JPH0421576A

JPH0421576A - 多孔質炭化珪素焼結体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0421576A
Application number: JP2122518A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Hirota; 保廣田; Shoji Doi; 祥司土肥; Mikio Nishimura; 幹夫西村; Hiroyuki Maehane; 前羽　博行
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1992-01-24

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、通気性に優れた多孔質炭化珪素焼結体および
その製造方法に関する。

従来技術とその問題点多孔質炭化珪素焼結体（以下単に多孔質炭化珪素という
）の製造方法としては、下記の如きものが知られている
。

（イ）特開昭６１〜４１８６７号公報は、粒子径１００
μｍまでの炭素原料と粒子系５０μｍまでの珪素原料と
を使用して、それぞれの原料を別々に或いは一緒に有機
系バインダーにより被覆し、８００〜１０００℃でコー
キングした後、１４００〜１６００℃の間の温度まで急
速に加熱する方法を開示している。

しかしながら、この方法には、炭素原料と珪素原料との
合計量の２０〜３５％にも達する多量のバインダーを使
用しなければならないこと、炭素原料および珪素原料と
をバインダーにより被覆する工程が煩雑であること、バ
インダーで被覆した原料を所定の粒子径とすることが困
難なので、焼結体の通気性を制御することが極めて困難
であるなどの問題点がある。

（ロ）また、特開昭６２’−２７２５１号公報は、粒径
０．０５〜ｌｏｎ＋ｍの炭素粒子と珪素粒子とを使用し
、焼成時の昇温速度を５０℃／分以上として焼成する金
属カーバイドの製造方法を開示している。しかしながら
、工業的に実用化されている炉での昇温速度は、通常１
〜ｂ方法は、実用化が困難である。

問題点を解決するための手段本発明者は、上記の様な技術の現状に鑑みてさらに研究
を進めた結果、炭素材料として特定の黒鉛結晶子厚さを
有するピッチコークスを使用する場合には、耐酸化性お
よび通気性に優れた多孔質炭化珪素を製造し得ることを
見出した。

すなわち、本発明は、下記の多孔質炭化珪素およびその
製造方法を提供するものである：■炭素粒子が炭化珪素
により被覆されて結合され且つ多数の連続気孔を有する
焼結体であって、大気中１３００℃で４８時間保持した
場合の炭素酸化率が１０％以下で且つ１０００Ｎｍ３／
ｍ２　・ｈにおける圧力損失が１０〜５００　ｍｍＨ２
０である多孔質炭化珪素焼結体。

■多孔質炭化珪素の製造方法において、（ａ）粒子径が
２５０〜８４０μｍであるシリコン１モルに対し、（ｂ
）黒鉛結晶子厚さＬ　ｃ　（００２）が４０Å以下であ
り且つ粒子径が２５０〜８４０μｍであるピッチコーク
ス１〜４モルの割合の混合物に有機バインダーを配合し
、加圧成型した成形物を２．２℃／分以上の速度で昇温
し、シリコンの溶融温度以上の温度に保持することを特
徴とする多孔質炭化珪素焼結体の製造方法。

本発明においては、炭素材料として、日本学術振興会第
１１７委員会、炭素、Ｎｏ、　３６．２５（１９６３）
により求めた黒鉛結晶子厚さＬｃ（００２）が４０Å以
下であり且つ粒子径が２５０〜８４０μｍであるピッチ
コークスを使用することを必須とする。黒鉛結晶子厚さ
Ｌ　ｃ　（００２）が４０人を上回るピッチコークスを
使用する場合には、得られる多孔質炭化珪素の耐酸化性
が低（なる。また、ピッチコークスの粒子径が２５０μ
ｍ未満である場合には、得られる多孔質炭化珪素の通気
性が低下するのに対し、８４０μｍを上回る場合には、
通気性が過剰となるとともに、耐酸化性が低下する。

本発明において使用する金属シリコン材料は、粒子径が
２５０〜８４０μｍの範囲にあることを必須とする。シ
リコン材料の粒子径が２５０μｍ未満である場合には、
焼結操作時に１１００〜１３００℃の温度範囲における
固相反応の影響を受は易くなって、製品の耐酸化性が低
下する。シリコン材料の粒子径が８４０μｍを上回る場
合には、焼結操作時に溶融したシリコンが一度に下方に
流動し、成形体の下部に集中する。その結果、焼結体内
部の物性が不均一となり、その上部では、大きな空洞の
ために耐酸化性が低くなるのに対し、その下部では、通
気性が著しく低下する。

なお、多孔質炭化珪素焼結晶の通気孔の大きさを制御す
るためには、ピッチコークスと金属シリコン粒子とは出
来るだけ粒子径の近似したものを使用することが好まし
い。

本発明方法における原料の配合割合は、金属シリコン１
モルに対し、ピッチコークス１〜４モルの割合とする。

前者に対する後者の割合が１モル未満の場合には、珪素
過剰となって、溶融反応時に未反応珪素が部分的に残留
して、焼結体の通気性が低下する。これに対し、前者に
対する後者の割合が４モルを上回る場合には、シリコン
が炭素粒子表面を完全に被覆するに至らす、部分的に未
被覆部分が生じて、耐酸化性が低下する。

本発明において、黒鉛結晶子厚さＬ　ｃ　（００２）が
４０Å以下であるピッチコークスを使用することにより
、シリコン溶融温度以上の温度で、溶融シリコンとピッ
チコークスとの濡れ性が向上し、シリコンがピッチコー
クスを完全に被覆する状態となる理由は、未だ解明され
ていない。

なお、本発明方法において、バインダーとしては、従来
からセラミックス焼結体の製造に際し使用されている有
機バインダーがそのまま使用できる。この様なバインダ
ーは特に制限されるものではないが、ポリエチレングリ
コール、ポリビニルアルコール、メチルセルロースなど
が例示される。

これらのバインダーは、通常水溶液などの溶液の形態で
使用される。バインダーの配合量も特に限定されないが
、通常金属シリコンとピッチコークスの合計重量１００
部に対して、２〜１０部程度である。

本発明方法は、通常次の様にして実施される。

まず、所定割合の金属シリコンとピッチコークスに有機
バインダーを均一に混合し、所定の形状に加圧成形しく
通常圧力１００〜１５００ｋｇｆ／ｃｒＩ程度）、乾燥
した後、アルゴン、ヘリウムなどの金属と反応しない不
活性ガス雰囲気中２．２℃／分以上（より好ましくは３
〜ｂ度で１５００〜１７００℃まで昇温し、同温度で焼成す
る。１０℃／分以上の高速度で昇温する場合には、バイ
ンダーの除去（いわゆる脱脂）を確実に行なうために、
必要ならば、焼成温度に至る昇温の途中で、例えば２５
０〜５００℃程度の温度に暫く保持して、脱脂を十分に
行なった後、弓続き昇温しでも良い。

本発明方法により得られる焼結体は、炭素粒子が炭化珪
素により被覆されて結合されており且つ焼結体内に多数
の連続気孔が形成された構造を有している。従って、該
焼結体は、大気中１３００℃で４８時間保持した場合の
カーボン酸化率が１０％以下であり、１０００Ｎｍ３／
ｍ２　・ｈにおける圧力損失が１０〜５００　ｍｍ　Ｈ
２０種度の優れた特性を有している。

発明の効果本発明により製造される炭化珪素焼結体は、耐酸化性に
優れ、且つ通気性にも優れている。

この様な焼結体は、高温表面燃焼用バーナープレート、
耐火材料などとして有用である。

実施例以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより
一層明確にする。

実施例１第１表に示す様に、黒鉛結晶子厚さの異なる４種のピッ
チコークスＡＳＢ、ＣまたはＤ（いずれも２９７〜３５
０μｍ）と金属シリコン（２９７〜３５０μｍ）とを３
：１（モル比）の割合で混合し、得られた混合物１００
部にポリエチレングリコール５部を１０．５％水溶液と
して添加し、混練した後、５０９　ｋｇｆ／ｃＪの圧力
で７０ｍｍ　Ｘ　５５ｍｍ　Ｘ　１２ｍｍの大きさに成
形し、試料Ａ−Ｄを得た。

得られた各試料Ａ−Ｄを１０７℃で乾燥した後、アルゴ
ン雰囲気中て３℃／分の昇温速度で１６５０℃まで加熱
し、同温度に３時間保持した後、自然冷却させ、多孔質
炭化珪素焼結体を得た。

第１表にピッチコークスの黒鉛結晶子厚さ、転化率（ピ
ッチコークスと金属シリコンとの反応率）、該焼結体を
大気中１３００℃で４８時間保持した場合のカーボン酸
化率（Ｃ酸化率）、および空気を１０００Ｎｍ３／ｍ２　・ｈて通過させた場合の圧力損
失（通気性）を示す。

第１表転化率　Ｃ酸化率試料　黒鉛結晶子厚さ（入）　　　　（％）　　（％）Ａ　　　　４４　　　　８３．７　　３６．３Ｂ　　　
　’３６　　　　９４．Ｌ　　　９．ＯＣ２５７５，１
５ＪＤ　　　　２３　　　　８５．１　　９．３通気性（ｍｍＨ；＋Ｏ）第１表に示す結果から、ピッチコークスの黒鉛結晶子厚
さＬ　ｃ　（ＯＯ２）が４０人を上回る場合には、得ら
れる焼結体の耐酸化性が低下することが明らかである。

実施例２ピッチコークスＥ（黒鉛結晶子厚さＬｃ（００２）が３
０人）と金属シリコンとの使用割合（モル比）を変える
以外は実施例１と同様にして炭化珪素質焼結体を得た。

第２表にピッチコークスＥと金属シリコンとの使用割合
と通気性との関係を示す。

第２表モル比　　　　　　　　　通気性（ｍｍＨ２０）２　：　１　　　　　　　　　　２６０３：１　　　　
　　　　　　１２０４：ｉ　　　　　　　　　　　５００第２表に示す結果から、通気性に関する限り、ピッチコ
ークスと金属シリコンとの使用割合は、３：１（モル比
）程度がより好ましいことが明らかである。

実施例３ピッチコークスＦ（黒鉛結晶子厚さＬｃ（００２）が３
２人）と金属シリコンの粒子径を種々変える以外は実施
例１と同様にし７て炭化珪素質焼結体を得た。

第３表にピッチコークスＦの粒度構成と通気性との関係
を示す。

第３表粒度構成　　通気性（μｍ）　　　　　　　（ｍｍＨ２０）２５０〜３５０
　　　５００２９７〜３５０　　　４６０３５０〜５００　　　１２０４２０〜５９０　　　１２０４２０〜８４０　　　１３０第３表に示す結果から、粒度構成を若干粗くすることに
より通気性が改善されることが明らかである。

実施例４前出のピッチコークスＣと金属シリコンとの粒度構成、
焼成温度および焼成時間と焼結体の転化率、カーホン炭
化率および通気性との関係を第４表および第５表に示す
。なお、原料のモル比、バインダー、成形条件、乾燥条
件、焼成条件などは、実施例１の場合と同様とした。

第Ｎｏ。

粒度構成（μｍ）２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０４表焼成温度（０Ｃ）焼成時間（ｈｒ）茅粒度構成（μｍ）２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０２９７〜３５０３５０〜５９０３５０〜５９０４　表（続き）焼成温度（℃）焼成時間（ｈｒ）部転化率（％）８６．８７０．５６７．８７５．１５３．７７１．３７０．５７５．６６７．８８７．７５３．７７８．２７９．８６８．０７０．４５表Ｃ酸化率（％）０．６１．４１．２５．３３．８４．５１．４３．１１．２０．４３．８５．１４．５５．５５．３通気性（ｍｍＨ２０）第５表に示す結果から明らかな様に、焼成温度の上昇、
焼成時間の延長或いは粒度構成を粗くすることなどによ
り、本発明による炭化珪素焼結体の通気性を改善するこ
とが可能である。

実施例５前出のピッチコークスＣ（粒子径２９７〜３５０μｍ）
を使用して昇温速度および焼成温度を種々変える以外は
実施例１と同様にして炭化珪素質焼結体を得た。

第６表に昇温条件および焼結条件を示し、第７表に焼結
体の特性を示す。

第６表焼成温度　　焼成時間（’Ｃ）　　　　　（ｈｒ）Ｎｏ、　　　　昇温速度（’Ｃ／分）１７　　　　　２、　２１８　　　　　２、　５第７表Ｎｏ、　　　　　転化率　　耐酸化性　　通気性（％）
　　　（％）　　　　（ｍｍ　Ｈ２０）１７　　　　８
０．２　　１０．８　　　１３０１８　　　　７５．７
　　　３．７　　　　８０１９　　　　７８．２　　　
５．１　　　　８０２０　　　　６５．１　　　１．７
　　　２１０第７表に示す結果から明らかな様に、昇温
速度を２．２〜４０℃／分の範囲で変化させても、耐酸
化性および通気性に優れた焼結体が得られている。

比較例１実施例１のピッチコークスＣに代えて鋳物用コークス（
粒子径２９７〜３５０μｍ）を使用し、第８表に示す条
件下に昇温及び焼結を行なって、炭化珪素多孔質体を得
た。

第９表に得られた焼結体の特性を示す。なお、通気性の
データは、外挿により求めたものである。

部表昇温速度焼成温度焼成時間第表転化率耐酸化性通気性第９表に示す結果から、通常の鋳物用コークスを使用する場合には、耐酸化性および通気性の何れも、極めて劣るものしか得られないことが明らかである。

（以上）

Claims

【特許請求の範囲】１　炭素粒子が炭化珪素により被覆されて結合され且つ
多数の連続気孔を有する焼結体であって、大気中１３０
０℃で４８時間保持した場合の炭素酸化率が１０％以下
で且つ１０００Ｎｍ＾３／ｍ＾２・ｈにおける圧力損失
が１０〜５００ｍｍＨ＿２Ｏである多孔質炭化珪素焼結
体。２　多孔質炭化珪素の製造方法において、（ａ）粒子径が２５０〜８４０μｍであるシリコン１モ
ルに対し、（ｂ）黒鉛結晶子厚さＬｃ（００２）が４０
Å以下であり且つ粒子径が２５０〜８４０μｍであるピ
ッチコークス１〜４モルの割合の混合物に有機バインダ
ーを配合し、加圧成形した成形物を２．２℃／分以上の
速度で昇温し、シリコンの溶融温度以上の温度に保持す
ることを特徴とする多孔質炭化珪素焼結体の製造方法。