JPS61205668A - 焼結活性炭化ケイ素および/または炭化ホウ素粉末の製造方法 - Google Patents

焼結活性炭化ケイ素および/または炭化ホウ素粉末の製造方法

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JPS61205668A
JPS61205668A JP61046477A JP4647786A JPS61205668A JP S61205668 A JPS61205668 A JP S61205668A JP 61046477 A JP61046477 A JP 61046477A JP 4647786 A JP4647786 A JP 4647786A JP S61205668 A JPS61205668 A JP S61205668A
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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】 焼結体の特性が慣用の粉末冶金法による該焼結体の製造
に用いられる原料粉末の性質に大きく左右されることは
公知である。例えば、炭化ケイ素、炭化ホウ素またはそ
れらの混合物の無圧焼結のために、粒子寸法および粒子
寸法分布に関するのみならず、不純物に関する若干の要
件に直面せざるを得ない非常に微細な原料粉末を必要と
する。このような粉末は十分な程度に焼結活性を有して
いなければならず、かつ焼結過程を妨げる可能性のある
、或いは完成した焼結体中に望ましくない異物をもたら
す可能性のある異物を実質的に含有していてはならない
焼結活性炭化ケイ素粉末の製造のために、主としてAc
heson法で製造されるSiOが経済的な理由および
その便利な有用性のために用いられる。これは、高い製
造温度のために、六方晶および斜方晶のポリ−タイプを
意味するものとして、および除去され得ない立方晶の部
分として理解されるべき熱力学的により安定なα−変態
から主として成る。工業的なSiO製造から得られる堅
くしまった粉末の徹底的な粉砕により、SiO粉末が所
望の細かさで得られる。続いてこの粉末は粉砕ダストに
起因する異物、特に焼結過程を妨げる可能性のある、そ
して(または)完成した焼結体中の残存酸素または金属
不純物含量の望ましくない増加をもたらす可能性のある
粘着性のシリカおよび遊離ケイ素を除去するために、湿
式化学処理に付されなければならない。粉砕ダストは塩
酸処理により、またシリカはフッ化水素酸および(また
は)硝酸処理(米国特許第4.230.497号参照)
Icより慣用的に除去される。同様に810研摩粒子混
合物の処理のために、熱い苛性アルカリ溶液を用いる湿
式化学処理が知られている( ” Ul1mann’ 
5Enzyklopadie der technia
chen CMmie ’ 、 voL21(19F1
2)、p、455参照)。
さらに、遊離炭素の除去のために、少なくとも700℃
の温度での数時間のアニーリング処理が有利である(西
独特許第2912445号およびW、BoOkerら著
−Powder Metalurgy工nt、 at 
、 VOL13(1981)、p、37〜39参照)。
焼結活性炭化ホウ素粉末の製造のために、出発材料とし
て電気炉内でホウ酸と炭素とから溶融還元法により工業
的な規模で製造された粗粒子状かつ結晶質の炭化ホウ素
を使用することが経済的な理由から同様に有利である。
この炭化ホウ素は、同様にまず粒子の所望の細かさが達
成されるまで徹底的な粉砕に付されなければならず、最
後に湿式化学処理に付されなければならない。炭化ケイ
素と炭化ホウ素との焼結活性混合物はまた一緒に粉砕さ
れ、かつ焼結を妨げる不純物を除去するために一緒に湿
式化学処理に付されなければならない(西独特許第32
18052号参照)。
しかしながら、焼結活性粉末を製造するためのこれら公
知の処理方法はいくつかの欠点、例えばS1Cに関して
以下の欠点を有している。
1、 粉砕媒体を装入した粉砕機中で湿式粉砕により慣
用的に達成されるこのような研摩材料を徹底的に粉砕す
るために、粒子の所望の細かさが達成されるまでに非常
に長す粉砕時間が必要であり、それによって粉砕装置の
かなりの摩損およびそれと共に大量の粉砕ダストを発生
するのみならず、日IC粉末自体の明らかな減少をもた
らし、摩擦化学反応のために遊離炭素およびシリカの含
量が増加する。
Z このような望ましくない高炭素含量は、同時にSi
Oの微細粒子部分に作用し、それを810.に酸化させ
る次工程のアニーリングにより除去されなければならな
り0 五 大量の粉砕ダストを除去するために、同じくsic
の微細粒子部分に作用する徹底的な塩酸処理が必要であ
る。
4、 望ましくない大量の810!は湿式化学精製、通
常は環境的にむしろ有害なフッ化水素酸処理によシ除去
されなければならないが、しかしこのような処理では望
ましくない量のslがほとんど変化しないままに残存し
ている。
したがって、これら公知の粉末処理方法は時間およびコ
ストの点から不経済であるのみならず、品質および収量
の損失をもたらす。
そこで本発明の課題は、粉砕媒体を装入した粉砕機を用
いる水性懸濁液中での湿式粉砕およびそれに続く湿式化
学処理により1μm以下の最大粒子寸法を有する焼結活
性炭化ケイ素および/または炭化ホウ素粉末の製造方法
において、粉砕時間が短縮でき、かつ精製を粉末の品質
および収量の減少をもたらすことなく簡単でよシ効果的
な方法で行いうる製造方法を提供することにある。
この課題は本発明に従って、湿式粉砕を酸化防止剤およ
び表面活性剤の存在下で行い、かつ湿式化学処理を塩基
として水酸化カリウムを用いて行うことにより解決され
る。
適当な酸化防止剤は自動酸化を引き起こす基を捕捉する
ように作用し、かつ炭化ケイ素および炭化ホウ素粉末の
純度を妨げない市販の酸化防止剤であり、例えば粉末中
に金属不純物含量の望ましくない増加をもたらさないよ
うなものである。
適当な酸化防止剤はフェノールおよびフェノール誘導体
、例えばアルキル、アミノおよびヒドロキシ置換フェノ
ール、ビスフェノールおよびジフェノールを包含する。
例としてアルキルフェノール、例えば第3級ブチル−4
−メトキシフェノールおよび2,6−ジー第3級ブチル
−4−メチルフェノール:アミノフェノール、例えば2
−アミンフェノールおよび4−メチルアミノフェノール
:ビスフェノール、例えばλ2−ビス(4−ヒトミキシ
フェニル)プロパン;ジフェノール、fl’1lLd4
.4−ジヒドロキシピフェニル;およびヒドロキシフェ
ノール、例えば1.2−ジ−ヒドロキシベンゼン(ピロ
カテコール)および特に1.4−ジヒドロキシベンゼン
(ヒドロキノン)およびその誘導体、例えばヒドロキノ
ンモノメチルエーテルおよび2.2.4−トリメチルヒ
ドロキノンが挙げられる。
さらに適当な酸化防止剤はアリールアミンおよびアリー
ルアミン誘導体を包含する。それらはさらにケトン−ア
ミン縮合生成物、ジアリールジアミン、ジアリールアミ
ンおよびクトンージアリールアミン縮合生成物として分
類することができる。
例としてケトン−アミン縮合生成物、例えばジヒドロト
リメチルキノリンおよび6−ニトキシー1゜2−ジヒド
ロ−2,2,4−トリメチルキノリン:ジアリールジア
ミン、例えばN 、N’−ジフェニル−p−7二二レン
ジアミンおよびN、N’−ジーβ−す7チルーp−フェ
ニレンジアミン;ジアリールアミン、例えばモノオクチ
ルジフェニルアミンおよびジオクチルジフェニルアミン
:ケトン−ジアリールアミン縮合生成物、例えばジフェ
ニルアミンとアセトンとの反応によシ得られる錯体が挙
げられる。
本発明に従って水性懸濁液中で湿式粉砕するに当っては
、酸化防止剤としてヒドロキノンおよびヒドロキノン誘
導体、飼えばヒドロキノンモノメチルエーテルおよび2
.2.4− トリメチルヒドロキノンを用いることが有
利である。
界面活性剤の例はアニオン界面活性剤、例えばアルカン
カルボキシレート、アルカンスルホネー)、%にドデシ
ルベンゼンスルホネート型のアルキルベンゼンスルホネ
ート、アルキルサルフェート、エーテルサルフェートお
よび脂肪アルコール(エーテル)サルフェート;カチオ
ン界面活性剤、例えば直鎖および環状アンモニウム化合
物および第4級アンモニクム塩;非イオン界面活性剤、
例えばポリエーテル、特にアルキルフェノールポリクリ
コールエーテルおよびポリアルコールの脂肪酸エステル
:および両性界面活性剤、例えばベタイン構造を有する
グリセリン誘導体およびスルホベタインである。これら
の界面活性剤は単独または混合して用いることができ、
第4級アンモニウム塩、およびアルキルスルホネートま
たはアルキルポリグリコールエーテルサルフェートと混
合したアルキルベンゼンスルホネートは特に有用でちる
ことがわかった。
本発明による水性懸濁液中での湿式粉砕において界面活
性剤の存在下に酸化防止剤を添加した結果として、1μ
m以下の所望の粒子の細かさが達成されるまでの粉砕時
間はかなシ短縮され、時間を節約するために約25〜3
0壬まで短縮することが可能である。このような粉砕時
間の短縮は経済的な理由のみならず、その結果として粉
砕装置のより望ましい利用が可能であり、かつ粉砕媒体
および攪拌機の摩耗による攪拌装置の摩耗が明らかに低
下するという理由から有利である。例えば、Attri
tor■型の通常の市販の粉砕装置においては、鋼球の
摩耗が40−4で減少し、攪拌機のサービス寿命が60
%まで増加する。しかしながら、粉末はまた粉砕ダスト
が少ないために高度に汚染されることは少なく、シたが
って粉砕ダストからの鉄の除去に通常必要な塩酸処理は
粉末に対して温和な条件下で行うことができ、また粉末
中の微細な粒子部分くおけるそれと関連した損失は比較
的少ない。
しかしながら、炭化ケイ素の場合の決定的な因子は、湿
式粉砕における本発明による添加の結果として、粉砕し
た粉末中の遊離炭素およびシリカの含量がほんのわずか
な量増加するということである。粉砕後の炭素含量は一
般fC1wtlより少ない。例えば、炭化ケイ素の無圧
焼結のために約1wt1までの炭素含量が許容されうる
ので、このことは過剰の遊離炭素を除去するためにこれ
まで必要であった多大な費用を要するアニーリング処理
を省略できることを意味する。したがって、収率を著し
く減少させるStCの微細粒子部分のアニーリングによ
る損失およびそれと関連した8102含量の一層の増加
はもはや起らない。
炭化ホウ素の場合において、湿式粉砕における本発明に
よる添加の結果として、望ましくない粉砕ダストの割合
は同じく約25%まで減少するのみならず、酸素含量も
また本発明による添加を行わない湿式粉砕の場合と比較
して約30%まで低い。
本発明による条件下で湿式粉砕した後、粉末は塩酸処理
によシ公知の方法で粉砕ダストを除去される。
それに続く粉末の湿式化学処理は5〜s o wtlの
水酸化カリウム水溶液を用いて室温から反応混合物の沸
点までの範囲の温度で行うことが有利であり、その間反
応物の完全な混合が機械的な攪拌により保証されつる。
最良の結果は約10〜20wt%水酸化カリウム水溶液
を用いて達成される。
70〜100cの範囲の温度では、810g含量による
が、5〜6時間の処理時間で十分である。より長い処理
時間は有害ではないが、しかし一般的には顕著な利点を
もたらさない。次いで粉末懸濁液は室温に冷却され、中
性まで水で洗浄される。
このように処理された焼結活性粉末は公知の慣用方法、
例えば遠心分離またはp過により抽出され、続いて乾燥
される。
本発明に従って選択された条件からみて、〉15FFl
”/ P (B W T法により測定)の比表面積、<
CL6vt%の酸素含量、(L Owtlの遊離炭素含
量およびa Owtlの遊離81含量を有する焼結活性
α−E110粉末を得ることができる。
なお一層低い0.含量を有するα−1310粉末が所望
ならば、KOHを用いる湿式化学処理を高圧下、300
℃までの温度で行うことができる。それによって、α−
EliO粉末中のO!含量はα5 wttlb以下に低
下させることができる。
本発明による処理方法を用いて全体くわたって得られる
sicの収率は、湿式粉砕操作前に用いられたSiOに
基づき少なくとも98憾である。81Gの微細粒子部分
の損失はしたがって非常に低い。
これまで慣用されたフッ化水素酸処理と対比して、非遊
離のケイ素を本発明に従って水酸化カリウムで処理され
たα−810粉末中に認めることができる。
さらに、湿式化学処理が実質的に同一の条件下で、水酸
化カリウムの代りに水酸化ナトリウム水溶液または濃ア
ンモニア水溶液を用いて行われる場合には、以下の例に
おける比較実験により確認されるように、1. Owt
%以上の酸素含量を有するα−810粉末のみを得るこ
とができる。
したがって、粉末の処理において本発明により選択され
る手段を組み合わせることによシ、焼結活性α−5ic
および/lたはn4c粉末を所望の細かさおよび純度で
、今まで知られた方法と比較してより簡単に得ることが
できる。湿式粉砕操作における本発明による添加の結果
として、1μm以下の所望の粒子の細かさは短時間の粉
砕によシ達成することができ、粉砕の結果として通常導
入されるか又は形成される不純物は時とすると無視し得
る程度になるので、8iCを含む炭素の場合のようにそ
れらの除去を完全に省略することができるということは
予知できなかった。不純物を除去するためのすべての手
段はこれらを除去するのみならず、焼結粉末の微細粒子
部分に影響を及ぼすので、除去またはそのような手段の
より適度の適用が収率の損失、特に焼結粉末の有価の微
細粒子部分の損失を避けることにおいて決定的な重要性
を有している。さらに、湿式化学処理のために塩基とし
て水酸化カリウムを選択することにより、粘着性のシリ
カが他の塩基、カえば水酸化ナトリウムまたはアンモニ
アと比較して同一条件下でよシ良好に除去されうろこと
は予知できなかった。く[16w饋の酸素含量は今まで
は環境的にむしろ有害なフッ化水素酸処理によってのみ
達成されたが、しかしこの処理はいくらかの遊離ケイ素
を変化させないままにしておいたのである。
次の例において出発材料として下記の粉末特性:中間粒
子寸法:約15μm 02    :[16wt% 遊離炭素  : 0.6 vtt% 遊離ケイ素 :α2 wtl を有するAcheson法からの慣用の市販のα−8i
O粉末が用いられた。
例1 湿式粉砕: 各場合においてα−8iC粉末50tを、酸化防止剤と
してヒドロキノンl12wt%、および界面活性剤とし
て第4級アンモニウム塩(L 1 wtlをそれぞれ添
加した水220wtに懸濁し、鋼球を充填した攪拌ボー
ルミル中で1200 rev / minの攪拌速度で
8時間または6時間粉砕した。次いで鋼球の摩耗および
攪拌機の摩耗をwtlで決定した。粉砕した粉末を塩酸
処理に付し、乾燥粉末中の酸素、炭素およびケイ素の含
量を決定した。
湿式化学処理: 続いて、粉末を水酸化カリウム水溶液20 vt暢を用
いて攪拌しながら80℃に3時間加熱した。
粉末を洗浄および乾燥した後、比表面積(J/l)、湿
式粉砕前に用いた810に基づく収率(%)、および酸
素、炭素および日1の含量を決定した。
比較のために、湿式粉砕を酸化防止剤および界面活性剤
の添加々しに水単独中で行い、湿式化学処理をフッ化水
素酸(H,020−中ay5m)を用いて室温で24時
間攪拌することによシ行った。
各場合における与えられた条件下の結果を第1表に要約
する。
第1表 A =酸化防止剤 S =界面活性剤 RT=室温 第1表のデータかられかるように、本発明による添加を
有する湿式粉砕において、各場合における同一の粉砕時
間については、本発明による添加を有しない場合と比較
してかなシ低い鋼球摩耗および攪拌様摩耗が観察された
(vFIllaおよび1C参照)。
同一の、および短縮された粉砕時間については、遊離炭
素の含量は各場合において1 wt%以下にとどまり、
−力木発明による添加を有しない場合には1.6 wt
lまで上昇し、無圧焼結において該粉末を使用するため
にはもはや省略することができない。
粉砕時間を25憾短縮すると(6時間、例1b参照)、
比表面積のデータに示されるように、8時間の粉砕時間
を有する本発明による添加を有しない場合と同一の粒子
の細かさが達成された(例1bおよび1C参照)。
水酸化カリウムを用いる本発明による湿式処理の後、S
10の収率は各場合において98%であシ、一方フツ化
水素酸処理および添加なしの粉砕後には90%に低下し
た。さらに、遊離ケイ素はKOH処理によシ残余なしに
すべて除去された。
例2 各場合においてα−810粉末502を例1bに記載し
た条件と同一の条件下で6時間の湿式粉砕に付した。次
いで湿式化学処理を次のように変更した。
a)10%KOH/ s時間/80001))15〜2
0バールの圧力下で20%KOH/3時間/250℃。
c)  (比較例) 濃アンモニア水溶液772時間/還流温度:この場合、
処理の反復は酸素含量に関してより望ましい結果をもた
らさなかった。
a)  (比較列) 20%NaOH/ 3時間/80℃:この場合、反応時
間を48時間に延長することは酸素含量に関してよシ望
ましい結果をもたらさなかった。
調査された最終生成物についての結果を第2表に要約す
る。
第2表 第2表のデータかられかるように、加圧下のKOH処理
はα3 wt%以下に酸素含量の減少をもたらしく例2
b参照)、同様1c10%にOH処理では酸素の値はな
おα6 wt%以下にとどまり(例2 a)、一方濃ア
ンモニアおよび20%NaOH処理では遊離ケイ素は残
余なしにすべて同様に除去されたけれども、酸素含量は
toおよびそれより高い値(上昇した。
例5 α−810粉末100ゆを例1bに記載した条件と同一
の条件下で匹敵する時間の湿式粉砕に付した。20 w
t%の湿式化学処理100tのために、水酸化カリウム
水溶液を粉末に添加し、全体を攪。 拌しながら80℃
に3時間加熱した。室温に冷却した後、粉末を洗浄水が
中性反応を示すまで洗浄し、次いで乾燥した。
最終生成物の特性: 比表面積 :17.Om冨/f o、   :(L58係 遊離炭素 :α7cIb 遊離ケイ素:α00係 この例は、本発明による手段を組み合わせるととKよシ
、同様に良好な結果が大規模製造試験に訃いて得られう
ろことを示すものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)粉砕媒体を装填した粉砕機を用いて水性懸濁液中で
    湿式粉砕し、続いて湿式化学処理することから成る1μ
    m以下の最大粒子寸法を有する焼結活性炭化ケイ素およ
    び(または)炭化ホウ素粉末の製造方法において、前記
    湿式粉砕を酸化防止剤および界面活性剤の存在下で行い
    、かつ前記湿式化学処理を塩基として水酸化カリウムを
    用いて行うことを特徴とする焼結活性炭化ケイ素および
    /または炭化ホウ素粉末の製造方法。 2)前記湿式粉砕を第4級アンモニウム塩の存在下でヒ
    ドロキノンまたはヒドロキノン誘導体を添加して行うこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3)前記湿式化学処理を5〜50wt%の水酸化カリウ
    ム水溶液を用いて行うことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項に記載の方法。 4)前記湿式化学処理を常圧下で室温から反応混合物の
    沸騰温度までの範囲の温度で行うことを特徴とする特許
    請求の範囲第1項または第3項に記載の方法。 5)前記湿式化学処理を高圧下で300℃までの温度で
    行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第3
    項に記載の方法。
JP61046477A 1985-03-07 1986-03-05 焼結活性炭化ケイ素および/または炭化ホウ素粉末の製造方法 Pending JPS61205668A (ja)

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DE19853508171 DE3508171A1 (de) 1985-03-07 1985-03-07 Verfahren zur herstellung von sinteraktiven siliciumcarbid und/oder borcarbidpulvern

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EP (1) EP0193970A3 (ja)
JP (1) JPS61205668A (ja)
CA (1) CA1253834A (ja)
DE (1) DE3508171A1 (ja)

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