の孔がみだれたり、一部に炭化けい素の
昇華によつて粗大孔が発生するので、これは1750
〜2500℃の範囲とする必要があるが、好ましくは
1900〜2300℃の範囲とされる。 しかし、この焼結に当つてはこれが焼結助剤を
添加せず、原材料としての2種の炭化けい素の焼
結速度の差を利用して多孔質焼結体とするもので
あることから、焼結温度である1750℃に到達する
までの昇温速度の選択が重要なものとされる。す
なわち、この昇温速度については1000℃までは比
較的早い、例えば40℃/分としてもよいが、1000
℃以上特に1200℃以上での速い昇温は目的とする
多孔質焼結体に割れを発生させるので、1000℃以
上における昇温速度は20℃/分以下、好ましくは
15℃/分以下とすることが必要とされる。 また、この焼結は窒素、アルゴン、ヘリウムな
どの不活性雰囲気下あるいは真空下とすることが
必要とされるが、この焼結工程に先立つて前記し
た成形品についての切削加工を実施する場合に
は、これを必要に応じて仮焼してもよいが、この
温度は1500℃以下とすることがよく、この温度は
その機械加工に必要とされる強度に応じて定めれ
ばよい。 なお、この焼結時にはこれが超微粒子状β型炭
化けい素と市販品のような微粉状の炭化けい素と
の焼結速度の差を利用して多孔質焼結体を得るも
のであるということから、特に焼結助剤を添加す
る必要はないが、焼結密度をあげ、孔径を小さく
するような目的には焼結助剤としてのほう素を
0.03〜1.0重量部添加してもよい。この焼結助剤
の添加により任意の密度を有する焼結体を得るこ
とができるが、この場合に添加するほう素量は前
記した量と同一とすればよく、このほう素として
は金属ほう素、ほう素化合物のいずれであつても
よい。 これを要するに、本発明は結晶子が50Å以下の
β型炭化けい素集合体で平均粒径が0.01〜1μであ
る球状形状をもつ超微粒子状β型多結晶炭化けい
素と平均粒径が6μ以下の微粉状炭化けい素との
混合物を1750〜2500℃で焼結してなる多孔質炭化
けい素焼結体の製造方法に関するものであるが、
このようにして得られたものは多孔性体であるこ
とから密度は1.70〜2.50g/c.c.となるが、その孔
径が0.05〜100μのほぼ均一な孔径をもつものとさ
れるので各種フイルター、触媒担持体、各種薄膜
用支持体として有用とされる。 つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例 1〜8 内径70mm、長さ1500mmのムライト製炉心管を備
えた縦型管状電気炉を1400℃に加熱し、ここにテ
トラメチルジシラン10容量%を含む水素ガスを
200/時で導入して8時間反応させたところ、
炭化けい素粉末525g(収率85%)が得られた。 このものは電子顕微鏡のβ―SiC(1,1,1)
回折による暗視野像の測定結果から50Å以下のβ
型炭化けい素の集合体で平均粒径が0.3〜1μであ
る球状形状もつ超微粒子状のβ型多結晶炭化けい
素で、元素分析値がSi67.1%、C31.8%、BET比
表面積が18.1m2/gのものであることが確認され
た。 ついで、この超微粒子状β型多結晶炭化けい素
と市販のβ型炭化けい素・β―ランダム(イビ電
社製商品名、最大粒径6μ)とを第1表に示した
割合になるように、パラフイン1重量%を含むヘ
キサン溶液50c.c.に添加して15分間超音波混合を
行なつたのち、35mm×35mm×10mmの金型に入れて
200Kg/cm2で一次成形し、ラバープレスで1.5ト
ン/cm2の圧力で2次成形した。 つぎにこの成形品を常圧焼結用カーボン炉に入
れ、アルゴンガス雰囲気下で1000℃までは40℃/
分、1000℃以上2100℃までは15℃/分の昇温速度
で昇温させ、2100℃で1時間焼結したところ、得
られた焼結体の密度、酸素透過量について第1表
に併記したとおりの結果が得られた。 なお、実施例6、7は焼結助剤として金属ホウ
素を添加したものであり、この場合には密度増加
に効果のあることが認められる。また参考例は
1000℃以上焼結温度までの昇温速度を40℃/分と
した場合であり、収縮が極めて少なく、密度の増
加も僅かで、焼結体にはクラツクが発生してい
た。
【表】
【表】 商品名、最大粒径5μ)を使用した。
実施例 9 実施例1におけるテトラメチルジシランをジメ
チルシランとしたほかは同様にしたところ結晶子
が50Å以下のβ型炭化けい素の集合体であり、平
均粒径が0.1〜0.7μである球状形状をもつ、元素
分析値がSi 67.1%、C 32.3%でBET比表面積
が16.3m2/gの超微粒子状β型多結晶炭化けい素
が得られたので、この5重量部に実施例1で使用
した市販の炭化けい素95部とメチルセルロース・
60SH―4000〔信越化学工業(株)製商品名〕5重量
部、グリセリン8重量部、水19重量部を15〜20℃
の温度でヘンシエルミキサーを用いて混合したの
ち、三本ロールを10回パスさせて均一混合物とし
た。 つぎに、この混合物をスクリユー押出機を用い
て巾50mm、厚さ2mmのシートとし、これを50mmの
長さに切断してからラバープレスで1.5t/cm2の加
圧処理し、ついで700℃で30分間加熱して有機質
物を除去後、窒素ガス雰囲気中において1200℃ま
では40℃/分、1200〜2100℃は10℃/分の昇温速
度で昇温させた後、2100℃で1時間焼結したとこ
ろ、密度1.82g/c.c.、酸素透過量2.5×10-2c.c./
cm.seo.cmHgの多孔質炭化けい素焼結体が得ら
れた。 応用例 実施例2で得た30×30×3mmの多孔質炭化けい
素焼結体を充分に洗滌し乾燥してから、センシタ
イザー液(SnCl2・2H2O 5g/l、HCl 40ml/
)で、ついでアクテイバーター液(2%PdCl
溶液2.5ml/、HCl 1ml/)に浸漬して表面
活性処理を行なつた。 つぎにこれを硫酸銅(5水和物)7g/、エ
チレンジアミン4酢酸ナトリウム30g/、
NaOH7g/、ホルマリン(37%)10ml/か
らなる無電解銅メツキ浴に7時間浸漬したとこ
ろ、14μの銅メツキがされた焼結板が得られた
が、このものは接着テープによる剥離テストでも
メツキ膜の剥離は認められず、260℃のハンダ浴
に4分間浸漬してもふくれなどが生じることはな
かつた。 以上の例から、本発明の製造方法で得られた多
孔質炭化けい素焼結体はガス透過率にすぐれてお
り、各種フイルターとして有用とされること(実
施例参照)、またこれはその表面に微小孔がある
ので接着特性にすぐれ、各種コーテイング用基板
としても使用し得ることが確認された(応用例参
照)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 結晶子が50Å以下のβ型炭化けい素の集合体
    であり、平均粒径が0.01〜1μである球状形状の超
    微粒子状β型多結晶炭化けい素に、平均粒径が
    6μ以下の多結晶炭化けい素微粉末を混合し、成
    形体に成形後焼結炉内に装入して1000℃から1750
    ℃までは20℃/分以下の昇温速度で加熱し、つい
    で1750〜2500℃で焼結してなることを特徴とする
    多孔質炭化けい素焼結体の製造方法。
JP59172128A 1984-08-18 1984-08-18 多孔質炭化けい素焼結体の製造方法 Granted JPS6153163A (ja)

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JP5749473B2 (ja) * 2009-11-25 2015-07-15 イビデン株式会社 セラミック焼成体の製造方法及びハニカム構造体の製造方法
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