KR100544892B1 - 구형 탄화규소계 화합물 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구형 탄화규소계 화합물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 하기 수학식 1을 만족하는 구상의 구형 입자를 10 중량% 이상 포함하는 구형 탄화규소계 화합물과 그의 제조방법을 제공한다.
[수학식 1]
0.99 ≤ a/b ≤ 1
(상기 식에서, a는 입자의 단경이고, b는 입자의 장경이다)
구형 탄화규소 입자, 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자, 수지, 핏치, 탄소 전구체, 소수성 실리카

Description

구형 탄화규소계 화합물 및 그의 제조방법{SPHERICAL SiC-BASED PARTICLES AND METHODS FOR PREPARING THE SAME}
도 1은 본 발명에서 제조된 실시예 1의 탄화규소가 코팅된 구형 탄소의 8,000 배율의 주사전자현미경 사진이고,
도 2는 본 발명에서 제조된 실시예 1의 탄화규소가 코팅된 구형 탄소의 1,000 배율의 주사전자현미경 사진이고,
도 3은 본 발명에서 제조된 실시예 1의 중심의 탄소가 제거된 탄화규소 껍질의 단면의 6,000 배율의 주사전자현미경 사진이고,
도 4는 본 발명에서 제조된 실시예 2의 탄화규소가 코팅된 구형 탄소 단면의 2,300 배율의 주사현미경 사진이고,
도 5는 본 발명에서 제조된 실시예 3의 구형 탄화규소 입자 단면의 2,000 배율의 주사전자현미경 사진이고,
도 6은 본 발명에서 제조된 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4의 구형 탄화규소 또는 탄화규소가 코팅된 탄소에서 탄화규소의 함량을 나타내는 열중량분석 결과이고,
도 7은 본 발명에서 제조된 실시예 3의 구형 탄화규소 입자의 X선 회절 패턴이다.
본 발명은 구형 탄화규소계 화합물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 크기가 0.1 ㎛ 이상인 구형의 탄화규소(SiC) 입자 또는 탄화규소가 코팅된 구형 탄소 입자인 탄화규소계 화합물, 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
탄화규소는 높은 강도와 강성을 나타내고 전기전도도가 낮으므로, 구형의 탄화규소 또는 탄화규소가 코팅된 구형 탄소는 전기유변유체(electrorheological fluids)의 분산입자로 사용되거나, 복합재료의 원료, 볼펜의 팁 또는 볼 베어링으로 사용될 수 있다.
종래의 상기 탄화규소 입자를 제조하는 방법으로 직접 실리콘을 탄화시키는 방법이 있으나, 실리콘의 가격이 비싸기 때문에 비경제적이다. 또 다른 방법으로 실란 화합물을 열분해시켜 탄화규소 분말을 제조하는 방법이 있으나, 이 방법 역시 취급하는 물질이 위험하고 고가의 비용이 소요되는 문제가 있었다.
또 다른 방법의 예로, 프로필렌 (C3H6)을 열분해하여 제조한 탄소에 흄드 실리카(fumed sillica) 입자를 코팅하여 불활성 가스 분위기 하에서 1,600 내지 2,100 ℃의 온도로 반응시켜 탄소열 환원(carbothermal reduction)에 의해 수에서 수십 ㎛의 크기를 갖는 베타-탄화규소(β-SiC)를 제조하는 방법이 보고된 바 있다 (J. Mater. Sci., 33(1998) 2537). 상기 방법의 경우 생성된 탄화규소는 덩어리 형태로 분쇄과정을 거쳐야 하므로 최종적으로 얻어지는 탄화규소의 입자형태는 구형이 아닌 불규칙한 형태이다.
또한, 최근에는 섬유상의 탄화규소를 제조하는 방법이 알려져 있다. 크리쉬나라오(Krishnarao) 등은 면섬유를 질화규소와 1300 ℃이상에서 반응시켜 SiC 단섬유를 제조하는 방법을 기술한 바 있으며(Krishnarao. R.V.; Mahajam, Y.R. J. Mater. Sci. Lett., 15 (1996) 232), 오카다(Okada)와 그의 공동연구자들은 활성탄소 섬유와 SiO 기체를 반응시켜 SiC 섬유를 제조하였고(Okada, K.; Kata, H.; Nakajima, K. J. Am. Ceram. Soc., 77 (1994) 1691-1693), 그 밖에 컬터(Culter)는 왕겨로부터 SiC 섬유를 제조하였다(Culter, I.B., 미국특허 제3,745,076호, 1970).
또한, 전환방법('pack-cementation'이라고도 함)에 의해 탄소섬유로부터 SiC 섬유를 제조하는 방법이 보고되어 있다(Carbon Science 1(2000), 12-16). 즉, SiC, Si 및 Al2O3의 혼합물로 이루어진 충전 분말(pack-powder)을 1,100 내지 1,800 ℃의 온도로 30분 내지 4시간 동안 열처리하여 불안정한 기상의 SiO를 발생시키면, 이 기체는 탄소기질의 표면 및 내부로 확산되며, 이때 탄소와 반응하면서 SiC를 석출하고 기상의 CO를 방출하게 되어 기질은 SiC로 전환되고, CO는 다시 충전 분말로 확산되어 Si와 반응하여 연쇄반응으로 1 내지 10 ㎛의 SiC를 제조하고 있다. 그러나, 상기 방법의 경우 1800 ℃에서 SiO 기체가 섬유내부로 확산해가는 속도보다 섬유를 구성하고 있는 탄소와의 반응속도가 빠르기 때문에 섬유의 일정한 두께까지만 SiC로 전환되고 내부는 탄소가 그대로 남아 있는 코어쉘 구조를 가지는 문제가 있고, 또한 결정의 배열이 섬유의 축방향에 대해 수직으로 성장하여 섬유의 기계적 강도에 문제가 있다.
또한, 대한민국 특허등록 제 115794 호에 200 메쉬 이하의 실리카 1몰과 탄소원 1.5 내지 3몰, 50 메쉬 이하의 마그네슘(MgO) 2.0 내지 2.7몰을 혼합하여 성형체를 만들고, 이 성형체를 점화하여 자체 화학발열 반응시키고, 산 세척한 후 세척, 여과, 건조하고 배소하여 유리탄소를 제거시키고, 질산과 불산의 혼합용액을 가하여 가열시키고 여과, 세척, 건조 후 분쇄하여 0.5 ㎛ 이하의 크기를 갖는 탄화규소(SiC)를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 또한, 대한민국 특허공개 제 1991-700198 호에는 반응물 수송 기관, 반응 챔버, 가열 수단, 냉각 챔버 등으로 구성된 장치에서, 비결정성 과립상 실리카, 발연 실리카, 수성 콜로이드 실리카, 실리카겔, 침전 실리카 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 실리카 공급원과, 탄화수소, 탄수화물, 전분, 셀룰로오스, 기타 탄소 함유 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 탄소 공급원을 탄소 대 실리카의 몰비가 3.5 미만으로 혼합시키고, 실리카 공급원과 탄소 공급원의 미립상 반응성 혼합물에 대하여 실질적으로 반응성 혼합물의 모든 입자를 약 100 ℃/초 이상의 가열속도로 1,400 내지 2,400 ℃의 온도에서 개별적으로 가열하고 0.2 내지 10초 동안 유지되는 가열대를 통과시키며, 과량의 탄소와 산소의 적어도 일부를 제거함으로써 탄화규소 결정의 50 중량% 이상이 중간 결정 크기의 0.4 내지 1.6배인 크기 분포를 갖는 탄화규소 결정이 약 80 중량% 이상이 되게 하는 탄소열 환원을 이용하여 미세한 탄화규소 세라믹 분말을 제조하는 방법이 기술되어 있다. 그러나, 상기 방법들은 미세한 크기의 탄화규소를 제조할 수는 있으나, 공정이 복잡하거나 제조된 탄화규소 입자의 형상이 구형이 아닌 불규칙한 형상이란 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술에서의 문제점을 고려하여, 탄소 전구체와 소수성 실리카를 사용하여 간단한 방법에 의해 0.1 ㎛ 이상 크기의 구형의 형상을 갖는 구형 탄화규소계 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 구형 탄화규소계 화합물의 제조시 탄소 전구체와 실리카의 혼합 비, 및 소성온도와 시간을 조절하여 구형 탄화규소를 제조하거나 또는 탄화규소가 코팅된 탄소입자를 제조하는 구형 탄화규소계 화합물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
구형으로 형성된 탄소코어부, 및
상기 탄소코어부의 외부를 구형의 껍질(spherical shell) 형태로 덮고 있는 베타-탄화규소층;을 포함하는 구형 탄소입자를 제공한다.
상기 구형 탄소입자는 하기 수학식 1을 만족하는 구상의 구형 입자를 10 중량% 이상 포함하며, 나머지로 하기 수학식 2를 만족하는 구상의 구형입자를 포함하는 것인 탄소층 위에 베타-탄화규소가 코팅되어 있는 것이 바람직하다:
[수학식 1]
0.99 ≤ a/b ≤ 1
상기 식에서, a는 입자의 단경이고, b는 입자의 장경이다.
[수학식 2]
0.1 ≤ a/b ≤ 0.99
상기 식에서, a는 입자의 단경이고, b는 입자의 장경이다.
상기 구형 탄소입자는
a) 탄소 전구체, 및 표면이 소수성으로 처리된 실리카를 100: 0.1 내지 1000의 중량비로 혼합하고; 및
b) 상기 a)단계의 혼합물을 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 700 내지 1000 ℃의 온도에서 1 내지 10시간 동안 비활성 분위기에서 소성하고, 다시 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 가열하여 1400 내지 1600 ℃의 온도에서 30분 내지 10 시간 동안 재소성하는 과정에 의해 얻어진 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은
베타-탄화규소로 형성되고 구형의 껍질형태를 가지는 껍질층; 및
상기 껍질층 내부를 형성하는 내부가 빈 공간부;를 포함하는 구형 베타-탄화규소를 제공한다.
상기 내부가 빈 공간부는 껍질층 내의 탄소코어를 공기중에서 소성에 의해 제거하여 형성된 것이다. 상기 소성은 공기중에서 10 ℃/분의 승온 속도로 가열하여 800 ℃에서 15시간 이하로 유지시켜 이루어지는 것이 바람직하다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 수지, 핏치, 구형 탄소 또는 이들의 혼합물을 탄소 전구체로 하여 소수성(hydrophobic)을 갖도록 표면이 처리된 실리카를 첨가하고 혼합한 후 이를 불활성 가스 분위기하에서 1400 ℃이상의 온도로 열처리하는 구형 탄화규소계 화합물 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다. 이러한 방법에 따르면 원료 혼합 후 단 한번만의 열처리만으로 0.1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 구형입자를 제조할 수 있다.
이러한 본 발명의 구형 탄화규소계 화합물은 하기 수학식 1을 만족하는 구상의 구형 입자를 10 중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 구형 탄화규소계 화합물의 나머지 입자는 하기 수학식 2를 만족하는 구상의 구형 입자를 포함하는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
0.99 ≤ a/b ≤ 1
[수학식 2]
0.1 ≤ a/b ≤ 0.99
상기 식에서, a는 입자의 단경이고, b는 입자의 장경이다.
이러한 본 발명의 구형 탄화규소계 화합물은 평균입경이 0.1 ㎛ 이상, 바람직하게 0.1 내지 500 ㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 구형 탄화규소계 화합물은 구형 탄화규소 입자이거나 또는 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 구형 탄화규소계 화합물은 하기와 같이 간단한 방법으로 제조할 수 있다. 상세히 하면, 본 발명은 a) 탄소 전구체 및 표면이 소수성으로 처 리된 실리카를 혼합하는 단계를 실시한 후, b) 상기 a)혼합물을 소성하는 단계를 실시하여 구형 탄화규소계 화합물을 제조한다.
본 발명에서는 탄소 전구체와 실리카의 혼합비, 소성온도 및 시간을 적절히 조절함으로써 구형을 갖는 탄화규소를 제조하거나, 또는 탄화규소가 코팅된 탄소입자를 제조할 수 있는 특징이 있다.
상기 탄소 전구체와 표면이 소수성으로 처리된 실리카의 혼합비율은 100 : 0.1 내지 1000의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하며, 이때 상기 탄소전구체 100 중량부에 대하여 표면이 소수성으로 처리된 실리카의 첨가량이 0.1 중량부 미만이면 구형 입자의 제조가 어렵고, 1000 중량부를 초과하면 첨가량 만큼의 효과를 얻기가 어렵다. 그러나 실리카의 첨가량이 클수록 탄소표면의 탄화규소 코팅 층의 두께가 증가하므로, 원하는 탄화규소 층의 두께에 맞도록 실리카 양을 조절할 필요가 있다. 즉, 구형의 탄화규소 입자를 얻기 위해서는 탄소 전구체에 대한 실리카의 무게비가 50% 이상이 되어야 한다.
따라서, 본 발명에서는 구형 탄화규소를 제조할 경우에는 a) 탄소 전구체 및 표면이 소수성으로 처리된 실리카를 100 : 50 내지 1000의 중량비로 혼합한 후, 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 700 내지 1000 ℃의 온도에서 1 내지 10시간 동안 소성한 후, 다시 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 가열하여 1400 내지 2000 ℃의 온도에서 1 내지 10 시간 동안 재소성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 탄화규소가 코팅된 탄소입자를 제조할 경우에는 a) 탄소 전구체와 표면이 소수성으로 처리된 실리카를 100 : 0.1 내지 1000의 중량비로 혼 합한 후, 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 700 내지 1000 ℃의 온도에서 1 내지 10시간 동안 소성한 후, 다시 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 가열하여 1400 내지 2000 ℃의 온도에서 30분 내지 10 시간 동안 재소성하는 것이 바람직하다.
상기 혼합은 유발, 볼밀 등에서 실시하여 탄소 전구체 표면에 소수성 실리카 입자를 코팅하거나, 소수성 실리카와 고분자 결합제를 용매에 분산시켜 슬러리를 제조한 후 슬러리를 탄소 전구체 표면에 코팅하는 방법이 있다. 그러나 본 발명에서 탄소 전구체 표면에 소수성 실리카를 코팅하는 방법이 상기 방법만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 탄소 전구체는 실리카와 혼합할 수 있는 고체 분말 상태이면 되므로 전구체 종류에는 특별한 제한이 없고, 바람직하게는 구형 탄소, 수지, 핏치, 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 또한 전구체 분말의 입자크기에도 제한이 없다.
본 발명에서 탄소 전구체로 사용되는 수지는 열경화성 합성수지를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 열경화성 합성수지는 페놀(phenolics) 수지, 퓨란 (furan) 수지, 에폭시(epoxy) 수지, 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile) 수지, 폴리이미드(polyimide) 수지, 폴리벤지 이미다졸(polybenzimidazoloe) 수지, 폴리페닐렌(polyphenylene) 수지, 및 바이페놀 (biphenol) 수지, 디비닐벤젠 스티렌 공중합체(divinylbenzene styrene copolymer), 및 셀룰로오스로부터 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 탄소 전구체로 사용되는 핏치는 석유 핏치 또는 석탄 핏 치 등이 사용될 수 있다.
본 발명은 상기 탄소 전구체에 표면이 소수성으로 처리된 실리카를 첨가함으로써 구형의 입자로 전환할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 상기 소수성 실리카는 탄소 전구체 분말의 표면을 둘러싸서 탄화과정에서 탄소입자가 서로 뭉치는 현상을 방지하며, 또한 탄화과정에서 입자가 수축할 때 높은 표면장력을 제공하여 입자가 구형이 되도록 유도한다. 상기 탄소 전구체에 실리카를 도입하지 않거나 표면이 소수성으로 처리되지 아니한 실리카를 도입하여 탄화하면 덩어리 형태의 입자가 얻어지므로, 본 발명에서 표면이 소수성으로 처리된 실리카의 사용이 구형입자의 제조에 매우 중요한 요소가 된다.
본 발명에서 사용하는 표면이 소수성으로 처리된 실리카의 구체적 예는 캐보트(Cabot)사의 카보실(CAB-O-SIL TS-720, TS-610, TS-530, TS-500, TG-308F, TG-810G530 등)과 대구사(Deggusa)사의 에어로실(AEROSIL R972, R974, R812, R812S, R202) 등과 같은 실리카 들이 있다. 이들 무기물은 상품화된 제품을 사용할 수도 있고, 또한 합성하여 사용할 수도 있다.
상기 표면이 소수성으로 처리된 실리카의 합성방법은 구체적 예를 들면, 표면이 비소수성인 흄드 실리카(fumed silica)와 트리메틸클로로실란(trimethyl chlorosilane)과 같은 유기실란 표면처리제를 톨루엔과 같은 용매에 첨가한 후, 교반하면서 환류시켜주어 표면이 소수성으로 처리된 실리카를 쉽게 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 혼합물을 불활성 가스(예를 들면, 아르곤, 질소, 헬륨 등) 분위기 하에서 소성함으로써, 바로 구형을 갖는 탄화규소 또는 탄화규소가 코팅된 탄소입자를 얻게 된다. 이때 상기한 바와 같이 일반적으로 탄소 전구체의 탄소함량에 비해 실리카의 실리콘 함량이 증가할수록 코팅된 탄화규소 층의 두께가 증가하며, 소성온도와 시간이 증가할수록 탄화규소 코팅 층의 두께가 증가하므로, 첨가한 실리카의 함량이 충분하고 소성온도와 시간이 길면 구형의 순수한 탄화규소 입자가 얻어진다.
이하 본 발명을 하기 실시예 및 비교예를 참조로 하여 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
탄소 전구체인 페놀 수지 (phenolic resins)에 헥사메틸디실라진 (hexamethyldisilazane)으로 표면이 소수성으로 처리된 카보실 (CAB-O-SIL) TS-530 실리카 (fumed silica)를 1 : 1의 중량비로 유발에서 혼합한 후, 아르곤 가스 분위기 하에서 10 ℃/분의 승온 속도로 가열하여 1000 ℃에서 1시간 동안 유지시켰다. 다시 10 ℃/분의 승온 속도로 가열하여 1400 ℃에서 3시간 동안 열처리하여 구형의 탄화규소가 코팅된 탄소입자를 제조하였다. 이렇게 제조된 구형 입자의 탄소 표면에 코팅된 탄화규소 층의 두께는 약 2 ㎛이었다. 이의 주사 전자현미경 사진(8,000 배)을 촬영하여 도 1에 나타내었다. 도 2에는 상기에서 얻은 탄소입자의 주사전자 현미경 사진의 배율을 1,000배로 달리하여 나타낸 것이다. 도 2에서 보면, 탄화규소가 코팅된 대부분의 구형 탄소입자들의 단경 a와 장경 b의 비(a/b)는 0.99 이상이고, 평균입경은 22 ㎛이었다. 도 3에는 상기 방법으로 만들어진 탄화 규소가 코팅된 탄소입자를 공기중에서 10 ℃/분의 승온 속도로 가열하여 800 ℃에서 15시간 동안 유지시켜 내부의 탄소를 제거한 입자, 즉 내부가 빈 공간부를 포함하는 구형 베타-탄화규소의 단면을 주사현미경 사진(6,000 배)으로 나타낸 것이다. 도 6에는 이의 열중량분석(공기 중, 10 ℃/분) 결과를 나타내었다. 도 6에서 보면, 탄화규소의 함량이 대략 81 중량%임을 알 수 있다.
[실시예 2]
소성온도가 1500 ℃이고 1400 ℃ 이상에서 승온속도가 5 ℃/분인 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자를 제조하였다. 이렇게 제조된 구형입자의 탄소 표면에 코팅된 탄화규소 층의 두께는 약 4 ㎛ 이었다. 이의 주사 전자현미경 단면사진(2,300 배)을 도 4에 나타내었다. 또한, 도 6에는 이의 열중량 분석(공기 중, 10 ℃/분) 결과를 나타내었다. 도 6에서 보면, 탄화규소의 함량이 약 83 중량%임을 알 수 있다. 상기 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자의 단경 a와 장경 b의 비(a/b)는 0.99이고, 평균입경은 20 ㎛이었다.
[실시예 3]
소성온도가 1600 ℃이고 1400 ℃ 이상에서 승온속도가 5 ℃/분인 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 순수한 구형의 탄화규소를 제조하였다. 이의 주사 전자현미경 단면사진(2,000 배)을 도 5에 나타내었다. 도 6에는 이의 열중량분석(공기 중, 10 ℃/분) 결과를 나타내었다. 도 6에서 보면 제조된 입자는 거의 순수한 탄화규소임을 알 수 있다. 상기 구형의 탄화규소 입자의 단경 a와 장 경 b의 비(a/b)는 0.99이고, 평균입경은 18 ㎛이었다.
도 7에는 X선 회절 패턴을 나타내었다. 도 7에서 보면 베타-탄화규소(β-SiC)의 회절패턴과 동일하므로 생성된 물질은 베타-탄화규소(β-SiC)임을 알 수 있다.
[실시예 4]
소성온도 1600 ℃에서 1시간동안 유지한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 같은 방법으로 구형의 탄화규소 입자를 제조하였다. 상기 구형의 탄화규소 입자의 단경 a와 장경 b의 비(a/b)는 0.99이고, 평균입경은 19 ㎛이었다.
도 6에 이에 대한 열중량 분석(공기 중, 10 ℃/분) 결과를 나타내었다. 도 6에서 보면, 탄화규소의 함량이 약 96 중량%임을 알 수 있다.
[실시예 5]
탄소 전구체와 실리카를 1 : 1.5의 중량비로 혼합 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자를 제조하였다. 상기 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자의 단경 a와 장경 b의 비(a/b)는 0.99이고, 평균입경은 20 ㎛이었다.
[실시예 6]
폴리디메틸실록세인 (polydimethylsiloxane)으로 표면이 처리된 카보실 (CAB-O-SIL) TS-720 건식 실리카를 사용한 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자를 제조하였다. 상기 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자의 단경 a와 장경 b의 비(a/b)는 0.99이고, 평균입경은 23 ㎛이었 다.
[실시예 7]
탄소 전구체로 나프탈렌 등방성 피치를 혼합해서 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자를 제조하였다. 상기 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자의 단경 a와 장경 b의 비(a/b)는 0.99이고, 평균입경은 30 ㎛이었다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 탄소 전구체와 실리카의 혼합비, 및 소성온도와 시간을 조절함으로써 탄소 표면에 코팅된 탄화규소 층의 두께를 조절하여 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자를 제조하거나 구형의 순수한 탄화규소 입자를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명은 수지, 핏치 또는 이들의 혼합물을 탄소 전구체로 하고 표면이 소수성으로 처리된 실리카를 사용하여 종래와 같이 덩어리 형태로 생성되지 않아 분쇄과정이 필요 없으며, 단 한번의 열처리만으로도 보다 간단한 방법으로 0.1 ㎛ 이상의 크기를 갖는 탄화규소 또는 탄화규소가 코팅된 구형 탄소입자를 제조할 수 있다. 본 발명에서 제조된 탄화규소는 높은 강도와 강성을 나타내고 전기전도도가 낮으므로, 상기 구형의 탄화규소 또는 탄화규소가 코팅된 구형 탄소는 전기유변유체 (electrorheological fluids)의 분산입자로 사용되거나 복합재료의 원료, 볼펜의 팁, 또는 볼 베어링으로 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 구형으로 형성된 탄소코어부, 및
    상기 탄소코어부의 외부를 구형의 껍질(spherical shell) 형태로 덮고 있는 베타-탄화규소 코팅층;
    을 포함하며, 평균입경이 0.1 내지 500㎛인 구형 탄소입자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구형 탄소입자는 하기 수학식 1을 만족하는 구상의 구형 입자를 10 중량% 이상 포함하며, 나머지로 하기 수학식 2를 만족하는 구상의 구형입자를 포함하는 것인 탄소층 위에 베타-탄화규소가 코팅되어 있는 구형 탄소입자:
    [수학식 1]
    0.99 ≤ a/b ≤ 1
    상기 식에서, a는 입자의 단경이고, b는 입자의 장경이다.
    [수학식 2]
    0.1 ≤ a/b ≤ 0.99
    상기 식에서, a는 입자의 단경이고, b는 입자의 장경이다.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 구형 탄소입자는
    a) 탄소 전구체, 및 표면이 소수성으로 처리된 실리카를 100: 0.1 내지 1000의 중량비로 혼합하고; 및
    b) 상기 a)단계의 혼합물을 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 700 내지 1000 ℃의 온도에서 1 내지 10시간 동안 비활성 분위기에서 소성하고, 다시 1 내지 100 ℃/분의 승온속도로 가열하여 1400 내지 1600 ℃의 온도에서 30분 내지 10 시간 동안 재소성하는 과정에 의해 얻어진 것인 구형 탄소입자.
  5. 베타-탄화규소로 형성되고 구형의 껍질형태를 가지는 껍질층; 및
    상기 껍질층 내부를 형성하는 내부가 빈 공간부;
    를 포함하는 구형 베타-탄화규소.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 내부가 빈 공간부는 껍질층 내의 탄소코어를 공기중에서 소성에 의해 제거하여 형성된 것인 구형 베타-탄화규소.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 소성은 공기중에서 10 ℃/분의 승온 속도로 가열하여 800 ℃에서 15시간 이하로 유지시켜 이루어지는 것인 구형 베타-탄화규소.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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