JP2003206126A - 高純度・超微粉SiOx粉及びその製造方法 - Google Patents
高純度・超微粉SiOx粉及びその製造方法Info
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Abstract
l,Clの合計量が10ppm以下の高純度・超微粉S
iOx(x=0.6〜1.8)粉を提供する。 【解決手段】モノシランガスとモノシランガスの酸化性
ガスとを、圧力10〜1000kPaの非酸化ガス雰囲
気下、温度500〜1000℃で反応させることによっ
て、比表面積が10m2 /g以上、Na,Fe,Al,
Clの合計量が10ppm以下である高純度・超微粉S
iOx(x=0.6〜1.8)粉を製造することができ
る。この場合において、非酸化性ガス量は、モノシラン
ガスとモノシランの酸化性ガスの酸化反応に与る酸素量
との合計量よりも多くすることが好ましい。
Description
膜、ガスバリア膜、光学部品の保護膜等に用いる高純度
・超微粉SiOx粉及びその製造方法に関する。
食品包装用フィルムや光学部品にSiOx膜の蒸着膜を
形成させるための蒸着原料として用いられている。たと
えば、水蒸気、酸素ガスの透過を防止して食品の劣化を
防ぐため、食品包装用フィルムにSiOx膜からなるガ
スバリア膜を形成する原料に用いられている。
リカと金属シリコン及び/又は炭素とを含む混合原料
を、少なくとも8×104 Pa以上の非窒化性雰囲気下
で高温処理してSiO含有ガスを生成させ、それを10
00℃/秒以下の冷却速度で冷却する方法(特開200
1−158613号公報)、SiO2 粉末を不完全燃焼
炎中で加熱してSi蒸気を発生させ、それを亜酸化する
方法(特開平5−213606号公報)等、が知られて
いる。
を行うには、原料の調製から製品の捕集までの間に不純
物が混入しないようなにしなければならない。しかしな
がら、原料の高純度化には精製等の特殊処理が必要とな
る問題がある。また、原料を加熱してSiO蒸気又はS
i蒸気を発生させるには、1500〜2000℃程度で
の高温操作が必要となり、高純度原料を用いても、炉材
等からNa,Al,Mg,Ca,Fe等の不純物が混入
し、高純度SiOx粉を製造することが困難である。本
発明でいう「高純度」とは、Na,Fe,Al,Clの
合計量が10ppm以下のことである。
鑑み、高純度・超微粉SiOx粉を提供することを目的
とする。本発明の目的は、モノシランガスを特定条件下
で酸化反応させることによって達成することができる。
表面積が10m2 /g以上、Na,Fe,Al,Clの
合計量が10ppm以下であることを特徴とする高純度
・超微粉SiOx(x=0.6〜1.8)粉である。ま
た、本発明は、モノシランガスとモノシランガスの酸化
性ガスとを、圧力10〜1000kPaの非酸化ガス雰
囲気下、温度500〜1000℃で反応させることを特
徴とする上記の高純度・超微粉SiOx粉の製造方法で
ある。この場合において、非酸化性ガス量は、モノシラ
ンガスとモノシランの酸化性ガスの酸化反応に与る酸素
量との合計量よりも多くすることが好ましい。
ると、本発明は、原料にモノシランガスを用いることに
よって、低温反応が可能となるので、従来法におけるよ
うな炉材等からの不純物混入を極限まで低下させること
ができ、その結果、生成するSiOx粉の高純度化と超
微粉化が可能となるものである。
ガスは市販品を用いことができる。モノシランガスは、
塩素を構成成分としていない点でトリクロルシラン等の
シラン系ガスよりも優れている。また、モノシランの酸
化性ガス(以下、単に「酸化性ガス」という。)として
は、酸素ガス、空気の他に、モノシランに対して酸化性
を有する例えばNO2、CO2、H2O等のガスを用いる
ことができる。これらの酸化性ガスには、不純物が極限
まで除去されていることが好ましい。
力10〜1000kPaの非酸化性ガス雰囲気下、温度
500〜1000℃で行わせる。圧力が10kPa未満
であると、生成したSiOx膜が反応容器壁面に付着成
長し、排出部を閉塞するので長期操業が容易でなくな
る。また、1000kPaをこえると、反応装置の耐圧
を高めるのに大がかりな設備が必要となるうえ、不純物
が増加する傾向となる。好ましい圧力は、50〜300
kPaである。
とSiO2 が主として生成し、また1000℃をこえる
とSiが生成すると共に、炉材等からの不純物がより多
く混入する恐れが高くなり、いずれの場合も高純度・超
微粉SiOx粉の製造が困難となる。好ましい反応温度
は550〜950℃、特に650〜850℃である。反
応時間(両ガスの反応容器内での滞留時間)は、0.2
〜1秒であることが好ましい。
ガスの反応は、非酸化性ガスの存在下で行われる。これ
によって、生成したSiOx粉の容器壁への付着がより
少なくなる。非酸化ガスとしては、アルゴン、ヘリウム
のような不活性ガスが最適であるが、反応を妨げない範
囲で、H2、N2、NH3、CO等を用いることもでき
る。酸化性ガスとして空気を用いた場合、非酸化性ガス
と酸化性ガスの両方を用いたことになる。非酸化性ガス
の量は、モノシランガス量と酸化性ガスの酸化反応に与
る酸素量との合計量よりも多くすることが好ましく、モ
ル比で2倍以上、特に10倍以上であることが好まし
い。ここで、酸化性ガスの酸化反応に与る酸素量とは、
たとえば空気の場合には、それに含まれる酸素量であ
り、NO2とCO2の場合は、そこから遊離される酸素原
子一個分の酸素量であり、またH2Oの場合は、それを
構成する酸素原子分の酸素量である。
材料で製作されたものが使用される。その形状は、底付
きのコップ形状とすることもできるが、管状が好ましく
その向きは縦型設置、横型設置のいずれであっても良
い。反応容器の加熱方式については、抵抗加熱発熱体、
高周波加熱、赤外輻射加熱等の手段を用いることができ
る。
化性ガス及び副成ガスと共に系外に排出され、バッグフ
ィルター等の粉末回収装置から回収される。
ガスと酸化性ガスの比率をかえることによって、x値の
異なるSiOx粉が製造される。本発明のSiOx粉の
x値が0.6〜1.8以外であると、蒸着速度が低下す
るので蒸着温度をあげる必要があり、望ましくはない。
好ましいx値は0.9〜1.6である。x値は、SiO
x粉中のSiモル量をJIS−R6124(炭化けい素
質研削材の化学分析)に準じて測定し、また酸素モル量
をO/N同時分析装置(例えばLECO社「TC−13
6」)を用いて測定し、それらのモル比から算出するこ
とができる。
0m2 /g以上、Na,Fe,Al,Clの合計量が1
0ppm以下である高純度・超微粉SiOx(x=0.
6〜1.8)粉が製造される。
て、Na,Fe,Al,Clの合計量が10ppmをこ
えると、層間絶縁膜や、リチウムイオン電池の負極活物
質等に用いると絶縁不良、腐食の原因となる。好ましく
は5ppm以下である。これらの不純物は、ICP等の
発光分析法によって測定することができる。また、比表
面積が10m2 /g未満であると蒸着開始温度が低くな
る。好ましい比表面積は50m2 /g以上である。
は、半導体装置の層間絶縁膜、太陽電池のガスバリア
膜、食品包装用フィルムのガスバリア膜を形成させるた
めの蒸着原料等である。
本発明を説明する。
純度≧99.999質量%)を用意し、それぞれのガス
を質量流量計を通じて石英ガラス製反応容器(内径40
mm×長さ800mm)に導入した。モノシランガス
は、アルゴンガスと混合し、石英ガラス製のモノシラン
ガス導入管4(内径5mm)を通して反応容器1の低温
部に吹き出すようにし供給し、また酸素ガスは石英ガラ
ス製の酸化性ガス導入管3(内径5mm)を通して反応
容器中央部付近の高温部に供給し、反応容器中央部で反
応させるようにした(図1参照)。
ロム線ヒーター2に通電を行い、所定の反応温度(表1
参照)に保たれるように加熱されている。温度調整は、
反応容器中央部中心に設置された熱電対で測温し、ニク
ロム線ヒーターの電力を制御して行った。
圧下とほぼ同等の100±10kPaで実施した。反応
容器内の大気圧未満の減圧は、排出側に設けた真空ポン
プで減圧しつつバルブの開度を調節することによって行
い、大気圧をこえる加圧は、反応容器の外側にステンレ
ス製容器をかぶせ2重構造にして行った。この際、ニク
ロム線ヒーターとステンレスの間には繊維質断熱材を埋
め込むと共に、反応容器とステンレス容器の間には、反
応容器内の圧力と同等になるようにアルゴンガスを導入
し、反応容器の内外でのガス圧を均衡させた。
ンガスと共に、排出管5から排出され、途中に設けられ
たバグフィルターで回収された。回収粉末について、S
iOx粉のx値、比表面積、不純物を測定した。それら
の結果を表1に示す。
3では、少量の生成物しか回収できず、大部分が反応容
器の排出部に付着していた。また、回収物の色調も実施
例で得られた薄茶色ないしは茶褐色に対し白いものであ
った。一方、反応容器内の圧力を1200kPaに高め
た比較例4では、比表面積、純度ともに目的とするもの
が得られなかった。
て本発明の高純度・超微粉SiOx(x=0.6〜1.
8)が製造されることが分かる。
g以上、Na,Fe,Al,Clの合計量が10ppm
以下の高純度・超微粉SiOx(x=0.6〜1.8)
粉が提供される。本発明の高純度・超微粉SiOx粉
は、半導体の層間絶縁膜、プラスチック液晶パネル、ア
モルファス太陽電池のガスバリア膜、食品包装用フィル
ムのガスバリア膜等を製造する際の蒸着材料や、リチウ
ムイオン電池の負極活物質として用いることができる。
本発明の製造方法によれば、本発明の高純度・超微粉S
iOx粉を容易に製造することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 比表面積が10m2 /g以上、Na,F
e,Al,Clの合計量が10ppm以下であることを
特徴とする高純度・超微粉SiOx(x=0.6〜1.
8)粉。 - 【請求項2】 モノシランガスとモノシランガスの酸化
性ガスとを、圧力10〜1000kPaの非酸化ガス雰
囲気下、温度500〜1000℃で反応させることを特
徴とする請求項1記載の高純度・超微粉SiOx粉の製
造方法。
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