[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR102149834B1 - A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process - Google Patents

A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process Download PDF

Info

Publication number
KR102149834B1
KR102149834B1 KR1020180082670A KR20180082670A KR102149834B1 KR 102149834 B1 KR102149834 B1 KR 102149834B1 KR 1020180082670 A KR1020180082670 A KR 1020180082670A KR 20180082670 A KR20180082670 A KR 20180082670A KR 102149834 B1 KR102149834 B1 KR 102149834B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon carbide
sintered body
porous silicon
carbide sintered
compound
Prior art date
Application number
KR1020180082670A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200008701A (en
Inventor
박상환
윤성일
염미래
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020180082670A priority Critical patent/KR102149834B1/en
Publication of KR20200008701A publication Critical patent/KR20200008701A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102149834B1 publication Critical patent/KR102149834B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/06Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by burning-out added substances by burning natural expanding materials or by sublimating or melting out added substances
    • C04B38/0695Physical aspects of the porous material obtained
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/624Sol-gel processing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6261Milling
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625Wet mixtures
    • C04B35/62635Mixing details
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422Carbon
    • C04B2235/424Carbon black
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/604Pressing at temperatures other than sintering temperatures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658Atmosphere during thermal treatment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 열 탄소 환원 공정에 의한 탄화규소 소결체 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액상의 규소화합물과 탄소화합물 및 열탄소 환원반응을 촉진시키기 위한 금속 화합물을 출발 원료로 하여 졸-겔 공정을 통해 금속 화합물이 첨가된 이산화규소 및 탄소 복합체 분말을 제조한 후 상기의 이산화규소-탄소 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조한 후 일정한 온도에서 열처리하여 열 탄소환원 반응으로 탄화규소를 합성하면서 메조 크기의 미세 기공이 균일하게 분포되어 있고 기계적 강도가 우수한 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process, and more particularly, a sol-gel process using a liquid silicon compound and a carbon compound as a starting material and a metal compound for accelerating the thermal carbon reduction reaction. After preparing silicon dioxide and carbon composite powder to which a metal compound is added, a molded body is prepared using the silicon dioxide-carbon composite powder, and then heat-treated at a constant temperature to synthesize silicon carbide through thermal carbon reduction reaction. The present invention relates to a method for producing a porous silicon carbide sintered body in which micropores are uniformly distributed and excellent in mechanical strength.

Description

열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING OF A POROUS SILICON CARBIDE SINTERED BODY BY CARBOTHERMAL REDUCTION PROCESS}Manufacturing method of porous silicon carbide sintered body by thermal carbon reduction process {A METHOD FOR MANUFACTURING OF A POROUS SILICON CARBIDE SINTERED BODY BY CARBOTHERMAL REDUCTION PROCESS}

본 발명은 열 탄소 환원 공정에 의한 다공성 탄화규소 소결체의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 다공성 탄화규소 소결체를 제조하기 위한 열처리온도를 낮추는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process, and more particularly, to a method of lowering a heat treatment temperature for manufacturing a porous silicon carbide sintered body.

탄화규소는 내마모성, 내열 충격성, 우수한 열전도성 및 내부식/내화학 특성 등 우수한 특성을 갖고 있으며, 다공질 소재로서의 탄화규소 다공체는 그 기공 크기에 따라 촉매담체, 수질 및 분진 필터 소재, 흡착재, 단열소재, 기체상 분리 소재, 인공 생체 소재 및 충격 흡수 소재 등 다양한 산업 분야에서 핵심 소재로 폭 넓게 사용되고 있으며, 최근에는 고온 안정성, 내화학 특성, 고온 기계적 특성 등이 요구되는 반도체, 화학, 환경 및 에너지 산업에서 적용 범위가 크게 증가되고 있다.Silicon carbide has excellent properties such as abrasion resistance, thermal shock resistance, excellent thermal conductivity, and corrosion/chemical resistance.Silicone carbide porous material as a porous material is a catalyst carrier, water quality and dust filter material, adsorbent material, insulating material depending on the pore size. , Gas phase separation materials, artificial biomaterials, and shock absorbing materials.It is widely used as a core material in various industries, and recently, semiconductor, chemical, environmental and energy industries that require high temperature stability, chemical resistance, and high temperature mechanical properties. The range of applications is increasing significantly.

이제까지 마이크로 또는 메조 크기의 기공을 갖는 다공성 탄화규소의 제조 기술은 대부분 촉매 담체로 사용하기 위하여 다공질 탄화규소 분말 형태로 제조하는 것이 보고되고 있으나, 우수한 기계적 강도를 갖는 메조 기공 탄화규소 소결체를 제조하는 기술은 보고된 바가 극히 적다.Until now, the production technology of porous silicon carbide having micro- or mesoporous pores has been reported to be manufactured in the form of porous silicon carbide powder for use as a catalyst carrier, but a technology for manufacturing a mesoporous silicon carbide sintered body having excellent mechanical strength Is reported very little.

M.I. Ledoux 및 Vix-Guterl의 연구결과에 따르면 나노미터 크기의 기공을 갖는 이산화규소에 액상의 카본 원료를 첨가하여 열 탄소 환원 방법 또는 나노 기공 카본 템플릿을 사용하여 기상의 규소와 반응시켜 비표면적이 170 m2/g인 마이크로 또는 메조 크기의 기공을 갖는 탄화규소 분말을 제조하였으나, 해당 기술은 고가의 출발 원료를 사용하여 경제성이 떨어지며 일정한 형상의 탄화규소 다공질 구조체를 만드는 방법에 대한 기술은 제시되지 않았다. According to the research results of MI Ledoux and Vix-Guterl, a liquid carbon raw material was added to silicon dioxide having nanometer-sized pores and reacted with gaseous silicon using a thermal carbon reduction method or a nanoporous carbon template, resulting in a specific surface area of 170. A silicon carbide powder having micro- or meso-sized pores of m 2 /g was prepared, but the technology was not economically feasible using expensive starting materials, and no technology was proposed for a method of making a porous silicon carbide structure of a certain shape. .

X-Y GUO의 및 E.P Simonenko의 발표에 따르면 페놀 레진과 tetraethyl orthosilicate등을 사용하여 졸 겔 공정으로 이산화규소-탄소 젤을 제조한 후 진공 또는 불활성 분위기하에서 열처리 또는 SPS(Spark plasma sintering) 공정을 통해 수 나노 미터의 기공 크기를 갖고 비표면적이 최고 200 m2/g 및 110 m2/g인 탄화규소 다공체 분말의 합성 기술이 보고되었다.According to XY GUO's and EP Simonenko's presentations, silicon dioxide-carbon gels are prepared by a sol-gel process using phenol resin and tetraethyl orthosilicate, and then heat treated under vacuum or inert atmosphere or through SPS (spark plasma sintering) process. A synthesis technique of a porous silicon carbide powder having a pore size of metric and a specific surface area of up to 200 m 2 /g and 110 m 2 /g has been reported.

또한 US 7,910,082에서는 페놀수지 및 TEOS(tetraethyl-orthosilicate)를 사용하여 제조된 전구체를 사용하여 비표면적이 400~900 m2/g이고 평균 기공크기가 6nm이하인 마이크로 기공 다공성 탄화규소 분말을 제조하는 기술이 보고되었으며, CN 001401564 A는 전이 금속염, 에틸 실리케이트 (또는 메틸 또는 프로필 실리케이트) 및 무기산의 염을 첨가하여 용매에 페놀 수지를 용해시킨 다음, 실리케이트를 가수 분해 및 가교화한 후 건조시켜 1200 ~ 1400℃의 온도에서 5 시간 ~ 24 시간 열처리하여 비표면적이 60 ~ 120 m2/g 이고 기공 크기가 3 ~ 50 nm 인 메조 기공 다공성 탄화규소 분말을 제조하는 기술을 보고되었다. 이제까지 개발된 높은 비표면적으로 촉매 담체로 사용할 수 있는 마이크로 또는 메조기공 탄화규소 다공체 기술은 대부분 다공질 탄화규소 분말 형태 제조기술로 국한되어 있다.In addition, in US 7,910,082, a technology for manufacturing microporous porous silicon carbide powder with a specific surface area of 400 to 900 m 2 /g and an average pore size of 6 nm or less using a precursor manufactured using a phenol resin and TEOS (tetraethyl-orthosilicate) It has been reported, CN 001401564 A is obtained by dissolving a phenol resin in a solvent by adding a transition metal salt, ethyl silicate (or methyl or propyl silicate) and a salt of an inorganic acid, and then hydrolyzing and crosslinking the silicate and drying it at 1200 ~ 1400℃ A technique for preparing a mesoporous porous silicon carbide powder having a specific surface area of 60 to 120 m 2 /g and a pore size of 3 to 50 nm by heat treatment at a temperature of 5 to 24 hours has been reported. The micro or mesoporous silicon carbide porous material technology that can be used as a catalyst carrier with a high specific surface area developed so far is mostly limited to a porous silicon carbide powder type manufacturing technology.

WO2014/207096 A1에서는 일정 형상을 갖는 메조 크기 기공을 다공성 탄화규소 구조체로 이루어진 촉매 담체 제조 기술이 보고하였다. 이 특허에서는 메조기공 크기를 갖는 탄소 구조를 만들기 위하여 페놀레진 등의 유기 탄소 화합물을 주 원료로 하고, 이를 규소 분말과 혼합하여 성형체를 제조 후 적절한 조건 및 분위기 하에서 열처리 등을 수행하여 탄소와 규소 직접반응에 의해 탄화규소를 합성시켜 메조 기공을 갖는 다공성 탄화규소 구조체를 제조하였다. 제시된 발명에서는 탄소 와 규소 사이의 직접반응으로 일정형상을 갖는 메조-매크로 기공 탄화규소 다공체의 제조공정을 제시하였으나 반응공정에서 잔류가 가능한 규소를 제어하기 위해서 공정의 정밀 제어가 요구되며 제조된 다공질 탄화규소 구조체의 기계적 특성은 제시되지 않았다. In WO2014/207096 A1, a technology for producing a catalyst carrier composed of a porous silicon carbide structure with mesoporous pores having a certain shape has been reported. In this patent, an organic carbon compound such as phenol resin is used as the main raw material to make a carbon structure having a mesoporous size, and a molded body is prepared by mixing it with silicon powder, and then heat treatment is performed under appropriate conditions and atmosphere to direct carbon and silicon. Silicon carbide was synthesized by reaction to prepare a porous silicon carbide structure having mesopores. In the present invention, a manufacturing process of a meso-macroporous silicon carbide porous body having a certain shape through a direct reaction between carbon and silicon was proposed, but precise control of the process is required to control the remaining silicon in the reaction process. The mechanical properties of the silicon structure were not shown.

이와 같이 기존의 높은 비표면적을 갖고 마이크로 또는 메조 기공을 갖는 다공질 탄화규소 제조 기술은 대부분 다공질 탄화규소 분말 형태로 제조기술 개발이 이루어지고 있기 때문에 개발된 높은 비표면적을 갖는 다공질 탄화규소의 적용은 일반적인 촉매 담체로 한정되어 있으며, 다공질 탄화규소 분말을 반응조 내에 촉매 담체로 적용할 때 반응조에 충진되는 다공질 탄화규소 분말 입자 사이에 형성되는 에어포켓(공극)때문에 다공질 탄화규소가 우수한 열전도도 특성을 갖고 있지만 반응조에서 촉매 반응으로 발생되는 열을 효과적으로 전달할 수 없다. 또한, 다공질 탄화규소 분말은 다양한 조건하에서 촉매 담체로 사용하는데 있어 많은 어려움이 있을 것으로 판단된다. 따라서, 비표면적이 높은 다공질 탄화규소 다공체의 적용확대를 위해서는 높은 강도를 갖고 일정 형상을 갖는 다공질 탄화규소 소결체의 경제성이 높은 제조기술 개발이 요구되고 있다. As described above, since most of the manufacturing technology for manufacturing porous silicon carbide having a high specific surface area and micro or mesopores is in the form of porous silicon carbide powder, the application of the developed porous silicon carbide having a high specific surface area is common. It is limited to a catalyst carrier, and when porous silicon carbide powder is applied as a catalyst carrier in a reaction tank, porous silicon carbide has excellent thermal conductivity characteristics because of the air pockets (voids) formed between the porous silicon carbide powder particles filled in the reaction tank. Heat generated by catalytic reaction in the reaction tank cannot be effectively transferred. In addition, it is believed that the porous silicon carbide powder will have many difficulties in using it as a catalyst carrier under various conditions. Accordingly, in order to expand the application of a porous silicon carbide porous body having a high specific surface area, there is a demand for the development of an economical manufacturing technology for a porous silicon carbide sintered body having a high strength and a certain shape.

1. US 7,910,0821.US 7,910,082 2. CN 001401564A2.CN 001401564A 3. WO2014/207096A13. WO2014/207096A1

1. M.I.Ledoux et al, J.Catal.114 (1988) 1761.M.I.Ledoux et al, J. Catal. 114 (1988) 176 2. Vix-Guterl et al. J. European Ceram. SoC.,19 (1999) 4272. Vix-Guterl et al. J. European Ceram. SoC., 19 (1999) 427 3. E.P. Simonenko, J. Sol-Gel Sci. Technol, (2017) 82:748-7593. E.P. Simonenko, J. Sol-Gel Sci. Technol, (2017) 82:748-759

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above.

본 발명은 비표면적 및 기공율이 높고 강도가 우수한 일정 형상의 다공질 탄화규소소결체를 경제성이 높게 제조하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to produce a porous silicon carbide sintered body having a high specific surface area and a high porosity and excellent strength and high economic efficiency.

즉, 출발 원료를 액상의 규소원과 액상의 탄소원을 사용함으로써 출발 원료를 균질하게 혼합하고 금속 촉매를 첨가하여 출발원료간의 반응성을 증대시켜 열 탄소 환원 공정의 온도 및 시간을 감소시켜 공정 비용을 절감해주는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In other words, by using a liquid silicon source and a liquid carbon source as the starting materials, the starting materials are homogeneously mixed and a metal catalyst is added to increase the reactivity between the starting materials, thereby reducing the temperature and time of the thermal carbon reduction process, thereby reducing the process cost. It aims to provide a way to do it.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above. The object of the present invention will become more apparent from the following description, and will be realized by the means described in the claims and combinations thereof.

본 발명에 따른 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 방법에 있어서, 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물 및 금속 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조한 뒤, 겔화시켜 금속 화합물이 첨가된 겔화 조성물을 제조하는 단계; 상기 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계; 상기 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계; 상기 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계; 상기 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계; 상기 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계; 및 상기 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계; 를 포함한다.In the method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body according to the present invention, the method comprising: preparing a mixture by mixing a liquid silicon compound, a liquid carbon compound, and a metal compound, and then gelling to prepare a gelling composition to which a metal compound is added; Drying the gelling composition to prepare a cured gel; First pulverizing the cured gel to obtain a gel powder; First heat-treating the gel powder to prepare a silicon dioxide-carbon composite; Secondary pulverization of the silicon dioxide-carbon composite to prepare a composite powder; Manufacturing a molded body using the composite powder; And secondary heat treatment of the formed body to produce a porous silicon carbide sintered body. Includes.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 겔화 조성물은 액상의 규소화합물 및 액상의 탄소화합물과 미량의 금속 화합물이 첨가된 혼합물에 촉매제를 첨가하여 제조될 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gelling composition may be prepared by adding a catalyst to a mixture in which a liquid silicon compound and a liquid carbon compound and a trace amount of a metal compound are added.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 촉매제는 질산, 염산, 옥살산, 말레익 산, 아크릴 산, 초산, 톨루엔 설퍼닉 산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 산(acid); 암모니아수, 헥사메틸렌 테트라아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 염기(base); 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the catalyst is an acid selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, maleic acid, acrylic acid, acetic acid, toluene sulfuric acid, and mixtures thereof; A base selected from the group consisting of aqueous ammonia, hexamethylene tetraamine, and mixtures thereof; And it may be one selected from the group consisting of a mixture thereof.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 규소화합물은 실리콘 알콕사이드 및 폴리 에틸실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the liquid silicon compound may be selected from the group consisting of silicon alkoxide, polyethyl silicate, and mixtures thereof.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 탄소화합물은 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매에 고상의 탄소원을 분산시켜 제조될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the liquid carbon compound may be prepared by dispersing a solid carbon source in a solvent selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol (IPA), and mixtures thereof. .

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 고상의 탄소원으로 카본블랙, 카본나노튜브, 페놀 수지, 단당류, 이당류 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the solid carbon source may be selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, phenol resins, monosaccharides, disaccharides, and mixtures thereof.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 금속 화합물로 알칼리 금속, 알칼리 토 금속 및 전이 금속의 질산화물 또는 알칼리 금속, 알칼리 토 금속 및 전이 금속의 탄산화물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 그 양은 1몰의 규소원 대비 0.0001몰 내지 0.05몰 일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of nitrates of alkali metals, alkaline earth metals, and transition metals, or carbonates of alkali metals, alkaline earth metals and transition metals, and the amount is 1 mol It may be 0.0001 mol to 0.05 mol relative to the silicon source of.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 탄소화합물은 상기 용매 30중량% 내지 100중량%; 및 탄소원 70중량% 이내를 포함하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the liquid carbon compound is 30% to 100% by weight of the solvent; And within 70% by weight of a carbon source.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합물은 탄소/규소의 몰비(C/Si)가 1.0 내지 4.0일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the mixture of the liquid silicon compound and the liquid carbon compound may have a carbon/silicon molar ratio (C/Si) of 1.0 to 4.0.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 겔화 조성물을 제조하는 단계에서 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 50RPM 내지 400RPM 의 속도로 20℃ 내지 60℃ 이내의 온도에서 30분 이상 교반하여 혼합할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, in the step of preparing the gelling composition, the liquid silicon compound and the liquid carbon compound are mixed by stirring at a temperature within 20°C to 60°C at a rate of 50RPM to 400RPM for 30 minutes or more. I can.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 경화된 겔을 제조하는 단계에서 겔화 조성물의 건조는 40℃ 내지 150℃ 의 온도에서 2시간 내지 72시간 동안 건조하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, in the step of preparing the cured gel, drying of the gelling composition may be drying at a temperature of 40°C to 150°C for 2 to 72 hours.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 1차 열처리는 상기 경화된 겔 분말을 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 700℃ 내지 1000℃ 의 온도에서 0.5시간 내지 4시간 동안 열처리하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the first heat treatment may be heat treatment of the cured gel powder at a temperature of 700° C. to 1000° C. for 0.5 to 4 hours in an inert or vacuum atmosphere.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 성형체의 제조는 일축 가압성형, 주입성형 및 압출성형 중 선택된 적어도 하나에 의해 이루어지는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the production of the molded body may be performed by at least one selected from uniaxial pressure molding, injection molding, and extrusion molding.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 2차 열처리는 상기 성형체를 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 1050℃ 내지 1300℃ 의 온도에서 1시간 내지 20시간 동안 열처리하는 것일 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the secondary heat treatment may be heat treatment for 1 to 20 hours at a temperature of 1050°C to 1300°C in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 다공질 탄화규소 소결체의 압축 강도는 10Mpa 내지 30Mpa 이며, 기공율은 60% 내지 85% 이고, 비표면적은 50m2/g 내지 130m2/g 인 것일 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the compressive strength of the porous silicon carbide sintered body is 10Mpa to 30Mpa, the porosity is 60% to 85%, and the specific surface area may be 50m 2 /g to 130m 2 /g.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 다공질 탄화규소 소결체의 결정상은 베타상이다.According to another preferred embodiment of the present invention, the crystalline phase of the porous silicon carbide sintered body is a beta phase.

본 발명의 다공질 탄화규소 소결체를 제조하기 위한 제조방법에 의하면 출발원료가 균질하게 혼합될 수 있도록 규소원과 탄소원을 액상으로 혼합한 후 미량의 금속 화합물을 첨가하여 열탄소 환원 반응을 비교적 낮은 온도에서 발생시켜 탄화규소를 합성할 수 있으며, 이로 인해 강도가 우수하며 비표면적이 크고 기공율이 높은 다공질 탄화규소 소결체를 제조할 수 있다.According to the manufacturing method for manufacturing the porous silicon carbide sintered body of the present invention, a silicon source and a carbon source are mixed in a liquid phase so that the starting material can be homogeneously mixed, and then a trace amount of a metal compound is added to perform a thermal carbon reduction reaction at a relatively low temperature. It can be generated to synthesize silicon carbide, thereby producing a porous silicon carbide sintered body having excellent strength, a large specific surface area, and a high porosity.

또한 본 발명의 탄화규소 소결체는 비표면적 및 기공율이 높을 뿐만 아니라 강도가 높고 하나의 구조체로 이루어져 있기 때문에 열발생이 큰 기체 전환 촉매 반응에서도 발생되는 열의 효과적인 열전도를 달성할 수 있기 때문에, 국부 과열에 의한 미세 기공 구조의 파괴를 막을 수 있을 뿐만 아니라 열충격에 의한 촉매 담체의 파괴를 최소화할 수 있다.In addition, since the silicon carbide sintered body of the present invention has high specific surface area and porosity, as well as high strength and consists of a single structure, it is possible to achieve effective thermal conduction of heat generated even in gas-switching catalytic reactions in which heat generation is large. It is possible not only to prevent the destruction of the microporous structure due to, but also to minimize the destruction of the catalyst carrier due to thermal shock.

또한 본 발명의 탄화규소 소결체는 다양한 형태를 갖을 수 있기 때문에 촉매 담체 뿐만 아니라 이물질 제거를 위한 필터 소재로 적용할 수 있다.In addition, since the silicon carbide sintered body of the present invention can have various shapes, it can be applied as a filter material for removing foreign substances as well as a catalyst carrier.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above. It should be understood that the effects of the present invention include all effects that can be inferred from the following description.

도 1은 본 발명에 따른 열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법을 도식화 한 것이다.
도 2은 본 발명에 따른 다공성 탄화규소 소결체의 X선 회절 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 다공성 탄화규소 소결체의 SEM 미세구조를 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram of a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process according to the present invention.
Figure 2 shows the X-ray diffraction pattern of the porous silicon carbide sintered body according to the present invention.
Figure 3 shows the SEM microstructure of the porous silicon carbide sintered body according to the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged than actual for clarity of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being added. Further, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above" but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part such as a layer, a film, a region, or a plate is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where another part is in the middle.

달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.Unless otherwise specified, all numbers, values, and/or expressions expressing quantities of ingredients, reaction conditions, polymer compositions, and formulations used herein are those that occur in obtaining such values, among other things essentially. Since they are approximations that reflect the various uncertainties of the measurement, it should be understood as being modified in all cases by the term "about". In addition, when numerical ranges are disclosed herein, these ranges are continuous and, unless otherwise indicated, include all values from the minimum value of this range to the maximum value including the maximum value. Furthermore, when this range refers to an integer, all integers from the minimum value to the maximum value including the maximum value are included, unless otherwise indicated.

본 명세서에 있어서, 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다.In the present specification, when a range is described for a variable, it will be understood that the variable includes all values within the stated range, including the stated endpoints of the range. For example, a range of "5 to 10" includes values of 5, 6, 7, 8, 9, and 10, as well as any subranges such as 6 to 10, 7 to 10, 6 to 9, 7 to 9, etc. Inclusive, and it will be understood to include any values between integers that are reasonable in the scope of the stated range, such as 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 to 8.5 and 6.5 to 9, and the like. Also, for example, the range of "10% to 30%" is 10% to 15%, 12% to 10%, 11%, 12%, 13%, etc., as well as all integers including up to 30%. It will be understood to include any subranges such as 18%, 20% to 30%, and the like, and include any values between reasonable integers within the scope of the stated range, such as 10.5%, 15.5%, 25.5%, and the like.

본 명세서에 있어서, "구조체" 라는 용어와 "소결체" 라는 용어가 혼용되어 쓰이는 경우가 있다. 이는 동일한 물체를 지칭하는 것으로 사용될 수 있다. 또한 "다공성", "다공체" 및 "다공질" 등으로 표현된 용어들은 동일한 성질을 뜻한다고 볼 수 있다.. 또한 "레진" 과 "수지" 라는 용어가 혼용되어 쓰일 경우 동일한 용어로 이해하면 된다.In the present specification, the terms "structure" and "sintered body" are sometimes used interchangeably. It can be used to refer to the same object. In addition, terms such as "porous", "porous material" and "porous material" can be considered to mean the same properties. In addition, when the terms "resin" and "resin" are used interchangeably, they can be understood as the same terms.

도 1은 본 발명에 따른 열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법을 도식화한 것이다. 이를 참조하면, 상기 제조방법은 출발원료인 액상의 규소화합물 및 액상의 탄소화합물과 금속 화합물을 준비하는 단계(S1), 준비된 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 혼합하고 미량의 금속 화합물과 촉매제를 첨가하여 상기 액상의 규소화합물의 가수분해 반응 및 겔화 반응을 일으킴으로써 미량의 금속 화합물이 첨가된 겔화 조성물을 제조하는 졸-겔 공정의 수행 단계(S2), 제조된 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계(S3), 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계(S4), 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계(S5), 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계(S6), 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계(S7), 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계(S8)를 포함한다.1 is a schematic diagram of a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process according to the present invention. Referring to this, the manufacturing method comprises the step of preparing a liquid silicon compound, a liquid carbon compound, and a metal compound as starting materials (S1), mixing the prepared liquid silicon compound and a liquid carbon compound, and a trace amount of the metal compound and the catalyst. The step of performing a sol-gel process (S2) of preparing a gelling composition to which a trace amount of a metal compound is added by causing a hydrolysis reaction and a gelation reaction of the liquid silicon compound to be added, drying the prepared gelling composition to cure Preparing a gel (S3), obtaining a gel powder by first grinding the cured gel (S4), preparing a silicon dioxide-carbon composite by subjecting the gel powder to a primary heat treatment (S5), silicon dioxide-carbon Secondary pulverization of the composite to prepare a composite powder (S6), the step of manufacturing a molded body using the composite powder (S7), the secondary heat treatment of the molded body to prepare a porous silicon carbide sintered body (S8). .

이하, 각 단계에 대한 공정을 도 1과 함께 상세히 설명한다.Hereinafter, the process for each step will be described in detail together with FIG. 1.

출발원료 준비 단계(S1)는 액상의 규소화합물 및 액상의 탄소화합물과 금속화합물을 준비하는 단계이다.The starting material preparation step (S1) is a step of preparing a liquid silicon compound, a liquid carbon compound, and a metal compound.

본 발명의 액상의 규소화합물로는 실리콘 알콕사이드, 에틸실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The liquid silicon compound of the present invention may be selected from the group consisting of silicon alkoxide, ethyl silicate, and mixtures thereof.

상기 실리콘 알콕사이드는 탄소수 1 내지 8개의 알콕시기를 1 내지 4개 가지고 있는 SiHa(OR)b로 표시되는 화합물(여기서, a=1~3의 정수, b=1~3의 정수, R=알킬기, a+b=4)이 사용될 수 있으며, 이때 H(수소원자) 대신 할로겐족 원소로 치환된 유도체 화합물도 가능하다. 또한, 여기서 상기 R(알킬기)은 메틸, 에틸프로필 또는 부틸기이다.The silicon alkoxide is a compound represented by SiH a (OR) b having 1 to 4 alkoxy groups having 1 to 8 carbon atoms (here, an integer of a=1 to 3, an integer of b=1 to 3, R=alkyl group, a+b=4) may be used, and a derivative compound substituted with a halogen element instead of H (hydrogen atom) may also be used. In addition, wherein R (alkyl group) is a methyl, ethylpropyl or butyl group.

본 발명의 액상의 탄소화합물은 고상의 탄소원을 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매에 분산시켜 제조된 용액을 사용할 수 있다.The liquid carbon compound of the present invention may be a solution prepared by dispersing a solid carbon source in a solvent selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol (IPA), and mixtures thereof.

고상의 탄소원은 액상의 탄소화합물 100중량%를 기준으로 70중량% 이내로 용매에 투입하여 분산시킬 수 있다. 바람직하게 3중량% 내지 70중량% 일 수 있다. 이때 상기 용매는 30중량% 내지 100중량% 이다.The solid carbon source can be dispersed by being added to a solvent within 70% by weight based on 100% by weight of the liquid carbon compound. Preferably it may be 3% by weight to 70% by weight. At this time, the solvent is 30% by weight to 100% by weight.

상기 탄소원을 용매에 분산시키는 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 볼밀링(Ball milling) 공정, 소니케이션(Sonication) 공정 등으로 분산시킬 수 있다. 또한 분산시간도 특별히 제한되지 않고 상기 탄소원이 충분히 고르게 분산될 때 까지 수행할 수 있다.A method of dispersing the carbon source in a solvent is not particularly limited, and may be dispersed by, for example, a ball milling process or a sonication process. In addition, the dispersion time is not particularly limited, and it can be performed until the carbon source is sufficiently evenly dispersed.

상기 탄소원은 카본블랙, 카본나노튜브, 페놀 수지, 단당류, 이당류 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. The carbon source may be selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, phenol resins, monosaccharides, disaccharides, and mixtures thereof.

또한 본 발명에 있어서 용매에 용해가 가능한 고상의 규소원과 고상의 탄소원을 용매에 분산시켜 액상의 혼합 용액을 제조하여 혼합물을 제조할 수 있다. 이는 종래에 알려진 방법으로 구체적인 사항은 생략하도록 하겠다.In addition, in the present invention, a liquid mixture solution may be prepared by dispersing a solid silicon source and a solid carbon source soluble in a solvent in a solvent to prepare a mixture. This is a method known in the art, and details will be omitted.

상기 금속 화합물은 알칼리, 알칼리 토 금속, 전이 금속의 질산화물 및 탄산화물 등으로부터 선택된 적어도 하나에 의해 이루어진 것일 수 있다.The metal compound may be made of at least one selected from alkali, alkaline earth metal, transition metal nitrate and carbonate.

본 발명에서는 상기 탄소원의 조성을 조절하여 다공질 탄화규소 구조체의 비표면적, 압축 강도, 기공율 등을 쉽게 제어할 수 있는바, 이는 실시예를 통해 후술한다.In the present invention, the specific surface area, compressive strength, porosity, and the like of the porous silicon carbide structure can be easily controlled by adjusting the composition of the carbon source, which will be described later through examples.

졸-겔 공정 수행 단계(S2)는 준비된 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 혼합하고 미량의 금속화합물과 촉매제를 첨가하여 상기 액상의 규소화합물의 가수분해 반응 및 겔화 반응을 일으킴으로써 겔화 조성물을 제조하는 단계이다.In the step of performing the sol-gel process (S2), the prepared liquid silicon compound and the liquid carbon compound are mixed, and a trace amount of a metal compound and a catalyst are added to cause a hydrolysis reaction and a gelation reaction of the liquid silicon compound. It is a manufacturing step.

액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합물에서 탄소/규소(C/Si)의 몰 비율은 1.0 내지 4.0 범위 이내인 것이 바람직하다.In the mixture of the liquid silicon compound and the liquid carbon compound, the molar ratio of carbon/silicon (C/Si) is preferably within the range of 1.0 to 4.0.

탄소/규소의 몰 비율이 1.0 미만의 범위에서 탄화규소 합성 시 합성 수율이 급격히 감소하며 탄소/규소의 몰 비율이 4.0을 초과하는 범위에서는 졸-겔 공정 단계에서 겔화 반응 저하 및 탄화규소 소결체의 기계적 강도가 크게 감소된다.When the molar ratio of carbon/silicon is less than 1.0, the synthesis yield decreases rapidly when synthesizing silicon carbide, and when the molar ratio of carbon/silicon exceeds 4.0, the gelation reaction in the sol-gel process step decreases and the mechanical properties of the silicon carbide sintered body The strength is greatly reduced.

또한, 사용되는 액상의 탄소화합물의 양은 열처리 반응 후 잔류하는 탄소량과 액상의 규소화합물 내 규소 원소를 기준으로 하여 사용하는 양을 결정할 수 있다.In addition, the amount of the liquid carbon compound to be used can be determined based on the amount of carbon remaining after the heat treatment reaction and the silicon element in the liquid silicon compound.

본 발명에 따르면, 졸-겔 공정에서 요구되는 고상의 탄소원의 용해에 사용되는 용매의 양은 액상의 규소화합물 내 규소 원자 1몰에 대하여 10몰 이하의 범위에서 사용할 수 있다.According to the present invention, the amount of the solvent used for dissolution of the solid carbon source required in the sol-gel process can be used in the range of 10 moles or less per 1 mole of silicon atoms in the liquid silicon compound.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합은 금속 및 금속 화합물의 유입이 적은 테프론이 코팅된 혼합 장치, 예컨대 테프론 비이커, 테프론이 코팅된 마그네틱 혼합장치, 테프론이 코팅된 집기류, 테프론이 코팅된 임펠러를 이용하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 50RPM 내지 400RPM의 속도로 20℃ 내지 60℃의 온도에서 30분 이상 교반하여 규소화합물과 탄소화합물로 이루어진 겔화 조성물을 제조할 수 있다. 본 발명에서 바람직하게는 30분 내지 10시간 이내로 교반하여 겔화 조성물을 제조한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the mixing of the liquid silicon compound and the liquid carbon compound is a Teflon-coated mixing device with little inflow of metals and metal compounds, such as a Teflon beaker, a Teflon-coated magnetic mixing device, and Teflon. It can be carried out using a coated household air conditioner and a Teflon-coated impeller, preferably by stirring at a temperature of 20°C to 60°C for 30 minutes or more at a rate of 50RPM to 400RPM to prepare a gelling composition consisting of a silicon compound and a carbon compound. can do. In the present invention, it is preferably stirred within 30 minutes to 10 hours to prepare a gelling composition.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 규소원과 탄소원의 화학반응을 촉진하기 위한 촉매제로서 금속 화합물을 첨가될 수 있으며, 금속 화합물로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 전이 금속의 질산화물 또는 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 전이 금속의 탄산화물등으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예시적으로 니켈 또는 크롬의 질산 수화물 등을 규소 원소 1몰 대비 0.05몰 이하로 첨가하여 이산화규소의 열탄소 환원반응을 촉진시켜 상대적으로 낮은 온도에서 다공질 탄화규소 소결체를 제조할 수 있다. 이때 바람직하게는 규소 원소 1몰 대비 0.0001몰 내지 0.01몰로 첨가될 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.001몰 내지 0.01몰 이다.According to a preferred embodiment of the present invention, a metal compound may be added as a catalyst for accelerating a chemical reaction between a silicon source and a carbon source, and the metal compound is an alkali metal, an alkali earth metal, and a nitrate or alkali metal of a transition metal, an alkaline earth metal. And it may be selected from the group consisting of carbonates of transition metals and the like. For example, a nitrate hydrate of nickel or chromium may be added in an amount of 0.05 moles or less relative to 1 mole of silicon element to accelerate the thermal carbon reduction reaction of silicon dioxide, thereby manufacturing a porous silicon carbide sintered body at a relatively low temperature. At this time, preferably, it may be added in an amount of 0.0001 to 0.01 mol relative to 1 mol of silicon element. More preferably, it is 0.001 mol-0.01 mol.

상기와 같이 첨가된 금속 화합물은 제조된 다공질 탄화규소 소결체에 산화물, 탄화물 또는 금속간 화합물로 잔류하는 것이 특징이다.The metal compound added as described above is characterized by remaining as an oxide, carbide, or intermetallic compound in the prepared porous silicon carbide sintered body.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 액상의 규소화합물의 가수 분해 반응과 겔화 반응을 촉진하는 촉매제로서 산 또는 염기를 소정량의 증류수와 혼합하여 수용액으로 만들어 첨가하여 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물이 균일하게 혼합된 겔화 조성물을 제조할 수 있다. 구체적으로 상기 겔화 조성물에 있어서, 상기 액상의 규소화합물은 가수분해 반응 및 겔화 반응이 진행됨에 따라 겔 상태가 되어 일종의 매트릭스의 역할을 수행하고, 상기 액상의 탄소화합물이 이에 고르게 분포된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a liquid silicon compound and a liquid carbon compound are added to form an aqueous solution by mixing an acid or a base with a predetermined amount of distilled water as a catalyst for accelerating the hydrolysis reaction and gelation reaction of a liquid silicon compound. This uniformly mixed gelling composition can be prepared. Specifically, in the gelation composition, the liquid silicon compound becomes a gel state as the hydrolysis reaction and the gelation reaction proceed, and serves as a kind of matrix, and the liquid carbon compound is evenly distributed thereto.

상기 촉매제는 질산, 염산, 옥살산, 말레익 산, 아크릴 산, 초산 및 톨루엔 설퍼닉 산 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 산(acid), 또는 암모니아수 및 헥사메틸렌 테트라아민 중에서 선택된 하나 또는 하나 이상의 염기(base)를 사용할 수 있고, 산 또는 염기는 액상의 규소화합물 내 규소 원소(Si) 대비하여 0.2 몰비 이하, 바람직하기로는 0.001 내지 0.2 몰비 범위로 사용하고, 물은 액상의 규소화합물 내 규소 원소(Si) 대비하여 20 몰비 이하, 바람직하게는 0.1 내지 10 몰비 범위로 사용하여 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물로 이루어진 겔화 조성물을 제조할 수 있다.The catalyst is one or more acids selected from nitric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, maleic acid, acrylic acid, acetic acid and toluene sulfuric acid, or one or more bases selected from aqueous ammonia and hexamethylene tetraamine Can be used, and the acid or base is 0.2 molar ratio or less, preferably in the range of 0.001 to 0.2 molar ratio, relative to the silicon element (Si) in the liquid silicon compound, and water is compared to the silicon element (Si) in the liquid silicon compound. Thus, it is possible to prepare a gelling composition composed of a liquid silicon compound and a liquid carbon compound by using in a molar ratio of 20 or less, preferably 0.1 to 10 molar ratio.

건조 단계(S3)는 제조된 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계이다.The drying step (S3) is a step of preparing a cured gel by drying the prepared gelling composition.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 출발원료로 사용하여 제조된 겔화 조성물을 테프론, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등으로 제작된 용기에 장입하여 40℃ 내지 150℃의 온도에서 1시간 이상, 바람직하게는 2시간 내지 72시간 동안 건조하여 경화된 겔을 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a gelling composition prepared using a liquid silicon compound and a liquid carbon compound as starting materials is charged into a container made of Teflon, polyethylene, polyvinyl chloride, etc. A cured gel may be prepared by drying at a temperature for 1 hour or more, preferably 2 to 72 hours.

1차 분쇄 단계(S4)는 건조 단계에서 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계이다.The first grinding step (S4) is a step of obtaining a gel powder by primary grinding the gel cured in the drying step.

경화된 겔을 1차 분쇄하고, 1mm 이하의 눈금 크기를 갖는 체로 분급하여 규소화합물과 탄소화합물이 균질하게 분포되어 있는 겔 분말을 얻을 수 있다.The cured gel is first pulverized and classified through a sieve having a scale size of 1 mm or less to obtain a gel powder in which a silicon compound and a carbon compound are homogeneously distributed.

1차 열처리 단계(S5)는 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계이다.The first heat treatment step (S5) is a step of preparing a silicon dioxide-carbon composite by subjecting the gel powder to the first heat treatment.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 겔 분말을 예컨대 규소 이외 금속 불순물 함량이 낮은 고순도 쿼츠 도가니 및 고순도 흑연 도가니에 장입 후 질소, 아르곤 및 진공(100 Torr 이하) 분위기 하에서 1℃/min 내지 10℃/min의 승온 속도로 승온하여 700℃ 내지 1000℃ 내의 온도 범위에서 0.5 내지 4시간 동안 1차 열처리를 통해 이산화규소-탄소 복합체를 제조할 수 있다.Under preferred according to the embodiment, the gel powder such as silicon other than the metal impurity content of nitrogen and then charged into a low-purity quartz crucible and a high purity graphite crucible, argon, and vacuum (10 0 Torr or lower) atmosphere of the present invention 1 ℃ / min to 10 ℃ A silicon dioxide-carbon composite can be prepared through the first heat treatment for 0.5 to 4 hours in a temperature range of 700°C to 1000°C by raising the temperature at a heating rate of /min.

2차 분쇄 단계(S6)는 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계이다.The second grinding step (S6) is a step of producing a composite powder by secondary grinding the silicon dioxide-carbon composite.

본 발명에 따르면, 이산화규소-탄소 복합체를 분쇄하여 평균 입도를 감소시키고, 분쇄된 복합체 분말을 분급하여 입도 분포를 조절할 수 있다. 여기서 조절된 평균 입도는 바람직하게는 45㎛ 이하이다.According to the present invention, the average particle size can be reduced by pulverizing the silicon dioxide-carbon composite, and the particle size distribution can be controlled by classifying the pulverized composite powder. The average particle size adjusted here is preferably 45 μm or less.

성형체 제조 단계(S7)는 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계이다.The molded article manufacturing step (S7) is a step of manufacturing a molded article using the composite powder.

본 발명에 따르면, 복합체 분말을 사용하여 통상적인 성형공정으로 일정한 형상의 성형체를 제조할 수 있다.According to the present invention, a molded article having a predetermined shape can be manufactured by a conventional molding process using the composite powder.

상기 성형공정은 일축 가압성형(uniaxial pressing), 주입성형(slip casting) 및 압출성형(extrusion) 등을 포함한다. 각각의 성형방법에서 성형조건은 특별히 한정되지 않는다.The molding process includes uniaxial pressing, slip casting, and extrusion. The molding conditions in each molding method are not particularly limited.

본 발명의 바람직한 구현 예에 따르면, 복합체 분말을 금형몰드에 장입한 후 5MPa 내지 20MPa 내의 압력으로 일축 가압 성형하여 성형체를 제조할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, after the composite powder is charged into a mold, a molded body may be manufactured by uniaxial pressure molding at a pressure within 5 MPa to 20 MPa.

2차 열처리 단계(S8)는 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계이다.The second heat treatment step (S8) is a step of producing a porous silicon carbide sintered body by secondary heat treatment of the molded body.

본 발명에 따르면, 제조된 성형체를 흑연 도가니 또는 알루미나 보트에 장입한 후 알루미나 관상로 또는 흑연 진공로에서 진공(100 Torr 이하) 분위기 또는 불활성 분위기에서 1℃/min 내지 10℃/min의 속도로 승온하여 1050℃ 내지 1250℃의 온도 범위에서 5시간 내지 20시간 동안 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조할 수 있다.According to the present invention, after charging the prepared molded body into a graphite crucible or alumina boat, in a vacuum (10 0 Torr or less) atmosphere or inert atmosphere in an alumina tube furnace or graphite vacuum furnace at a rate of 1°C/min to 10°C/min By raising the temperature, the secondary heat treatment at a temperature range of 1050° C. to 1250° C. for 5 to 20 hours may be performed to prepare a porous silicon carbide sintered body.

여기서 상기 2차 열처리는 열 탄소 환원법(Carbothermal reduction reaction method) 뿐만 아니라 직접 탄화법(Direct carbonization method)으로 이루어질 수 있다.Here, the secondary heat treatment may be performed by a direct carbonization method as well as a carbothermal reduction reaction method.

구체적으로 열 탄소 환원법은 탄소와 혼합한 실리카를 아르곤 분위기에서 열처리하여 탄화규소를 제조하는 방법인데, 열처리 과정 중에 실리카가 탄소와 반응하여 실리카 중의 산소는 일산화탄소(CO) 가스로 형성되어 소실되고 남은 규소는 탄소와 반응하여 탄화규소를 형성하는 방법이다.Specifically, the thermal carbon reduction method is a method of producing silicon carbide by heat-treating silica mixed with carbon in an argon atmosphere, and during the heat treatment process, silica reacts with carbon and oxygen in the silica is formed as carbon monoxide (CO) gas and is lost. Is a method of reacting with carbon to form silicon carbide.

또한 직접 탄화법은 가장 경제적이고 간단하게 β-SiC를 제조할 수 있는 방법이다. 하지만, 일반적으로 Si melting point(1412℃) 보다 낮은 온도에서 반응이 진행되기 때문에 최종 산물에 다량의 미반응 실리카를 함유하고 있다는 단점이 있고, 이로 인해 고순도의 탄화규소 분말을 제조가 어렵다는 단점이 있는 방법이다.In addition, the direct carbonization method is the most economical and simplest method for producing β-SiC. However, in general, since the reaction proceeds at a temperature lower than the Si melting point (1412°C), there is a disadvantage in that the final product contains a large amount of unreacted silica, and it is difficult to manufacture high-purity silicon carbide powder. That's the way.

본 발명에 따라 제조된 다공질 탄화규소 소결체는 10MPa 내지 30MPa의 압축강도, 평균 메조기공크기는 5nm 내지 30nm를 갖고 있으며, 50m2/g 내지 130m2/g의 비표면적 특성을 갖는다.The sintered porous silicon carbide made according to the present invention, the compressive strength and an average mesopore size of 10MPa to 30MPa is having a 5nm to 30nm, and has a specific surface area characteristics of 50m 2 / g to 130m 2 / g.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are only examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

이하 물성은 하기의 방법으로 측정하였다.The following physical properties were measured by the following method.

1) 압축강도: Instron 인장시험기1) Compressive strength: Instron tensile tester

2) 기공율: 아르키메데스법2) Porosity: Archimedes method

3) 비표면적: BET 비표면적 분석3) Specific surface area: BET specific surface area analysis

실시예 1 내지 3Examples 1 to 3

메조 또는 매크로 크기의 기공을 갖는 다공질 탄화규소 소결체를 제조하기 위해, 액상 규소화합물로는 에틸 실리케이트를 사용하였다. 액상 탄소화합물로는 용매인 에탄올에 탄소원인 페놀 수지를 투입한 것을 사용하였으며, 열탄소환원 반응을 촉진하기 위하여 금속 화합물로 질산 크롬을 사용하였다. 이 때, 상기 에탄올의 양은 액상 규소화합물인 에틸 실리케이트 내 규소 원소 1몰 대비 4몰로 사용하였고, 상기 페놀 수지의 양은 액상 규소화합물인 에틸 실리케이트 내 규소 원소 1몰 대비 1.0몰, 1.6몰 및 2.4몰이 되도록 하였으며, 질산 크롬의 양은 질산 크롬 내 크롬 원소는 1몰의 규소 원소 대비 0.001몰이 되도록 하였다.In order to prepare a porous silicon carbide sintered body having meso or macro-sized pores, ethyl silicate was used as the liquid silicon compound. As a liquid carbon compound, a phenol resin as a carbon source was added to ethanol as a solvent, and chromium nitrate was used as a metal compound to promote the thermal carbon reduction reaction. At this time, the amount of ethanol was used in an amount of 4 mol relative to 1 mol of silicon element in ethyl silicate, a liquid silicon compound, and the amount of the phenol resin was 1.0 mol, 1.6 mol, and 2.4 mol relative to 1 mol of silicon element in ethyl silicate, a liquid silicon compound. In addition, the amount of chromium nitrate was 0.001 mol compared to 1 mol of silicon element in chromium nitrate.

(실시예1의 C/Si=1.0, 실시예2의 C/Si=1.6, 실시예3의 C/Si=2.4)(C/Si=1.0 in Example 1, C/Si=1.6 in Example 2, C/Si=2.4 in Example 3)

그리고 에틸 실리케이트를 1몰을 첨가시킨 후 상온에서 300RPM의 속도로 교반하여 복합 졸을 제조하였다.And after adding 1 mol of ethyl silicate, the mixture was stirred at room temperature at a rate of 300 RPM to prepare a composite sol.

제조된 복합 졸에 규소 원소 대비 20몰의 증류수와 0.001몰의 질산을 첨가한 후 2시간 동안 교반시킨 후 에틸 실리케이트의 가수분해가 완료된 졸에 0.003몰의 암모니아 용액을 첨가하여 겔화 조성물을 제조하였다. 상기 제조된 겔화 조성물을 80℃에서 건조 후 분쇄하여 겔 분말을 제조하였다.After adding 20 mol of distilled water and 0.001 mol of nitric acid relative to the silicon element to the prepared composite sol, the mixture was stirred for 2 hours, and then 0.003 mol of ammonia solution was added to the sol in which the hydrolysis of ethyl silicate was completed to prepare a gelling composition. The prepared gelling composition was dried at 80° C. and then pulverized to prepare a gel powder.

상기 겔 분말을 쿼츠 도가니에 넣고 쿼츠 관상로에 장입시킨 후 질소 가스 분위기 하에서 5℃/min 속도로 승온하여 900℃에서 3시간 동안 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하였다. 제조된 이산화규소-탄소 복합체를 플레네터리 믹서를 사용하여 2시간 동안 분쇄하였으며 체눈의 크기가 32um인 거름체를 이용하여 분급된 복합체 분말을 제조하였다.The gel powder was placed in a quartz crucible and charged in a quartz tube furnace, and then heated at a rate of 5°C/min under a nitrogen gas atmosphere, and subjected to primary heat treatment at 900°C for 3 hours to prepare a silicon dioxide-carbon composite. The prepared silicon dioxide-carbon composite was pulverized for 2 hours using a planetary mixer, and a classified composite powder was prepared using a sieve having a size of 32 μm.

분급된 복합체 분말을 금형 몰드에 장입한 후 5Mpa의 압력으로 일축가압 성형하였으며, 제조된 성형체는 흑연 도가니에 넣고 흑연 진공로에 장입하였다. 진공분위기에서 10℃/min의 속도로 승온하여 1200℃에서 5시간 동안 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하였으며 공기 중에서 600℃의 온도에서 2시간 동안 열처리하여 잔류탄소를 제거하였다.The classified composite powder was charged into a mold and then uniaxially press-molded at a pressure of 5 MPa, and the prepared molded body was placed in a graphite crucible and charged into a graphite vacuum furnace. A porous silicon carbide sintered body was prepared by heating at a rate of 10° C./min in a vacuum atmosphere and secondary heat treatment at 1200° C. for 5 hours, and the residual carbon was removed by heat treatment at 600° C. in air for 2 hours.

상기 실시예 1∼ 3에서 제조한 다공성 탄화규소 구조체의 기공 및 기계적 특성은 하기 (표 1)에 정리하여 나타냈다.The porosity and mechanical properties of the porous silicon carbide structures prepared in Examples 1 to 3 are summarized in Table 1 below.

구 분division 실시예Example 1One 22 33 출발원료Starting material 탄소원Carbon source 페놀레진Phenol resin 페놀레진Phenol resin 페놀레진Phenol resin 규소원Silicon source 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate Cr/Si(몰비)Cr/Si (molar ratio) 0.0010.001 0.0010.001 0.0010.001 C/Si(몰비)C/Si (molar ratio) 1.01.0 1.61.6 2.42.4 1차 열처리온도/ 시간1st heat treatment temperature/time 900℃/3시간900℃/3 hours 2차 열처리 온도/ 시간2nd heat treatment temperature/time 1200℃/5시간1200℃/5 hours SiC 소결체SiC sintered body 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 /g) 5353 6464 7676 강도(MPa)Strength (MPa) 2323 1616 77 평균 기공 크기(nm)Average pore size (nm) 1111 1313 1818 기공율(%)Porosity (%) 7575 7878 8080

표 1에 의하면, 상기와 같은 방법으로 제조된 다공질 탄화규소 소결체의 압축강도는 출발원료 내 규소대비 탄소의 몰 비율이 1.0, 1.6 및 2.3으로 증가함에 따라 23MPa에서 7MPa로 감소하였으며 겉보기 기공율과 비표면적은 75 내지 80% 및 53 내지 76m2/g 으로 증가하였다.According to Table 1, the compressive strength of the porous silicon carbide sintered body manufactured by the above method decreased from 23 MPa to 7 MPa as the molar ratio of carbon to silicon in the starting material increased to 1.0, 1.6 and 2.3, and apparent porosity and specific surface area. Increased to 75 to 80% and 53 to 76 m 2 /g.

또한 상기 실시예2 및 3의 다공성 탄화규소 소결체에 대한 X-선 회절 분석을 수행하였고, 그 결과를 도 2에 나타냈다. 이를 참조하면, 상기 다공성 탄화규소 소결체가 베타상 탄화규소임을 알 수 있으며, 첨가된 금속 화합물은 양이 적기 때문에 X-선 회절 패턴 분석에서는 확인되지 않았다.In addition, X-ray diffraction analysis was performed on the porous silicon carbide sintered bodies of Examples 2 and 3, and the results are shown in FIG. 2. Referring to this, it can be seen that the porous silicon carbide sintered body is a beta-phase silicon carbide, and since the amount of the added metal compound is small, it was not confirmed in the X-ray diffraction pattern analysis.

또한 상기 실시예3의 다공성 탄화규소 소결체를 x100,000의 배율로 관찰한 SEM 이미지를 도 3에 나타냈다. 이를 참조하면, 상기 실시예3에 따라 제조된 다공성 탄화규소 소결체는 고르게 분포된 메조 기공을 포함하고 있음을 알 수 있다.In addition, an SEM image of the porous silicon carbide sintered body of Example 3 observed at a magnification of x100,000 is shown in FIG. 3. Referring to this, it can be seen that the porous silicon carbide sintered body manufactured according to Example 3 contains evenly distributed mesopores.

실시예 4 내지 6Examples 4 to 6

실시예 3과 동일하게 실시하되, 규소 원소 대비 탄소의 몰 비율은 2.4으로 고정하였으며, 성형체의 2차 열처리는 아르곤 분위기에서 각각 1050℃, 1200℃, 1250℃로 10℃/min의 속도로 승온하여 10시간 동안 진행하였다.Conducted in the same manner as in Example 3, but the molar ratio of carbon to silicon element was fixed to 2.4, and the secondary heat treatment of the molded body was heated at a rate of 10°C/min to 1050°C, 1200°C, and 1250°C in an argon atmosphere, respectively. It proceeded for 10 hours.

상기 실시예 4∼ 6에서 제조한 다공성 탄화규소 소결체의 기공 및 기계적 특성은 하기 표 2에 정리하여 나타냈다.The porosity and mechanical properties of the porous silicon carbide sintered body prepared in Examples 4 to 6 are summarized in Table 2 below.

구 분division 실시예Example 44 55 66 출발원료Starting material 탄소원Carbon source 페놀레진Phenol resin 페놀레진Phenol resin 페놀레진Phenol resin 규소원Silicon source 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate 에틸 실리케이트Ethyl silicate Cr/Si(몰비)Cr/Si (molar ratio) 0.0010.001 0.0010.001 0.0010.001 C/Si(몰비)C/Si (molar ratio) 2.42.4 2.42.4 2.42.4 1차 열처리온도/ 시간1st heat treatment temperature/time 900℃/3시간900℃/3 hours 2차 열처리 온도/ 시간2nd heat treatment temperature/time 1050℃/10시간1050℃/10 hours 1200℃/10시간1200℃/10 hours 1250℃/10시간1250℃/10 hours SiC 소결체SiC sintered body 비표면적(m2/g)Specific surface area (m 2 /g) 9393 7676 5151 평균 기공 크기(nm)Average pore size (nm) 77 1818 2828 강도(MPa)Strength (MPa) 88 1818 2323 기공율(%)Porosity (%) 7878 7878 7878

표 2에 의하면, 상기와 같은 방법으로 제조된 다공질 탄화규소 소결체의 압축강도는 2차 열처리 온도가 1175℃에서 1250℃로 증가함에 따라 14MPa 에서 23MPa로 증가하였으며, 비표면적은 93m2/g 에서 51m2/g로 감소하였고, 메조 기공 크기는 7nm 에서 28nm로 변화하였으나 기공율은 78%에서 큰 변화가 없었다.According to Table 2, the compressive strength of the porous silicon carbide sintered body manufactured by the above method increased from 14 MPa to 23 MPa as the secondary heat treatment temperature increased from 1175°C to 1250°C, and the specific surface area was 93m 2 /g to 51m It decreased to 2 /g, and the mesopore size changed from 7nm to 28nm, but the porosity did not change significantly at 78%.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. As described above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand that there is. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.

각 출발 원료를 액상으로 균질하게 혼합함에 따라 다공질 탄화규소의 합성 및 소결 온도를 낮출 수 있으며 본 발명에서 개발된 다공질 탄화규소 소결체는 열전도도가 높고 기계적 특성이 우수하며 비표면적 및 기공율이 높기 때문에 메탄올 제조공정 및 합성가스를 제조하기 위하여 열발생이 높은 메탄의 직접 촉매활성 부분 산화 공정 또는 메탄의 이산화탄소 촉매개질 방법이 사용되고 있는 화학산업에 촉매 효율 향상 및 촉매 담체의 내구성 및 신뢰성 확보할 수 있기 때문에 적용할 수 있다.By homogeneously mixing each starting material in a liquid phase, the synthesis and sintering temperature of porous silicon carbide can be lowered, and the porous silicon carbide sintered body developed in the present invention has high thermal conductivity, excellent mechanical properties, and high specific surface area and porosity. It is applied to the chemical industry in which the direct catalytically active partial oxidation process of methane with high heat generation or the catalytic reforming of carbon dioxide of methane is used to manufacture the manufacturing process and synthesis gas, because it can improve catalyst efficiency and ensure durability and reliability of the catalyst carrier. can do.

또한 개발된 다공질 탄화규소 소결체는 일정 형상을 갖고 기계적 특성이 우수하고 메조 크기 기공구조를 갖고 있기 때문에 산화물계 필터가 사용될 수 없는 폐수 처리용 필터 소재로 활용할 수 있음.In addition, the developed porous silicon carbide sintered body has a certain shape, has excellent mechanical properties, and has a meso-sized pore structure, so it can be used as a filter material for wastewater treatment where an oxide-based filter cannot be used.

Claims (16)

액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물 및 금속 화합물을 혼합하여 혼합물을 제조한 뒤, 겔화시켜 겔화 조성물을 제조하는 단계;
상기 겔화 조성물을 건조시켜 경화된 겔을 제조하는 단계;
상기 경화된 겔을 1차 분쇄하여 겔 분말을 얻는 단계;
상기 겔 분말을 1차 열처리하여 이산화규소-탄소 복합체를 제조하는 단계;
상기 이산화규소-탄소 복합체를 2차 분쇄하여 복합체 분말을 제조하는 단계;
상기 복합체 분말을 사용하여 성형체를 제조하는 단계; 및
상기 성형체를 2차 열처리하여 다공질 탄화규소 소결체를 제조하는 단계; 를 포함하고,
상기 액상의 탄소화합물은 용매 및 고상의 탄소원을 포함하고,
상기 금속 화합물은 니켈 또는 크롬의 질산 수화물을 포함하고,
상기 1차 열처리는 상기 경화된 겔 분말을 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 700℃ 내지 1000℃의 온도에서 열처리하는 것인 열 탄소 환원 공정에 의한 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
Preparing a mixture by mixing a liquid silicon compound, a liquid carbon compound, and a metal compound, and then gelling to prepare a gelling composition;
Drying the gelling composition to prepare a cured gel;
First pulverizing the cured gel to obtain a gel powder;
First heat-treating the gel powder to prepare a silicon dioxide-carbon composite;
Secondary pulverization of the silicon dioxide-carbon composite to prepare a composite powder;
Manufacturing a molded body using the composite powder; And
Preparing a porous silicon carbide sintered body by secondary heat treatment of the formed body; Including,
The liquid carbon compound includes a solvent and a solid carbon source,
The metal compound includes a nitrate hydrate of nickel or chromium,
The first heat treatment is a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body by a thermal carbon reduction process, wherein the cured gel powder is heat treated at a temperature of 700° C. to 1000° C. in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 겔화 조성물은 액상의 규소화합물, 액상의 탄소화합물 및 금속 화합물의 혼합물에 촉매제를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The gelling composition is a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body, characterized in that it is prepared by adding a catalyst to a mixture of a liquid silicon compound, a liquid carbon compound, and a metal compound.
제2항에 있어서,
상기 촉매제는 질산, 염산, 옥살산, 말레익 산, 아크릴 산, 초산, 톨루엔 설퍼닉 산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 산(acid);
암모니아수, 헥사메틸렌 테트라아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 염기(base); 및
이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 2,
The catalyst is an acid selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, oxalic acid, maleic acid, acrylic acid, acetic acid, toluene sulfuric acid, and mixtures thereof;
A base selected from the group consisting of aqueous ammonia, hexamethylene tetraamine, and mixtures thereof; And
Method for producing a porous silicon carbide sintered body, characterized in that selected from the group consisting of a mixture thereof.
제1항에 있어서,
상기 액상의 규소화합물은 실리콘 알콕사이드 및 폴리 에틸실리케이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The liquid silicon compound is a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body selected from the group consisting of silicon alkoxide, polyethyl silicate, and mixtures thereof.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 액상의 탄소화합물은 에탄올, 메탄올, 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 용매에 고상의 탄소원을 분산시켜 제조된 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The liquid carbon compound is prepared by dispersing a solid carbon source in a solvent selected from the group consisting of ethanol, methanol, isopropyl alcohol (IPA), and mixtures thereof.
제6항에 있어서,
상기 고상의 탄소원으로 카본블랙, 카본나노튜브, 페놀 수지, 단당류, 이당류 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 6,
A method for producing a porous silicon carbide sintered body selected from the group consisting of carbon black, carbon nanotubes, phenol resins, monosaccharides, disaccharides, and mixtures thereof as the solid carbon source.
제6항에 있어서,
상기 액상의 탄소화합물은 상기 용매 30중량% 내지 100중량%; 및 탄소원 70중량% 이내를 포함하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 6,
The liquid carbon compound is 30% to 100% by weight of the solvent; And a method for producing a porous silicon carbide sintered body containing within 70% by weight of a carbon source.
제1항에 있어서,
상기 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물의 혼합물은 탄소/규소의 몰비(C/Si)가 1.0 내지 4.0인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The mixture of the liquid silicon compound and the liquid carbon compound has a carbon/silicon molar ratio (C/Si) of 1.0 to 4.0. A method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body.
제1항에 있어서,
상기 겔화 조성물을 제조하는 단계에서 액상의 규소화합물과 액상의 탄소화합물을 50RPM 내지 400RPM 의 속도로 20℃ 내지 60℃ 이내의 온도에서 30분 이상 교반하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of preparing the gelling composition, the liquid silicon compound and the liquid carbon compound are stirred and mixed at a temperature within 20°C to 60°C at a rate of 50 to 400 RPM for 30 minutes or more.Preparation of a porous silicon carbide sintered body Way.
제1항에 있어서,
상기 경화된 겔을 제조하는 단계에서 겔화 조성물의 건조는 40℃ 내지 150℃ 의 온도에서 2시간 내지 72시간 동안 건조하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of preparing the cured gel, the drying of the gelling composition is performed at a temperature of 40°C to 150°C for 2 to 72 hours.
제1항에 있어서,
상기 1차 열처리는 상기 경화된 겔 분말을 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 0.5시간 내지 4시간 동안 열처리하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The first heat treatment is a method of producing a porous silicon carbide sintered body by heat-treating the cured gel powder for 0.5 to 4 hours in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 성형체의 제조는 일축 가압성형, 주입성형 및 압출성형 중 선택된 적어도 하나에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The manufacturing method of the porous silicon carbide sintered body, characterized in that the production of the molded body is made by at least one selected from uniaxial pressure molding, injection molding, and extrusion molding.
제1항에 있어서,
상기 2차 열처리는 상기 성형체를 불활성 분위기 또는 진공 분위기하에서 1050℃ 내지 1300℃ 의 온도에서 1시간 내지 20시간 동안 열처리하는 것인 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The secondary heat treatment is a method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body by heat-treating the formed body at a temperature of 1050° C. to 1300° C. for 1 hour to 20 hours in an inert atmosphere or a vacuum atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 다공질 탄화규소 소결체의 압축 강도는 10Mpa 내지 30Mpa 이며, 기공율은 60% 내지 85% 이고, 비표면적은 50m2/g 내지 130m2/g 인 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The porous silicon carbide sintered body has a compressive strength of 10Mpa to 30Mpa, a porosity of 60% to 85%, and a specific surface area of 50m 2 /g to 130m 2 /g.The method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 다공질 탄화규소 소결체의 결정상은 베타상인 것을 특징으로 하는 다공질 탄화규소 소결체의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a porous silicon carbide sintered body, characterized in that the crystal phase of the porous silicon carbide sintered body is a beta phase.
KR1020180082670A 2018-07-17 2018-07-17 A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process KR102149834B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180082670A KR102149834B1 (en) 2018-07-17 2018-07-17 A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180082670A KR102149834B1 (en) 2018-07-17 2018-07-17 A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200008701A KR20200008701A (en) 2020-01-29
KR102149834B1 true KR102149834B1 (en) 2020-09-01

Family

ID=69322283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180082670A KR102149834B1 (en) 2018-07-17 2018-07-17 A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102149834B1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113666375B (en) * 2021-09-06 2023-10-27 常州大学 Green preparation method of beta-silicon carbide with high specific surface area
KR102592250B1 (en) * 2021-11-01 2023-10-19 인천대학교 산학협력단 Fine aggregate impregnated with phase change material coated by sol-gel method, manufacturing method thereof and CFT using the fine aggregate
KR102585106B1 (en) * 2022-10-04 2023-10-10 한국건설기술연구원 Artificial Aggregate Manufactured by Recycled Material

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101678622B1 (en) * 2015-09-21 2016-11-23 한국과학기술연구원 - - A porous composite of silicon dioxide-carbon and a method for preparing granules of -phase silicon carbide powder with a high purity by using it

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1169713C (en) 2002-08-19 2004-10-06 中国科学院山西煤炭化学研究所 Mesoporous silicon carbide material and mfg. method thereof
US7910082B2 (en) 2008-08-13 2011-03-22 Corning Incorporated Synthesis of ordered mesoporous carbon-silicon nanocomposites
KR101084711B1 (en) * 2009-04-21 2011-11-22 한국과학기술연구원 A method for manufacturing SiC micro-powder with high purity at low temperature
WO2014207096A1 (en) 2013-06-27 2014-12-31 Sicat Method for manufacturing shaped beta-sic mesoporous products and products obtained by this method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101678622B1 (en) * 2015-09-21 2016-11-23 한국과학기술연구원 - - A porous composite of silicon dioxide-carbon and a method for preparing granules of -phase silicon carbide powder with a high purity by using it

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200008701A (en) 2020-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101942815B1 (en) A eco-friendly method for manufacturing of a porous silicon carbide structure
Lee et al. Crystallization and densification of nano‐size amorphous cordierite powder prepared by a PVA solution‐polymerization route
KR101678622B1 (en) - - A porous composite of silicon dioxide-carbon and a method for preparing granules of -phase silicon carbide powder with a high purity by using it
KR102149834B1 (en) A method for manufacturing of a porous silicon carbide sintered body by carbothermal reduction process
KR101678624B1 (en) A method for preparing silicon carbide powder of ultra-high purity
KR101578988B1 (en) Ceramic sintered body and method of manufacturing ceramic sintered body
US6620458B2 (en) Method to produce alumina aerogels having porosities greater than 80 percent
KR102210029B1 (en) Method preparing silicon carbide particle and the silicon carbide particle prepared the same
KR101954067B1 (en) A method for manufacturing of a porous silicon carbide structure with a catalytic metal
KR101116755B1 (en) SiC/C/SiO2 composite powders fabricated by sol-gel process, and fabrication method of reaction bonded silicon carbide with high purity and high strength using them
Hasegawa et al. Porous polymer‐derived ceramics: Flexible morphological and compositional controls through sol–gel chemistry
JP4999091B2 (en) Method for producing zirconium tungstate-silicon oxide composite sintered body
WO2017217378A1 (en) Silicon carbide production method and silicon carbide composite material
KR101152628B1 (en) SiC/C composite powders and a high purity and high strength reaction bonded SiC using the same
KR102293576B1 (en) fabrication Method of high purity large size α-phase silicon carbide powder
KR101084711B1 (en) A method for manufacturing SiC micro-powder with high purity at low temperature
JPH10203839A (en) Opaque silica glass containing fine bubble and its production
CN109503172A (en) A kind of preparation method of the porous silicon carbide ceramic with vermiform crystal grain
KR101448241B1 (en) Composition for producing the high-purity silicon carbide powder and method for producing the high-purity silicon carbide powder used it
JP2009269798A (en) Silicon carbide particles and method for producing the same
KR101257875B1 (en) Alumina complex powder and polycrystal alumina sintered material and the fabrication method thereof
JP4714830B2 (en) Method for synthesizing silicon carbide or fine powder in which silicon carbide and carbon are mixed
JPS61168514A (en) Production of easily sinterable silicon carbide
JP4788873B2 (en) Precursor for silicon carbide production
JPH1121139A (en) Production of foamed quartz glass

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant