JPS6337063B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 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（SiSiC）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、1410℃より
上の温度で加熱し、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 西ドイツ国特許出願公開第2910628号明細書に
は、ケイ素含有フイ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。このフイ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、溶融された
ケイ素が浸透すべき成形体中へ導入される。フイ
ーダの多孔性SiCマトリツクスは、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、フイーダ
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
促進するからであらる。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、フイ
ーダにプレス成形しなければならず、該フイーダ
は使用後は再び利用する事ができない事である。
フイーダ製造の別法は、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
動により充填する。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の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。

SiSiC―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1410℃より上の温度で、炭素繊
維から成る灯心により行なわれる。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なされるのは、黒鉛型および
灯心材の製造が非常に費用がかかり、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
素の溶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０〜10％、特に３〜
７％およびそれに含まれている水素から成るガス
環境中に保つ。この２回のガス処理の際に、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度のガス処理は、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り確実にする。
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。

発明が解決しようとする問題点 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、ケイ素で覆われた表面
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、成形体中へ溶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
いように調整されるべきである。

問題点を解決するための手段 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バールの圧力で冷却
されるように雰囲気を調整するのが有利である。

作 用 基板上の窒化ホウ素被覆は、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濡らす
のを阻止する作用をする。

発明の効果 従つて、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。従つて、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り、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、この種のケイ素振動充填を用いる改
良されたケイ化法は、窒素での特殊な大気調整に
よつても生じる。

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、この場合炭素が存在しなければならない。

炭化ケイ素―炭素の混合物から成る多孔性成形
体をケイ化するための本発明による法ならびに装
置の詳細および有利な実施形は、すべり環を製造
するた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
びにフエノール樹脂９重量％をコークス化残渣50
％と混合し、その場合フエノール樹脂は１：３の
割合でアルコールに溶解する事によつてすべりリ
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０〜0.6mmの顆粒を製造する。
この顆粒を2000バールで、80mm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98
ｇでありこの場合素材の圧縮密度は2.0ｇ／cm³で
ある。５時間の保持時間および1000℃でのコーク
ス化後に、素材は純炭素13重量％および炭化ケイ
素87重量％から成り、その場合フエノール樹脂の
残留成分がケイ素体を結合する。コークス化状態
で、密度は1.97ｇ／cm³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。炉から取り出した後、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0.5〜１mmの粒径を
有する顆粒をふりかける。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
の真空中約300℃／ｈで1600℃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SiC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バールまでの圧
力になるまで炉室中へ吹込む。この方法では、
3.10ｇ／cm³より大きい密度を有し、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
化ケイ素から成り、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（40／20mm）
を用いて測定した曲げ強度は、板から切り出した
4.5×3.5×50mmの試験棒につき400N／mm²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つても
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、ケイ素フイー
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り、フイー
ドの残分はもはや成形体に存在しないので、短い
サンドブラスト時間およびすべりリングにおける
わずかな研磨ロスが得られる。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（SiSiC）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バ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。