DE102014206035A1 - Refractory composite material and method of manufacturing a refractory composite material - Google Patents
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- F27D1/1626—Making linings by compacting a refractory mass in the space defined by a backing mould or pattern and the furnace wall
Abstract
Aufgabe: Bereitstellen eines feuerfesten Verbundmaterials mit hoher Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, und Luftdurchlässigkeit, wobei bei der Benutzung unter Bedingungen mit hoher Temperatur kein Bruch und keine Verformungen wie etwa Aufbiegen entstehen. Mittel zum Lösen: Feuerfestes Verbundmaterial mit einem Si-SiC-Sinterkörper als Basismaterial weist der Si-SiC-Sinterkörper eine dreidimensionale maschenförmige Struktur auf, die aus einem Gerüst mit einer Porosität von 1% oder weniger aufgebaut ist, wobei der SiC-Gehalt des Gerüsts 35 bis 70 Gew.-% und der Metall-Si-Gehalt 25 bis 60 Gew.-% beträgt.Task: To provide a refractory composite material with high strength and high thermal conductivity, and air permeability, whereby no fracture and no deformation such as bending arise when used under high temperature conditions. Means for Solving: Fireproof composite material with a Si-SiC sintered body as the base material, the Si-SiC sintered body has a three-dimensional mesh structure which is composed of a framework with a porosity of 1% or less, the SiC content of the framework 35 to 70 wt .-% and the metal Si content is 25 to 60 wt .-%.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein feuerfestes Verbundmaterial, das für eine Kassette usw. verwendet wird, die sich zur Benutzung beim Entfettungsprozess oder beim Brennprozess von elektronischen Keramikbauteilen eignet, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.The present invention relates to a refractory composite material used for a cassette, etc. suitable for use in the degreasing process or the firing process of ceramic electronic components, and a method of manufacturing the same.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art
Seit einigen Jahren besteht Bedarf an einer Kassette, die unter dem Aspekt der Erhöhung der Brenneffizienz kleiner elektronischer Bauteile sowohl für den Entfettungsprozess als auch für den Brennprozess benutzt werden kann. Von einer Kassette für den Entfettungsprozess wird Luftdurchlässigkeit gefordert, damit Bindemittel rasch abgegeben wird, während von einer Kassette für den Brennprozess neben Warmfestigkeit und mechanischer Festigkeit Eigenschaften gefordert werden, die eine Reaktion mit dem gebrannten elektronischen Keramikbauteil verhindern.In recent years, there has been a demand for a cartridge that can be used for the degreasing process as well as for the firing process in view of increasing the fuel efficiency of small electronic components. A cassette for the degreasing process requires air permeability to release binder rapidly, while a case for the firing process requires not only heat resistance and mechanical strength but also properties that prevent reaction with the fired ceramic electronic component.
Als Kassette, die die Anforderungen an den Brennprozess erfüllt, ist eine Kassette bekannt, wobei auf einer Basismaterialoberfläche aus Aluminiumoxid-Mullit eine Zwischenschicht und eine reaktionsbeständige Beschichtung ausgebildet sind. Offenbart wird eine Technik, wobei die Kassette dünner ausgebildet wird und eine höhere Brennofeneffizienz und eine höhere Energieeffizienz erreicht werden, indem anstelle des Basismaterials aus Aluminiumoxid-Mullit ein Si-SiC-Sinterkörper als Basismaterial benutzt wird, der im Vergleich zu einem Sinterkörper aus Aluminiumoxid-Silica die Eigenschaften einer ausgezeichneten Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit ebenso wie eine hohe Festigkeit und hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist (
Die Kassette der
Allerdings biegt sich das Metallnetz im Brennprozess mit seiner hohen Temperatur leicht auf. Da es außerdem im Vergleich zu einem Si-SiC-Sinterkörper eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist, verteilt sich die Temperatur zwischen den auf dem Metallnetz angeordneten Produkten ungleichmäßig, woraus sich das Problem einer unregelmäßigen Produktqualität ergibt.However, the metal net bends easily in the firing process with its high temperature. In addition, since it has inferior thermal conductivity as compared with a Si-SiC sintered body, the temperature is distributed unevenly among the products placed on the metal net, resulting in the problem of irregular product quality.
In Bezug auf Keramikstrukturkörper mit Luftdurchlässigkeit ist außerdem eine Technik bekannt, wobei gemäß dem so genannten Schwarzwalder-Verfahren eine offenporige Schaumkeramik hergestellt wird. Da bei üblicher offenporiger Schaumkeramik das Problem vorlag, dass an den porösen Teilen des Gerüsts leicht Risse entstehen konnten, wodurch sich ihre mechanische Festigkeit verschlechterte, wurde eine Technik zur Erhöhung der Festigkeit offenbart, wobei den porösen Teilen des Gerüsts aus SiC-Schaumkeramik Si zugesetzt wird (
Mit der erhöhten Festigkeit der Keramik der
(Wärmeschock-Bruchwiderstandskoeffizient R' = σ(1 – v)λ/(αE), wobei σ: Festigkeit, E: Elastizitätsmodul) einhergeht, ergibt sich das Problem, dass eine Anwendung für Zwecke, wobei zugleich eine Wärmeschockbeständigkeit und hohe Festigkeit gefordert werden, nicht möglich ist.With the increased strength of the ceramic
(Thermal shock-cracking coefficient R '= σ (1-v) λ / (αE), where σ: strength, E: modulus of elasticity is accompanied, there is the problem that an application for purposes, at the same time a thermal shock resistance and high strength are required , not possible.
Dokumente des Stands der TechnikDocuments of the prior art
Patentschriftenpatents
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Patentschrift 1:
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-56831 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2012-56831 -
Patentschrift 2:
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-117669 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2011-117669 -
Patentschrift 3:
US-Patentoffenlegungsschrift Nr. 6635339 U.S. Patent Publication No. 6635339
Kurzdarstellung der Erfindung Brief description of the invention
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Probleme zu lösen und ein feuerfestes Verbundmaterial mit hoher Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, ausgezeichneter Wärmeschockbeständigkeit und Luftdurchlässigkeit, wobei bei der Benutzung unter Bedingungen mit hoher Temperatur kein Bruch und keine Verformungen wie etwa Aufbiegen entstehen, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben bereitzustellen.The object of the present invention is to solve the above problems and a refractory composite material having high strength and high heat conductivity, excellent thermal shock resistance and air permeability, which does not crack and deforms such as buckling when used under high temperature conditions, and a process to provide for the same.
Mittel zum Lösen der AufgabeMeans for solving the problem
Das feuerfeste Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung, die zum Lösen der genannten Probleme getätigt wurde, ist ein feuerfestes Verbundmaterial mit einem Si-SiC-Sinterkörper als Basismaterial, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Si-SiC-Sinterkörper eine dreidimensionale maschenförmige Struktur aufweist, die aus einem Gerüst mit einer Porosität von 1% oder weniger aufgebaut ist, wobei der SiC-Gehalt des Gerüsts 35 bis 70 Gew.-% und der Metall-Si-Gehalt 25 bis 60 Gew.-% beträgt.The refractory composite material of the present invention, which has been made to solve the aforementioned problems, is a refractory composite material having a Si-SiC sintered body as a base material, and is characterized in that the Si-SiC sintered body has a three-dimensional mesh-like structure consisting of a skeleton having a porosity of 1% or less, wherein the SiC content of the skeleton is 35 to 70% by weight and the metal Si content is 25 to 60% by weight.
Die Erfindung gemäß Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 1 bei dem Si-SiC-Sinterkörper der SiC-Gehalt des Gerüsts 40 bis 65 Gew.-% und der Metall-Si-Gehalt 30 bis 55 Gew.-% beträgt.The invention according to
Die Erfindung gemäß Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 1 bei der dreidimensionalen maschenförmigen Struktur die Form der Poren und des Gerüsts, die die dreidimensionale maschenförmige Struktur ausmachen, für [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] einen Mittelwert von ≥ 3 erfüllt.The invention according to
Die Erfindung gemäß Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 1 das Gerüst aus einem Kernabschnitt, der als Hauptbestandteil Metall-Si und als Restbestandteil C enthält, und einem Oberflächenschichtabschnitt, dessen Hauptbestandteil SiC ist und der als Restbestandteil Metall-Si enthält, aufgebaut ist, wobei der Gehalt an C im Kernabschnitt 5 bis 20 Gew.-% beträgt und der Gehalt an C im Oberflächenschichtabschnitt 15 bis 50 Gew.-% beträgt.The invention according to
Die Erfindung gemäß Anspruch 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 1 die Gerüstdichte, die die dreidimensionale Maschenstruktur bildet, im vertikalen Querschnitt und im horizontalen Querschnitt unterschiedlich ist, wobei die Gerüstdichte im vertikalen Querschnitt das 1,1- bis 40-fache des horizontalen Querschnitts beträgt.The invention according to claim 5 is characterized in that in the refractory composite material according to claim 1, the skeletal density constituting the three-dimensional mesh structure is different in vertical cross-section and horizontal cross-section, the skeletal density in vertical cross-section being 1.1-40. times the horizontal cross section is.
Die Erfindung gemäß Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 1 die Porosität des Si-SiC-Sinterkörpers 50 bis 98% beträgt.The invention according to claim 6 is characterized in that in the refractory composite material according to claim 1, the porosity of the Si-SiC sintered body is 50 to 98%.
Die Erfindung gemäß Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Verbundmaterial nach Anspruch 1 auf der oberen Schicht des Basismaterials eine Oberflächenbeschichtung mit einer Reaktionsbeständigkeit gegenüber dem verarbeiteten Werkstück aufweist.The invention according to
Die Erfindung gemäß Anspruch 8 ist dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Verbundmaterial nach Anspruch 1 auf der Oberflächenbeschichtung des Basismaterials eine kompakte Schicht aufweist, die einen Si-SiC-Sinterkörper mit einer Porosität von 0,1 bis 2% umfasst.The invention according to
Die Erfindung gemäß Anspruch 9 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 1 das Basismaterial eine Struktur aufweist, wobei Schichten des Si-SiC-Sinterkörpers mit unterschiedlicher Porosität übereinander laminiert sind.The invention according to claim 9 is characterized in that in the refractory composite material according to claim 1, the base material has a structure wherein layers of the Si-SiC sintered body having different porosity are laminated one upon the other.
Die Erfindung gemäß Anspruch 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem feuerfesten Verbundmaterial nach Anspruch 9 die oberste Schicht der laminierten Struktur eine kompakte Schicht mit einer Porosität von 0,1 bis 2 ist.The invention according to
Die Erfindung gemäß Anspruch 11 ist dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Verbundmaterial nach Anspruch 1 der Kantenabschnitt des Basismaterials einen Rahmenabschnitt bildet, der eine kompakte Schicht mit einer Porosität von 0,1 bis 2% umfasst.The invention according to claim 11 is characterized in that the refractory composite material according to claim 1, the edge portion of the base material forms a frame portion comprising a compact layer having a porosity of 0.1 to 2%.
Die Erfindung gemäß Anspruch 12 ist dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Verbundmaterial nach Anspruch 1 ein Rahmenelement aufweist, das aus einer Nickellegierung gebildet ist, die das Basismaterial trägt. The invention according to claim 12 is characterized in that the refractory composite material according to claim 1 comprises a frame member formed of a nickel alloy carrying the base material.
Bei der Erfindung gemäß Anspruch 13 handelt es sich um ein Verfahren zum Herstellen des feuerfesten Verbundmaterials nach Anspruch 1, und es ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: einen Formungsschritt, wobei in einen Formungsschlamm, der erlangt wird, indem ein SiC-Pulver in einem organischen Lösungsmittel dispergiert wird und sodann ein Gelierstoff zugesetzt wird, ein Urethanschaum getaucht wird, der ein Gerüst aufweist, das eine dreidimensionale Maschenstruktur umfasst, und der Schlamm gehärtet wird, einen Trocknungsschritt, wobei der im Formungsschritt erlangte Formkörper getrocknet wird, und einen Brennschritt, wobei auf den getrockneten Formkörper, der den Trocknungsschritt durchlaufen hat, Metall-Si aufgebracht wird und bei reduziertem Druck und in einer reduzierenden Atmosphäre eine Brennung durchgeführt wird, um das Gerüst des getrockneten Formkörpers mit dem Metall-Si zu imprägnieren.The invention according to claim 13 is a method for producing the refractory composite material according to claim 1, and characterized by the steps of: a molding step wherein a molding slurry obtained by exposing a SiC powder in an organic solvent and then adding a gelling agent, dipping a urethane foam having a skeleton comprising a three-dimensional mesh structure, and curing the slurry, a drying step of drying the molding obtained in the molding step, and a firing step, wherein dried molding which has undergone the drying step, metal Si is applied, and combustion is carried out under reduced pressure and in a reducing atmosphere to impregnate the skeleton of the dried molding with the metal Si.
Wirkung der ErfindungEffect of the invention
Es ist möglich, ein feuerfestes Verbundmaterial mit hoher Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, ausgezeichneter Wärmeschockbeständigkeit und Luftdurchlässigkeit zu erzielen, wobei bei der Benutzung unter Bedingungen mit hoher Temperatur kein Bruch und keine Verformungen wie etwa Aufbiegen entstehen, indem Si-SiC mit seinen Eigenschaften hoher Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit benutzt wird und das Gerüst, dessen Porosität bei 1% oder darunter liegt, eine dreidimensionale maschenförmige Struktur ist, wobei sein SiC-Gehalt 35 bis 70 Gew.-% und sein Si-Gehält 25 bis 60 Gew.-% beträgt und mehr bevorzugt sein SiC-Gehalt 40 bis 65 Gew.-% und sein Si-Gehält 30 bis 55 Gew.-% beträgt.It is possible to obtain a refractory composite material having high strength and high heat conductivity, excellent thermal shock resistance and air permeability, and when used under high temperature conditions, will not break and deform such as bending by providing Si-SiC with high-strength and high-temperature properties high thermal conductivity is used, and the skeleton whose porosity is 1% or less is a three-dimensional mesh structure, its SiC content being 35 to 70% by weight and its Si content being 25 to 60% by weight and more preferably its SiC content is 40 to 65 wt .-% and its Si content is 30 to 55 wt .-%.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Im Folgenden sollen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.In the following, preferred embodiments of the present invention will be described.
Erste Ausführungsform: Einzelschicht, ohne Verdichtung Das feuerfeste Verbundmaterial der vorliegenden Ausführungsform ist eine Kassette mit einer Einzelschichtstruktur, deren Basismaterial ein Si-SiC-Sinterkörper ist, wie in
Im Brennschritt für elektronische Bauteile usw. wird die Kassette bei einer hohen Temperatur (um 1300°C) nahe dem Schmelzpunkt von Si (bei etwa 1400°C) benutzt. Wenn das Gerüst ausschließlich aus Si gebildet ist, treten Probleme auf, etwa, dass es bei dem Brennschritt mit seiner hohen Temperatur leicht zu Kriechverformung kommt, dass sich aufgrund von Oxidation an der Oberflächenschicht leicht SiO2 bildet oder dass ein hoher Sauerstoffeintrag in den Brennofen stattfindet. Im Gegensatz dazu werden diese Probleme bei der vorliegende Erfindung durch einen Verbund aus Si-SiC vermieden, da SiC sehr oxidationsbeständig und wärmefest ist und außerdem eine hohe Festigkeit aufweist.In the electronic component burning step, etc., the cassette is used at a high temperature (around 1300 ° C) near the melting point of Si (at about 1400 ° C). When the skeleton is formed solely of Si, problems such as creep deformation in the high temperature firing step easily occur, SiO 2 easily forms due to oxidation on the surface layer, or high oxygen input into the kiln takes place , In contrast, these problems are avoided in the present invention by a composite of Si-SiC, since SiC is very resistant to oxidation and heat and also has a high strength.
Bei einer Kassette mit Luftdurchlässigkeit wirkt der aus Gründen der Luftdurchlässigkeit gebildete Porenabschnitt häufig als Wärmedämmschicht, und wenn als Kassette mit Luftdurchlässigkeit ein Metallnetz aus Edelstahl oder Ni usw., die eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, benutzt wird, kommt es beim Erwärmen und Abkühlen leicht zu einer Temperaturverteilung an der Kassette und damit zu ungleichmäßigen Temperaturen zwischen den Produkten, die auf der Kassette angeordnet sind, woraus sich das Problem einer unregelmäßigen Produktqualität ergibt, während es im Brennschritt mit seiner hohen Temperatur durch die Temperaturverteilung, also durch eine Differenz in der Wärmeausdehnung, leicht zu einer Verformung der Kassette durch Aufbiegen kommt. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung eine Kassette mit Luftdurchlässigkeit gebildet, indem ein Si-SiC-Sinterkörper, der im Vergleich zu einem Metallnetz aus Edelstahl, Ni usw. eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist, als eine dreidimensionale maschenförmige Struktur gebildet wird, so dass diese Probleme vermieden werden können.In a cartridge with air permeability, the pore portion formed for the sake of air permeability often acts as a thermal barrier coating, and when a metal mesh of stainless steel or Ni, etc. having a low thermal conductivity is used as the air permeable cassette, heating and cooling are likely to occur Temperature distribution on the cassette and thus uneven temperatures between the products, which are arranged on the cassette, which results in the problem of irregular product quality, while it is light in the firing step with its high temperature by the temperature distribution, ie by a difference in thermal expansion to a deformation of the cassette comes by bending. In contrast, in the present invention, an air-permeable cartridge is formed by forming a Si-SiC sintered body having excellent thermal conductivity as compared with a stainless steel, Ni, etc. metal mesh as a three-dimensional mesh structure, so that these Problems can be avoided.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Menge der einzelnen Bestandteile derart festgelegt, dass der SiC-Gehalt des Gerüsts 35 bis 70 Gew.-% und der Si-Gehalt 25 bis 60 Gew.-% beträgt. Die chemischen Bestandteile werden dabei gemäß
Wenn der Si-Gehalt des Gerüsts höher als 55 Gew.-% ist, oxidiert das Si, und es bildet sich leichter SiO2 an der Oberflächenschicht, und wenn er unter 30 Gew.-% liegt, können zwischen den SiC-Teilchen Poren zurückbleiben, und das SiC kann oxidieren und es bildet sich leichter SiO2 an der Oberflächenschicht, so dass in beiden Fällen aufgrund von SiO2, das sich an der Oberflächenschicht bildet, die Wärmeschockbeständigkeit und die Warmfestigkeit abnehmen, wodurch leichter Probleme wie Risse und Aufbiegeverformung, ein erhöhter Sauerstoffeintrag in den Brennofen und eine Reaktion mit dem verarbeiteten Werkstück auftreten, weshalb unter dem Aspekt der Verlängerung der Lebensdauer des Produkts die Menge der einzelnen Bestandteile vorzugsweise derart festgelegt wird, dass der SiC-Gehalt zwischen 40 und 65 Gew.-% und der Si-Gehalt zwischen 30 und 55 Gew.-% beträgt.When the Si content of the skeleton is higher than 55% by weight, the Si oxidizes, and it is easier to form SiO 2 on the surface layer, and if it is lower than 30% by weight, pores may be left between the SiC particles and the SiC can oxidize and SiO 2 is more easily formed on the surface layer, so that in both cases due to SiO 2 forming on the surface layer, the thermal shock resistance and the heat resistance decrease, thereby more easily causing problems such as cracking and bending deformation increased oxygen input into the furnace and a reaction with the processed workpiece occur, therefore, from the aspect of extending the life of the product, the amount of the individual components is preferably set so that the SiC content between 40 and 65 wt .-% and the Si Content is between 30 and 55% by weight.
Indem bei der vorliegenden Erfindung auf diese Weise für SiC, das einen hohen Elastizitätsmodul aufweist (Elastizitätsmodul: etwa 400 GPa), und für Si, das einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweist (Elastizitätsmodul: etwa 100 GPa), der SiC-Gehalt auf 35 bis 70 Gew.-% und der Si-Gehalt auf 25 bis 60 Gew.-%, und mehr bevorzugt der SiC-Gehalt auf 40 bis 65 Gew.-% und der Si-Gehalt auf 30 bis 55 Gew.-% festgelegt werden, wird durch Bilden des Gerüsts ein Si-SiC-Sinterkörper mit reduziertem Elastizitätsmodul erreicht. Eine Reduzierung des Elastizitätsmoduls geht mit einer Erhöhung der Wärmeschockbeständigkeit
(Wärmeschock-Bruchwiderstandskoeffizient R' = σ(1 – ν)λ/(αE), wobei σ: Festigkeit, E: Elastizitätsmodul) einher, weshalb gemäß dieser Konfigurierung ein feuerfestes Verbundmaterial erzielt werden kann, das neben den Eigenschaften einer hohen Festigkeit und hohen Wärmeleitfähigkeit auch die Eigenschaft einer ausgezeichneten Wärmeschockbeständigkeit aufweist.In the present invention, in this way, for SiC having a high elastic modulus (elastic modulus: about 400 GPa) and for Si having a low elastic modulus (elastic modulus: about 100 GPa), the SiC content is set to 35 to 70 wt % and the Si content to 25 to 60 wt .-%, and more preferably the SiC content to 40 to 65 wt .-% and the Si content can be set to 30 to 55 wt .-% is determined by Forming the skeleton reaches a Si-SiC sintered body with reduced elastic modulus. A reduction in the modulus of elasticity is associated with an increase in thermal shock resistance
(Heat shock resistance coefficient R '= σ (1-ν) λ / (αE), where σ: strength, E: modulus of elasticity), according to this configuration, a refractory composite material can be obtained, which in addition to the properties of high strength and high Thermal conductivity also has the property of excellent thermal shock resistance.
sIn der vorliegenden Ausführungsform kann als weitere Konfigurierung zur Reduzierung des Elastizitätsmoduls des Si-SiC-Sinterkörpers eine Konfigurierung angewandt werden, wobei die Form der Poren und des Gerüsts, die die dreidimensionale maschenförmige Struktur ausmachen, für [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] einen Mittelwert von ≥ 3 erfüllt. Indem für [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] ein Mittelwert von ≥ 3 erfüllt wird, ist es möglich, zum einen die Festigkeit des Produkts aufrechtzuerhalten und zum anderen eine Reduzierung des Elastizitätsmoduls zu erreichen. Die Porosität der Kassette beträgt vorzugsweise 50 bis 98%. Wenn die Porosität bei 49% oder weniger liegt, wird keine ausreichende Luftdurchlässigkeit erreicht, und wenn sie bei 99% oder darüber liegt, kommt es aufgrund einer signifikanten Verringerung der Festigkeit leicht zu Bruch, weshalb beide nicht wünschenswert sind.In the present embodiment, as a further configuration for reducing the modulus of elasticity of the Si-SiC sintered body, a configuration can be adopted wherein the shape of the pores and the skeleton constituting the three-dimensional mesh structure for mean pore diameter / skeleton diameter is ≥3 Fulfills. By achieving a mean value of ≥ 3 for [pore diameter / framework diameter], it is possible to maintain the strength of the product on the one hand and, on the other hand to achieve a reduction of the modulus of elasticity. The porosity of the cassette is preferably 50 to 98%. When the porosity is 49% or less, sufficient air permeability is not obtained, and when it is 99% or more, it is easy to break due to a significant reduction in strength, and therefore both are not desirable.
Wie in
Tabelle 1 zeigt das Ergebnis einer EDS-Analyse an zwei beliebigen Stellen der Zusammensetzungsabbildungen aus
Wenn der Gehalt an Element C des Kernabschnitts
Wenn der Gehalt an Element C des Oberflächenschichtabschnitts
Im Folgenden soll das Verfahren zum Herstellen der Kassette der vorliegenden Ausführungsform detailliert beschrieben werden. Die Kassette der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Gelgießverfahren anhand der Schritte ST1 bis ST8 aus
ST1: ST1:
Da die Kassette der vorliegenden Ausführungsform im Gelgießverfahren geformt wird, wird zunächst der Formungsschlamm hergestellt. Der Formungsschlamm der vorliegenden Ausführungsform kann hergestellt werden, indem SiC-Pulver in einem organischen Lösungsmittel dispergiert wird, woraufhin dem Schlamm ein Gelierungsmittel zugesetzt wird, oder indem dem organischen Lösungsmittel gleichzeitig SiC-Pulver und Gelierungsmittel zugesetzt werden und diese dispergiert werden.Since the cassette of the present embodiment is molded by the gel casting method, the molding slurry is first prepared. The molding slurry of the present embodiment can be prepared by dispersing SiC powder in an organic solvent, then adding a gelling agent to the slurry, or by simultaneously adding and dispersing SiC powder and gelling agent to the organic solvent.
Außer SiC-Pulver können nach Bedarf Pulver von Kohlenstoff, Borcarbid usw. benutzt werden. Hinsichtlich der Teilchengröße des Keramikpulvers liegt keine besondere Einschränkung vor, sofern der Schlamm hergestellt werden kann, und sie kann abhängig von dem als Herstellungsziel ausgewählten Formkörper nach Bedarf festgelegt werden.Aside from SiC powder, powders of carbon, boron carbide, etc. may be used as needed. With respect to the particle size of the ceramic powder, there is no particular limitation as far as the slurry can be prepared, and it may be determined as required depending on the molded article selected as a production target.
Als organisches Lösungsmittel, das als Dispersionsmedium dient, lassen sich mehrwertige Alkohole, z. B. Diole wie Ethylenglykol usw. oder Triole wie Glycerin usw., mehrbasige Säuren wie Dicarbonsäure usw., mehrbasige Säureester wie Glutarsäure-dimethyl, Malonsäure-dimethyl usw. oder Ester mehrwertiger Alkohole usw. nennen. As the organic solvent serving as the dispersion medium, polyhydric alcohols, e.g. B. diols such as ethylene glycol, etc., or triols such as glycerol, etc., polybasic acids such as dicarboxylic acid, etc., polybasic acid esters such as glutaric acid dimethyl, malonic acid dimethyl, etc., or esters of polyhydric alcohols, etc. call.
Beim Gelierungsmittel sollte es sich um eine organische Verbindung mit einer reaktiven funktionellen Gruppe handeln, die den Keramikschlamm härtet. Als eine derartige organische Verbindung lassen sich Vorpolymere, die durch Vermittlung eines Vernetzungsmittels eine dreidimensionale Vernetzung bewirken, nennen, wie beispielsweise Urethanharz, Acrylharz, Epoxidharz Phenolharz usw. Unter Berücksichtigung der Reaktivität mit der organischen Verbindung im Dispersionsmedium wird als Gelierungsmittel vorzugsweise eines mit einer vorteilhaften reaktiven funktionellen Gruppe gewählt. Wenn als organisches Lösungsmittel ein Ester benutzt wird, der vergleichsweise reaktionsträge ist, wird als organische Verbindung, die die reaktive funktionelle Gruppe aufweist, die das Gelierungsmittel bildet, vorzugsweise eine organische Verbindung ausgewählt, die eine reaktionsfreudige Isocyanatgruppe (-N=C=O) und/oder Isothiocyanatgruppe (-N=C=S) aufweist. Da in der vorliegenden Ausführungsform, wie unten für ST2 beschrieben, der Formungsschlamm durch Imprägnieren eines Urethanschaums geformt wird, wird vorzugsweise eine Urethanharz mit hoher Kautschukelastizität verwendet, um eine Beschädigung des SiC-Schlammformkörpers im Zusammenhang mit einer elastischen Verformung (Biegen usw.) des Urethanschaums zu vermeiden.The gelling agent should be an organic compound having a reactive functional group that cures the ceramic slurry. As such an organic compound, there may be mentioned prepolymers which cause three-dimensional crosslinking by imparting a crosslinking agent, such as urethane resin, acrylic resin, epoxy resin, phenol resin, etc. Taking into consideration the reactivity with the organic compound in the dispersion medium, as the gelling agent, one having a favorably reactive one is preferable selected functional group. When an ester which is comparatively inert is used as the organic solvent, as the organic compound having the reactive functional group constituting the gelling agent, it is preferable to select an organic compound having a reactive isocyanate group (-N = C = O) and or isothiocyanate group (-N = C = S). In the present embodiment, as described below for ST2, since the molding slurry is formed by impregnating a urethane foam, a urethane resin having high rubber elasticity is preferably used to prevent damage to the SiC slurry molding in connection with elastic deformation (bending, etc.) of the urethane foam to avoid.
Vorzugsweise härtet der Formungsschlamm nicht während des Imprägnierens des Urethanschaums aus, härtet aber nach dem Formen rasch aus. Daher wird bevorzugt, bei der Herstellung des Keramikschlamms die Temperatur des Schlamms, die Art und den Gehalt des Dispersionsmediums, die Art und den Gehalt des Gelierungsmittels, das Vorhandensein eines Katalysators, der die Gelierungsreaktion beschleunigt, die Art und den Gehalt eines solchen Katalysators usw. zu berücksichtigen. Hinsichtlich der Verarbeitungsfähigkeit beträgt die Schlammviskosität vorzugsweise 50 dPa·s oder weniger bei 20°C und mehr bevorzugt 20 dPa·s oder weniger bei 20°C.Preferably, the molding slurry does not harden during the impregnation of the urethane foam, but it cures rapidly after molding. Therefore, in the production of the ceramic slurry, it is preferable that the temperature of the slurry, the kind and the content of the dispersion medium, the kind and content of the gelling agent, the presence of a catalyst which accelerates the gelation reaction, the kind and content of such a catalyst, etc. to take into account. As for the processability, the slurry viscosity is preferably 50 dPa · s or less at 20 ° C, and more preferably 20 dPa · s or less at 20 ° C.
Im Herstellungsschritt des Formungsschlamms werden das Keramikpulver, das Dispersionsmedium und das Dispersionsmittel vorbereitet und vermischt. Anschließend erfolgt die abschließende Zubereitung durch Zusetzen des Gelierungsmittels und des Katalysators usw. zum Schlamm, welcher dann als Vorbereitung für das Imprägnieren des Urethanschaums entschäumt wird.In the manufacturing step of the molding slurry, the ceramic powder, the dispersion medium and the dispersing agent are prepared and mixed. Subsequently, the final preparation is carried out by adding the gelling agent and the catalyst, etc. to the slurry, which is then defoamed in preparation for impregnating the urethane foam.
Das Mischen des Formungsschlamms erfolgt in einer Topfmühle oder einer Kugelmühle usw., wobei Kugeln aus Nylon benutzt werden und das Mischen bei 15°C bis 35°C für 12 Stunden oder länger und vorzugsweise für 72 Stunden oder länger durchgeführt wird. Das Entschäumen des Schlamms erfolgt durch Rühren des Schlamms in einer Vakuumatmosphäre, wobei der Vakuumgrad –0,090 MPa oder weniger und vorzugsweise –0,095 MPa oder weniger beträgt, die Rührgeschwindigkeit vorzugsweise 100 U/min bis 500 U/min beträgt und die Rührdauer vorzugsweise 5 Minuten bis 30 Minuten beträgt.The mixing of the molding slurry is carried out in a pot mill or a ball mill, etc., using balls of nylon and mixing at 15 ° C to 35 ° C for 12 hours or longer, and preferably for 72 hours or longer. The defoaming of the sludge is carried out by stirring the sludge in a vacuum atmosphere, the degree of vacuum being -0.090 MPa or less and preferably -0.095 MPa or less, the stirring speed is preferably 100 rpm to 500 rpm, and the stirring time is preferably 5 minutes to 30 minutes.
ST2 bis ST4:ST2 to ST4:
Nachdem der Urethanschaum mit dem in ST1 hergestellten Formungsschlamm imprägniert wurde, wird überschüssiger Schlamm so weit ausgepresst, dass kein Schlamm die Poren des Urethanschaums verschließt, und der Urethanschaum wird auf einem Fixierungswerkzeug angeordnet und bei normaler Temperatur bis 40°C mehrere Stunden bis mehrere Dutzend Stunden lang ruhen gelassen. Auf diese Weise geliert der Formungsschlamm und härtet aus, wodurch der Formkörper gebildet wird.After the urethane foam is impregnated with the molding slurry prepared in ST1, excess slurry is squeezed so that no slurry closes the pores of the urethane foam, and the urethane foam is placed on a fixing tool and heated at normal temperature to 40 ° C for several hours to several tens of hours rested for a long time. In this way, the molding slurry gels and hardens, whereby the molding is formed.
Wie in
ST5 bis ST6:ST5 to ST6:
Anschließend wird 3 bis 12 Stunden lang bei 40°C bis 100°C eine Trocknung durchgeführt; sodann erfolgt 3 bis 12 Stunden lang bei 100°C bis 200°C eine Erwärmung zum Brennen der Urethanform, also eine Verarbeitung, um die Elastizität des Urethanschaums zu beseitigen.Subsequently, a drying is carried out at 40 ° C to 100 ° C for 3 to 12 hours; then heating takes place for 3 to 12 hours at 100 ° C to 200 ° C to burn the urethane mold, that is, a processing to eliminate the elasticity of the urethane foam.
Im Zuge der Trocknung zieht sich der SiC-Schlammformkörper
ST7 bis ST8:ST7 to ST8:
Wie in
Nach Bedarf kann, wie in
Je nach Bedarf ist es möglich, am Kantenabschnitt des Basismaterials nach dem Verschließen der Poren durch Imprägnieren des Kantenabschnitts des Basismaterials mit dem in ST1 hergestellten Formungsschlamm mittels Härten, Trocknen und Si-Imprägnierung, wie in ST5 bis ST8 oben beschrieben, einen Rahmenabschnitt zu bilden, der eine kompakte Si-SiC-Schicht mit einer Porosität von 0,1 bis 2% umfasst.According to need, it is possible to form a frame portion at the edge portion of the base material after sealing the pores by impregnating the edge portion of the base material with the molding slurry prepared in ST1 by curing, drying and Si impregnation as described in ST5 to ST8 above. which comprises a compact Si-SiC layer having a porosity of 0.1 to 2%.
Je nach Bedarf ist es auch möglich, ein Rahmenelement zu benutzen, das das Basismaterial trägt. Vorzugsweise ist das Rahmenelement aus einer Nickellegierung usw. gebildet. Um die Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Basismaterial, das den Si-SiC-Sinterkörper umfasst, und der Nickellegierung zu absorbieren, wird in diesem Fall bevorzugt, das Basismaterial und das Rahmenelement nicht zu fixieren und einen bestimmten Abstand zwischen Rahmenelement und Basismaterial zu lassen.Depending on requirements, it is also possible to use a frame element that carries the base material. Preferably, the frame member is formed of a nickel alloy, etc. In this case, in order to absorb the thermal expansion difference between the base material comprising the Si-SiC sintered body and the nickel alloy, it is preferable not to fix the base material and the frame member and leave a certain distance between the frame member and base material.
Zweite Ausführungsform: Einzelschicht, mit Verdichtung des Urethanschaums Second Embodiment: Single layer, with densification of the urethane foam
Im Schritt ST3 „Auf eine gewünschte Dicke/Form fixieren” aus
Indem der Urethanschaum auf diese Weise vor der Härtung des Formungsschlamms (ST4) verdichtet wird, lässt sich die Gerüstdichte des neuen feuerfesten Verbundmaterials mit dreidimensionaler Maschenstruktur erhöhen, wodurch eine erhöhte Festigkeit erlangt werden kann. Wie in
Das feuerfeste Verbundmaterial der vorliegenden Ausführungsform, das durch Verdichten des Urethanschaums erlangt wird, weist, wie in
Die Gerüstdichte kann dabei nach folgendem Verfahren gemessen werden. Zunächst wird das feuerfeste Verbundmaterial in ein Phenolharz usw. eingebettet, woraufhin das feuerfeste Verbundmaterial in vertikaler und horizontaler Richtung geschnitten und geschliffen wird, um Messproben herzustellen. Als nächstes werden mit einem Rasterelektronenmikroskop JSM-5600 der Firma JEOL in einem Blickfeld von 0,1 cm2 Zusammensetzungsaufnahmen der vertikalen Schnittfläche und der horizontalen Schnittfläche der Messproben erstellt. Die Zusammensetzungsaufnahmen nutzen die Helligkeitsdifferenz zwischen den Elementen, so dass der Si-SiC-Gerüstabschnitt und der Hohlraumabschnitt deutlich erkennbar sind. Als nächstes werden die erlangten Zusammensetzungsaufnahmen mithilfe von Bildbearbeitungssoftware bei konstanten Helligkeitsbedingungen in ein zweiwertiges Schwarzweißbild umgewandelt, und die jeweilige Gesamtzahl der Pixel des Gerüstabschnitts und des Hohlraumabschnitts wird gemessen. Als Bildbearbeitungssoftware kann beispielsweise die Freeware ImageNos (Ver. 1.04) benutzt werden. Auf diese Weise kann anhand der Gesamtpixelanzahl des Gerüstabschnitts im Verhältnis zur Gesamtpixelanzahl im Blickfeld die Gerüstdichte bestimmt werden (Gerüstdichte = Gesamtpixelanzahl des Gerüstabschnitts/Gesamtanzahl der Pixel des Gerüstabschnitts und des Hohlraumabschnitts). So lässt sich das Gerüstdichteverhältnis zwischen dem vertikalen Querschnitt und dem horizontalen Querschnitt berechnen (Gerüstdichteverhältnis = Gerüstdichte am vertikalen Querschnitt/Gerüstdichte am horizontalen Querschnitt). Da jedoch in einer dreidimensionalen Maschenstruktur das Gerüst zufällig angeordnet ist, lässt sich die Gerüstdichte nicht anhand von Querschnittzusammensetzungsaufnahmen eines einzelnen Blickfelds erreichen. Zum Berechnen der Gerüstdichte müssen Querschnittzusammensetzungsaufnahmen von jeweils wenigstens 5 Blickfeldern und mehr bevorzugt
Im Schritt S13 „Auf eine gewünschte Dicke/Form fixieren” aus
Dritte Ausführungsform: mehrere SchichtenThird embodiment: multiple layers
Wie in
Das feuerfeste Verbundmaterial der vorliegenden Ausführungsform weist, wie in
Ausführungsbeispiele AExemplary embodiments A
Anhand von Kassetten der folgenden Ausführungsbeispiele 1 bis 6 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 2 wurde das Auftreten von Rissen und Verformungen durch Aufbiegen geprüft; für die Ausführungsbeispiele 1 bis 6 konnten dabei keine Risse und Verformungen durch Aufbiegen festgestellt werden, während bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 2 jeweils Risse und/oder Verformungen durch Aufbiegen festgestellt wurden.On the basis of cassettes of the following embodiments 1 to 6 and the comparative examples 1 to 2, the occurrence of cracks and deformations was checked by bending; for the embodiments 1 to 6, no cracks and deformations could be determined by bending, while in Comparative Examples 1 to 2 each cracks and / or deformations were determined by bending.
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
In einem organischen Lösungsmittel wurde SiC(-C, -B4C) dispergiert, in den SiC-Schlamm, dem Urethanharz (Isocyanat und Katalysator) beigemischt wurde, wurde ein Urethanschaum von 150 × 150 × 5 mm getaucht, überschüssiger Schlamm wurde entfernt und der Schlamm wurde ausgehärtet, und der Formkörper, an dem auf diese Weise eine SiC-(-C, -B4C)-Schicht auf der Gerüstoberfläche des Urethanschaums gebildet worden war, wurde bei 120°C getrocknet, wodurch ein SiC-Formkörper hergestellt wurde. Als nächstes wurde auf den SiC-Formkörper Metall-Si in einem Gewichtsverhältnis von 90% aufgebracht, und unter verringertem Druck und in einer reduzierenden Atmosphäre wurde bei 1500°C gebrannt, wodurch eine 5 mm dicke Kassette aus Si-SiC mit dreidimensionaler Maschenstruktur mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 95%.In an organic solvent, SiC (-C, -B 4 C) was dispersed, into which SiC slurry to which urethane resin (isocyanate and catalyst) was mixed, a urethane foam of 150 × 150 × 5 mm was dipped, excess sludge was removed, and The slurry was cured, and the molded body on which a SiC - (- C, -B 4 C) layer was thus formed on the skeleton surface of the urethane foam was dried at 120 ° C., thereby preparing a SiC molded body has been. Next, metal Si was applied to the SiC molded body in a weight ratio of 90%, and was fired at 1500 ° C under reduced pressure and in a reducing atmosphere to obtain a 5 mm thick Si-SiC cassette having three-dimensional mesh structure with air permeability was produced. The porosity of the produced air permeable cassette was 95%.
Ausführungsbeispiel 2
In einem organischen Lösungsmittel wurde SiC(-C, -B4C) dispergiert, in den SiC-Schlamm, dem Urethanharz (Isocyanat und Katalysator) beigemischt wurde, wurde ein Urethanschaum von 150 × 150 × 5 mm getaucht, überschüssiger Schlamm wurde entfernt, und mithilfe eines Fixierungswerkzeugs wurde der Urethanschaum auf eine Dicke von 1 mm gepresst und verdichtet, woraufhin der Schlamm aushärtete, wodurch ein 1 mm dicker SiC-Formkörper hergestellt wurde. Ebenso wie in Ausführungsbeispiel 1 wurde sodann gebrannt, wodurch eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 60%. Das Gerüstdichteverhältnis, das wie unter [0055] beschrieben berechnet wurde, war 1,4-fach.In an organic solvent, SiC (-C, -B 4 C) was dispersed, into which SiC slurry to which urethane resin (isocyanate and catalyst) was mixed, a urethane foam of 150 × 150 × 5 mm was dipped, excess sludge was removed, and using a fixing tool, the urethane foam was pressed and compacted to a thickness of 1 mm, whereupon the slurry hardened, whereby a 1 mm thick SiC molded body was produced. The same as in Embodiment 1 was then fired, whereby a 1 mm thick cassette with air permeability was prepared. The porosity of the produced air permeable cassette was 60%. The skeletal density ratio calculated as described under [0055] was 1.4 times.
Ausführungsbeispiel 3
In einem organischen Lösungsmittel wurde SiC(-C, -B4C) dispergiert, in den SiC-Schlamm, dem Urethanharz (Isocyanat und Katalysator) beigemischt wurde, wurde ein Urethanschaum von 180 × 180 × 5 mm getaucht, überschüssiger Schlamm wurde entfernt, und mithilfe eines kastenförmigen Fixierungswerkzeugs wurde der Urethanschaum in die Form einer Brennkapsel fixiert, woraufhin der Schlamm aushärtete, wodurch ein 5 mm dicker kastenförmiger SiC-Formkörper hergestellt wurde. Ebenso wie in Ausführungsbeispiel 1 wurde sodann gebrannt, wodurch eine 5 mm dicke Brennkapsel mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde. Die Porosität der hergestellten Brennkapsel mit Luftdurchlässigkeit betrug 95%.In an organic solvent, SiC (-C, -B 4 C) was dispersed, into which SiC slurry to which urethane resin (isocyanate and catalyst) was mixed, a urethane foam of 180 × 180 × 5 mm was dipped, excess sludge was removed, and by means of a box-shaped fixing tool, the urethane foam was fixed in the shape of a firing capsule, whereupon the slurry hardened, whereby a 5 mm thick box-shaped SiC molded body was produced. As in Example 1 was then fired, whereby a 5 mm thick combustion capsule was made with air permeability. The porosity of the produced air-permeable capsule was 95%.
Ausführungsbeispiel 4
Auf einer Fläche oder beiden Flächen des SiC-Formkörpers, der in Ausführungsbeispiel 1 erlangt worden war, wurde der im Ausführungsbeispiel 2 erlangte SiC-Formkörper geklebt, und der derart einstückig ausgebildete SiC-Formkörper wurde ebenso wie in Ausführungsbeispiel 1 gebrannt, wodurch eine 6 bis 7 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit erlangt wurde, die eine mehrschichtige Struktur aufwies.On one surface or both surfaces of the SiC molded body obtained in Embodiment 1, the SiC molded body obtained in
Ausführungsbeispiel 5Embodiment 5
Auf eine Fläche des SiC-Formkörpers, der in Ausführungsbeispiel 2 erlangt worden war, wurde ein SiC-Formkörper mit einer Dicke von 1 mm geklebt, der ohne Verwendung von Urethanschaum durch Härten des SiC-Schlamms gebildet worden war, und der derart einstückig ausgebildete SiC-Formkörper wurde ebenso wie in Ausführungsbeispiel 1 gebrannt, wodurch eine 2 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde, die eine mehrschichtige Struktur aufwies, welche eine kompakte Schicht mit hoher Festigkeit umfasste.On one surface of the SiC molded article obtained in
Ausführungsbeispiel 6 Embodiment 6
Der Kantenabschnitt des SiC-Formkörpers, der in Ausführungsbeispiel 2 erlangt worden war, wurde in einer Breite von 5 mm mit SiC-Schlamm imprägniert, um seine Poren zu verschließen, und ausgehärtet, und der derart einstückig ausgebildete SiC-Formkörper wurde ebenso wie in Ausführungsbeispiel 1 gebrannt, wodurch eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde, die einen 5 mm breiten Kantenabschnitt mit einer kompakten Schicht von hoher Festigkeit aufwies.The edge portion of the SiC molded body obtained in
Ausführungsbeispiel 7
Auf einer Fläche oder beiden Flächen des Si-SiC-Sinterkörpers, der in Ausführungsbeispiel 2 erlangt worden war, wurde Schlamm, der ZrO2 und/oder Al2O3-SiO2 umfasste, durch Sprühen aufgetragen, woraufhin bei 1350°C gebrannt wurde, wodurch eine Schicht aus ZrO2 und/oder Al2O3-SiO2 gebildet wurde.On one surface or both surfaces of the Si-SiC sintered body obtained in Embodiment 2 , sludge comprising ZrO 2 and / or Al 2 O 3 -SiO 2 was applied by spraying, followed by firing at 1350 ° C , whereby a layer of ZrO 2 and / or Al 2 O 3 -SiO 2 was formed.
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Es wurde eine Kassette aus einem Ni-Metallnetz hergestellt.A cassette was made from a Ni metal mesh.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Es wurde eine 1 mm dicke Kassette nach dem in der
Ausführungsbeispiele BExemplary embodiments B
Ausführungsbeispiel 8
In einem organischen Lösungsmittel wurde SiC(-C, -B4C) dispergiert, in den SiC-Schlamm, dem Urethanharz (Isocyanat und Katalysator) beigemischt wurde, wurde ein Urethanschaum von 150 × 150 × 5 mm getaucht, überschüssiger Schlamm wurde entfernt, und mithilfe eines Fixierungswerkzeugs wurde der Urethanschaum auf eine Dicke von 1 mm gepresst, woraufhin der Schlamm aushärtete, wodurch ein 1 mm dicker SiC-Formkörper hergestellt wurde. Ebenso wie in Ausführungsbeispiel 1 wurde sodann gebrannt, wodurch eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 60%. Der Gehalt an SiC im Gerüst insgesamt betrugt 46,5 Gew.-%, der Gehalt an Si 48,4 Gew.-% und der Gehalt an C im Kernabschnitt des Gerüsts betrug 19,8 Gew.-% und der Gehalt an C im Oberflächenschichtabschnitt betrug 46,8 Gew.-%. Das Verhältnis [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] betrug 4,9.In an organic solvent, SiC (-C, -B 4 C) was dispersed, into which SiC slurry to which urethane resin (isocyanate and catalyst) was mixed, a urethane foam of 150 × 150 × 5 mm was dipped, excess sludge was removed, and using a fixing tool, the urethane foam was pressed to a thickness of 1 mm, whereupon the slurry hardened, whereby a 1 mm thick SiC molded body was produced. The same as in Embodiment 1 was then fired, whereby a 1 mm thick cassette with air permeability was prepared. The porosity of the produced air permeable cassette was 60%. The total content of SiC in the skeleton was 46.5% by weight, the content of Si was 48.4% by weight, and the content of C in the core portion of the skeleton was 19.8% by weight and the content of C im Surface layer section was 46.8 wt .-%. The ratio [pore diameter / framework diameter] was 4.9.
Ausführungsbeispiel 9Embodiment 9
Mit einem Urethanschaum von 150 × 150 × 3 mm wurde im gleichen Verfahren wie in Ausführungsbeispiel 8 eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 70%. Der Gehalt an SiC im Gerüst insgesamt betrugt 54,1 Gew.-%, der Gehalt an Si 40,0 Gew.-% und der Gehalt an C im Kernabschnitt des Gerüsts betrug 11,1 Gew.-% und der Gehalt an C im Oberflächenschichtabschnitt betrug 33,6 Gew.-%. Das Verhältnis [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] betrug 4,6.With a urethane foam of 150.times.150.times.3 mm, a 1 mm thick air permeable cassette was produced in the same method as in
Ausführungsbeispiel 10
Mit einem Urethanschaum von 150 × 150 × 2 mm wurde im gleichen Verfahren wie in Ausführungsbeispiel 8 eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 80%. Der Gehalt an SiC im Gerüst insgesamt betrugt 58,8 Gew.-%, der Gehalt an Si 35,8 Gew.-% und der Gehalt an C im Kernabschnitt des Gerüsts betrug 6,0 Gew.-% und der Gehalt an C im Oberflächenschichtabschnitt betrug 16,0 Gew.-%. Das Verhältnis [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] betrug 3,9.With a urethane foam of 150.times.150.times.2 mm, a 1 mm thick air permeable cassette was produced in the same method as in
Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3
In einem organischen Lösungsmittel wurde SiC(-C, -B4C) dispergiert, in den SiC-Schlamm, dem Urethanharz (Isocyanat und Katalysator) beigemischt wurde, wurde ein Urethanschaum von 150 × 150 × 5 mm getaucht, überschüssiger Schlamm wurde entfernt, und mithilfe eines Fixierungswerkzeugs wurde der Urethanschaum auf eine Dicke von 1 mm gepresst, woraufhin der Schlamm aushärtete, wodurch ein 1 mm dicker SiC-Formkörper hergestellt wurde. Als nächstes wurde auf den SiC-Formkörper Metall-Si in einem Gewichtsverhältnis von 60% aufgebracht, und unter verringertem Druck und reduzierender Atmosphäre wurde bei 1500°C gebrannt, wodurch eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 60%. Der Gehalt an SiC im Gerüst insgesamt betrugt 73,3 Gew.-%, der Gehalt an Si 21,6 Gew.-% und der Gehalt an C im Kernabschnitt des Gerüsts betrug 10,1 Gew.-% und der Gehalt an C im Oberflächenschichtabschnitt betrug 55,7 Gew.-%. Das Verhältnis [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] betrug 3,6.In an organic solvent, SiC (-C, -B 4 C) was dispersed, into which SiC slurry to which urethane resin (isocyanate and catalyst) was mixed, a urethane foam of 150 × 150 × 5 mm was prepared dipped, excess sludge was removed, and with the aid of a fixing tool, the urethane foam was pressed to a thickness of 1 mm, whereupon the sludge hardened, whereby a 1 mm thick SiC molded body was produced. Next, on the SiC molded body was applied metal Si in a weight ratio of 60%, and under reduced pressure and reducing atmosphere was fired at 1500 ° C, thereby producing a 1 mm thick air permeable cassette. The porosity of the produced air permeable cassette was 60%. The total content of SiC in the skeleton was 73.3% by weight, the content of Si was 21.6% by weight, and the content of C in the core portion of the skeleton was 10.1% by weight and the content of C im Surface layer section was 55.7 wt%. The ratio [pore diameter / framework diameter] was 3.6.
Vergleichsbeispiel 4Comparative Example 4
Im gleichen Verfahren wie bei Vergleichsbeispiel 3 wurde ein 1 mm dicker SiC-Formkörper hergestellt, und als nächstes wurde auf den SiC-Formkörper Metall-Si in einem Gewichtsverhältnis von 120% aufgebracht, und unter verringertem Druck und reduzierender Atmosphäre wurde bei 1500°C gebrannt, wodurch eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 60%. Der Gehalt an SiC im Gerüst insgesamt betrugt 28,4 Gew.-%, der Gehalt an Si 66,2 Gew.-% und der Gehalt an C im Kernabschnitt des Gerüsts betrug 11,4 Gew.-% und der Gehalt an C im Oberflächenschichtabschnitt betrug 13,6 Gew.-%. Das Verhältnis [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] betrug 4,2.In the same procedure as in Comparative Example 3, a 1 mm thick SiC molded body was prepared, and next, SiC molded body was coated with metal Si in a weight ratio of 120%, and fired at 1500 ° C under reduced pressure and reducing atmosphere , which produced a 1 mm thick cassette with air permeability. The porosity of the produced air permeable cassette was 60%. The total content of SiC in the framework was 28.4% by weight, the content of Si was 66.2% by weight, and the content of C in the core portion of the skeleton was 11.4% by weight and the content of C im Surface layer section was 13.6 wt .-%. The ratio [pore diameter / framework diameter] was 4.2.
Vergleichsbeispiel 5Comparative Example 5
In einem organischen Lösungsmittel wurde SiC(-C, -B4C) dispergiert, in den SiC-Schlamm, dem Urethanharz (Isocyanat und Katalysator) beigemischt wurde, wurde ein Urethanschaum von 150 × 150 × 5 mm getaucht, überschüssiger Schlamm wurde unzureichend entfernt, und mithilfe eines Fixierungswerkzeugs wurde der Urethanschaum auf eine Dicke von 1 mm gepresst, woraufhin der Schlamm aushärtete, wodurch ein 1 mm dicker SiC-Formkörper hergestellt wurde. Als nächstes wurde auf den SiC-Formkörper Metall-Si in einem Gewichtsverhältnis von 60% aufgebracht, und unter verringertem Druck und in einer reduzierenden Atmosphäre wurde bei 1500°C gebrannt, wodurch eine 1 mm dicke Kassette mit Luftdurchlässigkeit hergestellt wurde. Die Porosität der hergestellten Kassette mit Luftdurchlässigkeit betrug 40%. Der Gehalt an SiC im Gerüst insgesamt betrugt 68,8 Gew.-%, der Gehalt an Si 23,8 Gew.-% und der Gehalt an C im Kernabschnitt des Gerüsts betrug 11,1 Gew.-% und der Gehalt an C im Oberflächenschichtabschnitt betrug 55,4 Gew.-%. Das Verhältnis [Porendurchmesser/Gerüstdurchmesser] betrug 1,3. Ausführungsbeispiele B [Tabelle 2] * Chemische Bestandteile: Gemäß JTS R 2011
* Elementverhältnis: Gemäß guantitativer EDS-Analyse
* Wärmeschock-Bruchwiderstandskoeffizient R': Angabe des indexierten Werts mit Vergleichsbeispiel 5 als Referenz In an organic solvent, SiC (-C, -B 4 C) was dispersed, into which SiC slurry to which urethane resin (isocyanate and catalyst) was mixed, a urethane foam of 150 × 150 × 5 mm was dipped, excess sludge was insufficiently removed and using a fixing tool, the urethane foam was pressed to a thickness of 1 mm, whereupon the slurry hardened, whereby a 1 mm thick SiC molded body was produced. Next, on the SiC molded body was applied metal Si in a weight ratio of 60%, and under reduced pressure and in a reducing atmosphere was fired at 1500 ° C, whereby a 1 mm thick air permeable cassette was produced. The porosity of the produced air permeable cassette was 40%. The total content of SiC in the skeleton was 68.8% by weight, the content of Si was 23.8% by weight and the content of C in the core portion of the skeleton was 11.1% by weight and the content of C im Surface layer portion was 55.4 wt%. The ratio [pore diameter / framework diameter] was 1.3. Exemplary embodiments B [Table 2] * Chemical ingredients: According to JTS R 2011
* Element Ratio: According to guantitative EDS analysis
* Thermal shock crack resistance coefficient R ': Indication of the indexed value with Comparative Example 5 as a reference
Nach dem Herstellen der Kassetten der Ausführungsbeispiele
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kernabschnitt des Si-SiC-GerüstsCore section of the Si-SiC framework
- 22
- Porenabschnittpore section
- 33
- Oberflächenschichtabschnitt des Si-SiC-GerüstsSurface layer portion of the Si-SiC skeleton
- 44
- Gerüstabschnitt des UrethanschaumsScaffolding section of the urethane foam
- 55
- Hohlraumabschnittcavity portion
- 77
- Metall-SiMetal-Si
- 88th
- erste Schichtfirst shift
- 99
- zweite Schichtsecond layer
- 1010
- SiC-SchlammformkörperSiC slurry form body
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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