JP5612264B2 - Silicon-containing alloy for producing spherical silica powder, method for producing the same, and spherical silica powder - Google Patents
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本発明は、安価に球状シリカ粉末を提供できる球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金及びその製造方法、並びに安価な球状シリカ粉末に関する。 The present invention relates to a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder that can provide spherical silica powder at a low cost, a method for producing the same, and an inexpensive spherical silica powder.
半導体パッケージは熱的性質向上などを目指し、球状シリカを含有する樹脂組成物により封止されることが一般的である。また、電子部品を実装する基板材料についても熱安定性などの向上を目的として、球状シリカを含有する樹脂組成物が採用されることがある。 A semiconductor package is generally sealed with a resin composition containing spherical silica for the purpose of improving thermal properties. In addition, a resin composition containing spherical silica may be employed for a substrate material for mounting electronic components for the purpose of improving thermal stability.
それら樹脂組成物に用いられる球状シリカとしては電子部品などに悪影響を与えないことが求められる。例えば、球状シリカ粉末に含まれる不純物が溶出乃至拡散することにより封止した電子部品に悪影響を及ぼすことが知られている。 The spherical silica used in these resin compositions is required not to adversely affect electronic components. For example, it is known that impurities contained in the spherical silica powder are adversely affected on the sealed electronic component by elution or diffusion.
従来は電子部品に影響を与えないようにするために球状シリカ粉末に含まれる不純物の量を低減し高い純度をもつ球状シリカとすることが行われていた。球状シリカ粉末を製造する方法としては、原料となる金属ケイ素を火炎中にて酸素と反応させる方法(VMC法)が知られており、高い純度の球状シリカを得るためには原料の純度を高くする方法や、製造後の球状シリカから不純物を抽出する方法が考えられる。 Conventionally, in order not to affect the electronic components, the amount of impurities contained in the spherical silica powder is reduced to obtain spherical silica having high purity. As a method for producing spherical silica powder, a method of reacting metal silicon as a raw material with oxygen in a flame (VMC method) is known, and in order to obtain high-purity spherical silica, the purity of the raw material is increased. And a method of extracting impurities from the spherical silica after production.
製造された球状シリカの性状に影響を与えない方法であるため、原料中の不純物濃度を減少させる方法が汎用されている。球状シリカを製造する方法に適用するために、高純度の金属ケイ素を製造する方法としては種々の方法が提案されている(特許文献1〜3)。 Since this is a method that does not affect the properties of the produced spherical silica, a method for reducing the impurity concentration in the raw material is widely used. In order to apply to the method for producing spherical silica, various methods have been proposed as methods for producing high-purity metallic silicon (Patent Documents 1 to 3).
しかしながら、従来の製造方法では高い純度の金属ケイ素を得るために多くの工数を必要としており、高いコストを要していた。 However, in the conventional manufacturing method, many man-hours are required to obtain high-purity metallic silicon, and high cost is required.
本発明は上記実情に鑑み完成されたものであり、封止材に適用したときに、ケイ素の純度が高くなくても電子部品に悪影響を与え難い球状シリカ粉末を得ることができる球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金及びその製造方法、そのような球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金により製造された球状シリカ粉末を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been completed in view of the above circumstances, and when applied to a sealing material, a spherical silica powder can be obtained that can obtain a spherical silica powder that does not adversely affect electronic components even if the purity of silicon is not high. It is an object to be solved to provide a silicon-containing alloy for use in the production of the same, a method for producing the same, and a spherical silica powder produced from such a silicon-containing alloy for producing the spherical silica powder.
上記課題を解決する請求項1に係る球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の特徴は、火炎中で酸素と反応させて球状シリカ粉末を製造する原料であるケイ素含有合金であって、
ケイ素を80質量%以上含有し、(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}の値が質量基準で4以上であることにある。
The feature of the silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is a silicon-containing alloy which is a raw material for producing spherical silica powder by reacting with oxygen in a flame,
Contains 80% by mass or more of silicon, and the value of (
上記課題を解決する請求項2に係る球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の特徴は、火炎中で酸素と反応させて球状シリカ粉末を製造する原料であるケイ素含有合金であって、
ケイ素を80質量%以上含有し、(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}の値が質量基準で20以上であることにある。
The feature of the silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to claim 2 for solving the above problems is a silicon-containing alloy which is a raw material for producing spherical silica powder by reacting with oxygen in a flame,
Contains 80% by mass or more of silicon, and the value of (
上記課題を解決する請求項3に係る球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の特徴は、火炎中で酸素と反応させて球状シリカ粉末を製造する原料であるケイ素含有合金であって、
ケイ素を80質量%以上含有し、(13族元素の含有量)/{(バナジウムの含有量)+(クロムの含有量)+(マンガンの含有量)}の値が質量基準で4以上であることにある。
The feature of the silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to claim 3 for solving the above problem is a silicon-containing alloy which is a raw material for producing spherical silica powder by reacting with oxygen in a flame,
80% by mass or more of silicon, and the value of (
上記課題を解決する請求項4に係る球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法の特徴は、請求項1〜3の何れかに記載の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金を製造する方法であって、
金属ケイ素又はケイ素含有合金からなる粗材に含まれる5族元素、6族元素、7族元素の質量基準での含有量の和に基づき、金属アルミニウム、アルミニウム合金及び/又はアルミニウム化合物からなるアルミニウム源を添加し、(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}の値を調節する工程を有することにある。
A feature of the method for producing a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to claim 4 for solving the above-mentioned problem is a method for producing the silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to any one of claims 1 to 3. And
Aluminum source made of metal aluminum, aluminum alloy and / or aluminum compound based on the sum of the content of
上記課題を解決する請求項5に係る球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法の特徴は、請求項1〜3の何れかに記載の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金を製造する方法であって、
金属アルミニウム、アルミニウム合金及び/又はアルミニウム化合物からなるアルミニウム源をケイ石に添加し、(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}の値を調節した原料混合物を調製する工程と、
前記原料混合物を炭剤により還元する工程と、
を有することにある。
A feature of the method for producing a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to
An aluminum source made of metallic aluminum, an aluminum alloy and / or an aluminum compound is added to silica, and (
Reducing the raw material mixture with charcoal;
It is in having.
上記課題を解決する請求項6に係る球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法の特徴は、請求項5において、前記アルミニウム源は、前記ケイ石及び前記アルミニウム源の質量の和を基準として、0.1質量%〜20質量%の範囲で添加することにある。
The feature of the method for producing a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to
上記課題を解決する請求項7に係る球状シリカ粉末の特徴は、請求項1〜3の何れかに記載の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金、又は、請求項4〜6の何れかに記載の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法により製造された球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金を火炎中にて酸素と反応させて製造されたことにある。
The feature of the spherical silica powder according to
請求項1に係る発明においては、5〜7族元素の含有量に応じて、13族元素を含有させることにより、高い性能を発揮させることが可能になる。5〜7族元素がシリカ粉末中に含有されていると、溶出などのおそれがある。溶出などした5〜7族元素は電子部品に対して望ましくない作用を及ぼすおそれがあるが、所定の比率で13族元素を含有させることにより5〜7族元素における溶出などのおそれを小さくすることができる。特に、請求項2に係る発明のように、13族元素の比率を上昇させることにより、より確実に5〜7族元素の影響を低減させることができる。
In the invention which concerns on Claim 1, according to content of a 5-7 group element, it becomes possible to exhibit a high performance by containing a 13 group element. If a Group 5-7 element is contained in the silica powder, there is a risk of elution. Eluted group 5-7 elements may have undesirable effects on electronic components, but reducing the risk of elution in group 5-7 elements by including
請求項3に係る発明においては、特に(13族元素の含有量)/{(バナジウムの含有量)+(クロムの含有量)+(マンガンの含有量)}の値を4以上に制御することにより優れた球状シリカ粉末を製造可能な球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金を提供することができる。粗材中に含まれる不純物元素としてはこれらの元素が主であるため、これらの元素のみについて含有量を測定することに簡略化することができる。
In the invention according to claim 3, the value of (
請求項4に係る発明においては、金属ケイ素、ケイ素含有合金に対し、その含有する5〜7族元素の量に基づきアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム化合物などのアルミニウム源を添加することにより、5〜7族元素の影響を低減させることができる。 In the invention which concerns on Claim 4, by adding aluminum sources, such as aluminum, an aluminum alloy, an aluminum compound, to metal silicon and a silicon containing alloy based on the quantity of the 5-7 group element to contain, it is 5-7. The influence of group elements can be reduced.
請求項5に係る発明においては、ケイ石を炭剤により還元して金属ケイ素、ケイ素含有合金を製造する工程において、そのケイ石中に含まれる5〜7族元素の量に応じてアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウム化合物などのアルミニウム源を添加することにより、5〜7族元素の影響を低減させることができる。特に請求項6に係る発明のように、アルミニウム源の量を規定することにより5〜7族元素による影響を低減させることが可能になる。
In the invention according to
請求項7に係る発明においては、上述の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金や、上述の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法により製造された球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金を用いて製造された球状シリカなので、5〜7族元素の影響が低減される。
In the invention which concerns on
本発明の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金、球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法、球状シリカについて、以下、実施形態に基づき詳細に説明する。 The silicon-containing alloy for producing spherical silica powder, the method for producing the silicon-containing alloy for producing spherical silica powder, and the spherical silica of the present invention will be described in detail below based on the embodiments.
本実施異形態の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金は火炎中で酸素と反応させて球状シリカ粉末を製造する球状シリカの製造方法に供される原料である。以下、球状シリカの製造方法の一例(VMC法)を説明する。 The silicon-containing alloy for producing spherical silica powder according to this embodiment is a raw material used in a method for producing spherical silica in which spherical silica powder is produced by reacting with oxygen in a flame. Hereinafter, an example of the method for producing spherical silica (VMC method) will be described.
球状シリカの製造方法としては、前述のケイ素含有合金(本実施形態の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金はこの用途に用いられる。)を用いていわゆるVMC(Vaperized Metal Combustion)法にて球状シリカを製造する工程である。ケイ素含有合金は何らかの方法(粉砕など)にて粉末化されている。VMC法は、酸素を含む雰囲気中でバーナーにより化学炎を形成し、この化学炎中にケイ素含有合金粉末を粉塵雲が形成される程度の量、投入し、爆燃を起こさせて酸化物粒子を得る方法である。具体的には、前述のケイ素含有合金をキャリヤガスと共に酸素過剰の酸化炎中に投入する工程である。 As a method for producing spherical silica, spherical silica is produced by the so-called VMC (Vaperized Metal Combustion) method using the aforementioned silicon-containing alloy (the silicon-containing alloy for producing spherical silica powder of this embodiment is used for this purpose). It is a manufacturing process. The silicon-containing alloy is pulverized by some method (such as pulverization). In the VMC method, a chemical flame is formed by a burner in an oxygen-containing atmosphere, and silicon-containing alloy powder is introduced into the chemical flame in such an amount that a dust cloud is formed, causing deflagration to produce oxide particles. How to get. Specifically, this is a step of introducing the aforementioned silicon-containing alloy into an oxygen-excess oxide flame together with a carrier gas.
VMC法の手法について説明すれば以下のようになる。まず、容器中に反応ガスである酸素を含有するガスを充満させ、この反応ガス中で化学炎を形成する。化学炎は可燃ガス(メタン、プロパンなどの炭化水素ガスが例示できる)を燃焼させることにより形成できる。次いで、この化学炎中にケイ素含有合金粉末を投入し高濃度(500g/m3以上)の粉塵雲を形成する。すると、化学炎によりケイ素含有合金粉末表面に熱エネルギーが与えられ、ケイ素含有合金粉末の表面温度が上昇し、ケイ素含有合金粉末表面から金属ケイ素の蒸気が周囲に広がる。この金属ケイ素蒸気が酸素ガスと反応して発火し火炎を生じる。この火炎により生じた熱は、さらにケイ素含有合金粉末の気化を促進し、生じた金属ケイ素蒸気と酸素ガスとが混合され、連鎖的に発火伝播する。このときケイ素含有合金粉末自体も破壊して飛散し、火炎伝播を促す。燃焼後に生成ガスが自然冷却されることにより、シリカ粒子の雲ができる。得られたシリカ粒子は、バグフィルターや電気集塵器等により捕集される。 The method of the VMC method will be described as follows. First, the container is filled with a gas containing oxygen as a reaction gas, and a chemical flame is formed in the reaction gas. The chemical flame can be formed by burning a combustible gas (a hydrocarbon gas such as methane or propane can be exemplified). Next, silicon-containing alloy powder is introduced into the chemical flame to form a dust cloud with a high concentration (500 g / m 3 or more). Then, thermal energy is given to the surface of the silicon-containing alloy powder by the chemical flame, the surface temperature of the silicon-containing alloy powder rises, and the vapor of metallic silicon spreads from the surface of the silicon-containing alloy powder to the surroundings. The metal silicon vapor reacts with oxygen gas to ignite and produce a flame. The heat generated by this flame further promotes vaporization of the silicon-containing alloy powder, and the generated metal silicon vapor and oxygen gas are mixed and propagated in a chain. At this time, the silicon-containing alloy powder itself is also broken and scattered to promote flame propagation. The product gas is naturally cooled after combustion, thereby forming a cloud of silica particles. The obtained silica particles are collected by a bag filter, an electric dust collector or the like.
VMC法は粉塵爆発の原理を利用するものである。VMC法によれば、瞬時に大量のシリカ粒子が得られる。得られるシリカ粒子は、略真球状の形状の球状シリカ粉末となっている。投入するケイ素含有合金粉末の粒子径、投入量、火炎温度等を調整することにより、得られる球状シリカ粉末の粒子径を調整することが可能である。また、原料物質としてはケイ素含有合金粉末に加えて、シリカ粉末も添加することができる。シリカ粉末は本方法により得られる球状シリカ粉末を採用することで得られる球状シリカの性能を保つことができる。 The VMC method uses the principle of dust explosion. According to the VMC method, a large amount of silica particles can be obtained instantaneously. The obtained silica particles are spherical silica powder having a substantially spherical shape. It is possible to adjust the particle diameter of the resulting spherical silica powder by adjusting the particle diameter of the silicon-containing alloy powder to be input, the input amount, the flame temperature, and the like. In addition to the silicon-containing alloy powder, silica powder can also be added as a raw material. The silica powder can maintain the performance of the spherical silica obtained by adopting the spherical silica powder obtained by this method.
得られた球状シリカ粉末を樹脂組成物に混合して用いる場合には、樹脂との密着性を向上させる目的で、表面処理を施すことができる。例えば、シラン系、チタネート系、アルミネート系、ジルコネート系の各種カップリング剤、カチオン、アニオン、両性、中性の各種界面活性剤を混合することができる。 When the obtained spherical silica powder is mixed with a resin composition and used, surface treatment can be performed for the purpose of improving the adhesion to the resin. For example, various silane, titanate, aluminate and zirconate coupling agents, cations, anions, amphoteric and neutral surfactants can be mixed.
その他にも塩基性物質及び/又は塩基性混合物にて球状シリカに対して表面処理を行うことができる。塩基性物質、塩基性混合物としては、アンモニア、有機アミン、シラザン類、窒素を含む環状化合物又はその溶液、アミン系シランカップリング剤又はその溶液等が挙げられる。これら塩基性物質の中で、シラザン類が好ましく例示され、特に、へキサメチルジシラザン(HMDS)が好ましい。 In addition, surface treatment can be performed on the spherical silica with a basic substance and / or a basic mixture. Examples of basic substances and basic mixtures include ammonia, organic amines, silazanes, nitrogen-containing cyclic compounds or solutions thereof, amine-based silane coupling agents or solutions thereof, and the like. Of these basic substances, silazanes are preferably exemplified, and hexamethyldisilazane (HMDS) is particularly preferred.
表面処理を行う際の表面処理剤の添加量としては特に限定しないが、球状シリカの表面とすべて反応できる程度の量を添加することが望ましい。 The amount of the surface treatment agent added during the surface treatment is not particularly limited, but it is desirable to add an amount that can react with the surface of the spherical silica.
本実施形態のケイ素含有合金は、ケイ素を80質量%以上含有する。好ましくはケイ素を95質量%以上含有する。本実施形態のケイ素含有合金は、ケイ素以外の元素である不純物元素を含有する。不純物元素としては、(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}の値が所定値以上であること以外は特に限定しない。所定値としては4を挙げることができ、望ましくは20である。不純物元素の含有量の測定方法としてはXPS、ICP原子吸光光度法などの元素分析法が例示できる。
The silicon-containing alloy of the present embodiment contains 80% by mass or more of silicon. Preferably it contains 95 mass% or more of silicon. The silicon-containing alloy of the present embodiment contains an impurity element that is an element other than silicon. As the impurity element, the value of (
この元素の存在比を所定値以上に制御するためには、球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の原料となる粗材(金属ケイ素又はケイ素含有合金)に対し、13族元素の量を増加させたり、5〜7族元素の量を減少させたりすることが考えられるが、操作の簡便化のためには5〜7族元素の含有量に応じて13族元素を添加する方法を採用することが望ましい。
In order to control the abundance ratio of this element to a predetermined value or more, the amount of the
ここで13族元素としてはホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウムがあるが、添加する13族元素としてはホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムが望ましく、アルミニウムであることが特に望ましい。
Here, the
13族元素を添加するためには元素単体で添加することはもちろん、何らかの化合物・混合物として添加することができる。例えば、アルミニウムを添加する場合には、金属アルミニウム、アルミニウム合金及び/又はアルミニウム化合物からなるアルミニウムを含有する材料(アルミニウム源と称する)を添加することができる。アルミニウム合金としては5〜7族元素の含有量が少ないもの(望ましくは含まないもの)を採用する。
In order to add a
アルミニウム化合物としては特に限定しないが、シリカに含まれない余分な元素を含まない水酸化アルミニウム、酸化アルミニウムを採用することが望ましい。13族元素を添加する場合にはケイ素含有合金の状態で添加する方法と、ケイ素含有合金を製造する材料の段階で添加する方法とがある。
Although it does not specifically limit as an aluminum compound, It is desirable to employ | adopt aluminum hydroxide and aluminum oxide which do not contain the extra element which is not contained in a silica. When adding a
含有量が少ないことが望ましい元素である5〜7族元素の量を全て考慮する場合に代えて、バナジウム、クロム、及びマンガンの総和のみを考慮することができる。すなわち、5〜7族元素のうち、バナジウム、クロム、及びマンガン以外の元素の含有量は考慮せずに13族元素を添加する方法が採用できる。他の元素に比べてこれらの元素の混入が特に多いため、これらの元素についてのみ含有量を測定すれば十分に実用性が高い。その結果、製造操作の簡略化を図ることができる。
Instead of considering all the amounts of Group 5-7 elements, which are elements that are desirably low in content, only the sum of vanadium, chromium, and manganese can be considered. That is, a method of adding a
その他に不純物元素として含まないことが望ましい元素としては1族元素(特にNa、Kなどのアルカリ金属)、2族元素(特にMg,Caなどのアルカリ土類金属)が挙げられる。特に1族元素を含有しないことが望ましい。1族元素の含有量は20ppm以下(より好ましくは10ppm以下)とすることが望ましい。2族元素の含有量は300ppm以下とするか、それ以上含有する場合であってもCaを500ppm以下となるように添加することが望ましい。その他、P、Moの含有量は少ないことが望ましい。Pは60ppm以下とすることが望ましい。Moは20ppm以下とすることが望ましい。これら以外の元素を含むことは特に妨げない。特に、Fe、Ti、Cu、Ni、Co、Zn、As、Sbなどはある程度含有可能である。 Other elements that should not be included as impurity elements include group 1 elements (particularly alkali metals such as Na and K) and group 2 elements (particularly alkaline earth metals such as Mg and Ca). In particular, it is desirable not to contain a group 1 element. The content of the Group 1 element is desirably 20 ppm or less (more preferably 10 ppm or less). The content of the Group 2 element is preferably 300 ppm or less, or even when it is contained more than that, it is desirable to add Ca so as to be 500 ppm or less. In addition, it is desirable that the contents of P and Mo are small. P is desirably 60 ppm or less. It is desirable that Mo be 20 ppm or less. Including other elements is not particularly disturbed. In particular, Fe, Ti, Cu, Ni, Co, Zn, As, Sb and the like can be contained to some extent.
球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金は、金属ケイ素又はケイ素含有合金からなる粗材における不純物元素濃度を調節することで製造する上述したような方法の他、ケイ石と炭剤とを混合後、加熱する方法により製造可能である。ケイ石の主成分であるシリカが炭剤により還元されて金属ケイ素が生じることになる。ケイ石としては不純物ができるだけ少ないものを採用することが望ましい。そして、ケイ石中の5〜7族元素の量(又は、バナジウム、クロム、及びマンガンの総和)に応じて13族元素(アルミニウム源)を添加することができる。その後、炭剤と共に加熱することにより不純物元素の存在比が制御されたケイ素含有合金を得ることができる。また、ケイ石からケイ素含有合金を調製した後、5〜7族元素の量(又は、バナジウム、クロム、及びマンガンの総和)を測定し、13族元素(アルミニウム源)を添加することもできる。
The silicon-containing alloy for producing spherical silica powder is manufactured by adjusting the impurity element concentration in the coarse material made of metal silicon or silicon-containing alloy, and after heating the mixture with silica stone and charcoal. It can be manufactured by the method to do. Silica, which is the main component of silica, is reduced by the charcoal to produce metallic silicon. It is desirable to use a silica stone with as few impurities as possible. And a
炭剤としては炭素を含有する材料であれば特に限定しないが、炭素の構成比が高いものを採用することが望ましい。例えば、(石油)コークス、炭、石炭などが例示できる。炭剤中の不純物元素としても5〜7族元素の含有量が少ないものを選択することが望ましい。 Although it will not specifically limit if it is a material containing carbon as a charcoal agent, It is desirable to employ | adopt a thing with a high component ratio of carbon. For example, (petroleum) coke, charcoal, coal, etc. can be illustrated. It is desirable to select an impurity element in the charcoal that has a low content of Group 5-7 elements.
ケイ石と炭剤との混合比としては特に限定しないが、ケイ石中に含まれる二酸化ケイ素を十分に還元できる量を混合することが望ましい。具体的には炭剤の混合比はケイ石の質量を基準として40質量%〜60質量%程度とすることが望ましい。 The mixing ratio of the silica and the charcoal is not particularly limited, but it is desirable to mix an amount capable of sufficiently reducing silicon dioxide contained in the silica. Specifically, the mixing ratio of the charcoal is desirably about 40% by mass to 60% by mass based on the mass of silica.
ケイ石と炭剤はどのように混合しても良いが、双方共に粉砕などにより細粒化して混合することが望ましい。例えば、ケイ石及び炭剤の粒径としては50cm以下を採用することが望ましい。 Silica and charcoal may be mixed in any way, but it is desirable that both be finely pulverized and mixed. For example, it is desirable to employ 50 cm or less as the particle size of silica and charcoal.
ケイ石と炭剤とを混合した後、加熱(例えば、通電することにより加熱する)することにより、炭剤中の炭素と二酸化ケイ素中の酸素とが反応して、ケイ素含有合金が生成する。生成したケイ素含有合金は金属ケイ素の融点である1420℃以上(特に1450℃以上)で加熱することが望ましい。また、1800℃以下で加熱することが望ましい。 After mixing the silica stone and the charcoal, heating (for example, heating by energizing) causes the carbon in the charcoal to react with oxygen in the silicon dioxide to produce a silicon-containing alloy. The produced silicon-containing alloy is desirably heated at 1420 ° C. or higher (particularly 1450 ° C. or higher), which is the melting point of metallic silicon. Moreover, it is desirable to heat at 1800 degrees C or less.
得られたケイ素含有合金は、徐冷することにより不純物を偏析させることが可能になる。偏析した不純物を除去することによりケイ素含有合金中における不純物の含有量を低減できる。また、熔解状態のケイ素含有合金に対して電場を印加することにより、含有する不純物元素のうち、イオン化しているものを偏析させることが可能になる。偏析した不純物を除去することにより不純物の含有量を低下できる。電場を印加する際には撹拌することが望ましい。その場合に撹拌を中心部にて行い、その中心部から径方向外側に向けて不純物が移動するように電場を印加することができる。 The obtained silicon-containing alloy can segregate impurities by slow cooling. By removing segregated impurities, the content of impurities in the silicon-containing alloy can be reduced. Moreover, by applying an electric field to the silicon-containing alloy in a molten state, it becomes possible to segregate ionized elements among the contained impurity elements. By removing segregated impurities, the content of impurities can be reduced. It is desirable to stir when applying the electric field. In that case, stirring is performed in the central portion, and an electric field can be applied so that impurities move from the central portion toward the radially outer side.
本発明の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金及びその製造方法、並びに球状シリカについて実施例に基づき以下詳細に説明を行う。 The silicon-containing alloy for producing spherical silica powder of the present invention, its production method, and spherical silica will be described in detail below based on examples.
(球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造)
各試験例のケイ石70質量部に石油コークス30質量部と表1に示す添加量(ケイ石の質量を基準とする。)の金属アルミニウムとを混合し、1600℃に保持して電場をかけながら十分攪拌した後、徐冷することにより金属ケイ素を得た。得られた金属ケイ素を粉砕することにより、表1に示す平均粒径の球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金粉末を得た。得られたケイ素含有合金粉末をキャリヤガスと共に酸素過剰の酸化炎中に投入することにより、表2に示す平均粒径及び比表面積をもつ球状シリカ粉末を得た。
(Manufacture of silicon-containing alloys for spherical silica powder production)
70 parts by mass of silica in each test example was mixed with 30 parts by mass of petroleum coke and metal aluminum in the amount of addition shown in Table 1 (based on the mass of silica), and the electric field was applied while maintaining at 1600 ° C. After sufficiently stirring, metallic silicon was obtained by slow cooling. The obtained metal silicon was pulverized to obtain a silicon-containing alloy powder for producing spherical silica powder having an average particle size shown in Table 1. The obtained silicon-containing alloy powder was put together with a carrier gas into an oxygen-excess oxide flame to obtain spherical silica powder having an average particle size and specific surface area shown in Table 2.
得られた球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金及び球状シリカ粉末について組成比、体積平均粒径、比表面積、抽出液の電気伝導度及びpHを測定した。球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の結果を表1及び2に、球状シリカ粉末の結果を表3及び4にそれぞれ示す。また、球状シリカ粉末における電気伝導度(EC)と球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金における(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}で表される所定元素の質量比との関係についてのグラフを図1に示す。
The composition ratio, volume average particle diameter, specific surface area, electrical conductivity and pH of the extract were measured for the obtained silicon-containing alloy for producing spherical silica powder and spherical silica powder. The results of silicon-containing alloys for producing spherical silica powder are shown in Tables 1 and 2, and the results of spherical silica powder are shown in Tables 3 and 4, respectively. Further, the electrical conductivity (EC) in the spherical silica powder and the (
電気伝導度及びpHはそれぞれの粉末をイオン交換水に懸濁し10%スラリーとした状態で耐圧容器中に投入して、室温で30分間震とうした。その後、遠心沈降させて上澄み液を株式会社堀場製作所製導電率メータES−51にて測定した。対照としたイオン交換水の導電率は1.4μS/cmであった。 Regarding the electric conductivity and pH, each powder was suspended in ion-exchanged water and made into a 10% slurry, put in a pressure vessel, and shaken at room temperature for 30 minutes. Thereafter, the mixture was centrifuged and the supernatant was measured with a conductivity meter ES-51 manufactured by Horiba, Ltd. The conductivity of ion-exchanged water as a control was 1.4 μS / cm.
結果(特に図1)から明らかなように、所定元素の質量比が大きくなるにつれてECも小さくなることが分かった。特に所定元素の質量比が4近傍から20近傍にかけてECが大きく変化する臨界値が存在することが分かった。また、各元素の含有量の分析からECに大きな影響を与える元素としてP、V、Cr、Mn、Mo、Ca、Na、Mg、及びKがあることが分かった。これらの元素の量が増加すると、ECも増加することが分かった。そして、ECに与える影響が小さい(又は、添加によりECを低減できる)元素としてAl、Fe、Ti、Cu、Ni、Co、Zn、As、及びSbがあることが分かった。 As is clear from the results (particularly FIG. 1), it has been found that the EC decreases as the mass ratio of the predetermined element increases. In particular, it has been found that there is a critical value where the EC greatly changes from the vicinity of 4 to 20 in the mass ratio of the predetermined element. Moreover, it was found from the analysis of the content of each element that there are P, V, Cr, Mn, Mo, Ca, Na, Mg, and K as elements that have a large effect on EC. It has been found that as the amount of these elements increases, the EC also increases. Then, it was found that there are Al, Fe, Ti, Cu, Ni, Co, Zn, As, and Sb as elements having a small influence on EC (or EC can be reduced by addition).
なお、ケイ素含有合金についても電気伝導度を同様に測定したが(表1)、所定元素の質量比との明確な関係は分からなかった。 In addition, although electrical conductivity was similarly measured about the silicon containing alloy (Table 1), the clear relationship with the mass ratio of a predetermined element was not understood.
Claims (3)
金属ケイ素又はケイ素含有合金からなる粗材に含まれる5族元素、6族元素及び7族元素の質量基準での含有量を測定する工程と、
金属ケイ素又はケイ素含有合金からなる粗材に含まれる5族元素、6族元素、7族元素の質量基準での含有量の和に基づき、金属アルミニウム、アルミニウム合金及び/又はアルミニウム化合物からなるアルミニウム源を添加し、(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}の値を調節する工程を有することを特徴とする球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法。 A silicon-containing alloy that is a raw material for producing spherical silica powder by reacting with oxygen in a flame, containing silicon by 80% by mass or more, (group 13 element content) / {(group 5 element content ) + (Content of group 6 element) + (content of group 7 element)} is a method for producing a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder having a value of 4 or more on a mass basis,
Measuring the content of the group 5 element, the group 6 element and the group 7 element contained in the rough material made of metal silicon or a silicon-containing alloy on a mass basis;
Aluminum source made of metal aluminum, aluminum alloy and / or aluminum compound based on the sum of the content of group 5 element, group 6 element and group 7 element contained in the coarse material made of metal silicon or silicon-containing alloy based on mass And adjusting the value of (group 13 element content) / {(group 5 element content) + (group 6 element content) + (group 7 element content)}. A method for producing a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder.
ケイ石に含まれる5族元素、6族元素及び7族元素の質量基準での含有量を測定する工程と、
金属アルミニウム、アルミニウム合金及び/又はアルミニウム化合物からなるアルミニウム源をケイ石に添加し、(13族元素の含有量)/{(5族元素の含有量)+(6族元素の含有量)+(7族元素の含有量)}の値を調節した原料混合物を調製する工程と、
前記原料混合物を炭剤により還元する工程と、
を有することを特徴とする球状シリカ粉末製造用ケイ素含有合金の製造方法。 A silicon-containing alloy that is a raw material for producing spherical silica powder by reacting with oxygen in a flame, containing silicon by 80% by mass or more, (group 13 element content) / {(group 5 element content ) + (Content of group 6 element) + (content of group 7 element)} is a method for producing a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder having a value of 4 or more on a mass basis,
A step of measuring the content of the Group 5 element, Group 6 element and Group 7 element contained in the silica on a mass basis;
An aluminum source made of metallic aluminum, an aluminum alloy and / or an aluminum compound is added to silica, and (group 13 element content) / {(group 5 element content) + (group 6 element content) + ( A step of preparing a raw material mixture in which the value of the group 7 element content)} is adjusted;
Reducing the raw material mixture with charcoal;
A method for producing a silicon-containing alloy for producing spherical silica powder, comprising:
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