JPS6259600A - 酸窒化ケイ素繊維状集合体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）　　発明の技術分野 本発明は酸窒化ケイ素繊維状結晶（ウィスカーを含む）
集合体の製造法、さらに詳しくいえばケイ素にマグネシ
ウム、銅など特定の金属を組合わせ必要に応じて、アル
ミニウムを加えケイ素の表層に合金をあらかじめ作り、
これと酸窒化ケイ素種結晶に二酸化ケイ素を加えて混合
、あるいは造粒し反応せしめることによシ結晶性及び蝋
度に優本発明者らの先願の方法によれば、ケイ素と二酸
化ケイ素にマグネシウム、アルミニウム及び銅など特定
の金属あるいはその塩を加え酸窒化ケイ素種結晶を添加
して作った成形体を加熱窒化するものであるが先願にお
ける出発原料粒子の相互反応について述べるとケイ素、
二酸化ケイ素、マグネシウム、アルミニウム及び銅ある
いは鉄等の金属のうチ、マグネシウムとアルミニウムＨ
６００℃付近から拡散し、ひきつづき溶解してケイ素、
銅あるいは鉄など金属と容易に合金を形成するが、一方
においては二酸化ケイ素にも溶けて会合するためシリカ
の溶融体を形成し易くなシ、二酸化ケイ素の反応の減少
がもたらされる。そのため、成（Ｃ）解決しようとする
問題点 本発明者らは上記の問題の解決のため鋭意研究とによっ
て成形体の表層部よシ内部まで結晶性と繊度に優れた酸
窒化ケイ素繊維状組織を増加生成せしめた（第１の方法
）。また上記第１の方法においてケイ素合金と二酸化ケ
イ素を造粒することによシ形状保持性がよく、細い繊維
状組織を有する集合体を形成せしめた（第２の方法）。

（ｄ）　　発明の問題点解決の手段 本発明では、先願の欠点を改善するためあらかじめ各種
金属によシケイ素の表層部に合金を形成させ、これに二
酸化ケイ素を加えあるいは造粒すラム、アルミニウムあ
るいは銅など触媒の金属の溶は込みを抑制することによ
シ結晶性がよく繊度に優れた酸窒化ケイ素集合体を１）
、２）で示した反応式によって再現性よく得ることを可
能にした製造法である。

５ｉ（Ｓ）＋　８　ｉ　０２　（Ｓ）　　−−−一→　
２ＳｉＯ＠）　ｌ）２ＳｉＯ（ｇ）＋２Ｓｉ（Ｓ）＋２
Ｎ２−２Ｓｉ２ＯＮ２（Ｓ）　２）なお、上記の反応に
関連してケイ素合金粒子及び二酸化ケイ素との造粒の効
果について更に詳しく説明する。

（ｅ）発明の作用 （１）　　ケイ素にマグネシウムとアルミニウム、触媒
として銅あるいはマンガン、鉄、ニッケル、コ合金相を
形成させる。これら調製法によれば比較的低温度領域に
てケイ素合金は形成されるがケイ素の融点１４２０℃ま
で達するように行なうのが有利である。

（２）マグネシウムは空気中の酸素や湿分と容易に化合
して酸化膜が形成され、ときにＭｇ　（ＯＨ）２の繊維
を生成する。このようにマグネシウム表面に酸化膜がで
きるとケイ素や銅など触媒と合金を形成しにくくなる一
方では二酸化ケイ素と反応しマグネシウム−シリケート
溶融体を形成し易い。

このため活性を有するマグネシウム成分を得るため、本
発明ではあらかじめマグネシウムをケイ素及び各種の金
属と加熱し合金粒子を形成させた。

これはマグネシウムあるいはアルミニウム成分の酸化に
よる経時変化が少なく主たるケイ素金属表面への汚染の
タカい合金粒子を提供するものである。

（３）更に合金粒子を形成させる過程でその大部分を占
めるケイ素粒子の角は丸味を帯び揃った形状となるので
次の段階で二酸化ケイ素との反応は一散を防止できる。

（４）合金粒子と二酸化ケイ素の粒状化にはバインダー
と水を加えて混ぜ合せ乾燥した後粉砕しふるいによって
０．０７〜２ｆｆのちらさに造粒する。

バインダーとしてはカルボキシメチルセルローズ、メチ
ルセルローズ、ポリビニールアルコ−ルナトを３〜１０
重量％の溶液として使用する。これらバインダーは粉末
混合物の全量の２〜１０１量％　　　１の割合で加える
。本発明では混合粉体を粒状化することにより反応体相
互の接触がよくなるために更に均等な反応が進行すると
考えられる。

（５）上記粒状体を成形し窒素雰囲気中にて加熱すると
多成分合金粒子と二酸化ケイ素粒子は徐々に反応して成
形体内部で二酸化ケイ素よりなる液リーケート溶融体が
少なく結晶性のよい酸窒化ケイ素が生成する。

上記の作用は確実かつ完全であり、効果は非常に大きく
ケイ素表層部における合金相の形成、反応体の粒状化の
有効性を証明するものである。

次の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

（ｎ　　発明の実施例 実施例１ ケイ素２．５５６．ｙ（モル比５）に銅０．００７　ｇ
（モル比０．００６）、アルミニウム０．００７　ｇ（
モル比０．０２）、マグネシウム０．１３８ｇ（モル比
０．３）の各微粉末を混合する。この混合物を十分混合
したのちｉｏｍφの円柱状に成形する。

成形体を窒化ケイ素質゛容器に入れた後、蓋をかぶせて
アルゴンと水素を各毎分８０　’／　　　５　’４分・ 導入しながら抵抗加熱炉で２０　’４の昇温速度で急速
に上げ、６５０℃において３０分間保持した後、昇温速
度７℃／分で１４２０℃まで昇温させ８０分間保持する
。この工程によってケイ素の表のちＬＯｆｌφＸ７ｆｌ
の円柱状に成形し窒化ケイ素ボートに入れ窒素ガスを３
０吟分の割合で導入し、７′ｃ／分の速度で１４７０℃
まで昇温し、この温度で５時間保持した。

この工程によって成形体は１０数倍のかさとなり、ふわ
ふわとして崩れにくい酸窒化ケイ素集合体が得られる。

このかさの多い集合体の一部を顕微鏡で測定した結果は
図に示すように太さ０．５〜３μ、長さ５０〜３００μ
毒、平均長さ１００μ雷の比較的そろった結晶で表面の
ものほど細く長く、きれいなもので２％に達するものも
得られる。内部標準を用い粉末Ｘ線回折によシ定量を行
った結電、− ℃であるが、１４３０〜１４７０℃が適当である。

０．５モル以上のマグネシウムを添加すると集合体の中
心部に合金の団塊が残シ均一な繊維状集合体を得ること
ができない。マグネシウムの添加量を減少させ０．１モ
ル以下とすると結晶性のよい針状結晶の生成が少なくな
る。マグネシウムは市販の純度９９％以上のものを１５
０μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の粉末度にしたも
のが好適である。なお、ケイ素と二酸化ケイ素のうちケ
イ素は市販の純度９９％、ｉｏ〜５０μｍの粉末度を用
いたとき均一な繊度を有する結晶を生長させるのに好適
であり、かつその混合割合はケイ素３．５〜５に対し二
酸化ケイ素１（モル比）の範囲で比を変えても酸窒化ケ
イ素結晶を得られることが分った。

二酸化ケイ素は１０〜６０μ慣が適当であり粒度が、微
− それ以上に粗くガると未度応となシ残留した。声金属、
アルミニウム、マグネシウムのモル比５：１　：　０．
００６　：　０．０２　：　０１の大部分の繊維状集ケ
イ素２．５５６ｇ（モル比）５に塩化第二銅０．０１４
８ｇ（銅としてモ／Ｖ比０．００６）、マグネシウム、
０．１８８ｇ（モル比０．３）の各微粉末を混合する。

この混合物を実施例１と同様の工程によって成形体の１
０数倍のかさに達した集合体が生成する。繊維状結晶の
太さ１〜５μｍ、長さ３０〜２００μｍ、平均８０μｍ
の長さで長いものでは２ｎに達するのも見られ生成相は
５ｉ２ＯＮ２６８％、α−８ｉ３Ｎ４１２％、β−８１
３Ｎ４４％である。

繊維状結晶の生成する温度範囲は１８８０〜１５００℃
であるが、１４３０〜１４７０℃が適当である。

重金属を添加する場合、反応条件下で金属に変換される
様な塩、たとえば塩化物、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩を用
いることができる。

実施例３ 施例１と同様にケイ素の表層部分にＭｇ　Ｍ　ｎ　２、
ＡｌＭｇ、Ｍｇ２８ｉ　　を形成させる。次に合金粒子
に二酸化ケイ素０．６００６ｇ　　（七〃比１）及び全
量の１０重量％の酸窒化ケイ素結晶を加えメチルセルロ
ーズ３％溶液０．８　ｍ／！加えて成形する。成形体は
８０℃で２０時間乾燥した後乳鉢で粉砕し７Ｑｍｅｓｈ
（０，２ｇ＋＋＋＋）〜２００ｍｅｓｈ　（０，０７ｍ
）に粒度を揃える。造粒したものを２．５ｇとＤ２００
Ｋｇ／ｉで１０ｆｌφＸ７ｓｅ＋＋の円柱状に成形し窒
化ケイ素容器に入れ窒素ガスを８０　’／分の割合で導
入し、７℃／分の速度で１４７０℃まで昇温し、この温
度で５時間保持した。

この工程によって成形体は１０数倍のかさとなり、ふわ
ふわとした崩れにくい酸窒化ケイ素集合体が得られる。

繊維状結晶は０．２〜２μｍと細く、長さ７０〜３００
μｍ、平均長さ１２０μｍ　と揃つきつづき均等な結晶
の核生成に貫献した。その結果、細い繊維状結晶からな
る集合体を生成させることができた。

実施例４〜２０ 実施例１あるいは実施例３と同じ様にして銅、鉄、マン
ガン、ニッケル、コバルト、クロムマタはその塩を用い
て処理することによシ結晶性のよい酸窒化ケイ素繊維状
結晶を得ることができた。

この際の生成条件と生成相の収率を次表に示す。

＠）発明の効果 このように本発明は細くからみのある結晶よりなる形状
保持性のよい酸窒化ケイ素繊維状集合体を容易に製造す
ることができる。

本発明によって得られる酸窒化ケイ素繊維状結晶集合体
は宇宙、海洋及び環境化学用材料、軽合金、窯業、高温
電気等、あるいは原子力、石油化学等プラントに用いら
れる耐熱及び断熱材料としであるいは金属やプラスチッ
クやガラスの複合強化材料として壬の性能を向上させる
一方、フィルターなどにも利用され得るものである。

ｊ・−・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケイ素粉末にマグネシウム及び銅、鉄、マンガン、
   ニッケル、コバルト、クロムの中から選ばれた金属もし
   くはその塩の少なくとも一種の混合物に必要に応じてア
   ルミニウムを添加し、不活性あるいは還元性雰囲気中で
   １４５０℃以下に加熱、合金形成粉末となし、この合金
   粉末に二酸化ケイ素と酸窒化ケイ素を加え混合、あるい
   は必要に応じて粒状化して成形し、この成形体を窒素気
   流中１３８０℃以上に加熱することを特徴とする酸窒化
   ケイ素繊維状集合体の製造法。 ２、ケイ素に金属もしくはその塩を加えて加熱しケイ素
   を合金化する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、ケイ素合金形成粉末に酸窒化ケイ素結晶を加えた二
   酸化ケイ素の混合物を、粒径０．０７〜２ｍｍに粒状化
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。