JPH05105562A - 炭化ケイ素被膜を有するカーボンボデイーおよびそれらの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融ケイ素の作用に対して不感受性であり、
かつ耐久性である多孔質カーボンボディーを形成する。 【構成】 ケイ素溶浸した炭化ケイ素の被膜を有するカ
ーボンボディーの製法を記載する。本発明方法において
は、微細な炭化ケイ素および結合剤を含有する水性スリ
ップでカーボンボディーの表面を被覆する。次いで被膜
を乾燥させ、加熱により結合剤を分解する。次いで被覆
されたカーボンボディーをその表面において液体ケイ素
との接触によりケイ素化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、表面がケイ素溶浸した（ｓｉｌ
ｉｃｏｎ−ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ）炭化ケイ素（＝Ｓ
ｉＳｉＣ）の層で被覆されたカーボンボディー、および
カーボン部材から出発してそれらを製造する方法に関す
るものである。

【０００２】グラファイトペブルは特に原子力工学にお
いて用いられる。これに関して、グラファイトの硬度が
低いため、ペブルが機械的剪断力を受けた場合に大量の
微細な摩耗材料が生成することが問題となる。さらにグ
ラファイト部材は電気炉において液体ケイ素の存在下で
用いられ、ＳｉＳｉＣボディーを形成する。これらに
は、たとえばグラファイト加熱帯域の燃焼助材、加熱素
子および構造部材が含まれる。この場合、溶融した元素
状ケイ素と直接接触しているグラファイトが反応して炭
化ケイ素を形成することは不利である。液体ケイ素は、
たとえばカーボンボディー内へ突出しているグラファイ
トの比較的大きな細孔系を通過し、発熱下に炭化ケイ素
に転化する。細孔系および粒径が大きいほど、液体ケイ
素はよりいっそう後拡散する。生成した炭化ケイ素はそ
の結晶構造のため反応カーボンより大きな空間を占め、
その結果部材にクラックおよびスプリットが生じる。不
都合なことに、この機構によってその部材は極めて短期
間で完全に破壊される。

【０００３】しかしアイソスタチックプレス法により製
造され、比較的高い密度、微細な結晶粒組織および低い
多孔度をもつグラファイトボディーは、異なる挙動を示
す。これらのグラファイトボディーは原理的には同じ様
式で液体ケイ素と反応する；しかしグラファイト表面に
おいて炭化ケイ素を形成する最初の反応ののち、反応に
伴う容量増大のため細孔系が減少し、または完全に閉鎖
されるので、狭い細孔通路は部材内部へケイ素がさらに
後拡散するのを阻止する。しかしこのようなグレードの
グラファイトがすべての部材寸法において得られるわけ
ではなく、さらに実質的にいっそう高価である。

【０００４】本発明の目的は、溶融ケイ素の作用に対し
て不感受性であり、かつ耐久性である多孔質カーボンボ
ディーを形成することである。

【０００５】過剰のケイ素によるＳｉＳｉＣ部材の溶浸
焼成に際して、多孔質カーボン製の部材を表面のみにお
いて液体ケイ素との直接接触により炭化ケイ素で被覆す
る試みは既になされているが、この方法においては均質
な閉鎖された炭化ケイ素層が形成されず、実質的なスプ
リットおよび部材クラックが生じた。さらに、結合剤を
用いて、または用いずに、多孔質グラファイトペブルの
表面をすすおよび微細なグラファイト粉末の混合物でシ
ールする試みは、この方法でも均質な層厚が得られない
という結果になった。付与された層はグラファイトに対
して貧弱な付着性を示した。液体ケイ素との接触に際し
てのスプリット形成を防止することはできなかった。

【０００６】意外にも、冒頭に述べた全般的な種類の、
ＳｉＳｉＣ表面を備えたカーボンボディーの製法におい
て、微細な炭化ケイ素および結合剤を含有する水性スリ
ップでカーボンボディーの表面を被覆し、スリップを乾
燥させ、加熱により結合剤を分解し、そしてカーボンボ
ディー上の被膜を液体ケイ素との接触によりケイ素化す
ることよりなる方法が見出された。

【０００７】好ましくはカーボンボディーはグラファイ
トからなる。特に適切なものは全グラファイトボディー
であり、これは常法、たとえば引抜き成形、乾式プレ
ス、アイソスタチックプレスなどにより製造しうる。本
発明方法は特に、不規則な幾何学的形状をもつ成形品を
被覆するのに好適である。本発明に用いられるスリップ
は微細なカーボン、特にすすおよびグラファイトの組み
合わせをも（好ましくは１：１の比率で）含有すること
が好ましい。スリップ中の炭化ケイ素の割合は可能な限
り高くすべきであり、カーボンの割合は、結合剤の分解
後に得られる自由容量が理論的に計算してケイ素化に際
し新たに形成された炭化ケイ素で充填されるべく計算す
べきである。こうして調製されるスリップ配合物は、た
とえばＳｉＳｉＣバーナー管の製造において既知であ
る。

【０００８】結合剤の分解に際してカーボンが生成する
可能性もある。これは、たとえば結合剤としての芳香族
樹脂について言える。

【０００９】スリップ層が均一に付与されるか、不均一
に付与されるかに応じて、カーボンボディー表面の炭化
ケイ素被膜の層厚も異なる。好ましくはスリップ層の層
厚、従ってカーボンボディー上の炭化ケイ素層の層厚は
０．１−５ｍｍである。

【００１０】意外にも、カーボン母体とＳｉが表面反応
してＳｉＣを形成することにより、強固な複合材料が得
られる。付与された溶浸ＳｉＳｉＣ層を部材上において
種々の方法で、必要に応じて後続の機械加工により、ま
たは未処理状態もしくは焼成状態において追加の部分ス
リップを付与することにより、多様に改質しうる。たと
えば最初に被覆グラファイトボディーを研摩することに
より、特に平坦なグラファイト表面を備えたボディーが
得られる。グラファイトボディーを（ＳｉＣスリップで
被覆したのち）第２のグラファイトボディーまたはＳｉ
ＳｉＣボディーに接合することができる。この接合法に
おいては、万能スリップ被膜が乾燥後の複合材料ボディ
ーの未処理強度に関与する。ケイ素を溶浸したのち、接
合ＳｉＣスリップ層はＳｉＳｉＣに転化する。これによ
り一方ではグラファイトに対して、他方ではグラファイ
トまたはＳｉＳｉＣに対して、両側が強固なジョイント
が保証される。最初に研摩処理することにより、これか
ら特に平坦なグラファイト表面およびＳｉＳｉＣ表面を
備えたボディーが得られる。

【００１１】スリップ層の厚さおよび組成により、複合
材料ボディーの物理的特性を変化させることができる。

【００１２】得られたボディーは、溶融ケイ素に対して
高密度グレードのグラファイトと同じく良好な抵抗性を
もつ。本発明による摩耗および浸食強度、大部分の酸お
よびアルカリ溶液に対する耐食性、熱応力に対する不感
受性、高い熱伝導率、ならびに硬度のＳｉＳｉＣ硬度
は、グラファイト部材につき新たな技術的利用の可能性
を開く。機械加工、クラック、細孔、摩耗またはチップ
による欠陥を、未処理状態および焼成状態の部材双方に
おいて、スリップの付与、機械加工、次いでＳｉの溶浸
により、修復することができる。

【００１３】グラファイト部材は普通は４００℃を越え
る温度では酸化する。しかし本発明によりこれらの部材
を均質なＳｉＳｉＣ層でシールすると、酸化性雰囲気で
の可能な使用温度は約１４００℃にまで上昇する。セラ
ミックス工業における酸化性の急速焼成に際して、たと
えばグラファイトの有利な高い耐熱衝撃性および弾性を
備えたカーボン製の焼成用パネルを用いることが可能で
ある。

【００１４】本発明方法はグラファイトボディー全般、
特に粗粒状および多孔質のグラファイトボディーを、特
殊な装置なしに、また部材がその過程で破壊されること
なく、真空中において経費的に有効な様式でＳｉＳｉＣ
層によりシールまたは保護することができる。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケイ素溶浸した炭化ケイ素の被膜を有す
   るカーボンボディーの製法において、微細な炭化ケイ素
   および結合剤を含有する水性スリップでカーボンボディ
   ーの表面を被覆し、スリップを乾燥させ、加熱により結
   合剤を分解し、そしてカーボンボディー上の被膜を液体
   ケイ素との接触によりケイ素化することよりなる方法。
2. 【請求項２】 グラファイトカーボンボディーをスリッ
   プで被覆する、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 スリップが微細なカーボンをさらに含有
   する、請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 カーボンとしてすすおよびグラファイト
   の組み合わせを添加する、請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 結合剤として有機結合剤を添加する、請
   求項１−４のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 表面に層厚０．１−５ｍｍのＳｉＳｉＣ
   の密な被膜を保有するグラファイトボディー。
7. 【請求項７】 被膜が溶融ケイ素に対してシールされて
   いる、請求項６に記載のグラファイトボディー。
8. 【請求項８】 被膜が酸化剤に対してシールされてい
   る、請求項６に記載のグラファイトボディー。