JP2604753B2 - 炭化ケイ素ウイスカーの製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素ウイスカーの製造方法Info
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- JP2604753B2 JP2604753B2 JP62203940A JP20394087A JP2604753B2 JP 2604753 B2 JP2604753 B2 JP 2604753B2 JP 62203940 A JP62203940 A JP 62203940A JP 20394087 A JP20394087 A JP 20394087A JP 2604753 B2 JP2604753 B2 JP 2604753B2
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- silicon
- solid
- carbon
- silicon carbide
- carbide whiskers
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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ウイスカーの製造方法に関する。
（従来の技術） 近年、炭化ケイ素ウイスカーは、高強度、高弾性率を
有するだけでなく、耐熱性、耐食性にも優れていること
から、金属、プラスチックあるいはセラミックスなどの
複合材料の強化材として注目されている。この種の炭化
ケイ素ウイスカーの製造方法としては、従来、（イ）Si
（CH3）3Clなど有機ケイ素化合物を熱分解する方法、
（ロ）SiCl4などのハロゲン化物とCCl4や炭化水素とを
反応させる方法、（ハ）メタンなどの炭化水素類を炭素
源ガスとして供給し、シリコンと反応させる方法、
（ニ）炭化ケイ素を2500℃前後の高温で昇華再結晶させ
る方法、（ホ）Fe,Niなどの高温液相中でSiとＣとを反
応させる方法、あるいは（ヘ）固体SiO2と固体炭素を反
応させる方法などが知られている。
有するだけでなく、耐熱性、耐食性にも優れていること
から、金属、プラスチックあるいはセラミックスなどの
複合材料の強化材として注目されている。この種の炭化
ケイ素ウイスカーの製造方法としては、従来、（イ）Si
（CH3）3Clなど有機ケイ素化合物を熱分解する方法、
（ロ）SiCl4などのハロゲン化物とCCl4や炭化水素とを
反応させる方法、（ハ）メタンなどの炭化水素類を炭素
源ガスとして供給し、シリコンと反応させる方法、
（ニ）炭化ケイ素を2500℃前後の高温で昇華再結晶させ
る方法、（ホ）Fe,Niなどの高温液相中でSiとＣとを反
応させる方法、あるいは（ヘ）固体SiO2と固体炭素を反
応させる方法などが知られている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の（イ）〜（ホ）の方法では、Si
とＣとが共に同相、例えば、気相または液相となる必要
があり、どちらか一方でも固相であれば、粉末状のSiC
を生成し、所望の炭化ケイ素ウイスカーを得ることが困
難であった。このため、固体SiO2と固体炭素とを反応さ
せる方法（ヘ）が一般に採用されているが、炭化ケイ素
ウイスカーの生成反応が1600℃前後と高温であるため、
SiO2とＣとの直接反応によるSiC粉末の副生が避けられ
ず、ウイスカーとSiC粉末との分離が問題となる他、多
大なエネルギーを必要とし、製品コストが高くなるとい
う問題があった。
とＣとが共に同相、例えば、気相または液相となる必要
があり、どちらか一方でも固相であれば、粉末状のSiC
を生成し、所望の炭化ケイ素ウイスカーを得ることが困
難であった。このため、固体SiO2と固体炭素とを反応さ
せる方法（ヘ）が一般に採用されているが、炭化ケイ素
ウイスカーの生成反応が1600℃前後と高温であるため、
SiO2とＣとの直接反応によるSiC粉末の副生が避けられ
ず、ウイスカーとSiC粉末との分離が問題となる他、多
大なエネルギーを必要とし、製品コストが高くなるとい
う問題があった。
（問題点を解決するための手段） 本発明は、前記問題点を解決する手段として、固体シ
リコンと固体炭素とを混合又は接触させ、微量の酸素又
は水蒸気を含む不活性ガスからなるキャリアガス気流中
で800〜1300℃の温度に加熱維持して反応させるように
したものである。
リコンと固体炭素とを混合又は接触させ、微量の酸素又
は水蒸気を含む不活性ガスからなるキャリアガス気流中
で800〜1300℃の温度に加熱維持して反応させるように
したものである。
固体シリコンとしては、無定形シリコン、シリコン単
結晶およびシリコン多結晶の粉末、あるいは有形物を使
用でき、これらは単独は勿論のこと、混合して使用する
こともできる。
結晶およびシリコン多結晶の粉末、あるいは有形物を使
用でき、これらは単独は勿論のこと、混合して使用する
こともできる。
また、固体炭素としては、カーボン粉末やグラファイ
ト板、その他の任意の形態の炭素を使用できる。
ト板、その他の任意の形態の炭素を使用できる。
固体シリコンと固体炭素との混合物は、炭化ケイ素ウ
イスカーの生成時、通常、800〜1300℃、好ましくは、9
00〜1200℃の範囲内の温度に加熱維持される。前記固体
シリコンと固体炭素とを反応させる時間、即ち、反応時
間は少なくとも10分以上、好ましくは20分以上に設定す
るのが好ましい。なお、反応温度を800〜1300℃とした
のは、800℃未満ではウイスカーが生成されないか、あ
るいは生成されたとしても生成速度が遅くなり、また、
反応温度が高くなるほどウイスカーが太く、かつ、長く
なるが、1300℃を越えると、SiC粉末が副生するからで
ある。
イスカーの生成時、通常、800〜1300℃、好ましくは、9
00〜1200℃の範囲内の温度に加熱維持される。前記固体
シリコンと固体炭素とを反応させる時間、即ち、反応時
間は少なくとも10分以上、好ましくは20分以上に設定す
るのが好ましい。なお、反応温度を800〜1300℃とした
のは、800℃未満ではウイスカーが生成されないか、あ
るいは生成されたとしても生成速度が遅くなり、また、
反応温度が高くなるほどウイスカーが太く、かつ、長く
なるが、1300℃を越えると、SiC粉末が副生するからで
ある。
また、固体シリコンと固体炭素とは任意の割合で混合
できるが、SiとＣのモル比C/Siを小さくする程、太くて
長いウイスカーを得ることができる。
できるが、SiとＣのモル比C/Siを小さくする程、太くて
長いウイスカーを得ることができる。
前記炭化ケイ素ウイスカーの生成は、キャリアガス気
流中で行なわれるが、キャリアガスとしては、アルゴン
ガスなどの不活性ガスの他、反応温度において炭化ケイ
素ウイスカーの生成反応に悪影響を及ぼさないガスであ
れば任意のガスを採用できる。
流中で行なわれるが、キャリアガスとしては、アルゴン
ガスなどの不活性ガスの他、反応温度において炭化ケイ
素ウイスカーの生成反応に悪影響を及ぼさないガスであ
れば任意のガスを採用できる。
なお、本明細書において、炭化ケイ素ウイスカーと
は、針状の細長い結晶を総称し、必ずしも単結晶である
必要は無く、ファイバーのように多結晶からなるものを
も包含する。
は、針状の細長い結晶を総称し、必ずしも単結晶である
必要は無く、ファイバーのように多結晶からなるものを
も包含する。
また、炭化ケイ素ウイスカーの精製は、反応生成物を
空気中で加熱することによって未反応炭素を燃焼させ、
次いで、水ひなどの方法で容易に行うことができる。
空気中で加熱することによって未反応炭素を燃焼させ、
次いで、水ひなどの方法で容易に行うことができる。
（作用） 本発明方法によれば、固体シリコンと固体炭素とを混
合し、その混合物をキャリアガス気流中800〜1300℃の
温度に加熱維持させるだけで、固体シリコンの表面に炭
化ケイ素ウイスカーが生成される。この炭化ケイ素ウイ
スカーの生成機は、理論的には、十分に解明されていな
いが、炭化ケイ素ウイスカーが炭素の表面でなく、固体
シリコン上に生成されること、並びに反応系に重量増加
が認められ、その増加の原因がSiO2の生成であることか
ら、反応雰囲気中に酸素が存在することが判る。従っ
て、炭化ケイ素ウイスカーの生成に際しては、まず、雰
囲気中に存在する酸素により炭素およびシリコンが酸化
されて炭素酸化物（CO,CO2）やSiOを生成し、この炭素
酸化物と固体シリコンとの気相−固相反応またはSiOの
生成による気相一気相反応によりSiCを生成し、これが
成長することによりウイスカーが生成されるものと推測
される。なお、反応系には積極的には酸素を導入してい
ないにも拘わらず、このような反応が起こる理由は、外
部から反応系に導入されるキャリアガスに不可避的不純
物として酸素や水分が微量含有され、また原料である固
体シリコンや固体炭素に酸素が吸着されているためであ
ると推測される。また、キャリアガスと共に微量の水蒸
気を反応系に供給しても前記反応が起こり、炭化ケイ素
ウイスカーが生成される。なお反応系に酸素や水蒸気を
積極的に導入させる必要はない。
合し、その混合物をキャリアガス気流中800〜1300℃の
温度に加熱維持させるだけで、固体シリコンの表面に炭
化ケイ素ウイスカーが生成される。この炭化ケイ素ウイ
スカーの生成機は、理論的には、十分に解明されていな
いが、炭化ケイ素ウイスカーが炭素の表面でなく、固体
シリコン上に生成されること、並びに反応系に重量増加
が認められ、その増加の原因がSiO2の生成であることか
ら、反応雰囲気中に酸素が存在することが判る。従っ
て、炭化ケイ素ウイスカーの生成に際しては、まず、雰
囲気中に存在する酸素により炭素およびシリコンが酸化
されて炭素酸化物（CO,CO2）やSiOを生成し、この炭素
酸化物と固体シリコンとの気相−固相反応またはSiOの
生成による気相一気相反応によりSiCを生成し、これが
成長することによりウイスカーが生成されるものと推測
される。なお、反応系には積極的には酸素を導入してい
ないにも拘わらず、このような反応が起こる理由は、外
部から反応系に導入されるキャリアガスに不可避的不純
物として酸素や水分が微量含有され、また原料である固
体シリコンや固体炭素に酸素が吸着されているためであ
ると推測される。また、キャリアガスと共に微量の水蒸
気を反応系に供給しても前記反応が起こり、炭化ケイ素
ウイスカーが生成される。なお反応系に酸素や水蒸気を
積極的に導入させる必要はない。
（実施例１） エレクトロニクス分野のシリコン金属、及びシリコン
単結晶の製造工程及び加工工程で発生するシリコン単結
晶粉末（純度99.97％）とカーボン粉末とをモル比が1:1
になるように秤量し、スペックスミキサーで均一になる
ように十分に混合した。この混合物をアルミナ製のボー
トに入れ、これを透明石英管（内径45mm、長さ1000mm）
内に挿入した。この石英管を赤外線集光炉に入れ、石英
管の一端側からアルゴンガスを導入して管内を不活性雰
囲気に置換した後、アルゴンガスを毎分150mlの流量で
送給しながら毎秒２℃の昇温素度で1100℃まで加熱し、
その温度で30分間保持した後、空冷させた。
単結晶の製造工程及び加工工程で発生するシリコン単結
晶粉末（純度99.97％）とカーボン粉末とをモル比が1:1
になるように秤量し、スペックスミキサーで均一になる
ように十分に混合した。この混合物をアルミナ製のボー
トに入れ、これを透明石英管（内径45mm、長さ1000mm）
内に挿入した。この石英管を赤外線集光炉に入れ、石英
管の一端側からアルゴンガスを導入して管内を不活性雰
囲気に置換した後、アルゴンガスを毎分150mlの流量で
送給しながら毎秒２℃の昇温素度で1100℃まで加熱し、
その温度で30分間保持した後、空冷させた。
冷却後、さやを取り出したところ、混合物の表面上に
白色の炭化ケイ素ウイスカー（β−SiC）が生成してい
た。この炭化ケイ素ウイスカーは直径が最大１μｍ、長
さが最大5mmであった。
白色の炭化ケイ素ウイスカー（β−SiC）が生成してい
た。この炭化ケイ素ウイスカーは直径が最大１μｍ、長
さが最大5mmであった。
（実施例２） 実施例１において、シリコン単結晶粉末とカーボン粉
末とをモル比が9:1になるように混合した以外は、実施
例１と同様にして反応させたところ、白色の炭化ケイ素
ウイスカーが得られた。
末とをモル比が9:1になるように混合した以外は、実施
例１と同様にして反応させたところ、白色の炭化ケイ素
ウイスカーが得られた。
（実施例３） グラファイト板上にシリコン単結晶粉末を載せ、実施
例１と同様にしてアルゴンガス雰囲気中1200℃で20分間
加熱したところ、Si粉末上に炭化ケイ素ファイバー（繊
維状結晶）が得られた。
例１と同様にしてアルゴンガス雰囲気中1200℃で20分間
加熱したところ、Si粉末上に炭化ケイ素ファイバー（繊
維状結晶）が得られた。
（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、80
0〜1300℃と従来の方法に比べて著しく低い温度で、し
かも、短時間で炭化ケイ素ウイスカーを製造することが
できるので、省エネルギー化を図ることができる。ま
た、反応温度が低いため、固体シリコンと固体炭素Ｃと
の直接反応によるSiC粉末が生成せず、しかも、固体シ
リコンの表面にウイスカーが成長するため、原料とウイ
スカーとの分離が極めて容易である。さらに、固体シリ
コンの原料としては、エレクトロニクス産業において廃
棄物として多量に発生するシリコン単結晶、シリコン多
結晶及びそれらの粉末を利用できるので、製品コストを
低減することができるなど、優れた効果が得られる。
0〜1300℃と従来の方法に比べて著しく低い温度で、し
かも、短時間で炭化ケイ素ウイスカーを製造することが
できるので、省エネルギー化を図ることができる。ま
た、反応温度が低いため、固体シリコンと固体炭素Ｃと
の直接反応によるSiC粉末が生成せず、しかも、固体シ
リコンの表面にウイスカーが成長するため、原料とウイ
スカーとの分離が極めて容易である。さらに、固体シリ
コンの原料としては、エレクトロニクス産業において廃
棄物として多量に発生するシリコン単結晶、シリコン多
結晶及びそれらの粉末を利用できるので、製品コストを
低減することができるなど、優れた効果が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石間 健市 兵庫県神戸市垂水区福田３−１−22− 502 (56)参考文献 特開 昭60−141698（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】固体シリコンと固体炭素とを混合又は接触
させ、微量の酸素又は水蒸気を含む不活性ガスからなる
キャリアガス気流中で800〜1300℃の温度に加熱維持し
て反応させることを特徴とする炭化ケイ素ウイスカーの
製造方法。 - 【請求項２】前記固体シリコンが無定形シリコン、シリ
コン単結晶及びシリコン多結晶からなる群から選ばれた
少なくとも一種である特許請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項３】前記固体炭素がカーボン粉末であって、該
カーボン粉末をシリコン単結晶粉末と混合して反応させ
る特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項４】前記固体シリコンと固体炭素との反応生成
物を空気中で加熱し、未反応固体炭素を燃焼除去する特
許請求の範囲第３項記載の方法。 - 【請求項５】固体シリコンと固体炭素との混合比が1:1
〜9:1である特許請求の範囲第３項又は第４項記載の方
法。 - 【請求項６】前記固体炭素がグラファイト板であって、
該グラファイト板上に固体シリコンを載せて反応させる
特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62203940A JP2604753B2 (ja) | 1987-08-17 | 1987-08-17 | 炭化ケイ素ウイスカーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62203940A JP2604753B2 (ja) | 1987-08-17 | 1987-08-17 | 炭化ケイ素ウイスカーの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6451399A JPS6451399A (en) | 1989-02-27 |
| JP2604753B2 true JP2604753B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=16482202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62203940A Expired - Lifetime JP2604753B2 (ja) | 1987-08-17 | 1987-08-17 | 炭化ケイ素ウイスカーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2604753B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60141698A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-26 | Kanebo Ltd | 炭化珪素ウイスカ−の製造方法 |
-
1987
- 1987-08-17 JP JP62203940A patent/JP2604753B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6451399A (en) | 1989-02-27 |
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