JPH04276000A - Method for manufacturing silicon nitride whiskers - Google Patents
Method for manufacturing silicon nitride whiskersInfo
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- JPH04276000A JPH04276000A JP5969291A JP5969291A JPH04276000A JP H04276000 A JPH04276000 A JP H04276000A JP 5969291 A JP5969291 A JP 5969291A JP 5969291 A JP5969291 A JP 5969291A JP H04276000 A JPH04276000 A JP H04276000A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、均質な複合組成の原料
系を用いて良質性状の窒化珪素ウイスカーを効率よく製
造する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for efficiently producing silicon nitride whiskers of good quality using a raw material system with a homogeneous composite composition.
【0002】0002
【従来の技術】窒化珪素の針状単結晶で構成されるウイ
スカーは、強度、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、プラスチック
ス、金属、合金またはセラミックスの複合強化材として
有用されている。[Prior Art] Whiskers composed of acicular single crystals of silicon nitride have excellent performance characteristics in terms of strength, elastic modulus, heat resistance, chemical stability, etc., and are used in plastics, metals, alloys, etc. It is also useful as a composite reinforcing material for ceramics.
【0003】従来、窒化珪素ウイスカーの製造技術には
各種の方法が知られているが、大別して気相法と固相法
に分類することができる。このうち、気相法は例えば特
開昭56−100115号公報に記載があるように、珪
素含有原料から発生させた一酸化珪素ガスを不活性ガス
とともに別室に導き、そこで窒素ガスと反応させて窒化
珪素に転化させるプロセスからなるが、生成収率が低く
工業的な製造手段には適していない。これに対し、珪素
源原料粉末と炭材粉末とを混合して窒素ガス雰囲気中で
加熱反応させる固相法は気相法に比べて生成収率は高く
なるが、この方法による場合には原料粉末のミクロな均
質分散とバルキーな混合状態が、ショット、曲がり、縮
れ等のない良質性状の窒化珪素ウイスカーを得るための
重要な決め手となる。ところが、従来技術では珪素源原
料粉末と炭材粉末を機械的な撹拌によって乾式混合する
手段が一般に採られているため、十分に均一な分散状態
を得るには厳しい撹拌条件と長い混合時間を必要とし、
また形成された均質分散状態がその後のハンドリング過
程で偏析を生じて不均質化する等の問題がある。Conventionally, various methods have been known for producing silicon nitride whiskers, but they can be broadly classified into gas phase methods and solid phase methods. Among these methods, the gas phase method is, for example, as described in JP-A-56-100115, in which silicon monoxide gas generated from a silicon-containing raw material is led together with an inert gas into a separate chamber, where it is reacted with nitrogen gas. Although it consists of a process of converting it into silicon nitride, the production yield is low and it is not suitable for industrial production means. On the other hand, the solid phase method, in which silicon source raw material powder and carbonaceous material powder are mixed and reacted by heating in a nitrogen gas atmosphere, has a higher production yield than the gas phase method; Microscopic homogeneous dispersion and bulky mixing state of the powder are important factors for obtaining silicon nitride whiskers with good quality without shot, bending, curling, etc. However, in conventional technology, the silicon source raw material powder and the carbonaceous material powder are generally dry mixed by mechanical stirring, which requires strict stirring conditions and long mixing times to obtain a sufficiently uniform dispersion state. year,
Further, there is a problem that the formed homogeneous dispersion state causes segregation during the subsequent handling process and becomes inhomogeneous.
【0004】前記の問題を解消するために、水蒸気を含
む熱ガス中に四塩化珪素、トリクロロシランのような分
解性の珪素化合物とメタノール、ベンゼン、灯油、クレ
オソート油などの炭化水素化合物を送入して珪素酸化物
と単体炭素を含む混合エーロゾルを生成させ、この分散
質を捕集することにより嵩比重が0.2 g/cc以下
で均一性が高く、かつ構成粒子の細かな混合原料系を得
る技術 (特開昭59−121198号公報) が提案
されている。この気相熱分解法によれば良分散性の複合
原料系を形成することができるが、反面、珪素源原料と
してハロゲンやシランといった取扱い難い成分を含む易
分解性の珪素化合物を用いる関係で装置の複雑化と操業
面での煩雑性は避けられない。In order to solve the above problem, decomposable silicon compounds such as silicon tetrachloride and trichlorosilane and hydrocarbon compounds such as methanol, benzene, kerosene, and creosote oil are introduced into hot gas containing water vapor. A mixed aerosol containing silicon oxide and elemental carbon is generated, and this dispersoid is collected to produce a mixed raw material with a bulk specific gravity of 0.2 g/cc or less, high uniformity, and fine constituent particles. A technique for obtaining the system (Japanese Unexamined Patent Publication No. 121198/1982) has been proposed. This gas-phase pyrolysis method makes it possible to form a composite raw material system with good dispersibility. Increasing complexity and operational complexity are unavoidable.
【0005】本発明者らは、高温燃焼ガス流に水ガラス
水溶液と炭化水素を導入させると前記のような問題を伴
わずに操業性よく均質分散系の複合組成原料を得ること
ができることを知見し、密閉筒状炉内を流通する高温燃
焼ガス流に水ガラス水溶液と炭化水素を同一もしくは別
の位置から噴霧し、水ガラスの脱アルカリにより生成し
たガラス微粒子中間体と炭化水素の熱分解で生成したカ
ーボンブラックを炉内滞留させてSiO2 :Cの重量
比が 100:60〜200 の球状シリカ/カーボン
ブラック複合組成原料を調製し、該球状シリカ/カーボ
ンブラック複合原料を窒素ガス雰囲気中1300〜15
00℃の温度で加熱反応させる窒化珪素ウイスカーの製
造方法を開発し既に特願平2−331335号として提
案した。[0005] The present inventors have discovered that by introducing a water glass aqueous solution and a hydrocarbon into a high-temperature combustion gas stream, it is possible to obtain a homogeneously dispersed composite composition raw material with good operability without the above-mentioned problems. Then, a water glass aqueous solution and hydrocarbons are sprayed from the same or different positions into a high-temperature combustion gas flow flowing in a closed cylindrical furnace, and the glass fine particle intermediates and hydrocarbons produced by dealkalization of water glass are thermally decomposed. The produced carbon black is retained in a furnace to prepare a spherical silica/carbon black composite composition raw material with a weight ratio of SiO2:C of 100:60 to 200, and the spherical silica/carbon black composite raw material is heated in a nitrogen gas atmosphere at a ratio of 1300 to 200. 15
We have developed a method for producing silicon nitride whiskers by carrying out a heating reaction at a temperature of 0.000C and have already proposed it in Japanese Patent Application No. 331335/1999.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前記の先行技術によれ
ば、共存生成するSiO2 とカーボンブラックが均質
に分散した複合組成を備えるうえ、原料系の性状や混合
比率を窒化珪素ウイスカーの生成に好適な状態に調製す
ることが可能となる。しかしながら、この方法ではウイ
スカーの成長に必要な金属触媒成分を複合原料に後から
添加混合するプロセスを採っているため、操作手順が煩
雑となるとともに添加混合時に複合原料のミクロな均質
分散とバルキーな状態が損なわれる危険性があった。[Problems to be Solved by the Invention] According to the above-mentioned prior art, SiO2 and carbon black co-produced have a composite composition in which they are homogeneously dispersed, and the properties and mixing ratio of the raw material system are suitable for producing silicon nitride whiskers. It becomes possible to prepare the product in a suitable state. However, this method uses a process in which the metal catalyst components necessary for whisker growth are added and mixed into the composite raw material afterward, which makes the operating procedure complicated and also causes micro-homogeneous dispersion and bulkiness of the composite raw material during addition and mixing. There was a risk of damage to the condition.
【0007】本発明の目的は、このような難点を解消す
るために先行技術に改良を加え、高温燃焼ガス流に水ガ
ラス水溶液および炭化水素と共に金属触媒を導入して金
属触媒微粒子を含む3成分系の複合組成原料を調製し、
よって金属触媒の二次的な添加工程なしに常に良質で安
定した品位の窒化珪素ウイスカーを製造するための方法
を提供することにある。An object of the present invention is to improve the prior art in order to solve these difficulties, and to introduce a metal catalyst into a high-temperature combustion gas stream together with a water glass solution and a hydrocarbon to form a three-component mixture containing metal catalyst fine particles. Prepare a composite composition raw material of the system,
Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for producing silicon nitride whiskers of consistently high quality and stable quality without a secondary addition step of a metal catalyst.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による窒化珪素ウイスカーの製造方法は、密
閉円筒炉内を流通する高温燃焼ガス流に水ガラス水溶液
、炭化水素および金属系触媒の溶液または懸濁液を同一
もしくは別の位置から噴霧し、水ガラス水溶液の脱アル
カリ化により生成したガラス微粒子中間体、炭化水素の
熱分解で生成したカーボンブラックおよび金属系触媒の
熱分解微粒子を炉内滞留させてSiO2 :Cの重量比
が 100:60〜200 で金属系触媒を含む組成の
球状シリカ/カーボンブラック/金属系触媒微粒子から
なる3成分系の複合原料を調製し、該複合原料を窒素ガ
ス雰囲気中で1300〜1500℃の温度域で加熱反応
させることを構成上の特徴とする。[Means for Solving the Problems] A method for producing silicon nitride whiskers according to the present invention to achieve the above object includes adding a water glass aqueous solution, a hydrocarbon, and a metal catalyst to a high-temperature combustion gas flow flowing in a closed cylindrical furnace. A solution or suspension of is sprayed from the same or a different location to collect fine glass particle intermediates produced by dealkalization of an aqueous water glass solution, carbon black produced by thermal decomposition of hydrocarbons, and thermally decomposed particles of metal catalysts. A three-component composite raw material consisting of spherical silica/carbon black/metal catalyst fine particles having a composition containing a metal catalyst at a weight ratio of SiO2:C of 100:60 to 200 is prepared by remaining in a furnace, and the composite raw material is The structural feature is that the reaction is carried out by heating in a temperature range of 1300 to 1500°C in a nitrogen gas atmosphere.
【0009】密閉筒状炉内を流通する高温燃焼ガス流は
、燃料用炭化水素を酸素含有気流と共に炉頭部に噴射し
て完全燃焼させることによって形成する。装置としては
、頭部燃焼室と円筒反応室が連結した形態を有するカー
ボンブラック発生炉と同一設計の構造炉が有効に適用さ
れる。燃料油には、軽油、重油、クレオソート油、エチ
レンボトム油などカーボンブラック製造用として常用さ
れる油状炭化水素を用いることもできるが、生成させる
球状シリカに高純度を付与する面からはプロパン、メタ
ン、ブタン等のガス状炭化水素を使用することが望まし
い。炉内の温度は、少なくとも水ガラス水溶液を噴霧す
る位置において1300℃以上の高温水準を保持する必
要がある。The high-temperature combustion gas flow flowing through the closed cylindrical furnace is formed by injecting fuel hydrocarbons together with an oxygen-containing air stream into the furnace head and completely combusting them. As the apparatus, a structural furnace having the same design as a carbon black generating furnace having a configuration in which a head combustion chamber and a cylindrical reaction chamber are connected can be effectively applied. As the fuel oil, oily hydrocarbons commonly used for producing carbon black, such as light oil, heavy oil, creosote oil, and ethylene bottom oil, can be used, but propane, Preferably, gaseous hydrocarbons such as methane, butane, etc. are used. The temperature inside the furnace needs to be maintained at a high temperature level of 1300° C. or higher at least at the position where the water glass aqueous solution is sprayed.
【0010】水ガラス水溶液は、例えば市販の工業用水
ガラスを適宜な粘度になるように水に溶解したものでよ
く、高温燃焼ガス流と同軸もしくは直角方向から窒素ガ
スなどに同伴させながら二流体式の噴霧ノズルを用いて
炉内に噴霧する。水ガラス水溶液の濃度は20〜80%
とすることが好ましく、この範囲を外れると脱アルカリ
化に長時間を要したり噴霧導入が困難になる等の不都合
な結果を招く。カーボンブラックを生成させるための原
料となる炭化水素としては、例えばスチレンモノマー、
ベンゼンなどが好適に用いられる。金属系触媒は、例え
ば鉄、ニッケル、コバルトのような遷移金属の化合物、
ナトリウム、カリウム、リチウム等のアルカリ金属化合
物またはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、
バリウム等のアルカリ土類金属化合物の1種以上が用い
られ、水その他の液媒に溶解もしくは分散させた溶液ま
たは懸濁液として使用に供する。これら炭化水素および
金属系触媒の溶液または懸濁液は、前記水ガラス水溶液
と同一または別の位置から炉内に噴霧される。同一位置
から噴霧する場合には、3成分の原料を混合または懸濁
した状態で同一噴霧ノズルから噴射し、別の位置から導
入する際には1成分または2成分毎に別の噴霧ノズルを
介して炉内に噴射する。The water glass aqueous solution may be, for example, commercially available industrial water glass dissolved in water to an appropriate viscosity. Spray into the furnace using the spray nozzle. The concentration of water glass solution is 20-80%
It is preferable that the amount is within this range, and if it is out of this range, disadvantageous results such as a long time required for dealkalization and difficulty in spray introduction will occur. Hydrocarbons that serve as raw materials for producing carbon black include, for example, styrene monomer,
Benzene and the like are preferably used. Metal catalysts include compounds of transition metals such as iron, nickel, and cobalt;
Alkali metal compounds such as sodium, potassium, lithium, etc. or magnesium, calcium, strontium,
One or more alkaline earth metal compounds such as barium are used and are used as a solution or suspension dissolved or dispersed in water or other liquid medium. These hydrocarbon and metal-based catalyst solutions or suspensions are sprayed into the furnace from the same or different location as the water glass aqueous solution. When spraying from the same position, the three components are mixed or suspended and sprayed from the same spray nozzle, and when introduced from different positions, each component or two components are sprayed through separate spray nozzles. and inject into the furnace.
【0011】炉内に噴霧された水ガラス水溶液は、急速
に熱分解して脱アルカリ反応を起こし、純度の高い珪素
質のガラス微粒子中間体に転化する。同時に炭化水素お
よび金属系触媒の溶液または懸濁液も炉内で熱分解を起
こし、それぞれカーボンブラックと金属触媒の微粒子に
転化する。これら成分を引続き一定時間高温炉内に滞留
させると、ガラス微粒子中間体は球状化し更に発泡現象
を起こして粒径1μm以下の微小中空バルーンを形成し
、生成したカーボンブラックおよび金属系触媒微粒子と
ミクロに均質分散した球状シリカ/カーボンブラック/
金属系触媒微粒子からなる組成の複合原料が調製される
。[0011] The water glass aqueous solution sprayed into the furnace is rapidly thermally decomposed to cause a dealkalization reaction, and is converted into a highly pure siliceous fine glass particle intermediate. At the same time, solutions or suspensions of hydrocarbons and metal-based catalysts also undergo thermal decomposition in the furnace and are converted into fine particles of carbon black and metal catalyst, respectively. When these components continue to remain in the high-temperature furnace for a certain period of time, the glass fine particle intermediate becomes spheroidal and further causes a foaming phenomenon to form micro hollow balloons with a particle size of 1 μm or less, and the resulting carbon black and metal catalyst fine particles and micro Spherical silica homogeneously dispersed in carbon black/
A composite raw material having a composition consisting of metal catalyst fine particles is prepared.
【0012】上記の工程において、炭化水素の炉内供給
量を制御することによりSiO2 :Cの重量比を所望
の比率に調整でき、金属系触媒の溶液濃度または懸濁濃
度を制御することでSi成分に対する触媒量の調整がで
き、炉内滞留時間を制御することにより球状シリカの性
状を中実または中空バルーン構造に調整でき、また炭化
水素供給量や炉内温度等の条件制御によってカーボンブ
ラックの特性を調整することが可能となる。In the above process, the weight ratio of SiO2:C can be adjusted to a desired ratio by controlling the amount of hydrocarbon supplied into the furnace, and the SiO2:C weight ratio can be adjusted to a desired ratio by controlling the solution concentration or suspension concentration of the metal catalyst. The amount of catalyst for each component can be adjusted, the properties of spherical silica can be adjusted to a solid or hollow balloon structure by controlling the residence time in the furnace, and carbon black can be controlled by controlling conditions such as the amount of hydrocarbon supplied and the temperature inside the furnace. It becomes possible to adjust the characteristics.
【0013】複合原料の成分比率は、SiO2 :Cの
重量比を 100:60〜200 の範囲とし、これに
金属系触媒微粉末を含むように調整する必要がある。S
iO2100重量部に対するCの比率が60重量部を下
廻る場合には、窒化珪素ウイスカーの成長に必要な空隙
形成が不足してSiOへの転化反応も円滑に進まなくな
り、逆にCの比率が 200重量部を越えると窒化珪素
ウイスカーの生産収率が低下するうえ、未反応のカーボ
ンブラックが多く残留して除去処理が煩雑となる。[0013] The component ratio of the composite raw material must be adjusted so that the weight ratio of SiO2:C is in the range of 100:60 to 200, and the fine metal catalyst powder is included in this. S
If the ratio of C to 100 parts by weight of iO2 is less than 60 parts by weight, the formation of voids necessary for the growth of silicon nitride whiskers will be insufficient, and the conversion reaction to SiO will not proceed smoothly. If the amount exceeds parts by weight, the production yield of silicon nitride whiskers will decrease, and a large amount of unreacted carbon black will remain, making the removal process complicated.
【0014】窒化珪素ウイスカーの生成に好適な原料性
状としては、複合原料を構成する球状シリカを中空バル
ーン構造とし、カーボンブラックの粒子性状を窒素吸着
比表面積(N2SA)90 m2/g 以上、DBP吸
油量100 ml/100g 以上、よう素吸着量10
0 mg/g以上に設定することである。該性状におい
ては、球状シリカが中空バルーン構造となるためにカー
ボンブラックとの密度差が少なくなって均質分散組織の
維持性が良くなり、さらにカーボンブラックの大比表面
積化と高ストラクチャー化に基づいて複合組成の状態が
窒化珪素ウイスカーの生成に有利なバルキー (嵩高)
組織となる。[0014] Suitable raw material properties for producing silicon nitride whiskers include spherical silica constituting the composite raw material having a hollow balloon structure, carbon black particle properties having a nitrogen adsorption specific surface area (N2SA) of 90 m2/g or more, and DBP oil absorption. Amount: 100 ml/100 g or more, iodine adsorption amount: 10
It should be set at 0 mg/g or higher. In this property, since the spherical silica has a hollow balloon structure, the density difference with carbon black is reduced, and the ability to maintain a homogeneously dispersed structure is improved.Furthermore, based on the large specific surface area and high structure of carbon black, Bulky composite composition is advantageous for the formation of silicon nitride whiskers
Become an organization.
【0015】上記の工程で調製された球状シリカ/カー
ボンブラック/金属系触媒微粒子からなる複合原料は、
窒素ガス雰囲気中で1300〜1500℃の温度域で加
熱反応させる。反応後、残留する未反応のカーボンブラ
ック成分は大気中での燃焼処理によって除去する。[0015] The composite raw material consisting of spherical silica/carbon black/metallic catalyst fine particles prepared in the above process is
The reaction is carried out by heating in a temperature range of 1300 to 1500°C in a nitrogen gas atmosphere. After the reaction, remaining unreacted carbon black components are removed by combustion treatment in the atmosphere.
【0016】このようにして製造される窒化珪素ウイス
カーは、格子欠陥のないα型の針状単結晶で、その形状
は直径約 1.5μm 、アスペクト比30〜70のシ
ョット、曲がり、縮れ等がない高品質性状を有するもの
である。The silicon nitride whiskers produced in this manner are α-type acicular single crystals without lattice defects, with a diameter of about 1.5 μm, an aspect ratio of 30 to 70, and a shot, bend, or curl shape. It has high quality properties.
【0017】[0017]
【作用】本発明の原料を構成する3成分系の複合組成は
、水ガラス水溶液の脱アルカリ化と炭化水素および金属
系触媒の溶液または懸濁液の熱分解を介して、極めて操
業性よく均質な分散状態と所望の組成比ならびに性状構
造を備える複合原料として調製することができる。この
ため、金属系触媒粉末の二次的な添加混合工程が不要と
なり、触媒の分散形態もミクロとなる。[Operation] The three-component composite composition constituting the raw material of the present invention achieves homogeneity with excellent operability through dealkalization of an aqueous water glass solution and thermal decomposition of a solution or suspension of hydrocarbons and metal catalysts. It can be prepared as a composite raw material with a desired dispersion state, desired composition ratio, and property structure. This eliminates the need for a secondary addition and mixing step of metal catalyst powder, and the dispersion form of the catalyst also becomes microscopic.
【0018】原料組成は、SiO2 :Cの重量比で
100:60〜200 で金属系触媒微粒子が均一に分
散する状態に調整することにより、ショットの夾雑や変
形のない良質の窒化珪素ウイスカーを製造することが可
能となる。
とくに好適な原料構成は、球状シリカが中空バルーン構
造で、カーボンブラックが窒素吸着比表面積(N2SA
)90m2/g以上、DBP吸油量100 ml/10
0g 、よう素吸着量100 mg/ g 以上の性状
を有することである。この場合には原料組織が窒化珪素
ウイスカーの生成に有利なバルキー組織で、偏析リスク
のない形態となる。そのうえ、反応の進行〔SiO2(
S) →SiO(G)〕に伴って中空バルーンの介在位
置が窒化珪素ウイスカーの成長空間として機能するから
、結晶の曲がり、縮れなどの発生は効果的に防止される
。[0018] The raw material composition is the weight ratio of SiO2:C.
By adjusting the ratio of 100:60 to 200 so that the metal catalyst fine particles are uniformly dispersed, it becomes possible to produce high quality silicon nitride whiskers without shot contamination or deformation. A particularly suitable raw material composition is that the spherical silica has a hollow balloon structure and the carbon black has a nitrogen adsorption specific surface area (NSA).
)90m2/g or more, DBP oil absorption 100ml/10
0g, and an iodine adsorption amount of 100mg/g or more. In this case, the raw material structure is a bulky structure that is advantageous for the formation of silicon nitride whiskers, and has a form with no risk of segregation. Moreover, the progress of the reaction [SiO2(
S) →SiO(G)], the intervening position of the hollow balloon functions as a growth space for silicon nitride whiskers, so the occurrence of crystal bending, curling, etc. is effectively prevented.
【0019】[0019]
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
実施例1〜2、比較例1〜3
(1)3成分系複合原料の調製
炉頭部に燃焼バーナーを備える燃焼室(直径200mm
、長さ500mm)と、該燃焼室と同軸的に連結する
狭径反応室(直径80mm、長さ200mm)ならびに
広径反応室 (直径120mm 、長さ1800mm)
とから構成されたカーボンブラック発生炉と同形態の
横型密閉円筒炉において、炉頭部から 550mm下流
位置に水ガラス水溶液用の噴霧ノズル、同 650mm
下流位置に金属系触媒溶液用の噴霧ノズル、同 800
mm下流位置にカーボンブラック生成用炭化水素の噴霧
ノズルをそれぞれセットし、広径反応室の後部位置に反
応停止用の冷却水注入ノズルを設置した。[Examples] Examples of the present invention will be explained below in comparison with comparative examples. Examples 1 to 2, Comparative Examples 1 to 3 (1) Preparation of ternary composite raw materials A combustion chamber equipped with a combustion burner at the head of the furnace (diameter 200 mm)
, length 500 mm), a narrow diameter reaction chamber (diameter 80 mm, length 200 mm) and a wide diameter reaction chamber (diameter 120 mm, length 1800 mm) coaxially connected to the combustion chamber.
In a horizontal closed cylindrical furnace having the same configuration as the carbon black generating furnace, there is a spray nozzle for water glass solution located 550 mm downstream from the furnace head, and a spray nozzle 650 mm downstream from the furnace head.
Spray nozzle for metal catalyst solution in downstream position, same 800
A spray nozzle for hydrocarbon for producing carbon black was set at a downstream position of mm, and a cooling water injection nozzle for stopping the reaction was installed at a rear position of the wide-diameter reaction chamber.
【0020】原料成分は、水ガラスとして市販の水ガラ
ス3号、カーボンブラック生成用の炭化水素としてベン
ゼン、金属系触媒液として酸化カルシウムと酸化第二鉄
を4:1(重量比)で粉砕混合し水に分散させた懸濁液
を用い、また燃料炭化水素にはプロパンを用いた。上記
の炉および原料成分を用い、表1に示す各種の生成条件
によりシリカ/カーボンブラック/金属系触媒からなる
組成の複合原料を調製し、得られた複合原料の特性を生
成条件と対比して表1に示した。なお、表1中「CB」
は「カーボンブラック」を指す(以下同じ)。The raw material components are commercially available water glass No. 3, benzene as a hydrocarbon for producing carbon black, and a pulverized mixture of calcium oxide and ferric oxide as a metal catalyst liquid at a ratio of 4:1 (weight ratio). A suspension dispersed in water was used, and propane was used as the fuel hydrocarbon. Using the above-mentioned furnace and raw material components, a composite raw material with a composition of silica/carbon black/metallic catalyst was prepared under various production conditions shown in Table 1, and the characteristics of the obtained composite raw material were compared with the production conditions. It is shown in Table 1. In addition, "CB" in Table 1
refers to "carbon black" (the same applies hereinafter).
【0021】(2) 窒化珪素ウイスカーの製造上記の
ように調製した各3成分系の複合原料をカーボン製のポ
ーラス板(気孔率65%、平均気孔径55μm)に載せ
、窒素ガス雰囲気に保持された電気抵抗加熱炉に移して
1440℃の温度で2時間加熱反応させた。加熱反応後
、内容物を回収し、大気中で 600℃の温度に熱処理
して残留する未反応のカーボンブラック成分を燃焼除去
した。
このようにして得られた各窒化珪素ウイスカーの性状を
、表2に示した。(2) Production of silicon nitride whiskers Each of the three-component composite materials prepared as described above was placed on a carbon porous plate (porosity 65%, average pore diameter 55 μm) and kept in a nitrogen gas atmosphere. The mixture was transferred to a heated electric resistance heating furnace and subjected to a heating reaction at a temperature of 1440° C. for 2 hours. After the heating reaction, the contents were collected and heat treated in the atmosphere at a temperature of 600°C to burn off remaining unreacted carbon black components. Table 2 shows the properties of each silicon nitride whisker thus obtained.
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】表2の結果から、本発明による複合原料の
組成要件を満たす実施例では性状不良のない高品質の窒
化珪素ウイスカーが得られるが、SiO2 :Cの重量
比が 100:60未満の比較例1、2では性状不良が
多く認められる。また、前記Cの重量比が 200を越
える比較例3ではカーボンブラックの残留量が多くなっ
て操業性を低下させる。From the results shown in Table 2, high quality silicon nitride whiskers with no poor properties can be obtained in the examples that meet the compositional requirements of the composite raw material according to the present invention, but in comparison where the weight ratio of SiO2:C is less than 100:60. In Examples 1 and 2, many poor properties were observed. Further, in Comparative Example 3 in which the weight ratio of C exceeds 200, the amount of residual carbon black increases, reducing operability.
【0025】比較例4〜5
触媒分散液を噴霧しない外は、実施例2と同一条件でシ
リカ/カーボンブラックからなる組成の複合原料を調製
し、該複合原料に触媒成分として酸化カルシウムと酸化
第二鉄を4:1(重量比)で湿式混合した混合粉末をS
iO2 に対して5重量%になるように二次的に添加し
てジューサーミキサーにより十分撹拌混合した。ついで
、混合原料を実施例2と同様に窒素ガス雰囲気中で加熱
反応させて窒化珪素ウイスカーを製造した。得られた複
合原料性状および生成窒化珪素ウイスカーの特性を対比
させて表3に示した(比較例4)。Comparative Examples 4 to 5 A composite raw material having a composition of silica/carbon black was prepared under the same conditions as in Example 2 except that the catalyst dispersion was not sprayed, and calcium oxide and carbon oxide were added to the composite raw material as catalyst components. S
It was added secondarily to the amount of 5% by weight based on iO2, and thoroughly stirred and mixed using a juicer mixer. Next, the mixed raw materials were heated and reacted in a nitrogen gas atmosphere in the same manner as in Example 2 to produce silicon nitride whiskers. Table 3 shows a comparison of the properties of the obtained composite raw material and the properties of the silicon nitride whiskers produced (Comparative Example 4).
【0026】また、従来例として粒度44μm 以下の
シリカ粉末に160 重量比のカーボンブラック〔東海
カーボン(株)製、シースト5H〕と比較例4と同一の
触媒成分を配合し、V型混合機により撹拌混合した固相
系原料を用いて製造した窒化珪素ウイスカーの性状につ
いても表3に併載した(比較例5)。As a conventional example, silica powder with a particle size of 44 μm or less was mixed with 160% carbon black (SEAST 5H, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) and the same catalyst components as in Comparative Example 4, and mixed with a V-type mixer. The properties of silicon nitride whiskers produced using the stirred and mixed solid-phase raw materials are also listed in Table 3 (Comparative Example 5).
【0027】[0027]
【0028】比較例4では実施例と同等のウイスカーが
生成できているが、シリカ/カーボンブラック複合原料
への触媒添加と操作手順が煩雑となる。また、従来技術
に基づく比較例5では曲がり、縮れなどの発生頻度が多
く、ウイスカー性状が悪化する。[0028] In Comparative Example 4, whiskers equivalent to those in Example were produced, but the addition of catalyst to the silica/carbon black composite raw material and the operating procedure were complicated. Further, in Comparative Example 5 based on the conventional technology, bending, curling, etc. occur frequently, and the whisker properties deteriorate.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば二次的な
触媒混合工程のない良操業プロセスで得られるミクロな
均質分散状態の球状シリカ/カーボンブラック/金属系
触媒微粒子からなる3成分系の複合原料を用いることに
より、常に高品質の窒化珪素ウイスカーを安定して製造
することが可能となる。したがって、プラスチックス、
金属、合金、セラミックス等の材料を複合強化する強化
材の製造手段として有用である。As described above, according to the present invention, a three-component system consisting of spherical silica/carbon black/metallic catalyst fine particles in a micro homogeneous dispersion state can be obtained in a well-operated process without a secondary catalyst mixing step. By using this composite raw material, it is possible to consistently produce high quality silicon nitride whiskers. Therefore, plastics,
It is useful as a means for manufacturing reinforcing materials that compositely strengthen materials such as metals, alloys, and ceramics.
Claims (2)
流に水ガラス水溶液、炭化水素および金属系触媒の溶液
または懸濁液を同一もしくは別の位置から噴霧し、水ガ
ラス水溶液の脱アルカリ化により生成したガラス微粒子
中間体、炭化水素の熱分解で生成したカーボンブラック
および金属系触媒の熱分解微粒子を炉内滞留させてSi
O2 :Cの重量比が 100:60〜200 で金属
系触媒を含む組成の球状シリカ/カーボンブラック/金
属系触媒微粒子からなる3成分系の複合原料を調製し、
該複合原料を窒素ガス雰囲気中で1300〜1500℃
の温度域で加熱反応させることを特徴とする窒化珪素ウ
イスカーの製造方法。Claim 1: Dealalization of the water glass solution by spraying a water glass solution, a solution or suspension of a hydrocarbon and a metal catalyst from the same or different positions into a high temperature combustion gas stream flowing in a closed cylindrical furnace. The glass fine particle intermediate produced by
A three-component composite raw material consisting of spherical silica/carbon black/metal catalyst fine particles having a composition containing a metal catalyst with an O2:C weight ratio of 100:60 to 200 is prepared,
The composite raw material is heated at 1300 to 1500°C in a nitrogen gas atmosphere.
A method for producing silicon nitride whiskers, characterized by carrying out a heating reaction in a temperature range of .
系触媒微粒子の複合原料を構成する球状シリカが中空バ
ルーン構造であり、カーボンブラックが窒素吸着比表面
積(N2SA)90 m2/g 以上、DBP吸油量1
00 ml/100g 以上、よう素吸着量100 m
g/g以上の粒子性状である請求項1記載の窒化珪素ウ
イスカーの製造方法。Claim 2: The spherical silica constituting the composite raw material of spherical silica/carbon black/metal catalyst fine particles has a hollow balloon structure, and the carbon black has a nitrogen adsorption specific surface area (NSA) of 90 m2/g or more and a DBP oil absorption of 1.
00 ml/100g or more, iodine adsorption amount 100 m
2. The method for producing silicon nitride whiskers according to claim 1, wherein the particle size is greater than or equal to g/g.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5969291A JPH04276000A (en) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | Method for manufacturing silicon nitride whiskers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5969291A JPH04276000A (en) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | Method for manufacturing silicon nitride whiskers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04276000A true JPH04276000A (en) | 1992-10-01 |
Family
ID=13120523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5969291A Pending JPH04276000A (en) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | Method for manufacturing silicon nitride whiskers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04276000A (en) |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP5969291A patent/JPH04276000A/en active Pending
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