JPS5945638B2 - 炭化チタンウイスカ−の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化チタンウィスカーの製造方法に関し、より
詳細には寸法、すなわち直径と長さを人為的に制御する
ことができる炭化チタンウィスカーの製造方法に関する
。

従来、ウィスカーとは断面積が約５Ｘ１０’μｄ以下で
、長さが断面の平均直径に比して１０倍以上の単結晶と
定義されている。

そしてかかる特異な形状の結晶の特徴は、理論強度に近
い強さを有する点にあり、特に酸化物、窒素物、炭化物
などの高融点セラミックウィスカーは、最近、複合材料
用の強化繊維材として注目されている。

しかしながら、従来のウィスカー製造方法では、これら
ウィスカーの大きさを人為的に調節することが全く不可
能であり、このことがウィスカーの利用範囲を著るしく
制限していた。

そこで本発明は、かかる従来の欠点を解消すべくなされ
たものであり、炭化チタンウィスカーについてその寸法
、すなわち直径や長さを自由に調整することができ、利
用目的に適った寸法の炭化チタンウィスカーを製造する
ことができるなどの特長を有するものである。

すなわち本発明は、貴金属塩の水溶液に黒鉛または活性
炭からなる成型品を浸漬し、乾燥した後に、これを水素
雰囲気下で加熱しながらハロゲン化チタン蒸気と一酸化
炭素との混合ガスを供給して、前記水溶液における貴金
属塩の濃度が高い場合には細く短く、前記濃度が低い場
合には太（長い炭化チタンウィスカーを前記成型品の表
面に析出させることを特徴とするものである。

本発明によれば炭化チタンウィスカーは下記■ト■の３
工程により製造される。

■ 金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム
などの貴金属の塩の水溶液に炭素質基材を浸漬し、しか
るのちに、この炭素質基材をとり出して乾燥する工程。

■ 上記■により貴金属塩水溶液で処理された炭素質基
材を水素雰囲気で加熱し、これにハロゲン化チタン蒸気
と一酸化炭素との混合ガスを供給して、炭素質基材の表
面上に炭化チタンウィスカーを析出させ、成長させる工
程。

■ 析出、成長した炭化チタンウィスカーを炭素質基材
の表面から取り出す工程。

以下、上記各工程について詳述する。

まず、上記■工程は炭素質基材の表面で炭化チタンウィ
スカーの析出の根源となる結晶核の生成を容易にするこ
とを目的として行なうものであり、以下、゛増核処理″
と呼ぷことにする。

かかる増核処理をしない炭素質基材を用いた場合には、
炭化チタンウィスカーを得ることはほとんど不可能であ
る。

ここで炭素質基材とは、黒鉛または活性炭からなる成型
品であり、その形状はたとえば棒状、筒状、または塊状
などであり、炭化チタンウィスカーを析出、成長せしめ
る表面を有すれば如何なる形状であっても良い。

この炭素質基材の大きさは、任意に選定子ることができ
、たとえば筒状の場合では直径約２０朋、長さ約４０〜
５０朋である。

なお、炭素質基材が活性炭からなる場合には、鉱物原料
系活性炭、たとえばコークス系、タールピッチ系、石油
系など、および有機原料系活性炭、たとえばヤシガラ炭
、アイポリ−炭などが用いられる。

また、■工程における貴金属塩水溶液の濃度は、後述す
る如（貴金属元素の種類および炭化チタンウィスカーの
目的とする寸法によって選定されるものである。

次に■工程においては、増核処理をした炭素質基材を水
素雰囲気下に加熱する。

この加熱は通常、加熱炉、たとえば高周波加熱炉、抵抗
加熱炉など、およびその他の適当な加熱装置を用いて行
なわれる。

なお、水素雰囲気中での加熱なので、増核処理をした炭
素質基材を磁製管、石英管などの反応管中に入れ、これ
に水素を通じながら、加熱することが好ましい。

一方、四塩化チタン、四シュウ化チタン、四ヨウ化チタ
ンなどの揮発性ハロゲン化チタンの蒸気を気化器等を用
いて発生させ、このハロゲン化チタンの蒸気に二酸化炭
素を送り込んで混合ガスを作り、この混合ガスを予め水
素雰囲気中で加熱さ ５れた炭素質基材へ供給する。

すると増核処理ずみの炭素質基材の表面に炭化チタンウ
ィスカーが析出し、時間の経過と共に生長する。

またハロゲン化チタンのハロゲンは主としてハロゲン化
水素として除去される。

生成する炭化チタンウィスカー づの寸法は、上述した
ように炭素質基材の増核処理に用いた貴金属元素の種類
とその塩の水溶液濃度とによって通常決定され、また貴
金属元素の種類にかかわらず、一般的には貴金属塩水溶
液が高濃度の場合には炭化チタンウィスカーは細く短く
成長し、逆に低濃度で処理すると太（長（なる。

このように増核処理によって炭化チタンウィスカーの特
徴ある析出と生長が達成される。

しかしながら混合ガス中の一酸化炭素の代りに、他のガ
ス、たとえばメタンのような炭化水素系のガスを用いる
と、貴金属塩類の増核効果はほとんど認められない。

ハロゲン化チタン蒸気の供給量が炭化チタンウィスカー
の寸法に及ぼす影響は、供給量の増減によって増核処理
液の濃度の高低とほぼ同じような傾向を示すが、増核処
理液の場合はど顕著ではない。

また、一酸化炭素の供給量はハロゲン化チタン蒸気の供
給量、約４ Ｘ １０’モル／分あたり、２〜１００ｍ
１１分であり、この範囲内ではウィスカーの析出状態は
ほとんど変らない。

一酸化炭素供給量が２ｍ１１分より少ないとウィスカー
の生成は困難となり、また１００ｍ１Ｚ分より多（供給
しても特に効果はない。

この■工程における反応温度、すなわち炭素質基材の表
面温度は通常１１００〜１４００℃であり、反応温度が
１１００℃よりも低いとウィスカーは析出しにく（なり
、また１４００℃よりも高いと真直ぐなウィスカーが得
られに（くなり、かつ析出量が減少する。

反応時間は一般には約４５分〜１時間であり、４５分よ
りも反応時間が短いとウィスカー析出量が少なく、また
１時間よりも長時間反応させてもウィスカーの析出には
ほとんど影響がない。

■工程では、上記Ｑ工程の反応が終了後、水素および混
合ガスの供給と加熱を中止し、室温まで冷却し、しかる
のちに炭素質基材をたとえば加熱炉から取出し、炭素質
基材の表面に析出した炭化チタンウィスカーを補集する
。

かかる本発明によれば、炭素質基材を貴金属の塩水溶液
に浸漬するだけの操作で、種々の寸法の炭化チタンウィ
スカーを製造することができる。

すなわち、貴金属塩の濃度が高い場合には細く短い炭化
チタンウィスカーを、貴金属塩の濃度が低い場合には太
く長い炭化チタンウィスカーを析出させることができ、
貴金属元素の種類と貴金属塩水溶液の濃度を適宜、調節
することによって平均直径が１〜２−ｐｍから２０〜３
０μｍ、平均長さが０．５〜１ｍｍから３〜５ｒＩＬｍ
の種々の範囲の炭化チタンウィスカーを得ることができ
る。

換言すれば炭化チタンウィスカーの寸法を人為的に自由
に調整することができるのであり、従って目的に応じて
種々の寸法の炭化チタンウィスカーを容易に製造するこ
とができる。

又、貴金属塩の濃度と種類が一定であれば、反応時間が
約１時間経過した後は、太さ、長さがほぼプ定のウィス
カーを得ることができる。

更に本発明によれば、貴金属塩水溶液に成型品を浸漬し
、乾燥し、水素雰囲気下で加熱しながらハロゲン化チタ
ン蒸気と二酸化炭素との混合ガスを供給するだけで炭化
チタンウィスカーが得られ。

反応中に貴金属塩の補充を必要としないので、操作が簡
単であり、ウィスカー製造コストの低減をはかることが
できる。

このことは、従来の如何なるウィスカー製造方法によっ
ても全くなし得なかったことであり、本発明はまさに画
期的な炭化チタンウィスカーの製造方法と云える。

〉したがって本発明によれば、種々の寸法の
炭化チタンウィスカーが製造できるので、従来制限され
ていた利用範囲の拡大が期待される。

以下、本発明の実施例を示す。

実施例 下記表に示す如く、接種類の貴金属塩の水溶液を用いて
黒鉛製基材の増核処理をした。

次にこれら増核処理ずみの黒鉛製基材を、夫々別の磁性
脣に入れ、これを抵抗加熱炉内に設置し、水素雰囲気下
に加熱しながら、四塩化チタン蒸気と一酸化炭素との混
合ガスを供給した。

黒鉛製基材は直径約２０ｍｍ、長さ約４０〜５０Ｗｔ１
ｎの筒状であり、加熱温度約１２５０℃、水素供給量約
５００ｍ１Ｚ分、四塩化チタン蒸気供給量４ Ｘ １
ｏｇモル／分、一酸化炭素供給量１０ｍ１／分、全ガス
の流速２５ｃｒｎ／分、加熱時間は１時間であった。

増核処理液の種類、濃度と析出した炭化チタンウィスカ
ーの平均寸法との関係を下記表に示す。

この表から貴金属元素の中でも一般に銀、金は白金元素
に比較して塩の水溶液濃度が高く、また金属の種類にか
かわらず、高濃度ではウィスカーは細く短く、低濃度で
は太く長いことが理解できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 貴金属塩の水溶液に黒鉛または活性炭からなる成型
   品を浸漬し、乾燥した後に、これを水素雰囲気下で加熱
   しながらハロゲン化チタン蒸気と一酸化炭素との混合ガ
   スを供給して、前記水溶液における貴金属塩の濃度が高
   い場合には細く短く、前記濃度が低い場合には太（長い
   炭化チタンウィスカーを前記成型品の表面に析出させる
   ことを特徴とする炭化チタンウィスカーの製造方法。