JPH01301593A - 炭化けい素ウィスカーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属、プラスチックあるいはセラミックス等の
強化材として利用される炭化けい素ウィスカーの製造法
に関する。

〔従来技術およびその問題点〕

近年炭化けい素ウィスカーを金属、プラスチックあるい
はセラミックス等と複合化させ、機械的性質を改善させ
た複合材料の開発が活発に行われている。

従来炭化けい素ウィスカーの製造法としては、例えば、 （１）　５ｉＣ１４−炭化水素−■２やＣＨｓＳｉＣＩ
ｔ　３−８２などの混合ガスを用いて気相反応によって
製造する方法。

（２）もみがら、珪砂などのシリカを含む粉末と炭素粉
末とを混合し、不活性ガス雰囲気下で加熱しシリカを還
元しなから固相反応によって製造する方法。

などが知られている。これらのうち（１）による方法は
、純度の高い良質なウィスカーが得られるものの気相反
応であるため量産化には不適当であるとされている。ま
た（２）の方法は、未反応のシリカが残存し易いのが欠
点である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らはかかる事情に鑑み、固相反応法における欠
点であるシリカを低減する方法につき検討し、珪砂など
のシリカ質を含む粉末および炭素質粉末とを原料として
使用することなく、予めけい素と炭素とを含む非晶質の
球状粉末を原料として用いることにより、高純度の炭化
けい素ウィスカーを合成することを見出した。

すなわち、本発明は、気相反応によって得られる、主と
してけい素、炭素からなり炭素含有量が２５〜５０重量
％である非晶質の球状粉末に、鉄、ニッケル、コバルト
の遷移金属またはその化合物から選ばれる少なくとも一
種を０．０１〜５．０重量％分散させ、非酸化性ガス雰
囲気中で熱処理することを特徴とする方法である。

本発明に用いられる非晶質の球状粉末は、無機けい素化
合物と炭化水素、または種々の有機けい素化合物を気相
熱分解反応させることによって得られる。無機けい素化
合物と炭化水素を用いた気相反応の例としては、たとえ
ば、特開昭５７−１８３３６９号公報、特開昭５８−９
１０２５号公報、特開昭５９−１０２８０９号公報等に
記載されている様な５ｉＣｊ２．。

５ｉｌｌＣＡ　３．５ｉＢｒ＜　、ＳｉＨ４、などの様
な無機けい素化合物と、ＣＩ＋４、Ｃ，）１．、Ｃ３Ｈ
ｍ、などの様な炭化水素とを原料とした気相反応が挙げ
られる。

また、上記の種々の有機けい素化合物を原料とした気相
反応としては、たとえば、特開昭５６−３２３１６号公
報、特開昭５９−３９７０８号公報、特開昭６１−１２
７６１６号公報などに記載されている様なハロゲンを含
むアルキルシラン化合物、ハロゲンを含まないアルキル
シラン化合物、あるいはシアノけい素、シリルアミン、
シラザンなどの有機けい素化合物を原料とした気相反応
が挙げられる。

このような無機けい素化合物と炭化水素、あるいは種々
の有機けい素化合物の気相熱分解反応は、上記した化合
物をガス化させて反応器に導入し、通常６００〜１６０
０℃、好ましくは８００〜１４００℃、特に好ましくは
９００〜１２００℃の温度範囲において非酸化性ガス雰
囲気下、０．０５〜１２０秒の反応時間で気相熱分解す
ることにより非晶質粉末を得ることができる。なお、気
相熱分解反応にレーザーやプラズマを用いることも可能
である。

この気相熱分解反応において本発明の原料として用いら
れる炭素含有量が２５〜５０重量％の非晶質の球状粉末
を得るには反応時間、反応温度および雰囲気ガスの選択
が必要であり、とりわけ雰囲気ガスは生成する非晶質粉
末の組成に大きな影響を与える。

すなわち、原料として用いる化合物のＳｉ　、　Ｃの原
子比が求める非晶質粉末の組成と同様の場合には雰囲気
ガスとして窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス
を選択するのが好ましく、また原料として用いる化合物
のＳｉ　、　Ｃの原子比が求める非晶質粉末の組成と大
きく相違する場合には、その組成に応じて雰囲気ガス中
にアンモニア、ヒドラジン、水素ガス等を共存させるこ
とが望ましい。このような制御された反応条件で、気相
熱分解反応を行うことにより本発明の原料として用いる
のに好適な非晶質の球状粉末を得ることができる。

このようにして得られ非晶質の球状粉末は主としてけい
素と炭素とからなり、その他機量の酸素を、またはハロ
ゲンを含む化合物を原料として用いた場合には、微量の
ハロゲンを含む組成物となる。粉末の形状は球状であり
、ミクロンオーダーの大きさ、好ましい条件で製造され
た場合にはサブミクロンオーダーの大きさの狭い粒径分
布の微粉末が得られる。

また、この微粉末は空気あるいは水分との反応性が高い
ので１０００〜１４５０℃の温度で結晶化しない程度に
熱処理して安定化して使用することもできる。

本発明の目的生成物である炭化けい素ウィスカーは、上
記したような方法で得られた炭素含有量が２５〜５０重
量％である非晶質の球状粉末に、鉄、コバルト、ニッケ
ルなどの遷移金属またはその化合物を分散させ、非酸化
性ガス雰囲気中で加熱処理することにより得られる。

上記の遷移金属化合物としては、これら金属のハロゲン
化物、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、あるいはカルボニル化
合物などが用いられる。

本発明の方法においては、上記遷移金属またはその化合
物を上記の非晶質の球状微粉末に均一に分散するように
添加することが必要であり、その添加方法としてはたと
えば、金属または金属化合物を非晶質粉末と乾式あるい
は湿式混合するか、非晶質粉末を製造する際の気相熱分
解反応時に供給する方法がとられる。

また、上記遷移金属またはその化合物の添加量は０．０
１〜５．０重量％が好適であり、０．０１重量％よりも
少ない場合には炭化けい素ウィスカーの生成に効果がな
く、５．０重量％を越える程度に多い量ではウィスカー
を強化材とした複合材料の物性が低下し好ましくない。

以上のようにして得られる金属またはその化合物が分散
した非晶質粉末は、非酸化性ガス雰囲気中で熱処理され
る。

非酸化性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、窒素ある
いは水素の単独もしくは混合ガスが用いられる。特に水
素ガスは結晶化を促進し反応速度を高めるのに有効であ
り、１０〜１００％の範囲で使用される。熱処理条件は
、反応が０．５〜１０時間の間で完了するような条件を
選択することが好ましく、そのためには反応温度を１４
００〜１８００℃、好ましくは１４５０〜１６００℃で
実施するのが好適である。

このようにして得られる本発明の炭化けい素ウィスカー
は直径が０．０５〜１μｍ１アスペクト比が５〜１００
程度のものである。また５１０２を殆ど含まないので後
処理が不要である。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、量産化に適した固相反応による
方法によって、未反応のシリカを除去する後処理工程を
特に必要とすることなく、シリカを殆ど含有しない高純
度の炭化けい素ウィスカーを製造することができ、本発
明によって得られる炭化けい素ウィスカーは金属、プラ
スチックあるいはセラミックス等に配合され、ウィスカ
ー強化の複合材料を与えることができる。

次に本発明の実施例を示す。実施例は本発明の一例を示
すものであり、本発明の要旨を超えない限り実施例に限
定されるものではない。

実施例　１ ヘキサメチルジシラザンを気相反応させて得られた非晶
質の球状粉末　（炭素含有量３４．２ｗｔ％、酸素含有
量１．１ｗｔ％、窒素２．６ｗｔ％、残部がけい素およ
び１１００ｐｐ以下の重金属不純物を含む）　２ｇに塩
化第１鉄０．０２ｇを乳鉢に入れ３分間混合した。

混合物をアルミナ製容器に充填し、Ａｒ：Ｈ２＝　９０
：１０（体積パーセント）の混合ガス雰囲気中で、１５
２０℃で４時間熱処理した。反応生成物は直径０．０５
〜０．３μｍ１アスペクト比５〜４０のウィスカーであ
った。また、Ｘ線回折によれば結晶型は大部分がβ型で
あり、僅かにα型が認められた。また酸素の含有量は１
重量％未満であった。

実施例　２ 実施例１において雰囲気ガスを水素１００％とした以外
は実施例１と同様な方法で処理を行い、大部分がβ型で
あり、直径が０．０５〜０．８μｍ１アスペクト比が３
〜１００である炭化けい素ウィスカーを得た。この炭化
けい素ウィスカー中の酸素含有量は１重量％未満であっ
た。

実施例　３ テトラメチルシランを気相反応させて得られた非晶質の
球状粉末（炭素含有量３０．６ｗｔ％、酸素含有量　１
．８ｗｔ％、残部がけい素および５００ｐＰｍ以下の重
金属不純物を含む）１０ｇに塩化コバル）　０．１ｇを
乳鉢に入れ３分間混合した。混合物を黒鉛製容器に充填
し、水素雰囲気中で、１５００　℃で３時間熱処理した
。反応生成物は直径０．０５〜０．４μｍ１アスペクト
比５〜８０のウィスカーであった。また酸素の含有量は
１重量％未満であった。

実施例　４ 実施例３に使用したと同様の非晶質粉末２０ｇと塩化コ
バル）０．１ｇをエタノール１００ｃｃ中に入れ、超音
波で１５分間分散させた。エタノールを蒸散させた後実
施例３と同様に処理し、直径が０．０５〜１．０μｍ１
アスペクト比が１０〜１５０である主としてβ型の炭化
けい素ウィスカーを得た。また酸素含有量は１重量％未
満であった。

実施例　５ トリメチルクロルシランの気相反応時に塩化ニッケルを
同時に供給して熱分解反応させて得られたニッケル１１
０００ｐｐを含む非晶質の球状粉末（炭素含有量４２．
０ｗｔ％、酸素含有量２．１ｗｔ％、ニッケル０．１ｗ
ｔ％、塩素　０．９ｗｔ％、残部がけい素および５００
ｐｐｍ以下の重金属不純物を含む）１０ｇを黒鉛製容器
に充填し、水素雰囲気中で、１６００℃で２時間処理し
た。生成物は直径０．０７〜０．８μｍ１アスペクト比
１０〜２００である主としてβ型の炭化けい素ウィスカ
ーを得た。また、酸素含有量は１重量％未満であった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気相反応によって得られる、主としてけい素、炭素から
   なり炭素含有量が２５〜５０重量％である非晶質の球状
   粉末に、鉄、ニッケル、コバルトの遷移金属またはその
   化合物から選ばれる少なくとも一種を０．０１〜５．０
   重量％分散させ、非酸化性ガス雰囲気中で熱処理するこ
   とを特徴とする炭化けい素ウィスカーの製造方法