JPH11268999A - 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 - Google Patents
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Info
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 シリカＳiＯ2含有原料から、氷晶石Ｎa3Ａl
Ｆ6を用いて、優れた物性、形状を有する炭化珪素ＳiＣ
ウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを高収率で
製造する方法を提供すること。 【解決手段】 シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石Ｎa3Ａl
Ｆ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８となるよう
に粉末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3反応管
２内で、黒鉛Ｃを析出基板（黒鉛筒３、黒鉛ボート４）
として、炭化珪素ＳiＣウイスカーの製造の場合はメタ
ンガスＣＨ4と不活性ガスとの混合ガス、窒化珪素Ｓi3
Ｎ4ウイスカーの製造の場合は窒素ガスＮ2からなる反応
ガスの流通下、１２５０〜１４５０℃の温度で加熱し、
アルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入したアル
ミニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体としてウイスカーを成
長させる。
Ｆ6を用いて、優れた物性、形状を有する炭化珪素ＳiＣ
ウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを高収率で
製造する方法を提供すること。 【解決手段】 シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石Ｎa3Ａl
Ｆ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８となるよう
に粉末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3反応管
２内で、黒鉛Ｃを析出基板（黒鉛筒３、黒鉛ボート４）
として、炭化珪素ＳiＣウイスカーの製造の場合はメタ
ンガスＣＨ4と不活性ガスとの混合ガス、窒化珪素Ｓi3
Ｎ4ウイスカーの製造の場合は窒素ガスＮ2からなる反応
ガスの流通下、１２５０〜１４５０℃の温度で加熱し、
アルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入したアル
ミニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体としてウイスカーを成
長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば雲仙普賢岳
等から噴出される火山灰、それら火山灰の堆積によって
生じたシラス、微生物の遺骸の堆積によって生じた珪藻
土、さらには稲の脱穀によって生じた農業廃棄物として
の籾殻等の天然資源をシリカＳiＯ2含有原料として有効
に利用し、種々の複合構造材料の有用な強化材となる炭
化珪素ＳiＣウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカー
を高収率で製造する方法に関する。
等から噴出される火山灰、それら火山灰の堆積によって
生じたシラス、微生物の遺骸の堆積によって生じた珪藻
土、さらには稲の脱穀によって生じた農業廃棄物として
の籾殻等の天然資源をシリカＳiＯ2含有原料として有効
に利用し、種々の複合構造材料の有用な強化材となる炭
化珪素ＳiＣウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカー
を高収率で製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開昭５３−１１３３００号公報には、
籾殻を黒鉛製反応容器中に充填すると共に一酸化炭素雰
囲気下で加熱して炭化珪素ＳiＣウイスカーを製造する
方法が開示されている。また、特開昭６０−３７０７８
号公報及び特開昭６０−３７０７９号公報には、仮焼し
た籾殻や炭素粉等を混合して前処理を施したシラス等を
黒鉛製容器に入れると共に窒素ガスの流通下に加熱して
窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを製造する方法が開示され
ている。
籾殻を黒鉛製反応容器中に充填すると共に一酸化炭素雰
囲気下で加熱して炭化珪素ＳiＣウイスカーを製造する
方法が開示されている。また、特開昭６０−３７０７８
号公報及び特開昭６０−３７０７９号公報には、仮焼し
た籾殻や炭素粉等を混合して前処理を施したシラス等を
黒鉛製容器に入れると共に窒素ガスの流通下に加熱して
窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを製造する方法が開示され
ている。
【０００３】一方、特公昭５１−１２３２０号公報、特
公昭６３−４８８４０号公報、特公平２−２７３１６号
公報及び日本化学会誌、１９８１
公昭６３−４８８４０号公報、特公平２−２７３１６号
公報及び日本化学会誌、１９８１
〔９〕、ｐ．１３７１
〜１３７７には、シリカＳiＯ2又はシリカＳiＯ2含有原
料に活性炭等のカーボン粉末と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とを所
定の比率で粉末状態に混合し、この粉末混合物をアルゴ
ンＡr気流中で加熱して炭化珪素ＳiＣウイスカーを製造
することや前記粉末混合物を窒素ガスＮ2気流中で加熱
して窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを製造することが開示
され、これらの例では、添加した氷晶石Ｎa3ＡlＦ6の融
剤効果や活性化作用により前記炭化反応や窒化反応が促
進されるものと考えられている。
〜１３７７には、シリカＳiＯ2又はシリカＳiＯ2含有原
料に活性炭等のカーボン粉末と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とを所
定の比率で粉末状態に混合し、この粉末混合物をアルゴ
ンＡr気流中で加熱して炭化珪素ＳiＣウイスカーを製造
することや前記粉末混合物を窒素ガスＮ2気流中で加熱
して窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを製造することが開示
され、これらの例では、添加した氷晶石Ｎa3ＡlＦ6の融
剤効果や活性化作用により前記炭化反応や窒化反応が促
進されるものと考えられている。
【０００４】しかしながら、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6を用いる
従来の前記炭化珪素ＳiＣウイスカー及び窒化珪素Ｓi3
Ｎ4ウイスカーの製造方法では、前記ウイスカーの収率
が概して低く、実用上の問題を残していた。この理由
は、前記の従来技術では、気相−液相−固相が関与する
ＶＬＳ機構によるウイスカーの成長に際してウイスカー
の先端に生じるドロップレットと称する球状物質の組成
が鉄−珪素Ｆe-Ｓiであることから、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6
が主として融剤として関与するに留まり、前記炭化反応
や窒化反応に反応物として有効に関与していないことに
あるものと推察される。
従来の前記炭化珪素ＳiＣウイスカー及び窒化珪素Ｓi3
Ｎ4ウイスカーの製造方法では、前記ウイスカーの収率
が概して低く、実用上の問題を残していた。この理由
は、前記の従来技術では、気相−液相−固相が関与する
ＶＬＳ機構によるウイスカーの成長に際してウイスカー
の先端に生じるドロップレットと称する球状物質の組成
が鉄−珪素Ｆe-Ｓiであることから、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6
が主として融剤として関与するに留まり、前記炭化反応
や窒化反応に反応物として有効に関与していないことに
あるものと推察される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、シリ
カＳiＯ2含有原料から、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6を用いて、優
れた物性、形状を有する炭化珪素ＳiＣウイスカー及び
窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを高収率で製造する方法を
提供することにある。
カＳiＯ2含有原料から、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6を用いて、優
れた物性、形状を有する炭化珪素ＳiＣウイスカー及び
窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを高収率で製造する方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る炭化珪素ウ
イスカーの製造方法は、シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石
Ｎa3ＡlＦ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８とな
るように粉末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3
反応管内で、黒鉛Ｃを析出基板として、メタンガスＣＨ
4と不活性ガスとの混合ガスからなる反応ガスの流通
下、１２５０〜１４５０℃の温度で加熱し、その加熱工
程を通して、シリカＳiＯ2と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とを反応
させて四フッ化珪素ＳiＦ4を生成すると共に反応管のア
ルミナＡl2Ｏ3から揮発した酸素Ｏ2と析出基板の黒鉛Ｃ
とを反応させて一酸化炭素ＣＯを生成し、続いて前記両
反応生成物を反応させて一酸化珪素ＳiＯを生成し、得
られた前記一酸化珪素ＳiＯと前記メタンガスＣＨ4と
を、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6と析出基板の黒鉛Ｃとの反応によ
り生じたアルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入
したアルミニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体として反応さ
せることを特徴としている。
イスカーの製造方法は、シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石
Ｎa3ＡlＦ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８とな
るように粉末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3
反応管内で、黒鉛Ｃを析出基板として、メタンガスＣＨ
4と不活性ガスとの混合ガスからなる反応ガスの流通
下、１２５０〜１４５０℃の温度で加熱し、その加熱工
程を通して、シリカＳiＯ2と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とを反応
させて四フッ化珪素ＳiＦ4を生成すると共に反応管のア
ルミナＡl2Ｏ3から揮発した酸素Ｏ2と析出基板の黒鉛Ｃ
とを反応させて一酸化炭素ＣＯを生成し、続いて前記両
反応生成物を反応させて一酸化珪素ＳiＯを生成し、得
られた前記一酸化珪素ＳiＯと前記メタンガスＣＨ4と
を、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6と析出基板の黒鉛Ｃとの反応によ
り生じたアルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入
したアルミニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体として反応さ
せることを特徴としている。
【０００７】前記炭化珪素ウイスカーの製造方法におけ
る反応機構は、熱力学的考察と種々の実験結果から次の
ように推察される。なお、後述する化学式の後に付記さ
れた(g)及び(s)は、各々気相種及び固相種を表わしてい
る。
る反応機構は、熱力学的考察と種々の実験結果から次の
ように推察される。なお、後述する化学式の後に付記さ
れた(g)及び(s)は、各々気相種及び固相種を表わしてい
る。
【０００８】先ず、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6(s)は、加熱され
ることにより、１０３０℃以上の温度で解離するという
ラマンによる報告から、次式（１）に示す反応が生じて
いる。
ることにより、１０３０℃以上の温度で解離するという
ラマンによる報告から、次式（１）に示す反応が生じて
いる。
【０００９】 Ｎa3ＡlＦ6(s) → ２ＮaＦ(g)＋ＮaＡlＦ4(g) …（１） ΔＧ＝−７８．３４５ｋＪ
【００１０】ここで、生成したフッ化ナトリウムＮaＦ
(g)は、シリカＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)と反
応することで、次式（２）に示すようにシリケート（ガ
ラス質）Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)と四フッ化珪素ＳiＦ4(g)を生
成する。
(g)は、シリカＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)と反
応することで、次式（２）に示すようにシリケート（ガ
ラス質）Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)と四フッ化珪素ＳiＦ4(g)を生
成する。
【００１１】 ４ＮaＦ(g)＋５ＳiＯ2(s) → ２Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)＋ＳiＦ4(g) …（２） ΔＧ＝−１７８．３５９ｋＪ
【００１２】さらに、反応管にアルミナＡl2Ｏ3を用い
ていることから、１２５０℃以上の温度でアルミナＡl2
Ｏ3の酸素分が揮発し、Ｏ2(g)として気相種に関与す
る。本発明では黒鉛Ｃ(s)の析出基板を用いていること
から、前記酸素Ｏ2(g)は次式（３）に示すように一酸化
炭素ＣＯ(g)として除去される。
ていることから、１２５０℃以上の温度でアルミナＡl2
Ｏ3の酸素分が揮発し、Ｏ2(g)として気相種に関与す
る。本発明では黒鉛Ｃ(s)の析出基板を用いていること
から、前記酸素Ｏ2(g)は次式（３）に示すように一酸化
炭素ＣＯ(g)として除去される。
【００１３】 Ｏ2(g)＋２Ｃ(s) → ２ＣＯ(g) …（３） ΔＧ＝−４７０．４３７ｋＪ
【００１４】そこで、前記式（２）で生じた四フッ化珪
素ＳiＦ4(g)と式（３）で生じた一酸化炭素ＣＯ(g)との
反応により、次式（４）に示すように一酸化珪素ＳiＯ
(g)が生成する。
素ＳiＦ4(g)と式（３）で生じた一酸化炭素ＣＯ(g)との
反応により、次式（４）に示すように一酸化珪素ＳiＯ
(g)が生成する。
【００１５】 ＳiＦ4(g)＋ＣＯ(g) → ＳiＯ(g)＋ＣＦ4(g) …（４） ΔＧ＝−７２３．２８５ｋＪ
【００１６】このとき生じた一酸化珪素ＳiＯ(g)は、メ
タンガスＣＨ4を含む混合ガスの気流中で炭化されるこ
とにより、次式（５）に示すように炭化珪素ＳiＣ(s)が
生成する。
タンガスＣＨ4を含む混合ガスの気流中で炭化されるこ
とにより、次式（５）に示すように炭化珪素ＳiＣ(s)が
生成する。
【００１７】 ＳiＯ(g)＋２ＣＨ4 → ＳiＣ(s)＋ＣＯ(g)＋４Ｈ2(g) …（５） ΔＧ＝−１９７．３２１ｋＪ
【００１８】したがって、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6(s)とシリ
カＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)との反応によっ
て生じる一酸化珪素ＳiＯ(g)が、メタンガスＣＨ4(g)に
よる炭化を受けて、黒鉛Ｃ(s)の存在下において炭化珪
素ＳiＣ(s)を生成する全反応式は、前記式（１）〜
（５）をまとめると次式（６）に示すとおりとなる。
カＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)との反応によっ
て生じる一酸化珪素ＳiＯ(g)が、メタンガスＣＨ4(g)に
よる炭化を受けて、黒鉛Ｃ(s)の存在下において炭化珪
素ＳiＣ(s)を生成する全反応式は、前記式（１）〜
（５）をまとめると次式（６）に示すとおりとなる。
【００１９】 ２Ｎa3ＡlＦ6(s)＋５ＳiＯ2(s)＋２ＣＨ4＋２Ｃ(s) ＋Ｏ2(g) → ＳiＣ(s)＋２Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)＋２ＮaＡlＦ4(g)＋２ＣＯ(g)＋４Ｈ2(g) ＋ＣＦ4(g) …（６） ΔＧ＝−１７２６．０９２ｋＪ
【００２０】前記式（６）において、２ＣＯ(g)＋４Ｈ2
(g)＋ＣＦ4(g)の気相種は系外に出て行くが、その内の
一酸化炭素ＣＯ(g)は、式（３）に示すように黒鉛Ｃの
存在下における酸素Ｏ2(g)の除去によって生じるのみな
らず、式（５）に示すように炭化珪素ＳiＣ(s)の生成に
伴っても生じるので、式（４）の形で四フッ化珪素Ｓi
Ｆ4(g)との反応が進行し、気相中に占める一酸化珪素Ｓ
iＯ(g)の割合が多くなり、それによって式（５）の炭化
反応が促進されるものと考えられる。
(g)＋ＣＦ4(g)の気相種は系外に出て行くが、その内の
一酸化炭素ＣＯ(g)は、式（３）に示すように黒鉛Ｃの
存在下における酸素Ｏ2(g)の除去によって生じるのみな
らず、式（５）に示すように炭化珪素ＳiＣ(s)の生成に
伴っても生じるので、式（４）の形で四フッ化珪素Ｓi
Ｆ4(g)との反応が進行し、気相中に占める一酸化珪素Ｓ
iＯ(g)の割合が多くなり、それによって式（５）の炭化
反応が促進されるものと考えられる。
【００２１】次に、本発明に係る窒化珪素ウイスカーの
製造方法は、シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6
とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８となるように粉
末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3反応管内
で、黒鉛Ｃを析出基板として、窒素ガスＮ2からなる反
応ガスの流通下、１２５０〜１４５０℃の温度で加熱
し、その加熱工程を通して、シリカＳiＯ2と氷晶石Ｎa3
ＡlＦ6とを反応させて四フッ化珪素ＳiＦ4を生成すると
共に反応管のアルミナＡl2Ｏ3から揮発した酸素Ｏ2と析
出基板の黒鉛Ｃとを反応させて一酸化炭素ＣＯを生成
し、続いて前記両反応生成物を反応させて一酸化珪素Ｓ
iＯを生成し、得られた前記一酸化珪素気相種ＳiＯと前
記窒素ガスＮ2とを、析出基板の黒鉛Ｃの存在下、氷晶
石Ｎa3ＡlＦ6と析出基板の黒鉛Ｃとの反応により生じた
アルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入したアル
ミニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体として反応させること
を特徴としている。
製造方法は、シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6
とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８となるように粉
末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3反応管内
で、黒鉛Ｃを析出基板として、窒素ガスＮ2からなる反
応ガスの流通下、１２５０〜１４５０℃の温度で加熱
し、その加熱工程を通して、シリカＳiＯ2と氷晶石Ｎa3
ＡlＦ6とを反応させて四フッ化珪素ＳiＦ4を生成すると
共に反応管のアルミナＡl2Ｏ3から揮発した酸素Ｏ2と析
出基板の黒鉛Ｃとを反応させて一酸化炭素ＣＯを生成
し、続いて前記両反応生成物を反応させて一酸化珪素Ｓ
iＯを生成し、得られた前記一酸化珪素気相種ＳiＯと前
記窒素ガスＮ2とを、析出基板の黒鉛Ｃの存在下、氷晶
石Ｎa3ＡlＦ6と析出基板の黒鉛Ｃとの反応により生じた
アルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入したアル
ミニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体として反応させること
を特徴としている。
【００２２】前記窒化珪素ウイスカーの製造方法におけ
る反応機構は、熱力学的考察と種々の実験結果から次の
ように推察される。なお、後述する化学式の後に付記さ
れた(g)及び(s)は、各々気相種及び固相種を表わしてい
る。
る反応機構は、熱力学的考察と種々の実験結果から次の
ように推察される。なお、後述する化学式の後に付記さ
れた(g)及び(s)は、各々気相種及び固相種を表わしてい
る。
【００２３】先ず、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6(s)は、加熱され
ることにより、１０３０℃以上の温度で解離するという
ラマンによる報告から、次式（１’）に示す反応が生じ
ている。
ることにより、１０３０℃以上の温度で解離するという
ラマンによる報告から、次式（１’）に示す反応が生じ
ている。
【００２４】 Ｎa3ＡlＦ6(s) → ２ＮaＦ(g)＋ＮaＡlＦ4(g) …（１’） ΔＧ＝−７８．３４５ｋＪ
【００２５】ここで、生成したフッ化ナトリウムＮaＦ
(g)は、シリカＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)と反
応することで、次式（２’）に示すようにシリケート
（ガラス質）Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)と四フッ化珪素ＳiＦ4(g)
を生成する。
(g)は、シリカＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)と反
応することで、次式（２’）に示すようにシリケート
（ガラス質）Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)と四フッ化珪素ＳiＦ4(g)
を生成する。
【００２６】 ４ＮaＦ(g)＋５ＳiＯ2(s) → ２Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)＋ＳiＦ4(g) …（２’） ΔＧ＝−１７８．３５９ｋＪ
【００２７】さらに、反応管にアルミナＡl2Ｏ3を用い
ていることから、１２５０℃以上の温度でアルミナＡl2
Ｏ3の酸素分が揮発し、Ｏ2(g)として気相種に関与す
る。本発明では黒鉛Ｃ(s)の析出基板を用いていること
から、前記酸素Ｏ2(g)は次式（３’）に示すように一酸
化炭素ＣＯ(g)として除去される。
ていることから、１２５０℃以上の温度でアルミナＡl2
Ｏ3の酸素分が揮発し、Ｏ2(g)として気相種に関与す
る。本発明では黒鉛Ｃ(s)の析出基板を用いていること
から、前記酸素Ｏ2(g)は次式（３’）に示すように一酸
化炭素ＣＯ(g)として除去される。
【００２８】 Ｏ2(g)＋２Ｃ(s) → ２ＣＯ(g) …（３’） ΔＧ＝−４７０．４３７ｋＪ
【００２９】そこで、前記式（２’）で生じた四フッ化
珪素ＳiＦ4(g)と式（３’）で生じた一酸化炭素ＣＯ(g)
との反応により、次式（４’）に示すように一酸化珪素
ＳiＯ(g)が生成する。
珪素ＳiＦ4(g)と式（３’）で生じた一酸化炭素ＣＯ(g)
との反応により、次式（４’）に示すように一酸化珪素
ＳiＯ(g)が生成する。
【００３０】 ＳiＦ4(g)＋ＣＯ(g) → ＳiＯ(g)＋ＣＦ4(g) …（４’） ΔＧ＝−７２３．２８５ｋＪ
【００３１】このとき生じた一酸化珪素ＳiＯ(g)は、黒
鉛Ｃ(s)の存在下、窒素ガスＮ2(g)の気流中で窒化され
ることにより、次式（５’）に示すように窒化珪素Ｓi3
Ｎ4(s)が生成する。
鉛Ｃ(s)の存在下、窒素ガスＮ2(g)の気流中で窒化され
ることにより、次式（５’）に示すように窒化珪素Ｓi3
Ｎ4(s)が生成する。
【００３２】 ３ＳiＯ(g)＋３Ｃ(s)＋２Ｎ2(g) → Ｓi3Ｎ4(s)＋３ＣＯ(g) …（５’） ΔＧ＝−２４１．５８８ｋＪ
【００３３】したがって、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6(s)とシリ
カＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)との反応によっ
て生じる一酸化珪素ＳiＯ(g)が、窒素ガスＮ2(g)による
窒化を受けて、黒鉛Ｃ(s)の存在下において窒化珪素Ｓi
3Ｎ4(s)を生成する全反応式は、前記式（１’）〜
（５’）をまとめると次式（６’）に示すとおりとな
る。
カＳiＯ2含有原料中のシリカＳiＯ2(s)との反応によっ
て生じる一酸化珪素ＳiＯ(g)が、窒素ガスＮ2(g)による
窒化を受けて、黒鉛Ｃ(s)の存在下において窒化珪素Ｓi
3Ｎ4(s)を生成する全反応式は、前記式（１’）〜
（５’）をまとめると次式（６’）に示すとおりとな
る。
【００３４】 ６Ｎa3ＡlＦ6(s)＋１５ＳiＯ2(s)＋５Ｃ(s) ＋２Ｎ2(g)＋Ｏ2(g) → Ｓi3Ｎ4(s)＋６Ｎa2Ｓi2Ｏ5(s)＋６ＮaＡlＦ4(g)＋３ＣＦ4(g)＋２ＣＯ(g) …（６’） ΔＧ＝−３８８７．０２７ｋＪ
【００３５】前記式（６’）において、３ＣＦ4(g)＋２
ＣＯ(g)の気相種は系外に出て行くが、その内の一酸化
炭素ＣＯ(g)は、式（３’）に示すように黒鉛存在下に
おける酸素Ｏ2(g)の除去によって生じるのみならず、式
（５’）に示すように窒化珪素Ｓi3Ｎ4(s)の生成に伴っ
ても生じるので、式（４’）の形で四フッ化珪素ＳiＦ4
(g)との反応が進行し、気相中に占める一酸化珪素ＳiＯ
(g)の割合が多くなり、それによって式（５’）の窒化
反応が促進されるものと考えられる。
ＣＯ(g)の気相種は系外に出て行くが、その内の一酸化
炭素ＣＯ(g)は、式（３’）に示すように黒鉛存在下に
おける酸素Ｏ2(g)の除去によって生じるのみならず、式
（５’）に示すように窒化珪素Ｓi3Ｎ4(s)の生成に伴っ
ても生じるので、式（４’）の形で四フッ化珪素ＳiＦ4
(g)との反応が進行し、気相中に占める一酸化珪素ＳiＯ
(g)の割合が多くなり、それによって式（５’）の窒化
反応が促進されるものと考えられる。
【００３６】一般に、気相−液相−固相が関与すること
によりウイスカーが成長する場合、その成長機構はＶＬ
Ｓ機構と称され、この機構によってウイスカーが成長す
る場合は、通常、ウイスカーの先端にドロップレットと
称する球状物質が付着しており、このドロップレットの
組成の知見からも前記反応機構を確認することが可能で
ある。炭化珪素ＳiＣ及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4の各ウイスカ
ーをＶＬＳ機構で成長させた場合のドロップレットの組
成は、従来の報告では鉄−珪素Ｆe-Ｓiが主流であった
が、本発明ではアルミニウム−珪素Ａl-Ｓi又はアルミ
ニウム−鉄−珪素Ａl-Ｆe-Ｓiであることが判明し、こ
のことは、本発明において、既述の反応機構で示したよ
うに、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6が、シリカＳiＯ2含有原料中の
シリカＳiＯ2と反応すると共に炭化珪素ＳiＣ及び窒化
珪素Ｓi3Ｎ4の各ウイスカーの成長に深く関与している
ことを裏付けるものである。
によりウイスカーが成長する場合、その成長機構はＶＬ
Ｓ機構と称され、この機構によってウイスカーが成長す
る場合は、通常、ウイスカーの先端にドロップレットと
称する球状物質が付着しており、このドロップレットの
組成の知見からも前記反応機構を確認することが可能で
ある。炭化珪素ＳiＣ及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4の各ウイスカ
ーをＶＬＳ機構で成長させた場合のドロップレットの組
成は、従来の報告では鉄−珪素Ｆe-Ｓiが主流であった
が、本発明ではアルミニウム−珪素Ａl-Ｓi又はアルミ
ニウム−鉄−珪素Ａl-Ｆe-Ｓiであることが判明し、こ
のことは、本発明において、既述の反応機構で示したよ
うに、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6が、シリカＳiＯ2含有原料中の
シリカＳiＯ2と反応すると共に炭化珪素ＳiＣ及び窒化
珪素Ｓi3Ｎ4の各ウイスカーの成長に深く関与している
ことを裏付けるものである。
【００３７】本発明におけるドロップレットの生成機構
は次のとおりである。なお、後述する化学式の後に付記
された(g)、(l)及び(s)は、各々気相種、液相種及び固
相種を表わしている。
は次のとおりである。なお、後述する化学式の後に付記
された(g)、(l)及び(s)は、各々気相種、液相種及び固
相種を表わしている。
【００３８】先ず、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6(s)は、ラマンに
よると、加熱されることにより次式（１”）〜（３”）
に示すような解離反応を起す。
よると、加熱されることにより次式（１”）〜（３”）
に示すような解離反応を起す。
【００３９】 Ｎa3ＡlＦ6(s) → Ｎa3ＡlＦ6(g) …（１”） Ｎa3ＡlＦ6(g) → ２ＮaＦ(g)＋ＮaＡlＦ4(g) …（２”） ＮaＡlＦ4(g) → Ｎa+(g)＋ＡlＦ4-(g) …（３”）
【００４０】ここで、前記式（３”）で生じたＡlＦ
4-(g)がドロップレットの組成に大きな影響を及ぼし、
この気相種が、黒鉛Ｃ(s)の昇華によって生じるＣ(g)と
次式に示す反応を起す。
4-(g)がドロップレットの組成に大きな影響を及ぼし、
この気相種が、黒鉛Ｃ(s)の昇華によって生じるＣ(g)と
次式に示す反応を起す。
【００４１】 ＡlＦ4-(g)＋Ｃ(g) → Ａl(l)＋ＣＦ4(g) …（４”）
【００４２】前記式（４”）で形成された液相であるア
ルミニウムＡl(l)を媒体として、一酸化珪素ＳiＯ(g)及
びメタンガスＣＨ4が供給されることにより、既述の式
（５）に示す反応で炭化珪素ＳiＣウイスカーが形成さ
れ、また黒鉛Ｃ(s)の存在下に一酸化珪素ＳiＯ(g)及び
窒素ガスＮ2(g)が供給されることにより、既述の式
（５’）に示す反応で窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーが形
成されることになる。
ルミニウムＡl(l)を媒体として、一酸化珪素ＳiＯ(g)及
びメタンガスＣＨ4が供給されることにより、既述の式
（５）に示す反応で炭化珪素ＳiＣウイスカーが形成さ
れ、また黒鉛Ｃ(s)の存在下に一酸化珪素ＳiＯ(g)及び
窒素ガスＮ2(g)が供給されることにより、既述の式
（５’）に示す反応で窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーが形
成されることになる。
【００４３】前記気相種の媒体となっていた融液アルミ
ニウムＡl(l)が加熱反応後の降温時に冷却され、シリサ
イドとしてウイスカーの先端にアルミニウム−珪素Ａl-
Ｓiの組成を有するドロップレットが形成される。な
お、使用した天然資源等のシリカＳiＯ2含有原料中に通
常含まれる鉄分Ｆeが前記融液アルミニウムＡl(l)の形
成時に取り込まれた場合には、アルミニウム−鉄−珪素
Ａl-Ｆe-Ｓiの組成を有するドロップレットが形成され
る。
ニウムＡl(l)が加熱反応後の降温時に冷却され、シリサ
イドとしてウイスカーの先端にアルミニウム−珪素Ａl-
Ｓiの組成を有するドロップレットが形成される。な
お、使用した天然資源等のシリカＳiＯ2含有原料中に通
常含まれる鉄分Ｆeが前記融液アルミニウムＡl(l)の形
成時に取り込まれた場合には、アルミニウム−鉄−珪素
Ａl-Ｆe-Ｓiの組成を有するドロップレットが形成され
る。
【００４４】本発明に係るシリカＳiＯ2含有原料となり
得る天然資源として、火山灰、シラス、珪藻土及び籾殻
等が好適に利用可能であり、本発明では、炭化珪素Ｓi
Ｃウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの何れの
場合も、前記シリカＳiＯ2含有原料の一種又は２種以上
と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２
〜８となるように、好ましくは３〜５、特に好ましくは
３付近となるように粉末状態に混合して加熱反応に供す
る。前記モル比が２に満たない場合や８を越える場合
は、ウイスカーの収率が極端に低下するので好ましくな
い。
得る天然資源として、火山灰、シラス、珪藻土及び籾殻
等が好適に利用可能であり、本発明では、炭化珪素Ｓi
Ｃウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの何れの
場合も、前記シリカＳiＯ2含有原料の一種又は２種以上
と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２
〜８となるように、好ましくは３〜５、特に好ましくは
３付近となるように粉末状態に混合して加熱反応に供す
る。前記モル比が２に満たない場合や８を越える場合
は、ウイスカーの収率が極端に低下するので好ましくな
い。
【００４５】また、反応温度は、炭化珪素ＳiＣウイス
カー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの何れの場合も、
１２５０〜１４５０℃、好ましくは１３００〜１４００
℃、特に好ましくは１３５０〜１４００℃である。前記
反応温度が１２５０℃未満の場合はウイスカーの収率が
極端に減少し、またこの温度が１４５０℃を越える場合
は、ウイスカーの収率が低下傾向を示すのみならず、ア
ルミナＡl2Ｏ3反応管等に耐熱上の問題を生じ、何れも
好ましくない。
カー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの何れの場合も、
１２５０〜１４５０℃、好ましくは１３００〜１４００
℃、特に好ましくは１３５０〜１４００℃である。前記
反応温度が１２５０℃未満の場合はウイスカーの収率が
極端に減少し、またこの温度が１４５０℃を越える場合
は、ウイスカーの収率が低下傾向を示すのみならず、ア
ルミナＡl2Ｏ3反応管等に耐熱上の問題を生じ、何れも
好ましくない。
【００４６】
【実施例】以下に本発明を実施例及び比較例に基づいて
具体的に説明する。
具体的に説明する。
【００４７】〔試料の調製〕シリカＳiＯ2を６４重量％
含有する火山灰をシリカＳiＯ2含有原料として選択し、
これと氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とをシリカ／氷晶石（モル比）
が１、２、３、４、５、６、７、８及び９となるように
粉末状態に混合して、本発明の実施例及び比較例に用い
るＳ１〜Ｓ９からなる各粉末試料を調製した。
含有する火山灰をシリカＳiＯ2含有原料として選択し、
これと氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とをシリカ／氷晶石（モル比）
が１、２、３、４、５、６、７、８及び９となるように
粉末状態に混合して、本発明の実施例及び比較例に用い
るＳ１〜Ｓ９からなる各粉末試料を調製した。
【００４８】〔装置の準備〕図１は本発明に係る炭化珪
素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーの製造方法に用い
る製造装置の一例の断面図であり、同図に示すように、
電気炉１と、電気炉１の炉心に配置され、後端面にガス
入口５、先端面にガス出口６、後端面から内部に差し込
まれた熱電対７を各々備えたアルミナ反応管２と、アル
ミナ反応管２の中央に設置され、側壁と閉塞された先端
面とに複数の排気孔８が穿設されてなる析出基板として
の黒鉛筒３と、黒鉛筒３中に挿入される試料容器及び他
の析出基板としての黒鉛ボート４とが準備され、試験に
際して前記黒鉛ボート４中に粉末試料Ｓが充填される。
素ウイスカー及び窒化珪素ウイスカーの製造方法に用い
る製造装置の一例の断面図であり、同図に示すように、
電気炉１と、電気炉１の炉心に配置され、後端面にガス
入口５、先端面にガス出口６、後端面から内部に差し込
まれた熱電対７を各々備えたアルミナ反応管２と、アル
ミナ反応管２の中央に設置され、側壁と閉塞された先端
面とに複数の排気孔８が穿設されてなる析出基板として
の黒鉛筒３と、黒鉛筒３中に挿入される試料容器及び他
の析出基板としての黒鉛ボート４とが準備され、試験に
際して前記黒鉛ボート４中に粉末試料Ｓが充填される。
【００４９】〔炭化珪素ＳiＣウイスカーの製造〕 （実施例１〜７）シリカ／氷晶石（モル比）が２、３、
４、５、６、７及び８であるＳ２〜Ｓ８からなる各粉末
試料Ｓを黒鉛ボート４に充填し、黒鉛筒３中に挿入した
後、アルミナ反応管２の中央に設置し、これをさらに電
気炉１内に配置した。
４、５、６、７及び８であるＳ２〜Ｓ８からなる各粉末
試料Ｓを黒鉛ボート４に充填し、黒鉛筒３中に挿入した
後、アルミナ反応管２の中央に設置し、これをさらに電
気炉１内に配置した。
【００５０】アルミナ反応管２内に、そのガス入口５か
らガス出口６へと、メタンガスＣＨ4１０容量％とアル
ゴンガスＡr９０容量％との混合ガスからなる反応ガス
を流入させ、アルミナ反応管２内部をその反応ガスで十
分置換した後、その流量を所要の一定流量１８０ｍｌ／
ｍｉｎに調整した。なお、前記反応ガスの組成及び流量
は、予備実験等を通じて適宜選択される。
らガス出口６へと、メタンガスＣＨ4１０容量％とアル
ゴンガスＡr９０容量％との混合ガスからなる反応ガス
を流入させ、アルミナ反応管２内部をその反応ガスで十
分置換した後、その流量を所要の一定流量１８０ｍｌ／
ｍｉｎに調整した。なお、前記反応ガスの組成及び流量
は、予備実験等を通じて適宜選択される。
【００５１】続いて、アルミナ反応管２内部を昇温速度
５℃／ｍｉｎで昇温し、常圧下に所定の１４００℃で１
０時間加熱した後、降温速度５℃／ｍｉｎで５００℃ま
で降温し、室温まで放冷した。なお、前記反応ガスは、
生成物の酸化を防ぐために、アルミナ反応管２内部が２
５０℃に冷却されるまで流し続けた。
５℃／ｍｉｎで昇温し、常圧下に所定の１４００℃で１
０時間加熱した後、降温速度５℃／ｍｉｎで５００℃ま
で降温し、室温まで放冷した。なお、前記反応ガスは、
生成物の酸化を防ぐために、アルミナ反応管２内部が２
５０℃に冷却されるまで流し続けた。
【００５２】前記加熱反応の結果、黒鉛筒３、黒鉛ボー
ト４及びアルミナ反応管２の各壁面に実施例１〜７に係
る炭化珪素ＳiＣウイスカーの生成が確認された。得ら
れた各炭化珪素ＳiＣウイスカーの径、形状、モル収率
及び成長機構を表１に示す。なお、前記モル収率は、既
述の反応式に基づいて算出したものである。
ト４及びアルミナ反応管２の各壁面に実施例１〜７に係
る炭化珪素ＳiＣウイスカーの生成が確認された。得ら
れた各炭化珪素ＳiＣウイスカーの径、形状、モル収率
及び成長機構を表１に示す。なお、前記モル収率は、既
述の反応式に基づいて算出したものである。
【００５３】（比較例１〜２）また、比較のために、シ
リカ／氷晶石（モル比）が１及び９であるＳ１及びＳ９
からなる各粉末試料Ｓについても前記と同様の条件で加
熱処理し、比較例１〜２に係る微量の各炭化珪素ＳiＣ
ウイスカーを得た。なお、氷晶石を配合しない粉末試料
についての試験では、炭化珪素ＳiＣウイスカーを生成
することができなかった。
リカ／氷晶石（モル比）が１及び９であるＳ１及びＳ９
からなる各粉末試料Ｓについても前記と同様の条件で加
熱処理し、比較例１〜２に係る微量の各炭化珪素ＳiＣ
ウイスカーを得た。なお、氷晶石を配合しない粉末試料
についての試験では、炭化珪素ＳiＣウイスカーを生成
することができなかった。
【００５４】
【表１】
【００５５】（試験結果）以上の試験結果によれば、実
施例１〜７に係る炭化珪素ＳiＣウイスカーでは、何れ
も、ウイスカーの径が０．１〜３．０μｍの範囲に属し
て安定しており、またモル収率は５９〜１００％という
極めて高い値を示し、シリカＳiＯ2含有原料におけるシ
リカＳiＯ2以外の不純物成分がこのモル収率に悪影響を
及ぼさないことが確認された。また、前記の各実施例で
得られた炭化珪素ＳiＣウイスカーの先端には、アルミ
ニウム−珪素Ａl-Ｓiの組成を有するドロップレット及
びこれらに鉄分が混入したアルミニウム−鉄−珪素Ａl-
Ｆe-Ｓiの組成を有するドロップレットの生成が確認さ
れた。
施例１〜７に係る炭化珪素ＳiＣウイスカーでは、何れ
も、ウイスカーの径が０．１〜３．０μｍの範囲に属し
て安定しており、またモル収率は５９〜１００％という
極めて高い値を示し、シリカＳiＯ2含有原料におけるシ
リカＳiＯ2以外の不純物成分がこのモル収率に悪影響を
及ぼさないことが確認された。また、前記の各実施例で
得られた炭化珪素ＳiＣウイスカーの先端には、アルミ
ニウム−珪素Ａl-Ｓiの組成を有するドロップレット及
びこれらに鉄分が混入したアルミニウム−鉄−珪素Ａl-
Ｆe-Ｓiの組成を有するドロップレットの生成が確認さ
れた。
【００５６】これに対して、比較例１〜２では、炭化珪
素ＳiＣウイスカーの生成量が極端に少なく、何れもモ
ル収率が２０％を下回るものであった。
素ＳiＣウイスカーの生成量が極端に少なく、何れもモ
ル収率が２０％を下回るものであった。
【００５７】また、シリカ／氷晶石（モル比）が３、反
応温度が１４００℃、モル収率が１００％である前記実
施例２について、反応温度のみを前記条件とは異なる１
２５０℃、１３００℃、１３５０℃に各々変更して、同
様の条件で試験を行なったところ、モル収率は、１２５
０℃の場合に５％、１３００℃の場合に２０％、１３５
０℃の場合には６０％を記録したことから、１４００℃
付近が炭化珪素ＳiＣウイスカーの最適成長温度である
と認められた。
応温度が１４００℃、モル収率が１００％である前記実
施例２について、反応温度のみを前記条件とは異なる１
２５０℃、１３００℃、１３５０℃に各々変更して、同
様の条件で試験を行なったところ、モル収率は、１２５
０℃の場合に５％、１３００℃の場合に２０％、１３５
０℃の場合には６０％を記録したことから、１４００℃
付近が炭化珪素ＳiＣウイスカーの最適成長温度である
と認められた。
【００５８】さらに、前記実施例２について、シリカＳ
iＯ2含有原料のみを前記の火山灰より多くのシリカＳi
Ｏ2を含有するシラス（シリカＳiＯ2含有率約８０重量
％）、珪藻土（同含有率約７５重量％）及び籾殻（同含
有率約９０重量％）に変更して、同様の条件で各々試験
を行なったところ、該実施例と略同等のモル収率が得ら
れた。
iＯ2含有原料のみを前記の火山灰より多くのシリカＳi
Ｏ2を含有するシラス（シリカＳiＯ2含有率約８０重量
％）、珪藻土（同含有率約７５重量％）及び籾殻（同含
有率約９０重量％）に変更して、同様の条件で各々試験
を行なったところ、該実施例と略同等のモル収率が得ら
れた。
【００５９】〔窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの製造〕 （実施例８〜１４）シリカ／氷晶石（モル比）が２、
３、４、５、６、７及び８であるＳ２〜Ｓ８からなる各
粉末試料Ｓを黒鉛ボート４に充填し、黒鉛筒３中に挿入
した後、アルミナ反応管２の中央に設置し、これをさら
に電気炉１内に配置した。
３、４、５、６、７及び８であるＳ２〜Ｓ８からなる各
粉末試料Ｓを黒鉛ボート４に充填し、黒鉛筒３中に挿入
した後、アルミナ反応管２の中央に設置し、これをさら
に電気炉１内に配置した。
【００６０】アルミナ反応管２内に、そのガス入口５か
らガス出口６へと、純度９９．９９％の窒素ガスＮ2か
らなる反応ガスを流入させ、アルミナ反応管２内部をそ
の反応ガスで十分置換した後、その流量を所要の一定流
量１８０ｍｌ／ｍｉｎに調整した。
らガス出口６へと、純度９９．９９％の窒素ガスＮ2か
らなる反応ガスを流入させ、アルミナ反応管２内部をそ
の反応ガスで十分置換した後、その流量を所要の一定流
量１８０ｍｌ／ｍｉｎに調整した。
【００６１】続いて、アルミナ反応管２内部を昇温速度
５℃／ｍｉｎで昇温し、常圧下に所定の１４００℃で１
０時間加熱した後、降温速度５℃／ｍｉｎで５００℃ま
で降温し、室温まで放冷した。なお、前記反応ガスは、
生成物の酸化を防ぐために、アルミナ反応管２内部が２
５０℃に冷却されるまで流し続けた。
５℃／ｍｉｎで昇温し、常圧下に所定の１４００℃で１
０時間加熱した後、降温速度５℃／ｍｉｎで５００℃ま
で降温し、室温まで放冷した。なお、前記反応ガスは、
生成物の酸化を防ぐために、アルミナ反応管２内部が２
５０℃に冷却されるまで流し続けた。
【００６２】前記加熱反応の結果、黒鉛筒３、黒鉛ボー
ト４及びアルミナ反応管２の各壁面に実施例８〜１４に
係る窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの生成が確認された。
得られた各窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの径、形状、モ
ル収率及び成長機構を表２に示す。なお、前記モル収率
は、既述の反応式に基づいて算出したものである。
ト４及びアルミナ反応管２の各壁面に実施例８〜１４に
係る窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの生成が確認された。
得られた各窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの径、形状、モ
ル収率及び成長機構を表２に示す。なお、前記モル収率
は、既述の反応式に基づいて算出したものである。
【００６３】（比較例３〜４）また、比較のために、シ
リカ／氷晶石（モル比）が１及び９であるＳ１及びＳ９
からなる各粉末試料Ｓについても前記と同様の条件で加
熱処理し、比較例３〜４に係る微量の各窒化珪素Ｓi3Ｎ
4ウイスカーを得た。なお、氷晶石を配合しない粉末試
料についての試験では、窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを
生成することができなかった。
リカ／氷晶石（モル比）が１及び９であるＳ１及びＳ９
からなる各粉末試料Ｓについても前記と同様の条件で加
熱処理し、比較例３〜４に係る微量の各窒化珪素Ｓi3Ｎ
4ウイスカーを得た。なお、氷晶石を配合しない粉末試
料についての試験では、窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーを
生成することができなかった。
【００６４】
【表２】
【００６５】（試験結果）以上の試験結果によれば、実
施例８〜１４に係る窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーでは、
何れも、ウイスカーの径が１〜６μｍの範囲に属し、ま
たモル収率は２７〜３８％という比較的高い値を示し
た。また、前記の各実施例で得られた窒化珪素Ｓi3Ｎ4
ウイスカーの先端には、アルミニウム−珪素Ａl-Ｓiの
組成を有するドロップレット及びこれらに鉄分が混入し
たアルミニウム−鉄−珪素Ａl-Ｆe-Ｓiの組成を有する
ドロップレットの生成が確認された。
施例８〜１４に係る窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカーでは、
何れも、ウイスカーの径が１〜６μｍの範囲に属し、ま
たモル収率は２７〜３８％という比較的高い値を示し
た。また、前記の各実施例で得られた窒化珪素Ｓi3Ｎ4
ウイスカーの先端には、アルミニウム−珪素Ａl-Ｓiの
組成を有するドロップレット及びこれらに鉄分が混入し
たアルミニウム−鉄−珪素Ａl-Ｆe-Ｓiの組成を有する
ドロップレットの生成が確認された。
【００６６】これに対して、比較例３〜４では、窒化珪
素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの生成量が極端に少なく、何れも
実用上の問題を残すものであった。
素Ｓi3Ｎ4ウイスカーの生成量が極端に少なく、何れも
実用上の問題を残すものであった。
【００６７】また、シリカ／氷晶石（モル比）が５、反
応温度が１４００℃、モル収率が３８．６％である前記
実施例１１について、反応温度のみを前記条件とは異な
る温度に変更して、同様の条件で試験を行なったとこ
ろ、１２５０℃から１３５０℃に変化させるに従ってモ
ル収率の上昇が認められた。
応温度が１４００℃、モル収率が３８．６％である前記
実施例１１について、反応温度のみを前記条件とは異な
る温度に変更して、同様の条件で試験を行なったとこ
ろ、１２５０℃から１３５０℃に変化させるに従ってモ
ル収率の上昇が認められた。
【００６８】さらに、前記実施例１１について、シリカ
ＳiＯ2含有原料のみを既述のシラス、珪藻土及び籾殻に
変更して、同様の条件で各々試験を行なったところ、該
実施例と略同等のモル収率が得られた。
ＳiＯ2含有原料のみを既述のシラス、珪藻土及び籾殻に
変更して、同様の条件で各々試験を行なったところ、該
実施例と略同等のモル収率が得られた。
【００６９】
【発明の効果】本発明に係る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は以上のように構成される
ので、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6を炭化反応や窒化反応に反応物
として有効に関与させることにより、種々の複合構造材
料の有用な強化材として優れた物性、形状を有するなる
炭化珪素ＳiＣウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカ
ーを高収率で製造することができ、これらによって、天
然資源として多量に存在する火山灰、シラス、珪藻土及
び籾殻等をシリカＳiＯ2含有原料として有効に利用する
ことが可能である。
化珪素ウイスカーの製造方法は以上のように構成される
ので、氷晶石Ｎa3ＡlＦ6を炭化反応や窒化反応に反応物
として有効に関与させることにより、種々の複合構造材
料の有用な強化材として優れた物性、形状を有するなる
炭化珪素ＳiＣウイスカー及び窒化珪素Ｓi3Ｎ4ウイスカ
ーを高収率で製造することができ、これらによって、天
然資源として多量に存在する火山灰、シラス、珪藻土及
び籾殻等をシリカＳiＯ2含有原料として有効に利用する
ことが可能である。
【図１】本発明に係る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に用いる製造装置の一例の断面図
である。
ウイスカーの製造方法に用いる製造装置の一例の断面図
である。
【符号の説明】 １ 電気炉 ２ アルミナ反応管 ３ 黒鉛筒 ４ 黒鉛ボート ５ ガス入口 ６ ガス出口 ７ 熱電対 ８ 排気孔 Ｓ 粉末試料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 35/584 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０２Ｐ
Claims (6)
- 【請求項１】 シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石Ｎa3Ａl
Ｆ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８となるよう
に粉末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3反応管
内で、黒鉛Ｃを析出基板として、メタンガスＣＨ4と不
活性ガスとの混合ガスからなる反応ガスの流通下、１２
５０〜１４５０℃の温度で加熱し、その加熱工程を通し
て、シリカＳiＯ2と氷晶石Ｎa3ＡlＦ6とを反応させて四
フッ化珪素ＳiＦ4を生成すると共に反応管のアルミナＡ
l2Ｏ3から揮発した酸素Ｏ2と析出基板の黒鉛Ｃとを反応
させて一酸化炭素ＣＯを生成し、続いて前記両反応生成
物を反応させて一酸化珪素ＳiＯを生成し、得られた前
記一酸化珪素ＳiＯと前記メタンガスＣＨ4とを、氷晶石
Ｎa3ＡlＦ6と析出基板の黒鉛Ｃとの反応により生じたア
ルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入したアルミ
ニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体として反応させることを
特徴とする炭化珪素ウイスカーの製造方法。 - 【請求項２】 ウイスカー先端に、アルミニウム−珪素
Ａl-Ｓi又はアルミニウム−鉄−珪素Ａl-Ｆe-Ｓiの組成
を有するドロップレットが形成される請求項１記載の炭
化珪素ウイスカーの製造方法。 - 【請求項３】 シリカＳiＯ2含有原料が、火山灰、シラ
ス、珪藻土及び籾殻からなる天然資源の少なくとも一種
である請求項１記載の炭化珪素ウイスカーの製造方法。 - 【請求項４】 シリカＳiＯ2含有原料と氷晶石Ｎa3Ａl
Ｆ6とをシリカ／氷晶石（モル比）が２〜８となるよう
に粉末状態に混合すると共に、アルミナＡl2Ｏ3反応管
内で、黒鉛Ｃを析出基板として、窒素ガスＮ2からなる
反応ガスの流通下、１２５０〜１４５０℃の温度で加熱
し、その加熱工程を通して、シリカＳiＯ2と氷晶石Ｎa3
ＡlＦ6とを反応させて四フッ化珪素ＳiＦ4を生成すると
共に反応管のアルミナＡl2Ｏ3から揮発した酸素Ｏ2と析
出基板の黒鉛Ｃとを反応させて一酸化炭素ＣＯを生成
し、続いて前記両反応生成物を反応させて一酸化珪素Ｓ
iＯを生成し、得られた前記一酸化珪素気相種ＳiＯと前
記窒素ガスＮ2とを、析出基板の黒鉛Ｃの存在下、氷晶
石Ｎa3ＡlＦ6と析出基板の黒鉛Ｃとの反応により生じた
アルミニウムＡl液相又はそれに鉄分Ｆeが混入したアル
ミニウム−鉄Ａl-Ｆe液相を媒体として反応させること
を特徴とする窒化珪素ウイスカーの製造方法。 - 【請求項５】 ウイスカー先端に、アルミニウム−珪素
Ａl-Ｓi又はアルミニウム−鉄−珪素Ａl-Ｆe-Ｓiの組成
を有するドロップレットが形成される請求項４記載の窒
化珪素ウイスカーの製造方法。 - 【請求項６】 シリカＳiＯ2含有原料が、火山灰、シラ
ス、珪藻土及び籾殻からなる天然資源の少なくとも一種
である請求項４記載の炭化珪素ウイスカーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10096814A JPH11268999A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10096814A JPH11268999A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11268999A true JPH11268999A (ja) | 1999-10-05 |
Family
ID=14175066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10096814A Pending JPH11268999A (ja) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11268999A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115536027A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-30 | 湖南宸宇富基新能源科技有限公司 | 一种氧化亚硅的制备和应用 |
| JP2023078935A (ja) * | 2021-11-26 | 2023-06-07 | 義郎 中松 | 漂流軽石利用法 |
-
1998
- 1998-03-24 JP JP10096814A patent/JPH11268999A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023078935A (ja) * | 2021-11-26 | 2023-06-07 | 義郎 中松 | 漂流軽石利用法 |
| CN115536027A (zh) * | 2022-09-27 | 2022-12-30 | 湖南宸宇富基新能源科技有限公司 | 一种氧化亚硅的制备和应用 |
| CN115536027B (zh) * | 2022-09-27 | 2023-08-08 | 湖南宸宇富基新能源科技有限公司 | 一种氧化亚硅的制备和应用 |
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