JPS6359967B2 - - Google Patents

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JPS6359967B2
JPS6359967B2 JP58005761A JP576183A JPS6359967B2 JP S6359967 B2 JPS6359967 B2 JP S6359967B2 JP 58005761 A JP58005761 A JP 58005761A JP 576183 A JP576183 A JP 576183A JP S6359967 B2 JPS6359967 B2 JP S6359967B2
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plasma flame
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JP58005761A
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は炭化けい素、特には微細に分割された
炭化けい素の製造方法に関するものである。 炭化けい素は、その焼結体が耐酸化性、耐衝撃
性、高温強度などにすぐれた特性を示し、しかも
高硬度であるということから、従来からの用途で
ある耐火物や研摩剤などの他に高温構造材料とし
ても注目されている。そして、この高温構造材料
としての炭化けい素焼結体を得るための焼結法に
ついては、反応焼結法、ホツトプレス法、常圧焼
結法などが知られているが、これらの方法によつ
て高強度の焼結体を得るためにはこの出発材料と
なる炭化けい素をできるだけ微細な粉末とするこ
とが必要とされる。 他方、この炭化けい素微分の製造方法について
は、1)アチソン法によつて製造された炭化けい
素素塊を機械的に粉砕する方法、2)シリカ粉を
炭素還元する方法、3)オルガノシラン類を気相
熱分解させる方法などが知られているが、この
1)の方法の機械的粉砕にはその微粉化に一定の
限界があり、2)の方法にはこの生成物が比較的
粗大な粒子と微粒子の共存したものとなるため篩
別工程が必要とされるほか、これには炭化けい素
の焼結に有害なシリカが多量に含有されるという
不利がある。これに対し、3)の方法はこの生成
物が微細な炭化けい素となるし、特にこの熱源と
してプラズマ炎を用いる場合にはその粒子が非常
に微細になり、不純物混入もないという利点をも
つものであるけれども、これにはプラズマ炎の安
定性に問題があるほか、反応管内壁への反応物の
付着により反応管が破損されるという不利があ
り、末だ実用化されるに到つていない。 すなわち、このオルガノシラン類の気相熱分解
による炭化けい素粉の製造については例えば特開
昭56−32316号公報、英国特許第1134872号などが
知られているが、この前者の方法はオルガノシラ
ンなどの原料ガスを予じめプラズマ作動ガスと混
合し、これをプラズマ炎中に導入するものである
ため、原料ガスの供給速度を増大させるとプラズ
マ火炎の安定度が低下するほか、プラズマ炎上部
で生じた反応生成物が反応管内壁に付着、堆積さ
れ、これが高周波誘導で加熱されるために、場合
によつて反応管が破損されてしまうという不利が
あり、この後者の方法では原料ガスがプラズマ炎
の外側からプラズマ炎尾部に供給されるために原
料ガスとプラズマガスとの混合が不充分となり、
反応率が低下するという欠点があつた。 本発明はこのような不利を解決した炭化けい素
の製造方法に関するものであり、これは一般式
RoSic4-o(こゝにRは水素原子または1価の炭
化水素基でそのうち少なくとも1個は炭化水素
基、nは1〜4の正数)で示されるオルガノシラ
ンのガス状物および/または一般式HnSic4-n
(こゝにmは0〜4の正数)で示されるシランと
揮発生炭化水素化合物との混合ガスを、高周波誘
導プラズマ炎の中心部に導入し、プラズマ炎内で
熱分解させることを特徴とするものである。 これを説明すると、本発明者らはオルガノシラ
ン類の高周波誘導プラズマを利用する気相熱分解
法による炭化けい素の製造方法について種々検討
し、これについては原料ガスをそれがプラズマ炎
の中心軸に貫入するように供給すればこの原料ガ
スの供給量を増加させても高周波誘導プラズマに
対する電気的影響が軽微となり、プラズマ炎が安
定に保持されること、またこれによれば原料ガス
のプラズマ炎からの受熱が多くなるのでその熱分
解反応が促進され、結果において遊離けい素や遊
離炭素量の少ない炭化けい素粒子を高い反応率で
得ることができることを見出し、この反応条件な
どについての研究を進め、本発明を完成させた。 本発明の方法で始発材とされるシラン類は前記
した一般式RoSic4-oで示されるものであるが、
これはその熱分解によつて炭化けい素(sic)を
発生するものであることから、その分子中に少く
とも1個の炭素原子とけい素原子を含むものでな
ければならない。したがつて、上記一般式におけ
るRのうちの1個はメチル基、エチル基、フエニ
ル基などの炭化水素基とされ、これにはこれらの
炭化水素基を含む各種のオルガノシランが使用さ
れるが、これらの中ではメチルトリクロロシラ
ン、ジメチルクロロシラン、トリメチルクロロシ
ラン、メチルジクロロシラン、テトラメチルシラ
ン、メチルフエニルジクロロシラン、トリメチル
シランが単価が安く、入手し易いために好適とさ
れるが、これはまたそのRが 〔−CH2−SiH(CH3)−〕xで示されるジメチルシ
リルトリメチルシリルメタンなどのようなオルガ
ノシランもそれが炭化けい素繊維の主原料である
ポリカルボシランの製造工程中に多量に副生する
ものであるということから好ましいものとされ
る。また、このシラン類としては一般式 HnSic4-nで示されるシランも使用すること
ができるが、この場合には炭化けい素を形成する
炭素源としての炭化水素化合物または一般式 CxHyz(こゝにx≧1、y≧0、z≧1)
で示される塩素化炭化水素化合物との混合ガスと
して使用する必要があり、この炭化水素化合物と
しては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、
プロピレン、アセチレンなどが、またこの塩素化
炭化水素としてはメチルクロライド、エチルクロ
ライド、四塩化炭素、メチルクロロホルムなどが
例示される。なお、これらのシラン類はその分子
中に含有されている炭素原子数がけい素原子の数
より多い場合には、炭素が生成され、これが目的
とする炭化けい素中に混入されることがあるが、
これには必要に応じこの反応系に炭素原子を含ま
ない四塩化けい素、トリクロロシランなどのけい
素化合物のガス状物を混合するようにすればよ
い。 なお、この始発剤としてのシラン類はまたはこ
のシランと炭化水素化合物はキヤリヤーガスに伴
流させてプラズマ炎中に導入してもよく、これに
は周期律表第8族の不活性としてのクリプトン、
キセノン、ラドン、アルゴンなどが使用される
が、工業的には安価であるアルゴンとすればよ
い。 つぎに本発明方法を添付の図面にもとづいて説
明すると、第1図は本発明方法に使用される反応
装置の縦断面要図を示したものであり、これは原
料ガス導入管1、プラズマガス導入管2を有する
内管3と冷却ガス導入管4をその頭部に備えたプ
ラズマ反応管5と、これに付設された高周波ワー
クコイル6とから構成されており、このプラズマ
反応管5の下部には粒子捕集部7とガス排出口8
が設けられている。本発明の方法の実施は、まず
この反応管5にプラズマガス導入管2からアルゴ
ンガスを送入したのち、高周波ワークコイル6に
高周波電力を印加し、図示していない点火棒を用
いて内管3の先端にグロー放電を発生させると、
このグロー放電が種火となつて反応管5の中にプ
ラズマ炎9が発生されるので、このプラズマ炎の
発生後、原料ガス導入管1からシランガスおよ
び/またはシランガスと炭化水素化合物さらには
必要に応じけい素化合物を導入して反応を開始さ
せればよい。この高周波電力はその周波数が
0.5MHzより低いとプラズマの発生が困難となり、
10MHzより高いと高周波に起因する不用意なスパ
ークが発生し易くなるので、これは0.5〜10MHz
の範囲のものとすることがよく、これはまた1〜
100KW程度のものとすれよい。このプラズマ炎
発生中、作動ガスとしてのアルゴンガスに加え
て、この反応を抑制しないガス、例えば水素ガス
を添加することは、プラズマ炎への入力増加時に
アルゴンガスだけを作動ガスとしたときに発生す
るプラズマ炎の揺動を防止するための有効な手段
であり、これはプラズマ炎が安定して発生できる
範囲内で導入することがよい。 本発明の方法はこの原料ガスをプラズマ炎9の
中心部に導入して原料ガス流がプラズマ炎内で完
全にプラズマで包囲されるようにし、これによつ
てプラズマ炎からの熱を充分原料ガスに与えて炭
化けい素の形成反応を促進させるものであるか
ら、上記した原料ガス導入管1はその中心軸がプ
ラズマ炎9の中心軸と同一線上にくるように設置
する必要があるが、この原料ガスはアルゴンガス
などのキヤリヤーガスによつてプラズマ炎の頂部
に送入するようにすればよい。また、この原料ガ
スの流速はそれが遅いと噴出流がプラズマ炎9に
貫入されず、その外縁に沿つて流れてしまうおそ
れがあり、これが速すぎるとプラズマ炎9が吹き
消されてしまうので、これは50cm/秒以上、好ま
しくは1〜4m/秒の範囲とすることがよく、こ
のガス流速の制御はこゝに導入する原料ガスの
量、キヤリヤーガスの量を調整するか、あるいは
原料ガス導入管1の先端部内径を調整すればよ
い。 上記によりプラズマ炎の中心部に貴入されたシ
ランまたはこれと炭化水素化合物との混合ガス
は、このプラズマ炎からの加熱によつて2000℃程
度の高温となり、気相熱分解してβ型の炭化けい
素となるが、こゝに生成する炭化けい素はその殆
んどが1μm以下の微粉状物となり、これはまた望
ましくない不純物の混入もない状態で得られる
し、この場合にはプラズマ炎外域での反応がない
ので、こゝで発生した炭化けい素がプラズマ炎近
傍の反応管壁部に付着するということもなく、反
応管下部に設けられているガス排出口8から排出
される排ガスに随伴されて粒体補集部7に落下し
てくるので、容易に回収することができる。 これを要するに、本発明方法はシラン化合物の
プラズマ炎による気相熱分解法において、この原
料ガスをプラズマ炎の中心部に貫入させることを
特徴とするものであり、これによれば原料ガスの
供給速度を増加させてもプラズマ炎が不安定にな
ることがないし、原料ガスのプラズマ炎による加
熱が極めて有効に行なわれるので、高い反応率、
高い生成速度で炭化けい素を得ることができると
いう有利性が与えられるほか、こゝに得られる炭
化けい素が非常に微細なβ型炭化けい素粒子であ
ることから、このものはセラミツク材としての焼
結体形成用材として有用のものとされるという工
業的有利性が与えられる。 つぎに本発明の実施例をあげる。 実施例 直径37mmφの石英管をプラズマ反応管とし、こ
れに第1図に示したように原料ガス導入管、プラ
ズマガス導入管、冷却ガス導入管を付設し、こゝ
に第1表に示したような作動ガスを導入したのち
高周波ワークコイルに3.6MHz、10KWの高周波
電力を印加し、点火棒を用いてグロー放電を発生
させたところ、管内にプラズマ炎が発生したの
で、こゝに第1表に示した原料ガスを導入して反
応を開始させた。 この場合、原料ガス、作動ガスの流速を第1表
に併記したように調整すると共に、原料ガスがプ
ラズマ炎の中心部に導入されるように調整したと
ころ、第1表に併記したとおりの結果が得られ、
得られた炭化けい素粉はその粒径を遠心沈降法で
側定したところ、第1表に示したように1μm以下
の粒子が97〜98%というものであつた。 なお、比較のため、この原料ガスを作動ガスと
混合した場合(比較例1)、原料ガスの供給をプ
ラズマ炎の中心部でなくプラズマ炎尾部に供給し
た場合(比較例2)について、上記と同じ条件で
処理したところ、この場合には第1表に併記した
ように炭化けい素の収量が低下するほか、遊離の
けい素、炭素の量が増加していた。
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するプラズマ反応装
置の縦断面要図を示したものである。 1……原料ガス導入管、2……プラズマガス導
入管、3……内管、4……冷却ガス導入管、5…
…プラズマ反応管、6……高周波ワークコイル、
7……粒子捕集部、8……ガス排出口、9……プ
ラズマ炎。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式RoSic4-o(こゝにRは水素原子また
    は1価炭化水素基でその少なくとも1個は1価炭
    化水素基、nは1〜4の正数)で示されるオルガ
    ノシランのガス状物および/または一般式HnSic
    4-n(こゝにmは0〜4の正数)で示されるシ
    ランと揮発性炭化水素化合物との混合ガスを、高
    周波誘導プラズマ炎の中心部に導入し、プラズマ
    炎内で熱分解させることを特徴とする微細に分割
    された炭化けい素の製造方法。 2 高周波誘導プラズマ炎の作動ガスとしてアル
    ゴンガスを使用する特許請求の範囲第1項記載の
    微細に分割された炭化けい素の製造方法。
JP58005761A 1983-01-17 1983-01-17 炭化けい素の製造方法 Granted JPS59131509A (ja)

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US5876683A (en) * 1995-11-02 1999-03-02 Glumac; Nicholas Combustion flame synthesis of nanophase materials

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5825045B2 (ja) * 1979-08-20 1983-05-25 日本電信電話株式会社 SiC超微粒子の製造方法
JPS56127709A (en) * 1980-03-10 1981-10-06 Hitachi Ltd Fine powder synthesizing furnace

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