(57)【要約】【課題】気孔率が高く、熱伝導率が低く、且つ、ガス透過係数の小さい、断熱材に好適な炭化珪素質多孔体を提供すること。【解決手段】気孔率が３０％以上８０％以下であり、平均気孔径が１０μｍ以上５００μｍ以下の独立気孔を有し、気孔率に対する独立気孔の割合が３０％以上であり、且つ、ガス透過係数が１×１０−１３ｍ２以下であり、金属シリコンを１質量％以上２０質量％以下含有する炭化珪素質多孔体の提供による。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔率が３０％以上８０％以下であり、平均気孔径が１０μｍ以上５００μｍ以下の独立気孔を有し、気孔率に対する独立気孔の割合が３０％以上であり、且つ、
ガス透過係数が１×１０−１３ｍ２以下であり、金属シリコンを１質量％以上２０質量％以下含有する炭化珪素質多孔体。
【請求項２】
気孔が、一の方向に配向している請求項１に記載の炭化珪素質多孔体。
【請求項３】
少なくとも金属シリコン粉末とカーボン粉末とを含む原料を用い、少なくとも混合、成形、及び焼成の過程を経て得られる請求項１又は２に記載の炭化珪素質多孔体。
【請求項４】
前記原料に、更に、炭化珪素粉末と、有機質又は無機質の造孔材と、を含む請求項３に記載の炭化珪素質多孔体。
【請求項５】
前記金属シリコン粉末は、シリコンインゴットの破砕粉末であり、その平均粒子径が５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項３又は４に記載の炭化珪素質多孔体。
【請求項６】
前記カーボン粉末は、カーボンブラックであり、その平均粒子径が１μｍ以下である請求項３〜５の何れか一項に記載の炭化珪素質多孔体。
【請求項７】
前記成形は、一軸圧縮成形又は押出成形である請求項３〜６の何れか一項に記載の炭化珪素質多孔体。
【請求項８】
前記焼成は、温度が１３００℃以上１６００℃以下であって、不活性ガス雰囲気下又は減圧雰囲気下で行われる請求項３〜７の何れか一項に記載の炭化珪素質多孔体。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか一項に記載の炭化珪素質多孔体からなる断熱材。
【請求項１０】
請求項２〜８の何れか一項に記載の炭化珪素質多孔体からなり、気孔が、使用したときに生じる熱流束に対して垂直な方向に配向している断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱容量及び熱伝導率が小さく、断熱性に優れる炭化珪素質多孔体と、それを用いた断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化珪素質多孔体は、耐熱性、耐酸化性に優れ、軽量であることから、高温炉等の断熱材として好適なものである。このような炭化珪素質多孔体を断熱材として用いる場合、その気孔率、ガス透過係数、及び機械的強度が重要となる。
【０００３】
気孔率は高い方が好ましい。断熱材の熱容量が小さくなり、昇温に必要となるエネルギーが少なくなるからである。又、熱伝導率も小さくなり、断熱性が向上するからである。但し、気孔率を高くすると、機械的強度が低下することが懸念される。一方、ガス透過係数は小さい方が好ましい。対流による伝熱が抑制され、断熱効果が上がるからである。
【０００４】
先行技術としては、例えば、特許文献１には、溶融シリコンと濡れ性のよい炭化珪素を含むと同時に、体積減少反応に起因する開気孔が生成された炭素化多孔質構造焼結体にシリコンを溶融含浸させてなる、炭化珪素系耐熱性超軽量多孔質構造材が開示されている。
【０００５】
又、特許文献２には、Ｓｉ粉末とＣ粉末を混合し、その成形体を焼結後、焼結体に残存する炭素を過熱消失させて、六角板状のα型ＳｉＣ粒子が焼結ネッキングした三次元骨格組織をもち、気効率が６１〜７５％のＳｉＣ系多孔体が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、熱硬化性樹脂発泡体を炭化することにより得られる多孔質炭素成形体の全部又は一部を、更に、ＳｉＯ（ガス）＋２Ｃ＝ＳｉＣ＋ＣＯの反応によって、β型の結晶構造を有する炭化珪素に転化して得られる多孔質炭化珪素成形体を用いたシリコン単結晶引上炉の断熱材が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、表面がガス不透過性の緻密な炭化珪素質からなり、気孔率が１％〜２０％であり、炭化珪素粒子の焼結体を含有する半導体熱処理炉用断熱材が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、コージェライト、窒化珪素、炭化珪素又はアルミノ珪酸塩ガラスの何れか一種からなる所定の気孔率を有する多孔質セラミックスからなる基体に、金属珪素、樹脂、ガラスの何れかからなる気孔率５体積％以下の表面緻密層を形成させた嵩密度２以下の軽量セラミックス部材が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３６９９９９２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４７３８１号公報
【特許文献３】特許第３９３８２１８号公報
【特許文献４】特開平７−１０６４８号公報
【特許文献５】特開２００２−２２６２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような従来の断熱材や炭化珪素系の多孔体（多孔質材）は、以下のような改善すべき問題を抱えていた。
【００１１】
先ず、特許文献１に開示された炭化珪素系耐熱性超軽量多孔質構造材は、気孔率（開気孔率）が９５〜９７％と高いが、連続気孔を有するため、ガス透過係数が大きい。そのため、対流による伝熱を抑制することが出来ず、断熱効果に劣るものと考えられる。
【００１２】
次に、特許文献２に開示されたＳｉＣ系多孔体は、２０００℃以上の温度で焼結させているため熱伝導率が高い。又、連続孔を有しているため、対流による伝熱を抑制することが出来ず、断熱効果に劣るものと考えられる。
【００１３】
特許文献３に開示されたシリコン単結晶引上炉の断熱材として用いられる多孔質炭化珪素成形体では、１６００℃以下で生成させた炭化珪素は微粉末で互いに焼結していないため、強度が低いと考えられる。強度を高くするために、これを焼結させるには、１６００℃よりも高い温度で焼成する必要がある。そのため、生産コスト高を招くおそれがある。加えて、熱膨張率の高い材料を高温で焼成しなければならないので、焼成歩留が低下する場合がある。又、気孔の形状が球状であるため、シリコン単結晶引上炉の断熱材として使用したときに、熱流束に対して、熱伝導経路の長さが短く、結果的に、熱伝導率が高くなってしまい、断熱性に劣るものと考えられる。更に、熱硬化性樹脂発泡体を作製する際に、公害や健康被害を引き起こす揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の熱分解ガスが排出されるので、それを燃焼するためのエネルギーが必要となる。又、この熱分解ガスが急激に発生し、寸法収縮が大きくなるため、約５℃／時間の昇温速度が必要となり、熱処理に長時間を要し、多くのエネルギーが必要となる。結果として、ＣＯ２排出量の観点より、環境負荷が大きい。
【００１４】
特許文献４に開示された半導体熱処理炉用断熱材は、気孔率が低いので、熱容量が大きく、熱伝導率が高くなり、断熱性能が低いものと考えられる。
【００１５】
特許文献５に開示された軽量セラミックス部材は、気孔率が高く、表面に緻密層が形成されているため、ガス透過係数は低いと考えられる。しかし、多孔体内部は連通孔であるため、多孔体内部での対流を抑制することができず、断熱性能は低くなると考えられる。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、気孔率が高く、熱伝導率が低く、且つ、ガス透過係数の小さい、断熱材に好適な炭化珪素質多孔体を提供することを課題とする。研究が重ねられた結果、以下に示す手段によって、この課題を解決可能なことが見出された。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
即ち、本発明によれば、先ず、気孔率が３０％以上８０％以下であり、平均気孔径が１０μｍ以上５００μｍ以下の独立気孔を有し、気孔率に対する独立気孔の割合が３０％以上であり、且つ、ガス透過係数が１×１０−１３ｍ２以下であり、金属シリコンを１質量％以上２０質量％以下含有する炭化珪素質多孔体が提供される。
【００１８】
本発明に係る炭化珪素質多孔体においては、独立気孔が均一に分布し、偏りのない構造を有することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る炭化珪素質多孔体においては、気孔が、一の方向に配向していることが好ましい。
【００２０】
本明細書において、気孔が配向しているとは、気孔の向きが揃っていることを指す。これは、気孔配向度が大きいことを意味する。本明細書において、揃った気孔の向き（その方向）を、配向方向とよぶ。本明細書にいう、気孔率、独立気孔の平均気孔径、気孔率に対する独立気孔の割合、ガス透過係数、金属シリコン、及び気孔配向度の測定手段については、実施例の項で説明する。金属シリコンを１質量％以上２０質量％以下含有するとは、金属シリコン含有量が１質量％以上２０質量％以下であるという意味である。
【００２１】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、少なくとも金属シリコン粉末とカーボン粉末とを含む原料を用い、少なくとも混合、成形、及び焼成の過程を経て得られるものであることが好ましい。この場合において、本発明に係る炭化珪素質多孔体は、上記原料に、更に、炭化珪素粉末と、有機質又は無機質の造孔材と、を含んでもよい。
【００２２】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、例えば、上記原料と、必要に応じて分散媒である水を混合して成形用原料を得て、これを成形手段（成形装置）によって成形して成形体を得た後、必要に応じ得られた成形体の脱脂を行い、その後、焼成する過程によって作製することが出来る。又、本発明に係る炭化珪素質多孔体は、製造する際に、原料における炭化珪素粉末、又は、造孔材の含有量を調節することによって、３０％以上８０％以下の範囲で所望の気孔率を実現することが可能である。
【００２３】
本発明に係る炭化珪素質多孔体においては、上記金属シリコン粉末は、シリコンインゴットの破砕粉末であり、その平均粒子径が５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
本発明に係る炭化珪素質多孔体において、上記金属シリコン粉末がシリコンインゴットの破砕粉末である場合の平均粒子径は、より好ましくは５０μｍ以上３００μｍ以下であり、更に好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００２５】
本発明に係る炭化珪素質多孔体においては、上記カーボン粉末は、カーボンブラックであり、その平均粒子径が１μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る炭化珪素質多孔体では、上記カーボン粉末として、カーボンブラックの他に、活性炭、フラーレン、フェノール樹脂、ウレタン樹脂の炭化物等を用いることが出来る。但し、カーボン粉末は、非晶質のものであることが好ましい。
【００２７】
本発明に係る炭化珪素質多孔体においては、上記成形（手段）は、一軸圧縮成形又は押出成形であることが好ましい。
【００２８】
本発明に係る炭化珪素質多孔体では、成形（手段）が一軸圧縮成形である場合、成形圧力は高い方が好ましく、その上限は製造装置（一軸圧縮成形機（プレス成形機））によって定まる。成形圧力は、好ましくは３００ｋｇ／ｃｍ２以上２０００ｋｇ／ｃｍ２以下である。
【００２９】
本発明に係る炭化珪素質多孔体においては、上記焼成は、温度が１３００℃以上１６００℃以下であって、不活性ガス雰囲気下又は減圧雰囲気下で行われることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る炭化珪素質多孔体では、上記焼成の温度は、より好ましくは１４２０℃以上１６００℃以下であり、特に好ましくは１４５０℃以上１５００℃以下である。又、不活性ガス雰囲気下で焼成するときに使用する不活性ガスとして、アルゴンガス、ヘリウムガス等を挙げることが出来る。中でもアルゴンガスを使用し、アルゴンガス雰囲気下で焼成が行われることが好ましい。
【００３１】
次に、本発明によれば、上記した何れかの炭化珪素質多孔体からなる断熱材が提供される。
【００３２】
次に、本発明によれば、上記した何れかの炭化珪素質多孔体のうち気孔が一の方向に配向している炭化珪素質多孔体からなり、気孔が、（断熱材として）使用したときに生じる熱流束に対して垂直な方向に配向している断熱材が提供される。これは、気孔配向度が１．１より大きい断熱材であることを意味する（後述する）。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、気孔率が３０％以上８０％以下であり、平均気孔径が１０μｍ以上５００μｍ以下の独立気孔を有し、気孔率に対する独立気孔の割合が３０％以上であり、ガス透過係数が１×１０−１３ｍ２以下であり、気孔率が高く、ガス透過係数が小さい。そのため、熱容量、熱伝導率が小さく、加えて、対流による伝熱を抑制可能であり、良好な断熱性を有する。気孔率が３０％より小さいと、熱容量、熱伝導率が高くなるため、断熱性が低下するおそれがある。一方、気孔率が８０％より高いと、強度が不足するおそれがある。又、独立気孔の平均気孔径が１０μｍより小さいと、熱伝導率が高くなるため、断熱性が低下するおそれがある。一方、独立気孔の平均気孔径が５００μｍより大きいと、強度が不足するおそれがある。気孔率に対する独立気孔の割合が３０％より小さいと、対流による熱伝達が大きくなり、断熱性が低下するおそれがある。又、ガス透過係数が１０−１３ｍ２を超えると、対流による熱伝達が大きくなり、断熱性が低下するおそれがある。尚、通常のガス透過係数測定装置では、１０−１５ｍ２以下は、評価することが困難である。
【００３４】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、金属シリコンを１質量％以上２０質量％以下含有するので、上記所望の高い気孔率であっても、断熱材に必要な強度を備え得る。金属シリコンを２０質量％を超えて含有すると、耐熱性が低下するおそれがある。
【００３５】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、気孔が、一の方向に配向しているので、気孔を熱流束に対して垂直な方向に配向させた態様で、断熱材として使用することが出来る。
【００３６】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、少なくとも、金属シリコン粉末とカーボン粉末とを含み、その他に、炭化珪素粉末と、有機質又は無機質の造孔材と、を含む原料を用い、少なくとも、混合、成形、及び焼成の過程を経て得られるものであるので、金属シリコン粉末、炭化珪素粉末、造孔材の配合比や、それぞれの形状を変化させることによって、気孔率が３０％以上８０％以下の範囲で、独立気孔の平均気孔径が１０μｍ以上５００μｍ以下の範囲で、気孔率に対する独立気孔の割合が３０％以上の範囲で任意の値となり得る。
【００３７】
Ｓｉ＋Ｃ→ＳｉＣの反応によって炭化珪素を生成すると、金属シリコン（Ｓｉ粉末）が溶融することによってカーボン（Ｃ）中に金属シリコン（Ｓｉ粉末）が含浸していき、金属シリコン（Ｓｉ粉末）があった場所が、気孔となり、金属シリコン（Ｓｉ粉末）の形状で模った気孔が形成されるところ、本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、原料である金属シリコン粉末の平均粒子径が５０μｍ以上５００μｍ以下であるので、気孔が連通し難く、ガス透過係数が小さくなる。そのため、対流による伝熱を抑制可能であり、良好な断熱性を有する。金属シリコン粉末の平均粒子径が５０μｍより小さいと、気孔が連通し易くなり、ガス透過係数が大きくなる。一方、金属シリコン粉末の平均粒子径が５００μｍより大きいと、気孔径が大きくなり、強度が不足する。
【００３８】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、原料である金属シリコン粉末が、シリコンインゴットの破砕粉末であるので、（後述する）気孔配向度が大きい。これは、シリコンインゴットの破砕粉末であって粒子径が大きいものの形状は、扁平である場合が多いところ、成形手段（加圧手段）等によって、気孔を配向させ易いからである。尚、例えば、特許文献３に開示されたシリコン単結晶引上炉の断熱材として用いられる多孔質炭化珪素成形体は、製造手段に基づけば、気孔は概ね球状となり、気孔を配向させることは困難である。
【００３９】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、原料であるカーボン粉末は、カーボンブラックであり、その平均粒子径が１μｍ以下であるので、強度に優れ、断熱材に必要な強度を備え得る。カーボン粉末が、粒子径の大きな黒鉛やコークスである場合には、十分な強度が確保出来ないおそれがある。
【００４０】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、得るための過程における成形（手段）が一軸圧縮成形又は押出成形である。一軸圧縮成形によれば、成形にあたっての圧力が大きいので、強度に優れ、断熱材に必要な強度を備え得る。加えて、加圧方向に対し揃って垂直に気孔が形成され、気孔配向度が大きくなり得る。押出成形によれば、押出方向に平行に気孔が形成されるので、気孔配向度が大きくなり得る。
【００４１】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、原料として熱硬化性樹脂を使用しないで得られるものである。そのため、原料中に揮発性有機化合物が少なく、製造の際に昇温速度を速くすることが出来る。従って、製造に使用するエネルギーが少なく、結果として、ＣＯ２排出量も少なく、環境負荷は小さい。
【００４２】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、得るための過程における焼成は、温度が１３００℃以上１６００℃以下で行われるので、１６００℃を超える温度で焼成する場合に比して、生産コストを抑制することが出来、焼成歩留も高くすることが可能である。又、１６００℃を超える温度で焼成すると、生成したＳｉＣ同士が焼結するため、熱伝導率が高くなるおそれがあるが、この本発明に係る炭化珪素質多孔体の好ましい態様によれば、そのような問題は生じない。
【００４３】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、より好ましい態様において、得るための過程における焼成は、温度が１４２０℃以上１６００℃以下で行われる。この場合、焼成温度はシリコンが溶融する温度（１４２０℃）以上であるので、既述の通り、Ｓｉ＋Ｃ→ＳｉＣの反応によって炭化珪素が生成され、カーボン中に金属シリコンが含浸して、金属シリコン（粉末）があった場所が気孔となる。本発明に係る炭化珪素質多孔体のより好ましい態様は、このように、金属シリコン（粉末）があった場所が気孔となるものであるため、有機質の造孔材の配合比が少なくても、気孔率を高くすることが出来る。従って、製造過程において、仮焼により除去される有機物は少なく、結果として、ＣＯ２排出量も少なく、製造に要する環境負荷は小さい。
【００４４】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、その好ましい態様において、得るための過程における焼成は、不活性ガス雰囲気下又は減圧雰囲気下で行われるので、金属シリコン粉末及びカーボン粉末の何れか又は両方が反応する前に、酸化又は窒化等によって金属シリコン粉末及びカーボン粉末の何れか又は両方が消失することが少ないため、安定した構造が得られる。
【００４５】
本発明に係る断熱材は、本発明に係る炭化珪素質多孔体からなるものであるので、熱容量、熱伝導率が小さく、加えて、対流による伝熱を抑制可能であり、良好な断熱性を発現し得るものである。
【００４６】
本発明に係る断熱材のうち、気孔が、使用したときの熱流束に対して垂直な方向に配向しているものは、気孔率が同じであっても、熱伝導率が小さくなる。よって、特に断熱性に優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明に係る要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。
【００４８】
図１は、本発明に係る炭化珪素質多孔体の一の実施形態を模式的に示す断面図である。図１に示される炭化珪素質多孔体１０は、炭化珪素で形成された実体部２（骨格）に、多数の気孔１が形成されてなる多孔体である。炭化珪素質多孔体１０の、気孔率は３０％以上８０％以下であり、平均気孔径が１０μｍ以上５００μｍ以下の独立気孔を有し、気孔率に対する独立気孔の割合が３０％以上であり、ガス透過係数は１×１０−１３ｍ２以下であり、金属シリコン含有量は１質量％以上２０質量％以下である。
【００４９】
炭化珪素質多孔体１０は、図１に示されるように、気孔１が、扁平な形状をしており、一の方向に配向している。図１では、この一の方向（配向方向）が上下方向である。従って、図１に示されるように、熱流束方向が左右方向であり、配向方向が熱流束方向に対し垂直であれば、熱伝導率は小さくなる。
【００５０】
これに対し、図２は、気泡を利用して気孔を形成した、従来の炭化珪素質多孔体の一例を模式的に示す断面図である。図２に示される炭化珪素質多孔体２０は、炭化珪素質多孔体１０と同様に、炭化珪素で形成された実体部２に、多数の気孔１が形成されてなる多孔体であるが、炭化珪素質多孔体２０では、図２に示されるように、気孔１は概ね球形（断面が円形）であり、一の方向に向いているとはいえない。従って、炭化珪素質多孔体２０では、熱流束方向が左右方向の場合に（図２を参照）、炭化珪素質多孔体１０に比して、熱伝導率は大きい。
【００５１】
例えば、炭化珪素質多孔体１０を断熱材として使用し、図１における左側が熱処理炉の内部であり右側が外部であるとき、熱流束は、図１に示されるように左から右の方向に生じる。この場合に、熱流束方向に対して垂直方向に気孔１が配向している炭化珪素質多孔体１０を用いた断熱材の方が、炭化珪素質多孔体２０を用いた断熱材より、熱伝導（率）の観点から、断熱性に優れることは明らかである。
【００５２】
次に、本発明に係る炭化珪素質多孔体を製造する方法について説明する。先ず、原料として、好ましくはシリコンインゴットの破砕粉末であり平均粒子径が５０μｍ以上５００μｍ以下である金属シリコン粉末と、好ましくは平均粒子径が１μｍ以下のカーボンブラックからなるカーボン粉末と、を用い、それらに、必要に応じ水等の分散媒を加えて、混合し、成形用原料を得る。成形用原料は、必要に応じ混練して坏土とする。この坏土を調製する手段は、特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることが出来る。
【００５３】
のちの焼成によって、金属シリコン（Ｓｉ）がカーボン（Ｃ）に含浸して炭化珪素（ＳｉＣ）が形成され、金属シリコンが抜けた跡が、金属シリコン（粉末）の形状の気孔になる。原料には、炭化珪素粉末、（通常の）造孔材、分散剤等を含ませることが出来る。そして、造孔材としては、セルロース、澱粉、アクリル系樹脂、吸水性樹脂、発泡性樹脂等を使用することが出来る。特に、セルロース粉末、馬鈴薯澱粉が好適である。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。分散剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を使用することが出来る。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。炭化珪素はそのまま実体部を構成するので、気孔率の調節に有用である。又、（通常の）造孔材は、概ね球形（断面が円形）の気孔を、一方、セルロース粉末は、概ね扁平形状（断面が楕円形）の気孔を、形成するので、気孔配向度の調節に有用である。
【００５４】
次に、得られた成形用原料を、好ましくはプレス成形機を使用し一軸圧縮成形（法）によって成形し、所望の形状（例えば断熱材の形状）の未焼成成形体を作製する。そして、未焼成成形体を乾燥させ、未焼成乾燥体を作製する。乾燥の手段は、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の、従来公知の乾燥法を用いることが出来る。
【００５５】
次に、未焼成乾燥体の脱脂をする。例えば、仮焼をすればよい。仮焼により、未焼成乾燥体中に含まれる有機物（造孔材等）を燃焼させて除去することが出来る。一般に、造孔材の燃焼温度は２００〜５００℃程度であるので、仮焼温度は２００〜５００℃程度とすればよい。仮焼時間は、通常は、１〜１０時間程度である。
【００５６】
そして、脱脂をした未焼成乾燥体を、好ましくは温度が１３００℃以上１６００℃以下であって不活性ガス雰囲気下又は減圧雰囲気下で、焼成すれば、炭化珪素質多孔体が得られる。焼成により、成形用原料が反応し焼結し緻密化し、炭化珪素質多孔体に、所定の強度が確保される。１〜１０時間程度、焼成することが好ましい。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明を実施例により、更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）［炭化珪素質多孔体の作製］シリコンインゴットの破砕粉末である金属シリコン粉末を７５質量％、カーボンブラック（ＣＢ）であるカーボン粉末を２５質量％、とした配合比の原料を用意した。炭化珪素粉末及び造孔材は使用しなかった（配合比を零（０）とした）。次いで、プレス成形機（理学電機工業社製、３０ｔプレス機）を使用したプレス成形により、成形圧力３００ｋｇ／ｃｍ２で、その原料を成形し、未焼成成形体を得た。そして、未焼成成形体を熱風乾燥機で完全に乾燥させた後、焼成雰囲気をアルゴンガス雰囲気とした焼成炉を使用して、温度１４５０℃で、２時間、未焼成成形体を焼成し、炭化珪素質多孔体を得た。
【００５９】
［炭化珪素質多孔体の評価（測定）］次に、得られた炭化珪素質多孔体について、気孔率、独立気孔の平均気孔径、気孔率に対する独立気孔の割合、ガス透過係数、金属シリコン含有量、熱伝導率、強度、及び気孔配向度を測定した。測定結果を、炭化珪素質多孔体の作製条件とともに、表１に示す。
【００６０】
【表１】
2009179509.tif 000002
【００６１】
尚、気孔率、独立気孔の平均気孔径、気孔率に対する独立気孔の割合、ガス透過係数、金属シリコン含有量、熱伝導率、強度、及び気孔配向度の測定は、以下のようにして行った。
【００６２】
［気孔率］アルキメデス法（ＪＩＳ  Ｒ  １６３４）にて測定した嵩比重ρｂと、試料を微粉砕しピクノメータで測定した真比重ρ０と、を用いて、（１−ρｂ／ρ０）×１００で求まる値を、気孔率とした。
【００６３】
［独立気孔の平均気孔径］図４は、独立気孔の気孔径を説明するための図であり、炭化珪素質多孔体を模式的に示す断面図である。先ず、任意の箇所で炭化珪素質多孔体を切り出し、切り出した面に現れた孔（気孔）を樹脂で埋めた。その後、研磨して、断熱材として使用する際の熱流束方向に対して平行な面を得た。次いで、その面の倍率１００倍の画像を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して得て、その画像を用いて、一辺が１０００μｍの正方形の画像を任意の場所から切り出し、気孔（独立気孔）の最大気孔径Ｄ（図４を参照）を測定し、この最大気孔径Ｄを独立気孔の気孔径とした。そして、気孔径が１０μｍ以上の独立気孔の気孔径の平均値を、独立気孔の平均気孔径とした。
【００６４】
［気孔率に対する独立気孔の割合］上記独立気孔の気孔径を求めた際の画像から、独立気孔の面積を算出し、更に、一辺が１０００μｍの正方形の画像全体に対する独立気孔の面積が占める比率Ｘを求めた。そして、既述のアルキメデス法により算出した気孔率Ｙに対する、一辺が１０００μｍの正方形の画像全体に対する独立気孔の面積が占める比率Ｘの割合を、気孔率に対する独立気孔の割合とした。即ち、気孔率に対する独立気孔の割合は、Ｘ／Ｙ×１００で％表示される。尚、独立気孔の平均気孔径及び気孔率に対する独立気孔の割合を求めるに際しては、画像解析のアプリケーションソフトとして、Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓ（ＭＥＤＩＡ  ＣＹＢＥＲＮＥＴＩＣＳ社製）を使用した。
【００６５】
［ガス透過係数］断熱材として使用する際の熱流束方向が厚さ方向となるように炭化珪素質多孔体を切り出した、厚さ２ｍｍの板を、測定試料とした。測定装置は、ＰＯＲＯＵＳ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製パームポロメーターを用いた。測定方法は、室温にて圧縮空気を透過した際のガス流量と負荷圧力のグラフを作成し、ガス流量が５ｃｃ／ｓｅｃ以下の領域で一次関数近似を行い、その傾きからダルシー則に基づき、次の（１）式で算出した。
（ガス透過係数）＝ＴＶＡ／πＤ２          ・・・  （１）
（１）式において、Ｔは試料厚さ（高さ）、Ｖは室温空気の静粘性係数、Ａは傾き、πＤ２はガス透過面積である。尚、圧縮空気の圧力、ガス流量の感度の限界より、１０−１５ｍ２以下は測定不可能である。
【００６６】
［金属シリコン含有量］金属シリコン含有量の異なる粉末を準備し、粉末Ｘ線回折法にて測定した金属シリコンピーク強度（２８．４°）と既知の金属シリコン含有量から検量線を作成し、その検量線から同様に測定した未知試料（炭化珪素質多孔体）の金属シリコン含有量を求めた。
【００６７】
［熱伝導率］レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ−Ｒ１６１１）で測定した。
【００６８】
［強度］４点曲げ試験（ＪＩＳ−Ｒ１６０１）で測定した。
【００６９】
［気孔配向度］図３は、気孔配向度の測定・算出方法を説明するための図であり、炭化珪素質多孔体を模式的に示す断面図である。先ず、任意の箇所で炭化珪素質多孔体を切り出し、それを樹脂埋め後、断熱材使用時の熱流束に対して平行な研磨面を作製した。そして、その研磨面の倍率１００倍の画像を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して取得した。次いで、その画像を用いて、図３に示されるように、一辺が１０００μｍの正方形の画像を任意の場所から切り出し、熱流束（方向）に対して、平行及び垂直な線を、等間隔に、それぞれ１０本引き、各線上に存在する気孔の数を数えた。そして、各方向での気孔の数を合計し、熱流束（方向）に対して平行な線上の気孔の数を、垂直な線上の気孔の数で、除し、得られた値を、気孔配向度とした（図３に示される例では１６÷６＝２．７）。尚、本明細書において、気孔配向度が１．１より大きい場合に、気孔が、（断熱材として）使用したときに生じる熱流束に対して垂直な方向に配向している、とみなした。
【００７０】
（実施例２〜６、比較例１〜６）原料の配合比、成形圧力、焼成温度を変更したこと以外は、実施例１と同様にして、炭化珪素質多孔体を作製し、得られた炭化珪素質多孔体について、気孔率、独立気孔の平均気孔径、気孔率に対する独立気孔の割合、ガス透過係数、金属シリコン含有量、熱伝導率、強度、及び気孔配向度を測定した。測定結果を、炭化珪素質多孔体の作製条件とともに、表１に示す。
【００７１】
（考察）表１に示される結果より、実施例１〜６の条件であれば、気孔率が３０％以上８０％以下であり、平均気孔径が１０μｍ以上５００μｍ以下の独立気孔を有し、気孔率に対する独立気孔の割合が３０％以上であり、ガス透過係数が１×１０−１３ｍ２以下であり、金属シリコンを１質量％以上２０質量％以下含有する炭化珪素質多孔体が得られることがわかる。一方、比較例１〜５の条件であると、これらの条件を満たす炭化珪素質多孔体は得られない。
【００７２】
詳細には、実施例１により、原料が金属シリコン粉末とカーボン粉末だけでも、本発明に係る炭化珪素質多孔体を作製し得ることが確認出来る。実施例２では、炭化珪素を原料に添加すると気孔率を下限まで下げられることがわかる。実施例３によれば、造孔材を添加することで、気孔率を上限まで上げられるが、ガス透過係数も上限近傍まで上がることが確認出来る。実施例４によれば、金属シリコン（粉末）の平均粒子径を小さくすると、気孔配向度も下限まで低下するので、金属シリコン（粉末）の平均粒子径の下限がわかる。実施例５により、金属シリコン（粉末）の平均粒子径を大きくすると、強度が低下するので、金属シリコン（粉末）の平均粒子径の上限が確認される。実施例６では、満足出来る強度を得るための焼成温度の下限が確認出来る。尚、実施例５及び実施例６では、熱伝導率の測定試料の加工が出来ず、測定不可能であった。又、実施例５及び実施例６では、強度不足のため、厚さ５ｍｍの板を、測定試料とした。
【００７３】
比較例１のように、金属シリコン（粉末）の平均粒子径が小さいと、ガス透過係数が上限を超えてしまう。比較例２のように、造孔材の添加量が多すぎると、気孔率が高くなりすぎ、強度が不足する（測定不可能）。比較例３のように、原料とした炭化珪素の量が多すぎると、気孔が形成され難くなった結果、気孔率が下限以下となってしまう。比較例４のように、カーボンに黒鉛を使用すると、強度不足で崩壊し、気孔率等が測定出来ない。比較例５のように、成形圧力が低いと、ガス透過係数が上がってしまう。比較例６のように、金属シリコン（粉末）の平均粒子径が大きいと、強度不足で崩壊し、気孔率等の測定は出来なくなる。尚、この比較例６の金属シリコン（粉末）の平均粒子径は、メーカーカタログ値とした。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る炭化珪素質多孔体は、断熱材、るつぼ、フィルタ等に、幅広く利用することが出来る。又、本発明に係る断熱材は、熱処理炉（高温炉）として、利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る炭化珪素質多孔体の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】従来の炭化珪素質多孔体の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】気孔配向度の測定・算出方法を説明するための図であり、炭化珪素質多孔体を模式的に示す断面図である。
【図４】独立気孔の気孔径を説明するための図であり、炭化珪素質多孔体を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１：気孔、２：実体部、１０，２０：炭化珪素質多孔体。
【図１】
2009179509.tif 000003
【図２】
2009179509.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009179509.tif 000006