JP4683195B2 - Method for producing silicon carbide powder - Google Patents
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Description
本発明は、不純物が少なくシャープな粒度分布を有すると共に、優れた成形性を有する炭化ケイ素粉末を安価に得ることのできる改良された炭化ケイ素粉末の製造法を提供する。 The present invention provides an improved method for producing silicon carbide powder which can obtain a silicon carbide powder having a low particle size and a sharp particle size distribution and having excellent moldability at low cost.
炭化ケイ素セラッミックスは優れた耐食性、耐酸化性を有し、殊に高温下での強度特性にも優れていることから、メカニカルシール、バルブ等の耐摩耗部品、耐食性部品をはじめとしてガスタービンエンジンなどの高温構造用材料として注目されている。また、高純度処理された炭化ケイ素は、半導体製造用部品や真空装置部品にも利用されている。 Silicon carbide ceramics have excellent corrosion resistance and oxidation resistance, and particularly excellent strength properties at high temperatures. Therefore, wear resistant parts such as mechanical seals and valves, corrosion resistant parts, gas turbine engines, etc. It is attracting attention as a high-temperature structural material. High-purity treated silicon carbide is also used for semiconductor manufacturing parts and vacuum device parts.
炭化ケイ素セラミックスは、難燒結性物質であるり、原料となる炭化ケイ素粉末の純度、粒子サイズ及び粒度分布といった粉体特性が、焼結性に影響することが知られている。また、殊に、半導体用炭化ケイ素には超高純度化が求められている。 It is known that silicon carbide ceramics are difficult-to-sinter substances, and powder properties such as purity, particle size and particle size distribution of silicon carbide powder as a raw material affect the sinterability. In particular, silicon carbide for semiconductors is required to be highly purified.
炭化ケイ素粉末の製造法としては、1)ハロゲン化ケイ素化合物と炭化水素を加熱反応させる気相反応法、2)有機ケイ素化合物を熱分解反応させる気相熱分解法、3)シリカとカーボンとの反応によるシリカ還元法等が知られている。これらの製造法の中で、1)の気相反応法及び2)の気相熱分解法は、微粒子で且つ高純度の炭化ケイ素粉末を得ることができるが、出発原料として用いるハロゲン化ケイ素化合物や有機ケイ素化合物が、高価であると共に取り扱いが困難であることから、工業的には不利である。3)のシリカ還元法は、古くはAcheson法が知られているが、粉砕プロセスを必要とするため、微粒子化が困難であると共に、不純物の混入を避けられないという欠点を有している。 Production methods of silicon carbide powder include 1) a gas phase reaction method in which a silicon halide compound and a hydrocarbon are reacted by heating, 2) a gas phase thermal decomposition method in which an organosilicon compound is subjected to a thermal decomposition reaction, and 3) a silica and carbon. A silica reduction method by reaction is known. Among these production methods, the gas phase reaction method 1) and the gas phase pyrolysis method 2) can obtain fine silicon carbide powder having a fine particle, but a silicon halide compound used as a starting material. And organosilicon compounds are industrially disadvantageous because they are expensive and difficult to handle. The silica reduction method of 3) has long been known as the Acheson method. However, since it requires a pulverization process, it has the disadvantages that it is difficult to make fine particles and that impurities cannot be avoided.
近年、シリカ還元法による微粒子で且つ高純度の炭化ケイ素を得る製造法が提案されており、出発原料としてシリカと炭素粉末とを混合したものを用いる方法(特許文献1乃至4)、ケイ素源としてエチルシリケート等の液状ケイ素化合物を用い、炭素源としてノボラック型フェノール樹脂を用いて得られた前駆体を出発原料とする方法(特許文献5及び6)等が開示されている。 In recent years, a production method for obtaining silicon carbide having fine particles and high purity by a silica reduction method has been proposed, a method using a mixture of silica and carbon powder as a starting material (Patent Documents 1 to 4), and a silicon source. A method using a liquid silicon compound such as ethyl silicate and a precursor obtained using a novolac type phenol resin as a carbon source (Patent Documents 5 and 6) is disclosed.
比較的安価な製造法でありながら、不純物が少なくシャープな粒度分布を有すると共に、優れた成形性を有する炭化ケイ素粉末を得ることのできる製造法は、現在最も要求されているところであるが、未だ得られていない。 A manufacturing method capable of obtaining a silicon carbide powder having a sharp particle size distribution with few impurities and an excellent moldability while being a relatively inexpensive manufacturing method is currently the most demanded, but is still in demand. Not obtained.
即ち、特許文献1乃至4には、シリカ還元法による炭化ケイ素粉末の製造法の出発原料として、シリカと炭素粉末との混合物を用いているが、いずれの方法においても、シリカ粒子とカーボンブラック等の炭素成分を単に混合しただけであり、シリカ粒子の粒子表面に炭素成分が均一に存在していないため、下記反応式1に示すシリカ粒子からの炭素による脱酸素反応が不均一・不十分となり、高純度の炭化ケイ素粉末を得ることが困難である。 That is, in Patent Documents 1 to 4, a mixture of silica and carbon powder is used as a starting material for a method for producing silicon carbide powder by a silica reduction method. In any method, silica particles and carbon black are used. Since the carbon component is simply mixed and the carbon component is not uniformly present on the surface of the silica particle, the deoxygenation reaction due to carbon from the silica particle shown in the following reaction formula 1 becomes uneven and insufficient. It is difficult to obtain high purity silicon carbide powder.
<反応式1>
SiO2+3C → SiC+2CO
<Reaction Formula 1>
SiO 2 + 3C → SiC + 2CO
また、特許文献5及び6には、シリカ還元法による炭化ケイ素粉末の製造法の出発原料として、ケイ素源としてエチルシリケート等の液状ケイ素化合物を用い、ノ炭素源としてボラック型フェノール樹脂を用いて得られた前駆体を用いているが、出発原料として用いる有機ケイ素化合物は高価であり、また、反応が不均一であると共に多段熱処理の必要があるため工業的に不利である。 In Patent Documents 5 and 6, a liquid silicon compound such as ethyl silicate is used as a silicon source as a starting material for a method for producing silicon carbide powder by a silica reduction method, and a borak type phenol resin is used as a carbon source. However, the organosilicon compound used as a starting material is expensive and is industrially disadvantageous because the reaction is not uniform and multi-stage heat treatment is required.
そこで、本発明は、比較的安価な製造法でありながら、不純物が少なくシャープな粒度分布を有すると共に、優れた成形性を有する炭化ケイ素粉末を得ることのできる製造法を提供することを技術的課題とする。 Therefore, the present invention is technically intended to provide a production method capable of obtaining a silicon carbide powder having a sharp particle size distribution with few impurities and excellent moldability while being a relatively inexpensive production method. Let it be an issue.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、シリカ還元法における炭化ケイ素粉末の製造法において、シリカ粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該表面改質剤被覆シリカ粒子表面に炭素粉末が付着している複合粒子粉末を出発原料として用いることにより、不純物が少なくシャープな粒度分布を有すると共に、優れた成形性を有する炭化ケイ素粉末を安価に得ることができることを見出し、本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the surface of the silica particle powder is coated with a surface modifier in the method for producing silicon carbide powder in the silica reduction method, and the surface. By using composite particle powder with carbon powder adhering to the surface of modifier-coated silica particles as a starting material, silicon carbide powder with low impurities and sharp particle size distribution and excellent moldability can be obtained at low cost. The present inventors have found that it is possible to achieve the present invention.
即ち、本発明は、シリカ還元法における炭化ケイ素粉末の製造法において、出発原料としてシリカ粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該表面改質剤被覆シリカ粒子表面に炭素粉末が付着している複合粒子粉末を用いることを特徴とする炭化ケイ素粉末の製造法である(本発明1)。 That is, the present invention provides a method for producing silicon carbide powder in a silica reduction method, wherein the particle surface of silica particle powder is coated with a surface modifier as a starting material, and the surface modifier-coated silica particle surface is coated with carbon powder. This is a method for producing a silicon carbide powder characterized by using a composite particle powder to which is adhered (Invention 1).
また、本発明は、複合粒子粉末のシリカと炭素粉末の重量割合が1.0:0.6〜1.0:1.0であることを特徴とする本発明1の炭化ケイ素粉末の製造法である(本発明2)。 The present invention also provides the method for producing a silicon carbide powder according to the present invention 1, wherein the weight ratio of silica and carbon powder in the composite particle powder is 1.0: 0.6 to 1.0: 1.0. (Invention 2).
本発明に係る炭化ケイ素粉末の製造法は、不純物が少なくシャープな粒度分布を有すると共に、優れた成形性を有する炭化ケイ素粉末を安価に得ることができるので、メカニカルシール、バルブ等の耐摩耗部品、耐食性部品、ガスタービンエンジンなどの高温構造用材料、半導体製造用部品や真空装置部品等に用いられる炭化ケイ素セラミックス用炭化ケイ素粉末の製造法として好適である。 The method for producing silicon carbide powder according to the present invention has a sharp particle size distribution with few impurities, and can obtain silicon carbide powder having excellent moldability at low cost, so wear-resistant parts such as mechanical seals and valves It is suitable as a method for producing silicon carbide powder for silicon carbide ceramics used for high temperature structural materials such as corrosion resistant parts, gas turbine engines, semiconductor manufacturing parts, vacuum device parts and the like.
本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。 The configuration of the present invention will be described in more detail as follows.
先ず、本発明に係る炭化ケイ素粉末の製造法について述べる。 First, a method for producing silicon carbide powder according to the present invention will be described.
本発明における不純物が少なくシャープな粒度分布を有すると共に、優れた成形性を有する炭化ケイ素粉末は、シリカ還元法における炭化ケイ素粉末の製造法において、シリカ粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該表面改質剤被覆シリカ粒子表面に炭素粉末が付着している複合粒子粉末を出発原料として用いることにより得ることができる。 The silicon carbide powder having a sharp particle size distribution with few impurities in the present invention and having excellent moldability is obtained by coating the surface of the silica particle powder with a surface modifier in the method for producing silicon carbide powder in the silica reduction method. And a composite particle powder in which carbon powder is adhered to the surface modifier-coated silica particle surface as a starting material.
本発明におけるシリカ粒子粉末としては、無水ケイ酸、含水ケイ酸、無水ケイ酸塩及び含水ケイ酸塩等のホワイトカーボンや、シリカゲルのような、シリカを主成分としている物質であれば、いずれをも用いることができる。得られる炭化ケイ素の純度を考慮すれば、塩等を含まない無水ケイ酸及び含水ケイ酸が好ましい。 As the silica particle powder in the present invention, any white carbon such as silicic anhydride, hydrous silicic acid, anhydrous silicate and hydrous silicate, or a substance mainly composed of silica, such as silica gel, can be used. Can also be used. Considering the purity of the obtained silicon carbide, anhydrous silicic acid and hydrous silicic acid containing no salt are preferred.
シリカ粒子粉末の粒子形状は、球状、粒状、不定形、針状及び板状等のいずれの形状であってもよい。シリカ粒子表面への炭素粉末の処理の均一化を考慮すれば、粒子形状は球状もしくは粒状が好ましい。 The particle shape of the silica particle powder may be any shape such as a spherical shape, a granular shape, an indefinite shape, a needle shape, and a plate shape. Considering the uniform treatment of the carbon powder on the surface of the silica particles, the particle shape is preferably spherical or granular.
シリカ粒子粉末の粒子サイズは、平均粒子径が0.001〜1.0μm、好ましくは0.002〜0.5μm、より好ましくは0.003〜0.2μmである。 The average particle size of the silica particle powder is 0.001 to 1.0 μm, preferably 0.002 to 0.5 μm, and more preferably 0.003 to 0.2 μm.
平均粒子径が1.0μmを超える場合には、炭素粉末と接触していない粒子内部のSiO2の割合が増えるため、得られる炭化ケイ素粉末の炭化率が低減する。平均粒子径が0.001μm未満の場合には、粒子の微細化による分子間力の増大により凝集を起こしやすくなるため、表面改質剤を介したシリカ粒子表面への均一な炭素粉末付着処理が困難となる。 When the average particle diameter exceeds 1.0 μm, the proportion of SiO 2 in the particles not in contact with the carbon powder increases, so the carbonization rate of the resulting silicon carbide powder decreases. When the average particle size is less than 0.001 μm, aggregation is likely to occur due to an increase in intermolecular force due to particle miniaturization. Therefore, uniform carbon powder adhesion treatment to the silica particle surface via the surface modifier is performed. It becomes difficult.
シリカ粒子粉末のBET比表面積値は3m2/g以上が好ましく、より好ましくは6m2/g以上であり、更により好ましくは15m2/g以上である。BET比表面積値が3m2/g未満の場合には、シリカ粒子が粗大であり、炭素粉末と接触していない粒子内部のSiO2の割合が増えるため、得られる炭化ケイ素粉末の炭化率が低減する。表面改質剤を介したシリカ粒子表面への均一な炭素粉末付着処理を考慮すると、その上限値は800m2/gが好ましく、より好ましくは600m2/g、更により好ましくは400m2/gである。 The BET specific surface area value of the silica particle powder is preferably 3 m 2 / g or more, more preferably 6 m 2 / g or more, and still more preferably 15 m 2 / g or more. When the BET specific surface area is less than 3 m 2 / g, the silica particles are coarse and the proportion of SiO 2 inside the particles not in contact with the carbon powder increases, so the carbonization rate of the resulting silicon carbide powder decreases. To do. In consideration of the uniform carbon powder adhesion treatment to the silica particle surface via the surface modifier, the upper limit is preferably 800 m 2 / g, more preferably 600 m 2 / g, and even more preferably 400 m 2 / g. is there.
シリカ粒子粉末としては、粒子粉末中の含水率が10%以下であることが好ましく、より好ましくは7%以下であり、より好ましくは5%以下である。シリカ粒子粉末中の含水率が10%を超える場合には、未反応のシリカが残存し易くなり、純度が低下するため好ましくない。 As a silica particle powder, it is preferable that the moisture content in particle powder is 10% or less, More preferably, it is 7% or less, More preferably, it is 5% or less. When the water content in the silica particle powder exceeds 10%, unreacted silica tends to remain, which is not preferable because the purity is lowered.
本発明における表面改質剤としては、シリカ粒子の粒子表面へ炭素粉末を付着できるものであれば何を用いてもよく、好ましくはアルコキシシラン、シラン系カップリング剤及びオルガノポリシロキサン等の有機ケイ素化合物、高分子化合物等が好適に用いられる。 Any surface modifier may be used as the surface modifier in the present invention as long as the carbon powder can be attached to the surface of the silica particles. Preferably, organosilicon such as alkoxysilane, silane coupling agent and organopolysiloxane is used. Compounds, polymer compounds and the like are preferably used.
有機ケイ素化合物としては、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン及びデシルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ―アミノプロピルトリエトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ―メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ―メタクロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、等のシラン系カップリング剤、ポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、変性ポリシロキサン等のオルガノポリシロキサン等が挙げられる。 Examples of organosilicon compounds include methyltriethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, propyl Alkoxysilanes such as triethoxysilane, butyltriethoxysilane, isobutyltrimethoxysilane, hexyltriethoxysilane, octyltriethoxysilane and decyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane , Γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-methacryloyloxypropyltrime Silane coupling agents such as xylsilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, polysiloxane, methylhydrogenpolysiloxane, modified polysiloxane, etc. And organopolysiloxane.
高分子化合物としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、アクリル酸−マレイン酸コポリマー、オレフィン−マレイン酸コポリマー等が挙げられる。 Examples of the polymer compound include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, acrylic acid-maleic acid copolymer, and olefin-maleic acid copolymer.
表面改質剤の被覆量は、シリカ粒子粉末に対してC換算で0.01〜15.0重量%が好ましい。0.01重量%未満の場合には、シリカ粒子粉末100重量部に対して60重量部以上の炭素粉末を付着させることが困難である。0.01〜15.0重量%の被覆によって、シリカ粒子粉末100重量部に対して炭素粉末を60〜100重量部付着させることができるため、必要以上に被覆する意味がない。より好ましくは0.02〜12.5重量%、更に好ましくは0.03重量%〜10.0重量%である。 The coating amount of the surface modifier is preferably 0.01 to 15.0% by weight in terms of C with respect to the silica particle powder. In the case of less than 0.01% by weight, it is difficult to attach 60 parts by weight or more of carbon powder to 100 parts by weight of silica particle powder. Since 0.01 to 15.0% by weight of the coating allows 60 to 100 parts by weight of the carbon powder to adhere to 100 parts by weight of the silica particle powder, there is no meaning to cover more than necessary. More preferably, it is 0.02-12.5 weight%, More preferably, it is 0.03% -10.0 weight%.
本発明における炭素粉末としては、ファーネスブラック、チャンネルブラック及びアセチレンブラック等のカーボンブラック粒子粉末及び黒鉛粉末を用いることができる。 As the carbon powder in the present invention, carbon black particle powder such as furnace black, channel black and acetylene black, and graphite powder can be used.
本発明における炭素粉末の付着量は、シリカ粒子粉末100重量部に対して60〜100重量部である。60重量部未満の場合には、シリカ粒子に対する炭素成分が少なすぎるため、カーボンによるSiO2からの脱酸素反応が不十分となり、未反応のSiO2が残存するため純度を低下させることとなる。また、100重量部を超える場合には、反応に寄与せず不純物として残存する炭素成分量が多くなり、高純度化に対して不利となるため好ましくない。得られる炭化ケイ素粉末の高純度化を考慮すれば、シリカ粒子粉末100重量部に対する炭素粉末の付着量は、62〜90重量部が好ましく、より好ましくは64〜80重量部である。 The adhesion amount of the carbon powder in the present invention is 60 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the silica particle powder. When the amount is less than 60 parts by weight, the amount of carbon components relative to the silica particles is too small, so that the deoxygenation reaction from SiO 2 by carbon becomes insufficient, and the unreacted SiO 2 remains, resulting in a decrease in purity. On the other hand, when the amount exceeds 100 parts by weight, the amount of carbon components remaining as impurities without contributing to the reaction increases, which is disadvantageous for high purity, which is not preferable. Considering high purification of the resulting silicon carbide powder, the amount of carbon powder attached to 100 parts by weight of the silica particle powder is preferably 62 to 90 parts by weight, more preferably 64 to 80 parts by weight.
本発明における複合粒子粉末は、シリカ粒子粉末と表面改質剤とを混合し、シリカ粒子粉末の粒子表面を表面改質剤によって被覆し、次いで、表面改質剤によって被覆されたシリカ粒子粉末と炭素粉末とを混合することによって得ることができる。 The composite particle powder in the present invention is a mixture of silica particle powder and a surface modifier, the particle surface of the silica particle powder is coated with the surface modifier, and then the silica particle powder coated with the surface modifier and It can be obtained by mixing with carbon powder.
シリカ粒子粉末の粒子表面への表面改質剤による被覆は、シリカ粒子粉末と表面改質剤又は表面改質剤の溶液とを機械的に混合攪拌したり、シリカ粒子粉末に表面改質剤の溶液又は表面改質剤を噴霧しながら機械的に混合攪拌すればよい。 The surface of the silica particle powder with the surface modifier is coated by mechanically mixing and stirring the silica particle powder and the surface modifier or a solution of the surface modifier. What is necessary is just to mix and stir mechanically, spraying a solution or a surface modifier.
シリカ粒子粉末と表面改質剤との混合攪拌、炭素粉末と粒子表面に表面改質剤が被覆されているシリカ粒子粉末との混合攪拌をするための機器としては、粉体層にせん断力を加えることのできる装置が好ましく、殊に、せん断、へらなで及び圧縮が同時に行える装置、例えば、ホイール型混練機、ボール型混練機、ブレード型混練機、ロール型混練機を用いることができ、ホイール型混練機がより効果的に使用できる。 As equipment for mixing and stirring the silica particle powder and the surface modifier, and mixing and stirring the carbon powder and the silica particle powder whose surface is coated with the surface modifier, shear force is applied to the powder layer. A device that can be added is preferable, and in particular, a device capable of simultaneously performing shearing, spatula and compression, for example, a wheel-type kneader, a ball-type kneader, a blade-type kneader, and a roll-type kneader can be used. A wheel-type kneader can be used more effectively.
前記ホイール型混練機としては、エッジランナー(「ミックスマラー」、「シンプソンミル」、「サンドミル」と同義語である)、マルチマル、ストッツミル、ウエットパンミル、コナーミル、リングマラー等があり、好ましくはエッジランナー、マルチマル、ストッツミル、ウエットパンミル、リングマラーであり、より好ましくはエッジランナーである。前記ボール型混練機としては、振動ミル等がある。前記ブレード型混練機としては、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー、ナウターミキサー等がある。前記ロール型混練機としては、エクストルーダー等がある。 Examples of the wheel-type kneader include an edge runner (synonymous with “mix muller”, “simpson mill”, “sand mill”), multi-mal, stotz mill, wet pan mill, conner mill, ring muller, etc., preferably edge Runners, multi-mals, stocks mills, wet pan mills and ring mullers, more preferably edge runners. Examples of the ball kneader include a vibration mill. Examples of the blade-type kneader include a Henschel mixer, a planetary mixer, and a nauter mixer. Examples of the roll-type kneader include an extruder.
シリカ粒子粉末と表面改質剤との混合攪拌時における条件は、シリカ粒子粉末の粒子表面に表面改質剤ができるだけ均一に被覆されるように、線荷重は19.6〜1960N/cm、好ましくは98〜1470N/cm、より好ましくは147〜980N/cm、処理時間は5分〜24時間、好ましくは10分〜20時間の範囲で処理条件を適宜調整すればよい。なお、撹拌速度は2〜2000rpm、好ましくは5〜1000rpm、より好ましくは10〜800rpmの範囲で処理条件を適宜調整すればよい。 The condition at the time of mixing and stirring the silica particle powder and the surface modifier is such that the line load is 19.6 to 1960 N / cm, preferably so that the surface modifier is coated as uniformly as possible on the particle surface of the silica particle powder. May be adjusted appropriately in the range of 98 to 1470 N / cm, more preferably 147 to 980 N / cm, and the treatment time is 5 minutes to 24 hours, preferably 10 minutes to 20 hours. In addition, what is necessary is just to adjust process conditions suitably in the range of stirring speed 2-2000rpm, Preferably 5-1000rpm, More preferably, it is 10-800rpm.
シリカ粒子粉末の粒子表面に表面改質剤を被覆した後、炭素粉末を添加し、混合攪拌して表面改質剤被覆シリカ粒子表面に炭素粉末を付着させる。必要により更に、乾燥乃至加熱処理を行ってもよい。 After the surface modifier is coated on the surface of the silica particle powder, the carbon powder is added, mixed and stirred to adhere the carbon powder to the surface modifier-coated silica particle surface. If necessary, drying or heat treatment may be further performed.
炭素粉末は、少量ずつを時間をかけながら、殊に5分〜24時間、好ましくは5分〜20時間程度をかけて添加するか、もしくは、シリカ粒子粉末100重量部に対して5〜25重量部の炭素粉末を、所望の添加量となるまで分割して添加することが好ましい。 The carbon powder is added little by little over a period of 5 minutes to 24 hours, preferably 5 minutes to 20 hours, or 5 to 25% by weight with respect to 100 parts by weight of the silica particle powder. Part of the carbon powder is preferably added in portions until the desired addition amount is reached.
混合攪拌時における条件は、炭素粉末が均一に付着するように、線荷重は19.6〜1960N/cm、好ましくは98〜1470N/cm、より好ましくは147〜980N/cm、処理時間は5分〜24時間、好ましくは10分〜20時間の範囲で処理条件を適宜調整すればよい。なお、撹拌速度は2〜2000rpm、好ましくは5〜1000rpm、より好ましくは10〜800rpmの範囲で処理条件を適宜調整すればよい。 The conditions at the time of mixing and stirring are such that the linear load is 19.6 to 1960 N / cm, preferably 98 to 1470 N / cm, more preferably 147 to 980 N / cm, and the treatment time is 5 minutes so that the carbon powder adheres uniformly. The treatment conditions may be appropriately adjusted in a range of ˜24 hours, preferably 10 minutes to 20 hours. In addition, what is necessary is just to adjust process conditions suitably in the range of stirring speed 2-2000rpm, Preferably 5-1000rpm, More preferably, it is 10-800rpm.
乾燥乃至加熱処理を行う場合の加熱温度は、通常40〜80℃が好ましく、より好ましくは50〜70℃であり、加熱時間は、10分〜6時間が好ましく、30分〜3時間がより好ましい。 In the case of performing drying or heat treatment, the heating temperature is usually preferably 40 to 80 ° C, more preferably 50 to 70 ° C, and the heating time is preferably 10 minutes to 6 hours, more preferably 30 minutes to 3 hours. .
なお、表面改質剤としてアルコキシシランもしくはシランカップリング剤を用いた場合には、これらの工程を経ることにより、最終的にはアルコキシシランもしくはシランカップリング剤から生成するオルガノシラン化合物となって被覆されている。 If an alkoxysilane or silane coupling agent is used as the surface modifier, the coating process finally becomes an organosilane compound produced from the alkoxysilane or silane coupling agent through these steps. Has been.
本発明における複合粒子の粒子形状や粒子サイズは、シリカ粒子の粒子形状や粒子サイズに大きく依存し、シリカ粒子に相似する粒子形態を有している。 The particle shape and particle size of the composite particles in the present invention greatly depend on the particle shape and particle size of the silica particles, and have a particle form similar to the silica particles.
本発明における複合粒子粉末の粒子形状は、球状、粒状、不定形、針状及び板状等のいずれの形状であってもよい。 The particle shape of the composite particle powder in the present invention may be any shape such as a spherical shape, a granular shape, an indefinite shape, a needle shape, and a plate shape.
本発明における複合粒子粉末の粒子サイズは、平均粒子径が0.001〜1.0μm、好ましくは0.002〜0.5μm、より好ましくは0.003〜0.2μmである。平均粒子径が1.0μmを超える場合には、炭素粉末と接触していない粒子内部のSiO2の割合が増えるため、得られる炭化ケイ素粉末の純度が低下する。 The average particle size of the composite particle powder in the present invention is 0.001 to 1.0 μm, preferably 0.002 to 0.5 μm, more preferably 0.003 to 0.2 μm. When the average particle diameter exceeds 1.0 μm, the proportion of SiO 2 inside the particles not in contact with the carbon powder increases, so that the purity of the obtained silicon carbide powder decreases.
本発明における複合粒子粉末のBET比表面積値は3〜800m2/gが好ましく、より好ましくは6〜600m2/gであり、更により好ましくは15〜400m2/gである。BET比表面積値が3m2/g未満の場合には、シリカ粒子が粗大であり、炭素粉末と接触していない粒子内部のSiO2の割合が増えるため、得られる炭化ケイ素粉末の純度が低下する。 The BET specific surface area value of the composite particle powder in the present invention is preferably 3 to 800 m 2 / g, more preferably 6 to 600 m 2 / g, and still more preferably 15 to 400 m 2 / g. When the BET specific surface area value is less than 3 m 2 / g, the silica particles are coarse and the proportion of SiO 2 in the particles not in contact with the carbon powder increases, so the purity of the resulting silicon carbide powder decreases. .
本発明における複合粒子粉末中のシリカ粒子に対する含水率は10%以下であることが好ましく、より好ましくは7%以下であり、より好ましくは5%以下である。複合粒子粉末中の含水率が10%を超える場合には、未反応のシリカが残存し易くなり、純度が低下するため好ましくない。 The water content with respect to the silica particles in the composite particle powder in the present invention is preferably 10% or less, more preferably 7% or less, and even more preferably 5% or less. When the water content in the composite particle powder exceeds 10%, unreacted silica tends to remain, which is not preferable because purity decreases.
本発明における複合粒子粉末の炭素粉末の脱離率は20%以下が好ましく、より好ましくは15%以下、更により好ましくは10%以下である。炭素粉末の脱離率が20%を超える場合には、シリカと接触することなく不均一に存在する炭素粉末が多くなるため、得られる炭化ケイ素粉末の純度が低下する。 The desorption rate of the carbon powder of the composite particle powder in the present invention is preferably 20% or less, more preferably 15% or less, and still more preferably 10% or less. When the desorption rate of the carbon powder exceeds 20%, the carbon powder that exists non-uniformly without contacting with silica increases, and the purity of the resulting silicon carbide powder decreases.
本発明における炭化ケイ素粉末は、前述のシリカ粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該表面改質剤被覆シリカ粒子表面に炭素粉末が付着している複合粒子粉末を出発原料として用い、非酸化性雰囲気下、所定の温度で加熱焼成することにより還元・炭化する。必要に応じて、酸化性雰囲気下600〜800℃で加熱することにより脱炭素処理及び/またはフッ酸等による残存シリカの溶解・除去処理を行ってもよい。 The silicon carbide powder according to the present invention is a composite particle powder in which the particle surface of the silica particle powder is coated with a surface modifier and carbon powder is adhered to the surface modifier-coated silica particle surface. It is reduced and carbonized by heating and firing at a predetermined temperature in a non-oxidizing atmosphere. If necessary, the decarbonization treatment and / or the residual silica dissolution / removal treatment with hydrofluoric acid or the like may be performed by heating at 600 to 800 ° C. in an oxidizing atmosphere.
出発原料としての複合粒子粉末は、必要に応じて予め造粒体を形成しておいてもよい。造粒体を形成しておくことで、得られる炭化ケイ素のハンドリング性を改善することができる。造粒の方法は、圧縮造粒、押出し造粒、転動造粒、噴霧造粒等が挙げられる。 The composite particle powder as the starting material may have a granulated body formed in advance if necessary. By forming a granulated body, the handleability of the obtained silicon carbide can be improved. Examples of the granulation method include compression granulation, extrusion granulation, rolling granulation, spray granulation and the like.
造粒体を形成する際に用いるバインダーとしては、得られる炭化ケイ素中に不純物として残存しないものが好ましい。具体的には、でんぷん、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂等を用いることができる。 As a binder used when forming a granulated body, a binder that does not remain as an impurity in the obtained silicon carbide is preferable. Specifically, starch, polyvinyl alcohol, phenol resin, or the like can be used.
窒素雰囲気を形成するためのガスとしては、HeガスもしくはArガス等の不活性ガスを用いることができる。 As the gas for forming the nitrogen atmosphere, an inert gas such as He gas or Ar gas can be used.
非酸化性雰囲気下の加熱焼成温度は、1500〜2000℃の範囲が好ましく、より好ましくは1550〜1950℃、更により好ましくは1600〜1900℃である。加熱焼成温度が1500℃以下の場合は、炭化ケイ素粉末の生成反応が起こりにくく、また、未反応のシリカや炭素が残存し易くなるため好ましくない。2000℃以上の場合には、粒子成長が進み粉砕が困難になると共に、α型炭化ケイ素が生成しβ型炭化ケイ素と混在するため好ましくない。 The heating and firing temperature in a non-oxidizing atmosphere is preferably in the range of 1500 to 2000 ° C, more preferably 1550 to 1950 ° C, and even more preferably 1600 to 1900 ° C. When the heating and baking temperature is 1500 ° C. or lower, the formation reaction of the silicon carbide powder hardly occurs, and unreacted silica and carbon tend to remain, which is not preferable. When the temperature is 2000 ° C. or higher, particle growth progresses and pulverization becomes difficult, and α-type silicon carbide is generated and mixed with β-type silicon carbide.
非酸化性雰囲気下の加熱焼成による還元窒化反応の終点判定は、反応炉内のCO発生量をモニタリングすることにより行い、CO発生量が好ましくは50ppm以下、より好ましくは30ppm以下、更により好ましくは10ppm以下となった時点を終点とした。 End point determination of the reductive nitriding reaction by heating and baking in a non-oxidizing atmosphere is performed by monitoring the amount of CO generated in the reaction furnace, and the amount of CO generated is preferably 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, and even more preferably The end point was the time when it became 10 ppm or less.
本発明における炭化ケイ素粉末は、必要により、上述の還元炭化処理後冷却したものを、脱炭素処理のために、更に酸化性雰囲気下、600〜800℃の温度範囲で1時間以上、好ましくは3時間以上加熱処理を行う。 The silicon carbide powder in the present invention, if necessary, is cooled after the above-mentioned reduction carbonization treatment for further decarbonization treatment in an oxidizing atmosphere at a temperature range of 600 to 800 ° C. for 1 hour or more, preferably 3 Heat treatment for more than an hour.
本発明の製造法によって得られる炭化ケイ素の結晶形はβ型であり、粒子形状としては、製造条件により、粒状、不定形及び針状等、様々な粒子形状のものを得ることができる。 The crystal form of silicon carbide obtained by the production method of the present invention is β-type, and the particle shape can be obtained in various particle shapes such as granular, indeterminate and needle-like depending on the production conditions.
本発明の製造法によって得られる炭化ケイ素粉末の粒子サイズは、0.001〜10μmであり、好ましくは0.005〜8μm、より好ましくは0.01〜5μmである。 The particle size of the silicon carbide powder obtained by the production method of the present invention is 0.001 to 10 μm, preferably 0.005 to 8 μm, more preferably 0.01 to 5 μm.
本発明の製造法によって得られる炭化ケイ素粉末のBET比表面積値は、0.1〜200m2/gが好ましく、より好ましくは0.5〜150m2/gである。 The BET specific surface area value of the silicon carbide powder obtained by the production method of the present invention is preferably 0.1 to 200 m 2 / g, more preferably 0.5 to 150 m 2 / g.
本発明の製造法によって得られる炭化ケイ素粉末の粒度分布は、粒子径の幾何標準偏差値が2.5以下であり、好ましくは2.3以下、より好ましくは2.0以下である。粒子径の幾何標準偏差値が2.5を超える場合には、存在する粗大粒子によって成形体焼結時の燒結特性が低下するため好ましくない。 The particle size distribution of the silicon carbide powder obtained by the production method of the present invention has a geometric standard deviation value of the particle diameter of 2.5 or less, preferably 2.3 or less, more preferably 2.0 or less. When the geometric standard deviation value of the particle diameter exceeds 2.5, it is not preferable because the sintering characteristics at the time of sintering of the compact are deteriorated by the existing coarse particles.
本発明の製造法によって得られる炭化ケイ素粉末の残留シリカは1%以下であり、好ましくは0.8%以下、より好ましくは0.6%以下である。 The residual silica of the silicon carbide powder obtained by the production method of the present invention is 1% or less, preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less.
本発明の製造法によって得られる炭化ケイ素粉末の残留炭素は1.5%以下であり、好ましくは1.3%以下、より好ましくは1.1%以下である。 The residual carbon of the silicon carbide powder obtained by the production method of the present invention is 1.5% or less, preferably 1.3% or less, more preferably 1.1% or less.
<作用>
本発明において最も重要な点は、シリカ還元法における炭化ケイ素粉末の製造法において、シリカ粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該表面改質剤被覆シリカ粒子表面に炭素粉末が付着している複合粒子粉末を出発原料として用いることにより、不純物が少なくシャープな粒度分布を有すると共に、優れた成形性を有する炭化ケイ素粉末を安価に得ることができるという事実である。
<Action>
The most important point in the present invention is that in the method for producing silicon carbide powder in the silica reduction method, the particle surface of the silica particle powder is coated with a surface modifier and the surface modifier-coated silica particle surface is coated with carbon powder. This is the fact that by using the composite particle powder with the adhering as a starting material, a silicon carbide powder having a sharp particle size distribution with few impurities and excellent moldability can be obtained at low cost.
本発明に係る製造法によって得られた炭化ケイ素粉末不純物が少ない理由として、本発明者は次のように考えている。シリカ還元法による炭化ケイ素粉末の生成は下記式2に示す反応であり、最初に、炭素によりSiO2が還元され、次いで窒化反応が起こることが知られている。本発明の製造法によれば、炭素供給源となる炭素粉末がシリカ粒子粉末の粒子表面に表面改質剤を介して均一に付着している複合粒子粉末を出発原料として用いることにより、従来のシリカ粒子粉末とカーボンブラック等の炭素成分とを単に混合したものに比べて、シリカ粒子からの炭素による還元反応が均一に起こることにより、残留シリカ及び残留炭素の少ない炭化ケイ素を得ることができたものと推定している。また、複合粒子粉末中のシリカ粒子の含水率が低いものを選ぶことによっても、反応率を向上させることができる。 The present inventor considers the following as the reason why the silicon carbide powder impurities obtained by the production method according to the present invention are small. Production of silicon carbide powder by the silica reduction method is a reaction represented by the following formula 2, and it is known that SiO 2 is first reduced by carbon and then a nitriding reaction occurs. According to the production method of the present invention, a composite particle powder in which a carbon powder serving as a carbon supply source is uniformly attached to a particle surface of a silica particle powder via a surface modifier is used as a starting material. Compared to a simple mixture of silica particle powder and carbon components such as carbon black, the reduction reaction by carbon from the silica particles occurs uniformly, so that silicon carbide with little residual silica and residual carbon could be obtained. Estimated. The reaction rate can also be improved by selecting a silica particle having a low water content in the composite particle powder.
<式2>
SiO2+C → SiO+CO …(1)
SiO+2C → SiC+CO …(2)
<Formula 2>
SiO 2 + C → SiO + CO (1)
SiO + 2C → SiC + CO (2)
以下、本発明における実施例を示し、本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
シリカ粒子粉末、炭素粉末、複合粒子粉末及び炭化ケイ素粉末の平均粒子径は、いずれも電子顕微鏡写真に示される粒子350個の粒子径をそれぞれ測定し、その平均値で示した。 The average particle diameters of the silica particle powder, carbon powder, composite particle powder, and silicon carbide powder were all measured by measuring the particle diameters of 350 particles shown in the electron micrograph, and the average value thereof was indicated.
炭化ケイ素粉末の粒子径の粒度分布は、下記の方法により求めた幾何標準偏差値で示した。 The particle size distribution of the particle size of the silicon carbide powder was indicated by a geometric standard deviation value obtained by the following method.
即ち、上記拡大写真に示される粒子の粒子径を測定した値を、その測定値から計算して求めた粒子の実際の粒子径と個数から統計学的手法に従って対数正規確率紙上に横軸に粒子径を、縦軸に所定の粒子径区間のそれぞれに属する粒子の累積個数(積算フルイ下)を百分率でプロットする。そして、このグラフから粒子の個数が50%及び84.13%のそれぞれに相当する粒子径の値を読みとり、幾何標準偏差値=積算フルイ下84.13%における粒子径/積算フルイ下50%における粒子径(幾何平均径)に従って算出した値で示した。幾何標準偏差値が1に近いほど、粒子の粒度分布が優れていることを意味する。 That is, the value measured for the particle size of the particle shown in the above enlarged photograph is calculated from the measured value and the particle size is plotted on the horizontal axis on the lognormal probability paper according to the statistical method from the actual particle size and number of particles obtained. The diameter is plotted on the vertical axis, and the cumulative number of particles belonging to each of the predetermined particle diameter sections (under the integrated sieve) is plotted as a percentage. Then, from this graph, the particle diameter values corresponding to the number of particles of 50% and 84.13% are read, and the geometric standard deviation value = particle diameter under integrated fluid 84.13% / under integrated fluid 50%. The value was calculated according to the particle diameter (geometric mean diameter). The closer the geometric standard deviation value is to 1, the better the particle size distribution of the particles.
比表面積値は、BET法により測定した値で示した。 The specific surface area value was indicated by a value measured by the BET method.
シリカ粒子粉末及び複合粒子粉末中のシリカ粒子粉末の含水率は、1000℃で2時間灼熱前後のシリカ粒子粉末の重量を測定し、下記数1に従って求めた値で示した。なお、複合粒子粉末の場合は、予め、後述する方法により付着している炭素粉末と表面改質剤の量を測定し、複合粒子粉末の重量から差し引くことによって複合粒子粉末中のシリカ粒子の重量を算出しておくことによって求める。 The water content of the silica particle powder in the silica particle powder and the composite particle powder was represented by the value obtained by measuring the weight of the silica particle powder before and after heating for 2 hours at 1000 ° C. In the case of composite particle powder, the weight of the silica particles in the composite particle powder is determined by measuring the amount of carbon powder and surface modifier adhering in advance by the method described later and subtracting from the weight of the composite particle powder. It is obtained by calculating.
<数1>
シリカ粉末の含水率(%)={(Wa−We)/Wa}×100
Wa:シリカ粒子粉末の重量
We:1000℃で2時間灼熱後のシリカ粒子粉末の重量
<Equation 1>
Water content of silica powder (%) = {(Wa-We) / Wa} × 100
Wa: Weight of silica particle powder We: Weight of silica particle powder after heating at 1000 ° C. for 2 hours
シリカ粒子粉末の粒子表面に被覆されている表面改質剤の被覆量及びシリカ粒子粉末に付着している炭素粉末の付着量は、「堀場金属炭素・硫黄分析装置EMIA−2200型」(株式会社堀場製作所製)を用いて炭素量を測定することにより求めた。 The coating amount of the surface modifier coated on the particle surface of the silica particle powder and the adhesion amount of the carbon powder adhered to the silica particle powder are “Horiba Metal Carbon / Sulfur Analyzer EMIA-2200 Model” (Inc. It was obtained by measuring the carbon content using HORIBA, Ltd.
複合粒子粉末に付着している炭素粉末の脱離率(%)は、下記の方法により求めた値で示した。炭素粉末の脱離率が0%に近いほど、粒子表面からの炭素粉末の脱離量が少ないことを示す。 The desorption rate (%) of the carbon powder adhering to the composite particle powder was indicated by the value obtained by the following method. The closer the desorption rate of the carbon powder is to 0%, the smaller the desorption amount of the carbon powder from the particle surface.
複合粒子粉末3gとエタノール40mlを50mlの沈降管に入れ、20分間超音波分散を行った後、120分静置し、比重差によって複合粒子粉末と脱離した炭素粉末を分離した。次いで、この複合粒子粉末に再度エタノール40mlを加え、更に20分間超音波分散を行った後120分静置し、複合粒子粉末と脱離した炭素粉末を分離した。この複合粒子粉末を100℃で1時間乾燥させ、前述の「堀場金属炭素・硫黄分析装置EMIA−2200型」(株式会社堀場製作所製)を用いて炭素量を測定し、下記数2に従って求めた値を炭素粉末の脱離率(%)とした。 3 g of the composite particle powder and 40 ml of ethanol were placed in a 50 ml settling tube, subjected to ultrasonic dispersion for 20 minutes, and then allowed to stand for 120 minutes, whereby the composite particle powder and detached carbon powder were separated due to the difference in specific gravity. Next, 40 ml of ethanol was again added to the composite particle powder, and after ultrasonic dispersion for 20 minutes, the composite particle powder was allowed to stand for 120 minutes to separate the composite particle powder from the detached carbon powder. This composite particle powder was dried at 100 ° C. for 1 hour, and the carbon amount was measured using the above-mentioned “Horiba Metal Carbon / Sulfur Analyzer EMIA-2200 type” (manufactured by Horiba, Ltd.). The value was defined as the carbon powder desorption rate (%).
<数2>
炭素粉末の脱離率(%)={(Wa−We)/Wa}×100
Wa:複合粒子粉末の炭素粉末付着量
We:脱離テスト後の複合粒子粉末の炭素粉末付着量
<Equation 2>
Desorption rate of carbon powder (%) = {(Wa-We) / Wa} × 100
Wa: Carbon powder adhesion amount of composite particle powder We: Carbon powder adhesion amount of composite particle powder after desorption test
炭化ケイ素粉末の結晶相の確認は、「X線回折装置 RINT 2500」(理学電機株式会社)を用いて粉末X線回折により行った。 The crystal phase of the silicon carbide powder was confirmed by powder X-ray diffraction using an “X-ray diffractometer RINT 2500” (Rigaku Corporation).
炭化ケイ素粉末の残留シリカ(重量%)は、「O/N分析計 TC−436」(LECO株式会社製)を用いて酸素含有量を測定することにより求めた。 The residual silica (% by weight) of the silicon carbide powder was determined by measuring the oxygen content using “O / N analyzer TC-436” (manufactured by LECO Corporation).
炭化ケイ素粉末の残留炭素(重量%)は、「堀場金属炭素・硫黄分析装置EMIA−2200型」(株式会社堀場製作所製)を用いて全炭素量を測定し、上記残留シリカ量より求められる反応シリカ量(全シリカ量より未反応の残留シリカ分の除いたシリカ量より算出)から反応に要する必要炭素量を算出し、全炭素量から反応に用いられた炭素量を引いた値で示した。 Residual carbon (% by weight) of the silicon carbide powder is determined by measuring the total carbon amount using “Horiba Metal Carbon / Sulfur Analyzer EMIA-2200” (manufactured by Horiba, Ltd.) and obtaining the amount of residual carbon The amount of carbon required for the reaction was calculated from the amount of silica (calculated from the amount of silica obtained by removing unreacted residual silica from the total amount of silica), and the value obtained by subtracting the amount of carbon used in the reaction from the total amount of carbon was shown. .
<複合粒子1:複合粒子粉末の製造>
シリカ粒子粉末(シリカ粒子1)(粒子形状:球状、平均粒子径:0.012μm、BET比表面積値:209.5m2/g、含水率0.4%)10kgに、メチルハイドロジェンポリシロキサン(商品名:TSF484:GE東芝シリコーン株式会社製)400gを、エッジランナーを稼動させながらシリカ粒子粉末に添加し、588N/cmの線荷重で40分間混合攪拌を行った。なお、この時の攪拌速度は22rpmで行った。
<Composite Particle 1: Production of Composite Particle Powder>
To 10 kg of silica particle powder (silica particle 1) (particle shape: spherical, average particle size: 0.012 μm, BET specific surface area value: 209.5 m 2 / g, water content 0.4%), methyl hydrogen polysiloxane ( 400 g (trade name: TSF484: manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd.) was added to the silica particle powder while operating the edge runner, and mixed and stirred at a linear load of 588 N / cm for 40 minutes. The stirring speed at this time was 22 rpm.
次に、炭素粉末(種類:カーボンブラック、粒子形状:粒状、粒子径0.022μm、BET比表面積値133.5m2/g)6.4kgを、エッジランナーを稼動させながら10分間かけて添加し、更に588N/cmの線荷重で90分間混合攪拌を行い、メチルハイドロジェンポリシロキサン被覆にカーボンブラックを付着させた後、乾燥機を用いて105℃で60分間乾燥を行い、複合粒子粉末を得た。なお、この時の攪拌速度は22rpmで行った。 Next, 6.4 kg of carbon powder (type: carbon black, particle shape: granular, particle diameter 0.022 μm, BET specific surface area value 133.5 m 2 / g) is added over 10 minutes while the edge runner is running. Further, after mixing and stirring for 90 minutes at a linear load of 588 N / cm, carbon black was adhered to the methylhydrogenpolysiloxane coating, and then dried at 105 ° C. for 60 minutes using a dryer to obtain composite particle powder. It was. The stirring speed at this time was 22 rpm.
得られた複合粒子粉末は、平均粒子径が0.016μmの粒状粒子であった。BET比表面積値は132.6m2/gであり、複合粒子粉末中のシリカ粒子の含水率は0.21重量%、炭素粉末の脱離率は5.6%、SiO2とCの重量配合割合は1.0:0.638であった。電子顕微鏡写真の観察結果より、カーボンブラックがほとんど認められないことから、カーボンブラックのほぼ全量がメチルハイドロジェンポリシロキサン被覆を介してシリカ粒子粉末の粒子表面に付着していることが認められた。 The obtained composite particle powder was a granular particle having an average particle diameter of 0.016 μm. The BET specific surface area value is 132.6 m 2 / g, the moisture content of the silica particles in the composite particle powder is 0.21% by weight, the desorption rate of the carbon powder is 5.6%, and SiO 2 and C are mixed by weight. The ratio was 1.0: 0.638. From the observation result of the electron micrograph, since almost no carbon black was observed, it was confirmed that almost the entire amount of carbon black was adhered to the particle surface of the silica particle powder through the methyl hydrogen polysiloxane coating.
<実施例1:炭化ケイ素粉末の製造>
前記複合粒子粉末を出発原料として黒鉛製容器に入れ、Arガスを流しながら1650℃で5時間加熱焼成を行い、還元窒化処理を行った。反応終了時のCO濃度は9ppmであった。得られた粉末を、空気中700℃で3時間加熱処理を行い、未反応炭素を燃焼除去して炭化ケイ素粉末を得た。
<Example 1: Production of silicon carbide powder>
The composite particle powder was put into a graphite container as a starting material, and calcination was carried out at 1650 ° C. for 5 hours while flowing Ar gas to perform reduction nitriding treatment. The CO concentration at the end of the reaction was 9 ppm. The obtained powder was heat-treated in air at 700 ° C. for 3 hours to burn off unreacted carbon to obtain silicon carbide powder.
得られた炭化ケイ素粉末は、平均粒子径が0.72μmの粒状粒子であった。幾何標準偏差値は1.96、BET比表面積値は14.6m2/gであり、結晶形はβ形、残留シリカは0.4重量%、残留炭素は0.81重量%であった。 The obtained silicon carbide powder was granular particles having an average particle size of 0.72 μm. The geometric standard deviation value was 1.96, the BET specific surface area value was 14.6 m 2 / g, the crystal form was β-form, the residual silica was 0.4% by weight, and the residual carbon was 0.81% by weight.
前記複合粒子1〜実施例1に従って出発原料としての複合粒子粉末及び炭化ケイ素粉末を作製した。各製造条件及び得られた複合粒子粉末及び炭化ケイ素粉末の諸特性を示す。 In accordance with the composite particles 1 to Example 1, composite particle powder and silicon carbide powder as starting materials were prepared. Various production conditions and various characteristics of the obtained composite particle powder and silicon carbide powder are shown.
シリカ粒子1〜3:
シリカ粒子粉末として表1に示す特性を有するシリカ粒子粉末を用意した。
Silica particles 1-3:
A silica particle powder having the characteristics shown in Table 1 was prepared as a silica particle powder.
炭素粉末A〜C:
炭素粉末として表2に示す特性を有する炭素粉末を用意した。
Carbon powders A to C:
A carbon powder having the characteristics shown in Table 2 was prepared as the carbon powder.
<複合粒子>
複合粒子2〜3、比較複合粒子1:
シリカ粒子粉末の種類、表面改質剤による被覆工程における添加物の種類、添加量、エッジランナー処理の線荷重及び時間、炭素粉末の付着工程における炭素粉末の種類、添加量、エッジランナー処理の線荷重及び時間を種々変化させた以外は、前記複合粒子1と同様にして複合粒子粉末を得た。
<Composite particle>
Composite particles 2-3, comparative composite particles 1:
Type of silica particle powder, type of additive in coating process with surface modifier, amount added, line load and time of edge runner treatment, type of carbon powder in carbon powder adhesion process, amount added, edge runner treatment line A composite particle powder was obtained in the same manner as the composite particle 1 except that the load and time were variously changed.
このときの製造条件を表3に、得られた複合粒子粉末の諸特性を表4に示す。 The production conditions at this time are shown in Table 3, and various characteristics of the obtained composite particle powder are shown in Table 4.
<炭化ケイ素の製造法>
実施例2〜3、比較例1:
出発原料の種類、種晶の配合割合、還元窒化処理における反応温度及び反応時間、脱炭素処理における加熱温度及び加熱時間を種々変化させた以外は、前記実施例1の炭化ケイ素の製造と同様にして炭化ケイ素粉末を得た。
<Method for producing silicon carbide>
Examples 2-3 and Comparative Example 1:
The same procedure as in the manufacture of silicon carbide of Example 1 except that the type of starting material, the mixing ratio of seed crystals, the reaction temperature and reaction time in the reduction nitriding treatment, and the heating temperature and heating time in the decarbonization treatment were variously changed. Thus, silicon carbide powder was obtained.
このときの製造条件を表5に、得られた炭化ケイ素粉末の諸特性を表6に示す。 The production conditions at this time are shown in Table 5, and the various characteristics of the obtained silicon carbide powder are shown in Table 6.
Claims (2)
2. The method for producing silicon carbide powder according to claim 1, wherein the weight ratio of silica to carbon powder in the composite particle powder is 1.0: 0.6 to 1.0: 1.0.
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