KR20210095847A - Silicon carbide powder synthetic material - Google Patents

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KR20210095847A
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민경석
김병숙
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(주)에스테크
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    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/90Carbides
    • C01B32/914Carbides of single elements
    • C01B32/956Silicon carbide

Abstract

A raw material for synthesizing silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention includes a carbon source, a silicon source, and particles having a density of 0.2 to 1.5 g/cm^3. The present invention can increase the loading amount of a reaction vessel.

Description

탄화규소 분말 합성 원료{SILICON CARBIDE POWDER SYNTHETIC MATERIAL} Silicon carbide powder synthetic raw material {SILICON CARBIDE POWDER SYNTHETIC MATERIAL}

본 발명은 탄화규소 분말 합성 원료에 관한 것이다.The present invention relates to a raw material for synthesizing silicon carbide powder.

탄화규소 분말은 최근에 다양한 전자 소자 및 목적을 위한 반도체 재료로서 사용되고 있다. 탄화규소 분말은 특히 물리적 강도 및 화학적 공격에 대한 높은 내성으로 인해 유용하다. 또한 탄화규소 분말은 방사 경도(radiation hardness), 비교적 넓은 밴드갭, 높은 포화 전자 드리프트 속도(saturated electron drift velocity), 높은 조작 온도, 및 스펙트럼의 청색(blue), 보라(violet), 및 자외(ultraviolet) 영역에서의 높은 에너지 양자의 흡수 및 방출을 포함하는 우수한 전자적 성질을 가진다.Silicon carbide powder has recently been used as a semiconductor material for various electronic devices and purposes. Silicon carbide powder is particularly useful because of its physical strength and high resistance to chemical attack. Silicon carbide powder also has a radiation hardness, a relatively wide bandgap, a high saturated electron drift velocity, a high operating temperature, and a spectrum of blue, violet, and ultraviolet. ) has excellent electronic properties including absorption and emission of high-energy protons in the region.

탄화규소 분말의 제조방법으로는 다양한 방법이 있으며, 일례로, 애치슨법, 탄소열환원공법, 액상고분자열분해법 또는 CVD 공법 등을 이용하고 있다. 특히 고순도의 탄화규소 분말 합성 공법은 액상고분자열분해법 또는 탄소열환원공법을 이용하고 있다.There are various methods for the production of silicon carbide powder, and for example, the Acheson method, the carbon thermal reduction method, the liquid phase polymer pyrolysis method, or the CVD method is used. In particular, the high-purity silicon carbide powder synthesis method uses a liquid-phase polymer pyrolysis method or a carbon-thermal reduction method.

즉, 탄소원과 규소원의 재료를 혼합하고, 혼합물을 탄화공정 및 합성 공정을 진행하여 탄화규소 분말을 합성할 수 있다.That is, the silicon carbide powder can be synthesized by mixing the carbon source and the silicon source material, and performing a carbonization process and a synthesizing process for the mixture.

탄화규소 분말은 이러한 혼합물을 반응 용기에 장입하고, 도가니에 열과 압력을 가하여 최종적인 탄화규소 분말을 합성할 수 있다. 이때, 이러한 합성 공정 때, 혼합물의 특성에 따라, 도가니 내에 충진되는 장입량이 상이해지고, 탄화규소 분말의 특성이 상이해지는 문제점이 있다.The silicon carbide powder can be synthesized as a final silicon carbide powder by charging the mixture into a reaction vessel and applying heat and pressure to the crucible. At this time, in this synthesis process, depending on the characteristics of the mixture, the amount of charging to be filled in the crucible is different, there is a problem that the properties of the silicon carbide powder are different.

따라서, 보다 많은 양을 장입할 수 있고, 향상된 특성을 가지는 탄화규소 분말을 제조할 수 있는 혼합물이 요구된다.Therefore, there is a need for a mixture capable of producing a silicon carbide powder that can be charged in a larger amount and has improved properties.

본 발명의 실시예는 향상된 탄화규소 분말을 제조할 수 있고, 반응 용기의 장입량을 증가시킬 수 있는 탄화규소 분말 합성 원료를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a raw material for synthesizing silicon carbide powder capable of producing an improved silicon carbide powder and increasing the loading amount of the reaction vessel.

본 발명 실시예에 따른 탄화규소 분말 합성 원료는 탄소원 및 규소원을 포함하고, 밀도가 0.2g/㎤ 내지 1.5g/㎤인 입자를 포함한다.The raw material for synthesizing silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention includes a carbon source and a silicon source, and includes particles having a density of 0.2 g/cm 3 to 1.5 g/cm 3 .

본 발명 실시예에 따른 탄화규소 분말 합성 원료는 벌크 형상의 입자를 가지고, 약 0.2g/㎤ 내지 약 1.5g/㎤의 밀도를 가지고 1,100㎛ 내지 5㎝의 기공 크기를 가질 수 있다. The raw material for synthesizing silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention may have bulk-shaped particles, a density of about 0.2 g/cm 3 to about 1.5 g/cm 3 , and a pore size of 1,100 μm to 5 cm.

이에 따라, 높은 밀도를 가지므로, 탄화규소 분말을 합성시에 반응 용기 내에 탄화규소 분말 합성 원료의 장입량을 증가시킬 수 있다.Accordingly, since it has a high density, it is possible to increase the amount of the silicon carbide powder synthesis raw material in the reaction vessel when synthesizing the silicon carbide powder.

또한, 넓은 기공 크기로 인해 반응 중 발생하는 반응 가스를 원활하게 배출할 수 있어, 빠른 승온 속도에서 원활하게 탄화규소 분말을 합성할 수 있다.In addition, since the reaction gas generated during the reaction can be smoothly discharged due to the wide pore size, the silicon carbide powder can be smoothly synthesized at a high temperature increase rate.

따라서, 본 발명 실시예에 따른 탄화규소 분말 합성 원료 탄화규소 분말 제조시 향상된 공정 효율을 가질 수 있다.Therefore, it is possible to have an improved process efficiency when manufacturing the silicon carbide powder as a raw material for synthesizing the silicon carbide powder according to the embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법의 공정 흐름도를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명 실시예에 따른 탄화규소 분말 합성 원료가 반응 용기 내에 충진된 단면을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명 제조예 및 비교예에 따른 탄화규소 분말의 SEM사진을 도시한 도면들이다.
1 is a view showing a process flow diagram of a silicon carbide powder manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are views showing a cross-section in which the silicon carbide powder synthesis raw material according to an embodiment of the present invention is filled in the reaction vessel.
4 to 8 are views showing SEM photographs of silicon carbide powder according to Preparation Examples and Comparative Examples of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method for manufacturing silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 탄화규소 분말을 제조하는 방법을 도시한 공정 흐름도이다.1 is a process flow diagram illustrating a method for manufacturing a silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예에 따른 탄화규소 분말 제조방법은, 혼합물을 형성하는 단계(ST10) 및 혼합물을 반응시키는 단계(ST20)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the method for manufacturing silicon carbide powder according to an embodiment of the present invention may include forming a mixture (ST10) and reacting the mixture (ST20).

각 단계를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.Each step is described in more detail as follows.

상기 혼합물을 형성하는 단계(ST10)에서는 규소원 및 탄소원을 준비하고, 이를 혼합할 수 있다.In the step of forming the mixture (ST10), a silicon source and a carbon source may be prepared, and the mixture may be mixed.

상기 규소원은 규소를 제공할 수 있는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 규소원은 실리카(silica)를 포함할 수 있다. 또한, 실리카 이외에도, 상기 규소원으로는 실리카 분말, 실리카 솔(sol), 실리카 겔(gel), 석영 분말 등이 이용될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 규소를 포함하는 유기 규소 화합물을 규소원으로 사용할 수 있다. The silicon source may include various materials capable of providing silicon. For example, the silicon source may include silica. In addition to silica, silica powder, silica sol, silica gel, quartz powder, etc. may be used as the silicon source. However, the embodiment is not limited thereto, and an organosilicon compound including silicon may be used as the silicon source.

또한, 상기 탄소원은 고체 탄소원 또는 유기 탄소 화합물을 포함할 수 있다.In addition, the carbon source may include a solid carbon source or an organic carbon compound.

고체 탄소원으로는 흑연(graphite), 카본 블랙(carbon black), 카본 나노 튜브(carbon nano tube, CNT), 풀러렌(fullerene, C60) 등을 들 수 있다. Examples of the solid carbon source include graphite, carbon black, carbon nanotube (CNT), fullerene (C 60 ), and the like.

유기 탄소 화합물로는 페놀(penol), 프랑(franc), 자일렌(xylene), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄(polyunrethane), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐아세테이트 (poly (vinyl acetate)) 등을 들 수 있다. 그 외에도 셀룰로오스(cellulose), 제당, 피치(pitch), 타르(tar) 등을 사용할 수 있다. Examples of the organic carbon compound include phenol, franc, xylene, polyimide, polyurethane, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, or polyvinyl acetate (poly (vinyl acetate)); and the like. In addition, cellulose, sugar, pitch, tar, etc. may be used.

상기 탄소원 및 상기 규소원을 혼합하는 공정은 용매를 이용하는 유무에 따라 건식 혼합 공정 또는 습식 혼합 공정으로 분류될 수 있다. 이때, 습식 혼합 공정에 의하면 탄소원과 규소원을 응집할 수 있어 생산성을 향상할 수 있다. 그리고 건식 혼합 공정에 의하면 용매 사용에 따른 비용 및 오염 문제를 방지할 수 있으며, 탄화 공정 등을 생략할 수 있어 공정을 단순화할 수 있다.The process of mixing the carbon source and the silicon source may be classified into a dry mixing process or a wet mixing process depending on whether a solvent is used. In this case, according to the wet mixing process, it is possible to aggregate the carbon source and the silicon source, thereby improving productivity. In addition, according to the dry mixing process, it is possible to prevent problems of cost and contamination due to the use of a solvent, and it is possible to omit the carbonization process and the like, thereby simplifying the process.

예를 들어, 상기 규소원과 상기 탄소원은 볼 밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition bill) 등의 방법으로 혼합하여 혼합물을 회수할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 규소원과 상기 탄소원은 3D mixer, Paste mill, Spray dryer 또는 planetary mill 등의 다양한 방법으로 혼합하여 혼합물을 회수할 수 있다. 이러한 혼합물은 체(sieve)에 의해 걸려져서 회수될 수 있다. For example, the silicon source and the carbon source may be mixed by a method such as a ball mill or an attrition bill to recover a mixture. However, embodiments are not limited thereto, and the silicon source and the carbon source may be mixed by various methods such as a 3D mixer, a paste mill, a spray dryer or a planetary mill to recover the mixture. This mixture can be recovered by sieving.

이러한 혼합물은 이후의 단계인 반응 단계를 통해 탄화규소 분말을 생성할 수 있다. 즉, 상기 혼합물은 탄화규소 분말 합성 원료일 수 있다.This mixture can produce silicon carbide powder through a subsequent reaction step. That is, the mixture may be a raw material for synthesizing silicon carbide powder.

상기 규소원 및 상기 탄소원은 일정한 비율로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 규소원에 포함된 규소에 대한 탄소원에 포함된 탄소의 몰(mole)비(이하 “규소에 대한 탄소의 몰비”)는 약 1:1.5 내지 약 1:3 일 수 있다. The silicon source and the carbon source may be mixed in a predetermined ratio. For example, a mole ratio of carbon contained in the carbon source to silicon contained in the silicon source (hereinafter, “the molar ratio of carbon to silicon”) may be about 1:1.5 to about 1:3.

규소에 대한 탄소의 몰비가 약 3을 초과하는 경우에는 탄소의 양이 많아 반응에 참여하지 않고 잔류하는 잔류 탄소의 양이 많아져서 회수율을 저하시킬 수 있다. 그리고 규소에 대한 탄소의 몰비가 약 1.5 미만인 경우에는 규소의 양이 많아 반응에 참여하지 않고 잔류하는 잔류 규소의 양이 많아져서 회수율을 저하시킬 수 있다. 즉 상기 규소에 대한 탄소의 몰비는 회수율을 고려하여 결정된 것이다.When the molar ratio of carbon to silicon exceeds about 3, the amount of carbon remaining increases without participating in the reaction due to a large amount of carbon, thereby reducing the recovery rate. In addition, when the molar ratio of carbon to silicon is less than about 1.5, the amount of silicon remaining increases without participating in the reaction because the amount of silicon is large, thereby reducing the recovery rate. That is, the molar ratio of carbon to silicon is determined in consideration of the recovery rate.

이때, 상기 규소원이 반응 단계의 고온에서 기체 상태로 휘발되는 것을 고려하여, 규소에 대한 탄소의 몰비를 약 1.8 내지 약 2.7로 할 수 있다.In this case, considering that the silicon source is volatilized in a gaseous state at a high temperature in the reaction step, the molar ratio of carbon to silicon may be about 1.8 to about 2.7.

상기 혼합물 즉, 상기 탄화규소 분말 합성 원료는 벌크 형태의 입자일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화규소 분말 합성 원료는 과립(granule) 형상 또는 블럭(block) 형상을 포함할 수 있다.The mixture, that is, the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may be particles in the form of bulk. For example, the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may include a granule shape or a block shape.

예를 들어, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 탄화규소 분말 합성 원료는 구형, 반구형의 원형 형상을 포함하거나, 사각형, 삼각형 등의 다각형 형상을 포함할 수 있다.For example, referring to FIGS. 2 and 3 , the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may include a spherical or hemispherical circular shape, or a polygonal shape such as a square or a triangle.

또한, 상기 탄화규소 분말 합성 원료는 일정한 크기의 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 밀도는 약 0.2g/㎤ 이상의 크기를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 밀도는 약 0.2g/㎤ 내지 1.5g/㎤의 크기를 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 밀도는 약 0.6g/㎤ 내지 약 1.2g/㎤의 크기를 가질 수 있다.In addition, the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may have a density of a certain size. For example, the density of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may have a size of about 0.2 g/cm 3 or more. In detail, the density of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may have a size of about 0.2 g/cm 3 to 1.5 g/cm 3 . In more detail, the density of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may have a size of about 0.6 g/cm 3 to about 1.2 g/cm 3 .

상기 탄화규소 분말 합성 원료의 밀도는 상기 탄화규소 분말 합성 원료를 합성하기 위해 반응 용기에 장입할 때, 반응 용기에 장입되는 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 장입량과 관계될 수 있다.The density of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may be related to a loading amount of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder charged to the reaction vessel when the raw material for synthesizing the silicon carbide powder is charged to the reaction vessel.

즉, 상기 탄화규소 분말 합성 원료는 벌크 형태의 입자로 구성되어 있으므로, 분말 형태의 원료에 비해 원료의 밀도가 높고, 이에 따라, 반응 용기에 탄화규소 분말 합성 원료를 장입할 때, 보다 많은 양의 탄화규소 분말 합성 원료를 장입할 수 있다.That is, since the raw material for synthesizing silicon carbide powder is composed of particles in bulk form, the density of the raw material is higher than that of raw material in powder form. Silicon carbide powder synthetic raw material can be charged.

상기 탄화규소 분말 합성 원료의 밀도가 약 0.2g/㎤ 미만인 경우에는 원료의 밀도가 작아지게 되어 반응 용기에 장입되는 원료의 장입량이 작아질 수 있고, 약 1.5g/㎤ 이상인 경우는 구현이 불가능할 수 있다.When the density of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder is less than about 0.2 g / ㎤, the density of the raw material becomes small, and the loading amount of the raw material charged into the reaction vessel may be reduced. there is.

실시예에 따른 탄화규소 분말 합성 원료는 상기와 같은 크기 범위의 밀도를 가짐에 따라서 향상된 장입량을 가질 수 있다.The silicon carbide powder synthetic raw material according to the embodiment may have an improved loading amount as it has a density in the size range as described above.

또한, 상기 탄화규소 분말 합성 원료는 상기 벌크 형태의 입자들 사이에서 발생하는 공극 즉, 기공을 포함할 수 있다.In addition, the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may include voids, that is, pores generated between the particles in the bulk form.

이때, 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 기공은 일정한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 기공의 크기(d)는 약 1,100㎛ 내지 약 5㎝일 수 있다. 자세하게, 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 기공의 크기(d)는 약 1,100㎛ 내지 약 1㎝일 수 있다.In this case, the pores of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may have a certain size. For example, the size (d) of the pores of the silicon carbide powder synthetic raw material may be about 1,100㎛ to about 5cm. In detail, the size (d) of the pores of the silicon carbide powder synthetic raw material may be about 1,100㎛ to about 1cm.

상기 탄화규소 분말 합성 원료의 기공 크기는 상기 탄화규소 분말 합성 원료를 합성하기 위해 반응 용기에 장입할 때, 합성 공정 중 발생하는 반응 가스의 배출 통로와 관계될 수 있다.The pore size of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may be related to a discharge passage of a reaction gas generated during the synthesis process when the silicon carbide powder raw material is charged into a reaction vessel to synthesize the raw material.

자세하게, 상기 탄화규소 분말 합성 원료를 반응 용기에 장입하고, 열과 압력을 가하여 반응시킬 때, 내부에서는 이러한 반응에 의해 다양한 반응 가스가 발생할 수 있다. 이러한 반응 가스는 승온 속도와 관계되는 것으로서, 반응 가스의 배출양을 제어하기 위해 승온 속도를 낮추는 경우, 공정 효율이 저하되고, 탄화규소 분말의 합성이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.In detail, when the silicon carbide powder synthesis raw material is charged into a reaction vessel and reacted by applying heat and pressure, various reaction gases may be generated by this reaction inside. The reaction gas is related to the temperature increase rate, and when the temperature increase rate is lowered to control the discharge amount of the reaction gas, there are problems in that process efficiency is lowered and the synthesis of silicon carbide powder is not performed smoothly.

상기 탄화규소 분말 합성 원료의 기공 크기가 약 1,100㎛ 미만인 경우에는 기공 크기가 작아 원활하게 반응 가스가 배출될 수 없고, 약 5㎝를 초과하는 경우에는 반응 용기에 장입되는 탄화규소 분말 합성 원료의 양이 저하될 수 있다.When the pore size of the silicon carbide powder synthesis raw material is less than about 1,100 μm, the pore size is small and the reaction gas cannot be smoothly discharged, and when it exceeds about 5 cm, the amount of the silicon carbide powder synthesis raw material charged into the reaction vessel this may be lowered.

실시예에 따른 탄화규소 분말 합성 원료는 상기와 같은 크기 범위의 기공을 가짐에 따라 반응 가스를 원활하게 배출할 수 있고, 이에 따라, 향상된 공정 효율 및 탄화규소 분말의 합성을 원활하게 할 수 있다.The raw material for synthesizing silicon carbide powder according to the embodiment may smoothly discharge the reaction gas as it has pores in the size range as described above, and accordingly, improved process efficiency and the synthesis of silicon carbide powder may be facilitated.

상기 탄화규소 분말 합성 원료는 약 110㎛ 이상의 크기를 가지는 벌크 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄화규소 분말 합성 원료는 약 110㎛ 내지 약 200㎜의 크기를 가지는 벌크 입자를 포함할 수 있다.The raw material for synthesizing the silicon carbide powder may include bulk particles having a size of about 110 μm or more. For example, the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may include bulk particles having a size of about 110 μm to about 200 mm.

상기 벌크 입자의 크기가 약 110㎛ 미만이거나 약 200㎜을 초과하는 경우 상기 탄화규소 분말 합성 원료의 밀도 및 기공 크기가 상기 범위를 벗어날 수 있다.When the size of the bulk particles is less than about 110 μm or exceeds about 200 mm, the density and pore size of the raw material for synthesizing the silicon carbide powder may be out of the above range.

이어서, 반응 단계(ST20)에서는 탄화규소 분말 합성 원료 즉, 상기 규소원과 탄소원을 혼합한 탄화규소 분말 합성 원료를 가열하여 탄화규소 분말을 형성할 수 있다. 상기 합성 단계(ST20)는 탄화(carbonization) 공정 및 합성(synthesis) 공정으로 구분될 수 있다.Subsequently, in the reaction step (ST20), the silicon carbide powder synthesis raw material, that is, the silicon carbide powder synthesis raw material obtained by mixing the silicon source and the carbon source may be heated to form a silicon carbide powder. The synthesis step ST20 may be divided into a carbonization process and a synthesis process.

상기 탄화 공정에서는 상기 유기 탄소 화합물이 탄화되어 탄소가 생성될 수 있다. 상기 탄화 공정은 약 600℃ 내지 약 1,200℃의 온도에서 진행될 수 있다. 더 자세하게, 상기 탄화 공정은 약 800℃ 내지 약 1,100℃의 온도에서 진행될 수 있다. 상기 고체 탄소원을 탄소원으로 사용하는 경우에는 상기 탄화공정은 진행되지 않을 수 있다.In the carbonization process, the organic carbon compound may be carbonized to generate carbon. The carbonization process may be performed at a temperature of about 600 °C to about 1,200 °C. In more detail, the carbonization process may be performed at a temperature of about 800 °C to about 1,100 °C. When the solid carbon source is used as a carbon source, the carbonization process may not proceed.

이후, 상기 합성 공정이 진행된다. 상기 합성 공정에서는 상기 규소원과 고체 탄소원이 반응하거나 또는 상기 규소원과 상기 유기 탄소 화합물이 반응하여, 아래의 반응식 1 및 2의 단계에 따른 반응식 3의 전체 반응식에 의하여 탄화규소 분말이 형성될 수 있다. Thereafter, the synthesis process proceeds. In the synthesis process, the silicon source and the solid carbon source react or the silicon source and the organic carbon compound react to form a silicon carbide powder by the entire reaction formula of Reaction Scheme 3 according to the steps of Reaction Schemes 1 and 2 below. there is.

[반응식 1][Scheme 1]

SiO2(s) + C(s) -> SiO(g) + CO(g) SiO2(s) + C(s) -> SiO(g) + CO(g)

[반응식 2][Scheme 2]

SiO(g) + 2C(s) -> SiC(s) + CO(g)SiO(g) + 2C(s) -> SiC(s) + CO(g)

[반응식 3][Scheme 3]

SiO2(s) + 3C(s) -> SiC(s) + 2CO(g) SiO2(s) + 3C(s) -> SiC(s) + 2CO(g)

상술한 바와 같은 반응이 원활하게 일어날 수 있도록 가열 온도는 약 1,300℃ 이상일 수 있다. 이때, 가열 온도를 약 1,300℃ 내지 약 1,900℃로 함으로써 제조되는 탄화규소 분말이 저온 안정상인 베타상을 가지도록 할 수 있다. 이러한 베타상은 미세한 입자로 이루어져서 탄화규소 분말의 강도 등을 향상할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 가열 온도를 약 1,900℃를 초과하도록 하여 탄화규소 분말이 고온 안정상인 알파상을 가질 수도 있음은 물론이다. 상기 합성 공정은 약 2시간 내지 4시간 동안 진행될 수 있다.The heating temperature may be about 1,300° C. or higher so that the above-described reaction can occur smoothly. At this time, the silicon carbide powder produced by setting the heating temperature to about 1,300° C. to about 1,900° C. may have a beta phase, which is a low-temperature stable phase. The beta phase may be formed of fine particles to improve the strength of the silicon carbide powder. However, the embodiment is not limited thereto, and the silicon carbide powder may have an alpha phase, which is a high-temperature stable phase, by setting the heating temperature to exceed about 1,900°C. The synthesis process may be performed for about 2 to 4 hours.

이하, 제조예들 및 비교예들에 따른 탄화규소 분말의 제조 방법을 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 제조예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 제조예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through a method for producing silicon carbide powder according to Preparation Examples and Comparative Examples. These manufacturing examples are merely presented as examples in order to explain the present invention in more detail. Therefore, the present invention is not limited to these preparation examples.

제조예 1Preparation Example 1

10g의 퓸드 실리카(fumed silica) 및 10g의 페놀수지를 혼합하여 혼합물을 형성하였다. 이때 상기 페놀수지는 탄화 공정 후 탄소 잔존률이 약 60%이었고, 점도는 500 cps이었다.10 g of fumed silica and 10 g of phenolic resin were mixed to form a mixture. At this time, the phenolic resin had a carbon residual rate of about 60% after the carbonization process, and a viscosity of 500 cps.

이때, 상기 혼합물의 밀도는 약 1.2g/㎤이었고, 혼합물의 기공 크기는 약 500㎛이었다,At this time, the density of the mixture was about 1.2 g / ㎤, the pore size of the mixture was about 500㎛,

또한, 상기 혼합물의 형상은 구형이었다.In addition, the shape of the mixture was spherical.

이후, 도가니 500φ × 100H에 원료를 투입하고, 장입량을 측정하였다.Then, the raw material was put into the crucible 500φ × 100H, and the charging amount was measured.

혼합장치는 패스트 밀(past mill)을 사용하여 130rpm으로 3분간 작동하여 혼합하였다.The mixing device was mixed by operating at 130 rpm for 3 minutes using a fast mill.

이후, 상기 혼합물 1은 승온 온도를 3℃/min으로 하여 약 800℃의 온도에서 1시간 동안 탄화공정으로 거쳐, 승온 온도를 10℃/min으로 하여 약 1,650℃의 온도에서 약 3시간 동안 합성공정을 거쳐, 탄화규소 분말을 형성하였다.Thereafter, the mixture 1 is subjected to a carbonization process for 1 hour at a temperature of about 800°C at a temperature increase of 3°C/min, and a synthesis process at a temperature of about 1,650°C for about 3 hours at a temperature increase of 10°C/min. Through this, a silicon carbide powder was formed.

반응 분위기는 초기 진공도 5 × 10-2 Torr 이하에서 시작하여 저속 로타리 펌프를 가동하며 진행된다.The reaction atmosphere starts at an initial vacuum degree of 5 × 10 -2 Torr or less and proceeds by operating a low-speed rotary pump.

이후. 제조된 탄화규소 분말을 주사전자현미경으로 관찰하였다.after. The prepared silicon carbide powder was observed with a scanning electron microscope.

제조예 2Preparation 2

혼합물의 기공 크기가 약 1㎝이고, 혼합물의 형상이 다각형이었다는 점을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 탄화규소 분말을 제조하였다.A silicon carbide powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the pore size of the mixture was about 1 cm and the shape of the mixture was polygonal.

제조예 3Preparation 3

혼합물의 밀도는 약 0.8g/㎤이고 혼합물의 기공 크기가 약 1㎝였다는 점을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 탄화규소 분말을 제조하였다.A silicon carbide powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the density of the mixture was about 0.8 g/cm 3 and the pore size of the mixture was about 1 cm.

비교예 1Comparative Example 1

혼합물의 밀도는 약 0.2g/㎤이고 혼합물의 기공 크기가 약 나노 미터 크기였다는 점을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 탄화규소 분말을 제조하였다.A silicon carbide powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the density of the mixture was about 0.2 g/cm 3 and the pore size of the mixture was about nanometers.

비교예 2Comparative Example 2

혼합물의 밀도는 약 1.7g/㎤이고 혼합물의 기공 크기가 약 450㎛였다는 점을 제외하고는 제조예 1과 동일하게 탄화규소 분말을 제조하였다.A silicon carbide powder was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the density of the mixture was about 1.7 g/cm 3 and the pore size of the mixture was about 450 μm.

장입량(㎏)Loading (kg) 진공 공정 시간(sec)Vacuum process time (sec) 제조예 1Preparation Example 1 44 10001000 제조예 2Preparation 2 44 10001000 제조예 3Preparation 3 2.52.5 10001000 비교예 1Comparative Example 1 1One 36003600 비교예 2Comparative Example 2 55 10001000

표 1, 도 4 내지 도 8을 참조하면, 제조예 1 내지 제조예 3의 경우 도가니 내에 보다 많은 원료를 장입할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 밀도가 높아 비산의 문제를 줄일 수 있어 진공 공정시간이 단축되는 것을 알 수 있다. 또한, 충분한 기공 크기를 통해 반응 가스들이 원활하게 배출될 수 있어 탄화규소 분말 합성이 빠른 승온 온도에서 원활하게 이루어지는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1 and FIGS. 4 to 8 , in the case of Preparation Examples 1 to 3, it can be seen that more raw materials can be charged into the crucible. In addition, it can be seen that the high density can reduce the problem of scattering, thereby shortening the vacuum process time. In addition, it can be seen that the reaction gases can be smoothly discharged through a sufficient pore size, so that the silicon carbide powder synthesis is smoothly performed at a rapidly elevated temperature.

반면에, 비교예 1의 경우 원료의 밀도가 작아 도가니 내에 장입되는 장입량이 제조예에 비해 작아지는 것을 알 수 있다. 또한, 작은 밀도로 인해 비산이 발생하여 진공 공정 시간이 늘어나는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of Comparative Example 1, it can be seen that the density of the raw material is small, so that the amount charged into the crucible is smaller than that of the Preparation Example. In addition, it can be seen that scattering occurs due to the small density, thereby increasing the vacuum process time.

또한, 비교예 2의 경우, 장입량이 늘어나고 진공 공정 시간은 단축되나, 작은 기공 크기로 인해 반응 가스들이 원활하게 배출되지 못해, 탄화규소 분말 합성을 빠른 승온 온도에서 진행할 수 없는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of Comparative Example 2, it can be seen that the charging amount is increased and the vacuum process time is shortened, but the reaction gases are not smoothly discharged due to the small pore size, so that the silicon carbide powder synthesis cannot be proceeded at a rapidly elevated temperature.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. Features, structures, effects, etc. described in the above-described embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified for other embodiments by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, although the embodiments have been mainly described above, these are merely examples and do not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are exemplified above in a range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It can be seen that various modifications and applications that have not been made are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be implemented by modification. And the differences related to these modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

Claims (3)

탄소원 및 규소원을 포함하고,
밀도가 0.2g/㎤ 내지 1.5g/㎤인 입자를 포함하고,
인접하는 입자들 사이에 형성되는 기공을 포함하되,
상기 기공의 크기는 상기 인접하는 입자들 사이의 최대 거리로 정의되고,
상기 기공은 1,100㎛ 내지 5㎝ 크기이고,
상기 입자는 110㎛ 내지 200㎜의 크기를 가지는 탄화규소 분말 합성 원료.
comprising a carbon source and a silicon source;
It contains particles having a density of 0.2 g/cm 3 to 1.5 g/cm 3 ,
Including pores formed between adjacent particles,
The size of the pores is defined as the maximum distance between the adjacent particles,
The pores are 1,100㎛ to 5㎝ in size,
The particle is a silicon carbide powder synthetic raw material having a size of 110㎛ to 200㎜.
청구항 1에 있어서,
상기 규소원에 포함된 규소에 대한 탄소원에 포함된 탄소의 몰(mole)비는 1:1.5 내지 1:3인 탄화규소 분말 합성 원료.
The method according to claim 1,
The molar ratio of carbon contained in the carbon source to the silicon contained in the silicon source is 1:1.5 to 1:3 of silicon carbide powder synthetic raw material.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 규소원은 실리카 분말, 실리카 솔, 실리카 겔, 석영 분말 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 탄소원은 페놀, 프랑, 자일렌, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐아세테이트 중 적어도 어느 하나를 포함하는 탄화규소 분말 합성 원료.
The method according to claim 1 or 2,
The silicon source includes at least one of silica powder, silica sol, silica gel, and quartz powder,
The carbon source is a silicon carbide powder synthetic raw material comprising at least one of phenol, franc, xylene, polyimide, polyurethane, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, and polyvinyl acetate.
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