JPS599516B2 - 炭化けい素ホイスカ−の製造方法 - Google Patents
炭化けい素ホイスカ−の製造方法Info
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- JPS599516B2 JPS599516B2 JP9308681A JP9308681A JPS599516B2 JP S599516 B2 JPS599516 B2 JP S599516B2 JP 9308681 A JP9308681 A JP 9308681A JP 9308681 A JP9308681 A JP 9308681A JP S599516 B2 JPS599516 B2 JP S599516B2
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- carbide whiskers
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、植物系の出発けい素源原料を用いて高収率に
炭化けい素ホイスカーを製造する方法に関する。
炭化けい素ホイスカーを製造する方法に関する。
炭化けい素ホイスカーは、複合材料の強化物質として好
適な有効特注(比強度、比弾性率、耐熱性、化学的安定
性等)を備えるうえに、所望形状のFRPまたはFRM
を射出あるいは押出など工業的に安価な成形手段により
得ることができる点で長繊維にはない長所があるため、
その製造技術については多くの試みがなされている。
適な有効特注(比強度、比弾性率、耐熱性、化学的安定
性等)を備えるうえに、所望形状のFRPまたはFRM
を射出あるいは押出など工業的に安価な成形手段により
得ることができる点で長繊維にはない長所があるため、
その製造技術については多くの試みがなされている。
これら従来の試みは、概ね、硅石等の鉱物系二酸化けい
素をけい素源原料とし、炭材とともに不活性気流中に加
熱する方法が基本とされているが、特殊な原料物質を用
いる例として、けい素成分を含有する植物類を出発けい
素源原料とする方法がいくつか提案されている。
素をけい素源原料とし、炭材とともに不活性気流中に加
熱する方法が基本とされているが、特殊な原料物質を用
いる例として、けい素成分を含有する植物類を出発けい
素源原料とする方法がいくつか提案されている。
植物系けい素源原料を用いる方法には、イネ科植物の果
実殼あるいは茎などを一酸化炭素雰囲気下に1700〜
2000℃の温度域で加熱することにより直接的にa型
炭化けい素ホイスカーを得る方法(本出願人による特開
昭53−113300号)、籾殻の灰化物と微粉状の籾
殻炭、黒鉛、活性炭もしくはか焼石油コークスの混合物
を不活性雰囲気中で1400〜1600℃に加熱してボ
イスカ一性状物を含有する炭化けい素物質を製造する方
法(米国特許第4,2 4 8,8 4 4号)がある
。
実殼あるいは茎などを一酸化炭素雰囲気下に1700〜
2000℃の温度域で加熱することにより直接的にa型
炭化けい素ホイスカーを得る方法(本出願人による特開
昭53−113300号)、籾殻の灰化物と微粉状の籾
殻炭、黒鉛、活性炭もしくはか焼石油コークスの混合物
を不活性雰囲気中で1400〜1600℃に加熱してボ
イスカ一性状物を含有する炭化けい素物質を製造する方
法(米国特許第4,2 4 8,8 4 4号)がある
。
これら方法は、出発原料として安定かつ安価で入手確保
の容易な材料を適用するところに工業的な優利性がある
が、前者の方法は、得られる炭化けい素ホイスカ一の生
成収率が低い(出発原料対比で約0.5重量%)うえに
極めて嵩高い性状の原料物質を直接反応容器に充填する
必要があるため、炉詰量に限定を受けてバッチ当りの生
成収量に大きな制約を伴う欠点があり、他方、後者の方
法による場合には、全炭化けい素生成物は高収率で得る
ことができるが、これに占めるホイスカーの含有率は概
ね20%と低水準に留まる難点があり、いずれも原料面
の優位性を十分維持することができなかった。
の容易な材料を適用するところに工業的な優利性がある
が、前者の方法は、得られる炭化けい素ホイスカ一の生
成収率が低い(出発原料対比で約0.5重量%)うえに
極めて嵩高い性状の原料物質を直接反応容器に充填する
必要があるため、炉詰量に限定を受けてバッチ当りの生
成収量に大きな制約を伴う欠点があり、他方、後者の方
法による場合には、全炭化けい素生成物は高収率で得る
ことができるが、これに占めるホイスカーの含有率は概
ね20%と低水準に留まる難点があり、いずれも原料面
の優位性を十分維持することができなかった。
本発明は、イネ科系植物の灰化物をけい素源原料とし、
これに炭材として高配合量のカーボンブラックを混合し
て原材料とすると極めて高水準の収率ならびに収量で炭
化けい素ホイスカーが生成し得る事実に基づいて開発さ
れたもので、その構成は、イネ科植物の果実殼もしくは
茎を焼却して得られた灰化残渣に110〜400重量%
のカーボンブラックを混合し、非酸化性雰囲気下で13
00〜1700゜Cに加熱することを特徴とする。
これに炭材として高配合量のカーボンブラックを混合し
て原材料とすると極めて高水準の収率ならびに収量で炭
化けい素ホイスカーが生成し得る事実に基づいて開発さ
れたもので、その構成は、イネ科植物の果実殼もしくは
茎を焼却して得られた灰化残渣に110〜400重量%
のカーボンブラックを混合し、非酸化性雰囲気下で13
00〜1700゜Cに加熱することを特徴とする。
出発原料としては、稲、麦、粟、黍等の穀物類、その他
葺、茅などを含む各種イネ科植物の果実殼もしくは茎が
用いられ、これらを焼却灰化してけい素源原料とする。
葺、茅などを含む各種イネ科植物の果実殼もしくは茎が
用いられ、これらを焼却灰化してけい素源原料とする。
灰化処理は、前記出発原料を必要に応じて破砕、裁断し
たのち電気炉のような加熱装置により600゜C以上の
温度で加熱焼却し、引続き恒量となるまで加熱を続行す
ることによっておこなわれる。
たのち電気炉のような加熱装置により600゜C以上の
温度で加熱焼却し、引続き恒量となるまで加熱を続行す
ることによっておこなわれる。
該焼却処理により、出発原料は約10〜20重量%の残
留率でその90%以上が無定形Si02からなる組成の
灰化物に転化する。
留率でその90%以上が無定形Si02からなる組成の
灰化物に転化する。
炭材には、石油系あるいは石炭系の重質炭化水素油を熱
分解して得られるカーボンブラックか用いられる。
分解して得られるカーボンブラックか用いられる。
カーボンブラックは、コークス粉、黒鉛粉のような通常
の炭素質物とは異質の表面性状と粒子構造を有しており
、これらの特性が炭化けい素ボイスカーの生成反応を迅
速、円滑に進行させ、結晶の伸長に必要な内部空間を形
成するために有効に機能する。
の炭素質物とは異質の表面性状と粒子構造を有しており
、これらの特性が炭化けい素ボイスカーの生成反応を迅
速、円滑に進行させ、結晶の伸長に必要な内部空間を形
成するために有効に機能する。
とくに吸油量(JIS−A法:が50CC/100g以
上のストラクチアー構造を有するファーネスカーボンブ
ラックを選択使用すると、結晶が伸長しアスペクト比の
増大化がもたらされる。
上のストラクチアー構造を有するファーネスカーボンブ
ラックを選択使用すると、結晶が伸長しアスペクト比の
増大化がもたらされる。
カーボンブラック(炭材)は、灰化残渣(けい素源原料
)に対し110〜400重量%の配合比率で混合する必
要がある。
)に対し110〜400重量%の配合比率で混合する必
要がある。
この配合比率は、従来技術による炭材配合量に比べて過
剰範囲に位するが、該範囲を下廻ると微粒子状の炭化け
い素結晶が多量に生成し実質的にホイスカー収率の減退
を招く。
剰範囲に位するが、該範囲を下廻ると微粒子状の炭化け
い素結晶が多量に生成し実質的にホイスカー収率の減退
を招く。
また、上記範囲を越える炭材の配合はホイスカー収率の
増大化には作用せず、寧ろ残留炭材の増加に伴う後処理
を煩雑にする。
増大化には作用せず、寧ろ残留炭材の増加に伴う後処理
を煩雑にする。
けい素源原料とカーボンブラックは十分均一に混合した
のち、高純度黒鉛のような耐熱性反応容器に充填する。
のち、高純度黒鉛のような耐熱性反応容器に充填する。
充填時、NaCl,NaF,KClなどのアルカリ金属
ハロゲン化物またはMgCl2,CaF2などのアルカ
リ土類金属ハロゲン化物を原料物質に共存させておくと
、得られる炭化けい素ホイスカーの生成収率と結晶の伸
長を一層助長する効果を与える。
ハロゲン化物またはMgCl2,CaF2などのアルカ
リ土類金属ハロゲン化物を原料物質に共存させておくと
、得られる炭化けい素ホイスカーの生成収率と結晶の伸
長を一層助長する効果を与える。
これら添加物を共存させる場合には、けい素源原料(灰
化残渣)に刑し80〜200重量%の配合割合で原料物
質に予め混合するが、反応容器の底部に敷きつめる。
化残渣)に刑し80〜200重量%の配合割合で原料物
質に予め混合するが、反応容器の底部に敷きつめる。
反応容器の加熱は、容器に蓋を付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て通電加熱する方法
を用い、非酸化姓雰囲気下で1300〜1700℃、望
ましくは1500〜1600°Cの温度に少くとも2時
間保持することによりおこなわれる。
どのカーボンパッキング材で被包して通電加熱する方法
を用い、非酸化姓雰囲気下で1300〜1700℃、望
ましくは1500〜1600°Cの温度に少くとも2時
間保持することによりおこなわれる。
加熱過程で原料物質中のけい素成分と炭素成分は気相反
応により微小繊維状の炭化けい素に転化し、最終的にカ
ーボンブラック粒子構造の内部あるいは相互空間の全域
に亘って綿状のホイスカーとして密生する。
応により微小繊維状の炭化けい素に転化し、最終的にカ
ーボンブラック粒子構造の内部あるいは相互空間の全域
に亘って綿状のホイスカーとして密生する。
生成物中には未反応のカーボンブラックが残留混在する
が、これら夾雑物を燃焼処理することにより容易に除去
することかでさる。
が、これら夾雑物を燃焼処理することにより容易に除去
することかでさる。
焼却処理後の生成物は、5〜20%の微粒子状炭化けい
素を含むほかは全て淡緑白色を呈する炭化しブい素ホイ
スカーで、その性状は大部分が直径0.2〜0.5μm
、長さ30〜300μmの良好なアスペクト比(50〜
500)をもつβ型の単結晶である。
素を含むほかは全て淡緑白色を呈する炭化しブい素ホイ
スカーで、その性状は大部分が直径0.2〜0.5μm
、長さ30〜300μmの良好なアスペクト比(50〜
500)をもつβ型の単結晶である。
生成炭化けい素ボイスカ一の収率は、出発原料刈比で8
%を越え、特開昭53−113300号の方法による回
収率0.5%、米国特許第4248844号方法による
回収率2〜3%の水準に比べて著るしく高い。
%を越え、特開昭53−113300号の方法による回
収率0.5%、米国特許第4248844号方法による
回収率2〜3%の水準に比べて著るしく高い。
この高収率水準は、炭材として用いるカーホンブランク
の特異な粒子凝集構造特性と多量配合比率に基づくホイ
スカーの生長作用と微粒子状炭化けい素の生成抑制作用
によりもたらされる本発明の特有効果であり、出発原料
の灰化濃縮処理に伴うバッチ当り収量の増大効果と相俟
って製造原価の低減化に大きく寄与する。
の特異な粒子凝集構造特性と多量配合比率に基づくホイ
スカーの生長作用と微粒子状炭化けい素の生成抑制作用
によりもたらされる本発明の特有効果であり、出発原料
の灰化濃縮処理に伴うバッチ当り収量の増大効果と相俟
って製造原価の低減化に大きく寄与する。
そのうえ、生成物中に占める微粒子状炭化けい素の含有
率が極めて小さいため、これらを分離精製するための後
処理工程が省略できる利点がある。
率が極めて小さいため、これらを分離精製するための後
処理工程が省略できる利点がある。
このように本発明によれば、先行技術とは異質の安価か
つ安定な原料物質を採用することにより効率的に高性能
の炭化けい素ボイス力一を製造することができるから、
工業的規模において低原価に生産することができる。
つ安定な原料物質を採用することにより効率的に高性能
の炭化けい素ボイス力一を製造することができるから、
工業的規模において低原価に生産することができる。
実施例 1
乾燥した籾殻(出発原料)を、電気炉中で600?Cの
温度を保持しながら恒量となるまで焼却灰化した。
温度を保持しながら恒量となるまで焼却灰化した。
得られた灰化残渣は、淡灰色を呈する微粉末で、残留率
は20.5重量%、SiO含有率は91.9重量%であ
った。
は20.5重量%、SiO含有率は91.9重量%であ
った。
上記灰化残渣をけい素源原料とし、これに炭材としてよ
う素吸着量104■/g、吸油量(JIS−A法)13
0CC/10(Bi’の特性を有するIISAF−Hs
級ファーネスカーボンブラックし“SEAST 5H
“東海カーボン(株連しおよびよう素吸着量87〜/g
、吸油量(J I S −A法)75cc/100gを
有するHAF−Ls級ファーネスカーボンブラックし“
SEAST300“東海カーボン(株)製〕を各配合比
率を変えて十分均一に混合した。
う素吸着量104■/g、吸油量(JIS−A法)13
0CC/10(Bi’の特性を有するIISAF−Hs
級ファーネスカーボンブラックし“SEAST 5H
“東海カーボン(株連しおよびよう素吸着量87〜/g
、吸油量(J I S −A法)75cc/100gを
有するHAF−Ls級ファーネスカーボンブラックし“
SEAST300“東海カーボン(株)製〕を各配合比
率を変えて十分均一に混合した。
混合原料の各50.1を内径70朋、高さ150rIL
7!tの高純度黒鉛製反応容器に軽く充填し、反応容器
の上部に黒鉛蓋を付してアチソン型電気炉に移したのち
、周囲をコークス粒パッキングて被包した。
7!tの高純度黒鉛製反応容器に軽く充填し、反応容器
の上部に黒鉛蓋を付してアチソン型電気炉に移したのち
、周囲をコークス粒パッキングて被包した。
ついで炉を通電昇温し、炉内を非酸化姓雰囲気に保持し
ながら1600℃の温度に4時間加熱した。
ながら1600℃の温度に4時間加熱した。
加熱後の反応容器内部は、全域に亘って淡緑白色の綿状
生成物が未反応カーホンブラック中に均一に分散密生し
ていたが、炭材の配合比率により白色微粒子状物の混在
度合に相違が観察された。
生成物が未反応カーホンブラック中に均一に分散密生し
ていたが、炭材の配合比率により白色微粒子状物の混在
度合に相違が観察された。
反応容器から内容物を集収し、大気中で700℃の温度
に熱処理して残留する炭材成分を燃焼除去した。
に熱処理して残留する炭材成分を燃焼除去した。
燃焼処理後の生成物につきX線回折をおこなったところ
、β−SiCの原子間距離2.51人、1.54人の波
長位置に明確なピークが現出したか、S r 02やC
に相当する回折線は全く認められず、β型を主体とする
純粋な炭化けい素単結晶であることが確認された。
、β−SiCの原子間距離2.51人、1.54人の波
長位置に明確なピークが現出したか、S r 02やC
に相当する回折線は全く認められず、β型を主体とする
純粋な炭化けい素単結晶であることが確認された。
かくして得られたβ型炭化けい素ホイスカーは、概ね直
径0.2 〜0.5μm,長さ30〜80μmの短繊維
性状を有していたが、吸油量の高いIISAF−Hs級
ファーネスカーボンブラックを用いた例の方がHAF−
Ls級適用例に比べて結晶の伸長が良好で、平均アスペ
クト比が若干高くなる傾向が認められた。
径0.2 〜0.5μm,長さ30〜80μmの短繊維
性状を有していたが、吸油量の高いIISAF−Hs級
ファーネスカーボンブラックを用いた例の方がHAF−
Ls級適用例に比べて結晶の伸長が良好で、平均アスペ
クト比が若干高くなる傾向が認められた。
生成結果を適用した原料配合条件に対応させて表Iに示
した。
した。
比較のために、先行技術に相当する炭材を用い、その他
は上記と同一条件で実施した結果を比較例として表Iに
併載した。
は上記と同一条件で実施した結果を比較例として表Iに
併載した。
表Iの結果は、炭材にカーボンブラックを用いると比較
例に比べて生成物中のSiC微粒子状物の含有率か大巾
に減少し、ホイスカーの生成収率が著るしく増大するこ
とを示している。
例に比べて生成物中のSiC微粒子状物の含有率か大巾
に減少し、ホイスカーの生成収率が著るしく増大するこ
とを示している。
また、その配合比率を本発明範囲(110〜400重量
%)内に設定することによって微粒子状SiCの生成が
効果的に抑制されることが判明するが、配合比率が40
0重量%を越えると未反応炭材の残留量増大に伴う焼却
処理の煩雑性が増大し、バッチ当りの収量が減少する。
%)内に設定することによって微粒子状SiCの生成が
効果的に抑制されることが判明するが、配合比率が40
0重量%を越えると未反応炭材の残留量増大に伴う焼却
処理の煩雑性が増大し、バッチ当りの収量が減少する。
実施例 2
籾殼灰化残渣(けい素源原料)に200重量%のファー
ネスカーボンブラック炭材(“SEAST5H“、東海
カーボン(株)製〕を混合し、さらにけい素源原料に対
し種々の割合で精製NaCll ,MgCl2を添加し
て混合共存させたのち実施例1と同一条件で加熱処理し
た。
ネスカーボンブラック炭材(“SEAST5H“、東海
カーボン(株)製〕を混合し、さらにけい素源原料に対
し種々の割合で精製NaCll ,MgCl2を添加し
て混合共存させたのち実施例1と同一条件で加熱処理し
た。
得られた炭化けい素ホイスカーは実施例1と同様のβ型
主体の純粋な単結晶であったが、NaCl,MgCl2
の共存比率がけい素諒原料に対して80〜200重量%
の範囲において生成反応が改善され、アスペクト比の著
増と若干の収率向上傾向が認められた。
主体の純粋な単結晶であったが、NaCl,MgCl2
の共存比率がけい素諒原料に対して80〜200重量%
の範囲において生成反応が改善され、アスペクト比の著
増と若干の収率向上傾向が認められた。
これらの結果を表■に示した。
なお、NaF,CaF2等その他のアルカリ金属または
アルカリ士類金属ハロゲン化物を混合した場合にもほぼ
同様の効果が認められた。
アルカリ士類金属ハロゲン化物を混合した場合にもほぼ
同様の効果が認められた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 イネ科植物の果実殼もしくは茎を焼却して得られた
灰化残渣に110〜400重量%のカーボンブラックを
混合し、非酸化性雰囲気下で1300〜1700゜Cに
加熱することを特徴とする炭化けい素ホイスカーの製造
方法。 2 吸油量(JIS−A法)が少くとも5Qcc/10
0Iのファーネスカーボンブラックを用いる特許請求の
範囲第1項記載の炭化けい素ホイスカーの製造方法。 3 灰化残渣に対し80〜200重量%のアルカリ金属
またはアルカリ士類金属のハロゲン化物を共存させる特
許請求の範囲第1項記載の炭化けい素ホイスカーの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9308681A JPS599516B2 (ja) | 1981-06-18 | 1981-06-18 | 炭化けい素ホイスカ−の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9308681A JPS599516B2 (ja) | 1981-06-18 | 1981-06-18 | 炭化けい素ホイスカ−の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57209813A JPS57209813A (en) | 1982-12-23 |
| JPS599516B2 true JPS599516B2 (ja) | 1984-03-02 |
Family
ID=14072710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9308681A Expired JPS599516B2 (ja) | 1981-06-18 | 1981-06-18 | 炭化けい素ホイスカ−の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS599516B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59213700A (ja) * | 1983-05-18 | 1984-12-03 | Tokai Carbon Co Ltd | SiCウイスカ−の製造方法 |
| US5087433A (en) * | 1987-02-20 | 1992-02-11 | Ibiden Co., Ltd. | Method and apparatus for the production of SiC whisker |
| CN1042830C (zh) * | 1992-11-27 | 1999-04-07 | 中南工业大学 | 用稻谷壳制取石墨碳化硅涂层及β-SiC细粉和β-SiC晶须的方法 |
| CN1041911C (zh) * | 1994-12-30 | 1999-02-03 | 徐以达 | 副产煤气的高品位碳化硅生产方法 |
| US20040009112A1 (en) | 2002-07-10 | 2004-01-15 | Advanced Composite Materials Corporation | Silicon carbide fibers essentially devoid of whiskers and method for preparation thereof |
| US7083771B2 (en) | 2002-07-10 | 2006-08-01 | Advanced Composite Materials Corporation | Process for producing silicon carbide fibers essentially devoid of whiskers |
| KR20040034968A (ko) * | 2002-10-17 | 2004-04-29 | 장영철 | 실리콘 폐슬러지로부터의 탄화규소 휘스커의 제조방법 |
| US20070235450A1 (en) | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Advanced Composite Materials Corporation | Composite materials and devices comprising single crystal silicon carbide heated by electromagnetic radiation |
| CN101864619A (zh) * | 2010-06-18 | 2010-10-20 | 吉林大学 | 利用稻壳制备微纳米直径碳化硅短纤维和晶须的方法 |
| JP5766160B2 (ja) * | 2012-08-23 | 2015-08-19 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 多孔質電極形成用グリーンシート、焼成用補助シートおよびその利用 |
-
1981
- 1981-06-18 JP JP9308681A patent/JPS599516B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57209813A (en) | 1982-12-23 |
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