JPH08759B2 - α−石英ウイスカーの製造方法 - Google Patents
α−石英ウイスカーの製造方法Info
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- JPH08759B2 JPH08759B2 JP4982988A JP4982988A JPH08759B2 JP H08759 B2 JPH08759 B2 JP H08759B2 JP 4982988 A JP4982988 A JP 4982988A JP 4982988 A JP4982988 A JP 4982988A JP H08759 B2 JPH08759 B2 JP H08759B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は耐熱性，化学的耐久性及び高強度特性の要求
される材料として利用されるα−石英ウイスカー（繊維
状結晶）の製造方法に関する。
される材料として利用されるα−石英ウイスカー（繊維
状結晶）の製造方法に関する。
［従来技術及び課題］ α−石英（室温安定石英）は通常のシリカガラスと異
なりアルカリ成分を含有していない高純度シリカ材料で
あるため，耐水性，耐薬品性等の化学的耐久性に優れ，
熱膨張率が小さく耐熱性にも優れる。しかも，β−石英
への転移温度が約570℃と高温であるため，二酸化珪素
（SiO2）の他の結晶構造であるクリストバライト，トリ
ジマイトに比して高温安定性に優れる。例えば，クリス
トバライトは200〜270℃で変態してしまう。又，ウイス
カー即ち直径数μm,長さ数百μｍ程度の細長い繊維状結
晶は，通常の粒状結晶に比して内部欠陥が少ない等のた
め強度（特に引張り強度）が高く，α−石英ウイスカー
もこの例外ではない。従って，α−石英ウイスカーは広
い分野でその用途が期待されている材料の一つである。
なりアルカリ成分を含有していない高純度シリカ材料で
あるため，耐水性，耐薬品性等の化学的耐久性に優れ，
熱膨張率が小さく耐熱性にも優れる。しかも，β−石英
への転移温度が約570℃と高温であるため，二酸化珪素
（SiO2）の他の結晶構造であるクリストバライト，トリ
ジマイトに比して高温安定性に優れる。例えば，クリス
トバライトは200〜270℃で変態してしまう。又，ウイス
カー即ち直径数μm,長さ数百μｍ程度の細長い繊維状結
晶は，通常の粒状結晶に比して内部欠陥が少ない等のた
め強度（特に引張り強度）が高く，α−石英ウイスカー
もこの例外ではない。従って，α−石英ウイスカーは広
い分野でその用途が期待されている材料の一つである。
しかし，従来，この優れた特性を有するα−石英ウイ
スカーの製法としては，高価な反応ガス，高温・高圧条
件等極めて特殊な条件下のものしか提案されておらず，
実験室レベルでしか製造できなかった。
スカーの製法としては，高価な反応ガス，高温・高圧条
件等極めて特殊な条件下のものしか提案されておらず，
実験室レベルでしか製造できなかった。
本発明は，かかる課題を解決すること，即ちα−石英
ウイスカーを容易に実用レベルで量産できる製造方法を
開発することを目的とする。
ウイスカーを容易に実用レベルで量産できる製造方法を
開発することを目的とする。
［課題の解決手段］ 本発明者はこうした見地に鑑み鋭意検討を重ねた結
果，珪素単体を用いそれを特定の雰囲気中で焼成し，か
つ焼成後の冷却速度を比較的遅いものとしてゆっくり反
応させたところ，容易にα−石英ウイスカーを製造でき
ることを見出し，本発明を完成するに至ったものであ
る。即ち，本発明は上述の課題を下記手段によって解決
する。
果，珪素単体を用いそれを特定の雰囲気中で焼成し，か
つ焼成後の冷却速度を比較的遅いものとしてゆっくり反
応させたところ，容易にα−石英ウイスカーを製造でき
ることを見出し，本発明を完成するに至ったものであ
る。即ち，本発明は上述の課題を下記手段によって解決
する。
（１）珪素（Si）を露点−10〜＋13℃に設定されたアン
モニア分解ガス又は水素ガス雰囲気中1200℃以上にて焼
成し，少なくとも1100℃までの冷却速度を30℃／分以下
とするα−石英ウイスカーの製造方法。
モニア分解ガス又は水素ガス雰囲気中1200℃以上にて焼
成し，少なくとも1100℃までの冷却速度を30℃／分以下
とするα−石英ウイスカーの製造方法。
（２）珪素（Si）を含有してなるスラリー状物を多孔質
基材に含浸させ，露点−10〜＋13℃に設定されたアンモ
ニア分解ガス又は水素ガス雰囲気中1200℃以上にて焼成
し，少なくとも1100℃までの冷却速度を30℃／分以下と
するα−石英ウイスカーの製造方法。
基材に含浸させ，露点−10〜＋13℃に設定されたアンモ
ニア分解ガス又は水素ガス雰囲気中1200℃以上にて焼成
し，少なくとも1100℃までの冷却速度を30℃／分以下と
するα−石英ウイスカーの製造方法。
こうした構成にすることにより，珪素（Si）は次の反
応機構によってα−石英ウイスカーを生成するものと理
解される。
応機構によってα−石英ウイスカーを生成するものと理
解される。
中間にSiOを生成するように徐々にSiを酸化させるこ
とが重要である。一気にSiO2とした場合，これはクリス
トバライト結晶となる。
とが重要である。一気にSiO2とした場合，これはクリス
トバライト結晶となる。
一般に，かかる反応条件下では窒化珪素（Si3N4）を
生成するが，上記手段によれば予期に反してα−石英ウ
イスカーを生成する。
生成するが，上記手段によれば予期に反してα−石英ウ
イスカーを生成する。
ここで，α−石英ウイスカーとは，若干の他の結晶相
（Ｘ線回折法でピークとして確認できるか否か程度のも
の），又粒状結晶が含まれているものを包含するものと
する。
（Ｘ線回折法でピークとして確認できるか否か程度のも
の），又粒状結晶が含まれているものを包含するものと
する。
［好適な実施態様及び作用］ 原料としてのSiは99％以上好ましくは99.5％以上の高
純度粉末を用いるとよい。不純物が多いと高純度の石英
を得ることができない。その粉末粒径は１μｍ以下，好
ましくは0.5μｍ以下にするとよい。内部まで雰囲気の
影響を受け易くし，全体的にα−石英ウイスカーを生成
させるためである。
純度粉末を用いるとよい。不純物が多いと高純度の石英
を得ることができない。その粉末粒径は１μｍ以下，好
ましくは0.5μｍ以下にするとよい。内部まで雰囲気の
影響を受け易くし，全体的にα−石英ウイスカーを生成
させるためである。
原料Si粉末はスラリー状物として，多孔性の基材に含
浸して保持させた状態で焼成に供するとよい。Si単体の
大きな塊をそのまま焼成に供すると，ガス拡散が不充分
となって内部に未反応のSi単体が残存するためである。
又，スラリー状物とすることによって，基材表面にSi単
体材料の薄膜を形成することができる。スラリー状物は
通常の如く結合剤，溶剤等を配合して得るとよい。含浸
方法としては，刷毛塗布，浸漬，噴霧等いずれであって
もよい。多孔性の基材としては例えばアルミナ，コージ
ェライト等の多孔性セラミック，又はガラスセラミック
などが挙げられる。その平均孔径は500μｍ以下，気孔
率は30％以上にするとよい。Si粉末のスラリー状物を分
散保持し，α−石英ウイスカーの生成を促進するためで
ある。
浸して保持させた状態で焼成に供するとよい。Si単体の
大きな塊をそのまま焼成に供すると，ガス拡散が不充分
となって内部に未反応のSi単体が残存するためである。
又，スラリー状物とすることによって，基材表面にSi単
体材料の薄膜を形成することができる。スラリー状物は
通常の如く結合剤，溶剤等を配合して得るとよい。含浸
方法としては，刷毛塗布，浸漬，噴霧等いずれであって
もよい。多孔性の基材としては例えばアルミナ，コージ
ェライト等の多孔性セラミック，又はガラスセラミック
などが挙げられる。その平均孔径は500μｍ以下，気孔
率は30％以上にするとよい。Si粉末のスラリー状物を分
散保持し，α−石英ウイスカーの生成を促進するためで
ある。
Siの焼成は既述の通り露点−10〜＋13℃に設定された
雰囲気中で行なわなければならない。α−石英ウイスカ
ーを効率良く生成させるためである。露点とは雰囲気中
の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧に等しいときの温度であ
り，この露点を規定することによって雰囲気中の相対湿
度，従って水（H2O）の存在割合が特定されることにな
る。露点−10℃未満では水量が少なくなりウイスカーの
生成が極めて遅くなる。一方＋13℃を越えると相対的に
水量が多くなり，やはりウイスカーを生成しない。好ま
しくは−５〜＋６℃に露点を設定するとよい。α−石英
ウイスカーを生成するためには，雰囲気ガスはアンモニ
ア分解ガス又は水素ガス，即ち還元力の強いものを使用
しなければならない。アンモニア分解ガスとは，アンモ
ニアが分解して生じた窒素，水素等からなる混合ガスを
いう。窒素（N2）ガス単独の雰囲気中では，仮に露点等
を調整したとしてもSi3N4を生成し易くなる。焼成温度
は1200〜1400℃にするとよい。1200℃未満では初期のα
−石英ウイスカーを生成しにくく，又1400℃を越えると
Siが溶解してしまうからである。好ましくは1280〜1380
℃である。焼成時間は１〜5hrにするとよい。雰囲気圧
力は0.7〜２気圧程度にするとよい。
雰囲気中で行なわなければならない。α−石英ウイスカ
ーを効率良く生成させるためである。露点とは雰囲気中
の水蒸気分圧が飽和水蒸気圧に等しいときの温度であ
り，この露点を規定することによって雰囲気中の相対湿
度，従って水（H2O）の存在割合が特定されることにな
る。露点−10℃未満では水量が少なくなりウイスカーの
生成が極めて遅くなる。一方＋13℃を越えると相対的に
水量が多くなり，やはりウイスカーを生成しない。好ま
しくは−５〜＋６℃に露点を設定するとよい。α−石英
ウイスカーを生成するためには，雰囲気ガスはアンモニ
ア分解ガス又は水素ガス，即ち還元力の強いものを使用
しなければならない。アンモニア分解ガスとは，アンモ
ニアが分解して生じた窒素，水素等からなる混合ガスを
いう。窒素（N2）ガス単独の雰囲気中では，仮に露点等
を調整したとしてもSi3N4を生成し易くなる。焼成温度
は1200〜1400℃にするとよい。1200℃未満では初期のα
−石英ウイスカーを生成しにくく，又1400℃を越えると
Siが溶解してしまうからである。好ましくは1280〜1380
℃である。焼成時間は１〜5hrにするとよい。雰囲気圧
力は0.7〜２気圧程度にするとよい。
焼成後の冷却速度は30℃／分以下でなければならな
い。SiのSiO2への酸化反応をSiOを経由して徐々に進行
させ，もってα−クリストバライトの生成を極力防止す
るためである。好ましくは16℃／分以下である。又，こ
の冷却速度は少なくとも1100℃〜900℃まで維持すると
よい。又，焼成温度から450℃以上降下した冷却温度ま
で維持するとよい。
い。SiのSiO2への酸化反応をSiOを経由して徐々に進行
させ，もってα−クリストバライトの生成を極力防止す
るためである。好ましくは16℃／分以下である。又，こ
の冷却速度は少なくとも1100℃〜900℃まで維持すると
よい。又，焼成温度から450℃以上降下した冷却温度ま
で維持するとよい。
尚，上記製造工程において石英からクリストバライト
への転移を促進する，いわゆる失透性成分例えばＩ族,I
I族の金属成分の混入は極力防止する必要がある。具体
的には,Si成分に対して0.5重量％以下，好ましくは0.2
重量％以下に規制すべきである。
への転移を促進する，いわゆる失透性成分例えばＩ族,I
I族の金属成分の混入は極力防止する必要がある。具体
的には,Si成分に対して0.5重量％以下，好ましくは0.2
重量％以下に規制すべきである。
こうしてα−石英ウイスカーが製造される。このウイ
スカーは種々の長さ，径例えば長さ10〜400μm,径１〜
３μｍのものを製造でき用途に応じて適宜使用できる。
かくて，このα−石英ウイスカーは過剤（フィル
タ），酵素・微生物等の触媒単体，断熱材，保温材，絶
縁材，吸着材，赤外線放射体等，種々の用途に好適であ
る。特に，このα−石英ウイスカーはクリストバライト
ウイスカーに比して変態温度が高く（約570℃），オー
トクレーブによる高温殺菌が可能となり，医療用器材へ
の利用が期待される。
スカーは種々の長さ，径例えば長さ10〜400μm,径１〜
３μｍのものを製造でき用途に応じて適宜使用できる。
かくて，このα−石英ウイスカーは過剤（フィル
タ），酵素・微生物等の触媒単体，断熱材，保温材，絶
縁材，吸着材，赤外線放射体等，種々の用途に好適であ
る。特に，このα−石英ウイスカーはクリストバライト
ウイスカーに比して変態温度が高く（約570℃），オー
トクレーブによる高温殺菌が可能となり，医療用器材へ
の利用が期待される。
［実施例］ 以下，本発明の実施例を説明する。併せて比較例につ
いても述べる。
いても述べる。
平均粒径0.7μm,純度99.6％のSi粉末100g及び第三ブ
チルアルコール500mlを粉砕用ボールとしてのアルミナ
球石（15φmm,400g,純度99.9％）と共にポリエチレンポ
ット（内容積500ml）中にいれ,120rpmで24時間混合粉砕
する。次に，得られたSi含有スラリー状物を基材として
の多孔質アルミナ磁器（気孔径100μm,気孔率50％，純
度99.7％）に含浸させる。次に，基材に含浸されたSi含
有スラリー状物を黒鉛型内において下記表に示す条件で
焼成及び冷却し，その生成物について結晶外観及び結晶
相を以下の方法によって調べ，その結果も下記表及び図
に示す。
チルアルコール500mlを粉砕用ボールとしてのアルミナ
球石（15φmm,400g,純度99.9％）と共にポリエチレンポ
ット（内容積500ml）中にいれ,120rpmで24時間混合粉砕
する。次に，得られたSi含有スラリー状物を基材として
の多孔質アルミナ磁器（気孔径100μm,気孔率50％，純
度99.7％）に含浸させる。次に，基材に含浸されたSi含
有スラリー状物を黒鉛型内において下記表に示す条件で
焼成及び冷却し，その生成物について結晶外観及び結晶
相を以下の方法によって調べ，その結果も下記表及び図
に示す。
（ａ）結晶外観：電子顕微鏡写真 （ｂ）結晶相:X線回折法 尚，表において結晶外観及び結晶相のいずれについて
も，生成物全体の50％以上を占めるものを記載した。
又，第１〜３図は夫々試料No.1,5,＊10に係る電子顕微
鏡写真である。
も，生成物全体の50％以上を占めるものを記載した。
又，第１〜３図は夫々試料No.1,5,＊10に係る電子顕微
鏡写真である。
表及び図から明らかな通り，実施例の製造条件によっ
てのみ所期のα−石英ウイスカーが生成され，本発明の
範囲を外れる比較例によっては粒子状（外観）ないしは
クリストバライト又は無定形（結晶）のものしか製造で
きない。
てのみ所期のα−石英ウイスカーが生成され，本発明の
範囲を外れる比較例によっては粒子状（外観）ないしは
クリストバライト又は無定形（結晶）のものしか製造で
きない。
［効果］ 以上の如く本発明によれば,Si原料を用いた気相反応
によって耐熱性等に優れた特性を有する高純度α−石英
ウイスカーを容易に製造できる。特に焼成及び冷却条件
を実用範囲内で設定することにより製造できるので，従
来法のような極めて特殊な条件を必要とせず，量産性に
優れ，工業的価値は極めて高い。
によって耐熱性等に優れた特性を有する高純度α−石英
ウイスカーを容易に製造できる。特に焼成及び冷却条件
を実用範囲内で設定することにより製造できるので，従
来法のような極めて特殊な条件を必要とせず，量産性に
優れ，工業的価値は極めて高い。
本発明によって製造されたα−石英ウイスカーは耐熱
性，化学的耐久性，高強度特性の要求される材料として
広く利用できる。
性，化学的耐久性，高強度特性の要求される材料として
広く利用できる。
第1,2,3図は本実施例又は比較例の試料についての結晶
構造を示す電子顕微鏡写真であって，第１図は試料No.1
（倍率×1000），第２図は試料No.5（倍率×1000），第
３図は試料No.＊10（倍率×500）に係るものを夫々示
す。
構造を示す電子顕微鏡写真であって，第１図は試料No.1
（倍率×1000），第２図は試料No.5（倍率×1000），第
３図は試料No.＊10（倍率×500）に係るものを夫々示
す。
Claims (2)
- 【請求項１】珪素（Si）を露点−10〜＋13℃に設定され
たアンモニア分解ガス又は水素ガス雰囲気中1200℃以上
にて焼成し，少なくとも1100℃までの冷却速度を30℃／
分以下とするα−石英ウイスカーの製造方法。 - 【請求項２】珪素（Si）を含有してなるスラリー状物を
多孔質基材に含浸させ，露点−10〜＋13℃に設定された
アンモニア分解ガス又は水素ガス雰囲気中1200℃以上に
て焼成し，少なくとも1100℃までの冷却速度を30℃／分
以下とするα−石英ウイスカーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4982988A JPH08759B2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | α−石英ウイスカーの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4982988A JPH08759B2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | α−石英ウイスカーの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01226799A JPH01226799A (ja) | 1989-09-11 |
| JPH08759B2 true JPH08759B2 (ja) | 1996-01-10 |
Family
ID=12841976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4982988A Expired - Fee Related JPH08759B2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | α−石英ウイスカーの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08759B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6385798B2 (ja) * | 2014-11-05 | 2018-09-05 | 公立大学法人大阪市立大学 | 断熱管の製造方法、断熱膜の製造方法、断熱管及び断熱膜 |
-
1988
- 1988-03-04 JP JP4982988A patent/JPH08759B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01226799A (ja) | 1989-09-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |