JP2015224142A

JP2015224142A - 炭化珪素微粉体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2015224142A
Application number: JP2014108206A
Authority: JP
Inventors: 中平　敦; Atsushi Nakahira; 敦中平
Original assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University; Nakamura Choukou Co Ltd; Suminoe Nakacho Device Technology Corp
Current assignee: Osaka University NUC; Osaka Prefecture University; Nakamura Choukou Co Ltd; Suminoe Nakacho Device Technology Corp
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2015-12-14
Anticipated expiration: 2034-05-26
Also published as: JP6172048B2

Abstract

【課題】微細な粒径及びβ型結晶をα型結晶よりも多く含む結晶構造を有し、従来の炭化珪素焼結体よりも緻密性や機械強度の高い炭化珪素焼結体を与えることができる炭化珪素微粉体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンインゴットの切削加工により得られる、表面に微細な凹凸を有するシリコン切屑及びクーラントを含むスラッジと、炭素粉末との混合物を焼成することにより得られる、β型結晶をα型結晶よりも多く含むことを特徴とする炭化珪素微粉体、及び、シリコンインゴットの切削加工により得られる、表面に微細な凹凸を有するシリコン切屑及びクーラントを含むスラッジ（Ｓ１）と、炭素粉末とを混合し（Ｓ２）、得られた混合物を焼成する（Ｓ３）ことを特徴とする、β型結晶をα型結晶よりも多く含む炭化珪素微粉体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化珪素微粉体及びその製造方法に関し、さらに詳しくはβ型結晶をα型結晶よりも多く含み、粒径が非常に小さい炭化珪素微粉体及びその製造方法に関する。

従来から、ディーゼルエンジンの排出ガスが大気や人体に影響を及ぼすおそれがある可燃性微粒子を多く含んでいることが、知られている。特に、自動車に占めるディーゼルエンジン車の比率が大きい欧州では、ディーゼルエンジンの排出ガス規格が厳格化され、排出ガスのより一層の清浄化が求められている。ディーゼルエンジンの排出ガスの清浄化には種々の方法が提案されているが、例えば、ハニカム構造を有するディーゼル微粒子捕集フィルタ（Diesel particulate filter、以下、「ＤＰＦ」とする。）もその一つである（特許文献１〜３）。

特許文献３に開示のハニカム構造ＤＰＦは、構成材料が炭化珪素からなることを特徴とする。炭化珪素からなるＤＰＦは、例えば、炭化珪素粉体を含む材料にバインダや焼結助剤等を添加及び混合して所定形状に成形し、得られた成形体を焼成することにより、炭化珪素焼結体として作製されている。炭化珪素焼結体は、炭化珪素の性質すなわち硬度や熱伝導率が高く、機械強度、耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性、摺動性等の機械特性や、耐酸化性、耐薬品性等の化学特性に優れるといった性質を保持すると共に、気孔率が比較的高いものとなるため、ディーゼルエンジンの排出ガス中の可燃性微粒子を効率良く捕集し、排出ガスの清浄化に有効である。しかしながら、従来の炭化珪素焼結体は、緻密性の点で更なる改良の余地が残されているため、高温の排出ガスに長期間晒されると機械強度が低下し、可燃性微粒子の捕集効率が経時的に低下するという問題を有している。

また、炭化珪素は、上記性質を利用して、ＤＰＦ以外にもメカニカルシール、ベアリング、ケミカルポンプのシャフトや軸受け等の摺動部品、ウェハーフォーク、ウェハーチャック、突き上げピン等の半導体製造装置部品、バナーノズル、熱交換器等の耐熱部品、ブラストノズル、粉砕機ライナー等の耐磨耗性部品、研削部品、研磨剤等、種々の用途に用いられている。これらの各種部品も主に炭化珪素焼結体からなるものであるが、炭化珪素焼結体の緻密性が、その長期耐用性等にも影響を及ぼしている。

一方、切削加工によりシリコンインゴットからシリコン板を切り出す際に副生するシリコン切屑を再利用する技術が、種々提案されている（特許文献４、５）。

特許文献４は、粒径１０〜２０μｍの炭化珪素砥粒及び水溶性又は非水溶性のクーラント（切削液）を用いてシリコンインゴットからシリコン板を切り出す際に副生する廃液を遠心分離機又は濾過器で固液分離することにより、主に粒径２〜６μｍ程度のシリコン切屑と粒径１０〜２０μｍの炭化珪素砥粒と粒径１．５〜４μｍ程度の鉄とからなる固形物を得、この固形物を炭化珪素焼結体の原料として用いることを開示している。しかしながら、特許文献４は、高価な炭化珪素砥粒を回収して再利用することを目的とするものであり、上記固形物中に含まれるシリコン切屑から微細な炭化珪素粉体を得る方法を開示するものではない。

特許文献５は、シリコンインゴットからシリコン板を切り出す際に副生するシリコン切屑を酸、アルカリ若しくはアルコールによる脱脂処理及び脱水処理を施した後に炭素粉末と混合し、得られた混合粉を非酸化性雰囲気中１０００〜１４００℃の温度下で６〜２４時間焼成することを特徴とする、炭化珪素粉体の製造方法を開示している。しかしながら、特許文献５に開示の方法で得られる炭化珪素粉体は、７〜１３μｍ程度の比較的大きな粒径を有しているので、この炭化珪素粉体から作製された炭化珪素焼結体は、緻密性等の点で改良の余地が残されている。

また、炭化珪素は、六方晶のα型結晶と立方晶のβ型結晶との混晶として得られることが多い。炭化珪素におけるα型結晶とβ型結晶との含有割合は、Ｓｉ源化合物とＣ源化合物との混合物を焼成する際の温度及び時間によって決まるというのが通説であるが、実際にはＳｉ源化合物やＣ源化合物の種類や粒径、Ｓｉ源化合物及びＣ源化合物以外の化合物の存在等の他の要因も絡んでくるものと考えられている。

特開平７−１９０２６号公報特開平８−２８１０３６号公報特開平０９−０７１４６６号公報特開２００６−２５６８９４号公報特開２０１０−１７３９１６号公報

本発明の目的は、微細な粒径及びβ型結晶をα型結晶よりも多く含む結晶構造を有し、従来の炭化珪素焼結体よりも緻密性や機械強度の高い炭化珪素焼結体を与えることができる炭化珪素微粉体及びその製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、シリコンインゴットの切削加工から副生するシリコン切屑を炭化珪素合成用原料（Ｓｉ源化合物）として用いる場合には、従来はシリコン切屑と切削液等のクーラントとを含むスラッジからシリコン切屑のみを分離し洗浄して用いていたのに対し、該スラッジをそのまま又は表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑をＳｉ源化合物として用いることにより、粒径が非常に微細で、かつ、β型結晶をα型結晶よりも多く含む炭化珪素微粉体が得られ、該炭化珪素微粉体を用いることにより、緻密性、硬度、機械強度等の高い炭化珪素焼結体が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、下記（１）〜（６）の炭化珪素微粉体及び下記（７）〜（１２）の炭化珪素微粉体の製造方法を提供する。

（１）シリコンインゴットの切削加工により得られる、表面に微細な凹凸を有するシリコン切屑及びクーラントを含むスラッジと、炭素粉末との混合物を焼成することにより得られる、β型結晶をα型結晶よりも多く含むことを特徴とする炭化珪素微粉体。
（２）シリコン切屑の平均粒径が１μｍ以下である上記（１）の炭化珪素微粉体。
（３）スラッジが、素線径１２０μｍ以下、砥粒径３０μｍ以下の固定砥粒工具及びクーラントを用いて、シリコンインゴットからシリコン板を切り出す工程での副生物である上記（１）又は（２）の炭化珪素微粉体。
（４）焼成が、非酸化性雰囲気中１１００〜１４５０℃の温度下で行なわれる上記（１）〜（３）のいずれかの炭化珪素微粉体。
（５）混合物を乾燥させた後に焼成する上記（１）〜（４）のいずれかの炭化珪素微粉体。
（６）α型結晶を実質的に含有せず、β型結晶のみからなる上記（１）〜（５）のいずれかの炭化珪素微粉体。

（７）シリコンインゴットの切削加工により得られる、表面に微細な凹凸を有するシリコン切屑及びクーラントを含むスラッジと、炭素粉末とを混合し、得られた混合物を焼成することを特徴とする、β型結晶をα型結晶よりも多く含む炭化珪素微粉体の製造方法。
（８）シリコン切屑の平均粒径が１μｍ以下である上記（７）の炭化珪素微粉体の製造方法。
（９）スラッジが、素線径１２０μｍ以下、砥粒径３０μｍ以下の固定砥粒工具及びクーラントを用いて、シリコンインゴットからシリコン板を切り出す工程での副生物である上記（７）又は（８）の炭化珪素微粉体の製造方法。
（１０）焼成が、非酸化性雰囲気中１１００〜１４５０℃の温度下で行なわれる上記（７）〜（９）のいずれかの炭化珪素微粉体の製造方法。
（１１）混合物を乾燥させた後に焼成する上記（７）〜（１０）のいずれかの炭化珪素微粉体の製造方法。
（１２）焼成後に、脱炭処理及び解砕処理から選ばれる少なくとも１種の処理をさらに行なう上記（７）〜（１１）のいずれかの炭化珪素微粉体の製造方法。

本発明によれば、緻密性や機械強度の高い炭化珪素焼結体を与えることができる炭化珪素微粉体及びその製造方法が提供される。

本発明の炭化珪素微粉体の製造方法の一実施形態を概略化して示す工程図である。

本発明の炭化珪素微粉体は、シリコンインゴットを切削加工する際に副生する、シリコン切屑及びクーラントを含むスラッジ又は表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑（Ｓｉ源化合物）と、炭素粉末（Ｃ源化合物）との混合物を焼成することにより得られるものであり、以下に示すように、その粒径及び結晶構造に特徴を有している。

本発明の炭化珪素微粉体は、Ｓｉ源化合物として用いるシリコン切屑とほぼ同等の平均粒径を有し、その平均粒径は好ましくは１μｍ以下である。このような微細な平均粒径を有することにより、緻密性が高くかつ所定の気孔率を有する炭化珪素焼結体を得ることができる。したがって、該焼結体からなるＤＰＦは、ディーゼルエンジンの排出ガス中の可燃性微粒子の捕集効果が非常に高い。本明細書において、平均粒径とは体積平均粒径を意味し、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置やフロー式画像解析法を用いて測定される。レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置は市販されており、ＬＡ−９２０（商品名、（株）堀場製作所製）、マイクロトラックＭＴ３０００（商品名、日機装（株）製）等が挙げられる。また、フロー式画像解析装置としても種々のものが市販されている。

また、本発明の炭化珪素微粉体は、β型結晶をα型結晶よりも多く含む結晶構造を有している。炭化珪素のβ型結晶は、ダイヤモンドと同じ立方晶であることから、β型結晶を多く含む本発明の炭化珪素微粉体は、硬度や機械強度が非常に高いという特性を有している。本発明の炭化珪素微粉体を用いて作製された炭化珪素焼結体は、本発明の炭化珪素微粉体の性質すなわち硬度や熱伝導率が高く、機械強度、耐熱性、耐熱衝撃性、耐摩耗性、摺動性等の機械特性や、耐酸化性、耐薬品性等の化学特性に優れるといった性質を反映して硬度や機械強度が顕著に高く、さらに耐熱性等にも優れている。該焼結体からなるＤＰＦは、その高い緻密性及び機械強度により、ディーゼルエンジンの高温の排出ガスに長期間さらされても劣化が少ないので、その優れた可燃性微粒子捕集効果を長期間にわたって十分に発揮することができる。

本発明の炭化珪素微粉体におけるβ型結晶とα型結晶との含有割合は、β型結晶：α型結晶（重量比）が５０以上：５０未満〜１００：０、好ましくは９０：１０〜１００：０、より好ましくは９５：５〜１００：０、さらに好ましくは９９：１〜１００：０である。なお、本発明の炭化珪素微粉体は、全体としてβ型結晶からなり、痕跡量程度のα型結晶を含んでいる場合があり、これを実質的にβ型結晶のみからなる炭化珪素微粉体とする。本発明の炭化珪素微粉体は、より高い硬度や機械強度を有するといった観点から、β型結晶をより多く含むものが好ましい。本発明において、β型結晶及びα型結晶の存在はＸ線回折法により確認でき、β型結晶及びα型結晶の各含有割合はＸ線回折粉末法により定量できる。

次に、本発明の炭化珪素微粉体の製造方法について説明する。本発明の炭化珪素微粉体は、例えば、図１に示す製造方法により得ることができる。図１は、本発明の炭化珪素微粉体の製造方法の一実施形態を概略化して示す工程図である。図１に示す製造方法は、工程（Ｓ１）〜（Ｓ６）を含んでいる。

工程（Ｓ１）は、本発明においてＳｉ源化合物となるスラッジ又は表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑を準備するＳｉ源準備工程である。工程（Ｓ１）では、クーラントを用いてシリコンインゴットを切削加工することにより、スラッジを廃液として得る。

該スラッジは、本発明の炭化珪素微粉体を効率良く合成するという観点から、シリコン切屑及びクーラントを含むものであり、好ましくはシリコン切屑及びクーラントを含み、炭化珪素砥粒を含まないものである。炭化珪素砥粒は、平均粒径が通常１０〜２０μｍ程度の大きさなので、焼成時等に粒子成長を助長し、目的物である炭化珪素微粉体の平均粒径が大きくなるように作用するおそれがある。ここで用いられるシリコンインゴットは、シリコンの単結晶又は多結晶からなり、シリコン純度が好ましくは９９％以上、より好ましくは９９．９％以上、さらに好ましくは９９．９９％以上の高純度品であることが望ましい。

シリコンインゴットの切削加工方法は、クーラントを用いつつシリコンインゴットからシリコン基板の元になるシリコン板を切り出す切削加工方法であれば特に限定されないが、シリコン切屑ひいては目的物である炭化珪素微粉体の平均粒径をより小さくする観点等から、固定砥粒方式の切削加工法が好ましく、素線径１２０μｍ以下、砥粒径３０μｍ以下（好ましくは４〜３０μｍ）の固定砥粒工具を用いた固定砥粒方式の切削加工法がより好ましい。該固定砥粒工具としては、例えば、素線径及び砥粒径が前記範囲にあり、かつ砥粒がダイヤモンド砥粒であるダイヤモンドソーワイヤ等が挙げられる。

シリコンインゴットを切削加工する際に副生するシリコン切屑は、平均粒径が数十μｍ以下、好ましくは数μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下であり、表面に微細な凹凸を有し、比表面積が大きいシリコン粒子である。シリコン切屑の平均粒径が目的物である炭化珪素微粉体の平均粒径に影響を及ぼしていることは前述の通りである。また、シリコン切屑の平均粒径及び比表面積は、目的物である炭化珪素微粉体の結晶構造にも影響を及ぼしている可能性がある。特に、現状では十分明らかではないが、シリコン切屑の比表面積が大きいことにより、β型結晶の含有割合が多くなっている可能性があると推測される。

シリコン切屑の中でも、比表面積を一層大きくし、かつ平均粒径を一層小さくするという観点から、素線径１２０μｍ以下、砥粒径３０μｍ以下の固定砥粒工具を用いる固定砥粒方式の切削加工方法において副生するシリコン切屑が好ましい。該シリコン切屑は、平均粒径が通常１μｍ以下と微細であり、その表面の微細な凹凸が多くなり、比表面積が非常に大きいシリコン粒子である。また、素線径１２０μｍ以下、砥粒径３０μｍ以下の固定砥粒工具を用いる固定砥粒方式の切削加工方法は、炭化珪素砥粒を用いることなく実施できることから、副生するスラッジはシリコン切屑及びクーラントのみを含み、炭化珪素砥粒を含んでいないので、その点でも該切削加工方法が好ましい。

また、クーラントとしてはシリコンインゴットの切削加工に用いられるクーラント（又は切削液）を特に限定なく使用でき、例えば、溶剤を必須成分として含み、かつ潤滑剤、防食剤、消泡剤、増粘剤等を任意成分として含む水性クーラントが挙げられる。

前記水性クーラントに含まれる溶剤には、水溶性溶剤や水混和性溶剤等がある。
水溶性溶剤としては特に限定されないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体、ヘキシレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ペンタエリストール、ソルビトール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール類等が挙げられる。これらの中でも、目的物である炭化珪素微粉体の平均粒径を小さくする等の観点から、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリオキシアルキレングリコール類が好ましく、ジエチレングリコールがより好ましい。また、水混和性溶剤としても特に限定されないが、例えば、アセトン、テトラヒドロフラン、灯油等が挙げられる。水溶性溶剤及び水混和性溶剤はそれぞれ１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用でき、また水溶性溶剤と水混和性溶剤とを併用してもよい。水性クーラントにおける溶剤の含有量は特に限定されないが、好ましくは水性クーラント全量の０．０５〜９８重量％、より好ましくは水性クーラント全量の０．２〜７０重量％である。

潤滑剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルアリールエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレン多価アルコール脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレンスチレン化アリールエーテル、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、ポリオキシアルキルメルカプタンのおよび多価アルコール脂肪酸エステル、ヒドロキシカルボン酸とジグリセリンとのエステルのエチレンオキシド付加物、ヒドロキシカルボン酸とトリグリセリンとのエステルのエチレンオキシド付加物等の非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、脂肪酸、脂肪酸重縮合物等が挙げられる。防食剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン類等が挙げられる。消泡剤としては、例えば、シリコーン化合物、アセチレンジオール化合物、ポリグリコール化合物、水溶性溶剤として例示した低級アルコール類等が挙げられる。増粘剤としては、例えば、メチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン等の水溶性高分子化合物等が挙げられる。

本発明では、上記スラッジをそのままＳｉ源化合物として用いることができるが、作業効率の向上等の観点から、該スラッジを濾過等の分離手段により固液分離し、表面にクーラント成分が付着した状態のシリコン切屑とし、これをＳｉ源化合物として用いてもよい。

工程（Ｓ２）は、工程（Ｓ１）で得られたスラッジ又は表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑と炭素粉末とを混合する混合工程である。

ここで使用する炭素粉末の平均粒径は特に限定されないが、スラッジに含まれるシリコン切屑との反応性、炭素粉末のスラッジ中への分散性、表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑と炭素粉末との均一混合性等を考慮すると、１μｍ以下が好ましく、０．２μｍ以下がより好ましい。スラッジと炭素粉末とを混合する場合には、炭素粉末のスラッジへの分散性を向上させるために、無機粉末を液体中に分散させるための一般的な分散剤を添加してもよい。

スラッジ又は表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑と炭素粉末との混合割合は、シリコン切屑の量等に応じて適宜選択されるが、炭素粉末の量が多すぎると後の未反応の炭素を除去する脱炭工程に要するコストが高くなり、また時間が長くなるので、シリコン１ｍｏｌに対して炭素を１〜１．５ｍｏｌの割合で混合することが好ましい。炭素粉末の混合量が１ｍｏｌ未満では焼成後に未反応の珪素や炭化珪素以外の珪素化合物が多く生成するおそれがあり、一方１．５ｍｏｌを超えると、脱炭工程に必要以上のコストや時間を要するおそれがある。

また、スラッジと炭素粉末との混合物中における固形物の含有量（主にシリコン切屑と炭素粉末との合計含有量）は、操作性等が低下しない範囲で適宜選択すればよいが、好ましくは該混合物全量の１０重量％以上、好ましくは１５重量％以上である。固形物の含有量が１０重量％未満では、操作性等が低下すると共に、固形物とクーラントの液状成分とが分離し易くなり、クーラントを共存させる効果が低くなるおそれがある。

工程（Ｓ３）は、工程（Ｓ２）で得られたスラッジ又は表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑と炭素粉末との混合物を乾燥する乾燥工程である。
後述する工程（Ｓ４）において、該混合物を焼成炉内に投入して所定の焼成温度まで上昇させる間にも該混合物の乾燥は進行するので、工程（Ｓ３）は本発明の製造方法における必須工程ではない。しかしながら、シリコン切屑の粒径や比表面積によっては、該混合物中におけるシリコン切屑と炭素粉末との位置関係等が得られる炭化珪素微粉体の粒径や結晶構造等に影響を及ぼす場合があると考えられるので、工程（Ｓ３）は任意工程であるが、実施することが好ましい。該混合物の乾燥温度は、珪素と炭素との反応が起こらない範囲で、焼成炉の種類やコスト等を考慮して適宜選択される。また、工程（Ｓ２）で得られた混合物を所定の形状に成形した後に、乾燥してもよい。

工程（Ｓ４）は、工程（Ｓ２）で得られたスラッジ又は表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑と炭素粉末との混合物又は工程（Ｓ３）で得られた乾燥物を焼成することにより、炭化珪素微粉体又はその焼結体を得る焼成工程である。

工程（Ｓ４）における焼成温度は特に限定されないが、得られる炭化珪素微粉体の平均粒径を小さくすること、該微粉末をβ型結晶がα型結晶よりも多く含まれる結晶構造にすること、更には焼結体の解砕を容易にすること等を考慮すると、好ましくは１１００〜１４５０℃、より好ましくは１２００〜１４５０℃である。焼成温度が１１００℃未満であると、シリコン切屑と炭素粉末との反応が不十分になり、未反応の珪素や炭素が多く残存するおそれがある。焼成温度が１４５０℃を超えると、得られる炭化珪素微粉体の粒径が大きくなったり、また該微粉末中におけるβ型結晶の含有割合が少なくなったりするおそれがある。焼成時間は焼成温度に応じて適宜選択できるが、例えば焼成温度が１２００〜１４５０℃である場合は１〜２時間、また焼成温度が１１００℃以上、１２００℃未満である場合は、微粉末の結晶構造を確認しながら、少し長い焼成時間を設定すればよい。

なお、工程（Ｓ４）における焼成温度及び／又は焼成時間が上記範囲外であっても、例えば、シリコン切屑の粒径や比表面積を調整すること等により、本発明の炭化珪素微粉体を得ることは可能である。また、シリコン切屑の粒径や比表面積の調整は、例えば、シリコンインゴットの切削加工条件の変更等により行なうことができる。

工程（Ｓ４）では、炭化珪素微粉体又はその焼結体が得られる。炭化珪素微粉体が得られた場合は、そのまま製造を終了してもよく、必要に応じて工程（Ｓ５）を行なってもよい。また、炭化珪素微粉体の焼結体が得られた場合には、該焼結体は焼結が進んでおらず、軽い負荷を与えることにより微粉化できるので、該焼結体をそのまま本発明の炭化珪素微粉体として使用し、製造を終了してもよく、必要に応じて工程（Ｓ５）を行なってもよい。

工程（Ｓ５）は、工程（Ｓ４）で得られた炭化珪素微粉体の焼結体を微粉化する解砕工程である。工程（Ｓ５）は任意工程である。前述したように、該焼結体は、焼結が進んでおらず、機械強度が低いため、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いた粉砕を行なう必要はなく、例えば、乳鉢に入れて乳棒で軽くすりつぶす方法、密閉可能な容器に入れて該容器に振動を与える方法、等の軽い負荷を与える方法により、簡単に微粉化することができる。必要に応じて、解砕により得られた炭化珪素微粉体の一層の微粉化のために、さらに粉砕処理を施してもよい。本発明では、工程（Ｓ５）で製造を終了してもよく、必要に応じて工程（Ｓ６）を行なってもよい。

工程（Ｓ６）は、工程（Ｓ４）又は工程（Ｓ５）で得られた本発明の炭化珪素微粉体から未反応の炭素等を除去し、該微粉末の炭化珪素純度をさらに高めるための脱炭工程である。工程（Ｓ６）は任意工程である。工程（Ｓ６）は公知の方法に従って実施でき、例えば、本発明の炭化珪素微粉体を酸化性雰囲気中にて５００〜７００℃に加熱することにより行なわれる。
なお、本実施形態では、解砕工程（Ｓ５）及び脱炭工程（Ｓ６）の順で行なっているが、これに限定されず、脱炭工程（Ｓ６）及び解砕工程（Ｓ５）の順で行なってもよい。

前述の製造方法により得られる本発明の炭化珪素微粉体を用いることにより、緻密性や機械強度の高い炭化珪素焼結体を得ることができる。

本発明の炭化珪素微粉体から炭化珪素焼結体を得るには公知の方法を利用できる。例えば、本発明の炭化珪素微粉体にバインダ、焼結助剤等を添加及び混合し、得られた混合物を必要に応じて脱脂及び／又は乾燥した後、焼成することにより、緻密性や機械強度の高い炭化珪素焼結体を得ることができる。また、本発明の炭化珪素微粉体を含む水性スラリーを作製し、これを所定の形状に成形した後、焼成することにより、炭化珪素焼結体を作製してもよい。

上記で用いられるバインダとしては、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を使用できる。このとき、バインダと共に、分散剤や分散媒液を添加してもよい。分散剤としては、例えば、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリス（２−クロロエチル）ホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジル・ジフェニルホスフェート等のリン酸エステル系化合物等が挙げられる。分散媒液としては、例えば、ベンゼン、シクロヘキサン等の有機溶剤、メタノール等の低級アルコール類、水等が挙げられる。焼結助剤としては、例えば、Ｃ、Ｂ、Ａｌ、Ｙ、Ｃａ等が挙げられる。また、上記成形体の焼成温度は特に限定されないが、例えば、４００〜６５０℃である。

本発明の炭化珪素微粉体を用いて作製された炭化珪素焼結体は、従来の炭化珪素焼結体と同様の各種用途に使用できるが、特に、ＤＰＦに好ましく用いられる。すなわち、本発明の炭化珪素微粉体は、ＤＰＦ用炭化珪素焼結体の原料として好ましく用いられる。

以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
シリコンインゴット（純度９９．９９９９％以上）を、固定砥粒方式で作製されたソーワイヤ（ダイヤモンド砥粒、平均粒径約１０〜２０μｍ）を用いて、ジエチレングリコールを７０重量％含有する水性クーラントで冷却しながら切削し、平均粒径約１μｍのシリコン粉末であるシリコン切屑を１重量％を含有するスラッジを得た。次にこのスラッジを濾過し、表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑を得た。

上記で得られた、表面にクーラント成分が付着したシリコン切屑１００重量部に、炭素粉末としてカーボンブラック（平均粒径約０．０４μｍ）１００重量部を混合してシリコンと炭素とのモル比を１：１．４に調整し、混練した。得られた混合物（混練物）を空気中で２５０℃の温度で２時間加熱して乾燥させた後、アルゴン雰囲気中で１２５０℃の温度で２時間焼成してシリコンと炭素を反応させ、微粉末の焼結体を得た。

上記で得られた焼結体を、空気中５５０℃で２時間加熱して脱炭処理を行ない、さらに解砕処理を行ない、平均粒径１μｍ以下の微粉末を得た。この微粉末の結晶構造をＸ線回折で確認したところ、実質的にβ型結晶のみからなる炭化珪素微粉体であった。また、この炭化珪素微粉体の酸素含有量は０．７５重量％であり、金属不純物はＦｅ、Ｎｉ及びＺｒが最も多く検出されたものの、いずれも０．１重量％以下であった。

Claims

シリコンインゴットの切削加工により得られる、表面に微細な凹凸を有するシリコン切屑及びクーラントを含むスラッジと、炭素粉末との混合物を焼成することにより得られる、β型結晶をα型結晶よりも多く含むことを特徴とする炭化珪素微粉体。
前記シリコン切屑の平均粒径が１μｍ以下である請求項１に記載の炭化珪素微粉体。
前記スラッジが、素線径１２０μｍ以下、砥粒径３０μｍ以下の固定砥粒工具及びクーラントを用いて、シリコンインゴットからシリコン板を切り出す工程での副生物である請求項１又は２に記載の炭化珪素微粉体。
前記焼成が、非酸化性雰囲気中１１００〜１４５０℃の温度下で行なわれる請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭化珪素微粉体。
前記混合物を乾燥させた後に焼成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭化珪素微粉体。
α型結晶を実質的に含有せず、β型結晶のみからなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の炭化珪素微粉体。
シリコンインゴットの切削加工により得られる、表面に微細な凹凸を有するシリコン切屑及びクーラントを含むスラッジと、炭素粉末とを混合し、得られた混合物を焼成することを特徴とする、β型結晶をα型結晶よりも多く含む炭化珪素微粉体の製造方法。
前記シリコン切屑の平均粒径が１μｍ以下である請求項７に記載の炭化珪素微粉体の製造方法。
前記スラッジが、素線径１２０μｍ以下、砥粒径３０μｍ以下の固定砥粒工具及びクーラントを用いて、シリコンインゴットからシリコン板を切り出す工程での副生物である請求項７又は８に記載の炭化珪素微粉体の製造方法。
前記焼成が、非酸化性雰囲気中１１００〜１４５０℃の温度下で行なわれる請求項７〜９のいずれか１項に記載の炭化珪素微粉体の製造方法。
前記混合物を乾燥させた後に焼成する請求項７〜１０のいずれか１項に記載の炭化珪素微粉体の製造方法。
前記焼成後に、脱炭処理及び解砕処理から選ばれる少なくとも１種の処理をさらに行なう請求項７〜１１のいずれか１項に記載の炭化珪素微粉体の製造方法。