JPS6036372A - ケイ素浸透され、反応結合された炭化ケイ素から成る成形体の製法 - 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】 本発明は、装置の組立て、殊にすべりリングおよび熱交
換器において使用するためのケイ素浸透され、反応結合
された炭化ケイ素（５ｉＳｉＯ）からなる成形体を製造
するため、炭化ケイ素および炭素から成る多孔性成形体
を真空中ケイ素の存在で、元素状ケイ素の溶融温度より
上、１４−１０℃より１−の温度で加熱し、その場合保
持時間は０．５〜６時間である、上記成形体の製法に関
する。

従来の技術 西１イツ国特許出願公開第２９１０６２８号明細書には
、ケイ素含有フィーダを使用するケイ素−炭素混合物か
ら成る多孔性成形体の浸透が記載されている。このフィ
ーダは炭素およびケイ素の混合物から製造され、この場
合炭素とともに加熱する際のケイ化により新たに形成さ
れた炭化ケイ素から成る骨格が形成し、過剰に供給され
、浴融されたケイ素が浸透すべき成形体中へ導入される
。フィーダの多孔性ＳｉＱマトリックスは、焼成後容易
に分離できる。この場合、ケイ化の際に炭化ケイ素−炭
素のプレス成形体は下方に存在し、フィーダとしてのケ
イ素・炭素の圧縮成形体は上方に存在するのが望ましい
。その理由はこの種装置は炭化ケイ素・炭素の圧縮成形
体中への溶融したケイ素の流入および透過を毛管作用ま
たは重力に基づき促進するからである。この方法の欠点
は、特別にケイ素および炭素から成る材料を製造し、フ
ィーダにプレス成形しなければならず、該フィー＄は使
用後は再び利用する事ができない事である。

フィーダ製造の別法は、ケイ化法を実施するためのケイ
素−炭素−混合物をルーズな粉末形で使用する事である
。その場合、所望の量を炭化ケイ素−炭素−プレス成形
体中へおよびそのまわりに振動によシ充填する。この双
方の方法の実施のために、微粒状ケイ素および炭素を混
合する。７５μｍの平均粒径を有する非常に微細゛なケ
イ素により不純物が搬入され、これがあとで完全にケイ
化された成形体中で欠陥、殊に亀裂を生じうるので不利
である。

Ｓ　ｊ、Ｓ　ｉ　Ｃ−成形体の衝撃強度を改良するため
に、西ドイツ国特許出願公開第２７０７２９９号明細書
によれば、炭化ケイ素と炭素の混合物から成る成形体に
なお、溶融したケイ素と大体において反応しない窒化ホ
ウ素を１０〜５５％の量で加える。ケイ化は、この成形
体をあとで溶融されるケイ素を有する型中へ入れるよう
にして行なわれる。溶融されたケイ素の浸透は１０００
℃より上の温度で、炭素繊維から成る灯心によシ行なわ
れる。離型剤としては、たとえば窒化ホウ素を使用する
事ができる。この方法の欠点とみ外されるのは、黒鉛型
および灯心材のＷ造が非常に費用がかかシ、このため成
形体の大量生産が不経済になる事である。

ケイ化の際のもう１つの難点は、西ドイツ国特許出願公
開第２６４４５０３号明細書から明らかであり、市販の
炭化ケイ素粉末が常にわずかな二酸化ケイ素を含有する
からである。この二酸化ケイ素は溶融されたケイ素によ
り濡らされないのでケイ化はこの種の材料を有する物体
では常に困難である。この方法では、多孔性物体を酸素
の不在で、ケイ素の浴融温度より上のケイ化温度に加熱
する。その後、物体を、主として窒素Ｏ〜１０％、特に
３〜７％およびそれに含まれている水素から成るガフ環
境中に保つ。

この２回のガヌ処理の際に、窒素および水素は炭化ケイ
素中に存在するケイ素のすべての酸化物と反応し、これ
を窒化ケイ素に変える。窒素はきれいなケイ素表面とも
反応して窒化ケイ素を形成する。この２度のガヌ処理は
、一方でケイ素酸化物の除去による物体の清浄化を惹起
し、他方では成形体の十分な細孔容積の利用を、炭化ケ
イ素中で炭素を物体の細孔構造が早期に閉塞されないよ
うに変換する事によシ確実にする。この窒素含有環境は
、ケイ化温度に到達して、金属ケイ素が成形体中へ細孔
骨格により成形体中へ流入し、急速に物体の使用可能な
炭素および存在する黒鉛を透過するときに中断される。

焼成室中に窒素環境が存在する場合、窒素が液状金属ケ
イ素と反応して該金属ケイ素の上方に窒化ケイ素の皮膜
を形成し、これがケイ素による多孔性成形体のそれぞれ
の透過を阻止する。

原則的には、文献から公知の、浸透された炭化水素のす
べての製造方法は、ケイ素が凝固する際にこのケイ素が
成形体から出て、成形体の表面を大きい面で濡らし、し
ばしば焼成助剤との接着を惹起するという欠点を有する
。この結果として、焼成プレートから成形体を分離する
際に構成部分に損傷が生じる。さらに、ケイ素で田われ
た表面に対するしばしば著しい機械的または化学的清掃
費も不経済である。

本発明の課題は、まずケイ素で浸透された炭化ケイ゛素
物体が焼成後焼成プレートから良好に分離し、成形体中
へ浴融されたケイ素の均一な分配を惹起するケイ化方法
における装置を提供する事であり、その場合装置は再び
使用可能であるべきであり、ならびに雰囲気もにじみ出
たケイ素が完全にケイ化された物体に弱く付着している
にすぎなｒように調整されるべきである問題点を解決す
るだめの手段 ケイ素浸透され、反応結合された炭化ケイ素から成る成
形体の製法における装置に関する課題の解決は、成形体
を窒化ホウ素で被覆された黒鉛板と、ケイ素で浸透され
、窒化ホウ素、炭化ケイ素および炭素から成る混合物で
被覆された炭化ケイ素から成る多孔板と、双方の板の間
に挿入された砕片状金属ケイ素から成る層とから成る装
置上に載せる事から成る。この有利な装置をなお付着ケ
イ素の除去が容易であるようにするために、保持時間の
終了後ケイ素で浸透された炭化ケイ素成形体が窒素雰囲
気中で０．０５〜１パールの圧力で冷却されるように雰
囲気を調整するのが有利である。

作用 基板上の窒化ポウ素被似は、溶融されたケイ素による黒
鉛板の湿潤および可能な変換を阻止する作用をする。支
持板は溶融されたケイ素を受容し、これをケイ化すべき
多孔性成形体中へ導入する。この場合、窒化ホウ素、炭
素および炭化ケイ素から成る被覆はケイ素流に対して調
整作用を有する。

ケイ素浸透された成形体を窒素含有雰囲気中で冷却する
のは、凝固するケイ素の容積増大の結果として、成形体
からケイ素が出るが、形成する窒化物被膜により、成形
体表面を大きい面で儒らすのを阻止する作用をする。

発明の効果 従って、本発明による方法において形成され、成形体を
オーブンから取り出した後のケイ素のにじみ出しは、容
易に除去できる。従って、表面の清浄化の際に成形体に
生じるひび割れ数が僅かとなり、これが廃物発生率を減
少し、本方法を公知の方法に比して経済的にする。さら
に、粗大粒の金属ケイ素の使用によシ、ケイ素の表面に
おける過大量の不純物が方法中に導入されるのがさけら
れる。殊に、この種のティ素振動充填を用いる改良され
たグイ化法は、窒素での特殊な大気調整によっても生じ
る。

他の実施例は特許請求の範囲第２項および第３項から明
らかであり、炭素２重量部窒化ホウ素３重量部および炭
化ケイ素５重量部から成る被覆が特に有利である事が立
証されている。さらに、ふりかけられた顆粒体はさらに
点状の支持部を連結し、被覆と一緒に、支持板からの浸
透された成形体の分離を容易にする。

支持板を製造する他の方法は、ケイ素と炭化ケイ素の混
合物を注ぐかまたは圧縮する事から成り、との」賜金炭
素が存在しなければならない炭化ケイ素成形体の混合物
から成る多孔性成形体をケイ化するだめの本発明による
方法ならびに装置の詳細および有利な実施形は、すべり
環を製造するだめの次の実施例から明らかである。

実施例 本発明による方法の実施のために、９μｍの平均粒径を
有する通常の研磨剤品質の六方晶系炭化ケイ素８４重量
％、約３μｍの粒径の黒鉛８重量％ならびにフェノール
樹脂９重量％をコークス化残渣５０％と混合し、その場
合フェノール樹脂は１：３の割合でアルコールニ溶解ス
る事によってすべりリング用の成形体を製造する。この
粘液性泥状物から溶剤を真空蒸発により除去し、乾燥し
た混合物のふるい分けにより○〜０．６　ｍｍの顆粒を
製造する。この顆粒を２０００パールで、ＢＯｍｍの直
径および１０ｍｍの高さを有するリングに圧縮する。そ
の重量は９８ｇでありこの場合素材の圧縮密度は２．０
９１ｃｒ＆である。５時間の保持時間および１０００℃
でのコークヌ化後に、素材は純炭素１３重量％および炭
化ケイ素８７重量％から成り、その場合フェノール樹脂
の残留成分がケイ素体を結合する。コークヌ化状態で、
密度は１９’７９／ｃｔ＆である。

成形体をケイ化するための本発明による装置は次のよう
に準備する：市販の微粒状黒鉛から成る基板に水中の窒
化ホウ素粉末の懸濁液を塗布し、乾燥する。炭化ケイ素
から成る多孔性の支持板を別個のオーブン中でケイ素で
浸透し、炉中で冷却する。炉から取シ出した後、支持板
を清掃、研磨し、炭素２重量部、窒化ホウ素３重量部お
よび炭化ケイ素５重量部の混合物から成るアルコール懸
濁液を塗布し、乾燥する。被覆上に、炭化ケイ素および
炭素の混合物から成る０、　５〜１　ｍｍの粒径を有す
る顆粒をふシかける。浸透工程のために、３〜１０ｍｍ
の粒径を有する砕片状金属ケイ素を成形体の完全な浸透
のために必要量で被覆された黒鉛板上に載せ、被覆され
、浸透された炭化ケイ素板で覆い、コークス化された成
形体を載せる。１トルの真空巾約３００℃／ｈで１６０
０℃に加熱する事により、成形体を均一にケイ素で浸透
し、存在する炭素をＳｉＯに変換する。６時間の保持時
間後に真空ポンプを遮断し、窒素を０．０５〜１パール
までの圧力になるまで炉室中へ吹込む。この方法では、
３．ｌＯｇ／ｉよシ大きい密度を有し、特別な工程によ
り８４重量％までが１３μｍの最大粒径を有する炭化ケ
イ素から成シ、１６重量％までがケイ素から成る成形体
が生じ、該成形体が炭化ケイ素結晶の間の空所を充填す
る。

発明の効果 倍率８００倍の研ぎ出し図には、炭素残分および細孔は
認められない。４点支持装置（４０／　２０　ｍｍ　）
を用いて測定した曲げ強度は、飯から切り出した４、　
５　Ｘ　３．５　Ｘ　５０　ｍｍの試験棒につき４００
　Ｎ／　ｔｎＪと測定された。

窒素の存在で冷却する際、成形体表面上に窒化物被膜の
生じる結果としてケイ素球が生じ、これは機械的後加工
により容易に除去可能である。成形体はもはや焼成プレ
ートにさほど強く付着していないので、板被覆の窒化ホ
ウ素含量によっても機械的損傷は避けられる。

本発明による方法の他の利点は、ケイ素フィード製造が
なくなり、それにより炉容量もより良好に使用される事
から成る。この方法では、表面に生じるケイ素のにじみ
出しも僅かであシ、フィーｒの残分けもはや成形体に存
在しないので、短いサンドブラヌト時間およびすベシリ
ンダにおけるわずかな研磨ロヌが得られる。付加的なケ
イ素原料節約のほかに、わずかな樹脂および溶剤が炉中
へ送入されるので、きれいな焼成雰囲気も生じ、これが
真空ポンプの寿命に対して有利に作用する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、装置の組立て、殊にすべりリングおよび熱交換器に
   おいて使用するための、ケイ素浸透され、反応結合され
   た炭化ケイ素（５ｉＳｉＱ　）から成る成形体を製造す
   るため、炭化ケイ素および炭素の混合物から成る多孔性
   成形体を真空中ケイ素の存在で元素状ケイ素の溶融温度
   より上、１４１０℃より上の温度で加熱し、停滞時間が
   ０．５〜６時間である上記成形体の製法において、成形
   体を、窒化ホウ素で被覆された黒鉛板と、ケイ素で浸透
   され、窒化ホウ素、炭化ケイ素および炭素から成る混合
   物で被覆された、炭化ケイ素から成る多孔性板と、双方
   の板の間に挿入された、砕片状金属ケイ素から成る層と
   から成る装置上に載せ、保持時間の終了後、ケイ素で浸
   透された炭化ケイ素成形体を窒素雰囲気中圧力０．０５
   〜１パールで冷却する事を特徴とする、ケイ素浸透され
   、反応結合された炭化ケイ素から成る成形体の製法。 ２、支持板が金属ケイ素が浸透された多孔性の炭化ケイ
   素板であり、被覆が炭素２重量部、窒化ホウ素３重量部
   および炭化ケイ素５重量部の混合物から成り、この被覆
   上へ炭化ケイ素および炭素の混合物から成る顆粒をふり
   かける、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、支持板を、ケイ素および炭化ケイ素の混合物から炭
   素の存在で製造する、特許請求の範囲第１項記載の方法
   。