JPS5945635B2 - β−ＳｉＣウイスカ−の育成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属と高温で反応せず、酸化性雰囲気の高温
に耐え、多くの金属とぬれ性がよく、高強度、高弾性率
を有し、繊維強化金属（ＦＲＭ）用の繊維として量産が
要望されているβ−８ｉＣウイスカー（ひげ結晶）の育
成方法に関する。

β−８ｉＣウィスカーの生成については多くの研究が報
告されており、一般にβ−８ｉＣウィスカー及び針状結
晶の合成については、（１）ＳｉＣ１４などのハロゲン
化シリコンと四塩化炭素、ベンゼン、メタン、Ｃ７Ｈ８
などの炭素源とを水素気流中高温で反応させる方法、（
２）ＣＨ３ＳｉＣ１３などのシランの水素気流中での熱
分解による方法、（３）Ｓｉ０２と炭素との反応による
方法、（４）金属ケイ素と炭素源との反応による方法、
（５）昇華法などが知られている。

本発明は前記１）のような簡単な方法により多量のβ−
８ｉＣファイバー（ウィスカー）をうる方法を提供する
ものである。

（１）の方法により、ハロゲン化シリコンガスとハイド
ロカーボンガスあるいはハロゲン化カーボンガスとを水
素ガスをキャリヤーガスとして高温炉内に導き基板上に
β−８ｉＣファイバー（ウィスカー）を生成せしめる場
合、従来は平板状の基板の表面を反応ガスが停滞するこ
となぐ通過する状態で行なわれていた。

そしてこの条件では基板上に少量のＳｉＣファイバー（
ウィスカー）しか生育しなかった。

本発明者は基板上での反応ガスの流通状態について着目
し、有底筒状であって側壁に開口側端面から底部近（に
軸方向に延長するスリットが複数個設けられている基板
に、開口側から反応ガスを流し、反応ガスが基板上を停
滞しつつ通過せしめるようにすることによって、多量の
ＳｉＣファイバー（ウィスカー）を基板上に長く密生せ
しめうろことを見出したものである。

またこのようにファイバー（ウィスカー）を生長せしめ
るには、反応ガスを加圧すること、基板としてはＳｉＣ
含有量のなるべく多い材質のものが必要であることを見
出したものである。

以下に本発明を実施結果について説明する。

実施に用いた反応管は内径５５ｍｍ長さ１０００關のム
ライト管で、これを水平にして電気炉内に設置した。

反応管の中央に外径５０ｍｍ内径３５ｍｍ長さ７０ｍｍ
の円筒体の一端が厚さ１２關の底部によって閉じられた
基板を横に置いた。

この基板はこの基本形のもの（１′）と、底部中央に直
径１０ｍｍの貫通孔を有するもの（ロ）と、開口端の円
周を三等分し各三等分部分に幅１５７ｎＮ、深さ２５龍
の溝を設けたもの（ハ）と、開口端の円周を四等分し幅
３ｍｍ深さ５２龍のスリットを四個設けたものに）とを
用いた。

これら基板の材質はＡｌ２Ｏ３とＳｉＣを重量比で７０
：３０の割合に混合し成形したものを用いた。

反応ガスは高純度の原料が比較的容易に入手でき、他の
シリコンのハロゲン化物である臭化物、ヨウ化物などと
較べて安価な四塩化ケイ素と、ノ・イドロカーボンとし
てはプロパン、ベンゼン、トルエンなどでもよいが、メ
タンを用いた。

また反応ガスを反応管に導くキャリヤーガスとして水素
を用いた。

これらの混合ガスは予熱器を通って反応管に導いた。

水素ガス流量５０ ｏｃｃ／ｍ、 ＣＨ。流量１０Ｑｃ
ｃ／ｍ、５ｉＣ１４蒸気圧６００ ｍｒｎＨｇ。

反応管内圧力０．３ｋｇ／ｃ４、反応管内温度１３００
℃で、反応ガスは反応管の一端から基板の開口に向って
流し反応管の他端から反応によって生成したＨＣＩ
ガスや未反応ガスを排出した。

育成時間は各基板とも２５分である。

この結果第１図ａに示すように（イ）の基板では入口よ
り途中付近までファイバー（ウィスカー）が群生してい
たが、途中から底部までは全くファイバー（ウィスカー
）の生成が認められなかった。

第１図すに示すように１口）の基板では内面及び貫通孔
の内面がＳｉＣでコーティング状態になっただけでファ
イバー（ウィスカー）の群生はなかった。

第１図Ｃに示すように、（ハ）の基板では溝の底から底
部まではファイバー（ウィスカー）が群生したが、その
他の部分ではファイバー（ウィスカー］の生育が認めら
れなかった。

第１図ｄに示すように、本発明によるに）の基板では内
部全体にファイバー（ウィスカー）の群生が認められた
。

ただしスリットの底の部分で入口側と底部側との間にわ
ずかな隙間が存在した。

これら各基板のファイバー（ウィスカー）の生育量は（
イ）が０．０３１５ｉ’、ｅ→が０．０２５Ｐ、に）が
０．１０５Ｐで、に）が最も生育量が多かった。

これらファイバー（ウィスカー）の長さは約２０ｍｍ以
上に達していた。

得られたファイバー（ウィスカー）をＸ線回折によって
調べた処、β−８ｉＣ以外のピークは全く認められず、
β−８ｉＣのみからなることが確認された。

またマイクロディフラクトメーターによりこのファイバ
ー（ウィスカー）が（１００）方向に著しく伸びて配向
しており不規則な配向のものでないことも確認できた。

第２図に得られたファイバー（ウィスカー）の電子顕微
鏡写真を示す。

この第２図ａ写真からファイバー（ウィスカー）の平均
径は０，２μｍ程度であることが判る。

電子顕微鏡で観察した結果では、第２図すに示すように
一部には束になって２μｍ程度の太さになっているもの
や、第２図Ｃに示すようにファイバー（ウィスカー）間
に綿状のものが枝分れして伸びているものも見られた。

ファイバー（ウィスカー）には節がなく、マイクロディ
フラクトメーターの結果と併せると本ファイバーは多結
晶ではなくウィスカーであることが認められる。

ファイバーの各種の文献に示された生成温度は１０００
〜２０００℃である。

本実施例の育成条件で反応温度のみ１２５０℃に低下せ
しめた処、に）の基板においても底部に若干の生育が認
められただけであるが、育成室内の圧力を高めることに
より、この温度でも多量のファイバー（ウィスカー）の
生育の可能性は考えられる。

育成室内の圧力を大気圧にした場合にはに）の基板を用
いても底部に０．０１２Ｐのファイバー（ウィスカー）
が生育しただけであり、多量に生育せしめるには加圧状
態で行なうことが必要である。

に）の基板を用い前記した反応条件で、反応管内圧力を
変化せしめたとき、圧力と生育量との関係は第３図に示
す如くであった。

基板の材質がファイバー（ウィスカー）の生成に及ぼす
影響を調べるため、前記と同一条件で、基板のＡｌ２Ｏ
３：ＳｉＣ比率を異にするに）の基板によって試験を行
なった処、ＳｉＣ含有比率の多いもの程生育量が多く、
ＳｉＣ含有量５重量％以下ではコーティング程度しかフ
ァイバー（ウィスカー）が生育しなかった。

以上から基板として炭化シリコンからなるか炭化シリコ
ンを成程度含有する基板を用い、反応ガスをこの基板上
を加圧された状態で停滞しつつ通過せしめることにより
多量のＳｉＣファイバー（ウィスカー）を簡卆に育成せ
しめることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ 、ｂ ｙｅ 、ｄは実施例に用いた各基板の
斜視図及び各基板へのＳｉＣファイバー（ウィスカー）
の生育状態を示した図、第２図ａ、ｂ。 Ｃは本発明法によりえられたＳｉＣファイバー（ウィス
カー）の電子顕微鏡写真図、第３図は、反応管内の圧力
と生育量との関係を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 有底筒状であって側壁に開口側端面から底部近くに
   軸方向に延長するスリットが複数個設けられている炭化
   シリコンからなるかまたは炭化シリコン含有基板を、該
   基板の開口側を反応管の一端に向けて反応管内に配置し
   、ハロゲン化シリコンガスとハイドロカーボンガスある
   いはハロゲン化カーボンガスを水素ガスをキャリヤーガ
   スとして、加熱された反応管内に前記一端から加圧状態
   で導入することを特徴とするβ−８ｉＣウィスカーの育
   成方法。