JPH0649639B2 - ＳｉＣウイスカーの製造方法 - Google Patents
ＳｉＣウイスカーの製造方法Info
- Publication number
- JPH0649639B2 JPH0649639B2 JP31961289A JP31961289A JPH0649639B2 JP H0649639 B2 JPH0649639 B2 JP H0649639B2 JP 31961289 A JP31961289 A JP 31961289A JP 31961289 A JP31961289 A JP 31961289A JP H0649639 B2 JPH0649639 B2 JP H0649639B2
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- Japan
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- raw material
- metal
- whiskers
- sic
- mol
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、直径2.0μｍを越える径太タイプのＳｉＣウ
イスカーを製造する方法に関する。
イスカーを製造する方法に関する。
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有用さ
れている。
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有用さ
れている。
このうち、特に破壊靱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いる。セラミッ
クス材の破壊靱性をウイスカーの複合化で向上させる機
構は、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、さらにウイ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等の現象に基
づくものとされているが、これらセラミックス材の高靱
化にはウイ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。
強化は、近時の重要な開発課題とされている。セラミッ
クス材の破壊靱性をウイスカーの複合化で向上させる機
構は、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、さらにウイ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等の現象に基
づくものとされているが、これらセラミックス材の高靱
化にはウイ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。
また、ウイスカーは微細な針状繊維形態を呈する関係で
人体の呼吸器系に吸入された場合には肺の中に残留しや
すく、呼吸器障害を起こす危険性が指摘されている。こ
の障害性はウイスカー直径との関連が深く、とくに直径
２μｍ未満の性状において危険性が大きい。
人体の呼吸器系に吸入された場合には肺の中に残留しや
すく、呼吸器障害を起こす危険性が指摘されている。こ
の障害性はウイスカー直径との関連が深く、とくに直径
２μｍ未満の性状において危険性が大きい。
このようなセラミックス材の複合高靱化および人体に対
する安全性確保の必要性から、少なくとも直径2.0μｍ
を越える径太タイプのＳｉＣウイスカーを得るための製
法開発が強く要請されている。
する安全性確保の必要性から、少なくとも直径2.0μｍ
を越える径太タイプのＳｉＣウイスカーを得るための製
法開発が強く要請されている。
ＳｉＣウイスカーの生成手段には気相原料系および固相
原料系によるものとがあるが、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）によって径太ウイスカーが生成できれば、生成
ウイスカーの絡み合いを解体したり、副生粒状物（ショ
ット）からの分離を容易にするためにも有利となる。
原料系によるものとがあるが、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）によって径太ウイスカーが生成できれば、生成
ウイスカーの絡み合いを解体したり、副生粒状物（ショ
ット）からの分離を容易にするためにも有利となる。
しかしながら、固相原料系の製造方法によって径太タイ
プのＳｉＣウイスカーを生成させることは仲々難しく、
これまでに直径２μｍを越える性状のものを工業的に生
産した例は知られていない。
プのＳｉＣウイスカーを生成させることは仲々難しく、
これまでに直径２μｍを越える性状のものを工業的に生
産した例は知られていない。
本発明は、上記の要請に応えて径太タイプのＳｉＣウイ
スカーを得るため、特に触媒添加条件の選定につき鋭意
研究を重ねた結果開発されたもので、その目的は、固相
原料系において直径2.0μｍを越える性状のＳｉＣウイ
スカーを製造するための方法を提供するところにある。
スカーを得るため、特に触媒添加条件の選定につき鋭意
研究を重ねた結果開発されたもので、その目的は、固相
原料系において直径2.0μｍを越える性状のＳｉＣウイ
スカーを製造するための方法を提供するところにある。
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、珪素源原料と炭材との混合原料を非
酸化雰囲気中で反応温度域に加熱処理してＳｉＣウイス
カーを生成させる方法において、金属系触媒を珪素源原
料中のＳｉ１モルに対し金属として0.06モル以上に相当
する配合量で混合原料に添加し、かつ加熱処理条件を昇
温速度10℃/min.以上、反応温度1550〜1800℃に設定す
ることを構成上の特徴とするものである。
カーの製造方法は、珪素源原料と炭材との混合原料を非
酸化雰囲気中で反応温度域に加熱処理してＳｉＣウイス
カーを生成させる方法において、金属系触媒を珪素源原
料中のＳｉ１モルに対し金属として0.06モル以上に相当
する配合量で混合原料に添加し、かつ加熱処理条件を昇
温速度10℃/min.以上、反応温度1550〜1800℃に設定す
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
分を含有する物質であればよいが、中でもＳｉＯ２を主
成分とするシリカゲル、石英粉、珪砂等の使用が有効で
ある。
珪砂、石英粉、無機珪酸塩、有機珪素化合物など珪素成
分を含有する物質であればよいが、中でもＳｉＯ２を主
成分とするシリカゲル、石英粉、珪砂等の使用が有効で
ある。
炭材としては、カーボンブラック、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
カーボンブラックである。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、チャンネルブラック、
アセチレンブラック等の品種は問わないが、とくにＤＢ
Ｐ吸油量が100ml/100g以上の特性を有するものが有効に
使用される。
粉、粉末活性炭などが使用できるが、最も好適な炭材は
カーボンブラックである。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、チャンネルブラック、
アセチレンブラック等の品種は問わないが、とくにＤＢ
Ｐ吸油量が100ml/100g以上の特性を有するものが有効に
使用される。
珪素源原料に対する炭材の配合割合は60〜120重量％の
範囲に設定し、両原料成分を十分均一に混合する。
範囲に設定し、両原料成分を十分均一に混合する。
上記の混合原料には、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
択された金属系触媒が添加される。
れらの酸化物、塩化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩から選
択された金属系触媒が添加される。
本発明の第１の主要な要件は、混合原料に添加する前記
金属系触媒の配合条件で、金属系触媒を珪素源原料中の
Ｓｉ１モルに対し金属として0.06モル以上に相当する配
合量で混合原料に添加する。前記金属系触媒の配合量が
金属として0.06モル未満に相当する量比では直径2.0μ
ｍ以上のＳｉＣウイスカーを生成させることは困難とな
る。またこの配合量が0.3モルを越えると得られるＳｉ
Ｃウイスカーの形状が悪くなる傾向を与える。したがっ
て、配合量の上限は、0.3モルに設定することが望まし
い。
金属系触媒の配合条件で、金属系触媒を珪素源原料中の
Ｓｉ１モルに対し金属として0.06モル以上に相当する配
合量で混合原料に添加する。前記金属系触媒の配合量が
金属として0.06モル未満に相当する量比では直径2.0μ
ｍ以上のＳｉＣウイスカーを生成させることは困難とな
る。またこの配合量が0.3モルを越えると得られるＳｉ
Ｃウイスカーの形状が悪くなる傾向を与える。したがっ
て、配合量の上限は、0.3モルに設定することが望まし
い。
金属系触媒は、炭材を混合する前の珪素源原料に予め添
加しておくことが実用的である。添加の方法は、粉体と
して攪拌混合する方法でもよいが、塩化物、硝酸塩のよ
うな化合物を水溶液に珪素源原料を浸漬して乾燥する方
法を採ることが均一分散に有利である。
加しておくことが実用的である。添加の方法は、粉体と
して攪拌混合する方法でもよいが、塩化物、硝酸塩のよ
うな化合物を水溶液に珪素源原料を浸漬して乾燥する方
法を採ることが均一分散に有利である。
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
器に充填密閉し、周囲をコークス粒などのカーボンパッ
キング材で被包した状態で通電加熱される。
成分は、黒鉛のような高耐熱性材料で構成された反応容
器に充填密閉し、周囲をコークス粒などのカーボンパッ
キング材で被包した状態で通電加熱される。
この際、加熱処理の条件を、非酸化性雰囲気中で昇温速
度を10℃/min.以上、反応温度を1550〜1800℃に設定す
ることが第２の主要な要件となる。より好適な条件は、
昇温速度10〜40℃/min.、反応温度1600〜1750℃の範囲
にすることである。
度を10℃/min.以上、反応温度を1550〜1800℃に設定す
ることが第２の主要な要件となる。より好適な条件は、
昇温速度10〜40℃/min.、反応温度1600〜1750℃の範囲
にすることである。
昇温速度を10℃/min以上にする理由は、これが10℃/min
を下廻ると径太のＳｉＣウイスカーを生成するために寄
与しなくなるためである。また、40℃/minを上廻る場合
には原料組織中の温度勾配が大きくなるためか、生成ウ
イ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。
を下廻ると径太のＳｉＣウイスカーを生成するために寄
与しなくなるためである。また、40℃/minを上廻る場合
には原料組織中の温度勾配が大きくなるためか、生成ウ
イ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。
反応温度を1550〜1800℃の範囲にする理由は、1550℃未
満では生成ウイスカーの径太化が円滑に進行しなくなる
上にＳｉＯ２の残留が多くなり、1800℃を越える高温域
ではウイスカー形状の異形化が増大するうえにウイスカ
ーの粒状化が始まってショットの混在が増すからであ
る。
満では生成ウイスカーの径太化が円滑に進行しなくなる
上にＳｉＯ２の残留が多くなり、1800℃を越える高温域
ではウイスカー形状の異形化が増大するうえにウイスカ
ーの粒状化が始まってショットの混在が増すからであ
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。
処理によって除去する。
このようにして得られるＳｉＣウイスカーは、淡緑白色
を呈する格子欠陥のないＳｉＣの針状単結晶で、その形
状は直径2.0μｍ以上で長さ50μｍを越える径太で良ア
スペクト比を示すものである。
を呈する格子欠陥のないＳｉＣの針状単結晶で、その形
状は直径2.0μｍ以上で長さ50μｍを越える径太で良ア
スペクト比を示すものである。
本発明によれば、金属系触媒の配合条件および原料成分
の加熱処理条件を選択し、これら条件を同時に満足させ
ることによって生成ＳｉＣウイスカーの径太化が実現さ
れる。この理由については解明するに至っていないが、
従来技術では生成ＳｉＣウイスカーの径太化を意図して
金属系触媒の配合量ならびに加熱温度条件を選定した例
はないから、本発明の作用には選択的な要素がある。
の加熱処理条件を選択し、これら条件を同時に満足させ
ることによって生成ＳｉＣウイスカーの径太化が実現さ
れる。この理由については解明するに至っていないが、
従来技術では生成ＳｉＣウイスカーの径太化を意図して
金属系触媒の配合量ならびに加熱温度条件を選定した例
はないから、本発明の作用には選択的な要素がある。
以下、本発明の実施例を比較例と対比しながら説明す
る。
る。
実施例１ 粒度200メッシュ以下のシリカゲルを珪素源原料とし、
該珪素源原料をそのＳｉ１モルに対しＣｏ成分が0.01〜
0.3モルに相当する５水準の配合比に調製したＣｏＣ
２水溶液中に浸漬し、乾燥させた。
該珪素源原料をそのＳｉ１モルに対しＣｏ成分が0.01〜
0.3モルに相当する５水準の配合比に調製したＣｏＣ
２水溶液中に浸漬し、乾燥させた。
このようにして金属触媒を均一に担持させた珪素源原料
に、カーボンブラック炭材110重量％を配合し均一に攪
拌混合した。炭材用のカーボンブラックとしては、ＤＢ
Ｐ吸油量130ml/100g、よう素吸着量104mg/gの特性を有
するファーネスブラック〔東海カーボン（株）製、“SE
AST 5H”〕を用いた。
に、カーボンブラック炭材110重量％を配合し均一に攪
拌混合した。炭材用のカーボンブラックとしては、ＤＢ
Ｐ吸油量130ml/100g、よう素吸着量104mg/gの特性を有
するファーネスブラック〔東海カーボン（株）製、“SE
AST 5H”〕を用いた。
ついで、混合原料を高純度黒鉛製の反応容器に軽く充填
し、上部に黒鉛蓋を付してＡｒガス雰囲気に保持された
電気抵抗加熱炉に入れた。この状態で、10℃/min.の昇
温速度で反応温度を変え、２時間加熱して反応させた。
し、上部に黒鉛蓋を付してＡｒガス雰囲気に保持された
電気抵抗加熱炉に入れた。この状態で、10℃/min.の昇
温速度で反応温度を変え、２時間加熱して反応させた。
加熱反応後、反応容器から内容物を回収し、大気中で60
0℃の温度に熱処理して残留する炭材成分を焼却除去し
た。
0℃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
−ＳｉＣの原子間距離2.15Å、154Åの波長位置に明確
なピークが現出したが、ＳｉＯ２やＣに相当する回折線
は確認されなかった。
−ＳｉＣの原子間距離2.15Å、154Åの波長位置に明確
なピークが現出したが、ＳｉＯ２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ウイスカーの直径、形状評価
の結果を金属触媒のモル量および反応温度と対比させて
示した。
の結果を金属触媒のモル量および反応温度と対比させて
示した。
表１の結果から、金属系触媒の配合量が0.05未満では直
径2.0μｍ以上のＳｉＣウイスカーを生成させることは
できず、また1900℃の反応温度では直径は太くなるもの
のウイスカー形状に曲がり、節目等が多くなる。
径2.0μｍ以上のＳｉＣウイスカーを生成させることは
できず、また1900℃の反応温度では直径は太くなるもの
のウイスカー形状に曲がり、節目等が多くなる。
実施例２ 珪素源原料に粒度200メッシュ以下の珪砂を用い、これ
に金属系触媒としてＦｅ２Ｏ３をＳｉ１モル当たりＦｅ
として0.01〜0.3モルに相当する５水準の配合量で添加
混合した。その他の条件は実施例１と同一にしてＳｉＣ
ウイスカーを生成させた。
に金属系触媒としてＦｅ２Ｏ３をＳｉ１モル当たりＦｅ
として0.01〜0.3モルに相当する５水準の配合量で添加
混合した。その他の条件は実施例１と同一にしてＳｉＣ
ウイスカーを生成させた。
得られた各ＳｉＣウイスカーについて、実施例１と同様
に直径および形状評価をおこない、結果を表２に示し
た。
に直径および形状評価をおこない、結果を表２に示し
た。
表２の結果も表１と同一傾向を示し、金属系触媒の配合
量が0.10〜0.30モルで反応温度が1600℃の条件において
最良のＳｉＣウイスカーが得られた。
量が0.10〜0.30モルで反応温度が1600℃の条件において
最良のＳｉＣウイスカーが得られた。
〔発明の効果〕 〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明によれば特定された金属系触媒の
配合条件および反応時の加熱処理条件を適用することに
よって、常に直径2.0μｍ以上で良好な形状を備える高
品質のＳｉＣウイスカーを収率よく生産することができ
る。
配合条件および反応時の加熱処理条件を適用することに
よって、常に直径2.0μｍ以上で良好な形状を備える高
品質のＳｉＣウイスカーを収率よく生産することができ
る。
したがって、セラミックス材の複合高靱化に有効であ
り、人体に対して安全度の高いＳｉＣウイスカーを供給
することが可能となる。
り、人体に対して安全度の高いＳｉＣウイスカーを供給
することが可能となる。
Claims (2)
- 【請求項１】珪素源原料と炭材との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ウイスカーを
生成させる方法において、金属系触媒を珪素源原料中の
Ｓｉ１モルに対し金属として0.06モル以上に相当する配
合量で混合原料に添加し、かつ加熱処理条件を昇温速度
10℃/min.以上、反応温度1550〜1800℃に設定すること
を特徴とするＳｉＣウイスカーの製造方法。 - 【請求項２】金属系触媒を、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，
Ｃａおよびそれらの酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩か
ら選択する請求項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 |
|---|---|---|---|
| JP31961289A JPH0649639B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | ＳｉＣウイスカーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31961289A JPH0649639B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | ＳｉＣウイスカーの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183699A JPH03183699A (ja) | 1991-08-09 |
| JPH0649639B2 true JPH0649639B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=18112223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31961289A Expired - Lifetime JPH0649639B2 (ja) | 1989-12-08 | 1989-12-08 | ＳｉＣウイスカーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0649639B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109607539A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-12 | 杭州致德新材料有限公司 | 高分散纳米碳化硅及其制备方法 |
-
1989
- 1989-12-08 JP JP31961289A patent/JPH0649639B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109607539A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-12 | 杭州致德新材料有限公司 | 高分散纳米碳化硅及其制备方法 |
| CN109607539B (zh) * | 2019-01-31 | 2020-01-24 | 杭州致德新材料有限公司 | 高分散纳米碳化硅及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03183699A (ja) | 1991-08-09 |
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