JPS6054910A - 炭化ケイ素粉末の製造方法 - Google Patents

炭化ケイ素粉末の製造方法

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JPS6054910A
JPS6054910A JP58162515A JP16251583A JPS6054910A JP S6054910 A JPS6054910 A JP S6054910A JP 58162515 A JP58162515 A JP 58162515A JP 16251583 A JP16251583 A JP 16251583A JP S6054910 A JPS6054910 A JP S6054910A
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JP
Japan
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silicon carbide
inert gas
reaction
carbon
carbide powder
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Pending
Application number
JP58162515A
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English (en)
Inventor
Toru Kuramoto
倉本 透
Kazushi Tsukuda
佃 一志
Hiroshi Ono
浩 小野
Kozo Nishino
西野 弘造
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Glass Co Ltd
Original Assignee
Central Glass Co Ltd
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Publication date
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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】 本発明は炭化ケイ素粉末の新規な製造法に関近年、省エ
ネルギーおよび省資源の立場から、高温構造材料として
のセラミックスが注目されている。中でも窒化ケイ素と
ともに炭化ケイ素が最も有望な材料であると期待されて
いる。さらに、炭化ケイ素社特殊な電子材料としても重
要な役割を来している。
従来、炭化ケイ素は主として次の三つの方法で製造され
てきた。
(リ 炭素によゐシリカの還元炭化反応θ10. + 
30ごμ庶!F310 + 200(2) ハロゲン化
珪素と炭化水素との気相反応(5) 有機珪素化合物の
熱分解反応 81(OHm)4−≧ユ)旦ダ!l;Bta +30H
このうち方法(りはα型炭化ケイ素を製造する目的の方
法として古くから知られている製法であるが、エネルギ
ー原単位が高い欠点があル、また、高純度の微粒を得る
のは困難であるため、エンジニアリングセラミックス、
エレクトロセラミックス用原料粉末としては、長時間の
粉砕、精製が必要であシ、最終的には弗常に高価な製品
とならざるを得ない。方法(2)および(刃では粒径が
サブミクロン以下の微粒を得ることが可能であるが原料
の価格が高く、収率も低く安価な経済的プロセスとけ−
eb離い。これに対しくりの反応を2000℃以下の低
温で行にわせβ型炭化ケイ素を得る方法があるが、この
反応は固相反応であシしかもよシ低い温度で反応を行な
わせるため反応速度が遅く、均一に反応させることが困
難であった。本反応式は、 Si0.440?β−810−1−200■で表わされ
るが、発生するCOを除去すれば反応が促進されること
は反応式よシ明らかであシ、不活性ガスを流してOOを
除去する方法が既に採用されているが現実には大量の不
活性ガスが必要となり、経済性に問題が生じ、しかも不
活性ガスを流しても均一に反応させることは困難であっ
た。
そこで、本発明者らは不活性ガスを流して反応をおこな
い、短時間で均−且つ微粒状のβ−8iOを安価に得る
べく鋭意研究した結果、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明はシリカ、炭素および結合材からなる
造粒された原料を不活性ガス中にて焼成して炭化ケイ素
粉末を製造する方法において、焼成炉に供給する不活性
ガスの流れ方向を切替えることを特徴とする炭化ケイ素
粉末の製造方法である。また、かかる方法によシ排出す
るガス中の一酸化炭素を除去後再循環使用することを特
徴とする炭化ケイ素粉末の製造方法である。
以下本発明をさらに詳細に説明する。
本発明者らの検討によれば、S10製造用焼成炉におい
ては、たとえ不活性ガスを流したとしても、00の濃度
分布が生じ不活性ガスの入口側および高温側では反応は
速やかに進行するが、反応ガスの出口側では未反応原料
の残留率が高くなることが確認された。
本発明においては、不活性ガスの流れ方向を適当な時間
間隔(通常5〜60分の範囲)て切シ替える亀のであシ
、かかる簡単表操作によシ短時間で均一に反応が進行す
る。
また、かかる方法においては、反応効率面では、十分な
効果が得られるもののその使用量はかなジ多量となるた
め、比較的高価である一排出する00を多量に含む不活
性ガスを廃棄することは工業的には不利であシ、本発明
においては、かかる00を多量に含む不活性ガス中のC
Oを除去後再循環使用することで、本プロセスを極めて
経済的なプロセスとなし得るものである。
5− 不活性ガス中のco除去の具体的手段としては、触媒層
に通じて酸化する方法、水またはアルカリ性溶液に吸収
させる方法、活性炭に吸着させる方法、あるいは第一銅
塩水溶液による吸収法などが挙げられる。
また、本発明においては、シリカと炭素を結合材で造粒
成形するものであシ、ががる手段によシネ活性ガスの流
通が十分おこなわれCOガスの効果的な除去ができ、反
応が速かに進行するものである。また、β−810粉末
の生成機構は前述の0式で表わされるが、この反応は下
記の各段階の反応から成シ立っていると推察される。
sio、 十ao −sio+co2 ■a 十Coo
、 200 ■ SiO+ 20 810 +Co ■ C〜■のいずれの反応も固気反応であシ、原料のシリカ
および炭素の粒径は反応速度に大きな影響を与える。従
って、短時間で反応をおこなうためには粒径の小さい原
料を用い6− ることか好ましく、またS10の生成は0式から明らか
なように炭素を核とする反応と考えられ、超微粒子状の
Sio粉末を製造する上では特に炭素原料は微細である
ことが必要である。かかる点からは好t L、 <け、
各原料とも10μ以下が好ま1.い。
シリカ原料と1−てけ、微粒子状のケイ石、ケイ砂、ホ
ワイトカーボン、ケイ酸アルカリおよびハロゲン化シラ
ン等の加水分解生成物などが利用可能である。また、炭
素原料としては、カーボンブラック、石油コークスなど
の微粒子状の非晶質炭素が好ましい。また、結合材とし
ては、石油ピッチ、ショ糖、でんぷん、PVAなどが好
ましく、反応が一部終了[7て吃生成物が粉化して不活
性ガスの流通が妨げられないよう残留強度の大きい結合
材を選択するのが好適である。
また、反応式■に依れば、理論モル比 (a/sto、)は5であるが通常、モル比5.2以上
の炭素過剰側で反応させる場合が多い。しかしながら、
この場合には、過剰の炭素を除去するため、脱炭操作が
必須となシ、空気中、600〜800℃で炭素を燃焼さ
せなければならず後処理工程が複雑にならざるを得ない
。また、脱炭時微粒の5ta)’Jど表面酸化され易く
収率の低下を招く傾向にある。従って、微粒のsiaを
効率的に得るためには原料におけるa/s1o、モル比
(造粒バインダーが炭化されて1.400℃以上で炭素
として残る分を含む)は脱炭工程を省略可能な3.2未
満特に5以下が好ましい。一方0/S i O,モル比
が極端に小さいとSiO,十〇 、 SiO+CO■ の反応によって生成したSiOが飛散し、反応容器内の
各所に析出して閉塞や粒子同志の固着の原因となるので
、避ける方がよい。従って、好適なa/s i O,モ
ル比は2.4〜5.2、よシ好ましくは、2.6〜3.
0の範囲である。
また、造粒された原料の平均粒径は2〜20mの範囲が
好適である。造粒径が2−満ではガスの通気性が不良と
なりまた。 20tran以上では造粒粒子の内部に未
反応部分を生じ易い。
また、個々の造粒原料のかさ比重は0.5〜1.5の範
囲が好適である。何故ならかさ比重が0.5未満である
と造粒強度が弱く粉化を生じ易く、発生ガスの除去に不
利であ勺、収量の減少を招き反応器の容積が大となって
経済的に不利となる。一方、1.5を超えると粒子内の
通気性が低下し、反応生成ガスの除去が充分でなく反応
率の低下を招く。
前述のように、焼成反応が進行するにつれてCOガスが
副生ずるが雰囲気中のaOガスの存在は大きく反応を遅
延させるので、反応層内の00分圧をできるだけ低下さ
せるため造粒原料間の通気性を確保することが反応の促
進に必要であシ、このため、反応層における空隙率(、
#反応層における造粒原料の占める容積/反応層全容積
)は20〜70Xの範囲にすることが好ましい。空隙率
が20%未満だと反応層内部に未反応部分の残る場合が
あり、また、70Xを超えると反応器単位容積当シの収
量の9− 低下を招き、経済的に不利である。すた、本発明におい
ては、反応温度は1500℃〜2000 ℃が好ましく
、高温側ではsic結晶の粒成長が起ル易いため、粗大
粒子しか得られずまた、粒径も不揃いとなシ易い。一方
、1500℃未満では反応速度が遅いため、効率が悪い
ものである。
本発明においては、反応層内の00分圧を低下させる目
的で用いる不活性ガスとしてはN!、Arなどが挙げら
れ、N2ガスは810に固溶する場合があるので低温に
おける反応器内の置換に用い、高温ではArガスを使用
するのがよシ好適である。Arガスの流量は炭化反応の
起る反応層内の造粒原料1#に対して0.14!NTP
/分以上が好ましい。流量が0.1117分未満である
と00分圧の寄与が大きく反応速度を遅らせるので避け
る方がよい。
以下、実施例によシ本発明の詳細な説明する。
実施例1 平均粒径2μのケイ砂と市販のカーボ10− ンブラック(粒子1.30n+μ)をC1/Si(原子
m=5.0となるよう混合後シミ糖をバインダーとして
、直径約1011011の大きさに造粒後N、気流中8
00℃で予備焼成を行なった。この原料を内径115關
の竪型タンマン炉の中心部付近に原料の層厚みが200
m+とな為量だけ供給し21NTP/mi、nのArガ
スを流しながら昇温した。1625℃に到達後、20分
間隔でArガスの流れ方向を上下切り換えながらこの温
度に2時間給持1〜た後、炉を冷却した。冷却後、反応
終了物を炉から取り出し粉末X1llli1回折で同定
したところ、全体に均一に反応が進行しており、未反応
のシリカは全く検出されなかった。また、電子顕微鏡観
察結果によるとほとんどが0.2〜0.4μの範囲の粒
子径から成っておシ、未反応のシリカは確認されなかっ
た。各条件および結果を第1表に示した。
実施例2−6、比較例!、2 実施例1と同様にして第1表に示す条件にて反応をおこ
なった。この結果を第1表に示す。
実施例7 液を用いて吸収除去し、分離されたArガスを精製後再
使用した。この結J!!けシリカの炭化率、平均粒径と
もに実施例1と同様であった。また、Arガスの使用量
は実施例IK比較して約1/lOに減少した。
 I 5−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (リ シリカ、縦索および結合材からなる造粒された原
    料を不活性ガス中にて焼成して炭化ケイ素粉末を製造す
    る方法において、焼成炉に供給する不活性ガスの流れ方
    向を切替える仁とを特徴とする炭化ケイ素粉末の製造方
    法。 (2) シリカ、炭素および結合材からなる造粒された
    原料を不活性ガス中にて焼成して炭化ケイ素粉末を製造
    する方法において、焼成炉に供給する不活性ガスの方向
    を切替え、排出するガス中の一酸化炭素を除去後再循環
    使用することを特徴とする炭化ケイ素粉末の製造方法。 (3) シリカおよび炭素の平均粒径が10μ以下で、
    0/5iO1モル比が3.2以下でFL造粒物の平均粒
    径が2〜20−かさ密度が0.5〜1.5であり、造 
    1− 粒物の焼成炉における空隙率が20〜70%であシ且つ
    不活性ガスの供給量が0.1ffNTP15)、原料1
    #以上である特許請求の範囲第1項または第2項記載の
    炭化ケイ素粉末の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0247907A2 (fr) * 1986-04-03 1987-12-02 Elf Atochem S.A. Poudres pour céramiques en carbures et nitrures métalliques par réduction carbothermique et leur procédé de fabrication
CN104129787A (zh) * 2014-08-18 2014-11-05 宋克纯 适于尾气回收的碳化硅冶炼设备

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS4866100A (ja) * 1971-12-15 1973-09-11
JPS5520213A (en) * 1978-07-26 1980-02-13 Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai Vapor phase growing device
JPS5645899A (en) * 1979-09-18 1981-04-25 Sanyo Electric Co Ltd Vapor phase growing method for gallium nitride

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