JPH0733562A - 炭化珪素被覆カーボン材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊な焼成装置を用いずとも、カーボン材の
全面に均一且つ安定した炭化珪素皮膜を形成する方法を
提供すること。 【構成】 金属化珪素を含有した合成繊維を用いて、シ
ート状物を形成し、該シート状物でカーボン材の全面を
包装して加熱炉に投入し、カーボンと金属化珪素とを反
応焼結せしめ、カーボン材表面に炭化珪素皮膜を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭化珪素を表面に焼結
せしめてカーボン材を被覆する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭化珪素は高温での強度が大きく、耐蝕
性、耐酸化性にも優れているため高温耐蝕材料として用
いられている。例えば、炭化珪素を成形物としたものと
しては、特公昭６２−６９８４号公報に炭化珪素粉末を
樹脂溶液と混合し、窒素雰囲気下等で焼結するものが、
特公昭５０−２９５２８号公報には炭素繊維を珪素含有
ガス雰囲気下で焼成して一部を炭化珪素化したものが記
載されている。

【０００３】また、高温炉の壁材として、カーボンは最
適な素材であるが、その強度を更に高める方法として、
炭化珪素で表面をコーティングすることが知られてい
る。かかる方法としては、珪素の金属化合物を含有する
コーティング剤を比較的平滑な表面のカーボン材に塗布
して焼成し、反応焼結せしめるのが一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ンの表面に珪素を含有するコーティング剤を塗布する方
法では、形成されたコーティング膜の強度に問題があっ
た。これは、カーボンと炭化珪素の結合状態に問題があ
る他に、焼成時にカーボン材を支持する部分にはコーテ
ィングがなされないため、該部分よりコーティング膜の
剥離が生じるためである。

【０００５】本発明はかかる問題点を解決するものであ
って、その目的は、特殊な焼成装置を用いずとも、カー
ボン材の全面に均一且つ安定した炭化珪素皮膜を形成す
る方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属化珪素を
含有した合成繊維を用いて、シート状物を形成し、該シ
ート状物でカーボン材の全面を包装して加熱炉に投入
し、カーボンと金属化珪素とを反応焼結せしめ、カーボ
ン材表面に炭化珪素皮膜を形成することを特徴とする炭
化珪素被覆カーボン材の製造方法である。

【０００７】先ず、本発明で用いる金属化珪素を含有し
た合成繊維について説明する。合成繊維を形成するポリ
マーとしては、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリ
ル等種々のものが用いられ、融点が３００℃以下で、後
述する反応焼結時に炭化してしまうものであれば良い
が、特に、熱セット性が良好なポリエステルを用いるの
が好ましい。

【０００８】一方、金属化珪素としては、窒化珪素等の
化合物も用いることができるが、触媒作用を有する酸化
珪素（ＳｉＯ₂ ）等はカーボンとの反応を阻害するおそ
れがあるため、できるだけ純度の高いものを用いること
が好ましく、これらを１〜５μ程度の粒子に粉砕したも
のを用いる。

【０００９】本発明で用いる合成繊維は、該金属化珪素
を含有したものであるが、ポリマー中に金属化珪素を含
有させるには、溶融紡糸時に溶融ポリマーに添加して紡
糸する所謂練り込み法が挙げられ、特に、液状のビヒク
ルに金属化珪素を分散せしめ、これを紡糸直前の溶融ポ
リマー流に注入して混練素子等で混練して紡糸する方法
が、好ましく用いられる。この場合、合成繊維の粘度が
若干低下することがあるので長繊維としてよりも短繊維
として用いる方が好ましい。合成繊維の単糸繊度は、４
〜２０デニール程度が好ましく、短繊維として用いる場
合繊維長は３８〜７６ｍｍ程度となろう。また、金属化
珪素は繊維の全面に均一に練り込んでも良いが、複合紡
糸法により芯鞘糸の芯成分や、サイドバイサイド糸の一
成分としてもよい。いずれにしても、該金属化珪素は、
合成繊維を形成するポリマーに対して１〜１０重量％添
加されていることが好ましい。

【００１０】以下、前記合成繊維を用いて、炭化珪素皮
膜を形成する方法について述べる。先ず、前記合成繊維
はこれを用いてシート状物を形成する。シート状物とし
ては、織物、編物、不織布などが挙げられ、前記合成繊
維がその全面に均一に存在する形状のものが好ましい。
また、単位面積当たりの合成繊維の使用量を容易に調整
できるものが好ましく、組織そのものは後述の包装に十
分な強度を呈するものであれば問題とならないため、本
発明には不織布が最も適している。不織布を用いる場
合、目付は１００〜５００ｇ／ｍ² 程度が好ましい。ま
た、前記合成繊維の他にポリエステル、ポリエチレン、
ポリプロピレン等を芯鞘状に複合紡糸した融着複合繊維
等の第三成分糸を含有しても良い。

【００１１】以上の如きシート状物が得られたならば、
加工対象となるカーボン材を、該シート状物により包装
する。包装はカーボン材の全面に対して行うことが必要
で、変形したり、湾曲したりした部材の場合全表面にシ
ート状物が当接するように包装を行う。

【００１２】包装されたカーボン材は、コティング剤を
塗布した場合と同様に、加熱炉に投入し、カーボンと金
属化珪素とを反応焼結させる。すなはち、気密性の加熱
炉にカーボン剤とセットし、炉内の気体をアルゴンガス
等の不活性ガスに置換した後、１５００〜１６００℃に
昇温し、５〜１０時間保持して反応焼結を行う。かかる
昇温時、合成繊維は溶融し含有されていた金属化珪素が
カーボン材の全面に浸透するため、合成繊維が溶融する
３００℃付近迄は１００℃／時程度の昇温速度で、それ
以後はこれよりも速く昇温を行えば、均一で生産性の高
い処理が行える。また、反応焼結完了後は、１５０℃／
時程度で降温せしめることにより強度に優れた被覆カー
ボン材が得られる。

【００１３】尚、本発明で用いるカーボン材としては、
例えば黒鉛材、押出材等が挙げられ、特に限定はされな
いが、炉材として用いる場合は、黒鉛材が好ましい。ま
た、カーボン材の表面は予めブラッシング等により表面
粗度２０〜３０μ程度に仕上げておくことが好ましい。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）ポリエチレンテレフタレートを紡糸温度３
００℃、紡糸速度１０００ｍ／分でホール数１５００個
の円形ノズルより溶融紡糸法により紡糸した。この際、
紡糸直前の溶融ポリマー流に、金属珪素粒子（平均粒径
２μ）を低粘度ポリエステル中に分散させた液状物（粘
度２０００ポイズ）を注入し、スタティックミキサーに
て混練した。ついで、得られたトウに延伸、捲縮付与を
行い、繊維長５１ｍｍにカットし、単糸繊度６デニール
のポリエステルステープルとしたところ、金属珪素粒子
の繊維に対する含有量は５重量％であった。該ポリエス
テルステープルはカーディング後、ニードルパンチして
目付３００ｇ／ｍ² の不織布となした。

【００１５】次に、ブロック状のカーボン材（東洋カー
ボン製黒鉛材）の表面をブラッシングして表面粗度を２
０μに仕上げ、前記不織布でその全面を１重包装した。
包装されたカーボン材は、加熱炉（東海高熱製）にセッ
トし、炉内の空気をアルゴンガスに置換した後、１００
℃／時で３００℃迄昇温し、更に１５０℃／時で１００
０℃迄昇温後、５時間保持して反応焼結を行った。その
後、１５０℃／時で常温迄冷却して加熱炉より取り出
し、被覆カーボン材を得た。得られたカーボン材と、従
来のコーティング剤により炭化珪素を被覆したカーボン
材（２種）について、メタン化反応、被覆膜の剥離性を
次の如く評価した。結果を表１に示す。

【００１６】メタン化反応テスト ２５ｍｍ角のテストピースをアルミナチューブ管にセッ
トし、アルゴンガス５００ｍｌ／分を流して１５００℃
まで昇温する。その後、Ｈ₂ ガス５００ｍｌ／分を流し
て５０時間、１００時間、１５０時間の夫々保持し、Ｃ
＋２Ｈ₂ →ＣＨ₄ のメタン化反応を促進させ、冷却後１
５０℃×５時間乾燥し重量変化によりメタン化反応量を
算出する。

【００１７】剥離性テスト メタン化反応テストを行った各テストピースに一定荷重
（１０ｋｇウエイト）を加えて、テストピース表面のク
ラック発生有無を調べる。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、反応焼結時に金属化珪
素をカーボン材の内層深くまで浸透せしめているためく
さび効果が生じて、カーボン材の全表面に均一な炭化珪
素皮膜を形成することができ、耐久性に優れた被覆カー
ボン材を得ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属化珪素を含有した合成繊維を用い
   て、シート状物を形成し、該シート状物でカーボン材の
   全面を包装して加熱炉に投入し、カーボンと金属化珪素
   とを反応焼結せしめ、カーボン材表面に炭化珪素皮膜を
   形成することを特徴とする炭化珪素被覆カーボン材の製
   造方法。