JPS61146706A - 炭化けい素の製造法 - Google Patents

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】 本発明は炭化けい素の製造に間する。

炭化けい素（ＳｉＣ）は、その結晶構造から立方晶系の
β−５ｉＣと六方晶系のα−５ｉＣに大別される。

β−５ｉＣは１種類であるが、α−５ｉＣは多くの多形
が知られており、現在１００種類以上あるといわれてい
る。また各多形は同一温度領域内で共存することが多く
、従って炭化けい素の性質は一般にこれら多形の集合晶
の性質である。炭化けい素は、酸とかアルカリ液に対し
て安定である。熱的安定性が強い、電気的には絶縁体で
あるが、微量不純物の存在によって半導体となる。硬度
が極めて硬い。

熱伝導性がよい、などの性質がある。このため、炭化け
い素はこれらの性質を利用して研磨材とか高温構造材、
電子材料などとして広く用いられている。

前述の炭化けい素は、■アチソン法と呼ばれている黒鉛
粒、けい石、コークスなどを原料にし、２０００℃以上
に加熱してα−５ｉＣを製造する方法、■シリカとカー
ボンを不活性雰囲気中で２０００℃以下でβ−５ｉＣを
合成する方法、■シリコンとカーボンを１４００℃以下
で直接反応させβ−５ｉＣを合成する方法などがあり、
これらはいずれも工業的製造法として行なわれている。

またこの他に気相反応法、ガス蒸発法、有機けい素ポリ
マーの熱分解法などがすでに知られている。

本発明は炭化けい素組成のうちけい素分に代替する原料
としてカンラン岩あるいは緑泥石を用いて炭化けい素を
製造する方法である。

カンラン宕の化学組成はＲ，５ｉ０４で表わされ、別名
クリソライト類と称されている。これは組成のうちＲに
相当する組成が、カルシウム、マグネシウム、鉄、マン
ガン、鉛、亜鉛などの金属元素からなり、それぞれに含
有する元素とその量によって、それぞれ個別の鉱物名で
呼ばれている。また同様に緑泥石はいくつかの鉱物があ
るが、一般にＲ−５ｉｓ　Ｏイ４Ｈ２０で代表的に示さ
れ、Ｒに相当する元素はマグネシウムとアルミニウムで
ある場合が多いが、時にそれらの元素にかわり鉄、クロ
ミウムなどの元素と置換して別の名で称されている。

これらの鉱物のうちシリカ（ＳｉＯ□）成分が炭化けい
素を合成するのに関与する組成となるものである。この
他に含有する結晶水とマグネシウムなどの元素は合成さ
れる段階で逸散するか、周囲の容器、反応管と反応、焼
結固着して製品から除かれる。また鉄など、その他の金
属元素は製品内に残留し、他の鉱物として存在する。

本発明の合成炭化けい素の製造方法はすでに特許出願（
特願昭５９−１６９７６３　：下用勝義ほか１名）と同
様である。高温焼成炉の中で行なわれるが、予め木炭チ
ャーとカンラン岩あるいは緑泥石を所定の組成に調整し
た試料を磁性ボートに入れ、炉内の雰囲気をアルゴンガ
スか窒素ガスで置換した中で行なわれる。そして所定の
温度まで加熱し、１時間その状態を保持した後、室温ま
で徐冷した後、反応物を外気に取り出し製品となる。

本発明の製造範囲とその最適条件は前述の特許出願内容
と同様であるが、カンラン岩および緑泥石とチャーとの
組成比は前者が１に対して、後者は１．５〜２程度の混
合割合で合成するのが好ましいことがわかった。なお製
品の中に過剰のチャーがある場合には６５０℃程度で焼
成すればチャーの大部分を取り除くことができた。

また合成温度は１５００℃以上で行なうのが品質の良い
炭化けい素粉末が得られる。さらにこの場合、ウィスカ
あるいは針状結晶の生成が確認されることがある。

さらに合成時の雰囲気はアルゴンガスで満たされている
場合が炭化けい素の生成にとって良かった。また窒素ガ
ス中でも炭化けい素は生成するが、他に窒化けい素が生
成する。

以下の実施例に供したカンラン岩と緑泥石は鉱山から採
掘した鉱石であり、第１表にそれらの化学組成を示す。

けい素以外の組成は炭化けい素を製造するには好ましく
なく、含有量は少ないほどよい。両鉱石とも鉄成分が比
較的多く含有しており、鉄は両鉱石の主要成分であるア
ルミニウムとかマグネシウム、カルシウムなどの組成と
置換した形で存在していると考えられる。

カンラン岩は鉄分の多いヅンカンラン岩であり、フォル
ステライトとファイヤライト鉱物からなる。

また緑泥石は少量の滑石とマグネサイトを随伴している
。試料中の鉄成分は合成した炭化けい素と共存し、不純
物鉱物（鉄−けい素鉱物）などとして存在する。これら
原料中に含有する鉄、アルカリ金属類などの不純物組成
は合成する以前に予め、酸、アルカリ液で処理すること
によって、多くを除去することができる。また生成物中
の炭化けい素以外の不純鉱物とか成分を除去するため、
生成物を酸、アルカリ液で処理すると、好ましくはフッ
酸液で洗うことによって、それらの多くを除去し得る。

以下の実施例によって本発明方法による炭化けい索の製
造を具体的に説明する。

実施例　１゜ 粉末状にしたカンラン岩と木炭チャーとの混合比を１：
１の重量割合に調合した試料を磁性ボートにいれる。こ
の混合物を抵抗式電気炉に入れ、１５５０℃に加熱、合
成した。この時の非酸素雰囲気に使用した気体はアルゴ
ンガスであり、その流量は毎分５０＋＋＋１程度である
。また昇温は毎分２８℃で行ない、１５５０℃に達した
後、１時間その状態を保持した。その後電気炉への通電
を停止し、室温まで放冷した。生成した合成試料をＸ線
回折分析に供した。

Ｘ線回折図を第１図に示す、おもな生成鉱物は炭化けい
索（β−５ｉＣ）であることが確認できる。

なお図から他の小さなピークが認められるが、これは炭
化けい素以外の鉱物であって、主として鉄とけい素より
なる鉱物であり、この他に微少量の酸化マグネシウムお
よび鉄あるいはマグネシウムのスピネル（ＦｅＡ　ｌｘ
　０４　、ＭｇＡ　１２０４）が認められ、これらはカ
ンラン岩鉱石中の鉄およびマグネシウム成分などとの化
合物である。

この化合物をフッ酸液で処理した残査のＸ線回折図を第
２図に示す、第１図の結果と比べ炭化けい素の強度がよ
り強くなっており、また鉄−けい素鉱物が消失している
ことがわかる。このことがらフッ酸などの後処理によっ
て炭化けい素の品質を高めることができる。

実施例　２゜ 粉末状の緑泥石と木炭チャーとの混合比を１＝１に調合
した試料を磁性ボートに取り、実施例１で述べたと同様
の方法で合成した。

生成した合成物のＸ線回折図を第３図に示した。

炭化けい素の生成が最も強く、他に鉄−けい素鉱物およ
び鉄とアルミニウムのスピネルが認められる。

実施例　３゜ 粉末状のカンラン宕と木炭チャーとの混合比をｌ：ｌに
調合した試料を磁性ボートに取り、実施例１で述べたと
同様の方法で合成した。この場合の非酸素雰囲気は窒素
ガスで調整した。生成した合成物は炭化けい素がおもで
あり、他に鉄−けい素鉱物と窒化けい素などが認められ
た。

実施例　４゜ 粉末状の緑泥石と木炭チャーとを出発原料とし、非酸素
雰囲気を窒素ガスで調整して、他の条件は実施例１と同
様の方法で合成した。生成した合成物は炭化けい素と窒
化アルミニウムがおもな鉱物として確認された。その他
に鉄−けい素鉱物が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１表は実施例で用いたカンラン岩と緑泥石の化学組成
値を示した。いずれの試料もマグネシウムが多く、超塩
基性鉱物に属するものである。 第１図から第３図までは合成して得られた生成物のＸ線
回折図を示した。おもな測定条件は次の通りである。鋼
管域：３０にＶ−２０ａ＋Ａ　、　Ｆｕｌｌ’　５ｃａ
ｌｅ　：２０００ｃ／ｓ、時定数：　ｌ５ｅＣｓ横軸は
回折角度２θを表わし、縦軸は各鉱物の回折強度を表わ
している。 回折強度が強く（ピークが高く）、鈍いほど一般的に結
晶性が良く、量的にも多いことを示している。また各図
の中のピーク上に示した記号はそれぞれ次の鉱物を表わ
している。 ＳｉＣ：炭化けい素 ＦＳｉ　　　：鉄−けい素鉱物 ＳＰＮ　　　：鉄、マグネシウム系スピネルＭｇＯ：酸
化マグネシウム 第１表 減　　１　　区 ！！　　１１　　区 減　Ｉｌｌ　　区 手続補正書（方の 昭和６０年７月２３日 事件の表示　　昭和５９年特許願第２７０２４６号発明
の名称　　炭化けい素の製造法 補正をする者 事牛との関係　　特許出願人 住所　東京都千代田区霞が関１丁目３番１号氏名　（１
１４）　！既知　等々力達 □癖百切り、 「明細書の図面の簡単な説明の欄」 ７、補正の内容 （１１明細書第７頁１１行から１２行の「第１表にそれ
らの化学組成を示す、」を「第１表に実施例で用し吹カ
ンラン岩と緑泥石の化学組成値を示した。いずれの試料
もマグネシウムが多く、超塩基性鉱物に属するものであ
る。」に補正する。 （２）　　明細書第１２頁石細１ら４行の「第１表は実
施例で用いたカンラン岩と緑泥石の化学組成値を示した
。いずれの試料もマグネシウムが多く、超塩基性鉱物に
属するものである。」を削除する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）カンラン岩、緑泥石と炭素原料を出発原料として
   非酸素雰囲気において炭化けい素 を製造する方法。
2. （２）アルゴンおよび窒素ガスを封じ込るめか、流通し
   た中で製造し、好ましくはアルゴン ガスで製造することを特徴とする特許請求 の範囲第１項に記載の方法。
3. （３）カンラン岩および緑泥石と炭素原料との混合割合
   は、両者が存在するなかであれば いずれの混合割合であっても炭化けい素は 生成するが、好ましくは両者の比が２：１ から１：２の範囲で製造することを特徴と する特許請求範囲第１項に記載の方法。
4. （４）製造する焼成温度は１２００℃以上で、好ましく
   は、１５００℃以上で製造することを特徴とする特許請
   求範囲第１項に記載の方法。
5. （５）製造した生成物中の余剰の木炭チャーは３００か
   ら９００℃で、好ましくは６００から７００℃、空気中
   で焼成し、除去することを特徴とする特許請求範囲第１
   項に記載の方 法。
6. （６）炭化けい素生成物の品質をよくするため、予め合
   成する以前に出発原料を酸およびア ルカリ液で処理して製造することを特徴と する特許請求範囲第１項に記載の方法。
7. （７）炭化けい素生成物の品質をよくするため、生成物
   を酸、アルカリ液、好ましくはフッ 酸液で処理して製造することを特徴とする 特許請求範囲第１項に記載の方法。