JPS58115016A - 微粉末炭化珪素の製造方法 - Google Patents

微粉末炭化珪素の製造方法

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JPS58115016A
JPS58115016A JP56210490A JP21049081A JPS58115016A JP S58115016 A JPS58115016 A JP S58115016A JP 56210490 A JP56210490 A JP 56210490A JP 21049081 A JP21049081 A JP 21049081A JP S58115016 A JPS58115016 A JP S58115016A
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JP
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silicon
carbon
heating
silicon carbide
powder
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JP56210490A
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English (en)
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Hajime Kato
肇 加藤
Shinichi Sasaki
伸一 佐々木
Takao Ito
隆夫 伊藤
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Onoda Cement Co Ltd
Original Assignee
Onoda Cement Co Ltd
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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】 本発明は微粉末炭化珪素゛の製造方法に関するものであ
り安価に微粉末の炭化珪素を製造することを目的とする
最近の省エネルギー化にともない、特に耐熱材、耐食材
、耐摩耗材についてはさかんに研究開発が進められてい
るが、炭化珪素はすぐれた高温強度、耐熱衝撃性、耐食
性を有し、耐熱材や研磨材のみならず、最近では特に^
部構造材料として注目されている。その際に用いる炭化
珪素焼結体原料粉末としてはりブ・ミクロン程度の大き
さの微粒Cあることが鐘要である。
本発明者等はナトリウム、カリウム、アルミニウムなど
の金属と四弗化珪素との反応及びその生成物を種々研究
した。
その結果、これ゛らの反応により生成したシリコンは微
粒部分(1μ程度以下)を多鏝に含み、このシリコンか
ら微粒部分のみを分離することは比較的容易であること
を知見した。さらに、この微粒シリコンと炭素又は炭素
含有物との反応により、微粉末炭化珪素が容易に得られ
ることを知見し、本発明に至ったものである。
本発明に使用する四弗化珪素は市販のガスでも良く、ま
た珪弗化物を熱分解した時に生成する四弗化珪素でも良
い。四弗化珪素の発生源に珪弗化アルカリ塩(Lt2S
fF6、NazSiF6又はに2SiF6 )を使用す
る時には、還元に用いる金属と予め混合が可能であって
、還元用金属と同様に、その形状は粉状、粒状、塊状、
はく状のいずれのものも使用可能であるが、粒度が粗い
場合には未反応の珪弗化アルカリや金属が残るので通常
粉末状又は粒状のものを使用する。
シリコンを生成せしむる場合、還元用金属としてカリウ
ムを使用した時には100℃以上、カリウムの沸点76
2.2℃未満、ナトリウムを使用する時には100℃以
上、ナトリウムの沸点877.5℃未満に加熱して反応
を遂行させる。100℃以下の温度では生成されるシリ
コンの収率が著しくFす、また各金属の沸点以上では還
元用金属が沸−し、大粒のシリコンが生成されやすくな
ったり、還元用金属の気体の散逸が著しくなりシリコン
の生成が充分ではなくなる。
また還元用金属としてアルミニウムを用いる場合には4
00℃以上、アルミニウムとシリコンの共融点(575
℃)未満に加熱してシリコンを生成せしむる。515℃
以上ではシリコンとアルミニウムの共融物が出来る可能
性があり、また400℃以トではシリコンの生成収率が
著しく下る。
加熱された金属粉又は粒に四弗化珪来気体を導く事によ
りシリコンを生、成させる場合、反応は速やかに進行し
、金属の表面および周辺の壁などに微粉末シリコンと還
元用金属の弗化物が生成づる。
四弗化珪素発生源として珪弗化ナトリウムを用いる場合
には400℃以上680℃以下の温度にて加熱を行い、
珪弗化カリウムを用いる場合には400℃・以上100
0℃以下、珪弗化リチウムを用いる場合には400℃以
上600’C以下の温度にて加熱を行い四弗化珪素を発
生させる。
次に、珪弗化アルカリと金属との混合物をシリコン生成
の為の原料とする場合、還元用金属としてナトリウム又
はカリウムを使用する時には、珪弗化アルカリ:金属ア
ルカリのモル比を1:4の近傍の割合で混合する。一方
、還元用金属としてアルミニウムを使用するときには、
珪弗化アルカリニ金属アルミニウムのモル比を3:4の
近傍の割合で混合する。これらの比より大きく離れた割
合で混合して、原料とした場合には、未反応物や揮散物
が多くなるので経済的ではなくなる。
反応時開は、例えば珪弗化アルカリとアルミニウムの混
合物から5?θ℃にてシリコンを生成させる場合には、
数10分程度で充分である。
炭化反応は1300℃以上、シリコンの融点1414℃
未満で行う。この場合、Si +C→SiCの反応は発
熱反応′であり、この熱により温度が上昇し、シリコン
が溶融すると、反応が阻害されるばかりでなく目的とす
る微粉末の炭化珪素が得られない。
このため従来は充分に精密に温度を制御して溶融を避け
る必要があるなど工業的製造を妨げる要因となっていた
。しかしながら本発明の様に、四弗化珪素を原料として
製造する微粉末2リコンは、この様な傾向が極めて少な
いことを知見した。
炭化工程では、シリコンと炭素又は含炭素物質との混合
比は、モル比で1:1〜1:3とする。
シリコンに対する炭素のモル数が1以下だと未反応のシ
リコンが残存するようになり、3以上だと未反応の炭素
が多く残るので好ましくない。
原料の炭素としては、カーボンブラックやグラファイト
の粒状のものを使用する。また含炭素物質としては、セ
ルロースや樹脂炭化物の粉体を使用する。ただし、上述
の含炭素物質のモル数とは、このものを1300℃以上
1414℃未満にて、非酸化性雰囲気中で加熱した際に
得られる炭素のモル数を意味する。
炭化後の残存炭素は空気中500℃以上、1000℃以
下の温度において加熱することにより除去することがで
きる。。
本発明にお番プる炭化珪素の生成の為の反応式は金属と
してナトリウムを用いた場合には次の如くである。
Si F4 +4Na −+Si +4Na rSi 
+C→SiC 上式中の副生成物NaFは酸に溶解するので容易にシリ
コンのみ、を分離することができる。
次に、本発明における炭化珪素の生成の為の反応式は金
属としてアルミニウムを用いた場合には次の如くである
3Si F4  +4A区→3Sf+4AQFss+ 
+c−+s+ c 副生成物のAtF3 はNaFを予め又は後に添加して
加熱することによりフルオロアルミン酸塩を生成せしめ
、酸又は塩溶液により溶解除去するか、そのまま炭素原
料と混合加熱して反応させる事も可能である。AtF、
  はその昇華温度が1260℃であるから炭化反応温
度(1300T−1,41,4℃)又は昇温過程におい
ては昇華する。
また弗化アルカリやフルオロアルミン酸塩は酸又は塩基
性溶液に溶解するので、生成したシリコンから副生成物
を除去せずに炭素又は含炭素化合物と反応させたのちに
酸処理を行っても純度の高い微粉末炭化珪素を製造する
ことも可能である。
また、還元用金属としてアルミニウムを用いる場合には
生成したシリコンがアルミニウムを包含する場合がある
が、この様なアルミニウムは主に粒径が10μ−以上の
シリコン粒子に含有される。
これはふるい又は水難などにより容易(分離することが
でき、分離した後の微粉末シリコンを用いて炭化珪素を
製造する場合には、さらに微粉で純度の高い炭化珪素が
得られる。
予め、珪弗化アルカリと還元用金属を混合しておいて加
熱する場合も、副生成物である弗化アルカリ、又はフル
オロアルミン酸塩及び未反応の珪弗化アルカリは同様に
酸又は塩により処理出来、シリコンのみを分離すること
ができる。この場合、原料の金属としてす1リウム又は
カリウムの粒又は片を用いた場合には粒又は片の存在す
る部分に生成するシリコンは大きな塊となる事があるが
、これは容易にふるいにより分離することができ、他の
目的のためのシリコン源として用いることが可能である
本発明によれば原料に用いる四弗化珪素、珪弗化アルカ
リおよび還元用金属は高純度のものが安価に入手でき、
また粉砕工程を必要としないので、微粉末炭化珪素を経
済的に製造することができる。
実施例1 金属ナトリウム粒(< 3 sn)  300(lをア
ルゴン雰囲気下で200℃に加熱し、四弗化珪素ガスを
導入しつつ攪拌しながら約90分間保持した後、冷却後
得られた生成物を塩酸溶液で処理、濾過洗浄してシリコ
ン80gを得た。これに塩化ビニリデン炭化物粉末30
0Qを充分に混合後アルゴン雰囲気下の電気か中で14
00℃、1時同加熱後、温度を650℃に下げ空気を炉
内に流しつつ2時間保持後、冷却して得たものは微粉末
炭化珪素であった。その粒度は0.04μ−であり、ま
た得られた炭化珪素の重量は113.50であった。
実施例2 珪弗化ナトリウムと金属アルミニウムの微粉をモル比で
3:4に配合したもの112gをボットミルでよ(混合
した後、減圧下、電気炉で560℃、1時間加熱した。
その結果得られた生成物を10%塩酸溶液で処理した後
、残漬を濾過分離洗浄して得られた微粉、末シリコン1
29とカーボンブラック7.7Q  (平均粒径0.1
μ以下)を混合した。これをアルゴン雰囲気下、電気炉
で1350℃、40分加熱したのち空気中で1時間、7
00℃にて加熱した。
その結果、得られた生成物は微粉末炭化珪素であり、そ
の平均粒径は0.8μであり、その重−は17、OQで
あった。
実施例3 珪弗化カリウムおよび金属アルミニウム微粉また珪弗化
リチウムおよび金属アルミニウム微粉をそれぞれモル比
で3=4に配合し、ボットミルでよく混合した後、加圧
成形したものをアルゴン雰囲気下、電気炉で500℃、
1時間加熱して得られた生成物を塩酸溶液(10%)で
処理し、残漬を濾過分離洗浄して得られたシリコンと無
定形炭素をモル比で2=3でまぜ、ボットミルで混合し
たのち、さらにアルゴン雰囲気下、電気炉で1360℃
、1峙閤加熱し、さらに大気下、600℃、1時間加熱
処理して得られた生成物は微粉末炭化珪素であり、その
平均粒径は各々0.3及び0.2μであった。
実施例4 実施例2とまった全く同様の方法で製造した微粉末シリ
コンとセルロース粉を重量比で1:3に混合し、蒸溜水
でねった後圧縮成形したもの9gをアルゴン雰囲気中、
1380℃、1時間加熱処理した慢、空気中で600℃
、1時間加熱処理した。生成物を塩酸溶液で処理して得
たものは微粉末炭化珪素であり、その平均粒径は0゜6
μであり、その重最は4.9gであった 。実施例5 珪弗化ナトリウム粉末と金属゛アルミニウム粒(平均粒
径1−)をモル比で1:3に混合し、窒素雰囲気下で5
50℃、30分加熱した。得られた反応物を水に入れ、
濃塩酸を徐々に加えて濃塩酸溶液とし、煮沸し、濾過洗
浄後、ふるいにより0.2−以上の粗粒子を除いて微粉
末シリコンを得た。
このシリコンとカーボンブラックとをモル比で45に混
ぜ加圧成形した後、減圧下で1360℃、1vI間加熱
処理して得られたものは、微粉末炭化珪素であり、その
粒度は0.2μであった。
実施例6 珪弗化カリウム粉末と金属ナトリウム片(平均長さ5−
儀、厚さ11−)をモル比で1:2に配合し、混合した
。これを、アルゴン雰囲気下で600℃、1時間加熱し
た。得られた反応物をめのう乳鉢でかるくくだいた後、
ふるいにより0.211Il1以上の大粒子を除いて得
られた生成物を塩酸により処理して、得られたものは微
粉末シリコンであった。
このシリコンとグラプアイト粉末をモル比1:2に混ぜ
、粉状のままアルゴン雰囲気−ト1380℃、50分加
熱処理した後、さらに空気中で100℃、30分加熱処
理して得たものは微粉末炭化珪素であり、その粒度は0
.8μであった。
代理人  弁唾士 不 破 良 −ロ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)四弗素化珪素をナトリウム、カリウムまたはアルミ
    ニウム金属により還元して生成したシリコンに炭素又は
    含炭素物質を混合し、非酸化性雰囲気中で加熱すること
    を・特徴とする微粉末炭化珪素の製造方法。 2)珪弗化アルカリを加熱して発生せしめた四弗化珪素
    をナトリウム、力Jラムまたはアルミニウム金属により
    還元して生成せしめた微粉末シリコンに炭素又は含炭素
    物質を混合したものを非酸化性雰囲気中1300℃以上
    、シリコンの融点1414℃未満に加熱することを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の微粉末炭化珪素の製
    造方法。 3)珪弗化アルカリとナトリウム、カリウムまたはアル
    ミニウム金属との混合物を加熱処理した後、未反応物お
    よび副生成物を除去して得られた微粉末シリコンを炭素
    又は含炭素物質と混合し、これを非酸化性雰囲気中、1
    300’C以上1414℃未満に加熱することを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の微粉末炭化珪素の製造
    方法。
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