JP3224406B2 - 炭化ケイ素単結晶の製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素単結晶の製造方法Info
- Publication number
- JP3224406B2 JP3224406B2 JP27447491A JP27447491A JP3224406B2 JP 3224406 B2 JP3224406 B2 JP 3224406B2 JP 27447491 A JP27447491 A JP 27447491A JP 27447491 A JP27447491 A JP 27447491A JP 3224406 B2 JP3224406 B2 JP 3224406B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- single crystal
- silicon carbide
- carbon
- carbide single
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 17
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N catechol Chemical compound OC1=CC=CC=C1O YCIMNLLNPGFGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 11
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 claims description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 8
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 8
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000007529 inorganic bases Chemical class 0.000 claims description 5
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical group [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 150000002009 diols Chemical class 0.000 claims 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 5
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 5
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 3
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910021493 α-cristobalite Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000219122 Cucurbita Species 0.000 description 1
- 235000009804 Cucurbita pepo subsp pepo Nutrition 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N pentaerythritol Chemical compound OCC(CO)(CO)CO WXZMFSXDPGVJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- -1 silicate compound Chemical class 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/005—Growth of whiskers or needles
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】本発明は炭化ケイ素単結晶を製造する方法
に関する。炭化ケイ素ホイスカーは，その針状組織と単
結晶構造の点から重要視されている。こうした特性をも
つことにより，炭化ケイ素ホイスカーを複合材用途に適
用すると，高強度，高弾性率，優れた耐熱性，及び高い
化学安定性が得られる。炭化ケイ素ホイスカーは，金
属，プラスチック，及びセラミックに対する強化材とし
て使用されており，最も望ましいホイスカーは長さ対直
径比の高いホイスカーである。ケイ素源と炭素とを反応
させることによって炭化ケイ素単結晶を製造する種々の
方法が開示されている。例えば米国特許第４，７０２，
９０１号は，β形の炭化ケイ素ホイスカーを成長させる
方法を開示しており，該方法では，先ずケイ素源，炭素
源，及び触媒を含む混合物をホイスカー成長温度以上に
まで加熱し，次いで成長温度以下に冷却して触媒座にお
いてホイスカーの核形成を起こさせることによってβ形
の炭化ケイ素ホイスカーを成長させている。これらの方
法の殆どは，２５ｐｐｍ〜３重量％の触媒を添加する必
要がある。多量の触媒が使用される場合，炭化ケイ素単
結晶の所望の物理的特性を保持させるためには，ホイス
カーの形成後に通常は触媒を除去しなければならない。
不純物の除去は，困難で且つ時間のかかるプロセスであ
る。
に関する。炭化ケイ素ホイスカーは，その針状組織と単
結晶構造の点から重要視されている。こうした特性をも
つことにより，炭化ケイ素ホイスカーを複合材用途に適
用すると，高強度，高弾性率，優れた耐熱性，及び高い
化学安定性が得られる。炭化ケイ素ホイスカーは，金
属，プラスチック，及びセラミックに対する強化材とし
て使用されており，最も望ましいホイスカーは長さ対直
径比の高いホイスカーである。ケイ素源と炭素とを反応
させることによって炭化ケイ素単結晶を製造する種々の
方法が開示されている。例えば米国特許第４，７０２，
９０１号は，β形の炭化ケイ素ホイスカーを成長させる
方法を開示しており，該方法では，先ずケイ素源，炭素
源，及び触媒を含む混合物をホイスカー成長温度以上に
まで加熱し，次いで成長温度以下に冷却して触媒座にお
いてホイスカーの核形成を起こさせることによってβ形
の炭化ケイ素ホイスカーを成長させている。これらの方
法の殆どは，２５ｐｐｍ〜３重量％の触媒を添加する必
要がある。多量の触媒が使用される場合，炭化ケイ素単
結晶の所望の物理的特性を保持させるためには，ホイス
カーの形成後に通常は触媒を除去しなければならない。
不純物の除去は，困難で且つ時間のかかるプロセスであ
る。
【０００２】特開昭６３−２４８，７９８号は、ケイ酸
もしくはケイ酸化合物と炭素との混合物を加熱し、冷却
して粉末状ＳｉＯ2 又はＳｉＯとＳｉＯ2 との粉末混合
物とし、さらに炭素と混合し、そしてもう一度非酸化性
雰囲気中で加熱する、という方法を開示している。触媒
の添加を必要としないことに加えて、より時間効率とエ
ネルギー効率の良い方法が要望されている。非酸化性雰
囲気下において高温でケイ素源と炭素とを反応させるこ
とにより炭化ケイ素単結晶を製造する本発明の方法は、 （ａ）シリカゲル、ケイ酸、又は二酸化ケイ素を、無機
塩基及び多官能価アルコールと、又は無機塩基及び多官
能価フェノールと反応させて化学的に活性化された炭素
含有ケイ素化合物を得ることにより、前記ケイ素源を調
製すること；及び （ｂ）前記ケイ素化合物とカーボンブラック又はグラフ
ァイトとの混合物を１３００〜１７００℃の温度に加熱
すること；を特徴とする。
もしくはケイ酸化合物と炭素との混合物を加熱し、冷却
して粉末状ＳｉＯ2 又はＳｉＯとＳｉＯ2 との粉末混合
物とし、さらに炭素と混合し、そしてもう一度非酸化性
雰囲気中で加熱する、という方法を開示している。触媒
の添加を必要としないことに加えて、より時間効率とエ
ネルギー効率の良い方法が要望されている。非酸化性雰
囲気下において高温でケイ素源と炭素とを反応させるこ
とにより炭化ケイ素単結晶を製造する本発明の方法は、 （ａ）シリカゲル、ケイ酸、又は二酸化ケイ素を、無機
塩基及び多官能価アルコールと、又は無機塩基及び多官
能価フェノールと反応させて化学的に活性化された炭素
含有ケイ素化合物を得ることにより、前記ケイ素源を調
製すること；及び （ｂ）前記ケイ素化合物とカーボンブラック又はグラフ
ァイトとの混合物を１３００〜１７００℃の温度に加熱
すること；を特徴とする。
【０００３】本発明の方法における第１の工程は，シリ
カゲル，ケイ酸，及び二酸化ケイ素から選ばれる微粉状
ケイ素源を，無機強塩基及び多官能価アルコールと，又
は無機強塩基及び多官能価フェノールと反応させて化学
的に活性化された炭素含有ケイ素化合物を形成させるこ
とである。“化学的に活性化された”とは，これらの炭
素含有化合物が，原構造における実質的に架橋したＳｉ
Ｏ網状構造が一部破壊された形の構造を有している，と
いう事実を表わしている。適切な無機塩基としては，水
酸化アンモニウム，水酸化リチウム，水酸化ナトリウ
ム，及び水酸化カリウム等があるが，これらに限定され
ない。水酸化アンモニウムが好ましい。なぜなら，本化
合物は熱分解時に揮発するからである。本発明の方法に
使用するのに適した多官能価アルコール及び多官能価フ
ェノールは，モノマーでもポリマーでもよく，例えば，
カテコール，エチレングリコール，グリセロール，１，
６−ヘキサンジオール，ペンタエリスリトール，及びポ
リ（ビニルアルコール）等がある。多官能価アルコール
及び多官能価フェノールは，隣位官能価（すなわち，隣
接炭素にＯＨ基が結合）及び低分子量を有するのが好ま
しく，例えばエチレングリコールとカテコールが好まし
い。イソプロパノールやエタノール等の単官能アルコー
ルは，本発明の方法に対しては不適切である。
カゲル，ケイ酸，及び二酸化ケイ素から選ばれる微粉状
ケイ素源を，無機強塩基及び多官能価アルコールと，又
は無機強塩基及び多官能価フェノールと反応させて化学
的に活性化された炭素含有ケイ素化合物を形成させるこ
とである。“化学的に活性化された”とは，これらの炭
素含有化合物が，原構造における実質的に架橋したＳｉ
Ｏ網状構造が一部破壊された形の構造を有している，と
いう事実を表わしている。適切な無機塩基としては，水
酸化アンモニウム，水酸化リチウム，水酸化ナトリウ
ム，及び水酸化カリウム等があるが，これらに限定され
ない。水酸化アンモニウムが好ましい。なぜなら，本化
合物は熱分解時に揮発するからである。本発明の方法に
使用するのに適した多官能価アルコール及び多官能価フ
ェノールは，モノマーでもポリマーでもよく，例えば，
カテコール，エチレングリコール，グリセロール，１，
６−ヘキサンジオール，ペンタエリスリトール，及びポ
リ（ビニルアルコール）等がある。多官能価アルコール
及び多官能価フェノールは，隣位官能価（すなわち，隣
接炭素にＯＨ基が結合）及び低分子量を有するのが好ま
しく，例えばエチレングリコールとカテコールが好まし
い。イソプロパノールやエタノール等の単官能アルコー
ルは，本発明の方法に対しては不適切である。
【０００４】隣位官能価をもったアルコール類やフェノ
ール類から形成される化学的に活性化されたケイ素化合
物は，例えば，「バーナム（Ｂａｒｎｕｍ），Ｉｎｏｒ
ｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１１（１９７２），
１４２４」に記載の〔Ｓｉ（カテコール３）〕２−シリ
ーズのようなモノマーでも，またビシナルアルコールや
ビシナルフェノールが異なるケイ素原子にキレート結合
した形のポリマーであってもよい。こうした結合が起こ
っていることは実際上，ケイ酸，シリカゲル，及びケイ
砂等のＳｉＯ２類縁体に見られる高度に架橋したＳｉ−
Ｏ網状構造が単純化したことになる。特定の理論付けを
行うつもりはないが，こうした網状構造の単純化が起こ
ると，熱分解操作時における低分子量フラグメントの揮
発が容易となることからＳｉＯガスの濃度が高くなり，
引き続き炭素上での結晶成長を介してＳｉＣの核形成
（すなわち気体−固体反応メカニズム）が起こる。次い
で活性化されたケイ素化合物が，炭素源としてのカーボ
ンブラック又はグラファイトと混合される。カーボンブ
ラックを炭素源として使用する場合，ホイスカーの形成
は，使用するカーボンブラックの種類や，存在する金属
不純物の量に影響されることはない（例えば，５００ｐ
ｐｍの鉄と１５ｐｐｍの鉄を不純物として含有したカー
ボンブラックを使用してホイスカーが形成されてい
る）。金属触媒の添加は不要である。本混合物を，非酸
化性雰囲気中（例えばアルゴンや他の貴ガス）で１３０
０〜１７００℃の温度に加熱する。
ール類から形成される化学的に活性化されたケイ素化合
物は，例えば，「バーナム（Ｂａｒｎｕｍ），Ｉｎｏｒ
ｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１１（１９７２），
１４２４」に記載の〔Ｓｉ（カテコール３）〕２−シリ
ーズのようなモノマーでも，またビシナルアルコールや
ビシナルフェノールが異なるケイ素原子にキレート結合
した形のポリマーであってもよい。こうした結合が起こ
っていることは実際上，ケイ酸，シリカゲル，及びケイ
砂等のＳｉＯ２類縁体に見られる高度に架橋したＳｉ−
Ｏ網状構造が単純化したことになる。特定の理論付けを
行うつもりはないが，こうした網状構造の単純化が起こ
ると，熱分解操作時における低分子量フラグメントの揮
発が容易となることからＳｉＯガスの濃度が高くなり，
引き続き炭素上での結晶成長を介してＳｉＣの核形成
（すなわち気体−固体反応メカニズム）が起こる。次い
で活性化されたケイ素化合物が，炭素源としてのカーボ
ンブラック又はグラファイトと混合される。カーボンブ
ラックを炭素源として使用する場合，ホイスカーの形成
は，使用するカーボンブラックの種類や，存在する金属
不純物の量に影響されることはない（例えば，５００ｐ
ｐｍの鉄と１５ｐｐｍの鉄を不純物として含有したカー
ボンブラックを使用してホイスカーが形成されてい
る）。金属触媒の添加は不要である。本混合物を，非酸
化性雰囲気中（例えばアルゴンや他の貴ガス）で１３０
０〜１７００℃の温度に加熱する。
【０００５】本発明の方法によって得られる炭化ケイ素
単結晶は，一般にはホイスカーの形態をしているが，少
量の単結晶粒状物や繊維状物がホイスカー中に分散して
いる場合もある。繊維状物は通常，１０：１より大きい
アスペクト比を有する単結晶として定義される。本明細
書に記載の方法を使用すると，一般には１０より小さい
アスペクト比を有する材料が得られるけれども，１０よ
り大きいアスペクト比を有する材料の作製が不可能とい
うわけではない。本発明の炭化ケイ素単結晶は，金属，
プラスチック，及びセラミック粉末（例えばアルミナや
窒化ケイ素）と混合して，強靭で高強度の複合材料を形
成させることができる。
単結晶は，一般にはホイスカーの形態をしているが，少
量の単結晶粒状物や繊維状物がホイスカー中に分散して
いる場合もある。繊維状物は通常，１０：１より大きい
アスペクト比を有する単結晶として定義される。本明細
書に記載の方法を使用すると，一般には１０より小さい
アスペクト比を有する材料が得られるけれども，１０よ
り大きいアスペクト比を有する材料の作製が不可能とい
うわけではない。本発明の炭化ケイ素単結晶は，金属，
プラスチック，及びセラミック粉末（例えばアルミナや
窒化ケイ素）と混合して，強靭で高強度の複合材料を形
成させることができる。
【０００６】実施例１ 窒素を充填したフラスコ中に，シリカゲル（２．５
ｇ），カテコール（１５．６ｇ），及びＮＨ４ＯＨ（１
２５ｍｌ）を仕込んだ。本混合物を撹拌してカテコール
を溶解し，室温で７時間撹拌を継続した。反応が進行す
るにつれて溶液の初期の緑色は褐色に変わり，溶液から
白色生成物が沈澱した。溶液を一晩放置して，反応を完
全に行わせた。窒素雰囲気下での濾過により生成物を単
離し，冷却した（０℃）ＮＨ４ＯＨで洗浄し，そしてシ
ュレンクフラスコ（Ｓｃｈｌｅｎｋｆｌａｓｋ）中に移
した。沈澱物をジエチルエーテル（１７０ｍｌ）で洗浄
して過剰のカテコールを除去し，濾過してから減圧乾燥
した。白色粉末が３．０ｇの収量で単離された。上記の
如く調製された活性化ケイ素化合物（１．０ｇ）を０．
２５ｇのカーボンブラック粉末と混合した。次いで，ア
ルゴン雰囲気下，炭素るつぼ中にて，本混合物を５℃／
分で１５００℃に焼成し，該温度にて４時間保持した。
焼結した粉末は暗緑色を呈し，緻密な組織を有する。Ｘ
線回折により，単結晶の炭化ケイ素が存在していること
がわかる。
ｇ），カテコール（１５．６ｇ），及びＮＨ４ＯＨ（１
２５ｍｌ）を仕込んだ。本混合物を撹拌してカテコール
を溶解し，室温で７時間撹拌を継続した。反応が進行す
るにつれて溶液の初期の緑色は褐色に変わり，溶液から
白色生成物が沈澱した。溶液を一晩放置して，反応を完
全に行わせた。窒素雰囲気下での濾過により生成物を単
離し，冷却した（０℃）ＮＨ４ＯＨで洗浄し，そしてシ
ュレンクフラスコ（Ｓｃｈｌｅｎｋｆｌａｓｋ）中に移
した。沈澱物をジエチルエーテル（１７０ｍｌ）で洗浄
して過剰のカテコールを除去し，濾過してから減圧乾燥
した。白色粉末が３．０ｇの収量で単離された。上記の
如く調製された活性化ケイ素化合物（１．０ｇ）を０．
２５ｇのカーボンブラック粉末と混合した。次いで，ア
ルゴン雰囲気下，炭素るつぼ中にて，本混合物を５℃／
分で１５００℃に焼成し，該温度にて４時間保持した。
焼結した粉末は暗緑色を呈し，緻密な組織を有する。Ｘ
線回折により，単結晶の炭化ケイ素が存在していること
がわかる。
【０００７】実施例２ シリカゲル（５．０ｇ），エチレングリコール（２５ｍ
ｌ），及び水酸化アンモニウム（５０ｍｌ）を仕込み，
室温で１５時間，次いで８０℃で１５時間撹拌した。濾
過により固体生成物を単離し，イソプロパノールで洗浄
し，そして風乾した。白色の微粉末が８．３ｇの収量で
単離された。上記の如く調製された反応生成物（１．０
ｇ）を０．２０ｇのカーボンブラック粉末と混合した。
次いでこの粉末を，アルゴン雰囲気下，炭素るつぼ中に
て５℃／分で１５００℃に焼成し，該温度にて２時間保
持した。暗緑色の微粉末が形成された。Ｘ線回折（ＸＲ
Ｄ）のデータにより，高純度のβ−ＳｉＣ結晶が形成さ
れていて他の相が存在しないことが確認された。走査電
子顕微鏡法（ＳＥＭ）により，単結晶と粒状物の両方が
形成されていることが判明した。エネルギー分散Ｘ線
（ＥＤＸ）のデータによれば，Ｓｉだけが存在している
ことがわかり，従ってケイ素より大きい原子量をもった
元素の不純物は検出限界以上には存在していないことが
わかる。
ｌ），及び水酸化アンモニウム（５０ｍｌ）を仕込み，
室温で１５時間，次いで８０℃で１５時間撹拌した。濾
過により固体生成物を単離し，イソプロパノールで洗浄
し，そして風乾した。白色の微粉末が８．３ｇの収量で
単離された。上記の如く調製された反応生成物（１．０
ｇ）を０．２０ｇのカーボンブラック粉末と混合した。
次いでこの粉末を，アルゴン雰囲気下，炭素るつぼ中に
て５℃／分で１５００℃に焼成し，該温度にて２時間保
持した。暗緑色の微粉末が形成された。Ｘ線回折（ＸＲ
Ｄ）のデータにより，高純度のβ−ＳｉＣ結晶が形成さ
れていて他の相が存在しないことが確認された。走査電
子顕微鏡法（ＳＥＭ）により，単結晶と粒状物の両方が
形成されていることが判明した。エネルギー分散Ｘ線
（ＥＤＸ）のデータによれば，Ｓｉだけが存在している
ことがわかり，従ってケイ素より大きい原子量をもった
元素の不純物は検出限界以上には存在していないことが
わかる。
【０００８】実施例３ 実施例２に記載の如く調製したシリカゲル／エチレング
リコールの反応生成物を０．５ｇの超高純度カーボンブ
ラック（１５ｐｐｍ未満の鉄を不純物として含有）と混
合し，アルゴン雰囲気下で炭素るつぼ中にて５℃／１５
００℃に焼成し，該温度にて４時間保持した。Ｘ線回折
法と電子顕微鏡法により，単結晶のＳｉＣホイスカーの
形成が認められた。
リコールの反応生成物を０．５ｇの超高純度カーボンブ
ラック（１５ｐｐｍ未満の鉄を不純物として含有）と混
合し，アルゴン雰囲気下で炭素るつぼ中にて５℃／１５
００℃に焼成し，該温度にて４時間保持した。Ｘ線回折
法と電子顕微鏡法により，単結晶のＳｉＣホイスカーの
形成が認められた。
【０００９】比較例１ 本比較例においては，炭化ケイ素単結晶の形成における
化学的に活性化されたケイ素化合物の重要性を実証する
ために，化学的に活性化されたケイ素化合物を使用せず
に実験を行った。２．５ｇのシリカゲルと０．５ｇのカ
ーボンブラック粉末を含んだサンプルをアルゴン雰囲気
下で１５００℃に焼成し，該温度にて２時間保持した。
ＸＲＤのデータにより，α−クリストバライト及び低濃
度の立方晶ＳｉＣと六方晶ＳｉＣの存在が確認された。
ＳＥＭデータからは，ホイスカーは検出されなかった。
化学的に活性化されたケイ素化合物の重要性を実証する
ために，化学的に活性化されたケイ素化合物を使用せず
に実験を行った。２．５ｇのシリカゲルと０．５ｇのカ
ーボンブラック粉末を含んだサンプルをアルゴン雰囲気
下で１５００℃に焼成し，該温度にて２時間保持した。
ＸＲＤのデータにより，α−クリストバライト及び低濃
度の立方晶ＳｉＣと六方晶ＳｉＣの存在が確認された。
ＳＥＭデータからは，ホイスカーは検出されなかった。
【００１０】比較例２ 本比較例では，単官能アルコールが，本発明の方法にお
いて使用される活性化ケイ素化合物を形成できないこと
を示す。シリカゲル（５．０ｇ），エタノール（２５ｍ
ｌ），及びＮＨ４ＯＨ（５０ｍｌ）を仕込み，撹拌しな
がら６０℃で１４時間加熱した。本溶液を室温でさらに
１５時間撹拌した。固体生成物を濾過により単離し，蒸
留水で洗浄し，そして風乾した。収量は４．４ｇであっ
た。固体生成物（２．５ｇ）を０．５ｇのカーボンブラ
ック（１５ｐｐｍ未満の鉄を不純物として含有）と混合
し，アルゴン雰囲気下，炭素るつぼ中にて１０℃／分で
１５００℃に焼成し，該温度にて４時間保持した。Ｘ線
回折データにより，α−クリストバライトが形成されて
いることが判明した。
いて使用される活性化ケイ素化合物を形成できないこと
を示す。シリカゲル（５．０ｇ），エタノール（２５ｍ
ｌ），及びＮＨ４ＯＨ（５０ｍｌ）を仕込み，撹拌しな
がら６０℃で１４時間加熱した。本溶液を室温でさらに
１５時間撹拌した。固体生成物を濾過により単離し，蒸
留水で洗浄し，そして風乾した。収量は４．４ｇであっ
た。固体生成物（２．５ｇ）を０．５ｇのカーボンブラ
ック（１５ｐｐｍ未満の鉄を不純物として含有）と混合
し，アルゴン雰囲気下，炭素るつぼ中にて１０℃／分で
１５００℃に焼成し，該温度にて４時間保持した。Ｘ線
回折データにより，α−クリストバライトが形成されて
いることが判明した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 594142403 1300 Ｍａｒｒｏｗｓ Ｒｏａｄ，Ｎｅ ｗａｒｋ，Ｄｅｌａｗａｒｅ 19714− 6077，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏ ｆ Ａｍｅｒｉｃａ (72)発明者 アラン・ブルース・ローゼンタール アメリカ合衆国デラウェア州19810，ウ ィルミントン，ランブルウッド・ドライ ブ 26 (56)参考文献 特開 昭63−248798（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−33100（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 ＣＡ（ＳＴＮ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (6)
- 【請求項１】 非酸化性雰囲気下において高温でケイ素
源と炭素とを反応させることにより炭化ケイ素単結晶を
製造する方法であって、 （ａ）シリカゲル、ケイ酸、又は二酸化ケイ素を、無機
塩基及び多官能価アルコールと、又は無機塩基及び多官
能価フェノールと反応させて化学的に活性化された炭素
含有ケイ素化合物を得ることにより、前記ケイ素源を調
製すること；及び （ｂ）前記ケイ素化合物とカーボンブラック又はグラフ
ァイトとの混合物を１３００〜１７００℃の温度に加熱
すること； を特徴とする前記製造方法。 - 【請求項２】 前記単結晶がホイスカーであることをさ
らに特徴とする，請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記無機塩基が水酸化アンモニウムであ
ることをさらに特徴とする，請求項１又は２に記載の製
造方法。 - 【請求項４】 前記多官能価アルコール又は前記多官能
価フェノールがジオールであることをさらに特徴とす
る，請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。 - 【請求項５】 前記ジオールがエチレングリコールであ
ることをさらに特徴とする，請求項４記載の製造方法。 - 【請求項６】 前記ジオールがカテコールであることを
さらに特徴とする，請求項４記載の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US56690890A | 1990-07-24 | 1990-07-24 | |
| US566908 | 1990-07-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04265299A JPH04265299A (ja) | 1992-09-21 |
| JP3224406B2 true JP3224406B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=24264909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27447491A Expired - Fee Related JP3224406B2 (ja) | 1990-07-24 | 1991-07-24 | 炭化ケイ素単結晶の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0468377B1 (ja) |
| JP (1) | JP3224406B2 (ja) |
| CA (1) | CA2043679A1 (ja) |
| DE (1) | DE69106066T2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2879627B1 (fr) * | 2004-12-21 | 2007-09-21 | Univ Claude Bernard Lyon | Procede de croissance de nanofils de beta-sic ou de alpha-si3n4, eventuellement enrobes |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3874598T2 (de) * | 1987-05-05 | 1993-01-28 | Standard Oil Co Ohio | Verfahren zur herstellung von whiskern durch den vls-mechanismus. |
-
1991
- 1991-05-31 CA CA002043679A patent/CA2043679A1/en not_active Abandoned
- 1991-07-19 EP EP91112105A patent/EP0468377B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-19 DE DE69106066T patent/DE69106066T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-24 JP JP27447491A patent/JP3224406B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69106066D1 (de) | 1995-02-02 |
| CA2043679A1 (en) | 1992-01-25 |
| EP0468377B1 (en) | 1994-12-21 |
| JPH04265299A (ja) | 1992-09-21 |
| DE69106066T2 (de) | 1995-05-11 |
| EP0468377A1 (en) | 1992-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS5850929B2 (ja) | 炭化ケイ素粉末の製造方法 | |
| JP2565024B2 (ja) | 半導体治具用炭化珪素粉末の製造方法 | |
| JP3264106B2 (ja) | セラミックス複合材料 | |
| KR101549477B1 (ko) | 고순도 탄화규소 분말의 제조방법 | |
| JP3224406B2 (ja) | 炭化ケイ素単結晶の製造方法 | |
| JP2005119934A (ja) | 窒化ケイ素多孔体及びその製造方法 | |
| JPS6152106B2 (ja) | ||
| JPH06211574A (ja) | 半導体製造用炭化珪素焼結体の製造方法 | |
| JPH0662286B2 (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| RU2117066C1 (ru) | Порошковый материал на основе карбида кремния | |
| JP3297740B2 (ja) | 炭化けい素粉末の低温焼結方法 | |
| JPH062565B2 (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| JPS638069B2 (ja) | ||
| JPS61168514A (ja) | 易焼結性炭化珪素の製造方法 | |
| JPS6362450B2 (ja) | ||
| JPS61168567A (ja) | 炭化珪素焼結体の製造方法 | |
| CN1055324C (zh) | 纳米非晶原位合成氮化硅晶须 | |
| JP2874045B2 (ja) | 窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体の製造方法 | |
| JP2976076B2 (ja) | サイアロン・炭化けい素複合粉末の製造方法 | |
| JPS6259599A (ja) | 窒化ケイ素と酸窒化ケイ素よりなる繊維状集合体の製造法 | |
| JP4025810B2 (ja) | 窒化ケイ素粒子の製造方法 | |
| JPS5849611A (ja) | 炭化珪素及びその製造方法 | |
| JPH0218311A (ja) | 六方晶系炭化珪素プレートレットおよびプレフォーム並びにその製造および利用法 | |
| JPH0142886B2 (ja) | ||
| GB2220409A (en) | Beta-silicon carbide powder for sintering and method of preparing same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |