JP2010235387A - Silicon carbide material and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素質体及びその製造方法に関し、カーボンナノチューブ等を内部で合成等し、カーボンナノチューブ、触媒等を内部に保持する容器として利用できる炭化珪素質体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide body and a method for producing the same, and relates to a silicon carbide body that can be used as a container for synthesizing carbon nanotubes and the like and holding carbon nanotubes, a catalyst, and the like inside, and a method for producing the same.
従来、炭化珪素粒子を焼結したり再結晶したりすることにより、炭化珪素質の構造物（炭化珪素を材料とする構造物）が作製されていた。炭化珪素質の構造物は、例えば、複数の炭化珪素粒子間の隙間を利用してフィルタ等として用いられていた。しかし、従来の炭化珪素質の構造物においては、炭化珪素粒子の表面には特定の構造はなく、通常の炭化珪素粒子の表面のままであった（例えば、非特許文献１を参照）。 Conventionally, silicon carbide-like structures (structures made of silicon carbide) have been produced by sintering or recrystallizing silicon carbide particles. Silicon carbide-like structures have been used, for example, as filters or the like using gaps between a plurality of silicon carbide particles. However, in the conventional silicon carbide-like structure, there is no specific structure on the surface of the silicon carbide particles, and the surface of the normal silicon carbide particles remains (for example, see Non-Patent Document 1).
従来の炭化珪素質の構造物では、炭化珪素粒子表面に微細構造等を有していないため、炭化珪素粒子表面の構造に由来する特性というものは得られなかった。 Since the conventional silicon carbide-like structure does not have a fine structure or the like on the surface of the silicon carbide particles, characteristics derived from the structure of the silicon carbide particles cannot be obtained.
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カーボンナノチューブ等を内部で合成等し、カーボンナノチューブ、触媒等を内部に保持する容器として利用できる微細構造を有する炭化珪素質体と、その製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its object is to synthesize carbon nanotubes and the like inside and to hold the carbon nanotubes, catalyst and the like inside It is providing the silicon carbide body which has the fine structure which can be utilized as, and its manufacturing method.
上記目的を達成するため、本発明によって以下の炭化珪素質体及びその製造方法が提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following silicon carbide body and a method for producing the same.
［１］ 複数の炭化珪素粒子と、前記複数の炭化珪素粒子を繋ぐとともに前記炭化珪素粒子の表面に配設された再結晶炭化珪素部とを備え、前記再結晶炭化珪素部の少なくとも一部に、前記再結晶炭化珪素部の厚さ方向に延び一方の端部が前記再結晶炭化珪素部の表面に開口する複数の六角柱状の穴が、隣接して形成されてなる六角セル構造部が形成された炭化珪素質体。 [1] A plurality of silicon carbide particles and a recrystallized silicon carbide portion that connects the plurality of silicon carbide particles and is disposed on a surface of the silicon carbide particles, and at least a part of the recrystallized silicon carbide portion A hexagonal cell structure is formed by extending a plurality of hexagonal columnar holes adjacent to each other, with one end extending in the thickness direction of the recrystallized silicon carbide portion and opening in the surface of the recrystallized silicon carbide portion. Silicon carbide body.
［２］ 前記六角柱状の穴の中心軸方向に直交する断面において、六角形の前記穴の一辺の長さが１〜１００μｍである［１］に記載の炭化珪素質体。 [2] The silicon carbide based body according to [1], wherein a length of one side of the hexagonal hole is 1 to 100 μm in a cross section perpendicular to a central axis direction of the hexagonal columnar hole.
［３］ 複数の炭化珪素粒子を１７００〜２４００℃で熱処理して、複数の前記炭化珪素粒子の表面に再結晶炭化珪素を形成させながら炭化珪素粒子を前記再結晶炭化珪素で結合させて処理前炭化珪素体を作製し、前記処理前炭化珪素体を酸素濃度１〜３５０ｐｐｍの不活性ガス雰囲気下で、１３００〜１６００℃で熱処理して、［１］又は［２］に記載の炭化珪素質体を製造する炭化珪素質体の製造方法。 [3] A plurality of silicon carbide particles are heat-treated at 1700 to 2400 ° C., and silicon carbide particles are bonded with the recrystallized silicon carbide while forming recrystallized silicon carbide on the surfaces of the plurality of silicon carbide particles. A silicon carbide body is manufactured, and the silicon carbide body before treatment is heat-treated at 1300 to 1600 ° C. in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 1 to 350 ppm, and the silicon carbide body according to [1] or [2] The manufacturing method of the silicon carbide body which manufactures.
このように、本発明の炭化珪素質体によれば、炭化珪素粒子の表面に配設された再結晶炭化珪素部の少なくとも一部に、再結晶炭化珪素部の厚さ方向に延び一方の端部が再結晶炭化珪素部の表面に開口する複数の六角柱状の穴が、隣接して形成されてなる六角セル構造部が形成されているため、六角セル構造部の六角柱状の穴の中で、カーボンナノチューブ等を合成等でき、当該六角柱状の穴を、カーボンナノチューブ、触媒等を内部に保持する容器として利用できる。また、本発明の炭化珪素質体の製造方法によれば、本発明の炭化珪素質体を製造することができる。 As described above, according to the silicon carbide body of the present invention, at least one portion of the recrystallized silicon carbide portion disposed on the surface of the silicon carbide particles extends in the thickness direction of the recrystallized silicon carbide portion. Since the hexagonal cell structure part formed by adjacently forming a plurality of hexagonal columnar holes whose parts open on the surface of the recrystallized silicon carbide part is formed, among the hexagonal columnar holes of the hexagonal cell structure part Carbon nanotubes and the like can be synthesized, and the hexagonal column holes can be used as containers for holding carbon nanotubes, catalysts, and the like. Moreover, according to the manufacturing method of the silicon carbide body of the present invention, the silicon carbide body of the present invention can be manufactured.
次に本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and is within the scope of the present invention. Based on this knowledge, it should be understood that design changes, improvements, etc. can be made as appropriate.
（１）炭化珪素質体：
本発明の炭化珪素質体の一の実施形態は、図１、図２に示すように、複数の炭化珪素粒子１と、当該複数の炭化珪素粒子１を繋ぐとともに当該炭化珪素粒子１の表面１１に配設された再結晶炭化珪素部２とを備え、当該再結晶炭化珪素部２の少なくとも一部に、「当該再結晶炭化珪素部２の厚さ方向に延び一方の端部が当該再結晶炭化珪素部２の表面１２に開口する複数の六角柱状の穴３が、隣接して形成されてなる」六角セル構造部４を有するものである。このように、本実施形態の炭化珪素質体１００は、微細な六角セル構造部４を内部に有する、微細構造を備えた物体である。本実施形態の炭化珪素質体１００は、このような構成であるため、六角セル構造部の六角柱状の穴の中で、カーボンナノチューブ等を合成等でき、当該六角柱状の穴を、カーボンナノチューブ、触媒等を内部に保持する容器として利用できる。図１は、本発明の炭化珪素質体の一の実施形態の一部を拡大して模式的に示す平面図である。図２は、本発明の炭化珪素質体の一の実施形態の、六角セル構造部４が形成された部分を切り出した状態を模式的に示す斜視図である。
(1) Silicon carbide body:
As shown in FIGS. 1 and 2, one embodiment of the silicon carbide body of the present invention connects a plurality of silicon carbide particles 1 and the plurality of silicon carbide particles 1 and the surface 11 of the silicon carbide particles 1. The recrystallized silicon carbide part 2 is disposed on the recrystallized silicon carbide part 2, and at least a part of the recrystallized silicon carbide part 2 extends in the thickness direction of the recrystallized silicon carbide part 2. A plurality of hexagonal columnar holes 3 opened in the surface 12 of the silicon carbide portion 2 are formed adjacent to each other. Thus, the silicon carbide based body 100 of the present embodiment is an object having a fine structure having the fine hexagonal cell structure portion 4 inside. Since the silicon carbide body 100 of the present embodiment has such a configuration, carbon nanotubes and the like can be synthesized in the hexagonal columnar holes of the hexagonal cell structure, and the hexagonal columnar holes can be synthesized with carbon nanotubes, It can be used as a container for holding a catalyst or the like inside. FIG. 1 is an enlarged plan view schematically showing a part of one embodiment of the silicon carbide body of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state in which a portion where the hexagonal cell structure portion 4 is formed in one embodiment of the silicon carbide body of the present invention is cut out.
本実施形態の炭化珪素質体１００において、六角セル構造部４は、再結晶炭化珪素部２に、複数の「六角柱状の穴」３が隔壁部５を挟んで隣接するようにして形成されたものである。換言すれば、六角柱状の穴３は隔壁部５によって区画形成された構造になっている。六角セル構造部４の「セル」は、「六角柱状の穴３」のことを意味する。六角セル構造部４は、「炭化珪素質体１００の単位体積」当たりの、「六角柱状の穴３の開口部６の面積の合計（単位体積当たりの開口部面積）」が、０．０１〜５ｃｍ２／ｃｍ３であることが好ましく、０．０５〜５ｃｍ２／ｃｍ３であることが更に好ましく、０．５〜５ｃｍ２／ｃｍ３であることが特に好ましい。単位体積当たりの開口部面積が、０．０１ｃｍ２／ｃｍ３より小さいとカーボンナノチューブ等の合成等の効率が低くなることがある。単位体積当たりの開口部面積は、大きいほど、カーボンナノチューブ等の合成等を効率的に行うことができ、更に、カーボンナノチューブ、触媒等を、より多く内部に保持することができるため、好ましいが、実際上は、５ｃｍ２／ｃｍ３程度が上限となる。 In the silicon carbide based body 100 of the present embodiment, the hexagonal cell structure portion 4 is formed in the recrystallized silicon carbide portion 2 so that a plurality of “hexagonal columnar holes” 3 are adjacent to each other with the partition wall portion 5 interposed therebetween. Is. In other words, the hexagonal column-shaped hole 3 has a structure that is partitioned by the partition wall 5. “Cell” in the hexagonal cell structure 4 means “hexagonal columnar hole 3”. The hexagonal cell structure portion 4 has a "total area of openings 6 of the hexagonal columnar holes 3 (opening area per unit volume)" per "unit volume of the silicon carbide body 100" of 0.01 to is preferably 5cm 2 / cm 3, more preferably from 0.05~5cm 2 / cm 3, particularly preferably 0.5~5cm 2 / cm 3. If the opening area per unit volume is smaller than 0.01 cm 2 / cm 3 , the efficiency of synthesis of carbon nanotubes and the like may be lowered. The larger the opening area per unit volume, the more efficient the synthesis of carbon nanotubes, etc., and more preferable because carbon nanotubes, catalysts, etc. can be retained inside more, In practice, the upper limit is about 5 cm 2 / cm 3 .
六角柱状の穴３の深さは、０．５〜２００μｍが好ましく、１〜１５０μｍが更に好ましく、５〜１００μｍが特に好ましい。０．５μｍより浅いと、カーボンナノチューブ等の合成等を行い難くなることがあり、２００μｍより深いと、母材である炭化珪素（ＳｉＣ）粒子の強度が大幅に低下することがあり、更に、隣接する六角柱状の穴３同士が連結し、六角柱状の穴が消失してしまう（六角柱状の構造が失われ、単なる空間になってしまう）ことがある。 The depth of the hexagonal columnar hole 3 is preferably 0.5 to 200 μm, more preferably 1 to 150 μm, and particularly preferably 5 to 100 μm. If it is shallower than 0.5 μm, it may be difficult to synthesize carbon nanotubes, etc. If it is deeper than 200 μm, the strength of the silicon carbide (SiC) particles, which are the base material, may be greatly reduced. The hexagonal columnar holes 3 may be connected to each other, and the hexagonal columnar holes may disappear (the hexagonal columnar structure is lost, resulting in a simple space).
また、六角柱状の穴３は、その中心軸方向に直交する断面において、六角形の穴（六角柱状の穴３）の一辺の長さが１〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより、六角柱状の穴３の中で、カーボンナノチューブ等の合成等をより好適に行うことができ、更に、六角柱状の穴３を、カーボンナノチューブ、触媒等を内部に保持する容器として、より好適に利用できるようになる。１μｍより短いと、六角柱状の穴３が細くなるため、カーボンナノチューブ等の合成等を行い難くなることがある。１００μｍより長いと、六角柱状の穴３が太くなるため、カーボンナノチューブ等の合成等を行い難くなることがある。 In addition, the hexagonal columnar hole 3 has a cross-section orthogonal to the central axis direction, and the length of one side of the hexagonal hole (hexagonal columnar hole 3) is preferably 1 to 100 μm, and more preferably 5 to 50 μm. More preferably. By setting such a range, it is possible to more suitably synthesize carbon nanotubes and the like in the hexagonal column-shaped hole 3, and further, the hexagonal column-shaped hole 3 with the carbon nanotube, catalyst and the like inside. As a container to hold | maintain, it comes to be able to use more suitably. If it is shorter than 1 μm, the hexagonal columnar hole 3 becomes thin, and it may be difficult to synthesize carbon nanotubes. If it is longer than 100 μm, the hexagonal column-shaped hole 3 becomes thick, so that it may be difficult to synthesize carbon nanotubes and the like.
また、六角柱状の穴３の、中心軸に直交する断面の形状は、六角柱状の炭化珪素の結晶における中心軸に直交する断面の形状であることが好ましい。正六角形であることが好ましいが、若干の変形があってもよい。また、複数の六角柱状の穴３の大きさ（深さ、中心軸に直行する断面の大きさ）は、全体的に均一な大きさであることが好ましいが、異なる大きさのものが混在していてもよい。 Moreover, it is preferable that the shape of the cross section orthogonal to the central axis of the hexagonal columnar hole 3 is the shape of the cross section orthogonal to the central axis in the hexagonal columnar silicon carbide crystal. Although it is preferably a regular hexagon, there may be some deformation. The size of the plurality of hexagonal column-shaped holes 3 (depth, size of a cross section perpendicular to the central axis) is preferably uniform overall, but different sizes are mixed. It may be.
六角柱状の穴３を区画形成する隔壁部５の厚さは、０．１〜１２０μｍが好ましく、０．５〜１００μｍが更に好ましく、１〜５０μｍが特に好ましい。０．１μｍより薄いと、強度が低くなることがある。１２０μｍより厚いと、六角柱状の穴３の密度（再結晶炭化珪素部２の表面１２における、単位面積当たりの六角柱の穴３の数）が低くなり、カーボンナノチューブ等の合成等の効率が低くなることがある。尚、隔壁部５は、再結晶炭化珪素部２の一部であり、再結晶炭化珪素部２と同じ材質である。 0.1-120 micrometers is preferable, as for the thickness of the partition part 5 which divides and forms the hexagonal column-shaped hole 3, 0.5-100 micrometers is more preferable, and 1-50 micrometers is especially preferable. If it is thinner than 0.1 μm, the strength may be lowered. If it is thicker than 120 μm, the density of the hexagonal columnar holes 3 (the number of hexagonal columnar holes 3 per unit area on the surface 12 of the recrystallized silicon carbide portion 2) is low, and the efficiency of synthesis of carbon nanotubes and the like is low. May be. The partition wall portion 5 is a part of the recrystallized silicon carbide portion 2 and is made of the same material as the recrystallized silicon carbide portion 2.
本実施形態の炭化珪素質体１００において、再結晶炭化珪素部２は、炭化珪素粒子１の表面に配設されるとともに、炭化珪素粒子１同士を結合させる役割を果たす。再結晶炭化珪素部２は、炭化珪素が再結晶されて形成されたものである。 In silicon carbide based body 100 of the present embodiment, recrystallized silicon carbide portion 2 is disposed on the surface of silicon carbide particles 1 and plays a role of bonding silicon carbide particles 1 together. Recrystallized silicon carbide portion 2 is formed by recrystallizing silicon carbide.
本実施形態の炭化珪素質体１００において、炭化珪素粒子１は、炭化珪素質体１００を構成する骨材である。炭化珪素粒子１の平均粒子径は、５〜３０００μｍが好ましく、１０〜５００μｍが更に好ましい。炭化珪素粒子１の平均粒子径は、粒径が数十ミクロン（１５μｍ程度）より小さい場合は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に準拠した方法で測定した値であり、数十ミクロン（１５μｍ程度）より大きい場合はＪＩＳ Ｒ １６３９−１に準拠した方法で測定した値である。炭化珪素粒子の製造方法としては、特に限定されないが、アッチソン法により合成された炭化珪素を、粉砕し、整粒して炭化珪素粒子とする方法を挙げることができる。 In silicon carbide based body 100 of the present embodiment, silicon carbide particles 1 are aggregates that constitute silicon carbide based body 100. The average particle diameter of the silicon carbide particles 1 is preferably 5 to 3000 μm, and more preferably 10 to 500 μm. The average particle diameter of the silicon carbide particles 1 is a value measured by a method according to JIS R 1619 when the particle diameter is smaller than several tens of microns (about 15 μm), and when larger than several tens of microns (about 15 μm). It is the value measured by the method based on JISR1639-1. Although it does not specifically limit as a manufacturing method of a silicon carbide particle, The method of grind | pulverizing and sizing the silicon carbide synthesize | combined by the Atchison method can be mentioned.
本実施形態の炭化珪素質体１００は、複数の炭化珪素粒子１が再結晶炭化珪素部２によって結合されたものである。複数の炭化結晶粒子１の間には隙間（細孔）が形成されている。炭化珪素質体１００の細孔径は、２〜２００μｍが好ましく、１０〜１００μｍが更に好ましい。また、炭化珪素質体１００の気孔率は、３〜８０％が好ましく、５〜４０％が更に好ましい。炭化珪素質体の細孔径は水銀ポロシメータで測定した値である。また、炭化珪素質体の気効率はアルキメデス法で測定した値である。また、炭化珪素質体１００の全体形状は、特に限定されず、用途に応じて、適宜所望の形状とすることができる。例えば、六角柱状の穴３の中で、カーボンナノチューブを合成する場合には、角板形状が好ましい。 Silicon carbide body 100 of the present embodiment is obtained by bonding a plurality of silicon carbide particles 1 by recrystallized silicon carbide portion 2. Gaps (pores) are formed between the plurality of carbonized crystal particles 1. The pore size of silicon carbide body 100 is preferably 2 to 200 μm, and more preferably 10 to 100 μm. Further, the porosity of silicon carbide based body 100 is preferably 3 to 80%, and more preferably 5 to 40%. The pore diameter of the silicon carbide body is a value measured with a mercury porosimeter. Further, the gas efficiency of the silicon carbide material is a value measured by Archimedes method. Moreover, the whole shape of the silicon carbide body 100 is not specifically limited, It can be suitably set as a desired shape according to a use. For example, when carbon nanotubes are synthesized in the hexagonal column-shaped hole 3, a square plate shape is preferable.
（２）炭化珪素質体の製造方法：
本発明の炭化珪素質体の製造方法の一の実施形態は、上記本発明の炭化珪素質体の一の実施形態を製造する方法である。本実施形態の炭化珪素質体の製造方法は、複数の炭化珪素粒子を１７００〜２４００℃で熱処理して、複数の炭化珪素粒子の表面に再結晶炭化珪素を形成させながら炭化珪素粒子を再結晶炭化珪素で結合させて処理前炭化珪素体を作製し、処理前炭化珪素体を酸素濃度１〜３５０ｐｐｍの不活性ガス雰囲気下で、１３００〜１６００℃で熱処理して炭化珪素質体を製造するものである。このように、複数の炭化珪素粒子の表面に再結晶炭化珪素を形成させた処理前炭化珪素体を、酸素濃度１〜３５０ｐｐｍの不活性ガス雰囲気下で、１３００〜１６００℃で熱処理するため、再結晶炭化珪素がアクティブ酸化されて、六角柱状の穴が形成され、炭化珪素質体が得られる。アクティブ酸化とは、「ＳｉＣ＋Ｏ２＝ＳｉＯ＋ＣＯ」の化学式で示される反応により、炭化珪素が酸化されて一酸化珪素ガス及び一酸化炭素ガスとなることを意味する。このように、炭化珪素が酸化されて一酸化珪素ガス及び一酸化炭素ガスとなって放出されるため、再結晶炭化珪素に六角柱状の穴が形成される。再結晶炭化珪素に形成される穴が六角柱状であるのは、再結晶炭化珪素の結晶構造が、六角柱状の結晶構造の炭化珪素が隣接して並んで形成された構造であるからと考えられる。そして、六角柱状の穴が、隔壁部で区画形成されるように形成されるのは、「六角柱状の炭化珪素結晶」同士の接触部分（隔壁部に相当）が、アクティブ酸化され難く形成されているためと考えられる。
(2) Manufacturing method of silicon carbide body:
One embodiment of the method for producing a silicon carbide body of the present invention is a method for producing one embodiment of the silicon carbide body of the present invention. In the method for manufacturing a silicon carbide based material according to the present embodiment, a plurality of silicon carbide particles are heat-treated at 1700 to 2400 ° C. to recrystallize silicon carbide particles while forming recrystallized silicon carbide on the surfaces of the plurality of silicon carbide particles. A silicon carbide body is produced by bonding with silicon carbide to prepare a silicon carbide body before treatment and heat-treating the silicon carbide body before treatment at 1300 to 1600 ° C. in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 1 to 350 ppm. It is. In this way, the silicon carbide body before treatment in which recrystallized silicon carbide is formed on the surfaces of a plurality of silicon carbide particles is heat-treated at 1300 to 1600 ° C. in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 1 to 350 ppm. Crystalline silicon carbide is actively oxidized to form hexagonal columnar holes, and a silicon carbide body is obtained. Active oxidation means that silicon carbide is oxidized into silicon monoxide gas and carbon monoxide gas by a reaction represented by a chemical formula of “SiC + O 2 = SiO + CO”. Thus, since silicon carbide is oxidized and released as silicon monoxide gas and carbon monoxide gas, hexagonal columnar holes are formed in the recrystallized silicon carbide. The reason why the hole formed in the recrystallized silicon carbide is hexagonal columnar is that the crystal structure of the recrystallized silicon carbide is a structure in which silicon carbide having a hexagonal columnar crystal structure is formed adjacent to each other. . The hexagonal columnar holes are formed so as to be defined by the partition walls because the contact portions (corresponding to the partition walls) between the “hexagonal columnar silicon carbide crystals” are not easily oxidized. It is thought that it is because.
本実施形態の炭化珪素質体の製造方法は、まず、複数の炭化珪素粒子を１７００〜２４００℃で熱処理して、複数の炭化珪素粒子の表面に再結晶炭化珪素を形成させながら炭化珪素粒子を再結晶炭化珪素で結合させて処理前炭化珪素体を作製する。処理前炭化珪素体を作製する方法は、特に限定されず、通常の、炭化珪素粒子を熱処理して再結晶炭化珪素を生成させることにより、炭化珪素粒子が互いに結合されて形成される構造体を作製する方法を用いることができる。炭化珪素粒子の熱処理温度は、１３００〜１６００℃であり、１４００〜１５００℃が好ましい。また、炭化珪素粒子の熱処理時間は、１〜２４時間が好ましく、５〜１２時間が更に好ましい。また、炭化珪素粒子を熱処理するときの雰囲気は、酸素濃度１〜３５０ｐｐｍの不活性ガス雰囲気が好ましく、不活性ガスがアルゴンであることが更に好ましい。炭化珪素粒子の熱処理は、電気炉等を用いて行うことが好ましい。炭化珪素粒子の平均粒子径は、５〜３０００μｍが好ましく、１０〜５００μｍが更に好ましい。炭化珪素粒子１の平均粒子径は、粒径が数十ミクロン（１５μｍ程度）より小さい場合は、ＪＩＳ Ｒ １６１９に準拠した方法で測定した値であり、数十ミクロン（１５μｍ程度）より大きい場合はＪＩＳ Ｒ １６３９−１に準拠した方法で測定した値である。 In the method of manufacturing a silicon carbide body according to the present embodiment, first, a plurality of silicon carbide particles are heat-treated at 1700 to 2400 ° C. to form silicon carbide particles while forming recrystallized silicon carbide on the surfaces of the plurality of silicon carbide particles. A silicon carbide body before processing is produced by bonding with recrystallized silicon carbide. The method for producing the silicon carbide body before treatment is not particularly limited, and a normal structure formed by bonding silicon carbide particles to each other by heat-treating silicon carbide particles to produce recrystallized silicon carbide. A manufacturing method can be used. The heat treatment temperature of the silicon carbide particles is 1300 to 1600 ° C, preferably 1400 to 1500 ° C. In addition, the heat treatment time of the silicon carbide particles is preferably 1 to 24 hours, and more preferably 5 to 12 hours. Moreover, the atmosphere when heat-treating the silicon carbide particles is preferably an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 1 to 350 ppm, and more preferably the inert gas is argon. The heat treatment of the silicon carbide particles is preferably performed using an electric furnace or the like. The average particle diameter of the silicon carbide particles is preferably 5 to 3000 μm, and more preferably 10 to 500 μm. The average particle diameter of the silicon carbide particles 1 is a value measured by a method according to JIS R 1619 when the particle diameter is smaller than several tens of microns (about 15 μm), and when larger than several tens of microns (about 15 μm). It is the value measured by the method based on JISR1639-1.
次に、処理前炭化珪素体を、酸素濃度１〜３５０ｐｐｍの不活性ガス雰囲気下で、１３００〜１６００℃で熱処理して本発明の炭化珪素質体を作製する。酸素濃度１〜３５０ｐｐｍで再結晶炭化珪素が形成された処理前炭化珪素体を熱処理するため、再結晶炭化珪素がアクティブ酸化され、再結晶炭化珪素に、六角柱状の穴が形成されて、六角セル構造部が形成される。 Next, the silicon carbide body before treatment is heat-treated at 1300 to 1600 ° C. in an inert gas atmosphere having an oxygen concentration of 1 to 350 ppm to produce the silicon carbide body of the present invention. In order to heat-treat the silicon carbide body before treatment in which recrystallized silicon carbide is formed at an oxygen concentration of 1 to 350 ppm, the recrystallized silicon carbide is actively oxidized, and hexagonal columnar holes are formed in the recrystallized silicon carbide. A structural part is formed.
図３は、処理前炭化珪素体を熱処理するときの雰囲気中の酸素濃度と、処理前炭化珪素体の質量変化（率）との関係を模式的に示したグラフである。縦軸（ｙ軸）は、処理前炭化珪素体の質量変化率を示し、横軸（ｘ軸）は、雰囲気中の酸素濃度を示す。尚、説明の便宜上、「処理前炭化珪素体の質量変化」と記載するが、処理前炭化珪素体は、熱処理によって、その構造が熱処理前の構造から変化していき（処理前炭化珪素体とは、異なるものに変化していき）、最終的には炭化珪素体になる。処理前炭化珪素体の質量変化率は、生成する炭化珪素体の質量から処理前炭化珪素体の質量を差し引いて、得られた値を処理前炭化珪素体の質量で除して、１００倍した値である。尚、処理前炭化珪素体の気孔率は１７％である。処理前炭化珪素体の気孔率はアルキメデス法で測定した値である。図３のグラフでは、窒素雰囲気下、１４５０℃、５時間の条件で処理前炭化珪素体を熱処理したときの質量変化を概略的に示している。 FIG. 3 is a graph schematically showing the relationship between the oxygen concentration in the atmosphere when heat-treating the silicon carbide body before treatment and the mass change (rate) of the silicon carbide body before treatment. The vertical axis (y-axis) indicates the mass change rate of the silicon carbide body before treatment, and the horizontal axis (x-axis) indicates the oxygen concentration in the atmosphere. For convenience of explanation, it is described as “mass change of silicon carbide body before treatment”, but the structure of the silicon carbide body before treatment is changed from the structure before the heat treatment by the heat treatment (with the silicon carbide body before the treatment). Changes to different ones) and eventually becomes a silicon carbide body. The mass change rate of the silicon carbide body before treatment was multiplied by 100 by subtracting the mass of the silicon carbide body before treatment from the mass of the silicon carbide body to be produced and dividing the obtained value by the mass of the silicon carbide body before treatment. Value. In addition, the porosity of the silicon carbide body before processing is 17%. The porosity of the silicon carbide body before treatment is a value measured by the Archimedes method. The graph of FIG. 3 schematically shows a change in mass when the silicon carbide body before treatment is heat-treated under conditions of 1450 ° C. and 5 hours in a nitrogen atmosphere.
図３に示すように、酸素濃度と処理前炭化珪素体の質量変化率との関係は、酸素濃度が０ｐｐｍから大きくなるに従って初めは処理前炭化珪素体の質量が減少し、質量の変化量が極小値（酸素濃度が５００ｐｐｍ付近）に至るまでは、酸素濃度が大きくなるに従って処理前炭化珪素体の質量減少の程度が次第に大きくなる。そして、酸素濃度が５００ｐｐｍ付近（処理前炭化珪素体の質量変化量が極小値となる点）からさらに大きくなると、酸素濃度が大きくなるに従って質量減少の程度が小さくなる。そして、酸素濃度が７００ｐｐｍ付近になると処理前炭化珪素体の質量変化がなくなり、酸素濃度が７００ｐｐｍ付近から更に大きくなると処理前炭化珪素体の質量が増大するようになる。処理前炭化珪素体の質量の減少は、上記アクティブ酸化によるものであり、質量の増加は、パッシブ酸化によるものである。ここで、パッシブ酸化とは、「ＳｉＣ＋２Ｏ２＝ＳｉＯ２＋ＣＯ２」の化学式で示される反応により、炭化珪素が酸化されて二酸化珪素及び二酸化炭素ガスとなることを意味する。パッシブ酸化の場合、二酸化珪素が生じることにより質量が増加する。このように、雰囲気中の酸素濃度によって、アクティブ酸化が起きたり、パッシブ酸化が起きたりするため、本実施形態の炭化珪素体の製造方法は、アクティブ酸化が主として起きていると考えられる酸素濃度１〜３５０ｐｐｍの範囲において、処理前炭化珪素体を熱処理するものである。処理前炭化珪素体を熱処理するときの酸素濃度は、１０〜２５０ｐｐｍが好ましい。 As shown in FIG. 3, the relationship between the oxygen concentration and the mass change rate of the silicon carbide body before the treatment is such that the mass of the silicon carbide body before the treatment first decreases as the oxygen concentration increases from 0 ppm, and the amount of change in the mass is Until the minimum value (oxygen concentration is around 500 ppm), the degree of mass reduction of the silicon carbide body before treatment gradually increases as the oxygen concentration increases. When the oxygen concentration further increases from around 500 ppm (the point at which the mass change amount of the silicon carbide body before treatment becomes a minimum value), the degree of mass reduction decreases as the oxygen concentration increases. When the oxygen concentration is around 700 ppm, the mass change of the silicon carbide body before treatment disappears, and when the oxygen concentration is further increased from around 700 ppm, the mass of the silicon carbide body before treatment increases. The decrease in the mass of the silicon carbide body before treatment is due to the active oxidation, and the increase in the mass is due to passive oxidation. Here, passive oxidation means that silicon carbide is oxidized into silicon dioxide and carbon dioxide gas by a reaction represented by a chemical formula of “SiC + 2O 2 = SiO 2 + CO 2 ”. In the case of passive oxidation, the mass increases due to the formation of silicon dioxide. As described above, active oxidation or passive oxidation occurs depending on the oxygen concentration in the atmosphere. Therefore, in the method for manufacturing a silicon carbide body according to this embodiment, the oxygen concentration is considered to be mainly caused by active oxidation. In the range of ˜350 ppm, the silicon carbide body before treatment is heat-treated. The oxygen concentration when heat-treating the silicon carbide body before treatment is preferably 10 to 250 ppm.
処理前炭化珪素体を熱処理するときの不活性ガス雰囲気としては、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス雰囲気等を挙げることができる。また、処理前炭化珪素体の熱処理は、電気炉等を用いて行うことが好ましい。 Examples of the inert gas atmosphere when heat-treating the silicon carbide body before treatment include a nitrogen gas atmosphere and an argon gas atmosphere. Moreover, it is preferable to heat-process the silicon carbide body before a process using an electric furnace etc.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
（実施例１）
平均粒子径２００μｍの炭化珪素粒子を２２００℃で熱処理して、複数の炭化珪素粒子の表面に再結晶炭化珪素を形成させながら炭化珪素粒子を再結晶炭化珪素で結合させて処理前炭化珪素体を作製した。処理前炭化珪素体の外形は、角板形状とした。次に、処理前炭化珪素体を、酸素濃度１００ｐｐｍのアルゴンガス雰囲気下で、１４５０℃で１００時間、熱処理して炭化珪素質体を作製した。
Example 1
Silicon carbide particles having an average particle diameter of 200 μm are heat-treated at 2200 ° C., and silicon carbide particles are bonded with recrystallized silicon carbide while forming recrystallized silicon carbide on the surfaces of the plurality of silicon carbide particles. Produced. The external shape of the silicon carbide body before processing was a square plate shape. Next, the silicon carbide body before treatment was heat-treated at 1450 ° C. for 100 hours in an argon gas atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm to produce a silicon carbide body.
得られた炭化珪素質体は、気孔率約２２％であった。気効率はアルキメデス法で測定した。また、得られた炭化珪素質体の顕微鏡写真を図４に示す。図４は、実施例１の炭化珪素質体１００の顕微鏡写真である。図４は、炭化珪素質体１００を構成する炭化珪素粒子の表面に配設された六角セル構造部４を拡大した顕微鏡写真である。六角セル構造部４に六角柱状の穴３が形成されていることがわかる。 The obtained silicon carbide body had a porosity of about 22%. The air efficiency was measured by the Archimedes method. Moreover, the microscope picture of the obtained silicon carbide body is shown in FIG. 4 is a photomicrograph of silicon carbide body 100 of Example 1. FIG. FIG. 4 is an enlarged photomicrograph of hexagonal cell structure 4 disposed on the surface of silicon carbide particles constituting silicon carbide body 100. It can be seen that the hexagonal columnar hole 3 is formed in the hexagonal cell structure 4.
カーボンナノチューブ等を内部で合成等することができ、カーボンナノチューブ、触媒等を内部に保持する容器として利用することができる。 Carbon nanotubes and the like can be synthesized inside, and can be used as a container for holding carbon nanotubes, catalysts and the like inside.
１：炭化珪素粒子、２：再結晶炭化珪素部、３：六角柱状の穴、４：六角セル構造部、５：隔壁部、６：開口部、１１：炭化珪素粒子の表面、１２：再結晶炭化珪素部の表面、１００：炭化珪素質体。 1: Silicon carbide particles, 2: Recrystallized silicon carbide part, 3: Hexagonal columnar hole, 4: Hexagonal cell structure part, 5: Partition part, 6: Opening part, 11: Surface of silicon carbide particle, 12: Recrystallization Surface of silicon carbide portion, 100: silicon carbide body.
Claims (3)
前記再結晶炭化珪素部の少なくとも一部に、前記再結晶炭化珪素部の厚さ方向に延び一方の端部が前記再結晶炭化珪素部の表面に開口する複数の六角柱状の穴が、隣接して形成されてなる六角セル構造部が形成された炭化珪素質体。 A plurality of silicon carbide particles, and a recrystallized silicon carbide portion that connects the plurality of silicon carbide particles and is disposed on the surface of the silicon carbide particles,
A plurality of hexagonal column-shaped holes extending in the thickness direction of the recrystallized silicon carbide portion and having one end opening on the surface of the recrystallize silicon carbide portion are adjacent to at least a part of the recrystallized silicon carbide portion. The silicon carbide body in which the hexagonal cell structure part formed in this way was formed.
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