JPS5917046B2 - 珪素及び／又は炭化珪素を製造するための中間生成物の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は珪素及び／又は炭化珪素を製造するための、二
酸化珪素及び炭素を含有する中間生成物の製法に係る。

この場合、出発物質が石英砂或はｊ０石英粉であること
は自明である。しかし、以下に於ては修辞上、石英砂な
る表現を使用することとする。使用する石英砂は、種々
の粒度のものも使用し得るが、粒度範囲は可能な限り狭
くすべきである。珪素は高純度の元素珪素を意味する。
この１５ものは極めて多種多様の目的の為に、たとえば
フェロシリコン及び珪化カルシウムの製造の為に必要で
ある。しかしながら、純珪素は殊に半導体工業に於ても
使用される。炭化珪素は珪素及び炭素から製造され、化
学式ＳｉＣを有する。このものはほとんどの化学的作用
に対する抵抗性が非常に高く、炭化ホウ素及びダイヤモ
ンドを別にすれば最も高い硬度を示す。炭化珪素は研摩
材工業に於て研削粉及び研摩ペースト、研削盤等に加工
処理される。炭化珪素研摩材は焼結高硬金属、鋳造鋼の
ような硬度の高い材料に対しても、又アルミニウム、真
鍮及び銅のような可鍛性金属に対しても使用可能である
。さらにはこれによりゴム、皮革及び木材も研摩処理さ
れ得る。優秀な熱伝導性並びに高温における高い化学的
抵抗性乃至安定性により、炭化珪素は、反応熱の急速な
放散、外部からの良好な加熱性及び場合によつては高い
耐摩耗性及び耐蝕性のような特殊な要求を考慮する必要
性のある、工業用炉のための耐火性構成材料の製造に適
した素材である。亜鉛工業においては、例えば鉱石を処
理するために使用されるレンガ壁被覆凝縮器及び炭化珪
素マツフル炉が使用される。良好な導電性並びに高温に
おける酸素に対する抵抗性により、炭化珪素及び適当な
結合剤から、１５００℃迄の連続ストレスに耐える電気
抵抗炉用加熱エレメントが製造される。赤外加熱炉にも
またこの種のエレメントが装備される。強電及び弱電工
業における電圧制限のために、炭化珪素から、電圧に依
存する電気的抵抗を示す構成部材が製造される０このた
めに及び高温トランジスター並びに高温ダイオード用に
も、特に製造された殊に純粋なドーピング処理された炭
化珪素が使用される。結晶状炭化珪素の性質を応用した
使用法は別として、炭化珪素はフアイバ一状及び発泡体
の形態になされる。このフアイバ一は他の材料と合体し
て耐火性の織成物とし、又発泡体は耐蝕性及び耐熱性を
有する絶縁体に処理加工される。しかし、炭化珪素が有
するこのような顕著な工業的意義にもかかわらず、近年
におけるその製造技術は何ら注目に値する進歩を示して
いない。アヘゾン（ＡｃｈｅｓＯｎ）（１８９１）以来
、このものは主として石英砂の形態の二酸化珪素及びコ
ークス粉を加熱して得られている。その製造はコストが
高く、炭化珪素及びこれから製造された製品は価格が高
くなつてしまう。炭化珪素の製造に関する工業的プロセ
スでは、次の原料物質が使用される。

可能な限り高い純度の微粉砕石英乃至石英砂の形態の二
酸化珪素、冶金用コークス、ピツチコークス、石油コー
クス乃至無煙炭の形態の炭素、塩化ナトリウム、及び 鋸屑。

石英及び炭素は略々化学量論的量比で使用されるが、炭
素をわずかに過剰量で使用するのが好ましい。

鋸屑は反応混合物をふんわりさせるために使用される。
塩化ナトリウムは、原料中に予め含有されている、結晶
の形成を防げ且つ形成された炭化珪素の分解に関与する
アルミニウム一及び鉄一酸素化合物を、塩化物として気
化せしめ除去するために使用される。炭化珪素の工業的
製造は、その高温（２０００′Ｃ）条件の故に一般に電
気抵抗炉で行われる。反応の進展及び収量は本質的に、
一方に於いては石英砂及び他方に於ては石英粉の正確な
粒度での、原料物質の均一な混合に依存するＯこれに対
して、本発明の目的は、石英砂及びコークス粉の混合を
必要とせずに珪素及び／又は炭化珪素を製造することが
できる中間生成物を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明によれば、水蒸気及び
ガスによつて石英砂粒子の流動床を形成維持し、この温
度を５００〜７００℃に保持し、流動床中へ２５０℃以
上の流体炭化水素を導入し且つ流動床中へ連続的に新し
い或は予め炭素で被覆された石英砂粒子を６００〜８０
０℃の温度で吹込み、この場合炭化水素が石英砂粒子上
に石油コークス層を形成し或はすでに存在している層を
厚くししかもこの被覆された石英砂粒子が化学量論的に
珪素及び／又は炭化珪素に転換するために必要とされる
炭素量に少なくとも相当する石油コークス炭素量になる
迄炭化水素をクラツキングせしめられ、その結果重量が
増加し沈降した粒子が下方に於て流動床から排出される
。

換言すれば、本発明により、適当な温度に於て石英砂粒
子とこの石英砂粒子上へのいわば被覆物としての炭素と
から成る流動床に於けるクラツキングが提案される。こ
のクラツキング工程に必要なエネルギーが主として、別
個の予備加熱装置内に於ける炭素の部分的な燃焼により
或は高温廃ガスの熱供給によつて必要な温度に加熱され
ている石英砂粒子及びすでに炭素で被覆されている石英
砂粒子の熱によつてもたらされる。流動床の温度は炭化
水素の部分的燃焼によつて保持されることもできる０流
動層によつて炭化水素をコークス化処理する方法は基本
的には従来公知であり、この公知方法でも又砂状物の形
態の固体熱担体で処理されている。しかし乍らこの公知
方法に於ては、熱担体上にコータス層は生成せず且つ相
当する生成物は排出されない。本発明方法によれば、個
々の石英砂粒子上に付着する石油コークス量は、一方で
は熱力学的条件に、又他方では流動床中に於ける石英砂
粒子の静的滞留時間に依存する。

本発明では上記の方法により、中間生成物をさらに処理
する際に必要である、化学量論的量を越える量の乃至は
化学量論的量の石油コークスが石英砂粒子上へ付着せし
められることが可能であることが認識された。本発明に
よる方法は全体的に連続して実施される。即ち熱的平衡
に達した後過剰に存在するすでに炭素で被覆された生成
物は、流動床から排出された後、予備加熱装置へ到達す
る前に排出される。予備加熱装置へ新たな石英砂粒子を
導入し、そこで高温の材料と混合し且つこれらを共に最
大８００℃に加熱するのが有利である。石油コークスで
すでに被覆されている石英砂は、個々の石英砂粒子を被
覆する石油コークス量を調整するため、循環径路内へ導
入されることは本発明の範囲に属する。凝縮可能なガス
状炭化水素は流動床頂部から排出されることは自明のこ
とである。石英砂粒子上へ石油コークスを形成するため
に多種多様の炭化水素が使用され得ることは、本発明の
範囲内にある。

有利な実施例では、供給材料として重油留分、コールタ
ール、及びコールタールピツチが使用される。達成され
る利点は、本発明によれば、珪素及び／又は炭化珪素を
製造するために使用し得る、追加的処理を行う必要性の
ない中間生成物が得られることにある。

この場合、従来に於ては、費用がかかり且つ入念に調製
される必要のある石英砂とコークス粉との混合が必要不
可欠であつた０結果的に珪素或は炭化珪素の製造自体が
、本発明方法による中間生成物の使用によつて簡単化さ
れることができる。殊に本発明による中間生成物から、
純粋な出発物質が推定される高純度の目的物質の珪素或
は炭化珪素が製造される〇珪素を製造するために、いわ
ばマイクロペレツト形状に調製された中間生成物が、例
えば慣用の３本の電極を有する慣用の電気炉中へ導入さ
れる。

この電気炉中では式ＳｉＯ２＋２Ｃ−＋Ｓｉ＋２Ｃ０に
従つて、二酸化珪素と炭素との反応により珪素が得られ
る。電極を使用する炉では、炭化珪素が固いと同時に電
極へ付着して増大し、従つて追加的処理なしには炉から
取り出すことができないので、炭化珪素の製造を実施す
ることは不可能である。炭化珪素の製造は式ＳｉＯ２＋
３Ｃ−＋ＳｉＣ＋２Ｃ０に従つて行なわれる。この反応
は、一般的に、反応体即ちこの場合にはマイクロペレツ
トが敷設保持されている水平炉で実施される。充当され
ているこの層を通して電気的エネルギーが供給され、上
記のように反応が進行する。勿論、空気中の酸素を反応
から離隔せしめるため、炭素で被覆する必要がある。従
つて、真空中でも実施することができる。この方法によ
り、成長した結晶状炭化珪素の棒状体が得られ或は紐状
物も又得られる。以下、本発明方法を実施するための装
置を示す添付図面を参照して、本発明をより詳細に説明
するＯ添付図面は予備加熱装置を有する反応装置を示し
、この内部で本発明方法が実施され得る。

反応装置１へ最初に６００〜８００℃の温度を有する石
英砂粒子２が吹込まれる。水蒸気３及びガス４により流
動床５を形成維持し、その温度を５００〜７００℃に保
持する。この流動床５中へ２５０℃以上の温度を有する
流体炭化水素を噴入する。この場合に於て、炭化水素は
石英砂粒子上でクラツキング処理され、石油コークス層
を少なくとも化学量論的量又はこれを越える量に於て生
成する。これにより重量が増加した粒子は下方へ沈降し
且つ反応装置の下方端部７から排出される。クラツキン
グ処理プロセスに必要なエネルギーは主として石英砂粒
子２のかなりの熱によつて得られる。このものは反応装
置中へ導入される前に予備加熱装置８に導通される。こ
こで反応装置１から排出された生成物は部分的に予備加
熱装置へ導入され、ここで石英砂粒子２上の炭素を部分
的に燃焼する。石英砂粒子の加熱は高温の廃ガスによつ
ても又行なわれることができる。この予備加熱装置８を
介してさらに新たな石英砂粒子２が導入される。炭化水
素で被覆された生成物は流動床５から排出された後に予
備加熱装置８に達する前に少なくとも部分的に排出され
る。導管９を介して流動床５の上方でガス状の凝縮可能
な炭化水素が排出される。炭化水素６としては重油留分
及びコールタール乃至コールタールピツチが使用され、
流動床のためのガスとしては水蒸気と並んで、窒素及び
反応に関して中性及び／又は不活性なガスが使用される
。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明方法を実施するための装置を示してい
る。 尚、図示の要部と参照符号との関係は以下の通りである
。１・・・・・・反応装置、２・・・・・・石英砂粒子
、３・・・・・・水蒸気、４・・・・・・ガス、５・・
・・・・流動床、６・・・・・・炭化水素、７・・・・
・・下方端部、８・・・・・・予備加熱装置、９・・・
・・・導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 珪素及び／又は炭化珪素を製造するための、二酸化
   珪素及び炭素を含有する中間生成物の製法に於いて、水
   蒸気及びガスによつて石英砂粒子の流動床を形成維持し
   、この温度を５００〜７００℃に保持し、流動床中へ２
   ５０℃以上の流体炭化水素を導入し且つ流動床中へ連続
   的に新しい或は予め炭素で被覆された石英砂粒子を６０
   ０〜８００℃の温度で吹込み、この場合炭化水素が石英
   砂粒子上に石油コークス層を形成し或はすでに存在して
   いる層を厚くししかもこの被覆された石英砂粒子が化学
   量論的に珪素及び／又は炭化珪素に転換するために必要
   とされる炭素量に少なくとも相当する石油コークス炭素
   量になる迄クラツキングせしめられ、その結果重量が増
   加し沈降した粒子が下方に於て流動床から排出されるこ
   とを特徴とする製法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の製法に於て、クラツ
   キング工程に必要なエネルギーが主として、別個の予備
   加熱装置内に於ける炭素の部分的な燃焼により或は高温
   廃ガスの熱供給によつて必要な温度に加熱されている石
   英砂粒子及びすでに炭素で被覆されている石英砂粒子の
   熱によつてもたらされることを特徴とする製法。 ３ 特許請求の範囲第１又は２項に記載の製法に於て、
   熱的平衡に達した後に過剰に存在するすでに炭素で被覆
   されている生成物が、流動床から排出された後に予備加
   熱装置へ到達する前に排出されることを特徴とする製法
   。 ４ 特許請求の範囲第１乃至３項の何れか１つに記載の
   製法に於て、新たな石英砂粒子が予備加熱装置中へ導入
   されここで高温の材料と混合され且つ共に最高８００℃
   迄加熱されることを特徴とする製法。 ５ 特許請求の範囲第１乃至４項の何れか１項に記載の
   製法に於て、流動床の頂部からガス状の凝縮可能な炭化
   水素が排出されることを特徴とする製法。 ６ 特許請求の範囲第１項乃至５項の何れか１項に記載
   の製法に於て、供給材料として重油留分、コールタール
   及びコールタールピッチが使用されることを特徴とする
   製法。