JPS59213700A - SiCウイスカ−の製造方法 - Google Patents

SiCウイスカ−の製造方法

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JPS59213700A
JPS59213700A JP58085906A JP8590683A JPS59213700A JP S59213700 A JPS59213700 A JP S59213700A JP 58085906 A JP58085906 A JP 58085906A JP 8590683 A JP8590683 A JP 8590683A JP S59213700 A JPS59213700 A JP S59213700A
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carbon
carbon black
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Toshio Nakada
仲田 俊夫
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/005Growth of whiskers or needles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-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
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides

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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】 SiCの単結晶で構成される微小繊維状のウィスカーは
比強度、比弾性率、耐熱性、化学的安定性などに卓越し
た性能を有する。ことがら、各種金属あふいはプラスチ
ックの複合強化材として有用視されている。該SiCウ
ィスカーの生成は、用いる原料物質の選定、配合比率、
反応時の雰囲気および温度などにより大きく支配され、
これら条件因子をいかに組合わせるかが高品位、高収率
を得るための要件となる。このため、従来がらこれら生
成条件を相違させた多様の製造技哲が提案されている。
このうち原料物質の選定に関しては、けい素源原料およ
び触媒、生成促進助剤などの第三成分に対する研究例は
多くみられるが、炭材成分の性状とウィスカー生成機構
との関係について詳しく検討された例は見当らない。
本発明は、各種炭材成分のうち粒子構造の制御化が比較
的容易なカーボンブラックに着目し、この性状がイ↓す
られるSiCウィスカーの品位、収率等に及ぼす影響に
ついて多角的に研究を重ねた結果、カーボンブラックの
性状特性が一定の選択的範囲にある場合にのみ顕著な効
果を与える事実を確認して開発に至ったものである。
すなわち、本発明はけい素源原料に、BET比表面積4
0n?/y以上、DBP吸油計901np//io。。
以上および着色力(チ)が(0,3496X(BET比
表面積) −0,2143X(DBP吸油量) + 1
01.87)式により算出される着色力関係値以下のカ
ーボンブラックを炭羽として配合し、非酸化性雰囲気下
で1300〜1800℃の温度に加熱することを特徴と
する。
上記の各特性項目はカーボンブラックの粒性状を評価す
るために常用される指標で、次の方法により測定される
BET比表面+97− : ASTM D3037−7
8IIStandard method of tes
ting Carbonblack −13Jface
 area by nitrogen adso−rp
tion  #Method Bによる。
DBP吸油量−:J工S K6221(1975)  
rゴム用カーボンブラックの試験方法J6.1.;IJ
の吸油tA法による。
着色カニ ASTM D3265−80 ’Stand
ardmethod of testing Carb
on black−TintStrθngth ’によ
る。
このうち、BET比表面積はカーボンブラックの粒子径
、DBP吸油量はその構成粒子のストラフチア−(凝集
体鎖状構造)の大小をそれぞれ示す尺度とされる。また
、着色力は本来的にはカーボンブラックの黒色度を表わ
す指標とされるが、同時に粒子の直径および分布、スト
ラフチア−の大きさとその分布、ストラフチア−の形態
学的構造ならびにコロイド特性等の粒子物理的性状に関
与する因子となる。本発明で特定されたBET比表面積
40 m” / を以上、DBP吸油量油””’100
9以上および着色力(%)が(0,3496X (BE
T比表面積)−0,2143X (DBP吸油量)+1
01.87)の着色力関係値以下の領域に属する炭材カ
ーボンブラックは、一定水準を下廻る微小粒子径と発達
した凝集鎖状構造を有するとともにこれら粒子構造に対
応する着色力が相対的に低位にある性状により特長づけ
られるもので、該特性要件を全面的に満足する場合に高
品位SiCウィスカーの効果的な生成が確保される。
上記選択的特性を備えるカーボンブラックは、製造時、
原料となる炭化水素の種類、空気との混合比率、熱分解
反応の温度、反応域におけるガス流の滞留時間などの諸
条件を適宜制御することによって容易に調製することが
できる。
カーボンブラック炭材は、けい砂、けい石、籾殻灰、シ
リカゲルなどのSin、含有物質からなるけい素源涼刺
と配合して反応に供される。けい素源原料に対する炭材
カーボンブラックの配合比率は、SiCウィスカーの生
成収率ならびに残留炭材の焼却後処理等の観点から11
0〜400重量係の範囲に設定することが望ましい。ま
た、これら原料系に、例えばFeCl、 −4H,O,
N1(No、)i6H,O,COCl、 −6H,Oの
ようなFe、NiもしくはCOの化合物から選ばれた触
謀成分および/または生成空間生成材として機能するN
aClを添加混合するとウィスカーの生長が効果的に促
進される。
原料物質は、黒鉛のような耐熱性材料で構成された反応
容器に充填したのち加熱される。反応容器の加熱は、容
器に蓋を付し非酸化性雰囲気に保持した電気炉中で13
00−18001:、望ましくは1500〜1700C
の温度に少くとも2時間保持することによっておこなわ
れる。
加熱過程で原料物質中のけい素成分と炭素成分は相互に
反応して微小繊維状のSiC単結晶に転化するが、この
際、炭材カーボンブラックが有する独特の粒子性状に基
づきウィスカーの生長は極めて迅速かつ均等に進行し、
粒子状SiCの副生をほとんど伴わない高品位のSiC
ウィスカーとして収率よく生成する。
生成物中に残留する未反応の炭材カーボンブラックは、
焼却処理により除去する。
焼却処理後の生成物は、淡緑白色を呈するSiCウィス
カーで、けい素源原料に対する収率は理論収量に近似す
る。また、ウィスカーの性状は、直径0.1〜0.5μ
フn、長さ50〜300μmの均質アスペクト比をもつ
格子欠陥のないβ型単結晶である。
以上のとおり、本発明は炭材成分として最も効果的な生
成機構を与える特性範囲のカーボンブラックを]ン9定
し、よって高品位SiCウィスカーの高収率生産を可能
にしたものであるから産業上極めて有益である。
実施例 SiO,含有率99.5%の二酸化けい素微粉末(15
0メツシユ以下)をけい素源原料とし、これにBET比
表面積、DBP吸油量および着色力の異なる各種特性の
炭制カーボンブラックを110重量%の配合比率で均一
に混合した。
混合した原料物質の各50.Ofを内径70朋、高さ1
50mmの高純度黒鉛製反応容器に軽く充填し、反応容
器の上部に黒鉛蓋を付してアチソン型電気炉に移したの
ち、周囲をコークス粒バッキングで被包した。炉を通電
昇温し、炉内を非酸化性雰囲気に保持しながら1600
℃の温度に4時間加熱して反応を完結した。ついで反応
容器から内容物を集取し、大気中で7oo℃の温度に熱
処理して残留する炭材成分を完全に燃焼除去した。
また、上記原料物質群の一部にCoC12−6H,0の
触媒成分(けい素源原料に対し7.0重量係)および生
成空間形成材としてNaC4(けい素源原料に対し15
0重量%)をそれぞれ添加混合した原料系につき同様に
処即した。
得られた生成物はいずれも淡緑白色の藻革状外観を有す
るβ型S1Cウイスカーであったが、適用した炭材カー
ボンブラックの種類により生成収率、粒子状S i、c
の混在量、アスペクト比、性状均質性などに相違が認め
られた。
これらの結果を、用いた原料系と対比させて下表に示し
た。
箇 光性:(1)けい素源原料に対する生成収率(2)  
W4微鏡写真の観察から彷られた定性的測定結果。
十++(推定含有率40係以上)、++(推定含有率2
0〜40係)、+(推定含有率10〜20%)、−(推
定含4〕率5φ以下)。
(3)良−二直径、長さが均質でアスペクト比が均等。
不良−直径、長さが不揃いでアスペクト比が不均等。
上表の結果から、本発明で特定した選択的特性要件を満
足する炭材カーボンブラックを適用した例(本発明例、
Run 111kL1−7 )は特性範U ヲ外れる炭
材カーボンブラックを用いた比較例COCl、・6H,
O触媒およびNaCl生成空間形成拐を添加した例にお
いて顕著な効果が認められた。
特許出願人 東海カーボン株式会社 代理人 弁理士  高 畑 正 也 手続補正書(自発) 昭和58年7月27日 特許庁長官 若 杉 和 夫殿 ■、小事件表示 昭和58年特許願第85906号 2 発明の名称 SiCウィスカーの製造方法 3 補正をする者 事件との関係  特許出願人 東京都港区北肯山−丁目2番3号 東海カーボン株式会社 取締役社長  伊 藤 國二部 4代理人 東京都港区北青山−丁目2番3号(青白ビル)5、 補
正の対象 明lIa書第5頁、6行目から10行目「上記選択的特
性を備える・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
容易に調製することができる。」の記載部分を下記のと
おり訂正する。
「上記選択的特性を備えるカーボンブラックとしては、
製造時、原料となる炭化水素の種類、空気との混合比率
、熱分解反応の温度、反応域におけるガス流の滞留時開
などの諸条件を適宜制御することによって容易に調製す
ることができる7アーネスブラツク、その他炭化水素を
水蒸気の存在下に酸素で部分酸化して水素と一酸化炭素
の合成化学用原料ガスを製造する際に副生ずるカーボン
ブラック、これを熱処理することによって得られる導電
性カーボンブラックなどが含まれる。」 以上

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 りけい素像原料に、BET比表面積40rr?/。 以上、DBP吸油量90mn7100f以上および着色
    力(%)が(0,3496X(BFiT比表面積’)−
    0,2143X (DBP吸油量)+101.87 )
    式により算出される着色力関係値以下のカーボンブラッ
    クを炭材として配合し、非酸化性雰囲気下で1300〜
    1800℃の温度に加熱することを特徴とするSiCウ
    ィスカーの製造方法。 2けい素源原料に対する炭材の配合比率をiio〜40
    0重量%の範囲に設定し、必要に応じてFe、Niもし
    くはCOの化合物から選ばれた触媒成分および/lたは
    Na(J生成空間形成材を特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のSiCウィスカーの製造方法。
JP58085906A 1983-05-18 1983-05-18 SiCウイスカ−の製造方法 Granted JPS59213700A (ja)

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