JPH02175698A - ＳｉＣウイスカーの製造方法およびその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属、プラスチック、セラミックス等の複合
強化材として有用なＳｉＣウィスカーの製造方法および
その装置に関する。

〔従来の技術〕

ＳｉＣウィスカーの製造技術には大別して気相反応系を
用いる気相法と固相原料を用いる固相法がある。しかし
、これらの方法にはそれぞれに長短がある。

例えば、気相法として５ｉｎ２に金属Ｓｉまたは炭素な
どの還元剤を混合した粉粒体を不活性ガス中で加熱して
生成したＳｉＯまたはＳｉＯとＣＯの混合ガスを反応管
に送り込み、その管壁にＳｉＣウィスカーを析出させる
方法（特開昭５７−１１１３００号公報）が提案されて
いるが、生成収率が低いうえに連続工程が採れないため
生産効率の面に難点がある。

また、シラン系化合物を原料とする気相法として、４０
０℃以上の空間に気体状の金属または金属化合物および
シラン化合物と炭化水素系化合物を含むガスを同時に導
入することにより空間部でＳｉＣウィスカーを生成させ
る方法（特開昭６１−２５７０００号公報）も知られて
いる。ところが、この方法による場合には、原料物質が
高価であるとともにハンドリングに困難性を伴う問題点
がある。

これに対し、固相法は生成収率が高く、ハンドリング性
にも優れているため既に実用的手段として確立しており
、特公昭６０−４４２８０号公報、特公昭５８−５０２
０９６号公報にみられるような効率的な製造方法が提案
されている。

しかしながら、固相法においては反応ガス濃度や結晶成
長空間の制御が困離な関係で生成するウィスカーの形状
が気相法に比べて劣る傾向にあり、そのうえ複合性状に
悪影響を及ぼす粒状ＳｉＣの剛性夾雑化が避けられない
という欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はＳｉＯとＣＯの混合ガスを反応系とする気相法
の改良に係り、生成収率よく良品質のＳｉＣウィスカー
を製造する手段とその生成−回収を連続的におこなうこ
とができる構造の装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明によるＳｉＣウィスカーの製造方法は
、けい素源原料と炭材を混合した反応原料を不活性気流
中で加熱反応させてＳｊＯとＣＯの混合ガスを生成し、
該生成ガスを移送して球形状の炭素質ペレットからなる
析出基材に連続的に接触させ、その表面にＳｉＣウィス
カーを析出成長させることを構成上の特徴とする。

けい素源原料としては、けい砂、けい石、籾殻灰、シリ
カゲルなどのＳｉｎ、含有物質が用いられる。

炭材にはカーボンブラック、黒鉛粉、コークス粉など各
種の炭素質粉末を用いることができるが、とくに粒子構
造の制御化が容易なカーボンブラックを使用することが
望ましい。

球形状の炭素質ペレフトからなる析出基材はＳｉＣウィ
スカーを析出成長させるベツドとして機能するもので、
十分な耐熱性があり、反応ガスとの接触機会が多く、充
填層を形成したときのガス流通が良好で、ハンドリング
に際して破砕されず、かつ優れた転流動性を有する等の
性状特性が要求される。例えば、造粒カーボンブラック
、球形ガラス状カーボン、粒状活性炭のような外形が球
形もしくは球形に近似する形態の各種炭素質ペレットは
概ね上記の要求を満足するが、最も効果的に用いられる
析出基材は、造粒カーボンブラックの表層部にガラス状
炭素を被着形成した粒状体である。この粒状体は、本質
的に３０００°Ｃ近辺までの高温度に耐える耐熱性を備
えるうえに高度の表面積と平滑強固な球形性状を呈して
いる。このため、ガスとの接触面積が良好でハンドリン
グに有利な非破壊強度および転流動性を有しており、平
均粒径を１〜５ＩｎＩ１１程度に調整することにより充
填形成時のガス流通性も極めて良好となる。

上記の粒状体は、造粒カーボンブラックにフェノール系
樹脂あるいはフラン系樹脂のような炭化残留率の高い熱
硬化性樹脂溶液を含浸し、加熱して揮発成分を除去した
のち加熱硬化および焼成炭化することによって作成され
るが、とくに加熱硬化を回転ドラム中でおこなうことに
より一層優れた球形と平滑強固な表面性状をもつ析出基
材として形成することができる。

なお、析出基材には、例えばＦ　ｅ　Ｃｌ　ｚ　　・４
Ｈ２０、Ｎｉ　（ＮＯ３）２　　・６Ｈ２０、ＣｏＣｆ
ｆ１ｚ　　・６Ｈ２０のようなＦｅ、ＮｉもしくはＣｏ
の化合物から選ばれた触媒成分を担持させておくとＳｉ
Ｃウィスカーの生成を一層助長することができる。

以下、本発明を製造プロセスを含め図示の製造装置に基
づいて説明する。

第１図は本発明によるＳｉＣウィスカーの製造方法に有
効に用いられる装置の縦断面図、そして第２図は第１図
のＡ−Ａ’線に沿う平断面図である。

これら図において、１は球形状の炭素質ペレットからな
る析出基材２を収納するための反応槽で、上槽部外周面
に例えば高周波誘導のような加熱手段３を、また槽底部
にはガス排出管４および回収用バルブ５が設置されてい
る。反応槽１の内部には、反応後の析出基材を円滑に導
出するためのスクリューコンヘア６を付設しておくこと
が望ましい。

７は外周部に複数個の不活性ガス導入管８を備える反応
ガス発生部であり、回転ディスク９が内蔵されている。

前記回転ディスク９は加熱手段３の周囲を緩やかに水平
回動しながらＳｉＯとＣＯの混合ガスを生成させるため
の部材で、適宜な駆動手段１０を介して回転する機構と
なっている。回転ディスク９には反応済の反応原料を下
部に掻き落すためのワイパー１１を取付けておくことが
連続反応に有利である。

反応槽１の直上部には析出基材供給用ホッパー１２が、
また回転ディスク９の上部には反応原料供給用ホッパー
１３がそれぞれ設置されている。

ＳｉＣウィスカーを製造するに当っては、まず析出基材
供給用ホッパー１２のバルブ１４を開いて析出基材２を
反応槽１の上部まで充填する。ついで、不活性ガス導入
管８からＡｒとＨ２との混合ガスを送入して反応ガス発
生部７および反応槽１の系内をガス置換したのち加熱手
段３に通電して１４００〜１７００°Ｃに昇温する。こ
の状態で回転ディスク９を駆動し、反応原料供給用ホッ
パー３のバルブ１５を開いてけい素源原料と炭材を混合
した反応原料を少しづつ回転ディスク９上に落下させる
。

回転ディスク９上に落下した反応原料は回動する過程で
加熱反応し、ＳｉＯとＣＯの混合ガスを生成したのち不
活性ガス導入管８からの送入ガスに伴われて析出基材２
の充填層に移送される。生成ガスは析出基材２の層内を
接触流下する過程で反応を完結し、主に加熱手段３の内
部に相当する区域の析出基材面にＳｉＣウィスカーを析
出成長させる。生成ガス中の反応成分は析出基材層を流
下する間に消費され、最終的にガス排出管４から系外に
放出される。

一定時間反応させたのち、回収用バルブ５を開きスクリ
ューコンヘア６を駆動させてＳｉＣウィスカーが析出付
着した析出基材２を槽底部分から抜き取り、同時に析出
基材供給用ホッパー１０から新たな析出基材を反応槽１
内に補充する。

ＳｉＣウィスカーは上記のプロセスを介して連続的に生
成される。

析出基材面に析出したＳｉＣウィスカーは、例えば振動
篩のような分離装置を用いるか、大気中の加熱により析
出基材を燃焼除去する等の方法により分別回収する。

〔作　用〕

本発明の製造方法および装置によれば、反応槽中に反応
ガスとの接触面積およびガス流通性が良好でハンドリン
グ性に優れる球形状の炭素質ペレットからなる析出基材
を充填し、ここにＳｉＯとＣＯの混合ガスを移送して連
続的に接触させる手段が採られるから、ＳｉＣウィスカ
ーの生成は析出基材の表面から空隙部にがけて真直状に
密生析出する。そして、反応原料および析出基材を供給
排出するプロセスを繰返すことにより連続的に生成、回
収をおこなうことができる。

〔実施例〕

内径２００団、長さ８００ｍｍの反応槽１の上槽部２５
０ｍｍの外周区域に高周波誘導加熱手段３を設けた図示
構造のＳｉＣウィスカー製造装置を用い、反応原料とし
て粒度１５０メツシユ以下のシリカゲル（けい素源原料
）とカーボンブラック（炭材）の混合物（配合比２：１
）、析出基材には造粒カーボンブラックの表層部にガラ
ス状炭素を被着形成した平均粒径３ｍｍの球形粒状体に
ＦｅＣｊ！ｇ水溶液を含浸担持させたもの（ＧＣ被覆Ｃ
ＢＰ）および湿式造粒法によりペレット化した平均粒径
２ｍｍ０造粒カーボンブラック（ＣＢＰ）を適用して次
の条件によりＳｉＣウィスカーの生成をおこなった。

送入不活性ガス：Ｈｚ　＋Ａｒ　（１：　１）混合ガス
、４ｆ／ｍｉｎ 反応温度：１５００’Ｃ 反応原料供給速度：　１００ｇ／ｍｉｎ回転ディスクの
回転速度：２ｒｐｈ 析出基材の供給・回収：２時間ごと間欠反応槽１から回
収した析出基材２を空気中、６５０゛Ｃの温度で処理し
、析出基材成分を燃焼除去することによって析出したＳ
ｉＣウィスカーを分別した。

このようにして得られたＳｉＣウィスカーの性状および
生成収率を下表に示した。また、析出基材２にＧＣ被覆
ＣＢを用いて生成したＳｉＣウィスカーの繊維形状を５
００倍の電子顕微鏡写真として第３図に示した。

上表および第３図から、本発明により直径が均一でアス
ペクト比が高（、かつ極めて真直性状を有する夾雑物の
少ない良質ＳｉＣウィスカーを収率よく生成できること
が認められる。なお、Ｘ線回折によるＳｉＣウィスカー
の結晶観察では、いずれも非常に良好なβ型を呈するも
のであった。

（発明の効果〕 以上のとおり、本発明に従えばＳｉＯとＣＯの混合ガス
を反応系とする気相法により、良品質のＳｉＣウィスカ
ーを生成収率よく連続的に製造することができるから、
工業的に資するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＳｉＣウィスカーの製造装置を例
示した縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線にも沿う
平断面図である。第３図は実施例で得られたＳｉＣウィ
スカーの繊維形状を示した電子顕微鏡写真（拡大倍率５
００倍）である。 ｌ・・・反応槽、　　　　２・・・析出基材、４・・・
ガス排出管 ６・・・スクリューコンベア、 ８・・・不活性ガス導入管、 ｉｏ・・・駆動手段、 ３・・・加熱手段、 ５・・・回収用バルブ、 ７・・・反応ガス発生部、 ９・・・回転ディスク、 １１・・・ワイパー １２・・・析出基材供給用ホッパー １３・・・反応原料供給用ホッパー １４．１５・・・バルブ。 特許出願人　　東海カーボン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、けい素源原料と炭材を混合した反応原料を不活性気
   流中で加熱反応させてＳｉＯとＣＯの混合ガスを生成し
   、該生成ガスを移送して球形状の炭素質ペレットからな
   る析出基材に連続的に接触させ、その表面にＳｉＣウィ
   スカーを析出成長させることを特徴とするＳｉＣウィス
   カーの製造方法。 ２、球形状の炭素質ペレットからなる析出基材として、
   造粒カーボンブラックの表層部にガラス状炭素を被着形
   成した平均粒径１〜５ｍｍの粒状体を使用する請求項１
   記載のＳｉＣウィスカーの製造方法。 ３、上層部外周面に加熱手段（３）、槽底部にガス排出
   管（４）および回収用バルブ（５）を各設置した析出基
   材（２）を収納するための反応槽（１）と、前記加熱手
   段（３）の周囲を水平回動しながらＳｉＯとＣＯの混合
   ガスを生成させるための回転ディスク（８）を内蔵し外
   周部に不活性ガス導入管（７）を備える反応ガス発生部
   （６）と、前記反応槽（１）の直上部に設けた析出基材
   供給用ホッパー（１０）と、前記回転ディスク（８）の
   上部に設けた反応原料供給用ホッパー（１１）とからな
   るＳｉＣウィスカーの製造装置。