JPS63248798A - Production of silicon carbide whisker - Google Patents

Production of silicon carbide whisker

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Publication number
JPS63248798A
JPS63248798A JP7760587A JP7760587A JPS63248798A JP S63248798 A JPS63248798 A JP S63248798A JP 7760587 A JP7760587 A JP 7760587A JP 7760587 A JP7760587 A JP 7760587A JP S63248798 A JPS63248798 A JP S63248798A
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JP
Japan
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carbon
sio
powder
mixture
mixed powder
Prior art date
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Pending
Application number
JP7760587A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eizo Maeda
榮造 前田
Ryoji Uchimura
良治 内村
Toshihiko Funabashi
敏彦 船橋
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
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Publication of JPS63248798A publication Critical patent/JPS63248798A/en
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Abstract

PURPOSE:To efficiently obtain the title whisker with high conversion efficiency on an industrial scale by heat-treating specified SiO2 or SiO-SiO2 mixed powder and carbon and/or the mixture of carbon and a carbon compd. to be used as the carbon source in a nonoxidizing atmosphere. CONSTITUTION:The mixture of SiO2 or an SiO2-contg. silicic compd. and carbon is heated to >=1,300 deg.C, and the generated SiO vapor is cooled to obtain SiO powder or SiO-SiO2 mixed powder (A) wherein SiO is partially reoxidized. The A component and (B) carbon and/or a carbon compd. to be carbonized in heating and used as the carbon source are mixed in such an A/B mixing ratio that the carbon is slightly in excess of the theoretical amt. for forming SiC. The obtained mixture is lightly packed in a crucible, etc., so that the bulk density is controlled to <=0.2g/cm<3>, and the mixture is heat-treated at 1,300-1,700 deg.C in the nonoxidizing atmosphere of He, Ar, H2, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は炭化けい素ウィスカーの新規な製造方法に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) This invention relates to a novel method for producing silicon carbide whiskers.

(従来の技術) 炭化けい素ウィスカーを製造する方法としては一般に (1)SiC14などのけい素化合物とC3Hs  ・
CCt、などの炭素化合物を気相反応させる方法。
(Prior art) A method for producing silicon carbide whiskers is generally (1) a silicon compound such as SiC14 and C3Hs.
A method of causing a gas phase reaction of carbon compounds such as CCt.

(2)SiCを2000℃以上の高温で蒸発させ、これ
を凝縮させる蒸発法。
(2) An evaporation method in which SiC is evaporated at a high temperature of 2000°C or higher and then condensed.

(3)けい素化合物とカーボンの混合物を非酸化性雰囲
気中で加熱処理する同相反応法などが知られている(特
開昭53−113300.特開昭56−10’9811
号公報参照)が知られている。
(3) An in-phase reaction method in which a mixture of a silicon compound and carbon is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere is known (JP-A-53-113300; JP-A-56-10'9811).
(see Publication No. 1) is known.

ところで(1)の方法は炭化けい素ウィスカーの製造過
程において多量の未反応けい素化合物が、反応の系外に
揮散する点及び工業的に製造しようとする場合に膨大な
面積のウィスカー生成基板を必要とする点で、また(2
)の方法はSiCの蒸発圧が低いため製造速度がおそい
点及び工業的に製造しようとする場合に同じく膨大な面
積のウィスカー生成基板を必要とする点で何れの場合も
工業的規模で炭化けい素ウィスカーを製造するには困難
があった。(3)の方法は具体的に籾殻を一酸化炭素雰
囲気下で加熱処理することにより、あるいは籾殻の炭素
化物ど灰化物の混合物を不活性雲囲気下で加熱処理する
ことにより炭化けい素ウィスカーを製造するものである
が、農業副産物である籾殻を原料とするので籾殻の品質
が天候、品種などによって一定せず得られた炭化けい素
ウィスカーの品質が安定してにくい欠点があった。
By the way, method (1) requires that a large amount of unreacted silicon compounds volatilize out of the reaction system during the manufacturing process of silicon carbide whiskers, and that a huge area of whisker-forming substrate is required for industrial production. Also (2
) method is slow in production due to the low evaporation pressure of SiC, and also requires a whisker-generating substrate with a huge area when attempting to produce SiC on an industrial scale. There were difficulties in producing bare whiskers. Method (3) specifically involves heat-treating rice husks in a carbon monoxide atmosphere, or heat-treating a mixture of carbonized and ashed rice husks in an inert cloud atmosphere to form silicon carbide whiskers. However, because the raw material is rice husk, which is an agricultural byproduct, the quality of the rice husk varies depending on the weather, variety, etc., and the quality of the resulting silicon carbide whiskers is difficult to stabilize.

これらの問題を解消し工業的な規模で生産を図る試みと
して、特公昭59−45640号公報には5102およ
びNa2Oを主成分とするカレット又はけい砂をけい素
源として利用する方法が、特公昭61−2640号公報
には、水蒸気を含む熱ガス中に分解性のけい素化合物お
よび炭素化合物を装入して得られた微細含炭素混合物を
利用する方法が、また特開昭60−26049’9号公
報には、地熱熱水から回収したシリカを使用する方法が
、さらに特開昭58−14’5700号公報にはシリカ
ゲルを使用する方法がそれぞれ開示されている。
In an attempt to solve these problems and achieve production on an industrial scale, Japanese Patent Publication No. 59-45640 describes a method of using cullet or silica sand containing 5102 and Na2O as the main components as a silicon source. 61-2640 discloses a method of utilizing a fine carbon-containing mixture obtained by charging a decomposable silicon compound and a carbon compound into hot gas containing water vapor, and JP-A-60-26049' No. 9 discloses a method using silica recovered from geothermal hot water, and JP-A-58-14'5700 discloses a method using silica gel.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながらSiO□およびNa2Oを主成分とするカ
レット又はけい砂をけい素源として利用する方法(特公
昭5915640号公報)、微細含炭素混合物を利用す
る方法(特開昭59−121198号公報)、地熱熱水
より回収したシリカを使用する方法(特開昭60−16
0499号公報)およびシリカゲルを使用する方法(特
開昭58−145700号公報)ではいずれも小規模処
理では良好なウィスカーが得られるものの、大容量の大
規模製造をしようとする際、バルクの表面と内部とで生
成するウィスカーの状態が異なり、特に表面では良好な
ウィスカーが得られるものの、中心部ではウィスカーが
全く生成しないか生成したとしても劣悪なウィスカーし
か得られないという不利があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, a method using cullet or silica sand containing SiO□ and Na2O as the main components (Japanese Patent Publication No. 5915640), a method using a fine carbon-containing mixture (Japanese Patent Publication No. 5915640), 1988-121198), a method using silica recovered from geothermal hot water (Japanese Patent Laid-Open No. 60-16
0499) and the method using silica gel (Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-145700), good whiskers can be obtained in small-scale processing, but when large-scale production is attempted, the surface of the bulk The condition of the whiskers generated differs between the inside and outside, and although good whiskers can be obtained on the surface, there is a disadvantage that no whiskers are generated in the center, or only poor quality whiskers are obtained in the center.

この発明の目的は炭化けい素ウィスカーへの転化率が高
くしかも工業的な規模で製造することが可能な炭化けい
素ウィスカーの製造方法を提案するところにある。
An object of the present invention is to propose a method for producing silicon carbide whiskers that has a high conversion rate to silicon carbide whiskers and can be produced on an industrial scale.

(問題点を解決するための手段) 発明者らは、炭化けい素ウィスカーを同相法で製造する
当り、出発原料のうちのとくにけいS源につき種々検討
した結果、けい酸又はけい酸化合物とカーボンの混合物
を加熱処理した際の蒸発生成物より得られるSiOもし
くはS i O−S I Ch系混合物を用いるところ
が極めて有効であることを見い出した。この発明は上記
の知見に立脚するものである。すなわち、けい酸又はけ
い酸化合物とカーボンの混合物を非酸化性雰囲気中で熱
処理した際に生成した蒸発生成物を冷却して得たSIO
粉又はSiO−3i02系混合粉と、カーボンおよび/
又は加熱中に炭化してカーボン源となる炭素化合物より
なる嵩密度0.2g/am3以下の混合物を非酸化性雰
囲気中で熱処理することを特徴とする炭化けい素ウィス
カーの製造方法である。
(Means for Solving the Problems) When producing silicon carbide whiskers by the in-phase method, the inventors conducted various studies on starting materials, especially the silica S source, and found that silicic acid or silicic acid compounds and carbon It has been found that it is extremely effective to use a SiO or S i O-S I Ch-based mixture obtained from the evaporation product when a mixture of the following is heat-treated. This invention is based on the above knowledge. That is, SIO obtained by cooling the evaporation product generated when silicic acid or a mixture of silicic acid compound and carbon is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere.
powder or SiO-3i02 mixed powder, carbon and/or
Alternatively, there is a method for producing silicon carbide whiskers, which comprises heat-treating a mixture of carbon compounds having a bulk density of 0.2 g/am3 or less, which is carbonized during heating and becomes a carbon source, in a non-oxidizing atmosphere.

(作 用) この発明で用いるけい素源としてのSIO粉又は510
−3iOz系混合粉は以下の如き要領で得る。
(Function) SIO powder or 510 as a silicon source used in this invention
-3iOz mixed powder is obtained as follows.

SiO□又はSiO□を含むけい酸化合物とカーボンと
を混合し、この混合物を非酸化性雰囲気中で1300℃
以上に加熱して式(1)の如き反応にてSiO蒸気を発
生させる。
Mix SiO or a silicic acid compound containing SiO
By heating to the above temperature, SiO vapor is generated by a reaction as shown in equation (1).

SiO□(s)+C(s)−3iO(g)+CD(g)
   ・・・ (1)そして、このとき発生したSiO
蒸気を冷却凝固してSIO粉を得る。ここで得られたS
IO粉は処理条件によっては再酸化され一部Sighに
転化したり、あるいはその表面の一部が空気中の酸素と
反応して3102になっている場合もある。
SiO□(s)+C(s)-3iO(g)+CD(g)
... (1) And the SiO generated at this time
The steam is cooled and solidified to obtain SIO powder. S obtained here
Depending on the processing conditions, the IO powder may be re-oxidized and partially converted to Sigh, or a portion of its surface may react with oxygen in the air and become 3102.

SIO粉は多少酸化してSiO−3iCh系混合粉とな
ってもウィスカー生成効果にさほど影響はないが、酸化
の程度は小さいほうが好ましい。
Even if the SIO powder is slightly oxidized to become a SiO-3iCh-based mixed powder, it will not have much effect on the whisker generation effect, but it is preferable that the degree of oxidation be small.

上記のS10粉又はSIO5102系混合粉を得るに当
ってのSiO□源としては、具体的にけい砂、コロイダ
ルシリカ、シリカゲルなどのシリカ単体を、また310
2を含むけい酸化合物としてはジルコン(Zr02  
・SIO2)、ムライト(A Is  S ]。03)
、フォルステライト(Mg2S 104 )などの複酸
化物や粘土鉱物など高温でシリカと複酸化物に分解する
もの、あるいはフリットなど5102を含むガラスなど
を利用できる。この場合その粒径は細かい方が好ましい
。また、カーボン源としては具体的にカーボンブラック
、黒鉛粉、鱗状黒鉛あるいはコークス粉などのカーボン
単味もしくは加熱後炭化してカーボンとなるピッチ、フ
ェノール樹脂などが使用できる。ジルコンを例としてS
iO粉を得る場合の反応を示すと、 ZrO□・SiO,(s)+C(s)−+ Zr02(
s)+SiO(s)+C00<)・・・ (2) となる。
In obtaining the above-mentioned S10 powder or SIO5102-based mixed powder, SiO□ sources include silica alone such as silica sand, colloidal silica, and silica gel, and 310
Examples of silicic acid compounds containing Zr02 include zircon (Zr02
・SIO2), Mullite (A Is S ].03)
, forsterite (Mg2S 104 ) and other double oxides, clay minerals that decompose into silica and double oxides at high temperatures, or glass containing 5102 such as frit can be used. In this case, the smaller the particle size, the better. Further, as the carbon source, specifically carbon monomers such as carbon black, graphite powder, scaly graphite, or coke powder, pitch, which becomes carbon by carbonization after heating, phenol resin, etc. can be used. Using zircon as an example, S
The reaction when obtaining iO powder is shown as follows: ZrO□・SiO, (s) + C(s)−+ Zr02(
s)+SiO(s)+C00<)... (2) It becomes.

なおSlO蒸気の生成反応は1300℃を越えると顕著
になるが、減圧状態例えば100torr以下にすると
反応がより一増促進される。
Note that the reaction for producing SlO vapor becomes noticeable when the temperature exceeds 1300°C, but the reaction is further accelerated when the pressure is reduced, for example, to 100 torr or less.

この発明において炭化けい素ウィスカーを製造する際の
けい素源を上述した如き要領にて得たSiO粉又はSi
O−3in2系混合粉を利用するのは次の理由による。
In this invention, the silicon source for producing silicon carbide whiskers is SiO powder or Si obtained as described above.
The reason for using the O-3in2 mixed powder is as follows.

すなわち、Si、02粉をけい素源とする場合に比べと
くに反応温度を50〜100℃下げることができ、さら
に同一温度で反応させた場合反応時間を約1/2以下に
することが可能となり、また、SiCウィスカーへの転
化率も高くなるからである。
In other words, compared to the case where Si, 02 powder is used as the silicon source, the reaction temperature can be lowered by 50 to 100°C, and furthermore, when the reaction is performed at the same temperature, the reaction time can be reduced to about 1/2 or less. Moreover, the conversion rate to SiC whiskers also increases.

この原因は詳細には不明だが次のように推定できる。ま
ずこの発明におけるけい素源としてのSiO粉もしくは
SiO5102系混合粉は、気相からの凝縮物であるた
めに一次粒子が細かく反応性に富むと推定される。また
炭化けい素ウィスカーの生成機構は気相を介しての反応
と考えられており、とくにSiO(g)の蒸気圧pst
。が大きく寄与するものと推定されている。けい素源と
してSiO粉を使用したときSiO粉からSiO(g)
への蒸発は、 5in(s)  → SiO(g)     ・・・ 
(3)の反応と考えられ、pstoは温度の関数として
与えられる。すなわちある温度でPSiOは一定の値と
なる。ところでけい素源として5102粉を使用したと
きはSlO□からSiOへの蒸発はS i02 (s)
+c (s)→SiO(g)+C○(g)で与えられる
。SiO□とCの活量が一定(例えばaslo =1+
 ac =1)と仮定すると平衡定数には K = Psto  ・Pco    −(4)故に 
 Psto = K / Pco    ”・(5)と
なり、Kは温度の関数であるからPSiOは温度とPC
Oの関数となる。換言すると、炭化けい素ウィスカーの
製造において8102を用いた場合反応が進行してCO
ガスが発生するとCo(g)の蒸気圧P。0 が上昇し
、式(5)よりSiO(g)の蒸気圧が下がりSiCウ
ィスカーの生成反応が阻害されるものと推定される。よ
ってけい素源を前述の如き要領で得たSiO粉又はSi
O−SiO2系混合粉を用いることで効率よくしかも短
時間でSiCウィスカーが合成できるものと考えられる
。また、SiCウィスカーの成長時にSiO(g)が安
定して供給されるために、SiCウィスカーへの転化率
が向上するものと考えられる。
Although the cause of this is not clear in detail, it can be estimated as follows. First, it is presumed that the SiO powder or SiO5102-based mixed powder used as the silicon source in this invention is a condensate from the gas phase, and thus has fine primary particles and is highly reactive. In addition, the formation mechanism of silicon carbide whiskers is thought to be a reaction via the gas phase, and in particular, the vapor pressure pst of SiO(g)
. is estimated to make a large contribution. When using SiO powder as a silicon source, SiO (g) from SiO powder
Evaporation to 5in(s) → SiO(g)...
It is considered to be the reaction (3), and psto is given as a function of temperature. That is, PSiO becomes a constant value at a certain temperature. By the way, when 5102 powder is used as a silicon source, the evaporation from SlO□ to SiO is Si02 (s)
It is given by +c(s)→SiO(g)+C○(g). The activities of SiO□ and C are constant (for example, aslo = 1+
ac = 1), the equilibrium constant is K = Psto ・Pco - (4) Therefore
Psto = K / Pco ”・(5) Since K is a function of temperature, PSiO is a function of temperature and PC
It becomes a function of O. In other words, when 8102 is used in the production of silicon carbide whiskers, the reaction proceeds and CO
When gas is generated, the vapor pressure of Co(g) is P. 0 increases, and it is estimated from equation (5) that the vapor pressure of SiO(g) decreases and the SiC whisker production reaction is inhibited. Therefore, the silicon source is SiO powder or Si obtained as described above.
It is believed that SiC whiskers can be synthesized efficiently and in a short time by using the O-SiO2 mixed powder. Furthermore, it is considered that since SiO(g) is stably supplied during the growth of SiC whiskers, the conversion rate to SiC whiskers is improved.

さて、炭化けい素ウィスカーの製造に当り、まず前述の
如き要領で得たSiO粉又はSiO−5102系混合粉
とカーボンおよび/又は加熱してカーボンとなる炭素化
合物との混合物を得る。。
Now, in producing silicon carbide whiskers, first a mixture of SiO powder or SiO-5102 mixed powder obtained in the manner described above and carbon and/or a carbon compound that becomes carbon when heated is obtained. .

その混合比はSiC生成理論量より若干炭素過剰とする
のが良い。SiC生成理論量は、具体的にSiO+2C
→  SiC+  C口       ・・・  (6
)もしくは SiO3+3C−+SiC+’2C[l   ・・・ 
(7)とSiO粉中のSigh量とから計算して求める
The mixing ratio is preferably such that carbon is slightly in excess of the stoichiometric amount of SiC to be produced. The theoretical amount of SiC production is specifically SiO+2C
→ SiC+ C port... (6
) or SiO3+3C-+SiC+'2C[l...
(7) and the amount of Sigh in the SiO powder.

上記のカーボンおよび/又は加熱してカーボンとなる炭
素化合物としては、カーボンブラック、ピッチなどが好
適である。
As the carbon and/or the carbon compound that becomes carbon when heated, carbon black, pitch, etc. are suitable.

次にSiO粉又はSiO−SiO2系混合粉とカーボン
および/又は炭化してカーボンとなる炭素化合物との混
合粉をるつぼに軽く充てんし、)[e、Ar、Hなどの
非酸化性雰囲気において加熱処理する。このときるつぼ
に充てんする混合物の嵩密度は、0.2 g /Cm3
以下、好ましくは0.15g/cm3以下である。その
理由は、嵩密度が0.2 g /am’を超えると炭化
けい素粉束の生成が多くなり、また得られたウィスカー
が劣悪となるからである。混合粉の嵩密度を0.2 g
 /cm3以下にするには低嵩密度原料を使用する方法
や適当な低嵩密度担体に担持させる方法などが適宜選択
できるが、この発明において利用するけい素源は気相か
らの凝縮物であるのでとくに嵩密度が小さいという特徴
がある。
Next, a crucible is lightly filled with a mixed powder of SiO powder or SiO-SiO2 mixed powder and carbon and/or a carbon compound that carbonizes to become carbon, and heated in a non-oxidizing atmosphere such as Process. The bulk density of the mixture filled in the crucible at this time is 0.2 g/Cm3
Below, it is preferably 0.15 g/cm3 or less. The reason for this is that when the bulk density exceeds 0.2 g/am', more silicon carbide powder bundles are produced and the resulting whiskers are inferior. The bulk density of the mixed powder is 0.2 g.
/cm3 or less, the silicon source used in this invention is a condensate from the gas phase. Therefore, it is characterized by a particularly low bulk density.

従って炭素源としてとくに嵩密度の小さいカーボンブラ
ックなどを使用することで混合粉の嵩密度を容易に0.
2 g /am3以下にすることができる。
Therefore, by using carbon black, which has a particularly low bulk density, as a carbon source, the bulk density of the mixed powder can be easily reduced to 0.
It can be reduced to 2 g/am3 or less.

次に加熱処理温度としては、1300〜1700℃の範
囲が選ばれる。
Next, as the heat treatment temperature, a range of 1300 to 1700°C is selected.

1300℃より低い温度ではウィスカーの生成がほとん
どみられなくなる。また、1700℃を超える温度では
ウィスカーの生成がみられるが、蒸発による系外へのロ
スが多くなりあまり有益でない。好ましい加熱反応温度
は1400〜1650℃の範囲である。
At temperatures lower than 1300° C., whisker formation is hardly observed. Further, at temperatures exceeding 1700° C., whisker formation is observed, but the loss to the outside of the system due to evaporation increases, which is not very beneficial. A preferred heating reaction temperature is in the range of 1400 to 1650°C.

なお、加熱処理体からのSiCウィスカーを回収するに
あたっては、原料のSi/Cの比に応じて公知の方法を
取ることができる。たとえばS1過剰の場合、ぶつ酸処
理して残留するSiO・3102分を溶解除去してSi
Cウィスカーを得ることができる。また、C過剰の場合
、酸化=囲気中700℃付近の温度で残留した過剰のカ
ーボンを酸化脱炭する方法、もしくは、水・灯油混合液
中に混合分散させ、水側に移行したSiCウィスカーを
ろ過回収する方法などをとることができる。
In addition, in recovering SiC whiskers from the heat-treated body, a known method can be used depending on the Si/C ratio of the raw material. For example, in the case of excess S1, the residual SiO 3102 is removed by treatment with butic acid and the Si
You can get C whiskers. In addition, in the case of excess carbon, there is a method of oxidizing and decarburizing the remaining excess carbon at a temperature of around 700°C in an surrounding atmosphere, or by mixing and dispersing it in a water/kerosene mixture to remove the SiC whiskers that have migrated to the water side. Methods such as filtration recovery can be used.

(実施例) 実施例−1 平均粒径20μmになるジルコンフラワー10重量部に
対し平均粒径30nmになるカーボンブラック7重量を
添加した混合粉をるつぼに充てんしてAr1torrの
雰囲気下、1500℃で加熱処理し、この加熱処理で生
成した蒸発物を冷却部に導き凝集粉末を得た。得られた
粉末はSlと0と極少型の不純物よりなる粉末で化学式
で示すとSin、、3□であった。これはSiC扮が一
部再酸化してSiO□になったものであると推定される
(Example) Example-1 A mixed powder prepared by adding 7 parts by weight of carbon black having an average particle size of 30 nm to 10 parts by weight of zircon flour having an average particle size of 20 μm was filled in a crucible, and the mixture was heated at 1500°C under an atmosphere of 1 torr of Ar. A heat treatment was performed, and the evaporated material produced by this heat treatment was led to a cooling section to obtain an agglomerated powder. The obtained powder was composed of Sl, 0, and extremely small impurities, and its chemical formula was Sin, 3□. It is presumed that this is because part of the SiC layer was reoxidized to become SiO□.

次に、上記の5IO3IO2系混合粉10重量部とカー
ボンブラック10重1部を乾式ので混合しこの混合粉4
8gをるつぼに軽く充てん(嵩密度0.11g/am3
) L、下記の条件にて熱処理を行った。
Next, 10 parts by weight of the above 5IO3IO2 mixed powder and 1 part by weight of 10 parts of carbon black were mixed in a dry method.
Lightly fill 8g into a crucible (bulk density 0.11g/am3
) L, heat treatment was performed under the following conditions.

処理条件:水素富囲気 IA/分 1500℃×2時間 熱処理後、るつぼの内表面を観察したところウィスカー
が生成しているのが目視できた。またるつぼ充てん層内
部の顕微鏡観察を行ったところウィスカーの生成が認め
られた。
Treatment conditions: Hydrogen-enriched atmosphere IA/min After heat treatment at 1500° C. for 2 hours, the inner surface of the crucible was observed, and it was visually observed that whiskers were generated. Furthermore, when the inside of the crucible filling layer was observed under a microscope, the formation of whiskers was observed.

X線回折ではSiCとカーボンの混合物であり、原料の
SiC粉やSiO7粉は観察されなかった。
X-ray diffraction revealed that it was a mixture of SiC and carbon, and raw material SiC powder and SiO7 powder were not observed.

次に、得られた混合物に残留したカーボンを酸化脱炭後
、ウィスカーを分離したところ10.2 gの炭化けい
素ウィスカーを得た。SiC−3i02系混合粉のSi
のうち51%が炭化けい素ウィスカーに転化したことが
確かめられた。
Next, the carbon remaining in the resulting mixture was oxidized and decarburized, and the whiskers were separated, yielding 10.2 g of silicon carbide whiskers. Si of SiC-3i02 mixed powder
It was confirmed that 51% of it was converted into silicon carbide whiskers.

実施例−2 粒径10μmのけい砂10重量部と粒径30nmのカー
ボンブラック4重1部を混合し、この混合粉をAr、5
 torr、1450℃で加熱処理し実施例−1と同様
の要領で3103102系混合粉を得た。得られた粉末
は化学式で示すと5lot、63であった。
Example-2 10 parts by weight of silica sand with a particle size of 10 μm and 1 part of 4-weight carbon black with a particle size of 30 nm were mixed, and this mixed powder was heated with Ar, 5
3103102 series mixed powder was obtained in the same manner as in Example-1 by heat treatment at 1,450°C. The chemical formula of the obtained powder was 5 lots, 63.

次に上記のSiO−5i○2系混合粉10重量部とカー
ボンブラック8重量部を混合したのち、この混合粉40
gをるつぼに軽く充てんし下記の条件にて熱処理を行っ
た。
Next, after mixing 10 parts by weight of the above SiO-5i○2 mixed powder and 8 parts by weight of carbon black, 40 parts by weight of this mixed powder
g was lightly filled in a crucible and heat-treated under the following conditions.

処理条件:嵩密度 0.14 g /am3水素雰囲気
(1β/分) 1500℃×2時間 熱処理後るつぼ内表面を観察したところウィスカーの生
成が認められた。またるつぼ充てん層内部の顕微鏡観察
を行ったところ充てん層内にもウィスカーの生成が認め
られた。X線分析の結果、得られた粉末はSiCとカー
ボンのみであり、けい素源として用いたSiO,5i0
2は観察されなかった。次に得られた混合粉より残留カ
ーボンを脱炭後ウィスカーを分離回収したところ5.8
gの炭化けい素ウィスカーを得た。SiO−3+O□系
混合粉のSiのうち45%が炭化けい素ウイスカーに転
化したことが確かめられた。
Treatment conditions: Bulk density 0.14 g/am3 Hydrogen atmosphere (1β/min) After heat treatment at 1500° C. for 2 hours, the inner surface of the crucible was observed and formation of whiskers was observed. Furthermore, when the inside of the crucible filling layer was observed under a microscope, the formation of whiskers was also observed within the filling layer. As a result of X-ray analysis, the obtained powder contained only SiC and carbon, and SiO,5i0, which was used as a silicon source,
2 was not observed. Next, after decarburizing the residual carbon from the obtained mixed powder, the whiskers were separated and recovered. 5.8
g of silicon carbide whiskers were obtained. It was confirmed that 45% of the Si in the SiO-3+O□ mixed powder was converted into silicon carbide whiskers.

実施例−3 実施例−1と同様のSiO−SiO2系混合粉10重量
部とカーボンブラック10重量部との混合粉50gを嵩
密度0.12 g /cm3となるようにるつぼに充て
んしAr気流中1600℃、2時間加熱処理した。処理
後にるつぼ内表面を観察したところウィスカーの生成が
認められた。またるつぼ充てん層内部の顕微鏡観察でも
ウィスカーの生成が認められた。X線回折による分析の
結果ではSiCとカーボンのみが認められ、原料である
Sin、5in2は観察されなかった。この混合粉より
残留したカーボンを分離したところ9.5gの炭化けい
素ウィスカーを1尋ることができた。
Example 3 50 g of mixed powder of 10 parts by weight of SiO-SiO2 mixed powder similar to Example 1 and 10 parts by weight of carbon black was filled in a crucible so that the bulk density was 0.12 g / cm3, and Ar air flow was applied. Heat treatment was performed at 1600° C. for 2 hours. When the inner surface of the crucible was observed after the treatment, whisker formation was observed. The formation of whiskers was also observed by microscopic observation of the inside of the crucible filling layer. As a result of analysis by X-ray diffraction, only SiC and carbon were observed, and the raw materials Sin and 5in2 were not observed. When the remaining carbon was separated from this mixed powder, 9.5 g of silicon carbide whiskers were obtained.

比較例−1 平均粒径10μmのけい砂10重量部とカーボンブラッ
ク10重量部を混合して得た混合粉45gをるつぼに軽
く充てんし、実施例−1と同様水素雰囲気(1β/分)
15.00℃×2時間の加熱処理を行った。このときの
混合粉の嵩密度は0、81 g /cm’であった。処
理後にるつぼ内表面を観察したところウィスカーの生成
は認められたもののるつぼ充てん層内部の顕微鏡観察で
はウィスカーの生成は認められなかった。またX線回折
による分析においてもSiCの生成は認められたが原料
のSiO□が残留していることがわかった。
Comparative Example-1 A crucible was lightly filled with 45 g of mixed powder obtained by mixing 10 parts by weight of silica sand with an average particle size of 10 μm and 10 parts by weight of carbon black, and the same as in Example-1 was placed in a hydrogen atmosphere (1β/min).
Heat treatment was performed at 15.00° C. for 2 hours. The bulk density of the mixed powder at this time was 0.81 g/cm'. When the inner surface of the crucible was observed after the treatment, the formation of whiskers was observed, but no whisker formation was observed when the inside of the crucible filling layer was observed under a microscope. Furthermore, although the formation of SiC was observed in analysis by X-ray diffraction, it was found that the raw material SiO□ remained.

得られた混合粉より回収した炭化けい素ウィスカーは0
.6gであった。
There were 0 silicon carbide whiskers recovered from the resulting mixed powder.
.. It was 6g.

比較例−2 シリカのエアロゾル(日本アエロジル製“アエロジル1
30”)10重量部とカーボンブラック10重量部を混
合して得た混合物50gをるつぼに軽く充てんし実施例
−1と同様に水素雰囲気(11/分)、1500℃、2
時間の加熱処理を行った。゛このときの混合粉の嵩密度
は0.16 g /cm3であった。処理後にるつぼ内
表面を観察したところウィスカーの生成が認められた。
Comparative Example-2 Silica aerosol (“Aerosil 1” manufactured by Nippon Aerosil)
A crucible was lightly filled with 50 g of a mixture obtained by mixing 10 parts by weight of 30") and 10 parts by weight of carbon black, and heated in a hydrogen atmosphere (11/min) at 1500°C for 2 hours in the same manner as in Example-1.
Heat treatment was performed for an hour.゛The bulk density of the mixed powder at this time was 0.16 g/cm3. When the inner surface of the crucible was observed after the treatment, whisker formation was observed.

またるつぼ充てん層表面から10mm深さまでは顕微鏡
観察によりウィスカーの生成が認められたが、生成量は
少なくさらに表面より20mmのところでは、ウィスカ
ーの生成は認められなかった。上記の混合粉による炭化
けい素ウィスカーの収率は原料中のSiに対し16%で
あった。
In addition, the formation of whiskers was observed by microscopic observation up to a depth of 10 mm from the surface of the crucible-filled layer, but the amount of formation was small and no whisker formation was observed at a depth of 20 mm from the surface. The yield of silicon carbide whiskers from the above mixed powder was 16% based on Si in the raw material.

X線回折による分析でもSiCの生成は認められたもの
の原料の3102が残存していることが確かめられた。
Analysis by X-ray diffraction also confirmed the formation of SiC, but it was confirmed that the raw material 3102 remained.

次に加熱処理後における上記の混合粉を用いて残留Si
O□が認められなくなるまでさらに加熱処理(1600
℃、2時間)した。しかしこの条件でもウィスカーの収
率は40%までしか至らなかった。
Next, using the above mixed powder after heat treatment, the residual Si
Further heat treatment (1600
℃, 2 hours). However, even under these conditions, the yield of whiskers reached only 40%.

また別の例としてシリカのエアロゾルとカーボンブラッ
クを前述の如き割合で混合した混合粉50gを水素雰囲
気において1500℃、10時間熱処理した。残留Si
O□は認められなかったが、この条件でも炭化けい素ウ
ィスカーの収率は34%までしか至らなかった。
As another example, 50 g of a mixed powder of silica aerosol and carbon black mixed in the proportions described above was heat-treated at 1500° C. for 10 hours in a hydrogen atmosphere. Residual Si
Although O□ was not observed, even under these conditions the yield of silicon carbide whiskers reached only 34%.

(発明の効果) この発明によれば各種複合材料の原料として有望視され
ている炭化けい素ウィスカーを効率よくしかも工業的規
模で製造することが可能でその効果は極めて大きい。
(Effects of the Invention) According to the present invention, silicon carbide whiskers, which are considered promising as raw materials for various composite materials, can be produced efficiently and on an industrial scale, and the effects are extremely large.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、けい酸又はけい酸化合物とカーボンの混合物を非酸
化性雰囲気下で加熱処理した際に生成した蒸発生成物を
冷却して得たSiO粉又はSiO−SiO_2系混合粉
と、カーボンおよび/又は加熱中に炭化してカーボン源
となる炭素化合物よりなる嵩密度0.2g/cm^3以
下の混合物を非酸化性雰囲気下で熱処理することを特徴
とする炭化けい素ウィスカーの製造方法。
1. SiO powder or SiO-SiO_2-based mixed powder obtained by cooling the evaporation product generated when silicic acid or a mixture of silicic acid compound and carbon is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere, and carbon and/or A method for producing silicon carbide whiskers, which comprises heat-treating a mixture of carbon compounds having a bulk density of 0.2 g/cm^3 or less, which is carbonized during heating and becomes a carbon source, in a non-oxidizing atmosphere.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008115045A (en) * 2006-11-06 2008-05-22 Shin Etsu Chem Co Ltd SINGLE CRYSTAL SiC AND ITS PRODUCING METHOD
WO2013073534A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 イビデン株式会社 Method for producing silicon carbide single crystals

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