DE19845450A1 - Production of highly pure silicon carbide - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver und ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung dieser Vorrichtung. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver, die ein hochreines Siliciumcarbid-Pulver herstellen kann, und ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung dieser Vorrichtung.The present invention relates to a device for Production of silicon carbide powder and a process for Manufacture of silicon carbide powder using this Contraption. In particular, the present invention relates to a Device for producing silicon carbide powder, the can produce a high-purity silicon carbide powder, and a Process for the preparation of silicon carbide powder under Using this device.
Die folgenden Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid- Pulver sind herkömmlicherweise bekannt: (1) das Acheson- Verfahren, (2) das Carbonisieren unter Reduktion von Siliciumdioxid und Kohlenstoff, (3) die Direktreaktion von metallischem Silicium und Kohlenstoff, (4) die Reaktion in der Gasphase und (5) die thermische Zersetzung einer Organosilicium-Verbindung. The following processes for making silicon carbide Powders are conventionally known: (1) the Acheson Process, (2) carbonization with reduction of Silicon dioxide and carbon, (3) the direct reaction of metallic silicon and carbon, (4) the reaction in the gas phase and (5) the thermal decomposition of a Organosilicon compound.
- (1) Das Acheson-Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von α-Siliciumcarbid. Ein Metalloxid und Kohlenstoff werden In der Festphase unter Erhalt von Siliciumcarbid umgesetzt. Obwohl die Reaktion relativ einfach ist, ist das hergestellte Siliciumcarbid ein grober Feststoff und Schritte zum Pulverisieren und Klassieren sind notwendig, um Siliciumcarbid in der Form feiner Partikel zu erhalten. Das Verfahren ist kompliziert wegen dieser Nachbehandlungen zur Herstellung von feinen Partikeln und es besteht die Möglichkeit, daß das Produkt mit Verunreinigungen in den Nachbehandlungen kontaminiert wird. Daher ist es schwierig, ein hochreines Pulver zu erhalten.(1) The Acheson process is a manufacturing process of α-silicon carbide. A metal oxide and carbon will be Implemented in the solid phase to obtain silicon carbide. Although the reaction is relatively simple, the one that is made is Silicon carbide a coarse solid and steps to Powdering and classifying are necessary to Obtain silicon carbide in the form of fine particles. The The procedure is complicated because of these post-treatments Production of fine particles and there is Possibility that the product with impurities in the Aftercare is contaminated. Therefore it is difficult to get a high purity powder.
- (2) Das Carbonisierungs-Verfahren unter Reduktion von Siliciumdioxid und Kohlenstoff ist lange Zeit ausgeübt worden. Im industriellen Maßstab führt man ein diskontinuierliches (Batch-Typus) Verfahren mit einem Elektroofen und ein kontinuierliches Verfahren mit Betonung auf der Produktivität aus, jedoch bilden sich Nebenprodukte In beiden Verfahren und es ist schwierig ein hochreines Pulver zu erhalten.(2) The carbonization process with reduction of Silicon dioxide and carbon have been used for a long time been. One introduces on an industrial scale discontinuous (batch type) process with one Electric oven and a continuous process with emphasis on productivity, but by-products form In both procedures and it is difficult to get a high purity To get powder.
- (3) im Verfahren der Direktreaktion von metallischem Silicium und Kohlenstoff werden Silicium in Pulverform und Kohlenstoff umgesetzt, um Siliciumcarbid zu erhalten. Das als Rohmaterial verwendete hochreine Silicium-Pulver ist nicht leicht zu erhalten und ist auch sehr teuer. Das nach diesem Verfahren erhaltene Siliciumcarbid ist ein grober Feststoff und Schritte zum Pulverisieren und Klassieren sind ähnlich wie im Verfahren (1) notwendig. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß das hochreine Siliciumcarbid-Pulver, das man aus dem teuren hochreinen Rohmaterial erhält, während dieser Nachbehandlungen mit Verunreinigungen kontaminiert wird. (3) in the process of direct reaction of metallic Silicon and carbon are powdered and silicon Carbon reacted to obtain silicon carbide. That as Raw material used high-purity silicon powder is not easy to get and is also very expensive. That after this Processed silicon carbide is a coarse solid and steps for pulverizing and classifying are similar as necessary in method (1). In addition, there is Possibility that the high-purity silicon carbide powder that one obtained from the expensive high purity raw material while this Aftertreatment is contaminated with impurities.
- (4) Das Verfahren unter Reaktion in der Gasphase kann relative feine Pulver mit einer hohen Reinheit produzieren. Diese Verfahren zeigt jedoch Nachteile hinsichtlich der Kosten der Rohmaterialien, die hoch sind, und dahingehend, daß das Verfahren sich nicht für die Produktion in großem Maßstab eignet.(4) The process under reaction in the gas phase can produce relatively fine powders with high purity. However, this method has disadvantages in terms of Cost of raw materials that are high and in that that the process is not suitable for large-scale production Scale is suitable.
- (5) Das Verfahren der thermischen Zersetzung einer Organosilicium-Verbindung kann feine Pulver mit einer hohen Reinheit produzieren, ähnlich wie das Verfahren der Reaktion in Gasphase. Dieses Verfahren zeigt jedoch Nachteile hinsichtlich der Kosten der Rohmaterialien, die hoch sind und hinsichtlich der schwierigen Handhabung der Rohmaterialien.(5) The process of thermal decomposition of a Organosilicon compound can be fine powder with a high Produce purity, similar to the process of the reaction in the gas phase. However, this method has disadvantages regarding the cost of raw materials that are high and regarding the difficult handling of the raw materials.
Die Verfahren (2), das Carbonisieren unter Reduktion von
Siliciumdioxid und Kohlenstoff, (3), die Direktreaktion
zwischen metallischem Silicium und Kohlenstoff und (5), die
thermische Zersetzung einer Organosilicium-Verbindung werden
im allgemeinen als diskontinuierliche Verfahren mit einem
Elektroofen ausgeführt. Theoretisch verläuft die Reaktion
nach der folgenden Gleichung:
Processes (2), carbonization with reduction of silicon dioxide and carbon, (3), the direct reaction between metallic silicon and carbon and (5), the thermal decomposition of an organosilicon compound are generally carried out as a batch process with an electric furnace. Theoretically, the reaction follows the following equation:
SiO2 + 3C → 2CO + SiC.SiO 2 + 3C → 2CO + SiC.
In Wirklichkeit verläuft die Reaktion jedoch nicht auf eine
solche ideale Weise. Ausgehend von der Analyse der
Nebenprodukte glaubt man, daß die folgenden Reaktionen
gleichzeitig ablaufen:
In reality, however, the reaction is not in such an ideal way. Based on the analysis of the by-products, it is believed that the following reactions occur simultaneously:
SiO2 + C → SiO + CO
SiO + C → Si + CO
Si + C → SiC.SiO 2 + C → SiO + CO
SiO + C → Si + CO
Si + C → SiC.
Das in der obigen Reaktion gebildete SiO-Gas enthält große Mengen an Verunreinigungen und verfestigt sich bei einer Temperatur von 1700°C oder weniger als Nebenprodukt. Daher enthält ein Produkt, das man nach einem herkömmlichen Herstellungsverfahren mit einem Elektroofen erhält, Nebenprodukte, die kein Siliciumcarbid darstellen und mit dem Siliciumcarbid vermischt sind, und es ist somit schwierig Siliciumcarbid mit der gewünschten hohen Reinheit zu erhalten.The SiO gas formed in the above reaction contains large ones Amounts of impurities and solidifies at one Temperature of 1700 ° C or less as a by-product. Therefore contains a product that is made after a conventional Manufacturing process with an electric furnace, By-products that are not silicon carbide and with the Silicon carbide are mixed and it is therefore difficult Silicon carbide with the desired high purity receive.
Verschiedene kontinuierliche Verfahren, die den Schwerpunkt in der Produktivität setzen, sind vorgeschlagen worden. Beispielsweise erhitzt man in den Verfahren, die in der japanischen Auslegeschrift (JP-B) Nr. 55-42927 und der japanischen Auslegeschrift (JP-B) Nr. 60-44247 vorgeschlagen wurden, einen zylindrischen Behälter von seiner Außenseite. Man führt die Rohmaterialien in den Behälter von seinem oberen Abschnitt aus ein und entfernt das im Behälter gebildete Siliciumcarbid aus seinem unteren Abschnitt. Gemäß diesem Verfahren reichern sich jedoch das Reaktionsprodukt, Nebenprodukte und nicht-umgesetzte Rohmaterialien im Reaktionsofen an und beeinträchtigen die Reaktion. Beispielsweise bewegen sich Nebenproduktgase im Zylinder nach oben und verfestigen sich um den Einlaß der Rohmaterialien herum, und Verunreinigungen bewegen sich ferner zusammen mit den Rohmaterialien abwärts. Daher ist es schwierig, ein hochreines Siliciumcarbid zu erhalten.Different continuous procedures that focus put in productivity have been suggested. For example, one heats in the processes in the Japanese layout publication (JP-B) No. 55-42927 and the Japanese Patent Application Laid-Open (JP-B) No. 60-44247 were a cylindrical container from the outside. The raw materials are brought into the container of his top section off and removes that in the container formed silicon carbide from its lower section. According to this process, however, enriches the reaction product, By-products and unreacted raw materials in Reaction oven and affect the reaction. For example, by-product gases move in the cylinder above and solidify around the inlet of the raw materials and contaminants move along with it down the raw materials. Therefore, it is difficult to get one to obtain high-purity silicon carbide.
In dem in der japanischen Auslegeschrift (JP-B) 60-37055 vorgeschlagen Verfahren führt man das in der Reaktion gebildete CO-Gas im Kreis, um die Wärmeeffizienz des zuvor beschriebenen zylindrischen Behälters zu erhöhen. Jedoch ist auch in diesem Verfahren das Entfernen der kontaminierenden Substanzen im Reaktionsofen schwierig. Daher ist die Reinheitssteigerung des Produkts begrenzt. In the Japanese version (JP-B) 60-37055 proposed method one does this in the reaction CO gas formed in a circle to increase the thermal efficiency of the previous described cylindrical container to increase. However is also in this procedure removing the contaminating Substances in the reaction furnace difficult. Hence the Purity increase of the product limited.
In dem in der japanischen Offenlegungsschrift (JP-A) Nr. 61-232213 vorgeschlagenen Verfahren weist eine kontinuierliche Vorrichtung unter Einsatz eines horizontalen Stoßvorrichtungsofens zum Entfernen der Verunreinigungen enthaltenden Nebenprodukte eine Struktur auf, in der ein Reaktionsabschnitt und ein Kühlabschnitt voneinander getrennt sind. In dieser Struktur des Reaktionsofens, sammeln sich Gase und andere im Reaktionsofen als Nebenprodukte gebildete Substanzen in einer getrennten Kammer, so daß die Gase und andere Substanzen nicht der Kühlzone des gewünschten Reaktionsprodukts zugemischt werden. Nach einem fortdauernden Betrieb über einen langen Zeitraum reichern sich jedoch Nebenprodukte, die bei einer Temperatur von 1700°C oder weniger sich verfestigen, wie SiO und SiO2, um den Grenzbereich der Kühlzone und des Rückgewinnungsteil(stück)s herum an, da dieses Verfahren ein kontinuierliches Verfahren ist. Im Ergebnis wird der Gasfluß abgeschnitten und wird das Entfernen der Nebenprodukte schwierig, was zu einer Kontaminierung des Produkts mit Verunreinigungen führt. Nach kontinuierlichem Gebrauch der Vorrichtung über einen langen Zeitraum bricht die Graphitstoßvorrichtung, die für den Transfer des Behälters verwendet wird, oder ein wärmebeständiges Metall, wie metallisches Molybdän nützt sich ab. Ein Verfahren, in dem ein Ofen kontinuierlich verwendet wird, ist nicht bevorzugt, wenn man die Haltbarkeit dieser Teile berücksichtigt.In the method proposed in Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) No. 61-232213, a continuous device using a horizontal pusher furnace for removing the by-products containing impurities has a structure in which a reaction section and a cooling section are separated from each other. In this structure of the reaction furnace, gases and other substances formed as by-products in the reaction furnace collect in a separate chamber so that the gases and other substances are not mixed into the cooling zone of the desired reaction product. However, after continued operation for a long period of time, by-products that solidify at a temperature of 1700 ° C or less, such as SiO and SiO 2 , accumulate around the boundary of the cooling zone and the recovery part because this process is a continuous process. As a result, the gas flow is cut off and the removal of the by-products becomes difficult, resulting in contamination of the product with impurities. After continuous use of the device for a long period of time, the graphite pusher used for transferring the container breaks or a heat-resistant metal such as metallic molybdenum wears out. A method in which an oven is used continuously is not preferable considering the durability of these parts.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen von Siliciumcarbid-Pulver, die hochreines Siliciumcarbid herstellen kann, und ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung dieser Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. It is an object of the present invention Device for producing silicon carbide powder, the can produce high-purity silicon carbide, and a process for the production of silicon carbide powder using to provide this device.
Um diese Aufgaben zu lösen, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver einen Reaktionsofen, in dem man das Siliciumcarbid-Pulver durch Sintern einer Siliciumcarbid-Rohmaterialmischung in einer Inertatmosphäre erhält, eine Gaseinführvorrichtung, die ein Inertgas in den Reaktionsofen aus einer Richtung einführt, eine Rückgewinnungsvorrichtung, die ein Gas, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen aus dem Reaktionsofen aus einer anderen Richtung als der Richtung des Einführens des Inertgases rückgewinnt und die Verunreinigungen daraus entfernt, und ein Zirkulationssystem, das das Inertgas, das man durch Entfernen der Verunreinigungen daraus in der Rückgewinnungsvorrichtung rückgewinnt, in die Gaseinführvorrichtung zurückführt.To solve these problems, the invention includes Device for producing silicon carbide powder Reaction furnace in which one passes the silicon carbide powder Sintering a silicon carbide raw material mixture in one Receives an inert atmosphere, a gas introduction device, the one Introduces inert gas into the reaction furnace from one direction, a recovery device containing a gas containing the Inert gas and during the sintering of the silicon carbide formed impurities from the reaction furnace from a direction other than the direction of insertion of the Recover inert gas and the impurities from it removed, and a circulation system that the inert gas that one by removing the contaminants from it in the Recovery device in which Recirculates gas introduction device.
Es ist bevorzugt, daß die Rückgewinnungsvorrichtung Mittel zum Rückgewinnen eines Gases, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen, aus dem Reaktionsofen aus einer der Richtung des Einführens des Inertgases entgegengesetzten Richtung umfaßt und die Verunreinigungen daraus entfernt.It is preferred that the recovery device means for recovering a gas containing the inert gas and formed during the sintering of the silicon carbide Impurities from the reaction furnace from one of the Opposite direction of introduction of the inert gas Direction and removes the contaminants from it.
Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die Vorrichtung auf solch eine Weise konstruiert ist, daß man die Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids in einen Graphitbehälter packen und in den Reaktionsofen plazieren kann.It is also preferred that the device be on such is constructed in a way that the raw material mixture of the silicon carbide in a graphite container and in can place the reaction furnace.
Es ist auch bevorzugt, daß die Rückgewinnungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Kühlen des Gases, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen, um die Verunreinigungen zu verfestigen und einen Staubsammler zum Entfernen der verfestigten Verunreinigungen umfaßt. It is also preferred that the recovery device be a Device for cooling the gas containing the inert gas and formed during the sintering of the silicon carbide Impurities to solidify the impurities and a dust collector to remove the solidified Impurities.
Es ist auch bevorzugt, daß der Reaktionsofen ein Reaktionsofen vom Batch-Typus ist, der keine sich bewegenden Teile besitzt. Die Verwendung eines kontinuierlichen Ofens als Reaktionsofen ist wegen der folgenden Probleme nicht bevorzugt: wenn man metallisches Molybdän mit einem hohen Schmelzpunkt für die gleitenden Teile, die den kontinuierlichen Ofen ausmachen, verwendet, besteht die Möglichkeit, daß das Metall dem Produkt als Verunreinigung beigemengt wird; bei der Verwendung von Kohlenstoff für die den kontinuierlichen Ofen ausmachenden gleitenden Teile neigt dieses Material unter der Einwirkung von dem als Nebenprodukt gebildeten SiO-Gas dazu, brüchig zu werden, und dies ist nicht bevorzugt im Hinblick auf die Haltbarkeit obwohl dieses Material das Produkt nicht als Verunreinigung kontaminiert.It is also preferred that the reaction furnace be a Batch type reaction furnace is one that is not moving Owns parts. The use of a continuous oven as a reaction furnace is not because of the following problems preferred: if you have metallic molybdenum with a high Melting point for the sliding parts that make up the continuous oven, used, there is Possibility that the metal contaminates the product is added; when using carbon for the sliding parts constituting the continuous furnace this material under the influence of that as a by-product formed SiO gas to become brittle, and this is not preferred in terms of durability though this material does not contaminate the product contaminated.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver verwendet die oben bezeichnete Vorrichtung zum Herstellen von Siliciumcarbid-Pulver und umfaßt das Einführen eines Inertgases in einen Reaktionsofen, der eine Siliciumcarbid-Rohmaterialmischung enthält, aus einer Richtung des Reaktionsofens, um das innere des Reaktionsofens mit dem Inertgas zu füllen, das Sintern der Rohmischung des Siliciumcarbids bei einer Temperatur von 1700°C oder mehr, das Rückgewinnen eines Gases, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen aus dem Reaktionsofen in eine andere Richtung als die Richtung des Einführens des Inertgases, das Entfernen der Verunreinigungen in dem rückgewonnenen Gas und das Rückführen des Inertgases, aus dem die Verunreinigungen entfernt wurden, in den Reaktionsofen.The inventive method for the production of Silicon carbide powder uses the one mentioned above Device for producing silicon carbide powder and comprises introducing an inert gas into a reaction furnace, which contains a silicon carbide raw material mixture one direction of the reaction furnace to the inside of the Reaction furnace to fill with the inert gas, the sintering of the Raw mixing of the silicon carbide at a temperature of 1700 ° C or more containing a gas recovery the inert gas and during the sintering of the silicon carbide formed impurities from the reaction furnace in a direction other than the direction of insertion of the Inert gas, removing the contaminants in the recovered gas and recycling the inert gas from which the contaminants were removed in the reaction furnace.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver umfaßt ein Zirkulationssystem, in welchem ein Gas, das die im Reaktionsofen gebildeten Verunreinigungen enthält, aus dem Reaktionsofen rückgewonnen wird, die Verunreinigungen durch die Rückgewinnungsvorrichtung oder den Staubkollektor rückgewonnen und entfernt werden, und das reine rückgewonnene Inertgas nach dem Entfernen der Verunreinigungen zu der Gaseinführvorrichtung zurückgeführt wird. Daher kann man die Kontamination des durch den Reaktionsofen fließenden Inertgases verhindern und das Inertgas recyclen. Somit läßt sich Siliciumcarbid-Pulver einer hohen Reinheit auf effiziente Weise produzieren.The inventive device for the production of Silicon carbide powder includes a circulation system, in which is a gas that is generated in the reaction furnace Contains impurities recovered from the reaction furnace will, the impurities from the Recovery device or the dust collector be recovered and removed, and the pure recovered Inert gas after removing the contaminants to the Gas introduction device is returned. Therefore you can Contamination of the flowing through the reaction furnace Prevent inert gas and recycle the inert gas. Thus leaves silicon carbide powder of high purity produce efficiently.
Die vorliegenden Erfinder haben sich auf die Tatsache konzentriert, daß die Reaktion bei einer Temperatur von 1400 bis 2100°C beginnt, wenn man eine Rohmaterialmischung des Siliciumcarbid-Pulvers in einer Inertgasatmosphäre erhitzt und sintert und sich Siliciumcarbid (SiC) als Reaktionsprodukt und Si-, SiO- und CO-Gase als Nebenprodukte bilden, und darauf konzentriert, daß die meisten der Verunreinigungen in den als Nebenprodukten gebildeten Si und SiO enthalten sind, und gefunden, daß man die Verunreinigungen enthaltenden Gase leicht aus dem Reaktionsbereich entfernen kann, wenn man ein Zirkulationsgas, das hauptsächlich das Inertgas umfaßt, durch den Reaktionsbereich mit einer spezifischen Geschwindigkeit führt, da Si und SiO bei so hohen Temperaturen von 1700°C oder mehr im gasförmigen Zustand vorliegen.The present inventors have focused on the fact concentrated that the reaction at a temperature of 1400 to 2100 ° C starts when you mix a raw material from the Silicon carbide powder heated in an inert gas atmosphere and sinters and silicon carbide (SiC) as Reaction product and Si, SiO and CO gases as by-products form, and focused on making most of the Impurities in the Si and SiO are included, and found that the Gases containing contaminants easily from the Can remove reaction area if one Circulating gas mainly comprising the inert gas through the reaction area at a specific speed leads because Si and SiO at such high temperatures of 1700 ° C or more are in the gaseous state.
Daher verwandelt man in der vorliegenden Erfindung die im gasförmigen Zustand in die Rückgewinnungsvorrichtung überführten Nebenprodukte in winzige Festsubstanzen, die in dieser Vorrichtung rasch abgekühlt werden und sammelt das resultierende feine Pulver aus den Nebenprodukten über den Staubsammler. Die Verunreinigungen werden vollständig aus dem Inertgas entfernt und das rückgewonnene Inertgas wird dem Reaktionsofen durch das Zirkulationsgebläse erneut zugeführt. Therefore, one transforms in the present invention in the gaseous state in the recovery device by-products converted into tiny solid substances, which in this device can be quickly cooled and collects that resulting fine powder from the by-products over the Dust collector. The contaminants are completely removed from the Inert gas removed and the recovered inert gas is the Reaction furnace fed through the circulation fan again.
Somit wird das rückgewonnene Inertgas immer in solch einem Zustand im Kreis geführt, daß darin keine Verunreinigungen enthalten sind.Thus, the recovered inert gas is always in one Condition led in a circle that there are no impurities are included.
Fig. 1 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung des Siliciumcarbid-Pulvers zeigt. FIG. 1 is a schematic structural diagram showing a preferred embodiment of the device for producing the silicon carbide powder according to the invention.
Fig. 2 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Reaktionsofens in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt. FIG. 2 is a schematic structural diagram showing a preferred embodiment of the reaction furnace in the device shown in FIG. 1.
Fig. 3 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Rückgewinnungsvorrichtung in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt. FIG. 3 is a schematic structural diagram showing a preferred embodiment of the recovery device in the device shown in FIG. 1.
Fig. 4 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Staubkollektors in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt. FIG. 4 is a schematic structural diagram showing a preferred embodiment of the dust collector in the device shown in FIG. 1.
Die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.The preferred embodiments of the invention Device for the production of silicon carbide powder now described with reference to the figures.
Fig. 1 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung des Siliciumcarbid-Pulvers zeigt. In Fig. 1 sind ein Reaktionsofen vom Batch-Typus 10, eine Rückgewinnungsvorrichtung 12, ein Staubkollektor 14, ein Zirkulationsgebläse 16 und eine Gaseinführvorrichtung 18 gezeigt. Diese Vorrichtungen werden durch Röhren verbunden. FIG. 1 is a schematic structural diagram showing a preferred embodiment of the device for producing the silicon carbide powder according to the invention. In Fig. 1, a reaction furnace of the batch type 10, a recovery apparatus 12, a dust collector 14, a circulation fan 16 and a Gaseinführvorrichtung 18 are shown. These devices are connected by tubes.
Im Reaktionsofen 10 ist ein Graphitgehäuse 20 angeordnet und die Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids kann in einem Graphitbehälter 22 enthalten sein und in das Graphitgehäuse 20 eingeführt werden. Der Graphitbehälter 22, die Rückgewinnungsvorrichtung 14, das Zirkulationsgebläse 16 und die Gaseinführvorrichtung 18 werden jeweils durch Röhren miteinander verbunden, um ein Zirkulationssystem zu bilden.A graphite housing 20 is arranged in the reaction furnace 10 and the raw material mixture of the silicon carbide can be contained in a graphite container 22 and introduced into the graphite housing 20 . The graphite container 22 , the recovery device 14 , the circulation blower 16 and the gas introduction device 18 are each connected by tubes to form a circulation system.
Fig. 2 ist ein schematisches Strukturdiagramm des Reaktionsofens 10 vom Batch-Typus. Der Reaktionsofen ist mit einem aus zylindrischem rostfreiem Stahl hergestellten Körper 26 versehen, der mit einem Stützposten 24 gestützt wird. Im Inneren des Körpers des Reaktionsofens 26 sind ein Graphitgehäuse 20, das eine doppelte Struktur aufweist und einen Graphitzylinderteil, einen Graphitbodenteil und einen Graphitabdeckungsteil aufweist, angeordnet. Im Inneren des Graphitgehäuses 20 ist ein zylindrischer Graphitbehälter 22 angeordnet. Fig. 2 is a schematic structural diagram of the reaction furnace 10 by the batch type. The reaction furnace is provided with a body 26 made of cylindrical stainless steel, which is supported by a support post 24 . Inside the body of the reaction furnace 26 , a graphite case 20 having a double structure and a graphite cylinder part, a graphite bottom part and a graphite cover part are arranged. A cylindrical graphite container 22 is arranged in the interior of the graphite housing 20 .
Der innere Teil des Graphitbehälters 22 ist mit einem röhrenförmigen (Bau)-Element 28 verbunden, das mit dem Boden des Graphitbehälters 22 verbunden ist und als Gaseinlaß verwendet wird. Das röhrenförmige Element 28 führt durch ein im Graphitbodenteil des Graphitgehäuses geformtes Loch und ein im Boden des Reaktionsofens 26 geformtes Loch und wird mit einem Motor 30, der auf der Außenseite des Körpers des Reaktionsofens 26 angeordnet ist, rotiert. Man kann den Graphitbehälter 22 durch die Rotation des röhrenförmigen Elements 28 rotieren lassen. Das röhrenförmige Element 28 ist mit der Gaseinführvorrichtung 18 verbunden.The inner part of the graphite container 22 is connected to a tubular (construction) element 28 which is connected to the bottom of the graphite container 22 and is used as a gas inlet. The tubular member 28 passes through a hole formed in the graphite bottom part of the graphite case and a hole formed in the bottom of the reaction furnace 26, and is rotated by a motor 30 located on the outside of the body of the reaction furnace 26 . The graphite container 22 can be rotated by the rotation of the tubular member 28 . The tubular element 28 is connected to the gas introduction device 18 .
Ein weiteres röhrenförmiges Element 32 ist mit dem oberen zentralen Teil des Graphitbehälters 22 verbunden. Das obere Ende des röhrenförmigen Elements 32 ist an der Innenseite eines im Graphitabdeckungselement geformten Lochs so angeordnet, daß das röhrenförmige Element entlang der inneren Seite des Lochs gleiten kann. Das am Graphitabdeckungselement angeordnete röhrenförmige Element 32 ist mit dem Gasauslaß 34 verbunden, der in einem oberen Teil des Körpers des Reaktionsofens 26 ausgebildet ist. Der Gasauslaß 34 ist mit der Rückgewinnungsvorrichtung 12 verbunden.Another tubular element 32 is connected to the upper central part of the graphite container 22 . The upper end of the tubular member 32 is located on the inside of a hole formed in the graphite cover member so that the tubular member can slide along the inner side of the hole. The tubular member 32 disposed on the graphite cover member is connected to the gas outlet 34 formed in an upper part of the body of the reaction furnace 26 . The gas outlet 34 is connected to the recovery device 12 .
An der Außenseite, der Bodenseite und der oberen Seite des Graphitbehälters 22 sind Elektroden 38 in einem spezifischen Abstand vom Graphitbehälter angeordnet, um einen Elektroofen vom Widerstandheizungstyp zu bilden. Für jede Elektrode 38 ist ein Strahlungsthermometer 40 vorgesehen, so daß die Temperatur im inneren des Graphitbehälters 22 von den Elektroden 38 gemessen werden kann.On the outside, bottom and top of the graphite container 22 , electrodes 38 are arranged at a specific distance from the graphite container to form a resistance heating type electric furnace. A radiation thermometer 40 is provided for each electrode 38 , so that the temperature inside the graphite container 22 can be measured by the electrodes 38 .
Im inneren des Graphitbehälters 22 stapelt man eine Vielzahl von Probencontainern 42. Die Probencontainer 42 sind aus Graphit und haben eine Wannenform.A large number of sample containers 42 are stacked inside the graphite container 22 . The sample containers 42 are made of graphite and have a trough shape.
Fig. 3 ist ein schematisches Strukturdiagramm der Rückgewinnungsvorrichtung. Die Rückgewinnungsvorrichtung ist mit einem Abscheideteil(stück) (trap part) 48 ausgerüstet, das eine Ringform und eine Wärmeisolationsstruktur aufweist. Im inneren der Rückgewinnungsvorrichtung ist ein rundes Rohr 50 angeordnet, in das man Kühlwasser einführen kann. Um das runde Rohr 50 herum sind Rippen 52 in durch einen spezifischen Abstand voneinander getrennten Positionen vorgesehen. Jede Rippe hat eine runde Form. Die Rippen sind so strukturiert, daß ein Gas durch die benachbarten Rippen 52 in der axialen Richtung des runden Rohres 50 fließen kann. Das mit den Rippen 52 ausgerüstete runde Rohr 50 hat solch eine Struktur, daß man das runde Rohr 50 aus dem Abscheideteil 48 mit einer Ringform und einer Wärmeisolationsstruktur herausnehmen kann. Fig. 3 is a schematic structural diagram of the recovery apparatus. The recovery device is equipped with a trap part 48 which has a ring shape and a heat insulation structure. In the interior of the recovery device there is a round tube 50 into which cooling water can be introduced. Around the round tube 50 , fins 52 are provided in positions separated from each other by a specific distance. Each rib has a round shape. The fins are structured so that a gas can flow through the adjacent fins 52 in the axial direction of the round tube 50 . The round tube 50 equipped with the fins 52 has such a structure that the round tube 50 can be taken out of the separator 48 with a ring shape and a heat insulation structure.
Fig. 4 ist ein schematisches Strukturdiagramm des Staubkollektors. Im inneren des Körpers des Staubkollektors 60 ist ein Trennelement 62 aus SUS mit einem Loch in dessen Mitte angeordnet. An diesem Loch ist ein Filterstoff 64 aus Polyester vorgesehen. An der unteren Seite des Seitenpanels des Körpers des Staubkollektors 60 ist ein Gaseinlaß 66 vorgesehen, der mit dem Abscheideteil 48 der Rückgewinnungsvorrichtung verbunden ist. An der oberen Seite des Seitenpanels des Körpers des Staubkollektors 60 ist ein Gasauslaß 68 vorgesehen, der mit einem Zirkulationsgebläse 16 verbunden ist, das im folgenden beschrieben wird. In der Fig. 4 zeigt 70 den Einlaß eines Pulsgases an. Fig. 4 is a schematic structural diagram of the dust collector. Inside the body of the dust collector 60 is a separator 62 made of SUS with a hole in the middle thereof. A filter material 64 made of polyester is provided at this hole. On the lower side of the side panel of the body of the dust collector 60 , a gas inlet 66 is provided which is connected to the separating part 48 of the recovery device. On the upper side of the side panel of the body of the dust collector 60 there is a gas outlet 68 which is connected to a circulation fan 16 which will be described below. In Fig. 4, 70 indicates the inlet of a pulse gas.
Das Zirkulationsgebläse 16 hat vorzugsweise eine Struktur, in der ein kleiner Motor in einem zylindrischen Behälter enthalten ist. Es ist bevorzugt, daß der Motorabschnitt und der Zirkulationsabschnitt in der Struktur voneinander getrennt sind, so daß feine Teilchen aus Nebenprodukten nicht In den Ventilator des Motors wandern.The circulation fan 16 preferably has a structure in which a small motor is contained in a cylindrical container. It is preferred that the motor section and the circulation section are separated from each other in structure so that fine particles of by-products do not migrate into the fan of the motor.
Das Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver mit der zuvor beschriebenen Struktur wird im folgenden beschrieben.The process for making silicon carbide powder under Use of the device for the production of Silicon carbide powder with the structure described above is described below.
Die Probenbehälter 42 werden mit einem Probenmaterial gepackt, das man durch Carbonisieren einer Siliciumcarbid- Rohmaterialmischung erhält. Diese Behälter stapelt man im inneren des in Fig. 1 gezeigten Graphitbehälters 22. Dann sintert man, indem man die Elektroden 38 Strom führen läßt, um die Temperatur im Inneren des Graphitgehäuses 20 auf einem spezifischen Wert zu halten. Während des Sinterns wird der Motor 30 angetrieben, um das röhrenförmige Element 28 rotieren zu lassen. Man kann die Rotationsgeschwindigkeit variieren und eine Rotationsgeschwindigkeit von etwa einer Rotation pro 5 min ist bevorzugt. Man führt ein Inertgas, wie Argon, in den Graphitbehälter 22 von der Gaseinführvorrichtung 18 durch das röhrenförmige Element 28. Das Inertgas wird in einen jeden der Probenbehälter 42 durch darin gebildete Löcher eingeführt. Man erhöht die Temperatur mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 10°C/min bis die Temperatur die Maximaltemperatur erreicht, die im Bereich von 1600 bis 2100°C liegt.The sample containers 42 are packed with a sample material obtained by carbonizing a silicon carbide raw material mixture. These containers are stacked inside the graphite container 22 shown in FIG. 1. Then, sintering is carried out by allowing the electrodes 38 to carry current in order to maintain the temperature inside the graphite housing 20 at a specific value. During the sintering, the motor 30 is driven to rotate the tubular member 28 . The speed of rotation can be varied and a speed of rotation of approximately one rotation per 5 minutes is preferred. An inert gas, such as argon, is introduced into the graphite container 22 from the gas introducer 18 through the tubular member 28 . The inert gas is introduced into each of the sample containers 42 through holes formed therein. The temperature is increased at a rate in the range from 0.5 to 10 ° C./min until the temperature reaches the maximum temperature, which is in the range from 1600 to 2100 ° C.
Im Sinterverfahren beginnt die Reaktion, wenn die Temperatur im Inneren des Reaktionsofens 1400 bis 2100°C erreicht und es bilden sich SiC als Reaktionsprodukt und die Nebenproduktgase Si, SiO und CO.In the sintering process, the reaction starts when the temperature reached 1400 to 2100 ° C inside the reaction furnace and SiC is formed as a reaction product and the By-product gases Si, SiO and CO.
Das die Nebenprodukte enthaltende Gas wird entlang des Durchgangs (der Passage) geschickt, der von dem Inertgas zurückgelegt wird, das in den Graphitbehälter 22 zusammen mit dem Inertgas eingeführt wird, und aus dem Graphitbehälter 22 über den Gasauslaß 34 zu der Rückgewinnungsvorrichtung 12.The gas containing the by-products is sent along the passage traveled by the inert gas introduced into the graphite container 22 together with the inert gas and from the graphite container 22 via the gas outlet 34 to the recovery device 12 .
In der Rückgewinnungsvorrichtung 12 fließt das die Nebenprodukte enthaltende Gas durch einen Gaseinlaß und erreicht den Abscheideteil 48. Kühlwasser zirkuliert durch das runde Rohr 50, das in dem Abscheideteil 48 angeordnet ist, und das die Nebenprodukte enthaltende Gas kühlt sich schnell ab. Zu diesem Zeitpunkt verfestigt sich hauptsächlich SiO durch Abkühlen und wird um die Rippen 52 herum adsorbiert. Ein Teil des CO-Gases, das eine weitere Verunreinigung in dem Gas darstellt, fließt durch ein Gasabflußrohr ab, wird mit einer mit Wasser abgedichteten (sealed) Pumpe überführt und in einem Verbrennungsofen verbrannt. Der verbleibende Anteil des CO-Gases zirkuliert im Zirkulationssystem. In the recovery device 12 , the gas containing the by-products flows through a gas inlet and reaches the separation part 48 . Cooling water circulates through the round tube 50 disposed in the separator 48 , and the gas containing the by-products cools down rapidly. At this time, mainly SiO solidifies by cooling and is adsorbed around the fins 52 . Part of the CO gas, which is another impurity in the gas, flows through a gas drain pipe, is transferred with a water-sealed pump, and burned in an incinerator. The remaining part of the CO gas circulates in the circulation system.
Nachdem man Verunreinigungen, wie Si und SiO, die sich durch Abkühlen verfestigt haben, und CO-Gas, das aus dem Gasabflußrohr abgeflossen ist, entfernt hat, führt man das Gas aus dem Gaseinlaß 66 in den Staubkollektor 14 ein und feine Partikel aus Verunreinigungen, die nicht um die Rippen 52 herum adsorbiert wurden und im Gas verbleiben, werden mit dem Filterstoff 64 abgefangen und entfernt. Man führt das Gas, aus dem man die feinen Teilchen entfernt hat, durch den Gasauslaß 68, das Zirkulationsgebläse 16 und die Gaseinführvorrichtung 18 in den Reaktionsofen 10 zurück.After removing impurities such as Si and SiO that have solidified by cooling and CO gas that has flowed out of the gas discharge pipe, the gas is introduced from the gas inlet 66 into the dust collector 14 and fine particles of impurities are removed. that have not been adsorbed around the fins 52 and remain in the gas are trapped and removed with the filter cloth 64 . Passing the gas from which the fine particles has to walk back through the gas outlet 68, the circulating fan 16 and the Gaseinführvorrichtung 18 in the reaction furnace 10 degrees.
Die aus der Gaseinführvorrichtung zugeführte Gasmenge beträgt im allgemeinen 10 bis 500 l/min und vorzugsweise etwa 100 bis 300 l/min, obwohl die Menge von der Größe des Reaktionsofens 10 abhängt.The amount of gas supplied from the gas introduction device is generally 10 to 500 l / min, and preferably about 100 to 300 l / min, although the amount depends on the size of the reaction furnace 10 .
Durch diese Operationen zirkuliert das Inertgas, wie Argongas, durch den Reaktionsofen 10, die Rückgewinnungsvorrichtung 12, den Staubkollektor 14, das Zirkulationsgebläse 16 und die Gaseinführvorrichtung 18. Wie zuvor beschrieben, werden die Nebenprodukte in diesem Zirkulationsdurchlauf entfernt.Through these operations, the inert gas such as argon gas circulates through the reaction furnace 10 , the recovery device 12 , the dust collector 14 , the circulation fan 16, and the gas introduction device 18 . As previously described, the by-products are removed in this circulation run.
Wenn die Schritte einer Sintercharge (einer Batch) abgeschlossen sind, nimmt man das Rohr 50 mit den Rippen 52 in der Rückgewinnungsvorrichtung 12 aus dem Abscheideteil 48 mit einer Ringform zusammen mit dem Abdeckungselement, das zum Befestigen des runden Rohrs verwendet wird und entfernt die an den Rippen 52 haftenden feinen Teilchen.When the steps of a sintering batch are completed, the tube 50 with the fins 52 in the recovery device 12 is taken out of the separating part 48 with a ring shape together with the cover element which is used to attach the round tube and the is removed Ribs 52 adhering fine particles.
In dem Staubkollektor 14 haften die feinen Teilchen an dem Filterstoff 64. Um ein Verstopfen durch die feinen Teilchen zu verhindern, bläst man periodisch ein Gas durch den Filterstoff aus dem Pulsgaseinlaß 70 und entfernt die an dem Filterstoff 64 haftenden feinen Teilchen davon. Man kann diese Operation während des Betriebs oder nachdem die Schritte in einer Sintercharge beendet wurden, durchführen.In the dust collector 14, the fine particles adhere to the filter cloth 64 . To prevent clogging by the fine particles, a gas is periodically blown through the filter cloth from the pulse gas inlet 70 and the fine particles adhering to the filter cloth 64 are removed therefrom. This operation can be performed during operation or after the steps in a sinter batch have been completed.
Wenn der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Filterstoff 64 über die Maßen dicht ist, neigt der Filterstoff zur Verstopfung. Wenn der Filterstoff 64 über die Maßen grob ist, strömen die feinen Teilchen der Nebenprodukte zusammen mit dem Gas durch den Filterstoff und die Reinheit des erhaltenen Siliciumcarbidpulvers nimmt ab. Daher sollte man die Dichte des Filterstoffs 64 auf geeignete Weise wählen. Die Dichte des Filterstoffs wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit des durch den Filterstoff 64 geführten Gases vorzugsweise bei 5 bis 30 cc/cm2/s, stärker bevorzugt bei 14 bis 20 cc/cm2/s liegt.If the filter cloth 64 used in the device according to the invention is excessively dense, the filter cloth tends to clog. If the filter cloth 64 is excessively coarse, the fine particles of the by-products flow together with the gas through the filter cloth and the purity of the silicon carbide powder obtained decreases. Therefore, the density of the filter material 64 should be chosen appropriately. The density of the filter cloth is chosen so that the velocity of the gas passed through the filter cloth 64 is preferably 5 to 30 cc / cm 2 / s, more preferably 14 to 20 cc / cm 2 / s.
In der zuvor beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fließt das Gas, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen, aus dem Reaktionsofen 10 in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung, aus der das Inertgas in den Reaktionsofen eingeführt wurde, ab. Man kann jedoch die Rückgewinnungsvorrichtung, d. h. den Gasauslaß für den Abfluß und die Rückgewinnung in einer jeden Position anordnen, so lange die Abflußrichtung sich von der Richtung unterscheidet, in der man das Inertgas in den Reaktionsofen 10 einführt. Beispielsweise kann die Rückgewinnungsvorrichtung an einer Seitenoberfläche des Reaktionsofens 10 angeordnet sein.In the previously described embodiment of the present invention, the gas containing the inert gas and impurities formed during the sintering of the silicon carbide flows out of the reaction furnace 10 in the opposite direction to the direction from which the inert gas was introduced into the reaction furnace. However, the recovery device, ie the gas outlet for the drain and the recovery, can be arranged in any position as long as the direction of the drain differs from the direction in which the inert gas is introduced into the reaction furnace 10 . For example, the recovery device can be arranged on a side surface of the reaction furnace 10 .
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden genauer unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. The present invention is described in more detail below Described with reference to examples.
Ethylsilicat als das Rohmaterial für Silicium und ein Phenolharz von Novolak-Typ als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurde gerührt und in solchen Mengen zusammengemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 2,0 eingestellt wurde. Nach dem Härten der erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 100 bis 180°C für angenähert 2 h carbonisierte man den resultierenden harzförmigen Feststoff in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 900°C für etwa 1,5 h, um ein Material zum Sintern zuzubereiten.Ethyl silicate as the raw material for silicon and a Novolak type phenolic resin as the raw material for Carbon was stirred and in such quantities mixed together that the C / Si ratio set to 2.0 has been. After curing the mixture obtained at a Temperature from 100 to 180 ° C for approximately 2 h carbonized the resulting resinous solid in one Nitrogen atmosphere at a temperature of 900 ° C for about 1.5 hours to prepare a material for sintering.
Das zum Sintern vorbereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in Fig. 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 1 gesintert.The material prepared for sintering was sintered in an argon atmosphere using the reaction furnace shown in FIG. 1 under the experimental conditions 1 shown in Table 1.
Ethylsilicat als das Rohmaterial für Silicium und ein Phenolharz des Resoltyps als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden gerührt und in solchen Mengen zusammengemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 2,5 eingestellt wurde, und Toluolsulfonsäure wurde als Härtungskatalysator zugegeben und mit der resultierenden Mischung vermengt. Nach dem Härten der erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 100 bis 180°C für etwa 2 h carbonisierte man den resultierenden harzförmigen Feststoff in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 900°C für etwa 1,5 h, um ein Material zum Sintern zuzubereiten.Ethyl silicate as the raw material for silicon and a Resole type phenolic resin as the raw material for carbon were stirred and mixed together in such amounts that the C / Si ratio was set to 2.5, and Toluene sulfonic acid was added as a curing catalyst and mixed with the resulting mixture. After hardening the obtained mixture at a temperature of 100 to 180 ° C. the resulting was carbonized for about 2 h resinous solid in a nitrogen atmosphere a temperature of 900 ° C for about 1.5 h to a material to prepare for sintering.
Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in Fig. 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 2 gesintert. The material prepared for sintering was sintered in an argon atmosphere using the reaction furnace shown in FIG. 1 under the experimental conditions 2 shown in Table 1.
Ethylsilicat als das Rohmaterial für Silicium und ein hochreiner Kohlenstoff als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden gerührt und in solchen Mengen zusammengemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 3,0 eingestellt wurde und die resultierende Mischung wurde als das Material zum Sintern verwendet.Ethyl silicate as the raw material for silicon and a high-purity carbon as the raw material for carbon were stirred and mixed together in such amounts that the C / Si ratio was set to 3.0 and the resulting mixture was used as the material for sintering used.
Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in Fig. 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 3 gesintert.The material prepared for sintering was sintered in an argon atmosphere using the reaction furnace shown in FIG. 1 under the experimental conditions 3 shown in Table 1.
Ein hochreines amorphes Siliciumdioxid mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm oder weniger als das Rohmaterial für Silicium und ein Phenolharz vom Resol-Typ als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden mit erwärmten Walzen in solchen Mengen einheitlich gemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 2,5 eingestellt wurde. Man gab Hexamin zu der resultierenden Mischung und die Mischung verfestigte sich. Man carbonisierte die verfestigte Mischung bei einer Temperatur von 900°C für etwa 1,5 h, um ein Material zum Sintern zuzubereiten.A high purity amorphous silica with a medium Particle diameter of 1 µm or less than the raw material for silicon and a resol type phenolic resin as that Raw material for carbon were heated in with rolls such amounts uniformly mixed that the C / Si ratio was set to 2.5. Hexamine was added to the resulting mixture and the mixture solidified. The solidified mixture was carbonized at one Temperature of 900 ° C for about 1.5 h to make a material Prepare sinter.
Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in Fig. 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 4 gesintert. The material prepared for sintering was sintered in an argon atmosphere using the reaction furnace shown in FIG. 1 under the experimental conditions 4 shown in Table 1.
Ein hochreines amorphes Siliciumdioxid mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm oder weniger als das Rohmaterial für Silicium und ein hochreiner Kohlenstoff als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden mit einer Kugelmühle in solchen Mengen ausreichend gemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 3,0 eingestellt wurde, und man bereitete ein Material zum Sintern zu.A high purity amorphous silica with a medium Particle diameter of 1 µm or less than the raw material for silicon and a high-purity carbon than that Raw material for carbon was in a ball mill sufficiently mixed such that the C / Si ratio was set to 3.0 and a material was prepared for Sinter too.
Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in Fig. 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 5 gesintert.The material prepared for sintering was sintered in an argon atmosphere using the reaction furnace shown in FIG. 1 under the experimental conditions 5 shown in Table 1.
Das in Beispiel 2 zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in Fig. 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 6 gesintert. Während des Sinterns unterbrach man die Zirkulation des Gases und das abgeflossene Gas wurde nicht zwecks Entfernen der Verunreinigungen behandelt oder dem Reaktionsofen zugeführt. In der Rückgewinnungsvorrichtung wurde nur die Funktion zur Aufnahme des abgeflossenen Gases genutzt.The material prepared for sintering in Example 2 was sintered in an argon atmosphere using the reaction furnace shown in FIG. 1 under the experimental conditions 6 shown in Table 1. The circulation of the gas was stopped during the sintering, and the discharged gas was not treated to remove the impurities or fed to the reaction furnace. In the recovery device, only the function for collecting the discharged gas was used.
Das in Beispiel 2 zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in Fig. 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 7 gesintert. Während des Sinters unterbrach man die Zirkulation des Gases und das abgeflossene Gas wurde nicht zwecks Entfernen der Verunreinigungen behandelt oder dem Reaktionsofen zugeführt. In der Rückgewinnungsvorrichtung wurde nur die Funktion zur Aufnahme des abgeflossenen Gases genutzt.The material prepared for sintering in Example 2 was sintered in an argon atmosphere using the reaction furnace shown in FIG. 1 under the experimental conditions 7 shown in Table 1. The circulation of the gas was stopped during the sintering, and the discharged gas was not treated to remove the impurities or supplied to the reaction furnace. In the recovery device, only the function for collecting the discharged gas was used.
Wie in den folgenden Vergleichsbeispielen gezeigt, verwendet man käuflich erhältliche Siliciumcarbid-Pulver, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, als Kontrollmaterialien, um die Effekte der im Siliciumcarbid enthaltenen Verunreinigungen zu untersuchen.As shown in the following comparative examples commercially available silicon carbide powder, which according to conventional processes were produced as Control materials to control the effects of silicon carbide contained impurities.
Ein nach dem Acheson-Verfahren erhaltenes Siliciumcarbid- Pulver (ein käufliches Produkt hergestellt von YAKUSHIMA DENKO Co. btd.; DiASiC).A silicon carbide obtained by the Acheson process Powder (a commercial product made by YAKUSHIMA DENKO Co. btd .; DiASiC).
Ein nach einem mit einem kontinuierlichen Ofen arbeitenden Verfahren erhaltenes Siliciumcarbid-Pulver (ein käufliches Produkt; hergestellt von SHOWA DENKO Co., Ltd.).One after a continuous furnace Process obtained silicon carbide powder (a commercially available Product; manufactured by SHOWA DENKO Co., Ltd.).
Ein nach einem Gasphasenverfahren erhaltenes Siliciumcarbid- Pulver (ein käufliches Produkt; hergestellt von SHOWA DENKO Co., Ltd.).A silicon carbide obtained by a gas phase process Powder (a commercial product; manufactured by SHOWA DENKO Co., Ltd.).
Die experimentellen Bedingungen 1 bis 7 sind in der Tabelle 1 gezeigt. Experimental conditions 1 to 7 are in Table 1 shown.
Man analysierte die Menge der Verunreinigungen, die in den Siliciumcarbid-Pulvern, die man in den Beispielen 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhalten hatte und in den käuflich erhältlichen Siliciumcarbid-Pulvern, wie sie in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 beschrieben sind, enthalten waren.The amount of impurities contained in the Silicon carbide powders, which are used in Examples 1 to 5 and comparative examples 1 and 2 and in the commercially available silicon carbide powders, as described in the Comparative examples 3 to 5 are described were.
Man zersetzte die Siliciumcarbid-Pulver mit Fluor, Salpetersäure und Schwefelsäure unter Einwirkung von Wärme und Druck und analysierte dann die Verunreinigungen in einer iPC-Massenanalyse und in einer flammenlosen Atomabsorptionsanalyse, um den Gehalt der Verunreinigungen zu erhalten.The silicon carbide powders were decomposed with fluorine, Nitric acid and sulfuric acid when exposed to heat and pressure and then analyzed the contaminants in one iPC mass analysis and in a flameless Atomic absorption analysis to determine the level of impurities receive.
Die Ergebnisse der Analyse sind in den Tabellen 2 und 3 gezeigt. The results of the analysis are in Tables 2 and 3 shown.
Wie in den Tabellen 2 und 3 klar gezeigt ist, enthielten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Siliciumcarbid-Pulver viel weniger Verunreinigungen als die käuflich erhältlichen Siliciumcarbid-Pulver, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden.As clearly shown in Tables 2 and 3, the contained obtained by the process according to the invention Silicon carbide powder has much less impurities than that commercially available silicon carbide powder, which after conventional processes were produced.
Fast man die Vorteile der vorliegenden Erfindung zusammen, so kann man erfindungsgemäß ein hochreines Siliciumcarbid-Pulver erstellen.Almost all of the advantages of the present invention are said so According to the invention, a high-purity silicon carbide powder can be used create.
Die Ziffern in den Figuren haben die folgenden Bedeutungen:
The numbers in the figures have the following meanings:
1010th
Reaktionsofen
Reaction furnace
1212th
Rückgewinnungsvorrichtung
Recovery device
1414
Staubkollektor
Dust collector
1616
Zirkulationsgebläse
Circulation fan
1818th
Gaseinführvorrichtung
Gas introduction device
2020th
Graphitgehäuse
Graphite housing
2626
Körper des Reaktionsofens
Reaction furnace body
2828
röhrenförmiges Element
tubular element
3030th
Motor
engine
3232
Graphitbehälter
Graphite container
3434
Gasauslaß
Gas outlet
3838
Elektrode
electrode
4040
Strahlungsthermometer
Radiation thermometer
4242
Probenbehälter
Sample container
4848
Abscheideteil
Separation part
5050
rundes Rohr
round tube
5252
Rippe
rib
6060
Körper des Staubkollektors
Body of the dust collector
6262
Trennelement
Separating element
6464
Filterstoff
Filter fabric
6666
Gaseinlaß
Gas inlet
6868
Gasauslaß
Gas outlet
7070
Pulsgaseinlaß
Pulse gas inlet
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