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JPS61291496A - 炭化ケイ素ホイスカ−の製造法 - Google Patents

炭化ケイ素ホイスカ−の製造法

Info

Publication number
JPS61291496A
JPS61291496A JP60129125A JP12912585A JPS61291496A JP S61291496 A JPS61291496 A JP S61291496A JP 60129125 A JP60129125 A JP 60129125A JP 12912585 A JP12912585 A JP 12912585A JP S61291496 A JPS61291496 A JP S61291496A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
furnace
gas
normal pressure
whiskers
monoxide gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60129125A
Other languages
English (en)
Inventor
Hachiro Ichikawa
市川 八郎
Koichi Takada
紘一 高田
Masao Saito
真佐旺 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Light Metal Co Ltd filed Critical Nippon Light Metal Co Ltd
Priority to JP60129125A priority Critical patent/JPS61291496A/ja
Publication of JPS61291496A publication Critical patent/JPS61291496A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/005Growth of whiskers or needles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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) 本発明は炭化ケイ素ボイスカーの製造法に関し、極めて
簡単な装置を用い、従来製造困難であった長いボイスカ
ーを容易に得ることができる方法に関する。得られた長
いホイスカーに引張強度が著しく高いので、FRM等複
合材料のフィラーとして利用することができる。
(従来の技術とその問題点) 炭化ケイ素ホイスカーの製造については従来から種々の
方法があり、例えば特開昭58−45195号に記載さ
れている如く炭化させた籾殻のような珪酸力を含んだ灰
化物とベレット状カーボンブラックの混合物を非酸化性
雰囲気下で加熱して炭化ケイ素ホイスカーとする方法が
ある。反応生成物の炭化ケイ素ホイスカーが未反応カー
ボンブラック中に分散していて、燃焼除去する必要があ
り、従ってホイスカー表面が酸化される可能性があり、
また得られたホイスカーも径α1〜α5μm、長さ10
0〜400μmと短いものである。
一方、特公昭54−17’720号に記載されている炭
化ケイ素ホイスカーの製造法はホイスカ−の径01〜1
μm、長さ50mm以下C平均38mm)と極めて長い
ものではあるが、反応容器の入口側高温部で原料のSi
Oを発生せしめ、出口側低温部でSiOとCO混合ガス
によりホイスカーを生長せしめるもので、従って炉内の
温度勾配、混合ガス組成、供給速度の適切なバランスを
保つ必要があり、製造に用いる装置が極めて複雑で、工
業化上難点がある。又、得られたホイスカーにはかなり
の量のシリカが付着しており、これを溶解除去すること
が必要となる。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、以上の問題点を解決Tるため、SiOと
COにょるSiCホイスカーの製造法について研究を重
ね、SiOの合成反応と、SiOとCOからSiCホイ
スカーを成長せしめる反応とを、反応容器内における圧
力を変更することにより、それぞれ効果的に進行せしめ
ることができ、従って、この2つの工程を交互に繰返す
ことにより、炉内の炭素質面上に長繊維状のSiCホイ
スカーが得られることを見出し、反応条件について検討
を重ね本発明を完成するに至った。
本発明方法は、二酸化ケイ素を還元して炭化ケイ素ボイ
スカーを製造する方法において、(イ)炉内に置かれた
二酸化ケイ素と一酸化炭素ガスを1100°C以上、常
圧以下で接触させ、一酸化ケイ素ガスと炭酸ガスの混合
ガスを発生させ。
C口)次に、上記炉内に発生した混合ガスに一酸化炭素
ガスを添加し、1100℃以上、常圧以上に保持して炉
内の炭素質面上にホイスカーを生成させる工程。
とからなり、上記(イ)と(ロ)の工程を少なくとも数
回交互に繰返すことを特徴とするものである。
このようにして、炉内の反応条件を変えることによって
極めて容易に長繊維状のSiCホイスカーを製造するこ
とができる。
次に、上記SiCホイスカーの生成Tる反応機構の概略
は以下のように考えられる。
炉内の容器に充填された5i02粉末はCOガス雰囲気
で加熱される。1100”C以上に加熱したとき、Co
ガス圧力を常圧より低くすると、次式によりSiOが気
化する。
SiO□十CO−>5io(ガス)十co2(ガス](
1)このSiOガスは以下の反応でSiCホイスカーを
生成する。
5iO(ガ、U+20−+5iO([m体1+OO(ガ
ス)(2)SiOfカス)+3C!O+5iO(+ff
1体)+2004ガス)(3) 上記(1)の反応の自由エネルギーは ΔG=ΔG”+RTtnpE−1O°pCo、  、ノ
CO で示され、反応を進行させるためには減圧状態が望まし
い。
上記(1)式の反応で充分なSiOが容器内に生成され
ると、炉内のC、(StO2の充填に用いた炭素質容器
、炉壁又は炉内に設けた炭素質面等) と反応し、(2
]式の反応でSiCホイスカーの結晶核が生成する。所
定の温度範囲に維持することで生成該の上(こ上記(3
1式の反応で同時にSiCホイスカーが成長しはじめる
と考えられる。しかし上記(3)式に相当する反応の自
由エネルギーΔGは であり、反応を進行させるためには常圧より加圧状態の
方が、SiCホイスカーの成長が早いと考えられる。
次にさらに詳しく述べると、反応に使用されるS iO
2粉末は特に純度を規定する必要cハないが、8102
分として99%以上が好ましい。粒度は200μm以下
がよい。SiO用Si源として0、より高純度が必要な
場合には、金属ケイ素粉末を使用することができる。
反応炉及びSiO□粉末の静置容器ξしては、1100
℃以上の高温になるので、1600℃以上で、好ましく
は2000°C以上で焼成した、例えば黒鉛質のものが
よい。これは、高温で揮発分が揮発して、上記反応温度
で炉内の雰囲気を汚染するものが生じないためである。
8102粉末は反応炉の底に載置しても、充填用容器の
中に入れて反炉中に挿入してもよく、炉材や前記StO
2粉末容器(若し必要ならば)はSiCやSi3N4等
の焼結晶でもよい。
次に、SiOホイスカー生成生成炭素質面としては、反
応炉炉壁面自体でも、炉壁上にさらに炭素質材料で被覆
し、あるいは炭素質材を炉内に垂下せしめたものでもよ
い。但し、 SiCホイスカーの長繊維状のものが伸長
するための炉内空間は必要であり、炉の内側の大きさと
しては、角形炉の場合、縦10〜50cm、覆10〜5
0cm、長さ20〜200 cmの範囲が目安であるが
、もちろん、それに限られた寸法のものではなく、また
円筒状でもよい。
反応炉内の雰囲気の温度範囲については、11oo’c
以上、好ましくは1200〜1600°Cがよ<、11
00°C以下では前記(11式の反応が起り難く、16
00°Cを超えるとβ−8iCホイスカーからα−8i
Cに結晶構造が変化し易くなるため前記温度範囲に維持
する必要がある。この温度範囲において、炉内は20〜
50°C以内の温度差に保つことが好ましい。
また、前記1100℃以上の温度範囲で、ガス組成を変
え、雰囲気圧力を交互に常圧(1気圧)以下と常圧以上
に操作することでSiCホイスカーの長a維状のものを
得るのであるが、常圧以下とは02気圧以下、好ましく
は04気圧以下がよい。
α2気圧℃下では(1)式の反応を促進するが、炉内に
気化したSiOガスを無駄に排出してしまうからである
。また、常圧以上とは、1.1気圧以上好ましくは1.
2〜zO気圧がよ<、20気圧以上では炉のシールや耐
圧に問題がある。しかし、その心配がなければそれ以上
でもよい。
また、常圧以下に保持する時間及び常圧以上に保持する
時間は、それぞれ5分〜3時間程度で良く、各工程を各
々数回以上繰返してSiCホイスカーを成長させる。な
お、反応はS s O2粉末がほとんど無くなるまで行
なってもよいが、途中で止めても良いことは勿論のこと
である。
(実施例) 以下に実施例により、本発明をさらに具体的に説明Tる
実力例 純度99.8%以上の平均粒径2μmの金属ケイ素粉を
αIN希塩酸で酸化処理した。脱水乾燥後、高純度黒鉛
製国体に前記処理粉体を入れ、雰囲気中にセットした。
減圧COガス雰囲気のもとで昇温し、1500℃に達し
てから1時間後に、COガスを導入し、1.5気圧とし
、2時間保持した。以降2時間毎に減圧(01気圧)、
加圧(1,5気圧)を繰返し、20時間保持した。冷却
後、黒鉛容器内壁に生成した繊維の特性を調べた。結果
を次の第1表に示す。
第1表 注 ※痕跡のα−石英を含む。
試各1〜4は上記実施例で得られた同反応生成物から得
たもので、かなりの分布のあることを示している。
(発明の効果) 本発明方法によって得られたSiCホイスカーの特徴を
以下に述べる。    。
(al平均直径は1μm以上、平均長さは40mm以上
の長繊維状のものである。アスペクト比(長さくμl/
直径(μmN  で60.000〜7.000と従来品
より極めて大きい。比較のため、市販品の特性を次の第
2表に示す。
第  2  表 (blX線回折により調べた結果、構造はほとんどβ−
3iCホイスカーである。痕跡として石英の結晶が認め
られる場合もある。籾殻等の原料を用いた場合、ホイス
カーと不純物(AI 203. MgO、CaO。
に20.P2O5その他】ないしは残存原料との分離工
程を必要とするが、このX線回折試料は炉から取出され
たままのホイスカーである。分離工程なしで、若し必要
としても痕跡の石英除去工程のみで、極めて高純度なS
iOホイスカーが得られる。
(C)引張強度は350〜2,000kg/rrm2の
値を示した。
以上の如く、本発明方法によれば極めて簡単な装置を用
い長いホイスカーを容易に得ることができ、得られた長
いホイスカーは引張強度が著しく高いものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、二酸化ケイ素を還元して炭化ケイ素ホイスカーを製
    造する方法において、 (イ)炉内に置かれた二酸化ケイ素に一酸化炭素ガスを
    1100℃以上、常圧以下で接触させ、一酸化ケイ素ガ
    スと炭酸ガスの混合ガスを発生させ、 (ロ)次に、上記炉内に発生した混合ガスに一酸化炭素
    ガスを添加し、1100℃以上、常圧以上に保持して炉
    内の炭素質面上にホイスカーを生成させる工程。 とからなり、上記(イ)と(ロ)の工程を少なくとも数
    回交互に繰返すことを特徴とする炭化ケイ素ホイスカー
    の製造法。
JP60129125A 1985-06-15 1985-06-15 炭化ケイ素ホイスカ−の製造法 Pending JPS61291496A (ja)

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JP60129125A JPS61291496A (ja) 1985-06-15 1985-06-15 炭化ケイ素ホイスカ−の製造法

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ID=15001701

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JP60129125A Pending JPS61291496A (ja) 1985-06-15 1985-06-15 炭化ケイ素ホイスカ−の製造法

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01239100A (ja) * 1987-06-04 1989-09-25 Ind Res Inst Japan 単結晶ウイスカ−の製造方法
JPH01287000A (ja) * 1988-05-13 1989-11-17 Honda Motor Co Ltd 炭化ケイ素ウィスカの生成方法
US5055276A (en) * 1989-11-15 1991-10-08 Huckins Harold A Ceramic whisker growing system

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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