JPS63270400A - 炭化珪素ウイスカ−の製造方法 - Google Patents

炭化珪素ウイスカ−の製造方法

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JPS63270400A
JPS63270400A JP10525087A JP10525087A JPS63270400A JP S63270400 A JPS63270400 A JP S63270400A JP 10525087 A JP10525087 A JP 10525087A JP 10525087 A JP10525087 A JP 10525087A JP S63270400 A JPS63270400 A JP S63270400A
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JP
Japan
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sic
whiskers
whisker
silicon carbide
compound
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JP10525087A
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English (en)
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Akio Enomura
榎村 昭男
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭化珪素ウィスカー(以後SiCウィスカー
と略称する)の製造方法に関し、特に効率良く積層欠陥
の少ない高品質のSiCウィスカーを製造する方法に関
する。
〔従来の技術〕
SiCウィスカーは金属、樹脂、ガラス等の母材と複合
して、弾性率、剛性率、破壊強度等の複合材の緒特性を
向上させる補強材として利用され始めている。
SiCウィスカーの製造方法としては、シリカ法(例え
ば特公昭60−グル210 )および気相法(例えば特
公昭32−J♂760)が知られている。シリカ法は籾
殻等に含まれている5i05および炭素原料の炭化還元
反応を利用し、気相法は、CH35i013等の化合物
気相の熱分解または5iO−炭素原料系気相等の反応が
利用される。上記シリカ法および気相法において製造さ
れるウィスカーは準粉末状であり積層欠陥、分校等が多
数含まれていることが特徴である。
固相のSiCを出発原料とし、これを昇苺して−担ガス
原料した後、再結させてSiCウィスカーを作成する方
法、即わち昇華再結晶法も考えられている。(例えばJ
、 Crystal Growth ya 、り÷(/
り72))コ’)方法の特徴は、2300−ZAOO’
Cの高温に保持したいとウィスカーの成長がおこらず、
加熱等にエネルギーを要するという経済的な問題がある
こと、成長方向が前2者の方法とは異なっていることで
ある。
本発明は、上記昇華再結晶法、シリカ法および気相法等
のSiCウィスカー成長法における新規な添加剤を提供
するものであり、特に廉価な研削用粉末SiC等を原料
として使用できる昇華再結晶法を低温領域で実現でき、
かつシリ方法においても良質のSiCウィスカーを成長
させる添加剤を提供するものである。
〔発明が解決しようとJ゛る問題点〕
シリカ法および気相法で製造されるウィスカーは直径は
7ミクロン以下で長さは@tooミクロン、アスペクト
比30〜60の場合が多い。さらにウィスカーには積層
欠陥が多数含まれており、さらに枝分れや、折れ曲がっ
ているものなども成長しており、一方向に伸びた単結晶
ではない。寸法が上記のように微細過ぎると複合材にし
た場合ウィスカーがマトリックス中に溶解消失したり、
アスペクト比が不十分であることから複合効果が発揮さ
れにくいという問題が生じ、完全な単結晶ではないとい
うとは、弾性率等の物性値が理論値に達していない可能
性があること、枝が複合材の破壊起点として介在する恐
れがある等の間岩(を生じる。
昇華再結晶法で作成されるウィスカーは、成長方向がシ
リカ法および気相法と異なっており単結晶に近いSiC
ウィスカーを作成できるという長所を有するもののSi
Cの昇華分解温度がλr30”(:と高いため2300
〜2t00℃ の高温に保持しないとウィスカーの成長
がおこらず加熱等にエネルギーを要するという経済的な
問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
って、添加剤の共存下でウィスカー状の炭化珪素を結晶
成長させる炭化珪素ウィスカーの製造方法において、該
添加剤としてTi金属および/またはTi化合物を含む
添加剤を用いている。ざらにAJ金金属よびまた/Al
化合物を同時に添加すれば収量の向上を実現できる。
本発明は、上記昇華再結晶法およびシリカ法において好
まし〈実施されるが気相法においても実施することがで
きる。
本発明に用いられるTi金h’rおよび/またはTi化
合物としては金%Tiおよび酸化チタン等が例示される
が分解、酸化、還元等によりTiを生じるもの・であれ
ば、四塩化チタン等のガス状原料等も使用できると考え
られる。
昇華再結晶法において使用するSiC原料は、任意の結
晶型(α型、β型)および形状のものを使用することが
できる。内でも粒径O1/〜200μmの粉末が取り扱
いおよび昇華速度確保の点で好ましい。81G原料に添
加混合する形で使用する場合には、5j−0原料に対し
て酸化チタンとして0.7へO9jのmBの割合で添加
混合することが本発明の効果が顕著になるとともに高い
生産性が得られるので鼾ましい。又、原料にSiCを用
いた昇華再結晶法においては、T1金属の場合は、0.
05へ(7,7の重量の割合で添加混合し、さらにシリ
カ、四ホウ酸ナトリウム等の酸化物を原料5iCK対し
て酸素型組に換算して0.3〜0.!の重量の割合で該
混合物に添加混合することが好ましい。さらに昇華再結
晶法において金85アルミニウムを原料SiCに対して
o、oi〜0./jの重量の割合で原料5iCKあらか
じめ絵加混合しておくことはSiCウィスカーの生産性
を高めるのに有効である。
昇華再結晶法においては上記原料なAr+N2 +He
等の不活性ガス2囲気で770Q〜2000℃ 好まし
くは/7!0−11jO″Cに加熱することにより、S
iCウィスカーを生成することができる。1700″C
以下ではウィスカーの生成はなく xooo℃より高く
加熱すると板状SiCが生成しやすい。
シリカ法においてはSiC原料として5i05とカーボ
ンを原子比でおよそl:/に混合し、該混合物に対しT
i金属を0.03〜0.2の重量の割合で混合すること
が本発明の効果が顕微になるので好ましい。さらにシリ
カ法において金属アルミニウムを上記5i05とカーボ
ンの混合物に0.0/〜0010の重量の割合で該混合
物にあらかじめ添加混合しておくことは、SiCウィス
カーの生産性を高める上で有効である。
シリカ法においては、上記原料をAr +N2 +He
等の不活性ガス雰囲気で/乙Oθ〜/l’00″Cで好
ましくは/ljOA−/7jO℃で加熱することにより
SiCウィスカーを生成することができる。/ 1.0
0″Cより低温であると炭化還元反応が十分に進行しに
くく/100″C以上であると原料の蒸発が著るしく 
SiCの生成がおこりにくい。
上記説明においては、安価な5i(3または5i05お
よび炭素材料等の原料を使用できる昇華再結晶法および
シリカ法について述べたが、気相法にも本発明は任意の
態様で実施される。
〔作 用〕
酸素雰囲気下におけるSiCの昇華分解反応2sic 
(sl + o2(gl→2 SiC(gl + uo
(Sl   (1)S:固相、g:気相 において、生成した反応物のうち気相sio(g)は再
び固相G (Slで次の2様の反応 SiCfgl + 2 C(sl→5iC(s) + 
GOfgl     (21SiC(gl 十〇(S)
→5i(sl + co (g)      (31を
おこすが本発明者はこの反応において再結晶反応(2)
においてTiもしくはTiとAlがウィスカー状5i(
3を発生せしめることを見い出した。すなわち酸素雰囲
気下でのSiCの昇華分解反応においてTiもしくはT
iとA4が系に存在するとウィスカー状のSiCの発生
が生じ、該反応は比較的低温の7700〜2000″C
において生じる反応後の残留生成物の)1回折の分析結
果より5i(s)およびC(s)の生成も確認されてい
る。本発明者は酸素雰囲気の原料としてはTiの耐化物
および/または、シリカおよび/または四ホウ酸二ナト
リウム等の上記反応温度域において酸素分圧が70−6
〜10−8%圧のものが良好な効果を与える酸素雰囲気
を生ぜしめることを見い出した。
本発明者は上記知見に基づきざらに反応S’i0g (
s) + 3(s)→sic (sl + 2co (
gl     (4)による3 ic fslの晶出現
象において、TiもしくはTiとAlが反応系内に存在
せしめると、晶出したSiCはウィスカー状になること
を見い出した。
T1もしくはTiとAlの存在下において反応(2)及
び反応(4)で成長したウィスカーの特徴は電子顕微鏡
を用いた解析により、幅数ミクロン、厚さ1ミクロン以
下、長さ/朋以下の短冊の形状をとり積層欠陥はなく成
長方向は〔I2O3であることを見い出した。
本発明のウィスカーに積層欠陥が含まれないのはこの成
長方向に起因する。すなわち、従来のシリカ法、気相法
により成長させたウィスカーの成長方向は(///)で
あるが、この(/ / /)の断面に相当する面(//
/)は最も表面エネルギーの小さい基本面である。従が
って(///)はこの基本面の積み重ねによる層状構造
をとる分であるが成長速度を厳密にコントロールしない
限り規則的な積み重ねの繰り返しが実現されず、不規則
な積み重ねより生じた層状構造部わち積層欠陥が生じて
しまうのである。
一方本発明によるSiCウィスカーの成長方向は(//
のであるがこの方向の断面〔I2O3は基本面ではない
。従がってこの方向のウィスカーは層状構造をとらず積
層欠陥は発生しえないのである。
本発明者は〔l10)成長の原因として、Tiもしくは
TiとAlの(///)上への吸着等による(///)
方向への成長の抑制あるいはTi もしくはTiとAl
の(110)上への吸着等によるこの面ノ表面エネルギ
ーの(/ / /)よりの引き下げによる(llO)へ
の成長を推察している。
本発明によっては取り上げられなかった気相法において
もT1もしくはTiとAlが〔llO〕もしくは(io
o〕成長の原因となり結果として昇華再結晶法およびシ
リカ法と同様に積層欠陥のない良質の単結晶が作成され
えることは上述したxbより明らかである。
〔実 施 例〕
実施例−/ 粒径が7μm以下の焼結用β型SiC粉末と、200メ
ツシュの金よTi粉末と、同200メツシネの金FAA
l!粉末とを重量比で7♂:2/:/となり、合計10
9となる様秤ffi混合した。該混合物に四ホウ酸ニナ
) IJウムを7gr加えた後ヘキサンおよびボールミ
ルを用いた湿式混合により混合した。該混合物を乾燥後
BNルツボに入れAr、/気圧の雰囲気下で/♂00″
CK/時間加熱した。冷却後該ルツボ内を観察した所ル
ツボ壁面にtR維状物が成長していた。該繊維状物の合
計fit Mk、は約弘7mgであった。
実施例−コ 実施例−ノで使用した物と同じSin、およびA/粒粉
末200メツシユの酸化チタンとを重量比で7412二
2グとなり、合計lOりとなる様、秤ルし混合した。該
混合物を黒鉛ルツボに入れ、実施例−/同様Ar /気
圧雰囲気下で/100″GK/時【11保持した。該ル
ツボ内には実施例−/同様ルツボ壁面から繊維状物が成
長しており、該繊維状物の合計型Nは約♂jmgであっ
た。該繊維状物を走査型電子顕微鏡で観察するとともに
結晶型を511べた。
該繊維状物は第1図に示すように/−7μmの巾、厚さ
約0.18mを有する短冊状SiCでポリタイプは3G
成長方向は〔/10)方向であり、(/ / /)面が
短冊の表面と一致した。又該SiCウィスカーは完全な
単結晶に近く、転位や欠陥の少ないものであった。又X
線で測定される結晶子の大きさは10nm以上であった
実施例−3 試薬級無水二酸化硅素粉末と/lOメツシュのカーボン
ブラックを原子比でl二/に秤」混合し、該混合物と実
施例−7で使用した物と同じTiおよびA/粒粉末を重
1比lr弘:/夕:lで秤h(シ混合した。該混合物を
BNルツボに入れAr /気圧の雰囲気下で7700″
CKλ時間加熱した。約tomgの繊維物が成長してい
た。
比較例−1 粒径//Jm以下のα−8iC(4H)粉末とLa2O
3粉末とを重量比でり!:!となり合計で10grとな
るよう秤ル混合し、黒鉛ルツボに入れ、Ar、i気圧の
雰囲気下で2143−0”CVC2時間保持した。その
結果黒鉛ルツボの内壁に直径約l〜10μmの棒状のS
iCウィスカーが成長していた。結晶型はAHであり〔
10/l〕方向が成長方向であった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、実施例および比較例からもあきらかな
ように、β−8iCウイスカーを効率よく作成すること
ができる。又SiCを原料としI、aを添加する従来の
方法に比較して低温でウィスカーの成長を行なうことが
でき5.またシリカと炭素原料を出発原料とした場合で
も成長を行なうことができる。又作成されたSiCウィ
スカーは転位や積層欠陥が少なく完全結晶に近いもので
あり、複合材の−ふ5として使用された時高い強度を与
えることが予想される。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例−2で作成した繊維状結晶(炭化珪素ウ
ィスカー)の形状を示す図面に代る電千顕敬鏡写真であ
る。 手  続  補  正  書 昭和32年を月16日

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)添加剤の共存下でウィスカー状の炭化珪素を結晶
    成長させる炭化珪素ウィスカーの製造方法において、該
    添加剤としてTi金属および/またはTi化合物を含む
    添加剤を用いることを特徴とする炭化珪素ウィスカーの
    製造方法。
  2. (2)該添加剤がTi金属および/またはTi化合物の
    他にさらにAl金属および/またはAl化合物を含んで
    いる特許請求の範囲第1項記載の炭化珪素ウィスカーの
    製造方法。
  3. (3)該添加剤がTi金属であり、SiC原料に対して
    0.05〜0.3の重量比で混合されている特許請求の
    範囲第1項又は第2項記載の炭化珪素ウィスカーの製造
    方法。
JP10525087A 1987-04-28 1987-04-28 炭化珪素ウイスカ−の製造方法 Pending JPS63270400A (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS518760A (en) * 1974-07-15 1976-01-23 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Denkisojikino burashiteishisochi
JPS57111300A (en) * 1980-12-25 1982-07-10 Sumitomo Electric Ind Ltd Preparation of ceramic whisker
JPS61291498A (ja) * 1985-06-17 1986-12-22 Shin Etsu Chem Co Ltd 炭化けい素ウイスカ−の製造方法

Patent Citations (3)

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