ウィスカーの高効率連続生成・表面処理プロセスの開発と複合材料要素としての評価

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03453127
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 諸岡 成治 九州大学, 工学部, 教授 (60011079)
• 研究分担者: 大城 桂作 九州大学, 工学部, 教授 (40038005) ; 草壁 克己 九州大学, 工学部, 助教授 (30153274)
• キーワード: セラミックス / ウィスカー / CVD / 複合材料 / 表面処理

研究概要

セラミックウィスカーはきわめて高い強度を有するため、FRP、FRMなどの複合材料の原料として注目される。本研究は、気相反応法(CVD)によって、連続的にしかも高効率でウィスカーを生産する反応システム、及び気相系でウィスカー表面の修飾を行うプロセスを開発するとともに、複合材料の要素としての評価を行なうことを目的とし、以下に示す成果を得た。
(1)反応器に霧化したフェロセンとチオフェンを吹き込み熱分解して、鉄の微粒子を気流中に生成させて触媒とし、ベンゼンを熱分解してカーボンウィスカーを生成させ、至適反応条件を明らかにした。
(2)炭素粒子の表面に、粒径が確定している鉄コロイドを高度分散させて触媒とし、基板上にウィスカーを高密度で製造するプロセスを確立した。ウィスカー生成初期の触媒粒子の挙動を高分解能SEMによって観察した結果、触媒粒子が基板から浮き上がった後は、浮遊法による生成状態と同じであることをはじめて明らかにした。
(3)炭素源とイオウ源を変えてカーボンウィスカーを製造し、その特性に及ぼす原料の影響を明らかにした。
(4)粗粒子を流動化した流動層内で、装置内の滞留時間を任意に設定して、しかも連続的にカーボンウィスカーを製造するプロセスを考案し実証した。
(5)カーボンウィスカーにSiC薄膜をプラズマCVD反応によって均一にコーティングする技術を考案し実証した。
(6)酸化物ウィスカーを流動化して、熱CVD反応による酸化スズでその表面をコーティングし、導電性を有する酸化物ウィスカーを製造する技術を考案し実証した。
(7)得られたウィスカーをプラスチック等の母材に混練して複合化し、その高度が著しく増加することを確認した。

研究成果

• [文献書誌] 加藤 貴史: "気相成長による炭素繊維の製造(2)" ケミカルエンジニヤリング. 36. 74-78 (1991)
• [文献書誌] Takafumi Kato: "Process of Formation of Vapor-Grown Carbon Fibers by Gas-Phase Reaction Using Ultrafinelron Catalyst Particles" J.Mater.Sci.Letters. 11. 674-677 (1992)
• [文献書誌] Takafumi Kato: "Formation of Vapor-Grown Carbon Fiber on a Substrate" Carbon. 30. 989-994 (1992)
• [文献書誌] 加藤 貴史: "浮遊鉄触媒による気相成長炭素繊維の生成過程、" 九州大学超高圧電顕室研究報告. 71-72 (1991)
• [文献書誌] 諸岡 成治、: "流動層による粒子のドライプロッセッシング、" FC Report. 9. 465-472 (1991)
• [文献書誌] 加藤 貴史: "基板を用いた気相成長炭素繊維の製造、" 九州大学 超高圧電顕室研究報告. 35-36 (1992)
• [文献書誌] Hideaki Maeda: "Surface Modification of Particulate Materials by CVD Processing" CESJ Chem. Eng.Symp.Ser.Fluidized Bed Processing for Functional Powder. 109-116 (1992)
• [文献書誌] Takafumi Kato: "Continuous Production of Vapor-Grown Carbon Fiber by Gas Phase Reaction" ,ibid.136-139 (1992)
• [文献書誌] Keiichi Tsugeki: "SnO_2 Coating of Aluminum Borate Whiskers and Alumina Particles by Chemical Vapor Deposition" J.Am.Ceram.Soc.