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JPH0353279B2 - - Google Patents
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JPH0353279B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0353279B2
JPH0353279B2 JP60136578A JP13657885A JPH0353279B2 JP H0353279 B2 JPH0353279 B2 JP H0353279B2 JP 60136578 A JP60136578 A JP 60136578A JP 13657885 A JP13657885 A JP 13657885A JP H0353279 B2 JPH0353279 B2 JP H0353279B2
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silicon carbide
carbide whiskers
reaction
raw material
silicon
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JP60136578A
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Yoshiro Kaji
Masakazu Yamamoto
Katsunori Shimazaki
Keita Yura
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Kanebo Ltd
Kobe Steel Ltd
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Kanebo Ltd
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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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
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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、炭化ケイ素ウイスカーの製造方法に
関し、詳しくは、直線状でアスペクト比が高く、
且つ、高純度である炭化ケイ素ウイスカーを高収
率にて製造する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for producing silicon carbide whiskers, and more specifically, silicon carbide whiskers that are linear and have a high aspect ratio.
The present invention also relates to a method for producing highly pure silicon carbide whiskers in high yield.

(従来の技術) 炭化ケイ素ウイスカーは種々の用途に使用され
ているが、例えば、その大きい強度を利用して、
種々の強化材として用いる場合は、繊維長が長
く、且つ、繊維断面径に対する繊維長の比として
規定されるアスペクト比が高いことが要求され
る。
(Prior art) Silicon carbide whiskers are used for various purposes, for example, taking advantage of their high strength,
When used as various reinforcing materials, it is required that the fiber length is long and the aspect ratio defined as the ratio of the fiber length to the fiber cross-sectional diameter is high.

従来より、炭化ケイ素ウイスカーの代表的な製
造方法として、例えば、特開昭58−145700号公報
に記載されているように、粉末状のケイ素含有原
料と炭素含有原料とを均一に混合し、これを高温
に加熱して、反応させる方法が知られており、ま
た、上記原料を緊密に混合するために、例えば、
特開昭58−20799号公報には、粉末状のケイ素含
有原料と炭素含有原料とを混合成形して、これを
加熱する方法も提案されている。
Traditionally, as a typical method for producing silicon carbide whiskers, for example, as described in JP-A-58-145700, powdered silicon-containing raw materials and carbon-containing raw materials are uniformly mixed, A method is known in which the above raw materials are heated to a high temperature and reacted, and in order to intimately mix the above raw materials, for example,
JP-A-58-20799 also proposes a method in which a powdered silicon-containing raw material and a carbon-containing raw material are mixed and molded and then heated.

しかし、これら従来の方法によれば、上記のよ
うに、繊維長が長く、且つ、アスペクト比が高い
炭化ケイ素ウイスカーを得ることが困難であるほ
か、得られる炭化ケイ素ウイスカーは、副生する
シリカを含有して、一般に純度が低く、使用に際
しては、フツ酸等で処理する精製処理が必要とさ
れる。
However, according to these conventional methods, as mentioned above, it is difficult to obtain silicon carbide whiskers with a long fiber length and a high aspect ratio, and the resulting silicon carbide whiskers do not contain by-product silica. It generally has low purity, and requires purification treatment with hydrofluoric acid or the like before use.

更に、上記前者の方法によれば、生成する炭化
ケイ素ウイスカーを原料から分離することが容易
ではない。また、一般に、固体状のケイ素含有原
料と炭素含有原料との加熱反応によつて、炭化ケ
イ素ウイスカーを得る場合、原料中に含まれる不
純物は、生成するウイスカー中に均一に分散され
て含有されることとなるので、このような不純物
を多量に含有する場合は、その分離除去が必要で
あると共に、他方において、上記不純物の分離除
去工程を省略するためには、用いる原料中の不純
物含有量をある量以下に規制する必要がある。
Furthermore, according to the former method, it is not easy to separate the generated silicon carbide whiskers from the raw material. Generally, when silicon carbide whiskers are obtained by a heating reaction between a solid silicon-containing raw material and a carbon-containing raw material, impurities contained in the raw materials are uniformly dispersed and contained in the generated whiskers. Therefore, if a large amount of such impurities is contained, it is necessary to separate and remove them, and on the other hand, in order to omit the step of separating and removing the impurities, it is necessary to reduce the impurity content in the raw materials used. It is necessary to regulate it below a certain amount.

本発明者らは、上記した問題を解決するため
に、既に、ケイ素含有物質と炭素含有物質とを少
なくとも1000℃にて接触反応させるに際して、塩
化ナトリウムを代表例とする金属塩化物を共存さ
せる方法(特公昭52−28758号公報)や、微粉状
ケイ素原料、炭素原料及び触媒の混合物を非酸化
生雰囲気下に塩化水素又は塩素を混合導入し、
1350℃乃至1600℃の温度にて反応させる方法(特
開昭58−251964号公報)を提案しているが、尚、
収率やアスペクト比等において十分に満足すべき
ではない。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have already developed a method in which a metal chloride, typified by sodium chloride, coexists when a silicon-containing substance and a carbon-containing substance are subjected to a contact reaction at at least 1000°C. (Japanese Patent Publication No. 52-28758), hydrogen chloride or chlorine is mixed and introduced into a mixture of a finely powdered silicon raw material, a carbon raw material, and a catalyst in a non-oxidizing atmosphere,
A method of reacting at a temperature of 1350°C to 1600°C has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-251964), but
The yield, aspect ratio, etc. should not be fully satisfied.

(発明の目的) そこで、本発明者らは、炭化ケイ素ウイスカー
の製造に関して、更に鋭意研究した結果、粉末状
のケイ素含有原料を予め所定形状に成形し、これ
を水素ガスの存在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つて、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つて、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
ある炭化ケイ素ウイスカーを高収率高生産性にて
得ることができることを見出して、本発明に至つ
たものである。
(Purpose of the Invention) Therefore, as a result of further intensive research into the production of silicon carbide whiskers, the present inventors formed a powdered silicon-containing raw material into a predetermined shape in advance, and molded it into a powdered form in the presence of hydrogen gas. By heating to a high temperature together with the carbon-containing raw material, the silicon compound is selectively vaporized from the molded body and reacts with the carbon,
We have discovered that it is possible to obtain silicon carbide whiskers that are linear without bending, have a long fiber length, a high aspect ratio, and are extremely pure with high yield and high productivity. This led to the invention.

従つて、本発明は、屈曲のない直線状であつ
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イス
カーを高収率にて製造方法を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention provides a method for producing silicon carbide whiskers in a high yield that are linear without bending, have a long fiber length and a high aspect ratio, and have extremely high purity. The purpose is to

(発明の構成) 本発明は、固体状のケイ素含有原料と炭素含有
原料とを反応容器内において加熱反応させて、炭
化ケイ素ウイスカーを製造する方法において、上
記ケイ素含有原料を予め所定形状に成形してなる
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を特徴とする。
(Structure of the Invention) The present invention provides a method for manufacturing silicon carbide whiskers by heating and reacting a solid silicon-containing raw material and a carbon-containing raw material in a reaction vessel, in which the silicon-containing raw material is shaped in advance into a predetermined shape. The method is characterized by heating a molded body made of carbon and a powdered carbon raw material to a predetermined reaction temperature in a hydrogen gas atmosphere.

本発明の方法において用いるケイ素含有原料と
しては、例えば、ケイ素、ケイ石粉、粉状シリカ
ゲル、各種の非晶質シリカ、沈降性シリカ、粘土
等を挙げることができるが、好ましくは、酸化ケ
イ素を含有し、特に、良好な収率にて炭化ケイ素
ウイスカーを得るためには、酸化ケイ素を30重量
%以上含有することが好ましい。
Examples of the silicon-containing raw material used in the method of the present invention include silicon, silica powder, powdered silica gel, various amorphous silicas, precipitated silica, and clay, but preferably silicon-containing raw materials include silicon oxide. However, in order to obtain silicon carbide whiskers with a particularly good yield, it is preferable to contain silicon oxide in an amount of 30% by weight or more.

本発明において、かかるケイ素含有原料からな
る成形体とは、この原料を適宜の手段、例えば、
押出成形、プレス成形、造粒等の手段にて成形
し、焼成して、板、棒、管、筒、球、線状及びこ
れらの組み合わせとしての形状を与えた立体的な
固体をいう。
In the present invention, a molded body made of such a silicon-containing raw material is defined as a molded body made of such a silicon-containing raw material, which is formed by processing this raw material by appropriate means, for example,
A three-dimensional solid that is formed by extrusion molding, press molding, granulation, etc. and fired to give it a shape such as a plate, rod, tube, tube, sphere, line, or a combination thereof.

一般に、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、炭化ケイ素ウイスカーを
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、本発明の方法においては、上記ケイ素含有原
料からなる成形体は、例えば、管状や箱型の容器
等のような粉末状炭素原料を充填するための反応
容器を兼ねることができる。
In general, in a method for producing silicon carbide whiskers by heating and reacting a solid silicon-containing raw material and a carbon-containing raw material, these raw materials are filled into a reaction vessel, and the raw materials are charged into a reaction tube equipped with a heating means, such as an electric current. In the method of the present invention, the molded body made of the silicon-containing raw material is inserted into a furnace and heated to a predetermined temperature. It can also serve as a reaction vessel for

このように、本発明の方法によれば、固体状の
ケイ素含有原料をその成形体として用いるとき、
この成形体から選択的にケイ素化合物が気化し、
炭素と反応して、炭化ケイ素ウイスカーを生成す
るので、固体ケイ素含有原料として、ケイ素又は
酸化ケイ素含有量の低いものを使用しても、不純
物が数%以下の高純度の炭化ケイ素ウイスカーを
得ることができる。しかも、生成する炭化ケイ素
ウイスカーは、成形体から分離することが非常に
容易であるので、生産性が高い。
As described above, according to the method of the present invention, when a solid silicon-containing raw material is used as a molded article,
The silicon compound is selectively vaporized from this molded body,
Since it reacts with carbon to produce silicon carbide whiskers, it is possible to obtain highly pure silicon carbide whiskers with impurities of a few percent or less even if a material with a low silicon or silicon oxide content is used as the solid silicon-containing raw material. I can do it. Moreover, the produced silicon carbide whiskers are very easy to separate from the molded body, resulting in high productivity.

粉末状炭素含有原料としては、カーボンブラツ
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、微粉であつて、嵩高いほど反応性
が高いので、特にカーボンブラツクが好ましい。
As the powdered carbon-containing raw material, carbon black, powdered activated carbon, etc. can be used, but carbon black is particularly preferred since these carbon raw materials are fine powders and the higher the bulk, the higher the reactivity.

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、ニツケ
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。
In the method of the present invention, it is preferred to use a reaction catalyst. As the reaction catalyst, iron, nickel, cobalt, or compounds thereof, such as oxides, nitrates, chlorides, sulfates, carbonates, etc., are used as a powder or an aqueous solution mixed with the carbon raw material. Iron oxide is a catalyst that can be particularly preferably used in the present invention.

更に、本発明の方法においては、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イスカーを得る
ために、反応促進剤を用いることが好ましい。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
又はフツ化物を好適に用いることができる。従つ
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、フツ化リチウム、フツ化ナトリウム、フ
ツ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、フツ化ナトリウム及びフツ
化カリウムである。
Furthermore, in the method of the present invention, it is preferable to use a reaction accelerator in order to accelerate the reaction and obtain silicon carbide whiskers with high purity, high aspect ratio, and low bulk density. As such a reaction accelerator, an alkali metal or alkaline earth metal halide, particularly a chloride or a fluoride, can be suitably used. Therefore, specific examples include lithium chloride, sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride, magnesium chloride, lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, and the like. Among these, particularly preferred reaction accelerators are sodium chloride, potassium chloride, sodium fluoride, and potassium fluoride.

本発明者らは、先に引用した特開昭58−251964
号公報において、ケイ素含有原料と炭素含有原料
との加熱反応による炭化ケイ素ウイスカーの製造
に際して、反応促進剤、例えば塩化ナトリウムの
代わりに、塩化水素又は塩素を反応系外から導入
する方法を提案している。しかし、本発明の方法
によれば、先ず、反応促進剤の存在下に水素雰囲
気下にケイ素含有原料からなる成形体と炭素含有
原料とを加熱することによつて、反応系内におい
て反応促進剤からハロゲン化水素を発生させると
共に、上記成形体から選択的にケイ素化合物を気
化させ、これを炭素と反応させるので、高純度で
繊維長が長く、且つ、アスペクト比の高い炭化ケ
イ素ウイスカーを高収率にて得ることができる。
従つて、本発明によれば、塩化水素や塩素のよう
に、腐食性であつて、且つ、取扱いの困難なガス
を原料ガスとして用いる必要がない。
The present inventors have proposed the above-cited Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-251964.
In the publication, a method is proposed in which hydrogen chloride or chlorine is introduced from outside the reaction system instead of a reaction accelerator such as sodium chloride when producing silicon carbide whiskers by heating reaction between a silicon-containing raw material and a carbon-containing raw material. There is. However, according to the method of the present invention, the reaction accelerator is first heated in the presence of a reaction accelerator and a carbon-containing raw material in a hydrogen atmosphere and the molded body made of a silicon-containing raw material is heated. Hydrogen halide is generated from the molded body, and the silicon compound is selectively vaporized from the molded body, and this is reacted with carbon. Therefore, silicon carbide whiskers with high purity, long fiber length, and high aspect ratio can be produced at a high yield. You can get it at a certain rate.
Therefore, according to the present invention, there is no need to use corrosive and difficult-to-handle gases, such as hydrogen chloride and chlorine, as source gases.

次に、ケイ素含有原料として粉末を用いた場合
は、容易に理解されるように、炭素含有原料との
接触部分が極めて多いので、炭化ケイ素ウイスカ
ー生成反応が殆ど固相反応に近い状態にて進行し
て、その結果として、ウイスカーは粉末状又は屈
曲の多い線状となる。しかしながら、本発明に従
つて、ケイ素含有原料として、その成形体を用い
る場合は、炭素含有原料との接触部分が著しく少
ないので、主としてシリカの還元体である一酸化
ケイ素が気相として生じ、同じく気相の一酸化炭
素と反応するので、屈曲のない直線状の炭化ケイ
素ウイスカーを生成するものとみられる。但し、
本発明は、上記理論によつて限定を受けるもので
はない。
Next, when powder is used as the silicon-containing raw material, as is easily understood, there are many contact parts with the carbon-containing raw material, so the silicon carbide whisker production reaction proceeds in a state close to a solid phase reaction. As a result, the whiskers become powder-like or linear with many bends. However, when the molded body is used as a silicon-containing raw material according to the present invention, since the contact area with the carbon-containing raw material is extremely small, silicon monoxide, which is a reduced form of silica, is mainly produced as a gas phase. Since it reacts with gaseous carbon monoxide, it appears to produce straight silicon carbide whiskers with no bends. however,
The present invention is not limited by the above theory.

反応促進剤として塩化ナトリウムを用いる場合
についてより詳細に説明すれば、塩化ナトリウム
は、常圧下においては融点800℃、沸点1413℃で
あるので、本発明の方法による反応条件下では沸
騰しており、塩化ナトリウム蒸気が高い蒸気圧を
占める雰囲気を反応系内に形成している。塩化ナ
トリウムは、例えば、白金や黒鉛のような不活性
な物質が共存しても、水素又はその他の非酸化性
雰囲気下に、高温、例えば、1500℃の温度に加熱
しても、化学的な変化を起こさず、単に塩化ナト
リウム蒸気を生成するにすぎない。しかし、本発
明に従つて、キヤリアガスとしての水素ガス雰囲
気下に、塩化ナトリウムをケイ素含有原料の成形
体と共に所定温度に加熱するときは、系内におい
て塩化ナトリウムが熱分解して塩化水素が継続的
に発生する。これに対して、キヤリヤガスとし
て、水素ガス以外の非酸化性ガス、例えば、アル
ゴン、ヘリウム、窒素等のガスを用いる場合は、
塩化水素の発生はみられない。尚、本発明におい
て、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。
To explain in more detail the case where sodium chloride is used as a reaction accelerator, sodium chloride has a melting point of 800°C and a boiling point of 1413°C under normal pressure, so it is boiling under the reaction conditions of the method of the present invention. An atmosphere in which sodium chloride vapor has a high vapor pressure is formed in the reaction system. Sodium chloride does not react chemically even when heated to high temperatures, e.g. 1500°C, in hydrogen or other non-oxidizing atmospheres, even in the presence of inert substances such as platinum or graphite. It does not cause any change and simply produces sodium chloride vapor. However, according to the present invention, when sodium chloride is heated to a predetermined temperature together with a silicon-containing raw material molded body in an atmosphere of hydrogen gas as a carrier gas, the sodium chloride is thermally decomposed in the system and hydrogen chloride is continuously produced. occurs in On the other hand, when using a non-oxidizing gas other than hydrogen gas, such as argon, helium, nitrogen, etc., as the carrier gas,
No hydrogen chloride generation was observed. In the present invention, the hydrogen gas atmosphere includes not only hydrogen gas but also an atmosphere containing 20% by volume or more of hydrogen, with the remainder being a non-oxidizing inert gas.

即ち、ケイ素含有原料の成形体と粉末状炭素含
有原料に前記触媒及び反応促進剤を混合し、非酸
化性雰囲気下に加熱するとき、例えば、窒素雰囲
気下では、1500℃まで加熱しても、塩化水素の発
生はみられないが、水素雰囲気下では、塩化ナト
リムムが溶融した後に塩化水素が徐々に発生し始
め、1000℃を過ぎると次第に発生量が増加し、
1400〜1600℃で塩化水素の生成量が最大となる。
That is, when the catalyst and reaction accelerator are mixed with a molded body of a silicon-containing raw material and a powdered carbon-containing raw material and heated in a non-oxidizing atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere, even if heated to 1500°C, No generation of hydrogen chloride is observed, but under a hydrogen atmosphere, hydrogen chloride begins to be generated gradually after the sodium chloride melts, and the amount generated gradually increases after 1000℃.
The maximum amount of hydrogen chloride is produced between 1400 and 1600°C.

従つて、本発明の方法をバツチ反応にて行なう
場合は、所定の反応温度に達するまでは、反応系
内に水素以外の非酸化性不活性ガス、例えば、ア
ルゴン、ヘリウム、窒素等をキヤリヤガスとして
流通させ、所定の反応温度に到達して後、キヤリ
ヤガスを水素ガスに切り換えることができる。他
方、本発明の方法を連続方式として行なう場合、
反応系内に常に水素ガスを導入して、反応促進剤
からハロゲン化水素を生成させる。
Therefore, when carrying out the method of the present invention by batch reaction, a non-oxidizing inert gas other than hydrogen, such as argon, helium, nitrogen, etc., is used as a carrier gas in the reaction system until the predetermined reaction temperature is reached. After flowing and reaching the predetermined reaction temperature, the carrier gas can be switched to hydrogen gas. On the other hand, if the method of the invention is carried out in a continuous manner,
Hydrogen gas is always introduced into the reaction system to generate hydrogen halide from the reaction promoter.

本発明の方法において前記触媒は、ケイ素含有
原料の成形体の単位表面積(cm2)当り、通常、5
×10-6〜5×10-3g、好ましくは1×10-5〜1×
10-3gの範囲で用いられる。触媒量がケイ素含有
原料の成形体の単位表面積(cm2)当り5×10-6
よりも少ないときは、その触媒作用が不十分であ
る結果、炭化ケイ素ウイスカーの生成が不十分で
あつて、所定条件下での反応によつても、未反応
のケイ素含有原料が多量に残留する。他方、5×
10-3gよりも多いときは、触媒粉末が生成するウ
イスカー内にそのまま残留し、生成する炭化ケイ
素ウイスカーの精製処理を煩雑にする傾向が強
い。
In the method of the present invention, the amount of the catalyst is usually 5
×10 −6 to 5×10 −3 g, preferably 1×10 −5 to 1×
It is used in the range of 10 -3 g. Catalyst amount is 5×10 -6 g per unit surface area (cm 2 ) of molded product of silicon-containing raw material.
When the amount is less than , the catalytic action is insufficient, resulting in insufficient generation of silicon carbide whiskers, and a large amount of unreacted silicon-containing raw material remains even when the reaction is carried out under specified conditions. . On the other hand, 5×
When the amount is more than 10 -3 g, the catalyst powder tends to remain in the generated whiskers, making the purification process of the generated silicon carbide whiskers complicated.

反応促進剤として用いるアルカリ金属又はアル
カリ土類金属のハロゲン化物は、ケイ素含有原料
成形体の単位表面積(cm2)について、通常、5×
10-4〜5×10-1g、好ましくは1×10-3〜1×
10-1gの範囲で用いられる。ケイ素含有原料成形
体の単位表面積(cm2)について5×10-4gよりも
少ないときは、ハロゲン化物の分解によるハロゲ
ン化水素の発生が微量であるため、炭化ケイ素ウ
イスカーの収率向上及びその形状の改善効果に乏
しく、他方、5×10-1gよりも多量に用いても、
分解によるハロゲン化水素の発生が局部的に濃厚
となり、成形体から生じた気相状ケイ素化合物が
未反応のままに系外に放出される傾向があつて、
炭化ケイ素ウイスカーの生成量がむしろ低下する
ので好ましくない。
The alkali metal or alkaline earth metal halide used as a reaction accelerator is usually 5
10 −4 to 5×10 −1 g, preferably 1×10 −3 to 1×
It is used in the range of 10 -1 g. When the unit surface area (cm 2 ) of the silicon-containing raw material molded body is less than 5×10 -4 g, the amount of hydrogen halide generated by decomposition of the halide is small, so the yield of silicon carbide whiskers can be improved and It has a poor shape improvement effect, and on the other hand, even if it is used in a larger amount than 5 × 10 -1 g,
The generation of hydrogen halide due to decomposition becomes locally concentrated, and the gaseous silicon compound generated from the compact tends to be released outside the system without reacting.
This is not preferable because the amount of silicon carbide whiskers produced is rather reduced.

本発明の方法においては、ケイ素含有原料の成
形体、粉末状炭素原料、触媒及び反応促進剤は反
応容器に充填し、これを所定の雰囲気下に所定の
温度に加熱する。ここに、反応容器としては、炭
化ケイ素ウイスカーの製造を小規模にて行なう場
合は、ムライト、アルミナ等からなる磁性管や黒
鉛製管を用いることができ、また、製造を大規模
で行なう場合は、上記セラミツク材料から構成さ
れる箱型容器を使用するとよい。しかし、前記し
たように、ケイ素含有原料の成形体を容器状とす
れば、この成形体は反応原料と容器とを兼ねるの
で、反応操作が簡単化される。
In the method of the present invention, a molded body of a silicon-containing raw material, a powdered carbon raw material, a catalyst, and a reaction promoter are filled into a reaction vessel, and the container is heated to a predetermined temperature in a predetermined atmosphere. Here, as a reaction vessel, when manufacturing silicon carbide whiskers on a small scale, a magnetic tube or a graphite tube made of mullite, alumina, etc. can be used, and when manufacturing on a large scale, a magnetic tube or a graphite tube can be used. It is preferable to use a box-shaped container made of the ceramic material mentioned above. However, as described above, if the molded body of the silicon-containing raw material is shaped like a container, the molded body serves both as the reaction raw material and the container, so that the reaction operation is simplified.

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、炭化ケイ素ウイ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。従つて、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。
In the method of the invention, the reaction temperature is at least
1400℃ or higher, usually preferably 1500-1700
℃ range. When the reaction temperature is lower than 1400°C, silicon carbide whiskers are insufficiently produced and a large amount of unreacted silicon-containing raw material remains. On the other hand, if the temperature is too high, the effects of improving the yield and reducing impurities will be saturated, and the production cost will increase. Therefore, the upper limit of reaction temperature is usually 1700℃
degree is preferred. Although the heating means is arbitrary, electric heating is easy to use.

本発明の方法において、水素ガスを含むキヤリ
ヤガスは、反応装置のガス流通単位断面積(cm2
当り0.5〜50ml/分、好ましくは1〜20ml/分の
割合にて反応系内に導入する。
In the method of the present invention, the carrier gas containing hydrogen gas has a gas flow unit cross-sectional area (cm 2 ) of the reactor.
It is introduced into the reaction system at a rate of 0.5 to 50 ml/min, preferably 1 to 20 ml/min.

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、炭化ケイ素ウイスカーの
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。
The reaction time is 30 minutes to 10 hours, usually 2 to 10 hours.
About 6 hours is sufficient. If the reaction time is too short, a large amount of unreacted raw materials will remain; on the other hand, if the reaction is too long, the yield of silicon carbide whiskers will increase only slightly, so it is difficult to reduce the productivity and thermal energy costs. , there is no advantage.

本発明の方法においては、前記したように、所
定の温度で炭化ケイ素ウイスカーを生成させた
後、加熱を停止し、反応生成物を反応管から取り
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
料を酸化焼却すれば、炭化ケイ素ウイスカーを得
ることができる。
In the method of the present invention, as described above, after silicon carbide whiskers are generated at a predetermined temperature, heating is stopped, the reaction product is taken out from the reaction tube, and then this reaction product is placed in a Matsufuru furnace. Silicon carbide whiskers can be obtained by heating to a temperature of 600 to 1100°C to oxidize and incinerate the unreacted carbon raw material.

(発明の効果) このようにして、本発明の方法によれば、一般
に、ケイ素含有原料から気化したケイ素に基づい
て、90%以上の高収率にて炭化ケイ素ウイスカー
得ることができ、しかも、この炭化ケイ素ウイス
カーは、屈曲のない直線状であつて、繊維長が長
く、且つ、アスペクト比も高い。更に、炭化ケイ
素ウイスカーに含まれる不純物としての二酸化ケ
イ素は、通常、10%以下であつて、高純度である
ので、特に精製することがなく、通常の用途に供
することができる。しかし、必要に応じて、フツ
酸に浸漬し、室温に保持し、又は70〜80℃加熱し
て、炭化ケイ素以外のケイ素化合物を溶解、水洗
して、精製する処理を施してもよい。
(Effects of the Invention) As described above, according to the method of the present invention, silicon carbide whiskers can generally be obtained at a high yield of 90% or more based on silicon vaporized from a silicon-containing raw material, and moreover, This silicon carbide whisker is straight without bending, has a long fiber length, and has a high aspect ratio. Furthermore, silicon carbide whiskers contain silicon dioxide as an impurity, which is usually 10% or less and has high purity, so it can be used for general purposes without any particular purification. However, if necessary, it may be purified by immersing it in hydrofluoric acid, keeping it at room temperature, or heating it at 70 to 80°C to dissolve silicon compounds other than silicon carbide, and washing it with water.

更に、本発明の方法によれば、反応促進剤を用
いるので、高純度の炭化ケイ素ウイスカーを高収
率にて得ることができる。また、ウイスカーの繊
維径、繊維長、アスペクト比において対比すれ
ば、反応促進剤を使用しない場合は、それぞれが
0.5〜1μm、50〜500μm及び100〜500であるのに
対して、本発明の方法によれは、それぞれが0.1
〜0.5μm、50〜400μm及び500〜800である。
Further, according to the method of the present invention, since a reaction accelerator is used, highly pure silicon carbide whiskers can be obtained in high yield. Also, if we compare the whisker fiber diameter, fiber length, and aspect ratio, each of them will be different if no reaction accelerator is used.
0.5 to 1 μm, 50 to 500 μm, and 100 to 500, whereas according to the method of the present invention, each of 0.1
-0.5 μm, 50-400 μm and 500-800.

(実施例) 以下に実施例と共に比較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つて何ら制
限されるものではない。
(Examples) The present invention will be explained below by giving Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited by these Examples in any way.

実施例 反応容器を兼ねるケイ素含有成形体として二酸
化ケイ素49重量%を含有する外径25mm、内径20mm
及び長さ100mmのNCタンマン管を用いた。
Example Silicon-containing molded body that also serves as a reaction vessel, containing 49% by weight of silicon dioxide, outer diameter 25 mm, inner diameter 20 mm
And an NC Tamman tube with a length of 100 mm was used.

カーボンブラツク粉末50部、反応触媒としての
微粉状酸化鉄0.2部及び反応促進剤としての塩化
ナトリウム粉末(試薬1級)17部をボールミルに
て1時間撹拌して均一な混合物となし、この混合
物を上記タンマン管内に2g充填し、これを電気
炉に挿入した。
50 parts of carbon black powder, 0.2 parts of finely powdered iron oxide as a reaction catalyst, and 17 parts of sodium chloride powder (grade 1 reagent) as a reaction promoter were stirred in a ball mill for 1 hour to form a homogeneous mixture. 2 g was filled into the Tammann tube, and this was inserted into an electric furnace.

この電気炉内に窒素ガスを炉芯管単位断面積
(cm2)当り5ml/分の流量にて1時間導入した後、
5℃/分の昇温速度にて炉の中心部温度が1530℃
になるまで加熱した。この昇温過程において、内
温が1000℃に達して後、電気炉への窒素ガスの導
入を停止し、次いで、水素ガスを5ml/分の流量
にて電気炉内に導入しつつ、炉内温度を1550℃に
高め、この温度に2時間保持した。この後、徐々
に炉内温度を降温させながら、水素ガスの導入を
停止し、次いで、炉内雰囲気を窒素ガスに切り換
えてから、内容物を取り出して、黒緑色で軽量の
嵩高い塊を反応生成物として得た。
After introducing nitrogen gas into this electric furnace at a flow rate of 5 ml/min per unit cross-sectional area (cm 2 ) of the furnace core tube for 1 hour,
The temperature at the center of the furnace reaches 1530℃ at a heating rate of 5℃/min.
heated until. In this temperature raising process, after the internal temperature reaches 1000℃, the introduction of nitrogen gas into the electric furnace is stopped, and then hydrogen gas is introduced into the electric furnace at a flow rate of 5 ml/min. The temperature was increased to 1550°C and held at this temperature for 2 hours. After this, while gradually lowering the temperature inside the furnace, the introduction of hydrogen gas was stopped, and then the atmosphere inside the furnace was changed to nitrogen gas, and the contents were taken out and the black-green, lightweight, bulky mass was reacted. Obtained as product.

この反応生成物から過剰炭素を除去するため
に、これを内温800℃のマツフル炉内で4時間焼
成して、炭化ケイ素ウイスカー1.5gを得た。こ
のときのタンマン管の重量減少は1.14gであつ
た。従つて、収率は、タンマン管中から気化した
二酸化ケイ素に基づいて92%であり、不純物とし
ての二酸化ケイ素は6%であつた。また、得られ
た炭化ケイ素ウイスカーのX線回折図はβ−SiC
のみのパターンを示した。
In order to remove excess carbon from this reaction product, it was fired in a Matsufuru furnace at an internal temperature of 800° C. for 4 hours to obtain 1.5 g of silicon carbide whiskers. The weight loss of the Tammann tube at this time was 1.14 g. The yield was therefore 92%, based on the silicon dioxide vaporized from the Tammann tube, and 6% silicon dioxide as an impurity. In addition, the X-ray diffraction pattern of the obtained silicon carbide whiskers is β-SiC
Only the pattern shown was shown.

更に、得られた炭化ケイ素ウイスカーは、分岐
や折れ曲がりのない形状を有し、繊維径、繊維長
及びアスペクト比は、それぞれ0.1〜0.5μm、50
〜400μm及び500〜800であつた。
Furthermore, the obtained silicon carbide whiskers have a shape without branches or bends, and the fiber diameter, fiber length, and aspect ratio are 0.1 to 0.5 μm and 50 μm, respectively.
~400 μm and 500-800 μm.

比較例 平均粒径5〜10μmの石英粉10部に微粉状酸化
鉄0.2部、カーボンブラツク粉末(ライオン油脂
(株)製ライオンカーボンECP)20部及び塩化ナト
リウム粉末(試薬1級)10部をボールミル中に入
れ、3時間を要して撹拌混合した。この混合粉末
32gを反応管としての外径65mm、内径60mm、長さ
1000mmのアルミナ管の中央部に約130mmにわたつ
て均一に分散充填し、それを電気炉に挿入した。
Comparative example: 10 parts of quartz powder with an average particle size of 5 to 10 μm, 0.2 parts of finely divided iron oxide, carbon black powder (lion oil)
20 parts of Lion Carbon ECP (manufactured by Lion Carbon Co., Ltd.) and 10 parts of sodium chloride powder (grade 1 reagent) were placed in a ball mill and mixed with stirring for 3 hours. This mixed powder
32g as a reaction tube, outer diameter 65mm, inner diameter 60mm, length
The material was evenly distributed and filled in the center of a 1000 mm alumina tube over a length of about 130 mm, and the tube was inserted into an electric furnace.

この反応管内に窒素ガスを100ml/分の流量に
て1時間導入した後、5℃/分の昇温速度にて炉
の中心部温度が1550℃になるまで加熱した。内温
が1000℃に達して後、窒素ガスの導入を停止し、
次いで、水素ガスを100ml/分の流量にて反応管
内に導入しつつ、管内温度を1550℃にて2時間保
持した。この後、徐々に管内温度を降温させなが
ら、水素ガスの導入を停止し、次いで、管内雰囲
気を窒素ガスに切り換えてから、内容物を取り出
して、黒緑色で軽量の嵩高い塊を反応生成物とし
て得た。
After introducing nitrogen gas into this reaction tube at a flow rate of 100 ml/min for 1 hour, the tube was heated at a temperature increase rate of 5° C./min until the temperature at the center of the furnace reached 1550° C. After the internal temperature reaches 1000℃, stop introducing nitrogen gas,
Next, while hydrogen gas was introduced into the reaction tube at a flow rate of 100 ml/min, the temperature inside the tube was maintained at 1550° C. for 2 hours. After this, the introduction of hydrogen gas is stopped while the temperature inside the tube is gradually lowered.Then, the atmosphere inside the tube is switched to nitrogen gas, and the contents are taken out. obtained as.

この反応生成物から過剰炭素を除去するため
に、これを内温800℃のマツフル炉内で4時間焼
成して、炭化ケイ素ウイスカー4.6gを得た。収
率は、用いた石英粉中のシリカに基づいて87%で
あり、不純物としての二酸化ケイ素は11%であつ
た。また、得られた炭化ケイ素ウイスカーのX線
回折図はβ−SiCのみのパターンを示した。
In order to remove excess carbon from this reaction product, it was fired in a Matsufuru furnace at an internal temperature of 800° C. for 4 hours to obtain 4.6 g of silicon carbide whiskers. The yield was 87% based on silica in the quartz powder used and 11% silicon dioxide as an impurity. Moreover, the X-ray diffraction diagram of the obtained silicon carbide whiskers showed a pattern of only β-SiC.

更に、得られた炭化ケイ素ウイスカーは、若干
量の粉状、屈曲状物を含む形状であり、繊維径、
繊維長及びアスペクト比は、それぞれ0.5〜1μm、
100〜500μm及び100〜500であつた。
Furthermore, the obtained silicon carbide whiskers have a shape that includes a small amount of powdery and bent materials, and the fiber diameter,
Fiber length and aspect ratio are 0.5 to 1 μm, respectively.
They were 100-500 μm and 100-500 μm.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炭素物質を含まず、且つ、酸化ケイ素を所定
形状に成形してなる成形体と粉末状炭素原料とを
反応容器内において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する炭化ケイ素ウイ
スカーの製造方法。 2 粉末状炭素原料がカーボンブラツク又は粉末
活性炭であることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の炭化ケイ素ウイスカーの製造方法。 3 触媒及び反応促進剤の存在下に加熱すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の炭化ケ
イ素ウイスカーの製造方法。 4 触媒が鉄、ニツケル、コバルト又はこれらの
化合物であることを特徴とする特許請求の範囲第
3項記載の炭化ケイ素ウイスカーの製造方法。 5 反応促進剤がアルカリ金属ハロゲン化物又は
アルカリ土類金属ハロゲン化物であることを特徴
とする特許請求の範囲第3項記載の炭化ケイ素ウ
イスカーの製造方法。 6 ハロゲン化物が塩化物又はフツ化物であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の炭化
ケイ素ウイスカーの製造方法。 7 反応促進剤が塩化ナトリウムであることを特
徴とする特許請求の範囲第6項記載の炭化ケイ素
ウイスカーの製造方法。 8 反応温度が1400℃以上であることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の炭化ケイ素ウイス
カーの製造方法。 9 酸化ケイ素を所定形状に成形してなる成形体
が反応容器に形成されていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の炭化ケイ素ウイスカー
の製造方法。
[Claims] 1. A molded body containing no carbon material and formed by molding silicon oxide into a predetermined shape and a powdered carbon raw material are heated to a predetermined reaction temperature in a hydrogen gas atmosphere in a reaction vessel. A method for producing silicon carbide whiskers characterized by: 2. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 1, wherein the powdered carbon raw material is carbon black or powdered activated carbon. 3. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 1, which comprises heating in the presence of a catalyst and a reaction promoter. 4. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 3, wherein the catalyst is iron, nickel, cobalt, or a compound thereof. 5. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 3, wherein the reaction accelerator is an alkali metal halide or an alkaline earth metal halide. 6. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 5, wherein the halide is a chloride or a fluoride. 7. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 6, wherein the reaction accelerator is sodium chloride. 8. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 1, wherein the reaction temperature is 1400°C or higher. 9. The method for producing silicon carbide whiskers according to claim 1, wherein a molded body formed by molding silicon oxide into a predetermined shape is formed in the reaction vessel.
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