JPH0791158B2 - 炭化ケイ素ホイスカーの製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素ホイスカーの製造方法Info
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- JPH0791158B2 JPH0791158B2 JP61307608A JP30760886A JPH0791158B2 JP H0791158 B2 JPH0791158 B2 JP H0791158B2 JP 61307608 A JP61307608 A JP 61307608A JP 30760886 A JP30760886 A JP 30760886A JP H0791158 B2 JPH0791158 B2 JP H0791158B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/22—Carbides
- B01J27/224—Silicon carbide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/005—Growth of whiskers or needles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-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
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
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- Catalysts (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〈発明の背景〉 本発明は、一般的には金属触媒を用いる炭化ケイ素ホイ
スカーの製造方法に関する。より詳しくは、生長温度へ
の到達によって直ちに炭化ケイ素ホイスカーの生長を始
めさせるために充分に高い割合の炭素、ケイ素、もしく
は炭素およびケイ素と予め合金化した金属触媒粒子を用
いる炭化ケイ素ホイスカーの製造方法に関する。
スカーの製造方法に関する。より詳しくは、生長温度へ
の到達によって直ちに炭化ケイ素ホイスカーの生長を始
めさせるために充分に高い割合の炭素、ケイ素、もしく
は炭素およびケイ素と予め合金化した金属触媒粒子を用
いる炭化ケイ素ホイスカーの製造方法に関する。
炭化ケイ素ホイスカーは、高強度，高弾性率，耐熱性，
化学安定性といった優れた性質をもたらす針状単結晶構
造によって高く評価されている。炭化ケイ素ホイスカー
は、金属，プラスチック、およびセラミックのための複
合体強化材料として使われてきた。最も望ましいホイス
カーは、直径に対する長さの比率の高い、β炭化ケイ素
単結晶である。
化学安定性といった優れた性質をもたらす針状単結晶構
造によって高く評価されている。炭化ケイ素ホイスカー
は、金属，プラスチック、およびセラミックのための複
合体強化材料として使われてきた。最も望ましいホイス
カーは、直径に対する長さの比率の高い、β炭化ケイ素
単結晶である。
炭化ケイ素ホイスカーの生長を促進するために触媒を使
用する各種の方法が提案されてきた。米国特許第4,500,
504号では、６〜25重量％の金属触媒を有するシリカゲ
ルを、ファーネスカーボンブラックと混合した。次い
で、この混合物を、炭化ケイ素ホイスカーを生長するた
めに1300〜1700℃の温度の非酸化雰囲気中に置いた。金
属触媒は、鉄，ニッケル、およびコバルトの群から選択
した。しかしながら、この金属はそのままで、すなわち
前処理を行なわずに用いられていた。米国特許第3,622,
272号では、鉄，マンガン，ニッケル，アルミニウム、
およびステンレス鋼のような金属の粉末が、表面核発生
部位としての役割のために使用された。炭化ケイ素ホイ
スカーの生長のためのグラファイトのような基質に粉末
金属被覆が適用された。この特許に開示された金属粉末
に対する唯一の前処理は、金属粉末が生長基質の表面に
適用できるようにするために液体キャリアビヒクル中に
金属粉末を懸濁させることであった。
用する各種の方法が提案されてきた。米国特許第4,500,
504号では、６〜25重量％の金属触媒を有するシリカゲ
ルを、ファーネスカーボンブラックと混合した。次い
で、この混合物を、炭化ケイ素ホイスカーを生長するた
めに1300〜1700℃の温度の非酸化雰囲気中に置いた。金
属触媒は、鉄，ニッケル、およびコバルトの群から選択
した。しかしながら、この金属はそのままで、すなわち
前処理を行なわずに用いられていた。米国特許第3,622,
272号では、鉄，マンガン，ニッケル，アルミニウム、
およびステンレス鋼のような金属の粉末が、表面核発生
部位としての役割のために使用された。炭化ケイ素ホイ
スカーの生長のためのグラファイトのような基質に粉末
金属被覆が適用された。この特許に開示された金属粉末
に対する唯一の前処理は、金属粉末が生長基質の表面に
適用できるようにするために液体キャリアビヒクル中に
金属粉末を懸濁させることであった。
論文“鉄によって核発生されたSiO2−Ｃ−H2系における
SiOホイスカーの生長（Growth of SiC Whiskers in the
System SiO2−Ｃ−H2 Nucleated by Iron"、著者J.A.
ブーツマ（Bootsma）他、J.Cryst.Growth11,297−309
（1971）では、核発生剤として鉄粒子を用いて炭化ケイ
素ホイスカーを生長させる核発生現象が研究された。炉
の温度が1200℃に達すると、鉄粒子はまず始めに蒸気中
からケイ素および炭素を取り込むことがわかった。充分
な取り込みが行なわれた後、生長して炭化ケイ素ホイス
カーになるFe−Si−Ｃ合金液体粒子が得られた。しかし
ながら、この論文においても、炉を核発生温度に加熱す
る前に鉄粒子を前処理することは示唆されていない。
SiOホイスカーの生長（Growth of SiC Whiskers in the
System SiO2−Ｃ−H2 Nucleated by Iron"、著者J.A.
ブーツマ（Bootsma）他、J.Cryst.Growth11,297−309
（1971）では、核発生剤として鉄粒子を用いて炭化ケイ
素ホイスカーを生長させる核発生現象が研究された。炉
の温度が1200℃に達すると、鉄粒子はまず始めに蒸気中
からケイ素および炭素を取り込むことがわかった。充分
な取り込みが行なわれた後、生長して炭化ケイ素ホイス
カーになるFe−Si−Ｃ合金液体粒子が得られた。しかし
ながら、この論文においても、炉を核発生温度に加熱す
る前に鉄粒子を前処理することは示唆されていない。
米国特許第3,721,732号は、ケイ素の鉄触媒粒子への添
加に関する矛盾する情報を含んでいた。この特許は、特
許請求の範囲第４項で立方格子成長の議論をしており、
ケイ素の鉄への添加が立方格子結晶の生長を促進するで
あろうことを推測した。しかし、この特許明細書の前半
部分では、鉄が炭素，ケイ素もしくは他の元素を含んで
も支障がないと述べているが、その結果として結晶の生
長における改善は見出されていなかった。従って、鉄触
媒粒子へのケイ素の添加が炭化ケイ素ホイスカーの全体
的生長の助けになるかどうかについて、この特許は疑い
を残していた。触媒部位における核発生の迅速な開始に
おける特別に処理した触媒粒子の役割に関しては、この
特許では論評されていない。
加に関する矛盾する情報を含んでいた。この特許は、特
許請求の範囲第４項で立方格子成長の議論をしており、
ケイ素の鉄への添加が立方格子結晶の生長を促進するで
あろうことを推測した。しかし、この特許明細書の前半
部分では、鉄が炭素，ケイ素もしくは他の元素を含んで
も支障がないと述べているが、その結果として結晶の生
長における改善は見出されていなかった。従って、鉄触
媒粒子へのケイ素の添加が炭化ケイ素ホイスカーの全体
的生長の助けになるかどうかについて、この特許は疑い
を残していた。触媒部位における核発生の迅速な開始に
おける特別に処理した触媒粒子の役割に関しては、この
特許では論評されていない。
上述したように、溶融した触媒が周囲の炉雰囲気から生
長の開始に必要な割合の炭素およびケイ素を取り込みな
がら生長温度に達したのちに、炭化ケイ素ホイスカーの
生長に遅れが出ないようにする方法が依然として要求さ
れている。触媒粒子を炭素基質上にのせると、この粒子
は炭素を吸収するために基質と反応し、蒸気からのケイ
素の付着に伴いこの炭素は生長が開始される前の誘導時
間をもたらす。
長の開始に必要な割合の炭素およびケイ素を取り込みな
がら生長温度に達したのちに、炭化ケイ素ホイスカーの
生長に遅れが出ないようにする方法が依然として要求さ
れている。触媒粒子を炭素基質上にのせると、この粒子
は炭素を吸収するために基質と反応し、蒸気からのケイ
素の付着に伴いこの炭素は生長が開始される前の誘導時
間をもたらす。
〈発明の要旨〉 本発明の目的は、ホイスカーの生長が生長温度の到達に
よって直ちに開始することのできる炭化ケイ素ホイスカ
ーの製造方法を提供することである。
よって直ちに開始することのできる炭化ケイ素ホイスカ
ーの製造方法を提供することである。
すなわち本発明の炭化ケイ素ホイスカーの製造方法は、 a.炭素、ケイ素、もしくは炭素およびケイ素の混合物と
金属触媒粒子を合金化してケイ素の含有量を１〜45重量
％及び／又は炭素の含有量を0.1〜5.0重量％とした合金
化金属触媒粒子で生長基質を被覆する工程； b.前記被覆生長基質を還元雰囲気中で加熱する工程： c.前記雰囲気中へケイ素含有気体および炭素含有気体を
導入する工程； e.前記被覆生長基質および前記雰囲気を炭化ケイ素ホイ
スカーの生長を誘発させるため充分な温度である1200〜
1600℃に所望時間にわたって維持する工程；および f.前記被覆生長基質を冷却し、前記被覆生長基質から炭
化ケイ素ホイスカーを回収する工程； からなることを特徴とする。
金属触媒粒子を合金化してケイ素の含有量を１〜45重量
％及び／又は炭素の含有量を0.1〜5.0重量％とした合金
化金属触媒粒子で生長基質を被覆する工程； b.前記被覆生長基質を還元雰囲気中で加熱する工程： c.前記雰囲気中へケイ素含有気体および炭素含有気体を
導入する工程； e.前記被覆生長基質および前記雰囲気を炭化ケイ素ホイ
スカーの生長を誘発させるため充分な温度である1200〜
1600℃に所望時間にわたって維持する工程；および f.前記被覆生長基質を冷却し、前記被覆生長基質から炭
化ケイ素ホイスカーを回収する工程； からなることを特徴とする。
本発明の利点は、炉の雰囲気がホイスカーの生長温度に
達した時に、炭化ケイ素ホイスカーの生長が速やかに開
始され、これによって製造時間を短縮できることであ
る。
達した時に、炭化ケイ素ホイスカーの生長が速やかに開
始され、これによって製造時間を短縮できることであ
る。
本発明のさらに別の利点は、直径に対して所望の長さ比
を有するβ型の炭化ケイ素ホイスカーを製造できること
である。
を有するβ型の炭化ケイ素ホイスカーを製造できること
である。
〈好ましい実施態様の説明〉 未処理の触媒粒子は、多くの供給源から入手することが
できる。例えば、ステンレス鋼フレークは、米国ニュー
ジャージー州ウィコフにあるノバメット（Novamet）か
ら入手することができる。Mn 65,Co 14,Ni 20,Si 0.25,
Fe 0.1,Cr 0.2,B 0.25,Zn 0.25の重量％組成を有するア
ロイ（Alloy）62として設計された物質から成る触媒粒
子は、米国ニュージャージー州ウィンスローにあるメタ
ラージカル・テクノロジー（Metallurgical Techmolog
y）から入手できる。フェロシリコンのような他の触媒
は、一般に多くの供給源から入手することができる。処
理を行なう前に、15μｍより大きいかもしくは10μｍよ
り小さい球状粒子がないように、または溶融によって15
μｍより大きいかまたは10μｍより小さい球を与えるよ
うなフレーク状粒子がないような寸法に可能な限り近い
寸法になるように、触媒粒子をふるいわけする。
できる。例えば、ステンレス鋼フレークは、米国ニュー
ジャージー州ウィコフにあるノバメット（Novamet）か
ら入手することができる。Mn 65,Co 14,Ni 20,Si 0.25,
Fe 0.1,Cr 0.2,B 0.25,Zn 0.25の重量％組成を有するア
ロイ（Alloy）62として設計された物質から成る触媒粒
子は、米国ニュージャージー州ウィンスローにあるメタ
ラージカル・テクノロジー（Metallurgical Techmolog
y）から入手できる。フェロシリコンのような他の触媒
は、一般に多くの供給源から入手することができる。処
理を行なう前に、15μｍより大きいかもしくは10μｍよ
り小さい球状粒子がないように、または溶融によって15
μｍより大きいかまたは10μｍより小さい球を与えるよ
うなフレーク状粒子がないような寸法に可能な限り近い
寸法になるように、触媒粒子をふるいわけする。
炭素もくしはケイ素もしくはこの両方の割合を増加させ
るために触媒粒子を予め合金化する各種の方法を利用す
ることができる。ケイ素の添加は、触媒粒子を溶融しこ
の溶融物に固体ケイ素を添加することによって行なうこ
とができる。次いで、この予め合金化した物質を粉末に
して、所望の寸法にする。炭素の添加も、この溶融法に
よって行なうことができる。炭素の添加はまた、触媒粒
子を炭化ケイ素ホイスカー生長炉へ入れる前に触媒粒子
を浸炭させることによって行なうことができる。触媒粒
子を浸炭させるための他の方法は、炭化ケイ素ホイスカ
ーの生長温度よりも低い温度の炉内で、生長表面に適用
された未処理触媒粒子の上に炭素富化気体を流す方法で
ある。米国オハイオ州クリーブランドのミラクル・パワ
ー・プロダクツ社（Miracle Power Products Co.）製の
dgf123（登録商標）のようなコロイド炭素は、炉内に置
いた生長基質に適用する前もしくは後の触媒の上に噴霧
することができる。最後に、炭化ケイ素ホイスカーの端
部に存在する触媒ボール中に見出されるような各種元素
の重量％組成に似るように選択した元素の混合物から触
媒粒子を作ることもできる。
るために触媒粒子を予め合金化する各種の方法を利用す
ることができる。ケイ素の添加は、触媒粒子を溶融しこ
の溶融物に固体ケイ素を添加することによって行なうこ
とができる。次いで、この予め合金化した物質を粉末に
して、所望の寸法にする。炭素の添加も、この溶融法に
よって行なうことができる。炭素の添加はまた、触媒粒
子を炭化ケイ素ホイスカー生長炉へ入れる前に触媒粒子
を浸炭させることによって行なうことができる。触媒粒
子を浸炭させるための他の方法は、炭化ケイ素ホイスカ
ーの生長温度よりも低い温度の炉内で、生長表面に適用
された未処理触媒粒子の上に炭素富化気体を流す方法で
ある。米国オハイオ州クリーブランドのミラクル・パワ
ー・プロダクツ社（Miracle Power Products Co.）製の
dgf123（登録商標）のようなコロイド炭素は、炉内に置
いた生長基質に適用する前もしくは後の触媒の上に噴霧
することができる。最後に、炭化ケイ素ホイスカーの端
部に存在する触媒ボール中に見出されるような各種元素
の重量％組成に似るように選択した元素の混合物から触
媒粒子を作ることもできる。
触媒粒子に添加するケイ素もしくは炭素もしくはケイ素
および炭素の両方の割合は、広い範囲にわたって変化す
る。本発明の触媒は、１〜約45重量％のケイ素から構成
することできる。予め合金化した触媒はまた、0.1〜5.0
重量％の炭素を含有することができる。触媒粒子として
作用する金属は、１種もしくはそれ以上の次のような金
属、すなわちマンガン，鉄，ニッケル，コバルト，クロ
ム、およびニオブを含んでいてもよい。予め合金化した
触媒の典型的な組成の一つは次のようなものである:1.6
重量％マンガン、23.4重量％コバルト、22.9重量％ニッ
ケル、40.9重量％ケイ素、10.2重量％鉄、および１重量
％クロム。この特定の組成は、未処理のアロイ62触媒粒
子によって生長を開始した後に得られた炭化ケイ素ホイ
スカーの端部における触媒ボールに見出された元素重量
％を表わすものである。
および炭素の両方の割合は、広い範囲にわたって変化す
る。本発明の触媒は、１〜約45重量％のケイ素から構成
することできる。予め合金化した触媒はまた、0.1〜5.0
重量％の炭素を含有することができる。触媒粒子として
作用する金属は、１種もしくはそれ以上の次のような金
属、すなわちマンガン，鉄，ニッケル，コバルト，クロ
ム、およびニオブを含んでいてもよい。予め合金化した
触媒の典型的な組成の一つは次のようなものである:1.6
重量％マンガン、23.4重量％コバルト、22.9重量％ニッ
ケル、40.9重量％ケイ素、10.2重量％鉄、および１重量
％クロム。この特定の組成は、未処理のアロイ62触媒粒
子によって生長を開始した後に得られた炭化ケイ素ホイ
スカーの端部における触媒ボールに見出された元素重量
％を表わすものである。
次いで、予め合金化処理を行なった後の触媒を、生長基
質上に付着させる。多く場合、この生長基質はグラファ
イトである。基質上に触媒粒子を付着させるための最も
一般的な二つの方法は、塗装および噴霧である。どちら
の方法においても、触媒粒子をある種の溶液に懸濁させ
ることが必要である。塗装による場合、すなわち触媒粒
子懸濁液をブラシで適用する場合には、典型的な懸濁液
ビヒクルは、米国マサチューセッツ州ボストンのキャボ
ット・コーポレーション（Cabot Corporation）製のキ
ャボジル（Cabosil,登録商標）を触媒粒子の4.5重量部
相当量使用し、これをさらに各々50部の液体アクリル樹
脂およびメチルエチルケトンと混合することによって作
られる。触媒粒子はまた、米国ジョージア州アトランタ
のマイクロメリティクス社（Micromeritics,Inc.,）製
の14Aセデスパース（Sedisperse,登録商標）（近似組
成：ホスファチジルコリン0.1％、ホスファチジルエタ
ノールアミン0.1％、イノシトールホスファチド0.1％、
アルキルポリオキシエチレンエタノールに配合したイソ
プロピルミリステアレート1.7％、およびベース液体98
％）に懸濁させることもできる。
質上に付着させる。多く場合、この生長基質はグラファ
イトである。基質上に触媒粒子を付着させるための最も
一般的な二つの方法は、塗装および噴霧である。どちら
の方法においても、触媒粒子をある種の溶液に懸濁させ
ることが必要である。塗装による場合、すなわち触媒粒
子懸濁液をブラシで適用する場合には、典型的な懸濁液
ビヒクルは、米国マサチューセッツ州ボストンのキャボ
ット・コーポレーション（Cabot Corporation）製のキ
ャボジル（Cabosil,登録商標）を触媒粒子の4.5重量部
相当量使用し、これをさらに各々50部の液体アクリル樹
脂およびメチルエチルケトンと混合することによって作
られる。触媒粒子はまた、米国ジョージア州アトランタ
のマイクロメリティクス社（Micromeritics,Inc.,）製
の14Aセデスパース（Sedisperse,登録商標）（近似組
成：ホスファチジルコリン0.1％、ホスファチジルエタ
ノールアミン0.1％、イノシトールホスファチド0.1％、
アルキルポリオキシエチレンエタノールに配合したイソ
プロピルミリステアレート1.7％、およびベース液体98
％）に懸濁させることもできる。
生長基質のプレートに触媒粒子を塗布し終ったら、生長
プレートを炉内の生長帯域に置く。典型的には、このプ
レートは６インチ×13インチの寸法のグラファイトであ
る。この炉はSiC抵抗体で加熱することができ、生長プ
レートを入れるために石英マッフルを使うことができ
る。そのような炉は、典型的には水素雰囲気である還元
雰囲気下において、炭化ケイ素ホイスカーを生長させる
ことが可能である。この炉はまた、生長帯域に各種の気
体を流すことができる。このような気体の典型的なもの
は、SiO、SiC14、SiCH3C13、もしくはシランである。生
長温度は、1200〜1600℃、好ましくは1350〜1430℃であ
る。予め合金化した金属触媒粒子で被覆した生長基質を
炉の中へ設置した後、炉を加熱しなければならない。典
型的には、生長時間は８時間持続する。温度設定を1000
℃まで下げた後、生長プレートを取り出して室温まで冷
却する。次いで、炭化ケイ素ホイスカーを注意深く掻き
集める。
プレートを炉内の生長帯域に置く。典型的には、このプ
レートは６インチ×13インチの寸法のグラファイトであ
る。この炉はSiC抵抗体で加熱することができ、生長プ
レートを入れるために石英マッフルを使うことができ
る。そのような炉は、典型的には水素雰囲気である還元
雰囲気下において、炭化ケイ素ホイスカーを生長させる
ことが可能である。この炉はまた、生長帯域に各種の気
体を流すことができる。このような気体の典型的なもの
は、SiO、SiC14、SiCH3C13、もしくはシランである。生
長温度は、1200〜1600℃、好ましくは1350〜1430℃であ
る。予め合金化した金属触媒粒子で被覆した生長基質を
炉の中へ設置した後、炉を加熱しなければならない。典
型的には、生長時間は８時間持続する。温度設定を1000
℃まで下げた後、生長プレートを取り出して室温まで冷
却する。次いで、炭化ケイ素ホイスカーを注意深く掻き
集める。
〈実施例〉 実施例１ 第１図および第２図は、セントール・モデル（Cemtorr
Model）10−2.5×８の炉内で、固体炭素基質上にフェロ
シリコン触媒粒子をのせることによって製造した。この
電熱炉は、ヘルマー・モデル（Helmar Model）TA−１電
力制御器によって制御された電力が供給され、加熱時間
の間、10ボルトで1000アンペアの60ヘルツ電流を使用し
た。炉の内部の生長帯域は、熱電対によって温度を監視
した。加熱および生長期間の両方の間、炉には気体を流
した。アルゴンパージの後に、加熱および生長期間の両
方の間炉内を流れる主な気体流は、水素、すなわち還元
気体であった。第１図は、生長温度に達した後直ちに温
度を下げることによって、炭素基質上のフェロシリコン
触媒粒子を加熱した結果を示している。第１図はまた、
炭素で予め合金化していない触媒粒子による結果を示し
ている。加熱期間の間に使用した流入気体は、加熱期間
の間に触媒粒子を浸炭させるようなメタンもしくは他の
炭素含有成分を含んでいなかった。下記の第１表は第１
図についての加熱スケジュールを示すものである。
Model）10−2.5×８の炉内で、固体炭素基質上にフェロ
シリコン触媒粒子をのせることによって製造した。この
電熱炉は、ヘルマー・モデル（Helmar Model）TA−１電
力制御器によって制御された電力が供給され、加熱時間
の間、10ボルトで1000アンペアの60ヘルツ電流を使用し
た。炉の内部の生長帯域は、熱電対によって温度を監視
した。加熱および生長期間の両方の間、炉には気体を流
した。アルゴンパージの後に、加熱および生長期間の両
方の間炉内を流れる主な気体流は、水素、すなわち還元
気体であった。第１図は、生長温度に達した後直ちに温
度を下げることによって、炭素基質上のフェロシリコン
触媒粒子を加熱した結果を示している。第１図はまた、
炭素で予め合金化していない触媒粒子による結果を示し
ている。加熱期間の間に使用した流入気体は、加熱期間
の間に触媒粒子を浸炭させるようなメタンもしくは他の
炭素含有成分を含んでいなかった。下記の第１表は第１
図についての加熱スケジュールを示すものである。
第１図および第２図は、80倍の倍率でとった顕微鏡写真
である。第２図は、固体炭素基質上にフェロシリコン触
媒粒子を用いた時の結果を示しており、この場合に限り
メタン成分を含むガスを低温時から流入を開始した。こ
のメタン成分は、生長温度に達する前に触媒粒子を浸炭
させた。下記の第２表は、第２図についての加熱スケジ
ュールを示すものである： 図面から明らかなように、処理気体を低温で導入し、し
かもこの気体が炭素成分を含んでいる場合の炭化ケイ素
ホイスカーの生長は、浸炭していないフェロシリコン触
媒粒子を用いた場合よりもずっと大きかった。第２図
は、生長期間の終了時には、ホイスカーの末端に触媒ボ
ールがそのまま存在しているようなホイスカー生長の証
拠を示している。
である。第２図は、固体炭素基質上にフェロシリコン触
媒粒子を用いた時の結果を示しており、この場合に限り
メタン成分を含むガスを低温時から流入を開始した。こ
のメタン成分は、生長温度に達する前に触媒粒子を浸炭
させた。下記の第２表は、第２図についての加熱スケジ
ュールを示すものである： 図面から明らかなように、処理気体を低温で導入し、し
かもこの気体が炭素成分を含んでいる場合の炭化ケイ素
ホイスカーの生長は、浸炭していないフェロシリコン触
媒粒子を用いた場合よりもずっと大きかった。第２図
は、生長期間の終了時には、ホイスカーの末端に触媒ボ
ールがそのまま存在しているようなホイスカー生長の証
拠を示している。
実施例２ 実施例１で使用したものと同じ炉および同じ方法を実施
例２に使用した。第３図は、アロイ62触媒粒子を使っ
て、1413℃の生長温度で10分経過した後に240倍の倍率
でとった顕微鏡写真を示している。触媒は、次のような
重量％から成っていた:66％Mn、16％Ni、16％Co、0.8％
Ｂおよび1.2％微量元素。第３図についての加熱スケジ
ュールは第３表の通りであった： 第３図の顕微鏡写真からわかるように、触媒粒子部位で
の核発生はほとんどなく、核発生のないところでは炭化
ケイ素の生長はほとんどなかった。
例２に使用した。第３図は、アロイ62触媒粒子を使っ
て、1413℃の生長温度で10分経過した後に240倍の倍率
でとった顕微鏡写真を示している。触媒は、次のような
重量％から成っていた:66％Mn、16％Ni、16％Co、0.8％
Ｂおよび1.2％微量元素。第３図についての加熱スケジ
ュールは第３表の通りであった： 第３図の顕微鏡写真からわかるように、触媒粒子部位で
の核発生はほとんどなく、核発生のないところでは炭化
ケイ素の生長はほとんどなかった。
第４図は、アロイ62粒子にかなりの割合のケイ素を添加
した場合の、240倍の倍率の顕微鏡写真を示している。
触媒粒子の組成は、次のような重量％であった:25％S
i、50.0％Mn、12.2％Ni、12.2％Coおよび0.6％Ｂ。さら
に、触媒粒子で被覆した炭素基質プレートを、実施例１
と同じ炉内に置いた。第４図についての加熱スケジュー
ルは第４表の通りであった： 第３図と第４図の違いは、注目すべきである。ケイ素を
添加していないアロイ62を使って生長温度で10分経過し
たものを表わしている第３図は、極く僅かなホイスカー
とその末端に存在する触媒ボールがあるだけで、殆んど
ホイスカーは生長していないことを示している。対照的
に、ケイ素を添加したアロイ62を使って生長温度で10分
経過したものを表わしている第４図は、触媒粒子部位で
核発生が行なわれたホイスカーの末端に触媒ボールのつ
いている著しいホイスカーの生長を示している。
した場合の、240倍の倍率の顕微鏡写真を示している。
触媒粒子の組成は、次のような重量％であった:25％S
i、50.0％Mn、12.2％Ni、12.2％Coおよび0.6％Ｂ。さら
に、触媒粒子で被覆した炭素基質プレートを、実施例１
と同じ炉内に置いた。第４図についての加熱スケジュー
ルは第４表の通りであった： 第３図と第４図の違いは、注目すべきである。ケイ素を
添加していないアロイ62を使って生長温度で10分経過し
たものを表わしている第３図は、極く僅かなホイスカー
とその末端に存在する触媒ボールがあるだけで、殆んど
ホイスカーは生長していないことを示している。対照的
に、ケイ素を添加したアロイ62を使って生長温度で10分
経過したものを表わしている第４図は、触媒粒子部位で
核発生が行なわれたホイスカーの末端に触媒ボールのつ
いている著しいホイスカーの生長を示している。
以上本発明の好ましい実施態様について説明したが、本
発明はここに説明された実施態様にのみ制限されるもの
ではなく、特許請求の範囲内で種々の変更や改変が可能
であることは当業者であれば理解することができよう。
発明はここに説明された実施態様にのみ制限されるもの
ではなく、特許請求の範囲内で種々の変更や改変が可能
であることは当業者であれば理解することができよう。
第１図は、浸炭されていないフェロシリコン触媒粒子か
らのホイスカー生長を示す80倍の倍率の顕微鏡写真であ
る。 第２図は、フェロシリコン触媒粒子が浸炭されていると
きのホイスカー生長を示す80倍の倍率の顕微鏡写真であ
る。 第３図は、ケイ素で稀釈されていないアロイ62触媒粒子
を使用したときのホイスカー生長を示す240倍の倍率の
顕微鏡写真である。 第４図は、ケイ素で稀釈されたアロイ62触媒粒子を使用
したときのホイスカー生長を示す240倍の倍率の顕微鏡
写真である。
らのホイスカー生長を示す80倍の倍率の顕微鏡写真であ
る。 第２図は、フェロシリコン触媒粒子が浸炭されていると
きのホイスカー生長を示す80倍の倍率の顕微鏡写真であ
る。 第３図は、ケイ素で稀釈されていないアロイ62触媒粒子
を使用したときのホイスカー生長を示す240倍の倍率の
顕微鏡写真である。 第４図は、ケイ素で稀釈されたアロイ62触媒粒子を使用
したときのホイスカー生長を示す240倍の倍率の顕微鏡
写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョージ エフ．ハーリイ アメリカ合衆国，ニューメキシコ州 87544，ロス アラモス モンテ ビスタ 122 (56)参考文献 特開 昭61−291498（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】a.炭素、ケイ素、もしくは炭素およびケイ
素の混合物と金属触媒粒子を合金化してケイ素の含有量
を１〜45重量％及び／又は炭素の含有量を0.1〜5.0重量
％とした合金化金属触媒粒子で生長基質を被覆する工
程； b.前記被覆生長基質を還元雰囲気中で加熱する工程： c.前記雰囲気中へケイ素含有気体および炭素含有気体を
導入する工程； d.前記被覆生長基質および前記雰囲気を炭化ケイ素ホイ
スカーの生長を誘発させるため充分な温度である1200〜
1600℃に所望時間にわたって維持する工程；および e.前記被覆生長基質を冷却し、前記被覆生長基質から炭
化ケイ素ホイスカーを回収する工程； からなることを特徴とする炭化ケイ素ホイスカーの製造
方法。 - 【請求項２】前記還元雰囲気が水素雰囲気である特許請
求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】前記ケイ素含有気体がSiO、SiCl4、SiCH3C
l3もしくはシランである特許請求の範囲第１項記載の方
法。 - 【請求項４】前記炭素含有ガスがメタンである特許請求
の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項５】炭素と前記金属触媒粒子との前記合金化
を、炭化ケイ素ホイスカーの生長温度より低い温度で金
属触媒粒子の上に炭素富化気体を流すことによる浸炭処
理によって行う特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項６】前記金属触媒粒子がマンガン、鉄、ニッケ
ル、コバルト、クロムおよびニオブの１種または数種を
含有している特許請求の範囲第１項記載の方法。
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|---|---|---|---|
| US81486685A | 1985-12-30 | 1985-12-30 | |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62158200A JPS62158200A (ja) | 1987-07-14 |
| JPH0791158B2 true JPH0791158B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61307608A Expired - Lifetime JPH0791158B2 (ja) | 1985-12-30 | 1986-12-23 | 炭化ケイ素ホイスカーの製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791158B2 (ja) |
| CA (1) | CA1275088A (ja) |
| DE (1) | DE3644299C2 (ja) |
| FR (1) | FR2592399B1 (ja) |
| GB (1) | GB2186208B (ja) |
| IT (1) | IT1198258B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US4911781A (en) * | 1987-05-05 | 1990-03-27 | The Standard Oil Company | VLS Fiber growth process |
| DE3874598T2 (de) * | 1987-05-05 | 1993-01-28 | Standard Oil Co Ohio | Verfahren zur herstellung von whiskern durch den vls-mechanismus. |
| NL9300816A (nl) * | 1993-05-12 | 1994-12-01 | Univ Delft Tech | Werkwijze voor de bereiding van een poreus siliciumcarbide. |
| US5383421A (en) * | 1993-05-19 | 1995-01-24 | The Dow Chemical Company | Method for forming beta-silicon carbide whiskers, singly or in a matrix, using an organotitanium coordination compound catalyst |
| CN113564687B (zh) * | 2021-08-24 | 2022-07-22 | 安徽工业大学 | 一种铬催化的碳化硅晶须及其制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1195729B (de) * | 1958-10-23 | 1965-07-01 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen von Koerpern aus hochreinem Siliziumkarbid |
| GB1077667A (en) * | 1963-10-08 | 1967-08-02 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in or relating to nuclear fuel material |
| NL143436B (nl) * | 1966-12-14 | 1974-10-15 | Philips Nv | Werkwijze voor het vervaardigen van draadvormige siliciumcarbide kristallen en voorwerpen geheel of voor een deel bestaande uit deze kristallen. |
| GB1242051A (en) * | 1967-05-08 | 1971-08-11 | Nat Res Dev | Improvements in the manufacture of silicon carbide |
| US3622272A (en) * | 1968-04-01 | 1971-11-23 | Gen Technologies Corp | Method of growing silicon carbide whiskers |
| GB1280648A (en) * | 1969-08-29 | 1972-07-05 | Laporte Industries Ltd | Refractory compounds |
| JPS5821578B2 (ja) * | 1975-08-30 | 1983-05-02 | 松下電工株式会社 | 断熱材 |
| JPS57101000A (en) * | 1980-12-12 | 1982-06-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Preparation of ceramic whisker |
| JPS599220A (ja) * | 1982-06-30 | 1984-01-18 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 炭化けい素繊維の製造方法 |
| 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 |
-
1986
- 1986-12-08 CA CA000524790A patent/CA1275088A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-12-10 GB GB8629499A patent/GB2186208B/en not_active Expired
- 1986-12-23 JP JP61307608A patent/JPH0791158B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-12-23 DE DE3644299A patent/DE3644299C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-12-24 IT IT22872/86A patent/IT1198258B/it active
- 1986-12-29 FR FR8618275A patent/FR2592399B1/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62158200A (ja) | 1987-07-14 |
| FR2592399B1 (fr) | 1995-12-22 |
| IT1198258B (it) | 1988-12-21 |
| DE3644299A1 (de) | 1987-07-02 |
| IT8622872A1 (it) | 1988-06-24 |
| DE3644299C2 (de) | 1995-09-21 |
| IT8622872A0 (it) | 1986-12-24 |
| GB2186208A (en) | 1987-08-12 |
| FR2592399A1 (fr) | 1987-07-03 |
| CA1275088A (en) | 1990-10-09 |
| GB8629499D0 (en) | 1987-01-21 |
| GB2186208B (en) | 1989-10-25 |
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