JPH0234582A - 多孔質炭化ケイ素材料の製造法 - 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、多孔質の炭化ケイ素質セラミックス材料を製
造する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

炭化ケイ素質材料は、硬度、耐熱性、耐食性等にすぐれ
た材料として近年注目され、摺動材料、高温用機械材料
など、多くの分野で利用されるようになった。

そして、特開昭６２−２９７２７９号公報には、この炭
化ケイ素質材料を多孔質の材料として得る方法が開示さ
れている。

多孔質炭化ケイ素質材料は、高温または腐食性の流体を
処理するフィルター等に使用すればすぐれた性能を示す
ことが期待される。しかしながら、上記従来の製造法で
は、気孔率を高くしようとすると製品の強度が低くなる
ため、気孔率が４０％を纏えるような高気孔率のものを
製造することは困難であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述のように従来の方法では製造困難であっ
た高気孔率の多孔質炭化ケイ素質材料を製造する方法を
提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成することに成功した本発明は、平均粒子
径１００−１０００μ厘の炭化ケイ素粒子の表面に炭化
物換算量で３〜１５重量％の炭化性有機物をコーティン
グし、コーティングされた炭化ケイ素粒子からなる粉末
を成形し、得られた成形体を、非酸化性雰囲気で焼成し
て成形体中の炭化性有機物を炭化させ、次いで１４５０
℃以上で溶融ケイ素と接触させて該ケイ素を成形体中に
浸透させることにより成形体中の有機物炭化物をケイ素
と反応させて炭化ケイ素に変換し、冷却後、ケイ素を溶
解し得る液に浸漬して未反応ケイ素を除去し、次いで炭
化性有機物を含有するサブミクロンケイ素粒子分散液に
浸漬したのち熱風を吹き当てて付着した分散液の一部を
除去するとともに残った分散液を乾燥固化させ、さらに
固着した炭化性有機物を炭化させ、その後、非酸化性雰
囲気で１２００℃以上に加熱して有機物炭化物とケイ素
粒子より炭化ケイ素を生成させることを特徴とするもの
である。

以下、上記本発明の製法について詳述する。

平均粒子径１００〜１００μ員の炭化ケイ素粒子は研削
材として市販されており、本発明の製法における原料の
炭化ケイ素としてはこれをそのまま用いることができる
。一般に、炭化ケイ素の粒子径が大きいほど製品の気孔
径が大きくなるから、所望の製品気孔径に応じて、用い
る炭化ケイ素の粒子径を適宜選定する。平均粒子径が１
００．Ｉｌｍよりも小さいと、炭化ケイ素粒子間の空隙
が小さいため、本発明が目的とする高気孔率のものは得
られない。また反対に粒子径が１１０００ｉｉをこえる
と、炭化ケイ素粒子同士の結合箇所が少なくなるため、
強度が不十分な製品になり易い。

炭化ケイ素粒子のコーティングに用いる炭化性有機物と
しては、なんらかの溶剤に溶けてコーティングが可能な
溶液を形成し且つ非酸化性雰囲気で焼成されると高収率
で炭素化するもの、たとえばフェノール樹脂、フラン樹
脂などの熱硬化性樹脂やピッチを用いる。

コーティングは、炭化性有機物の溶液と炭化ケイ素粉末
とを攪拌機を用いてよく混合した後、引続き攪拌しなが
ら加熱して乾燥することにより行うことができる。また
、流動層コーティング法によっても可能である。コーテ
ィングされた炭化性有機物は次の焼成工程で炭化し、形
成された炭化物が溶融ケイ素の反応対象となるので、炭
化性有機物の好適コーテイング量は用いる炭化性有機物
の炭素収率により異なる。したがって、包括的な好適コ
ーテイング量は炭化物換算量により示すのが適当で、そ
の値は炭化ケイ素の重量基準で３〜１５％、特に好まし
くは５〜１２％である。３％以下では炭化ケイ素粒子上
に形成される炭素被覆が連続相になり得す、したがって
、反応で生じる炭化ケイ素による炭化ケイ素粒子の結合
が不十分な、強度の低い製品しか得られない。また１５
％以上にすることは製品の気孔率を低下させるだけで、
無益である。

なおコーティング工程では、炭化性有機物とともに、次
の成形工程における成形性向上のための助剤を炭化ケイ
素粒子に付着させてもよい。この助剤としては、炭化性
有機物の炭化温度以下の温度で熱分解を起こし飛散して
しまうもの、たとえばパラフィン、ワックス、ステアリ
ン酸、熱可塑性合成樹脂（たとえばアクリル樹脂、メタ
クリル樹脂）などが適当である。

コーティング済み炭化ケイ素粒子からなる粉末は、必要
量を金型に入れ、単軸ブレスなどを用いて圧縮成形する
。

得られた成形体は、まず非酸化性雰囲気で約５００℃〜
１２００℃に加熱し、成形体中の炭化性有機物を炭化さ
せる（分解性の成形助剤を用いた場合は、それを炭化性
有機物の炭化に先立って分解させる）。炭化性有機物の
炭化は揮発性物質の遊離をともなうため、形成される炭
化物は多数の微細な連通気孔を有するものとなる。

この後、真空中または不活性ガス中で、成形体を金属ケ
イ素の融点である１４５０℃以上、望ましくは約１４５
０℃〜１７００℃に加熱して、溶融ケイ素と接触させる
。このための方法としては、粉末状金属ケイ素中に成形
体を埋めた状態で昇温する方法、適当なバインダーで金
属ケイ素粉末をペースト状にしたものを成形体表面に塗
布して昇温する方法、金属ケイ素粉末をシート状に成形
したものを成形体に接触させた状態で昇温する方法、な
どがある。このとき溶融状態のケイ素は、成形体の有機
物炭化物部分の連通気孔に毛細管現象により浸入し、次
いで炭素と反応して炭化ケイ素を生じる。有機物炭化物
をすべて炭化ケイ素に変換するのに必要なケイ素の量は
、通常、有機物炭化物重量の２．５倍前後である。上述
のような経過をたどるため、溶融ケイ素の供給量を制限
しなくても無制限にケイ素が成形体中にとり込まれるこ
とはないが、上記必要量の約３倍をこえる量のケイ素を
用意することは意味がない。

上述のようにして有機物炭化物部分が炭化ケイ素に変換
されると、もともと成形体中にあった炭化ケイ素粒子は
反応により生じた炭化ケイ素と一体化するから、炭化ケ
イ素粒子同士の接触点で生成した炭化ケイ素は炭化ケイ
素粒子の接着剤として作用する。しかしながら、その量
は、成形体に十分な強度を付与するには不十分である。

冷却後、水酸化ナトリウム、７ツ化水素など、ケイ素を
溶解し得る液に浸漬して未反応ケイ素を除去する。

十分洗浄した後、炭化性有機物を含有するサブミクロン
ケイ素粒子分散液に浸漬する。ケイ素粒子分散液に含有
させる有機物としては、フェノール樹脂、ピッチ、水溶
性フェノール樹脂、炭水化物などを用いることができ、
その量は、炭化後にケイ素と反応させてケイ素の全量を
炭化ケイ素に変換するのに必要な、化学量論的量とする
。

ケイ素粒子分散液から引き上げた成形体に次いで熱風を
吹き当てるが、この操作は、熱風流路中に成形体をエア
フィルターのように配置して熱風に成形体中を吹き抜け
させることにより、成形体表面だけでなく炭化ケイ素粒
子間に入り込んでいるケイ素粒子分散液の一部を吹き飛
ばし、除去する。炭化ケイ素粒子接合部周辺のように微
細な間隙に入り込んだケイ素分散液は熱風で吹き飛ばさ
れずに残る。これはそのまま熱風処理を続けて乾燥固化
させる。

上記熱風によるケイ素分散液一部除去および乾燥同化と
一連の工程として、あるいは別の工程として、固着した
炭化性有機物を非酸化性雰囲気で炭化させる。

その後、非酸化性雰囲気で１２００℃以上に加熱して、
前段工程で生じた有機物炭化物とケイ素粒子より炭化ケ
イ素を生成させる。新たに形成されたこの炭化ケイ素に
より、原料の炭化ケイ素粒子間の結合は強化され、高気
孔率でしかも十分な強度を有する多孔質材料が得られる
。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明の製法は二段の反応によって炭化
ケイ素を生成させて炭化ケイ素粒子の接合剤とするので
、従来の製造法では強度不十分になり易かった孔径約１
００〜７００１１１１．気孔率３０〜６０ｖｏ１％程度
の高気孔率多孔質炭化ケイ素質材料を、十分な強度を確
保しつつ安定して製造することができる。

〔実施例〕

平均粒子径６００μ■の炭化ケイ素粒子９００ｇを、５
００１のアセトンに溶解したフェノール樹脂５０ｇとと
もに攪拌機付混合機に入れて混合し、引続き攪拌しなが
ら加熱してアセトンを蒸発させることにより、炭化ケイ
素粒子に７二ノール樹脂をコーティングした。

次いで、コーティング済み炭化ケイ素粒子を０．３１ｏ
ｎ／ｃｍ”の圧力で直径７０ａ＋ｍ、厚さ１０ｍｍの円
板状に成形し、得られた成形体を焼成した。焼成後の成
形体のかさ密度は１　、１１／ｃａｒ”であった。

この焼成済み成形体を２０ｇの金属ケイ素粉末と接触さ
せｔ；状態で真空下に加熱し、１５００℃に１時間保つ
ことにより、溶融したケイ素の全量を成形体中に浸透さ
せた。次いで成形体を４００°Ｏの溶融力性ソーダ中に
投入し、未反応ケイ素をすべて溶出させた。力性ソーダ
から取り出した成形体は十分水洗した後、平均粒子径０
．３μのケイ素粉末２０ｇ、水溶性フェノール樹脂９ｇ
１微量の解こう剤および水１００ｍ１からなる分散液に
浸漬した。

分散液から引き上げた成形体を１２０℃の熱風流路中に
エアフィルターのように配置することによって、０　、
５　Ｎ　ｃｃ／ｓｉｎの熱風を１５分間吹き抜けさせ、
炭化ケイ素粒子間に入り込んでいるケイ素粒子分散液の
一部を吹き飛ばしｔ；。炭化ケイ素粒子接合部周辺に入
り込んだケイ素分散液はそのまま残り、乾燥されて固化
した。

次いで窒素気流中で１７００℃に２時間保つことにより
、ケイ素とともに固着した炭化性有機物を炭化させ、さ
らに炭化物とケイ素粒子より炭化ケイ素を生成させた。

放冷して得られた炭化ケイ素質多孔質材料は、気孔径２
００〜５００μ！１．気孔率５０ｖｏ１％の、均一な連
通気孔を有するものであった。

ま　Ｉこ、 曲げ強度は ７　、０　Ｋ（／ａｍ２で、 フィルター等に使うのに充分な強度 であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平均粒子径１００〜１０００μｍの炭化ケイ素粒子の表
   面に炭化物換算量で３〜１５重量％の炭化性有機物をコ
   ーティングし、コーティングされた炭化ケイ素粒子から
   なる粉末を成形し、得られた成形体を、非酸化性雰囲気
   で焼成して成形体中の炭化性有機物を炭化させ、次いで
   １４５０℃以上で溶融ケイ素と接触させて該ケイ素を成
   形体中に浸透させることにより成形体中の有機物炭化物
   をケイ素と反応させて炭化ケイ素に変換し、冷却後、ケ
   イ素を溶解し得る液に浸漬して未反応ケイ素を除去し、
   次いで炭化性有機物を含有するサブミクロンケイ素粒子
   分散液に浸漬したのち熱風を吹き当てて付着した分散液
   の一部を除去するとともに残った分散液を乾燥固化させ
   、さらに固着した炭化性有機物を炭化させ、その後、非
   酸化性雰囲気で１２００℃以上に加熱して有機物炭化物
   とケイ素粒子より炭化ケイ素を生成させることを特徴と
   する多孔質炭化ケイ素質材料の製造法。