JPH03279300A

JPH03279300A - ＳｉＣウイスカーの製造方法

Info

Publication number: JPH03279300A
Application number: JP8179290A
Authority: JP
Inventors: Akira Kitahara; 北原　彰; Hideo Fujita; 英夫藤田
Original assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Current assignee: Kansai Coke and Chemicals Co Ltd
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-10

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、優れた靭性や耐熱性により複合材料用強化剤
として注目されているＳｉＣウィスカーの製造方法に関
し、殊に高純度で直線性の優れたＳｉＣウィスカーを高
収率で製造することのできる方ン去に関するものである
。

［従来の技術］ウィスカーは、単結晶で転移や格子欠陥などの構造上の
欠陥がなく極めて高い機械的強度を有しているところか
ら、金属、プラスチック、セラミックス等への強化材等
として非常に有用なものである。中でもＳｉＣウィスカ
ーは、ダイヤモンド構造を有しているため強度および弾
性率が特に良好であり、しかも耐熱性、熱伝導率および
化学的安定性か大で非常に優れた高温耐酸化性を有して
いるなど多くの長所を有している。

ＳｉＣウィスカーの製造方法としては、気相法、液相法
、固相法等各種の方法が知られており、前記気相法にお
いてもＣＶＤ法、ＶＬＳ法。

昇華再結晶法等が開発されている。

上記各方法のうち、収率も良く、工業的方法として期待
されているのは固相法であるが、この方法は、珪石等と
コークスやカーホン等の炭素材の混合物を１６００℃以
上の高温下で数時間反応させることによって、Ｓ　ｉ　
Ｏ２を炭素で還元し、ＳｉＣウィスカーを得るものであ
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら上記固相法は、高温で反応させてＳｉＣウ
ィスカーを生成するものであるので、特殊な高温型電気
炉を必要とし、生産性が若干低く、生産コストも高くな
るという欠点があった。

本発明はこうした情況のもとになされたものであって、
特殊な高温型電気炉を必要とせず、高い収率で効率良＜
ＳｉＣウィスカーを製造することのできる方法を提供す
ることにある。

［課題を解決する為の手段コ上記目的を達成し得た本発明とは、ＳｉＣウィスカーを
製造するに当たり、金属Ｓ１、炭素源、ウィスカー成長
用触媒および反応促進剤を混合し非酸化性雰囲気下１１
００〜１５００℃で１分〜５時間反応させるところに要
旨を有するＳｉＣウィスカーの製造方法である。

また上記原料混合物を炭化水素を主成分とする繊維状物
質に付着させた後１０００℃以下の温度で炭化し、次い
で上記方法と同様にして反応させれば、ＳｉＣウィスカ
ーの直線性を高めることができるばかりでなく、生産性
も更に向上させることができる。

［作用］本発明者らは、ＳｉＣウィスカーを比較的低温でしかも
効率良く製造する方法を開発すべく、様々な角度から検
討した。その結果、珪素源として金属Ｓｉを用いる他、
炭素源、ウィスカー成長用触媒および反応促進剤を原料
として添加し、非酸化性雰囲気下１１００〜１５００℃
で反応させれば、比較的短時間（１分〜５時間）で生産
性良＜ＳｉＣウィスカーが生成することを見出し、本発
明を完成した。

本発明によれば、比較的低温で反応を進行させることが
でき、通常の耐熱煉瓦を使用した加熱炉によって短時間
にＳｉＣウィスカーを生成させることができる。また生
成したＳｉＣウィスカーは、脱炭素後に酸洗することに
よって残留物を除去することができ、比較的簡単なプロ
セスで容易に高純度のＳｉＣウィスカーを製造すること
ができる。

尚本発明を実施するに当たっては、金属Ｓｉと炭素源が
直接反応して粉末ＳｉＣを生成するのを防止する観点か
ら、金属Ｓｉと触媒を予め反応促進剤でコーティングし
ておき、これに炭素源を混合したものを原料とすること
も効果的である。これによって粉末状のＳｉＣをほとん
ど生成させずに、効率良＜ＳｉＣウィスカーを生成させ
ることができる。

本発明者らは、上記発明が完成された後も、最適なＳｉ
Ｃウィスカー製造方法の実現を見出すべく更に検詞を進
めた。即ち上記方法によっては若干の粒子状ＳｉＣの生
成は避けられず、特にＳｉＣウィスカーの成長を助長す
るのに必要とされる空間の維持と雰囲気の調整が困難で
あることから、ＳｉＣウィスカーを直線状に成長させ難
いという欠点を残している。ところが上記欠点を解消す
べく更に鋭意研究を重ねた結果、綿花や綿製布地等の様
に炭化水素を主成分とする繊維状物質に原料混合物を付
着させ、空気を断った雰囲気で１０００℃以下（好まし
くは６００〜８００℃）の程度で炭化させた後、非酸化
性雰囲気下１０００〜１５００℃で反応させれば、直線
性の優れたＳｉＣウイスカーが生成することを見出した
。この様な方法は、例えばるつぼ内で行なえば外気に左
右されずにＳｉＣウィスカーを製造することができ、例
えばトンネル型炉等を使用すれば、容易に直線状ＳｉＣ
ウィスカーを大量生産できる。

本発明で用いるＳｉ源は金属Ｓｉであるか、これは比較
的低温度で反応を完結させようとする観点から選ばれる
。金属Ｓｉはできるだけ純度が高く、粒径も細かいのが
良い。金属Ｓｉの純度は好ましくは７０％以上であるが
、より好ましくは８５％以上である。また金属Ｓｉの粒
径は１００メツシユ以下であるのが好ましく、より好ま
しくは２００メツシユ以下である。

一方炭素源としては、タールピッチ、アスファルトピッ
チ、カーボンブラック、黒鉛等を用いることができるが
、反応性を考慮するとその純度は７０％以上、粒径は１
００μ山以下、軟化点は８０℃以上であることが好まし
い。尚純度のより好ましい範囲は９５％以上であり、粒
径のより好ましい範囲は５０μｍ以下である。

金属Ｓｉと炭素源の比率（金属Ｓｉ／炭素源）は、０．
４〜３０の範囲であることが好ましく、より好ましくは
１．０〜２．０である。これは炭素源があまり少ないと
未反応の金属Ｓｉが残留し易く、その除去が困難となる
からであり、炭素源があまり多くなると未反応の炭素が
大量に残留し、原料として無駄になる他、その除去が困
難になるからである。

本発明で用いられるウィスカー成長用触媒としては、例
えばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ或はこれらの酸化物が使用され、
反応促進剤としては、ＮａＩやＫＩ等の様に１２００〜
１８００℃の融点を有するハロゲン化アルカリが最適で
ある。これらは粉末状ＳｉＣの生成を防止し、ＳｉＣウ
ィスカーの成長を効果的に進行させる目的で添加される
。尚触媒の比率は金属Ｓｉに対して（触媒／　Ｓ　ｉ　
）　０．１〜３０であることが好ましく、より好ましく
は０．８〜１．５程度である。また反応促進剤の比率は
、金属Ｓｉに対して（促進剤／５ｉ）０．５〜３．０で
あることが好ましく、より好ましくは１．０〜２．０程
度である。

本発明における反応温度は１１００〜１５００℃であれ
ばよいが、より好ましくは１２５０〜１３５０℃程度で
ある。また反応掌囲気を形成するガスは非酸化性である
限り何でも良く、車−ガスや混合ガスの如何を問わず使
用できる。但し、窒素ガスは窒化物を生成して製品純度
を下げる恐れがあるので、使用するとしてもこうした窒
化物を殆ど生成することのない程度の混合ガス（窒素量
３０％程度以下）を用いるのがよい。そして最も好まし
いのは水素を主体とする還元性ガスであり、水素は単独
で使用し得る他、爆発の危険を避けるため不活性ガスで
適度に希釈して使用することも有効である。尚反応時間
は１分以上は必要であり、５時間以内に反応は完結する
が、より好ましくは１０分〜１時間程度である。

以下本発明を実施例によフて更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することは、いずれも本発
明の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例コ実施例１２００メツシユ以下が９０％で純度９５％の金属５１１
ｇを用い、これに修酸鉄を加熱・分解させて得たＦｅ○
粉末１ｇ１およびＮ　ａ　Ｉ　１．５ｇを添加して混合
し、８００℃に加熱後冷却、粉砕したものに、カーボン
ブラック１ｇを加えて更に混合した。該混合物を小型る
つぼに入れ蓋をした夜更に大型るつぼに入れ、周囲およ
び上部をコークスプリーズで覆）て蓋をし、１３００℃
に加熱した通常の電気炉に装入し、２０分間放置して反
応させた。

反応物をるつぼから取出し、空気中７００℃で４時間放
置して脱炭素を行なった後、１０％の希塩酸で洗浄し、
その後水洗、乾燥させて製品１．４１ｇを得た。

得られた製品を顕微鏡で観察したところ、生成物の大半
は径１μｍ以下、長さ数１０μｍのウィスカーであり、
Ｘ線回折によって該ウィスカーの９０％以上がＳｉＣで
あることを確認した。

比較例１金属Ｓｉを用いる代わりに珪砂を用いた以外は実施例１
と同様にして反応させたところ、珪砂は殆んど反応せず
に残留した。

実施例２実施例１て示したのと同様の方法で調整した金属５ｉ−
ＦｅＯ−ＫＩ混合物に、平均粒径約７μｍに粉砕した純
度９７％の黒鉛１ｇを加えて混合した後、実施例１と同
様にして反応させ、製品１．３９ｇを得た。

得られた製品を顕微鏡で観察したところ、生成物は殆ん
ど実施例１で得られたウィスカーと同してあり、Ｘ線回
折によって９８％以上がＳｉＣであることを確認した。

比較例２ＦｅＯを加えない以外は、実施例２と同様にして反応さ
せたところ、ウィスカーは生成せず、粉末状のＳｉＣが
生成した。

実施例３２００メツシユ以下が９０％で純度９５％の金属５１１
ｇを用い、これに２００メツシユ以下が９５％で純度７
０％のＦｅＯ粉末１ｇ１およびＫ　Ｉ　１．５ｇを加え
て混合し、８００℃に加熱後冷却、粉砕したものに、平
均粒径約７μｍに粉砕した純度９７％の黒鉛１ｇを加え
て更に混合した６該混合物を綿花の小片にまぶし、充分
に付着させた。

アルミナ製のるつぼの底に、タオル地を炭化して得た炭
水布を敷き、上記原料混合物をまぶした綿花をゆるやか
に詰め、上部を炭化布で覆い蓋をした。

上記るつぼを、８００℃に保った電気炉に装入して２０
分間放置し、るつぼ内の綿花を炭化させた。電気炉を５
分間で１３００℃まで昇温した後１０分間放置し、その
後電気炉からるつぼを取出し、冷却した。

反応物をるつぼから取出し、空気中７００℃で４時間放
置して脱炭素を行なった後、約１０％の弗酸に１〜４時
間浸漬し、次いで水洗、乾燥させて製品１３８ｇを得た
。

得られた製品を顕微鏡で観察したところ、生成物の大半
は径１μｍ以下、長さ数１０μｍのウィスカーであり、
Ｘ線回折によって該ウィスカーの９８％以上が直線状に
成長したＳｉＣであることを確認した。

［発明の効果］以上述べた如く本発明によれば、高い収率て効率良＜Ｓ
ｉＣウィスカーを製造することかできる。

ξ　ｒ・

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＳｉＣウィスカーを製造するに当たり、金属Ｓｉ
、炭素源、ウィスカー成長用触媒および反応促進剤を混
合し非酸化性雰囲気下１１００〜１５００℃で１分〜５
時間反応させることを特徴とするＳｉＣウィスカーの製
造方法。
（２）ＳｉＣウィスカーを製造するに当たり、金属Ｓｉ
、炭素源、ウィスカー成長用触媒および反応促進剤を混
合し、該混合物を、炭化水素を主成分とする繊維状物質
に付着させた後、１０００℃以下の温度で炭化し、次い
で非酸化性雰囲気下１１００〜１５００で１分〜５時間
反応させることを特徴とするＳｉＣウィスカーの製造方
法。
（３）金属Ｓｉとして純度７０％以上で粒径が−１００
メッシュのもの、炭素源として純度７０％以上で粒径が
１００μｍ以下、軟化点が８０℃以上のものを夫々用い
、炭素源と金属Ｓｉの重量比（Ｃ／Ｓｉ）が０．４〜３
．０となる様に混合して行なう請求項（１）または（２
）に記載の製造方法。
（４）ウィスカー成長用触媒として、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ
またはこれらの酸化物を用いる請求項（１）〜（３）の
いずれかに記載の製造方法。
（５）反応促進剤として、１２００〜１４００℃の融点
を有するハロゲン化アルカリを用い、これを金属Ｓｉに
対する重量比（促進剤／Ｓｉ）で０．５〜３．０となる
様に混合して行なう請求項（１）〜（４）のいずれかに
記載の製造方法。