KR101978938B1 - Manufacturing method of silicon carbide and silicon carbide manufactured using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 실리콘 카바이드 제조방법은 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계를 포함하되, 환원제를 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.The method for producing silicon carbide according to the present invention comprises reacting a silicon-containing compound with carbon dioxide, wherein a reducing agent is selectively used.

Description

실리콘 카바이드 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 실리콘 카바이드{MANUFACTURING METHOD OF SILICON CARBIDE AND SILICON CARBIDE MANUFACTURED USING THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a silicon carbide and a silicon carbide produced using the method.

본 발명은 실리콘 카바이드 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 실리콘 카바이드에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing silicon carbide and silicon carbide produced using the process.

실리콘 카바이드(SiC)는 최근 다양한 전자 소자 및 목적을 위한 반도체 재료로서 사용되고 있다. 실리콘 카바이드는 특히 Si-C 결합 에너지로 인하여 물리적 강도 및 화학적 공격에 대한 높은 내성으로 인해 유용하다. 실리콘 카바이드는 또한 방사 경도(radiation hardness), 높은 붕괴 파일드(breakdown filed), 비교적 넓은 밴드갭, 높은 포화 전자 드리프트 속도(saturated electron drift velocity), 높은 조작 온도, 및 스펙트럼의 청색(blue), 보라(violet), 및 자외선(ultraviolet) 영역에서의 높은 에너지 양자의 흡수 및 방출을 포함하는 우수한 전자적 성질을 가지기 때문에, 촉매 지지체, 필터, 구조용 보강재 등 다양한 곳에 응용되고 있다.Silicon carbide (SiC) has recently been used as a semiconductor material for a variety of electronic devices and purposes. Silicon carbide is particularly useful due to its physical strength and high resistance to chemical attack due to Si-C bonding energy. Silicon carbide may also be used in a variety of applications including, but not limited to, radiation hardness, high breakdown filed, a relatively wide bandgap, a high saturated electron drift velocity, a high operating temperature, such as catalyst supports, filters, and structural reinforcements, because they have excellent electronic properties including absorption and emission of high energy in the violet and ultraviolet regions.

최근에는 태양 전지, 리튬 이온 배터리의 나노복합 애노드, 광전변환 소자(photovoltaic device)의 실리콘 나노 결정 매트릭스 등에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히, β-SiC는 높은 대칭성으로 인하여 입자(phonon)의 산란이 감소하기 때문에 우수한 전자 특성 포화 속도를 가지며, α-SiC이 낮은 소결성과 높은 결정성을 가지는 반면, 다공성 β-SiC 분말은 다공질의 구조를 가지기 때문에 가공이 용이하여 조밀하고 복잡한 형상에 적용이 용이하기 때문에 주목을 받고 있다.In recent years, research is being conducted to apply solar cells, nanocomposite anodes of lithium ion batteries, and silicon nanocrystal matrices of photoelectric conversion devices (photovoltaic devices). In particular, β-SiC has a good electron characterization saturation rate due to its reduced phonon scattering due to its high symmetry, α-SiC has low sinterability and high crystallinity, while porous β-SiC powder has a porous And has been attracting attention because it is easy to process, and therefore, it is easily applied to dense and complicated shapes.

한편, 상기 실리콘 카바이드 분말은 실리콘 소스와 탄소 소스 등 원료를 혼합한 후 가열하는 방법 등에 의해 제조된다. 대표적으로 애치슨(Acheson)법, 열탄소환원법(carbonthermal reduction method), 기상반응을 이용한 합성법, 액상 고분자 반응법 등이 있다. 일반적인 실리콘 카바이드 제조에 있어서, 고온·고압 조건의 합성 반응이 이용되어 왔기에 제조공정 자체에 고비용이 들고, 안전성에 문제가 있었으며, 경제성이 낮다는 문제점이 있었다. On the other hand, the silicon carbide powder is prepared by mixing raw materials such as a silicon source and a carbon source and then heating. Typical examples include the Acheson method, the carbonthermal reduction method, the synthesis method using a gas phase reaction, and the liquid phase polymer reaction method. In the general silicon carbide production, synthesis reactions at high temperature and high pressure have been used, resulting in high cost in the manufacturing process itself, a problem in safety, and low economical efficiency.

구체적으로, 애치슨법과 같은 일반적인 제조공정을 이용하여 실리콘 카바이드를 제조할 경우, 높은 공정온도로 인하여 대부분 α-SiC이 생성되기 때문에 소결성이 낮아 다양한 응용분야로의 적용이 제한되었다. 또한 β-실리콘 카바이드를 생산하기 위해 1400-1700℃ 온도에서 반응을 진행할 경우 반응 속도가 느리고, 카본 원료로 쓰이는 높은 비표면적(300 m2/g 이상)의 activated carbon 또는 carbon black등을 사용하더라도 긴 반응 시간과 높은 온도 조건에서 카본이 쉽게 소결되어 비표면적이 낮은 (10m2/g 이하) β-실리콘 카바이드가 생성되었다. Specifically, when silicon carbide is produced using a general manufacturing process such as the Acheson process, since α-SiC is mostly produced due to a high process temperature, sinterability is low and its application to various application fields is limited. In addition, when the reaction is carried out at 1400-1700 ° C to produce β-silicon carbide, the reaction rate is slow, and even if activated carbon or carbon black having a high specific surface area (300 m 2 / g or more) Carbon easily sintered at reaction time and at high temperature, resulting in β-silicon carbide having a low specific surface area (less than 10 m 2 / g).

이를 해결하기 위하여 테트라에톡시 실란(TEOS) 및 페놀 수지, 비닐 폴리실란, 폴리(실릴렌메틸렌), 테트라키스(에틸아미노)실란, 트라이에틸실란과 같은 물질을 출발물질로서 사용하는 콜로이드 기반 용액으로 실리콘 카바이드를 생성하는 방법이 시도되었지만, 수율이 낮고(<50%), 복잡한 장비, 복잡한 제조 과정, 고온 및/또는 진공 조건과 같은 특수한 조건 등이 요구되며, 특히, 실란계 화합물은 유해성이 높으며, 단가 또한 높은 문제점이 있다.To solve this problem, a colloid-based solution using tetraethoxysilane (TEOS) and a material such as phenol resin, vinyl polysilane, poly (silylene methylene), tetrakis (ethylamino) silane and triethylsilane as starting materials Although attempts have been made to produce silicon carbide, the yields are low (< 50%), require complex equipment, complex manufacturing processes, special conditions such as high temperature and / or vacuum conditions, , And the unit price is also high.

그러므로, 다공성 실리콘 카바이드를 효과적으로 제조할 수 있는 실리콘 카바이드의 제조 방법이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for a process for producing silicon carbide that can efficiently produce porous silicon carbide.

대한민국 공개특허공보 제2011-0063040호(2011.06.10.)Korean Patent Publication No. 2011-0063040 (June 10, 2011)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 실리콘 카바이드 제조 시 종래의 기술과는 달리 상온 조건 및 이산화탄소 존재 하에 반응시키는 것만으로 실리콘 카바이드를 효과적으로 제조할 수 있는 실리콘 카바이드 제조방법을 제공하고자 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a silicon carbide manufacturing method capable of effectively producing silicon carbide by reacting under a normal temperature condition and in the presence of carbon dioxide .

또한, 본 발명은 전술한 실리콘 카바이드의 제조방법으로 제조된, 비표면적이 높은 실리콘 카바이드를 제공하고자 한다.The present invention also provides a silicon carbide having a high specific surface area, which is produced by the above-described method for producing silicon carbide.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에서는, 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계를 포함하되, 환원제를 선택적으로 사용하는 실리콘 카바이드 제조방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a silicon carbide including a step of reacting a silicon-containing compound with carbon dioxide, wherein a reducing agent is selectively used.

본 발명의 또 다른 일실시예에서는, 전술한 실리콘 카바이드 제조방법으로 제조된 실리콘 카바이드를 제공한다.In another embodiment of the present invention, there is provided silicon carbide produced by the silicon carbide manufacturing method described above.

본 발명에 따르면, 실온 조건 및 이산화탄소 존재 하에 반응시키는 것만으로 높은 수율을 가지는 실리콘 카바이드를 효과적으로 제조할 수 있게 된다. According to the present invention, it is possible to effectively produce silicon carbide having a high yield by simply reacting at room temperature and in the presence of carbon dioxide.

한편, 온실효과의 원인이 되는 이산화탄소를 이용하여 실리콘 카바이드를 제조하게 되므로, 이산화탄소 저감에도 효과적이다. On the other hand, since silicon carbide is produced using carbon dioxide which is a cause of the greenhouse effect, it is also effective in reducing carbon dioxide.

본 발명에 의한 실리콘 카바이드는 30 m2/g 이상의 비표면적을 갖고, 열 흡수제를 통하여 α-SiC 및 β-SiC상 비율을 용이하게 조절할 수 있으므로 다양한 응용분야에 사용 될 수 있다. The silicon carbide according to the present invention has a specific surface area of 30 m 2 / g or more, and can easily control the ratio of? -SiC and? -SiC phases through a heat absorber, so that it can be used in various applications.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 카바이드 제조방법을 나타낸 도이다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 데이터를 나타낸 도이다.
도 3a 내지 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 데이터를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 XRD 데이터를 나타낸 도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 이미지이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 TEM 이미지 및 FT(Furier Transformation) 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 BET curve를 나타낸 도이다.1 is a view illustrating a method of manufacturing silicon carbide according to an embodiment of the present invention.
2A to 2D are diagrams showing XRD data according to an embodiment of the present invention.
3A to 3E are diagrams showing XRD data according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating XRD data according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are TEM images according to an embodiment of the present invention.
7A and 7B are a TEM image and an FT (Furier Transformation) image according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a BET curve according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 구체적으로 살펴본다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예는 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계를 포함하되, 환원제를 선택적으로 사용하는 실리콘 카바이드 제조방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a method of making silicon carbide comprising the step of reacting a silicon containing compound with carbon dioxide, wherein the reducing agent is selectively used.

실리콘 카바이드 제조Silicon carbide manufacturing

본 발명에 따른 실리콘 카바이드는 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시킴으로써 제조될 수 있으며, 이때 환원제를 선택적으로 사용할 수 있다.The silicon carbide according to the present invention can be prepared by reacting a silicon-containing compound with carbon dioxide, wherein a reducing agent can be selectively used.

본 발명에서 "규소 함유 화합물"이란, 규소 원자를 포함하는 화합물로서, 이산화 규소(SiO2), Si, Mg2Si와 같은 금속 규소 등을 들 수 있다.The term "silicon-containing compound" used in the present invention includes silicon dioxide (SiO 2 ), metal silicon such as Si and Mg 2 Si, and the like.

상기 환원제는 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 칼륨(K), 망간(Mn), 철(Fe), 붕소(B), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 인(P) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 구체적으로, 상기 환원제는 마그네슘일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The reducing agent is selected from the group consisting of Na, Mg, Ca, K, Mn, Fe, B, Al, Ti, P), or mixtures thereof, but is not limited thereto. Specifically, the reducing agent may be magnesium, but is not limited thereto.

상기 환원제는 상기 규소 함유 화합물 1 당량에 대하여 0.7 내지 1.5 당량 첨가될 수 있으나 역시 이에 한정되지는 않는다.The reducing agent may be added in an amount of 0.7 to 1.5 equivalents based on 1 equivalent of the silicon-containing compound, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단계는 하기 반응식 1로 표시될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step can be represented by the following reaction formula (1).

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

4Mg + SiO2 + CO2(g) → 4MgO + SiC4Mg + SiO 2 + CO 2 (g)? 4MgO + SiC

도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 카바이드의 제조방법을 나타내었다. 구체적으로, 실리카 분말, 마그네슘 분말 및 CO2를 볼밀 장치 내에 투입하여 일정 시간 반응시킴으로써 실리콘 카바이드를 얻을 수 있다. 상기 CO2는 가스 형태로 주입하여도 무방하고, 드라이아이스를 볼밀 장치 내에 함께 투입하여도 무방하다. 한편, 상기 제조되는 실리콘 카바이드는 미세 분말 형태일 수 있다.FIG. 1 shows a method of manufacturing silicon carbide according to an embodiment of the present invention. Specifically, silica powder, magnesium powder, and CO 2 are put into a ball mill and reacted for a predetermined time to obtain silicon carbide. The CO 2 may be injected in a gas form, and the dry ice may be injected into the ball mill unit together. On the other hand, the silicon carbide produced may be in a fine powder form.

구체적으로, 상기 반응에 있어서 이산화탄소(CO2)는 종래의 제철 또는 시멘트 제조 공정에서 부산물로 발생하던 이산화탄소(CO2)를 활용할 수도 있고, 고형의 드라이아이스를 사용할 수도 있다. 예를 들어 상기 부산물 이산화탄소를 활용하는 경우, 제철 또는 시멘트 제조 공정에서의 이산화탄소(CO2) 배출을 저감할 수 있고 또한, 공정의 경제성을 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.Specifically, the carbon dioxide (CO 2 ) in the reaction may utilize carbon dioxide (CO 2 ) generated as a by-product in a conventional iron or cement manufacturing process, or a solid dry ice may be used. For example, when the by-product carbon dioxide is used, it is possible to reduce carbon dioxide (CO 2 ) emissions in a steelmaking or cement manufacturing process, and also to ensure the economical efficiency of the process.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 단계는 하기 반응식 2로 표시되는 2단계 반응일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the step may be a two-step reaction represented by the following reaction formula (2).

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

1단계: 4Mg + SiO2 → Mg2Si + 2MgOStep 1: 4Mg + SiO 2 → Mg 2 Si + 2MgO

2단계: Mg2Si + 2MgO + CO2(g) → 4MgO + SiCStep 2: Mg 2 Si + 2MgO + CO 2 (g) → 4MgO + SiC

본 발명에 따른 실리콘 카바이드 제조방법으로 상기 반응식 2로 표시되는 2단계 반응을 사용할 경우, 부산물인 실리콘의 수율(yiled)를 낮출 수 있는 이점이 있다. 상기 반응식 1로 표시되는 1단계 반응의 경우, 마그네슘과 실리카가 반응하여 실리콘을 합성될 수 있어 상대적으로 실리콘 카바이드의 수율이 다소 저하될 수 있으나, 상기 반응식 2로 표시되는 2단계 반응의 경우, 마그네슘과 실리카를 먼저 반응시켜 중간체인 Mg2Si를 생성하고, 그 후 이산화탄소와 반응시킴으로써 실리콘의 합성을 억제하여 제조된 실리콘 카바이드의 수율 및 순도를 높일 수 있는 이점이 있다.When the two-step reaction represented by the reaction formula 2 is used in the process for producing silicon carbide according to the present invention, there is an advantage that the yield of silicon as a by-product can be lowered. In the case of the one-step reaction represented by Reaction Scheme 1, magnesium and silica may react with each other to synthesize silicon, thereby relatively reducing the yield of silicon carbide. In the case of the two-step reaction represented by Reaction Scheme 2, And silica are reacted first to produce Mg 2 Si, which is then reacted with carbon dioxide, thereby suppressing the synthesis of silicon, thereby increasing the yield and purity of the produced silicon carbide.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계는 하기 반응식 3으로 표시될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the step of reacting the silicon containing compound with carbon dioxide may be represented by the following reaction formula (3).

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Mg2Si + 2MgO + CO2(g) → 4MgO + SiCMg 2 Si + 2MgO + CO 2 (g)? 4MgO + SiC

구체적으로, 상기 반응식 2의 1단계 반응을 통하여 제조된 중간체인 Mg2Si를 출발물질로서, 이산화탄소와 반응시켜 실리콘 카바이드를 제조할 수 있으며, 이 때 상기 Mg2Si는 시판되고 있는 것을 구입하여 사용해도 무방하고, 반응식 2의 1단계와 같이 중간체로서 제조된 Mg2Si를 사용하여도 무방하다.Specifically, silicon carbide can be prepared by reacting Mg 2 Si, which is an intermediate prepared through the one-step reaction of Reaction Formula 2, with carbon dioxide as a starting material. In this case, the commercially available Mg 2 Si is commercially available May be used, and Mg 2 Si produced as an intermediate may be used as in step 1 of Scheme 2.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 규소 함유 화합물은 비정질 실리카(SiO2)일 수 있다. In another embodiment of the invention, the silicon-containing compound may be amorphous silica (SiO 2).

실리카는 지구상에서 가장 흔한 원료 중 하나이고, 구체적으로 광물 혹은 식물로부터 얻어질 수 있다. Silica is one of the most common raw materials on earth and can be obtained specifically from minerals or plants.

먼저, 모래 등 광물로부터 유래한 실리카의 경우, 가스화 추출법 등을 통하여 얻어질 수 있으며, 세척 및 분리를 거쳐 원료로 사용할 수 있다. 한편, 상기 광물 유래의 실리카의 경우 일반적으로 비다공성(non-porous), 결정질 실리카에 해당한다. First, silica derived from minerals such as sand can be obtained through gasification extraction, etc., and can be used as a raw material after washing and separation. On the other hand, in the case of silica derived from the above-mentioned minerals, it is generally regarded as non-porous, crystalline silica.

한편, 벼, 밀, 대나무, 보리, 옥수수, 콩 등과 같은 식물로부터 유래한 실리카의 경우 상기 실리카는 식물로부터도 채취가 가능한데, 유기물질이 불순물로서 혼합되어 있을 가능성이 크므로, 1차적으로 열처리해서 얻어지는 재(ash) 상태의 재료를 열처리(가열하여 연소시킴) 또는 산 처리하여 유기물질을 제거한 후 사용할 수 있다. 한편, 상기 식물 유래의 실리카는 스스로를 보호하기 위한 구조로서 비교적 단단한 실리카를 식물체 내에 형성하고 있으며, 다공성(porous), 비결정질을 갖는 독특한 구조를 가지고 있어 다양한 분야에 응용할 수 있다. On the other hand, in the case of silica derived from plants such as rice, wheat, bamboo, barley, corn, soybean and the like, the silica can be collected from plants. Since the possibility that organic materials are mixed as impurities is high, (Ash) material obtained can be used after heat treatment (heating and burning) or acid treatment to remove the organic material. On the other hand, the plant-derived silica has a relatively rigid silica as a structure for protecting itself and has a unique structure having porous and amorphous properties, and thus can be applied to various fields.

상기 규소 함유 화합물이 비정질 실리카인 경우 실리콘 카바이드의 제조가 결정질 실리카를 사용하는 경우보다 용이하고, β-SiC의 함량이 높은 실리콘 카바이드의 제조가 가능한 이점이 있다. 상기 비정질 실리카는 시판되고 있는 것을 구입하여 사용하여도 무방하고, 직접 합성하여 사용하여도 무방하다.When the silicon-containing compound is amorphous silica, silicon carbide is easier to manufacture than crystalline silica, and silicon carbide having a higher content of? -SiC can be produced. A commercially available amorphous silica may be used, and it may be directly synthesized and used.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 비정질 실리카는 왕겨 유래 실리카일 수 있다. 상기 왕겨 유래 실리카는, 식물 유래의 재료로서 스스로를 보호하기 위한 구조로서 비교적 단단한 실리카를 식물체 내에 형성하고 있으며, 다공성을 갖기 때문에 본 발명에 따른 실리콘 카바이드의 제조에 이용할 경우 비표면적이 높은 실리콘 카바이드의 제조가 가능하므로 바람직하다.In another embodiment of the present invention, the amorphous silica may be silica derived from rice hulls. Since the above-mentioned rice husk-derived silica has relatively rigid silica as a structure for protecting itself as a plant-derived material in the plant and has porosity, when used in the production of silicon carbide according to the present invention, So that it is possible to manufacture it.

상기 왕겨 유래 실리카는 식물 유래 재료로서, 전술한 바와 같이 유기물질이 불순물로서 혼합되어 있을 수 있으므로, 1차적으로 열처리해서 얻어지는 재(ash) 상태의 재료를 열처리(가열하여 연소시킴) 또는 산처리를 통하여 유기물지을 제거한 후 사용할 수도 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 열처리 또는 산처리를 본 발명에서는 한정하지 않으며, 당업계에서 통상적으로 수행하는 방법을 이용하여 수행할 수 있다.Since the rice husk-derived silica is a plant-derived material, the organic material may be mixed as an impurity as described above. Therefore, the ash-state material obtained by the first heat treatment is subjected to heat treatment (heating and burning) But the present invention is not limited thereto. The heat treatment or the acid treatment is not limited to the present invention, and can be carried out by a method commonly used in the art.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계는 1400 내지 1700℃의 온도에서 수행될 수 있다.In still another embodiment of the present invention, the step of reacting the silicon-containing compound with carbon dioxide can be carried out at a temperature of 1400 to 1700 ° C.

상기 규소 함유 화합물이 이산화탄소와 반응시키는 단계가 밀링 장비를 통해서 이루어지는 경우 상기 온도는 밀링 장비 내의 온도일 수 있다.If the step of reacting the silicon containing compound with carbon dioxide is through a milling machine, the temperature may be within the milling equipment.

하기 반응식 4로 대표되는 애치슨법과 같은 종래에 사용되는 방법을 통해 다공질 β-실리콘 카바이드를 제조하는 경우 1400~1700℃에서 반응시키는데, 산화규소와 고체 탄소의 고체-고체 확산 반응이기 때문에 반응 속도가 느리고 1300~1700℃에서 고체 탄소가 급격하게 소결되기 때문에 제조되는 β-실리콘 카바이드의 비표면적이 (10 m2/g 이하)낮다. When porous? -Silicon carbide is produced through a conventional method such as the Acheson method represented by the following Reaction Scheme 4, the reaction is carried out at 1400 to 1700 ° C. Since the reaction is a solid-solid diffusion reaction between silicon oxide and solid carbon, Since the solid carbon is rapidly sintered at 1300 to 1700 ° C, the specific surface area of the produced [beta] -silicon carbide is low (less than 10 m 2 / g).

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

SiO2(s) + 3C(s) → SiC(s) + 2CO(g) SiO 2 (s) + 3C ( s) → SiC (s) + 2CO (g)

그러나, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드의 제조방법은 탄소원으로 이산화탄소 가스를 사용하기 때문에 고체-기체 확산 반응으로 반응 속도가 상대적으로 빠르고 탄소의 소결현상이 일어나지 않기 때문에 다공성이 우수하고 표면적이 큰 실리콘 카바이드의 제조가 가능하여 공정성이 우수해 복잡한 엔지니어링 구조체로서 제조가 가능하기 때문에 필터 (디젤 엔진 분질 필터, 열교환기 발전소 분진 필터, 주물용 필터), 촉매 지지체, 또는 특수 용도로 고온용 경량 구조재료, 고온로용 치구, 방탄재료, 충격흡수재, 복합재료용 프리폼 등 다양한 분야에 적용이 가능한 이점이 있다.However, since the method of producing silicon carbide according to the present invention uses carbon dioxide gas as the carbon source, the reaction rate is relatively fast due to the solid-gas diffusion reaction and the sintering of carbon does not occur, so that the silicon carbide (Diesel engine particulate filter, heat exchanger power plant dust filter, casting filter), catalyst support, or special purpose, high-temperature lightweight structural material, high temperature furnace It can be applied to various fields such as tool jig, ballistic material, shock absorber, and preform for composite material.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드의 제조방법으로 제조된 실리콘 카바이드의 수율은 90% 이상일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the yield of silicon carbide produced by the method for producing silicon carbide may be 90% or more.

종래의 실리콘 카바이드의 제조 방법은 CO 가스가 함께 생성되기 때문에 제조된 실리콘 카바이드의 수율이 60~70% 정도로 매우 낮은 문제점이 있었다.The conventional method of producing silicon carbide has a problem that the yield of silicon carbide produced is very low, which is about 60 to 70%, because CO gas is produced together.

그러나, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 제조방법은 가스 부산물이 생성되지 않고 고체-기체 확산 반응이기 때문에 90% 이상, 구체적으로 95% 이상의 수율을 가지는 실리콘 카바이드의 제조가 가능하다.However, since the process for producing silicon carbide according to the present invention is a solid-gas diffusion reaction without producing gas by-products, it is possible to produce silicon carbide having a yield of 90% or more, specifically 95% or more.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 열 흡수제(heat scavenger)를 더 포함할 수 있다. 상기 열 흡수제는 NaCl, Licowax 등 고분자 소재로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 구체적으로, 상기 열 흡수제는 NaCl일 수 있다.In yet another embodiment of the present invention, it may further comprise a heat scavenger. The heat absorbent may be at least one selected from the group consisting of polymer materials such as NaCl and Licowax, but is not limited thereto. Specifically, the heat absorbing agent may be NaCl.

상기 열 흡수제는 상기 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계에 함께 포함될 수 있으며, 상기 열 흡수제가 포함되는 경우 밀링 장치 내부에서 발생하는 반응열을 열 흡수제가 흡수하기 때문에 1700℃ 이상의 높은 온도에서 생성되는 α-SiC와 1400~1700℃에서 생성되는 β-SiC의 선택성을 조절할 수 있는 이점이 있다.The heat absorbing agent may be included in the step of reacting the silicon containing compound with carbon dioxide. When the heat absorbing agent is included, the heat absorbing agent absorbs the reaction heat generated inside the milling apparatus. Therefore, -SiC and the selectivity of β-SiC produced at 1400 to 1700 ° C.

구체적으로, 상기 단계에서 포함되는 열 흡수제의 함량이 증가할수록 제조되는 실리콘 카바이드 중의 β-SiC의 비율이 상대적으로 높아지게 된다. 상기 열 흡수제는 상기 SiO2 또는 Mg2Si의 중량을 기준으로 30 내지 150 중량%로 포함될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.Specifically, as the content of the heat absorber included in the above step is increased, the ratio of? -SiC in the silicon carbide produced becomes relatively high. The heat absorber may include, but is not limited to, 30 to 150 wt% based on the weight of SiO 2 or Mg 2 Si.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드의 제조방법으로 제조된 상기 실리콘 카바이드를 후처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 실리콘 카바이드 제조방법은 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계 이후에 후처리하는 단계를 더 포함함으로써 최종적으로 얻어지는 실리콘 카바이드의 수율을 증가시킬 수 있다.In still another embodiment of the present invention, the method may further include post-treating the silicon carbide produced by the method of manufacturing silicon carbide. Specifically, the method for producing silicon carbide of the present invention can further include a step of post-treating after the step of reacting the silicon-containing compound with carbon dioxide, thereby increasing the yield of finally obtained silicon carbide.

상기 후처리하는 단계는 산처리 단계 및 NaOH 처리 단계로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다.The post-treatment step may be one or more selected from the group consisting of an acid treatment step and a NaOH treatment step.

구체적으로, 상기 제조된 실리콘 카바이드를 후처리하는 단계는 산처리 단계 후 NaOH 처리하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the step of post-treating the silicon carbide produced may include the step of NaOH treatment after the acid treatment step.

상기 산처리 단계는 MgO 등 산화물을 제거하기 위한 것으로서, 본 발명에 있어서, 상기 산처리 단계를 한정하지는 않는다. 예컨대, 상기 산처리 단계는 제조된 실리콘 카바이드와 증류수, 에탄올과 같은 알코올 및 HCl과 같은 산을 혼합한 산처리 용액을 함께 1 내지 5시간 동안 교반함으로써 수행할 수 있다.The acid treatment step is for removing oxides such as MgO, and the acid treatment step is not limited in the present invention. For example, the acid treatment step may be carried out by stirring the prepared silicon carbide together with an acid treatment solution prepared by mixing distilled water, an alcohol such as ethanol, and an acid such as HCl together for 1 to 5 hours.

상기 NaOH 처리하는 단계는 Si 등 부산물을 제거하기 위한 것으로서, 역시 본 발명에서 상기 NaOH 처리하는 방법을 한정하지는 않는다. 예컨대, 증류수 및 NaOH를 함께 혼합한 NaOH 용액을 제조된 실리콘 카바이드와 함께 1 내지 24시간 동안 교반함으로써 수행할 수 있다.The step of treating with NaOH is for removing by-products such as Si, and the present invention does not limit the method for treating with NaOH. For example, NaOH solution mixed with distilled water and NaOH may be stirred with the prepared silicon carbide for 1 to 24 hours.

한편, 본 발명에 따른 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계는 볼밀 장치를 이용해 수행할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.Meanwhile, the step of reacting the silicon-containing compound according to the present invention with carbon dioxide may be performed using a ball mill, but is not limited thereto.

상기 볼밀 장치는 예를 들어 고 에너지 볼밀링(High-energy ball milling) 장치일 수 있으며, 예를 들어 진동밀(vibratory/shaker mill)과 유성밀(planetary mill), 어트리션밀(attrition mill) 등 다양할 수 있다. The ball mill apparatus may be, for example, a high-energy ball milling apparatus, for example, a vibratory / shaker mill, a planetary mill, an attrition mill, etc. It can be varied.

구체적으로 상기 장치 내에 밀링 볼과 원료 분말을 장입한 후 설정된 일정 시간동안 고 에너지 볼밀 장치를 가동시키면, 장치 내부에서 반응이 일어나 미세분말 형태의 실리콘 카바이드가 제조될 수 있다.Specifically, when the high-energy ball milling apparatus is operated for a predetermined period of time after charging the milling balls and the raw material powder into the apparatus, a reaction occurs in the apparatus and silicon carbide in the form of fine powder can be produced.

구체적으로 상기 밀링 볼은 합금강(alloy steel), 경화강(hardened steel), 열처리강(heattreated steel), 지르코니아(zirconia), 알루미나(alumina) 또는 마노석(agate) 등이 사용될 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다. Specifically, the milling ball may be made of alloy steel, hardened steel, heattreated steel, zirconia, alumina or agate, but is particularly limited It is not.

한편, 상기 밀링 과정은 가압 조건 하에서 수행되는데, 예를 들어 1 내지 10bar 조건으로 가압한 조건 하에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 반응식 1의 반응은 발열 반응이나 활성화 에너지가 매우 크기 때문에, 이를 극복하기 위하여 온도를 상승시켜 반응추진력(driving force)를 높이거나 또는 반응 장치 내의 압력을 상승시켜 반응추진력을 높이는 과정이 요구되며, 바람직하게는 반응 장치 내의 압력을 상승시켜 반응추진력을 높이는 것이 좋다. Meanwhile, the milling process is performed under a pressurizing condition, for example, under a pressurized condition of 1 to 10 bar. Since the exothermic reaction or the activation energy is very large, the reaction of Equation 1 requires a process of raising the driving force by raising the temperature or raising the pressure in the reaction apparatus by raising the temperature in order to overcome it. Preferably, the pressure in the reaction apparatus is raised to increase the reaction propulsive force.

한편, 상기 밀링 과정은 실온 조건에서 수행될 수 있는데, 본 발명의 명세서에 있어서 실온 또는 상온 조건이라 함은 20 내지 25℃의 온도 범위를 의미한다. 즉, 종래의 기술과는 달리 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 제조 방법은 실온 조건에서 수행될 수 있으므로, 비용이 적게 들고, 안전성이 높으며, 경제성이 높다. Meanwhile, the milling process may be performed at room temperature. In the present invention, the room temperature or normal temperature condition means a temperature range of 20 to 25 ° C. In other words, unlike the conventional technique, the method of manufacturing silicon carbide according to the present invention can be performed at room temperature, so that the cost is low, the safety is high, and the economical efficiency is high.

상기 밀링 과정은 아르곤 가스와 같은 비활성 가스 하에서 진행될 수도 있으나 이에 한정되지는 않는다.The milling process may be performed under an inert gas such as argon gas, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 실리콘 카바이드 제조방법은, β-SiC의 함량이 높고, 비표면적이 큰 다공성의 실리콘 카바이드를 제조할 수 있으며, 대량생산을 통하여 높은 수율의 실리콘 카바이드를 제조할 수 있는 이점이 있다.The method of producing silicon carbide according to the present invention can produce porous silicon carbide having a high content of β-SiC and a large specific surface area, and can produce silicon carbide with high yield through mass production.

실리콘 카바이드Silicon carbide

본 발명의 다른 실시예는, 전술한 실리콘 카바이드 제조방법으로 제조된 실리콘 카바이드에 관한 것이다. 표 1 및 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드는 높은 비표면적과 메조 크기(2-50nm 사이) 기공을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드 제조방법은 α-실리콘 카바이드와 β-실리콘 카바이드의 함량을 열 흡수제를 조절하여 제어할 수 있는 우수한 공정이다.Another embodiment of the present invention relates to silicon carbide produced by the silicon carbide manufacturing method described above. Referring to Table 1 and FIG. 8, the silicon carbide according to the present invention includes high specific surface area and meso size (between 2-50 nm) pores. In addition, the process for producing silicon carbide according to the present invention is an excellent process for controlling the content of? -Silicon carbide and? -Silicon carbide by controlling the heat absorber.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드는 α-실리콘 카바이드 및 β-실리콘 카바이드를 포함할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the silicon carbide may comprise? -Silicon carbide and? -Silicon carbide.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드 전체 중량에 대하여 상기 β-실리콘 카바이드가 40 중량% 이상으로 포함될 수 있다. 종래의 실리콘 카바이드의 경우 조밀한 결정구조를 가지는 α-실리콘 카바이드의 함량이 β-실리콘 카바이드의 함량보다 크기 때문에 가공성이 다소 떨어지는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드는 상기 β-실리콘 카바이드가 상기 실리콘 카바이드 전체 중량에 대하여 40 중량% 이상으로 포함되기 때문에 가공성이 우수한 이점이 있으며, 더욱 상세하게는 상기 열 흡수제의 함량을 조절함에 따라 90 중량% 이상으로 포함될 수 있으므로, 특히 가공성이 우수한 이점이 있다.In another embodiment of the present invention, the? -Silicon carbide may be contained in an amount of 40 wt% or more based on the total weight of the silicon carbide. In the case of the conventional silicon carbide, since the content of? -Silicon carbide having a dense crystal structure is larger than the content of? -Silicon carbide, the processability is somewhat lowered. However, the silicon carbide according to the present invention has an advantage of excellent workability because the? -Silicon carbide is contained in an amount of 40 wt% or more based on the total weight of the silicon carbide, and more specifically, by controlling the content of the heat absorbing agent Can be contained in an amount of not less than 90% by weight.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드는 다공성 실리콘 카바이드일 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘 카바이드는 비표면적(BET surface area)이 30 m2/g 이상 일 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 상기 실리콘 카바이드는 비표면적이 94 내지 119 m2/g일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the silicon carbide may be porous silicon carbide. Specifically, the silicon carbide may have a BET surface area of 30 m 2 / g or more. More specifically, the silicon carbide according to the present invention may have a specific surface area of 94 to 119 m 2 / g.

일반적인 실리콘 카바이드의 경우 다공성 실리콘 카바이드라 할지라도 고체 탄소원을 사용하기 때문에 고온 제조과정에서 탄소의 소결현상으로 비표면적이 10m2/g 미만으로 매우 낮았다. 그러나, 본 발명에 따른 실리콘 카바이드는 이산화탄소 가스를 탄소원으로 사용하기 때문에 비표면적이 매우 높은 다공성 실리콘 카바이드의 제조가 가능하다.In the case of general silicon carbide, the specific surface area is very low, less than 10 m 2 / g, due to the sintering of carbon during the high-temperature production process because of using a solid carbon source even for porous silicon carbide. However, since silicon carbide according to the present invention uses carbon dioxide gas as a carbon source, it is possible to produce porous silicon carbide having a very high specific surface area.

상기 비표면적은 비표면적 및 기공 부피/크기 분석장비(Tristar II 3020, Micromeritics)를 통해서 측정할 수 있으며, 상기 비표면적이 상기 범위를 만족하는 경우 고내열 다공질 촉매 지지체 및 필터로의 사용이 가능하고 가공성이 뛰어나 엔지니어 소재로 사용이 용이한 이점이 있다.The specific surface area can be measured through a specific surface area and pore volume / size analyzer (Tristar II 3020, Micromeritics). When the specific surface area satisfies the above range, it can be used as a high heat resistant porous catalyst support and filter It has an advantage of being easy to use as an engineer material because of excellent workability.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드는 기공 부피(pore volume)가 0.26 cm3/g 이상일 수 있다. 상기 기공 부피는 비표면적 및 기공분석장비(Tristar II 3020, Micromeritics)를 통해서 측정할 수 있으며, 고내열 다공질 촉매 지지체 및 필터로 사용하기 좋은 이점이 있다.In yet another embodiment of the present invention, the silicon carbide may have a pore volume of 0.26 cm &lt; 3 &gt; / g or more. The pore volume can be measured through a specific surface area and pore analysis equipment (Tristar II 3020, Micromeritics), and is advantageous for use as a high heat resistant porous catalyst support and filter.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드는 상기 실리콘 카바이드는 공극 기공 사이즈(pore size)가 2nm 이상, 구체적으로 2nm 내지 50nm, 더욱 구체적으로 8nm 내지 50nm일 수 있다. 상기 공극 기공 사이즈는 상기 실리콘 카바이드에 포함되어 있는 공극의 직경의 평균 사이즈일 수 있다. In another embodiment of the present invention, the silicon carbide may have a pore size of 2 nm or more, specifically, 2 nm to 50 nm, more specifically 8 nm to 50 nm, in the pore size of the silicon carbide. The void pore size may be an average size of the diameter of the voids contained in the silicon carbide.

상기 공극 기공 사이즈는 비표면적 및 기공분석장비(Tristar II 3020, Micromeritics)를 통해서 측정할 수 있으며, 상기 공극 기공 사이즈가 상기 범위를 만족하는 경우 고내열 다공질 촉매 지지체 및 필터로 사용하기 좋은 이점이 있다.The pore size can be measured using a specific surface area and porosity analyzer (Tristar II 3020, Micromeritics). When the pore size satisfies the above range, it is advantageous for use as a high heat resistant porous catalyst support and filter .

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 실리콘 카바이드는 고내열 다공질 촉매 지지체, 필터, 엔지니어 소재용일 수 있다. 본 발명에 따른 실리콘 카바이드는 물리적 강도가 우수하고, 화학적 공격에 대한 높은 내성으로 다양한 분야에 활용될 수 있다. 특히, 비표면적이 우수한 다공질의 형태이기 때문에 가공성이 우수하여 복잡한 엔지니어링 장치, 더욱 구체적으로 필터(디젤 엔진 분질 필터, 열교환기 발전소 분진 필터, 주물용 필터), 촉매 지지체, 또는 특수 용도로 고온용 경량 구조재료, 고온로용 치구, 방탄재료, 충격흡수재, 복합재료용 프리폼 등 다양한 분야에도 적용이 가능한 이점이 있다.In another embodiment of the present invention, the silicon carbide may be for a high heat resistant porous catalyst support, filter, engineer material. The silicon carbide according to the present invention has excellent physical strength and can be utilized in various fields with high resistance against chemical attack. Particularly, since it is a porous form having excellent specific surface area, it is excellent in workability and can be used as a complicated engineering device, more specifically, as a filter (diesel engine particulate filter, heat exchanger power plant dust filter, casting filter), catalyst support, There is an advantage that it can be applied to various fields such as structural materials, fixtures for high temperature furnace, ballistic materials, shock absorbers, and preforms for composite materials.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. However, the following examples are intended to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples in any sense.

실시예Example 1 내지 3 1 to 3

실시예Example 1 One

왕겨 유래 실리카(SiO2) 8g, Mg(시그마 알드리치, assay 99.5%) 12.94g 및 CO2 (dryice) 5.86g을 500ml 용기(SKD-11)에 넣고 밀링(Pulverisette 5, Fritsch) 장비를 사용하여 이그니션 타임(ignition time)까지 아르곤 가스 하에서 밀링하여 실리콘 카바이드를 제조하였다. 이때, RPM은 350이었으며, BPR(ball mass to powder mass ratio)은 30:1(WC ball, 15mm:300g, 10mm:330g)이었다.8 g of chaff-derived silica (SiO 2 ), 12.94 g of Mg (Sigma Aldrich, assay 99.5%) and 5.86 g of CO 2 (dryice) were placed in a 500 ml container (SKD-11) and milled using a pulverisette 5, Silicon carbide was prepared by milling under argon gas until ignition time. At this time, the RPM was 350, and the ball mass to powder mass ratio (BPR) was 30: 1 (WC ball, 15 mm: 300 g, 10 mm: 330 g).

증류수 1600ml, 에탄올 200ml, HCl 200ml를 혼합하여 산처리 용액을 만든 후 제조된 실리콘 카바이드를 산처리 용액에 투입하여 마그네틱 교반기를 이용하여 상온에서 250RPM으로 1시간 동안 교반하여 1차 산처리를 하였다.The acid treatment solution was prepared by mixing 1600 ml of distilled water, 200 ml of ethanol and 200 ml of HCl. The prepared silicon carbide was added to the acid treatment solution and stirred at 250 RPM for 1 hour using a magnetic stirrer.

1차 산처리가 끝난 실리콘 카바이드를 여과기를 이용하여 여과 후 80℃ 오븐에서 건조 한 후 증류수 1600ml, 에탄올 200ml, HCl 200ml를 혼합한 산처리 용액을 이용하여 2차 산처리를 수행하였다. 이때, 소니케이터(sonicator)를 이용하여 상온에서 1시간동안 수행하였다.After the primary acid-treated silicon carbide was filtered using a filter, it was dried in an oven at 80 ° C and subjected to secondary acid treatment using an acid treatment solution containing 1600 ml of distilled water, 200 ml of ethanol and 200 ml of HCl. At this time, a sonicator was used for 1 hour at room temperature.

2차 산처리가 끝난 실리콘 카바이드를 여과기를 이용하여 여과 후 80℃ 오븐에서 건조 한 후 증류수 2000ml에 pH 14를 만족하도록 NaOH를 혼합한 뒤, 마그네틱 교반기를 이용하여 80℃, 250RPM으로 1시간 교반하였으며, 그 후 여과기를 이용하여 여과 후 80℃ 오븐에서 건조하였다.After the secondary acid-treated silicon carbide was filtered using a filter, the resultant was dried in an oven at 80 ° C., and then 2000 ml of distilled water was mixed with NaOH so as to satisfy a pH of 14. The mixture was stirred for 1 hour at 80 ° C. and 250 RPM using a magnetic stirrer , Followed by filtration using a filter, followed by drying in an oven at 80 ° C.

실시예Example 2 2

실리카(SiO2, 시그마 알드리치 BET 200) 8g을 Mg(시그마 알드리치, assay 99.5%) 12.94g과 먼저 이그니션 타임까지 밀링한 후, CO2를 투입하여 2단계 반응을 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 실리콘 카바이드를 제조하였다.8 g of silica (SiO 2 , Sigma Aldrich BET 200) was milled with 12.94 g of Mg (Sigma Aldrich, assay 99.5%) up to the ignition time and then CO 2 was added to carry out the 2-step reaction. Silicon carbide was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 3 3

실리카(SiO2, 시그마 알드리치 BET 200) 6g을 Mg(시그마 알드리치, assay 99.5%) 9.71g과 먼저 이그니션타임까지 밀링한 후, CO2 5bar(gas) 및 열 흡수제로서 NaCl을 투입하여 2단계 반응을 통하여 실리콘 카바이드를 제조하였다. 사용한 용기는 500ml 용기(SKD-11)이며, 밀링(Pulverisette 5, Fritsch) 장비를 사용하여 이그니션 타임까지 아르곤 가스 하에서 밀링하여 실리콘 카바이드를 제조하였다. RPM은 350이었으며, BPR은 42:1(WC ball, 15mm:344.7g, 10mm:327.7g)이었다.6 g of silica (SiO 2 , Sigma Aldrich BET 200) was milled with 9.71 g of Mg (Sigma Aldrich, assay 99.5%) until the ignition time, followed by the addition of 5 bar of CO 2 and NaCl as heat absorber. To produce silicon carbide. The container used was a 500 ml container (SKD-11) and was milled under argon gas until the ignition time using a Pulverisette 5, Fritsch instrument to produce silicon carbide. The RPM was 350, and the BPR was 42: 1 (WC ball, 15 mm: 344.7 g, 10 mm: 327.7 g).

이때, 제 2단계 반응에 포함된 NaCl은 1단계 반응 후 제조된 Mg2Si의 중량을 기준으로, 각각 25%(1.92g), 50%(3.83g), 75%(5.75g), 100%(7.66g)로 투입하였다. At this time, the NaCl contained in the second-step reaction is based on the weight of the Mg 2 Si after the manufacturing step reaction, respectively, 25% (1.92g), 50% (3.83g), 75% (5.75g), 100% (7.66 g).

실험예Experimental Example

1. X-Ray Diffraction (XRD)1. X-Ray Diffraction (XRD)

실시예 1에 따라 제조된 실리콘 카바이드의 반응 후 XRD(산 처리 전 XRD), 산처리 후 XRD, NaOH 처리 후 XRD를 각각 도 2b 내지 도 2d에 나타내었으며, 실시예 2에 따른 1단계 후 XRD(산 처리 전 XRD), 2단계 후 XRD(산 처리전 XRD), 산처리 후 XRD, NaOH 처리 후 XRD를 각각 도 3b 내지 도 3e에 나타내었다. 도 2a 및 도 3a는 각각 실시예 1에 따른 제조방법의 이그니션 타임과 실시예 2에 따른 제조방법의 이그니션 타임을 나타낸 도이다.XRD after the reaction (XRD before the acid treatment), XRD after the acid treatment, and XRD after the NaOH treatment are shown in FIGS. 2B and 2D, respectively, after the reaction of the silicon carbide prepared according to Example 1, XRD after the acid treatment, XRD after the acid treatment, XRD after the acid treatment, and XRD after the NaOH treatment are shown in FIGS. 3B to 3E, respectively. FIGS. 2A and 3A are diagrams showing the ignition time of the manufacturing method according to the first embodiment and the ignition time of the manufacturing method according to the second embodiment, respectively.

도 2b 내지 도 2d 및 도 3b내지 도 3e를 살펴보면, 도 2b와 3b, 3c에서 보는 바와 같이 먼저 반응 후 대부분의 peak은 Mg2SiO4나 MgO로 보이며, 도 2c와 3d에서 보는 바와 같이 산처리 후 Mg 성분은 제거 되고 최종 산물인 SiC와 부산물인 Si가 함께 생성됨을 확인할 수 있다. 또한 도 2d와 3e에서 보는 바와 같이 NaOH 처리후 Si가 제거되어 SiC 만 남아 있음을 확인할 수있다.2b to 2d and 3b to 3e, as shown in FIGS. 2b, 3b and 3c, most of the peaks after the first reaction are seen as Mg 2 SiO 4 or MgO. As shown in FIGS. 2c and 3d, After the Mg component was removed, SiC, which is the final product, and Si, a by-product, were produced. As shown in FIGS. 2d and 3e, it can be seen that Si is removed after the treatment with NaOH, and only SiC remains.

도 4은 실시예 3에서 제조된 실리콘 카바이드의 XRD이다. 도 4를 참고하면, 열 흡수제인 NaCl의 함량에 따라 함량이 증가하면 α-SiC의 peak가 줄어들고, β-SiC의 peak이 늘어남을 알 수 있다. 구체적으로, 도 4를 참고하면, NaCl의 함량이 100%인 경우 실리콘 카바이드 전체 중량에 대하여 β-SiC의 함량이 약 46 중량% 정도로 증가하는 것을 알 수 있으며, 더욱 상세하게는 열 흡수제의 함량을 조절함에 따라 β-SiC의 함량을 90 중량% 이상으로 조절 가능하다.4 is XRD of the silicon carbide produced in Example 3. Fig. Referring to FIG. 4, it can be seen that as the content of NaCl increases, the peak of? -SiC decreases and the peak of? -SiC increases. 4, when the content of NaCl is 100%, the content of β-SiC increases to about 46% by weight with respect to the total weight of silicon carbide. More specifically, The content of β-SiC can be adjusted to 90 wt% or more.

2. Transmission Electron Microscopy(TEM)2. Transmission Electron Microscopy (TEM)

실시예 1 및 2에 따라 제조된 실리콘 카바이드를 TEM(Tecnai G2 F30 ,FEI)으로 관찰하였으며, 이를 각각 도 5 및 도 6에 나타내었다.The silicon carbide prepared according to Examples 1 and 2 was observed with a TEM (Tecnai G2 F30, FEI), which are shown in Figs. 5 and 6, respectively.

도 5 및 도 6을 참고하면, 실시예 1, 2 모두 3차원 다공성 구조의 SiC가 생성됨을 알 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, it can be seen that SiC having a three-dimensional porous structure is produced in Examples 1 and 2.

도 7a는 실시예 2에 따른 TEM 격자 구조 이미지이며, 도 7b는 도 7a에 따른 FT (Furier Transformation) 이미지 이다.FIG. 7A is a TEM grating structure image according to Embodiment 2, and FIG. 7B is an FT (Furier Transformation) image according to FIG. 7A.

도 7을 참고하면, SiC 그 중에서도 특히β-SiC 격자 구조가 생성되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that a β-SiC lattice structure is particularly generated among SiC.

3. BET(Brunauer-Emett-Teller) surface area, Pore Volume 및 Pore size3. BET (Brunauer-Emett-Teller) surface area, Pore Volume and Pore size

실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 실리콘 카바이드의 BET, Pore Volume 및 Pore size를 측정하여 하기 표 1, Pore size 및 Pore 부피를 도 8에 나타내었다.BET, pore volume and pore size of the silicon carbide prepared according to Example 1 and Example 2 were measured, and the pore size and the pore volume are shown in Table 1 below.

이때, BET, Pore Volume, Pore size는 비표면적 및 기공분석장비(Tristar II 3020, Micromeritics)를 통하여 측정하였다. BET, pore volume, and pore size were measured using a specific surface area and pore analysis equipment (Tristar II 3020, Micromeritics).

Surface Area(m2/g)Surface Area (m 2 / g) Pore Volume(cm3/g)Pore Volume (cm 3 / g) Pore Size(nm)Pore Size (nm) 실시예 1Example 1 9494 0.26310.2631 10.818110.8181 실시예 2Example 2 119119 0.26080.2608 8.66358.6635

표 1을 참고하면, 실시예 1, 2에 의한 SiC의 경우 비표면적이 94~119 m2/g으로 매우 높음을 알 수 있다. 또한 도 8을 참고하면, 대부분의 기공은 2-50nm이므로 meso 사이즈임을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the specific surface area of SiC according to Examples 1 and 2 is 94 to 119 m 2 / g, which is very high. Also, referring to FIG. 8, it can be confirmed that most of the pores are meso-sized because they are 2-50 nm.

Claims (14)

규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계를 포함하되,
상기 단계는 하기 반응식 2로 표시되는 2단계 반응 또는 하기 반응식 3으로 표시되는 실리콘 카바이드 제조방법:
[반응식 2]
1단계: 4Mg + SiO2 → Mg2Si + 2MgO
2단계: Mg2Si + 2MgO + CO2(g) → 4MgO + SiC
[반응식 3]
Mg2Si + 2MgO + CO2(g) → 4MgO + SiCReacting the silicon containing compound with carbon dioxide,
Wherein the step is a two-step reaction represented by the following reaction formula 2 or a silicon carbide production method represented by the following reaction formula 3:
[Reaction Scheme 2]
Step 1: 4Mg + SiO 2 → Mg 2 Si + 2MgO
Step 2: Mg 2 Si + 2MgO + CO 2 (g) → 4MgO + SiC
[Reaction Scheme 3]
Mg 2 Si + 2MgO + CO 2 (g)? 4MgO + SiC 제1항에 있어서,
상기 [반응식 2]의 2단계 또는 [반응식 3]의 단계는 열 흡수제(heat scavenger)를 사용하는 것인 실리콘 카바이드 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein step 2 of the above Reaction Scheme 2 or Reaction Scheme 3 uses a heat scavenger. 제1항에 있어서,
상기 [반응식 2]의 1단계의 규소 함유 화합물은 비정질 실리카(SiO2)인 것인 실리콘 카바이드 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the silicon-containing compound in the first step of the above Reaction Scheme 2 is amorphous silica (SiO 2 ). 제3항에 있어서,
상기 비정질 실리카는 왕겨 유래 실리카인 것인 실리콘 카바이드 제조방법.The method of claim 3,
Wherein the amorphous silica is a chaff-derived silica. 제1항에 있어서,
상기 규소 함유 화합물을 이산화탄소와 반응시키는 단계는 1400 내지 1700℃의 온도에서 수행되는 것인 실리콘 카바이드 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of reacting the silicon containing compound with carbon dioxide is carried out at a temperature of from 1400 to 1700 ° C. 제1항에 있어서,
상기 실리콘 카바이드 제조방법으로 제조된 실리콘 카바이드의 수율은 90% 이상인 것인 실리콘 카바이드 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the yield of silicon carbide produced by the silicon carbide manufacturing method is 90% or more. 제1항에 있어서,
상기 실리콘 카바이드 제조방법으로 제조된 실리콘 카바이드를 후처리하는 단계를 더 포함하는 것인 실리콘 카바이드 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising post-treating the silicon carbide produced by the silicon carbide manufacturing method. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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