JPS62260799A - 炭化ケイ素ウイスカ−の製造方法及びそのための装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高純度の炭化ケイ素ウィスカーを低廉に製造
する方法及びそのための装置に関し、詳しくは、固体状
のケイ素含有原料と粉末状炭素原料との加熱反応におい
て、ケイ素含を原料として二酸化ケイ素を含有する板状
成形体を用いることによって、未反応二酸化ケイ素を含
有しない高純度炭化ケイ素ウィスカーを高生産性にて且
つ低廉に製造し得る方法に関する。

（従来の技術） 炭化ケイ素ウィスカーは、強度が大きいために種々の用
途が期待されている。

このような炭化ケイ素ウィスカーの製造方法としては、
従来より種々の方法が知られているが、工業的には、多
くの場合、枡状の反応容器、即ち、匣鉢に籾からを充填
したり（特開昭５３−１１３３００号公報）、又は粉末
状シリカとカーボンブラックとの混合物、若しくは粉末
状のケイ素含有化合物とカーボンブラックとを有機バイ
ンダーにて球状や小円筒状に成形してなる成形体を充填
しく特開昭５８−２０７９９号公報）、これを連続的に
トレープッシャ一式加熱炉に挿入して、加熱する連続製
法によって製造されている。

しかし、上記のように、ケイ素含有原料として粉末を用
いる場合は、得られる炭化ケイ素ウィスカーに未反応の
二酸化ケイ素が多量に残存するので、実用に供するため
には、これをフッ酸水溶液にて処理して、二酸化ケイ素
を溶解除去する必要がある。また、上記のように、ケイ
素化合物と炭素原料とを含む成形体を用いる場合は、得
られた炭化ケイ素ウィスカーと成形体との分離が容易で
はなく、しかも、通常、成形体の繰り返し使用が困難で
あるので、製造費用を高めることとなる。

更に、これらの従来の方法によれば、繊維長が長く、且
つ、アスペクト比が高い高純度炭化ケイ素ウィスカーを
得ることが困難である。

（発明の目的） 本発明者らは、炭化ケイ素ウィスカーの製造における上
記した問題を解決するために鋭意研究した結果、ケイ素
含有原料を予め板状に成形し、これを匣鉢に保持して、
水素ガス雰囲気下に粉末状炭素含有原料と共に高温に加
熱することによって、上記成形体からケイ素化合物が選
択的に気化し、炭素と反応して、屈曲のない直線状であ
って、且つ、長い繊維長と高いアスペクト比を有し、更
に、極めて高純度である炭化ケイ素ウィスカーを高収率
高生産性にて得ることができ、更に上記板状成形体を匣
鉢に間隔をおいて保持させると共に、その間に粉末状炭
素原料等の反応原料を充填することにより、反応後、生
成する炭化ケイ素ウィスカーを成形体から極めて容易に
分離することができ、また、成形体を匣鉢から容易に取
り出すことができ、更に、成形体を繰り返して使用でき
るので、低度に高純度炭化ケイ素ウィスカーを製造し得
ることを見出して、本発明に至ったものである。

従って、本発明は、高純度の炭化ケイ素ウィスカーを生
産性よく多量に且つ低度に製造する方法及びそのための
装置、特に、酸化ケイ素含有成形体を含む反応原料を保
持するための匣鉢を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明による炭化ケイ素ウィスカーの製造方法は、固体
状のケイ素含有原料と炭素含有原料とを加熱反応させて
、炭化ケイ素ウィスカーを製造する方法において、ケイ
素を含有する２以上の板状成形体を枡状の匣鉢に間隔を
おいて保持すると共に、その間に粉末状炭素原料を充填
し、水素ガス雰囲気下に所定の反応温度に加熱すること
を特徴とする。

更に、本発明による匣鉢は、板状のケイ素含有成形体と
炭素含有原料とを加熱反応させて、炭化ケイ素ウィスカ
ーを製造する際に、上記成形体を保持するための匣鉢で
あって、上面開放の枡状容器と、上記成形体の端縁を収
容して、上記容器内に成形体を間隔をおいて保持するた
めの溝を有する保持具とを備えている匣鉢であることを
特徴とする。

本発明において用いるケイ素を含有する板状の成形体は
、二酸化ケイ素を含有する任意の材料を必要に応じて有
機質バインダーと共に混練し、適宜の手段、例えば、押
出成形、プレス成形等の手段にて成形し、焼成すること
によって得ろことができる。ここに、ケイ素含有材料と
しては、特に制限されるものではないが、低度なケイ万
、恨砂、ロウ石、粘土等を用いることが有利である。

一般に、固体のケイ素含有材料と粉末状炭素含有原料と
を加熱反応させて、炭化ケイ素ウィスカーを製造する方
法においては、これら原料を反応容器内に充填し、加熱
手段を備えた反応管内、例えば、電気炉内に挿入して、
所定の温度に加熱するが、本発明においては、板状のケ
イ素含有成形体を枡状の容器に間隔を置いて保持し、そ
の間に粉末状炭素原料を必要に応じて触媒や反応促進剤
と共に充填して、反応炉に挿入し、水素雰囲気下に加熱
することによって、炭化ケイ素ウィスカーを得る。かか
る方法によれば、板状成形体からケイ素化合物が選択的
に気化し、炭素含有原料から気化した一酸化炭素と反応
して、炭化ケイ素ウィスカーが生成し、析出する。従っ
て、かかる炭化ケイ素ウィスカーは、不純物としての二
酸化ケイ素を殆ど含まず、高純度であるのみならず、上
記成形体から容易に分離することができる。

本発明においては、特に良好な収率にて炭化ケイ素ウィ
スカーを得るためには、ケイ素含有成形体は、二酸化ケ
イ素を３０重四％以上含有することが好ましい。

粉末状炭素含有原料としては、カーボンブラックや粉末
活性炭等を用いることができるが、これら炭素原料は、
微粉であって、嵩高いほど反応性が高いので、特にカー
ボンブラックが好ましい。

本発明の方法においては、反応触媒を用いることが好ま
しい。反応触媒としては、鉄、ニッケル、コバルト、又
はこれらの化合物、例えば、酸化物、硝酸塩、塩化物、
硫酸塩、炭酸塩等が粉末又は水溶液として炭素原料に混
合されて用いられる。酸化鉄は、本発明において特に好
ましく用いることができる触媒である。

更に、本発明においては、反応を促進すると共に、高純
度で且つアスペクト比が高く、更に、嵩密度の小さい炭
化ケイ素ウィスカーを得るために、反応促進剤が用いら
れる。このような反応促進剤としては、アルカリ金属又
はアルカリ土類金属のハロゲン化物、特に、塩化物又は
フッ化物を好適に用いることができる。従って、具体例
として、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム
、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化リチウム
、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム等を挙げることが
できる。これらのなかでも特に好ましい反応促進剤は、
塩化ナトリウム、塩化カリウム、フッ化ナトリウム及び
フッ化カリウムである。

本発明の方法においては、上記ケイ素含有成形体と粉末
状炭素原料とを水素ガス雰囲気下に所定の反応温度に加
熱することによって、炭化ケイ素ウィスカーを得る。こ
こに、水素ガス雰囲気とは、水素ガスのみの場合だけで
なく、２０容量％以上の水素を含有し、残部が非酸化性
不活性ガスである雰囲気をも含むものとする。

本発明の方法において、反応温度は少なくとも１４００
℃以上であり、通常、好ましくは１５００〜１７００℃
の範囲である。反応温度が１４００℃よりも低いときは
、炭化ケイ素ウィスカーの生成が不十分であり、未反応
のケイ素含有原料の残留が多い。一方、余りに高温とし
ても、収率の向上や不純物の低減の効果が飽和すると共
に、製造費用の上昇を招く。従って、反応温度の上限は
、通常、１７００℃程度が好ましい。加熱手段は任意で
あるが、電気加熱が使用しやすい。

反応時間は３０分乃至１０時間であり、通常、２〜６時
間程度で十分である。反応時間が余りに短いときは、未
反応原料が多量に残留し、一方、余りに長時間反応させ
ても、炭化ケイ素ウィスカーの収量の増加が僅かである
ので、生産性及び熱エネルギー費用の観点からみて、何
ら利点がない。

次に、本発明において、ケイ素を含有する板状成形体を
保持する匣鉢について、実施例を示す図面に基づいて説
明する。

第１図に示すように、本発明による匣鉢１は、上面開放
の枡状容器２と、前記したケイ素を含有する板状成形体
３をこの容器内に保持するための保持具４とを備えてい
る。この保持具は、２以上の溝５を備えた板状体であっ
て、容器の対向する側壁６に沿って容器内に着脱自在に
装着される。

第２図に示すように、保持具４の溝５には、上記板状成
形体３の端縁が着脱自在に嵌め込まれて、成形体３が容
器２内に間隔をおいて保持され、板状成形体の間に粉末
状炭素原料７及び必要に応じて触媒や反応促進剤が充填
されて、反応炉に挿入される。

本発明においては、第３図に示すように、上記匣鉢にお
いて上記枡状容器２は、その側壁６と底部８とが例えば
嵌め込み式に分離し得るように構成されていることが望
ましい。このように、底部が側壁から分離し得るときは
、ケイ素含有成形体と粉末状炭素原料との加熱反応後、
側壁を底部から分離して、板状成形体、未反応原料及び
生成した炭化ケイ素ウィスカーを容器から取り出し、更
に、生成した炭化ケイ素ウィスカーを成形体から容易に
分離することができる。

更に、本発明においては、匣鉢を重ねた場合にも、反応
炉内において、雰囲気ガスが容器２内に流通しやすいよ
うに、例えば、第３図に示すように、容器の上縁９の一
部が陥没した段状の空隙ＩＯに形成されたり、或いは上
縁の近傍に適宜数の孔（図示せず）が穿設されているこ
とが好ましい。

上記したような匣鉢を用いて、炭化ケイ素ウィスカーを
製造するには、上記のように板状成形体及び反応原料を
充填した匣鉢を適宜の合板上に重ねて載置し、必要に応
じて、最上段の匣鉢を蓋体で覆って、順次に反応炉に挿
入し、水素雰囲気下に所定温度に加熱して、炭化ケイ素
ウィスカーを生成させる。

この後、反応生成物を反応炉から取り出し、次いで、こ
の反応生成物をマツフル炉内にて６００〜１１００℃の
温度に加熱して、未反応炭素原料を燃焼除去すれば、高
純度の炭化ケイ素ウィスカーを得ることができる。

（発明の効果） このようにして、本発明の方法によれば、二酸化ケイ素
を含有する板状成形体を粉末状炭素原料、触媒、反応促
進剤と共に匣鉢内に保持し、水素雰囲気下に所定温度に
加熱し、炭化ケイ素ウィスカーを生成させることによっ
て、ケイ素を含有する成形体を繰り返し使用することが
できるのみならず、生成した炭化ケイ素ウィスカーを成
形体から容易に分離することができ、従って、低度に且
つ高生産性にて高純度炭化ケイ素ウィスカーを製造する
ことができる。更に、匣鉢における枡状容器の底部と側
壁を分離し得るとき、反応後に炭化ケイ素ウィスカーと
板状成形体とを匣鉢から容易に取り出すことができる。

更に、本発明の方法によれば、屈曲のない直線状であっ
て、繊維長が長く、且つ、アスペクト比も高い炭化ケイ
素ウィスカーを製造することができる。

（実施例） 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例により何ら限定されるものではない。

二酸化ケイ素９５重量％を含み、縦４０ｍｍ、横１２０
ｍｍ及び厚さ８龍、重量６０ｇのケイ素含有板状成形体
８枚を、第２図に示したように、匣鉢に保持具を介して
、間隔１０＋ｎをおいて相互に平行に配設し、その間に
合計量にてカーボンブラック粉末３０ｇ、反応触媒とし
ての微粉状酸化鉄１ｇ及び反応促進剤としての塩化ナト
リウム・粉末１０ｇからなる混合物を充填した。

このように反応原料を収容した匣鉢をトレープッシャ一
式電気炉に順次に挿入し、水素雰囲気下に１５００°Ｃ
の温度で４時間加熱して、匣鉢１個当たり針状β型炭化
ケイ素ウィスカー２５ｇを得た。

この反応後のケイ素含有成形体の重ｆｆｉ！少は１基の
匣鉢当たりについて合計量平均４０ｇであったが、いず
れの成形体も、割れ、膨れ、曲がり等の変形は何ら認め
られず、生成した炭化ケイ素ウィスカーから容易に分離
することができ、操り返して用いることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において好適に用いることができる匣
鉢及びケイ素を含有する板状成形体を示す斜視図、第２
図は、板状成形体及び反応原料を充填した匣鉢を示す部
分切欠き斜視図、第３図は分離し得る底部を備えた容器
を示す一部切欠き斜視図である。 １・・・匣鉢、２・・・容器、３・・・板状成形体、−
４・・・保持具、５・・・溝、６・・・側壁、７・・・
粉末状炭素原料、８・・・底部、１０・・・空隙。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体状のケイ素含有原料と炭素含有原料とを加熱
   反応させて、炭化ケイ素ウィスカーを製造する方法にお
   いて、ケイ素を含有する２以上の板状成形体を枡状の匣
   鉢に間隔をおいて保持すると共に、その間に粉末状炭素
   原料を充填し、水素ガス雰囲気下に所定の反応温度に加
   熱することを特徴とする炭化ケイ素ウィスカーの製造方
   法。
2. （２）板状のケイ素含有成形体と炭素含有原料とを加熱
   反応させて、炭化ケイ素ウィスカーを製造する際に、上
   記成形体を保持する匣鉢であつて、上面開放の枡状容器
   と、上記成形体の端縁を収容して、上記容器内に成形体
   を間隔をおいて保持するための溝を有する保持具とを備
   えていることを特徴とする板状のケイ素含有成形体を保
   持するための匣鉢。
3. （３）枡状容器がその底部と側壁とが相互に分離され得
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の匣鉢。
4. （４）枡状容器の側壁に空隙又は孔が設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の匣鉢。