JPH0426600A - 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、複合強化材として有用なＳｉＣウィスカーの
製造方法に係り、とくに平均直径のサイズを制御するこ
とができるＳｉＣウィスカーの製造方法に関する。

を従来の技術〕 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を用され
ている。

ＳｉＣウィスカーによる複合化は繊維強化を狙いとする
ものであるから、例えばプラスチック母材を対象にして
一方向性の複合強化を目的とする場合には配向性の良好
な細い直径で長い性状のものが適している。ところが、
破壊靭性に乏しいセラミックス材の複合強化においては
、組織内部に分散したウィスカーがセラミックス体に発
生するクランクの成長を停止または抑制すると共に、ク
ラッ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
ック先端でのエネルギーを吸収するの現象等による高靭
化をもたらすため、ウィスカーの性状として直径の大き
な径太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。その他、−度複合化した材料をさ
らに押出、鍛造などの二次加工を施すケースでも、二次
加工時の応力に伴うウィスカーの損傷を最小限に止める
ために径太で短長タイプのものが好適とされている。

このようにＳｉＣウィスカーの性状は複合化するマトリ
ックスの種類、複合目的などによって要求タイプが異な
ってきており、特に平均直径に対するグレード要求が厳
しくなっている。

従来、ＳｉＣウィスカーの生成手段として気相原料系お
よび固相原料系によるものとが知られているが、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）によって生成Ｓ
ｉＣウィスカーの直径を制御でき、かつバラツキを少な
くすることができれば前記のグレード要求に十分対応す
ることが可能となる。

特開平２−１８３９９号公報にはこの目的を達成するた
めに、触媒の存在下に固体状ケイ素原料と固体状炭素原
料を非酸化性雰囲気下で加熱し、昇温させ、１４００〜
１６００℃の温度に保持、反応させて、炭化ケイ素ウィ
スカーを製造する方法において、反応開始温度以後、昇
温工程を不活性ガス雰囲気下で行ない、その後、水素雰
囲気に切り換えることを特徴とする炭化ケイ素ウィスカ
ーの製造方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題） しかしながら、特開平２−１８３９９号公報の方法によ
る場合には高温反応炉内に水素ガスを流入しなければな
らないため、損業に危険性を伴う上にコスト高となる問
題点がある。

本発明は、珪素源原料粉末の粒度を分級調整することに
より生成するＳｉＣウィスカーの平均直径を制御化する
製造技術を開発したもので、その目的は固相原料系にお
いて操業性、経済性などを損ねることなしに所定の平均
直径ならびに分布を備える性状に制御生成することがで
きるＳｉＣウィスカーの製造方法を提供するにある。

〔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粉末混合原料
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、珪素源原料粉末を
２５０μｍ以下の微細領域で一定粒度範囲に分級調整す
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
分を含有する物質を挙げることができ、中でもＳｉＯ□
を主成分とするシリカゲル、石英粉、珪砂算の使用が有
効である。

炭材としては、カーボンブランク、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
ーボンブランクである。カーボンブラックを適用する場
合には、ファーネスブラック、チャンネルブランク、ア
セチレンブラック等の品種は問わないが、とくにＤＢＰ
吸油量が１００ｍ／１００ｇ以上の特性を有するものが
有効に使用される。

触媒としては、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
た金属系成分が用いられる。

珪素源原料、炭材および触媒成分は粉末状態で均一に混
合されるが、この際の混合順序として予め珪素源原料に
触媒成分を添加混合してから炭材と混合すると３成分の
均質な混合化が円滑に進行する。原料成分の配合は、珪
素源原料に対する炭材の割合を６０〜１２０重量％の範
囲に設定し、触媒は珪素源原料中のＳｉ１モルに対し金
属として０゜０３モル以上に相当する配合量で混合原料
に添加することが好ましい、この場合、触媒の配合量が
金属として０．０３モル未満に相当する量比では直径１
゜５μｍ以上のＳｉＣウィスカーを生成させることが困
難となる。しかし、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た
め、触媒配合量の上限は、０．３モルに設定することが
望ましい。

本発明の主要な要件は、上記の成分系において珪素源原
料粉末を２５０μｍ以下の微細領域で一定粒度範囲に分
級調整することである。珪素源原料粉末の粒度上限を２
５０μ謹に設定するのは、この粒度がｚｓｏ　ａ−より
大きくなると生成後に未反応の珪素源原料成分が多量に
残留・偏析する結果を招くためである。一定粒度範囲に
分級調整するとは、２５０μｍ以下の微細領域において
、例えば１５０〜２５０　μｍ　、１００〜１５０　μ
ｍ　、５０〜１００　ｔｔｍ、５０μ■以下というよう
に一定の分布幅範囲に粒度を揃えることである。粉砕お
よび分級は、通常のミクロンセパレーターなどを用いて
おこなうことができる。

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
器に軽く充填して密閉し、窒素、アルゴン等の非酸化性
雰囲気に保持された加熱炉で反応温度域に加熱される。

この際、加熱処理の条件は昇温速度を５〜ｂ／薯ｉｎ、
　、反応温度を１６００〜１９００℃に設定する。より
好適な条件は、昇温速度１０〜３０”Ｃ／ｗｉｎ、　、
反応温度１６１Ｏ〜１７００℃の範囲にすることである
。

昇温速度が５℃／ｓｉｎ未満であると径大のＳｉＣウィ
スカーを生成することが困難となり、４０℃／−！ｎを
上潮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、また、反応温度が１６００℃未満では
ＳｉＣウィスカーの生成が円滑に進行しなくなる上に珪
素源原料の残留が多くなり、１９００℃を越える高温域
ではウィスカー形状の異形化が増大し、同時にウィスカ
ーの粒状化が始まってショットの混在が増える。

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、珪素源
原料粉末の分級調整度合に応じて平均直径、アスペクト
比などが異なる所望の形状を呈する。

〔作　用〕

固体原料系によりＳｉＣウィスカーを製造する場合には
、珪素源原料粉末の粒度が生成ウィスカーの性状、とく
に平均直径およびその分布に影響を与える。この関係は
、粒度が小さくなると平均直径は細くなり、粒度が大き
くなると平均直径は太くなる傾向を示すが、粒度が２５
０μｍを越えると未反応の珪素源原料が多量に残留・偏
析するため、生成収率を著しく減退させる。

本発明は、上記の技術的因果関係を巧みに利用し、用い
る珪素源原料粉末を２５０μｍ以下の微細領域で一定粒
度範囲に分級調整することにより、生成するＳｉＣウィ
スカーの平均直径および分布を所定のレベルに制御化す
ることを可能にしたものである。

そのうえ、本発明のプロセスでは操業性、経済性を後退
させる要因はないから、平均直径を主体とした所望性状
の複合強化材用ＳｉＣウィスカーを個別的に量産するた
めの技術として極めて有用である。

〔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１〜３、比較例 珪素源原料として粒度が７５μｍ以下、７５〜１５０μ
ｍ　、１５０〜２５０　μｍの３種類に分級調整した石
英粉３３．３ｇを用い、触媒として粒径８〜９μ藁のＦ
ｅ粉末２ｇ（石英粉中のＳｉｌｍｏｌ　に対し０．０６
５ｍｏＩ相当量）を加えて攪拌混合した。

ついで、カーボンブラック炭材４０ｇを配合し均一に撹
拌混合した。炭材用のカーボンブランクとしては、ＤＢ
Ｐ＠油量１３０　ｍ／１００ｇ　、よう素吸着量１０４
謹ｇ／ｇの特性を有するファーネスブランク〔東海カー
ボン■製、”５ＥＡＳＴ　５）１”　）を用いた。

この粉末混合原料を高純度黒鉛製の反応容器に軽く充填
し、上部に黒鉛蒼を付して窒素ガス雰囲気に保持された
電気抵抗加熱炉に入れた。炉を１０”（／ｓｉｎ、の昇
温速度で１６４０℃まで上昇させ、２時間保持して反応
生成させた。

加熱反応後、反応容器から内容物を回収し、大荒中で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
−５ｉＣの原子開路８２．１５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ウィスカーの平均直径および
その標準偏差値を用いた珪素源原料の粒度範囲と対比さ
せて示した。

比較例 実施例と同一の石英粉を珪素源原料とし、粒度を細分級
せずに２５０μｍ以下の粒分布粉末を用いた。その他は
実施例と同一条件によりＳｉＣウィスカーを製造した。

得られたＳｉＣウィスカーの平均直径およびその標準偏
差を表１に併せて示した。

表 ■ 表１から、本発明によれば分級調整された珪素源原料の
使用に応じて平均［径の異なるバラツキの少ない分布を
もつ３段階グレード性状のＳｉＣウィスカーを製造する
ことができたが、原料粒度の分級調整をしない比較例で
はバラツキ分布の広い１種類のＳｉＣウィスカーしか得
られないことが判明する。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明によれば一定粒度範囲に分級調整
した珪素源原料粉末を適用することによって、特に平均
直径が整った所望性状を備える高品質のＳｉＣウィスカ
ーを操業性よく、経済的に量産することができる。

したがって、要求形状に沿う多様の複合強化材を供給す
る生産体制を整えることが可能となる。

出願人　　東海カーボン株式会社 代理人　弁理士　高　畑　正　也 平成２年７月１０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪素源原料と炭材との粉末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、珪素源原料粉末を２５０μｍ以下
   の微細領域で一定粒度範囲に分級調整するすることを特
   徴とするＳｉＣウィスカーの製造方法。 ２、反応温度域を１６００〜１９００℃の範囲に設定す
   る請求項１記載のＳｉＣウィスカーの製造方法。