JP2001220124A - 酸化珪素粉末の製造装置 - Google Patents

酸化珪素粉末の製造装置

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JP2001220124A JP2000027838A JP2000027838A JP2001220124A JP 2001220124 A JP2001220124 A JP 2001220124A JP 2000027838 A JP2000027838 A JP 2000027838A JP 2000027838 A JP2000027838 A JP 2000027838A JP 2001220124 A JP2001220124 A JP 2001220124A
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Hirofumi Fukuoka
宏文 福岡
Susumu Ueno
進 上野
Takeshi Fukuda
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 内部に原料容器内に収容された二酸化珪
素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガスもしくは減圧下
において1100〜1600℃に加熱して酸化珪素ガス
を生成させる反応室が形成されたマッフルを有する反応
炉と、この反応炉内に配設されて上記混合原料粉末を加
熱するヒーターと、上記反応室で生成した酸化珪素ガス
を、冷却基体が配設されてこの冷却基体に上記酸化珪素
ガスを接触させることにより上記冷却基体上に酸化珪素
粉末を析出させる析出室に搬送する搬送管とを具備して
なり、上記マッフル、原料容器、ヒーター及び搬送管の
少なくとも一つが高融点金属、高融点金属の化合物、又
は炭化珪素膜で被覆された黒鉛により形成されたことを
特徴とする酸化珪素粉末の製造装置。 【効果】 本発明の酸化珪素粉末の製造装置によれば、
高純度な酸化珪素粉末を効率的かつ安定的に製造するこ
とができ、かつ工業的規模の生産にも十分応えられるも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、包装用フィルム蒸
着用、リチウムイオン2次電池負極活物質などとして好
適に用いられる酸化珪素粉末の製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、酸化珪素粉末の製造方法として、
二酸化珪素系酸化物粉末からなる原料混合物を減圧非酸
化性雰囲気中で熱処理し、SiO蒸気を発生させ、この
SiO蒸気を気相中で凝縮させて、0.1μm以下の微
細アモルファス状のSiO粉末を連続的に製造する方法
(特開昭63−103815号公報)、及び原料珪素を
加熱蒸発させて、表面組織を粗とした基体の表面に蒸着
させる方法(特開平9−110412号公報)が知られ
ている。
【0003】この場合、反応炉等は、大型化、低コスト
化に有利な黒鉛材料で形成されているのが一般的であっ
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記酸化珪素粉末の製造装置では、発生した酸化珪素蒸
気と、構成されている黒鉛部材との間に下記反応式によ
る反応が起こってしまう。 C(s)+SiO(g)→SiC(s)+CO(g)
【0005】このような反応の結果、上記酸化珪素製造
装置では、黒鉛材の消耗による強度劣化や、黒鉛材内部
に不均質に形成された炭化珪素と黒鉛材の熱膨張差によ
る内部での残留歪みが原因となって、黒鉛部材により形
成された反応炉などに破損が生じ、長時間の運転に耐え
られないといった問題があった。
【0006】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、酸化珪素蒸気雰囲気で使用しても安定的かつ効率的
に酸化珪素粉末を製造することができ、かつ大型化が可
能な酸化珪素粉末の製造装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため、種々の高温部材をテストピースを用い
た酸化珪素蒸気雰囲気での高温テストを行った結果、M
o,W又はそれらの化合物といった高融点金属又は高融
点金属化合物、あるいは炭化珪素膜で黒鉛を被覆した黒
鉛材が、重量減少、外観異常もなく、酸化珪素蒸気雰囲
気での使用に十分耐えられるとの知見を得ることがで
き、Mo,W又はそれらの化合物といった高融点金属、
高融点金属化合物、又は炭化珪素膜で黒鉛を被覆した黒
鉛材を酸化珪素製造装置部材として用いることで、安定
して酸化珪素粉末を製造することが可能となることを見
出し、本発明を完成するに至った。
【0008】従って、本発明は、内部に原料容器内に収
容された二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガ
スもしくは減圧下において1100〜1600℃に加熱
して酸化珪素ガスを生成させる反応室が形成されたマッ
フルを有する反応炉と、この反応炉内に配設されて上記
混合原料粉末を加熱するヒーターと、上記反応室で生成
した酸化珪素ガスを、冷却基体が配設されてこの冷却基
体に上記酸化珪素ガスを接触させることにより上記冷却
基体上に酸化珪素粉末を析出させる析出室に搬送する搬
送管とを具備してなり、上記マッフル、原料容器、ヒー
ター及び搬送管の少なくとも一つが高融点金属、高融点
金属の化合物、又は炭化珪素膜で被覆された黒鉛により
形成されたことを特徴とする酸化珪素粉末の製造装置を
提供する。
【0009】
【発明の実施の形態及び実施例】以下、本発明につき図
面を参照して更に詳しく説明する。図1は、本発明の一
実施例を示すもので、図中1は反応炉であり、この反応
炉1内にマッフル2が配設されている。このマッフル2
内は反応室3となっており、この反応室3内に二酸化珪
素粉末を含む混合原料粉末4を収容する原料容器5が配
設されている。また、マッフル2を取り囲むようにヒー
ター6が配設され、このヒーター6により上記混合原料
粉末4が加熱されるようになっている。なお、7は断熱
材である。ここで、マッフル2は、混合原料粉末4と断
熱材7及びヒーター6を隔離し、酸化珪素蒸気の反応室
外への漏洩、拡散を防止する目的で設置するものであ
り、気密性の高い構造とすることが望ましい。
【0010】また、8はヒーター9が埋設された搬送
管、10は析出槽であり、上記反応室3内で発生した酸
化珪素ガスが上記搬送管8内を通って上記析出槽10内
の析出室11に導入される。この析出室11内には基体
12が配設されている。この基体12内には冷媒通路が
形成されており、冷媒導入管13より冷媒通路に供給さ
れた冷媒により上記基体12が冷却され、酸化珪素ガス
がこの冷却基体12に接触、冷却されることにより、基
体12上に酸化珪素粉末が析出するようになっている。
なお、上記冷媒は、冷媒排出管14を通って排出される
ようになっており、また15は真空ポンプである。
【0011】ここで、本発明の酸化珪素粉末の製造装置
を用いた酸化珪素粉末の製造において、原料としては二
酸化珪素粉末とこれを還元する粉末との混合物を用い
る。具体的な還元粉末としては、金属珪素化合物、炭素
含有粉末などが挙げられるが、特に金属珪素粉末を用い
たものが、反応性を高める、収率を高めるといった
点で効果的であり、好ましく用いられる。
【0012】本発明では、上記混合原料粉末を反応室内
において1100〜1600℃、好ましくは1200〜
1500℃の温度に加熱、保持し、酸化珪素ガスを生成
させる。反応温度が1100℃未満では、反応が進行し
難く、生産性が低下してしまうし、1600℃を超える
と、混合原料粉末が熔融して逆に反応性が低下したり、
炉材の選定が困難になるおそれがある。
【0013】一方、炉内雰囲気は不活性ガスもしくは減
圧下であるが、熱力学的に減圧下の方が反応性が高く、
低温反応が可能となるため、減圧下で行うことが望まし
い。
【0014】この場合、上記反応室には、必要により原
料供給機構(フィーダー)にて、上記混合原料粉末を適
宜間隔ごとに又は連続的に供給し、反応を連続的に行う
こともできるが、バッチ方式にて反応を行ってもよい。
【0015】上記反応室内で生成した酸化珪素ガスは、
これを搬送管8を介して析出室に供給する。
【0016】この場合、搬送管8は、ヒーター9により
1000℃を超え1300℃以下、好ましくは1100
〜1200℃に加熱、保持することが好ましい。搬送管
の温度が1000℃以下では、酸化珪素蒸気が搬送管8
内壁に析出、付着し、運転上支障を生じ、安定的な連続
運転ができなくなるおそれがある。逆に、1300℃を
超える温度に加熱しても、それ以上の効果は見られない
ばかりか、電力コストの上昇を招いてしまう。
【0017】上記析出室内には、冷却された基体が配置
され、この析出室内に導入された上記酸化珪素ガスがこ
の冷却基体に接触、冷却されることにより、この基体上
に酸化珪素粉末が析出する。ここで、基体を冷却する目
的は、非晶質な酸化珪素を製造するためであり、無冷却
の場合は、析出した酸化珪素が不均化反応により二酸化
珪素と金属珪素に分かれてしまったり、一部結晶質の金
属珪素が混入してしまう。冷媒の種類については特に限
定しないが、水、熱媒といった液体、空気、窒素といっ
た気体がその目的によって使われる。また、基体の種類
も特に限定しないが、加工性の点でSUSやモリブデ
ン、タングステンといった高融点金属が好適に用いられ
る。なお、基体の冷却温度は200〜500℃、特に3
00〜400℃が好ましい。
【0018】上記基体上に析出した酸化珪素粉末は、掻
き取り等の適宜な手段により回収する。
【0019】而して、本発明においては、上記構造の反
応炉であって、上記マッフル2、原料容器5、搬送管8
及びヒーター6の少なくとも1つ、好ましくは全部をM
o,W及び/又はそれらの化合物といった高融点金属、
高融点金属化合物、又は炭化珪素膜で黒鉛を被覆した黒
鉛材で形成したものである。ここで、Mo,W及び/又
はそれらの化合物といった高融点金属又はその化合物を
用いた場合は、接続部がリベット接続となるため、気密
性が低下する場合があり、逆に炭化珪素膜で黒鉛を被覆
した黒鉛材を用いた場合には、気密性は向上するもの
の、コストが高くなるおそれがあるため、その目的、用
途により使い分けることが好ましい。また、黒鉛材への
炭化珪素膜被覆方法としては、化学蒸着法(Chemi
cal Vapor deposition;CVD)
や化学気相反応法(Chemical Vapor R
eaction;CVR)が採用できるが、特に化学気
相反応法を選定することが好ましい。化学蒸着法を採用
すると、製造コストが高くなったり、加熱時に炭化珪素
膜が熱膨張率の差によって剥離するといった問題が生じ
る場合があるためである。
【0020】上記化学気相反応法により炭化珪素の膜を
黒鉛材表面に形成する方法としては、例えば、黒鉛材と
酸化珪素を均一に反応させるか、あるいは黒鉛材表面に
金属珪素を含浸、塗布して直接反応させる方法が好適に
用いられる。
【0021】なお、上記マッフル2、原料容器5、搬送
管8、ヒーター6を上記高融点金属、高融点金属化合
物、又は炭化珪素膜で被覆した黒鉛にて形成する場合、
これら部材の少なくとも酸化珪素ガスと接触し得る部分
を上記材質とするものであり、勿論全体を上記材質にて
形成してもよい。
【0022】また、本発明において、反応方式、炉構造
については特に限定されず、回分法、連続法等、その目
的によって使い分けることができる。
【0023】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を
具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定される
ものではない。
【0024】〔実施例〕図1に示す連続製造装置を用い
て酸化珪素粉末を製造した。ここで、ヒーター6、マッ
フル2、原料容器5及び搬送管8は、黒鉛表面に化学気
相反応により炭化珪素膜を形成した黒鉛部材を用いた。
原料は、二酸化珪素粉末(BET比表面積200m2
g)と金属珪素粉末(BET比表面積3m2/g)を等
量モルの割合で撹拌混合機を用いて混合した混合粉末で
あり、マッフル2の容積が0.5m 3の反応炉1内に2
0kg仕込んだ。次に、真空ポンプ15を用いて炉内を
0.1Torr以下に減圧した後、ヒーター6に通電
し、1300℃の温度に昇温、保持した。一方で、搬送
管8を1100℃に加熱、保持し、冷媒として水を流入
し、SUS製の基体12を冷却し、基体12上に酸化珪
素蒸気を析出させた。上記運転を5時間行った後、冷却
を開始した。冷却終了後に、基体12上の析出物を回
収、炉内の状態観察を行った。得られた酸化珪素粉末
は、BET比表面積8m2/g、純度99.9%以上の
非晶質粉末であり、運転終了後、装置内観察においても
特に問題がないことが確認され、以降50バッチ以上の
運転を行ったが変化は見られなかった。
【0025】〔比較例〕ヒーター6、マッフル2、原料
容器5及び搬送管8を黒鉛としたほかは、実施例と同じ
条件で酸化珪素粉末を製造した。得られた酸化珪素粉末
は、BET比表面積8m2/g、純度99.9%以上の
非晶質粉末であった。一方、炉内観察では、黒鉛表面が
一部緑色に変色しており、その後、10バッチ目の運転
中にマッフルが破損、SiOガスがリークし、ヒーター
が断線し、以降の運転に耐えられる状態ではなかった。
【0026】
【発明の効果】本発明の酸化珪素粉末の製造装置によれ
ば、高純度な酸化珪素粉末を効率的かつ安定的に製造す
ることができ、かつ工業的規模の生産にも十分応えられ
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 反応炉 2 マッフル 3 反応室 4 混合原料粉末 5 原料容器 6 ヒーター 7 断熱材 8 搬送管 9 ヒーター 10 析出槽 11 析出室 12 基体 13 冷媒導入管 14 冷媒排出管 15 真空ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 健 東京都千代田区大手町二丁目6番1号 信 越化学工業株式会社内 Fターム(参考) 4G072 AA38 BB05 GG01 HH14 MM40 RR07 RR21 UU30 4K030 BA01 BA12 BA20 BA37 CA05 LA11 5H050 AA01 BA08 CB02 GA02 GA15 GA29 HA14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に原料容器内に収容された二酸化珪
    素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガスもしくは減圧下
    において1100〜1600℃に加熱して酸化珪素ガス
    を生成させる反応室が形成されたマッフルを有する反応
    炉と、この反応炉内に配設されて上記混合原料粉末を加
    熱するヒーターと、上記反応室で生成した酸化珪素ガス
    を、冷却基体が配設されてこの冷却基体に上記酸化珪素
    ガスを接触させることにより上記冷却基体上に酸化珪素
    粉末を析出させる析出室に搬送する搬送管とを具備して
    なり、上記マッフル、原料容器、ヒーター及び搬送管の
    少なくとも一つが高融点金属、高融点金属の化合物、又
    は炭化珪素膜で被覆された黒鉛により形成されたことを
    特徴とする酸化珪素粉末の製造装置。
  2. 【請求項2】 炭化珪素膜で被覆された黒鉛が、黒鉛材
    上に化学気相反応により炭化珪素を析出することにより
    得られたものである請求項1記載の製造装置。
  3. 【請求項3】 上記搬送管にこの搬送管内を1000℃
    を超え1300℃以下に加熱するヒーターを配設した請
    求項1又は2記載の製造装置。
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