JPS63225508A - Production of sialon powder - Google Patents

Production of sialon powder

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JPS63225508A
JPS63225508A JP32269587A JP32269587A JPS63225508A JP S63225508 A JPS63225508 A JP S63225508A JP 32269587 A JP32269587 A JP 32269587A JP 32269587 A JP32269587 A JP 32269587A JP S63225508 A JPS63225508 A JP S63225508A
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carbon
decomposable
aluminum
compd
silicon
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Norihiro Murakawa
紀博 村川
Kazuyoshi Isotani
磯谷 計嘉
Kensaku Maruyama
丸山 謙作
Fumio Nakamura
文男 中村
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

PURPOSE:To easily obtain the title fine Sialon powder, by decomposing decomposable Si compd. Al compd., and carbon compd. in a hot gas contg. steam to form and collect a mixedaerosol dispersoid. and baking the dispersoid in the atmosphere contg. nitrogen cpds. CONSTITUTION:Air is introduced into a furnace 1 from a duct 2, and fuel is introduced from a burner 3 and burned to generate a hot gas. A decomposable silicon silicon compd. (e.g., SiCl4) and a decomposable carbon compd. (e.g., A heavy oil) are introduced into the furnace 1 from a nozzle 4, a decomposable aluminum compd. (e.g., AlCl3) is introduced from a nozzle 5, and the material are decomposed. As a result, the mixed dispersoid contg. the respective aerosols of silicon oxide, aluminum, oxide and elementary carbon is formed. The dispersoid is then collected by solid-gas separation the obtained carbon-contg. composition is baked in the gas atmosphere contg. nitrogen compds., and Sialon powder is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔技術分野〕 本発明はサイアロン焼結体の製造原料として好適な新規
なサイアロン粉末の製造方法に関する。
[Technical Field] The present invention relates to a novel method for producing sialon powder suitable as a raw material for producing sialon sintered bodies.

【従来技術及びその問題点】[Prior art and its problems]

サイアロンとは5in−、^j!、0.N@−,で表さ
れる化合物であり、その粉末を成形・焼結し加工して得
られるセラミック焼結体は、従来の金属材料に比較して
高温における機械的強度や耐蝕性が格段に優れているの
で、エンジン、ガスタービンなどへの用途が期待されて
いる。しかしながら、従来の製造法によるサイアロン粉
末を使用したのでは、得られるセラミック焼結体の機械
的強度のバラツキが大き過ぎるという欠点があった。 けだし、サイアロン粉末は、微細である程焼結し易く、
高純度である程得られた焼結体の強度のバラツキが小さ
い性賞があるが、従来法のサイアロン粉末ではこの微細
性、高純度性が確保出来ないからである。 即ち、従来技術によるサイアロン粉末の製造法は、A 
j! tos−とSiO’lとの比較的均一な混合物で
ある粘土と炭素粉末とをボールミルなどを用いて混合し
、これをN、ガス雰囲気中で加熱して還元窒化する方法
が一般的であるが、かかる方法はバッチ方式であり、原
料の混合装入時における作業工程の繁雑さ、不純物の混
入といった問題があるのみならず、生成したサイアロン
粉末が粗粒であるため、焼結体原料として必要な微細性
のある粉末を得るためには、ボールミル、振動ミルなど
の粉砕機で長時間粉砕する必要があり、従って経費の増
加、作業工程の煩雑さ、作業工程中の不純物の混入など
多(の問題があるのである。 また、かかる機械的な粉砕方法では1ミクロン以下の超
微細な粉末を得ることは原理的・本質的に不可能に近い
のである。 〔基本的着想〕 本発明者らはこれら従来技術の問題点を解決すべく種々
検針を重ねた結果、先ず、充分に均一性が高く、かつ構
成粒子の粒度の細かい、ケイ素酸化物、アルミニウム酸
化物及び単体炭素からなる組成物を気相反応によリ一工
程で製造して得た、微細な、いわゆる本発明にいう含炭
素組成物を含窒素化合物ガス雰囲気中で加熱することに
よって、高純度かつ微細なサイアロン粉末を容易に製造
することができることを見出し、本発明を完成するもの
に到ったものである。 (発明の開示) 即ち本発明は、水蒸気を含む熱ガス中に分解性ケイ素化
合物、分解性アルミニウム化合物及び分解性炭素化合物
を装入・分解して、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物
及び単体炭素のそれぞれのエーロゾルを含む混合エーロ
ゾル分散質を生成せしめ、該生成した分散質を固−気分
離操作により捕集して得た含む炭素組成物粉末を含窒素
化合物ガス雰囲気中で焼成することを特徴とする、サイ
アロン粉末の製造法を要旨とするものである。 以下、本発明について詳細に説明する。 本発明で言う混合エーロゾル2は、気体中にケイ素酸化
物、アルミニウム酸化物及び単体炭素が微細な固形物の
粒子として混在している分散質を意味する。 しかして、かかるエーロゾルのうち単体炭素のエーロゾ
ルは、分解性炭素化合物を熱ガス中に装入・分解して得
ることができるし、またケイ素酸化物あるいはアルミニ
ウム酸化物のエーロゾルは、例えば四塩化ケイ素の如き
分解性ケイ素化合物あるいは三塩化アルミニウムの如き
分解性アルミニウム化合物を水蒸気を含む熱ガス中に装
入して熱分解、酸化分解あるいは加水分解により得るこ
とができる。 本発明においては、まず、水蒸気を含む熱ガス中にかか
る分解性炭素化合物、分解性ケイ素化合物及び分解性ア
ルミニウム化合物を同時に装入・分解することにより、
直ちにケイ素酸化物とアルミニウム酸化物及び単体炭素
のそれぞれのエーロゾルを含む混合エーロゾルを生成せ
しめるものである。 本発明で使用しうる分解性ケイ素化合物としては一般式
(1) %式%(1) (ここでnは1から4の整数をあられし、Xは水素原子
、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基もしくはアル
コキシル基をあられし、n≧2の場合、Xは同一であっ
ても異なっていてもよい、)で示されるものであって、
これを具体的な化合物として例示すると、たとえば5i
Cj!n 、HSiCj!り、  HJiCI!m  
、  i、5icz、  5ilia、 5iJa  
、 Si寓C1b、SigFa s  (CHt)4s
i、 (CH25iCj! t 、、CH25iCj!
 a、SiF4、Si (OCJs) a  などがあ
げられる。 本発明で使用する分解性アルミニウム化合物としては一
般式(2) %式%(2) (ここでXは、上記(1)式で定義したのと同一の意味
をあられす) で示される物であって、具体的化合物としては、たとえ
ば、Azcj!s 、It^lICl1* 、H!Aj
ICIt。 ^j! Brs、^l H*、 (CHs) sA j
! 、 (CJs) J j!、(CJs)s^j!、
  Al4(OCRs)s −^j! (OCtlls
)s1^j! (OCsHy) s、A l (OCJ
J s、A ffi C0CIH□)8、^j! (O
CJaCHs)s 、などがあげられる。 また本発明の実施に用いる分解性炭素化合物とは、後述
するように熱ガス中に装入された場合、容易に分解して
単体炭素(スス)を生成しうるようなもので、そのまま
で気相もしくは液相状態か、昇温により容易に液相状態
になり得るものが好適に使用可能である。これを例示す
ると例えば、LPG 、ナフサ、ガソリン、°燃料油、
灯油、・軽油、重油、潤滑油、流動パラフィンなどの石
油製品類:メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタ
ン、メタノール、エタノール、プロパツール、エチレン
、アセチレン、n−パラフィン、ブタジェン、イソプレ
ン、イソブチレン、ベンゼン、トルエン、キシレン、シ
クロヘキサン、シクロヘキセン、ジシクロペンタジェン
、エチルベンゼン、スチレン、キュメン、プソイドキュ
メン、メシチレン、アルキルベンゼン、α−メチルスチ
レン、ジシクロドデカトリエン、ジイソブチレン、塩化
ビニル、クロルベンゼン% C1溜分混合物、エチレン
ボトムなどの石油化学製品類;タール、ピッチ、クレオ
ソート油、ナフタレン、アントラセン、カルバゾール、
タール酸、フェノール、クレゾール、キシレノール、ピ
リジン、ピコリン、キノリンなどのタール製品類;大豆
油、ヤシ油、アマニ油、綿実油、ナタネ油、キリ油、ヒ
マシ油、鯨油、牛脂、スクワラン、オレイン酸、ステア
リン酸などの油脂類などが好ましいものとしてあげられ
るが、もちろんこれに限られるものではない。 本発明では、分解性炭素化合物は炭素の供給が目的であ
るから、上記したちの以外にもその種類はきわめて広範
囲に選択可能であるが、取り扱いの簡便さ、炭素収率の
面からトルエン、キシレン、ベンゼン、灯油、軽油、重
油、C9留分混合物、エチレンボトムなどが好ましい。 本発明の含炭素組成物を得るには、炉が用いられる。炉
の加熱装置としては、通常燃焼バーナー、通電発熱体な
どを用い、また分解性ケイ素化合物、分解性アルミニウ
ム化合物、分解性炭素化合物の装入用ノズルと、熱ガス
装入ダクト、混合エーロゾル排出ダクトとを備えていて
、炉は耐火物で囲まれた装置が好適に用いられる。 本発明では、炉内に少なくとも700℃以上、好ましく
は1400℃以上の空間領域が分解反応域として存在す
ることが要求される。この温度以上であれば、分解性炭
素化合物からは単体炭素が、更に水蒸気を含む雰囲気下
で分解性ケイ素化合物からはケイ素酸化物が、分解性ア
ルミニウム化合物からはアルミニウム酸化物がそれぞれ
微粒子とじて得られ、気体とこれら微細な固形物粒子と
の混合体である混合エーロゾル状態を発生する。 該混合エーロゾル中のケイ素、アルミニウム、炭素の割
合の調節は、単にノズルから熱ガス中に装入する各成分
の流量を制御することのみにより容易に行いうる。した
がってこれらを装入する場合、分解性ケイ素化合物、分
解性アルミニウム化合物、分解性炭素化合物は気相また
は液相状態にあることが装入流量の調節の容易さ、微細
なエーロゾルの発生のし易さにおいて望ましい、また、
固相状態の、例えば分解性ケイ素化合物を液相状態の例
えば炭化水素に溶解して装入する方法も簡便に採用可能
である。 なお、混合エーロゾル中のケイ素酸化物あるいはアルミ
ニウム酸化物のエーロゾルに加えて、単体ケイ素あるい
は単体アルミニウムはケイ素ハライドあるいはアルミニ
ウムハライドが多少挟在していても、本発明の実施には
格別の妨げにはならならない、また、本発明で言うアル
ミニウム酸化物はもちろんアルミニウム水酸化物を含む
ものであっても差支えない。 本発明において水蒸気を含む熱ガスを得る方法としては
、通電発熱方式、高周波加熱方式、放電方式によって得
た熱ガス中に水蒸気を注入しても良いが、水素、メタン
、エタン、プロパン、ブタンなど、あるいは原料とする
炭化水素のように、燃焼することにより、燃焼成分とし
て必然的に水蒸気を生成する可燃物を空気で燃焼させる
方法が装置上簡便であり、熱効率の面からも望ましい。 本発明の実施に用いられる分解性ケイ素化合物、分解性
アルミニウム化合物は水蒸気を含む熱凧ス中で熱分解反
応によって単体ケイ素、単体アルミニウムの固形物に変
化する性質に加えて、水蒸気との加水分解反応によって
ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物に変化する性質を有
し、しかもこれらの反応はきわめて速(0,1秒〜0.
5秒程度で完結するので、反応系における滞留時間を1
秒〜10秒程度とすれば熱と水蒸気が共存する雰囲気下
では、分解性ケイ素化合物、分解性アルミニウム化合物
が未反応のガス状態のままで反応の系外に揮散すること
はほとんどない。 以上の如くして得られた混合エーロゾルは、炉の外に排
出誘導した後、該エーロゾルに含有されている固形物分
散質をバグフィルタ−、サイクロン、電気集塵機等の捕
集装置で固−気分離操作を施して捕集することにより、
本発明にかかる含炭素組成物が得られる。尚該捕集装置
での熱負荷を軽減するためには、該排出熱ガスを予め冷
却することが望ましい、冷却の方法は任意であるが、た
とえば反応後の帯域を冷却したりまたは水を注入する手
段が採用できる。 かくして捕集された含炭素組成物は、ケイ素酸化物、ア
ルミニウム酸化物及び単体炭素の微粉末が極めて均一に
混合されているのでサイアロン粉末の製造原料として格
段に優れた物性を有する。 即ち、この含炭素組成物は高周波加熱炉、通電抵抗炉な
どを用いて、窒素、アンモニアなどの含窒素化合物ガス
雰囲気中において、1350〜1650℃でたとえば2
時間〜20時間、好ましくは5時間〜12時間程度焼結
することによって容易に本発明の極めて微細なサイアロ
ン粉末を得ることができるのである。 尚、上記含炭素組成物を含窒素化合物ガス雰囲気中で焼
成する工程において、該含炭素組成物を一旦緊縮、たと
えば加圧、圧縮して嵩比重を高くした後加熱するのが、
更に微細なサイアロン粉末を得る上で特に好ましい。 これは、嵩比重の小さい状態で含炭素組成物を加熱する
と、粒子が一方向に成長した棒状の形状の複合炭化物が
成長し易いが、一旦緊縮して嵩比重を太き(した後加熱
すれば、粒径が均等にそろった球状の形態のものが得ら
れるという、本発明者らの実験的知見に基づくものであ
り、嵩比重を少なくとも0.151/cc以上に緊縮す
るのがより好ましい、%W縮は、加圧、圧縮、攪拌式造
粒などにより容易に行うことができる。 本発明の実施の結果得られるサイアロン粉末には、単体
炭素が含有されている場合があるが、かかる含有単体炭
素の除去は、該サイアロン粉末を酸素の存在下で500
〜1000℃に加熱することによリュ、)iS炭素、よ
容易、燃焼除去す、工より、7きる。かかる燃焼除去は
空気中で加熱するか、または燃料を過剰空気で燃焼させ
た酸素を含む熱ガス雰囲気下にお(ことにより簡便に行
うことができる。 〔発明の作用・効果〕 本発明に於いては、サイアロン粉末の製造原料である含
炭素組成物は分解性ケイ素化合物、分解性アルミニウム
化合物及び分解性炭素化合物を、水蒸気を含む熱ガス中
に装入し、ここで化学反応、即ち熱分解、酸化分解、加
水分解などに付され、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化
物及び単体炭素の微粒子が生成すると共に、これらの微
粒子は同時に気相で混合する方法で得られるので、なん
ら従来のごとき機械的な粉砕・混合という手段をとるこ
となしに、格段に微細な粒子が均一に混合した含炭素組
成物が得られるのである。しかも、従来のバッチ方式と
異なり、連続かつ一段で該含炭素組成物粉末を得ること
ができるので、従来の如き作業工程の煩雑さは著しく低
減される。更に、この含炭素組成物から得られる本発明
のサイアロン粉末はすでにそれ自体微細な粉末であるた
め、従来のどと(粗粒を機械的に粉砕する必要はなく、
経費の増加、作業工程の煩雑さ、作業工程中の不純物の
混入といった問題はすべて解消されるという顕著な作用
効果を奏するものである。 〔実施例〕 以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。 実施例1 第1図に示す炉(直径300mm 、長さ3s)を用い
ダクト2より空気を、また燃焼バーナー3より熱風用燃
料としてのプロパンをそれぞれ100N rrf八、3
Nrrrへの流量で装入し、また分解性ケイ素化合物と
して5iCj!iを、分解性炭素化合物としてA重油を
予め重量比で1:0.7に混合したものを14kg/h
の流量でノズル4より、分解性アルミニウム化合物とし
て^ficj!3を4kg/hの流量でノズル5よりそ
れぞれ炉内に装入した。炉内は第1図のAの位置で約1
350℃の温度に保った。炉内に生成したエーロゾルは
ダクト6より抜き出し、冷却後バッグフィルターで捕集
して、本発明にかかる含炭素組成物6.6kg/h  
(乾燥重量)を得た。 該含炭素組成物は、単体重量換算でケイ素24.8重量
%、アルミニウム11.9重量%、炭素23.9重量%
が含まれ(残りは結合性の酸素38;9重量%、炭素付
着の水素0.4重量%、その他0.1重量%以下) 、
ESCAスペクトル解析の結果、ケイ素あるいはアルミ
ニウムと他元素との結合形態には、5i−0結合、Aj
!−0結合のみが観察された。また嵩比重は0.088
g/ccであった。 この含炭素組成物の30gを円筒容器に入れ、l軸圧縮
し0.32g/ccの嵩比重とした後、横型環状抵抗炉
を用いてN、ガス雰囲気下で1500℃、9時間焼成し
、一旦冷却後、空気中で700℃に加熱して残存した単
体炭素を燃焼除去して17.9gの粉末を得た。 得られたこの粉末は、X線解析の結果、β−サイアロン
であることが確認され、化学分析の結果、5iixA 
j! z(hNs−xにおける2の値は2.0であった
。また、この粉末の電子顕微鏡像解析によるその平均粒
子径は0.12μ−で、粒子形状は均等にそろった球形
であることが観察された。 実施例2〜5 熱風用燃料にはプロパンの他にメタン、水素も用い、分
解性ケイ化合物、分解性アルミニウム化合物及び分解性
炭素化合物としては第1表に示すものをそれぞれ用いて
、実施例1と同様な方法にて第1表に示す組成の本発明
にかかる含炭素組成物を得た。 該含炭素組成物のESCAスペクトル解析の結果、ケイ
素あるいはアルミニウムと他元素との結合形態には、S
ト0結合、^j!−0結合のみが観察された、(尚、第
1表において、装入ノズルが同一なものは、予め混合し
て装入したことを意味する0例えば実施例2においては
、予めCHsSiCj! *と^lCJ!Sとベンゼン
とを混合したものをノズル4より装入したことを意味す
る。)′ この含炭素組成物を、それぞれ実施例1と同様にして圧
縮した後、含窒素化合物にはNH3も用いて、それぞれ
第2表に示す温度、時間の焼成を行いそれぞれ第2表に
示す量のサイアロンを得た。 得られたサイアロンは、X線解析の結果、β−サイアロ
ンであることが確認され、化学分析の結果5it−zA
 j! tQJs−zにおけるZ値はそれぞれ第2表に
示す値であった。また、この粉末の電子顕微鏡解析によ
る平均粒子径はそれぞれ第2表に示す値で、粒子形状は
いずれも均等にそろった球形であることが観察された。 第2表
Sialon is 5in-, ^j! ,0. It is a compound represented by N@-, and the ceramic sintered body obtained by molding and sintering its powder has significantly higher mechanical strength and corrosion resistance at high temperatures than conventional metal materials. Because of its excellent properties, it is expected to be used in engines, gas turbines, etc. However, the use of sialon powder produced by conventional manufacturing methods has the disadvantage that the mechanical strength of the resulting ceramic sintered bodies varies too much. The finer the Sialon powder, the easier it is to sinter.
This is because the higher the purity, the smaller the variation in the strength of the obtained sintered body, but this fineness and high purity cannot be ensured with conventional sialon powder. That is, the method for producing sialon powder according to the prior art is A.
j! A common method is to mix clay, which is a relatively uniform mixture of tos- and SiO'l, with carbon powder using a ball mill or the like, and then heat the mixture in a nitrogen or gas atmosphere to reduce and nitride it. However, this method is a batch method, which not only has problems such as the complexity of the work process when mixing and charging the raw materials and the contamination of impurities, but also the generated sialon powder is coarse grained, so it is not necessary as a raw material for sintered bodies. In order to obtain fine powder, it is necessary to grind for a long time using a grinder such as a ball mill or a vibration mill, which increases costs, complicates the work process, and introduces impurities during the work process. There is a problem. Furthermore, it is fundamentally and essentially impossible to obtain ultrafine powder of 1 micron or less using such mechanical grinding methods. [Basic idea] The present inventors et al. After carrying out various meter readings in order to solve these problems in the conventional technology, we first developed a composition consisting of silicon oxide, aluminum oxide, and elemental carbon, which has sufficiently high uniformity and has fine constituent particles. High purity and fine sialon powder can be easily produced by heating the fine carbon-containing composition referred to in the present invention, which is produced in one step by gas phase reaction, in a nitrogen-containing compound gas atmosphere. (Disclosure of the Invention) In other words, the present invention is directed to the production of a decomposable silicon compound, a decomposable aluminum compound, and a decomposable aluminum compound in a hot gas containing water vapor. A mixed aerosol dispersoid containing aerosols of silicon oxide, aluminum oxide and elemental carbon is produced by charging and decomposing a carbon compound, and the produced dispersoid is collected by a solid-gas separation operation. The present invention is described in detail below.The present invention is described in detail below. The mixed aerosol 2 referred to above means a dispersoid in which silicon oxide, aluminum oxide, and elemental carbon are mixed as fine solid particles in a gas.Among such aerosols, an aerosol of elemental carbon is Aerosols of silicon oxide or aluminum oxide can be obtained by charging and decomposing decomposable carbon compounds in hot gas, and aerosols of silicon oxide or aluminum oxide can be obtained by decomposing decomposable carbon compounds such as silicon tetrachloride or aluminum trichloride. It can be obtained by pyrolysis, oxidative decomposition, or hydrolysis by charging the aluminum compound into hot gas containing water vapor. In the present invention, first, by simultaneously charging and decomposing the decomposable carbon compound, decomposable silicon compound, and decomposable aluminum compound into hot gas containing water vapor,
A mixed aerosol containing aerosols of silicon oxide, aluminum oxide, and elemental carbon is immediately generated. The decomposable silicon compound that can be used in the present invention has the general formula (1) % formula % (1) (where n is an integer from 1 to 4, and X is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group) or an alkoxyl group, and when n≧2, X may be the same or different,
To illustrate this as a specific compound, for example, 5i
Cj! n, HSiCj! Ri, HJiCI! m
, i, 5icz, 5ilia, 5iJa
, Sieg C1b, SigFa s (CHt)4s
i, (CH25iCj! t,,CH25iCj!
a, SiF4, Si (OCJs) a, etc. The decomposable aluminum compound used in the present invention is a compound represented by the general formula (2) % formula % (2) (where X has the same meaning as defined in formula (1) above). For example, Azcj! is a specific compound. s, It^lICl1*, H! Aj
ICIt. ^^! Brs, ^l H*, (CHs) sA j
! , (CJs) J j! , (CJs)s^j! ,
Al4(OCRs)s -^j! (OCtlls
)s1^j! (OCsHy) s, A l (OCJ
J s, A ffi C0CIH□)8, ^j! (O
CJaCHs)s, etc. Furthermore, the decomposable carbon compound used in the implementation of the present invention is one that can easily decompose and produce elemental carbon (soot) when charged into hot gas, as described later, and can be left as it is to generate carbon. Phase or liquid phase state, or those that can easily become liquid phase state by increasing temperature can be suitably used. Examples of this include LPG, naphtha, gasoline, fuel oil,
Petroleum products such as kerosene, light oil, heavy oil, lubricating oil, liquid paraffin, etc.: methane, ethane, propane, butane, pentane, methanol, ethanol, propatool, ethylene, acetylene, n-paraffin, butadiene, isoprene, isobutylene, benzene , toluene, xylene, cyclohexane, cyclohexene, dicyclopentadiene, ethylbenzene, styrene, cumene, pseudocumene, mesitylene, alkylbenzene, α-methylstyrene, dicyclododecatriene, diisobutylene, vinyl chloride, chlorobenzene% C1 fraction mixture, Petrochemical products such as ethylene bottoms; tar, pitch, creosote oil, naphthalene, anthracene, carbazole,
Tar products such as tar acid, phenol, cresol, xylenol, pyridine, picoline, and quinoline; soybean oil, coconut oil, linseed oil, cottonseed oil, rapeseed oil, tung oil, castor oil, whale oil, beef tallow, squalane, oleic acid, stearin Preferred examples include oils and fats such as acids, but of course they are not limited to these. In the present invention, since the purpose of the decomposable carbon compound is to supply carbon, the type of decomposable carbon compound can be selected from a wide range other than those mentioned above, but from the viewpoint of ease of handling and carbon yield, toluene, Preferred are xylene, benzene, kerosene, light oil, heavy oil, C9 fraction mixture, ethylene bottoms, and the like. A furnace is used to obtain the carbon-containing composition of the present invention. The furnace heating device usually uses a combustion burner, an electric heating element, etc., and also includes a nozzle for charging decomposable silicon compounds, decomposable aluminum compounds, and decomposable carbon compounds, a hot gas charging duct, and a mixed aerosol discharge duct. A device having a furnace surrounded by a refractory material is preferably used. The present invention requires that a spatial region at least 700° C. or higher, preferably 1400° C. or higher, exist as a decomposition reaction zone in the furnace. At temperatures above this temperature, elemental carbon is obtained from decomposable carbon compounds, silicon oxide is obtained from decomposable silicon compounds in an atmosphere containing water vapor, and aluminum oxide is obtained from decomposable aluminum compounds as fine particles. This produces a mixed aerosol state, which is a mixture of gas and these fine solid particles. The proportions of silicon, aluminum and carbon in the mixed aerosol can be easily adjusted simply by controlling the flow rate of each component introduced into the hot gas through the nozzle. Therefore, when charging these, it is best to keep the decomposable silicon compounds, decomposable aluminum compounds, and decomposable carbon compounds in the gas phase or liquid phase to make it easier to adjust the charging flow rate and to easily generate fine aerosols. desirable in terms of
A method in which a solid phase, for example, a decomposable silicon compound is dissolved in a liquid phase, for example, a hydrocarbon, can also be easily adopted. In addition to the aerosol of silicon oxide or aluminum oxide in the mixed aerosol, even if elemental silicon or elemental aluminum has some silicon halide or aluminum halide interposed therein, this will not be a particular hindrance to the implementation of the present invention. Furthermore, the aluminum oxide referred to in the present invention may of course contain aluminum hydroxide. In the present invention, as a method for obtaining hot gas containing water vapor, water vapor may be injected into hot gas obtained by an electric heating method, a high frequency heating method, or a discharge method, but hydrogen, methane, ethane, propane, butane, etc. Alternatively, a method of burning with air a combustible material that inevitably produces water vapor as a combustion component, such as a hydrocarbon used as a raw material, is convenient in terms of equipment and desirable from the standpoint of thermal efficiency. The decomposable silicon compounds and decomposable aluminum compounds used in the practice of the present invention have the property of being changed into solid substances of elemental silicon and elemental aluminum by thermal decomposition reaction in a hot kite containing water vapor, and also by hydrolysis with water vapor. It has the property of changing into silicon oxide and aluminum oxide by reaction, and these reactions are extremely fast (0.1 seconds to 0.1 seconds).
Since it is completed in about 5 seconds, the residence time in the reaction system is 1
If the reaction time is about seconds to 10 seconds, in an atmosphere where heat and water vapor coexist, the decomposable silicon compound and the decomposable aluminum compound will hardly volatilize out of the reaction system in an unreacted gas state. The mixed aerosol obtained as described above is discharged outside the furnace, and then the solid dispersoids contained in the aerosol are removed into solid gas by a collection device such as a bag filter, cyclone, or electrostatic precipitator. By performing a separation operation and collecting it,
A carbon-containing composition according to the present invention is obtained. In order to reduce the heat load on the collection device, it is desirable to cool the discharged hot gas in advance.The cooling method may be arbitrary, but for example, cooling the zone after the reaction or injecting water can be used. Measures can be taken to do so. The carbon-containing composition thus collected has extremely excellent physical properties as a raw material for producing sialon powder, since the fine powders of silicon oxide, aluminum oxide, and elemental carbon are mixed very uniformly. That is, this carbon-containing composition is heated at 1,350 to 1,650°C in a nitrogen-containing compound gas atmosphere such as nitrogen or ammonia using a high-frequency heating furnace, a current-carrying resistance furnace, or the like.
The extremely fine sialon powder of the present invention can be easily obtained by sintering for about 20 hours, preferably 5 to 12 hours. In addition, in the step of firing the carbon-containing composition in a nitrogen-containing compound gas atmosphere, the carbon-containing composition is once tightened, for example, pressurized and compressed to increase the bulk specific gravity, and then heated.
This is particularly preferred for obtaining finer sialon powder. This is because when a carbon-containing composition is heated in a state where the bulk specific gravity is small, a rod-shaped composite carbide with particles growing in one direction tends to grow, but once it is tightened and the bulk specific gravity becomes thick (after heating, This is based on the experimental findings of the present inventors that particles having a spherical shape with uniform particle sizes can be obtained, and it is more preferable to tighten the bulk specific gravity to at least 0.151/cc or more. , %W reduction can be easily carried out by pressurization, compression, stirring granulation, etc. Although the sialon powder obtained as a result of carrying out the present invention may contain elemental carbon, such To remove the elemental carbon contained, the SiAlON powder was heated to 500% in the presence of oxygen.
By heating to ~1000°C, iS carbon can be easily removed by combustion. Such combustion removal can be easily carried out by heating in air or in a hot gas atmosphere containing oxygen by burning the fuel with excess air. In this process, a carbon-containing composition, which is a raw material for producing Sialon powder, is prepared by charging a decomposable silicon compound, a decomposable aluminum compound, and a decomposable carbon compound into hot gas containing water vapor, where a chemical reaction occurs, that is, thermal decomposition. , oxidative decomposition, hydrolysis, etc. to produce fine particles of silicon oxide, aluminum oxide, and elemental carbon, and these fine particles are simultaneously obtained by mixing in the gas phase, so there is no need for conventional mechanical methods. A carbon-containing composition in which extremely fine particles are uniformly mixed can be obtained without the need for extensive pulverization and mixing.Moreover, unlike the conventional batch method, the carbon-containing composition can be produced continuously and in one step. Since the powder can be obtained, the complexity of the conventional work process is significantly reduced.Furthermore, since the sialon powder of the present invention obtained from this carbon-containing composition is already a fine powder, and (no need to mechanically crush coarse particles,
This has the remarkable effect of eliminating all problems such as increased costs, complexity of work processes, and contamination of impurities during work processes. [Example] Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Example 1 Using the furnace shown in Fig. 1 (diameter 300 mm, length 3 s), air was supplied from duct 2, and propane as a hot air fuel was supplied from combustion burner 3 at 100 N rrf 8.3.
5iCj! as a decomposable silicon compound. i was mixed in advance with heavy oil A as a decomposable carbon compound at a weight ratio of 1:0.7 at 14 kg/h.
From nozzle 4 at a flow rate of ^ficj! as a decomposable aluminum compound! 3 was charged into the furnace through nozzle 5 at a flow rate of 4 kg/h. The inside of the furnace is approximately 1 at position A in Figure 1.
The temperature was maintained at 350°C. The aerosol generated in the furnace is extracted from the duct 6 and collected with a bag filter after cooling, and the carbon-containing composition according to the present invention is collected at a rate of 6.6 kg/h.
(dry weight) was obtained. The carbon-containing composition contains 24.8% by weight of silicon, 11.9% by weight of aluminum, and 23.9% by weight of carbon.
(The remainder is 38% by weight of bonding oxygen, 0.4% by weight of hydrogen attached to carbon, and 0.1% by weight or less of others),
As a result of ESCA spectrum analysis, the bonding forms between silicon or aluminum and other elements include 5i-0 bond, Aj
! Only -0 binding was observed. Also, the bulk specific gravity is 0.088
g/cc. 30 g of this carbon-containing composition was placed in a cylindrical container, compressed on the l-axis to give a bulk specific gravity of 0.32 g/cc, and then fired at 1500° C. for 9 hours in a N gas atmosphere using a horizontal annular resistance furnace. Once cooled, it was heated to 700° C. in air to burn off the remaining elemental carbon to obtain 17.9 g of powder. As a result of X-ray analysis, this powder obtained was confirmed to be β-Sialon, and as a result of chemical analysis, it was confirmed that it was 5iixA.
j! The value of 2 in z(hNs-x) was 2.0. Furthermore, the average particle diameter of this powder was 0.12 μ- by electron microscopic image analysis, and the particle shape was found to be uniformly spherical. Examples 2 to 5 In addition to propane, methane and hydrogen were used as fuel for hot air, and the decomposable silicon compounds, decomposable aluminum compounds, and decomposable carbon compounds shown in Table 1 were used, respectively. A carbon-containing composition according to the present invention having the composition shown in Table 1 was obtained in the same manner as in Example 1. As a result of ESCA spectrum analysis of the carbon-containing composition, it was found that bonds between silicon or aluminum and other elements were observed. The form is S
To0 combination, ^j! Only -0 bond was observed. This means that a mixture of CJ! The sialons were then fired at the temperatures and times shown in Table 2 to obtain sialon in the amounts shown in Table 2. As a result of X-ray analysis, the obtained sialon was confirmed to be β-sialon, and as a result of chemical analysis, it was confirmed that it was 5it-zA.
j! The Z values for tQJs-z were the values shown in Table 2, respectively. Furthermore, the average particle diameters of the powders as determined by electron microscopy analysis were shown in Table 2, and the particle shapes were observed to be uniformly spherical. Table 2

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の実施に使用する炉の1例を示す断面
図である。 図面において、 1;炉材 2:ダクト 3:燃焼バーナー 4:ノズル 5:ノズル 6:ダクト を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one example of a furnace used in carrying out the present invention. In the drawings, 1; furnace material 2: duct 3: combustion burner 4: nozzle 5: nozzle 6: duct is shown.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)水蒸気を含む熱ガス中に分解性ケイ素化合物、分
解性アルミニウム化合物及び分解性炭素化合物を装入・
分解して、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物及び単体
炭素のそれぞれのエーロゾルを含む混合エーロゾル分散
質を生成せしめ、該生成した分散質を固−気分離操作に
より捕集して得た含炭素組成物粉末を含窒素化合物ガス
雰囲気中で焼成することを特徴とする、サイアロン粉末
の製造法。
(1) Charge decomposable silicon compounds, decomposable aluminum compounds, and decomposable carbon compounds into hot gas containing water vapor.
A carbon-containing composition obtained by decomposing a mixed aerosol dispersoid containing aerosols of silicon oxide, aluminum oxide, and elemental carbon, and collecting the generated dispersoid by a solid-gas separation operation. A method for producing sialon powder, which comprises firing the powder in a nitrogen-containing compound gas atmosphere.
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