JPH0517200B2 - - Google Patents
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- JPH0517200B2 JPH0517200B2 JP27821389A JP27821389A JPH0517200B2 JP H0517200 B2 JPH0517200 B2 JP H0517200B2 JP 27821389 A JP27821389 A JP 27821389A JP 27821389 A JP27821389 A JP 27821389A JP H0517200 B2 JPH0517200 B2 JP H0517200B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、2μｍ以上の直径を有する径太タイ
プのSiCウイスカーを円滑に製造する方法に関す
る。 〔従来の技術〕 SiCの針状単結晶で構成されるウイスカーは、
比強度、比弾性率、耐熱性、化学的安定性等の卓
越した性能特性を備えることから各種のプラスチ
ツク、金属あるいはセラミツクスの複合強化材と
して有用されている。 このうち、破壊靭性に乏しいセラミツクス材の
複合強化は、近時の重要な研究開発の課題とされ
ている。セラミツクスに対するウイスカーの複合
化は、組織内部に分散したウイカーがセラミツク
ス体に発生するクラツクの成長を停止または抑制
し、クラツクの進行方向を屈曲させて応力集中を
緩和し、あるいはウイスカーの引き抜き作用でク
ラツク先端でのエネルギーを吸収する等の機構を
介して破壊靭性の向上を図る目的でおこなわれる
ものであるが、これらセラミツクスの高靭化には
ウイスカーとして直径の大きい径太性状のものを
複合させることが効果的であるとされている〔P.
F.Bechar、“Inter−national Conference on
Whi sker and Fiber To−ughened−
Ceramics”1988(6)〕。 また、ウイスカーは微細な針状繊維形態を呈す
るため、人体の呼吸器系に吸入された場合には肺
の中に残留し易く、呼吸器障害を起こす危険性が
指摘されており、この障害危険性はウイスカー径
との関係が強く、とくに直径2μｍ未満の性状に
おいて危険性が大きいと報告されている
〔Faserund Whiskerverstarkte Keramische
Werkstoffe Symposuium in Hagen、4.
Nov.1986〕。 このようなことから、少なくとも2μｍの直径
を有する径太ウイスカーの開発がセラミツクスの
高靭化および人体に対する安全性の面から強く要
請されている。 発明者らは、上記の要請に答えるための径太
SiCウイスカーを製造する方法として、直径0.3〜
1.5μｍ、長さ10〜100μｍの性状を有するβ結晶型
を主体とするSiCウイスカーを、非酸化性雰囲気
中で1800〜2200℃の温度に熱処理する昇華再結晶
による径太化手段を既に提案した（特願平１−
171640号）。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記した先行技術は、以下のような知見に基づ
いて開発されたものである。 通常、SiCウイスカーは非酸化性雰囲気下で
1700℃以上の温度に長時間保持すると昇華再結晶
を生じて粒状化するが、結晶形態がβ型とα型と
では昇華再結晶後の生成物が異なる現象を呈す
る。すなわち、β型のSiCウイスカーは径が太く
なりながら長さ方向に切れて粒状化が進行する
（アスペクト比が比較的大きな値を保ちながら粒
状化する）のに対し、α型SiCウイスカーでは直
接的に球状に近い粒状物の形で再結晶する。この
際、再結晶する粒子の径は熱処理温度が高いほ
ど、また保持時間が長いほど大きくなる。したが
つて、昇華再結晶によつて径太化を実現させるた
めにはβ型主体の結晶形態をもつSiCウイスカー
を対象とすることが有効となる。 本発明は、引続く研究においてSiCウイスカー
の昇華再結晶化過程で特定性状のSiC粉末を混在
させた状態でも径太化が効果的に進行することを
確認して開発に至つたものである。したがつて、
本発明の目的は前記先行技術と同様に昇華再結晶
手段を用いて直径2μｍ以上のSiCウイスカー効率
よく得るための製造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
ウイスカーの製造方法は、直径0.3〜1.5μｍ、長
さ10〜100μｍの性状を有するβ結晶型主体のSiC
ウイスカー原料を少なくとも30重量％の比率で粒
径1μｍ以下もしくは（111）回折線の半価幅
0.18deg以上のSiC粉末と混合し、該混合物を非酸
化性雰囲気中で1800〜2200℃の温度に熱処理する
ことを構成上の特徴とするものである。 SiCウイスカーの製造技術には、SiCl4、
SiHCl3、（CH3）4Siのような分解性けい素化合物
をCH4、C3H8、CCl4などの炭材成分と気相反応
させる方法、SiO2を含む固形状のけい素源原料
とカーボン粉末を混合するか、例えば籾殻炭のよ
うにこれら成分を複合的に含有する物質を加熱反
応させる方法などがあるが、本発明の原料となる
SiCウイスカーは特にこれら製造履歴に影響され
ることはなく、いずれの方法によつて製造された
ものであつても差し支えない。 性状として直径0.3〜1.5μｍ、長さ10〜100μｍ
のSiCウイスカーを原料とする理由は、この範囲
のアスペクト性状を備えるSiCウイスカーが昇華
再結晶による径太化の効果が最も顕著に現出する
からである。また、SiCウイスカーの結晶系は、
β結晶型主体のものを選定する必要があり、この
要件を外れると目的とする径太化はできなくな
る。β結晶型を主体にするとは、SiCウイスカー
の結晶形が全てβ型か、α／β混在型であつても
β型が支配的な形態を指すが、積層欠陥密度が低
いものほど少ない粒状物含有量で径太化が進行す
る。好適なβ−SiCウイスカーの結晶特性は、下
式によるα度が20以下で、（111）回折線の半価幅
が0.14deg以下である。 α度＝（H1×２／H2）×100 但し、H1はＸ線回折でCuKαを線源としたとき
の2θ約33.5degに出る回折線強度、H2は同
35.6degに出る回折線強度である。 上記性状のSiCウイスカー原料に混合するSiC
粉末は、粒径1μｍ以下の微粉末もしくは（111）
回折線の半価幅0.18deg以上の欠陥密度が高いも
のとする。この粒径が1μｍを上廻り、また
（111）回折線半価幅が0.18deg未満になると昇華
原子に転化する比率が減少し、粒状物として残留
する量が増大する結果を招く。 混合割合は、前記性状のSiC粉末に対してSiC
ウイスカー原料が少なくとも30重量％を占める比
率になるように設定することが重要で、SiCウイ
スカーの混合比率が30重量％未満の場合には粒状
物の残留量が大幅に増大する。 また、上記のSiC粉末に代えてSiCウイスカー
原料よりも（111）回折線の大きい（積層欠陥密
度大）SiCウイスカーを混合することもよく、こ
の場合にも同等の径太SiCウイスカーに転化させ
ることができる。 SiCウイスカーとSiC粉末の混合物は、N2ガス、
Arガスあるいは真空のような非酸化性雰囲気中
で1800〜2200℃の温度域で熱処理する。熱処理の
時間は、0.2〜４時間で足りる。この際、処理温
度が1800℃を下廻ると直径2μｍ以上に径太化す
るために長時間が必要となつて実用的でなくな
り、また2200℃を越えるとSiCの気化が激しくな
つて重量減少を促し、収率の低下を招く。 〔作用〕 本発明のプロセスでは、熱処理過程において積
層欠陥密度の低いβ型SiCウイスカー原料は種と
して機能し、粒子径が小さく、欠陥密度が高い
SiC粉末もしくはSiCウイスカーは昇華原子の供
給源としての機能を果たす。すなわち、SiCウイ
スカー中に混在するSiC粉末等は、熱を受けて昇
華再結晶を伴ないながら大粒化する。この段階
で、積層欠陥等で挟まれた微細結晶子や小粒径の
粒子は他の箇所に比べて界面エネルギーが高く不
安定な状態となるため、容易に昇華する。昇華し
た原子は、種となる安定なβ−SiCウイスカーの
表面に析出して円滑に径太化を進行させる。 このような機構作用が連続してSiCウイスカー
の効率的な径太化が実現するが、本発明の混合比
率ほかの要件を満たすことにより粒状物残留量が
低く重量損失が少ない条件での径太化が可能とな
る。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 １ 直径1.0μｍ、長さ50μｍのアスペクト性状を有
し、α度0.5、（111）回折線の半価幅が0.1375deg
のβ結晶型を主体とするSiCウイスカー原料〔東
海カーボン(株)製、“トーカウイスカーＳ−400”〕
と、粒径1μｍ以下、（111）回折線半価幅
0.3125degのβ結晶型のSiC粉末を用い、SiCウイ
スカー原料をSiC粉末に対し10〜90重量％（内
割）の範囲で設定された比率で混合した。 混合は、SiCウイスカーとSiC粉末を水ととも
にジユーサーミキサーに入れ、２分間撹拌したの
ち濾過し、120℃の温度で乾燥する方法でおこな
つた。 ついで、この混合物を黒鉛ルツボに詰め、N2
ガス雰囲気中で2000℃の温度で熱処理した。 各熱処理後の形状、粒状物の状況、重量減少な
どの結果を対比して表１に示した。
プのSiCウイスカーを円滑に製造する方法に関す
る。 〔従来の技術〕 SiCの針状単結晶で構成されるウイスカーは、
比強度、比弾性率、耐熱性、化学的安定性等の卓
越した性能特性を備えることから各種のプラスチ
ツク、金属あるいはセラミツクスの複合強化材と
して有用されている。 このうち、破壊靭性に乏しいセラミツクス材の
複合強化は、近時の重要な研究開発の課題とされ
ている。セラミツクスに対するウイスカーの複合
化は、組織内部に分散したウイカーがセラミツク
ス体に発生するクラツクの成長を停止または抑制
し、クラツクの進行方向を屈曲させて応力集中を
緩和し、あるいはウイスカーの引き抜き作用でク
ラツク先端でのエネルギーを吸収する等の機構を
介して破壊靭性の向上を図る目的でおこなわれる
ものであるが、これらセラミツクスの高靭化には
ウイスカーとして直径の大きい径太性状のものを
複合させることが効果的であるとされている〔P.
F.Bechar、“Inter−national Conference on
Whi sker and Fiber To−ughened−
Ceramics”1988(6)〕。 また、ウイスカーは微細な針状繊維形態を呈す
るため、人体の呼吸器系に吸入された場合には肺
の中に残留し易く、呼吸器障害を起こす危険性が
指摘されており、この障害危険性はウイスカー径
との関係が強く、とくに直径2μｍ未満の性状に
おいて危険性が大きいと報告されている
〔Faserund Whiskerverstarkte Keramische
Werkstoffe Symposuium in Hagen、4.
Nov.1986〕。 このようなことから、少なくとも2μｍの直径
を有する径太ウイスカーの開発がセラミツクスの
高靭化および人体に対する安全性の面から強く要
請されている。 発明者らは、上記の要請に答えるための径太
SiCウイスカーを製造する方法として、直径0.3〜
1.5μｍ、長さ10〜100μｍの性状を有するβ結晶型
を主体とするSiCウイスカーを、非酸化性雰囲気
中で1800〜2200℃の温度に熱処理する昇華再結晶
による径太化手段を既に提案した（特願平１−
171640号）。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記した先行技術は、以下のような知見に基づ
いて開発されたものである。 通常、SiCウイスカーは非酸化性雰囲気下で
1700℃以上の温度に長時間保持すると昇華再結晶
を生じて粒状化するが、結晶形態がβ型とα型と
では昇華再結晶後の生成物が異なる現象を呈す
る。すなわち、β型のSiCウイスカーは径が太く
なりながら長さ方向に切れて粒状化が進行する
（アスペクト比が比較的大きな値を保ちながら粒
状化する）のに対し、α型SiCウイスカーでは直
接的に球状に近い粒状物の形で再結晶する。この
際、再結晶する粒子の径は熱処理温度が高いほ
ど、また保持時間が長いほど大きくなる。したが
つて、昇華再結晶によつて径太化を実現させるた
めにはβ型主体の結晶形態をもつSiCウイスカー
を対象とすることが有効となる。 本発明は、引続く研究においてSiCウイスカー
の昇華再結晶化過程で特定性状のSiC粉末を混在
させた状態でも径太化が効果的に進行することを
確認して開発に至つたものである。したがつて、
本発明の目的は前記先行技術と同様に昇華再結晶
手段を用いて直径2μｍ以上のSiCウイスカー効率
よく得るための製造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
ウイスカーの製造方法は、直径0.3〜1.5μｍ、長
さ10〜100μｍの性状を有するβ結晶型主体のSiC
ウイスカー原料を少なくとも30重量％の比率で粒
径1μｍ以下もしくは（111）回折線の半価幅
0.18deg以上のSiC粉末と混合し、該混合物を非酸
化性雰囲気中で1800〜2200℃の温度に熱処理する
ことを構成上の特徴とするものである。 SiCウイスカーの製造技術には、SiCl4、
SiHCl3、（CH3）4Siのような分解性けい素化合物
をCH4、C3H8、CCl4などの炭材成分と気相反応
させる方法、SiO2を含む固形状のけい素源原料
とカーボン粉末を混合するか、例えば籾殻炭のよ
うにこれら成分を複合的に含有する物質を加熱反
応させる方法などがあるが、本発明の原料となる
SiCウイスカーは特にこれら製造履歴に影響され
ることはなく、いずれの方法によつて製造された
ものであつても差し支えない。 性状として直径0.3〜1.5μｍ、長さ10〜100μｍ
のSiCウイスカーを原料とする理由は、この範囲
のアスペクト性状を備えるSiCウイスカーが昇華
再結晶による径太化の効果が最も顕著に現出する
からである。また、SiCウイスカーの結晶系は、
β結晶型主体のものを選定する必要があり、この
要件を外れると目的とする径太化はできなくな
る。β結晶型を主体にするとは、SiCウイスカー
の結晶形が全てβ型か、α／β混在型であつても
β型が支配的な形態を指すが、積層欠陥密度が低
いものほど少ない粒状物含有量で径太化が進行す
る。好適なβ−SiCウイスカーの結晶特性は、下
式によるα度が20以下で、（111）回折線の半価幅
が0.14deg以下である。 α度＝（H1×２／H2）×100 但し、H1はＸ線回折でCuKαを線源としたとき
の2θ約33.5degに出る回折線強度、H2は同
35.6degに出る回折線強度である。 上記性状のSiCウイスカー原料に混合するSiC
粉末は、粒径1μｍ以下の微粉末もしくは（111）
回折線の半価幅0.18deg以上の欠陥密度が高いも
のとする。この粒径が1μｍを上廻り、また
（111）回折線半価幅が0.18deg未満になると昇華
原子に転化する比率が減少し、粒状物として残留
する量が増大する結果を招く。 混合割合は、前記性状のSiC粉末に対してSiC
ウイスカー原料が少なくとも30重量％を占める比
率になるように設定することが重要で、SiCウイ
スカーの混合比率が30重量％未満の場合には粒状
物の残留量が大幅に増大する。 また、上記のSiC粉末に代えてSiCウイスカー
原料よりも（111）回折線の大きい（積層欠陥密
度大）SiCウイスカーを混合することもよく、こ
の場合にも同等の径太SiCウイスカーに転化させ
ることができる。 SiCウイスカーとSiC粉末の混合物は、N2ガス、
Arガスあるいは真空のような非酸化性雰囲気中
で1800〜2200℃の温度域で熱処理する。熱処理の
時間は、0.2〜４時間で足りる。この際、処理温
度が1800℃を下廻ると直径2μｍ以上に径太化す
るために長時間が必要となつて実用的でなくな
り、また2200℃を越えるとSiCの気化が激しくな
つて重量減少を促し、収率の低下を招く。 〔作用〕 本発明のプロセスでは、熱処理過程において積
層欠陥密度の低いβ型SiCウイスカー原料は種と
して機能し、粒子径が小さく、欠陥密度が高い
SiC粉末もしくはSiCウイスカーは昇華原子の供
給源としての機能を果たす。すなわち、SiCウイ
スカー中に混在するSiC粉末等は、熱を受けて昇
華再結晶を伴ないながら大粒化する。この段階
で、積層欠陥等で挟まれた微細結晶子や小粒径の
粒子は他の箇所に比べて界面エネルギーが高く不
安定な状態となるため、容易に昇華する。昇華し
た原子は、種となる安定なβ−SiCウイスカーの
表面に析出して円滑に径太化を進行させる。 このような機構作用が連続してSiCウイスカー
の効率的な径太化が実現するが、本発明の混合比
率ほかの要件を満たすことにより粒状物残留量が
低く重量損失が少ない条件での径太化が可能とな
る。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 １ 直径1.0μｍ、長さ50μｍのアスペクト性状を有
し、α度0.5、（111）回折線の半価幅が0.1375deg
のβ結晶型を主体とするSiCウイスカー原料〔東
海カーボン(株)製、“トーカウイスカーＳ−400”〕
と、粒径1μｍ以下、（111）回折線半価幅
0.3125degのβ結晶型のSiC粉末を用い、SiCウイ
スカー原料をSiC粉末に対し10〜90重量％（内
割）の範囲で設定された比率で混合した。 混合は、SiCウイスカーとSiC粉末を水ととも
にジユーサーミキサーに入れ、２分間撹拌したの
ち濾過し、120℃の温度で乾燥する方法でおこな
つた。 ついで、この混合物を黒鉛ルツボに詰め、N2
ガス雰囲気中で2000℃の温度で熱処理した。 各熱処理後の形状、粒状物の状況、重量減少な
どの結果を対比して表１に示した。
【表】
表１の結果から、SiCウイスカーの混合比率が
30重量％以上の要件を満たす本発明の例では直径
2μｍ以上の径太SiCウイスカーが少ない粒状物含
有量ならびに重量減少下に得られることが認めら
れる。これに対し、SiCウイスカーの混合比率が
10重量％の比較例では、粒状物が極めて多く残留
し、重量減少率も多い。 実施例 ２ 表２に示した性状を有する市販のSiC粉末(1)〜
(3)および直径0.5μｍ、長さ40μｍ、α度７のβ型
SiCウイスカー(4)に、実施例１と同一のSiCウイ
スカー原料を50重量％の比率で混合した。混合方
法は実施例１と同一とした。
30重量％以上の要件を満たす本発明の例では直径
2μｍ以上の径太SiCウイスカーが少ない粒状物含
有量ならびに重量減少下に得られることが認めら
れる。これに対し、SiCウイスカーの混合比率が
10重量％の比較例では、粒状物が極めて多く残留
し、重量減少率も多い。 実施例 ２ 表２に示した性状を有する市販のSiC粉末(1)〜
(3)および直径0.5μｍ、長さ40μｍ、α度７のβ型
SiCウイスカー(4)に、実施例１と同一のSiCウイ
スカー原料を50重量％の比率で混合した。混合方
法は実施例１と同一とした。
【表】
各混合物を実施例１と同一条件で熱処理し、生
成物の性状等を表３に示した。
成物の性状等を表３に示した。
以上のとおり、本発明に従えば特定性状のSiC
粉末またはSiCウイスカーを混在させた状態での
簡易な熱処理によつて、直径が2μｍ以上の径太
SiCウイスカーを低位の粒状物含有量ならびに重
量減少下に製造することができる。 したがつて、セラミツクス強化用として好適で
あり、人体に対する障害性のないSiCウイスカー
の供給が可能となる。
粉末またはSiCウイスカーを混在させた状態での
簡易な熱処理によつて、直径が2μｍ以上の径太
SiCウイスカーを低位の粒状物含有量ならびに重
量減少下に製造することができる。 したがつて、セラミツクス強化用として好適で
あり、人体に対する障害性のないSiCウイスカー
の供給が可能となる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 直径0.3〜1.5μｍ、長さ10〜100μｍの性状を
有するβ結晶型主体のSiCウイスカー原料を少な
くとも30重量％の比率で粒径1μｍ以下もしくは
（111）回折線の半価幅0.18deg以上のSiC粉末と混
合し、該混合物を非酸化性雰囲気中で1800〜2200
℃の温度に熱処理することを特徴とするSiCウイ
スカーの製造方法。 ２ SiCウイスカー原料が、α度20以下、（111）
回折線の半価幅0.14deg以下である請求項１記載
のSiCウイスカーの製造方法。 ３ SiC粉末に代えてSiCウイスカー原料よりも
（111）回折線の半価幅が大きいSiCウイスカーを
混合する請求項１記載のSiCウイスカーの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27821389A JPH03141200A (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | ＳｉＣウイスカーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27821389A JPH03141200A (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | ＳｉＣウイスカーの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03141200A JPH03141200A (ja) | 1991-06-17 |
| JPH0517200B2 true JPH0517200B2 (ja) | 1993-03-08 |
Family
ID=17594178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27821389A Granted JPH03141200A (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | ＳｉＣウイスカーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03141200A (ja) |
-
1989
- 1989-10-24 JP JP27821389A patent/JPH03141200A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03141200A (ja) | 1991-06-17 |
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