JPH03500528A

JPH03500528A - β‐炭化珪素の製造方法

Info

Publication number: JPH03500528A
Application number: JP1502225A
Authority: JP
Inventors: メルザノフ　アレクサンドル　グリゴリエビチ; ボロビンスカヤ　インナ　ペトロフナ; マホニン　ニコライ　セルゲエビチ; ポポフ　レオニド　セルゲエビチ
Original assignee: インスティテュト　ストルクトゥルノイ　マクロキネティキ　アカデミイ　ナウク　エスエスエスエル
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1991-02-07
Also published as: CN1037689A; CS263089A2; DD283793A5; CS274745B2; SU1706963A1; EP0364592A1; HUT52738A; HU891329D0; EP0364592A4; WO1989010329A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 β−炭化珪素の製造方法発明の分野本発明は、無機化学に関し、そしてより詳しくは、カーボランダム研磨剤、セラミック及び耐火性物質のために使用され得るβ−炭化珪素の製造方法に関する。

従来の技術、Ａｃｈｅｓｏｎにより提案された方法は、２０７３〜２２７３　Ｋの温度で耐電気性炉において炭素によるシリカの還元から成る炭化珪素の産業的製造の主要方法である。炭化珪素を合成するこの方法においては、１００ＯＯＡまでの強さの電流が使用される。

最終生成物は、初期物質の不純物、すなわち、珪砂、炭素及び塩化ナトリウムを含む［５ｉｌｉｃｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ、　１９８５．　ＮａｕｋｏｖａＤｕｍｋａ　（Ｋｉｅｖ））。

この方法は技術的に複雑であり、そして多量の電力消費及び特別な装置を必要とする。さらに、最終β−炭化珪素は、初期物質の不純物を含む。０．０１〜１０ −（平均粒度０．３３μ）の分散度を有する粉末珪素とカーボンブラックとをエタノール１．２ｇ／ｃｒｌの密度に加圧し、そして発熱反応を誘発するために５０１／分のアルゴンの流速でのアルゴン雰囲下で１３７３〜１８２３Ｋまで前記混合物を加熱することを含んで成るβ−炭化珪素の製造方法は、当業界において既知である。

既知方法は、未反応炭素及び珪素により汚染された３８体積％のβ−炭化珪素の製造を確保する。この方法は、最終β−炭化珪素が未反応珪素及び炭素の存在により低純度のものであること、多くの電力の消費及び複雑な装置において不都合である。窒素及び酸素によりドープされた炭化珪素は、ドープされていない炭化珪素の焼結の温度よりも低い温度で焼結される。上記方法は、窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素を得るための方法を付与しない。

窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素を製造する珪素の製造及び続ドーピングを含む。

たとえば、窒素によりドープされた炭化珪素層の形成を伴って５〜５００Ｋｅｖの窒素゛イオンによる多結晶質反応結合の炭化珪素の照射を含む、窒素による炭化珪素のドーピングの方法は、当業界において既知である（ＧＢ、　Ａ、　２１００７１３）。この方法は、複雑であり、そして特別な装置を必要とする。

炭化水素、水素及不活性ガス希釈剤、特に窒素の混合物から成る雰囲気下で１４７３〜１８７３Ｋまで二酸化珪素を加熱することを含んで成る、窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素の製造方法もまた、当業界において既知である（［ＩＳ、　Ａ。

４３２７０６６）。

しかしながら、窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素を製造するためのこの方法は、技術的に複雑であり、そして１８７３Ｋまでの高い温度を確保するためには多くの電力消費を必要とする。

さらに、最終β−炭化珪素は、初期成分の不純物を２体積％まで含む。

２００＃−以下、普通？７ｊ−の分散性及び９５％の純度を有する粉末珪素と炭素（炭素源である０、０５〜０．１−の粒度を有する天然又は人工のグラファイト、カーボンブラック及びコークス）とを、１：０．６〜１：２．（炭素／珪素）の比で水中において混合し、その得られた混合物を耐火性ジャケットに入れ、発熱反応を開始するために、電気炉の中で、酸素０．３〜３５体積％を含む酸化ガス雰囲下で１０７３〜１６７３Ｋまで１〜５時間、前記混合物を加熱し、そして製造されたβ−炭化珪素を抽出することを含んで成る、β−炭化珪素の製造方法もまた当業界において知られている（ＵＳ、　Ａ、　４１１７０９６）。

この既知方法により得られたβ−炭化珪素は、０．０５〜５．０−の粒度を有する。

この方法は、多量の電力が１０７３〜１６７３Ｋまで５時間の予備加熱により必要とされることにおいて不都合である。さらに、その既知の方法は、窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素の製造方法を可能にしない。

簡単にされた技術に従って窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素を製造することが本発明の目的である。

発明の開示本発明は、窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素を製造する簡単な技術を提供する問題に基づいている。

その問題は、本発明に従って、粉末珪素及び炭素を混合し、続いてその混合物を気体雰囲下で加熱し、そして最終生成物を分離することによる、β−炭化珪素の製造方法であって、窒素及び酸素を含む、３２３〜４２３にの分解点を有するドーピング成分（該成分は０．５〜１０．０質量％の量で取られる）を、前記粉末珪素及び炭素の混合物に導入することを特徴とする方法により解決される。次に、（１−９）　・１０−’　ｃａｔ／ｃｍ　・ｓ−ｄｅｇの熱伝導率を有する物質が０．８０−１．５０ｇ　／ａｌの密度を有する前記製造された混合物に適用され、そして上記成分の相互反応は、圧力下での自己上昇性高温合成により行なわれる。

窒素及び酸素を含み、そして３２３〜４２３にの分解点を有するドーピング成分として、次の群：　（Ｎ）１４）　２ＣＯ３，ＣＤ（Ｎ）１２）　２−（ＮＨ，）２Ｃ２０，又はそれらの混合物から選択された化合物を使用することが好都合である。気体雰囲気として窒素又はその混合物及び酸化炭素又は二酸化炭素を用いることが好ましい。

窒素と酸化炭素との混合物は、酸化炭素２０〜４０体積％を含み、そして窒素と二酸化炭素との混合物は、二酸化炭素２０〜４０体積％を含む。

前記混合物に適用され、そして（１−９）　Ｘ　１０−’　ｃａｌ／ｃｍ・ｓ− ｄｅｇの熱伝導率を有する物質として、次のシリーズ：アスベスト、板、紙、雲母から選択された物質を使用することが好ましい。

０．５〜１０．０ＭＰａでの圧力下で自己上昇性高温合成を実施することが好ましい。粉末珪素及び炭素を、それぞれ１：０２〜１．２のその比で混合することが好ましい。

窒素及び酸素を含み、そして３２３〜４２３にの分解点を有するドーピング成分が０．５質量以下又は１０．０質量％以上で導入され、そして自己上昇性高温合成が１０．０ＭＰａ以上又は０．５　ＭＰａ以下での圧力下で行なわれる場合、最終生成物の収量は、初期成分による汚染のために低下する。

初期成分による最終生成物の汚染によるその生成物の収量の低下はまた、窒素及び酸素を含み、そして３２３に以下又は４２３に以上の分解点を有するドーピング成分の使用、前記物質中に置かれた粉末炭素、珪素及び前記ドーピング添加物の混合物の０．８０ｇ／ｃａｒ以下又は１．５０ｇ／ｃａ？以上への密度の変化、及び９　ｘ　ＩＱ−’　ｃａｔ／ｃｍ　・ｓ　・ｄｅｇ以上又はＩ　Ｘｌ０− ’　ｃａｌ／ｃｍ・ｓ−６６ｇ以下の熱伝導率を有する物資の使用に起因する。

窒素及び酸素を含み、そして３２３〜４２３にの分解点を有するドーピング成分として、（ＮＨ４）ａｃｔｓ、　ＣＤ（ＮＨ２）２及び（ＮＨ４）　２ｃｚＬ又はそれらの混合物から選択された化合物の使用、及び酸化炭素又は二酸化炭素、特に酸化炭素又は二酸化炭素の含有物を２０〜４０体積％含む混合物における窒素の気体雰囲気の使用、並びに０．５〜１００ＭＰａの圧力下での自己上昇性高温合成の達成及び１：０．８〜１．２０モル比での粉末珪素及び炭素の混合は、それぞれ、最終生成物の高い収量を確保する。

本発明のパラメーターからのずれは、未反応の初期成分による最終生成物の汚染によりその生成物の収量を低め、そして最終生成物の追加の精製を必要とする。

発明を実施するための最良の態様本発明のβ−炭化珪素の製造方法は、次の方法で行なわれる。

粉末珪素、炭素、及び窒素及び酸素を含み、且つ３２３〜４２３にの分解点を有するドーピング成分（該成分は０．５〜１０．０質量％で使用される）、たとえば（ＮＩｌ、）２ＣＯ，、（ＮＨ，）、Ｃ２０，。

Ｃｏ　（ＮＨ−）　２又はその混合物を混合する。

１２４以下の分散性、結晶性、非晶性の珪素又はそれらの混合物が使用される。

炭素として、カーボンブラック、グラファイト及び他の炭素含有物質が使用される。それぞれ珪素／炭素のモル比がに０８〜１．２であることが所望される。

（１−９）　・１０’ｃａｌ／ｃｍ　・ｓ−ｄｅｇの熱伝導率を有する物質が、０．８０〜１．５０ｇ／ｃｕｔの密度を有する前記得られた混合物に適用され、そして上記成分が圧力下で自己上昇性高温合成により気体雰囲気において熱処理される。

アスベスト、板、紙又は雲母が、（１−９）　・１０−’　ｃａｌ／叩・ｓ−ｄｅｇの熱伝導率を有する物質として使用される。

気体雰囲気として、窒素、空気とアルゴン（゛たとえば１０〜５０体積％のアルゴン）との混合物、窒素と酸化炭素（たとえば２０〜４０体積％の酸化炭素）との混合物、窒素と二酸化炭素（たとえば２０〜４０体積％の二酸化炭素）との混合物が使用される。

自己上昇性高温合成は、たとえばコイルを通して短い電流パルスを適用することにより開始され、そしてその合成の温度は２０００〜３０００Ｋに達する。上記成分の相互作用はまた、たとえば電気アーク、電気スパーク、光又はレーザー線の助けにより開始され得る。

自己上昇性高温合成の完結及び反応器の冷却の後、最終生成物が放され、そして窒素、炭素及び遊離酸素の含有量について分析される。

請求の範囲におけるβ−炭化珪素の製造方法は、簡単な技術に従って、窒素及び酸素によりドープされたβ−炭化珪素の製造を確保する。

製造されたβ−炭化珪素の比表面積は、０．５〜１５．０ｍ”／　ｇである。

本発明をより理解するために、次の特定の例を例示的に与える。

例１ β−炭化珪素の製造方法は、次の通りにして達成される。

１２−以下の粒度を有する粉末珪素を、１．０：１．０のモル比で市販の炭素と共に混合し、そしてドーピング成分、すなわち炭酸アンモニウム（０，５質量％の量）と共に混合する。

板（β＝３．３　・１０−’　ｃａｌ／ｃｍ−ｓ−ｄｅｇ）を、１．１ｇ／ｃａｒの密度を有する前記得られた混合物に適用し、その混合物を反応器中に置き、そして気体雰囲気として５０体積％のアルゴンを含む、空気とアルゴンとの混合物の使用により、０．５　ＭＰａの圧力下で自己上昇性高温合成により熱処理にゆだねる。その合成は、上記成分と接触するコイルを通して適用される短い電流パルスの助けによる成分の局所的な燃焼により開始される。

自己上昇性高温合成は混合物中で始まり、そして３０００にで０、５　ａｍ／秒の速度で進行する。

合成過程の完結及び反応器の冷却の後、最終生成物が放され、そして窒素、炭素及び遊離酸素の含有量について分析される。

窒素及び酸素によりドープされるβ−炭化珪素は７ｍ”／ｇの比表面積を有する。製造されたβ−炭化珪素の化学的分析の結果は、下記表に示される。

例２ β−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、５．０質量％の量で珪素及び炭素の混合物中に導入されるカルバミドを使用する。

ファイバーアスベスト（λ＝３．７５　・１０−’　ｃａｌ／ｃａ＋−ｓ　−ｄｅｇ）を、１．２ｇ／ｃａｔの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、２０体積％の酸化炭素を含む、窒素及び酸化炭素の混合物の使用により３、　ＯＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、９ｍ”／ｇの比表面積を有する。

最終β−炭化珪素の化学的分析の結果は、下記表に与えられる。

例３ β−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、１０質量％の量で珪素及び炭素の混合物（１，０：０．８のモル比）中に導入される炭酸アンモニウムを使用する。紙（λ＝１．４・１０− ’　ｃａｌ／Ｃｍ・ｓ−ｄｅｇ）を、１．０ｇ／ｃｉの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、３０体積％の二酸化炭素を含む、窒素及び二酸化炭素の混合物の使用により７．０　ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、１５ｍ”７ｇの比表面積を有する。

最終β−炭化珪素の化学的分析の結果は、下記表に与えらβ−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、２．０質量％の量で珪素及び炭素の混合物（１，０：１．２のモル比）中に導入される修酸アンモニウムを使用する。雲母（λ＝５．７・１０−’　ｃａｌ／ＣＩＣＩｎ−８−ｄｅを、１．５ｇ／ｃｕｔの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、４０体積％の空気を含む、空気及びアルゴンの混合物の使用により１０．０ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、１０ｍ”７ｇの比表面積を有する。

例５ β−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、６．１質量％の量で珪素及び炭素の混合物（１，０：１．１のモル比）中に導入されるカルバミドを使用する。アスベスト板を、０．８　ｇ　／ｃｒｌの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、４０体積％の酸化炭素を含む、窒素及び酸化炭素の混合物の使用により１．０　ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、５．０　ｍ” ／　ｇの比表面積を有する。

例６ β〜炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、１．０質量％の量で珪素及び炭素の混合物中に導入される修酸アンモニウムを使用する。アスベストファイバー（λ＝３．０・１０−’　ｃａｔ／ｃｍ・ｓ−ｄｅｇ）を、０．９ｇ／ｃｏｔの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、９０体積％のアルゴンを含む、空気及びアルゴンの混合物の使用により４．０　ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、６．０ｍ”７ｇの比表面積を有する。

最終β−炭化珪素の化学的分析の結果は、下記表に与えらβ−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、１．５質量％の量で珪素及び炭素の混合物（１，０：０．９のモル比）中に導入される修酸アンモニウムを使用する。アスベストファイバー（λ＝３．７５　・１０−’　ｃａｌ／ｃｍ−ｓ−ｄｅｇ）を、前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、２０体積％の二酸化炭素を含む、窒素及び二酸化炭素の混合物の使用により２．５　ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、７．０　ｍ” ／　ｇの比表面積を有する。

例８ β−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、カルバミドを使用する。圧縮されたアスベスト（λ＝９・１０−’　ｃａｌ／　ｃｍ−ｓ・ｄｅｇ）を、１．０ｇ／ｃｏｔの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、４０体積％の二酸化炭素を含む、窒素及び二酸化炭素の混合物の使用により６．０　ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、６．５　ｍ” ／　ｇの比表面積を有する。

例９ β−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、修酸アンモニウム８５質量％を含む、カルバミド及び修酸アンモニウムの混合物を５．０質量％の量で使用する。ファイバーアスベスト（λ ＝３．７５・１Ｏ−４Ｃａｌ／ｃＩｎ−８−ｄｅｇ）を、前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、窒素の使用により３．０　ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、９ｍ”／Ｈの比表面積を有する。

例１０ β−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、修酸アンモニウム１０質量％を含む、修酸アンモニウム及び炭酸アンモニウムの混合物を５．０質量％の量で使用する。紙（λ＝１．０・１Ｏ−４ｃａ１／ＣＡ−５−ｄｅｇ）を、０．８５ｇ／ｃ＋＋ｆの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、５０体積％の酸化炭素を含む、窒素及び酸化炭素の混合物の使用により０．４　ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、８ｍ″／ｇの比表面積を有する。

例１１ β−炭化珪素の製造方法を、例１に記載される方法に従って行なう。但し、ドーピング成分として、カルバミド５０質量％を含む、炭酸アンモニウム及びカルバミドの混合物を５．０質量％の量で使用する。紙（λ＝２．０・１Ｏ−４ｃａ１／ｃｆｆＩ−８・ｄｅｇ）を、１．０ｇ／ｃｏｆの密度を有する前記得られた混合物に適用し、そして自己上昇性高温合成を、気体雰囲気として、９０体積％の酸化炭素を含む、窒素及び酸化炭素の混合物の使用により１５．０ＭＰａの圧力下で行なう。

窒素及び酸素によりドープされたその製造されたβ−炭化珪素は、６ｍ″／ｇの比表面積を有する。

最終β−炭化珪素の化学的分析の結果は、下記表に与えら１　０、２０　１．５０　１．８０２　０、３０　２．５０　２．４０３　０、４０　２．　ＤＯ２，１０４０、６０２，３０２，６０５０、５０２，４０２，３０６０、３０２，００２，７０７０、４０１，５０２，５０８０、５０２，００２，００９０，１５１，５０２，５０１００，２０２，７０２，６０既知の方法手続補正書（方式）％式％１、事件の表示ＰＣＴ／ＳＵ８８１００２５６４、代理人住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５、補正命令の日付平成２年゛１０月９日（発送日）６、補正の対象明細書及び請求の範囲の翻訳文７、補正の内容明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書（内容に変更なし）８、添附書類の目録明細書及び請求の範囲の翻訳文　各　１　通国際調査報告１″″″″″′Ｍ１′″□”’ＰＣＴ／ＳＬＩ　８８１００２５６

Claims

【特許請求の範囲】

１．粉末珪素及び炭素を混合し、続いて気体雰囲気下でそれらの混合物を熱処理し、そして最終生成物を単離することを含んで成るβ−炭化珪素の製造方法であって、ドーピング成分がまた、窒素及び酸素を含み、そして３２３〜４２３Ｋの分解点を有する、炭素及び珪素の混合物に０．５〜１０．０質量％の量で添加され、（１−９）・１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・ｄｅｇの熱伝導率を有する物質が、０．８０〜１．５０ｇ／ｃｍ３の密度を有するその得られた混合物に適用され、そして前記気体雰囲気下での前記成分の熱処理が圧力下で自己上昇性高温合成により行なわれることを特徴とする方法。
２．窒素及び酸素を含み、そして３２３〜４２３Ｋの分解点を有するドーピング成分を、炭酸アンモニウム、カルバミド、炭酸アンモニウム又はそれらの混合物から成る群から選択することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。
３．前記気体雰囲気が、窒素又はその混合物と酸化炭素又は二酸化炭素とを含んで成ることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。
４．酸化炭素２０〜４０体積％を含む、窒素及び酸化炭素の混合物が気体雰囲気として使用されることを特徴とする請求の範囲第３項記載の方法。
５．二酸化炭素２０〜４０体積％を含む、窒素及び二酸化炭素の混合物が気体雰囲気として使用されることを特徴とする請求の範囲第４項記載の方法。
６．アスベスト、板、紙又は雲母から成る群からのいづれかの物質が、（１−９）ｘ１０−４ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・ｄｅｇの熱伝導率を有する物質として使用されることを特徴とする請求の範囲第５項記載の方法。
７．自己上昇性高温合成が、０．５〜１０．０ＭＰａの圧力下で行なわれることを特徴とする請求の範囲第６項記載の方法。
８．粉末珪素及び炭素が、それぞれ１：０．８〜１．２のモル比で混合されることを特徴とする請求の範囲第７項記載の方法。