JPH068166B2 - 炭化珪素粉末の製造方法 - Google Patents

炭化珪素粉末の製造方法

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JPH068166B2
JPH068166B2 JP60085918A JP8591885A JPH068166B2 JP H068166 B2 JPH068166 B2 JP H068166B2 JP 60085918 A JP60085918 A JP 60085918A JP 8591885 A JP8591885 A JP 8591885A JP H068166 B2 JPH068166 B2 JP H068166B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、炭化珪素粉末の製造方法に関し、詳しくは、
ディーゼルエンジンやガスタービンエン等における、耐
熱性の特に必要とされる耐熱部材に適用するセラミック
部材を製造するための、優れた低温焼結性を有する2H
型炭化珪素を主成分とする炭化珪素粉末の製造方法にか
かる。
〔従来の技術〕
従来、焼結セラミック部材を製造するための原料セラミ
ック材料として炭化珪素粉末が広く採用されている。
そして、このような焼結セラミック部材を製造するため
の炭化珪素粉末原料としては、2H型炭化珪素を主成分
とする炭化珪素粉末が低温焼結性に優れていることから
望ましい。
ところで、この2H型炭化珪素を主成分とする炭化珪素
粉末の製造方法として、 Al化合物の存在下で酸化珪素の微粉末と炭素粉末
とを高温にて反応させて、 SiO+2C=SiC+CO SiO+3C=SiC+2CO により示されるような固相/気相による化学反応によっ
て、2H型炭化珪素を主成分とする炭化珪素粉末を生成
させる方法(例えば、特開昭58−49611号等)。
Al化合物の存在下でSiの微粉末と炭素粉
末とを高温にて気相による化合反応によって、2H型炭
化珪素を主成分とする炭化珪素粉末を生成させる方法
(例えば、特開昭59−116116号等)。
等の製造方法が採用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のような従来の技術の現状に鑑み、本発明が解決し
ようとする問題点は、上述のような従来の2H型炭化珪
素を主成分とする炭化珪素粉末の製造方法において、 の方法においては反応に供した炭素粉末の残存量が多
いことから、この残存炭素粉末を燃焼除去させようとす
るとSiCが酸化されてSiOが再び生成されるた
め、さらに、SiOを除去させる操作が必要となる。
の方法においては生成された2H型炭化珪素を主成分
とする炭化珪素粉末中に混在するアルミニウムの除去が
困難である。
ということである。
従って、本発明の技術的課題とするところは、原料とし
て珪素及びアルミニウムの硫化物粉末の混合粉末を使用
して、アルミニウムの存在下における珪素と炭素との気
相による化学反応により2H型炭化珪素を主成分とする
炭化珪素粉末を生成させることによって、低温焼結性に
優れしかも焼結体の強度が高温まで低下することのない
2H型炭化珪素を主成分とする炭化珪素粉末の製造を、
安価でしかも高収率にて製造することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
このような従来の技術における問題点に鑑み、本発明に
おける従来の技術の問題点を解決するための手段は、珪
素硫化物粉末を珪素含有量にて100重量部と、アルミ
ニウム硫化物粉末をアルミニウム含有量にて0.3〜2
重量部とからなる混合粉末を流動粒子反応炉に装填させ
る工程と、 前記流動粒子反応炉内に装填された前記混合粉末を、1
250〜1550℃に加熱保持した状態で前記流動粒子
反応炉の底部に配設された多孔板のガス吹出口から水素
と炭化水素ガスとからなる混合ガスを送給させることに
より流動させて、この混合粉末と混合ガスとの気相によ
る化学反応によって、2H型炭化珪素を主成分とする炭
化珪素粉末を生成させることを特徴とする炭化珪素粉末
の製造方法からなっている。
〔作用〕
以下、本発明の作用について説明する。
本発明法において、珪素硫化物混合粉末に添加するアル
ミニウムの硫化物はアルミニウムとしての含有量が珪素
としての含有量に対して2重量部を越えると、生成され
た2H型炭化珪素を主成分とする炭化珪素粉末中への不
純物として0.5%程度のアルミニウムが混入し、その
炭化珪素粉末から製作された炭化珪素焼結体の高温強度
を劣化させることから好ましくない。
とりわけ、好ましいアルミニウム含有量は0.3%〜
1.0重量部であり、この範囲であれば生成された炭化
珪素粉末中の2H型炭化珪素の比率を95%以上とさせ
ることができるとともに、混入アルミニウム量を0.1
%程度以下とすることができるのである。
なお、アルミニウムの硫化物を添加しない場合において
は、生成された炭化珪素粉末中の2H型炭化珪素の比率
は20%にも達しない。
また、本発明法において、流動粒子反応炉内に装填され
た珪素硫化物とアルミニウム硫化物との混合粉末を、流
動粒子反応炉の底部に配設された多孔板のガス吹出口か
ら吹出された水素と炭化水素ガスとからなる混合ガスに
よりを流動させることとしているのは、上記混合粉末と
上記混合ガスとの接触を充分なものとして、2H型炭化
珪素を主成分とする炭化珪素粉末の生成反応を促進させ
るためである。
また、本発明法において、流動粒子反応炉内に装填され
た珪素硫化物とアルミニウム硫化物とからなる混合粉末
と、水素と炭化水素ガスとからなる混合ガスとの反応温
度を1250〜1550℃としているのは、反応温度が
1250℃未満では2H型炭化珪素を主成分とする炭化
珪素粉末の生成速度は遅く、一方、1550℃を越える
と生成された2H型炭化珪素を主成分とする炭化珪素粉
末の粒子が粗大化して焼結処理に適さないからである。
そして、反応温度は1350〜1450℃の範囲とする
と、生成された炭化珪素粉末中における2H型炭化珪素
の比率が95%以上となることから望ましい。
また、上述の方法により生成された炭化珪素粉末におけ
る2H型炭化珪素以外の残部は3C型炭化珪素(β−S
iC)であった。
なお、生成された炭化珪素粉末中の2H炭化珪素の定量
は以下の方法によった。
即ち、粉末X線回折(CuKα)の回折ピークの強度か
ら、 V2H=(100α)/(I+α) α=2.53I/(100−0.668I) ここで、 V2H;2H型炭化珪素のVo1%, I;CuKα回折線の2θ=35.6゜のピーク強度を
100とした場合の2θ=33.6゜のピーク強度値で
ある。
また、本発明法に使用する炭化水素ガスの種類としては
上記反応温度範囲にて効率よく熱分解して炭素を生成す
る炭化水素ガスであればよく、プロピレン,メタン,プ
ロパン,ベンゼン等を好適に適用することができる。
しかし、水素に対するその濃度は反応温度に依存し、多
過ぎると未反応炭素を生成された炭化珪素粉末中に残留
させることから好ましくなく、一方少な過ぎると2H型
炭化珪素を主成分とする炭化珪素粉末の生成反応が充分
に進行しない。
そこで、例えばプロピレンの場合においては、1280
℃では6%程度,1540℃では22%程度とするのが
が望ましい。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
まず、平均粒径が5.5μの珪素硫化物を珪素含有量に
して107gと、平均粒径が4μのアルミニウム硫化物
をアルミニウム含有量にして1.3gの比率で、珪素含
有量とアルミニウム含有量として合計108.3gをボ
ールミルで均一に混合した後、転動造粒により平均直径
が0.2〜0.5mm程度の混合粉末粒状3とした。
ついで、上述により形成した混合粉末球状粒子3を、孔
径が0.1mmのガス吹出口1aを約3mmの間隔で多数有
する多孔板1を底部に配設した縦型の流動粒子反応炉2
(直径;80mm,高さ;400mmの寸法を有する炭化珪
素焼結体により製作された反応筒)内に100gを装填
した。
その後、第1図に示すように珪素硫化物の融点(約11
00℃)の温度までは水素のみを送給して、混合粉末球
状粒子3を流動粒子反応炉2の下方にて流動させ、その
後、反応温度まで急速に加熱させると同時に炭化水素ガ
スを水素に加えて送給して、第2図に示すように上記混
合粉末給状粒子3を流動させながら反応させて流動粒子
反応炉2の出口から2H型炭化珪素を主成分とする生成
炭化珪素微粉末5を気流に乗せて補集した。
即ち、1460℃、炭化水素ガスとしてのプロピレン濃
度を水素に対する体積比率にて15%とし残部を水素と
した混合ガスを用いて、第2図に示すように混合粉末球
状粒子3を流動させて、 例えば、アルミニウム蒸気の存在下で、 3SiS+C+3H =3SiC+6HS(2H型) に示されるような気相による化学反応によって、流動粒
子反応炉2の上部から気流に乗って採取された2H型炭
化珪素を主成分とする生成炭化珪素微粉末5となった。
次に、上述により製造した平均粒径が0.05μの2H
型炭化珪素(残部は3%のβ−SiC)を主成分とする
生成炭化珪素微粉末5に、非晶質ホウ素粉末の0.22
重量%とカーボンブラックの0.8重量%とを均一に混
合した後、3ton/cm2の静水圧により加圧圧粉成形し
た。
このようにして圧粉成形された炭化珪素成形体を、1気
圧の非酸化性雰囲気中において2020℃にて焼結し
た。
このようにして製造した炭化珪素焼結体の密度は真密度
に比較して97.5%という高密度に達っし、この炭化
珪素焼結体を用いた3mm+4mm×45mmの大きさの10
本の試験片による3点曲げ強度は、室温において平均7
3Kg/mm2の抗折強度を有するとともに1300℃の高
温大気中においても75Kg/mm2の高抗折強度を確保す
ることができた。
なお、曲げ試験における試験片の保持スパンは30mmと
した。
〔発明の効果〕
以上により明らかなように、本発明にかかる炭化珪素粉
末の製造方法によれば、原料として珪素及びアルミニウ
ムの硫化物粉末の混合粉末を使用して、アルミニウムの
存在下における珪素と炭素との気相による化学反応によ
り2H型炭化珪素を主成分とする炭化珪素粉末を生成さ
せることによって、低温焼結性に優れしかも焼結体の強
度が高温まで低下することのない2H型炭化珪素を主成
分とする炭化珪素粉末の製造を、安価でしかも高収率に
て製造することができる利点がある。
また、一般にアルミニウムを存在させて2H型炭化珪素
を主成分とする炭化珪素粉末を生成させる場合、通常は
Alが用いられるが、不純物として反応後に混入
されることから酸化物の場合においては、900〜10
00℃以上で炭化珪素焼結体の強度が低下傾向となるの
に対して、本発明法の炭化珪素粉末の製造方法によれ
ば、このような高温における強度低下を生じないという
利点がある。
とりわけ、反応中間生成物として揮発性の珪素の硫化物
とする化学反応形態を採用したことによって、気相にて
効率よく2H型炭化珪素を主成分とする炭化珪素微粉末
を製造することができるのである。
ちなみに、珪素の硫化物としてはSiS,SiSが知
られており、SiSの融点は1090℃,沸点は11
30℃である。
また、アルミニウムの硫化物としてAlが知ら
れ、その沸点と融点はそれぞれ1100℃と1550℃
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、流動粒子反応炉の底部に配設された多孔板の
ガス吹出口から水素を送給している状態における、混合
粉末球状粒子の流動状態を示す図, 第2図は、流動粒子反応炉の底部に配設された多孔板の
ガス吹出口から水素と炭化水素ガスとの混合ガスを送給
している状態における、混合粉末球状粒子の流動状態を
示す図である。 1……多孔板, 1a……ガス吹出口, 2……流動粒子反応炉, 3……混合粉末球状粒子, 4……気流案内版, 5……生成炭化珪素微粉末,

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】珪素硫化物粉末を珪素含有量にて100重
    量部と、アルミニウム硫化物粉末をアルミニウム含有量
    にて0.3〜2重量部とからなる混合粉末を流動粒子反
    応炉に装填させる工程と、 前記流動粒子反応炉内に装填された前記混合粉末を、1
    250〜1550℃に加熱保持した状態で前記流動粒子
    反応炉の底部に配設された多孔板のガス吹出口から水素
    と炭化水素ガスとからなる混合ガスを送給させることに
    より流動させて、この混合粉末と混合ガスとの気相によ
    る化学反応によって、2H型炭化珪素を主成分とする炭
    化珪素粉末を生成させることを特徴とする炭化珪素粉末
    の製造方法。
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