JPH03183699A - ＳｉＣウイスカーの製造方法 - 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、直径２．０μｍを越える径大タイプのＳｉＣ
ウィスカーを製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

５ｉＣＯ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、化学的安定性などの面で卓越した
性能特性を有することから各種のプラスチック材、金属
材あるいはセラミックス材の複合強化材として有用され
ている。

このうち、特に破壊靭性に乏しいセラミックス材の複合
強化は、近時の重要な開発課題とされている。セラミッ
クス材の破壊靭性をウィスカーの複合化で向上させる機
構は、組織内部に分散したウィスカーがセラミックス体
に発生するクラックの成長を停止または抑制すると共ｔ
こ、クランク進行方向を屈曲化させて応力集中を緩和す
る機能をはたし、さらにウィスカーの引き抜き作用によ
りクランク先端でのエネルギーを吸収する等の現象に基
づくものとされているが、これらセラミックス材の高靭
化にはウィスカーの性状として直径の大きな径大タイプ
のものを複合させることが効果的であることが確認され
ている。

また、ウィスカーは微細な針状繊維形態を呈する関係で
人体の呼吸器系に吸入された場合には肺の中に残留しや
すく、呼吸器障害を起こす危険性が指摘されている。こ
の障害性はウィスカー直径との関連が深く、とくに直径
２μｍ未満の性状において危険性が大きい。

このようなセラミックス材の複合高靭化および人体に対
する安全性確保の必要性から、少なくとも直径２．０　
μ閉を越える径大タイプのＳｉＣウィスカーを得るため
の製法開発が強く要請されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＳｉＣウィスカーの生成手段には気相原料系および固相
原料系によるものとがあるが、このうち現状で最も工業
的な量産技術とされている固相原料系による製造方法（
例えば、特公昭６０−４４２８０号公報、特開昭６１−
１０２４１６号公報）によって径大ウィスカーが生成で
きれば、生成ウィスカーの絡み合いを解体したり、副生
粒状物（ショット）からの分離を容易にするためにも有
利となる。

しかしながら、固相原料系の製造方法によって径大タイ
プのＳｉＣウィスカーを生成させることは仲々難しく、
これまでに直径２μｍを越える性状のものを工業的に生
産した例は知られていない。

本発明は、上記の要請に応えて径大タイプのＳｉＣウィ
スカーを得るため、特に触媒添加条件の選定につき鋭意
研究を重ねた結果開発されたもので、その目的は、固相
原料系において直径２．０μ−を越える性状のＳｉＣウ
ィスカーを製造するための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） 上記の目的を達成するための本発明によるＳｉＣウィス
カーの製造方法は、珪素源原料と炭材との混合原料を非
酸化雰囲気中で反応温度域に加熱処理してＳｉＣウィス
カーを生成させる方法において、金属系触媒を珪素源原
料中のＳｉ１モルに対し金属として０．０６モル以上に
相当する配合量で置台原料に添加し、かつ加熱処理条件
を昇温速度１０℃／ｍｉｎ、以上、反応温度１５５０〜
１８００℃に設定することを構成上の特徴とするもので
ある。

本発明に用いられる珪素源原料としては、シリカゲル、
珪砂、石英粉、無機珪酸塩、有機珪素化合物など珪素成
分を含有する物質であればよいが、中でも５１０２を主
成分とするシリカゲル、石英粉、珪砂等の使用が有効で
ある。

炭材としては、カーボンブラック、コークス粉、黒鉛粉
、粉末活性炭などが使用できるが、最も好適な炭材はカ
ーボンブラックである。カーボンブラックを適用する場
合には、ファーネスプラヅク、チャンネルブラッ、り、
アセチレンブラック等の品種は問わないが、とくにＤＢ
Ｐ吸油量が１００　ｄ１１００ｇ以上の特性を有するも
のが有効に使用される。

珪素源原料に対する炭材の配合割合は６０〜１２０重量
％の範囲に設定し、両原料成分を十分均一に混合する。

上記の混合原料には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃａおよびそ
れらの酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩から選
択された金属系触媒が添加される。

本発明の第１の主要な要件は、混合原料に添加する前記
金属系触媒の配合条件で、金属系触媒を珪素源原料中の
Ｓｉ１モルに対し金属として０．０６モル以上に相当す
る配合量で混合原料に添加する。

前記金属系触媒の配合量が金属として０．０６モル未満
に相当する量比では直径２．０μｍ以上のＳｉＣウィス
カーを生成させることは困難となる。またこの配合量が
０．３モルを越えると得られるＳｉＣウィスカーの形状
が悪くなる傾向を与える。したがって、配合量の上限は
、０．３モルに設定することが望ましい。

金属系触媒は、炭材を混合する前の珪素源原料に予め添
加しておくことが実用的である。添加の方法は、粉体と
して攪拌混合する方法でもよいが、塩化物、硝酸塩のよ
うな化合物を水溶液に珪素源原料を浸漬して乾燥する方
法を採ることが均一分散に有利である。

珪素源原料、炭材および特定量の金属系触媒を含む原料
成分は、黒鉛のような高耐熱性材料で構成された反応容
器に充填密閉し、周囲をコークス粒ナトのカーボンバッ
キング材で被包した状態で通電加熱される。

この際、加熱処理の条件を、非酸化性雰囲気中で昇温速
度を１０℃／■ｉｎ、以上、反応温度を１５５０〜１８
００”Ｃに設定することが第２の主要な要件となる。

より好適な条件は、昇温速度１０〜４０℃／ｗｉｎ、　
、反応温度１６００〜１７５０℃の範囲にすることであ
る。

昇温速度を１０℃／…ｉｎ以上にする理由は、これがｌ
Ｏｏ（：／ｗｉｎを下部ると径大のＳｉＣウィスカーを
生成するために寄与しなくなるためである。また、４０
’Ｃ／ｍｉｎを上部る場合には原料組織中の温度勾配が
大きくなるためか、生成ウィスカー形状に異形化および
バラツキが増大する傾向を招く。

反応温度を１５５０〜１８００℃の範囲にする理由は、
１５５０’Ｃ未満では生成ウィスカーの径大化が円滑に
進行しなくなる上にＳｉｎｇの残留が多くなり、１８０
０℃を越える高温域ではウィスカー形状の異形化が増大
するうえにウィスカーの粒状化が始まってショットの混
在が増すからである。

反応後、反応容器中に残留する未反応の炭材成分を焼却
処理によって除去する。

このようにして得られるＳｉＣウィスカーは、淡緑白色
を呈する格子欠陥のないＳｉＣの針状単結晶で、その形
状は直径２．０μ劇以上で長さ５０μｍを越える径太で
良アスペクト比を示すものである。

〔作　用〕

本発明によれば、金属系触媒の配合条件および原料成分
の加熱処理条件を選択し、これら条件を同時に満足させ
ることによって生成ＳｉＣウィスカーの径大化が実現さ
れる。この理由については解明するに至っていないが、
従来技術では生成ＳｉＣウィスカーの径大化を意図して
金属系触媒の配合量ならびに加熱温度条件を選定した例
はないから、本発明の作用には選択的な要素がある。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を比較例と対比しながら説明する
。

実施例１ 粒度２００メツシユ以下のシリカゲルを珪素源原料とし
、該珪素源原料をそのＳｉ１モルに対しＣＯ成分力０．
０１〜０．３モルに相当する５水準の配合比に調製した
ＣｏＣ／！、水溶液中に浸漬し、乾燥させた。

このようにして金属触媒を均一に担持させた珪素源原料
に、カーボンブラック炭材１１０重量％を配合し均一に
攪拌混合した。炭材用のカーボンブラックとしては、Ｄ
ＢＰ吸油量１３０　ｍｆｆ１／１００ｇ　、よう素吸着
１１０４ｍｇ／ｇの特性を有するファーネスブラック〔
東海カーボン側型、“ＳＥＭＳＴ　５１”　）を用いた
。

ついで、混合原料を高純度黒鉛製の反応容器に軽く充填
し、上部に黒鉛蓋を付してＡ「ガス雰囲気に保持された
電気抵抗加熱炉に入れた。この状態で、１０’Ｃ／１ｌ
ｉｎ、の昇温速度で反応温度を変え、２時間加熱して反
応させた。

加熱反応後、反応容器から内容物を回収し、大気中で６
００℃の温度に熱処理して残留する炭材成分を焼却除去
した。

得られた生成物につきＸ線回折をおこなったところ、β
−３ｉＣの原子問語ｊｉｔ［２，１５人、１５４人の波
長位置に明確なピークが現出したが、ＳｉＯ□やＣに相
当する回折線は確認されなかった。

表１に、生成した各ＳｉＣウィスカーの直径、形状評価
の結果を金属触媒のモル量および反応温度と対比させて
示した。

表１の結果から、金属系触媒の配合量が０．０５未満で
は直径２．０　μｍ以上のＳｉＣウィスカーを生成させ
ることはできず、また１９００℃の反応温度では直径は
太くなるもののウィスカー形状に曲がり、節目等が多く
なる。

表 １ 実施例２ 珪素源原料に粒度２００メツシユ以下の珪砂を用い、こ
れに金属系触媒としてＦｅｚＯ＝をＳｉ１モル当たりＦ
ｅとして０．Ｏ１〜０．３モルに相当する５水準の配合
量で添加混合した。その他の条件は実施例１と同一にし
てＳｉＣウィスカーを生成させた。

得られた各ＳｉＣウィスカーについて、実施例１と同様
に直径および形状評価をおこない、結果を表２に示した
。

表２の結果も表１と同一傾向を示し、金属系触媒の配合
量が０．１０〜０．３０モルで反応温度が１６００℃の
条件において最良のＳｉＣウィスカーが得られた。

表 〔発明の効果〕 〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明によれば特定された金属系触媒の
配合条件および反応時の加熱処理条件を適用することに
よって、常に直径２．０μｍ以上で良好な形状を備える
高品質のＳｉＣウィスカーを収率よく生産することがで
きる。

したがって、セラミックス材の複合高靭化に有効であり
、人体に対して安全度の高いＳｉＣウィスカーを供給す
ることが可能となる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪素源原料と炭材との混合原料を非酸化雰囲気中で
   反応温度域に加熱処理してＳｉＣウィスカーを生成させ
   る方法において、金属系触媒を珪素源原料中のＳｉ１モ
   ルに対し金属として０．０６モル以上に相当する配合量
   で混合原料に添加し、かつ加熱処理条件を昇温速度１０
   ℃／ｍｉｎ．以上、反応温度１５５０〜１８００℃に設
   定することを特徴とするＳｉＣウィスカーの製造方法。 ２、金属系触媒を、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃａおよ
   びそれらの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩から選択す
   る請求項１記載のＳｉＣウィスカーの製造方法。