JPH03126669A - 炭化ケイ素多孔体の製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素多孔体の製造方法Info
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- JPH03126669A JPH03126669A JP1263682A JP26368289A JPH03126669A JP H03126669 A JPH03126669 A JP H03126669A JP 1263682 A JP1263682 A JP 1263682A JP 26368289 A JP26368289 A JP 26368289A JP H03126669 A JPH03126669 A JP H03126669A
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- Japan
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- carbon
- silicon
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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。
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〕
この発明は平面燃焼用多孔板、対流を放射に変える伝熱
変換索子、高温除塵フィルター等高温での使用に耐える
多孔体の製造方法に関するものである。
変換索子、高温除塵フィルター等高温での使用に耐える
多孔体の製造方法に関するものである。
〔従来の技術]
炭素ケイ素ば1000℃以上の高温においても強度低下
がなく、また耐酸化性にも優れるところから高温飼料と
して適している。この炭化ケイ素の多孔体は平面燃焼用
多孔板、対流伝熱で得た熱を放射伝熱で逃す伝熱変換素
子、高温の含塵ガスの除塵フィルター等として期待され
る。ところで、これらに使用するためにば40〜90容
積%の高い気孔率が要求される。この要求に適した多孔
体の素材としては炭素繊維がある。これは直径3〜20
μmの長繊維もしくは長さと直径の比で3〜50に切断
した短繊維の形態で通常利用される。長繊維の場合、2
次元または3次元に織ったプリフォーl、を作る。短繊
維の場合、短繊維同志の絡みあいによる保形性を利用し
て成形しプリフォームを得る。
がなく、また耐酸化性にも優れるところから高温飼料と
して適している。この炭化ケイ素の多孔体は平面燃焼用
多孔板、対流伝熱で得た熱を放射伝熱で逃す伝熱変換素
子、高温の含塵ガスの除塵フィルター等として期待され
る。ところで、これらに使用するためにば40〜90容
積%の高い気孔率が要求される。この要求に適した多孔
体の素材としては炭素繊維がある。これは直径3〜20
μmの長繊維もしくは長さと直径の比で3〜50に切断
した短繊維の形態で通常利用される。長繊維の場合、2
次元または3次元に織ったプリフォーl、を作る。短繊
維の場合、短繊維同志の絡みあいによる保形性を利用し
て成形しプリフォームを得る。
このようなプリフォームは強度が弱く、また、空気中で
500℃を越えると酸化し、使用に耐えられなくなる。
500℃を越えると酸化し、使用に耐えられなくなる。
そこで、繊維同志の接合と耐酸化性の付与を目的として
炭化ケイ素を繊維表面に被覆することが知られている。
炭化ケイ素を繊維表面に被覆することが知られている。
例えば、特開平1−167290号公報にはプリフォー
ムに高分子有機ケイ素化合物を含浸させ、熱処理してこ
れを炭化ケイ素に転化させたのち、さらにその表面に化
学気相蒸着法により炭゛化ケイ累または窒化ケイ素の被
膜を形成させることが開示されている。第1層に被覆す
る高分子有機゛ケイ素化合物としてポリカルボシラン、
ポリシラスチレン等、1000〜1600℃の加熱処理
によって炭化ケイ素に転化するものが使用されている。
ムに高分子有機ケイ素化合物を含浸させ、熱処理してこ
れを炭化ケイ素に転化させたのち、さらにその表面に化
学気相蒸着法により炭゛化ケイ累または窒化ケイ素の被
膜を形成させることが開示されている。第1層に被覆す
る高分子有機゛ケイ素化合物としてポリカルボシラン、
ポリシラスチレン等、1000〜1600℃の加熱処理
によって炭化ケイ素に転化するものが使用されている。
また、第2層に被覆する炭化ケイ素の原料としてメチル
トリクロルシラン、水素およびアルゴンの混合気体を使
用し、これらを1000〜1600℃の温度で反応させ
て炭化ケイ素を膜状に析出させる。
トリクロルシラン、水素およびアルゴンの混合気体を使
用し、これらを1000〜1600℃の温度で反応させ
て炭化ケイ素を膜状に析出させる。
窒化ケイ素膜の場合には、四基、化ケイ素、アンモニア
、水素およびアルゴンの混合気体が使用される。このよ
うにして耐熱性、耐酸化性の優れた多孔体が得られる。
、水素およびアルゴンの混合気体が使用される。このよ
うにして耐熱性、耐酸化性の優れた多孔体が得られる。
前述の従来の方法によれば、炭化ケイ素は炭素m維表面
に積層されるので、炭素繊維との密着が不十分であり、
また炭素繊維より熱膨張率が大きい・の゛で、多孔体使
用の時の加熱、冷却の繰返しによづで被覆層に亀裂が入
ったり、剥離したりして、基材の炭素繊維を酸化し、損
傷させるという問題があった。
に積層されるので、炭素繊維との密着が不十分であり、
また炭素繊維より熱膨張率が大きい・の゛で、多孔体使
用の時の加熱、冷却の繰返しによづで被覆層に亀裂が入
ったり、剥離したりして、基材の炭素繊維を酸化し、損
傷させるという問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたものであり、炭素を残留させずに炭化ケイ素に転化
した多孔体を製造する方法を提供することを目的とする
。
れたものであり、炭素を残留させずに炭化ケイ素に転化
した多孔体を製造する方法を提供することを目的とする
。
上記iuaは直径0.2μm以上1.0μm′以下の炭
素ウィスカーのプリフォームに無機ポリシラザン溶液を
含浸させ、非酸化性かつ非窒化性雰囲気で、1300″
C以上1900℃以下の温度まで加熱して炭素ウィスカ
ーの炭素を無機ポリシラザン中のケイ素と反応させて炭
化ケイ素に転化することによって解決される。この発明
における炭素ウィスカーは直径0.2μm以上1.0p
m以下であることが必要である。0.2.!/Im未満
では、生成した炭化ケイ素の表面は使用時にシリカの緻
密な膜に覆われるが、この酸化物の占める割合が多くな
り、気孔体としての強度が不十分となる。一方、1.0
μmを越えると炭化ケイ素への転化が完全に進まないの
で内部に炭素の芯が残留し、本来炭化ケイ素が有してい
る高強度の特性を生か・しきれない。
素ウィスカーのプリフォームに無機ポリシラザン溶液を
含浸させ、非酸化性かつ非窒化性雰囲気で、1300″
C以上1900℃以下の温度まで加熱して炭素ウィスカ
ーの炭素を無機ポリシラザン中のケイ素と反応させて炭
化ケイ素に転化することによって解決される。この発明
における炭素ウィスカーは直径0.2μm以上1.0p
m以下であることが必要である。0.2.!/Im未満
では、生成した炭化ケイ素の表面は使用時にシリカの緻
密な膜に覆われるが、この酸化物の占める割合が多くな
り、気孔体としての強度が不十分となる。一方、1.0
μmを越えると炭化ケイ素への転化が完全に進まないの
で内部に炭素の芯が残留し、本来炭化ケイ素が有してい
る高強度の特性を生か・しきれない。
炭゛化ケイ素ウィズカーのプリフォームは、乾式プレス
で成形してよもいし、また、液中に分散してのち、網上
にこのスラリーを加圧供給してウィスカ・−を網、上に
沈積させ液を網下へ排出させる、いわ・ゆ;t1抄造法
によって成形してもよい・。気孔率は、加圧の程度によ
って調節できる。気孔率は多孔体の用途に応じて決める
べきものであり、通常40〜90%であるが、この発明
においてもこの範囲をカバーする。
で成形してよもいし、また、液中に分散してのち、網上
にこのスラリーを加圧供給してウィスカ・−を網、上に
沈積させ液を網下へ排出させる、いわ・ゆ;t1抄造法
によって成形してもよい・。気孔率は、加圧の程度によ
って調節できる。気孔率は多孔体の用途に応じて決める
べきものであり、通常40〜90%であるが、この発明
においてもこの範囲をカバーする。
無機ポリシラザンはクロロシランH4−asicIa〈
a・1,2,3.4)を溶剤に希釈してアンモニアと反
応させることにより得られるエラストマーであり、H2
S1CI□単体もしくは11,5iCI□を主体とした
複数のクロロシランの混合物を原料とすることにより常
温で液状で得られる。合成時の溶剤としてはベンゼン、
ジエチルエーテル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラ
ン、ピリジン等が適用できる。合成される無機ポリシラ
ザンの構造、組成、分子量は溶剤の種類によって若干異
なる。しかし、いずれも水素、窒素、ケイ素からなり炭
素は倉庫れない。
a・1,2,3.4)を溶剤に希釈してアンモニアと反
応させることにより得られるエラストマーであり、H2
S1CI□単体もしくは11,5iCI□を主体とした
複数のクロロシランの混合物を原料とすることにより常
温で液状で得られる。合成時の溶剤としてはベンゼン、
ジエチルエーテル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラ
ン、ピリジン等が適用できる。合成される無機ポリシラ
ザンの構造、組成、分子量は溶剤の種類によって若干異
なる。しかし、いずれも水素、窒素、ケイ素からなり炭
素は倉庫れない。
このような無機ポリシラザンとしては、例えば、(fl
JiNtj) x、[f1gSiNII] L ((l
l□Si)+、sN) Vが知られている。これらを単
味もしくは溶剤で希釈して含浸に供する。希釈用の溶剤
としては特に四約はないカ、ベンゼン、゛ジエチルエー
テル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ピリジン
が適用できる。希釈の割合は含浸された液中の無機ポリ
シラザンの量が多孔体をm戒する炭素の量に対していく
ら必要とされるかによって決まるので一概に決められな
いが、経験的には溶剤の割合はおよそ0〜80重量%と
するのがよい。
JiNtj) x、[f1gSiNII] L ((l
l□Si)+、sN) Vが知られている。これらを単
味もしくは溶剤で希釈して含浸に供する。希釈用の溶剤
としては特に四約はないカ、ベンゼン、゛ジエチルエー
テル、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ピリジン
が適用できる。希釈の割合は含浸された液中の無機ポリ
シラザンの量が多孔体をm戒する炭素の量に対していく
ら必要とされるかによって決まるので一概に決められな
いが、経験的には溶剤の割合はおよそ0〜80重量%と
するのがよい。
含浸方法に関しては、含浸液を炭素ウィスカープリフォ
ームに圧入してもよいし、プリフォーム内の空隙を真空
状Heこしておいて含浸液を吸入してもよい。真空脱気
してから圧入する方法は特に好ましい。圧入法において
圧入後高い圧力に一定時間保持することによって炭素ウ
ィスカー同志の接触部に形成される狭い間隙含浸液を十
分浸透させることができる。したがって、圧入法がより
好ましい。圧入圧力は5ke/c+δ以上5000kg
/(+δ以下とする。5kg/cJ未満だとウィスカー
接触部への浸透が十分でない。5000ke/ (lδ
あれば実質的にウィスカー接触部に浸透しつくず。この
ため5000kP、/cd@越えてもより一層の効果は
望めない。
ームに圧入してもよいし、プリフォーム内の空隙を真空
状Heこしておいて含浸液を吸入してもよい。真空脱気
してから圧入する方法は特に好ましい。圧入法において
圧入後高い圧力に一定時間保持することによって炭素ウ
ィスカー同志の接触部に形成される狭い間隙含浸液を十
分浸透させることができる。したがって、圧入法がより
好ましい。圧入圧力は5ke/c+δ以上5000kg
/(+δ以下とする。5kg/cJ未満だとウィスカー
接触部への浸透が十分でない。5000ke/ (lδ
あれば実質的にウィスカー接触部に浸透しつくず。この
ため5000kP、/cd@越えてもより一層の効果は
望めない。
・a浸体を不活性ガス中で加熱すると、溶剤の蒸発に続
いて、150℃あたりからW、機ボリンうサンの熱分解
がはしまり、これは600°c(4近でほぼ終了して非
晶質の窒化ケイ素が得られる。引き続き、高温下非窒化
性雰囲気から非酸化性雰囲気て熱処理を施す。非窒化性
雰囲気とは、%i 槻ポリシラザンから転化した非晶質
の窒化ケイ素を下地の炭素と反応させて炭化ケイ素を生
成させる瞭乙こ発生ずる窺素ガスの放出を妨げない十分
低い窒素分圧を意味する。この上限の窒素分圧は13(
10℃で0.1stmであり、1900℃で20a L
mであり、第1図に斜線で示″fI−範囲内に窒素分圧
を保持する必要がある。非酸化性雰囲気とは酸素ガス、
水分郷の酸化性ガスを実質的に含まず、炭化ケイ素に転
化させる加熱工程に4゛ンいて一酸化ケイ素の生成が1
11(視−ζきる雰囲気をいう。雰囲気ガン、とし7て
tj、ヘリi:ノJ1、ネオン、アルニJ゛ン等の不活
性カスあるいG、L水素ガス管が好ましい。圧力↓;1
:10’〜loOaLm程度が適B+、1である。31
′窒化性か゛−ノJI酸化性雰囲気でのJJII熱温度
は1300〜I 「1 (10”Cが適コである。13
00℃/4:、満でεJ反応辻度が近く、フこ用的では
ない。−力、1900℃を越えると雰囲気中に不可避曲
番、二ン昆大している微量の酸素Gこよりケイ素が・酸
化ゲイ3!ZカスとしでFli tj父する現象が無視
できなくなる。このためゲ・イ素の+Li失が大きくな
る。
いて、150℃あたりからW、機ボリンうサンの熱分解
がはしまり、これは600°c(4近でほぼ終了して非
晶質の窒化ケイ素が得られる。引き続き、高温下非窒化
性雰囲気から非酸化性雰囲気て熱処理を施す。非窒化性
雰囲気とは、%i 槻ポリシラザンから転化した非晶質
の窒化ケイ素を下地の炭素と反応させて炭化ケイ素を生
成させる瞭乙こ発生ずる窺素ガスの放出を妨げない十分
低い窒素分圧を意味する。この上限の窒素分圧は13(
10℃で0.1stmであり、1900℃で20a L
mであり、第1図に斜線で示″fI−範囲内に窒素分圧
を保持する必要がある。非酸化性雰囲気とは酸素ガス、
水分郷の酸化性ガスを実質的に含まず、炭化ケイ素に転
化させる加熱工程に4゛ンいて一酸化ケイ素の生成が1
11(視−ζきる雰囲気をいう。雰囲気ガン、とし7て
tj、ヘリi:ノJ1、ネオン、アルニJ゛ン等の不活
性カスあるいG、L水素ガス管が好ましい。圧力↓;1
:10’〜loOaLm程度が適B+、1である。31
′窒化性か゛−ノJI酸化性雰囲気でのJJII熱温度
は1300〜I 「1 (10”Cが適コである。13
00℃/4:、満でεJ反応辻度が近く、フこ用的では
ない。−力、1900℃を越えると雰囲気中に不可避曲
番、二ン昆大している微量の酸素Gこよりケイ素が・酸
化ゲイ3!ZカスとしでFli tj父する現象が無視
できなくなる。このためゲ・イ素の+Li失が大きくな
る。
加熱114間は炭化ケイ38(、こ転化さ七るのに充分
な時間があればよ< 1300℃では5〜20時間程度
、1900℃では0.5〜5時間P1度でよい。
な時間があればよ< 1300℃では5〜20時間程度
、1900℃では0.5〜5時間P1度でよい。
炭素ウィスカーのブリフズームに無機ポリシラザン溶液
を含浸させて非窒化11Lかつ非酸化性雰囲気で加熱す
ることにより、下記の反応が起こり、炭素ウィスカーの
炭素が反応して炭化ケイ素に転化する。
を含浸させて非窒化11Lかつ非酸化性雰囲気で加熱す
ることにより、下記の反応が起こり、炭素ウィスカーの
炭素が反応して炭化ケイ素に転化する。
SiNx+C−>5iCI (X/2)N2 ↑〔
実施例〕 直径0.22μm、アスペク1lt30〜50の炭素ウ
ィスカー4重量部を水96重項部と混合し、撹I↑を継
続した。
実施例〕 直径0.22μm、アスペク1lt30〜50の炭素ウ
ィスカー4重量部を水96重項部と混合し、撹I↑を継
続した。
一方、内径96mm、高さ20On++nの軟鋼製管の
底部に目開き44μmの金網を取付υ、このキ3内へ」
二部スラリーを(Jli給した。スラリー」二部より成
形用ポンチで10kg/ c4の圧力で加圧し、水を金
網下部・・・II出して、金網上に炭素ウィスカーを積
層さ・已た。
底部に目開き44μmの金網を取付υ、このキ3内へ」
二部スラリーを(Jli給した。スラリー」二部より成
形用ポンチで10kg/ c4の圧力で加圧し、水を金
網下部・・・II出して、金網上に炭素ウィスカーを積
層さ・已た。
この操作を繰返して厚さ8mm 、直径96mmの円板
状プリフォーム形成し、これを取出して乾燥した。
状プリフォーム形成し、これを取出して乾燥した。
このプリフォームをジクロロメタンに浸漬し24時間放
置後、乾燥した。これをシリコーンゴムの容器に入れて
真空脱気し、10−”Torrに到着させてのち、厘機
ポリシラザン20重量部ジクロロメタン80重量部の溶
液を供給した。容器をシリコーンゴムの蓋で密閉して冷
間静水圧プレスでゴム容器の外側より5000kg/
r:rFlの圧力をかけたのち、処理物を取出したとこ
ろ含浸体が得られた。これを加熱炉で窒素ガス雰囲気中
でIO’c/minの昇温速度で600℃まで上げて1
時間保持し、溶媒の気化と、!!<iポリシラザンのゲ
ル化及び熱分解を行った。放冷後取出してこれを焼結炉
に入れ、常圧のアルゴン雰囲気で1500℃まで30°
(:/minで”A温した。5時間保持後、放冷して多
孔質焼結体を14た。この焼結体は嵩密度(1,8h/
aδであった。引続きこれを大気雰囲炉に入れ1200
℃で100時間空気中◆こ保持したが、わずかに0.2
61!:%の市星増加が見られたのみであった。これを
粉砕してX線にかAJたところβ−5iCの結品が確認
されたがクツファイl−4J検出されなかった。
置後、乾燥した。これをシリコーンゴムの容器に入れて
真空脱気し、10−”Torrに到着させてのち、厘機
ポリシラザン20重量部ジクロロメタン80重量部の溶
液を供給した。容器をシリコーンゴムの蓋で密閉して冷
間静水圧プレスでゴム容器の外側より5000kg/
r:rFlの圧力をかけたのち、処理物を取出したとこ
ろ含浸体が得られた。これを加熱炉で窒素ガス雰囲気中
でIO’c/minの昇温速度で600℃まで上げて1
時間保持し、溶媒の気化と、!!<iポリシラザンのゲ
ル化及び熱分解を行った。放冷後取出してこれを焼結炉
に入れ、常圧のアルゴン雰囲気で1500℃まで30°
(:/minで”A温した。5時間保持後、放冷して多
孔質焼結体を14た。この焼結体は嵩密度(1,8h/
aδであった。引続きこれを大気雰囲炉に入れ1200
℃で100時間空気中◆こ保持したが、わずかに0.2
61!:%の市星増加が見られたのみであった。これを
粉砕してX線にかAJたところβ−5iCの結品が確認
されたがクツファイl−4J検出されなかった。
以上のように、この発明によれは、無機ポリシラザンと
炭素ウィスカーの炭素との反応により炭素が炭化ケイ素
に転化するので、従来の炭素繊維上に炭化ケイ素数を積
層さセる方法とは5″iなり、炭化ケイ素膜の剥削や亀
裂が起き7.″い。もし亀裂が生しても完全に内部まで
炭化ケイ克ルこ転化しているので燃焼により損粍するこ
と番よ2(い。このため、1000℃を越える空気中で
も炭化ケイ素表層の0 酸化によるシリカ被膜形成による重量増がわずかに見ら
れるのみである。この方法によれば、温度1000″C
以上における耐熱性と耐酸化性の優れた多孔体の製造が
可能となる。
炭素ウィスカーの炭素との反応により炭素が炭化ケイ素
に転化するので、従来の炭素繊維上に炭化ケイ素数を積
層さセる方法とは5″iなり、炭化ケイ素膜の剥削や亀
裂が起き7.″い。もし亀裂が生しても完全に内部まで
炭化ケイ克ルこ転化しているので燃焼により損粍するこ
と番よ2(い。このため、1000℃を越える空気中で
も炭化ケイ素表層の0 酸化によるシリカ被膜形成による重量増がわずかに見ら
れるのみである。この方法によれば、温度1000″C
以上における耐熱性と耐酸化性の優れた多孔体の製造が
可能となる。
第1図は非窒化性雰囲気を達成しうる窒素分圧と加熱温
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 直径0.2μm以上1.0μm以下の炭素ウィスカー
のプリフォームに無機ポリシラザン溶液を含浸させ、非
酸化性かつ非窒化性雰囲気で、1300℃以上1900
℃以下の温度まで加熱して炭素ウィスカーの炭素を無機
ポリシラザン中のケイ素と反応させて炭化ケイ素に転化
することを特徴とする炭化ケイ素からなる多孔体の製造
方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1263682A JPH03126669A (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 炭化ケイ素多孔体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1263682A JPH03126669A (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 炭化ケイ素多孔体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03126669A true JPH03126669A (ja) | 1991-05-29 |
Family
ID=17392879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1263682A Pending JPH03126669A (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 炭化ケイ素多孔体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03126669A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994029238A1 (en) * | 1993-06-14 | 1994-12-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous ceramic and process for producing the same |
| KR100385894B1 (ko) * | 2000-08-25 | 2003-06-02 | 대한민국 (창원대학 공작기계기술연구센터) | 밀링석출공정에 의한 압전 세라믹스 제조방법 |
-
1989
- 1989-10-09 JP JP1263682A patent/JPH03126669A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994029238A1 (en) * | 1993-06-14 | 1994-12-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Porous ceramic and process for producing the same |
| US5750449A (en) * | 1993-06-14 | 1998-05-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic porous bodies and method of producing the same |
| US5759460A (en) * | 1993-06-14 | 1998-06-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic porous bodies and method of producing the same |
| KR100385894B1 (ko) * | 2000-08-25 | 2003-06-02 | 대한민국 (창원대학 공작기계기술연구센터) | 밀링석출공정에 의한 압전 세라믹스 제조방법 |
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