(57)【要約】【課題】植物等の大型構造体、複雑形状体、多孔質構造体の各種形状を保持した炭化ケイ素を含む材料、炭化ケイ素材料およびこれらを製造する方法を提供することにある。【解決手段】本発明の炭化ケイ素を含む材料は、植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させて製造されたことを特徴とするものであり、また、本発明の炭化ケイ素材料は、植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させた後、残留シリコンを除去して得られたことを特徴とする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させて製造されたことを特徴とする炭化ケイ素を含む材料。
【請求項２】
前記炭素材料は、植物を蒸し焼きにして得られるものであって、この炭素材料に金属シリコンを溶浸させて製造されたことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素を含む材料。
【請求項３】
前記炭素材料は、炭、木炭、竹炭のうちのいずれかひとつ以上であって、この炭素材料に金属シリコンを溶浸させて製造されたことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素を含む材料。
【請求項４】
前記植物系の炭素材料を粉砕して得られた炭素粉末およびこれを主体とする粉末を成形したものに金属シリコンを溶浸させて製造されたことを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素を含む材料。
【請求項５】
前記金属シリコンの溶浸にあたり、温度１３５０〜１７００℃、時間１分〜５時間、雰囲気アルゴンガスまたは減圧下の条件で実施することを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素を含む材料の製造方法。
【請求項６】
植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させた後、残留シリコンを除去して得られたことを特徴とする炭化ケイ素材料。
【請求項７】
前記残留シリコンの除去にあたり、温度１４５０〜１８００℃、時間１〜１０時間、雰囲気アルゴンガスまたは減圧下の条件で実施することを特徴とする請求項６に記載の炭化ケイ素材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、植物が有する形状や構造を保持した、炭化ケイ素材料に関するものであり、更に具体的には、赤外線、遠赤外線放射体、フィルター等の軽量多孔質構造体、装飾品、高温耐食部材、ヒーター材、耐磨耗部材等の多くの用途に適した炭化ケイ素材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化ケイ素セラミックスは、軽量で、耐熱性、耐磨耗性、耐食性などに優れていることから、近年、研削材、砥石をはじめ、高温耐食部材、ヒーター材、耐磨耗部材などの用途に用いられている。最近では、フィルター、ハニカム形状等の軽量多孔質構造材の研究が行われ始めている。これらの製造方法は、主に粉末の圧粉体を用いた焼結技術により製造されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、セラミックス材料は、金属材料に比べて、形状賦与性が低く、複雑な形状を容易に形成できないため、材料そのものはすぐれた特性を有しているのにも拘わらず、実用化が予想より進んでいないのが現状である。特に、炭化ケイ素セラミックスは硬くて脆いため、加工性が低く、大型複雑形状物を製造することは困難で、要求される部品や製品への実用化が十分に行われていない。
特に、高温耐食部材、ヒーター材、耐磨耗部材、フィルター等の軽量多孔質構造体、赤外線、遠赤外線放射体、装飾品等への適用できる炭化ケイ素材料及びその製造方法の開発が要望されている。
本発明は、かかる従来の課題を解決すべくなされたもので、植物等の大型構造体、複雑形状体、多孔質構造体の各種形状を保持した炭化ケイ素を含む材料、炭化ケイ素材料およびこれらを容易に製造する方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題が解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者は、炭化ケイ素材料の製造方法について鋭意研究を重ねた結果、植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させ、炭素材料と金属シリコンによる炭化ケイ素生成反応により、植物が有する形状や構造を保持した、炭化ケイ素材料を製造し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の炭化ケイ素を含む材料は、植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させて製造されたことを特徴とする。
ここで得られた炭化ケイ素を含む材料においては、植物を炭素源としている。植物を蒸し焼きにして得られる炭素材料は、植物の形状及び構造を保持する多孔質構造体の有形骨格を有している。本発明によれば、植物の有形骨格、複雑形状の大型構造体が非常に容易に製造できる。
既存する炭、木炭、竹炭等は、本発明の植物系の炭素材料として用いられ、これらの形状、構造を有した炭化ケイ素を含む材料を容易に製造できる。炭化ケイ素を含む材料の加工も、植物を蒸し焼きにした後に行えば、非常に容易に行うことができる。金属シリコンを溶浸させて製造した炭化ケイ素を含む材料では、溶浸前後で構造体の寸法変化がほとんどなく、炭素材料の形状寸法が保持される。そのため、従来の粉末焼結技術による炭化ケイ素に比較して、大型で、複雑形状な炭化ケイ素材料を容易に製造できる。
【０００５】
また、各種植物系炭素材料を粉末化して、植物系炭素粉末およびそれを主体とする粉末を成形したものを用いて製造可能である。得られた植物系炭素材料構造体に、金属シリコンを温度は１３５０〜１７００℃、保持時間は１分〜５時間、雰囲気はアルゴンガスまたは減圧下の条件で溶浸を実施することを特徴としている。
一方、植物系炭素材料に金属シリコンを溶浸させた後、残留シリコンを除去することにより、多孔質構造体の炭化ケイ素を製造することができる。
すなわち、本発明の炭化ケイ素材料は、植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させた後、残留シリコンを除去して得られたことを特徴とする。
植物系の炭素材料に金属シリコンを溶浸させると、炭素材料と金属シリコンにより炭化ケイ素生成反応が生じた後、そのまわりの空隙部分を金属シリコンが埋めて、緻密質な炭化ケイ素系材料が得られる。この残留している金属シリコンを、温度１４５０〜１８００℃、時間１〜１０時間、雰囲気アルゴンガスまたは減圧下の条件により除去することができ、これにより炭化ケイ素からなる多孔質構造体を得られる。
これまでに述べた温度範囲の限定理由としては、金属シリコンの溶融温度を目安として下限を、金属シリコンが気化する温度を目安に上限を設定した。時間範囲の設定にあたっては、金属シリコン溶浸させる炭素材料の大きさに支配されるが、実際の製造プロセスを考慮し、上記範囲とした。
【０００６】
本発明においては、植物系の炭素材料を用いることによりネットあるいはニアネットで複雑形状な、大型製品まで、短時間・低コストプロセスで製作することが可能となる。
また、本発明の炭化ケイ素を含む材料、あるいは炭化ケイ素材料は、赤外線、遠赤外線放射源として使用した機器に適用することができる。これは、残留シリコンの除去がなされていない炭化ケイ素を含む材料、好ましくは残留シリコンを除去した炭化ケイ素材料は、赤外線、遠赤外線放射特性、さらには高温耐食部材、ヒーター材、耐磨耗部材、フィルター、軽量多孔質構造体、装飾品等の多くの用途に適用することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
［実施例１］
木炭より径２０ｍｍ長さ３００ｍｍの丸棒を切りだし、アルゴンガス雰囲気下で１０００℃、１時間加熱処理して炭素化した。得られた炭素材料を減圧下、１４５０℃、１時間で金属シリコン溶浸を行い、径２０ｍｍ長さ３００ｍｍの丸棒形状の緻密質な炭化ケイ素材料を得た。
［実施例２］
径１００ｍｍの竹炭を長さ３００ｍｍに切断し、アルゴンガス雰囲気下で１２００℃、１時間加熱処理して炭素化した。得られた炭素材料を減圧下、１４５０℃、１時間で金属シリコン溶浸を行い、径４０ｍｍ、長さ３００ｍｍのパイプ形状の緻密質な炭化ケイ素材料を得た。
［実施例３］
備長炭より径６０ｍｍ厚み１０ｍｍの円板を切りだし、アルゴンガス雰囲気下で１２００℃、２時間加熱処理して炭素化した。得られた炭素材料を減圧下、１４５０℃、２時間で金属シリコン溶浸を行った。これを、減圧下１６００℃で２時間加熱処理して、残留シリコンを除去し、径６０ｍｍ厚み１０ｍｍ円板形状の多孔質構造体炭化ケイ材料を得た。
【０００８】
［実施例４］
朴炭より径３０ｍｍ長さ１００ｍｍの円柱体を切りだし、アルゴンガス雰囲気下で１０００℃、２時間加熱処理して炭素化した。得られた炭素材料を減圧下、１４５０℃、２時間で金属シリコン溶浸を行った。これを、減圧下１６００℃で２時間加熱処理して、残留シリコンを除去し、径３０ｍｍ長さ１００ｍｍ円柱体板形状の多孔質構造体炭化ケイ素材料を得た。
［実施例５］
備長炭を粉砕して、炭素粉末を作製した。これを径１００ｍｍ厚み１０ｍｍの形状にプレス成形し、アルゴンガス雰囲気下で１２００℃、２時間加熱処理して炭素化した。得られた炭素材料を減圧下、１４５０℃、２時間で金属シリコン溶浸を行った。径１００ｍｍ厚み１０ｍｍ円板形状の緻密質炭化ケイ素材料を得た。
【０００９】
【発明の効果】
以上に述べた本発明の炭化ケイ素材料及びその製造方法によれば、植物系炭素材料に金属シリコンを溶浸することにより、大型複雑な形状の炭化ケイ素材料を容易に得ることができる。さらに、植物の有する大型構造体、複雑形状体、多孔質構造体の各種形状を保持した炭化ケイ素材料を得ることが可能であり、実施例からも明らかなように、高温耐食部材、ヒーター材、耐磨耗部材、フィルター、軽量多孔質構造体、赤外線、遠赤外線放射体、装飾品等の多くの用途に利用することができる。