JP5994572B2 - Method for producing silicon oxide powder - Google Patents

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本発明は、原料として安価な二酸化珪素粉末を用い、無電極型の高周波誘導法により大気圧又はそれに近い圧力で発生させた高周波プラズマにより、酸化珪素粉末を製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing silicon oxide powder by using high-frequency plasma generated at atmospheric pressure or near pressure by an electrodeless high-frequency induction method using inexpensive silicon dioxide powder as a raw material.

従来、酸化珪素粉末は、例えば光学レンズの反射防止用保護膜や、食品包装用のガスバリアフィルムなどの蒸着原料としての用途が知られている。また、最近では、酸化珪素粉末は、リチウムイオン電池の負極材料、透明導電膜、シリコンナノ結晶用などの原料として期待されている。この酸化珪素粉末の製造方法については、これまで種々の技術が開示されている(例えば、特許文献1〜4参照。)。   2. Description of the Related Art Conventionally, silicon oxide powder is known to be used as a deposition raw material for, for example, an antireflection protective film for optical lenses and a gas barrier film for food packaging. Recently, silicon oxide powder is expected as a raw material for a negative electrode material of a lithium ion battery, a transparent conductive film, a silicon nanocrystal, and the like. Various techniques have been disclosed so far for the method for producing the silicon oxide powder (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

特許文献1には、二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガス若しくは減圧下で1100〜1600℃に加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪素ガスを冷却した基体表面に析出させた後に、この酸化珪素析出物を回収する酸化珪素粉末の製造方法が開示されている。この酸化珪素粉末の製造方法では、混合原料粉末が、二酸化珪素粉末と金属珪素粉末との混合物であり、その混合度が0.9以上であり、かさ密度が0.3g/cm3以上である。また二酸化珪素粉末の比表面積は50m2/g以上であり、金属珪素粉末の比表面積は0.5m2/g以上である。また基板表面が200〜500℃に冷却される。また冷媒としては、水や熱媒等の液体、或いは空気や窒素等の気体が用いられ、基体としては、加工性の点でステンレス鋼、モリブデン、タングステン等の高融点金属が用いられる。更に基体上に析出した酸化珪素粉末は、掻き取り等により回収される。 In Patent Document 1, mixed raw material powder containing silicon dioxide powder is heated to 1100 to 1600 ° C. under inert gas or reduced pressure to generate silicon oxide gas, and this silicon oxide gas is deposited on the cooled substrate surface. Later, a method for producing a silicon oxide powder for recovering the silicon oxide precipitate is disclosed. In this method for producing silicon oxide powder, the mixed raw material powder is a mixture of silicon dioxide powder and metal silicon powder, the degree of mixing is 0.9 or more, and the bulk density is 0.3 g / cm 3 or more. . The specific surface area of the silicon dioxide powder is 50 m 2 / g or more, and the specific surface area of the metal silicon powder is 0.5 m 2 / g or more. The substrate surface is cooled to 200 to 500 ° C. In addition, a liquid such as water or a heat medium, or a gas such as air or nitrogen is used as the refrigerant, and a high melting point metal such as stainless steel, molybdenum, tungsten, or the like is used as the substrate in terms of workability. Further, the silicon oxide powder deposited on the substrate is recovered by scraping or the like.

また、特許文献2には、少なくとも二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガス若しくは減圧下1100〜1600℃の温度範囲で加熱し、酸化珪素ガスを発生させ、酸化珪素ガスを冷却した基体表面に析出させる酸化珪素粉末の製造方法が開示されている。この酸化珪素粉末の製造方法では、基体表面の温度が100〜400℃であり、酸化珪素ガスの蒸気濃度が0.5〜15g/m3である。また得られた酸化珪素粉末は多孔質であり、その細孔平均径は0.5〜20nmであり、その細孔容積は0.005〜0.2cm3/gであり、その比表面積は5〜300m2/gである。また酸化珪素粉末は、一般式SiOxで表される酸化珪素粉末であり、Xの範囲が0.9以上1.8以下である。一方、原料としては、二酸化珪素粉末とこれを還元する粉末との混合物が用いられ、具体的な還元粉末としては、金属珪素化合物, 炭素含有粉末が挙げられ、特に金属珪素粉末を用いると、反応性及び収率を高めることができる。また上記酸化珪素ガスが、冷却された基体に接触して冷却されることにより、基体上に酸化珪素粉末が析出する。また冷媒としては、水や熱媒等の液体、或いは空気や窒素等の気体が用いられ、基体としては、加工性の点で、ステンレス鋼、モリブデン、タングステン等の高融点金属が用いられる。更に上記基体上に析出した酸化珪素粉末は、掻き取り等により回収され、この回収された酸化珪素粉末ボールミル等の手段により粉砕される。 Further, in Patent Document 2, a mixed raw material powder containing at least silicon dioxide powder is heated in a temperature range of 1100 to 1600 ° C. under an inert gas or reduced pressure to generate silicon oxide gas, and the surface of the substrate cooled by silicon oxide gas. Discloses a method for producing silicon oxide powder to be precipitated. In this method for producing silicon oxide powder, the temperature of the substrate surface is 100 to 400 ° C., and the vapor concentration of silicon oxide gas is 0.5 to 15 g / m 3 . Moreover, the obtained silicon oxide powder is porous, its pore average diameter is 0.5 to 20 nm, its pore volume is 0.005 to 0.2 cm 3 / g, and its specific surface area is 5 ˜300 m 2 / g. The silicon oxide powder is a silicon oxide powder represented by the general formula SiOx, and the range of X is 0.9 or more and 1.8 or less. On the other hand, as a raw material, a mixture of silicon dioxide powder and a powder for reducing it is used, and specific reducing powders include metal silicon compounds and carbon-containing powders. Property and yield can be increased. Further, the silicon oxide gas comes into contact with the cooled substrate and is cooled, whereby silicon oxide powder is deposited on the substrate. In addition, a liquid such as water or a heat medium, or a gas such as air or nitrogen is used as the refrigerant, and a high melting point metal such as stainless steel, molybdenum, tungsten, or the like is used as the substrate in terms of workability. Further, the silicon oxide powder deposited on the substrate is recovered by scraping or the like, and is pulverized by means such as the recovered silicon oxide powder ball mill.

また、特許文献3には、熱プラズマ装置内で、アルゴンと水素が体積比で(15:1)〜(4:1)となるように混合された混合ガスの熱プラズマを発生させ、この熱プラズマによりシリカ粉末を分解処理して、一般式SiOx(Xは1.0より大きく1.6以下である。)で表されるケイ素低級酸化物粒子を得るケイ素低級酸化物粒子の製造方法が開示されている。このケイ素低級酸化物粒子の製造方法では、熱プラズマによりシリカ粉末を分解処理した後に、熱プラズマ装置内に表面処理剤ガスを導入することにより、表面処理されたケイ素低級酸化物粒子が得られる。また表面処理剤ガスは、シラザン化合物ガス又はシランカップリング剤ガスのいずれか一方又は双方である。このように構成されたケイ素低級酸化物粒子の製造方法では、先ずチャンバ内の空気を真空ポンプで排出することにより、チャンバ内の圧力を0.13〜66.5kPa程度に調整し、次に熱プラズマ発生部にアルゴンガス導入管及び水素ガス導入管からアルゴンガス及び水素ガスをそれぞれ導入して、所定の出力の直流電力を印加し、体積比で(15:1)〜(4:1)となるように混合したアルゴン及び水素の混合ガスの温度が10000℃程度である熱プラズマジェットを発生させ、更に原料のシリカ粉末をアルゴンガスとともに、原料導入管から導入し、上記熱プラズマジェットとともに、チャンバ内に噴出させる。これにより原料のシリカ(SiO2)粒子が上記混合ガスの熱プラズマにより原子レベルまで分解され、Si、O及びSiOのガスが生成され、これらのSi、O及びSiOのガスは、プラズマからチャンバ内壁へ移動し、急冷されてSiOx粒子が生成される。 In Patent Document 3, thermal plasma of a mixed gas in which argon and hydrogen are mixed so as to have a volume ratio of (15: 1) to (4: 1) is generated in a thermal plasma apparatus. Disclosed is a method for producing silicon lower oxide particles by decomposing silica powder with plasma to obtain silicon lower oxide particles represented by the general formula SiOx (X is greater than 1.0 and 1.6 or less). Has been. In this method for producing silicon lower oxide particles, after the silica powder is decomposed by thermal plasma, the surface-treated silicon lower oxide particles are obtained by introducing a surface treating agent gas into the thermal plasma apparatus. Further, the surface treatment agent gas is one or both of a silazane compound gas and a silane coupling agent gas. In the method for producing silicon lower oxide particles thus configured, first, the air in the chamber is exhausted by a vacuum pump to adjust the pressure in the chamber to about 0.13 to 66.5 kPa, and then the heat Argon gas and hydrogen gas are respectively introduced from the argon gas introduction pipe and the hydrogen gas introduction pipe to the plasma generation unit, and DC power of a predetermined output is applied, and the volume ratio is (15: 1) to (4: 1). A thermal plasma jet in which the mixed gas of argon and hydrogen mixed so as to have a temperature of about 10,000 ° C. is generated, and further, silica powder as a raw material is introduced from a raw material introduction tube together with argon gas, Erupt inside. As a result, the raw silica (SiO 2 ) particles are decomposed to the atomic level by the thermal plasma of the mixed gas, and Si, O, and SiO gases are generated. These Si, O, and SiO gases are transferred from the plasma to the inner wall of the chamber. And is rapidly cooled to produce SiOx particles.

更に、特許文献4には、二酸化珪素の粉末を、炭素を含む液体状の物質に分散させ、更に水を添加してスラリーにし、このスラリーを液滴化させて酸素を含まない熱プラズマ炎中に供給する一酸化珪素微粒子の製造方法が開示されている。この一酸化珪素粒子の製造方法では、二酸化珪素の粉末の量が二酸化珪素の粉末と炭素を含む液体状の物質の総量に対して10〜65質量%であり、炭素を含む液体状の物質の量が二酸化珪素の粉末と炭素を含む液体状の物質の総量に対して90〜35質量%であり、水の量が二酸化珪素の粉末と炭素を含む液体状の物質の総量に対して10〜40質量%である。また炭素を含む液体状の物質は、アルコール、ケトン、ケロシン、オクタン又はガソリンであり、熱プラズマ炎は、水素、ヘリウム及びアルゴンの少なくとも1つのガスに由来する。更に一酸化珪素微粒子は、二酸化珪素の粉末を、炭素を含む液体状の物質に分散させ、更に水を添加してスラリーにし、このスラリーを液滴化させて酸素を含まない熱プラズマ炎中に供給して生成される。   Further, Patent Document 4 discloses that a silicon dioxide powder is dispersed in a liquid substance containing carbon, further added with water to form a slurry, and the slurry is formed into droplets to form a thermal plasma flame containing no oxygen. A method for producing silicon monoxide fine particles to be supplied to the company is disclosed. In this method for producing silicon monoxide particles, the amount of silicon dioxide powder is 10 to 65% by mass with respect to the total amount of the liquid substance containing silicon dioxide powder and carbon, and the amount of the liquid substance containing carbon is The amount is 90 to 35% by mass with respect to the total amount of the liquid substance containing silicon dioxide powder and carbon, and the amount of water is 10 to 10% with respect to the total amount of the liquid substance containing silicon dioxide powder and carbon. 40% by mass. The liquid substance containing carbon is alcohol, ketone, kerosene, octane or gasoline, and the thermal plasma flame is derived from at least one gas of hydrogen, helium and argon. Further, the silicon monoxide fine particles are obtained by dispersing silicon dioxide powder in a liquid substance containing carbon, adding water to make a slurry, and making the slurry into droplets in a thermal plasma flame not containing oxygen. Produced by supplying.

特許第3824047号公報(請求項1〜4、段落[0021]、[0022])Japanese Patent No. 3824047 (Claims 1 to 4, paragraphs [0021] and [0022]) 特開2007−099621号公報(請求項1〜3、段落[0014]、[0021]、[0022]、[0026])JP 2007-099621 A (claims 1 to 3, paragraphs [0014], [0021], [0022], [0026]) 特開2011−079695号公報(請求項1〜3、段落[0016])JP 2011-079695 A (Claims 1 to 3, paragraph [0016]) 特開2011−168412号公報(請求項1〜5)JP, 2011-168212, A (claims 1-5)

しかし、上記従来の特許文献1及び2に示された酸化珪素粉末の製造方法では、酸化珪素が、二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガス若しくは減圧下で高温の1100〜1600℃に加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪素ガスを冷却した基体表面に析出させた後に、この酸化珪素析出物を回収するというバッチ式で製造されるため、生産性が低い問題点があった。また、上記従来の特許文献1及び2に示された酸化珪素粉末の製造方法では、二酸化珪素と金属珪素の反応により発生した酸化珪素ガスの一部が、不可避的に、100〜500℃に冷却した基体上の表面で酸化珪素として析出しないものがあり、酸化珪素粉末の回収率が低いという問題点もあった。上述のことから、従来の特許文献1及び2に示された酸化珪素粉末の製造方法では、酸化珪素の製造コストが増大する問題点があった。   However, in the conventional methods for producing silicon oxide powders disclosed in Patent Documents 1 and 2, silicon oxide heats a mixed raw material powder containing silicon dioxide powder to a high temperature of 1100 to 1600 ° C. under an inert gas or reduced pressure. Then, the silicon oxide gas is generated, and after the silicon oxide gas is deposited on the cooled substrate surface, the silicon oxide deposit is collected and then batch production is performed. . Moreover, in the manufacturing method of the silicon oxide powder shown by the said conventional patent documents 1 and 2, a part of silicon oxide gas generated by the reaction of silicon dioxide and metal silicon is inevitably cooled to 100 to 500 ° C. There is also a problem that some silicon oxide powder does not precipitate on the surface of the substrate and the recovery rate of the silicon oxide powder is low. From the above, the conventional silicon oxide powder manufacturing methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 have a problem that the manufacturing cost of silicon oxide increases.

また、上記従来の特許文献1及び2に示された酸化珪素粉末の製造方法では、100〜500℃に冷却したステンレス鋼、モリブデン、タングステン等の基板上に析出した酸化珪素を掻き取って回収されるため、不可避的に鉄等の不純物が混入する問題点があり、上記従来の特許文献2に示された酸化珪素粉末の製造方法では、上記回収された酸化珪素をボールミル等により粉砕されるため、鉄等の不純物が更に多く混入する問題点があった。更に、上記従来の特許文献1及び2に示された酸化珪素粉末の製造方法では、二酸化珪素との反応性を上げるために用いられる金属珪素の粒径を1μm以下に調整する必要があり、ケミカルグレード、セラミックスグレード、半導体グレード等の金属珪素をミリサイズの粗粒から1μm以下の微粒に効率良く粒度調整するためには、幾つかの粒度調整の工程を経る必要があるために、金属珪素の粒度を調整するのに比較的多くの工数を要する問題点もあった。   Moreover, in the manufacturing method of the silicon oxide powder shown by the said conventional patent documents 1 and 2, the silicon oxide which precipitated on the board | substrates, such as stainless steel, molybdenum, and tungsten cooled to 100-500 degreeC is scraped off and collect | recovered. Therefore, there is a problem that impurities such as iron are inevitably mixed. In the conventional method for producing silicon oxide powder shown in Patent Document 2, the collected silicon oxide is pulverized by a ball mill or the like. There was a problem that more impurities such as iron were mixed. Furthermore, in the conventional methods for producing silicon oxide powders disclosed in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to adjust the particle size of metal silicon used to increase the reactivity with silicon dioxide to 1 μm or less, In order to efficiently adjust the particle size of metal silicon such as grades, ceramics grades, and semiconductor grades from millimeter-sized coarse particles to fine particles of 1 μm or less, it is necessary to go through several particle size adjustment processes. There is also a problem that a relatively large number of man-hours are required to adjust the particle size.

一方、上記従来の特許文献3に示されたケイ素低級酸化物粒子の製造方法では、熱プラズマ発生部にアルゴンガス及び水素ガスを導入し、所定の出力の直流電力を印加し、アルゴン及び水素の混合ガスの温度が10000℃程度である熱プラズマジェットを発生させており、この熱プラズマジェットの発生方式が電極を有する直流アーク放電方式であるために、タングステンや鉄等の電極材料からの不純物がケイ素低級酸化物粒子に混入してしまう問題点があった。また、従来の特許文献4に示された一酸化珪素微粒子の製造方法では、二酸化珪素粉末を、アルコールやケトン等の炭素を含む液体状の物質に分散させ、更に水を添加してスラリーにし、このスラリーを液滴化させて、酸素を含まない熱プラズマ炎中に供給することにより、一酸化珪素微粒子を製造しているため、炭素を含む液体状の物質や水を蒸発させて分解させるのに、高周波プラズマの熱エネルギが多く消費されてしまうため、酸化珪素を効率良く生産できない問題点があった。   On the other hand, in the conventional method for producing silicon lower oxide particles disclosed in Patent Document 3, argon gas and hydrogen gas are introduced into the thermal plasma generation unit, DC power of a predetermined output is applied, A thermal plasma jet having a mixed gas temperature of about 10,000 ° C. is generated, and since the generation method of this thermal plasma jet is a direct current arc discharge method having electrodes, impurities from electrode materials such as tungsten and iron are generated. There was a problem of being mixed into silicon lower oxide particles. In addition, in the conventional method for producing fine silicon monoxide particles disclosed in Patent Document 4, silicon dioxide powder is dispersed in a liquid substance containing carbon such as alcohol or ketone, and water is further added to form a slurry. By making the slurry into droplets and supplying them into a thermal plasma flame that does not contain oxygen, the silicon monoxide fine particles are produced. Therefore, liquid substances containing carbon and water are evaporated and decomposed. In addition, since the heat energy of the high-frequency plasma is consumed, there is a problem that silicon oxide cannot be produced efficiently.

本発明の第1の目的は、酸化珪素粉末を連続的に製造することができ、また製造された酸化珪素粉末を全て回収することができ、更に高周波プラズマにより炭素を含む液体状の物質や水を蒸発させて分解させる必要がなく、これにより酸化珪素粉末の生産性を向上できる、酸化珪素粉末の製造方法を提供することにある。本発明の第2の目的は、酸化珪素粉末に鉄やタングステン等の不純物が混入するのを抑制できるとともに、粒度を調整するのに比較的多くの工数を要する金属珪素を用いずに済む、酸化珪素粉末の製造方法を提供することにある。   The first object of the present invention is to be able to continuously produce silicon oxide powder, to collect all the produced silicon oxide powder, and to use liquid substance containing carbon and water by high frequency plasma. Therefore, it is not necessary to evaporate and decompose, thereby providing a method for producing silicon oxide powder that can improve the productivity of silicon oxide powder. The second object of the present invention is to suppress the entry of impurities such as iron and tungsten into the silicon oxide powder and eliminate the need for using metal silicon that requires a relatively large number of man-hours to adjust the particle size. The object is to provide a method for producing silicon powder.

本発明の第1の観点は、無電極型の高周波誘電法により発生した高周波プラズマ中で、二酸化珪素粉末を原料として非晶質のSiOxで表される酸化珪素粉末を製造する方法であって、酸化珪素粉末の酸素含有量Xが1以上1.8以下の範囲にあり、酸化珪素粉末の不純物濃度が最大で11ppmであることを特徴とする酸化珪素粉末の製造方法である。 A first aspect of the present invention is a method for producing silicon oxide powder represented by amorphous SiOx using silicon dioxide powder as a raw material in high-frequency plasma generated by an electrodeless high-frequency dielectric method, in the range of oxygen content X is 1 to 1.8 of silicon oxide powder, a method for producing a silicon oxide powder, wherein the impurity concentration of the silicon oxide powder is at most 11 pp m.

本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に高周波プラズマの発生雰囲気の圧力を0.05〜0.12MPaの範囲に調整し、かつ高周波プラズマの高周波出力をA(W)とし、二酸化珪素粉末の供給速度をB(kg/時)とするとき、A/Bが1.0×104(W・時/kg)以上になるように調整して、高周波プラズマを発生させることを特徴とする。 The second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, further adjusts the pressure of the high-frequency plasma generating atmosphere to a range of 0.05 to 0.12 MPa, and sets the high-frequency output of the high-frequency plasma to A. (W) When the supply rate of silicon dioxide powder is B (kg / hour), the A / B is adjusted to be 1.0 × 10 4 (W · hour / kg) or more, and the high-frequency plasma is adjusted. Is generated.

本発明の第3の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に酸化珪素粉末の平均粒径が体積基準で0.002〜1μmの範囲にあることを特徴とする。   A third aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, and is characterized in that the average particle diameter of the silicon oxide powder is in the range of 0.002 to 1 μm on a volume basis.

本発明の第4の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に二酸化珪素粉末が、ヒュームドシリカであるか、或いはこのヒュームドシリカを原料としかつ平均粒径が体積基準で0.1〜80μmの範囲にある造粒粉であることを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the silicon dioxide powder is fumed silica, or the fumed silica is used as a raw material and the average particle size is 0 on a volume basis. .Granulated powder in the range of 1 to 80 μm.

本発明の第5の観点は、第4の観点に基づく発明であって、更に造粒粉が、ヒュームドシリカをスラリー化又はゲル化した後、100〜1100℃の範囲の温度で乾燥して得られることを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention is an invention based on the fourth aspect, wherein the granulated powder is further dried at a temperature in the range of 100 to 1100 ° C. after slurrying or gelling fumed silica. It is characterized by being obtained.

本発明の第1の観点の酸化珪素粉末の製造方法では、原料として安価な二酸化珪素粉末を用い、これを無電極型の高周波誘電法により発生した高周波プラズマ中で、二酸化珪素粉末を蒸発させることにより、酸化珪素ガスを発生させ、これをガス流中で急冷させることにより、酸化珪素粉末を製造したので、SiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量Xが1以上1.8以下の範囲にあり、上記得られた酸化珪素粉末は非晶質になる。また酸化珪素が、二酸化珪素粉末を含む混合原料粉末を不活性ガス若しくは減圧下で加熱して酸化珪素ガスを発生させ、この酸化珪素ガスを冷却した基体表面に析出させた後に、この酸化珪素析出物を回収するというバッチ式で製造されるため、生産性が低い従来の酸化珪素粉末の製造方法と比較して、本発明では、酸化珪素粉末を連続的に製造することができるので、酸化珪素粉末の生産性を向上できる。また二酸化珪素と金属珪素の反応により発生した酸化珪素ガスの一部が、不可避的に、100〜500℃に冷却した基体上の表面で酸化珪素として析出しないものがあり、酸化珪素粉末の回収率が低いという問題点があった従来の酸化珪素粉末の製造方法と比較して、本発明では、製造された酸化珪素粉末を全て回収することができるので、酸化珪素粉末の生産性を向上できる。更に炭素を含む液体状の物質や水を蒸発させて分解させるのに、高周波プラズマの熱エネルギが多く消費されてしまうため、酸化珪素を効率良く生産できない問題点があった従来の一酸化珪素微粒子の製造方法と比較して、本発明では、高周波プラズマにより炭素を含む液体状の物質や水を蒸発させて分解させる必要がないので、酸化珪素粉末の生産性を向上できる。   In the method for producing silicon oxide powder according to the first aspect of the present invention, an inexpensive silicon dioxide powder is used as a raw material, and the silicon dioxide powder is evaporated in a high-frequency plasma generated by an electrodeless high-frequency dielectric method. The silicon oxide powder was produced by generating a silicon oxide gas and quenching it in a gas flow, so that the oxygen content X of the silicon oxide powder represented by SiOx is in the range of 1 to 1.8. The silicon oxide powder obtained above becomes amorphous. In addition, silicon oxide is heated after the mixed raw material powder containing silicon dioxide powder is heated under an inert gas or under reduced pressure to generate silicon oxide gas, and this silicon oxide gas is deposited on the cooled substrate surface. Compared with the conventional method for producing silicon oxide powder with low productivity because it is produced in a batch system in which the product is recovered, in the present invention, silicon oxide powder can be produced continuously. The productivity of powder can be improved. In addition, some silicon oxide gas generated by the reaction between silicon dioxide and metal silicon inevitably does not precipitate as silicon oxide on the surface of the substrate cooled to 100 to 500 ° C., and the silicon oxide powder recovery rate Compared with the conventional method for producing silicon oxide powder, which has a problem of being low, in the present invention, all produced silicon oxide powder can be recovered, so that productivity of silicon oxide powder can be improved. Furthermore, conventional silicon monoxide fine particles have a problem in that silicon oxide cannot be produced efficiently because much of the heat energy of high-frequency plasma is consumed to evaporate and decompose liquid substances containing water and water. Compared with this manufacturing method, in the present invention, since it is not necessary to evaporate and decompose a liquid substance containing carbon or water by high-frequency plasma, the productivity of silicon oxide powder can be improved.

一方、ステンレス鋼、モリブデン、タングステン等の基板上に析出した酸化珪素を掻き取り等により回収したり、或いはこの回収した酸化珪素をボールミル等により粉砕して粒度を調整している従来の酸化珪素粉末の製造方法と比較して、本発明では、不純物濃度が最大で11ppmと低い。上記不純物を含む酸化珪素(珪素低級酸化物)を蒸着材として用いた場合、ガスバリアフィルムに酸化珪素膜を成膜させる際に、異常放電(アークスポット)の原因となり、この異常放電(アークスポット)が発生すると、ガス化していない酸化珪素がガスバリアフィルムに付着するため、ガスフィルムに凸部やピンホール等の酸化珪素の不均一面が生成されてしまい、これによりガスバリア性が低下してしまう問題点があった従来のケイ素低級酸化物粒子の製造方法と比較して、本発明では、酸化珪素粉末の不純物濃度が最大で11ppmであるので、酸化珪素粉末をガスバリアフィルムとして使用した場合、良好なガスバリア性を有する蒸着膜を形成できる。また上記不純物を含む酸化珪素(珪素低級酸化物)をリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いた場合、酸化珪素中の鉄やタングステンにより初回充放電時の不可逆容量が大きくなってしまい、サイクル特性が劣化する問題点があった従来のケイ素低級酸化物粒子の製造方法と比較して、本発明では、酸化珪素粉末の不純物濃度が最大で11ppmであるので、酸化珪素粉末をリチウムイオン二次電池の負極活性物質として用いた場合、初期充放電時の不可容量を小さくすることができ、これによりサイクル特性を向上できる。更に二酸化珪素との反応性を上げるために用いられる金属珪素の粒径を1μm以下に調整する必要があり、金属珪素をミリサイズの粗粒から1μm以下の微粒に効率良く粒度調整するために、幾つかの粒度調整の工程を経る必要があり、金属珪素の粒度を調整するのに比較的多くの工数を要する問題点があった従来の酸化珪素粉末の製造方法と比較して、本発明では、金属珪素を用いずに済むので、金属珪素の粒度を調整する工数を不要にすることができる。 On the other hand, a conventional silicon oxide powder in which silicon oxide deposited on a substrate such as stainless steel, molybdenum or tungsten is recovered by scraping or the like, or the recovered silicon oxide is pulverized by a ball mill or the like to adjust the particle size. Compared with this manufacturing method, in the present invention, the impurity concentration is as low as 11 pp m at the maximum. When silicon oxide containing the above impurities (silicon lower oxide) is used as a vapor deposition material, it causes abnormal discharge (arc spot) when forming a silicon oxide film on the gas barrier film, and this abnormal discharge (arc spot) When gas is generated, non-gasified silicon oxide adheres to the gas barrier film, so that a non-uniform surface of silicon oxide such as a convex portion or a pinhole is generated on the gas film, thereby reducing gas barrier properties. Compared with the conventional method for producing silicon lower oxide particles having a point, since the impurity concentration of silicon oxide powder is 11 pp m at the maximum in the present invention, when silicon oxide powder is used as a gas barrier film, A deposited film having good gas barrier properties can be formed. Further, when silicon oxide containing the above impurities (silicon lower oxide) is used as the negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, the irreversible capacity at the first charge / discharge is increased due to iron or tungsten in the silicon oxide, resulting in a cycle. Compared with the conventional method for producing silicon lower oxide particles having a problem that the characteristics deteriorate, in the present invention, since the impurity concentration of the silicon oxide powder is 11 pp m at the maximum, the silicon oxide powder is replaced with lithium ion. When used as a negative electrode active material for a secondary battery, it is possible to reduce the incapacity during initial charge / discharge, thereby improving cycle characteristics. Furthermore, it is necessary to adjust the particle size of the metal silicon used to increase the reactivity with silicon dioxide to 1 μm or less, and in order to efficiently adjust the particle size of the metal silicon from millimeter-sized coarse particles to 1 μm or less, Compared with the conventional method for producing silicon oxide powder, which requires a number of steps for adjusting the particle size and requires a relatively large number of steps to adjust the particle size of the metal silicon, Since it is not necessary to use metallic silicon, the man-hour for adjusting the particle size of metallic silicon can be eliminated.

本発明の第2の観点の酸化珪素粉末の製造方法では、高周波プラズマの発生雰囲気の圧力を0.05〜0.12MPaの範囲に調整するので、高周波プラズマのエネルギ密度が大きく、二酸化珪素粉末を短時間で効率良く加熱できるとともに、高温領域で二酸化珪素粉末の反応速度を指数関数的に増大させることができる。また高周波プラズマの高周波出力をA(W)とし、二酸化珪素粉末の供給速度をB(kg/時)とするとき、A/Bが1.0×104(W・時/kg)以上になるように調整して、高周波プラズマを発生させる。上記A/Bが1.0×104(W・時/kg)より小さいと、二酸化珪素粉末に与える高周波プラズマのエネルギが少ないため、SiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量Xが安定せず1.8より大きくなってしまう。一方、上記A/Bを大きくして二酸化珪素粉末に与える高周波プラズマのエネルギを増大しても、反応速度の関係からSiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量Xが1より小さくなる酸化珪素は殆ど生成しない。このような理由によりSiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量Xを1以上1.8以下の範囲に制御できる。 In the method for producing silicon oxide powder according to the second aspect of the present invention, the pressure of the atmosphere in which high-frequency plasma is generated is adjusted to a range of 0.05 to 0.12 MPa. Heating can be efficiently performed in a short time, and the reaction rate of the silicon dioxide powder can be exponentially increased in a high temperature region. Further, when the high frequency output of the high frequency plasma is A (W) and the supply rate of the silicon dioxide powder is B (kg / hour), A / B is 1.0 × 10 4 (W · hour / kg) or more. Thus, high frequency plasma is generated. When the A / B is smaller than 1.0 × 10 4 (W · hour / kg), the energy content of the high-frequency plasma applied to the silicon dioxide powder is small, so that the oxygen content X of the silicon oxide powder represented by SiOx is stable. It will be larger than 1.8 without. On the other hand, even if the A / B is increased to increase the energy of the high-frequency plasma applied to the silicon dioxide powder, the silicon oxide powder represented by SiOx has an oxygen content X smaller than 1 because of the reaction rate. Hardly produces. For these reasons, the oxygen content X of the silicon oxide powder represented by SiOx can be controlled in the range of 1 to 1.8.

本発明の第3の観点の酸化珪素粉末の製造方法では、酸化珪素粉末の平均粒径が体積基準で0.002〜1μmの範囲にあるため、ステンレス鋼等の基板上に析出した酸化珪素を掻き取り等によって回収する必要がなく、また回収した酸化珪素をボールミル等により粉砕して粒度を調整する必要がなく、酸化珪素粉末への不純物の混入が少なくなる。この結果、酸化珪素粉末中の不純物濃度が最大で11ppmと低くなる。 In the method for producing silicon oxide powder according to the third aspect of the present invention, since the average particle size of the silicon oxide powder is in the range of 0.002 to 1 μm on a volume basis, silicon oxide deposited on a substrate such as stainless steel is used. There is no need to collect by scraping or the like, and there is no need to adjust the particle size by pulverizing the collected silicon oxide with a ball mill or the like, so that impurities are not mixed into the silicon oxide powder. As a result, the impurity concentration in the silicon oxide powder is as low as 11 pp m at the maximum.

本発明の第4の観点の酸化珪素粉末の製造方法では、二酸化珪素粉末として用いたヒュームドシリカが高純度で安価であり、またヒュームドシリカの平均粒径が5〜50nmと小さく、更にヒュームドシリカの比表面積が10〜400m2/gと広いので、ヒュームドシリカが高周波プラズマ中で熱エネルギを受け易く、蒸発し易い。この結果、酸化珪素粉末を効率良く製造できる。また、ヒュームドシリカを原料としかつ平均粒径が体積基準で0.1〜80μmの範囲にある造粒粉を用いても、上記と同様の効果を得られる。 In the method for producing silicon oxide powder according to the fourth aspect of the present invention, fumed silica used as silicon dioxide powder is highly pure and inexpensive, and the average particle size of fumed silica is as small as 5 to 50 nm. Since the specific surface area of dosilica is as wide as 10 to 400 m 2 / g, fumed silica is susceptible to thermal energy in high-frequency plasma and is likely to evaporate. As a result, the silicon oxide powder can be produced efficiently. Further, the same effect as described above can be obtained even when a granulated powder using fumed silica as a raw material and having an average particle size in the range of 0.1 to 80 μm on a volume basis is used.

ヒュームドシリカのかさ密度は、20〜100g/リットルと極めて小さいため、高周波プラズマ中に比較的多くの量のヒュームドシリカを安定的に供給することが難しい。このため、本発明の第5の観点の酸化珪素粉末の製造方法では、ヒュームドシリカを、スラリー化又はゲル化した後、100〜1100℃の範囲の温度で乾燥させて、平均粒径が体積基準で0.1〜80μmである造粒粉としたので、高周波プラズマ中に比較的多くの量のヒュームドシリカを安定的に供給できる。この結果、ヒュームドシリカの造粒粉の単位時間当たりの蒸発量を増大できるので、酸化珪素粉末の単位時間当たりの製造量を増大できる。   Since the bulk density of fumed silica is as extremely low as 20 to 100 g / liter, it is difficult to stably supply a relatively large amount of fumed silica into the high-frequency plasma. For this reason, in the method for producing silicon oxide powder according to the fifth aspect of the present invention, fumed silica is slurried or gelled and then dried at a temperature in the range of 100 to 1100 ° C. Since the granulated powder is 0.1 to 80 μm on the basis, a relatively large amount of fumed silica can be stably supplied into the high-frequency plasma. As a result, since the amount of evaporation per unit time of the fumed silica granulated powder can be increased, the production amount per unit time of the silicon oxide powder can be increased.

本発明実施形態の酸化珪素粉末の製造に用いられる高周波プラズマ装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the high frequency plasma apparatus used for manufacture of the silicon oxide powder of embodiment of this invention. 原料のヒュームドシリカとイオン交換水とを連続混練装置により混合してヒュームドシリカのスラリーを調製している状態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the state which mixes the raw material fumed silica and ion-exchange water with a continuous kneader, and prepares the slurry of fumed silica.

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、酸化珪素粉末11は、無電極型の高周波プラズマ装置10を用いて高周波誘電法により高周波プラズマ12を発生させ、この高周波プラズマ12中に原料である二酸化珪素粉末を供給することにより製造される。上記無電極型の高周波プラズマ装置10は、高周波プラズマ12を発生させるプラズマトーチ13と、このプラズマトーチ13の下部に設けられた反応筒であるチャンバ14と、このチャンバ14の下部に設けられチャンバ14内で生成された酸化珪素粉末11を回収する回収容器16とを備える。プラズマトーチ13は、下面が開放されてチャンバ14内に連通し上面が開放された石英管13aと、この石英管13aを巻回する高周波誘導コイル13bと、石英管13aの上面を封止する蓋体13cとを有する。この蓋体13cには原料供給管17が挿通されるとともに、ガス導入管18が接続される。またチャンバ14の上部側面には、チャンバ14内のガスを排出するためのガス排出口14aが設けられる。   Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, silicon oxide powder 11 generates high-frequency plasma 12 by a high-frequency dielectric method using an electrodeless high-frequency plasma apparatus 10, and supplies silicon dioxide powder as a raw material into this high-frequency plasma 12. It is manufactured by. The electrodeless high-frequency plasma apparatus 10 includes a plasma torch 13 that generates high-frequency plasma 12, a chamber 14 that is a reaction cylinder provided at the lower portion of the plasma torch 13, and a chamber 14 that is provided at the lower portion of the chamber 14. And a collection container 16 for collecting the silicon oxide powder 11 produced therein. The plasma torch 13 includes a quartz tube 13a having an open bottom surface and communicating with the inside of the chamber 14, an open top surface, a high-frequency induction coil 13b around which the quartz tube 13a is wound, and a lid for sealing the top surface of the quartz tube 13a. And a body 13c. A raw material supply pipe 17 is inserted through the lid 13c, and a gas introduction pipe 18 is connected thereto. A gas discharge port 14 a for discharging the gas in the chamber 14 is provided on the upper side surface of the chamber 14.

上記高周波プラズマ装置10では、ガス導入管18から石英管13a内にアルゴンガス、ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス及び酸素ガスからなる群より選ばれた1種又は2種以上の混合ガスを導入して、高周波誘導コイル13bに所定の高周波電力を供給すると、石英管13a内からチャンバ14内にかけて高周波プラズマ12を発生し、原料粉末である二酸化珪素粉末は原料供給管17を通って高周波プラズマ40中に供給されるようになっている。また上記高周波プラズマ12の高周波出力をA(W)とし、二酸化珪素粉末の供給速度をB(kg/時)とするとき、A/Bが1.0×104(W・時/kg)以上になるように調整して、高周波プラズマ12を発生させる。ここで、A/Bを1.0×104(W・時/kg)以上に限定したのは、A/Bが1.0×104(W・時/kg)より小さいと、二酸化珪素粉末に与える高周波プラズマのエネルギが少ないため、SiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量Xが安定せず1.8より大きくなってしまうからである。また高周波プラズマ12の発生雰囲気の圧力は、全圧(混合ガス全体の圧力)で0.05〜0.12MPaの範囲、好ましくは0.07〜0.10MPaの範囲に調整される。ここで、高周波プラズマ12の発生雰囲気の圧力を全圧で0.05MPa以上に限定したのは、電子だけではなく、イオンや原子等の重粒子も高温になるため、高周波プラズマ12のエネルギ密度が大きくなり、二酸化珪素粉末を短時間で効率良く加熱でき、また高温領域における二酸化珪素粉末の反応速度の指数関数的な増大が期待できるからである。また、高周波プラズマ12の発生雰囲気の圧力を全圧で0.12MPa以下に限定したのは、A/Bが0.12MPaより大きくなると、高周波プラズマにより加熱される混合ガスの温度が高くなり過ぎ、チャンバ14の表面を融解させてしまうからである。 In the high-frequency plasma apparatus 10, one or more mixed gases selected from the group consisting of argon gas, helium gas, hydrogen gas, nitrogen gas and oxygen gas are introduced from the gas introduction tube 18 into the quartz tube 13a. When a predetermined high frequency power is supplied to the high frequency induction coil 13b, the high frequency plasma 12 is generated from the quartz tube 13a to the chamber 14, and the silicon dioxide powder as the raw material powder passes through the raw material supply tube 17 in the high frequency plasma 40. To be supplied. When the high frequency output of the high frequency plasma 12 is A (W) and the supply rate of the silicon dioxide powder is B (kg / hour), A / B is 1.0 × 10 4 (W · hour / kg) or more. Then, the high frequency plasma 12 is generated. Here, the A / B is limited to 1.0 × 10 4 (W · hour / kg) or more when the A / B is smaller than 1.0 × 10 4 (W · hour / kg). This is because the oxygen content X of the silicon oxide powder represented by SiOx becomes unstable and becomes higher than 1.8 because the energy of the high-frequency plasma applied to the powder is small. The pressure of the atmosphere in which the high-frequency plasma 12 is generated is adjusted to a range of 0.05 to 0.12 MPa, preferably 0.07 to 0.10 MPa, in terms of total pressure (pressure of the entire mixed gas). Here, the reason why the pressure of the atmosphere in which the high-frequency plasma 12 is generated is limited to 0.05 MPa or more in terms of the total pressure is that not only electrons but also heavy particles such as ions and atoms become high temperature. This is because the silicon dioxide powder can be heated efficiently in a short time, and an exponential increase in the reaction rate of the silicon dioxide powder in a high temperature region can be expected. In addition, the pressure of the atmosphere in which the high-frequency plasma 12 is generated is limited to 0.12 MPa or less in terms of the total pressure. When A / B exceeds 0.12 MPa, the temperature of the mixed gas heated by the high-frequency plasma becomes too high, This is because the surface of the chamber 14 is melted.

一方、原料の二酸化珪素粉末としては、ヒュームドシリカを用いるか、或いはこのヒュームドシリカを原料としかつ平均粒径が体積基準で0.1〜80μmの範囲、好ましくは0.5〜30μmの範囲にある造粒粉を用いることが好ましい。ここで、ヒュームドシリカの造粒粉の平均粒径を体積基準で0.1〜80μmの範囲に限定したのは、0.1μm未満では、ヒュームドシリカの造粒粉のかさ密度が低くまた凝集してしまい、高周波プラズマ中に安定的に供給できないという不具合があり、一方、二酸化珪素粉末の熱伝導性が低いため、80μmを越えると、ヒュームドシリカの造粒粉の中心部まで熱が伝わらず、温度が上がらないという不具合があるからである。またヒュームドシリカの平均粒径は5〜50nmの範囲にあり、ヒュームドシリカの比表面積は10〜400m2/gの範囲にある。二酸化珪素粉末としてヒュームドシリカを用いると、ヒュームドシリカが高純度で安価であり、またヒュームドシリカの平均粒径が5〜50nmと小さく、更にヒュームドシリカの比表面積が10〜400m2/gと比較的広いので、ヒュームドシリカが高周波プラズマ中で熱エネルギを受けて蒸発し易くなる。この結果、酸化珪素粉末を効率良く製造できる。 On the other hand, as the raw material silicon dioxide powder, fumed silica is used, or the fumed silica is used as a raw material, and the average particle size is in the range of 0.1 to 80 μm on a volume basis, preferably in the range of 0.5 to 30 μm. It is preferable to use the granulated powder in Here, the average particle diameter of the fumed silica granulated powder was limited to the range of 0.1 to 80 μm on a volume basis. If the average particle diameter is less than 0.1 μm, the bulk density of the fumed silica granulated powder is low. However, the silicon dioxide powder has a low thermal conductivity, so if it exceeds 80 μm, heat will reach the center of the fumed silica granulated powder. This is because the temperature does not rise and the temperature does not rise. The average particle size of fumed silica is in the range of 5 to 50 nm, and the specific surface area of fumed silica is in the range of 10 to 400 m 2 / g. When fumed silica is used as the silicon dioxide powder, the fumed silica is highly pure and inexpensive, the average particle size of the fumed silica is as small as 5 to 50 nm, and the specific surface area of the fumed silica is 10 to 400 m 2 / Since it is relatively wide as g, fumed silica is easily evaporated by receiving thermal energy in high-frequency plasma. As a result, the silicon oxide powder can be produced efficiently.

一方、二酸化珪素粉末としてヒュームドシリカの造粒粉を用いる場合、ヒュームドシリカをスラリー化又はゲル化した後、100〜1100℃の範囲、好ましくは150〜400℃の範囲の温度で乾燥することが好ましい。ここで、ヒュームドシリカをゲル化した場合、このゲル化したヒュームドシリカをアルゴンガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、乾燥空気等の中で200〜400℃の温度に6〜24時間保持して乾燥した後に、平均粒径が上記範囲になるようにビーズミル等で粉砕することにより、ヒュームドシリカの造粒粉を得ることができる。またヒュームドシリカをスラリー化した場合、このスラリー化したヒュームドシリカをアルゴンガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、乾燥空気等の中で回転ディスク上に滴下しながらスプレードライヤで150〜200℃の温度の熱風を吹付けて乾燥することにより、平均粒径が上記所定範囲にあるヒュームドシリカを得ることができる。更にヒュームドシリカをスラリー化した場合、このスラリー化したヒュームドシリカをアルゴンガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、乾燥空気等の中で400〜1100℃の温度に20分〜6時間保持して乾燥した後に、ロールクラッシャ等により粉砕し、更にこの粉砕物を振動篩等にて分級することにより、平均粒径が上記所定範囲にあるヒュームドシリカを得ることができる。   On the other hand, when fumed silica granulated powder is used as the silicon dioxide powder, the fumed silica is slurried or gelled and then dried at a temperature in the range of 100 to 1100 ° C, preferably in the range of 150 to 400 ° C. Is preferred. Here, when fumed silica was gelled, the gelled fumed silica was dried by holding at a temperature of 200 to 400 ° C. for 6 to 24 hours in an argon gas atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, dry air, or the like. Thereafter, a fumed silica granulated powder can be obtained by pulverizing with a bead mill or the like so that the average particle diameter is in the above range. When fumed silica is slurried, hot air at a temperature of 150 to 200 ° C. is applied by a spray dryer while dripping the slurry of fumed silica onto a rotating disk in an argon gas atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, dry air, or the like. By spraying and drying, fumed silica having an average particle diameter in the predetermined range can be obtained. Further, when fumed silica is slurried, the slurried fumed silica is kept at a temperature of 400 to 1100 ° C. for 20 minutes to 6 hours in an argon gas atmosphere, a nitrogen gas atmosphere, dry air, etc., and dried. By pulverizing with a roll crusher or the like, and further classifying the pulverized product with a vibration sieve or the like, fumed silica having an average particle size in the predetermined range can be obtained.

なお、ヒュームドシリカを用いるよりも、ヒュームドシリカの造粒粉を用いた方が、酸化珪素粉末の単位時間当たりの製造量を増大できる。その理由は次の通りである。ヒュームドシリカのかさ密度は、20〜100g/リットルと極めて小さいため、高周波プラズマ中に比較的多くの量のヒュームドシリカを安定的に供給することが難しい。このため、ヒュームドシリカを、上記のようにスラリー化又はゲル化した後、所定の温度で乾燥させて、所定の平均粒径の造粒粉とすることにより、高周波プラズマ中に比較的多くの量のヒュームドシリカを安定的に供給できる。この結果、ヒュームドシリカの造粒粉の単位時間当たりの蒸発量を増大できるので、酸化珪素粉末の単位時間当たりの製造量を増大できる。   Note that the amount of silicon oxide powder produced per unit time can be increased by using fumed silica granulated powder rather than using fumed silica. The reason is as follows. Since the bulk density of fumed silica is as extremely low as 20 to 100 g / liter, it is difficult to stably supply a relatively large amount of fumed silica into the high-frequency plasma. For this reason, fumed silica is slurried or gelled as described above, and then dried at a predetermined temperature to obtain a granulated powder having a predetermined average particle diameter. An amount of fumed silica can be stably supplied. As a result, since the amount of evaporation per unit time of the fumed silica granulated powder can be increased, the production amount per unit time of the silicon oxide powder can be increased.

このように構成された酸化珪素粉末の製造方法では、原料として安価な二酸化珪素粉末を用い、これを無電極型の高周波誘電法により発生した高周波プラズマ中で、二酸化珪素粉末を蒸発させることにより、酸化珪素ガスを発生させ、これをガス流中で急冷させることにより、酸化珪素粉末を製造したので、SiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量Xが1以上1.8以下の範囲にあり、上記得られた酸化珪素粉末は非晶質になる。具体的には、上記無電極型の高周波プラズマ装置を用いて、高周波誘電法により高周波プラズマを発生させると、この高周波プラズマの温度は10000K程度になるため、高周波プラズマ中の二酸化珪素粉末は蒸発して酸化珪素ガスとなり、酸化珪素ガスの一部が酸化珪素のプラズマ状態となり、酸化珪素ガスから分解した珪素及び酸素がプラズマ状態になる。これらの酸化珪素ガスと、プラズマ状態の酸化珪素と、プラズマ状態の珪素及び酸素は、無電極型の高周波誘導法により発生した高周波プラズマのガスや、これらの高周波プラズマから高周波プラズマ装置を保護するために流されているシースガスにより急冷され、平均粒径が体積基準で2〜1000nmである微粒子状の酸化珪素粉末になる。従って、得られた微粒子状の酸化珪素粉末は非晶質となる。なお、シースガスとしては、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガス等が挙げられる。   In the manufacturing method of the silicon oxide powder thus configured, an inexpensive silicon dioxide powder is used as a raw material, and the silicon dioxide powder is evaporated in a high-frequency plasma generated by an electrodeless high-frequency dielectric method. Since silicon oxide powder was produced by generating silicon oxide gas and rapidly cooling it in a gas flow, the oxygen content X of the silicon oxide powder represented by SiOx was in the range of 1 to 1.8. The obtained silicon oxide powder becomes amorphous. Specifically, when the high-frequency plasma is generated by the high-frequency dielectric method using the electrodeless high-frequency plasma apparatus, the temperature of the high-frequency plasma becomes about 10,000 K. Therefore, the silicon dioxide powder in the high-frequency plasma evaporates. Thus, silicon oxide gas is obtained, and a part of the silicon oxide gas is in a plasma state of silicon oxide, and silicon and oxygen decomposed from the silicon oxide gas are in a plasma state. These silicon oxide gas, plasma silicon oxide, and plasma silicon and oxygen are used to protect the high frequency plasma apparatus from the high frequency plasma gas generated by the electrodeless high frequency induction method and from these high frequency plasmas. Is rapidly cooled by the sheath gas flowing into the fine particle silicon oxide powder having an average particle diameter of 2 to 1000 nm on a volume basis. Accordingly, the obtained fine silicon oxide powder becomes amorphous. Examples of the sheath gas include argon gas, nitrogen gas, and hydrogen gas.

一方、高周波プラズマの発生雰囲気の圧力を0.05〜0.12MPaの範囲に調整するので、高周波プラズマのエネルギ密度が大きく、二酸化珪素粉末を短時間で効率良く加熱できるとともに、高温領域で二酸化珪素粉末の反応速度を指数関数的に増大させることができる。また、高周波プラズマの高周波出力をA(W)とし、二酸化珪素粉末の供給速度をB(kg/時)とするとき、A/Bが1.0×104(W・時/kg)以上になるように調整して、高周波プラズマを発生させるので、二酸化珪素粉末に与える高周波プラズマのエネルギが増大し、SiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量Xが安定して1.8より小さくなるという理由により、SiOxで表される酸化珪素粉末の酸素含有量X(酸素価数X)を1以上1.8以下の範囲に制御できる。 On the other hand, since the pressure of the atmosphere in which high-frequency plasma is generated is adjusted to a range of 0.05 to 0.12 MPa, the energy density of the high-frequency plasma is large, and silicon dioxide powder can be efficiently heated in a short time, and silicon dioxide in a high temperature region. The reaction rate of the powder can be increased exponentially. Further, when the high frequency output of the high frequency plasma is A (W) and the supply rate of the silicon dioxide powder is B (kg / hour), A / B is 1.0 × 10 4 (W · hour / kg) or more. Since the high frequency plasma is generated by adjusting so that the energy of the high frequency plasma applied to the silicon dioxide powder increases, the oxygen content X of the silicon oxide powder represented by SiOx is stably smaller than 1.8. For this reason, the oxygen content X (oxygen valence X) of the silicon oxide powder represented by SiOx can be controlled in the range of 1 to 1.8.

このようにして製造された酸化珪素粉末では、平均粒径が体積基準で0.002〜1μmの範囲にあるため、ステンレス鋼等の基板上に析出した酸化珪素を掻き取り等によって回収する必要がなく、また回収した酸化珪素をボールミル等により粉砕して粒度を調整する必要がなく、酸化珪素粉末への不純物の混入が少ない。この結果、酸化珪素粉末中の不純物濃度が最大で11ppmと低くなる。なお、酸化珪素粉末の平均粒径は体積基準で0.05〜0.5μmの範囲にあることが好ましく、酸化珪素粉末中の不純物濃度は最大で1ppm未満であることが好ましい。 In the silicon oxide powder produced in this way, the average particle size is in the range of 0.002 to 1 μm on a volume basis, so it is necessary to collect silicon oxide deposited on a stainless steel substrate by scraping or the like. In addition, there is no need to adjust the particle size by pulverizing the recovered silicon oxide with a ball mill or the like, and there is little mixing of impurities into the silicon oxide powder. As a result, the impurity concentration in the silicon oxide powder is as low as 11 pp m at the maximum. In addition, it is preferable that the average particle diameter of silicon oxide powder exists in the range of 0.05-0.5 micrometer on a volume basis, and it is preferable that the impurity concentration in silicon oxide powder is less than 1 ppm at maximum.

なお、本明細書において、ヒュームドシリカの比表面積は、比表面積測定装置(型式名:AUTOSORB-iQ2、QUANTACHROME社製)を用いたBET3点法により測定した値である。ここで、BET3点法とは、相対圧力3点に対する窒素吸着量から傾きを求め、BET式から比表面積値を求める方法である。また、窒素吸着量の測定は、150℃の温度に60分間保持する脱気処理後に行なわれる。また、本明細書において、平均粒径が体積基準で0.01μm未満である酸化珪素粉末の平均粒径は、超音波を掛けたイオン交換水に酸化珪素粉末を分散させてスラリー又はゲルを調製し、このスラリー又はゲルを用いて凍結割断レプリカ法によりレプリカ膜を作製し、このレプリカ膜を透過型電子顕微鏡(TEM)(型式名:JEM-1400型、日本電子社製)により観察して、酸化珪素粉末の粒子100個の粒径をそれぞれ測定し、これらの平均値を算出することにより求めた値である。更に、本明細書において、ヒュームドシリカ、ヒュームドシリカの造粒粉、酸化珪素粉末等の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置(型式名:MS-3000、Malvern社製)を用いて体積基準での平均粒径を3回測定し、これらの平均値を算出することにより求めた値である。   In the present specification, the specific surface area of fumed silica is a value measured by a BET three-point method using a specific surface area measuring device (model name: AUTOSORB-iQ2, manufactured by QUANTACHROME). Here, the BET three-point method is a method for obtaining a slope from a nitrogen adsorption amount with respect to three relative pressures and obtaining a specific surface area value from the BET equation. Further, the measurement of the nitrogen adsorption amount is performed after the deaeration treatment in which the temperature is maintained at 150 ° C. for 60 minutes. In this specification, the average particle size of the silicon oxide powder having an average particle size of less than 0.01 μm on a volume basis is prepared by dispersing the silicon oxide powder in ion-exchanged water subjected to ultrasonic waves to prepare a slurry or gel. Then, using this slurry or gel, a replica film was prepared by a freeze-fracture replica method, and this replica film was observed with a transmission electron microscope (TEM) (model name: JEM-1400 type, manufactured by JEOL Ltd.), This is a value obtained by measuring the particle size of 100 particles of silicon oxide powder and calculating the average value of these. Further, in this specification, the average particle size of fumed silica, fumed silica granulated powder, silicon oxide powder, etc. is measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (model name: MS-3000, manufactured by Malvern). Thus, the average particle diameter on a volume basis was measured three times, and the average value was calculated by calculating these average values.

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。   Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.

<実施例1>
先ず比表面積が30m2/gであり、平均粒径が体積基準で0.04μmであるヒュームドシリカを用意した。次に図1に示すように、無電極型の高周波プラズマ装置10を用い、表1に示す条件で高周波誘電法により高周波プラズマ12を発生させた。更にこの発生した高周波プラズマ中に上記ヒュームドシリカを投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。具体的には、先ず無電極型の高周波プラズマ装置10のガス導入管18から作動ガスのアルゴンガスを表1に示す流量で導入して、プラズマトーチ13の高周波誘導コイル13bに表1に示す周波数及び出力の高周波電力を供給して石英管13a内からチャンバ内14にかけて高周波プラズマ12を発生させた。次に高周波プラズマ12が安定した後に、水素を表1に示す流量になるまで徐々に導入して、アルゴン−水素プラズマからなる高周波プラズマ12を発生させた。更にアルゴン−水素プラズマからなる高周波プラズマ12中に、上記ヒュームドシリカを投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。上記高周波プラズマ12中で生成された酸化珪素粉末11(SiOx)は、回収容器16に落下し回収された。また一部の酸化珪素粉末は、排出口14aから排ガスとともに排出されて、バグフィルタ(図示せず)により回収された。上記回収容器16及びバグフィルタに回収された酸化珪素粉末11を実施例1とした。
<Example 1>
First, fumed silica having a specific surface area of 30 m 2 / g and an average particle size of 0.04 μm on a volume basis was prepared. Next, as shown in FIG. 1, an electrodeless high frequency plasma apparatus 10 was used to generate a high frequency plasma 12 by a high frequency dielectric method under the conditions shown in Table 1. Further, the fumed silica was put into the generated high-frequency plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). Specifically, first, argon gas as a working gas is introduced from the gas introduction pipe 18 of the electrodeless high-frequency plasma apparatus 10 at a flow rate shown in Table 1, and the frequencies shown in Table 1 are applied to the high-frequency induction coil 13 b of the plasma torch 13. In addition, high-frequency plasma 12 was generated from the inside of the quartz tube 13a to the inside 14 of the chamber by supplying high-frequency power of output. Next, after the high-frequency plasma 12 was stabilized, hydrogen was gradually introduced until the flow rate shown in Table 1 was reached to generate the high-frequency plasma 12 made of argon-hydrogen plasma. Further, the fumed silica was put into a high-frequency plasma 12 made of argon-hydrogen plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). The silicon oxide powder 11 (SiOx) generated in the high-frequency plasma 12 dropped into the recovery container 16 and was recovered. A part of the silicon oxide powder was discharged together with the exhaust gas from the discharge port 14a and recovered by a bag filter (not shown). The silicon oxide powder 11 collected in the collection container 16 and the bag filter was taken as Example 1.

<実施例2>
先ず比表面積90m2/gのヒュームドシリカ1molに対して、イオン交換水13molを準備した。次いでこのイオン交換水を容器に入れて、窒素雰囲気下で温度を25℃に保持して撹拌しながら、ヒュームドシリカを添加し、その後3時間撹拌を継続して、シリカ質のゲルを調製した。次にこのシリカ質のゲルをパイレックス(コーニング社の登録商標)ガラス製の容器に入れて、アルゴン雰囲気下で200℃の温度に24時間保持して乾燥させ、ヒュームドシリカの乾燥粉を得た。更にこのヒュームドシリカの乾燥粉を、ビーズミルで粉砕して、ヒュームドシリカの造粒粉を得た。ここで、ヒュームドシリカの乾燥粉のビーズミルによる粉砕は、石英製の円筒容器に、ヒュームドシリカの乾燥粉とシリカ製のビーズを入れて、この円筒容器を30rpmの回転速度で24時間回転させることにより行った。
<Example 2>
First, 13 mol of ion-exchanged water was prepared for 1 mol of fumed silica having a specific surface area of 90 m 2 / g. Next, this ion-exchanged water was put in a container, fumed silica was added while stirring while maintaining the temperature at 25 ° C. in a nitrogen atmosphere, and then stirring was continued for 3 hours to prepare a siliceous gel. . Next, this siliceous gel was placed in a Pyrex (registered trademark of Corning) glass container and dried at a temperature of 200 ° C. for 24 hours under an argon atmosphere to obtain a dried powder of fumed silica. . Further, the dried powder of fumed silica was pulverized with a bead mill to obtain a granulated powder of fumed silica. Here, the dry fumed silica powder is pulverized by a bead mill. The dry fumed silica powder and silica beads are placed in a quartz cylindrical container, and the cylindrical container is rotated at a rotation speed of 30 rpm for 24 hours. Was done.

続いて、図1に示すように、無電極型の高周波プラズマ装置を用い、表1に示す条件で高周波誘電法により高周波プラズマを発生させた。更にこの発生した高周波プラズマ中に上記ヒュームドシリカの造粒粉を投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。具体的には、先ず無電極型の高周波プラズマ装置10のガス導入管18から作動ガスのアルゴンガスを表1に示す流量で導入して、プラズマトーチ13の高周波誘導コイル13bに表1に示す周波数及び出力の高周波電力を供給して石英管13a内からチャンバ14内にかけて高周波プラズマ12を発生させた。次に高周波プラズマ12が安定した後に、水素ガス及びヘリウムガスを表1に示す流量になるまで徐々に導入して、アルゴン−水素−ヘリウムプラズマからなる高周波プラズマ12を発生させた。更にアルゴン−水素−ヘリウムプラズマからなる高周波プラズマ12中に、上記ヒュームドシリカの造粒粉を投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。上記高周波プラズマ12中で生成された酸化珪素粉末11(SiOx)は、回収容器16に落下し回収された。また一部の酸化珪素粉末は、排出口14aから排ガスとともに排出されて、バグフィルタ(図示せず)により回収された。上記回収容器16及びバグフィルタに回収された酸化珪素粉末11を実施例2とした。   Subsequently, as shown in FIG. 1, an electrodeless high frequency plasma apparatus was used to generate high frequency plasma by a high frequency dielectric method under the conditions shown in Table 1. Further, the fumed silica granulated powder was introduced into the generated high-frequency plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). Specifically, first, argon gas as a working gas is introduced from the gas introduction pipe 18 of the electrodeless high-frequency plasma apparatus 10 at a flow rate shown in Table 1, and the frequencies shown in Table 1 are applied to the high-frequency induction coil 13 b of the plasma torch 13. In addition, high-frequency plasma 12 was generated from the inside of the quartz tube 13 a to the inside of the chamber 14 by supplying high-frequency power of output. Next, after the high-frequency plasma 12 was stabilized, hydrogen gas and helium gas were gradually introduced until the flow rates shown in Table 1 were reached, thereby generating the high-frequency plasma 12 composed of argon-hydrogen-helium plasma. Further, the fumed silica granulated powder was put into a high-frequency plasma 12 composed of argon-hydrogen-helium plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). The silicon oxide powder 11 (SiOx) generated in the high-frequency plasma 12 dropped into the recovery container 16 and was recovered. A part of the silicon oxide powder was discharged together with the exhaust gas from the discharge port 14a and recovered by a bag filter (not shown). The silicon oxide powder 11 collected in the collection container 16 and the bag filter was taken as Example 2.

<実施例3>
先ず図2に示すように、回転する複数の突片54を有する連続混練装置50の容器51に、比表面積200m2/gのヒュームドシリカを3kg/時間の速度で供給するとともに、15℃のイオン交換水を7kg/時間の速度で供給して混合し、30質量%のヒュームドシリカを含有したスラリー55を調製した。上記連続混練装置50は、底板51aを有し上面が開放された円筒状の容器51と、この底板51aの中央に鉛直方向に延びて挿通され上端が容器51内の上部に位置するように回転可能に設けられた回転軸52と、この回転軸52の上端に固着された円板状の回転板53と、この回転板53の下面に半径方向及び円周方向にそれぞれ所定の間隔をあけかつ下方に向って突設された複数の円柱状の突片54とを備える。底板51aと回転軸52との間には、容器51内のスラリー55の漏れを阻止するシール部材56と、回転軸52を底板51aに対して回転可能に保持する一対の軸受57,57とが介装される。また図2中の符号58は容器51内のスラリー55を排出するための排出管である。更に図2中の符号59は排出管58に設けられた開閉弁であり、この開閉弁59を開くと、容器51内のスラリー55が排出管58を通って排出されるようになっている。次に湿度80%以上の空気中で上記スラリーを、回転速度12500rpmで回転する直径100mmのピンディスク上に滴下しながら、スプレードライヤで200℃の熱風を吹付けて乾燥し造粒した。これによりオープンポアを有し平均粒径が体積基準で7μmである球形状のヒュームドシリカの造粒粉を得た。
<Example 3>
First, as shown in FIG. 2, fumed silica having a specific surface area of 200 m 2 / g is supplied to a container 51 of a continuous kneading apparatus 50 having a plurality of rotating projecting pieces 54 at a rate of 3 kg / hour, and 15 ° C. Ion exchange water was supplied at a rate of 7 kg / hour and mixed to prepare slurry 55 containing 30% by mass of fumed silica. The continuous kneading apparatus 50 is rotated so that a cylindrical container 51 having a bottom plate 51 a having an open upper surface is inserted in the center of the bottom plate 51 a so as to extend in the vertical direction and the upper end is located in the upper part of the container 51. A rotating shaft 52 that can be provided, a disk-shaped rotating plate 53 fixed to the upper end of the rotating shaft 52, and a lower surface of the rotating plate 53 with predetermined intervals in the radial direction and the circumferential direction, respectively. And a plurality of columnar protrusions 54 projecting downward. Between the bottom plate 51a and the rotating shaft 52, there are a seal member 56 that prevents leakage of the slurry 55 in the container 51, and a pair of bearings 57, 57 that hold the rotating shaft 52 rotatably with respect to the bottom plate 51a. Intervened. Also, reference numeral 58 in FIG. 2 is a discharge pipe for discharging the slurry 55 in the container 51. Further, reference numeral 59 in FIG. 2 is an open / close valve provided in the discharge pipe 58, and when the open / close valve 59 is opened, the slurry 55 in the container 51 is discharged through the discharge pipe 58. Next, the slurry was granulated by spraying 200 ° C. hot air with a spray dryer while dropping the slurry onto a pin disk having a diameter of 100 mm rotating at a rotational speed of 12500 rpm in air having a humidity of 80% or more. As a result, a spherical fumed silica granulated powder having open pores and an average particle diameter of 7 μm on a volume basis was obtained.

続いて、図1に示すように、無電極型の高周波プラズマ装置を用い、表1に示す条件で高周波誘電法により高周波プラズマを発生させた。更にこの発生した高周波プラズマ中に上記ヒュームドシリカの造粒粉を投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。具体的には、先ず無電極型の高周波プラズマ装置10のガス導入管18から作動ガスのアルゴンガスを表1に示す流量で導入して、プラズマトーチ13の高周波誘導コイル13bに表1に示す周波数及び出力の高周波電力を供給して石英管13a内からチャンバ14内にかけて高周波プラズマ12を発生させた。次に高周波プラズマ12が安定した後に、水素ガス及びヘリウムガスを表1に示す流量になるまで徐々に導入して、アルゴン−水素−ヘリウムプラズマからなる高周波プラズマ12を発生させた。更にアルゴン−水素−ヘリウムプラズマからなる高周波プラズマ12中に、上記ヒュームドシリカの造粒粉を投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。上記高周波プラズマ12中で生成された酸化珪素粉末11(SiOx)は、回収容器16に落下し回収された。また一部の酸化珪素粉末は、排出口14aから排ガスとともに排出されて、バグフィルタ(図示せず)により回収された。上記回収容器16及びバグフィルタに回収された酸化珪素粉末11を実施例3とした。   Subsequently, as shown in FIG. 1, an electrodeless high frequency plasma apparatus was used to generate high frequency plasma by a high frequency dielectric method under the conditions shown in Table 1. Further, the fumed silica granulated powder was introduced into the generated high-frequency plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). Specifically, first, argon gas as a working gas is introduced from the gas introduction pipe 18 of the electrodeless high-frequency plasma apparatus 10 at a flow rate shown in Table 1, and the frequencies shown in Table 1 are applied to the high-frequency induction coil 13 b of the plasma torch 13. In addition, high-frequency plasma 12 was generated from the inside of the quartz tube 13 a to the inside of the chamber 14 by supplying high-frequency power of output. Next, after the high-frequency plasma 12 was stabilized, hydrogen gas and helium gas were gradually introduced until the flow rates shown in Table 1 were reached, thereby generating the high-frequency plasma 12 composed of argon-hydrogen-helium plasma. Further, the fumed silica granulated powder was put into a high-frequency plasma 12 composed of argon-hydrogen-helium plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). The silicon oxide powder 11 (SiOx) generated in the high-frequency plasma 12 dropped into the recovery container 16 and was recovered. A part of the silicon oxide powder was discharged together with the exhaust gas from the discharge port 14a and recovered by a bag filter (not shown). The silicon oxide powder 11 collected in the collection container 16 and the bag filter was taken as Example 3.

<実施例4>
先ず図2に示すように、回転する複数の突片54を有する連続混練装置50の容器51に、比表面積300m2/gのヒュームドシリカを10kg/時間の速度で供給するとともに、5℃のイオン交換水を10kg/時間の速度で供給して混合し、50質量%のヒュームドシリカを含有したスラリー55を調製した。次にこのスラリーを石英製の容器に入れて、大気雰囲気下で1100℃の温度に6時間保持して乾燥させ、ヒュームドシリカの乾燥粉を得た。更にヒュームドシリカの乾燥粉を石英製の容器から取出し、ロールクラッシャを用いて粉砕した。このときロールクラッシャのロール隙間を0.2mmに調整し、ロール回転速度を50rpmに調整した。この粉砕した乾燥粉を目開き120μmの振動篩を用いて分級し、平均粒径が体積基準で56μmであるヒュームドシリカの造粒粉を得た。
<Example 4>
First, as shown in FIG. 2, fumed silica having a specific surface area of 300 m 2 / g is supplied to a container 51 of a continuous kneading apparatus 50 having a plurality of rotating projecting pieces 54 at a rate of 10 kg / hr. Ion exchange water was supplied at a rate of 10 kg / hour and mixed to prepare slurry 55 containing 50% by mass of fumed silica. Next, this slurry was put in a quartz container, and dried at a temperature of 1100 ° C. for 6 hours in an air atmosphere to obtain a dried fumed silica powder. Further, the dried fumed silica powder was taken out of the quartz container and pulverized using a roll crusher. At this time, the roll gap of the roll crusher was adjusted to 0.2 mm, and the roll rotation speed was adjusted to 50 rpm. The pulverized dry powder was classified using a vibrating sieve having an opening of 120 μm to obtain a fumed silica granulated powder having an average particle size of 56 μm on a volume basis.

続いて、図1に示すように、無電極型の高周波プラズマ装置を用い、表1に示す条件で高周波誘電法により高周波プラズマを発生させた。更にこの発生した高周波プラズマ中に上記ヒュームドシリカの造粒粉を投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。具体的には、先ず無電極型の高周波プラズマ装置10のガス導入管18から作動ガスのアルゴンガスを表1に示す流量で導入して、プラズマトーチ13の高周波誘導コイル13bに表1に示す周波数及び出力の高周波電力を供給して石英管13a内からチャンバ14内にかけて高周波プラズマ12を発生させた。次に高周波プラズマ12が安定した後に、水素ガスを表1に示す流量になるまで徐々に導入して、アルゴン−水素プラズマからなる高周波プラズマ12を発生させた。更にアルゴン−水素プラズマからなる高周波プラズマ12中に、上記ヒュームドシリカの造粒粉を投入して、非晶質の酸化珪素粉末11(SiOx)を製造した。上記高周波プラズマ12中で生成された酸化珪素粉末11(SiOx)は、回収容器16に落下し回収された。また一部の酸化珪素粉末は、排出口14aから排ガスとともに排出されて、バグフィルタ(図示せず)により回収された。上記回収容器16及びバグフィルタに回収された酸化珪素粉末11を実施例4とした。   Subsequently, as shown in FIG. 1, an electrodeless high frequency plasma apparatus was used to generate high frequency plasma by a high frequency dielectric method under the conditions shown in Table 1. Further, the fumed silica granulated powder was introduced into the generated high-frequency plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). Specifically, first, argon gas as a working gas is introduced from the gas introduction pipe 18 of the electrodeless high-frequency plasma apparatus 10 at a flow rate shown in Table 1, and the frequencies shown in Table 1 are applied to the high-frequency induction coil 13 b of the plasma torch 13. In addition, high-frequency plasma 12 was generated from the inside of the quartz tube 13 a to the inside of the chamber 14 by supplying high-frequency power of output. Next, after the high-frequency plasma 12 was stabilized, hydrogen gas was gradually introduced until the flow rate shown in Table 1 was reached to generate the high-frequency plasma 12 made of argon-hydrogen plasma. Further, the fumed silica granulated powder was put into a high-frequency plasma 12 made of argon-hydrogen plasma to produce amorphous silicon oxide powder 11 (SiOx). The silicon oxide powder 11 (SiOx) generated in the high-frequency plasma 12 dropped into the recovery container 16 and was recovered. A part of the silicon oxide powder was discharged together with the exhaust gas from the discharge port 14a and recovered by a bag filter (not shown). The silicon oxide powder 11 collected in the collection container 16 and the bag filter was taken as Example 4.

<比較例1>
先ず比表面積が300m2/gであるヒュームドシリカ100gと、比表面積が2m2/gであり純度が99.8%である金属珪素粉末50gとを、ステンレス鋼製の容器に入れ、この容器を乾式粉体混合装置に入れて回転速度30rpmで3時間混合した。次にこの混合粉末を、タングステン製の容器に入れて、100Pa以下の圧力に真空引きした後に、1300℃に加熱しこの温度に10時間保持して、酸化珪素ガスを発生させた。この酸化珪素ガスは、500℃に水冷されたステンレス鋼製の基体上に導入され、この基体上に酸化珪素が析出した。更にこの析出した酸化珪素を基体上から掻き取った後、ビーズミルにて粉砕して酸化珪素粉末を得た。具体的には、ステンレス鋼製の円筒容器に、上記掻き取った酸化珪素とステンレス鋼製のビーズを入れ、上記円筒容器を50rpmの回転速度で24時間回転させて粉砕することにより、酸化珪素粉末を得た。この酸化珪素粉末を比較例1とした。
<Comparative Example 1>
First, 100 g of fumed silica having a specific surface area of 300 m 2 / g and 50 g of metal silicon powder having a specific surface area of 2 m 2 / g and a purity of 99.8% are placed in a stainless steel container. Was mixed in a dry powder mixing apparatus for 3 hours at a rotation speed of 30 rpm. Next, this mixed powder was put in a tungsten container and evacuated to a pressure of 100 Pa or less, and then heated to 1300 ° C. and held at this temperature for 10 hours to generate silicon oxide gas. The silicon oxide gas was introduced onto a stainless steel substrate cooled to 500 ° C., and silicon oxide was deposited on the substrate. Further, the deposited silicon oxide was scraped off from the substrate and then pulverized by a bead mill to obtain a silicon oxide powder. Specifically, silicon oxide powder is obtained by putting the scraped silicon oxide and stainless steel beads in a stainless steel cylindrical container and grinding the cylindrical container by rotating at a rotational speed of 50 rpm for 24 hours. Got. This silicon oxide powder was designated as Comparative Example 1.

<比較試験1及び評価>
実施例1〜4及び比較例1の酸化珪素粉末(SiOx)の酸素含有量X(酸素価数X)を、X線光電子分光分析(XPS)により測定した。また実施例1〜4及び比較例1の酸化珪素粉末の平均粒径を透過電子顕微鏡(TEM)により観察して測定した。なお、上記酸化珪素粉末(SiOx)の酸素含有量X(酸素価数X)は、X線光電子分光分析(XPS)装置(型式名:model-5600LS、ULVAC PHI社製)を用いて、酸化珪素粉末から検出された元素のナロー(Narrow)スペクトルについて定量分析を行うことにより求めた。その結果を表1に示す。
<Comparative test 1 and evaluation>
The oxygen content X (oxygen valence X) of the silicon oxide powders (SiOx) of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Moreover, the average particle diameter of the silicon oxide powders of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was measured by observation with a transmission electron microscope (TEM). The oxygen content X (oxygen valence X) of the silicon oxide powder (SiOx) was measured using an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) apparatus (model name: model-5600LS, manufactured by ULVAC PHI). The narrow spectrum of the elements detected from the powder was determined by quantitative analysis. The results are shown in Table 1.

Figure 0005994572
なお、表1において、(注1)には、『加熱してガス化した後に、析出させて粉砕することにより、酸化珪素粉末を作製した。』という文が挿入される。
Figure 0005994572
In Table 1, (Note 1) indicates “Silicon oxide powder was produced by heating and gasifying, then precipitating and grinding. Is inserted.

表1から明らかなように、比較例1では、酸化珪素粉末(SiOx)の酸素含有量X(酸素価数X)が1.67であったのに対し、実施例1〜4では、酸化珪素粉末(SiOx)の酸素含有量X(酸素価数X)が1.01〜1.78であった。このことから、実施例1〜4の酸化珪素粉末は、比較例1の酸化珪素粉末と同様に、酸素含有量X(酸素価数X)が1以上1.8以下の範囲に入ることが分かった。また、比較例1では、酸化珪素粉末の平均粒径が1.2μmと大きかったのに対し、実施例1〜4では、酸化珪素粉末の平均粒径がそれぞれ0.003μm、0.015μm、0.325μm及び0.920μmと小さくなった。これらのことから無電極型の高周波プラズマの発生条件や原料の供給速度等を変更することにより、酸化珪素粉末の酸素含有量X(酸素価数X)及び平均粒径を制御できることが分かった。   As is clear from Table 1, in Comparative Example 1, the oxygen content X (oxygen valence X) of the silicon oxide powder (SiOx) was 1.67, whereas in Examples 1 to 4, the silicon oxide powder (SiOx) had silicon oxide. The oxygen content X (oxygen valence X) of the powder (SiOx) was 1.01-1.78. From this, it can be seen that the silicon oxide powders of Examples 1 to 4 have an oxygen content X (oxygen valence X) in the range of 1 to 1.8, similarly to the silicon oxide powder of Comparative Example 1. It was. In Comparative Example 1, the average particle size of the silicon oxide powder was as large as 1.2 μm, whereas in Examples 1 to 4, the average particle size of the silicon oxide powder was 0.003 μm, 0.015 μm, and 0, respectively. It was as small as .325 μm and 0.920 μm. From these facts, it was found that the oxygen content X (oxygen valence X) and the average particle diameter of the silicon oxide powder can be controlled by changing the generation conditions of the electrodeless high-frequency plasma, the supply rate of the raw material, and the like.

<比較試験2及び評価>
実施例1〜4及び比較例1の酸化珪素粉末に含まれる不純物の含有量を測定した。具体的には、実施例1〜4及び比較例1の酸化珪素粉末に含まれるアルミニウム(Al)、鉄(Fe)及びニッケル(Ni)の含有量をそれぞれ測定した。その結果を表2に示す。
<Comparative test 2 and evaluation>
The content of impurities contained in the silicon oxide powders of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 was measured. Specifically, the contents of aluminum (Al), iron (Fe), and nickel (Ni) contained in the silicon oxide powders of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 were measured. The results are shown in Table 2.

Figure 0005994572
Figure 0005994572

表2から明らかなように、比較例1では、不純物であるアルミニウム(Al)、鉄(Fe)及びニッケル(Ni)がそれぞれ17ppm、315ppm及び45ppmと多かったのに対し、実施例1〜4では、不純物であるアルミニウム(Al)、鉄(Fe)及びニッケル(Ni)がそれぞれ0.3〜0.5ppm、0.7〜8.7ppm及び0.1〜1.8ppmと少なくなった。   As is clear from Table 2, in Comparative Example 1, the impurities aluminum (Al), iron (Fe), and nickel (Ni) were as high as 17 ppm, 315 ppm, and 45 ppm, respectively, whereas in Examples 1 to 4, Impurities such as aluminum (Al), iron (Fe), and nickel (Ni) were reduced to 0.3 to 0.5 ppm, 0.7 to 8.7 ppm, and 0.1 to 1.8 ppm, respectively.

11 酸化珪素粉末
12 高周波プラズマ
11 Silicon oxide powder 12 High frequency plasma

Claims (5)

無電極型の高周波誘電法により発生した高周波プラズマ中で、二酸化珪素粉末を原料として非晶質のSiOxで表される酸化珪素粉末を製造する方法であって、
前記酸化珪素粉末の酸素含有量Xが1以上1.8以下の範囲にあり、
前記酸化珪素粉末の不純物濃度が最大で11ppmである
ことを特徴とする酸化珪素粉末の製造方法。
In a high-frequency plasma generated by an electrodeless high-frequency dielectric method, a silicon oxide powder represented by amorphous SiOx is produced using silicon dioxide powder as a raw material,
The oxygen content X of the silicon oxide powder is in the range of 1 to 1.8,
Method for producing a silicon oxide powder in which the impurity concentration of the silicon oxide powder is characterized in that it is a maximum of 11 pp m.
前記高周波プラズマの発生雰囲気の圧力を0.05〜0.12MPaの範囲に調整し、かつ前記高周波プラズマの高周波出力をA(W)とし、前記二酸化珪素粉末の供給速度をB(kg/時)とするとき、A/Bが1.0×104(W・時/kg)以上になるように調整して、前記高周波プラズマを発生させる請求項1記載の酸化珪素粉末の製造方法。 The pressure of the high-frequency plasma generation atmosphere is adjusted to a range of 0.05 to 0.12 MPa, the high-frequency output of the high-frequency plasma is A (W), and the supply rate of the silicon dioxide powder is B (kg / hour). The method for producing silicon oxide powder according to claim 1, wherein the high-frequency plasma is generated by adjusting A / B to be 1.0 × 10 4 (W · hour / kg) or more. 前記酸化珪素粉末の平均粒径が体積基準で0.002〜1μmの範囲にある請求項1記載の酸化珪素粉末の製造方法。   The method for producing a silicon oxide powder according to claim 1, wherein an average particle diameter of the silicon oxide powder is in a range of 0.002 to 1 µm on a volume basis. 前記二酸化珪素粉末が、ヒュームドシリカであるか、或いはこのヒュームドシリカを原料としかつ平均粒径が体積基準で0.1〜80μmの範囲にある造粒粉である請求項1記載の酸化珪素粉末の製造方法。   2. The silicon oxide according to claim 1, wherein the silicon dioxide powder is fumed silica or a granulated powder using the fumed silica as a raw material and having an average particle diameter in the range of 0.1 to 80 μm on a volume basis. Powder manufacturing method. 前記造粒粉が、ヒュームドシリカをスラリー化又はゲル化した後、100〜1100℃の範囲の温度で乾燥して得られる請求項4記載の酸化珪素粉末の製造方法。   The manufacturing method of the silicon oxide powder of Claim 4 obtained by drying the said granulated powder at the temperature of the range of 100-1100 degreeC after slurrying or gelatinizing fumed silica.
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