JPH06345599A - 炭化珪素のウイスカーと粉状体の製造方法 - Google Patents

炭化珪素のウイスカーと粉状体の製造方法

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JPH06345599A
JPH06345599A JP5160234A JP16023493A JPH06345599A JP H06345599 A JPH06345599 A JP H06345599A JP 5160234 A JP5160234 A JP 5160234A JP 16023493 A JP16023493 A JP 16023493A JP H06345599 A JPH06345599 A JP H06345599A
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JP
Japan
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silicon carbide
powder
product
whiskers
carbide whisker
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JP5160234A
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Inventor
Akira Yamakawa
昭 山川
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 稲科植物系の原料による反応生成物から独特
の分級機構を用いて炭化珪素のウイスカーと粉状体を同
時に分別併産する製造方法。 【構成】 稲化植物の果実殻または茎もしくはこれらの
炭化物を非酸化性雰囲気下で1400〜2000℃の温度域で加
熱処理したのち、生成物に対し残留炭素成分の酸化除去
およびシリカ成分の洗浄除去を施す。ついで、非酸化性
雰囲気下で1600〜2000℃の温度に加熱して生成物中の炭
化珪素粉状体を選択的に大粒化し、炭化珪素ウイスカー
と分級処理して分別回収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、稲科植物の果実殻また
は茎を原料成分として炭化珪素のウイスカーと粉状体を
同時に併産するための製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属、プラスチックス、セラミックス等
の複合強化材料として有用されている炭化珪素ウイスカ
ーの製造技術には多様の方法が知られている。従来の製
造技術を原料系によって分類すると、珪素源にSiCl
4 、SiHCl3 、(CH3)4Siのような分解性珪素
化合物、炭材としてCH4 、C3 8 、CCl4 などを
用いて気相反応させる気相原料法と、SiO2 を含む固
形状の珪素源とカーボン粉末のような炭材を混合する
か、これら成分を複合的に含有する物質を加熱反応させ
る固相原料法とに大別することができる。このうち気相
原料を用いる方法は、ハロゲンや水素などの極めて取扱
いにくいガス状物質を用いるため、工程的および設備的
に工業生産に適さない。これに対し、固相原料法は安定
な粉末原料を用いる関係で工業的に有利であり、現状で
は実用的な製造技術とされている。
【0003】とくに固相原料のうち、稲科植物の果実殻
や茎にはそれ自体に珪素源と炭素源となる成分が複合的
に含有されており、また農業廃棄物を有効利用するため
原料コスト的にも有利となる。このため、稲科植物の果
実殻として代表的な籾殻を原料として炭化珪素ウイスカ
ーを製造する技術については古くから知られている〔米
国特許第3754076 号明細書、J.Am.Ceram.Soc 67,715-72
0(1984) 〕。この技術によると、籾殻は非酸化性雰囲気
中で1300℃に加熱すると炭化が進行し、この炭化物
が籾殻中に含有されている珪素分と反応する機構によっ
て炭化珪素に転化するが、生成する炭化珪素はウイスカ
ーとその太さと同程度の直径をもつサブミクロン級の粉
状体とが混在するものである。
【0004】したがって、炭化珪素ウイスカーを得るた
めには粉状体からウイスカーのみを分離回収しなければ
ならない。籾殻原料による反応生成物から炭化珪素ウイ
スカーを分離回収する手段としては、例えば細断した反
応生成物を水と灯油、軽油など疎水性有機溶媒との混合
液に分散させ、水相側に炭化珪素ウイスカーを、また有
機溶媒側に残留炭材と副生した炭化珪素の粉状体を移行
させて分離する方法(米国特許第4249700 号明細書、特
開昭57−200299号公報)、反応生成物を水に分散したの
ち硫酸アルミニウムのような凝集剤を加えて選択的に炭
化珪素ウイスカーを凝集させ、ついで疎水性有機溶媒を
混合して前記技術と同様に二液分離する方法(米国特許
第4256571 号明細書) などが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
二液分離法は工程が煩雑であるうえ、生成した炭化珪素
ウイスカーをその太さと同等直径を有するサブミクロン
級の炭化珪素粉状体から完全に分離することが困難であ
る。また、炭化珪素のウイスカーと粉状体を同時に製造
することは意図されていない。
【0006】本発明の目的は、稲科植物系の原料による
反応生成物から独特の分級機構を用いて炭化珪素ウイス
カーと炭化珪素粉状体を同時に且つ分別的に効率併産す
ることができる炭化珪素のウイスカーと粉状体の製造方
法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による炭化珪素のウイスカーと粉状体の製造
方法は、稲科植物の果実殻または茎もしくはこれらの炭
化物を非酸化性雰囲気下で1400〜2000℃の温度
域で加熱処理したのち、生成物に対し残留炭素成分の酸
化除去およびシリカ成分の洗浄除去を施し、ついで非酸
化性雰囲気下で1600〜2000℃の温度に加熱して
生成物中の炭化珪素粉状体を選択的に大粒化させ、炭化
珪素ウイスカーと分級処理することを構成上の特徴とす
る。
【0008】本発明の原料には、稲、麦、粟などの穀物
類、そのほか葦、茅などを含む各種稲科植物の果実殻ま
たは茎、あるいは前記の稲科植物類を乾燥し、必要に応
じて破砕、裁断したのち非酸化雰囲気に保持された加熱
炉により600℃以上の温度で炭化処理した炭化物が選
択的に用いられる。この原料系の選択により、炭化珪素
ウイスカーと炭化珪素粉状体を含む複合生成物の効率的
な反応生成ができ、また生成物を加熱処理する後工程で
炭化珪素粉状体のみを大粒化することが可能となる。
【0009】上記の原料は黒鉛製の反応容器に充填し、
非酸化性雰囲気に保持された加熱炉で加熱処理して原料
中の珪素成分と炭化した炭素成分とを反応させる。この
際、炭化珪素のウイスカーと粉状体を同時に複合生成さ
せるためには加熱温度を1400〜2000℃の温度域
に設定することが重要で、1400℃未満では炭化珪素
そのものが生成せず、2000℃を越えると粉状体の炭
化珪素が支配的に生成して炭化珪素ウイスカーが含有さ
れなくなる。
【0010】生成物には未反応の炭素成分が残留してい
るため、これを酸化除去する。酸化除去は、生成物を大
気中で約600℃の温度に加熱して残留炭素成分を焼却
除去する方法が適用される。引き続き、生成物を薬品処
理して炭化珪素のウイスカーおよび粉状体の表面に付着
形成されたシリカ成分を洗浄除去する。この洗浄処理を
施さないと、後工程の加熱処理時に炭化珪素粉状体の円
滑な大粒化が進行しなくなる。洗浄処理は生成物を5%
濃度の弗化水素酸水溶液に浸漬する方法でおこなうこと
ができる。
【0011】ついで、炭化珪素ウイスカーと炭化珪素粉
状体からなる混合生成ケーキをほぐして黒鉛容器に充填
し、非酸化製雰囲気に保持された加熱炉に入れて160
0〜2000℃の温度で加熱処理する。この加熱処理に
より生成物中の炭化珪素粉状体が選択的に大粒化し、炭
化珪素ウイスカーの太さより大きな粒径に成長する。し
かし、加熱温度が1600℃未満であると炭化珪素粉状
体の大粒化が円滑に進行せず、2000℃を越えると炭
化珪素ウイスカーが粒子形状に変形する。この加熱処理
により、炭化珪素ウイスカーの性状が直径0.2〜0.
6μm 、長さ50〜200μm であるのに対し、混在す
る炭化珪素粉状体の粒径は0.5μm 程度から3〜10
μm にまで大粒化し、粒径が顕著に相違する。
【0012】加熱処理した生成物は、十分に解繊したの
ち浮遊選鉱装置、液体サイクロン装置など適宜な分級機
を用いて炭化珪素ウイスカーと炭化珪素粉粒体に分別し
て回収する。
【0013】
【作用】本発明において、稲科植物の果実殻や茎または
これらの炭化物を非酸化性雰囲気下に1300〜200
0℃の温度域で加熱処理する工程で得られる反応物は概
ね同径性状の炭化珪素ウイスカーと炭化珪素粉状体を含
む複合生成物であって、このうち炭化珪素ウイスカーは
軸方向に垂直(Basal plane) な積層欠陥が密に形成され
た耐熱性の高い結晶性状を呈している。また、一般に同
径性状を備える炭化珪素のウイスカーと粉状体では前者
に比べて後者の表面エネルギーが大きく、加熱に際して
物質移動(拡散、昇華)が生じ易いため大粒化する傾向
が強い。このため、残留炭素成分およびシリカ成分を除
去した生成物を非酸化雰囲気下に1600〜2000℃
で加熱する後処理工程において、熱的に安定な炭化珪素
ウイスカーは性状変化を生じないが、物質移動現象が生
じ易い炭化珪素粉状体は選択的に成長して円滑に数μm
水準まで大粒化する。
【0014】本発明は上記の機構を巧みに利用し、後処
理加熱工程で混在する炭化珪素粉状体のみを大粒化する
ことによって炭化珪素ウイスカーとの分級度合を高めた
点に作用的な特徴があり、構成要件とされた一連のプロ
セスを介して炭化珪素のウイスカーと粉状体の同時かつ
効率的な分別併産が可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
【0016】実施例1〜2、比較例1〜2 籾殻を窒素ガス雰囲気に保持された加熱炉に入れ、80
0℃の温度に90分間加熱して炭化した。この籾殻炭化
物を黒鉛製の反応容器に充填して加熱炉に移し炉内に窒
素ガスを送入しながら加熱して炭化珪素の反応生成をお
こなった。この際の加熱温度は1300℃、1600
℃、1700℃および2100℃とし、加熱時間は90
分に設定した。生成物を反応容器から取り出し、大気中
で600℃の温度で12時間加熱して残留炭素成分を焼
却除去した。その結果、1300℃処理時の生成物には
炭化珪素の生成が認められず、2100℃処理の生成物
は大部分が炭化珪素の粉状体であった。1600℃およ
び1700℃で生成反応をおこなった生成物は、直径
0.4〜0.5μm 、長さ80〜100μm の炭化珪素
ウイスカーと平均粒径0.4μm の粉粒体が混在する複
合生成物であった。
【0017】上記の生成物のうち、1700℃処理によ
る生成物を5%弗化水素酸水溶液に浸漬してシリカ成分
を洗浄除去し、十分に水洗して乾燥した。この混合生成
ケーキをほぐして黒鉛容器に充填し、アルゴンガス雰囲
気に保持された加熱炉に入れて表1に示す加熱温度で2
0分間加熱処理を施した。加熱処理後の生成物をSEM
観察して性状を測定した。その結果を、適用した加熱温
度と対比させて表1に示した。表1の結果から、加熱温
度が1500℃(比較例1)では炭化珪素粉状体は大粒
化せず、2100℃処理時(比較例2)では炭化珪素ウ
イスカーが粒状化して存在が認められなかった。これに
対し、実施例では炭化珪素粉状体が1800℃処理(実
施例1)では4μm に、また1900℃処理(実施例
2)では8μm に大粒化し、ウイスカー直径に比べて著
しく増大した。
【0018】
【表1】
【0019】実施例1および実施例2の生成物を十分の
解繊処理して液体サイクロン装置で分級したのち乾燥し
たところ、炭化珪素ウイスカーと炭化珪素粉状体が完全
に分離した状態で分別回収された。
【0020】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば稲化植物
系の原料と独特の処理工程を適用することにより炭化珪
素のウイスカーと粉状体を同時に効率よく製造すること
ができる。したがって、複合強化材および焼結材を併産
するための製造技術として有用である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 稲科植物の果実殻または茎もしくはこれ
    らの炭化物を非酸化性雰囲気下で1400〜2000℃
    の温度域で加熱処理したのち、生成物に対し残留炭素成
    分の酸化除去およびシリカ成分の洗浄除去を施し、つい
    で非酸化雰囲気下で1600〜2000℃の温度に加熱
    して生成物中の炭化珪素粉状体を選択的に大粒化させ、
    炭化珪素ウイスカーと分級処理することを特徴とする炭
    化珪素のウイスカーと粉状体の製造方法。
JP5160234A 1993-06-03 1993-06-03 炭化珪素のウイスカーと粉状体の製造方法 Pending JPH06345599A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018090455A (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 大阪瓦斯株式会社 カーボンナノチューブを含む炭素材料を製造する製造方法、および炭素材料
KR20200079751A (ko) * 2018-12-26 2020-07-06 한국세라믹기술원 증착공정에서 발생되는 탄화규소 부산물의 재생 방법

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