RU2240979C2 - Silicon carbide production process - Google Patents
Silicon carbide production process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2240979C2 RU2240979C2 RU2002126343/15A RU2002126343A RU2240979C2 RU 2240979 C2 RU2240979 C2 RU 2240979C2 RU 2002126343/15 A RU2002126343/15 A RU 2002126343/15A RU 2002126343 A RU2002126343 A RU 2002126343A RU 2240979 C2 RU2240979 C2 RU 2240979C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- silicon carbide
- mixture
- nitrogen
- carbon
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области производства абразивных материалов и может быть использовано при получении карбида кремния.The invention relates to the production of abrasive materials and can be used to obtain silicon carbide.
Известен способ получения карбида кремния путем карботермического восстановления в соответствии с уравнением SiO2+3C=SiC+2СО(-1120 кал). Процесс образования карбида кремния заключается во взаимодействии оксида кремния и углерода при температуре 2200-2300°С (И.С.Кайнарский, Э.В.Дегтерева "Карборундовые огнеупоры", Металлургиздат, 1963, стр.9-14).A known method of producing silicon carbide by carbothermic reduction in accordance with the equation SiO 2 + 3C = SiC + 2CO (-1120 cal). The process of silicon carbide formation consists in the interaction of silicon oxide and carbon at a temperature of 2200-2300 ° С (I.S. Kainarsky, E.V. Degtereva "Carborundum refractories", Metallurgizdat, 1963, pp. 9-14).
Недостатками известного способа являются низкая чистота и невысокий выход конечного продукта, которые являются следствием следующих процессов: во-первых, образующийся в качестве промежуточного продукта в процессе карботермического восстановления монооксид кремния SiO не успевает полностью прореагировать и в значительных количествах уносится с печными газами, вызывая потери кремния и загрязняя окружающую среду; во-вторых, в интервале температур 1800-2000°С происходит разложение карбида кремния на кремний и углерод, что также увеличивает потери карбида кремния. Таким образом, получают технический карбид кремния, загрязненный примесями углерода, оксида кремния (кварц, кристалит и т.д.) с выходом 15-20%.The disadvantages of this method are the low purity and low yield of the final product, which are the result of the following processes: firstly, silicon monoxide SiO formed as an intermediate product in the process of carbothermic reduction does not have time to completely react and is carried away in significant amounts with furnace gases, causing silicon losses and polluting the environment; secondly, in the temperature range 1800–2000 ° С, silicon carbide decomposes into silicon and carbon, which also increases the loss of silicon carbide. Thus, technical silicon carbide is obtained, contaminated with impurities of carbon, silicon oxide (quartz, crystallite, etc.) with a yield of 15-20%.
Известен способ получения карбида кремния путем электронагрева природной горной породы - шунгита, содержащего оксид кремния и углерод, при 1600-1800°С в вакуумной печи при остаточном давлении в ее рабочем пространстве 0,25-1,3 кПа (Патент РФ №2163563, МПК C 01 B 31/36, 2001 г.).A known method of producing silicon carbide by electric heating of natural rock - shungite containing silicon oxide and carbon, at 1600-1800 ° C in a vacuum furnace with a residual pressure in its working space of 0.25-1.3 kPa (RF Patent No. 2163563, IPC C 01 B 31/36, 2001).
Недостатком способа является также невысокий выход конечного продукта (около 30%), который обусловлен тем, что в процессе нагрева шунгита при непрерывном удалении выделяющегося монооксида углерода из рабочего пространства печи вместе с ним удаляется и монооксид кремния, что неизбежно ведет к потерям по кремнию.The disadvantage of this method is the low yield of the final product (about 30%), which is due to the fact that during the heating of schungite while continuously removing the released carbon monoxide from the furnace working space, silicon monoxide is also removed with it, which inevitably leads to silicon losses.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения карбида кремния, который бы обеспечивал высокий выход конечного продукта наряду с его высокой чистотой.Thus, the authors were faced with the task of developing a method for producing silicon carbide, which would ensure a high yield of the final product along with its high purity.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения карбида кремния, включающем высокотемпературный нагрев кремний- и углеродсодержащего сырья, в котором нагрев ведут в атмосфере азота при давлении 0,049-0,13М Па или токе азота со скоростью 0,5-3,3 л/час.The problem is solved in the proposed method for producing silicon carbide, including high-temperature heating of silicon and carbon-containing raw materials, in which heating is carried out in a nitrogen atmosphere at a pressure of 0.049-0.13 M Pa or a stream of nitrogen at a speed of 0.5-3.3 l / h.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения карбида кремния, в котором высокотемпературный нагрев ведут в атмосфере или токе азота в заявляемых пределах давления или скорости, соответственно.Currently, from the patent and scientific literature there is no known method for producing silicon carbide, in which high-temperature heating is carried out in an atmosphere or a stream of nitrogen in the claimed pressure or speed limits, respectively.
В предлагаемом способе в качестве исходного сырья могут быть использованы либо смесь кремнийсодержащего сырья и углерода, например смесь кварцевой породы и сажи или техногенные отходы, например смесь золы и углерода (сажи и т.п.), либо кремний-углеродсодержащее сырье, например шунгит. Ведение процесса в атмосфере или токе азота практически полностью исключает потери кремния за счет образования монооксида кремния, так как происходит образование азотсодержащих соединений кремния типа оксинитридов кремния (Si2ON2), которые являются нелетучими промежуточными продуктами взаимодействия оксида кремния и углерода в среде азота, что позволяет значительно снизить потери кремния. При этом ведение нагрева при давлении ниже, чем 0.049 МПа или скорости подачи азота меньше, чем 0,5 л/час, приводит к появлению промежуточных соединений кремния, которые в дальнейшем загрязняют конечный продукт. При этом ведение нагрева при давлении выше, чем 0,13 МПа или скорости подачи азота больше, чем 3,3 л/час, приводит к неоправданному перерасходу азота и электроэнергии, не улучшая рабочие характеристики конечного продукта.In the proposed method, either a mixture of silicon-containing raw materials and carbon, for example, a mixture of quartz rock and soot, or industrial waste, such as a mixture of ash and carbon (soot, etc.), or silicon-carbon-containing raw materials, for example shungite, can be used as feedstock. The process in the atmosphere or in a stream of nitrogen almost completely eliminates the loss of silicon due to the formation of silicon monoxide, since the formation of nitrogen-containing silicon compounds such as silicon oxynitrides (Si 2 ON 2 ), which are non-volatile intermediate products of the interaction of silicon oxide and carbon in a nitrogen environment, which can significantly reduce the loss of silicon. At the same time, heating at a pressure lower than 0.049 MPa or a nitrogen feed rate of less than 0.5 l / h leads to the appearance of intermediate silicon compounds, which further pollute the final product. At the same time, heating at a pressure higher than 0.13 MPa or a nitrogen feed rate of more than 3.3 l / h leads to unjustified overspending of nitrogen and electricity without improving the performance of the final product.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Исходное сырье - смесь кремнийсодержащего сырья и углерода, например смесь кварцевой породы и сажи, или кремнийуглеродсодержащее сырье, например шунгит, тщательно перемешивают и загружают в нагревательный аппарат, например печь ТВВ-4 или проходную электропечь непрерывного действия, в который подают газообразный азот в количестве, необходимом для создания в рабочем пространстве печи давления, равного 0,049-0,13 МПа, или в случае, если печь проходная, со скоростью 0,5-3,3 л/час. Исходную смесь используют в насыпном виде или таблетированную и нагревают при температуре 1600-1900°С в течение 3-8 часов. Затем полученный продукт охлаждают и анализируют химическим и рентгенофазовым методами анализа.The proposed method can be implemented as follows. The feedstock is a mixture of silicon-containing raw materials and carbon, such as a mixture of quartz rock and soot, or silicon-carbon-containing raw materials, such as shungite, are thoroughly mixed and loaded into a heating apparatus, such as a TVB-4 furnace or a continuous electric furnace through which nitrogen gas is supplied in an amount necessary to create a pressure in the working space of the furnace equal to 0.049-0.13 MPa, or if the furnace is continuous, at a speed of 0.5-3.3 l / h. The initial mixture is used in bulk or tabletted and heated at a temperature of 1600-1900 ° C for 3-8 hours. Then the resulting product is cooled and analyzed by chemical and x-ray phase analysis methods.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.
Пример 1. Берут смесь следующего состава (вес.%): SiO2 - 62,5; С (сажа) - 37,5. Смесь тщательно перемешивают и полученную порошковую смесь помещают в графито-трубчатую печь, в рабочее пространство которой подают азот для создания давления 0,049 МПа. Смесь нагревают при температуре 1600°С в течение 8 часов. Полученный продукт охлаждают. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный продукт: чистый карбид кремния SiC с параметрами решетки α=0,4355 Hм. Примеси отсутствуют.Example 1. Take a mixture of the following composition (wt.%): SiO 2 - 62.5; C (soot) - 37.5. The mixture is thoroughly mixed and the resulting powder mixture is placed in a graphite-tube furnace, into the working space of which nitrogen is supplied to create a pressure of 0.049 MPa. The mixture is heated at a temperature of 1600 ° C for 8 hours. The resulting product is cooled. According to the data of chemical and x-ray phase analyzes, a single-phase product is obtained: pure silicon carbide SiC with lattice parameters α = 0.4355 Nm. There are no impurities.
Пример 2. Берут смесь следующего состава (вес.%): SiO2 - 62,5; С (сажа) - 37,5. Смесь тщательно перемешивают и полученную порошковую смесь помещают в графитотрубчатую печь, в рабочее пространство которой подают азот для создания давления 0,13 МПа. Смесь нагревают при температуре 1900°С в течение 3 часов. Полученный продукт охлаждают. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный продукт: чистый карбид кремния SiC с параметрами решетки α=0,4354 Нм. Примеси отсутствуют.Example 2. Take a mixture of the following composition (wt.%): SiO 2 - 62.5; C (soot) - 37.5. The mixture is thoroughly mixed and the resulting powder mixture is placed in a graphite tube furnace, into the working space of which nitrogen is supplied to create a pressure of 0.13 MPa. The mixture is heated at a temperature of 1900 ° C for 3 hours. The resulting product is cooled. According to chemical and x-ray phase analysis, a single-phase product is obtained: pure silicon carbide SiC with lattice parameters α = 0.4354 Nm. There are no impurities.
Пример 3. Берут смесь следующего состава (вес.%): SiO2 - 62,5; С (сажа) – 37,5. Смесь тщательно перемешивают и полученную порошковую смесь помещают в проходную печь, рабочее пространство которой продувают азотом со скоростью 0,5 л/час. Смесь нагревают при температуре 1600°С в течение 8 часов. Полученный продукт охлаждают. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный продукт: чистый карбид кремния SiC с параметрами решетки α=0,4353 Нм. Примеси отсутствуют.Example 3. Take a mixture of the following composition (wt.%): SiO 2 - 62.5; C (soot) - 37.5. The mixture is thoroughly mixed and the resulting powder mixture is placed in a continuous furnace, the working space of which is purged with nitrogen at a rate of 0.5 l / h. The mixture is heated at a temperature of 1600 ° C for 8 hours. The resulting product is cooled. According to chemical and x-ray phase analysis, a single-phase product is obtained: pure silicon carbide SiC with lattice parameters α = 0.4353 Nm. There are no impurities.
Пример 4. Берут смесь следующего состава (вес.%): SiO2 - 62,5; С (сажа) - 37,5. Смесь тщательно перемешивают и полученную порошковую смесь помещают в проходную печь, рабочее пространство которой продувают азотом со скоростью 3,3 л/час. Смесь нагревают при температуре 1900°С в течение 3 часов. Полученный продукт охлаждают. По данным химического и рентгенофазового анализов получают однофазный продукт: чистый карбид кремния SiC с параметрами решетки α=0,4354 Нм. Примеси отсутствуют.Example 4. Take a mixture of the following composition (wt.%): SiO 2 - 62.5; C (soot) - 37.5. The mixture is thoroughly mixed and the resulting powder mixture is placed in a continuous furnace, the working space of which is purged with nitrogen at a rate of 3.3 l / h. The mixture is heated at a temperature of 1900 ° C for 3 hours. The resulting product is cooled. According to chemical and x-ray phase analysis, a single-phase product is obtained: pure silicon carbide SiC with lattice parameters α = 0.4354 Nm. There are no impurities.
Предлагаемый способ позволяет повысить выход карбида кремния. Так при нагреве исходной смеси при температуре 1600°С в атмосфере азота в соответствии с предлагаемым способом весовой процент соединений кремния составляет 39,75%, а при нагреве исходной смеси при температуре 1600°С в вакууме в соответствии с известным способом весовой процент соединений кремния составляет 20,83%. При нагреве исходной смеси при температуре 1700°С в атмосфере азота в соответствии с предлагаемым способом или вакууме в соответствии с известным способом весовой процент соединений кремния составляет 63,35 или 23,01, соответственно.The proposed method allows to increase the yield of silicon carbide. So when heating the starting mixture at a temperature of 1600 ° C in a nitrogen atmosphere in accordance with the proposed method, the weight percent of silicon compounds is 39.75%, and when heating the starting mixture at a temperature of 1600 ° C in vacuum in accordance with the known method, the weight percent of silicon compounds is 20.83%. When the initial mixture is heated at a temperature of 1700 ° C in a nitrogen atmosphere in accordance with the proposed method or vacuum in accordance with the known method, the weight percent of silicon compounds is 63.35 or 23.01, respectively.
Таким образом, предлагаемый способ получения карбида кремния позволяет повысить чистоту и выход конечного продукта.Thus, the proposed method for producing silicon carbide can improve the purity and yield of the final product.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002126343/15A RU2240979C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Silicon carbide production process |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002126343/15A RU2240979C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Silicon carbide production process |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002126343A RU2002126343A (en) | 2004-06-10 |
RU2240979C2 true RU2240979C2 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002126343/15A RU2240979C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Silicon carbide production process |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2240979C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2574450C1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-02-10 | Российская Федерация в лице которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method for obtaining polydisperse silicon carbide powder |
-
2002
- 2002-10-02 RU RU2002126343/15A patent/RU2240979C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2574450C1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-02-10 | Российская Федерация в лице которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method for obtaining polydisperse silicon carbide powder |
RU2779960C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-09-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Method for producing silicon carbide |
RU2799378C1 (en) * | 2022-08-19 | 2023-07-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method for producing silicon carbide powder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5466455B2 (en) | Method for producing silicon carbide | |
JPH10500933A (en) | Method for producing silicon carbide | |
KR20110112334A (en) | Method for producing high-purity silicon nitride | |
WO2014132561A1 (en) | Method for producing silicon carbide and silicon carbide | |
RU2240979C2 (en) | Silicon carbide production process | |
RU2327639C2 (en) | Method of producing high purity silicon | |
JPS6227316A (en) | Production of fine power of high purity silicon carbide | |
US4582696A (en) | Method of making a special purity silicon nitride powder | |
JPH06298515A (en) | Alpha-silicon carbide and its production | |
JPS5930645B2 (en) | Manufacturing method of high purity α-type silicon nitride | |
RU2789998C1 (en) | Method for obtaining silicon carbide | |
JPH0227318B2 (en) | ||
JPH02180710A (en) | Preparation of finely powdered alpha- or beta- silicon carbide | |
RU2169701C2 (en) | Method of production of silicon beta-carbide | |
JPS63147811A (en) | Production of fine sic powder | |
RU2071938C1 (en) | Method of silicon carbide producing | |
JP2632816B2 (en) | Method for producing silicon nitride | |
SU1333229A3 (en) | Method of producing silicon | |
JPS61136904A (en) | Production of composite fine powder of silicon nitride and silicon carbide | |
RU2574450C1 (en) | Method for obtaining polydisperse silicon carbide powder | |
JPS62212213A (en) | Production of beta-silicon carbide | |
JPH066485B2 (en) | Method for producing silicon carbide | |
RU2100317C1 (en) | Method of producing the material based on titanium refractory compound containing silicon carbide | |
JPS61127615A (en) | Production of silicon carbide powder | |
JP2604753B2 (en) | Method for producing silicon carbide whiskers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071003 |