JPH0224781B2 - - Google Patents

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JPH0224781B2
JPH0224781B2 JP59078133A JP7813384A JPH0224781B2 JP H0224781 B2 JPH0224781 B2 JP H0224781B2 JP 59078133 A JP59078133 A JP 59078133A JP 7813384 A JP7813384 A JP 7813384A JP H0224781 B2 JPH0224781 B2 JP H0224781B2
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JP
Japan
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aluminum
silicon carbide
raw material
manufacturing
carbon
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JP59078133A
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Osayasu Sato
Kazuhisa Hara
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60221366A publication Critical patent/JPS60221366A/en
Publication of JPH0224781B2 publication Critical patent/JPH0224781B2/ja
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、易焼結性炭化珪素微粉の製造方法に
係り、特に本発明はアルミニウム源を原料中に均
一に分散配合した原料を竪型の炉で加熱し連続的
にβ型結晶を主体としかつアルミニウムを固溶し
た易焼結性炭化珪素微粉を製造する方法に関す
る。 従来、炭化珪素焼結体用の易焼結性炭化珪素粉
末の製造方法としては、例えば、(イ)特開昭55−
136174号公報並びに(ロ)特開昭55−20268号公報の
発明が開示されている。 上記(イ)の特開昭55−136174号公報によれば、
「アルミニウムを0.2〜0.6重量%固溶して含有さ
せた炭化珪素を3ミクロン以下の微粉末とし、こ
れを焼結原料として用い、焼結時に焼結促進剤を
加えることなく焼結することを特徴とする炭化珪
素焼結体の製造法。」が開示されている。 しかしながら、上記(イ)の公報記載の製造法は、
原料となる炭素やシリカ中に固溶された窒素含有
量が多い場合には、前記アルミニウムと窒素とが
反応してAlNを形成し、焼結助剤としてのアル
ミニウムが不足することがあり、炭化珪素焼結体
の製造用原料としては最適なものとはいえない。 一方、特開昭55−20268号公報によれば、「珪素
原料および炭素原料に、硼素系およびアルミニウ
ム系の焼結促進剤を、生成炭化珪素中に硼素を
0.05〜0.25重量%、アルミニウムを0.05〜0.40重
量%となる量添加し、非酸化性雰囲気下で、1500
〜2600℃に加熱し粉砕することを特徴とする易焼
結性炭化珪素粉末の製造法。」が開示されている。 しかしながら、上記(ロ)の公報記載の製造法も炭
素やシリカ原料中に含有される固溶窒素の量は考
慮されてあらず、焼結助剤として作用する硼素や
アルミニウムが固溶された窒素と反応して消耗さ
れることに着眼されていない。 他方、従来、炭化珪素を連続的に製造する方法
は数多く提案され、例えば西ドイツ特許第
1186447号にα型炭化珪素を得ることを目的とし、
中間工程で垂直炉を用いてβ型炭化珪素を連続製
造する方法が開示されているが、該方法は連続化
のために珪砂を炭材で被覆する原料処理に特徴が
あり、後で詳しく述べるところのSiOガスの挙動
が考慮されていないので、原料収率と熱効率が低
くなり、さらにSiOガスの析出反応により排ガス
通路が閉塞されるため安定した連続操業には不適
当である。 他方、2H型結晶を10%以上含有する炭化珪素
を出発原料とする方法も知られているが、この方
法において使用される炭化珪素は前述の如く、実
質的に化学気相反応沈積法あるいはカーボンブラ
ツクとコロイド状シリカとの反応により製造され
るものであり、工業的には非常に高価であると思
われる。 本発明はβ型結晶を主体とする炭化珪素である
ことが好適である。従来β型炭化珪素は学術的に
は試料として化学気相反応沈積法で製造されたも
のが主として用いられているが、工業的には非常
に高価であるため実用化されたことはなかつた。
しかしながら、経済的でかつ工業的な規模におけ
るβ型結晶よりなる炭化珪素を連続製造するため
の方法は未だ知られていない。このような観点に
立ち、本発明者等は先に特願昭49−126425号によ
りβ型炭化珪素の連続的製造方法に、また特願昭
54−60501号により主としてβ型結晶よりなる炭
化珪素の連続的製造方法に係る発明を提案してい
る。 本発明は、前記本発明者等が先に発明し特許出
願した方法の改良に係り、本発明は予熱帯におけ
る熱効率と装入された原料の自重降下性をよく
し、安定した炉況を維持しかつ低い電力源単位で
主としてアルミニウムが一定量固溶したβ型結晶
よりなる炭化珪素を連続的に製造する方法を提供
することを目的とし、また前記(イ)並びに(ロ)の公報
記載の製造法の欠点を除去・改善することを目的
とし、前記特許請求の範囲記載の製造方法を提供
することにより、前記目的を達成することができ
るものである。 以下、本発明の製造方法を詳しく説明する。 本発明によれば、炭素とシリカとを所定のモル
比で配合した原料を非酸化性雰囲気下で加熱して
得られる炭化珪素にアルミニウムが固溶して含有
される前記従来の炭化珪素の製造方法において、
アルミニウム源を原料中に均一に分散配合した原
料を竪型の炉の上部より連続的或いは間歇的に投
入してアルミニウム分圧又はアルミニウム酸化物
分圧を一定に保持することが必要である。 その理由は、得られる炭化珪素微粉にアルミニ
ウムが何らかの形態で固溶されるためには、Al
−O−C系の状態図の領域内にアルミニウム分圧
又はアルミニウム酸化物の分圧を維持することが
重要な条件となると考えられるからである。すな
わち、炭化珪素微粉にアルミニウムが固溶される
形態としては、Al4C3、Al−O−Si化合物、Al−
Siのいずれかであると考えられるが、これらが固
溶されるための作用要因として次のものが考えら
れる。 (イ) 反応温度が約2000℃〜2700℃であること (ロ) PAl2O及び/又はPsio分圧が一定であること (ハ) PAl2O/Pcoが0.03〜1.0の範囲であること (ニ) 反応炉の雰囲気は比較的気密な状態であるこ
と (ホ) Al2Oガスの発生は、出発原料の炭材及び/
又は珪石並びその他の原料配合物であることが
必要である。 しかして、炭化珪素微粉を工業的に製造するに
当つては各種の原材料、即ち珪石や炭材としての
コークスなどに由来する不可避的な不純物が一定
量含有されることになり、特に炭化珪素微粉の表
面にSiO2膜として存在する酸素や固溶する窒素
などが微量含有されることは避けられない問題で
ある。一方、前記珪石や炭材としてのコークスな
どの種類を適宜選択することによりアルミニウム
の含有量を調整することも可能である。 そのため、従来の炭化珪素微粉及びこれを使用
した焼結体の製造方法においては殆んど考慮され
ていなかつた炭化珪素微粉表面に存在する酸素や
窒素などの不純物が焼結に及ぼす悪影響、例えば
焼結助剤として添加したホウ素が炭化珪素微粉表
面に固溶している窒素と反応してBN結合を形成
して高密度化助剤として作用する効果を消失して
しまう欠点に着眼し、従来の方法ではホウ素の添
加使用が比較的多く焼結体の耐酸化性や電気的特
性などを低下させていた原因を除去・改善し得る
ことを本発明者らは種々の実験により確認し、次
に示すような新規な知見を得て本発明を完成した
ものである。 すなわち、本発明者らは窒素含有量によつて必
要とされる量よりもやや過剰のアルミニウムを原
料組成物に含有させ又は添加して補給しておくこ
とによりAlNを選択的に形成させ不溶態のもの
とした炭化珪素粉末を使用するか、或いは焼結用
生成形体中にアルミニウムを一定量含有させてお
くこと、並びにβ型結晶の炭化珪素が90%以上で
ある焼結性の極めて良好な炭化珪素微粉を出発原
料として使用することにより、焼結が開始される
際に炭化珪素微粉粒子の相互の接触部に生起する
焼結開始結合点すなわちネツクを均一に発生させ
ることができ、かつ焼結時におけるSiCの固体拡
散を促進し、比較的低温で高密度化ができるとと
もに前記固体拡散に伴つて板状の結晶粒子を生成
させ、板状の結晶粒が相互に交差した構造とする
ことができる。さらに従来炭化珪素微粉の酸素含
有量によつて必要とされる量よりも過剰に添加す
ると炭素が炭化珪素焼結体内に遊離炭素の形態で
残存して焼結体の物性特に強度を劣化させると考
えられていた炭素質添加剤を炭化珪素微粉の酸素
含有量によつて必要とされる量よりも過剰に添加
し、積極的に炭化珪素焼結体内に遊離炭素の形態
で含有させることによつてβ型結晶のα型結晶へ
の相変態を適正化し、かつβ型結晶のα型化に伴
う板状結晶の粗大化を防止し、比較的均一な粒径
を有する板状結晶が相互に交差し、その間隙をさ
らに微細な粒径を有する結晶粒で埋めることによ
り、均質構造でかつ、微細構造を有し高密度で高
品位の焼結体を得ることのできる原料が提供でき
ることを新規に知見したものである。 すなわち、本発明によれば配合原料は炭素とシ
リカとをC/SiO2のモル比で3.0〜4.5の範囲で配
合され、その配合された原料中にアルミニウム源
が予め炭素又はシリカの原料中に含有されたもの
であるか又はアルミニウム又はアルミ化合物とし
てアルミニウム換算で0.3〜3.5重量%添加混合さ
れたものであることを必要とし、前記アルミニウ
ム源はアルミニウム又はアルミニウム化合物のい
ずれか或いはこれらの混合物であつて、アルミニ
ウムに換算して配合原料中に0.3〜3.5重量%を含
有するものであることを必要とするものである。 次に本発明を詳細に説明する。 炭化珪素はその結晶型が数多く知られており、
従来六方晶体のα型と立方晶系のβ型との2種類
に大別されている。前者α型には高温例えば2000
℃以上でも安定な4H、6H型等の高温安定タイプ
炭化珪素と1500℃以下で安定な2H型炭化珪素と
が知られている。一方後者β型はほぼ2000℃位ま
では安定な3C型であることが知られている。 従来、炭化珪素の無加圧焼結法では出発原料と
して高温安定タイプα型炭化珪素を使用すると比
較的高密度の焼結体を安定して得易いことが種々
報告されているが、高温安定タイプα型炭化珪素
は焼結に際して結晶型の変態転移を伴わず、焼結
速度が遅いため、高密度の焼結体を得ようとする
と焼結温度を高めて焼結する必要があり、さらに
高温安定タイプα型炭化珪素を出発原料として得
られる焼結体は異方性のない擬球状の比較的粗大
な結晶粒よりなる構造となるため高強度の焼結体
を得ることは困難であつた。また、β型結晶を主
体とする炭化珪素を出発原料とする場合には焼結
に際してβ型結晶がα型化し易く、高密度化が困
難であつたため、先にも記載した如く、焼結に際
して雰囲気を窒素ガス雰囲気に保持したり、出発
原料中に0.05〜5重量%のα型炭化珪素微粉を添
加することが必要であるとされているがβ型炭化
珪素を出発原料として使用し、β型炭化珪素の大
部分をα型化させて、かつ高密度の焼結体を得る
方法は従来知られていない。 つまり本発明によれば、アルミニウム源が炭素
又はシリカ原料中に配合され、或いは前記原料に
補足添加され、アルミニウム換算で0.3〜3.5重量
%に含有されていることが必要である。アルミニ
ウムが0.3重量%より少いと炭化珪素微粉中に含
有される固溶窒素の全てをAlNとして固定する
ことができないため、この炭化珪素微粉を原料と
する焼結体の製造時にBとNとが反応してBの効
果が失われることになり、一方アルミニウムが
3.5重量%よりも過剰であると未反応のアルミニ
ウムが炭化珪素焼結体の高温強度を低下させるこ
とになる。 なお、前記炭化珪素微粉に含有される窒素は、
0.02から0.3重量%位であることが好適である。
窒素含有量を0.02重量%以下にすることは可能で
あるが、工業用原料として極めて高価なものを使
用しなければならず、また炭化珪素微粉の製造条
件の制御が極めてシビアーとなり実用的でない。
一方0.3重量%以上の窒素が含有されると過剰の
アルミニウムを必要とし、前述のように炭化珪素
質焼結体の特性に悪い影響を及ぼすことになり好
ましくない。 また、アルミニウムの含有量が、0.7重量%よ
り多いと、焼結時におけるSiCの固体拡散が著し
く促進され、板状結晶が極めて急速に異常粒成長
するため高密度の焼結体を得ることが困難になる
ばかりでなく、焼結体の高温特性が劣化するから
であり、したがつて、前記の範囲内のアルミニウ
ムの量でより好適な結果が得られる。 そして、前記アルミニウム含有添加物は焼結時
にアルミニウムを遊離するものであればよく、ア
ルミニウムとホウ素との化合物などであつてもよ
い。 なお、本発明では、炭化珪素を製造する際の原
料中にアルミニウム含有富化剤を添加したり、あ
らかじめアルミニウムを一定量含有する原料を使
用したりして製造された炭化珪素微粉を使用する
ことが有利である。 そして、前記アルミニウム含有富化剤としては
各種のアルミニウム含有塩や金属アルミニウムを
使用することもできるが、アルミナ(酸化アルミ
ニウム)、ムライト等を使用することが経済上有
利である。 このように、本発明によれば原料組成中にアル
ミニウムを一定量含有させておくか或いは添加し
ておくことにより、炭化珪素微粉中に存在する固
溶窒素と反応してAlNを形成させることが重要
である。その結果焼結助剤としてのホウ素が固溶
窒素と反応してBNを形成することが防止できる
利点がある。それは、AlはBよりもNとの結合
性が強いため、AlはNと反応することにより焼
結反応時にBと反応してBN化することが防止で
きるのでBの添加量を低減できることになるもの
と考えられるからである。 なお、前記アルミニウム源は前記炭素又はシリ
カ源料中または他の添加剤に総量としてアルミニ
ウム換算で0.3〜3.5重量%含有されたものである
ことがより好ましい。0.005重量%より少ないと
固溶窒素のすべてをAlN化することができず、
0.5重量%より多いと未反応Alが残存し焼結体の
特性を低下させることになるからである。 そして、前記窒素に前記炭化珪素微粉に0.015
〜0.25重量%含有されたものであることがより好
ましい。 前記ホウ素との相乗効果により高密度化助剤と
して作用すると共に、焼結の初期段階における粒
界相の形成や結晶の粗大化防止並びにSiO2膜の
除去などの諸々の作用が十分に発揮されるには、
上記の炭素微粉を添加使用することが有効である
ことが確認されたからである。 本発明によれば第1図に示すような竪型の炉を
特徴とする製造装置を使用する必要がある。 ここで、本発明を実施するに用いることのでき
る製造装置の1例を図面について説明する。 本発明の方法で使用する装置は、第1図に示す
如く原料装入口1と予熱帯2と加熱帯3と冷却帯
4と密閉自在の生成物排出口5とを有し、それら
が縦方向にそれぞれ連接されてなる反応容器6で
あつて、前記加熱帯を形成する筒8は黒鉛製であ
り、加熱帯の装入物を間接電気加熱する手段1
0,11,12を具備し、少なくとも前記加熱帯
3の外側に炭素あるいは黒鉛質微粉よりなる断熱
層9を有するものである。 前記反応容器6は装置の中心部に設置され、間
接加熱手段10,11,12は加熱帯を形成する
筒8の外側に垂設された黒鉛製発熱体10と、前
記発熱帯10の発熱部11の外側に近接して、か
つ前記断熱層の内側に設けられた黒鉛製反射筒1
2からなる。 前記黒鉛製発熱体10はU字型の形状を有し、
加熱帯を形成する筒の外側に近接して、発熱体の
発熱部11が加熱帯域の垂直方向に対向するよう
に、かつ加熱帯内の装入物をできるだけ均一に加
熱するように設けられている。 そして、黒鉛製発熱体10は加熱帯を形成する
筒8と黒鉛製反射筒12により取り囲まれた空間
内にあり、前記空間内には非酸化性ガス封入口1
3より例えばアルゴン、ヘリウム、窒素、一酸化
炭素、水素その他の非酸化性ガスが封入され、空
気の侵入による黒鉛製発熱体の酸化消耗を防止す
ることができる。 つまり、前記竪型の炉は少なくとも上部に原料
投入口を有しかつ予熱帯と加熱帯と冷却帯とを順
次下方向に備え下部には生成物を取り出す密閉口
を有する竪型の反応容器であることを特徴とす
る。 その理由は、本発明において、予熱帯における
原料充てん層の高さを0.2〜0.9mの範囲内に維持
するとともに、前記予熱帯における原料充てん層
を通過するるCOガス及びSiOガスの量が増加し、
原料層でSiOガスからの析出物が高濃度で凝縮す
ることになり、原料の円滑な自重降下を長期間に
渡つて維持することが難しくなるからである。す
なわち縦方向に長い反応容器を用いて生産量の増
大を計ることは本発明において原料の自重降下性
を悪くする結果となるので好ましくないからであ
る。 なお本発明において、前記予熱帯内における原
料充てん層の高さは加熱帯内の装入物を間接電気
加熱する手段、すなわち発熱体の発熱部あるいは
誘導コイルの上端より原料充てんの層の表面まで
の垂直の長さのことである。本発明において前記
原料充てん層の高さの範囲内で長時間に渡り原料
充てん層表面を一定の位置に保持するか、あるい
は間歇的に原料充てん層表面の位置を脈動させる
こともできる。 本発明によれば、前記の如く配合された原料
を、予熱帯、加熱帯および冷却帯を有する反応容
器の上部より連続的あるいは間歇的に予熱帯に装
入し、装入された原料を前記反応容器の予熱帯内
を連続的あるいは間歇的に自重降下させつつ加熱
帯に至らせ、加熱帯内で水平方向に間接電気加熱
して1650〜2100℃の温度範囲内でSiC化反応を行
なわせるに際し、本発明において最も重要なこと
は予熱帯における原料充てん層の高さを0.2〜
0.9mの範囲内に維持することが必要である。 前記原料充てん層の高さを0.2mより低く操業
すると、高温のCOガスが原料と充分に熱交換さ
れずして系外に放出され、また反応容器を伝達し
て予熱帯で放散する熱量も増加するので熱効率が
低下すると同時に、COガスと共に系外に放出さ
れるSiOガスの量が増加するため熱損失と原料損
失が大きくなり経済的にβ型炭化珪素を製造する
ことが難しく、一方前記原料充てん層の高さを
0.9mより高く操業すると、加熱帯より上昇して
きたSiOガスのほとんどが前記析出物となり系外
に放出されないために次第に反応容器内のSiOガ
ス分圧が上昇し、予熱帯における析出量が増加す
る結果、原料の円滑な自重降下が著しく阻害され
長期間の安定した連続操業が困難となるので、予
熱帯における原料充てん層の高さを0.2〜0.9mの
範囲内に維持する必要があり、0.3〜0.7mの範囲
内において最も良い結果が得られる。 なお、本発明の製造方法におけるシリカと炭素
から生成される炭化珪素の反応式は一般に下記(1)
式によつて示される。 SiO2+3C→SiC+2CO ……(1) しかしながら実際に主体となる生成機構は下記
の(2)式によつてSiOガスが生成し、該SiOガスと
炭素が(3)式にしたがつて反応し炭化珪素が生成す
ることが知られている。 SiO2+C→SiO+CO ……(2) SiO+2C→SiC+CO ……(3) 本発明においては、出発原料として珪石、珪砂
あるいはそれらの粉末から選択された高純度のシ
リカと、各種の粒状または粉状の炭材から選択さ
れた炭素とを用いる。この原料を配合するに際
し、アチエソン炉を用いる従来法における配合比
の如く、炭素のシリカに対する配合比が化学当量
に近いかあるいは低い配合原料とすることは好ま
しくない。 なぜならば本発明において、このような従来法
に近い配合原料を使用すると、前記(2)式に従つて
生成するSiOガスのうちSiC化されないものが多
くなり反応容器内のSiOガス量が増加する。前記
SiOガスは予熱帯で下記の(4)式、(5)式、(6)式に示
す反応を生起する。 2SiO→SiO2+Si ……(4) SiO+CO→SiO2+C ……(5) 3SiO+CO→2SiO2+SiC ……(6) この結果SiO2、Si、SiC、C等の混合した半溶
融物の析出量を増加させる。前記析出物は粘着性
を持つため、原料が互いに凝結し、炭化珪素を連
続的に製造するために最も重要な原料の円滑な移
動降下が著しく阻害され、長期間の安定した連続
操業は困難になる。 したがつて本発明によれば、前記シリカと炭素
からなる配合原料はシリカ粒と炭素粒の混合物、
シリカ粉と炭素粉を混合し団粒状に成形した物あ
るいは該団粒に例えば木片、籾殻、ヤシ殻、木炭
粒、コークス粒、石灰粒の何れか1種または2種
以上を添加した物を使用することができるが、前
記配合原料は炭素過剰に配合し、その配合モル比
C/SiO2は3.2〜5.0の範囲内とする必要がある。
その理由は前記配合比が3.2より小さいとシリカ
を十分に反応させるとともに前述した如く原料の
円滑な自重降下を長期間にわたつて維持すること
が難しくなり、他方5.0より大きいと反応に寄与
しない炭素を高温に加熱するために熱効率が低く
なるし、炭素原料に要する費用が増加するので経
済的にβ型炭化珪素を製造するには好ましくない
ことに有る。 このように、本発明によればシリカと炭素を
C/SiO2モル比で3.0〜4.5の範囲内に配合した原
料を予熱帯と加熱帯と冷却帯を有する反応容器内
で連続的あるいは間歇的に自重降下させつつ1650
〜2100℃の温度に間接電気加熱してSiC化反応を
行なわせる主としてβ型結晶よりなる炭化珪素の
製造方法において前記配合原料の嵩比重を0.45〜
0.90の範囲内となし、また、前記予熱帯における
原料充てん層の高さを0.2〜0.9mの範囲内に維持
しながら操業することによつて本発明の目的を達
成することができる。 また、本発明によれば前記炭化珪素微粉はβ型
結晶の炭化珪素を90%以上含有するものであるこ
とが必要である。 前記炭化珪素微粉がβ型結晶の炭化珪素を90%
以上含有することが必要な理由について説明す
る。 通常β型結晶を主体とする炭化珪素に混在する
結晶はβ型結晶より低温域で安定な2H型結晶あ
るいはβ型結晶より高温域で安定な4H、6H型等
のα型結晶である。前記2H型炭化珪素は通常の
焼結反応の生じる温度域において極めて不安定で
あり、焼結に際して異常粒成長の原因となり易
く、2H型炭化珪素10%以上含有すると焼結温度
等の焼結条件の最適範囲が極めて狭く例えば2000
℃以下としなければならないし、一方4H、6H型
等の高温安定タイプα型炭化珪素を含有すると焼
結中にβ型結晶からα型結晶への相変態が促進さ
れるため、本発明の目的とする比較的均一な粒径
を有する板状結晶が相互に交叉し、その間隙がさ
らに微細な粒径の結晶粒で埋められた微細構造を
有する焼結体を得ることが困難である。したがつ
て、本発明の目的とする前記の如き微細構造を有
し、かつ高強度の焼結体を得るにはβ型結晶の炭
化珪素が90%以上の炭化珪素微粉を出発原料とす
ることが必要であり、なかでもβ型結晶の炭化珪
素が95%以上の炭化珪素微粉がより好適である。 次に本発明の実施例について説明する。 実施例 1 シリカ粉(SiO2=99.7%、80メツシユ以下)
100重量部、石油コークス粉、(C=98.7%、アル
ミニウム(灰分)=0.5%、325メツシユ以下)76
重量部、及び高ピツチ粉(C=50.4%、200メツ
シユ以下)7重量部を配合し、縦型スクリユー混
合機に入れて10分間混合した。前記配合原料にカ
ルボメチルセルロース0.5%水溶液をスプレーし
ながら皿型造粒機を用いて成形し、篩とバーグリ
ズリーで整粒した後、バンド型通気乾燥機に入れ
て150℃の熱風で90分間乾燥して平均粒径10.5mm、
嵩比重0.60、C/SiO2モル比が4.0の成形原料を
得た。なお該成形原料を第1表に示した仕様の製
造装置の上部より装入し、原料層の予熱帯におけ
る充てん層の高さを0.5m、COガスの質量速度を
250〜260Kg/m2hrの範囲内に維持し、黒鉛製筒の
外壁温度が2150℃に制御された加熱帯内を降下さ
せつつ、間接電気加熱して約1850℃でSiC化反応
を行なわせ、生成したCOガス中で450℃迄冷却し
た後、排出口より反応生成物を連続的に排出させ
た。得られた生成物の不純物を除いた組成比は
SiC71.6%、SiO22.3%遊離炭素(F.C.)26.1%で
あり、前記SiCのうちβ型結晶であるものは96.5
%であり、その平均粒径は10.3μであつた。
The present invention relates to a method for producing easily sinterable silicon carbide fine powder, and in particular, the present invention involves heating a raw material in which an aluminum source is uniformly dispersed in a raw material in a vertical furnace to continuously form mainly β-type crystals. The present invention also relates to a method for producing easily sinterable silicon carbide fine powder containing aluminum as a solid solution. Conventionally, as a method for manufacturing easily sinterable silicon carbide powder for silicon carbide sintered bodies, for example, (a) JP-A-55-
136174 and (b) JP-A-55-20268 are disclosed. According to JP-A No. 55-136174 in (a) above,
``Silicon carbide containing 0.2 to 0.6% aluminum as a solid solution is made into a fine powder of 3 microns or less, and this is used as a sintering raw material, and sintering is performed without adding a sintering accelerator during sintering. A method for producing a characterized silicon carbide sintered body.'' is disclosed. However, the manufacturing method described in the publication in (a) above,
If the carbon or silica used as the raw material contains a large amount of nitrogen dissolved in solid solution, the aluminum and nitrogen may react to form AlN, resulting in insufficient aluminum as a sintering agent, resulting in carbonization. It cannot be said to be optimal as a raw material for manufacturing silicon sintered bodies. On the other hand, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-20268, "Boron-based and aluminum-based sintering accelerators are added to silicon raw materials and carbon raw materials, and boron is added to the produced silicon carbide."
Adding 0.05 to 0.25% by weight and aluminum in an amount of 0.05 to 0.40% by weight, under a non-oxidizing atmosphere,
A method for producing easily sinterable silicon carbide powder, which comprises heating to ~2600°C and pulverizing. ' has been disclosed. However, the manufacturing method described in the above publication (b) does not take into account the amount of solid solution nitrogen contained in the carbon and silica raw materials, and the nitrogen that acts as a sintering aid, such as boron and aluminum, is dissolved in solid solution. They are not paying attention to the fact that they are consumed in response to this. On the other hand, many methods for continuously producing silicon carbide have been proposed, such as West German Patent No.
No. 1186447 for the purpose of obtaining α-type silicon carbide,
A method for continuously producing β-type silicon carbide using a vertical furnace in an intermediate process is disclosed, but this method is characterized by raw material processing in which silica sand is coated with carbon material for continuous production, which will be described in detail later. However, since the behavior of SiO gas is not taken into consideration, the raw material yield and thermal efficiency are low, and the exhaust gas passage is blocked due to the precipitation reaction of SiO gas, making it unsuitable for stable continuous operation. On the other hand, a method using silicon carbide containing 10% or more of 2H-type crystals as a starting material is also known, but as mentioned above, the silicon carbide used in this method is essentially a chemical vapor phase reaction deposition method or carbon It is produced by the reaction of black and colloidal silica, and is considered to be very expensive industrially. In the present invention, it is preferable to use silicon carbide mainly composed of β-type crystals. Conventionally, β-type silicon carbide has mainly been used academically as a sample produced by a chemical vapor phase reaction deposition method, but industrially it has never been put to practical use because it is very expensive.
However, an economical and industrial-scale method for continuously producing silicon carbide consisting of β-type crystals is not yet known. From this point of view, the present inventors have previously published a method for continuous production of β-type silicon carbide in Japanese Patent Application No. 49-126425, and
No. 54-60501 proposes an invention relating to a continuous production method of silicon carbide mainly consisting of β-type crystals. The present invention relates to an improvement of the method previously invented and patented by the present inventors, and the present invention improves the thermal efficiency in the preheating zone and the dead weight drop of the charged raw materials, and maintains stable furnace conditions. Moreover, the purpose is to provide a method for continuously producing silicon carbide mainly consisting of β-type crystals in which a certain amount of aluminum is dissolved in solid solution using a low power source unit, and also to provide a method for continuously producing silicon carbide mainly composed of β-type crystals in which a certain amount of aluminum is dissolved. The object is to eliminate and improve the drawbacks of the manufacturing method, and by providing the manufacturing method described in the claims above, the above object can be achieved. The manufacturing method of the present invention will be explained in detail below. According to the present invention, the above-mentioned conventional silicon carbide is produced in which aluminum is contained as a solid solution in silicon carbide obtained by heating a raw material containing carbon and silica in a predetermined molar ratio in a non-oxidizing atmosphere. In the method,
It is necessary to keep the aluminum partial pressure or aluminum oxide partial pressure constant by continuously or intermittently charging a raw material with an aluminum source uniformly dispersed into the raw material from the upper part of the vertical furnace. The reason is that in order for aluminum to be dissolved in some form in the obtained silicon carbide fine powder, Al
This is because it is considered that maintaining the partial pressure of aluminum or the partial pressure of aluminum oxide within the region of the phase diagram of the -O-C system is an important condition. That is, the forms in which aluminum is dissolved in silicon carbide fine powder include Al 4 C 3 , Al-O-Si compounds, and Al-
It is thought that it is either Si, but the following factors are considered to be the factors contributing to their solid solution. (b) The reaction temperature is approximately 2000°C to 2700°C (b) The PAl 2 O and/or Psio partial pressure is constant (c) PAl 2 O/Pco is in the range of 0.03 to 1.0 ( d) The atmosphere of the reactor must be relatively airtight. (e) The generation of Al 2 O gas is caused by
Or it needs to be a mixture of silica and other raw materials. Therefore, when producing silicon carbide fine powder industrially, it contains a certain amount of unavoidable impurities derived from various raw materials, such as silica stone and coke as a carbon material. It is an unavoidable problem that trace amounts of oxygen existing as a SiO 2 film and nitrogen dissolved in solid solution are contained on the surface of the substrate. On the other hand, it is also possible to adjust the aluminum content by appropriately selecting the type of silica stone and coke as the carbon material. Therefore, in conventional methods of manufacturing silicon carbide fine powder and sintered bodies using the same, impurities such as oxygen and nitrogen present on the surface of silicon carbide fine powder have an adverse effect on sintering, for example. Focusing on the drawback that boron added as an auxiliary agent reacts with nitrogen solidly dissolved on the surface of silicon carbide fine powder to form BN bonds and lose the effect of acting as a densification auxiliary agent, the conventional The present inventors confirmed through various experiments that the relatively large amount of boron used in this method can eliminate and improve the causes of deterioration of the oxidation resistance and electrical properties of sintered bodies. The present invention was completed based on the novel findings shown below. That is, the present inventors selectively form AlN by adding or replenishing aluminum to the raw material composition in an amount slightly in excess of that required by the nitrogen content. Either use a silicon carbide powder with a specific content, or contain a certain amount of aluminum in the formed body for sintering. By using silicon carbide fine powder as a starting material, it is possible to uniformly generate sintering initiation bonding points, that is, nets, which occur at the mutual contact areas of silicon carbide fine powder particles when sintering is started, and to prevent sintering. To promote the solid-state diffusion of SiC during solidification, to achieve high density at a relatively low temperature, and to generate plate-shaped crystal grains along with the solid-state diffusion, resulting in a structure in which the plate-shaped crystal grains intersect with each other. Can be done. Furthermore, if carbon is added in excess of the amount required by the oxygen content of conventional silicon carbide fine powder, carbon may remain in the silicon carbide sintered body in the form of free carbon, degrading the physical properties, especially the strength, of the sintered body. The previously thought carbonaceous additive was added in excess of the amount required by the oxygen content of the silicon carbide fine powder, and was actively incorporated in the form of free carbon into the silicon carbide sintered body. As a result, the phase transformation of β-type crystals to α-type crystals is optimized, and the coarsening of plate-shaped crystals caused by conversion of β-type crystals to α-type is prevented, and plate-shaped crystals with relatively uniform grain size are mutually bonded. By intersecting each other and filling the gaps with crystal grains having a finer grain size, we have discovered that it is possible to provide a raw material that has a homogeneous structure and a fine structure, making it possible to obtain a high-density, high-quality sintered body. This is what I found out. That is, according to the present invention, the blended raw material is blended with carbon and silica in a molar ratio of C/SiO 2 in the range of 3.0 to 4.5, and the aluminum source is preliminarily added to the carbon or silica raw material in the blended raw material. The aluminum source must be either aluminum or an aluminum compound or a mixture of these. Therefore, it is necessary that the blended raw materials contain 0.3 to 3.5% by weight in terms of aluminum. Next, the present invention will be explained in detail. Many crystal types of silicon carbide are known.
Conventionally, it has been roughly divided into two types: the hexagonal α type and the cubic β type. For the former α type, high temperatures such as 2000
High-temperature stable silicon carbide such as 4H and 6H types, which are stable even above 1500°C, and 2H type silicon carbide, which is stable at 1500°C or below, are known. On the other hand, the latter β type is known to be the 3C type, which is stable up to approximately 2000°C. Conventionally, in the pressureless sintering method of silicon carbide, it has been reported that it is easy to stably obtain a relatively high-density sintered body by using high-temperature stable type α-type silicon carbide as the starting material. Type α silicon carbide does not undergo a crystal transformation transition during sintering, and the sintering speed is slow. Therefore, in order to obtain a high-density sintered body, it is necessary to sinter at a high sintering temperature. The sintered body obtained using high-temperature stable type α-type silicon carbide as a starting material has a structure consisting of pseudospherical relatively coarse crystal grains without anisotropy, so it is difficult to obtain a high-strength sintered body. Ta. In addition, when silicon carbide containing mainly β-type crystals is used as a starting material, the β-type crystals tend to change to α-type during sintering, making it difficult to achieve high density. Although it is said that it is necessary to maintain the atmosphere in a nitrogen gas atmosphere or to add 0.05 to 5% by weight of α-type silicon carbide fine powder to the starting material, β-type silicon carbide is used as the starting material, and β-type silicon carbide is used as the starting material. Conventionally, there is no known method for converting most of type silicon carbide into α-type and obtaining a high-density sintered body. That is, according to the present invention, it is necessary that the aluminum source is blended into the carbon or silica raw material, or supplementary added to the raw material, and contained in an amount of 0.3 to 3.5% by weight in terms of aluminum. If the aluminum content is less than 0.3% by weight, all of the solid solution nitrogen contained in the silicon carbide fine powder cannot be fixed as AlN, so when producing a sintered body using this silicon carbide fine powder as raw material, B and N are The effect of B will be lost due to the reaction, while aluminum
If the amount is more than 3.5% by weight, unreacted aluminum will reduce the high-temperature strength of the silicon carbide sintered body. Note that the nitrogen contained in the silicon carbide fine powder is
The amount is preferably about 0.02 to 0.3% by weight.
Although it is possible to reduce the nitrogen content to 0.02% by weight or less, it requires the use of extremely expensive industrial raw materials, and the control of the manufacturing conditions for silicon carbide fine powder is extremely severe, making it impractical.
On the other hand, if nitrogen is contained in an amount of 0.3% by weight or more, an excessive amount of aluminum is required, which adversely affects the properties of the silicon carbide sintered body as described above, which is not preferable. In addition, if the aluminum content is more than 0.7% by weight, the solid-state diffusion of SiC during sintering will be significantly promoted, and plate crystals will grow abnormally rapidly, making it difficult to obtain a high-density sintered body. This is because not only is it difficult, but also the high temperature properties of the sintered body are deteriorated. Therefore, more suitable results are obtained with the amount of aluminum within the above range. The aluminum-containing additive may be any additive that releases aluminum during sintering, and may be a compound of aluminum and boron. In addition, in the present invention, silicon carbide fine powder manufactured by adding an aluminum-containing enrichment agent to the raw material for manufacturing silicon carbide or using a raw material containing a certain amount of aluminum in advance may be used. is advantageous. Although various aluminum-containing salts and metal aluminum can be used as the aluminum-containing enrichment agent, it is economically advantageous to use alumina (aluminum oxide), mullite, and the like. As described above, according to the present invention, by containing or adding a certain amount of aluminum to the raw material composition, AlN can be formed by reacting with solid solution nitrogen present in silicon carbide fine powder. is important. As a result, there is an advantage that boron as a sintering aid can be prevented from reacting with solid solution nitrogen to form BN. This is because Al has a stronger bond with N than B, so by reacting with N, Al can be prevented from reacting with B during the sintering reaction and becoming BN, which means that the amount of B added can be reduced. This is because it can be considered a thing. In addition, it is more preferable that the aluminum source is contained in the carbon or silica source material or other additives in a total amount of 0.3 to 3.5% by weight in terms of aluminum. If it is less than 0.005% by weight, all of the solid solution nitrogen cannot be converted to AlN,
This is because if the amount is more than 0.5% by weight, unreacted Al will remain and deteriorate the properties of the sintered body. Then, 0.015% of the silicon carbide fine powder is added to the nitrogen.
It is more preferable that the content is 0.25% by weight. Due to its synergistic effect with boron, it acts as a densification aid, and also has various effects such as forming grain boundary phases in the early stages of sintering, preventing coarsening of crystals, and removing SiO 2 films. To do this,
This is because it has been confirmed that the addition and use of the above-mentioned carbon fine powder is effective. According to the present invention, it is necessary to use a manufacturing apparatus characterized by a vertical furnace as shown in FIG. Here, one example of a manufacturing apparatus that can be used to carry out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the apparatus used in the method of the present invention has a raw material charging port 1, a pre-heating zone 2, a heating zone 3, a cooling zone 4, and a sealable product discharge port 5, which are arranged vertically. The tubes 8 forming the heating zone are made of graphite, and the means 1 for indirectly electrically heating the charge in the heating zone are provided.
0, 11, and 12, and has a heat insulating layer 9 made of carbon or graphite fine powder on at least the outside of the heating zone 3. The reaction vessel 6 is installed in the center of the apparatus, and the indirect heating means 10, 11, 12 include a graphite heating element 10 vertically disposed outside a tube 8 forming a heating zone, and a heating section of the heating zone 10. Graphite reflective tube 1 provided close to the outside of 11 and inside the heat insulating layer.
Consists of 2. The graphite heating element 10 has a U-shape,
Close to the outside of the cylinder forming the heating zone, the heat generating part 11 of the heating element is provided so as to face the heating zone in the vertical direction and to heat the charge in the heating zone as uniformly as possible. There is. The graphite heating element 10 is located in a space surrounded by a cylinder 8 forming a heating zone and a graphite reflection cylinder 12, and a non-oxidizing gas filling port 1 is provided in the space.
3, a non-oxidizing gas such as argon, helium, nitrogen, carbon monoxide, hydrogen, or the like is sealed, thereby preventing the graphite heating element from being oxidized and consumed due to the intrusion of air. In other words, the vertical furnace is a vertical reaction vessel that has at least a raw material input port in the upper part, a pre-heating zone, a heating zone, and a cooling zone in the downward direction, and a sealed port in the lower part for taking out the product. characterized by something. The reason for this is that in the present invention, the height of the raw material-filled layer in the pre-preparation zone is maintained within the range of 0.2 to 0.9 m, and the amount of CO gas and SiO gas passing through the raw material-filled layer in the pre-preparation zone is increased. death,
This is because precipitates from SiO gas condense in the raw material layer at a high concentration, making it difficult to maintain the smooth fall of the raw material over a long period of time. In other words, it is not preferable in the present invention to increase the production amount by using a reaction vessel that is long in the vertical direction, as this will result in poor weight-lowering properties of the raw materials. In the present invention, the height of the raw material filling layer in the preheating zone is determined from the means for indirectly electrically heating the charge in the heating zone, that is, from the heating part of the heating element or the upper end of the induction coil to the surface of the raw material filling layer. It is the vertical length of In the present invention, the surface of the raw material-filled layer may be held at a constant position for a long time within the height range of the raw material-filled layer, or the position of the raw material-filled layer surface may be pulsated intermittently. According to the present invention, the raw materials blended as described above are continuously or intermittently charged into the preheating zone from the upper part of the reaction vessel, which has a preheating zone, a heating zone, and a cooling zone, and the charged raw materials are The preheating zone of the reaction vessel is continuously or intermittently lowered by its own weight until it reaches the heating zone, and the SiC formation reaction is carried out within the temperature range of 1650 to 2100℃ by indirect electrical heating in the horizontal direction within the heating zone. The most important thing in this invention is to set the height of the raw material filling layer in the preheating zone to 0.2~
It is necessary to maintain the distance within 0.9m. If the height of the raw material packed layer is lower than 0.2 m, high-temperature CO gas will not be sufficiently exchanged with the raw material and will be released outside the system, and the amount of heat transmitted through the reaction vessel and dissipated in the preheating zone will also be reduced. This increases the thermal efficiency, and at the same time increases the amount of SiO gas released outside the system together with the CO gas, increasing heat loss and raw material loss, making it difficult to economically produce β-type silicon carbide. The height of the raw material filling layer
When operating at a height higher than 0.9 m, most of the SiO gas rising from the heating zone becomes the precipitate and is not released outside the system, so the partial pressure of SiO gas inside the reaction vessel gradually increases, and the amount of precipitation in the pre-heating zone increases. As a result, the smooth fall of the raw material under its own weight is significantly inhibited, making long-term stable continuous operation difficult. Therefore, the height of the raw material filling layer in the preheating zone must be maintained within the range of 0.2 to 0.9 m. Best results are obtained within a range of ~0.7m. In addition, the reaction formula of silicon carbide produced from silica and carbon in the production method of the present invention is generally as shown below (1).
It is shown by Eq. SiO 2 +3C→SiC+2CO...(1) However, the actual main generation mechanism is that SiO gas is generated according to equation (2) below, and the SiO gas and carbon react according to equation (3). It is known that silicon carbide is produced. SiO 2 +C→SiO+CO...(2) SiO+2C→SiC+CO...(3) In the present invention, high-purity silica selected from silica stone, silica sand, or powder thereof, and various granular or powdered silica are used as starting materials. Carbon selected from carbonaceous materials is used. When blending this raw material, it is not preferable to use a blended raw material in which the blending ratio of carbon to silica is close to or low in chemical equivalent, as in the conventional method using an Acheson furnace. This is because, in the present invention, if a blended raw material similar to the conventional method is used, more of the SiO gas generated according to the above equation (2) will not be converted to SiC, and the amount of SiO gas in the reaction vessel will increase. . Said
SiO gas causes the reactions shown in the following equations (4), (5), and (6) in the preheating zone. 2SiO→SiO 2 +Si...(4) SiO+CO→SiO 2 +C...(5) 3SiO+CO→2SiO 2 +SiC...(6) As a result, the amount of precipitated semi-molten mixed SiO 2 , Si, SiC, C, etc. increase. Because the precipitates are sticky, the raw materials coagulate with each other, significantly impeding the smooth movement and descent of the most important raw materials for the continuous production of silicon carbide, making long-term stable continuous operation difficult. Become. Therefore, according to the present invention, the blended raw material consisting of silica and carbon is a mixture of silica particles and carbon particles,
Use a product made by mixing silica powder and carbon powder and forming it into aggregates, or add one or more of the following, such as wood chips, rice husks, coconut shells, charcoal particles, coke particles, and lime particles to the aggregates. However, it is necessary that the blended raw materials are blended with an excess of carbon, and the blended molar ratio C/SiO 2 is within the range of 3.2 to 5.0.
The reason for this is that if the blending ratio is smaller than 3.2, it will be difficult to react the silica sufficiently and maintain the smooth fall of the raw material over a long period of time as described above, while if it is larger than 5.0, carbon will not contribute to the reaction. This is not preferable for economical production of β-type silicon carbide because the thermal efficiency is lowered due to heating to a high temperature and the cost required for the carbon raw material increases. As described above, according to the present invention, raw materials containing silica and carbon in a C/SiO 2 molar ratio within the range of 3.0 to 4.5 are continuously or intermittently fed into a reaction vessel having a preheating zone, a heating zone, and a cooling zone. 1650 while lowering its own weight to
In a method for producing silicon carbide mainly composed of β-type crystals in which SiC formation reaction is performed by indirect electrical heating to a temperature of ~2100°C, the bulk specific gravity of the blended raw materials is 0.45 ~
The object of the present invention can be achieved by operating while maintaining the height of the material-filled layer in the preheating zone within the range of 0.2 to 0.9 m. Further, according to the present invention, the silicon carbide fine powder needs to contain 90% or more of β-type crystal silicon carbide. The silicon carbide fine powder contains 90% β-type crystal silicon carbide.
The reason why it is necessary to contain the above will be explained. Usually, the crystals mixed in silicon carbide, which mainly consists of β-type crystals, are 2H-type crystals, which are more stable at lower temperatures than β-type crystals, or α-type crystals, such as 4H and 6H types, which are more stable at higher temperatures than β-type crystals. The above-mentioned 2H type silicon carbide is extremely unstable in the temperature range where normal sintering reactions occur, and tends to cause abnormal grain growth during sintering. For example, the optimal range of 2000 is extremely narrow.
On the other hand, if high temperature stable type α-type silicon carbide such as 4H or 6H type is contained, the phase transformation from β-type crystal to α-type crystal will be promoted during sintering. It is difficult to obtain a sintered body having a microstructure in which plate-shaped crystals having relatively uniform grain sizes intersect with each other and the gaps between them are filled with crystal grains having finer grain sizes. Therefore, in order to obtain a sintered body having the above-mentioned microstructure and high strength, which is the object of the present invention, a silicon carbide fine powder containing 90% or more of β-type crystal silicon carbide should be used as a starting material. Among these, silicon carbide fine powder containing 95% or more of β-type crystal silicon carbide is more suitable. Next, examples of the present invention will be described. Example 1 Silica powder (SiO 2 = 99.7%, 80 mesh or less)
100 parts by weight, petroleum coke powder, (C = 98.7%, aluminum (ash) = 0.5%, 325 mesh or less) 76
and 7 parts by weight of high pitch flour (C = 50.4%, 200 mesh or less) were mixed in a vertical screw mixer for 10 minutes. While spraying a 0.5% aqueous solution of carbomethylcellulose on the above-mentioned blended raw materials, the mixture is molded using a dish-type granulator, sized using a sieve and a burr grizzly, and then placed in a band-type ventilation dryer and dried with hot air at 150°C for 90 minutes. with an average particle size of 10.5mm,
A molding raw material having a bulk specific gravity of 0.60 and a C/SiO 2 molar ratio of 4.0 was obtained. The molding raw material was charged from the top of the manufacturing equipment with the specifications shown in Table 1, the height of the packed layer in the preheating zone of the raw material layer was 0.5 m, and the mass velocity of CO gas was
While maintaining the temperature within the range of 250 to 260 Kg/m 2 hr, and lowering the outer wall temperature of the graphite cylinder in a heating zone controlled to 2150°C, indirect electrical heating is performed to perform the SiC formation reaction at approximately 1850°C. After cooling to 450°C in the generated CO gas, the reaction product was continuously discharged from the outlet. The composition ratio of the obtained product excluding impurities is
SiC is 71.6%, SiO 2 is 2.3%, free carbon (FC) is 26.1%, and of the SiC, β-type crystal is 96.5%.
%, and the average particle size was 10.3μ.

【表】【table】

【表】 実施例2及び比較例1 実施例1と同じ配合原料を使用し、粒度分布を
変えることによつて嵩比重を変えて、実施例1と
同じ操作を行つた。それらの結果を第2表に示
す。
[Table] Example 2 and Comparative Example 1 The same operations as in Example 1 were carried out using the same raw materials as in Example 1 and changing the bulk specific gravity by changing the particle size distribution. The results are shown in Table 2.

【表】 実施例3及び比較例2 実施例1で使用したと同一の、製造装置でもつ
て、原料層の予熱帯における充てん層の高さをか
えて、実施例1と同じ操作を行つた。それらの結
果を第3表に示す。
[Table] Example 3 and Comparative Example 2 Using the same manufacturing equipment as used in Example 1, the same operations as in Example 1 were performed by changing the height of the packed layer in the pre-heating zone of the raw material layer. The results are shown in Table 3.

【表】 た値である。
2 上記第3表に示す電力単位は85%Si
C換算の値を示すものである。
本発明法による実施例1,2において長期間に
わたつて極めて順調に連続操業ができた。嵩比重
の大きな原料を使用した比較例1の場合には、
SiOガス及び原料粒子間に析出物が少量析出した
だけでも、すぐ原料粒子間に凝着物による架橋が
生じ、原料の自重降下が著しく悪化し、ガス及び
原料の吹き上げ現象が著しく多発し、連続操業が
困難で、さらには作業上の面で安全性についても
問題があつた。 実施例1,3−1,3−2の如く本発明方法に
よれば、長期間にわたつて極めて順調に連続操業
を行うことができた。比較例2−1の如く原料層
を低く維持して操業すると、高温状態のCOガス
が排出され、また、同時に系外に排出されてしま
うSiOガスが顕著に観察され、電力原単位が悪く
経済的ではなかつた。また比較例2−2の如く原
料層が高い場合には反応生成ガスと原料間におけ
る熱交換効率の向上が期待されるが実際には反応
生成ガス中のSiOガスを必要以上に予熱帯で析出
させる結果となり析出物が増加し、原料粒子間の
粘着、凝着によるトラブルが多発するため原料の
自重降下が停滞し連続操業は困難であつた。 以上、説明した如く、本発明の方法によれば、
α型炭化珪素と不純物の含有率が低く、粒径が均
一で微細なβ型結晶よりなる炭化珪素を長期間安
定した炉況でしかも高収率で連続製造できる効果
を奏するものであり、工業上極めて有用なもので
ある。
[Table] These are the values.
2 The power unit shown in Table 3 above is 85%Si
This shows the value converted to C.
In Examples 1 and 2 using the method of the present invention, extremely smooth continuous operation was possible for a long period of time. In the case of Comparative Example 1 using raw materials with large bulk specific gravity,
Even if only a small amount of precipitates are deposited between the SiO gas and raw material particles, cross-linking will occur between the raw material particles due to the agglomerates, which will significantly worsen the drop in the weight of the raw material and cause the blow-up phenomenon of gas and raw materials to occur frequently, resulting in continuous operation. It was difficult to do so, and there were also safety issues in terms of work. According to the method of the present invention as in Examples 1, 3-1, and 3-2, continuous operation could be carried out very smoothly over a long period of time. When operating with the raw material layer kept low as in Comparative Example 2-1, high-temperature CO gas is discharged, and at the same time, SiO gas discharged outside the system is observed, resulting in poor power consumption and economical problems. It wasn't the point. In addition, when the raw material layer is high as in Comparative Example 2-2, it is expected that the heat exchange efficiency between the reaction product gas and the raw material will improve, but in reality, more SiO gas in the reaction product gas is precipitated in the preheating zone than necessary. As a result, the amount of precipitates increased, and troubles due to adhesion and adhesion between raw material particles frequently occurred, resulting in a stagnation in the weight loss of the raw material, making continuous operation difficult. As explained above, according to the method of the present invention,
It has the effect of continuously producing silicon carbide consisting of α-type silicon carbide and fine β-type crystals with a uniform particle size and a low content of impurities in a stable furnace condition for a long period of time and at a high yield, and is suitable for industrial use. Above all, it is extremely useful.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の実施例および比較例におい
て使用した縦型連続製造装置の縦断面図である。 1…原料装入口、2…予熱帯、3…加熱帯、4
…冷却帯、5…生成物排出口、6…反応容器、8
…加熱帯を形成する筒、9…断熱層、10…黒鉛
製発熱体、11…黒鉛製発熱体の発熱部、12…
黒鉛製反射筒、13…非酸化性ガス封入口、14
…案内電極、15…ブスバー、16…測温孔、1
8…生成ガス排出口。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vertical continuous manufacturing apparatus used in Examples and Comparative Examples of the present invention. 1... Raw material charging port, 2... Pre-preparation zone, 3... Heating zone, 4
...Cooling zone, 5...Product outlet, 6...Reaction vessel, 8
...Cylinder forming a heating zone, 9...Insulating layer, 10...Graphite heating element, 11...Heating part of graphite heating element, 12...
Graphite reflector tube, 13...Non-oxidizing gas filling port, 14
... Guide electrode, 15 ... Bus bar, 16 ... Temperature measurement hole, 1
8...Produced gas outlet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炭素とシリカとを所定のモル比で配合した原
料を非酸化性雰囲気下で加熱することにより得ら
れる炭化珪素にアルミニウムが固溶された状態で
含有される炭化珪素の製造方法において、アルミ
ニウム源を原料中に均一に分散配合した原料を竪
型の炉の上部より連続的或いは間歇的に投入し、
アルミニウム分圧又はアルミニウム酸化物分圧を
一定に保持することにより、β型結晶を主体とし
かつアルミニウムが固溶した炭化珪素微粉を生成
させることを特徴とした易焼結性炭化珪素微粉の
製造方法。 2 前記アルミニウム源はアルミニウム又はアル
ミニウム化合物のいずれか或いはこれらの混合物
であつて、アルミニウムに換算して配合原料中に
0.3〜3.5重量%を含有するものであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の製造方法。 3 前記配合原料は炭素とシリカとをC/SiO2
のモル比で3.0〜4.5の範囲で配合され、その配合
された炭素又はシリカの原料中にアルミニウム源
が予め含有されたものであるか、或いは前記原料
中にアルミニウム又はアルミ化合物としてアルミ
ニウム換算で0.3〜3.5重量%添加混合されたもの
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の製造方法。 4 前記竪型の炉は少なくとも上部に原料投入口
を有しかつ予熱帯と加熱帯とを順次下方向に備え
下部には生成物を取り出す密閉口を有する竪型の
反応容器であることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の製造方法。 5 前記アルミニウム分圧は予熱帯における原料
充填層の高さを0.2〜0.9mの範囲内に維持しなが
ら操業し一定に保持されたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の製造方法。 6 前記アルミニウムの固溶は炭化珪素の0.1〜
0.7重量%に相当する量であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の製造方法。 7 前記β型結晶を主体とする炭化珪素微粉は、
少なくともβ型結晶を90%以上含有しかつその平
均粒径がサブミクロンサイズであることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
[Claims] 1. Silicon carbide containing aluminum as a solid solution in silicon carbide obtained by heating a raw material containing carbon and silica in a predetermined molar ratio in a non-oxidizing atmosphere. In the manufacturing method, a raw material with an aluminum source uniformly dispersed in the raw material is continuously or intermittently introduced from the top of a vertical furnace,
A method for producing easily sinterable silicon carbide fine powder, which is characterized by producing silicon carbide fine powder mainly composed of β-type crystals and containing aluminum as a solid solution, by keeping aluminum partial pressure or aluminum oxide partial pressure constant. . 2. The aluminum source is either aluminum or an aluminum compound, or a mixture thereof, and the amount of aluminum contained in the raw materials in terms of aluminum is
The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the content is 0.3 to 3.5% by weight. 3 The blended raw materials are carbon and silica combined with C/SiO 2
The aluminum source is blended in a molar ratio of 3.0 to 4.5, and the aluminum source is pre-contained in the blended carbon or silica raw material, or the aluminum source is 0.3 in terms of aluminum as aluminum or an aluminum compound in the raw material. The manufacturing method according to claim 1, wherein 3.5% by weight is added and mixed. 4. The vertical furnace is a vertical reaction vessel having a raw material input port at least in the upper part, a pre-heating zone and a heating zone sequentially downward, and a sealed port for taking out the product in the lower part. A manufacturing method according to claim 1. 5. The aluminum partial pressure is maintained constant through operation while maintaining the height of the raw material packed bed in the preheating zone within a range of 0.2 to 0.9 m. manufacturing method. 6 The solid solution of aluminum is 0.1 to 0.1 of silicon carbide.
The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the amount is equivalent to 0.7% by weight. 7 The silicon carbide fine powder mainly composed of β-type crystals is
The manufacturing method according to claim 1, characterized in that the method contains at least 90% of β-type crystals and has an average particle size of submicron size.
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