JPH11199399A - 珪素系ウイスカー製造用固体原料、及び、それを用いた珪素系ウイスカーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実質的に屈曲物や粒状物を含まず、更には、珪
素源物質から派生するシリカ等の不純物を実質的に含ま
ない炭化珪素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーを容易
に得るための珪素系ウイスカー製造用固体原料、及び、
炭化珪素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーの製造方法
を提供すること。 【解決手段】（Ａ）珪素源物質 （Ｂ）繊維状固体炭素 （Ｃ）該繊維状固体炭素の平均直径より小さい平均粒径
を有する金属系触媒 （Ｄ）上記（Ａ）〜（Ｃ）を一体化するためのバインダ
ー を必須成分として含む固体であって、該固体は、珪素系
ウイスカー生成のための加熱処理工程における昇温過程
において、遅くとも雰囲気温度が珪素系ウイスカーの生
成が開始される温度領域に達するまでに、連続性多孔質
構造を有するようになることを特徴とする珪素系ウイス
カー製造用固体原料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチックス、
金属、セラミックス等の複合材料の強化材として用いら
れる珪素系ウイスカー製造用固体原料、及び、該珪素系
ウイスカー製造用固体原料を用いた珪素系ウイスカーの
製造方法に関するものである。更に詳しくは、粒状の珪
素系セラミックスや珪素源物質から派生するシリカ等の
不純物を含まないのみならず、屈曲のない珪素系ウイス
カーを容易に得るための珪素系ウイスカー製造用固体原
料、並びに、該珪素系ウイスカー製造用固体原料を用い
た珪素系ウイスカーの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】代表的な珪素系ウイスカーとしては、炭
化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイスカーが知られてい
る。これらのうち、炭化珪素ウイスカーの製造方法とし
ては、四塩化珪素等のシリコンのハロゲン化物と、プロ
パン、ベンゼンなどのハイドロカーボンを水素ガスをキ
ャリヤーガスとして反応管内に導入し反応させる方法
（特開昭５７−１２３８１３号公報）、メチルクロロジ
シランなどの有機珪素化合物を水素ガスをキャリヤーガ
スとして反応炉内に導入して反応させる方法（特開昭６
１−２９１４９８号公報）などの気相反応法；二酸化珪
素と炭素の混合物を不活性ガス中で加熱処理する方法
（特開昭６１−２６６００号公報）、もみ殻とカーボン
ブラックの混合物を非酸化性雰囲気下で加熱処理する方
法（特開昭５８−４５１９５号公報）などのシリカ還元
反応法が提案されている。

【０００３】しかし、上記、気相反応法においては、水
素ガスを使用するため危険性を伴うという問題点があっ
た。

【０００４】一方、上記、シリカ還元反応法では固体珪
素源と固体炭素源を直接接触させ高温で反応させる方法
が一般的に行われている。しかしながら、この方法では
炭化珪素粉末が多量に副生し、炭化珪素ウイスカーの収
率が低下するとともに、両者の分離操作が必要であると
いう問題があった。

【０００５】この問題点を解決する方法として、籾殻灰
とカーボンブラックからなる配合原料を充填した反応容
器の上層部に多孔性あるいは繊維状の炭素物質を位置さ
せて炭化珪素ウイスカーの生成区域を形成し、該生成区
域において炭化珪素ウイスカーを生成させる方法（特公
昭５９−９５１９号公報）が提案されている。しかしな
がら、この方法では炭化珪素粉末をほとんど含まない高
純度の炭化珪素ウイスカーが得られるものの、収率が著
しく低いという問題点があった。

【０００６】また、シリカ還元反応法による炭化珪素ウ
イスカー製造用原料組成物として、二酸化ケイ素と炭素
質物質からなり、気孔率が３５〜８５％であり、平均気
孔径が５〜１０００μｍである三次元網目構造体（特開
平２−９８００号公報）が提案されている。この提案
も、炭化珪素粉末の副生を抑えるためになされたもので
あるが、実質的には１０〜３０％の炭化珪素粒状物が副
生し、問題点を解決するには至っていない。さらには、
反応生成物中に含まれる遊離二酸化珪素を除去するた
め、フッ化水素酸で処理する必要があり、危険性を伴う
という問題があった。

【０００７】さらに、上記気相反応法及びシリカ還元反
応法による炭化珪素ウイスカーの製造において、炭化珪
素ウイスカーの性状及び収率の向上を目的として金属系
触媒を添加する方法が提案されている（特公昭５２−２
８７６０号公報、特開昭５８−１４５７００号公報）。
しかしながら、これらの方法は、水素ガスを使用するた
め危険性を伴うという問題、あるいは、１５００℃を超
える高温で加熱する必要があるためエネルギーコストが
高くなるという問題点があった。

【０００８】一方、珪素系ウイスカーのうち窒化珪素ウ
イスカーについても、ヘキサハロゲノジシランとアンモ
ニアを高温で反応させウイスカーを生成させる方法（特
開平２−３４５９８号公報）などの気相反応法；二酸化
珪素に金属珪素または炭素などの還元剤を混合した粉粒
体を不活性ガス中で加熱して一酸化珪素ガス、または、
一酸化珪素ガスと一酸化炭素ガスの混合ガスを発生さ
せ、これを窒素を含む雰囲気に搬出し、窒素と反応させ
ウイスカーを生成させる方法（特開昭５６−１００１１
５号）、シリカと炭素の混合物を窒素ガス気流中で加熱
処理し、原料の空隙にウイスカーを生成させる方法（特
公昭６０−３７０７８号公報）などのシリカ還元窒化反
応法が知られている。しかしながら、上記した特開昭５
６−１００１１５号に開示された方法においては、収率
が著しく低いという問題点があった。

【０００９】また、上記したシリカ還元窒化反応法のう
ち、特公昭６０−３７０７８号公報に開示された方法に
おいては、原料の空隙にウイスカーを生成させるため、
ある程度の収率の向上は認められるものの、粒状の窒化
珪素が多量に副生するという問題点があった。

【００１０】さらに、上記気相反応法及びシリカ還元窒
化反応法による窒化珪素ウイスカーの製造において、そ
の性状及び収率の向上を目的として金属系触媒を添加す
る方法が提案されている（特開昭５７−１１１３００号
公報、特開平１−３０１５９５号公報）。しかしなが
ら、これらの方法は、水素ガスを使用するため危険性を
伴うという問題があるのみならず、実質的な収率は２０
％程度と低いものであり、未だ前記した問題点を十分に
解決するには至っていない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みなされたもので、粒状の珪素系セラミックス
や珪素源物質から派生するシリカ等の不純物を含まない
のみならず、屈曲のない珪素系ウイスカーを容易に、し
かも収率よく得ることができる珪素系ウイスカー製造用
固体原料を提供することを目的とする。さらに、該珪素
系ウイスカー製造用固体原料を用いた珪素系ウイスカー
の製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記した
課題を解決するため鋭意研究を行った。すなわち、珪素
系ウイスカーを製造する際に用いられる原料を、珪素源
物質、特定形状の固体炭素、特定粒径を有する金属系触
媒、前記３成分を一体化するためのバインダーとからな
る固形原料とすることによって、粒状の珪素系セラミッ
クスや珪素源物質から派生するシリカ等の不純物を含ま
ないのみならず、屈曲のない珪素系ウイスカーを得るこ
とができ、さらには、加熱処理工程における操作を格段
に簡略化できることをまず見出した。次いで、珪素系ウ
イスカー生成のための加熱処理工程における昇温過程に
おいて、遅くとも雰囲気温度が珪素系ウイスカーの生成
が開始される温度領域に達するまでに、成形体が連続性
多孔質構造をとることができるようなバインダーを適宜
選定することによって珪素系ウイスカーの収率が大きく
向上することを見いだし本発明に至った。

【００１３】すなわち、本発明によれば、 （Ａ）珪素源物質 （Ｂ）繊維状固体炭素 （Ｃ）該繊維状固体炭素の平均直径より小さい平均粒径
を有する金属系触媒 （Ｄ）上記（Ａ）〜（Ｃ）を一体化するためのバインダ
ー を必須成分として含む固体であって、該固体は、珪素系
ウイスカー生成のための加熱処理工程における昇温過程
において、遅くとも雰囲気温度が珪素系ウイスカーの生
成が開始される温度領域に達するまでに、連続性多孔質
構造を有するようになることを特徴とする珪素系ウイス
カー製造用固体原料が提供され、より好ましくは、
（Ｃ）該繊維状固体炭素の平均直径より小さい平均粒径
を有する金属系触媒が、ニッケル、鉄、コバルト、マン
ガン、バナジウム及びこれら元素を含む化合物群から選
ばれた少なくとも一つであることを特徴とする上記の珪
素系ウイスカー製造用固体原料が提供され、より好まし
くは、（Ａ）珪素源物質が、有機珪素高分子化合物であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の珪素系ウ
イスカー製造用固体原料が提供され、さらに、前記いず
れかの珪素系ウイスカー製造用固体原料を窒素ガス以外
の不活性ガス雰囲気中で加熱処理することを特徴とする
炭化珪素ウイスカーの製造方法が提供され、さらに、前
記いずれかの珪素系ウイスカー製造用固体原料を窒素ガ
ス雰囲気中で加熱処理することを特徴とする窒化珪素ウ
イスカーの製造方法が提供される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。なお、本発明は炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウ
イスカーの製造のために用いられる固体原料および、該
固体原料を用いた炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイス
カーの製造方法に係るものである。よって以下の説明に
おいては、炭化珪素ウイスカー、窒化珪素ウイスカーを
珪素系ウイスカーと総称することがある。本発明におい
て用いられる、珪素源物質としては、有機珪素高分子化
合物；シリカ系無機化合物；籾殻 等が使用可能であ
る。なかでも、有機珪素高分子化合物は、屈曲物や粒状
物を含まず、更に珪素源物質から派生するシリカ等の不
純物の混入がない珪素系ウイスカーを容易に高収率で得
られることから特に好ましい。前記した有機珪素高分子
化合物としては、テトラメチルシランの熱分解、ポリ
（ジメチルシラン）のオートクレーブ中での熱分解、ポ
リ（ジメチルシラン）の常圧下での熱分解、ドデカメチ
ルシクロヘキサシランのオートクレーブ中、加圧下での
熱分解などにより得られるポリカルボシラン類、ジメチ
ルジクロロシランとフェニルメチルジクロロシランから
合成されるポリシラスチレン類等が例示できる。

【００１５】また、本発明においては炭素繊維、黒鉛繊
維などの繊維状固体炭素が用いられる。固体炭素を特に
繊維状のものから選択するのは次の理由からである。ま
ず、本発明の原料成形物を用いて炭化珪素ウイスカーを
製造する場合、シリカ還元反応、あるいはそれに類似し
た反応によりウイスカーが生成するものと考えられる。
すなわち、シリカ還元反応による炭化珪素ウイスカーの
生成においては、珪素源物質と炭素源物質との反応によ
り生成したＳｉＯガス及びＣＯガスの気相反応により炭
化珪素ウイスカーが生成する。その際、固体炭素がカー
ボンブラックなどの比表面積の大きい粉末状であると、
珪素源物質と炭素源物質との接触面積が大きいため、Ｓ
ｉＯガス及びＣＯガスが急激に生成し、その結果、粒状
の炭化珪素が多量に生成する。そこで、本発明では、固
体炭素として炭素繊維、黒鉛繊維などの比表面積の小さ
い繊維状固体炭素が用いられる。繊維状固体炭素を用い
ることにより、炭化珪素ウイスカーの生長速度に適した
速度でＳｉＯガス及びＣＯガスが発生し、その結果、粒
状物を含まないウイスカーが得られる。

【００１６】一方、本発明の原料成形物を用いて窒化珪
素ウイスカーを製造する場合においては、シリカ還元窒
化反応あるいはそれに類似した反応によりウイスカーが
生成するものと考えられる。すなわち、シリカ還元窒化
反応による窒化珪素ウイスカーの生成においても、上述
したシリカ還元反応による炭化珪素ウイスカーの生成と
同様に、珪素源物質と炭素源物質との反応によりＳｉＯ
ガスが生成し、このガスと導入された窒素ガスとの気相
反応により窒化珪素ウイスカーが生成する。従って、炭
素繊維、黒鉛繊維などの比表面積の小さい繊維状固体炭
素を用いることにより、窒化珪素ウイスカーの生長速度
に適した速度でＳｉＯガスが発生し、その結果、粒状物
を含まないウイスカーが得られる。

【００１７】また、後述するごとく本発明の珪素系ウイ
スカー製造用固体原料は、珪素系ウイスカーが生成し始
める温度領域までに連続性多孔質構造を有することが必
要である。そしてこの連続性多孔質構造は、珪素系ウイ
スカーが生成する温度領域においても保持されていなけ
ればならない。繊維状固体炭素は、この工程において珪
素系ウイスカー製造用固体原料を絡み合いにより補強
し、連続性多孔質構造を保持するという効果も有する。

【００１８】これらの繊維状固体炭素として、アスペク
ト比が約５以上のものを用いるのが望ましい。繊維状固
体炭素のアスペクト比が約５以上であると、上述したよ
うに繊維状固体炭素同士の絡み合いにより、連続性多孔
質構造を保持しやすくなる。繊維状固体炭素の直径及び
長さは特に制限はないが、特に平均直径が１〜１００μ
ｍさらには５〜５０μｍのものが好ましく、平均長さは
１０μｍ〜１００ｍｍさらには５０μｍ〜２０ｍｍのも
のが好ましい。このような繊維状固体炭素は、珪素源物
質１００重量部に対し２０〜１５００重量部、特に１０
０〜１０００重量部用いることが得られる珪素系ウイス
カーの収率の観点から望ましい。

【００１９】本発明の珪素系ウイスカー製造用固体原料
は、生成触媒として金属系触媒を含有している。上述し
たように、本発明の原料成形物を用いて炭化珪素ウイス
カー、あるいは窒化珪素ウイスカーを製造する場合、シ
リカ還元反応、及びシリカ還元窒化反応あるいはそれら
に類似した反応によりウイスカーが生成する。これらの
反応においては、珪素源物質と炭素源物質との反応によ
り生成したＳｉＯガスとＣＯガスの関与する気相反応に
よりウイスカーが生成するものとされている。その際、
金属系触媒を共存させると気相（Ｖ）−液相（Ｌ）−固
相（Ｓ）が同時に関与するＶＬＳ機構により炭化珪素ウ
イスカー及び窒化珪素ウイスカーが生長する。さらに詳
しくは、ウイスカーの生成開始点は液滴となった金属触
媒であり、その液滴は繊維状固体炭素の表面に付着して
いる。すなわち、繊維状固体炭素の表面に付着している
金属液滴（液相（Ｌ））にＳｉＯガス及びＣＯガス（気
相（Ｖ））が溶解し、過飽和状態になると炭化珪素（固
相（Ｓ））がウイスカーとして析出する。一方、窒素ガ
スが存在すると、繊維状固体炭素の表面に付着している
金属液滴に窒素ガスも同時に溶け込んでゆくため、その
結果、窒化珪素（固相（Ｓ））がウイスカーとして析出
する。このように、本発明における珪素系ウイスカーの
生成においては、繊維状固体炭素の表面に付着している
金属液滴がウイスカーの生成開始点となる。従って、本
発明においては、金属系触媒の平均粒径は繊維状固体炭
素の平均直径より小さいことが必要である。本発明にお
ける、金属系触媒は特に限定されないが、なかでも、ニ
ッケル、鉄、コバルト、マンガン、バナジウム及びこれ
ら元素を含む化合物群から選ばれた少なくとも一つの金
属系触媒は、珪素系ウイスカーの生成における触媒効果
が著しく好ましい。また、ニッケル、鉄、コバルト、マ
ンガン、バナジウムの化合物としては、酸化ニッケル、
酸化鉄、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化バナジウ
ム、ニッケルフェライト等が挙げられる。これらの金属
系触媒は、上記繊維状固体炭素１００重量部に対し０．
０１〜２重量部、特に０．１〜１重量部用いることが望
ましい。金属系触媒が、上記繊維状固体炭素１００重量
部に対し０．０１未満であると触媒としての効果が少な
く、また、２重量部を超えても配合量に見合った触媒効
果の向上は見られず、逆に得られる珪素系ウイスカーの
純度を低下させるため好ましくない。

【００２０】本発明におけるバインダーは、前述した
（Ａ）珪素源物質、（Ｂ）繊維状固体炭素、（Ｃ）該繊
維状固体炭素の平均直径より小さい平均粒径を有する金
属系触媒を一体化する役割を果たすものである。バイン
ダーの種類は、後述するように、珪素系セラミックスウ
イスカー生成のための加熱処理工程において、遅くとも
雰囲気温度が珪素系セラミックスウイスカーの生成が開
始される温度領域に達するまでに、連続性多孔質構造を
有するようになるように熱分解されうる有機結合剤の中
から、固体原料の調製方法に応じて適宜選択される。更
に詳しくは、珪素系セラミックスウイスカー生成のため
の加熱処理工程において、雰囲気温度が珪素系セラミッ
クスウイスカーの生成が開始される温度領域に達するま
でに、珪素系セラミックスウイスカー生成のための空間
が充分確保される程度に、熱分解し得るもので、且つ、
珪素系セラミックスウイスカー生成後の大気中での加熱
処理によりほぼ完全に熱分解されて除去され得る有機結
合剤の中から適宜選択される。

【００２１】珪素源物質、繊維状固体炭素、金属系触媒
がこのようなバインダーによって一体化されていること
により、ウイスカー製造用原料としての取り扱いが容易
となるのみならず、加熱処理工程においてウイスカーが
生長するための空間を充分に確保することができる。さ
らに、珪素系ウイスカーの生成において必要なガスが、
固体原料に形成された気孔内に均一に拡散し、固体原料
内で効率よく珪素系ウイスカーが生長する。さらには、
固体原料が連続気孔構造を有するため、発生したＳｉＯ
ガス及びＣＯガスは固体原料内の気孔を通じて原料成形
物の表面へも流出し、固体原料の表面においても炭化珪
素ウイスカーが生長する。

【００２２】一方、珪素系ウイスカーのうち窒化珪素ウ
イスカーを製造する場合にいては、上記した利点に加え
て、窒素ガスが固体原料内の気孔内に連続的に供給され
るため、窒化珪素ウイスカー生成反応が効率よく行わ
れ、高収率で窒化珪素ウイスカーが得られるという利点
もある。

【００２３】本発明における珪素系ウイスカー製造用固
体原料の調製方法は特に限定されないが、例えば、 珪素源物質、繊維状固体炭素、金属系触媒、重合性不
飽和化合物、重合開始剤を含有する組成物を重合させ成
形物を得る方法。 加熱により溶融、あるいは溶剤に溶解させた合成樹脂
と珪素源物質、繊維状固体炭素、金属系触媒を混合して
得られた組成物を、冷却、あるいは溶剤を除去し固化さ
せ成形物を得る方法。 等がある。上で述べた重合性不飽和化合物が硬化して生
成する重合体、あるいは合成樹脂は、珪素源物質、繊維
状固体炭素と金属系触媒のバインダーとして作用する。
このようにして得られる固体原料は、加熱処理工程の初
期において、バインダーが熱分解し、繊維状固体炭素を
骨格とする連続性多孔質構造を有するようになる。

【００２４】さらに、固体原料が加熱処理工程前におい
てすでに連続性多孔質構造を有する場合、バインダーが
熱分解して発生する有機性分解ガスは、連続気孔を通じ
て逸早く、より効率的に排出される。従って、後のウイ
スカー生成段階において発生するＳｉＯガス及びＣＯガ
スの純度が低下しないため、さらに高収率で珪素系ウイ
スカーが得られるという利点がある。このような加熱処
理工程前においてそれ自身が連続性多孔質構造を有する
固体原料の調製方法としては、 珪素源物質、繊維状固体炭素、金属系触媒、重合性不
飽和化合物、乳化剤、重合開始剤、及び、水を混合、攪
拌して得られるＷ／Ｏ型エマルジョンを重合させた後、
水を蒸発させる方法。あるいは、前記した、いずれ
かの方法に、 発泡剤を用いる方法。 撹拌、或いは、バブリングなどの方法によって気体を
混入させる方法。 可溶性物質を混合しておき、成形の後、該可溶性物質
を溶解除去する方法。 等の多孔化手段を適宜組み合わせた方法が例示できる。

【００２５】次に、上記した珪素系ウイスカー製造用固
体原料を用いて珪素系ウイスカーを製造する方法につい
て説明する。まず、上記のようにして調製した原料成形
物を、窒素ガス以外の不活性ガス雰囲気中で加熱処理す
ると、炭化珪素ウイスカーが得られる。窒素ガス以外の
不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、ネオンなど
の単独ガスもしくは混合ガスが挙げられるが、なかで
も、アルゴンガスがコスト的に最も有利である。加熱処
理温度は、１１００〜１５５０℃が好ましい。

【００２６】一方、窒素ガス中で加熱処理すると、窒化
珪素ウイスカーが得られる。加熱処理温度は、１１００
〜１６００℃が好ましい。なお、原料成形物の加熱処理
に先立ち、原料成形物中に含まれる有機結合剤を分解除
去するための予備加熱を行ってもよい。該予備加熱工程
において用いられるガスとしては、アルゴン、ヘリウ
ム、ネオン、窒素などの不活性ガスが単独で、或いは、
混合ガスの状態で用いられる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。原料成形物の調製方法としては、上述した、珪素
源物質、繊維状固体炭素、重合性不飽和化合物、乳化
剤、重合開始剤、及び、水を混合、攪拌して得られるＷ
／Ｏ型エマルジョンを重合させた後、水を蒸発させる方
法を用いた。なお、珪素源物質、繊維状固体炭素、金属
系触媒、重合性不飽和化合物、乳化剤、重合開始剤とし
て以下のものを用いた。また、本発明における金属系触
媒の効果を明確にするため、繊維状固体炭素は、繊維状
固体炭素を２規定ＨＣｌ水溶液で処理することにより、
不純物として混入している微量な各種金属を除去したも
のを用いた。 ・珪素源物質 ポリカルボシラン ・繊維状固体炭素 ミルド炭素繊維（平均直径１５μｍ、平均長さ１５０μ
ｍ、平均アスペクト比約１０） ・金属系触媒 ニッケルフェライト（平均粒径０．７μｍ） 一酸化ニッケル（平均粒径０．８μｍ） 酸化第二鉄（平均粒径１．０μｍ） 二酸化マンガン（平均粒径１．３μｍ） 五酸化バナジウム（平均粒径１．５μｍ） ・重合性不飽和化合物 スチレン トリメチロールプロパントリメタクリレート ・乳化剤 ソルビタンセスキオレート ・重合開始剤 過硫酸アンモニウム

【００２８】１．炭化珪素ウイスカー ［実施例１］ポリカルボシランのスチレン溶液（ポリカ
ルボシラン：１００重量部、スチレン：２８８重量部）
３８８重量部、トリメチロールプロパントリメタクリレ
ート３２重量部、ソルビタンセスキオレート８０重量
部、ミルド炭素繊維５００重量部、ニッケルフェライト
２．５重量部をポリエチレン製の容器に入れ、プロペラ
型撹拌羽根で撹拌しペースト状物を得た。次いで、これ
に、過硫酸アンモニウム４重量部を溶解させた水１００
０重量部を徐々に加えながら、更に激しく撹拌したとこ
ろ安定なＷ／Ｏ型エマルジョンが得られた。得られたＷ
／Ｏ型エマルジョンを型枠に移し込み、６０℃で２４時
間重合硬化した後脱型し、６０℃で乾燥して原料成形物
を得た。次いで、得られた原料成形物を雰囲気炉に挿入
し、５５０℃で窒素ガスを毎分１リットルの流量で流し
ながら５時間予備加熱処理することにより、原料成形物
に含まれる有機結合剤を除去した。そして、更に、アル
ゴンガスを毎分０．５リットルの流速で流しながら１３
００℃で１時間加熱処理を行なった。次いで、大気中で
６５０℃で５時間加熱処理して残留する炭素成分を燃焼
除去し生成物を得た。得られた生成物を走査型電子顕微
鏡により観察したところ、屈曲物や粒状物をほとんど含
まないウイスカーであった（図１参照）。更に、Ｘ線回
折により分析を行ったところ、ＳｉＣによる回折ピーク
のみが観測された（図２参照）。

【００２９】［実施例２］金属系触媒を一酸化ニッケル
に変える以外は実施例１と同様にして原料成形物を得
た。次いで、実施例１と同様にして生成物を得た。得ら
れた生成物を走査型電子顕微鏡により観察したところ、
屈曲物や粒状物をほとんど含まないウイスカーであった
（図３参照）。更に、Ｘ線回折により分析を行ったとこ
ろ、ＳｉＣによる回折ピークのみが観測された（図４参
照）。

【００３０】［比較例１］ミルド炭素繊維の代わりに、
カーボンブラック（平均粒径０．０７μｍ）を用いて、
実施例１と同様にして原料成形物を得た。次いで、実施
例１と同様にして生成物を得た。得られた生成物を走査
型電子顕微鏡により観察したところ、僅かにウイスカー
が観察されたものの、ほとんどが粒状物であった。更
に、Ｘ線回折により分析を行ったところ、実施例１に比
べてＳｉＣによる回折ピークは著しく低く、更にその他
にＳｉＯ₂ による回折ピークが観測され、不純物として
ＳｉＯ₂ が混入していることが確認された。

【００３１】［比較例２］金属系触媒を添加しないで、
実施例１と同様にして原料成形物を得た。次いで、実施
例１と同様にして生成物を得た。得られた生成物を走査
型電子顕微鏡により観察したところ、僅かにウイスカー
が観察されたものの、ほとんどが粒状物であった。更
に、Ｘ線回折により分析を行ったところ、実施例１に比
べてＳｉＣによる回折ピークは著しく低く、更にその他
にＳｉＯ₂ による回折ピークが観測され、不純物として
ＳｉＯ₂ が混入していることが確認された。

【００３２】２．窒化珪素ウイスカー ［実施例３］実施例１と同様にして原料成形物を得た。
次いで、得られた原料成形物を雰囲気炉に挿入し、５５
０℃で窒素ガスを毎分１リットルの流量で流しながら５
時間予備加熱処理することにより、原料成形物に含まれ
る有機結合剤を除去した。そして、更に、窒素ガスを毎
分１リットルの流速で流しながら１４００℃で５時間加
熱処理を行なった。次いで、大気中で６５０℃で５時間
加熱処理して残留する炭素成分を燃焼除去し生成物を得
た。得られた生成物を走査型電子顕微鏡により観察した
ところ、屈曲物や粒状物をほとんど含まないウイスカー
であった（図５参照）。更に、Ｘ線回折により分析を行
ったところ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ による回折ピークのみが観測さ
れた（図６参照）。

【００３３】［実施例４］金属系触媒を一酸化ニッケル
に変える以外は実施例１と同様にして原料成形物を得
た。次いで、実施例３と同様にして生成物を得た。得ら
れた生成物を走査型電子顕微鏡により観察したところ、
屈曲物や粒状物をほとんど含まないウイスカーであった
（図７参照）。更に、Ｘ線回折により分析を行ったとこ
ろ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ による回折ピークのみが観測された（図
８参照）。

【００３４】［実施例５］金属系触媒を酸化第二鉄に変
える以外は実施例１と同様にして原料成形物を得た。次
いで、実施例３と同様にして生成物を得た。得られた生
成物を走査型電子顕微鏡により観察したところ、屈曲物
や粒状物をほとんど含まないウイスカーであった（図９
参照）。更に、Ｘ線回折により分析を行ったところ、Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ による回折ピークのみが観測された（図１０参
照）。

【００３５】［実施例６］金属系触媒を二酸化マンガン
に変える以外は実施例１と同様にして原料成形物を得
た。次いで、実施例３と同様にして生成物を得た。得ら
れた生成物を走査型電子顕微鏡により観察したところ、
屈曲物や粒状物をほとんど含まないウイスカーであった
（図１１参照）。更に、Ｘ線回折により分析を行ったと
ころ、Ｓｉ₃Ｎ₄ による回折ピークのみが観測された
（図１２参照）。

【００３６】［実施例７］金属系触媒を五酸化バナジウ
ムに変える以外は実施例１と同様にして原料成形物を得
た。次いで、実施例３と同様にして生成物を得た。得ら
れた生成物を走査型電子顕微鏡により観察したところ、
屈曲物や粒状物をほとんど含まないウイスカーであった
（図１３参照）。更に、Ｘ線回折により分析を行ったと
ころ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ による回折ピークのみが観測された
（図１４参照）。

【００３７】［比較例３］ミルド炭素繊維の代わりに、
カーボンブラック（平均粒径０．０７μｍ）を用いて、
実施例１と同様にして原料成形物を得た。次いで、実施
例３と同様にして生成物を得た。得られた生成物を走査
型電子顕微鏡により観察したところ、ほとんどが粒状物
であった。更に、Ｘ線回折により分析を行ったところ、
Ｓｉ₃ Ｎ₄による回折ピークが観測され、生成物はＳｉ₃
Ｎ₄ 粉末であることが確認された。

【００３８】［比較例４］金属系触媒を添加しないで、
実施例１と同様にして原料成形物を得た。次いで、実施
例３と同様にして生成物を得た。得られた生成物を走査
型電子顕微鏡により観察したところ、ほとんどが粒状物
であった。更に、Ｘ線回折により分析を行ったところ、
Ｓｉ₃ Ｎ₄ による回折ピークが観測され、生成物はＳｉ
₃ Ｎ₄ 粉末であることが確認された。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実質的に屈曲物や粒状物を含まず、更に珪素源物質から
派生するシリカ等の不純物を実質的に含まない炭化珪素
ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーを容易に得るための
炭化珪素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカー製造用固体
原料を提供できる。更に、本発明による原料成形物を、
窒素ガス以外の不活性ガス雰囲気中で加熱処理すること
により炭化珪素ウイスカーが得られ、窒素ガス雰囲気中
で加熱処理することにより窒化珪素ウイスカーが得られ
る。すなわち、目的とするウイスカーの種類により原料
を選定する必要がない。このように、本発明によれば、
高品質な炭化珪素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーを
低コストで供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において得られた炭化珪素ウイスカー
の走査型電子顕微鏡写真である。

【図２】実施例１において得られた炭化珪素ウイスカー
のＸ線回折図である。

【図３】実施例２において得られた炭化珪素ウイスカー
の走査型電子顕微鏡写真である。

【図４】実施例２において得られた炭化珪素ウイスカー
のＸ線回折図である。

【図５】実施例３において得られた窒化珪素ウイスカー
の走査型電子顕微鏡写真である。

【図６】実施例３において得られた窒化珪素ウイスカー
のＸ線回折図である。

【図７】実施例４において得られた窒化珪素ウイスカー
の走査型電子顕微鏡写真である。

【図８】実施例４において得られた窒化珪素ウイスカー
のＸ線回折図である。

【図９】実施例５において得られた窒化珪素ウイスカー
の走査型電子顕微鏡写真である。

【図１０】実施例５において得られた窒化珪素ウイスカ
ーのＸ線回折図である。

【図１１】実施例６において得られた窒化珪素ウイスカ
ーの走査型電子顕微鏡写真である。

【図１２】実施例６において得られた窒化珪素ウイスカ
ーのＸ線回折図である。

【図１３】実施例７において得られた窒化珪素ウイスカ
ーの走査型電子顕微鏡写真である。

【図１４】実施例７において得られた窒化珪素ウイスカ
ーのＸ線回折図である

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 23/755 Ｂ０１Ｊ 23/74 ３２１Ｍ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）珪素源物質 （Ｂ）繊維状固体炭素 （Ｃ）該繊維状固体炭素の平均直径より小さい平均粒径
   を有する金属系触媒 （Ｄ）上記（Ａ）〜（Ｃ）を一体化するためのバインダ
   ー を必須成分として含む固体であって、該固体は、珪素系
   ウイスカー生成のための加熱処理工程における昇温過程
   において、遅くとも雰囲気温度が珪素系ウイスカーの生
   成が開始される温度領域に達するまでに、連続性多孔質
   構造を有するようになることを特徴とする珪素系ウイス
   カー製造用固体原料。
2. 【請求項２】 （Ｃ）該繊維状固体炭素の平均直径より
   小さい平均粒径を有する金属系触媒が、ニッケル、鉄、
   コバルト、マンガン、バナジウム及びこれら元素を含む
   化合物群から選ばれた少なくとも一つであることを特徴
   とする請求項１に記載の珪素系ウイスカー製造用固体原
   料。
3. 【請求項３】 （Ａ）珪素源物質が、有機珪素高分子化
   合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の
   珪素系ウイスカー製造用固体原料。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の珪素
   系ウイスカー製造用固体原料を窒素ガス以外の不活性ガ
   ス雰囲気中で加熱処理することを特徴とする炭化珪素ウ
   イスカーの製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載の珪素
   系ウイスカー製造用固体原料を窒素ガス雰囲気中で加熱
   処理することを特徴とする窒化珪素ウイスカーの製造方
   法。