JPH03141200A - SiCウイスカーの製造方法 - Google Patents

SiCウイスカーの製造方法

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JPH03141200A
JPH03141200A JP27821389A JP27821389A JPH03141200A JP H03141200 A JPH03141200 A JP H03141200A JP 27821389 A JP27821389 A JP 27821389A JP 27821389 A JP27821389 A JP 27821389A JP H03141200 A JPH03141200 A JP H03141200A
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Akira Yamakawa
山川 昭
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喜田 徹
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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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、2μm以上の直径を有する径大タイプのSi
Cウィスカーを円滑に製造する方法に関する。
(従来の技術〕 SiCの針状単結晶で構成されるウィスカーは、比強度
、比弾性率、耐熱性、化学的安定性等の卓越した性能特
性を備えることから各種のプラスチック、金属あるいは
セラミックスの複合強化材として有用されている。
このうち、破壊靭性に乏しいセラミックス材の複合強化
は、近時の重要な研究開発の課題とされている。セラミ
ックスに対するウィスカーの?![合化は、&g織内部
に分散したウィカーがセラミックス体に発生するクラン
クの成長を停止または抑it’l+し、クラックの進行
方向を屈曲させて応力集中を緩和し、あるいはウィスカ
ーの引き抜き作用でクランク先端でのエネルギーを吸収
する等の機構を介して破壊靭性の向上を図る目的でおこ
なわれるものであるが、これらセラミックスの高靭化に
はウィスカーとして直径の大きい径大性状のものを複合
させることが効果的であるとされている(P。
F、Bechar、   ”1nter−nation
al  Conference  on  WhiSk
er and Fiber To−ughened−C
eramics” 1988(6)]。
また、ウィスカーは微細な針状繊維形態を呈するため、
人体の呼吸器系に吸入された場合には肺の中に残留し易
く、呼吸器障害を起こす危険性が指摘されており、この
障害危険性はウィスカー径との関係が強く、とくに直径
2μm未満の性状において危険性が大きいと報告されて
いる(Faserund  Whiskerverst
arkte  Keramische  Werkst
offeSymposuium in Wagen、4
.Nov、1986)。
このようなことから、少なくとも2μmの直径を有する
径大ウィスカーの開発がセラミックスの高靭化および人
体に対する安全性の面から強く要請されている。
発明者らは、上記の要請に答えるための径大SiCウィ
スカーを製造する方法として、直径0゜3〜1.5μm
、長さ10〜100μmの性状を有するβ結晶型を主体
とするSiCウィスカーを、非酸化性雰囲気中で180
0〜2200°Cの温度に熱処理する昇華再結晶による
径大化手段を既に提案した(特願平1−171640号
)。
〔発明が解決しようとする課題] 上記した先行技術は、以下のような知見に基づいて開発
されたものである。
通常、SiCウィスカーは非酸化性雰囲気下で1700
°C以上の温度に長時間保持すると昇華再結晶を生じて
粒状化するが、結晶形態がβ型とα型とでは昇華再結晶
後の生成物が異なる現象を呈する。すなわち、β型のS
iCウィスカーは径が太くなりながら長さ方向に切れて
粒状化が進行する(アスペクト比が比較的大きな値を保
ちながら粒状化する)のに対し、α型SiCウィスカー
では直接的に球状に近い粒状物の形で再結晶する。
この際、再結晶する粒子の径は熱処理温度が高いほど、
また保持時間が長いほど大きくなる。したがって、昇華
再結晶によって径大化を実現させるためにはβ型主体の
結晶形態をもつSiCウィスカーを対象とすることが有
効となる。
本発明は、引続く研究においてSiCウィスカーの昇華
再結晶化過程で特定性状のSiC粉末を混在させた状態
でも径大化が効果的に進行することを確認して開発に至
ったものである。したがって、本発明の目的は前記先行
技術と同様に昇華再結晶手段を用いて直径2μm以上の
SiCウィスカーを効率よく得るための製造方法を提供
するところにある。
〔課題を解決するための手段〕
」二足の目的を達成するための本発明によるS1Cウイ
スカーの13!造方法は、直径0.3〜1.5μm、長
さ10〜100μmの性状を有するβ結晶型主体のSt
Cウィスカー原f4を少なくとも30重量!!6の比率
で粒径1μm以下もしくは(111)回折線の半(,1
5幅0.18deg以上のSiC粉末と混合し、該混合
物を非酸化性雰囲気中で1800〜2200℃の温度に
熱処理することを構成上の特徴とするものである。
SiCウィスカーの製造技術には、S i Cf、、S
 i HCj!、、(CH3)4 S iのような分解
性けい素化合物をCH4、C,H,、CCLなどの炭材
成分と気相反応させる方法、Sin、を含む固形状のけ
い素源原料とカーボン粉末を混合するか、例えば籾殻炭
のようにこれら成分を複合的に含有する物質を加熱反応
させる方法などがあるが、本発明の原料となるSiCウ
ィスカーは特にこれら製造履歴に影響されることはなく
、いずれの方法によって製造されたものであっても差し
支えない 性状として直径0.3〜1.5μm1長さ10〜100
μmのSiCウィスカーを原料とする理由は、この範囲
のアスペクト性状を備えるSiCウィスカーが昇華再結
晶による径大化の効果が最も顕五に現出するからである
。また、SiCウィスカーの結晶系は、β結晶型主体の
ものを選定する必要があり、この要件を外れると目的と
する径大化はできなくなる。β結晶型を主体にするとは
、SiCウィスカーの結晶形が全てβ型か、α/β混在
型であってもβ型が支配的な形態を指すが、lfi層欠
陥密度が低いものほど少ない粒状物含有量で径大化が進
行する。好適なβ−5iCウイスカーの結晶特性は、下
式によるα度が20以下で、(111)回折線の半価幅
が0.14deg以下である。
α度=(H+ X 2/ N2 ) X 100但し、
HlはX線回折でCuKαをkfA源としたときの20
約33.6degに出る回折線強度、H,は同35.6
degに出る回折線強度である。
上記性状のSiCウィスカー原料に混合するSiC粉末
は、粒径lIjm以下の微粉末もしくは(111)回折
線の半価幅0.18deg以上の欠陥密度が高い性状の
ものとする。この粒1)が1μmを上廻り、また(11
1)回折線半価幅が0.18deg未浦になると昇華原
子に転化する比率が減少し、粒状物として残留する量が
増大する結果を招く。
なお、SiC粉末の結晶形はα型よりβ型の方が正常な
径大化を与えることができる。
混合割合は、前記性状のSiC粉末に対してSiCウィ
スカー原料が少なくとも30重量%を占める比率になる
ように設定することが重要で、SiCウィスカーの混合
比率が30重量%未満の場合には粒状物の残留量が大幅
に増大する。
また、上記のSIC粉末に代えてSiCウィスカー原料
よりも(111)回折線の大きい(積層欠陥密度大)S
iCウィスカーを混合することもよく、この場合にも同
等の径太SiCウィスカーに転化させることができる。
SiCウィスカーとSiC粉末の混合物は、N2ガス、
Arガスあるいは真空のような非酸化性雰囲気中で18
00〜2200°Cの温度域で熱処理する。熱処理の時
間は、0.2〜4時間で足りる。この際、処理温度が1
800℃を下廻ると直径2μm以上に径大化するために
長時間が必要となって実用的でなくなり、また2200
°Cを越えるとSiCの気化が激しくなって重量減少を
促し、収率の低下を招く。
〔作 用〕
本発明のプロセスでは、熱処理過程において積層欠陥密
度の低いβ型SiCウィスカー原料は種として機能し、
粒子径が小さく、欠陥密度が高いSiC粉末もしくはS
iCウィスカーは昇華原子の供給源としての機能を果た
す。すなわち、SICウィスカー中に混在するSiC粉
末等は、熱を受けて昇華再結晶を伴ないながら大粒化す
る。この段階で、積層欠陥等で挟まれた微細結晶子や小
粒径の粒子は他の箇所に比べて界面エネルギーが高く不
安定な状態となるため、容易に昇華する。
昇華した原子は、種となる安定なβ−3iCウイスカー
の表面に析出して円滑に径大化を進行させる。
このような機構作用が連続してSiCウィスカーの効率
的な径大化が実現するが、本発明の混合比率はかの要件
を満たすことにより粒状物残留量が低く重量)B失が少
ない条件での径大化が可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例1 直径1.0μm、長さ50μmのアスペクト性状を有し
、α度0.5、(111)回折線の半価幅が0.137
5degのβ結晶型を主体とするSiCウィスカー原料
〔東海カーボン■製、“トーカウィスカーS−400°
゛〕と、粒径1μm以下、(111)回折線半価幅0.
3125degのβ結晶型のSiC粉末を用い、SiC
ウィスカー原料をSiC粉末に対し10〜90重景%(
内削)の範囲で設定された比率で混合した。
混合は、SiCウィスカーとSiC粉末を水とともにジ
ューサーミキサーに入れ、2分間攪拌したのちi+!過
し、120°Cの温度で乾燥する方法でおこなった。
ついで、この混合物を黒鉛ルツボに詰め、N2ガス雰囲
気中で2000°Cの温度で熱処理した。
各熱処理後の形状、粒状物の状況、重量減少などの結果
を対比して表1に示した。
表  1 −のSiCウィスカー原料を50重量%の比率で混合し
た。混合方法は実施例1と同一とした。
表2 表1の結果から、SiCウィスカーの混合比率が30重
量%以上の要件を満たす本発明の例では直径2μm以上
の径大SiCウィスカーが少ない粒状物含有量ならびに
重量減少下に得られることが認められる。これに対し、
SiCウィスカーの混合比率が10重里%の比較例では
、粒状物が極めて多く残留し、重量i7&少率も多い。
実施例2 表2に示した性状を有する市販のSiC粉末(1)〜(
3)および直径0.5μm、長さ40μm1α度7のβ
型SiCウィスカー(4)に、実施例1と同各混合物を
実施例1と同一条件で熱処理し、生成物の性状等を表3
に示した。
表3 は、重il減少が若干高いが粒状物の少ない径太SiC
ウィスカーが得られる。これに対し、(3)の例はSi
C粉末の粒径および(111)回折線半価幅が本発明の
特定範囲を外れるため粒状物および重置減少率が増大し
ている。また、(4)はSiC粉末に代えて原料SiC
ウィスカーよりも(111)回折線半価幅が大きなSi
Cウィスカーを使用した本発明例であり、粒状物の残留
量は稍多(みられるものの重Frt減少が少ない状態で
径大化が可能になることを示している。
(発明の効果〕 以上のとおり、本発明に従えば特定性状のSiC粉末ま
たはSiCウィスカーを混在させた状態での簡易な熱処
理によって、直径が2μm以上の径大SiCウィスカー
を低位の粒状物含有量ならびに重IN少下に製造するこ
とができる。
したがって、セランミクス強化用として好適であり、人
体に対する障害性のないSiCウィスカーの供給が可能
となる。
手続補正書(自発) 平成1年12月14日 ■、事件の表示 平成1年特許願第278213号 2、発明の名称 SiCウィスカーの製造方法 3、補正をする者 事件との関係    特許出願人 住 所  東京都港区北青山−丁目2番3号名称 東海
カーボン株式会社 取締役社長  伊 藤 國二部 4、代理人 〒171 5、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 (1)明細書第7頁、12行目の「・・・2θ約33.
6dBに出る・・・」を「・・・2θ約33.5deg
に出る・・・」に補正する。
(2)明細書第8頁、1〜2行目の「なお、SiC粉末
の・・・与えることができる。」を削除する。
(3)明細書12頁、16行目、表3のSiC粉末の種
類(3)の重量減少r7.3 Jをr2.8 Jに補正
する。
(4)明細書13頁、3〜4行目の「および重量減少率
」を削除する。
以 上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、直径0.3〜1.5μm、長さ10〜100μmの
    性状を有するβ結晶型主体のSiCウィスカー原料を少
    なくとも30重量%の比率で粒径1μm以下もしくは(
    111)回折線の半価幅0.18deg以上のSiC粉
    末と混合し、該混合物を非酸化性雰囲気中で1800〜
    2200℃の温度に熱処理することを特徴とするSiC
    ウィスカーの製造方法。 2、SiCウイスカー原料が、α度20以下、(111
    )回折線の半価幅0.14deg以下である請求項1記
    載のSiCウィスカーの製造方法。 3、SiC粉末に代えてSiCウィスカー原料よりも(
    111)回折線の半価幅が大きいSiCウィスカーを混
    合する請求項1記載のSiCウィスカーの製造方法。
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