JPS6212605A - 炭化珪素粉末の製造方法 - Google Patents

炭化珪素粉末の製造方法

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JPS6212605A
JPS6212605A JP60148400A JP14840085A JPS6212605A JP S6212605 A JPS6212605 A JP S6212605A JP 60148400 A JP60148400 A JP 60148400A JP 14840085 A JP14840085 A JP 14840085A JP S6212605 A JPS6212605 A JP S6212605A
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silicon carbide
carbide powder
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free carbon
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斎木 五郎
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次郎 近藤
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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】 産業上の利用分野 本発明は炭化珪素焼結体等の原料となる炭化珪素粉末の
製造法に関するものである。詳しくは気相高温下にて炭
化珪素粉末を合成する際に反応副生成物であるアセチレ
ン量を制御して、得られる炭化珪素粉末の遊離炭素量を
制御することを特徴とする炭化珪素粉末の製造方法であ
る。
従来の技術 炭化珪素は優れた高温構造材料でありガスタービン等の
材料として注目されているが、3.21g 70層3と
いう理論密度に近い密度までには容易に焼結されない、
そのため炭化珪素を高密度に焼結するための方法がいく
つか提案されており、例えば炭化珪素粉末に焼結助剤と
して少量の硼素含有化合物と元素状炭素を均質に分散さ
せ、これを予成形した後加熱し、高密度の炭化珪素焼結
体を得る方法がある(特公昭57−32035号公報)
又、高純度の優れた炭化珪素粉末を得る方法の1つに気
相高温下で珪素化合物と炭素化合物を反応させ炭化珪素
粉末を合成する方法がある。この場合、炭化珪素を生成
するに必要な化学量論比の炭素化合物よりも、わずかに
多めの炭素化合物を反応させることにより、遊離炭素を
生成させることができる。この遊離炭素は前述した焼結
助剤として作用し、一般に外部から元素状炭素を添加し
た場合よりも良好な結果を与える。つまり焼結助剤とし
て硼素含有化合物と元素状炭素を選んだ場合、元素状炭
素としては炭化珪素粉末に外部から添加したものよりも
炭化珪素粉末合成時に同時に生成したものの方が好まし
い。
ところで焼結助剤の量はセラミックス焼結体の特性に非
常に大きな影響を与える。もし焼結助剤の量が適切量で
なければ、焼結体特性は極めて悪いものとなってしまう
、そこで気相合成の炭化珪素粉末において、同時に生成
したTL離炭素を焼結助剤として利用する場合、遊離炭
素の生成量の制御が極めて重要となる。
しかし気相で炭化珪素粉末を合成している最中に、その
時の遊離炭素生成量を定量的に測定することは不可能で
あり、ある程度の炭化珪素粉末を合成してからしかる後
に、遊離炭素量が焼結助剤として適切量かどうかを分析
することとなる。このため目的とする量だけの遊離炭素
を生成させるためには、予めいろいろな反応条件で炭化
珪素粉末を合成し、どのような反応条件の時にどれだけ
のTL離炭素が生成するかを調べておく必要がある。こ
のためにはかなりの数の実験が必要である。尚ここで反
応条件とは、温度、圧力、原料気体供給量、反応容器形
状等を指す。
さらに同一の反応条件であっても時間が経つに従って、
反応容器内部に炭化珪素粉末等が付着し、その結果原料
気体の反応容器内の滞在時間等が異なり、′M遊離炭素
生成量が次第に変化してくることがある。このため目的
とする量だけの遊離炭素を生成させることが困難となる
。もしも炭化珪素粉末合成時にその時の遊離炭素生成量
が分かり、かつその量を制御できるならば、1回の操業
で目的とする量の遊離炭素を含む均一な炭化珪素粉末を
、長時間にわたり合成でき、極めて利点が大きい。
発明が解決しようとする問題点 本発明は気相高温下で炭化珪素粉末を合成している最中
にその時の遊離炭素生成量を即座に求め、かつ遊離炭素
生成量を任意の量に制御し、長時間にわたり希望する量
の遊離炭素を含む均一な炭化珪素粉末を合成することを
目的としている。
問題点を解決するための手段 本発明は気相高温下で珪素化合物と炭化水素より炭化珪
素粉末を合成する反応において、副生成物であるアセチ
レン(C2H2)生成量と遊離炭素生成量の間に相関関
係があるごとを見出し本発明を完成したものである。
すなわち本発明は気相高温下にて珪素化合物と炭化水素
より炭化珪素粉末を合成する反応において、反応ガス中
における副生成物であるアセチレン量を検出し、アセチ
レン生成量が特定の値になるように反応を制御すること
により、遊#lk炭素生成量を制御することを特徴とす
る炭化珪素粉末の製造方法である。
作用 気相高温下に珪素化合物と炭化珪素を生成するに必要な
化学量論比よりも少し過剰の炭化水素を導入した場合、
珪素化合物と、炭化珪素を生成するに必要な化学量論比
の炭化水素が反応し炭化珪素粉末が生成する。そして過
剰の炭化水素は、一部が遊離炭素を生成し、残りは気体
として反応系を離脱する。
この気体の成分としては原料の炭化水素そのもの、又は
高温のために化学変化した炭化水素例えばアセチレン等
がある。
本発明ではこのアセチレン生成量と″Mfa炭素生成量
の間に極めて緊密な相関関係があることを見出した。
つまりアセチレン生成量が多ければそれに対応して遊離
炭素生成量も多く、両者の間には極めて再現性の良い関
係が認められる。
そこで質量分析器やガスクロマトグラフのように極めて
短時間で気体の分析が可能な装置を用いれば、その時の
アセチレン生成量が分かり、ひいては′M遊離炭素生成
量分かるのである。
さてこのような方法で、反応途中でのその時の遊離炭素
生成量が分かれば生成量を常に適切値に保つことが可能
となる。つまり1度反応中のアセチレン生成量と遊離炭
素生成量の関係を調べておくと、ある特定量のTL離炭
素を生成させたい時にはそれに対応するアセチレン生成
量となるように反応を制御すれば良いわけである。この
ためには通常原料の炭化水素導入量を変化させるが、温
度や圧力を変化させてもある程度の制御は可能である。
このように遊離炭素生成量とアセチレン生成量の間に緊
密な相関関係がある理由であるが、炭化水素から高温で
アセチレンが生成する反応と遊離炭素が生成する反応が
極めて類似点を持つか、又はアセチレンが遊離炭素生成
の反応中間体であるためと考えられる。しかしながら現
状では遊離炭素生成機構は明確には解明されていない、
尚1本発明においては原料ガスは限定されるわけではな
いが、アセチレン生成量の変化に対し遊離炭素生成量が
鋭敏に追随するためには、原料炭化水素としては、炭素
原子数が4以下の脂肪族炭化水素が望ましい。
本発明の内容については、気相高温下で炭化珪素粉末を
合成する反応において、若干の添加物がある場合にも適
用可能である0例えば特願昭80−70101の発明で
は、気相高温下でシラン(Si&)に若干のジポラン(
B2 H6)を混ぜ、これとメタン(CH4)を反応さ
せ炭化珪素粒子の中に焼結助剤としての硼素を均一に分
散させた例が記載されている。
このような場合原料の炭化水素たるメタンの反応機構は
、ジポランが存在しない場合とほとんど又は全く変わら
ず、本発明の内容がそのまま適用可能である。すなわち
、まず遊離炭素生成量とアセチレン生成量の関係を予め
調べておく、これはいろいろな反応条件下での遊離炭素
生成量を調べるよりもずっと少ない実験回数で済む、そ
して希望する遊離炭素生成量に対応するアセチレン量に
、反応中のアセチレン生成量が一致するように反応を制
御すれば良いのである。つまりアセチレン生成量が少な
ければメタン導入量を増やし、アセチレン生成量が多け
ればメタン導入量を減らし、アセチレン生成量を適切値
とする。この操作により、希望する量の遊離炭素を含み
、かつ硼素が均一に分散した炭化珪素粉末が長時間にわ
たり合成可能となる。
最後に本発明に従えば遊離炭素を全く含まない炭化珪素
粉末の合成も可能となる。この場合、対応するアセチレ
ン生成量はかなり小さい値となる。
以下に本発明の実施例を示す。
実施例1 第1図の装置を使って、プラズマ用ガス導入管3からア
ルゴンガスを20fL1層in導入し、陰極lと陽極2
の間で30V、700Aの条件で放電させ、プラズマを
発生させた0次に珪素化合物導入管5よりシランを1見
/層in導入し、炭化水素導入管6よりメタンを1〜1
.317層in導入して、反応域4において炭化珪素粉
末を合成した。なお、この反応域4の直径は40mmで
温度は約2000”0である。
合成した炭化珪素粉末は粉末取出ロアより回収した。又
、粉末取出ロアより出てくる排ガスを四重極質量分析器
により分析した。
アセチレン生成量は、純粋のメタン117層inを10
0とし、四重極質量分析器のピーク強度で比較した。こ
の際再現性を持たせるために、導入アルゴンにより規格
化した。
炭化珪素粉末合成条件としては、アセチレン生成量を前
記ピーク強度で0.25から6まで0.25間隔で合計
24の条件で行った0合成時間は各々の条件毎に約3時
間であるが、反応中のアセチレン生成量を一定に保つよ
うにメタン導入量を調節すると、得られた炭化珪素粉末
の遊離炭素生成量は常に一定であった。
生成した粉末はX線回折ではβ−炭化珪素であった。又
、燃焼赤外吸収法及び水素気流中加熱抽出法により遊離
炭素の含有量を分析した。さらに化学分析等によると炭
化珪素と遊離炭素以外には何も検出されなかった。この
際反応の初期、中期、後期の3つに分けて分析したが、
3つとも遊離炭素の含有量は同一であった。
アセチレン生成量と遊離炭素生成量の関係を第2図に示
すが、両者の間にはほぼ一定の関係があることがわかる
実施例2 第3図の装置を使って、プラズマ用ガス導入管3からア
ルゴンを2QJl/+win導入し、陰極lと陽極2の
間で30V、700Aの条件で放電させ、プラズマを発
生させた。
次に珪素化合物導入管5よりシランを11/ll1n 
、ジポランをアルゴンをキャリアーガスとして0.01
5見/win導入し、第1反応域8に硼素を均一に含む
融体珪素粒子を生成させた。尚、この第1反応域の直径
は70+u+で、温度は約2000”0であった。
この融体珪素粒子を第2反応域9に送り、炭化水素導入
管6よりメタンを1−1.39.7sin導入し、約1
700〜1800℃の第2反応域9にて前記融体珪素粒
子を炭化し、硼素を均一に含む炭化珪素粉末を合成した
得られた粉末は粉末取出ロアより回収した。
又、粉末取出ロアより出てくる排ガスを四重様質量分析
器により分析した。
合成条件、遊離炭素含有量の分析方法等は実施例1と同
様である。又、アセチレン生成量と遊離炭素量の関係は
実施例1と同様で第2図と同じであった。
得られた粉末は、X線回折ではβ−炭化珪素が観測され
た。化学分析等によると炭化珪素、遊離炭素の他に約0
.8重量%の硼素が検出された。更にX線光電子分光法
によると硼素の形態は単体硼素であった。
発明の効果 本発明により、気相高温下で珪素化合物と炭化水素から
炭化珪素粉末を合成する際に、アセチレン生成量を検出
することにより、合成反応中にその時の遊離炭素生成量
を直ちに知ることができる。さらに、原料の炭化水素導
入量を調節し、アセチレン生成量を適切な値に制御する
ことにより、長時間にわたり希望する遊離炭素生成量を
保持できる。又、アセチレン生成量とi1M炭素生成量
の関係は、反応条件が少々異なっても不変であり、さら
に原料ガスに若干の添加物がある場合も不変である。
このため本発明は炭化珪素焼結体の原料となる炭化珪素
粉末の遊離炭素量を任意に制御することができるように
なり、炭化珪素焼結体の特性向上1品質の安定性改善な
どの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は炭化珪素粉末を合成するための装置の断面図の
1例である。 第2図はアセチレン生成量と遊離炭素生成量の関係を示
すグラフである。 第3図は硼素含有炭化珪素粉末を合成するための装置の
断面図の1例である。 1・・・陰極、2・・・陽極、3・φ・プラズマ用ガス
導入管、4惨Φ・反応域、5・・拳珪素化合物導入管、
6・・・炭化水素導入管、7・・・粉末取出口、8・・
・第1反応域、9・・・第2反応域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 気相高温下にて珪素化合物と炭化水素より炭化珪素粉末
    を合成する反応において、反応ガス中における副生成物
    であるアセチレン量を検出し、アセチレン生成量が特定
    の値になるように反応を制御することにより、遊離炭素
    生成量を制御することを特徴とする炭化珪素粉末の製造
    方法。
JP60148400A 1985-04-04 1985-07-08 炭化珪素粉末の製造方法 Granted JPS6212605A (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60148400A JPS6212605A (ja) 1985-07-08 1985-07-08 炭化珪素粉末の製造方法
EP91101778A EP0434667B1 (en) 1985-04-04 1986-04-04 Processes for producing silicon carbide particles and sinter
DE3650539T DE3650539T2 (de) 1985-04-04 1986-04-04 Verfahren zum Erzeugen von Siliciumkarbid-Teilchen und von einem Siliciumkarbid-Sinterkörper
EP86302511A EP0199482B1 (en) 1985-04-04 1986-04-04 Processes for producing silicon carbide particles and sinter
DE8686302511T DE3687472T2 (de) 1985-04-04 1986-04-04 Verfahren zum erzeugen von siliciumkarbidteilchen und eines siliciumkarbidsinterkoerpers.
US07/006,688 US4832929A (en) 1985-04-04 1987-01-23 Process for producing a silicon carbide powder
US07/007,271 US4847060A (en) 1985-04-04 1987-01-27 Process for producing a boron-containing silicon carbide powder

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JPS6351967B2 JPS6351967B2 (ja) 1988-10-17

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016508940A (ja) * 2012-12-21 2016-03-24 コミッサリア ア レネルジ アトミック エ オー エネルジス アルテルナティヴスCommissariat A L‘Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives 加圧シリンダ中に含まれる、少なくともアセチレンから所定の直径のナノ粉末の製造を制御するための方法
CN112978731A (zh) * 2021-05-20 2021-06-18 浙江大学杭州国际科创中心 一种高纯碳化硅颗粒的反应装置及制备方法

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