JPS6077172A - 反応結合した炭化珪素体の製造方法 - Google Patents

反応結合した炭化珪素体の製造方法

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JPS6077172A
JPS6077172A JP59187873A JP18787384A JPS6077172A JP S6077172 A JPS6077172 A JP S6077172A JP 59187873 A JP59187873 A JP 59187873A JP 18787384 A JP18787384 A JP 18787384A JP S6077172 A JPS6077172 A JP S6077172A
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JP
Japan
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silicon
carbonaceous material
layer
green body
silicon carbide
Prior art date
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Application number
JP59187873A
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English (en)
Inventor
ピーター ケネデイ
ケニス パーキンソン
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UK Atomic Energy Authority
Original Assignee
UK Atomic Energy Authority
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

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、例えば熱交換チューブなどに使用される反応
結合した炭化珪素体の製造方法に関するものである。
反応結合した炭化珪素体は、炭素と炭化珪素粉との凝集
混合物(又は未焼結体)を、溶融した珪素の存在下で反
応焼結することによって製造され(以下、シリコナイジ
ング(slllconlslng) という。)、この
際、混合物中の炭素が炭化珪素と結合するように変化さ
れ、実質的に連紛した遊離の珪素相中に、実質的に連続
な炭化珪素マ) IJラックス形成される。
シリコナジングの7つの方法において、炭素と炭化珪素
との未焼結体中に、毛管現象によって溶融した珪素がと
シ込まれる。従って、その未焼結体中に溶融珪素を浸透
させるだめの多孔度が必要となる。未焼結体中に浸透す
る溶融珪素の速度は、未焼結体の孔の大きさに比例し、
到達する高さに反比例する0その結果、多孔度が大きけ
れば大きいはど、珪素の浸透速度が早くなシ、未焼結体
中のすぺでの炭素を、炭化珪素と結合させるだめの変換
が完成することになる。しかしながら、多孔度が大きく
なればなるitど、反応焼結体中の珪素の割合が大きく
なる。そして、焼結体中に過剰の遊離した珪素が存在す
ると、反応焼結体の所望の性質に有害な作用を及ばずこ
とになる。一方、多孔度が不十分だと、浸透が幅広く行
なわれるのが阻止され、炭素が炭化珪素に変化するのが
不完全にfxシ又は実用的でないほど遅くなる。そして
、このファクターについて考えてみると、炭素が炭化珪
素に変化すると、新らたに形成された、結合した炭化珪
素が利用可能な孔をふさぎ、焼結体に溶融した珪素が流
入するのを阻止するので、原因は初期の多孔度のみでな
く、分子量の増加にも基づくのである。未焼結体中の原
素の割合を少なくすると、結合した炭化珪素を形成する
だめの十分な溶液を準備する必袂がなくなってしまう。
それは、一般的に焼結体中の炭素の割合が少なくなると
、焼結拶に遊離の珪素が存在する割合が大きくなるから
である。
その中で、炭素と一酸化珪素の蒸気とを反応させて、未
焼結体の外層の多孔層を増加させることは、例えば英国
特許第i/goqig号明細書に既に記載されている。
この方法によると、表面の多孔度を約/θ%から4to
%に増加でき、表面の孔径も約/μから10μに増加で
きる。このようにすると、浸透速度は約/オーダー増加
する。それは、珪素が未焼結体に縦方向、横方向のいず
れからも浸入できるからである。未焼結体の長さが41
、!;Ommだと約4時間でシリコナイジングできるが
、長さが一倍(900mm)となると、時間は4倍(少
くとも76時間)となる。これでは商業的に不利である
。本発明は、溶融した珪素の浸透速度をさらに早め、か
つ反応焼結体に不利益を与える遊離珪素含量の局部的r
よらつきのない方法を提供しようとするものである。
米国特許第グ3θ//3コ号明細吾には、第一の部分よ
シも第1の部分の方が灰化珪素に対する炭素の割合が低
くなっているような未焼結複合体が記載されている。本
14本、##繁含(ム−のイ扛い部会が表層か、又は第
2の部分の表面にコーティングされており、セシ合体の
上部に溶融珪素を通す路を提供するために、表層やコー
ティングの多孔度が適度に選択されているのなら、溶べ
φした珪素は、第2の部分を通る路によってよりも早く
上部に到達する。それから溶幹珪素は、第一の部分にあ
る実質的に縦の路に比べて、横方向から第2の部分に浸
透する。焼結徒、遊離珪素を過剰に含む表層又はコーテ
ィングは、第一の部分から除かれる。
この方法の7つけ、アルカリで遊ぎ【珪素を浸出し、機
械で除去できる反応焼結した炭化珪素骨格を第一の部分
の表面に残すことである。
本発明は、炭素(典型的にはグラファイト)と炭化珪素
粉との凝集混合物を含む未焼結体をシリコナイジングす
ることによって、反応結合した炭化珪素加工物を製造す
るにあたり、未焼結体と接した炭質材料の層(スリーブ
又はチューブ状)の炭化によって、未焼結体上に連続気
泡構造の炭素の層を形成する工程をとることを特徴とす
るものである。シリコナイジングによって、廚累の層は
炭化珪素骨格に変化し、毛管現象によって炭素の層と炭
化珪素骨格を通って浸透した珪素は、未焼結体全体のシ
リコナイジングを促進する。これは、未焼結体中を横に
、非常に早く溶融珪素が浸入しうるからである。
スリーブやチューブ状に形成される炭質材料は、綿のよ
うな繊維物質のキルテイングや織布、紙のようなシート
状物で繊成される。この繊維やシート状物は、合成物質
からもつくられる。このスリーブやチューブに珪素を含
浸させる。好ましくは、例えば水やペーストなどの流動
性媒体に、粒状の珪素を分散させたものを炭質材料の層
にスプレーするか又はコーティングすることによシ含浸
させるのがよい。炭質層に珪素を組み込み、適切な温度
で処理すると、その炭素が浸透した珪素と反応して層化
珪素骨格構造を形成するので、焼結中、炭質層中の炭素
が炭化珪素に変化し、珪素の浸入がおこらないという利
点がある0 仮に、未焼結体が例えば管状などの中空品の場合には、
そのスリーブやチューブは、未焼結体の内層又は外層若
しくは両層におくことができる。
内I−にスリーブやチューブを用いる場合は、マンドレ
ル又は他の巻型の上に未焼結体が形成される。
本発明の好ましい実施態様には、次の(at〜(dlの
工程が含まれる。(a)マンドレル又は他の巻型に炭質
材料の層を施し、チューブ又はスリーブ状に形成する工
程、(b)その屑に粒状の珪素を組み込む工程、(C)
そのマンドレル又は巻型の上に施された炭質材料のチュ
ーブ又はスリーブのまわシに、バインダーと粒状の炭素
と炭化珪素との置#′−混合物を押しつけて、未焼結体
を形成させる工us (dlその未焼結体とスリーブ又
はチューブの複合体を熱処理して、炭質材料を灰化させ
、それによシ戻化層に組み込まれている粒状珪素と反応
して灰化珪素骨組構造とすることができる連続気泡炭素
構造をつくる工程である。
スリーブ又はチューブとしてtit 、伸びる性質を有
するものが好ましい。それは、未焼結体又は巻型にフィ
ツトしやすいからであシ、未焼結体に良くくっつくから
である。スリーブ又はチューブは、未焼結体又状巻型を
小片又はシートでっつんでつくられる。もしスリーブ又
はチューブが未焼結体の複姥な輪郭に従う場合には、小
片が好ましい。
スリーブやチューブにおいて必要とされる柔軟性、レジ
リエンスや弾性の度合は、未焼結体のまわシにまきつけ
られる形に依存する。スリーブやチューブは直円体であ
る必要はない。内面にスリーブやチューブを設ける場合
には、未焼結体をシリコナイジングする際、珪素を封じ
込めるためKその低い方の端で止めるのがよい。スリー
ブやチューブの炭化及びそれに続くシリコナイジングは
当然一段で行なわれる。
シリコナイジングは、71700〜7630℃の温度範
囲で、溶融珪素の存在下に未焼結体を加熱することによ
シ行なわれる。炭質材料からなるスリーブやチューブの
炭化は、例えば300〜lIo。
℃という低い温度で行なうのがよい。
シリコナイズした焼結体を冷却すると、凝結することに
なる過剰の珪素がしみ出てくる。焼結体表面にしみ出し
てくると、通常とれは、グリッドプラスト仕上やアルカ
リでの浸出によって除去されるモジュールを形成するが
、これらの方法では珪素の除去が不均一となる。しかし
ながら、本発明の方法によると、しみ出した珪素が、シ
リコナイジングにおいて形成された連続気泡炭化珪素骨
格と共同して、よシ均一な層が形成される。従って、グ
リッドプラスト仕上による珪素の除去が容易となシ、過
剰の珪素の均一な浸出が行なわれる。
浸出によって珪素を除去すると残存しているル化珪素骨
格は砕けやすいので、こすってとることができる。
実施例 ツビグリツ′f(vubtgr+p) という−品名で
販売されているような管状で弾性のある包帯のある長さ
を、鋼鉄の均一に圧力がかかるマンドレルにはめた。こ
の包帯に、微粉砕された珪素の水性)鮮濁液をスプレー
して珪素を含浸させ、室温で乾燥した。このマンドレル
を、実際の加熱工程で分解するポリウレタンがムの袋の
内に入れた。この袋とコートしたマンドレルとの間隙に
、炭素、M化珪素及びプラスチックバインダーとの標準
圧縮混合物を充たし、この袋をポリウレタンゴム封止剤
で密封し、この集成体全体を約/θOMPaの圧力で均
一に圧縮した。この工程において、例えば、包帯と珪素
とが強く結合している0、!;mrp、の内層を有する
厚さ7cmの炭素/炭化珪素チューブから構成される複
合体が形成される。
次姉、その道具からチューブを除き、300〜q00℃
の間の温度で加熱してバインダーを除き、包帯を廚化す
る。その後、公称真空下で遊離の珪素と接触するその低
い方の端を03θ℃で加熱する。すると、コーティング
中の珪素と炭素とが反応して、70〜20%密々炭化珪
素骨格が形成する。そして、るつぼの基部の珪素が、多
孔表面層を通って内側からはじかれ、多孔表面層から外
側へ向って放射状に未焼結炭素/珪素チューブを通って
珪素が移動し、自己結合した炭化珪素に変化する。
焼結した後、珪素に富む表層中の珪素を水酸化ナトリウ
ム溶液で浸出し、砕けやすい炭化珪素をブラッシングや
グリッドブラスト仕上によって除去する。上記の方法に
よシ焼結速吠を大幅に増加でき、’l!rOrnsのチ
ューブのシリコナイジングを約7時間で行なうことがで
きる。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭素と炭化珪素粉との凝集混合物を含む未焼結体
    をシリコナイジングして反応結合した炭化珪素体を製造
    するにあたシ、未焼結体に接する炭質材料の層を炭化さ
    せて、その未焼結体上に連続気泡構造の炭素の層を形成
    させる工程をとることを%徴とする反応結合した炭化珪
    素体の製造方法。
  2. (2)初めに炭質材料をマンドレル又は巻型に施し、次
    いで未焼結体を形成させて、未焼結体の内表面に炭質材
    料の層が接するようにした特許請求の範囲第(11項記
    載の製造方法。
  3. (3)炭質材料が、柔軟な小片又はシート状物の形態で
    ある特許請求の範囲第(1)項又は第(2)項記載の製
    造方法。
  4. (4)炭質材料の層が、繊維状の炭質材料である特許請
    求の範囲第(1)項ないし第(3)項のいずれか一項に
    記載の製造方法。
  5. (5)炭質材料の層が、シリコナイジング前に粒状の珪
    票を含浸されている特許請求の範囲第(1)項ないし第
    (4)項のいずれか一項に記載の製造方法。
  6. (6) 粒状の理系が流動性媒体に冶濁されており、炭
    質材料の層にスプレー又はコートされる特許請求の範囲
    第(5)項記載の製造方法。
  7. (7)炭質材料の層が、チューブ状又はスリーブに形成
    され、未焼結体をつつむか又はつつみ込まれている特許
    請求の範囲第(1)項々いし第(6)項のいずれか一項
    に記載の製造方法0
  8. (8)炭質材料の暦の度化をシリコナイジングの間に行
    う特許請求の範囲第(1)頑ないし第(力埴のいずれか
    一項に記載の製造方法。
JP59187873A 1983-09-09 1984-09-07 反応結合した炭化珪素体の製造方法 Pending JPS6077172A (ja)

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GB838324166A GB8324166D0 (en) 1983-09-09 1983-09-09 Reaction-bonded silicon carbide bodies

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