JPH06263423A - シリコン材料の製造方法 - Google Patents
シリコン材料の製造方法Info
- Publication number
- JPH06263423A JPH06263423A JP7736693A JP7736693A JPH06263423A JP H06263423 A JPH06263423 A JP H06263423A JP 7736693 A JP7736693 A JP 7736693A JP 7736693 A JP7736693 A JP 7736693A JP H06263423 A JPH06263423 A JP H06263423A
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- JP
- Japan
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- silicon
- carbon
- poly
- materials
- thermal decomposition
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 塊状、膜状、繊維状の任意の形状のシリコン
材料あるいはシリコン−炭素材料を提供する。 【構成】 炭素数が３個以下のアルキル基を有するポリ
（モノアルキルシラン）を１×１０−３Ｔｏｒｒ以上の
高真空下、５００℃以上の温度で０．１〜３時間熱分解
することを特徴とするシリコン１モル中に炭素を０〜
０．９９モル含有するシリコン材料の製造方法。
材料あるいはシリコン−炭素材料を提供する。 【構成】 炭素数が３個以下のアルキル基を有するポリ
（モノアルキルシラン）を１×１０−３Ｔｏｒｒ以上の
高真空下、５００℃以上の温度で０．１〜３時間熱分解
することを特徴とするシリコン１モル中に炭素を０〜
０．９９モル含有するシリコン材料の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、簡便なシリコン材料の
製造方法に関するもので、特には太陽発電用材料、光学
材料、耐熱材料、炭素材料用の被覆材料の製造方法に関
するものである。
製造方法に関するもので、特には太陽発電用材料、光学
材料、耐熱材料、炭素材料用の被覆材料の製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコンポリマーを熱分解することによ
りシリコンカーバイドを生成させ、シリコンカーバイド
繊維を製造することが考案されている［Ｓ．Ｙａｊｉｍ
ａ ｅｔ ａｌ，Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，９３１（１９
７５）］。この方法で使用している原料は、ポリ（ジメ
チルシラン）をオートクレーブ中で熱分解して生成した
ポリカルボシランであり、シリコン１モルに対し炭素２
モルが含まれている。そのため、熱分解によって生成し
たシリコンカーバイド繊維は約１０ｗｔ％の遊離炭素を
含有している。近年、遊離炭素を含有しないシリコンカ
ーバイドの原料として、ポリ（モノアルキルシラン）を
熱分解する方法が提案されている（特開平３−６９５６
２号公報）。ここで、アルキル基はメチル、エチル、プ
ロピル、ブチル等である。メチル基以外では、シリコン
に対し炭素過剰となっている。しかし、ポリシランの熱
分解を常圧下あるいは減圧下で行っているため、過剰の
炭素が抜け、シリコンカーバイドが生成している。
りシリコンカーバイドを生成させ、シリコンカーバイド
繊維を製造することが考案されている［Ｓ．Ｙａｊｉｍ
ａ ｅｔ ａｌ，Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，９３１（１９
７５）］。この方法で使用している原料は、ポリ（ジメ
チルシラン）をオートクレーブ中で熱分解して生成した
ポリカルボシランであり、シリコン１モルに対し炭素２
モルが含まれている。そのため、熱分解によって生成し
たシリコンカーバイド繊維は約１０ｗｔ％の遊離炭素を
含有している。近年、遊離炭素を含有しないシリコンカ
ーバイドの原料として、ポリ（モノアルキルシラン）を
熱分解する方法が提案されている（特開平３−６９５６
２号公報）。ここで、アルキル基はメチル、エチル、プ
ロピル、ブチル等である。メチル基以外では、シリコン
に対し炭素過剰となっている。しかし、ポリシランの熱
分解を常圧下あるいは減圧下で行っているため、過剰の
炭素が抜け、シリコンカーバイドが生成している。
【０００３】シリコン系材料には、シリコン材料、シリ
コン−炭素混合材料、シリコンカーバイド材料、シリコ
ンカーバイド−炭素混合材料の各種が存在している。こ
のうち、シリコン材料の単結晶はＩＣとして、薄膜は太
陽電池として重要であり、シリコン−炭素混合材料は光
学材料として重要である。これら材料のうちシリコン材
料では、主に溶融単結晶化によりシリコン半導体が、Ｃ
ＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が作られている。
これら両方法とも簡単な方法ではなく、労力と高度の技
術が要求されるものである。また、シリコン−炭素材料
はシリコンに炭素を加え加熱するか、ＣＶＤ法あるいは
ＰＶＤ法で合成されているが、同様に組成の均一性の問
題、合成速度の遅さの問題等がある。
コン−炭素混合材料、シリコンカーバイド材料、シリコ
ンカーバイド−炭素混合材料の各種が存在している。こ
のうち、シリコン材料の単結晶はＩＣとして、薄膜は太
陽電池として重要であり、シリコン−炭素混合材料は光
学材料として重要である。これら材料のうちシリコン材
料では、主に溶融単結晶化によりシリコン半導体が、Ｃ
ＶＤ法によりアモルファスシリコン膜が作られている。
これら両方法とも簡単な方法ではなく、労力と高度の技
術が要求されるものである。また、シリコン−炭素材料
はシリコンに炭素を加え加熱するか、ＣＶＤ法あるいは
ＰＶＤ法で合成されているが、同様に組成の均一性の問
題、合成速度の遅さの問題等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、塊
状、膜状、繊維状の任意の形状のシリコン材料あるいは
シリコン−炭素材料を提供することにある。
状、膜状、繊維状の任意の形状のシリコン材料あるいは
シリコン−炭素材料を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め鋭意検討を行った結果、炭素数３個以下のアルキル基
を有するポリ（モノアルキルシラン）を高真空下で熱分
解し、アルキル側鎖の離脱を促進させることにより、任
意のシリコン材料ならびにシリコン−炭素材料が得られ
ることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
め鋭意検討を行った結果、炭素数３個以下のアルキル基
を有するポリ（モノアルキルシラン）を高真空下で熱分
解し、アルキル側鎖の離脱を促進させることにより、任
意のシリコン材料ならびにシリコン−炭素材料が得られ
ることを見いだし、本発明を完成させるに至った。
【０００６】本発明の熱分解に使用されるポリ（モノア
ルキルシラン）は下記の方法で合成される。原料にはＲ
ＳｉＣｌ３が用いられ、これを有機溶媒に溶解し、アル
カリ金属を加え、更に必要に応じてクラウンエーテルを
添加し、加熱することにより縮重合反応を行い、ポリ
（モノアルキルシラン）が得られる（藤野ら、特願昭６
３−３０７５７８号）。原料のＲＳｉＣｌ３のＲは飽和
炭化水素基を示す。炭素の数が４個以上になると、熱分
解した時、炭素の残留率が高くなるため、本発明では好
ましくない。よって、炭化水素基としてはメチル、エチ
ル、プロピルの３種に限定される。
ルキルシラン）は下記の方法で合成される。原料にはＲ
ＳｉＣｌ３が用いられ、これを有機溶媒に溶解し、アル
カリ金属を加え、更に必要に応じてクラウンエーテルを
添加し、加熱することにより縮重合反応を行い、ポリ
（モノアルキルシラン）が得られる（藤野ら、特願昭６
３−３０７５７８号）。原料のＲＳｉＣｌ３のＲは飽和
炭化水素基を示す。炭素の数が４個以上になると、熱分
解した時、炭素の残留率が高くなるため、本発明では好
ましくない。よって、炭化水素基としてはメチル、エチ
ル、プロピルの３種に限定される。
【０００７】本発明では、上記ポリ（モノアルキルシラ
ン）の熱分解は１×１０−３Ｔｏｒｒ以上の高真空下で
行われる。１×１０−３未満の減圧下では、側鎖である
炭化水素基の分解脱離が充分でなく、得られた熱分解生
成物はＳｉＣあるいはＳｉＣ＋炭素となる。１×１０
−３Ｔｏｒｒ以上の真空下で熱分解すると、炭化水素基
の分解脱離が効率よく行われ、ＳｉＣより炭素の少ない
シリコン−炭素材料が得られる。真空度が１×１０−３
Ｔｏｒｒより高くなるにつれて熱分解生成物中に残る炭
素の残留量が少なくなり、１×１０−５Ｔｏｒｒ以上に
なるとほとんど炭素を含まないシリコン材料が得られ、
１×１０−６以上では全く炭素を含まないシリコン材料
が得られる。
ン）の熱分解は１×１０−３Ｔｏｒｒ以上の高真空下で
行われる。１×１０−３未満の減圧下では、側鎖である
炭化水素基の分解脱離が充分でなく、得られた熱分解生
成物はＳｉＣあるいはＳｉＣ＋炭素となる。１×１０
−３Ｔｏｒｒ以上の真空下で熱分解すると、炭化水素基
の分解脱離が効率よく行われ、ＳｉＣより炭素の少ない
シリコン−炭素材料が得られる。真空度が１×１０−３
Ｔｏｒｒより高くなるにつれて熱分解生成物中に残る炭
素の残留量が少なくなり、１×１０−５Ｔｏｒｒ以上に
なるとほとんど炭素を含まないシリコン材料が得られ、
１×１０−６以上では全く炭素を含まないシリコン材料
が得られる。
【０００８】ポリ（モノアルキルシラン）を熱分解して
シリコン−炭素材料あるいはシリコン材料を得るために
は、５００℃以上に加熱する必要がある。５００℃未満
では熱分解が不充分で、よい材料は得られない。高温の
限界は材料の用途によって異なる。シリコンならびにシ
リコンを含む材料を得たい時には、熱分解温度は１５０
０℃以下である。しかし、炭素材料への被覆を目的とす
る時には１５００℃以上でもよい。
シリコン−炭素材料あるいはシリコン材料を得るために
は、５００℃以上に加熱する必要がある。５００℃未満
では熱分解が不充分で、よい材料は得られない。高温の
限界は材料の用途によって異なる。シリコンならびにシ
リコンを含む材料を得たい時には、熱分解温度は１５０
０℃以下である。しかし、炭素材料への被覆を目的とす
る時には１５００℃以上でもよい。
【０００９】熱分解の時間は、熱分解の温度との関連で
決まるものであるが、１０００℃以上の高温で熱分解を
充分に行うためには０．１時間以上必要である。そし
て、５００℃で３時間を越えて熱分解を続けても効果は
変わらないため、０．１〜３時間の範囲が適当である。
決まるものであるが、１０００℃以上の高温で熱分解を
充分に行うためには０．１時間以上必要である。そし
て、５００℃で３時間を越えて熱分解を続けても効果は
変わらないため、０．１〜３時間の範囲が適当である。
【００１０】以下に、本発明のシリコン材料ならびにシ
リコン−炭素材料の製造方法を実施例により説明する。
リコン−炭素材料の製造方法を実施例により説明する。
【００１１】
実施例１ 脱水したトルエン３０００ｍｌ中に２８０ｇのナトリウ
ムを分散させ、４０ｇの１８−クラウン−６を加え、５
００ｍｌの脱水したトルエンで希釈したｎ−プロピルト
リクロロシラン４５０ｍｌを滴下し、６５℃で１時間反
応を行った。これを室温まで冷却し、遠心分離法により
未反応のナトリウム及び不溶性シリコン高分子の混合物
を分離した。分離した溶液にｎ−プロピルリチウム５ｇ
をゆっくり加え、次いで、２０ｍｌのメタノールを加え
てから沈澱物を除き、溶媒を蒸発させて、溶媒に可溶な
ポリ（ｎ−プロピルシラン）を２８ｇ得た。このポリ
（ｎ−プロピルシラン）を真空中で８００℃まで２時間
で加熱し、その温度に１時間保持し、表１に示すシリコ
ンならびにシリコン−炭素材料を得た。
ムを分散させ、４０ｇの１８−クラウン−６を加え、５
００ｍｌの脱水したトルエンで希釈したｎ−プロピルト
リクロロシラン４５０ｍｌを滴下し、６５℃で１時間反
応を行った。これを室温まで冷却し、遠心分離法により
未反応のナトリウム及び不溶性シリコン高分子の混合物
を分離した。分離した溶液にｎ−プロピルリチウム５ｇ
をゆっくり加え、次いで、２０ｍｌのメタノールを加え
てから沈澱物を除き、溶媒を蒸発させて、溶媒に可溶な
ポリ（ｎ−プロピルシラン）を２８ｇ得た。このポリ
（ｎ−プロピルシラン）を真空中で８００℃まで２時間
で加熱し、その温度に１時間保持し、表１に示すシリコ
ンならびにシリコン−炭素材料を得た。
【００１２】
【表１】 実施例２ 脱水したトルエン３００ｍｌに２８ｇのナトリウムを分
散させ、４ｇの１８−クラウン−６を加え、５０ｍｌの
脱水したトルエンで希釈したメチルトリクロロシラン３
８ｍｌを滴下し、６５℃で１時間反応を行った。室温ま
で冷却した後、遠心分離法により不溶性物を分離した。
この不溶性物を５０ｍｌのメタノールに少しずつ入れ、
未反応のナトリウムと反応させ、更に２００ｍｌの水を
加えてから濾過することにより、不溶性のポリ（メチル
シラン）を８．７ｇ得た。このポリ（メチルシラン）を
１×１０−３ｍｍＨｇ以上の真空中、７００℃まで３時
間で昇温し、７００℃に１時間保持し、表２に示すシリ
コン材料ならびにシリコン−炭素材料を得た。
散させ、４ｇの１８−クラウン−６を加え、５０ｍｌの
脱水したトルエンで希釈したメチルトリクロロシラン３
８ｍｌを滴下し、６５℃で１時間反応を行った。室温ま
で冷却した後、遠心分離法により不溶性物を分離した。
この不溶性物を５０ｍｌのメタノールに少しずつ入れ、
未反応のナトリウムと反応させ、更に２００ｍｌの水を
加えてから濾過することにより、不溶性のポリ（メチル
シラン）を８．７ｇ得た。このポリ（メチルシラン）を
１×１０−３ｍｍＨｇ以上の真空中、７００℃まで３時
間で昇温し、７００℃に１時間保持し、表２に示すシリ
コン材料ならびにシリコン−炭素材料を得た。
【００１３】
【表２】 実施例３ 脱水したベンゼンにエチルトリクロロシラン４０ｇを溶
解し、撹拌しながらゆっくりナトリウム−カリウム（ｗ
ｔ比＝４４：５６）４０ｇを滴下し、２００ｍｌのテト
ラヒドロフランを加えた後、２時間加熱環流した。この
反応溶液を室温まで冷却した後、１０ｇのエチルリチウ
ムを滴下し、３０ｍｌのメタノールを加えてから、更に
１００ｍｌの水を加え、不溶性のポリ（エチルシラン）
を分離して７ｇ得た。このポリ（エチルシラン）を真空
中、７００℃まで４時間で昇温し、その温度に１時間保
持し、表３に示すシリコン材料ならびにシリコン−炭素
材料を得た。
解し、撹拌しながらゆっくりナトリウム−カリウム（ｗ
ｔ比＝４４：５６）４０ｇを滴下し、２００ｍｌのテト
ラヒドロフランを加えた後、２時間加熱環流した。この
反応溶液を室温まで冷却した後、１０ｇのエチルリチウ
ムを滴下し、３０ｍｌのメタノールを加えてから、更に
１００ｍｌの水を加え、不溶性のポリ（エチルシラン）
を分離して７ｇ得た。このポリ（エチルシラン）を真空
中、７００℃まで４時間で昇温し、その温度に１時間保
持し、表３に示すシリコン材料ならびにシリコン−炭素
材料を得た。
【００１４】
【表３】
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、炭素数が３個以下
のアルキル基を有するポリ（モノアルキルシラン）を真
空中で熱分解して得られるシリコンならびにシリコン−
炭素材料は、現在一般的に使われている電気材料、光学
材料に広く使用することができる。特に、任意の形状に
加工することができ、かつｎ型，ｐ型不純物元素のドー
プも簡単にできることから太陽電池、発光材料、光学非
線型材料に利用できる。更には、炭素材料の被覆用材料
として有用である。
のアルキル基を有するポリ（モノアルキルシラン）を真
空中で熱分解して得られるシリコンならびにシリコン−
炭素材料は、現在一般的に使われている電気材料、光学
材料に広く使用することができる。特に、任意の形状に
加工することができ、かつｎ型，ｐ型不純物元素のドー
プも簡単にできることから太陽電池、発光材料、光学非
線型材料に利用できる。更には、炭素材料の被覆用材料
として有用である。
Claims (1)
- 【請求項１】炭素数が３個以下のアルキル基を有するポ
リ（モノアルキルシラン）を１×１０−３Ｔｏｒｒ以上
の高真空下、５００℃以上の温度で０．１〜３時間熱分
解することを特徴とするシリコン１モル中に炭素を０〜
０．９９モル含有するシリコン材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7736693A JPH06263423A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | シリコン材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7736693A JPH06263423A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | シリコン材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06263423A true JPH06263423A (ja) | 1994-09-20 |
Family
ID=13631915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7736693A Pending JPH06263423A (ja) | 1993-03-12 | 1993-03-12 | シリコン材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06263423A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012207113A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Osaka Gas Co Ltd | 炭化ケイ素製造用ポリシラン |
| WO2019177338A1 (ko) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 주식회사 엘지화학 | 비정질 실리콘-탄소 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
| US11616233B2 (en) | 2018-03-14 | 2023-03-28 | Lg Energy Solution, Ltd. | Amorphous silicon-carbon composite, preparation method therefor, and lithium secondary battery comprising same |
-
1993
- 1993-03-12 JP JP7736693A patent/JPH06263423A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012207113A (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Osaka Gas Co Ltd | 炭化ケイ素製造用ポリシラン |
| WO2019177338A1 (ko) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 주식회사 엘지화학 | 비정질 실리콘-탄소 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 |
| US11616233B2 (en) | 2018-03-14 | 2023-03-28 | Lg Energy Solution, Ltd. | Amorphous silicon-carbon composite, preparation method therefor, and lithium secondary battery comprising same |
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