JP5999715B2 - 炭化珪素粉末の製造方法 - Google Patents
炭化珪素粉末の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5999715B2 JP5999715B2 JP2013530051A JP2013530051A JP5999715B2 JP 5999715 B2 JP5999715 B2 JP 5999715B2 JP 2013530051 A JP2013530051 A JP 2013530051A JP 2013530051 A JP2013530051 A JP 2013530051A JP 5999715 B2 JP5999715 B2 JP 5999715B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- raw material
- silicon carbide
- less
- ppm
- carbide powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 71
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 88
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 43
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910002026 crystalline silica Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 2
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 2
- 239000011044 quartzite Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 1
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000011874 heated mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/956—Silicon carbide
- C01B32/963—Preparation from compounds containing silicon
- C01B32/97—Preparation from SiO or SiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
- C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
- C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/62695—Granulation or pelletising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
- C04B2235/424—Carbon black
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
- C04B2235/422—Carbon
- C04B2235/425—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5427—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof millimeter or submillimeter sized, i.e. larger than 0,1 mm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
- C04B2235/5454—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof nanometer sized, i.e. below 100 nm
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
- C04B2235/54—Particle size related information
- C04B2235/549—Particle size related information the particle size being expressed by crystallite size or primary particle size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
- C04B2235/727—Phosphorus or phosphorus compound content
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
本発明は、アチソン炉を用いて得られる高純度の炭化珪素粉末、及びその製造方法に関する。
炭化珪素（ＳｉＣ）は、研磨もしくは研削材、セラミックス焼結体及び導電性材料等の工業用材料として、従来から幅広く使用されている。特に、最近では、省エネルギー志向の強まりや脱原発による自然再生エネルギーの活用への期待等の社会的背景により、パワー半導体等に用いられる単結晶材料として、純度の高い炭化珪素粉末が求められている。
炭化珪素を工業的に量産する技術としては、珪素（Ｓｉ）を含む珪酸質原料（例えば、硅砂）と炭素を含む炭素質原料（例えば、石油コークス）を原料とし、アチソン炉において１６００℃以上で加熱することで、直接還元反応によって炭化珪素を製造する方法が知られている。
炭化珪素を工業的に量産する技術としては、珪素（Ｓｉ）を含む珪酸質原料（例えば、硅砂）と炭素を含む炭素質原料（例えば、石油コークス）を原料とし、アチソン炉において１６００℃以上で加熱することで、直接還元反応によって炭化珪素を製造する方法が知られている。
この従来から行なわれているアチソン炉による製造では、原料中の不純物の含有率が高く、不純物の制御が難しいため、高純度の炭化珪素粉末を製造することはできなかった。
このため、純度の低い炭化珪素粉末を高純度化する手法が提案されている。例えば、特許文献１では、不純物を多く含有している炭化珪素粉末を真空容器に入れ、真空度が９×１０−５〜１×１０−２ｔｏｒｒの範囲で、かつ１，５００〜１，７００℃の温度範囲で加熱することで、炭化珪素粉末中の不純物を除去して、高純度炭素珪素粉末を製造する方法が記載されている。
このため、純度の低い炭化珪素粉末を高純度化する手法が提案されている。例えば、特許文献１では、不純物を多く含有している炭化珪素粉末を真空容器に入れ、真空度が９×１０−５〜１×１０−２ｔｏｒｒの範囲で、かつ１，５００〜１，７００℃の温度範囲で加熱することで、炭化珪素粉末中の不純物を除去して、高純度炭素珪素粉末を製造する方法が記載されている。
しかしながら、真空中で昇温する特許文献１の方法は、装置が複雑で、高価であり、かつ、工業的に一度に大量生産できなかった。
さらに、特許文献２では、不純物が多く含まれている炭化珪素粉とフッ化水素酸との混合物を密閉容器内に導入し、加圧下で加熱処理する高純度炭化珪素粉の製造方法が記載されている。
しかしながら、フッ化水素酸は人体に有害で危険性が高く、取り扱いが困難であり、かつ、工業的に大量に炭化珪素粉を処理できないという問題があった。
さらに、特許文献２では、不純物が多く含まれている炭化珪素粉とフッ化水素酸との混合物を密閉容器内に導入し、加圧下で加熱処理する高純度炭化珪素粉の製造方法が記載されている。
しかしながら、フッ化水素酸は人体に有害で危険性が高く、取り扱いが困難であり、かつ、工業的に大量に炭化珪素粉を処理できないという問題があった。
本発明は、高純度の炭化珪素粉末、及び、安価にかつ大量に、しかも安全に高純度の炭化珪素粉末を製造することができる方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、アチソン炉を用いて、珪酸質原料と炭素質原料を混合してなる炭化珪素製造用原料を焼成して得られる特定の炭化珪素粉末、及び、その製造方法によって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［２］を提供するものである。
［１］ アチソン炉を用いて、珪酸質原料と炭素質原料を混合してなる炭化珪素製造用原料を焼成して得られる、不純物の含有率が３００ｐｐｍ以下である炭化珪素粉末の製造方法であって、前記珪酸質原料は、不純物の含有率が５０ｐｐｍ以下の非晶質シリカであり、前記炭素質原料は、不純物の含有率が３００ｐｐｍ以下のカーボンブラックであり、前記炭化珪素製造用原料は、炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比（Ｃ／ＳｉＯ ２ ）が２．５〜４．０で、かつ、不純物の含有率が１２０ｐｐｍ以下のものであり、前記アチソン炉の加熱手段である炭素からなる発熱体中の不純物の含有率が、前記炭化珪素製造用原料中の不純物の含有率以下であることを特徴とする炭化珪素粉末の製造方法。
［２］ 前記炭化珪素製造用原料が、予めペレット化されている、前記［１］に記載の炭化珪素粉末の製造方法。
［１］ アチソン炉を用いて、珪酸質原料と炭素質原料を混合してなる炭化珪素製造用原料を焼成して得られる、不純物の含有率が３００ｐｐｍ以下である炭化珪素粉末の製造方法であって、前記珪酸質原料は、不純物の含有率が５０ｐｐｍ以下の非晶質シリカであり、前記炭素質原料は、不純物の含有率が３００ｐｐｍ以下のカーボンブラックであり、前記炭化珪素製造用原料は、炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比（Ｃ／ＳｉＯ ２ ）が２．５〜４．０で、かつ、不純物の含有率が１２０ｐｐｍ以下のものであり、前記アチソン炉の加熱手段である炭素からなる発熱体中の不純物の含有率が、前記炭化珪素製造用原料中の不純物の含有率以下であることを特徴とする炭化珪素粉末の製造方法。
［２］ 前記炭化珪素製造用原料が、予めペレット化されている、前記［１］に記載の炭化珪素粉末の製造方法。
本発明の炭化珪素粉末は、高純度でかつ安価であり、パワー半導体向けの単結晶用原料及び治具の他、高純度が求められる用途におけるセラミックス焼結体の原料として用いることができる。
本発明の製造方法によれば、高純度の炭化珪素粉末を安価にかつ大量に、しかも安全に製造することができる。
本発明の製造方法によれば、高純度の炭化珪素粉末を安価にかつ大量に、しかも安全に製造することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の炭化珪素粉末は、アチソン炉を用いて、珪酸質原料と炭素質原料を混合してなる炭化珪素製造用原料を焼成して得られる炭化珪素粉末であって、該炭化珪素粉末中の不純物の含有率が５００ｐｐｍ以下、好ましくは３００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは５０ｐｐｍ以下のものである。該含有率が５００ｐｐｍを超えると、パワー半導体向けの単結晶用原料及び治具の他、高純度が求められる用途におけるセラミックス焼結体の原料として用いることが困難となる。
本発明の炭化珪素粉末は、アチソン炉を用いて、珪酸質原料と炭素質原料を混合してなる炭化珪素製造用原料を焼成して得られる炭化珪素粉末であって、該炭化珪素粉末中の不純物の含有率が５００ｐｐｍ以下、好ましくは３００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは５０ｐｐｍ以下のものである。該含有率が５００ｐｐｍを超えると、パワー半導体向けの単結晶用原料及び治具の他、高純度が求められる用途におけるセラミックス焼結体の原料として用いることが困難となる。
ここで、炭化珪素粉末中の不純物とは、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。珪素（Ｓｉ）および炭素（Ｃ）は、炭化珪素自体の成分であり、不純物に含まれない。酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）も、不純物に含まれないものとする。
不純物の例としては、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、カルシウム（Ｃａ）、亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。
特に、本発明の炭化珪素粉末をパワー半導体の単結晶用原料として使用する場合、炭化珪素粉末中のホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）のそれぞれの含有率は、好ましくは１ｐｐｍ以下である。また、この場合、炭化珪素粉末中のアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）およびチタン（Ｔｉ）のそれぞれの含有率は、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下、特に好ましくは２ｐｐｍ以下である。
不純物の例としては、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、カルシウム（Ｃａ）、亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。
特に、本発明の炭化珪素粉末をパワー半導体の単結晶用原料として使用する場合、炭化珪素粉末中のホウ素（Ｂ）およびリン（Ｐ）のそれぞれの含有率は、好ましくは１ｐｐｍ以下である。また、この場合、炭化珪素粉末中のアルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）およびチタン（Ｔｉ）のそれぞれの含有率は、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下、特に好ましくは２ｐｐｍ以下である。
本発明の製造方法で用いられる炭化珪素製造用原料は、炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比（Ｃ／ＳｉＯ２）が２．５〜４．０であり、かつ、不純物の含有率が１２０ｐｐｍ以下のものである。
本明細書中、「炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比」とは、炭素質原料と珪酸質原料を混合して、炭化珪素製造用原料を調製する場合における、炭素質原料中の炭素（Ｃ）のモルと、珪酸質原料中の珪酸（ＳｉＯ２）のモルの比（Ｃ／ＳｉＯ２）をいう。
炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比の範囲は、２．５〜４．０、好ましくは２．８〜３．８、より好ましくは３．０〜３．６である。該混合モル比が２．５未満または４．０を超えると、製品である炭化珪素粉末中に未反応の珪酸質原料や炭素質原料が多く残存してしまう。このように、該混合モル比は、炭化珪素粉末の組成に影響を与える。
本明細書中、「炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比」とは、炭素質原料と珪酸質原料を混合して、炭化珪素製造用原料を調製する場合における、炭素質原料中の炭素（Ｃ）のモルと、珪酸質原料中の珪酸（ＳｉＯ２）のモルの比（Ｃ／ＳｉＯ２）をいう。
炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比の範囲は、２．５〜４．０、好ましくは２．８〜３．８、より好ましくは３．０〜３．６である。該混合モル比が２．５未満または４．０を超えると、製品である炭化珪素粉末中に未反応の珪酸質原料や炭素質原料が多く残存してしまう。このように、該混合モル比は、炭化珪素粉末の組成に影響を与える。
炭化珪素製造用原料中の不純物の含有率は、１２０ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは７０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは４０ｐｐｍ以下、特に好ましくは２０ｐｐｍ以下である。該含有率が１２０ｐｐｍを超えると、製造された炭化珪素粉末に関し、半導体用単結晶原料として使用可能な純度を満足することが困難となる。
ここで、炭化珪素製造用原料中の不純物とは、上述の炭化珪素粉末中の不純物と同じであり、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。
なお、炭化珪素製造用原料中の酸素（Ｏ）は、炭化珪素粉末の製造過程でほとんどが除去される。
ここで、炭化珪素製造用原料中の不純物とは、上述の炭化珪素粉末中の不純物と同じであり、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。
なお、炭化珪素製造用原料中の酸素（Ｏ）は、炭化珪素粉末の製造過程でほとんどが除去される。
本発明の炭化珪素製造用原料として、珪酸質原料と炭素質原料を粉体混合して得られる混合原料を予めペレット化したものを使用することができる。ペレット化された炭化珪素製造用原料は、例えばシリカと有機樹脂の混合物を、ペレット化することによって得ることができる。
ペレットの粒度（最長寸法；例えば、断面が楕円の場合、長径の寸法）は、取り扱いの容易性、焼成の効率などの観点から、好ましくは０．３〜１０ｍｍ、より好ましくは０．５〜５ｍｍ、特に好ましくは１〜４ｍｍである。
ペレットの粒度（最長寸法；例えば、断面が楕円の場合、長径の寸法）は、取り扱いの容易性、焼成の効率などの観点から、好ましくは０．３〜１０ｍｍ、より好ましくは０．５〜５ｍｍ、特に好ましくは１〜４ｍｍである。
本発明の製造法に用いられる珪酸質原料としては、例えば天然のケイ砂およびケイ石粉、人造ケイ石粉、シリカフューム、非晶質シリカ等が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また、反応性の観点から非晶質シリカが好ましい。
珪酸質原料中の不純物の含有率は、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは２５ｐｐｍ以下である。該含有率が５０ｐｐｍを超えると、製造された炭化珪素粉末の純度が低くなる場合がある。
珪酸質原料中の不純物の含有率は、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは２５ｐｐｍ以下である。該含有率が５０ｐｐｍを超えると、製造された炭化珪素粉末の純度が低くなる場合がある。
ここで、珪酸質原料中の不純物とは、上述の炭化珪素粉末中の不純物と同じであり、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。
また、珪酸質原料中のＢ、Ｐ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、及びＴｉのそれぞれの含有率は、好ましくは２０ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５ｐｐｍ以下、特に好ましくは１ｐｐｍ以下である。
珪酸質原料の粒度は、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以下、特に好ましくは６ｍｍ以下である。該粒度が１０ｍｍを超えると、反応性が著しく悪くなり、生産性が劣る結果となる。
珪酸質原料の粒度の定義は、上述のペレットの粒度（最長寸法）と同じである。
また、珪酸質原料中のＢ、Ｐ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、及びＴｉのそれぞれの含有率は、好ましくは２０ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５ｐｐｍ以下、特に好ましくは１ｐｐｍ以下である。
珪酸質原料の粒度は、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以下、特に好ましくは６ｍｍ以下である。該粒度が１０ｍｍを超えると、反応性が著しく悪くなり、生産性が劣る結果となる。
珪酸質原料の粒度の定義は、上述のペレットの粒度（最長寸法）と同じである。
本発明の製造方法に用いられる炭素質原料としては、例えば石油コークス、石炭ピッチ、カーボンブラック、各種有機樹脂等が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。中でも、純度の観点から、カーボンブラックが好ましい。
炭素質原料中の不純物の含有率は、好ましくは３００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは７０ｐｐｍ以下である。該含有率が３００ｐｐｍを超えると、得られる炭化珪素粉末の純度が低くなる場合がある。
ここで、炭素質原料中の不純物とは、上述の炭化珪素粉末中の不純物と同じであり、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。
炭素質原料中の不純物の含有率は、好ましくは３００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下、特に好ましくは７０ｐｐｍ以下である。該含有率が３００ｐｐｍを超えると、得られる炭化珪素粉末の純度が低くなる場合がある。
ここで、炭素質原料中の不純物とは、上述の炭化珪素粉末中の不純物と同じであり、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。
本発明の製造方法に用いられるアチソン炉の発熱体の種類は、炭素からなるものであって、電気を通すことができればよく、特に限定されないが、例えば黒鉛粉、カーボンロッドが挙げられる。
発熱体中の不純物の含有率は、上述した炭化珪素製造用原料中に含まれる不純物の含有率以下であることが好ましい。
ここで、発熱体中の不純物とは、上述の炭化珪素粉末中の不純物と同じであり、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。
発熱体中の不純物の含有率は、好ましくは１２０ｐｐｍ以下、より好ましくは７０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは２５ｐｐｍ以下である。該含有率を好ましい範囲内に定めることで、より高純度の炭化珪素粉末を得ることができる。
発熱体の形態は、上述したように電気を通すことができればよく、粉状でも棒状でもよい。また、棒状の場合、該棒状体の形態も特に限定されず、円柱状でも角柱状でもよい。
発熱体中の不純物の含有率は、上述した炭化珪素製造用原料中に含まれる不純物の含有率以下であることが好ましい。
ここで、発熱体中の不純物とは、上述の炭化珪素粉末中の不純物と同じであり、珪素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）を除く成分をいう。
発熱体中の不純物の含有率は、好ましくは１２０ｐｐｍ以下、より好ましくは７０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５０ｐｐｍ以下、特に好ましくは２５ｐｐｍ以下である。該含有率を好ましい範囲内に定めることで、より高純度の炭化珪素粉末を得ることができる。
発熱体の形態は、上述したように電気を通すことができればよく、粉状でも棒状でもよい。また、棒状の場合、該棒状体の形態も特に限定されず、円柱状でも角柱状でもよい。
本発明で用いるアチソン炉について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１はアチソン炉４の長手方向の断面図であり、図２はアチソン炉４の長手方向に垂直な方向の断面図である。
アチソン炉４は大気開放型であり、炉本体５の断面が略Ｕ字状である炉であり、両端に電極芯３，３を有している。長手方向の中央部には発熱体２が電極芯３，３を結ぶように設置され、発熱体２の周りには炭化珪素製造用原料１が充填されている。また、炭化珪素製造用原料１は炉本体５の内部空間にかまぼこ状に収容される。
電極芯３，３間に電流を流し、発熱体２を通電加熱することで、発熱体２の周囲において下記式（１）で示される直接還元反応が起こり、炭化珪素（ＳｉＣ）の塊状物が生成される。
ＳｉＯ２＋３Ｃ → ＳｉＣ＋２ＣＯ （１）
図１はアチソン炉４の長手方向の断面図であり、図２はアチソン炉４の長手方向に垂直な方向の断面図である。
アチソン炉４は大気開放型であり、炉本体５の断面が略Ｕ字状である炉であり、両端に電極芯３，３を有している。長手方向の中央部には発熱体２が電極芯３，３を結ぶように設置され、発熱体２の周りには炭化珪素製造用原料１が充填されている。また、炭化珪素製造用原料１は炉本体５の内部空間にかまぼこ状に収容される。
電極芯３，３間に電流を流し、発熱体２を通電加熱することで、発熱体２の周囲において下記式（１）で示される直接還元反応が起こり、炭化珪素（ＳｉＣ）の塊状物が生成される。
ＳｉＯ２＋３Ｃ → ＳｉＣ＋２ＣＯ （１）
上記反応が行われる温度は、１６００〜３０００℃である。
得られた炭化珪素の塊状物を粉砕することで、高純度の炭化珪素粉末を得ることができる。
粉砕手段としては、ボールミル，振動ミル，ジェットミル等の、一般的な粉砕手段が挙げられる。
得られた高純度の炭化珪素粉末は、目標とする純度に応じて、鉱酸による洗浄をすることができる。鉱酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等が使用できる。
得られた炭化珪素の塊状物を粉砕することで、高純度の炭化珪素粉末を得ることができる。
粉砕手段としては、ボールミル，振動ミル，ジェットミル等の、一般的な粉砕手段が挙げられる。
得られた高純度の炭化珪素粉末は、目標とする純度に応じて、鉱酸による洗浄をすることができる。鉱酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等が使用できる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
（１）珪酸質原料Ａ；結晶質シリカ（共立マテリアルズ（株）製、精製ケイ石粉，粒度：２ｍｍ以下）
（２）珪酸質原料Ｂ；非晶質シリカ（太平洋セメント（株）製、試製品，粒度：５ｍｍ以下）
（３）珪酸質原料Ｃ；結晶質シリカ（豪州産、天然ケイ石粉，粒度：２ｍｍ以下）
（４）炭素質原料Ａ；カーボンブラック（キャボットジャパン（株）製、商品名「ショウブラック５５０」、一次粒子の平均粒径：５０ｎｍ、二次粒子の平均粒径：７２４μｍ）
（５）炭素質原料Ｂ；カーボンブラック（東海カーボン（株）製、商品名「シ―スト６００」、一次粒子の平均粒径：２５ｎｍ、二次粒子の平均粒径：５００μｍ）
（６）炭素質原料Ｃ；カーボンブラック（東海カーボン（株）製、商品名「シ―ストＴＡ」、一次粒子の平均粒径：１２０ｎｍ、二次粒子の平均粒径：９００μｍ）
（７）炭素質原料Ｄ；カーボンブラック（エア・ウォーター（株）製、商品名「ベルファイン」、一次粒子の平均粒径：２０ｎｍ、二次粒子の平均粒径：２４３μｍ）
（８）炭素質原料Ｅ；オイルコークス（中国産）、二次粒子の平均粒径：３０００μｍ
（９）発熱体の原料；発熱体用黒鉛粉（太平洋セメント（株）製の試製品）
（１０）結合剤：ポリビニールアルコール（関東化学（株）特級）
１．使用材料
以下に示す材料を使用した。
（１）珪酸質原料Ａ；結晶質シリカ（共立マテリアルズ（株）製、精製ケイ石粉，粒度：２ｍｍ以下）
（２）珪酸質原料Ｂ；非晶質シリカ（太平洋セメント（株）製、試製品，粒度：５ｍｍ以下）
（３）珪酸質原料Ｃ；結晶質シリカ（豪州産、天然ケイ石粉，粒度：２ｍｍ以下）
（４）炭素質原料Ａ；カーボンブラック（キャボットジャパン（株）製、商品名「ショウブラック５５０」、一次粒子の平均粒径：５０ｎｍ、二次粒子の平均粒径：７２４μｍ）
（５）炭素質原料Ｂ；カーボンブラック（東海カーボン（株）製、商品名「シ―スト６００」、一次粒子の平均粒径：２５ｎｍ、二次粒子の平均粒径：５００μｍ）
（６）炭素質原料Ｃ；カーボンブラック（東海カーボン（株）製、商品名「シ―ストＴＡ」、一次粒子の平均粒径：１２０ｎｍ、二次粒子の平均粒径：９００μｍ）
（７）炭素質原料Ｄ；カーボンブラック（エア・ウォーター（株）製、商品名「ベルファイン」、一次粒子の平均粒径：２０ｎｍ、二次粒子の平均粒径：２４３μｍ）
（８）炭素質原料Ｅ；オイルコークス（中国産）、二次粒子の平均粒径：３０００μｍ
（９）発熱体の原料；発熱体用黒鉛粉（太平洋セメント（株）製の試製品）
（１０）結合剤：ポリビニールアルコール（関東化学（株）特級）
上記材料を使用して、以下の材料を調製した。
（１１）発熱体用黒鉛Ａ；上記発熱体用黒鉛粉を非酸化性雰囲気下で、２，０００℃の条件で焼成することを２回繰り返すことで得た。
（１２）発熱体用黒鉛Ｂ；上記発熱体用黒鉛粉を非酸化性雰囲気下で、２，０００℃の条件で焼成することを４回繰り返すことで得た。
（１３）発熱体用黒鉛Ｃ；上記発熱体用黒鉛粉を非酸化性雰囲気下で、２，０００℃の条件で焼成することを６回繰り返すことで得た。
（１４）ペレット状の混合原料Ａ；珪酸質原料Ｂ４７質量部と、炭素質原料Ｃ５２質量部を混合した後、この粉体混合原料１００質量部に対して、ポリビニールアルコール（２０％）水溶液を３０質量部添加して、ペレット状（粒度：４ｍｍ）にした。
（１５）ペレット状の混合原料Ｂ；珪酸質原料Ｂ６２．５質量部と、炭素質原料Ｄ３７．５質量部を混合した後、前述した方法と同様に、ポリビニールアルコールを添加し、造粒機によってペレット状（粒度：２ｍｍ）にした。
上述した材料の化学成分を以下のように分析した。結果を表１に示す。
（１１）発熱体用黒鉛Ａ；上記発熱体用黒鉛粉を非酸化性雰囲気下で、２，０００℃の条件で焼成することを２回繰り返すことで得た。
（１２）発熱体用黒鉛Ｂ；上記発熱体用黒鉛粉を非酸化性雰囲気下で、２，０００℃の条件で焼成することを４回繰り返すことで得た。
（１３）発熱体用黒鉛Ｃ；上記発熱体用黒鉛粉を非酸化性雰囲気下で、２，０００℃の条件で焼成することを６回繰り返すことで得た。
（１４）ペレット状の混合原料Ａ；珪酸質原料Ｂ４７質量部と、炭素質原料Ｃ５２質量部を混合した後、この粉体混合原料１００質量部に対して、ポリビニールアルコール（２０％）水溶液を３０質量部添加して、ペレット状（粒度：４ｍｍ）にした。
（１５）ペレット状の混合原料Ｂ；珪酸質原料Ｂ６２．５質量部と、炭素質原料Ｄ３７．５質量部を混合した後、前述した方法と同様に、ポリビニールアルコールを添加し、造粒機によってペレット状（粒度：２ｍｍ）にした。
上述した材料の化学成分を以下のように分析した。結果を表１に示す。
２．分析方法
（１）Ｂ（ホウ素）及びＰ（リン）の含有率の分析方法
土壌中のＢ（ホウ素）の分析方法（ＢＵＮＳＥＫＩ ＫＡＧＡＫＵ ＶＯＬ４７，Ｎｏ７，ｐｐ４５１−４５４参照）であるアルカリ溶融法によるＩＣＰ−ＡＥＳ分析に基づいて分析を行った。
具体的には、試料１ｇおよびＮａ２ＣＯ３４ｇを白金ルツボに入れた後、この白金ルツボを電気炉内に載置して７００℃で１時間加熱した。次いで１時間ごとに、白金ルツボ内の混合物を撹拌しながら、８００℃で４時間加熱し、さらに１０００℃で１５分間加熱した。加熱後の混合物（融成物）に５０質量％のＨＣｌ２０ｍｌを添加し、ホットプレートを用いて、１４０℃で１０分間融成物をくずしながら溶解した。水を加えて１００ｍｌにメスアップした後、ろ過を行い、得られた固形分に対して、ＩＣＰ−ＡＥＳ分析を行った。得られた結果を表１に示す。
（１）Ｂ（ホウ素）及びＰ（リン）の含有率の分析方法
土壌中のＢ（ホウ素）の分析方法（ＢＵＮＳＥＫＩ ＫＡＧＡＫＵ ＶＯＬ４７，Ｎｏ７，ｐｐ４５１−４５４参照）であるアルカリ溶融法によるＩＣＰ−ＡＥＳ分析に基づいて分析を行った。
具体的には、試料１ｇおよびＮａ２ＣＯ３４ｇを白金ルツボに入れた後、この白金ルツボを電気炉内に載置して７００℃で１時間加熱した。次いで１時間ごとに、白金ルツボ内の混合物を撹拌しながら、８００℃で４時間加熱し、さらに１０００℃で１５分間加熱した。加熱後の混合物（融成物）に５０質量％のＨＣｌ２０ｍｌを添加し、ホットプレートを用いて、１４０℃で１０分間融成物をくずしながら溶解した。水を加えて１００ｍｌにメスアップした後、ろ過を行い、得られた固形分に対して、ＩＣＰ−ＡＥＳ分析を行った。得られた結果を表１に示す。
（２）Ｂ及びＰ以外の元素（Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、及びＴｉ）の含有率の分析方法
「ＪＩＳ Ｒ １６１６」に記載された加圧酸分解法によるＩＣＰ−ＡＥＳ分析に基づいて測定した。得られた結果を表１に示す。
なお、表１中の各原料に関し、前記の６つの元素（Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｔｉ）以外の不純物の含有率の合計は、１０ｐｐｍ以下であった。
「ＪＩＳ Ｒ １６１６」に記載された加圧酸分解法によるＩＣＰ−ＡＥＳ分析に基づいて測定した。得られた結果を表１に示す。
なお、表１中の各原料に関し、前記の６つの元素（Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｔｉ）以外の不純物の含有率の合計は、１０ｐｐｍ以下であった。
［実施例１〜５、参考例１〜３、比較例１、２］
図１及び図２に記載されたアチソン炉の中へ、表２に記載された混合原料、及び発熱体用黒鉛を収容した後、最大負荷７０ｋｗｈで１２時間、通電加熱し、炭化珪素の塊状物を生成させた。得られた炭化珪素の塊状物を、トップグラインダーを用いて粉砕し、炭化珪素粉末を得た。得られた炭化珪素粉末中の不純物（Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、及びＴｉ）の含有率を、上述した分析方法を用いて測定した。結果を表３に示す。
表２中の「混合原料」および「発熱体」に関し、「不純物の含有率」は、いずれも、表１に記載されている６種の不純物の合計量である。
また、表３中の実施例１〜５および参考例１〜３のいずれについても、表３に記載されている６種の不純物以外の不純物の合計量は、１０ｐｐｍ以下であった。
なお、アチソン炉の加熱時の炉内温度は、１６００〜３０００℃の範囲内である。
図１及び図２に記載されたアチソン炉の中へ、表２に記載された混合原料、及び発熱体用黒鉛を収容した後、最大負荷７０ｋｗｈで１２時間、通電加熱し、炭化珪素の塊状物を生成させた。得られた炭化珪素の塊状物を、トップグラインダーを用いて粉砕し、炭化珪素粉末を得た。得られた炭化珪素粉末中の不純物（Ｂ、Ｐ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃａ、及びＴｉ）の含有率を、上述した分析方法を用いて測定した。結果を表３に示す。
表２中の「混合原料」および「発熱体」に関し、「不純物の含有率」は、いずれも、表１に記載されている６種の不純物の合計量である。
また、表３中の実施例１〜５および参考例１〜３のいずれについても、表３に記載されている６種の不純物以外の不純物の合計量は、１０ｐｐｍ以下であった。
なお、アチソン炉の加熱時の炉内温度は、１６００〜３０００℃の範囲内である。
１ 珪酸質原料と炭素質原料の混合物（炭化珪素製造用原料）
２ 発熱体用黒鉛
３ 電極芯
４ アチソン炉
５ 炉本体
２ 発熱体用黒鉛
３ 電極芯
４ アチソン炉
５ 炉本体
Claims (2)
- アチソン炉を用いて、珪酸質原料と炭素質原料を混合してなる炭化珪素製造用原料を焼成して得られる、不純物の含有率が３００ｐｐｍ以下である炭化珪素粉末の製造方法であって、
前記珪酸質原料は、不純物の含有率が５０ｐｐｍ以下の非晶質シリカであり、
前記炭素質原料は、不純物の含有率が３００ｐｐｍ以下のカーボンブラックであり、
前記炭化珪素製造用原料は、炭素質原料と珪酸質原料の混合モル比（Ｃ／ＳｉＯ ２ ）が２．５〜４．０で、かつ、不純物の含有率が１２０ｐｐｍ以下のものであり、
前記アチソン炉の加熱手段である炭素からなる発熱体中の不純物の含有率が、前記炭化珪素製造用原料中の不純物の含有率以下であることを特徴とする炭化珪素粉末の製造方法。 - 前記炭化珪素製造用原料が、予めペレット化されている、請求項１に記載の炭化珪素粉末の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011182933 | 2011-08-24 | ||
| JP2011182933 | 2011-08-24 | ||
| PCT/JP2012/071270 WO2013027790A1 (ja) | 2011-08-24 | 2012-08-23 | 炭化珪素粉末及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2013027790A1 JPWO2013027790A1 (ja) | 2015-03-19 |
| JP5999715B2 true JP5999715B2 (ja) | 2016-09-28 |
Family
ID=47746528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013530051A Active JP5999715B2 (ja) | 2011-08-24 | 2012-08-23 | 炭化珪素粉末の製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9382121B2 (ja) |
| EP (1) | EP2749531B1 (ja) |
| JP (1) | JP5999715B2 (ja) |
| KR (1) | KR101940351B1 (ja) |
| CN (1) | CN103857622A (ja) |
| TW (1) | TWI542542B (ja) |
| WO (1) | WO2013027790A1 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5797086B2 (ja) * | 2011-11-01 | 2015-10-21 | 太平洋セメント株式会社 | 高純度炭化珪素粉末の製造方法 |
| KR101349502B1 (ko) * | 2011-12-28 | 2014-01-08 | 엘지이노텍 주식회사 | 탄화규소 분말 제조 방법 |
| JP6230106B2 (ja) * | 2013-07-31 | 2017-11-15 | 太平洋セメント株式会社 | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
| JP6270414B2 (ja) * | 2013-10-30 | 2018-01-31 | 太平洋セメント株式会社 | 炭化珪素の製造方法 |
| JP6210598B2 (ja) * | 2014-02-25 | 2017-10-11 | 太平洋セメント株式会社 | 炭化珪素粉末の製造方法 |
| CN105236410B (zh) * | 2015-09-15 | 2017-07-18 | 扬州大学 | 发光非晶碳化硅纳米颗粒的制备方法 |
| CN105858664B (zh) * | 2016-06-17 | 2017-11-28 | 大同新成新材料股份有限公司 | 可提高碳化硅质量的方法及艾奇逊炉 |
| JP6990136B2 (ja) * | 2017-07-27 | 2022-01-12 | 太平洋セメント株式会社 | 炭化ケイ素粉末 |
| CN108529630A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-09-14 | 东北大学 | 一种采用内热法制备碳化硅的方法 |
| JP7518593B2 (ja) * | 2020-01-29 | 2024-07-18 | 太平洋セメント株式会社 | 炭化ケイ素粉末の製造方法 |
| JP7483192B2 (ja) * | 2020-03-19 | 2024-05-15 | 太平洋セメント株式会社 | 複合粒子およびその製造方法 |
| CN112811426A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 山东天岳先进科技股份有限公司 | 一种碳化硅粉料及制备方法与装置 |
| KR102509020B1 (ko) * | 2021-12-20 | 2023-03-14 | 주식회사 플러스매니저 | 태양광 폐패널로부터 회수된 실리콘을 이용한 상압소결용 탄화규소분말 및 이의 제조방법 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5848487B2 (ja) * | 1976-03-31 | 1983-10-28 | 東芝セラミツクス株式会社 | 高純度炭化珪素粉末の製造方法 |
| US4141740A (en) | 1978-02-23 | 1979-02-27 | University Of Utah | Solid solution and process for producing a solid solution |
| JPS589807A (ja) * | 1981-07-10 | 1983-01-20 | Showa Denko Kk | 高純度ＳｉＣの製造法 |
| US4419336A (en) * | 1982-03-29 | 1983-12-06 | Norton Company | Silicon carbide production and furnace |
| US4702900A (en) * | 1985-04-08 | 1987-10-27 | Bridgestone Corporation | Method of producing silicon carbide |
| US4686032A (en) * | 1985-04-10 | 1987-08-11 | Electro Minerals (Canada), Inc. | Automatic method for separating and cleaning silicon carbide furnace materials |
| JPS6227316A (ja) * | 1985-07-26 | 1987-02-05 | Ibiden Co Ltd | 高純度炭化珪素微粉末の製造方法 |
| JPS636716A (ja) | 1986-06-26 | 1988-01-12 | Nec Corp | 直熱型陰極構体 |
| JPS6461308A (en) | 1987-09-01 | 1989-03-08 | Tokai Konetsu Kogyo Kk | Production of high-purity silicon carbide powder |
| ES2059003T3 (es) * | 1990-09-07 | 1994-11-01 | Starck H C Gmbh Co Kg | Procedimiento para la preparacion de polvo de carburo de silicio beta. |
| EP0486938B1 (en) * | 1990-11-20 | 1999-05-19 | Asahi Glass Company Ltd. | Heat treating apparatuses for semiconductors and high purity silicon carbide parts for the apparatuses and a method of making thereof |
| NO306815B1 (no) * | 1994-06-06 | 1999-12-27 | Norton As | Fremgangsmåte ved fremstilling av siliciumkarbid |
| JP4006716B2 (ja) | 1997-06-20 | 2007-11-14 | 信越石英株式会社 | 高純度炭化珪素粉およびその製造方法 |
| JP4589491B2 (ja) * | 1999-08-24 | 2010-12-01 | 株式会社ブリヂストン | 炭化ケイ素粉末、グリーン体の製造方法、及び炭化ケイ素焼結体の製造方法 |
| ITMI20081085A1 (it) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | N E D Silicon S P A | Metodo per la preparazione di silicio di grado metallurgico di elevata purezza. |
| DE102008064642A1 (de) | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Evonik Degussa Gmbh | Zusammensetzung oder Kit für ein Verfahren zur Herstellung von hochreinem Siliciumcarbid aus Kohlenhydraten und Siliciumoxid sowie darauf basierende Artikel |
| WO2012163534A1 (en) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Evonik Solar Norge As | Starting materials for production of solar grade silicon feedstock |
-
2012
- 2012-08-23 US US14/239,555 patent/US9382121B2/en active Active
- 2012-08-23 KR KR1020147004174A patent/KR101940351B1/ko active IP Right Grant
- 2012-08-23 JP JP2013530051A patent/JP5999715B2/ja active Active
- 2012-08-23 TW TW101130654A patent/TWI542542B/zh active
- 2012-08-23 EP EP12825897.7A patent/EP2749531B1/en active Active
- 2012-08-23 CN CN201280040204.7A patent/CN103857622A/zh active Pending
- 2012-08-23 WO PCT/JP2012/071270 patent/WO2013027790A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103857622A (zh) | 2014-06-11 |
| KR20140081784A (ko) | 2014-07-01 |
| US20140301933A1 (en) | 2014-10-09 |
| US9382121B2 (en) | 2016-07-05 |
| EP2749531A1 (en) | 2014-07-02 |
| EP2749531B1 (en) | 2023-08-23 |
| KR101940351B1 (ko) | 2019-01-18 |
| WO2013027790A1 (ja) | 2013-02-28 |
| EP2749531A4 (en) | 2015-05-13 |
| TW201326041A (zh) | 2013-07-01 |
| JPWO2013027790A1 (ja) | 2015-03-19 |
| TWI542542B (zh) | 2016-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5999715B2 (ja) | 炭化珪素粉末の製造方法 | |
| JP6230106B2 (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法 | |
| JP6210598B2 (ja) | 炭化珪素粉末の製造方法 | |
| AU2009299921A1 (en) | Production of solar-grade silicon from silicon dioxide | |
| CN101033068A (zh) | 一种高纯超细球形硅微粉的制备方法 | |
| JP2013112541A (ja) | 炭化珪素を含む耐火物の製造方法 | |
| JP3644713B2 (ja) | 六方晶窒化ほう素粉末の製造方法 | |
| JP5797086B2 (ja) | 高純度炭化珪素粉末の製造方法 | |
| KR101084711B1 (ko) | 고순도 베타상 탄화규소 미세 분말의 저온 제조 방법 | |
| JP2013107783A (ja) | 炭化珪素焼結体の製造方法 | |
| JP2013112544A (ja) | 高純度炭化珪素ウィスカー、及びその製造方法 | |
| JP6707407B6 (ja) | 炭化ケイ素粉末の製造方法 | |
| JP6297812B2 (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| JP6270414B2 (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| JP6527430B2 (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| CN103556212A (zh) | 一种碳化硅晶须的制作方法 | |
| JP6616660B2 (ja) | 炭化ケイ素の製造方法 | |
| JP6261384B2 (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| JP6508583B2 (ja) | 炭化珪素単結晶の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150805 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160517 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160715 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160824 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160824 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5999715 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |