JPH03359B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH03359B2 JPH03359B2 JP5879087A JP5879087A JPH03359B2 JP H03359 B2 JPH03359 B2 JP H03359B2 JP 5879087 A JP5879087 A JP 5879087A JP 5879087 A JP5879087 A JP 5879087A JP H03359 B2 JPH03359 B2 JP H03359B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sulfur
- sic whiskers
- raw material
- hydrogen
- silicon
- 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
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は気相法によるアスペクト比の大きな
SiCウイスカーの製造方法に関する。 〔従来の技術〕 SiCウイスカーは強度及び弾性率が極めて優れ
ている上に耐熱性、耐蝕性も高く、しかも軽量で
あるという特徴から複合材の強化材として注目さ
れている。特に、近年自動車や航空機をはじめと
する広い用途分野においてFRM、FRP、FRC用
の補強材として有用されつつある。一般に、補強
性の優れたSiCウイスカーとしては繊維長が長
く、アスペクト比の大きなものが要求されてい
る。 このSiCウイスカーの製造方法としては、ケイ
素を含む原料と炭素を含む原料とを気相で反応さ
せる気相法と、ケイ素を含む原料と炭素を含む原
料として共に固体を使用する固相法とがある。気
相法としては、例えばSiCl4や（CH3）4Si等のケ
イ素化合物とCH4、C3H8、CCl4等の炭素化合物
とを高温の水素気流中で反応させる方法、あるい
はCH3SiCl3等のシラン化合物を水素気流中で熱
分解する方法等がある。しかし、更に繊維長が長
く、高アスペクト比のSiCウイスカーが得られれ
ば、シート化あるいは長繊維状に連続化等が容易
となり、より広汎な用途分野での応用が可能とな
る。 一般に、SiCウイスカーの生成過程に硫化水素
が存在すると、ウイスカーの成長反応が促進され
ることが知られている。硫化水素は、ケイ素を含
む分解生成物と反応して硫化ケイ素を生成し、こ
の硫化ケイ素が炭素を含む分解生成物と反応して
SiCウイスカーに転化するものと考えられてい
る。硫化水素のウイスカー生成促進機能を利用す
るものとして、メルカプト変成シリコンオイルを
水素あるいはアルゴンをキヤリアガスとして、
1200〜1400℃の温度で熱分解することによりSiC
ウイスカーを生成する方法が提案されている。
（昭和62年１月窯業基礎討論会資料）。この方法に
よるSiCウイスカーは、直径0.3〜3μｍ、長さは数
cmに達する長いウイスカーが得られている。 しかしながら、原料となるメルカプト変性シリ
コンオイルは高価であり、また入手し難い上に長
期安定性も乏しい等の欠点がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記欠点を解消して、入手が容易であ
り、かつ安価な原料系を使用して、アスペクト比
の大きな、長いウイスカーを効率よく製造する方
法を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち、本発明のSiCウイスカーの製造方法
は、炭素を含むシラン化合物に、硫黄含有物質を
添加して溶解もしくは分散させた原料を、水素雰
囲気中1200〜1600℃の温度に加熱することを構成
的特徴とする。 本発明で使用するシラン化合物としては、構成
分子中にアルキル基やアルコキシル基等の炭素を
含む基を有するもの、例えば（CH3）4Si、
（CH3）2SiCl2、Si（OC2H5）4等が用いられる。こ
れらのシラン化合物は、水素雰囲気中で加熱する
と熱分解して、ケイ素を含む分解生成物及び炭素
を含む分解生成物を生成する。なお、炭素を含む
分解生成物の量を調節するために、シラン化合物
とは別にCH4、C3H8等の炭化水素を別途供給す
ることもできる。 この場合に、硫黄含有物質をシラン化合物に添
加すると、硫黄含有物質も熱分解されて硫化水素
を生成する。生成した硫化水素は、ケイ素を含む
分解生成物と反応して硫化ケイ素に変換し、次い
で硫化ケイ素は炭素を含む分解生成物と反応して
SiCに転化し、長いウイスカーに成長する。 硫黄含有物質としては、チオフエン、ジメチル
サルフアイド、ジメチルスルホキサイド等の硫黄
含有炭化水素、あるいは単体硫黄や硫化水素等が
好ましく使用される。この硫黄含有物質は、シラ
ン化合物に溶解あるいは分散させた状態で反応炉
に供給する。硫黄含有物質の添加量は、硫黄量に
換算してシラン化合物に対して0.05〜10wt％が適
当である。添加量が0.05wt％未満では硫化ケイ素
の生成量が少ないためにウイスカー生成反応が効
率よく進行しないためである。また、10wt％を
越える場合は、過剰の硫化ケイ素が未反応のま
ま、反応系外に排出されるので好ましくない。 この硫黄含有物質を添加したシラン化合物原料
は、水素をキヤリアガスとして反応炉に導入し
て、水素雰囲気中1200〜1600℃の温度で熱分解さ
せると、反応炉中に設けた基板上にSiCウイスカ
ーが生成する。基板としては、黒鉛やアルミナ等
が用いられる。原料の導入量は液体として、水素
ガスに対して0.005〜0.04Vol.％の割合で反応炉に
導入する。0.005Vol.％未満ではSiCウイスカーの
生成能率が悪く、また0.04Vol.％を越えると生成
した熱分解炭素がSiCウイスカー中に混在して、
その除去が必要となる場合が生じるためである。
導入する水素ガスは、基板上を10〜180cm／分程
度の速度に設定される。速度が10cm／分を下回る
とSiCウイスカーの生成能率が悪く、180cm／分
を上回る場合は生成効率が低下するためである。 これらの条件下に、所定温度に0.5〜４時間保
持することにより、直径が0.1〜2μ、長さ数cmの
SiCウイスカーを効率よく製造することができ
る。 〔作用〕 上記構成に基づき、SiCウイスカーの成長促進
機能のを有する硫化ケイ素の生成を、安価かつ入
手容易な原料系を用いて、効果的に達成すること
ができる。 〔実施例〕 実施例 １ 電気炉内にムライト製の反応炉管（内径80mm、
長さ1600mm）を挿着し、両端を黒鉛栓でシールし
た。一端にSUS316製原料導入管（内径１mm）及
び水素ガス供給管（内径６mm）を挿入し、他端に
は排気管（内径15mm）を挿入した。また、反応炉
管の中央部にはムライトの基板を設置した。 まず、アルゴンガスを流しながら昇温して反応
炉管内の空気を置換し、次いで水素ガスに切替え
て系内を高温水素雰囲気にした。このようにして
1300℃に設定した反応炉管に、ジメチルジクロル
シラン100ｇにチオフエンを15ｇ及び25ｇ溶解し
た原料を0.1ml／分の割合で導入した。 なお、水素ガスの流量は500ml／分に設定した。
この条件で２時間保持して得られたSiCウイスカ
ーの形状特性及び収率を表−１に示した。 また、比較のために、原料としてメルカプト変
性シリコンオイル（信越化学(株)製Ｘ−22−980）
を使用し、その他の条件は実施例１と同じ方法で
製造したSiCウイスカーの形状特性及び収率を同
表中に併記した。
SiCウイスカーの製造方法に関する。 〔従来の技術〕 SiCウイスカーは強度及び弾性率が極めて優れ
ている上に耐熱性、耐蝕性も高く、しかも軽量で
あるという特徴から複合材の強化材として注目さ
れている。特に、近年自動車や航空機をはじめと
する広い用途分野においてFRM、FRP、FRC用
の補強材として有用されつつある。一般に、補強
性の優れたSiCウイスカーとしては繊維長が長
く、アスペクト比の大きなものが要求されてい
る。 このSiCウイスカーの製造方法としては、ケイ
素を含む原料と炭素を含む原料とを気相で反応さ
せる気相法と、ケイ素を含む原料と炭素を含む原
料として共に固体を使用する固相法とがある。気
相法としては、例えばSiCl4や（CH3）4Si等のケ
イ素化合物とCH4、C3H8、CCl4等の炭素化合物
とを高温の水素気流中で反応させる方法、あるい
はCH3SiCl3等のシラン化合物を水素気流中で熱
分解する方法等がある。しかし、更に繊維長が長
く、高アスペクト比のSiCウイスカーが得られれ
ば、シート化あるいは長繊維状に連続化等が容易
となり、より広汎な用途分野での応用が可能とな
る。 一般に、SiCウイスカーの生成過程に硫化水素
が存在すると、ウイスカーの成長反応が促進され
ることが知られている。硫化水素は、ケイ素を含
む分解生成物と反応して硫化ケイ素を生成し、こ
の硫化ケイ素が炭素を含む分解生成物と反応して
SiCウイスカーに転化するものと考えられてい
る。硫化水素のウイスカー生成促進機能を利用す
るものとして、メルカプト変成シリコンオイルを
水素あるいはアルゴンをキヤリアガスとして、
1200〜1400℃の温度で熱分解することによりSiC
ウイスカーを生成する方法が提案されている。
（昭和62年１月窯業基礎討論会資料）。この方法に
よるSiCウイスカーは、直径0.3〜3μｍ、長さは数
cmに達する長いウイスカーが得られている。 しかしながら、原料となるメルカプト変性シリ
コンオイルは高価であり、また入手し難い上に長
期安定性も乏しい等の欠点がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記欠点を解消して、入手が容易であ
り、かつ安価な原料系を使用して、アスペクト比
の大きな、長いウイスカーを効率よく製造する方
法を提供するものである。 〔問題点を解決するための手段〕 すなわち、本発明のSiCウイスカーの製造方法
は、炭素を含むシラン化合物に、硫黄含有物質を
添加して溶解もしくは分散させた原料を、水素雰
囲気中1200〜1600℃の温度に加熱することを構成
的特徴とする。 本発明で使用するシラン化合物としては、構成
分子中にアルキル基やアルコキシル基等の炭素を
含む基を有するもの、例えば（CH3）4Si、
（CH3）2SiCl2、Si（OC2H5）4等が用いられる。こ
れらのシラン化合物は、水素雰囲気中で加熱する
と熱分解して、ケイ素を含む分解生成物及び炭素
を含む分解生成物を生成する。なお、炭素を含む
分解生成物の量を調節するために、シラン化合物
とは別にCH4、C3H8等の炭化水素を別途供給す
ることもできる。 この場合に、硫黄含有物質をシラン化合物に添
加すると、硫黄含有物質も熱分解されて硫化水素
を生成する。生成した硫化水素は、ケイ素を含む
分解生成物と反応して硫化ケイ素に変換し、次い
で硫化ケイ素は炭素を含む分解生成物と反応して
SiCに転化し、長いウイスカーに成長する。 硫黄含有物質としては、チオフエン、ジメチル
サルフアイド、ジメチルスルホキサイド等の硫黄
含有炭化水素、あるいは単体硫黄や硫化水素等が
好ましく使用される。この硫黄含有物質は、シラ
ン化合物に溶解あるいは分散させた状態で反応炉
に供給する。硫黄含有物質の添加量は、硫黄量に
換算してシラン化合物に対して0.05〜10wt％が適
当である。添加量が0.05wt％未満では硫化ケイ素
の生成量が少ないためにウイスカー生成反応が効
率よく進行しないためである。また、10wt％を
越える場合は、過剰の硫化ケイ素が未反応のま
ま、反応系外に排出されるので好ましくない。 この硫黄含有物質を添加したシラン化合物原料
は、水素をキヤリアガスとして反応炉に導入し
て、水素雰囲気中1200〜1600℃の温度で熱分解さ
せると、反応炉中に設けた基板上にSiCウイスカ
ーが生成する。基板としては、黒鉛やアルミナ等
が用いられる。原料の導入量は液体として、水素
ガスに対して0.005〜0.04Vol.％の割合で反応炉に
導入する。0.005Vol.％未満ではSiCウイスカーの
生成能率が悪く、また0.04Vol.％を越えると生成
した熱分解炭素がSiCウイスカー中に混在して、
その除去が必要となる場合が生じるためである。
導入する水素ガスは、基板上を10〜180cm／分程
度の速度に設定される。速度が10cm／分を下回る
とSiCウイスカーの生成能率が悪く、180cm／分
を上回る場合は生成効率が低下するためである。 これらの条件下に、所定温度に0.5〜４時間保
持することにより、直径が0.1〜2μ、長さ数cmの
SiCウイスカーを効率よく製造することができ
る。 〔作用〕 上記構成に基づき、SiCウイスカーの成長促進
機能のを有する硫化ケイ素の生成を、安価かつ入
手容易な原料系を用いて、効果的に達成すること
ができる。 〔実施例〕 実施例 １ 電気炉内にムライト製の反応炉管（内径80mm、
長さ1600mm）を挿着し、両端を黒鉛栓でシールし
た。一端にSUS316製原料導入管（内径１mm）及
び水素ガス供給管（内径６mm）を挿入し、他端に
は排気管（内径15mm）を挿入した。また、反応炉
管の中央部にはムライトの基板を設置した。 まず、アルゴンガスを流しながら昇温して反応
炉管内の空気を置換し、次いで水素ガスに切替え
て系内を高温水素雰囲気にした。このようにして
1300℃に設定した反応炉管に、ジメチルジクロル
シラン100ｇにチオフエンを15ｇ及び25ｇ溶解し
た原料を0.1ml／分の割合で導入した。 なお、水素ガスの流量は500ml／分に設定した。
この条件で２時間保持して得られたSiCウイスカ
ーの形状特性及び収率を表−１に示した。 また、比較のために、原料としてメルカプト変
性シリコンオイル（信越化学(株)製Ｘ−22−980）
を使用し、その他の条件は実施例１と同じ方法で
製造したSiCウイスカーの形状特性及び収率を同
表中に併記した。
【表】
実施例 ２
シリコンオイル（信越化学(株)製KF−96）100ｇ
に、チオフエンを４ｇ及び15ｇ溶解した原料を使
用した以外は実施例１と同じ方法で実施した。得
られた結果を表−２に示した。なお、シリコンオ
イルのみを使用し、チオフエンを添加しない原料
を用いて同一条件で熱分解したが、SiCウイスカ
ーの生成は認められなかつた。
に、チオフエンを４ｇ及び15ｇ溶解した原料を使
用した以外は実施例１と同じ方法で実施した。得
られた結果を表−２に示した。なお、シリコンオ
イルのみを使用し、チオフエンを添加しない原料
を用いて同一条件で熱分解したが、SiCウイスカ
ーの生成は認められなかつた。
上記説明で明らかなように、本発明方法によれ
ば安価かつ入手容易であり、しかも安定な原料系
を使用して繊維長が長く、アスペクト比の大きい
SiCウイスカーを効率よく製造することが可能と
なる。
ば安価かつ入手容易であり、しかも安定な原料系
を使用して繊維長が長く、アスペクト比の大きい
SiCウイスカーを効率よく製造することが可能と
なる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭素を含むシラン化合物に硫黄含有物質を添
加して溶解もしくは分散させた原料を、水素雰囲
気中1200〜1600℃の温度に加熱することを特徴と
するSiCウイスカーの製造方法。 ２ 硫黄含有物質が硫黄含有炭化水素、単体硫黄
または硫化水素である特許請求の範囲第１項記載
のSiCウイスカーの製造方法。 ３ シラン化合物に硫黄含有物質を、硫黄として
0.05〜10wt％添加する特許請求の範囲第１項記載
のSiCウイスカーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5879087A JPS63225600A (ja) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | ＳｉＣウイスカ−の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5879087A JPS63225600A (ja) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | ＳｉＣウイスカ−の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63225600A JPS63225600A (ja) | 1988-09-20 |
| JPH03359B2 true JPH03359B2 (ja) | 1991-01-07 |
Family
ID=13094367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5879087A Granted JPS63225600A (ja) | 1987-03-16 | 1987-03-16 | ＳｉＣウイスカ−の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63225600A (ja) |
-
1987
- 1987-03-16 JP JP5879087A patent/JPS63225600A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63225600A (ja) | 1988-09-20 |
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