炭化ケイ素粒子およびその製造方法
【課題】結晶系が２Ｈ相である炭化ケイ素を２０％以上含み、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子、および、この炭化ケイ素粒子を工業的規模で安価に製造することが可能な炭化ケイ素粒子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の炭化ケイ素は、２Ｈ相を２０％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有することを特徴とする。本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法は、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることを特徴とする。
【解決手段】本発明の炭化ケイ素は、２Ｈ相を２０％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有することを特徴とする。本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法は、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素粒子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、結晶系が２Ｈ相である炭化ケイ素を２０質量％以上含み、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子、および、この炭化ケイ素粒子を工業的規模で安価に製造することが可能な炭化ケイ素粒子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素は、優れた強度、熱伝導率、耐食性、半導体特性を有し、その特性を活かして、セラミックス材料や機能性フィラーとして用いられている。
炭化ケイ素粒子は、工業的には主にアチソン法などの酸化ケイ素と炭素を２０００℃以上の高温で反応させる方法で作製されている。この方法により得られる炭化ケイ素粒子の主な結晶系は、６Ｈ相（α型）である。また、酸化ケイ素と炭素を１７００℃程度の比較的低温で反応させた場合、平均粒子径がサブミクロン以下であり、かつ、結晶系が３Ｃ相（β型）の炭化ケイ素粒子が得られることも、一般的に知られている。
これらの一般的な技術により製造された炭化ケイ素粒子は、粒子形状の異方性が小さいため、機能性フィラーとして他の材料に混合するとき、効果を得るために多量の添加を必要とする問題がある。
【０００３】
機能性フィラーとして他の材料に混合する際に、効果を維持しつつ添加量を減少させる有効な手段として、フィラー材に形状異方性を持たせることが行なわれている。炭化ケイ素の形状異方性の制御が可能な方法としては、有機ケイ素化合物を熱分解する方法、炭化ケイ素と炭素を反応させる際に不純物として遷移金属を添加する方法などが挙げられ、これらの方法により、３Ｃ相のウィスカ状または繊維状の炭化ケイ素が得られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
また、ナノメートルサイズの炭化ケイ素粒子を作製する方法として、結晶子の小さな炭化ケイ素粒子を合成した後、分離して単一の粒子として使用する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
また、焼結用原料として炭化ケイ素粒子を使用する場合、微細な粒子を用い高い表面エネルギーを利用して焼結の駆動力として焼結特性を上げる方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
また、２Ｈ相が含まれる炭化ケイ素粒子としては、均質な前駆体から得られる粒子は２Ｈ相が少なく、不均質な前駆体から得られた炭化ケイ素は２Ｈ相の割合が多いことが開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００４−３６０１１５号公報
【特許文献２】特開平９−３０８９９号公報
【特許文献３】特開２００８−０５０２０１号公報
【特許文献４】特許第３０２３４３５号公報
【特許文献５】特開昭５７−８８０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の３Ｃ相のウィスカ状または繊維状の炭化ケイ素は、サブミクロンサイズ以上の粒子径と数十μｍの長さを持つため、サブミクロン以下のレベルで材料を複合化し、機能性フィラーとして使用する場合、用途が制限され、性能の向上には限界があった。
また、結晶子の小さな炭化ケイ素粒子を合成した後、分離して単一の粒子として使用する方法によって得られる炭化ケイ素粒子は、形状異方性が小さく、機能性フィラーとして用いた場合、性能の向上には多量の添加を必要とする必要があった。
すなわち、従来の炭化ケイ素粒子の工業的製造方法では、形状異方性が小さいものであればナノメートルサイズからミクロンサイズまでの粒子が得られているが、形状異方性を有するものについてはミクロンサイズ以上の長さを有する粒子（繊維）は得られるが、サブミクロン以下のサイズを有する粒子は得られていなかった。
さらに、焼結用原料として炭化ケイ素粒子を使用する場合、さらに高い焼結の駆動力を得ることができる炭化ケイ素粒子が求められていた。
また、不均質な前駆体からは２Ｈ相の多い炭化ケイ素粒子が得られるが、この方法で得られる炭化ケイ素粒子は０．５μｍ以上の粒径であり、粒径のばらつきが大きく、かつ形状異方性を有する粒子は得られていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、結晶系が２Ｈ相である炭化ケイ素を２０質量％以上含み、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子、および、この炭化ケイ素粒子を工業的規模で安価に製造することが可能な炭化ケイ素粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、炭化ケイ素粒子の製造において、炭化ケイ素前駆体を調製する際にアルカリ金属を添加することにより、得られた炭化ケイ素粒子は２Ｈ相が多く生成するとともに、形状異方性をも有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の炭化ケイ素粒子は、２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有することを特徴とする。
【０００９】
前記形状異方性はアスペクト比が２以上の板状であることが好ましい。
【００１０】
本発明の炭化ケイ素粒子の凝集粒子は、本発明の炭化ケイ素粒子の集合体からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法は、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることを特徴とする。
【００１２】
前記不活性雰囲気中における熱処理温度を１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の炭化ケイ素によれば、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有するので、機能性フィラーとして好適に用いることができる。
また、結晶相として２Ｈ相を２０％以上含むことから、転移のエネルギーにより焼結性を高めることができるので、焼結性を高めることができる。なお、本発明の炭化ケイ素は粒子自体が形状異方性を有し、そのままでは成型体密度を上げることができないため、異方性の少ない凝集粒子とする必要があるが、本発明によれば凝集度の調整も可能なので、焼結性の高い凝集粒子を得ることができる。また、２Ｈ相を多く含むことから、２Ｈ相の単結晶炭化ケイ素を作製する際の原料に適している。
【００１４】
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法によれば、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とするので、２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子を工業的規模で安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の炭化ケイ素粒子およびその製造方法の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１６】
「炭化ケイ素粒子」
炭化ケイ素の結晶系は生成する温度や含有する不純物などにより異なり、２Ｈ、３Ｃ、６Ｈの順に高温での安定相となる。工業的に安価に製造、市販されている炭化ケイ素粒子は、二酸化ケイ素の熱炭素還元反応を利用した方法、例えば、前述のアチソン法などにより製造されており、得られる炭化ケイ素粒子の結晶系は３Ｃまたは６Ｈ相であって、２Ｈ相の多く含まれる炭化ケイ素粒子は製造されていない。また、これら炭化ケイ素の粒子径は、サブミクロン以上であり、粒子形状は等方的である。
【００１７】
本発明の炭化ケイ素粒子は、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ２Ｈ相を２０質量％以上含み、形状異方性を有することを特徴とする。
また、本発明の炭化ケイ素における形状異方性とは、形状が板状であること、板状の略平面部分を垂直方向から見た場合の粒子の粒子長（長径）と粒子幅（短径）の比率（長径／短径）をアスペクト比とした場合に、アスペクト比が２以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の炭化ケイ素粒子は、形状異方性を有しているため、機能性フィラーとして他の材料に混合する際に、等方的形状のものに比べて添加量を減少させても同一の効果を得ることができる。特に、炭化ケイ素含有複合体の強度や靭性値などの機械的特性や、熱伝導特性、電気伝導特性などの向上に対して有効である。
また、本発明の炭化ケイ素粒子に含まれる２Ｈ相は、低温相であり、焼結時により安定な３Ｃまたは６Ｈ相などの高温相に転移する。転移の際には転移エネルギーを放出し、このエネルギーが焼結時の緻密化を助けるように働く。このため、２Ｈ相を多く含む方が焼結性が良い。
ここで、２Ｈ相の転移による焼結製向上効果は、２Ｈ相の量に比例しており、必ずしも含有量の制限はない。一方、炭化ケイ素粒子の形状異方性は、２Ｈ相の量が２０質量％以上でないと発現しないことが判った。このため、２Ｈ相の含有量は、２０質量％以上必要とした。
【００１９】
また、本発明の炭化ケイ素粒子は、複数の炭化ケイ素粒子が凝集して集合体を形成した、凝集粒子をなしていてもよい。
炭化ケイ素凝集粒子の凝集の度合いは、炭化ケイ素粒子の用途に応じて調整することが好ましい。例えば、炭化ケイ素粒子を焼結体の原料として用いる場合には、凝集度を高めるとともに、より球状に近い凝集粒子とすることにより、焼結前の成形体（グリーン体）の密度を高め、焼結体の密度の上昇、焼結性の向上を図ることができる。なお、焼結前の成形体作製時において凝集粒子が解砕してしまうと、成形体密度を上げることができないため、凝集粒子中の各炭化ケイ素粒子（一次粒子）同士は、ある程度の結合力で一体化している必要がある。
一方、炭化ケイ素粒子を機能性フィラーとして用いる場合、凝集度を低くすることによりフィラーの分散性を向上させ、フィラーの使用量の削減を図ることができる。
【００２０】
炭化ケイ素凝集粒子の凝集の度合いを調整するには、添加するアルカリ金属の量を変える方法が好適に用いられ、アルカリ金属の添加量が多いほど凝集の強い粒子となる。また、炭化ケイ素を合成する温度によっても凝集の度合いは変化し、温度が高いほど凝集は強くなる。
また、アルカリ金属を添加して生成させた凝集粒子は、各々板状を呈する複数の炭化ケイ素粒子（一次粒子）が、各辺の一部同士が互いに接する形で、略球状の凝集粒子を形成している。一次粒子がランダムな方向で集合・凝集しているのではない。したがって、本凝集粒子の炭化ケイ素の各粒子は単純な凝集状態にあるのではなく、例えば双晶のような特別な関係を持って、粒子発生時から一体化している可能性も考えられる。
【００２１】
そして、これらの炭化ケイ素粒子は、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする方法において、炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることにより生成することができる。
【００２２】
「炭化ケイ素粒子の製造方法」
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法は、炭素源、ケイ素源およびアルカリ金属を含む炭化ケイ素源ないしは炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素粒子を生成する方法である。
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法では、炭化ケイ素源としては、炭素源と、ケイ素源と、アルカリ金属とを混合した混合物、炭化ケイ素前駆体としては、この混合物に炭化処理を施した炭化処理物が用いられる。
【００２３】
以下、本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法について説明する。
まず、炭素源、ケイ素源およびアルカリ金属を混合する。
炭素源およびケイ素源は、アルカリ金属以外の金属不純物の含有量が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００ｐｐｍ以下である。
炭素源およびケイ素源におけるアルカリ金属以外の金属不純物の含有量が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい理由は、金属不純物の含有量が１０００ｐｐｍを超えると、炭化ケイ素粒子の製造時に過度な粒成長や粒子間の焼結が進行し、粒子径や結晶相の制御が難しくなるからである。
【００２４】
炭素源としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの固体の炭素や、液状でしかも加熱した際の残炭率が高い有機化合物、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアクリロニトル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどの樹脂のモノマーやプレポリマーなどが好適に用いられる。
その他、セルロース、しょ糖、ピッチ、タールなども用いられる。
【００２５】
ケイ素源としては、固体状または液状のものが用いられる。
固体状のケイ素源としては、例えば、シリカゾル（コロイド状超微細シリカ含有液、内部に水酸基（−ＯＨ）やアルコキシル基を含む）、二酸化ケイ素（シリカゲル、微細シリカ、石英粉末）などが挙げられる。これらの固体状のケイ素源を炭素源と均一に混合させるためには、微細な粒子径の粉末を使用することが好ましい。
また、液状のケイ素源としては、例えば、ケイ酸アルカリ水溶液を酸分解あるいは脱アルカリすることにより得られたもの、例えば、水ガラスの脱アルカリにより得られたケイ酸ポリマー；水酸基（−ＯＨ）を有する有機化合物とケイ酸とのエステル；テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）などの加水分解性ケイ酸化合物と、有機化合物または有機金属化合物とのエステルなどが挙げられる。
【００２６】
これら炭素源とケイ素源を混合する際の混合割合は、特に制限されないが、ケイ素源が過剰であると熱処理後に酸化ケイ素が多く残存し、一方、炭素源が過剰であると熱処理後に炭素が多く残存する。このように、炭素源またはケイ素源のいずれか一方が過剰であると、得られる炭化ケイ素の品質および形状に悪影響を及ぼすため、炭素源とケイ素源の混合割合は、炭素源とケイ素源のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１以上かつ４以下であることが好ましく、より好ましくは１．５以上かつ３．５以下である。
【００２７】
アルカリ金属としては、金属単体でもよいが、金属単体では不安定であるため、アルカリ金属の化合物が好適に用いられる。アルカリ金属の化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００２８】
アルカリ金属の添加量、すなわち、炭化ケイ素前駆体におけるアルカリ金属の含有量は、０．１質量％以上かつ１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．２質量％以上かつ３．０質量％以下である。
炭化ケイ素源ないしは前駆体におけるアルカリ金属の含有量が０．１質量％以上かつ１０質量％以下であることが好ましい理由は、アルカリ金属の含有量が０．１質量％未満では、アルカリ金属に起因する効果が得られないからであり、一方、アルカリ金属の含有量が１０質量％を超えても、アルカリ金属に起因する効果に差異がないからである。
また、アルカリ金属の添加量が増加するに伴い、炭化ケイ素凝集粒子の凝集状態が強くなるので、炭化ケイ素粒子の使用目的に応じて、アルカリ金属の添加量を適宜調整する。
【００２９】
ケイ素源と炭素源を混合する手段としては、特に制限されないが、ホモジナイザー（乳化器）、超音波分散装置、ビーズミル、ボールミル、遊星式ボールミルなどの湿式混合装置、アルティマイザーなどの二流衝突式混合装置、三本ロールミル、ミキサー、ニーダーなどの混練装置が適宜用いられる。
また、ケイ素源と炭素源を混合する際、固体状のケイ素源を均一に分散させるための分散剤として、ゼラチン、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの有機分散剤や、無機分散剤、界面活性剤などを適宜用いることもできる。
【００３０】
これら炭素源およびケイ素源を混合してなる混合物は、液状であっても固体状であってもよいが、液状である場合、後述する熱処理の前に硬化させて固体状にしておくことが好ましい。この混合物を固体状にする方法としては、特に制限されないが、目的に応じて適宜選択され、例えば、加熱により架橋する方法；硬化触媒により硬化する方法；電子線、放射線、超音波などにより硬化する方法などが挙げられる。
これにより、炭素源とケイ素源を混合した混合物からなる炭化ケイ素前駆体が得られる。
【００３１】
この混合物に後述する熱処理を施す前に、炭化処理を行ってもよい。
炭化処理としては、例えば、アルゴン（Ａｒ）や窒素ガス（Ｎ２）などの不活性雰囲気中、５００℃以上かつ１２００℃以下、好ましくは６００℃以上かつ９００℃以下の温度範囲にて、１分以上かつ４時間以下、好ましくは３０分以上かつ２時間以下保持することが好ましい。
この炭化処理により、混合物中の炭素源およびケイ素源の一部が炭化し、炭素源、ケイ素源およびアルカリ金属を含む炭化処理物からなる炭化ケイ素前駆体が得られる。
【００３２】
次いで、炭化ケイ素前駆体に含まれる炭素源とケイ素源とを反応させて炭化ケイ素を生成させるために、この炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理する。
この不活性雰囲気としては、アルゴン（Ａｒ）や窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガス雰囲気が好ましい。
この不活性雰囲気中における熱処理温度は、１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１５００℃以上かつ１７００℃以下とする。また、この熱処理温度における保持時間を、１分以上かつ８時間以下とし、好ましくは３０分以上かつ４時間以下とする。
これにより、本願記載の炭化ケイ素粒子を得ることができる。なお、この時点では、未反応の原料が残留した炭化ケイ素含有物の状態である。
【００３３】
ここで、不活性雰囲気における熱処理温度を１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることが好ましい理由は、熱処理温度が１４００℃未満では、炭素源とケイ素源とが十分に反応しないからであり、一方、熱処理温度が１７００℃を超えると、得られる炭化ケイ素がすべて等方的な形状を有する通常の３Ｃ相または６Ｈ相になり、２Ｈ相を２０％以上含み、かつ、形状異方性を有する炭化ケイ素が得られなくなるからである。
【００３４】
この熱処理の後、炭化ケイ素粒子に未反応の炭素が残留した炭化ケイ素含有物の場合には、さらに酸化性雰囲気中にて、炭化ケイ素含有物の熱処理を行い、残留炭素を酸化させ取り除いてもよい。
この酸化性雰囲気としては、大気の他、酸素ガスを１９〜２３体積％含む窒素ガス（Ｎ２）、水蒸気、炭酸ガスなどが好ましい。
この酸化性雰囲気中における熱処理温度は、５００℃以上かつ１６００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは５５０℃以上かつ７５０℃以下とする。また、この熱処理温度における保持時間を、熱処理温度にもよるが、１分以上かつ１２時間以下とし、好ましくは１時間以上かつ４時間以下とする。
【００３５】
ここで、酸化性雰囲気における熱処理温度を５００℃以上かつ１６００℃以下とすることが好ましい理由は、熱処理温度が５００℃未満では、未反応の炭素が焼成されずに残ってしまうからであり、一方、熱処理温度が１６００℃を超えると、炭化ケイ素が酸化して酸化ケイ素となる割合が高くなるからである。また、熱処理温度が１６００℃を超えると炭化ケイ素粒子が粒成長して粒子の形状が変化してしまい、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子が得られなくなるからである。
【００３６】
さらに、炭化ケイ素粒子に未反応の酸化ケイ素が残留した炭化ケイ素含有物の場合には、炭化ケイ素含有物を、フッ化水素酸または強塩基性溶液を用いて洗浄して、酸化ケイ素を除去してもよい。
強塩基性溶液としては、０．５Ｎ〜８Ｎの水酸化ナトリウム水溶液、０．５Ｎ〜８Ｎの水酸化カリウム水溶液が好適に用いられる。
この洗浄の際、必要に応じて強塩基性溶液を加熱してもよい。強塩基性溶液を加熱することにより、この強塩基性溶液と酸化ケイ素との反応が促進され、酸化ケイ素が効率よく除去される。
【００３７】
このように、炭化ケイ素含有物から残留炭素および／または酸化ケイ素を除去することにより、炭化ケイ素粒子が得られる。
このようにして得られた炭化ケイ素粒子は、２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有する粒子である。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例または比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３９】
「実施例１」
ケイ素源として金属不純物の含有量が１００ｐｐｍ以下、平均粒子径７ｎｍの二酸化ケイ素粉末２０ｇと、炭素源として液状の金属不純物の含有量が１００ｐｐｍ以下の水溶性レゾール型フェノール樹脂２７ｇと、アルカリ金属の化合物として炭酸ナトリウム０．３ｇとを、純水２００ｇ中で混合し、１００℃で加熱しながら攪拌し、水分を揮発させゲルを得た。得られたゲルを１２０℃にて乾燥し、白褐色の固体を得た。
次いで、この白褐色の固体を窒素雰囲気中、１０００℃にて１時間、炭化処理し、二酸化ケイ素と炭素が均一に混合した炭化ケイ素前駆体を得た。この前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率は、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で２．５であった。また、この前駆体におけるナトリウム（Ｎａ）の含有量は０．４質量％であった。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１６００℃にて２時間、熱処理し、炭化ケイ素粒子（原料残留物を含む）を得た。
得られた炭化ケイ素粒子中の原料残留物である炭素は、炭化ケイ素粒子を大気中、７００℃にて４時間、熱処理して除去した。また原料残留物である二酸化ケイ素は、炭化ケイ素粒子をフッ化水素酸を用いて洗浄し、除去した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下で形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。ＳＥＭ観察の結果より粒子の境界が明確に確認できる粒子を３０点選び、粒子の粒子長さ（長径）と短径を測定し、その比率（長径／短径）の平均からアスペクト比を求めた。その結果、アスペクト比は４．２であった。
また、板状粒子が規則的に集合した凝集粒子はほとんど見られず、凝集度は低かった。
この炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図１に示す。
【００４０】
「実施例２」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の略球状の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．０であった。
この炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図２に示す。
【００４１】
「実施例３」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が０．１質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を２０質量％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。また、凝集粒子はほとんど見られず、粒子の凝集度は低かった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．３であった。
【００４２】
「実施例４」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が３．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、略球状の凝集粒子を形成していることが確認された。また、凝集粒子径は８００ｎｍ程度と実施例２に比べて大きく、ほとんどが凝集粒子であった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．６であった。
【００４３】
「実施例５」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１０．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を７２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、略球状の凝集粒子を形成していることが確認された。また、凝集粒子径は１μｍ程度と実施例４に比べて大きく、ほとんどが凝集粒子であった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．４であった。
【００４４】
「実施例６」
アルカリ金属の化合物として硝酸ナトリウムを用い、この硝酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４５％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ４．６であった。
【００４５】
「実施例７」
アルカリ金属の化合物として塩化ナトリウムを用い、この塩化ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を３９％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径４００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．１であった。
【００４６】
「実施例８」
アルカリ金属の化合物として水酸化ナトリウムを用い、この水酸化ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４８％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．１であった。
【００４７】
「実施例９」
アルカリ金属の化合物として水酸化カリウムを用い、この水酸化カリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるカリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径６００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．９であった。
【００４８】
「実施例１０」
アルカリ金属の化合物として炭酸リチウムを用い、この炭酸リチウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるリチウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を３６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径３００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．９であった。
【００４９】
「実施例１１」
アルカリ金属の化合物として炭酸ルビジウムを用い、この炭酸ルビジウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるルビジウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．３であった。
【００５０】
「実施例１２」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１４００℃にて２時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。また、板状粒子が規則的に集合した凝集粒子はほとんど見られず、凝集度は低かった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．４であった。
【００５１】
「実施例１３」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１５００℃にて２時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。また、板状粒子が規則的に集合した凝集粒子はほとんど見られず、凝集度は低かった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．０であった。
【００５２】
「実施例１４」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１７００℃にて１時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径９００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．９であった。
【００５３】
「実施例１５」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１５．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を７０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集粒子を形成していることが確認された。また、凝集径は１μｍ程度と実施例５と同程度であり、ほとんどが凝集粒子であった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．３であった。
この実施例１５で得られた炭化ケイ素粒子と、実施例５で得られた炭化ケイ素とを比較したところ、両者に差異はないことが分かった。従って、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１０．０質量％を超えても、効果の改善が見られないことが分かった。
【００５４】
「比較例１」
アルカリ金属の化合物の炭酸ナトリウムを加えない以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、粒子径が２０ｎｍ程度で、板状ではなく形状異方性が小さな粒子であることが確認された。
この炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図３に示す。
【００５５】
「比較例２」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が０．０３質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、粒子径が２０〜４０ｎｍ程度、板状であるがアスペクト比が１〜１．５程度の形状異方性が小さな粒子であることが確認された。
【００５６】
「比較例３」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１３００℃にて２時間、熱処理し、生成物を回収した。
得られた生成物の収率は３％以下であり、炭化ケイ素が生成していなかった。
【００５７】
「比較例４」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１８００℃にて２時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相は含まれていないことが分かった。この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、平均粒子径が３μｍであり、形状異方性がほとんど無い等方的形状の粒子であることが確認された。
【００５８】
実施例１〜１５および比較例１〜５の炭化ケイ素の製造条件と、得られた炭化ケイ素における２Ｈ相の割合、粒子長さ、形状異方性、アスペクト比および凝集状態を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の炭化ケイ素粒子は、２Ｈ相を２０％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有するものであるから、機能性フィラー、炭化ケイ素焼結体の原料、単結晶ＳｉＣ製造用原料など様々な工業分野においても、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１で作製した炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図２】実施例２で作製した炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図３】比較例１で作製した炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化ケイ素粒子およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、結晶系が２Ｈ相である炭化ケイ素を２０質量％以上含み、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子、および、この炭化ケイ素粒子を工業的規模で安価に製造することが可能な炭化ケイ素粒子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素は、優れた強度、熱伝導率、耐食性、半導体特性を有し、その特性を活かして、セラミックス材料や機能性フィラーとして用いられている。
炭化ケイ素粒子は、工業的には主にアチソン法などの酸化ケイ素と炭素を２０００℃以上の高温で反応させる方法で作製されている。この方法により得られる炭化ケイ素粒子の主な結晶系は、６Ｈ相（α型）である。また、酸化ケイ素と炭素を１７００℃程度の比較的低温で反応させた場合、平均粒子径がサブミクロン以下であり、かつ、結晶系が３Ｃ相（β型）の炭化ケイ素粒子が得られることも、一般的に知られている。
これらの一般的な技術により製造された炭化ケイ素粒子は、粒子形状の異方性が小さいため、機能性フィラーとして他の材料に混合するとき、効果を得るために多量の添加を必要とする問題がある。
【０００３】
機能性フィラーとして他の材料に混合する際に、効果を維持しつつ添加量を減少させる有効な手段として、フィラー材に形状異方性を持たせることが行なわれている。炭化ケイ素の形状異方性の制御が可能な方法としては、有機ケイ素化合物を熱分解する方法、炭化ケイ素と炭素を反応させる際に不純物として遷移金属を添加する方法などが挙げられ、これらの方法により、３Ｃ相のウィスカ状または繊維状の炭化ケイ素が得られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
また、ナノメートルサイズの炭化ケイ素粒子を作製する方法として、結晶子の小さな炭化ケイ素粒子を合成した後、分離して単一の粒子として使用する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
また、焼結用原料として炭化ケイ素粒子を使用する場合、微細な粒子を用い高い表面エネルギーを利用して焼結の駆動力として焼結特性を上げる方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
また、２Ｈ相が含まれる炭化ケイ素粒子としては、均質な前駆体から得られる粒子は２Ｈ相が少なく、不均質な前駆体から得られた炭化ケイ素は２Ｈ相の割合が多いことが開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００４−３６０１１５号公報
【特許文献２】特開平９−３０８９９号公報
【特許文献３】特開２００８−０５０２０１号公報
【特許文献４】特許第３０２３４３５号公報
【特許文献５】特開昭５７−８８０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の３Ｃ相のウィスカ状または繊維状の炭化ケイ素は、サブミクロンサイズ以上の粒子径と数十μｍの長さを持つため、サブミクロン以下のレベルで材料を複合化し、機能性フィラーとして使用する場合、用途が制限され、性能の向上には限界があった。
また、結晶子の小さな炭化ケイ素粒子を合成した後、分離して単一の粒子として使用する方法によって得られる炭化ケイ素粒子は、形状異方性が小さく、機能性フィラーとして用いた場合、性能の向上には多量の添加を必要とする必要があった。
すなわち、従来の炭化ケイ素粒子の工業的製造方法では、形状異方性が小さいものであればナノメートルサイズからミクロンサイズまでの粒子が得られているが、形状異方性を有するものについてはミクロンサイズ以上の長さを有する粒子（繊維）は得られるが、サブミクロン以下のサイズを有する粒子は得られていなかった。
さらに、焼結用原料として炭化ケイ素粒子を使用する場合、さらに高い焼結の駆動力を得ることができる炭化ケイ素粒子が求められていた。
また、不均質な前駆体からは２Ｈ相の多い炭化ケイ素粒子が得られるが、この方法で得られる炭化ケイ素粒子は０．５μｍ以上の粒径であり、粒径のばらつきが大きく、かつ形状異方性を有する粒子は得られていなかった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、結晶系が２Ｈ相である炭化ケイ素を２０質量％以上含み、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子、および、この炭化ケイ素粒子を工業的規模で安価に製造することが可能な炭化ケイ素粒子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、炭化ケイ素粒子の製造において、炭化ケイ素前駆体を調製する際にアルカリ金属を添加することにより、得られた炭化ケイ素粒子は２Ｈ相が多く生成するとともに、形状異方性をも有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の炭化ケイ素粒子は、２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有することを特徴とする。
【０００９】
前記形状異方性はアスペクト比が２以上の板状であることが好ましい。
【００１０】
本発明の炭化ケイ素粒子の凝集粒子は、本発明の炭化ケイ素粒子の集合体からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法は、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることを特徴とする。
【００１２】
前記不活性雰囲気中における熱処理温度を１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の炭化ケイ素によれば、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有するので、機能性フィラーとして好適に用いることができる。
また、結晶相として２Ｈ相を２０％以上含むことから、転移のエネルギーにより焼結性を高めることができるので、焼結性を高めることができる。なお、本発明の炭化ケイ素は粒子自体が形状異方性を有し、そのままでは成型体密度を上げることができないため、異方性の少ない凝集粒子とする必要があるが、本発明によれば凝集度の調整も可能なので、焼結性の高い凝集粒子を得ることができる。また、２Ｈ相を多く含むことから、２Ｈ相の単結晶炭化ケイ素を作製する際の原料に適している。
【００１４】
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法によれば、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とするので、２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子を工業的規模で安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の炭化ケイ素粒子およびその製造方法の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１６】
「炭化ケイ素粒子」
炭化ケイ素の結晶系は生成する温度や含有する不純物などにより異なり、２Ｈ、３Ｃ、６Ｈの順に高温での安定相となる。工業的に安価に製造、市販されている炭化ケイ素粒子は、二酸化ケイ素の熱炭素還元反応を利用した方法、例えば、前述のアチソン法などにより製造されており、得られる炭化ケイ素粒子の結晶系は３Ｃまたは６Ｈ相であって、２Ｈ相の多く含まれる炭化ケイ素粒子は製造されていない。また、これら炭化ケイ素の粒子径は、サブミクロン以上であり、粒子形状は等方的である。
【００１７】
本発明の炭化ケイ素粒子は、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ２Ｈ相を２０質量％以上含み、形状異方性を有することを特徴とする。
また、本発明の炭化ケイ素における形状異方性とは、形状が板状であること、板状の略平面部分を垂直方向から見た場合の粒子の粒子長（長径）と粒子幅（短径）の比率（長径／短径）をアスペクト比とした場合に、アスペクト比が２以上であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の炭化ケイ素粒子は、形状異方性を有しているため、機能性フィラーとして他の材料に混合する際に、等方的形状のものに比べて添加量を減少させても同一の効果を得ることができる。特に、炭化ケイ素含有複合体の強度や靭性値などの機械的特性や、熱伝導特性、電気伝導特性などの向上に対して有効である。
また、本発明の炭化ケイ素粒子に含まれる２Ｈ相は、低温相であり、焼結時により安定な３Ｃまたは６Ｈ相などの高温相に転移する。転移の際には転移エネルギーを放出し、このエネルギーが焼結時の緻密化を助けるように働く。このため、２Ｈ相を多く含む方が焼結性が良い。
ここで、２Ｈ相の転移による焼結製向上効果は、２Ｈ相の量に比例しており、必ずしも含有量の制限はない。一方、炭化ケイ素粒子の形状異方性は、２Ｈ相の量が２０質量％以上でないと発現しないことが判った。このため、２Ｈ相の含有量は、２０質量％以上必要とした。
【００１９】
また、本発明の炭化ケイ素粒子は、複数の炭化ケイ素粒子が凝集して集合体を形成した、凝集粒子をなしていてもよい。
炭化ケイ素凝集粒子の凝集の度合いは、炭化ケイ素粒子の用途に応じて調整することが好ましい。例えば、炭化ケイ素粒子を焼結体の原料として用いる場合には、凝集度を高めるとともに、より球状に近い凝集粒子とすることにより、焼結前の成形体（グリーン体）の密度を高め、焼結体の密度の上昇、焼結性の向上を図ることができる。なお、焼結前の成形体作製時において凝集粒子が解砕してしまうと、成形体密度を上げることができないため、凝集粒子中の各炭化ケイ素粒子（一次粒子）同士は、ある程度の結合力で一体化している必要がある。
一方、炭化ケイ素粒子を機能性フィラーとして用いる場合、凝集度を低くすることによりフィラーの分散性を向上させ、フィラーの使用量の削減を図ることができる。
【００２０】
炭化ケイ素凝集粒子の凝集の度合いを調整するには、添加するアルカリ金属の量を変える方法が好適に用いられ、アルカリ金属の添加量が多いほど凝集の強い粒子となる。また、炭化ケイ素を合成する温度によっても凝集の度合いは変化し、温度が高いほど凝集は強くなる。
また、アルカリ金属を添加して生成させた凝集粒子は、各々板状を呈する複数の炭化ケイ素粒子（一次粒子）が、各辺の一部同士が互いに接する形で、略球状の凝集粒子を形成している。一次粒子がランダムな方向で集合・凝集しているのではない。したがって、本凝集粒子の炭化ケイ素の各粒子は単純な凝集状態にあるのではなく、例えば双晶のような特別な関係を持って、粒子発生時から一体化している可能性も考えられる。
【００２１】
そして、これらの炭化ケイ素粒子は、炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする方法において、炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることにより生成することができる。
【００２２】
「炭化ケイ素粒子の製造方法」
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法は、炭素源、ケイ素源およびアルカリ金属を含む炭化ケイ素源ないしは炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素粒子を生成する方法である。
本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法では、炭化ケイ素源としては、炭素源と、ケイ素源と、アルカリ金属とを混合した混合物、炭化ケイ素前駆体としては、この混合物に炭化処理を施した炭化処理物が用いられる。
【００２３】
以下、本発明の炭化ケイ素粒子の製造方法について説明する。
まず、炭素源、ケイ素源およびアルカリ金属を混合する。
炭素源およびケイ素源は、アルカリ金属以外の金属不純物の含有量が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００ｐｐｍ以下である。
炭素源およびケイ素源におけるアルカリ金属以外の金属不純物の含有量が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい理由は、金属不純物の含有量が１０００ｐｐｍを超えると、炭化ケイ素粒子の製造時に過度な粒成長や粒子間の焼結が進行し、粒子径や結晶相の制御が難しくなるからである。
【００２４】
炭素源としては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの固体の炭素や、液状でしかも加熱した際の残炭率が高い有機化合物、例えば、フェノール樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアクリロニトル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどの樹脂のモノマーやプレポリマーなどが好適に用いられる。
その他、セルロース、しょ糖、ピッチ、タールなども用いられる。
【００２５】
ケイ素源としては、固体状または液状のものが用いられる。
固体状のケイ素源としては、例えば、シリカゾル（コロイド状超微細シリカ含有液、内部に水酸基（−ＯＨ）やアルコキシル基を含む）、二酸化ケイ素（シリカゲル、微細シリカ、石英粉末）などが挙げられる。これらの固体状のケイ素源を炭素源と均一に混合させるためには、微細な粒子径の粉末を使用することが好ましい。
また、液状のケイ素源としては、例えば、ケイ酸アルカリ水溶液を酸分解あるいは脱アルカリすることにより得られたもの、例えば、水ガラスの脱アルカリにより得られたケイ酸ポリマー；水酸基（−ＯＨ）を有する有機化合物とケイ酸とのエステル；テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）などの加水分解性ケイ酸化合物と、有機化合物または有機金属化合物とのエステルなどが挙げられる。
【００２６】
これら炭素源とケイ素源を混合する際の混合割合は、特に制限されないが、ケイ素源が過剰であると熱処理後に酸化ケイ素が多く残存し、一方、炭素源が過剰であると熱処理後に炭素が多く残存する。このように、炭素源またはケイ素源のいずれか一方が過剰であると、得られる炭化ケイ素の品質および形状に悪影響を及ぼすため、炭素源とケイ素源の混合割合は、炭素源とケイ素源のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１以上かつ４以下であることが好ましく、より好ましくは１．５以上かつ３．５以下である。
【００２７】
アルカリ金属としては、金属単体でもよいが、金属単体では不安定であるため、アルカリ金属の化合物が好適に用いられる。アルカリ金属の化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００２８】
アルカリ金属の添加量、すなわち、炭化ケイ素前駆体におけるアルカリ金属の含有量は、０．１質量％以上かつ１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．２質量％以上かつ３．０質量％以下である。
炭化ケイ素源ないしは前駆体におけるアルカリ金属の含有量が０．１質量％以上かつ１０質量％以下であることが好ましい理由は、アルカリ金属の含有量が０．１質量％未満では、アルカリ金属に起因する効果が得られないからであり、一方、アルカリ金属の含有量が１０質量％を超えても、アルカリ金属に起因する効果に差異がないからである。
また、アルカリ金属の添加量が増加するに伴い、炭化ケイ素凝集粒子の凝集状態が強くなるので、炭化ケイ素粒子の使用目的に応じて、アルカリ金属の添加量を適宜調整する。
【００２９】
ケイ素源と炭素源を混合する手段としては、特に制限されないが、ホモジナイザー（乳化器）、超音波分散装置、ビーズミル、ボールミル、遊星式ボールミルなどの湿式混合装置、アルティマイザーなどの二流衝突式混合装置、三本ロールミル、ミキサー、ニーダーなどの混練装置が適宜用いられる。
また、ケイ素源と炭素源を混合する際、固体状のケイ素源を均一に分散させるための分散剤として、ゼラチン、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの有機分散剤や、無機分散剤、界面活性剤などを適宜用いることもできる。
【００３０】
これら炭素源およびケイ素源を混合してなる混合物は、液状であっても固体状であってもよいが、液状である場合、後述する熱処理の前に硬化させて固体状にしておくことが好ましい。この混合物を固体状にする方法としては、特に制限されないが、目的に応じて適宜選択され、例えば、加熱により架橋する方法；硬化触媒により硬化する方法；電子線、放射線、超音波などにより硬化する方法などが挙げられる。
これにより、炭素源とケイ素源を混合した混合物からなる炭化ケイ素前駆体が得られる。
【００３１】
この混合物に後述する熱処理を施す前に、炭化処理を行ってもよい。
炭化処理としては、例えば、アルゴン（Ａｒ）や窒素ガス（Ｎ２）などの不活性雰囲気中、５００℃以上かつ１２００℃以下、好ましくは６００℃以上かつ９００℃以下の温度範囲にて、１分以上かつ４時間以下、好ましくは３０分以上かつ２時間以下保持することが好ましい。
この炭化処理により、混合物中の炭素源およびケイ素源の一部が炭化し、炭素源、ケイ素源およびアルカリ金属を含む炭化処理物からなる炭化ケイ素前駆体が得られる。
【００３２】
次いで、炭化ケイ素前駆体に含まれる炭素源とケイ素源とを反応させて炭化ケイ素を生成させるために、この炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理する。
この不活性雰囲気としては、アルゴン（Ａｒ）や窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガス雰囲気が好ましい。
この不活性雰囲気中における熱処理温度は、１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは１５００℃以上かつ１７００℃以下とする。また、この熱処理温度における保持時間を、１分以上かつ８時間以下とし、好ましくは３０分以上かつ４時間以下とする。
これにより、本願記載の炭化ケイ素粒子を得ることができる。なお、この時点では、未反応の原料が残留した炭化ケイ素含有物の状態である。
【００３３】
ここで、不活性雰囲気における熱処理温度を１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることが好ましい理由は、熱処理温度が１４００℃未満では、炭素源とケイ素源とが十分に反応しないからであり、一方、熱処理温度が１７００℃を超えると、得られる炭化ケイ素がすべて等方的な形状を有する通常の３Ｃ相または６Ｈ相になり、２Ｈ相を２０％以上含み、かつ、形状異方性を有する炭化ケイ素が得られなくなるからである。
【００３４】
この熱処理の後、炭化ケイ素粒子に未反応の炭素が残留した炭化ケイ素含有物の場合には、さらに酸化性雰囲気中にて、炭化ケイ素含有物の熱処理を行い、残留炭素を酸化させ取り除いてもよい。
この酸化性雰囲気としては、大気の他、酸素ガスを１９〜２３体積％含む窒素ガス（Ｎ２）、水蒸気、炭酸ガスなどが好ましい。
この酸化性雰囲気中における熱処理温度は、５００℃以上かつ１６００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは５５０℃以上かつ７５０℃以下とする。また、この熱処理温度における保持時間を、熱処理温度にもよるが、１分以上かつ１２時間以下とし、好ましくは１時間以上かつ４時間以下とする。
【００３５】
ここで、酸化性雰囲気における熱処理温度を５００℃以上かつ１６００℃以下とすることが好ましい理由は、熱処理温度が５００℃未満では、未反応の炭素が焼成されずに残ってしまうからであり、一方、熱処理温度が１６００℃を超えると、炭化ケイ素が酸化して酸化ケイ素となる割合が高くなるからである。また、熱処理温度が１６００℃を超えると炭化ケイ素粒子が粒成長して粒子の形状が変化してしまい、形状異方性を有する炭化ケイ素粒子が得られなくなるからである。
【００３６】
さらに、炭化ケイ素粒子に未反応の酸化ケイ素が残留した炭化ケイ素含有物の場合には、炭化ケイ素含有物を、フッ化水素酸または強塩基性溶液を用いて洗浄して、酸化ケイ素を除去してもよい。
強塩基性溶液としては、０．５Ｎ〜８Ｎの水酸化ナトリウム水溶液、０．５Ｎ〜８Ｎの水酸化カリウム水溶液が好適に用いられる。
この洗浄の際、必要に応じて強塩基性溶液を加熱してもよい。強塩基性溶液を加熱することにより、この強塩基性溶液と酸化ケイ素との反応が促進され、酸化ケイ素が効率よく除去される。
【００３７】
このように、炭化ケイ素含有物から残留炭素および／または酸化ケイ素を除去することにより、炭化ケイ素粒子が得られる。
このようにして得られた炭化ケイ素粒子は、２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有する粒子である。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例または比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３９】
「実施例１」
ケイ素源として金属不純物の含有量が１００ｐｐｍ以下、平均粒子径７ｎｍの二酸化ケイ素粉末２０ｇと、炭素源として液状の金属不純物の含有量が１００ｐｐｍ以下の水溶性レゾール型フェノール樹脂２７ｇと、アルカリ金属の化合物として炭酸ナトリウム０．３ｇとを、純水２００ｇ中で混合し、１００℃で加熱しながら攪拌し、水分を揮発させゲルを得た。得られたゲルを１２０℃にて乾燥し、白褐色の固体を得た。
次いで、この白褐色の固体を窒素雰囲気中、１０００℃にて１時間、炭化処理し、二酸化ケイ素と炭素が均一に混合した炭化ケイ素前駆体を得た。この前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率は、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で２．５であった。また、この前駆体におけるナトリウム（Ｎａ）の含有量は０．４質量％であった。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１６００℃にて２時間、熱処理し、炭化ケイ素粒子（原料残留物を含む）を得た。
得られた炭化ケイ素粒子中の原料残留物である炭素は、炭化ケイ素粒子を大気中、７００℃にて４時間、熱処理して除去した。また原料残留物である二酸化ケイ素は、炭化ケイ素粒子をフッ化水素酸を用いて洗浄し、除去した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下で形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。ＳＥＭ観察の結果より粒子の境界が明確に確認できる粒子を３０点選び、粒子の粒子長さ（長径）と短径を測定し、その比率（長径／短径）の平均からアスペクト比を求めた。その結果、アスペクト比は４．２であった。
また、板状粒子が規則的に集合した凝集粒子はほとんど見られず、凝集度は低かった。
この炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図１に示す。
【００４０】
「実施例２」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の略球状の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．０であった。
この炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図２に示す。
【００４１】
「実施例３」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が０．１質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を２０質量％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。また、凝集粒子はほとんど見られず、粒子の凝集度は低かった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．３であった。
【００４２】
「実施例４」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が３．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、略球状の凝集粒子を形成していることが確認された。また、凝集粒子径は８００ｎｍ程度と実施例２に比べて大きく、ほとんどが凝集粒子であった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．６であった。
【００４３】
「実施例５」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１０．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を７２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、略球状の凝集粒子を形成していることが確認された。また、凝集粒子径は１μｍ程度と実施例４に比べて大きく、ほとんどが凝集粒子であった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．４であった。
【００４４】
「実施例６」
アルカリ金属の化合物として硝酸ナトリウムを用い、この硝酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４５％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ４．６であった。
【００４５】
「実施例７」
アルカリ金属の化合物として塩化ナトリウムを用い、この塩化ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を３９％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径４００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．１であった。
【００４６】
「実施例８」
アルカリ金属の化合物として水酸化ナトリウムを用い、この水酸化ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を４８％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．１であった。
【００４７】
「実施例９」
アルカリ金属の化合物として水酸化カリウムを用い、この水酸化カリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるカリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径６００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．９であった。
【００４８】
「実施例１０」
アルカリ金属の化合物として炭酸リチウムを用い、この炭酸リチウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるリチウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を３６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径３００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．９であった。
【００４９】
「実施例１１」
アルカリ金属の化合物として炭酸ルビジウムを用い、この炭酸ルビジウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるルビジウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径５００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．３であった。
【００５０】
「実施例１２」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１４００℃にて２時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。また、板状粒子が規則的に集合した凝集粒子はほとんど見られず、凝集度は低かった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．４であった。
【００５１】
「実施例１３」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１５００℃にて２時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する粒子が生成していることが確認された。また、板状粒子が規則的に集合した凝集粒子はほとんど見られず、凝集度は低かった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．０であった。
【００５２】
「実施例１４」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１７００℃にて１時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５２％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集径９００ｎｍ程度の凝集粒子を形成していることが確認された。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ２．９であった。
【００５３】
「実施例１５」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１５．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を７０％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、それぞれが板状を呈し、粒子長さが１μｍ以下である形状異方性を有する複数の粒子が、各辺の一部同士を互いに接する形で、凝集粒子を形成していることが確認された。また、凝集径は１μｍ程度と実施例５と同程度であり、ほとんどが凝集粒子であった。この粒子のアスペクト比を実施例１と同様の方法で測定したところ３．３であった。
この実施例１５で得られた炭化ケイ素粒子と、実施例５で得られた炭化ケイ素とを比較したところ、両者に差異はないことが分かった。従って、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１０．０質量％を超えても、効果の改善が見られないことが分かった。
【００５４】
「比較例１」
アルカリ金属の化合物の炭酸ナトリウムを加えない以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を５％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、粒子径が２０ｎｍ程度で、板状ではなく形状異方性が小さな粒子であることが確認された。
この炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図３に示す。
【００５５】
「比較例２」
炭酸ナトリウムの添加量を、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が０．０３質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相を６％含む炭化ケイ素粒子であることが分かった。
また、この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、粒子径が２０〜４０ｎｍ程度、板状であるがアスペクト比が１〜１．５程度の形状異方性が小さな粒子であることが確認された。
【００５６】
「比較例３」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１３００℃にて２時間、熱処理し、生成物を回収した。
得られた生成物の収率は３％以下であり、炭化ケイ素が生成していなかった。
【００５７】
「比較例４」
炭化ケイ素前駆体における炭素と二酸化ケイ素の比率が、炭素とケイ素のモル比（Ｃ／Ｓｉ）で１．８、炭化ケイ素前駆体におけるナトリウムの含有量が１．０質量％となるようにした以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素前駆体を作製した。
次いで、得られた炭化ケイ素前駆体をアルゴン雰囲気中、１８００℃にて２時間、熱処理した以外は、実施例１と同様にして、炭化ケイ素粒子を作製した。
この炭化ケイ素粒子について、Ｘ線回折による相の同定を行い、ピーク強度から回帰分析を用いて結晶相の定量を行ったところ、２Ｈ相は含まれていないことが分かった。この炭化ケイ素粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したところ、平均粒子径が３μｍであり、形状異方性がほとんど無い等方的形状の粒子であることが確認された。
【００５８】
実施例１〜１５および比較例１〜５の炭化ケイ素の製造条件と、得られた炭化ケイ素における２Ｈ相の割合、粒子長さ、形状異方性、アスペクト比および凝集状態を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の炭化ケイ素粒子は、２Ｈ相を２０％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有するものであるから、機能性フィラー、炭化ケイ素焼結体の原料、単結晶ＳｉＣ製造用原料など様々な工業分野においても、その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１で作製した炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図２】実施例２で作製した炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図３】比較例１で作製した炭化ケイ素粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有することを特徴とする炭化ケイ素粒子。
【請求項２】
前記形状異方性はアスペクト比が２以上の板状であることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素粒子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭化ケイ素粒子の集合体からなることを特徴とする炭化ケイ素粒子の凝集粒子。
【請求項４】
炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、
前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることを特徴とする炭化ケイ素粒子の製造方法。
【請求項５】
前記不活性雰囲気中における熱処理温度を１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることを特徴とする請求項４に記載の炭化ケイ素粒子の製造方法。
【請求項１】
２Ｈ相を２０質量％以上含み、粒子長さが１μｍ以下であり、かつ、形状異方性を有することを特徴とする炭化ケイ素粒子。
【請求項２】
前記形状異方性はアスペクト比が２以上の板状であることを特徴とする請求項１に記載の炭化ケイ素粒子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭化ケイ素粒子の集合体からなることを特徴とする炭化ケイ素粒子の凝集粒子。
【請求項４】
炭素源およびケイ素源を含む炭化ケイ素前駆体を不活性雰囲気中にて熱処理し、炭化ケイ素とする炭化ケイ素粒子の製造方法であって、
前記炭化ケイ素前駆体のアルカリ金属の含有量を０．１質量％以上かつ１０質量％以下とすることを特徴とする炭化ケイ素粒子の製造方法。
【請求項５】
前記不活性雰囲気中における熱処理温度を１４００℃以上かつ１７００℃以下とすることを特徴とする請求項４に記載の炭化ケイ素粒子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２６９７９８（Ｐ２００９−２６９７９８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２２６８２（Ｐ２００８−１２２６８２）
【出願日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
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