JPH05221799A - SiCウイスカーの改質処理方法 - Google Patents
SiCウイスカーの改質処理方法Info
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- JPH05221799A JPH05221799A JP5902892A JP5902892A JPH05221799A JP H05221799 A JPH05221799 A JP H05221799A JP 5902892 A JP5902892 A JP 5902892A JP 5902892 A JP5902892 A JP 5902892A JP H05221799 A JPH05221799 A JP H05221799A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 焼結粒子の副生を抑制しながらSiCウイス
カーの昇華再結晶による径太化を効率よくおこなうため
の改質処理方法を提供する。 【構成】 直径 0.3〜1.5 μm 、長さ10〜100 μm のア
スペクト性状を有するβ結晶型主体のSiCウイスカー
100 重量部に、カーボン短繊維を1〜50重量部の割合で
配合して十分に分散混合し、この混合物をAr雰囲気下
で1700〜2200℃の温度に加熱処理する。β結晶型主体の
SiCウイスカーは、α度20以下で、(111) 回折線の半
価幅が0.14deg 以下であることが好ましい。
カーの昇華再結晶による径太化を効率よくおこなうため
の改質処理方法を提供する。 【構成】 直径 0.3〜1.5 μm 、長さ10〜100 μm のア
スペクト性状を有するβ結晶型主体のSiCウイスカー
100 重量部に、カーボン短繊維を1〜50重量部の割合で
配合して十分に分散混合し、この混合物をAr雰囲気下
で1700〜2200℃の温度に加熱処理する。β結晶型主体の
SiCウイスカーは、α度20以下で、(111) 回折線の半
価幅が0.14deg 以下であることが好ましい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SiCウイスカーを加
熱処理して直径2μm 以上の径太性状に転化させるSi
Cウイスカーの改質処理方法に関する。
熱処理して直径2μm 以上の径太性状に転化させるSi
Cウイスカーの改質処理方法に関する。
【0002】
【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
特性面で卓越した性能を示すことから、各種の金属、セ
ラミックス、プラスチックス材料の複合強化材として有
用されている。このうち、特に破壊靭性に乏しいセラミ
ックス材の複合強化は、近時の重要な開発課題とされて
おり、多様の研究提案がなされている。
カーは、比強度、比弾性率、耐熱性、化学的安定性等の
特性面で卓越した性能を示すことから、各種の金属、セ
ラミックス、プラスチックス材料の複合強化材として有
用されている。このうち、特に破壊靭性に乏しいセラミ
ックス材の複合強化は、近時の重要な開発課題とされて
おり、多様の研究提案がなされている。
【0003】セラミッ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スカーがセラミックス体に
発生するクラックの成長を停止または抑制し、クラック
の進行方向を屈曲(クラックディフレクション)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
でクラッ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ためにおこなわれる。この機
構によるセラミックス材の高靭化には、特に直径の大き
な径太ウイスカーで複合化すると効果的であることが解
明されている。
は、組織内部に分散したウイスカーがセラミックス体に
発生するクラックの成長を停止または抑制し、クラック
の進行方向を屈曲(クラックディフレクション)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
でクラッ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ためにおこなわれる。この機
構によるセラミックス材の高靭化には、特に直径の大き
な径太ウイスカーで複合化すると効果的であることが解
明されている。
【0004】また、ウイスカーは微細な針状繊維形態を
呈しているため、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
されている。そして、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
険性が大きいことが報告されている。
呈しているため、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
されている。そして、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
険性が大きいことが報告されている。
【0005】このような事態に対処するため、本出願人
は直径2μm を越える径太タイプのSiCウイスカーを
製造する技術を開発し、既に提案した(特開平3−3719
8 号公報、特開平3−141200号公報)。
は直径2μm を越える径太タイプのSiCウイスカーを
製造する技術を開発し、既に提案した(特開平3−3719
8 号公報、特開平3−141200号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の先行技術は、一
定条件下の加熱処理を施すことによりSiCウイスカー
が昇華再結晶を生じて径太化する改質機構を利用したも
ので、比較的簡単な加熱処理を介して効率よく直径2μ
m 以上の径太SiCウイスカーを得ることができる。し
かしながら、加熱過程において接触状態にあるSiCウ
イスカー同士が接触部位で焼結し、直径5μm 以上のS
iC粒子となって介在する現象が発生し易い。このよう
な焼結粒子がセラミックスとの複合組織中に存在する
と、破壊起点となって強度および破壊靭性を減退させる
原因となるため、煩雑な二次処理により分離除去する必
要があった。
定条件下の加熱処理を施すことによりSiCウイスカー
が昇華再結晶を生じて径太化する改質機構を利用したも
ので、比較的簡単な加熱処理を介して効率よく直径2μ
m 以上の径太SiCウイスカーを得ることができる。し
かしながら、加熱過程において接触状態にあるSiCウ
イスカー同士が接触部位で焼結し、直径5μm 以上のS
iC粒子となって介在する現象が発生し易い。このよう
な焼結粒子がセラミックスとの複合組織中に存在する
と、破壊起点となって強度および破壊靭性を減退させる
原因となるため、煩雑な二次処理により分離除去する必
要があった。
【0007】本発明は、前記の課題を解決するために先
行技術(特開平3−37198 号公報)に改良を加え、加熱
処理の段階でSiCウイスカーの焼結粒子化現象を抑制
するための技術を解明して開発に至ったものである。し
たがって、本発明の目的は、焼結粒子の副生を抑制しな
がらSiCウイスカーの昇華再結晶による径太化を効率
よくおこなうための改質処理方法を提供することにあ
る。
行技術(特開平3−37198 号公報)に改良を加え、加熱
処理の段階でSiCウイスカーの焼結粒子化現象を抑制
するための技術を解明して開発に至ったものである。し
たがって、本発明の目的は、焼結粒子の副生を抑制しな
がらSiCウイスカーの昇華再結晶による径太化を効率
よくおこなうための改質処理方法を提供することにあ
る。
【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SiCウイスカーの改質処理方法は、
直径 0.3〜1.5 μm 、長さ10〜100 μm のアスペクト性
状を有するβ結晶型主体のSiCウイスカー100 重量部
に、カーボン繊維を1〜50重量部の割合で配合して十分
に分散混合し、該混合物を非酸化雰囲気中で1700〜2200
℃の温度に加熱処理することを構成上の特徴とする。
めの本発明によるSiCウイスカーの改質処理方法は、
直径 0.3〜1.5 μm 、長さ10〜100 μm のアスペクト性
状を有するβ結晶型主体のSiCウイスカー100 重量部
に、カーボン繊維を1〜50重量部の割合で配合して十分
に分散混合し、該混合物を非酸化雰囲気中で1700〜2200
℃の温度に加熱処理することを構成上の特徴とする。
【0009】本発明の処理原料となるSiCウイスカー
は、製造履歴に影響されることなくいずれの方法によっ
て製造されたものであってもよい。したがって、例えば
SiCl4 、SiHCl3 、(CH)3 Siのような分
解性珪素化合物をCH4 、CCl4 、C3 H8 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
珪素源原料とカーボン粉末を混合するか、籾殻炭のよう
に前記成分を複合的に含有する物質を加熱反応させる方
法等によって製造されるSiCウイスカーが使用対象と
なる。
は、製造履歴に影響されることなくいずれの方法によっ
て製造されたものであってもよい。したがって、例えば
SiCl4 、SiHCl3 、(CH)3 Siのような分
解性珪素化合物をCH4 、CCl4 、C3 H8 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
珪素源原料とカーボン粉末を混合するか、籾殻炭のよう
に前記成分を複合的に含有する物質を加熱反応させる方
法等によって製造されるSiCウイスカーが使用対象と
なる。
【0010】しかし、SiCウイスカーのアスペクト性
状として直径 0.3〜1.5 μm 、長さ10〜100 μm のもの
が原料対象として選択使用される。この理由は、前記範
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
る直径2μm 以上の径太化改質ができなくなる。なお、
β結晶型主体のものとは、SiCウイスカーの結晶系が
全てβ型か、α/β混在型であってもβ型が支配的な形
態を意味するが、特に積層欠陥密度が低い高β比率のも
のほど少ない粒状物含有量で径太化が進行する。最も好
適なSiCウイスカーの結晶性状は、下式によるα度が
20以下で、(111) 回折線の半価幅が0.14deg 以下の場合
である。 α度 = (H1 ×2/H2)×100 但し、上式においてH1 は粉末X線回折法でCuKαを
線源とした際の2θ約33.5deg に出る回折強度、H2 は
2θ約35.6deg に出る回折強度である。
状として直径 0.3〜1.5 μm 、長さ10〜100 μm のもの
が原料対象として選択使用される。この理由は、前記範
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
る直径2μm 以上の径太化改質ができなくなる。なお、
β結晶型主体のものとは、SiCウイスカーの結晶系が
全てβ型か、α/β混在型であってもβ型が支配的な形
態を意味するが、特に積層欠陥密度が低い高β比率のも
のほど少ない粒状物含有量で径太化が進行する。最も好
適なSiCウイスカーの結晶性状は、下式によるα度が
20以下で、(111) 回折線の半価幅が0.14deg 以下の場合
である。 α度 = (H1 ×2/H2)×100 但し、上式においてH1 は粉末X線回折法でCuKαを
線源とした際の2θ約33.5deg に出る回折強度、H2 は
2θ約35.6deg に出る回折強度である。
【0011】上記の処理対象となるSiCウイスカーに
混合するカーボン繊維は、種類や特性に限定されず、ポ
リアクリロニトリル系、レーヨン系、ピッチ系など各種
のものを用いることができる。しかし、SiCウイスカ
ーと均一混合させる目的から繊維形態として、繊維径が
細く、かつ短繊維状であることが好ましい。具体的に
は、直径20μm 以下のカーボン繊維トウを長さ5mm程度
に裁断したチョップ品の使用が好適である。
混合するカーボン繊維は、種類や特性に限定されず、ポ
リアクリロニトリル系、レーヨン系、ピッチ系など各種
のものを用いることができる。しかし、SiCウイスカ
ーと均一混合させる目的から繊維形態として、繊維径が
細く、かつ短繊維状であることが好ましい。具体的に
は、直径20μm 以下のカーボン繊維トウを長さ5mm程度
に裁断したチョップ品の使用が好適である。
【0012】カーボン繊維の配合量は、SiCウイスカ
ー 100重量部に対し1〜50重量部の割合となる範囲に設
定する。カーボン繊維の配合比率が1重量部を下廻ると
SiCウイスカーの焼結粒子化を抑制する効果が不十分
となり、他方、50重量部を越えると2000℃未満の加熱温
度ではSiCウイスカーが径太化せず、2000℃以上にな
ると粒状化が進行してアスペクト性状を留めなくなる。
SiCウイスカーとカーボン繊維の混合は、両成分が十
分に分散混合するように機械的手段を用いておこなう
が、混合過程でウイスカー性状を破壊するような混合手
段は避けねばならない。好ましい分散混合は、SiCウ
イスカーとカーボン短繊維を水または適宜な有機溶媒と
ともに機械的撹拌装置で湿式混合し、ついで超音波振動
などを用いて分散処理を施すことである。
ー 100重量部に対し1〜50重量部の割合となる範囲に設
定する。カーボン繊維の配合比率が1重量部を下廻ると
SiCウイスカーの焼結粒子化を抑制する効果が不十分
となり、他方、50重量部を越えると2000℃未満の加熱温
度ではSiCウイスカーが径太化せず、2000℃以上にな
ると粒状化が進行してアスペクト性状を留めなくなる。
SiCウイスカーとカーボン繊維の混合は、両成分が十
分に分散混合するように機械的手段を用いておこなう
が、混合過程でウイスカー性状を破壊するような混合手
段は避けねばならない。好ましい分散混合は、SiCウ
イスカーとカーボン短繊維を水または適宜な有機溶媒と
ともに機械的撹拌装置で湿式混合し、ついで超音波振動
などを用いて分散処理を施すことである。
【0013】SiCウイスカーとカーボン繊維の混合物
は、N2 ガス、Arガスあるいは真空のような非酸化性
雰囲気下で1700〜2200℃の温度域で加熱処理する。この
際の加熱温度が1700℃未満であるとSiCウイスカーを
直径2μm 以上に径太化するために長時間を要するよう
になり、また2200℃を越えるとSiCウイスカーが粒状
物に転化するうえ、SiCの気化が激しくなって重量減
少を招き収率が低下する。
は、N2 ガス、Arガスあるいは真空のような非酸化性
雰囲気下で1700〜2200℃の温度域で加熱処理する。この
際の加熱温度が1700℃未満であるとSiCウイスカーを
直径2μm 以上に径太化するために長時間を要するよう
になり、また2200℃を越えるとSiCウイスカーが粒状
物に転化するうえ、SiCの気化が激しくなって重量減
少を招き収率が低下する。
【0014】
【作用】SiCウイスカーは、不活性雰囲気下で加熱す
ると昇華再結晶を経て直径が増大するが、この現象は主
に積層欠陥部分から優先して昇華が始まり、昇華した原
子は欠陥の少ないウイスカー表面部分に再結晶して径太
化が進行するものと推測されている。この段階で、Si
Cウイスカー同士が接触状態にあると接触部位でネック
形成−成長という過程を経て焼結現象が生じ、複数のウ
イスカーによる焼結粒子が混在するようになる。
ると昇華再結晶を経て直径が増大するが、この現象は主
に積層欠陥部分から優先して昇華が始まり、昇華した原
子は欠陥の少ないウイスカー表面部分に再結晶して径太
化が進行するものと推測されている。この段階で、Si
Cウイスカー同士が接触状態にあると接触部位でネック
形成−成長という過程を経て焼結現象が生じ、複数のウ
イスカーによる焼結粒子が混在するようになる。
【0015】本発明によれば、処理対象がSiCウイス
カーとカーボン繊維が均質分散した混合物となってお
り、介在するカーボン繊維がSiCウイスカー相互の接
触度合を少なくし、同時にカーボン繊維の絡み合いによ
り混合組織にSiCウイスカーの径太化に有効となる適
度の空隙を形成する。これらの作用が対象SiCウイス
カーの性状選定、特定されたカーボン繊維の配合割合お
よび加熱処理条件と相俟って、焼結粒子の生成を効果的
に抑制しながらSiCウイスカーの円滑な径太化を現出
するために有効機能する。
カーとカーボン繊維が均質分散した混合物となってお
り、介在するカーボン繊維がSiCウイスカー相互の接
触度合を少なくし、同時にカーボン繊維の絡み合いによ
り混合組織にSiCウイスカーの径太化に有効となる適
度の空隙を形成する。これらの作用が対象SiCウイス
カーの性状選定、特定されたカーボン繊維の配合割合お
よび加熱処理条件と相俟って、焼結粒子の生成を効果的
に抑制しながらSiCウイスカーの円滑な径太化を現出
するために有効機能する。
【0016】
【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。
明する。
【0017】実施例1〜3、比較例1〜2 直径 1.0μm 、長さ50μのアスペクト性状を有し、α度
が0.5 で(111) 回折線の半価幅が0.1375deg のβ結晶型
主体のSiCウイスカー〔東海バーボン(株)製、“ト
ーカウイスカーTWS-400 ”〕を処理対象とし、この 100
重量部に対し平均径13μm 、平均長3mmのピッチ系カー
ボン繊維チョップ〔大日本インキ化学工業(株)製、
“ドナカーボS-231 ”〕を 0.5〜60重量部の範囲で配合
した。
が0.5 で(111) 回折線の半価幅が0.1375deg のβ結晶型
主体のSiCウイスカー〔東海バーボン(株)製、“ト
ーカウイスカーTWS-400 ”〕を処理対象とし、この 100
重量部に対し平均径13μm 、平均長3mmのピッチ系カー
ボン繊維チョップ〔大日本インキ化学工業(株)製、
“ドナカーボS-231 ”〕を 0.5〜60重量部の範囲で配合
した。
【0018】配合物をエタノールとともにジューサーミ
キサーに入れ、2分間撹拌混合処理したのち、さらに超
音波振動処理を施して十分に分散させた。ついで、濾
過、乾燥して得た混合物を黒鉛ルツボに詰め、Arガス
雰囲気に保持された電気炉中で1900℃の温度で加熱処理
した。加熱処理後のSiCウイスカーの平均直径と副生
混在しているSiC焼結粒子(直径5mm以上) の含有率
を測定し、その結果をカーボン繊維の配合量と対比させ
て表1に示した。
キサーに入れ、2分間撹拌混合処理したのち、さらに超
音波振動処理を施して十分に分散させた。ついで、濾
過、乾燥して得た混合物を黒鉛ルツボに詰め、Arガス
雰囲気に保持された電気炉中で1900℃の温度で加熱処理
した。加熱処理後のSiCウイスカーの平均直径と副生
混在しているSiC焼結粒子(直径5mm以上) の含有率
を測定し、その結果をカーボン繊維の配合量と対比させ
て表1に示した。
【0019】
【表1】
【0020】表1の結果から、本発明の実施例によれば
SiCウイスカーがいずれも2μm以上に径太化されて
おり、しかも焼結粒子の含有量が効果的に抑制されてい
ることが認められる。これに対し、カーボン繊維配合量
が1重量部を下廻る比較例1では径太効果は高いものの
焼結粒子の含有率も増大しており、またカーボン繊維配
合量が50重量部を越える比較例2では焼結粒子は副生し
ないが径太化は期待できないことが判る。
SiCウイスカーがいずれも2μm以上に径太化されて
おり、しかも焼結粒子の含有量が効果的に抑制されてい
ることが認められる。これに対し、カーボン繊維配合量
が1重量部を下廻る比較例1では径太効果は高いものの
焼結粒子の含有率も増大しており、またカーボン繊維配
合量が50重量部を越える比較例2では焼結粒子は副生し
ないが径太化は期待できないことが判る。
【0021】実施例4〜5、比較例3〜4 実施例3と同一組成のSiCウイスカーとカーボン繊維
の混合物を黒鉛ルツボに詰めてArガス雰囲気に保持し
た電気炉に入れ、1600〜2300℃の範囲で加熱温度を変え
て加熱処理を施した。各温度段階で加熱処理したSiC
ウイスカーの平均直径と形状変化の状況を測定観察し、
その結果を適用加熱温度と対比させて表2に示した。
の混合物を黒鉛ルツボに詰めてArガス雰囲気に保持し
た電気炉に入れ、1600〜2300℃の範囲で加熱温度を変え
て加熱処理を施した。各温度段階で加熱処理したSiC
ウイスカーの平均直径と形状変化の状況を測定観察し、
その結果を適用加熱温度と対比させて表2に示した。
【0022】
【表2】
【0023】表2の結果から、加熱温度が1700〜2200℃
の範囲にある実施例では正常なSiCウイスカーの径太
効果が得られるが、1600℃ではSiCウイスカーが径太
化せず、2300℃になるとSiCウイスカーの粒状化が進
行してアスペクト性状を留めなくなる。
の範囲にある実施例では正常なSiCウイスカーの径太
効果が得られるが、1600℃ではSiCウイスカーが径太
化せず、2300℃になるとSiCウイスカーの粒状化が進
行してアスペクト性状を留めなくなる。
【0024】
【発明の効果】以上のとおり、本発明の方法に従えば処
理対象となるSiCウイスカーに所定量のカーボン繊維
を均一混合した状態で簡単な加熱処理工程を施すことに
より、焼結粒子の副生を抑制しながら直径2μm 以上の
径太サイズに改質することができる。したがって、各種
セラミックス材の靭性改善を目的とする複合強化材用の
SiCウイスカーを得るための手段として極めて有用で
ある。
理対象となるSiCウイスカーに所定量のカーボン繊維
を均一混合した状態で簡単な加熱処理工程を施すことに
より、焼結粒子の副生を抑制しながら直径2μm 以上の
径太サイズに改質することができる。したがって、各種
セラミックス材の靭性改善を目的とする複合強化材用の
SiCウイスカーを得るための手段として極めて有用で
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 直径 0.3〜1.5 μm 、長さ10〜100 μm
のアスペクト性状を有するβ結晶型主体のSiCウイス
カー100 重量部に、カーボン繊維を1〜50重量部の割合
で配合して十分に分散混合し、該混合物を非酸化雰囲気
中で1700〜2200℃の温度に加熱処理することを特徴とす
るSiCウイスカーの改質処理方法。 - 【請求項2】 β結晶型主体のSiCウイスカーが、α
度20以下で、(111)回折線の半価幅が0.14deg 以下であ
る請求項1記載のSiCウイスカーの改質処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5902892A JPH05221799A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | SiCウイスカーの改質処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5902892A JPH05221799A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | SiCウイスカーの改質処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05221799A true JPH05221799A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=13101429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5902892A Pending JPH05221799A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | SiCウイスカーの改質処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05221799A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5997832A (en) * | 1997-03-07 | 1999-12-07 | President And Fellows Of Harvard College | Preparation of carbide nanorods |
| US6190634B1 (en) | 1995-06-07 | 2001-02-20 | President And Fellows Of Harvard College | Carbide nanomaterials |
| US20190249059A1 (en) * | 2016-06-13 | 2019-08-15 | Teijin Limited | Silicon carbide production method and silicon carbide composite material |
-
1992
- 1992-02-10 JP JP5902892A patent/JPH05221799A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6190634B1 (en) | 1995-06-07 | 2001-02-20 | President And Fellows Of Harvard College | Carbide nanomaterials |
| US5997832A (en) * | 1997-03-07 | 1999-12-07 | President And Fellows Of Harvard College | Preparation of carbide nanorods |
| US20190249059A1 (en) * | 2016-06-13 | 2019-08-15 | Teijin Limited | Silicon carbide production method and silicon carbide composite material |
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