DE1258850B - Process for the production of pure silicon carbide - Google Patents

Process for the production of pure silicon carbide

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DE1258850B
DE1258850B DEL53528A DEL0053528A DE1258850B DE 1258850 B DE1258850 B DE 1258850B DE L53528 A DEL53528 A DE L53528A DE L0053528 A DEL0053528 A DE L0053528A DE 1258850 B DE1258850 B DE 1258850B
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/956Silicon carbide
    • C01B32/963Preparation from compounds containing silicon
    • C01B32/984Preparation from elemental silicon

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Description

Verfahren zur Herstellung von reinem Siliciumcarbid Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem Siliciumcarbid aus der Gasphase.Process for making pure silicon carbide The invention relates to a process for the production of pure silicon carbide from the gas phase.

Aus wissenschaftlichen Untersuchungen ist es bekannt, daß aus kondensiertem (flüssigem oder festem) Silicium und CO-Gas bei höheren Temperaturen Siliciumcarbid entstehen kann, welches aber sauerstoffhaltig bzw. Si0z-haltig ist.From scientific studies it is known that from condensed (liquid or solid) silicon and CO gas at higher temperatures silicon carbide can arise, which, however, contains oxygen or Si0z.

Es ist auch bekannt, Siliciumcarbid durch Umsetzung von Si0-Gas mit festem Kohlenstoff bei etwa 1400°C oder durch Umsetzung von SiO-CO-Gasgemischen mit gasförmigen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffverbindungen, wie Methan, Aceton, zu bilden. CO spielt in diesem Fall ausschließlich die Rolle eines Verdünnungsmittels, da bei Temperaturen von über 1400°C Si0-Gas sehr stabil neben CO ist. Davon abgesehen entstehen nach jenem bekannten Verfahren, indem beim Abkühlen von SiO-CO-Gemischen durch disproportionierenden Zerfall Si, SiO2, C, CO, entstehen, große Mengen Verunreinigungen, wie Ruß, SiOrest oder SiO2.It is also known to form silicon carbide by reacting SiO gas with solid carbon at about 1400 ° C. or by reacting SiO-CO gas mixtures with gaseous hydrogen-containing carbon compounds, such as methane, acetone. In this case, CO only plays the role of a diluent, since SiO gas is very stable alongside CO at temperatures above 1400 ° C. Apart from that caused by known methods by arise during cooling of the SiO-CO mixtures by disproportionating decay Si, SiO2, C, CO, large amounts of impurities such as carbon black, SiOrest or SiO2.

Die Beseitigung dieser Verunreinigung macht große Schwierigkeiten, da das anfallende Siliciumcarbid äußerst feinteilig und so leicht oxydierbar ist.The elimination of this impurity makes it very difficult because the resulting silicon carbide is extremely finely divided and so easily oxidized.

Man hat weiter, anläßlich wissenschaftlicher Untersuchungen, bei 1850°C in kleinstem Maßstab eine Bildung von 0,25 mm starken, 1 bis 2 mm langen Nadeln von Siliciumcarbid aus Si-Gas sehr kleinen Partialdrucks und Toluoldampf an den Wänden eines Graphitrohres beobachtet. Größere Kristalle zu erhalten gelang nicht.One has further, on the occasion of scientific investigations, at 1850 ° C a formation of 0.25 mm thick, 1 to 2 mm long needles on a very small scale of silicon carbide from Si gas of very small partial pressure and toluene vapor to the Walls of a graphite tube observed. It was not possible to obtain larger crystals.

Es ist ferner bekannt, reine, wohlausgebildete Si-Carbid-Kristalle herzustellen, indem Si-Carbid bei 2500 bis 2650°C in einem keine örtlichen Temperaturunterschiede aufweisenden Gefäß in einer im wesentlichen ruhenden und nicht an Reaktionen teilhabenden Atmosphäre von Edelgasen, von HZ oder von Kohlenoxyd umsublimiert wird; das zugeführte Schutzgas steht mit dem Reaktionsgefäß nur einseitig in Verbindung. Hierbei verflüchtigt sich zwangläufig ein Teil des bei der Verdampfung des SiC durch Zersetzung gebildeten Si-Dampfes und geht für den Prozeß mehr oder weniger verloren. Bei jener Arbeitsweise geht der Umsublimationsprozeß sehr langsam mit sehr beschränkter Mengenausbeute vor sich.It is also known to have pure, well-formed Si carbide crystals Manufacture by Si carbide at 2500 to 2650 ° C in a no local temperature differences having vessel in an essentially resting and not participating in reactions Atmosphere is sublimated by noble gases, HZ or carbon oxide; the supplied Protective gas is only connected to the reaction vessel on one side. This evaporated Inevitably, part of the decomposition formed during the evaporation of the SiC Si vapor and is more or less lost for the process. With that way of working the sublimation process goes very slowly with a very limited yield in front of you.

Es ist weiter bekannt, durch unmittelbare Synthese aus Silicium und Kohlenstoff hexagonale SiC-Kristalle herzustellen, indem man in einer ein von außen nach innen verlaufendes Temperaturgefälle aufweisenden Graphitkammer, die sich in einem auf 2300 bis 2500°C erhitzten Ofen befindet, in einer Inertgasatmosphäre oder in einer Kohlenoxyd-Stickstoff-Atmosphäre mit nicht mehr als etwa 1 Molprozent Stickstoff Silicium verdampft und den Dampf auf senkrecht oder nahezu senkrecht zum Temperaturgefälle angeordnete Kohlenstoffflächen einwirken läßt. Infolge Silicierung der angewandten Kohlenstofffläche tritt eine allmähliche Zermürbung der Kohlenstoffbauteile ein. Der mehr oder weniger unter Zerbröckeln des Kohlenstoffs entstehende kleinkristallinere und mit Verunreinigungen des Kohlenstoffs belastete weniger wertvolle Teil des gebildeten Si-Carbids verunreinigt das erstrebte wertvollere großkristalline Si-Carbid.It is further known by direct synthesis from silicon and Manufacture carbon hexagonal SiC crystals by putting in a one from the outside inwardly running temperature gradient having graphite chamber, which is in an oven heated to 2300 to 2500 ° C, in an inert gas atmosphere or in a carbon dioxide-nitrogen atmosphere with no more than about 1 mole percent nitrogen Silicon evaporates and the steam on perpendicular or almost perpendicular to the temperature gradient arranged carbon surfaces can act. As a result of the siliconization of the applied Carbon surface, the carbon components gradually wear down. The more or less small-crystalline carbon that arises more or less as the carbon crumbles and less valuable part of the formed contaminated with impurities of carbon Si carbide contaminates the desired, more valuable, large crystalline Si carbide.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung von Si-Carbid aus der Gasphase aus, bei welchem mindestens ein Si-haltiger, sauerstofl= und wasserstofffreier Reaktionsteilnehmer mit mindestens einem C-haltigen Reaktionspartner bei Temperaturen über 1400°C umgesetzt wird.The invention relates to a process for the production of Si carbide from the gas phase, in which at least one Si-containing, oxygen-free and hydrogen-free Reactants with at least one C-containing reactant at temperatures is implemented above 1400 ° C.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird Si-Carbid durch Gasphasenreaktion von SiC14 mit einem halogenierten Kohlenwasserstoff bei 800 bis 2500°C, insbesondere 1400 bis 2000°C hergestellt.In a known method of this type, Si carbide is produced by gas phase reaction of SiC14 with a halogenated hydrocarbon at 800 to 2500 ° C, in particular 1400 to 2000 ° C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, besonders reines Si-Carbid herzustellen.The invention is based on the object of providing particularly pure Si carbide to manufacture.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Reaktionspartner, von denen die Si-haltigen und/ oder die C-haltigen halogenfrei sind, bei 1400 bis 2350°C umgesetzt werden.This is achieved according to the invention in that the reactants, of which the Si-containing and / or the C-containing are halogen-free, at 1400 to 2350 ° C are implemented.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden gasförmiges Silicium und/oder sauerstofffreie, wasserstofffreie gasförmige Si-Verbindungen mit gasförmigen C-Verbindungen zusammengeführt und bei 1400 bis 2350°C umgesetzt, wobei sich Siliciumcarbid aus der Gasphase ausscheidet. Dabei kann so vorgegangen werden, daß man beide Reaktionspartner in ein. Reaktionsgefäß einführt und dann erhitzt. Vorzugsweise wird man aber so vorgehen, daß man die Reaktionspartner, getrennt oder zusammen, z. B. in. kontinuierlicher Weise, in das auf Reaktionstemperatur erhitzte Reaktionsgefäß einführt. Selbstverständlich können die Reaktionspartner auch einzeln erhitzt und dann bei Reaktionstemperatur umgesetzt werden.According to one embodiment of the invention, gaseous silicon and / or oxygen-free, hydrogen-free gaseous Si compounds with gaseous C compounds merged and reacted at 1400 to 2350 ° C, with silicon carbide separates from the gas phase. The procedure here is to use both reactants in a. Reaction vessel introduces and then heated. Preferably but one will proceed in such a way that the reactants, separately or together, z. B. in. Continuous manner, in the reaction vessel heated to the reaction temperature introduces. Of course, the reactants can also be heated and individually then reacted at the reaction temperature.

Besteht einer der Reaktionspartner aus einer halogenhaltigen Verbindung, ist es vorteilhaft, den halogenfreien Reaktionspartner auf Temperaturen über der Reaktionstemperatur zu erhitzen und den auf niedrigeren Temperaturen gehaltenen halogenhaltigen Partner zuzusetzen. Dabei muß aber die Reaktionstemperatur von 1400 bis 2350°C erhalten bzw. beibehalten werden.If one of the reactants consists of a halogen-containing compound, it is advantageous to bring the halogen-free reactants to temperatures above the To heat the reaction temperature and that kept at lower temperatures to add halogen-containing partners. But the reaction temperature of 1400 can be maintained or maintained up to 2350 ° C.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Gemische der gasförmigen Reaktionspartner (z. B. Si-Gas und CO-haltiges Gas) bei hohen Temperaturen, z. B. 2450 bis 2800°C, gebildet und auf Temperaturen von 1400 bis 2350°C, z. B. 1900 bis 2350'C, abgekühlt. Aus dem reagierenden und sich abkühlenden Gas kann das sich bildende Siliciumcarbid nach für die Abscheidung fester Stoffe bei hohen Temperaturen bekannten Methoden, z. B. in Abscheidekammern, Zyklonen, an Aufwachsflächen, Aufwachskeimen, bei Temperaturen oberhalb 1400°C abgeschieden werden.According to a further embodiment of the invention, mixtures of the gaseous reactants (z. B. Si gas and CO-containing gas) at high temperatures, z. B. 2450 to 2800 ° C, formed and at temperatures of 1400 to 2350 ° C, z. B. 1900 to 2350'C, cooled. From the reacting and cooling gas, the silicon carbide which is formed can be removed by methods known for the deposition of solids at high temperatures, e.g. B. in separation chambers, cyclones, on growth surfaces, growth germs, at temperatures above 1400 ° C are deposited.

Als C-Quelle für die SiC-Bildung werden beim Verfahren der Erfindung C-haltige Gase, insbesondere CO-Gas, und als Si Quelle vorzugsweise elementares Si-Gas, gegebenenfalls außerdem noch Si-Carbidgase, wie SiCZ Gas und SiZCGas, und andere Si-Carbidmoleküle enthaltende Gase, gegebenenfalls im Gemisch mit Inertgasen, eingesetzt.As a C source for SiC formation in the method of the invention C-containing gases, especially CO gas, and preferably elemental as Si source Si gas, possibly also Si carbide gases, such as SiCZ gas and SiZC gas, and gases containing other Si carbide molecules, possibly mixed with inert gases, used.

Als weitere Si-Quelle bzw. als C-Quelle können andere diese Elemente enthaltende Gase, wie z. B. S'C14, Kohlenwasserstoffgas und CC14-Gas, ganz oder teilweise in das Verfahren eingesetzt werden. Der an sich bekannten Mitverwendung von H2 als Halogenreduktor steht auch beim Verfahren der Erfindung nichts im Wege.These elements can be used as a further Si source or as a C source containing gases, such as. B. S'C14, hydrocarbon gas and CC14 gas, whole or are partly used in the process. The per se known co-use Nothing stands in the way of H2 as a halogen reductor in the process of the invention either.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wrid von elementaren Si-Gasen und CO-haltigen Gasen ausgegangen, die sich bei Temperaturen von 2450 bis 2800'C in praktisch wesentlichen Gebieten der SiGas - COGas - SiOGas-Gemische im Gleichgewicht befinden. Das Gemisch wird in kontinuierlicher oder in halbkontinuierlicher Arbeitsweise auf 1900 bis 2350°C abgekühlt.According to an advantageous embodiment, elementary Si gases and CO-containing gases are assumed which are in equilibrium at temperatures of 2450 to 2800 ° C. in practically essential areas of SiGas - COGas - SiOGas mixtures. The mixture is cooled to 1900 to 2350 ° C. in a continuous or semicontinuous procedure.

Die für das vorliegende Verfahren zur Herstellung von reinem Siliciumcarbid einzusetzenden Si-haltigen bzw. C-haltigen Gase können nach bekannten Verfahren, z. B. wie folgt hergestellt werden: Verdampfen von Silicum; thermische oder chemische Zersetzung von handelsüblichem, weniger reinem Si-Carbid; chemische, Si-Gasbildende Reaktionen, wie z. B. nach Si02 + SiC @ 2 CO + 3 SiGag bei hohen Temperaturen unter Einsatz von Quarz, Kieselsäure oder Silikaten unter etwelchen, thermodynamisch dem Fachmann geeignet erscheinenden Drücken und Temperaturen, gegebenenfalls unter Anwendung von Trägergasen, oder durch Einwirkenlassen von Si0-Gas auf festes Si-Carbid; wendet man ausreichend hohe Temperaturen an, so kann gewünschtenfalls ohne Trägergas oder mit sehr kleinen Mengen desselben gearbeitet werden. Das Erzeugen von Si-haltigem Gas kann z. B. in bekannter Weise im Wirbelbett unter Normaldruck, Unterdruck oder Überdruck mit oder ohne Hilfe von Trägergasen erfolgen. Ebenso kann das erfindungsgemäße Verfahren der aus der Gasphase erfolgenden SiC-Abscheidung selbst unter Normaldruck, Unterdruck oder Überdruck ausgeführt werden. Überdruck insbesondere begünstigt im Regelfall das Ausmaß der erfindungsgemäßen SiC-Abscheidung.The Si-containing or C-containing gases to be used for the present process for the production of pure silicon carbide can be prepared by known processes, e.g. B. be prepared as follows: evaporation of silicon; thermal or chemical decomposition of commercially available, less pure Si carbide; chemical, Si gas-forming reactions, such as. B. after Si02 + SiC @ 2 CO + 3 SiGag at high temperatures using quartz, silica or silicates under some pressures and temperatures that appear thermodynamically suitable to the person skilled in the art, if appropriate using carrier gases, or by allowing SiO gas to act on solid Si carbide; if sufficiently high temperatures are used, it is possible, if desired, to work without a carrier gas or with very small amounts of the same. The generation of Si-containing gas can, for. B. in a known manner in a fluidized bed under normal pressure, negative pressure or positive pressure with or without the aid of carrier gases. Likewise, the method according to the invention of SiC deposition taking place from the gas phase can itself be carried out under normal pressure, underpressure or overpressure. Overpressure in particular generally favors the extent of the SiC deposition according to the invention.

Die Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist nicht an eine reaktive Einwirkung und Mitwirkung von elementarem Kohlenstoff gebunden. Es können sogar gefahrlos kompakte kohlenstoffhaltige Werkstoffe, wie Graphit oder gegebenenfalls teilweise oder ganz in Si-Carbid umgewandelte Kohlenstoffkörper, als Baustoffe für Rohrleitungen, Reaktionskammern, Abscheidungskammern und Siebe verwendet werden, da beim erfindungsgemäßen Verfahren das Innere der C-Werkstoffe unter einer äußerlichen SiC-Schicht und/oder unter einem sich einstellenden CO-Polster wesentlich gegen zerstörende Zersetzung durch Si-Gas und/oder Si0-Gas geschützt wird.The implementation of the method of the invention is not intended to be reactive Action and contribution of elemental carbon bound. It can even safe, compact carbonaceous materials, such as graphite or possibly Carbon bodies partially or completely converted into Si carbide, as building materials for Pipelines, reaction chambers, separation chambers and sieves are used, because in the method according to the invention the inside of the C-materials under an external one SiC layer and / or under an adjusting CO cushion substantially against destructive decomposition is protected by Si gas and / or SiO gas.

Davon abgesehen stehen Werkstoffe zur Verfügung, die gegenüber Si0-haltigen Gasen ziemlich beständig sind, wie z. B. Zr-Carbid, Ti-Carbid, gemischte Carbide sowie Boride oder Nitride, z. B. Bornitrid.Apart from that, materials are available that are compared to those containing Si0 Gases are fairly stable, such as B. Zr carbide, Ti carbide, mixed carbides as well as borides or nitrides, e.g. B. boron nitride.

Bei der SiC-Bildung aus Si-Gas und CO entstehen als Nebenprodukt niedrige Si-O-Verbindungen enthaltende Gase. Diese können mit gegebenenfalls in besonderen Räumen vorgelegten, größere Reaktionsflächen bietenden Kohlenstoffmengen bei Temperaturen von mehr als 1200°C, vorzugsweise von mehr als 1400 bis höchstens etwa 22.00°C, zusammengeführt werden, wobei weitere Mengen Si-Carbid abgeschieden werden. Durch die besagte SiO-Gas-Entfernung wird gleichzeitig das Entstehen von verunreinigendem Si02 bei tieferen Temperaturen vermieden, da der SiO-Gehalt unter seine Disproportionierungsgrenze zu Si0s und Si bzw. zu SiO2 und SiC. (infolge Gegenwart von CO) herabgedrückt wird. Es wird erfindungsgemäß bei Benutzung des Reaktionssystems 2 SiGas -E- CO Z--e SiC + si0 vorteilhaft so gearbeitet (bei solchen Si0-Partialdrücken), daß der Si0-Teildruck stets mindestens die Grenze der Disproportionierung zu Silicium und SiO, nicht überschreitet.When SiC is formed from Si gas and CO, gases containing low levels of Si — O compounds are produced as a by-product. These can be combined with larger amounts of carbon, which may be provided in special rooms, at temperatures of more than 1200 ° C., preferably from more than 1400 to at most about 22.00 ° C., further amounts of Si carbide being deposited. The aforementioned SiO gas removal simultaneously prevents the formation of contaminating SiO2 at lower temperatures, since the SiO content is below its disproportionation limit to SiOs and Si or to SiO2 and SiC. (due to the presence of CO) is depressed. According to the invention, when the reaction system 2 SiGas -E- CO Z-e SiC + si0 is used, it is advantageous to work (at such Si0 partial pressures) that the Si0 partial pressure always does not exceed at least the limit of disproportionation to silicon and SiO.

Das bei dieser Ausführungsform der Erfindung entstehende Si0-Gas kann auch abgezogen oder mit entfernt vorgelegtem Kohlenstoff zu SiC unter CO-Entwicklung umgesetzt werden.The SiO gas produced in this embodiment of the invention can also withdrawn or with removed carbon to SiC with evolution of CO implemented.

Das Si0-Gas kann auch durch Inberührungbringen mit auf über 2300 bis 2600°C erhitztem SiC wieder in SiGas reicheres Gas übergeführt werden gemäß der bei hohen Temperaturen weitgehend von rechts nach links verlaufenden Reaktion der Gleichung 2 Sic,as -f- CO H Si.C + SiOGas die umgekehrt von links nach rechts verläuft, wenn die Temperatur des Gasgemisches genügend weit, z. B. bis etwa 1900'C, ermäßigt wird.The SiO gas can also be converted back into SiGas-rich gas by contacting SiC heated to over 2300 to 2600 ° C, according to the reaction of equation 2 Sic, as -f- CO H Si, which runs largely from right to left at high temperatures. C + SiOGas which runs inversely from left to right when the temperature of the gas mixture is sufficiently high, e.g. B. to about 1900'C, is reduced.

Je langsamer die Abkühlung bzw. Strömung der Gase, desto größer und regelmäßiger ist die Abscheidung der Kristalle. Je nach der im. einzelnen gewählten Anordnung erfolgt die Abscheidung entweder als schwebende Kristalle, Fasern, watteartige Formen oder/und als Aufwachskristalle an den Gefäßwänden, von wo sie entnommen werden können. Mischt man z. B. das heiße Si-haltige Gas mit verhältnismäßig kühlem CO-Gas, so daß das entstehende Gasgemisch nur eine mäßige Temperatur von z. B. 1950'C aufweist, so wird eine rasche Ausscheidung als schwebende Teilchen ermöglicht. Letztere kann man z. B. durch Absetzenlassen von den Gasen trennen. Die Abtrennung der gebildeten Si0-haltigen Gase vom gebildeten Si-Carbid erfolgt zweckmäßig dort, wo das Gasgemisch noch genügend heiß ist, und bevor es so weit abgekühlt ist, daß die Gefahr der Ausscheidung von Verunreinigungen, wie SiO2, durch Disproportionierung von SiO oder durch dessen Reaktion mit CO besteht.The slower the cooling or the flow of the gases, the greater and more regular the separation of the crystals. Depending on the im. Depending on the chosen arrangement, the deposition takes place either as floating crystals, fibers, cotton wool-like shapes and / or as growth crystals on the vessel walls, from where they can be removed. If you mix z. B. the hot Si-containing gas with relatively cool CO gas, so that the resulting gas mixture only has a moderate temperature of z. B. 1950'C , a rapid excretion as floating particles is made possible. The latter can be used e.g. B. separated by settling from the gases. The separation of the formed Si0-containing gases from the formed Si-carbide takes place where the gas mixture is still hot enough and before it has cooled down so far that there is a risk of impurities, such as SiO2, being precipitated by disproportionation of SiO or by whose reaction with CO exists.

Das bei den erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Si-Carbid einschließlich des gegebenenfalls aus Si-O-Gasen und Kohlenstoff gebildeten weiteren Si-Carbids kann z. B. in an sich bekannter Weise in einer Wirbelschicht, z. B. aus SiC-Körnern, abgeschieden werden.Including the Si carbide formed in the process according to the invention of the further Si carbide optionally formed from Si-O gases and carbon can e.g. B. in a known manner in a fluidized bed, for. B. from SiC grains, to be deposited.

Wendet man als Trägerkörper der Wirbelschicht Kohlenstoffteilchen an, so kann man zwar mit diesen ebenfalls eine Abscheidung von SiC-Kriställchen aus Si- und CO-haltigen Gasen erzielen. Aus Si0-haltigen Gasen indes, wie sie z. B. nach der Abscheidung und gegebenenfalls schon während der SiC-Abscheidung vorliegen, und solchen Kohlenstoffkörnern entsteht mit zunehmender Infiltrierung der letzteren in bekannter Weise mit den Si0-haltigen Gasen weiteres, jedoch nicht aus der Gasphase gebildetes Si-Carbid, welches bei nicht zu hohen Temperaturen sehr klein kristallin ist. In letzterem Fall wird zwar keine ganz reine Gasphasenreaktion erzielt, man hat aber den Vorteil, daß eine praktisch restlose Abscheidung des gesamten Si-Gehalts der Gase in verhältnismäßig kleinem Raum in kurzer Zeit erzielt wird.If carbon particles are used as the carrier body of the fluidized bed on, it is true that these can also be used to deposit SiC crystals from gases containing Si and CO. From Si0-containing gases, however, as they are z. B. be present after the deposition and possibly already during the SiC deposition, and such carbon grains arise as the latter infiltrates in a known manner with the Si0-containing gases further, but not from the gas phase formed Si carbide, which is very small in crystalline form at temperatures that are not too high is. In the latter case, a completely pure gas phase reaction is not achieved, man but has the advantage that a practically complete deposition of the entire Si content the gases is achieved in a relatively small space in a short time.

Gewünschtenfalls kann man zwecks Erzielens von Si-Carbid besonderer Eigenschaften nach an sich bekannten Methoden, wie durch Zumischen von gasförmigen Substanzen (wie Al-haltige, N-haltige, B-haltige) in die Eingangsgase des Prozesses, eine Dotierung des zu erzeugenden Si-Carbids mit entsprechenden Fremdelementen bewirken.If desired, more specific ones can be used for the purpose of obtaining Si carbide Properties according to methods known per se, such as by adding gaseous Substances (such as Al-containing, N-containing, B-containing) in the input gases of the process, cause doping of the Si carbide to be produced with corresponding foreign elements.

Auch die Kristallform des erfindungsgemäß erzeugten Siliciumcarbids ist beeinflußbar. Im allgemeinen begünstigen hohe Temperatur und sehr langsame Kristallisationsgeschwindigkeit die hexagonalen Formen, niedrige Temperaturen (nicht ohne Ausnahme) die kubischen Formen und faserige, watteartige Formen und sehr rasche Bildungsgeschwindigkeit andererseits die Entstehung von röntgenamorphem Siliciumcarbid.Also the crystal form of the silicon carbide produced according to the invention can be influenced. In general, high temperature and very slow rate of crystallization favor the hexagonal shapes, low temperatures (not without exception) the cubic ones Shapes and fibrous, cotton-like shapes and very rapid formation rate on the other hand, the formation of X-ray amorphous silicon carbide.

Die Durchführung der Verfahren der Erfindung kann nach an sich für die Durchführung von unter Abscheidung fester Stoffe verlaufenden Gasreaktionen bei hohen Temperaturen bekannten technologischen Methoden erfolgen, ebenso die hier mehrfach erwähnte Aufarbeitung der anfallenden, niedrige Si-O-Verbindungen enthaltenden Gase. Beispiel In einem von Inertgas (Ar, He, HZ) durchströmten beheizten Rohr aus Si-beständigem, zweckmäßig ziemlich gasdichtem Material (z. B. silicierter Graphit oder oberflächlich silicierter pyrolytischer Kohlenstoff) wird durch Verdunsten oder Verdampfen von flüssigem Silicium bei 2300 bis 2600°C ein Inertgas-Si-Gas-Gemisch erzeugt. Als Verdampferrohr kann das Heizrohr oder ein darin eingelegtes engeres Rohr (Innenrohr) dienen. Die Lage dieses Verdampfers kann schräg, waagerecht oder senkrecht sein und das Silicium sich in durchlochten Tiegeln, Schiffchen od. dgl. befinden. Der erzeugte, Si-Gas enthaltende Gasstrom wird mit strömendem oder ruhendem CO-Gas gemischt. Alsbald scheidet sich aus dem gemischten Gas Si-Carbid ab, welche Ausscheidung durch Anwenden fallender Temperatur des Gasgemisches verstärkt wird.The implementation of the method of the invention can be per se for the implementation of gas reactions proceeding with the separation of solid substances Known technological methods are carried out at high temperatures, as are those here repeatedly mentioned work-up of the resulting, low Si-O-compounds containing Gases. Example In a heated tube through which inert gas (Ar, He, HZ) flows Si-resistant, expediently fairly gas-tight material (e.g. siliconized graphite or superficially siliconized pyrolytic carbon) is produced by evaporation or evaporation of liquid silicon at 2300 to 2600 ° C an inert gas-Si-gas mixture generated. The heating tube or a narrower one inserted therein can be used as the evaporator tube Serving tube (inner tube). The position of this evaporator can be inclined, horizontal or be vertical and the silicon is in perforated crucibles, boats or the like. are located. The generated gas stream containing Si gas is flowing or resting CO gas mixed. Immediately from the mixed gas Si carbide separates out, which Excretion is enhanced by applying falling temperature of the gas mixture.

Der vorerwähnte beispielsweise genannte Ofen ist mit geräumigen, in zweckmäßigem Ausmaß warm haltbaren großen, das Heizrohr und Innenrohr umgebenden Räumen und zwei größeren Austrags- und Abführungsöffnungen für Gase und für daraus sich abscheidende bzw. darin suspendierte Feststoffe, wie insbesondere Si-Carbid, versehen. Im heißesten, dem Heizrohr verhältnismäßig nahen Teil dieser Räume scheiden sich die aus der Gasphase gebildeten SiOzfreien Si-Carbidkristalle an den Wänden und als Feststoffsuspension im Gasraum ab. Im weniger heißen Teil, unterhalb etwa 1950 bis 2050°C, wird das entstandene Si0-haltige Gasgemisch durch eine poröse, gekörnte Kohlenstoffmasse geführt, wobei das Si0-Gas mit Kohlenstoff unter Bildung von langsam tiefer gehenden SiC-Oberflächenschichten praktisch quantitativ reagiert. Dadurch wird die Gefahr, bei weiterem Abkühlen auf noch tiefere Temperatur Si02-haltige Produkte durch Selbstdisproportionierung des Si0-Gases oder durch Reaktion mit CO-Gas abzuscheiden, vermieden.The aforementioned oven, for example, is provided with spacious, in suitable extent, warm, large, surrounding the heating pipe and inner pipe Rooms and two larger discharge and discharge openings for gases and for them solids deposited or suspended therein, such as in particular Si carbide, Mistake. Divide in the hottest part of these rooms, which is relatively close to the heating pipe the SiO2-free Si carbide crystals formed from the gas phase hang on the walls and as a solid suspension in the gas space. In the less hot part, below about 1950 to 2050 ° C, the resulting Si0-containing gas mixture is transported through a porous, granular carbon mass led, whereby the Si0 gas with carbon under formation of slowly deeper SiC surface layers reacts practically quantitatively. This increases the risk of SiO2-containing substances if the temperature is further cooled down to an even lower temperature Products through self-disproportionation of the Si0 gas or through reaction with CO gas to deposit, avoided.

Analog wird durch Überleiten eines CO-haltigen Gases über verdampfendes Silicium bei hohen Temperaturen ein mit gasförmigen Si-Carbiden gesättigtes CO-SiGas-SiO-Gleichgewichtsgasgemisch erzeugt und durch Abkühlen auf 1900 bis 2000°C Si-Carbid aus der Gasphase abgeschieden.The same is done by passing a gas containing CO over an evaporating gas Silicon at high temperatures is a CO-SiGas-SiO equilibrium gas mixture saturated with gaseous Si carbides generated and deposited by cooling to 1900 to 2000 ° C Si carbide from the gas phase.

Die Tafel gibt das nicht bekannte Diagramm der Gesamtgasgleichgewichte bei einem Gesamtgasdruck von einer Atmosphäre für den Fall des maximal ausnutzbaren SiGas-Grenzdrucks (physikalischer Sättigungsdruck des Siliciums) und des maximalen Teildrucks an Si-Carbiden, wie SiC2 und Si2C, wieder. Die CO- und Si0-Gleichgewichtsdrücke PCo und Psio wurden an Hand der ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung berechneten freien Energien und Gleichgewichtskonstanten ermittelt.The table gives the unknown diagram of the total gas equilibrium at a total gas pressure of one atmosphere for the case of the maximum exploitable SiGas limit pressure (physical saturation pressure of silicon) and the maximum Partial pressure on Si carbides, such as SiC2 and Si2C, again. The CO and Si0 equilibrium pressures PCo and Psio were also calculated on the basis of the present invention free energies and equilibrium constants determined.

Im Gebiet, in welchem SiO unbeständig ist, durch die Kurve Psio oberer Stabilitätsgrenze begrenzt, disproportioniert SiO. Beim Arbeiten in jenem Gebiet, z. B. bei dem Abkühlen und Unterschreiten (Temperatur) bzw. Überschreiten (Druck) der Stabilitätsgrenze, bildet sich Siliciumcarbid, das durch Sauerstoffverbindungen, z. B. Si02, stark verunreinigt ist.In the area in which SiO is inconsistent, by the curve Psio upper Limited stability limit, disproportionate SiO. When working in that area z. B. when cooling down and falling below (temperature) or exceeding (pressure) the stability limit, silicon carbide is formed, which is formed by oxygen compounds, z. B. Si02, is heavily contaminated.

Das Verfahren der Erfindung umfaßt selbstverständlich nicht die Gewinnung von SiC nach dem bekannten Acheson-Verfahren.The process of the invention does not, of course, include recovery of SiC according to the well-known Acheson process.

Claims (6)

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von reinem Siliciumcarbid aus der Gasphase durch Umsetzung von mindestens einem Si-haltigen, sauerstoff und wasserstofffreien Reaktionsteilnehmer mit mindestens einem C-haltigen Reaktionspartner bei Temperaturen über 1400°C, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Reaktionspartner, von denen die Si-haltigen und/oder die C-haltigen halogenfrei sind, bei 1400 bis 2350°C umgesetzt werden. Claims: 1. Process for the production of pure silicon carbide from the gas phase by reaction of at least one Si-containing, oxygen and hydrogen-free reactants with at least one C-containing reactant at temperatures above 1400 ° C, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the Reaction partners, of which the Si-containing and / or the C-containing halogen-free are to be implemented at 1400 to 2350 ° C. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Silicium und/oder Si-Verbindungen mit C-Verbindungen unterhalb der Reaktionstemperatur gemischt und danach auf 1400 bis 2350°C erhitzt werden. 2. The method according to claim 1, characterized characterized in that silicon and / or Si compounds with C connections mixed below the reaction temperature and then heated to 1400 to 2350 ° C will. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Silicium und/oder Si-Verbindungen und C-Verbindungen oberhalb der Reaktionstemperatur gemischt und danach auf 1400 bis 2350°C abgekühlt werden. 3. The method according to claim 1, characterized in that silicon and / or Si compounds and C compounds mixed and above the reaction temperature then cooled to 1400 to 2350 ° C. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei 2450 bis 2800°C im wesentlichen im Gleichgewicht befindliches Gemisch aus elementarem Si und einem CO enthaltenden Gas ili kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Arbeitsweise auf 1900 bis 2350°C abgekühlt wird. 4. The method according to claim 1 and 3, characterized in that one at 2450 to 2800 ° C is essentially in equilibrium located mixture of elemental Si and a CO containing gas ili continuous or semi-continuous operation is cooled to 1900 to 2350 ° C. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Umsetzung als Nebenprodukt entstehende niedrige flüchtige Si-O-Verbindungen enthaltende Gasgemisch während oder nach der SiC-Abscheidung oberhalb 1200°C mit Kohlenstoff ebenfalls zu Si-Carbid umgesetzt wird. 5. Procedure according to claims 1 to 4, characterized in that the in the implementation as Low gas mixture containing volatile Si-O compounds formed by-product during or after the SiC deposition above 1200 ° C with carbon as well is converted to Si carbide. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in bekannter Weise in Gegenwart eines Dotierungsmittels durchgeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1302 077.6. The method according to claim 1 and one of the claims 2 to 4, characterized in that the reaction is carried out in a known manner in the presence a dopant is performed. Considered publications: French patent specification No. 1302 077.
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