JPH0471879B2 - - Google Patents
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
(産業上の利用分野)
本発明は、SiCウイスカーの製造方法およびそ
の装置に関し、特に繊維強化プラスチツク
(FRP)や繊維強化金属(FRM)、繊維強化セラ
ミツクス(FRC)などの複合材料に使用する高
品質のSiCウイスカーを、気相法により工業的規
模で連続的に効率良く製造するための方法とその
ための装置についての提案である。
(従来の技術)
現在知られているSiCウイスカーの製造方法と
しては、炭素およびけい素の固体原料を用いる固
相法、炭素およびけい素の気体あるいはそれらと
固体との反応や混合ガスを用いる気相法とがあ
る。
前記固相法は、固体のSiO2とCから、
SiO2+CSiO+CO
SiO+3COSiC+2CO2
C02+C2CO
なる反応を導く方法であり、所謂発生した気体状
のSiOとCOを反応させSiCウイスカーを析出成長
させる技術である。
例えば、かかる固相法に属する技術である特公
昭59−9516号公報に開示の技術は、Si源としても
み殻灰化物を用い、C源としてカーボンブラツク
を用い、非酸化性雰囲気下で1300〜1700℃に加熱
する方法である。
また、特開昭61−227993号公報に開示の技術
は、Si源として無水けい酸を用い、C源として活
性炭を用い、非酸化性雰囲気下で1400〜1700℃の
温度で加熱する方法を提案している。
上述した固相法を実施する際に用いる製造装置
としては、例えば実公昭59−38447号公報には黒
鉛材で構成されたSiCウイスカー生成用反応容器
が開示されており、また特開昭61−227999号公報
には、長手方向に沿つて温度勾配が付されている
通路を有する炉本体と、該通路に沿つて設けられ
た原料充填域と、ウイスカー生成域および排気管
を有する複数の試料収容容器とからなるSiCウイ
スカーの製造装置を提案している。
これに対し、気相法としては、Si源として気体
の4塩化けい素などのハロゲン化けい素と4塩化
炭素などの気体の炭素化合物を水素気流中で高温
で反応させる方法、メチルトリクロルシランなど
の有機シランの熱分解による方法などが知られて
いる。例えば、特公昭59−45635号公報に開示の
技術は、ハロゲン化けい素ガスとハロゲン化カー
ボンガスをキヤリアガス(H2)を介して加熱反
応管内に導入し、複数のスリツトが設けられてい
るSiCまたはSiC含有の有底筒状基板上に、β−
SiCウイスカーを育成させる方法であり、また特
公昭59−45636号公報には炭素粉末を充填した磁
製管もしくは黒鉛管を、外套管内に装入して、
1300℃に加熱しながら4塩化けい素と水素の混合
ガスを発生させてSiCウイスカーを製造する方法
を提案している。
(発明が解決しようとする問題点)
固相法として示した上記の2つの従来技術は、
(1) 粒状のSiCが多量に副生することに加え、原
料の未反応粒状物が残存し、これらが生成した
SiCウイスカー中に混在するため、金属やセラ
ミツクスの補強材として好適な高純度のウイス
カーが得られない。従つて、これらの粒状物を
分離し精製するための複雑な工程がさらに必要
となり、しかもウイスカーの収率も低い。
(2) 反応速度が遅いため高アスペクト比のウイス
カーを多量かつ連続的に製造することが難し
い。
(3) 反応温度が高い。
などの問題点があつた。
また、かかる固相法に用いる装置については、
いずれもバツチ式製造装置であり、連続製造がで
きないだけでなく、多量かつ効率的な生産を行う
ためには、反応容器が多数必要であり、装置が大
規模になるという問題点があつた。
次に、気相法として示した上記2つの従来技術
では、いずれも原料となるハロゲン化けい素が高
価であるという問題点があつた。また、これらの
従来方法には、工業的規模での連続製造手段に関
する具体的な開示ないしは示唆が見られない。
本発明の目的は、上述した固相法、気相法の各
従来技術が抱えている問題点を克服できる技術を
開発するところにある。
(問題点を解決するための手段)
補強材として好適な高純度のSiCウイスカーを
工業的規模で効率良く製造方法する方法として本
発明は、
硫化けい素と炭素化合物を気相合成することに
よりSiCウイスカーを製造するに当り、
硫化水素を含有するガスを、1000〜1400℃の温
度に保持される硫化けい素ガス生成室中に導入
し、その生成室内に装填した金属シリコン層と接
触、反応させることにより硫化けい素ガスを発生
させ、
次いで、発生した前記硫化けい素ガスを1000℃
以上の温度に保持したまま1130〜1500℃に保持さ
れるSiCウイスカー合成室内に移送し、その合成
室内において炭素化合物と接触させることによ
り、SiCウイスカーを析出成長させてから、連続
的もしくは間欠的に下方より排出することを特徴
とするSiCウイスカーの製造方法、
を提案する。そして、かかる製造方法の実施に際
して好適に用いる装置として、
内部を硫化けい素ガス生成室とSiCウイスカー
合成室とに画成すると共に、その画成室間をガス
移送通路を設けて連通させ、かつこれら両画成室
には個別に温度制御ができる加熱装置をそれぞれ
付帯配設した筒状反応容器でもつて構成し、
そして前記硫化けい素ガス生成室には分散板を
配設し、かかる分散板下には硫化水素含有ガス導
入用のガス導入口を配設すると共に該分散板上に
は金属シリコン装入口を配設し、一方、前記SiC
ウイスカー合成室には少なくとも炭素化合物供給
口、ウイスカー排出口およびガス排出口を配設し
たことを特徴とするSiCウイスカー製造装置、
を提案し、上述の技術的課題を解決することとし
た。
第1図は、上記本発明装置の要部の代表的具体
例を示すものであつて、反応容器の上部に、硫化
けい素ガス生成室1を区画形成し、隔壁14を隔
てたその下部にSiCウイスカー合成室2を区画形
成し、そして前記隔壁14中央部に前記両画成室
1,2を連通させる筒状ガス移送通路3を上向き
に突出させて設けてなるものである。
前記硫化けい素ガス生成室1中には、装入され
た金属シリコン粒(原料)13を保持するための
多孔状ガス分散板4が内装してあり、このガス分
散板4下の空間には反応ガスである硫化水素含有
ガスを導入するためのガス導入口5が容器の上方
より挿入したガス導入用パイプ5aを通じて開口
させてあり、また該ガス分散板4上の空間には原
料装入口8が容器の上方より配設した原料供給パ
イプ8aを通じて開口させてある。
前記SiCウイスカー合成室2には炭素化合物供
給口9が容器の上方より配設した炭素供給パイプ
9aを通じて開口させてある。そして、この合成
室の底部には、合成したSiCウイスカーを取り出
すウイスカー排出口11とSiCウイスカーの合成
に伴つて生成する硫化水素ガスおよび未反応ガス
などを排出するためのガス排出口12が設けてあ
る。
さらに、前記硫化けい素生成室1とSiCウイス
カー合成室2とには、個別に温度制御ができる加
熱装置7a,7bが付帯配設してある。
第2図〜第5図は、前記硫化けい素生成室1と
SiCウイスカー合成室2との配置、ガス移送通路
3の配置、ならびにガス導入用パイプ5aの配置
についての変形例を示す本発明装置の他の具体例
を示すものである。
まず、第2図に示す装置は、反応容器の上部に
硫化けい素ガス生成室1を区画形成し、隔壁14
を隔てたその下部にSiCウイスカー合成室2を区
画形成してなり、前記隔壁14の中央部に前記両
画成室1,2を連通させる筒状ガス移送通路3を
上向きに突出させて設けてなる点で第1図示の例
と同じである。
第1図の例と違う構成は、ガス分散板4下に開
口をもつ硫化水素含有ガス導入口5の配置に関し
てであり、この例では反応ガスとしての硫化水素
含有ガスを導入するためのガス導入口5が、容器
の側部より室内に挿入したガス導入用パイプ5a
を通じて配設した構成となつている。また、前記
SiCウイスカー合成室2に開口をもつ前記炭素化
合物供給口9が容器の側部に配設した炭素供給パ
イプ9aを通じて開口させてある。さらに、この
例では、本発明において必要に応じて用いられる
生成核材を供給するための生成核材供給口10が
設けてあり、この供給口10は容器の側部より配
設した核材供給パイプ10aを通じて形成してあ
る。その他の構成は第1図示のものと同じであ
る。
第3図に示す装置は、反応容器の上部に硫化け
い素ガス生成室1を区画形成し、隔壁14を隔て
たその下部にSiCウイスカー合成室2を区画形成
してなり、前記隔壁14周辺部に前記両画成室
1,2を連通させる筒状の移送通路3を上向きに
突出させて設けてなるものである。
第1図示の装置との違いは、前記移送通路3が
中心部ではなく周辺部に位置することである。そ
れに伴つて、SiCウイスカー合成室2に開口をも
つ炭素化合物供給口9は、硫化けい素ガス生成室
1を貫くように容器上方より挿入したパイプ9a
を通じて設けられている。その他の構成について
は差異がない。
第4図に示す装置は、反応容器の上部に硫化け
い素ガス生成室1を区画形成し、隔壁14を隔て
たその下部にSiCウイスカー合成室2を区画形成
してなり、前記隔壁14中央部に前記両画成室
1,2を連通させる筒状の移送通路3を上向きに
突出させて設けた点において、第1図示のものと
同じものである。
両者の構成の差は、ガス導入口5と炭素化合物
供給口9との配置にある。即ち、該ガス導入口5
は、SiCウイスカー合成室2を貫くように容器下
方より挿入したガス導入用パイプ5aを通じてガ
ス分散板4下に開口しており、また前記炭素化合
物供給口9は容器下方よりSiCウイスカー合成室
2に挿入した炭素化合物供給パイプ9aを通じて
室内上部に開口させたことである。その他の構成
については第1図示のものと全く同じである。
第5図に示す装置は、反応容器の下部に硫化け
い素ガス生成室1を区画形成し、隔壁14を隔て
たその上部にSiCウイスカー合成室2に区画形成
してなり、前記隔壁14周辺部に前記両画成室
1,2を連通させる筒状の移送通路3を上向きに
突設してなるものである。
そして、下部に位置する前記硫化けい素ガス生
成室1中には、装入した金属シリコン粒(原料)
13を保持するためのガス分散板4が取付けてあ
り、このガス分散板4下には硫化水素含有ガスを
導入するためのガス導入口5が容器の下方より挿
入したガス導入用パイプ5aを通じて開口させて
あり、一方該ガス分散板4上には原料装入口8が
同様に容器の側部より配設した原料供給パイプ8
aを通じて開口させてある。また、上部に位置す
る前記SiCウイスカー合成室2には、炭素化合物
供給口9が容器の上方より配設した炭素供給パイ
プ9aを通じて開口させてある。また、この上部
に位置するSiCウイスカー合成室2の側部には合
成したSiCウイスカーを取り出す排出口11が、
さらに当該合成室2の底部にはSiCウイスカーの
合成に伴つて生成する硫化水素ガスおよび未反応
ガスなどを排出するためのガス排出口12が設け
てある。さらに、前記硫化けい素ガス生成室1と
SiCウイスカー合成室2とには個別に温度制御が
できる加熱装置7a,7bが付帯配設してある。
(作用)
本発明思想の基本原理とするところは、金属シ
リコンに硫化水素−水素の混合ガスを接触させて
硫化けい素ガスをつくり、これとプロピレンガス
(C3H6)を反応させてSiCウイスカーを生成させ
る点にあり、
こうした着想については、ウイスカー気相合成
法として実験室で確かめた“江頭ら”の研究;
〔参考文献:江頭誠、騰木宏昭、森雅巳、金子
浩昭、倉橋渡、川角正八、「窯業協会誌」93.535
〜540(1985)〕が知られている。この研究によれ
ば、上記の方法は次のような反応によるものと考
えられている。
総括反応式:Si+1/3C3H6→SiC+H2
(1) SiSを中間体とする場合;
Si+H2S→SiS+H2
SiS+1/3C3H6→SiC+H2S
(2) SiS2を中間体とする場合;
Si+2H2S→SiS2+2H2
SiS+1/3C3H6+H2→SiC+2H2S
この机上実験による既知方法は、上述した従来
技術に比べアスペクト比の大きなウイスカーが
得られる、出発原料が安価である、ウイスカ
ーの成長速度が速い、高純度のウイスカーが生
成し粒状物の混在がない、などの優れた特徴を有
する。
しかしながら、前記「参考文献」の説明による
と、この方法は小型の管状炉を使つたバツチ方式
での研究であり、工業化に不可欠な連続化、多量
生産を可能とする具体的な方策についての技術的
開示がなく、かつ種々の制約のために連続化、多
量生産には適しないと考えられていたのである。
本発明者らは、上記参考文献に示された基本原
理に基づき鋭意研究を積み重ねた結果、一連の製
造工程を、硫化けい素ガスの発生工程とSiCウイ
スカーの析出、成長工程とに分離し、各工程に対
応する反応域を画成して設けると共に画成室間を
ガス移送通路にて連通させて中間反応生成物のハ
ンドリングを容易にするという方法の採用によ
り、従来技術の抱えている上述した各種の問題点
を克服し、高品質のウイスカーを工業的規模で連
続かつ効率良く製造する技術の完成を見たのであ
る。以下に本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。
本発明方法は、硫化けい素ガスを発生させる第
1の段階と、そのガスからSiCウイスカーを析出
させる第2の段階とからなる。
第1の段階は、まず硫化けい素ガス生成室1内
に装填した原料の1つである金属シリコン13と
硫化水素含有ガスとを接触させて硫化けい素ガス
を発生させる工程である。その金属シリコン13
は前記硫化けい素ガス生成室1内に原料装入口8
を通じて連続的もしくは間欠的に装入される。反
応容器の一部を占める硫化けい素ガス生成室1
は、内装したガス分散板4を挟むその上下に生成
ガス排出口となる移送通路3と硫化水素含有ガス
導入口5とを具え、このガス分散板4上に前記金
属シリコン13を堆積保持する。なお、この硫化
けい素ガス生成室1内には原料装入口8を通じて
金属シリコン13を装入する。装入する金属シリ
コン13としては粒径2mm以下のものが好適であ
る。このサイズを越えるような粗大なものでは反
応効率が悪くなる。また、粒径が0.04mmを下まわ
るような微細なものでは生成ガスを排出するため
の移送通路3からガスとともに飛散する可能性が
ある。従つて、金属シリコン13の粒径としては
0.04〜2mmの大きさのものを用いるのが望まし
い。
なお、該硫化けい素ガス生成室1の材質につい
ては、容器内部が1000℃以上の高温になるため、
アルミナ、ムライト、炭化けい素、炭素などの耐
熱性の材料を用いるのが望ましい。
原料としての金属シリコン13の装入が終わる
と、次に該硫化けい素ガス生成室1内に開口させ
た硫化水素含有ガス導入口5から硫化水素含有ガ
スを導入し、前記金属シリコン13の堆積層を通
過させるなかで、接触反応を起こさせることによ
り硫化けい素ガスを発生させ、該硫化けい素ガス
生成室1に設けた生成ガス排出口となるガスの移
送通路3より、次のSiCウイスカー合成室2まで
保温状態(>1000℃)で移送する。
なお、上記第1段階の硫化けい素ガス生成室1
で硫化けい素ガスを発生させるためには、該ガス
生成室1内を1000℃以上に保持する必要があり、
さらに好ましくは二硫化けい素の沸点である1130
℃以上にすることが望ましい。しかし、金属シリ
コンの融点は1414℃であるから、これ以上の温度
では金属シリコンが溶融するので、容器内温度は
1000〜1400℃の範囲内に維持することが望まし
い。そこで、前記硫化けい素ガス生成室1および
硫化けい素ガスを移送する移送通路3には、それ
らの各内部温度が1000〜1400℃の範囲に保持され
るように、電気炉などの加熱装置7aを設ける必
要がある。
また、前記硫化水素含有ガスとしては、硫化水
素単独またはアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガ
スまたは水素などの還元性ガスまたはそれらの混
合ガスを混合して用いることができる。硫化水素
含有ガスを硫化けい素ガス生成室1内に吹込んだ
状態ではその内部に装填した金属シリコン13は
最初の固定層から次第に流動層になるように操業
することが望ましい。これは流動層化していた方
が反応効率の点で望ましいからである。ただし、
金属シリコン13粒子が吹込みガスとともにガス
移送通路3から、未反応のまま次のSiCウイスカ
ー合成室2中に飛散していく状態は好ましくな
い。この意味において、硫化けい素ガスを効率良
く発生させるためには、さらに金属シリコンを堆
積させておく多孔状ガス分散板4下のガス速度を
調整することが望ましい。この調整の程度は金属
シリコン13の粒径によつても異なるが、金属シ
リコン層が流動化を開始する速度の10倍以下であ
ることが望ましい。これを超えると金属シリコン
13粒子が生成ガス排出口6から飛散する可能性
が高くなる。
次に、本発明における第2の段階は、上述の第
1段階で生成した硫化けい素ガスを、同じ反応容
器内を区画して形成される画成室、即ち内部温度
が加熱設備を介して1130〜1500℃に保持される
SiCウイスカー合成室2へ導入し、一方該合成室
2内には炭素化合物を炭素化合物供給パイプ9a
を通じて供給し、その両者を該SiCウイスカー合
成室2内で接触させることにより、ウイスカーを
析出、成長させる工程である。この際、必要に応
じて生成核材を生成核材供給口10を通じて供給
してもよい。
上記炭素化合物としては、メタンやエタン、プ
ロパン、ブタン、ペンタンなどのパラフイン系炭
化水素、エチレンやプロピレン、ブチレン、アミ
レンなどのオレフイン系炭化水素、アセチレンや
アリレン、ブチンなどのアセチレン系炭化水素、
ベンゼンやナフタリン、アントラセンなどの芳香
族系炭化水素、シクロパラフイン、シクロオレフ
インなどの脂環式炭化水素、またはそれらの混合
物を用いることができる。またこれら炭素化合物
の供給形態としては、気体や液体あるいは固体の
いずれの状態で供給しても良いが、常温で液体や
固体のものは、これらを微粒子状にし、水や有機
溶媒を使つてスラリー状としたり、前記キヤリア
ガス中に分散させた状態、有機溶媒などに溶解し
た溶液、さらには加熱することによりガス状に変
成したものが取扱い上望ましい。
なお、本発明において使用する炭素化合物は、
上述したように、その種類や形態など広範囲に選
択することが可能であるが、反応効率やウイスカ
ーの収率、取扱いの簡便さなどの面から、メタ
ン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、
アセチレン、アリレンなどを用いるのが望まし
い。
一方、必要に応じて供給する生成核材として
は、鉄やニツケル、チタン、マンガン、コバル
ト、銅、バナジウム、クロム、アルミニウム、シ
リコンなどの金属、これらの金属の酸化物、炭化
物、窒化物、硫化物、ハロゲン化物、硫酸塩、硫
酸塩などの無機物質またはエチルシリケート、エ
チルチタネートなどの金属アルコレート、一般式
M(C5H5)2〔M:Fe,Ni,Ti,Mn,Co,Cu,
V,Cr〕で示されるメタロセンなどの有機金属
化合物、またはそれらの混合物を用いることがで
きる。これら生成核材の供給時の状態としては、
気体や液体、固体などいずれの状態でも良いが、
常温で液体や固体状態のものはこれらの微粒子状
にし、水や有機溶媒でスラリー状としたもの、あ
るいは前記キヤリアガスなどに分散させた状態の
もの、水や有機溶媒に溶解させた溶液状または加
熱することにより気体状にしたものが取扱い上望
ましい。
以上説明したように、本発明に使用する生成核
としては、その種類、形態など広範囲に選択する
ことが可能であるが、反応効率、ウイスカーの収
率、取扱いの簡便さ、さらにはウイスカー生成後
の生成核除去の簡便さなどの観点から、鉄、ニツ
ケル、マンガンなどを含む有機金属化合物が望ま
しい。
さて、このSiCウイスカー合成室2を用いる段
階において、硫化けい素ガスと炭素化合物との反
応によりSiCウイスカーを生成させるためには、
両者を気相状態で反応させる必要がある。このこ
とから、SiCウイスカー合成室2内の温度は、硫
化けい素の沸点である1130℃以上にする必要があ
る。一方、あまり高温になるとSiCウイスカーの
生成反応が起こりにくくなるので、1500℃を上限
とする。いわゆる該SiCウイスカー合成室2内の
温度は1130〜1500℃の範囲にする。
このSiCウイスカー合成室2には、内部を上記
温度範囲に加熱、保持すべく電気炉などの加熱装
置7bを設ける。また、該SiCウイスカー合成室
2自体の材質は、内部の温度が1130℃以上の高温
になるため、アルミナ、ムライト、炭化けい素、
炭素などの耐熱材料が望ましい。
なお、第1段階において、硫化けい素ガス生成
室1内に吹込む硫化水素含有ガス中の硫化水素の
含有量は、不活性ガスもしくは還元性ガス、また
はそれらの混合ガスなどにより調整する。また、
その調整によつて前記発生硫化けい素ガスの濃度
の調整が可能であり、さらにはSiCウイスカー合
成室2内のガス流速をも制御することができる。
SiCウイスカー合成室2内へ供給する炭素化合
物は、硫化けい素ガスと反応してSiCを合成する
作用をするものであり、合成室2の側壁を媒介
(基質)してSiCウイスカーを析出させ、次第に
成長させていく。
また、この段階において必要に応じて供給する
生成核材は、SiCウイスカー合成室2内において
微粒子の状態で浮遊しており、SiCウイスカーの
析出成長の核または基質としての作用を果たす。
従つて生成したSiCウイスカーは、前記生成核を
種として生成し、引続き前記硫化けい素ガスなど
の流れに沿つて流動化するうちに次第に成長し反
応を終える。
(実施例)
第1図に示す装置を用いた実施例を以下に説明
する。
内部を1200℃に保持した硫化けい素ガス生成室
1内のガス分散板4上に平均粒径0.5mmの金属シ
リコン13を装入し、硫化水素含有ガスをガス導
入口5より所定量吹込んだ。硫化水素含有量ガス
としては硫化水素ガスと水素ガスとの混合したも
のを用いた。
発生した硫化けい素ガスは、内部を1300℃に保
持したSiCウイスカー合成室2に保温状態のまま
ガス移送通路3を通じて移送し、同時に該SiCウ
イスカー合成室2内に炭素化合物としてのプロピ
レンガスと必要に応じて生成核材としてフエロセ
ンガスをそれぞれ所定量導入した。なお、これら
各種のガスは所定量を連続的に供給した。
析出成長したSiCウイスカーは、ウイスカー合
成室2底部に設けたウイスカー排出口11より、
ロータリーバルブ15を用いてガスをシールしな
がら排出し回収した。このようにして得られた
SiCウイスカーをX線にて分析し、さらに長さ、
径などを顕微鏡にて測定した。また単位時間当り
に得られたウイスカーの重量と装入したプロピレ
ンガスの重量から、SiCウイスカーの収率を計算
した。これらの結果を第1表にまとめて示した。
なお、同表に示す実施例1〜4は、硫化水素含有
ガスの使用量お硫化水素の含有率、プロピレン、
フエロセンの各使用量と硫化けい素ガス生成室1
およびSiCウイスカー合成室2内の温度を変化さ
せて製造した例である。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a method and apparatus for producing SiC whiskers, and in particular to high-performance materials used in composite materials such as fiber-reinforced plastics (FRP), fiber-reinforced metals (FRM), and fiber-reinforced ceramics (FRC). This paper proposes a method and equipment for continuously and efficiently producing high-quality SiC whiskers on an industrial scale using a gas phase method. (Prior art) Currently known methods for producing SiC whiskers include a solid phase method using solid raw materials of carbon and silicon, a gaseous method of carbon and silicon, or a gaseous reaction of carbon and silicon with a solid, or a gaseous mixture thereof. There is a law. The solid phase method is a method of leading to the following reaction from solid SiO 2 and C: SiO 2 +CSiO+CO SiO+3COSiC+2CO 2 C0 2 +C2CO, and is a technology in which so-called gaseous SiO and CO are reacted to precipitate and grow SiC whiskers. be. For example, the technology disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-9516, which belongs to the solid-phase method, uses rice husk ash as the Si source and carbon black as the C source, and the This method involves heating to 1700℃. Furthermore, the technology disclosed in JP-A-61-227993 proposes a method of heating at a temperature of 1400 to 1700°C in a non-oxidizing atmosphere using silicic anhydride as a Si source and activated carbon as a C source. are doing. As a manufacturing apparatus used to carry out the above-mentioned solid phase method, for example, Japanese Utility Model Publication No. 59-38447 discloses a reaction vessel for producing SiC whiskers made of graphite material, and Publication No. 227999 discloses a furnace body having a passage with a temperature gradient along the longitudinal direction, a raw material filling area provided along the passage, and a plurality of sample storage units having a whisker generation area and an exhaust pipe. We are proposing an SiC whisker manufacturing device consisting of a container and a container. On the other hand, gas phase methods include a method in which a gaseous silicon halide such as silicon tetrachloride is reacted with a gaseous carbon compound such as carbon tetrachloride as a Si source at high temperature in a hydrogen stream, methyltrichlorosilane, etc. A method using thermal decomposition of organic silane is known. For example, the technology disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-45635 introduces a silicon halide gas and a carbon halide gas into a heated reaction tube via a carrier gas (H 2 ), and Alternatively, β-
This is a method for growing SiC whiskers, and in Japanese Patent Publication No. 59-45636, a porcelain tube or a graphite tube filled with carbon powder is inserted into a jacket tube.
We are proposing a method for producing SiC whiskers by generating a mixed gas of silicon tetrachloride and hydrogen while heating to 1300℃. (Problems to be Solved by the Invention) The above two conventional techniques shown as solid-phase methods have the following problems: (1) In addition to producing a large amount of granular SiC as a by-product, unreacted particulates of the raw material remain; These generated
Since it is mixed in SiC whiskers, high-purity whiskers suitable as reinforcing materials for metals and ceramics cannot be obtained. Therefore, additional complicated steps are required to separate and purify these particulates, and the yield of whiskers is also low. (2) Due to the slow reaction rate, it is difficult to continuously produce large amounts of high aspect ratio whiskers. (3) Reaction temperature is high. There were other problems. In addition, regarding the equipment used for such solid phase method,
All of them are batch-type production devices, which not only cannot perform continuous production, but also require a large number of reaction vessels in order to perform large-volume and efficient production, resulting in a large-scale device. Next, the above two conventional techniques described as gas phase methods both have a problem in that the silicon halide used as the raw material is expensive. Furthermore, these conventional methods do not include any specific disclosure or suggestion regarding continuous production means on an industrial scale. An object of the present invention is to develop a technique that can overcome the problems of the above-mentioned conventional techniques of the solid phase method and the gas phase method. (Means for Solving the Problems) As a method for efficiently producing high-purity SiC whiskers suitable as reinforcing materials on an industrial scale, the present invention provides SiC whiskers by vapor phase synthesis of silicon sulfide and a carbon compound. To produce whiskers, a gas containing hydrogen sulfide is introduced into a silicon sulfide gas generation chamber maintained at a temperature of 1000 to 1400℃, and is brought into contact with and reacts with the metal silicon layer loaded in the generation chamber. By this, silicon sulfide gas is generated, and then the generated silicon sulfide gas is heated to 1000℃.
While maintaining the temperature above, the SiC whiskers are transferred to a SiC whisker synthesis chamber maintained at 1130 to 1500℃, and brought into contact with carbon compounds in the synthesis chamber to precipitate and grow SiC whiskers. We propose a method for producing SiC whiskers, which is characterized by discharge from below. An apparatus suitably used in carrying out such a manufacturing method is one whose interior is divided into a silicon sulfide gas generation chamber and a SiC whisker synthesis chamber, and a gas transfer passage is provided to communicate between the two chambers. Both of these compartments are comprised of cylindrical reaction vessels each equipped with a heating device that can individually control the temperature, and the silicon sulfide gas generation chamber is equipped with a dispersion plate. A gas inlet for introducing hydrogen sulfide-containing gas is provided below, and a metal silicon charging port is provided above the dispersion plate.
We proposed an SiC whisker manufacturing device in which the whisker synthesis chamber is equipped with at least a carbon compound supply port, a whisker discharge port, and a gas discharge port in order to solve the above-mentioned technical problems. FIG. 1 shows a typical example of the essential parts of the apparatus of the present invention, in which a silicon sulfide gas generation chamber 1 is partitioned and formed in the upper part of the reaction vessel, and the lower part separated by a partition wall 14 is shown in FIG. The SiC whisker synthesis chamber 2 is divided into sections, and a cylindrical gas transfer passage 3 is provided at the center of the partition wall 14 to project upward and communicate the two defined chambers 1 and 2. Inside the silicon sulfide gas generation chamber 1, there is a porous gas distribution plate 4 for holding charged metal silicon particles (raw material) 13, and in the space below this gas distribution plate 4, A gas introduction port 5 for introducing hydrogen sulfide-containing gas, which is a reaction gas, is opened through a gas introduction pipe 5a inserted from above the container, and a raw material charging port 8 is provided in the space above the gas distribution plate 4. is opened through a raw material supply pipe 8a disposed from above the container. A carbon compound supply port 9 is opened in the SiC whisker synthesis chamber 2 through a carbon supply pipe 9a disposed from above the container. At the bottom of this synthesis chamber, there are provided a whisker outlet 11 for taking out the synthesized SiC whiskers and a gas outlet 12 for discharging hydrogen sulfide gas and unreacted gas generated during the synthesis of SiC whiskers. be. Further, the silicon sulfide generation chamber 1 and the SiC whisker synthesis chamber 2 are provided with heating devices 7a and 7b whose temperature can be controlled individually. Figures 2 to 5 show the silicon sulfide generation chamber 1 and
This figure shows another specific example of the apparatus of the present invention, showing a modification of the arrangement with the SiC whisker synthesis chamber 2, the arrangement of the gas transfer passage 3, and the arrangement of the gas introduction pipe 5a. First, the apparatus shown in FIG.
A SiC whisker synthesis chamber 2 is partitioned at the lower part of the partition wall 14, and a cylindrical gas transfer passage 3 is provided in the center of the partition wall 14 to project upward and connect the two partitioned chambers 1 and 2. This is the same as the example shown in the first diagram. The configuration that differs from the example in FIG. 1 is in the arrangement of the hydrogen sulfide-containing gas inlet 5 having an opening under the gas distribution plate 4. In this example, the gas introduction port 5 is used to introduce hydrogen sulfide-containing gas as a reaction gas. The opening 5 is a gas introduction pipe 5a inserted into the room from the side of the container.
The structure is arranged through. Also, the above
The carbon compound supply port 9 having an opening in the SiC whisker synthesis chamber 2 is opened through a carbon supply pipe 9a disposed on the side of the container. Furthermore, in this example, a generated nucleating material supply port 10 is provided for supplying the generated nucleating material used as needed in the present invention, and this supply port 10 is provided from the side of the container for supplying the nucleating material. It is formed through a pipe 10a. The other configurations are the same as those shown in the first figure. The apparatus shown in FIG. 3 has a silicon sulfide gas generation chamber 1 partitioned in the upper part of a reaction vessel, and a SiC whisker synthesis chamber 2 partitioned in the lower part separated by a partition wall 14. A cylindrical transfer passage 3 which communicates the two defined chambers 1 and 2 is provided in a manner to protrude upward. The difference with the device shown in the first figure is that the transfer channel 3 is located at the periphery rather than at the center. Accordingly, a carbon compound supply port 9 having an opening in the SiC whisker synthesis chamber 2 is a pipe 9a inserted from above the container so as to penetrate the silicon sulfide gas generation chamber 1.
It is established through. There are no differences in other configurations. The apparatus shown in FIG. 4 has a silicon sulfide gas generation chamber 1 partitioned in the upper part of a reaction vessel, and a SiC whisker synthesis chamber 2 partitioned in the lower part separated by a partition wall 14. It is the same as the one shown in the first figure in that a cylindrical transfer passage 3 is provided in an upwardly projecting manner for communicating the two defined chambers 1 and 2. The difference between the two configurations lies in the arrangement of the gas introduction port 5 and the carbon compound supply port 9. That is, the gas inlet 5
is opened below the gas distribution plate 4 through a gas introduction pipe 5a inserted from below the container so as to penetrate the SiC whisker synthesis chamber 2, and the carbon compound supply port 9 is connected to the SiC whisker synthesis chamber 2 from below the container. This is because the inserted carbon compound supply pipe 9a is opened to the upper part of the room. The other configurations are exactly the same as those shown in the first figure. The apparatus shown in FIG. 5 has a silicon sulfide gas generation chamber 1 sectioned at the bottom of a reaction vessel, and an SiC whisker synthesis chamber 2 sectioned at the upper part separated by a partition wall 14, and the area around the partition wall 14 is partitioned. A cylindrical transfer passageway 3 that connects the two defined chambers 1 and 2 is provided in an upwardly projecting manner. In the silicon sulfide gas generation chamber 1 located at the bottom, metal silicon particles (raw material) are charged.
A gas distribution plate 4 is attached to hold the gas 13, and a gas introduction port 5 for introducing hydrogen sulfide-containing gas is opened under the gas distribution plate 4 through a gas introduction pipe 5a inserted from below the container. On the other hand, on the gas distribution plate 4, a raw material charging port 8 is connected to a raw material supply pipe 8 similarly arranged from the side of the container.
It is opened through a. Furthermore, a carbon compound supply port 9 is opened in the SiC whisker synthesis chamber 2 located at the top through a carbon supply pipe 9a disposed from above the container. In addition, on the side of the SiC whisker synthesis chamber 2 located at the top, there is an outlet 11 for taking out the synthesized SiC whiskers.
Further, a gas outlet 12 is provided at the bottom of the synthesis chamber 2 for discharging hydrogen sulfide gas and unreacted gas generated during the synthesis of SiC whiskers. Furthermore, the silicon sulfide gas generation chamber 1 and
The SiC whisker synthesis chamber 2 is provided with heating devices 7a and 7b whose temperature can be controlled individually. (Operation) The basic principle of the idea of the present invention is to bring silicon sulfide into contact with a mixed gas of hydrogen sulfide and hydrogen to create silicon sulfide gas, and to react with propylene gas (C 3 H 6 ) to form SiC. This idea is based on the research of Egashira et al., who confirmed it in the laboratory as a whisker vapor phase synthesis method. , Shohachi Kawazumi, “Ceramic Industry Association Journal” 93.535
~540 (1985)] is known. According to this study, the above method is thought to be based on the following reaction. Overall reaction formula: Si+1/3C 3 H 6 →SiC+H 2 (1) When SiS is used as an intermediate; Si+H 2 S→SiS+H 2 SiS+1/3C 3 H 6 →SiC+H 2 S (2) When SiS 2 is used as an intermediate Case: Si+2H 2 S→SiS 2 +2H 2 SiS+1/3C 3 H 6 +H 2 →SiC+2H 2 S This known method based on desk experiments yields whiskers with a larger aspect ratio than the conventional technique described above, and the starting materials are inexpensive. It has excellent characteristics such as fast whisker growth, high purity whiskers, and no particulate matter. However, according to the explanation in the above-mentioned "References," this method is a batch method research using a small tube furnace, and the technology is not developed for specific measures to enable continuous and mass production, which are essential for industrialization. It was considered unsuitable for continuous and mass production due to the lack of disclosure and various constraints. As a result of extensive research based on the basic principle shown in the above reference, the present inventors separated a series of manufacturing processes into a silicon sulfide gas generation process and a SiC whisker precipitation and growth process. By adopting a method in which reaction zones corresponding to each process are defined and provided, and the defined chambers are communicated with each other through gas transfer passages to facilitate handling of intermediate reaction products, the above-mentioned problem of the conventional technology can be solved. They overcame the various problems encountered and completed the technology to continuously and efficiently produce high-quality whiskers on an industrial scale. The present invention will be explained in detail below with reference to the drawings. The method of the present invention consists of a first step of generating silicon sulfide gas and a second step of precipitating SiC whiskers from the gas. The first step is a step in which metal silicon 13, which is one of the raw materials loaded into the silicon sulfide gas generation chamber 1, is brought into contact with hydrogen sulfide-containing gas to generate silicon sulfide gas. The metal silicon 13
A raw material charging port 8 is provided in the silicon sulfide gas generation chamber 1.
It is charged continuously or intermittently through the process. Silicon sulfide gas generation chamber 1 occupying a part of the reaction vessel
The device is provided with a transfer passage 3 serving as a generated gas outlet and a hydrogen sulfide-containing gas inlet 5 above and below an internal gas distribution plate 4, and deposits and holds the metal silicon 13 on this gas distribution plate 4. Note that metal silicon 13 is charged into this silicon sulfide gas generation chamber 1 through a raw material charging port 8 . The metal silicon 13 to be charged preferably has a particle size of 2 mm or less. If the size is too large, the reaction efficiency will be poor. Further, if the particle size is less than 0.04 mm, there is a possibility that it will be scattered along with the gas from the transfer passage 3 for discharging the generated gas. Therefore, the particle size of metal silicon 13 is
It is desirable to use one with a size of 0.04 to 2 mm. Regarding the material of the silicon sulfide gas generation chamber 1, since the inside of the container reaches a high temperature of 1000°C or more,
It is desirable to use heat-resistant materials such as alumina, mullite, silicon carbide, and carbon. After charging the metal silicon 13 as a raw material, hydrogen sulfide-containing gas is introduced from the hydrogen sulfide-containing gas inlet 5 opened into the silicon sulfide gas generation chamber 1, and the metal silicon 13 is deposited. While passing through the layer, silicon sulfide gas is generated by causing a contact reaction, and the next SiC whisker is passed through the gas transfer passage 3 which serves as a generated gas discharge port provided in the silicon sulfide gas generation chamber 1. Transfer to synthesis room 2 while keeping it warm (>1000℃). Note that the first stage silicon sulfide gas generation chamber 1
In order to generate silicon sulfide gas, it is necessary to maintain the inside of the gas generation chamber 1 at a temperature of 1000°C or higher,
More preferably, the boiling point of silicon disulfide is 1130
It is desirable to keep the temperature above ℃. However, since the melting point of metallic silicon is 1414°C, metallic silicon will melt at a temperature higher than this, so the temperature inside the container will decrease.
It is desirable to maintain the temperature within the range of 1000-1400°C. Therefore, a heating device 7a such as an electric furnace is installed in the silicon sulfide gas generation chamber 1 and the transfer passage 3 for transferring the silicon sulfide gas so that the internal temperature thereof is maintained in the range of 1000 to 1400°C. It is necessary to provide The hydrogen sulfide-containing gas may be hydrogen sulfide alone, an inert gas such as argon or helium, a reducing gas such as hydrogen, or a mixture thereof. When hydrogen sulfide-containing gas is blown into the silicon sulfide gas generation chamber 1, it is desirable to operate the metal silicon 13 loaded therein so that it gradually changes from an initial fixed bed to a fluidized bed. This is because a fluidized bed is preferable in terms of reaction efficiency. however,
It is undesirable that the metal silicon 13 particles are scattered from the gas transfer passage 3 together with the blown gas into the next SiC whisker synthesis chamber 2 without reacting. In this sense, in order to efficiently generate silicon sulfide gas, it is desirable to further adjust the gas velocity below the porous gas distribution plate 4 on which metal silicon is deposited. The degree of this adjustment varies depending on the particle size of the metal silicon 13, but it is preferably 10 times or less the speed at which the metal silicon layer starts to fluidize. If this value is exceeded, there is a high possibility that the metal silicon 13 particles will be scattered from the generated gas outlet 6. Next, in the second step of the present invention, the silicon sulfide gas produced in the first step is transferred to a defined chamber formed by dividing the inside of the same reaction vessel, that is, the internal temperature is reduced through heating equipment. kept at 1130~1500℃
A carbon compound is introduced into the SiC whisker synthesis chamber 2, and a carbon compound is introduced into the synthesis chamber 2 through a carbon compound supply pipe 9a.
This is a step in which whiskers are precipitated and grown by supplying SiC through the SiC whisker synthesis chamber 2 and bringing them into contact within the SiC whisker synthesis chamber 2. At this time, the generated nucleating material may be supplied through the generated nucleating material supply port 10 if necessary. Examples of the carbon compounds include paraffin hydrocarbons such as methane, ethane, propane, butane, and pentane; olefin hydrocarbons such as ethylene, propylene, butylene, and amylene; acetylene hydrocarbons such as acetylene, arylene, and butyne;
Aromatic hydrocarbons such as benzene, naphthalene and anthracene, alicyclic hydrocarbons such as cycloparaffin and cycloolefin, or mixtures thereof can be used. In addition, these carbon compounds may be supplied in any of the gas, liquid, or solid states, but those that are liquid or solid at room temperature are made into fine particles and slurried using water or an organic solvent. From the viewpoint of handling, it is preferable to use a solid state, a state dispersed in the carrier gas, a solution dissolved in an organic solvent or the like, or a state modified into a gas state by heating. Note that the carbon compound used in the present invention is
As mentioned above, it is possible to select from a wide range of types and forms, but in terms of reaction efficiency, whisker yield, ease of handling, etc., methane, ethane, propane, ethylene, propylene,
It is desirable to use acetylene, arylene, etc. On the other hand, the nucleating materials supplied as needed include metals such as iron, nickel, titanium, manganese, cobalt, copper, vanadium, chromium, aluminum, and silicon, as well as oxides, carbides, nitrides, and sulfides of these metals. Inorganic substances such as halides, sulfates, sulfates, or metal alcoholates such as ethyl silicate and ethyl titanate, general formula M (C 5 H 5 ) 2 [M: Fe, Ni, Ti, Mn, Co, Cu ,
Organometallic compounds such as metallocenes represented by V, Cr] or mixtures thereof can be used. The conditions at the time of supply of these generation nucleating materials are as follows:
It can be in any state such as gas, liquid, or solid, but
Those that are liquid or solid at room temperature can be made into fine particles and made into a slurry with water or an organic solvent, or dispersed in the carrier gas mentioned above, or dissolved in water or an organic solvent or heated. It is desirable for handling to make it into a gaseous state. As explained above, the production nuclei used in the present invention can be selected from a wide range of types and forms, but the reaction efficiency, whisker yield, ease of handling, and even after whisker production are Organic metal compounds containing iron, nickel, manganese, etc. are desirable from the viewpoint of ease of removing generated nuclei. Now, at the stage of using this SiC whisker synthesis chamber 2, in order to generate SiC whiskers by the reaction between silicon sulfide gas and carbon compounds,
It is necessary to cause both to react in a gas phase. For this reason, the temperature inside the SiC whisker synthesis chamber 2 needs to be at least 1130° C., which is the boiling point of silicon sulfide. On the other hand, if the temperature is too high, the SiC whisker production reaction becomes difficult to occur, so the upper limit is set at 1500°C. The temperature inside the so-called SiC whisker synthesis chamber 2 is set in the range of 1130 to 1500°C. This SiC whisker synthesis chamber 2 is provided with a heating device 7b such as an electric furnace to heat and maintain the interior within the above temperature range. In addition, the material of the SiC whisker synthesis chamber 2 itself is alumina, mullite, silicon carbide,
A heat-resistant material such as carbon is preferred. In the first step, the content of hydrogen sulfide in the hydrogen sulfide-containing gas blown into the silicon sulfide gas generation chamber 1 is adjusted using an inert gas, a reducing gas, or a mixed gas thereof. Also,
Through this adjustment, the concentration of the generated silicon sulfide gas can be adjusted, and furthermore, the gas flow rate within the SiC whisker synthesis chamber 2 can also be controlled. The carbon compound supplied into the SiC whisker synthesis chamber 2 acts to synthesize SiC by reacting with silicon sulfide gas, and deposits SiC whiskers using the side wall of the synthesis chamber 2 as a medium (substrate). Let it grow gradually. Further, the generation nucleating material supplied as needed at this stage is suspended in the form of fine particles in the SiC whisker synthesis chamber 2, and acts as a nucleus or substrate for the precipitation and growth of SiC whiskers.
Therefore, the generated SiC whiskers are generated using the generated nuclei as seeds, and gradually grow while being fluidized along the flow of the silicon sulfide gas and the reaction is completed. (Example) An example using the apparatus shown in FIG. 1 will be described below. Metallic silicon 13 with an average particle size of 0.5 mm is placed on the gas distribution plate 4 in the silicon sulfide gas generation chamber 1 whose interior is maintained at 1200°C, and a predetermined amount of hydrogen sulfide-containing gas is blown into the chamber from the gas inlet 5. is. As the hydrogen sulfide-containing gas, a mixture of hydrogen sulfide gas and hydrogen gas was used. The generated silicon sulfide gas is transferred to the SiC whisker synthesis chamber 2 whose interior is maintained at 1300°C through the gas transfer passage 3 while being kept warm, and at the same time, propylene gas as a carbon compound and the necessary A predetermined amount of ferrocene gas was introduced as a nucleating material depending on the conditions. Note that these various gases were continuously supplied in predetermined amounts. The precipitated and grown SiC whiskers are discharged from the whisker outlet 11 provided at the bottom of the whisker synthesis chamber 2.
The gas was discharged and collected using a rotary valve 15 while being sealed. obtained in this way
SiC whiskers were analyzed using X-rays, and the length and
The diameter etc. were measured using a microscope. In addition, the yield of SiC whiskers was calculated from the weight of whiskers obtained per unit time and the weight of propylene gas charged. These results are summarized in Table 1.
In addition, in Examples 1 to 4 shown in the same table, the amount of hydrogen sulfide-containing gas used, the content of hydrogen sulfide, propylene,
Each amount of ferrocene used and silicon sulfide gas generation chamber 1
This is an example in which the SiC whisker was manufactured by changing the temperature inside the whisker synthesis chamber 2.
【表】
(発明の効果)
以上の説明ならびに実施例の結果から判るよう
に、本発明にかかる装置を用いて上述の如き方法
に従つてSiCウイスカーを製造すると、高品質の
SiCウイスカーを連続的に効率良く製造すること
ができる。
特に、本発明によれば、硫化けい素ガス生成室
に装入する硫化水素含有ガスの量、硫化水素の含
有率を変えることにより、硫化けい素ガスの濃
度、発生量の制御が可能であり、さらには原料や
前記硫化水素含有ガスの量、各画成室内の温度を
変えることで、ウイスカーの量、長さ、径などの
制御しながら、しかも工業的規模で連続製造する
ことができる。
また、本発明においては、必要に応じて生成核
材を使用することができ、これを使用した場合に
生成するウイスカーは、ウイスカー合成室内に浮
遊状態で存在する生成核材微粒子を核として成長
するため、生成条件の均一化が図られ、固定され
た基板の表面を核として成長するSiCウイスカー
に比べ、長さや径などにおいて均一性の高いSiC
ウイスカーが連続的に得られる。
さらに、本発明のSi源原料は金属シリコンであ
り、従来技術に用いられているハロゲン化けい素
ガスに比べ安価であるから、最終的にも安価なウ
イスカーを供給することができ、FRP,FRM,
FRCなどの複合強化用材料として好適に用いら
れる。[Table] (Effects of the Invention) As can be seen from the above explanation and the results of the examples, when SiC whiskers are manufactured according to the method described above using the apparatus according to the present invention, high quality
SiC whiskers can be manufactured continuously and efficiently. In particular, according to the present invention, it is possible to control the concentration and generation amount of silicon sulfide gas by changing the amount of hydrogen sulfide-containing gas charged into the silicon sulfide gas generation chamber and the content rate of hydrogen sulfide. Further, by changing the amount of raw materials, the amount of the hydrogen sulfide-containing gas, and the temperature inside each compartment, it is possible to continuously produce on an industrial scale while controlling the amount, length, diameter, etc. of whiskers. In addition, in the present invention, a generated nucleating material can be used as needed, and when this is used, the whiskers that are generated grow using the generated nucleating material fine particles that exist in a suspended state in the whisker synthesis chamber as nuclei. Therefore, the generation conditions are uniform, and compared to SiC whiskers that grow using the surface of a fixed substrate as a nucleus, SiC whiskers are more uniform in length and diameter.
Whiskers are obtained continuously. Furthermore, the Si source material of the present invention is metallic silicon, which is cheaper than the silicon halide gas used in the conventional technology. ,
Suitable for use as composite reinforcing material such as FRC.
第1図〜第5図は、いずれも本発明にかかる
SiCウイスカー製造装置の好適例を示す断面図で
あり、第1図は、ガス導入口や原料供給口をいず
れも上方より配設した例、第2図は、生成核材供
給口を設け、かつガス導入口や炭素化合物供給口
を側部に配設した例、第3図は、ガス移送通路を
周辺部に設けた例、第4図は、ガス導入口および
炭素化合物供給口を容器底部から配設した例、第
5図は、SiCウイスカー合成室を上部とし、硫化
けい素ガス生成室を下部とした配置の例である。
1……硫化けい素ガス生成室、2……SiCウイ
スカー合成室、3……移送通路、4……ガス分散
板、5……硫化水素含有ガス導入口、5a……ガ
ス導入用パイプ、7a,7b……加熱装置、8…
…原料(Si)装入口、8a……原料供給パイプ、
9……炭素化合物供給口、9a……炭素化合物供
給パイプ、10……生成核材供給口。10a……
生成核材供給パイプ、11……ウイスカー排出
口、12……ガス排出口、13……金属シリコ
ン、14……隔壁。
Figures 1 to 5 all relate to the present invention.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a preferred example of a SiC whisker production apparatus, in which FIG. 1 shows an example in which a gas inlet and a raw material supply port are arranged from above, and FIG. Fig. 3 shows an example in which the gas inlet and carbon compound supply port are arranged on the side, and Fig. 4 shows an example in which the gas transfer passage is arranged in the periphery. FIG. 5 shows an example of an arrangement in which the SiC whisker synthesis chamber is in the upper part and the silicon sulfide gas generation chamber is in the lower part. 1... Silicon sulfide gas generation chamber, 2... SiC whisker synthesis chamber, 3... Transfer passage, 4... Gas distribution plate, 5... Hydrogen sulfide-containing gas inlet, 5a... Gas introduction pipe, 7a , 7b... heating device, 8...
...Raw material (Si) charging port, 8a...Raw material supply pipe,
9... Carbon compound supply port, 9a... Carbon compound supply pipe, 10... Nucleus material supply port. 10a...
Nuclear material supply pipe, 11... Whisker outlet, 12... Gas outlet, 13... Metallic silicon, 14... Partition wall.
Claims (1)
によりSiCウイスカーを製造するに当り、 硫化水素を含有するガスを、1000〜1400℃の温
度に保持される硫化けい素ガス生成室中に導入
し、その生成室内に装填した金属シリコン層と接
触、反応させることにより硫化けい素ガスを発生
させ、 次いで、発生した前述硫化けい素ガスを1000℃
以上の温度に保持したまま1130〜1500℃に保持さ
れるSiCウイスカー合成室内に移送し、その合成
室内において炭素化合物と接触させることによ
り、SiCウイスカーを析出成長させてから、連続
的もしくは間欠的に下方より排出することを特徴
とするSiCウイスカーの製造方法。 2 内部を硫化けい素ガス生成室とSiCウイスカ
ー合成室とに画成すると共に、その両画成室間を
ガス移送通路を設けて連通させ、かつこれら両画
成室にはそれぞれ加熱装置を付帯配設した筒状反
応容器でもつて構成し、 そして前記硫化けい素ガス生成室には分散板を
配設し、かかる分散板下には硫化水素含有ガス導
入用のガス導入口を配設すると共に該分散板上に
は金属シリコン装入口を配設し、一方、前記SiC
ウイスカー合成室には少なくとも炭素化合物供給
口、ウイスカー排出口およびガス排出口を配設し
たことを特徴とするSiCウイスカーの製造装置。[Claims] 1. In producing SiC whiskers by vapor phase synthesis of silicon sulfide and a carbon compound, a gas containing hydrogen sulfide is heated to a silicon sulfide gas maintained at a temperature of 1000 to 1400°C. Silicon sulfide gas is generated by introducing the silicon sulfide gas into the generation chamber, contacting and reacting with the metal silicon layer loaded in the generation chamber, and then heating the generated silicon sulfide gas to 1000℃.
While maintaining the temperature above, the SiC whiskers are transferred to a SiC whisker synthesis chamber maintained at 1130 to 1500℃, and brought into contact with carbon compounds in the synthesis chamber to precipitate and grow SiC whiskers. A method for producing SiC whiskers, which is characterized by discharging from below. 2 The interior is divided into a silicon sulfide gas generation chamber and a SiC whisker synthesis chamber, and a gas transfer passage is provided to communicate between the two chambers, and a heating device is attached to each of these chambers. A dispersion plate is disposed in the silicon sulfide gas generation chamber, and a gas inlet for introducing hydrogen sulfide-containing gas is disposed below the dispersion plate. A metal silicon charging port is provided on the distribution plate, while the SiC
1. A SiC whisker manufacturing apparatus, characterized in that a whisker synthesis chamber is provided with at least a carbon compound supply port, a whisker discharge port, and a gas discharge port.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15444787A JPS63319300A (en) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | Production of sic whisker and device therefor |
US07/622,375 US5087433A (en) | 1987-02-20 | 1990-12-05 | Method and apparatus for the production of SiC whisker |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15444787A JPS63319300A (en) | 1987-06-23 | 1987-06-23 | Production of sic whisker and device therefor |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63319300A JPS63319300A (en) | 1988-12-27 |
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ID=15584410
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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JP (1) | JPS63319300A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5039501A (en) * | 1990-04-12 | 1991-08-13 | General Motors Corporation | Method for growing silicon carbide whiskers |
-
1987
- 1987-06-23 JP JP15444787A patent/JPS63319300A/en active Granted
Also Published As
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JPS63319300A (en) | 1988-12-27 |
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