JPS62128913A - 炭化けい素粉末の製造方法 - Google Patents

炭化けい素粉末の製造方法

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JPS62128913A
JPS62128913A JP60265081A JP26508185A JPS62128913A JP S62128913 A JPS62128913 A JP S62128913A JP 60265081 A JP60265081 A JP 60265081A JP 26508185 A JP26508185 A JP 26508185A JP S62128913 A JPS62128913 A JP S62128913A
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JP
Japan
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powder
sio
sic
carbon
reaction
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JP60265081A
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English (en)
Inventor
Satoshi Uenosono
聡 上ノ薗
Toshihiko Funabashi
敏彦 船橋
Ryoji Uchimura
良治 内村
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、炭化けい素粉末の製造方法に関するものであ
り、特に原料成形体密度の調整によって、β−5iCの
含を率が高くかつ微細で粒径の揃った高純度の炭化けい
素(SiC)を製造する技術についての提案である。
かかる炭化けい素(SiC) ’は、高温安定性、高温
強度、高熱伝導性等の面で優れた機能を有するセラミン
クスの一種であり、エネルギー材料、化学装置、高温ガ
ス処理・電気加熱要素あるいは電気抵抗器等の分野に供
せられ、特に高温構造用材料としての使途においては、
省エネルギー、省資源化の目的に良く適合する材料とし
て有用である。
(従来の技術) 従来、StC粉末の工業的製造方法については、すでに
多くの技術が提案されている。例えば、特開昭52−4
6398号公報においては、SingとCの混合物を成
形し、これをタンマン炉に充填し、温度1600℃以上
の高温に加熱し、次式 %式%(1) の反応を行わせてSiCタリンカーとし、これを粉砕精
製する方法を開示している。すなわち、この方法をさら
に詳しく説明すると、上記(11式のSiC生成反応は
通常、 SiO□+C−= SiO+CO・・・ (2)SiO
+2C→SiC+CO・・・ (3)の2段階を反応を
経て進行する。
要するにこの従来方法は、(2)式の反応で生成するS
iOガスの発生を遅らせることにより炭素にSiOガス
を吸収させ、さらに原料が炉内を滑らかに流れるように
するために微粉末の砂石と炭素とを予め成形しておき、
これを加熱し反応させる技術である。
また、特開昭54−122312号においては、重量で
カーボンブラック100部とSiOガス170〜210
部とを10mmHg以下の減圧下、1200〜1500
℃の温度で反応させる方法について提案している。
さらに、特開昭59〜227706号においては、非酸
化性ガス中に浮遊させた炭素微粉末とSiOガスを温度
1500℃以上で反応させる方法について提案している
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記各従来技術の場合、解決を必要とす
る次のような問題点を抱えていた。まず特開昭52−4
6398号の方法においては、得られたSiCクリンカ
ー中のSiCは互いに焼結し、微粉末状のSiCを得る
ためには長時間粉砕する必要があり、経済的でない。ま
た特開昭54−122312号の方法においては、減圧
上高温反応をさせるためには、操作が繁雑であり、実用
的でない。
さらに特開昭59−227706号で提案の方法におい
ては、非酸化性雰囲気中に浮遊させた炭素微粉末にSi
Oガスを導入してSiCを得る装置として、Cを浮遊さ
せる設備、さらにCとSiOのモル比を浮遊層中でC/
5to= 2に保つ設備等が不可欠と考えられるので製
造装置が煩雑となる欠点が挙げられる。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、上述した従来技術が抱える問題点に対し
て鋭意研究した結果、次の事項を骨子とする手段を採用
すれば、玉揚の課題を有利に解決できることを知見した
すなわち、SiO微粉末および炭素含有材料を混合し成
形して得られる密度1.5g/Cm3以下の成形体を原
料として、この成形体を非酸化性雰囲気のもとて140
0〜2000℃の温度範囲で熱処理(焼成)する方法を
開発したのであり、この方法によれば、原料成形体が炭
素還元後完全にSiC粉末からなる塊状成形物となり、
高純度で微細なSiC粉末が高収率で得られるのである
(作 用) 本発明は、使用する原料粉末・原料形体および熱処理の
方法に特徴を有するが、以下にそれらの特徴的要件につ
き具体的に説明する。
まず原料として使用するSiOC粉末であるが、これに
は例えば、エレクトロニクスの分野で利用されている蒸
着薄膜形成用の原料であるSiO粉末などである。また
粒径1μm以下の非晶質のSiO超微粉なども使用可能
であり、微細なSiC粉末を得るためには原料のSiO
粉末も細かい方が望ましい。
かかるSiO粉末は、SiO□−C系、StO□−Si
系などの反応系の高温反応生成物として得られるが、い
わゆる高温で発生したSiO蒸気(SiOfg))が不
均化反応を起こさずに、急冷、凝固した場合、1μm以
下の非常に微細な粉末として得られるものである。
該SiO粉末はX線回折法で調査した結果非晶質であり
、また気相を介して得られるので、非常に微細(≦1μ
m)でその表面は活性に冨み、場合によっては空気中の
酸素あるいは窒素と反応して表面がSiO□になってい
たり、表面が窒化していたりするものもある。
本発明においてSiO微粉末を原料として用いる理由は
次のような点にある。ここで、一般的なSiO□粉末と
C粉末を出発原料としてSiCを合成する場合を比較の
ために述べると、この慣用法は、SiO□十C→SiO
+(:O・・・(1)の反応により発生するSiO(g
)を中間体として、SiO+2C→SiC+CO・・・
(2)の反応によりSiCを生成させる方法である。し
かしながら、この反応においてSin、は、SiO粉末
に比べて反応活性に乏しく、加熱途中に軟化して(1)
弐の反応で得られたSiO(g)の流通を妨げるばかり
かCO(g)の逸散を妨げたり、雰囲気ガスの流通をも
妨げ、系内のSi0分圧の減少とともに60分圧の上昇
をもたらして反応(2)の進行を阻害する。
しかし、SiO粉末中に(2)式の反応量論比程度ある
いはやや多めにC粉末を配合すれば、系内の0□分圧を
減少させることができ、SiO(g) + ’AO□=
SiO□(s)・・・(3)の反応に伴うSiO□の生
成が抑制され、SiO(S)−=SiO(g)・・・(
4)の式に従うSiO(g)の蒸発が円滑におこり、系
内のSi0分圧が、SiO□−C系に比べ高くなって反
応(2)式の進行が促進される。さらに5iO(s)と
しては非晶質で微細なものを用いれば、非常に反応活性
であるため、反応(2)を一層促進することができるよ
うになる。
次に、本発明において使用する炭素含有材料としては、
とくに限定しないが、SiO粉末との均一な混合状態が
達成され、かつ炭素以外の不純物が少ないほうが望まし
い。例えば、天分の少ない石油コークスや石油ピッチ、
石炭ピッチ、カーボンブラック、各種有機樹脂などの粉
末状のものが好適である。
さて、本発明においてSiO粉末と炭素含有材料中の炭
素との混合は、モル比(C/5iO)で1.4〜3.0
の範囲を示すように配合することにより、SiC粉末の
収率向上が期待できる。これは次の理由による。SiO
:1モルあたりCが1.4モル未満ではSiO□の生成
が認められ、SiCの収率が低下する。
一方、Si01モルあたりCが3.0モルを超えると未
反応のフIJ  Cが増加し、結局SiCの収率が減少
するからである。
次に本発明においては上記SiOFA末とC含有材料と
の混合成形体の密度を1.5g/cm1以下となるよう
に成形することを特徴の1つとするが、これは次の理由
による。
原料成形体の密度を1.5g/cm’より高(した場合
、生成物中にSiCの他にSin、が一部生成し、結果
的にSiCの収率が減少する。すなわち、SiO粉末か
らSiCが得られる反応は、SiO+2C→SiC+C
O↑・・・(1)で示される。原料成形体密度が1.5
g/cm3以下の場合、この成形体は、多孔質状であり
、成形体内部にまで開気孔が存在する。そのために非酸
化性雰囲気で焼成する際、発生するCOはこの開気孔か
ら系外に容易に逸散すると考えられる。したがって、開
気孔内でおこる上記反応(1)において、00分圧が高
まることなく容易にSiOが還元炭化することになる。
またこのようなミクロな空孔内で上記反応(1)のよう
な気相反応が起こることにより、粉末状の原料から出発
するよりも過飽和度の上昇が期待できるため、微細なS
iC粉末が得られる。
これに対して、原料成形体の密度が1.5g/cm’よ
り高く場合、上記反応(1)で生成するCOガスの系外
への逸散が容易でなくなるため反応(1)が進みにくく
なると考えられる。そしてSiOの不均化反応;2Si
O=SiO□+St・・・(2)などの副反応が起こり
、SiO□が一部残留すると思われる。
さらに本発明においては、上記の如き原料成形体を出発
原料として採用することにより、頻雑な設備を用いずに
容易にSiC粉末が得られることとなった。すなわち、
原料成形体を非酸化性雰囲気で焼成することにより、原
料成形体は黒鉛ルツボ内で、そのままの形を保ちなから
SiC粉末の塊状生成物となるため、非常に簡単な雰囲
気炉を用いることが容易となる。
なお成形に先立ち出発原料を混合して混合粉末を調整す
る方法としては、湿式又は乾式のボールミル法が挙げら
れる。また、本発明において原料混合粉末の造粒は、水
、アルコール、アセトン等で用いた湿式法で行い、乾燥
させてもよいし、ポリビニルアルコール、レジン等の有
機バインダー。
コローイダルシリカ、シランカップリング剤等の無機バ
インダーを使用して造粒、乾燥して成形体を得てもよい
。また成形法としては押出し成形機。
ブリケノティングマシン金型成形機等のいずれを使用し
てもさしつかえない。
次に本発明においては、上記SiO扮末とC含有材料と
の混合成形体原料を、非酸化性ガスを充填した雰囲気中
で加熱焼成する。使用するガス雰囲気は、計、 Ile
、 Nz+ Ar−Hz、 Ar−Nz、 Ar−He
など不活性ガス、不活性ガス+還元性ガスの組合わせ、
あるいは不活性ガスどうしの組合わせなどのガス雰囲気
が挙げられるが、いずれにしても主体をなすのは不活性
ガスである。
加熱焼成の温度としては、1400’C〜2000℃の
範囲が望ましい。この温度範囲を採用すると、1400
°C未満ではSiCの生成が難しく、逆にSiO□等が
生成しやすい。また2000℃を超えると生成粉末の焼
結がおこり、微細なSiCが得られない。
本発明において、原料の配合比(C/5iO)が大きい
場合、焼成後炭素が残留することがある。そうした場合
、さらに、酸化性雰囲気中で焼成し、残留した炭素を燃
焼させることにより除去することができる。酸化性雰囲
気中での焼成温度としては700°C以下が好適である
(実施例) 種々の粒径のSiO粉末と、炭素含有材料としてカーボ
ンブラックとを、第1表に示す配合割合で均一に混合し
金型成形機で成形して種々の密度の原料成形体を調整し
た。これら種々の密度の原料成形体をカーボンルツボ内
で非酸化性雰囲気に保持して第1表に示す温度範囲にお
いて2時間熱処理を行った。こうした熱処理で得た生成
物を粉末X線回折によってSiCの生成割合を測定した
。さらに走査型電子顕微鏡観察によりSiC粉末の粒径
を測定した。その結果を第1表に示したが、所期したと
おりの結果が得られた。
※原料混合物を成形せず、そのままルツボに充填して熱
処理した。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、・高純度で微細な
SiC粉末を簡易な設備で安価に高収率で製造できる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、けい素含有物の成形体を原料とし、これを非酸化性
    雰囲気の下で熱処理することにより炭化けい素粉末を製
    造する方法において、前記原料としてSiO微粉末およ
    び炭素含有材料とを混合し密度が1.5g/cm^3以
    下となるように成形したものを用い、この成形体を14
    00〜2000℃の温度範囲に保持して熱処理すること
    を特徴とする炭化けい素粉末の製造方法。
JP60265081A 1985-11-27 1985-11-27 炭化けい素粉末の製造方法 Pending JPS62128913A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02180710A (ja) * 1988-11-10 1990-07-13 Pechiney Electrometall 微粉状αまたはβ炭化ケイ素の製造方法
JP2008207633A (ja) * 2007-02-23 2008-09-11 Matsushita Electric Works Ltd 車両用浄化装置
JP2013503099A (ja) * 2009-08-26 2013-01-31 エルジー イノテック カンパニー リミテッド 炭化ケイ素粉体製造方法及びシステム

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