(57)【要約】【課題】微細な枝状分岐を有し表面積が大きいモール状ウィスカー及びその製造方法を提供すること。【解決手段】幹部とその表面に突出する枝部で構成され、ＣｒやＡｌを含む酸化物から成るモール状ウィスカーである。幹部が、太さ１０〜１０００ｎｍ且つ長さ０．１〜１０００μｍであり、枝部が、太さ１〜１００ｎｍ且つ長さ５〜５０００ｎｍであり、幹部上に長手方向へ１〜１０００ｎｍ毎の間隔で存在する。  ＣｒやＡｌを含む金属などを原料とし、不活性ガス雰囲気中で加熱処理してモール状ウィスカーを得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
幹部とその表面に突出する枝部で構成され、クロム及び／又はアルミニウムを含む酸化物から成ることを特徴とするモール状ウィスカー。
【請求項２】
上記幹部が、太さ１０〜１０００ｎｍ且つ長さ０．１〜１０００μｍであり、上記枝部が、太さ１〜１００ｎｍ且つ長さ５〜５０００ｎｍであり、当該幹部上に長手方向へ１〜１０００ｎｍ毎の間隔で存在することを特徴とする請求項１に記載のモール状ウィスカー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモール状ウィスカーを製造する方法であって、
クロム及び／又はアルミニウムを含む金属及び／又はセラミックスを原料とし、不活性ガス雰囲気中且つ微量酸素の存在下で加熱処理することを特徴とするモール状ウィスカーの製造方法。
【請求項４】
上記加熱処理が、アルゴン、窒素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン及びラドンから成る群より選ばれた少なくとも１種の不活性ガスを炉の容積ＶＬに対して０．１〜２ＶＬ／ｍｉｎで供給し、９００〜１１００℃で３０分以上焼成する工程からなることを特徴とする請求項３に記載のモール状ウィスカーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モール状ウィスカー及びその製造方法に係り、更に詳細には、微細な枝部が幹部に密生し、著しく大きな表面積を有するモール状ウィスカー及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素ウィスカーの製造方法として、有機珪素化合物液滴を遷移金属触媒下、窒素雰囲気中で熱分解することで、アスペクト比３０以上、直径０．０５〜０．５μｍの分岐を有する窒化珪素ウィスカーを得る方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
この方法では、供給する液滴の大きさ、供給位置、供給速度の制御が必要であり、また、得られるウィスカーは枝部が長くて太いため、触媒担時用の構造体としては大きい。
【特許文献１】特開平１０−３１６５００号公報
【０００３】
また、粉末状又は繊維状アルミニウムに酸化硼素を均一に混合・圧縮し加熱することで樹木状にウィスカーが形成されたアルミナ繊維が提案されている（例えば特許文献２参照）。
この場合は、原料となる繊維状アルミニウムを得る必要がある。また、大きさが原料繊維の太さに依存し、得られる大きさに限界がある。
【特許文献２】特開平１１−２９２７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、微細な枝状分岐を有し表面積が大きいモール状ウィスカー及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、クロム及び／又はアルミニウムを含む酸化物を一定条件下で熱処理することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、クロムやアルミニウムを含む金属やセラミックスを不活性ガス雰囲気中で加熱処理することにより、微細な枝状分岐を有し従来のウィスカーよりも表面積が著しく増大したモール状ウィスカー及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のモール状ウィスカーについて詳細に説明する。なお、本特許請求の範囲及び本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【０００８】
上述の如く、本発明のモール状ウィスカーは、幹部とその表面に突出する枝部で構成される。言い換えれば、幹部の表面に長さがほぼ均一な枝部が多数形成されており、全体として表面が滑らかではなくモール（針金に糸を撚りつけた飾紐）のような形態をとる。
具体的には、上記幹部は、太さ１０〜１０００ｎｍ且つ長さ０．１〜１０００μｍであり、上記枝部が、太さ１〜１００ｎｍ且つ長さ５〜５０００ｎｍであることが好適である。また、上記枝部は当該幹部上に長手方向へ１〜１０００ｎｍ毎の間隔で存在することが好適である。更に、当該幹部の円周方向へは１〜１０００ｎｍ毎の間隔で存在することが望ましい。
このような構成を有するモール状ウィスカーは、枝部が密生していることにより、見かけ上の体積に対する表面積が非常に大きくなるため、フィルター（不織布など）として利用できる。また、高強度で耐熱性に優れ、更に多数の分枝を有するため、フィルターだけでなく、触媒担体としても利用でき、このときは著しく大きな表面積から触媒の活性点を著しく増大させることができる。
【０００９】
ここで、幹部の幅（直径）が１００ｎｍ、幹部の長さが１０μｍである２つのウィスカーを用いて、本発明のモール状ウィスカーを説明する。
図１は、本願発明の一実施形態であって、幹部の表面に、幅が約５ｎｍ、長さが１００ｎｍの枝部が２０ｎｍ毎に形成されているモール状ウィスカーの拡大概略図である。詳しくは、幹部の長さ１０μｍ当たりに枝部を７５００本（円周で１５本生えている場合）有する。また、全体の表面積は５．０２×１０７ｎｍ２である。実体積は６．６８×１０８ｎｍ３である。枝部間の空隙も含めた空間占有体積（点線で示した全体が収まる円柱）は７．０７×１０８ｎｍ３である。
一方、図２は、従来から知られるウィスカーの拡大概略図であって、幹部の表面に、幅が５０ｎｍ、長さ１．５μｍの枝部が２００ｎｍ毎に形成されている。詳しくは、幹部の長さ１０μｍ当たりに枝部を２００本（円周で４本生えている場合）有する。また、全体の表面積は１．４９×１０７ｎｍ２である。実体積は９．３２×１０７ｎｍ３である。枝部間の空隙も含めた空間占有体積（点線で示した全体が収まる円柱）は７．５５×１０１０ｎｍ３である。
【００１０】
図１及び図２に示すように、これらのウィスカーは、同じ材料（密度）で構成されているとすると、実体積と重量は比例するので、単位重量当たりの表面積はモール状ウィスカー（図１）が従来例（図２）の約２倍となる。また、空隙を含めた占有体積における表面積を比較すると、おおよそ同じ体積（空間）における表面積は、モール状ウィスカーが従来例の約３２倍となる。
以上のことから、単位占有体積又は単位重量当たりの表面積の増加より、触媒の担持可能な面積が増加すること、幹部となるウィスカーの単位長さ当たりの枝部の数の増加より、湿式法などを用いた場合の触媒担持の効率が向上することが明らかである。特に、触媒等の機能性材料を担持させる基材としてより好適であるといえる。
【００１１】
また、本発明のモール状ウィスカーは、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）のいずれか一方又は双方を含む酸化物から成る。ＣｒやＡｌは、蒸気圧が比較的低く（１０００℃ではＣｒ：約１．３３×１０−２Ｐａ、Ａｌ：約２．６６×１０−３Ｐａ）、簡易にモール状ウィスカーを得る材料として適している。
これより、高強度で耐熱性に優れたモール状ウィスカーが簡易に得られ、また、多くの分岐があることで相互に絡み易いフィルターや触媒担持体を簡易に製造できる。
【００１２】
なお、本発明のモール状ウィスカーの成長メカニズムは、現時点では明らかではないが、おそらくＶＬＳ（Ｖａｐｏｕｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ）成長によるものであると推察できる。ここで、ＶＬＳ成長とは、気相、液相及び固相の３相が同時に関与する成長機構である。本発明では、例えば、ＣｒやＡｌの蒸気を気相、原料の合金表面に融解した合金を液相、融解していない合金を固相、とした３相が関与するＶＬＳ成長によりモール状ウィスカーが形成されると考えられる。
【００１３】
次に、本発明のモール状ウィスカーの製造方法について詳細に説明する。
本発明の製造方法は、まず、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）のいずれか一方又は双方を含む金属、セラミックスのいずれか一方又は双方を原料（基体）として用意する。即ち、Ｃｒ含有金属、Ｃｒ含有セラミックス、Ａｌ含有金属又はＡｌ含有セラミックス、及びこれらを任意に組合せたものを用意する。次いで、この原料を不活性ガス雰囲気中且つ微量酸素の存在下で加熱処理することにより、モール状ウィスカーを得るものである。
【００１４】
ここで、ＣｒやＡｌを含有する金属としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）との合金などが挙げられる。また、ＣｒやＡｌを含有するセラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、ホウ化アルミニウム、ムライト（アルミナとシリカの複合酸化物）、コージライト（アルミナ、マグネシア、シリカの複合酸化物）、チタン酸アルミ、ジルコン酸アルミ、炭化アルミニウム、酸化クロム、炭化クロム、ホウ化クロム及びこれらの混合物などが挙げられる。
なお、本発明のモール状ウィスカーが上述のＶＬＳ成長によるものであると考えると、これら原料中には、例えばリン（Ｐ）などの低融点成分を含んでもよい。当該低融点成分は、原料の表面に局所的に融解し易く、これが幹部形成のきっかけと成るからである。但し、当該低融点成分は、必ずしも原料に添加する必要は無く、不可避不純物としての含有量で足りると考えられる。また、これらの成分を含まない場合にもウィスカーの形成は可能である。
【００１５】
また、上記不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン及びラドン、又はこれらを任意に組合わせたガスを使用できる。
更に、加熱処理においては、これら不活性ガスとともに、微量の酸素が存在することを要する。これは、原料から形成される幹部及び枝部は、ＣｒやＡｌを含有する酸化物として成長するからである。但し、当該酸素は、反応器内に不活性ガスを送入する際に残存する程度（１〜１０００ｐｐｍ程度）で足りる。
更にまた、加熱処理においては、焼成温度は使用する炉や試料の大きさ形状などにも依存するが、例えば炉の容積が３Ｌの場合には、不活性ガスを０．１〜５Ｌ／ｍｉｎで供給し、９００〜１１００℃で３０〜１０００分間焼成することが好適である。このときは、複雑な製造工程を経ずに、一段階で幹部及び枝部を有するモール状ウィスカーが得られる。
【００１６】
本発明のモール状ウィスカーは、上述のような微細構造とも相俟って、フィルターや各種薬剤を担持させる担体としてのみならず、微小な導電材やクッション材、防振材としても有用である。
例えば、燃料電池（ＦＣ）、キャパシタにおける集電体として利用することが可能である。ＦＣの集電体として用いれば、その防振効果やクッション性から電極を破損から保護するのに極めて有用である。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１８】
（実施例１）
７５％Ｎｉ−１５％Ｃｒ−８％Ｆｅの多孔質焼結体金属を原料として使用した。この多孔質焼結体金属を、図５に示すように、不活性ガスとしてアルゴン１ｌ／ｍｉｎを供給しながら１１００℃で１時間焼成し、冷却して、多孔質焼結体金属表面にモール状ウィスカーを形成した。
幹部となるウィスカーの径は１０ｎｍ〜２００ｎｍ、長さは５〜２００μｍであり、枝部の径は１〜５０ｎｍ、アスペクト比３以上であった。得られたウィスカーの写真を図３に示す。このウィスカーについてＥＤＸで組成分析を行ったところ、クロムと酸素が主成分であった
【００１９】
（実施例２）
７０％Ｆｅ−１８％Ｃｒ−１０％Ａｌの多孔質焼結体金属を原料として使用した。この多孔質焼結体金属を、図５に示すように、不活性ガスとしてアルゴン１ｌ／ｍｉｎを供給しながら１１００℃で１時間焼成し、冷却して、多孔質焼結体金属表面にモール状ウィスカーを形成した。
幹部となるウィスカーの径は１０ｎｍ〜２００ｎｍ、長さは５〜１００μｍであり、枝部の径は１〜２０ｎｍ、アスペクト比５以上であった。得られたウィスカーの写真を図４に示す。このウィスカーについてＥＤＸで組成分析を行ったところアルミニウムと酸素が主成分であった
【００２０】
以上、本発明を若干の好適実施例により詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
例えば、原料基体としてはインコネル、ハステロイ及びステンレスなども使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のモール状ウィスカーの一例を示す概略図である。
【図２】従来の枝付ウィスカーの一例を示す概略図である。
【図３】実施例１で得られたモール状ウィスカーの拡大写真である。
【図４】実施例２で得られたモール状ウィスカーの拡大写真である。
【図５】反応器の一例を示す概念的な断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  幹部
２  枝部
１０  多孔質焼結体金属
１１  電気炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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