炭化ケイ素セラミックスへの焼成転換によるポリカルボシランの体積変化

Structural evolution of polymer precursor of silicon carbide ceramics during pyrolysis

武山 昭憲; 出崎 亮; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Takeyama, Akinori; Idesaki, Akira; Sugimoto, Masaki; Yoshikawa, Masahito

これまで発表者らは炭化珪素セラミック(SiC)薄膜に水素分離能を付与する技術の開発に取り組んできたが、本発表ではこの技術に関連して、SiCセラミックスの前駆体高分子であるポリカルボシラン(PCS)を電子線架橋すると、SiCセラミックスへの焼成転換時に、体積収縮が抑制されるメカニズムについて明らかにすることを目指した。ヘリウム雰囲気でPCS粉末に12, 16, 18, 24MGy電子線照射して、架橋を行った。照射したPCS粉末をアルゴン雰囲気中700Cで焼成してSiCセラミック粉末に転換し、焼成前後の粉末を秤量してセラミック収率を調べた。さらにSiCセラミック粉末の密度と比表面積を測定した。その結果、線量が増加すると焼成中に発生する分解ガス量が減少し、セラミック収率が増加することがわかった。SiCセラミック粉末の密度は、12-18MGyで緩やかに低下後、24MGyで急激に低下した。線量の増加に伴うセラミック収率の増加に反して、密度が減少することから、焼成前のPCS粉末の架橋が進むほど、得られるSiCセラミック粉末が焼成前に比べて膨張することがわかった。比表面積の値は、12MGyで0、24MGyで0.6m/gであり、24MGy照射した粉末の表面には発泡によると思われる細孔ができることがわかった。以上から電子線照射を用いると、焼成中に発生する分解ガスによってPCS粉末が発泡し膨張しやすくなる結果、焼成時のPCS粉末の体積収縮が抑制されることがわかった。

In order to prepare crack-free silicon carbide hydrogen separation membrane, how volume shrinkage or expansion of polymer precursor, polycarbosilne (PCS) take places when it is converted into silicon carbide ceramics during pysolysis was investigated. PCS powder cured by electron beam irradiation with several dose of 12,16,18,24 MGy in helium atmosphere was pysolysed at 923 K to convert them into SiC ceramic powder. As the dose was increased, ceramic yield was gradually increased, indicating amount of decomposed gas evolved during pyrolysis was decreased. Density of obtained SiC ceramic powders was decreased with increasing dose. By electron beam irradiation, network structure of PCS was developed and decomposition gas seemed to be easily accumulated in the network structure. It follows that PCS powder swelled as decomposition gas was accumulated and swelling was lowered density of SiC ceramic powders. Furthermore, surface area of SiC ceramic powder was increased from 0 m/g for 12 MGy to 0.6 m/g for 24 MGy by swelling. Consequently, swelling suppressed volume shrinkage of PCS powder during pyrolysis.