WO2023282136A1 - 一酸化珪素の製造方法 - Google Patents

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WO2023282136A1
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gas
powder
sio
mixed
silicon
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健 大橋
秀二 田中
宏文 福岡
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信越化学工業株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D7/00—Sublimation
    • B01D7/02—Crystallisation directly from the vapour phase

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing silicon monoxide.
  • SiO silicon monoxide
  • metal silicon powder hereinafter also referred to as “Si” or “Si powder”
  • silica powder hereinafter referred to as , SiO 2 or SiO 2 powder
  • the SiO gas is vapor-deposited on a vapor deposition plate, cooled, and solidified into bulk SiO.
  • SiO gas In order to generate SiO gas, it is necessary to increase the number of contact points between Si/SiO 2 powders, and the fine powders are mixed and granulated or compacted in some way to increase the contact points to promote the reaction.
  • a higher reaction temperature is desirable, but if the reaction temperature is too high, the metallic silicon Si will melt, making it difficult to retain the liquid.
  • it is effective to press the powders strongly, but there is a limit because both Si and SiO 2 are ceramics and do not deform.
  • Non-Patent Document 1 SiO 2 +C ⁇ SiO + CO (2) SiO+C ⁇ Si+CO (3) SiO 2 +2C ⁇ Si+2CO It is desirable to stop at the above step (1) of C reduction of SiO 2 and extract only SiO.
  • the processes (1) to (3) occur continuously in the reducing furnace, and the generated SiO gas undergoes the reaction (2) immediately in the molten metal to generate molten Si.
  • Patent Documents 8 and 9 methods for producing fine SiO 2 or composite oxides of fine SiO 2 + another oxide by explosive combustion of Si and O 2 are disclosed in the following prior art documents (Patent Documents 8 and 9).
  • Patent Document 9 it is devised that "metallic silicon powder is supplied into an oxygen-containing gas stream and burned to form silicon dioxide powder having an average particle size of 0.01 to 10 ⁇ m", and fine SiO 2 powder. is already known.
  • Patent Documents 10 and 11 SiO generation by an explosive combustion method and SiN x generation via SiO are also disclosed (Patent Documents 10 and 11), but the conditions are not specifically described, and the details of the technology are unknown. is. Moreover, in Patent Document 10, SiO is generated in a plasma jet, which is completely different from the generation reaction in a flame containing O 2 . In Patent Document 11, SiO generation by oxidation in flame and SiNx generation by flame nitridation in the next step are continuously performed, and it is not known whether only SiO can be extracted by flame oxidation.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly productive method for producing silicon monoxide by controlling the O 2 concentration during the explosive combustion reaction.
  • the present invention provides a method for producing silicon monoxide (SiO), which comprises a method of producing silicon monoxide ( SiO), comprising: An operation A of supplying the mixed powder to a combustion device using a first mixed gas containing oxygen gas and an inert gas as a carrier; 2, forming a flame, and reacting the silicon (Si) component derived from the metal silicon (Si) powder with the oxygen gas in the flame to obtain a product.
  • the operation B when the operation B is performed, the operation A is also performed at the same time, and the amount of the metal silicon (Si) powder supplied to the combustion device, the oxygen gas contained in the first mixed gas, and the second mixed gas
  • the reaction of the silicon (Si) component and the oxygen gas is performed under conditions where silicon monoxide (SiO) powder is generated.
  • a method for producing (SiO) is provided.
  • SiO powder is efficiently produced by oxidation reaction of Si powder or a mixed powder of Si powder and SiO2 powder in an air stream, which is very productive compared to the conventional solid-phase contact reaction method. be able to generate.
  • the combustion device contains oxygen gas and an inert gas for controlling oxygen diffusion into the metallic silicon (Si) powder or mixed powder of metallic silicon (Si) powder and silica (SiO 2 ) powder.
  • An operation C of supplying a third mixed gas or an inert gas may be further provided, and when the operation B is performed, the operation C may also be performed at the same time.
  • the gas for controlling oxygen diffusion into Si powder or mixed powder of Si powder and SiO2 powder can control the generation of SiO powder with higher precision.
  • the combustible gas contained in the second mixed gas can contain hydrocarbon.
  • the combustible gas contained in the second mixed gas may contain hydrogen.
  • the SiO contained in the product can be extracted by sublimation by heating the product at a temperature of 1100°C or higher and 1500°C or lower.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • SiO powder is efficiently produced by an oxidation reaction in an airflow of Si powder or a mixed powder of Si powder and SiO2 powder, which is very productive compared to the conventional solid-phase contact reaction method. be able to generate.
  • SiO produced by the method for producing SiO of the present invention can be used as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries, in addition to glass and plastic coating applications.
  • such a negative electrode material can be widely used as a high-capacity negative electrode material for mobile devices such as smartphones and smart watches, and batteries for electric vehicles.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a combustion apparatus that can be used in the method for producing SiO of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of a combustion apparatus that can be used in the SiO production method of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing still another example of a combustion apparatus that can be used in the method for producing SiO of the present invention.
  • 1 is a binary phase diagram of Si—O; FIG.
  • the conventional solid-phase contact method has limitations in the efficient production of SiO.
  • SiO is very important as a negative electrode material for improving the performance of lithium ion secondary batteries in the future, and its application is expanding. Therefore, an efficient manufacturing method and SiO production maintaining a low disproportionation state are desired.
  • the present invention relates to a method for producing silicon monoxide (SiO), wherein metallic silicon (Si) powder or a mixed powder of metallic silicon (Si) powder and silica powder (SiO 2 ), which is a raw material, is mixed with oxygen gas.
  • Operation A of supplying a first mixed gas containing an active gas as a carrier to a combustion device, and supplying a second mixed gas containing a combustible gas, an oxygen gas and an inert gas to the combustion device.
  • the silicon (Si) A method for producing silicon monoxide (SiO), characterized in that a reaction between a component and oxygen gas is carried out under conditions that generate silicon monoxide (SiO) powder.
  • the combustion device contains oxygen gas and an inert gas for controlling diffusion of oxygen into the metallic silicon (Si) powder or mixed powder of metallic silicon (Si) powder and silica (SiO 2 ) powder. 3, or the operation C of supplying the inert gas, and the operation C may be performed at the same time as the operation B is performed.
  • FIG. 4 shows a binary phase diagram of Si—O.
  • the temperature In order to turn SiO2 into a gas phase, it is necessary to raise the temperature to over 2,860°C. This is the lower temperature limit for SiO gas phase formation. Therefore, it is sufficient if the temperature can be raised above this temperature in an oxidizing atmosphere.
  • the raw material is a mixed powder of Si powder and SiO 2 powder
  • the contact sublimation reaction between solid phases originally occurs sufficiently at 1,300° C. or higher.
  • the vapor pressures of Si and SiO2 In the temperature field raised to 1,860°C or higher, as in the present invention, the vapor pressures of Si and SiO2 are different, but reactions occur sufficiently whether they are liquid droplets or vapor gas, and SiO is formed. be done.
  • FIG. 1 shows an example of a combustion device (combustion reaction device) that is important for realizing the SiO production method of the present invention.
  • the combustion reaction apparatus is not limited to the apparatus shown in FIG. 1, and the method for producing SiO of the present invention can be carried out with any apparatus capable of controlling flame and combustion oxidation.
  • a SiO manufacturing apparatus (combustion apparatus) 100 has a combustion vessel 10 .
  • the combustion vessel 10 is supplied with a supply means 11 for Si powder or a mixed powder of Si powder and SiO 2 powder (illustrated as means for supplying Si powder) and a first mixed gas containing oxygen gas and inert gas.
  • a first gas supply means 12 is connected through a burner 13 .
  • the first gas supply means 12 shows a case where nitrogen gas (N 2 gas) is added to air to form a first mixed gas.
  • the flow rate of the inert gas is adjusted by the added nitrogen gas together with the nitrogen and argon contained in the air.
  • the raw material Si powder or Si powder and SiO 2 powder mixed powder uses the first mixed gas containing oxygen gas and inert gas as a carrier, and the combustion device 100 (the combustion chamber of the combustion device 100 10).
  • the combustion device 100 further includes second gas supply means for supplying a second mixed gas containing a combustible gas, an oxygen gas, and an inert gas to the combustion device 100 (inside the combustion vessel 10 of the combustion device 100).
  • second gas supply means 14 supplies LPG, air, and additional nitrogen gas.
  • the combustion device 100 further includes a third mixed gas containing oxygen gas and an inert gas for controlling oxygen diffusion into the Si powder, or , a third gas supply means for supplying an inert gas.
  • FIG. 1 shows a case where air and additional nitrogen gas are mixed and supplied as the third gas supply means 15 .
  • the combustion apparatus 100 may further include protection gas supply means 16 and 17 for supplying protection gas for purposes such as reducing radiant heat to the furnace wall.
  • protection gas supply means 16 and 17 for supplying protection gas for purposes such as reducing radiant heat to the furnace wall.
  • FIG. 1 shows a case where air and additional nitrogen gas are mixed and supplied as third gas supply means 16 and 17 .
  • the combustion device 100 further comprises a collecting chamber 23 for collecting the generated SiO powder 24 at its lower portion.
  • SiO can be produced using such a combustion apparatus 100 . That is, from the upper center of the combustion apparatus 100, the Si powder or the mixed powder of Si powder and SiO 2 powder is supplied to the first mixed gas by the Si powder or the mixed powder of Si powder and SiO 2 powder by means of supplying means 11 and the first gas supplying means 12. (In the case of FIG. 1, air and additional nitrogen gas) are supplied together with a carrier gas stream (operation A). At this time, the Si powder or the mixed powder of the Si powder and the SiO 2 powder can be, for example, about #200 mesh.
  • a second mixed gas in the case of the example of FIG. 1, a combustible gas consisting of LPG, air, and additional nitrogen gas is supplied from the concentric periphery.
  • the tip of the burner 13 is ignited to form a flame 21 .
  • the Si powder is oxidized in the flame 21 or the mixed powder of the Si powder and the SiO 2 powder is reacted while supplementing the insufficient amount with oxygen gas to oxidize it, and it is rapidly cooled and solidified as SiO gas in the lower part of the device to generate SiO powder ( Operation B).
  • the ratio of the Si powder and the SiO 2 powder mixed powder is preferably Si-rich, and is preferably about 1.5 ⁇ Si/SiO 2 ⁇ 3.
  • a third mixed gas containing oxygen gas and inert gas in the case of FIG.
  • the second mixed gas containing combustible gas, oxygen gas (combustion-supporting O2 gas), and inert gas is supplied to the combustion device to form a flame. It is the main heat source for oxidation of powder or mixed powder of Si powder and SiO2 powder. Then, Si powder (Si fine powder) or Si powder and SiO 2 powder mixed powder as a raw material is combusted with a first mixed gas containing oxygen gas (combustion-supporting O 2 gas) and inert gas as a carrier.
  • the operation A to supply to the device exists in the same combustion device, and the temperature is raised to the SiO gas temperature range described above while adding the heat of oxidation of the Si powder or the mixed powder of Si powder and SiO 2 powder and oxygen gas. SiO is produced.
  • a mixed gas of an inert gas (first mixed gas) is used as a carrier in addition to the combustion-supporting O2 gas in operation A is to control the oxidation reaction of the Si powder or the mixed powder of the Si powder and the SiO2 powder.
  • the carrier gas is only combustion-supporting O 2 gas, an explosive oxidation reaction may occur instantaneously to produce SiO 2 . Therefore, a mixed gas of a combustion-supporting O 2 gas and an inert gas is used to dilute the O 2 concentration to control the oxidation exothermic reaction rate and facilitate the generation of SiO. In order to stop the reaction with SiO without reaching SiO 2 formation, it is necessary not to exceed the explosion limit oxygen concentration of 10%.
  • the first mixed gas a mixed gas of O 2 and N 2 , a mixed gas of O 2 and Ar, or the like whose amount ratio is controlled is desirable.
  • operation B is an operation of supplying a mixed gas (second mixed gas) of combustible gas, oxygen gas (combustible O2 gas) and inert gas to form a flame.
  • This operation is the main heat supply step for converting Si or mixed powder of Si and SiO2 into SiO.
  • a mixed gas of combustible gas and oxygen gas is used. Adjust the amount of heat with (second mixed gas).
  • an inert gas is also added to regulate and control the SiO production rate.
  • the inert gas here may be nitrogen, argon, or the like contained in the air.
  • the combustible gas may be a hydrocarbon gas such as CH 4 or LPG (liquefied natural gas), and of course the hydrocarbon gas is not limited to these. Hydrocarbons such as methane, ethane, propane, acetylene, and propylene are preferable because sufficient combustion heat generation can be obtained, but they are not limited to these.
  • the combustible gas may be hydrogen ( hereinafter referred to as H2) or a mixed gas of H2 and hydrocarbons. The ratio and the like may be determined so that the shape of the flame, such as the amount of heat generated in the flame and the length of the flame, can be adapted to the generation of SiO.
  • Operation B is an essential step for forming a flame and reacting Si powder or Si/ SiO2 mixed powder with O2 gas in the flame to generate SiO.
  • the size of the flame is increased as long as possible, and the Si component is oxidized as slowly as possible in the flame to form SiO while controlling it.
  • Oxidation reaction control particularly depends on the amount of Si powder or Si and SiO 2 mixed powder supplied to the combustion device and the amount of oxygen gas (oxygen gas contained in the first mixed gas and oxygen contained in the second mixed gas by adjusting the ratio to the total amount of gas). Furthermore, it is possible to control the oxidation reaction by optimizing the mixing ratio and type of combustible gas ( hydrocarbon gas, H2, etc.), and the mixing ratio of combustible gas, oxygen gas (combustion-supporting gas), and inert gas. preferable. In other words, since the proper amount of O 2 in the flame changes depending on the Si supply amount, combustible gas species, flow rate, etc., these generation conditions can be adjusted experimentally.
  • the combustion apparatus is equipped with a third mixed gas containing oxygen gas and an inert gas for controlling oxygen diffusion into the Si powder or the mixed powder of Si and SiO2 .
  • it may further comprise an operation C of supplying an inert gas.
  • the amount of Si powder or mixed powder of Si and SiO 2 to be supplied is small, the amount of O 2 required may naturally be small. In that case, if the amount of combustion-supporting O2 gas in operation B is reduced, the flame cannot be optimized. Therefore, the mixed gas in operation B maintains the flame within the adjustment range, and in operation C, the O 2 /inert gas ratio is adjusted to the O 2 less side (the side with less O 2 ) is supplied. Conversely, when the amount of Si powder or mixed powder of Si and SiO 2 supplied is large, the O 2 /inert gas ratio is adjusted to the O 2 -rich side (the O 2 -rich side) in operation C.
  • the supply of the protect gas from the protect gas supply means 16 and 17 supplies a third mixed gas containing oxygen gas and an inert gas or an inert gas for controlling oxygen diffusion to the Si powder. It is also part of the operation C of doing.
  • SiO silicon ion battery
  • SiO produced by the production method of the present invention can be used as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries in addition to glass and plastic coating applications. Furthermore, it can be widely used as a high-capacity negative electrode material for mobile devices such as smartphones and smart watches, and batteries for electric vehicles.
  • SiO can be produced with good productivity by the above - mentioned method. was obtained in some cases.
  • the SiO contained in the product can be extracted by sublimation by heating the product at a temperature of 1100° C. or higher and 1500° C. or lower. Since the temperature at which Si and SiO 2 vaporize is much higher than that of SiO, only the SiO component can be sublimated and extracted by such a method.
  • Example 1 Using the combustion apparatus (combustion reaction apparatus) 100 shown in FIG. 1, SiO was produced according to the production method of the present invention.
  • the combustible gas used in Operation B was LPG. Air was used as the O 2 gas and the inert gas, and the third mixed gas used in operation C was air (that is, a mixed gas containing oxygen gas and nitrogen and argon as inert gases).
  • Si powder supply means 11 2.5 kg/hr of Si powder was supplied from the Si powder supply means 11 .
  • This Si powder was supplied by supplying 1.5 m 3 /hr of a carrier gas (O 2 concentration of 10 vol%), which is a mixture of air and additional N 2 gas, from the first gas supply means 12 (operation A). Also, the burner 13 was ignited.
  • a carrier gas O 2 concentration of 10 vol%, which is a mixture of air and additional N 2 gas
  • SiO powder was generated while controlling the amount of O 2 in the combustion flame 21 .
  • Example 2 The raw material to be supplied was a mixed powder of Si and SiO 2 (ratio 2:1), and was supplied from the supply means 11 at 2.5 kg/hr.
  • the powder was supplied by supplying 1.5 m 3 /hr of a carrier gas (target O 2 concentration of 7 vol%), which is a mixture of air and additional N 2 gas, from the first gas supply means 12 (operation A ).
  • SiO powder was produced while controlling the amount of O 2 in the combustion flame 21 by the same operations A, B, and C as in Example 1 except for this. It was confirmed from the powder XRD pattern of the SiO powder of this example that it was amorphous.
  • Example 3 SiO was manufactured using the SiO manufacturing apparatus 200 shown in FIG.
  • the configuration of the SiO manufacturing apparatus 200 of FIG. 2 is basically the same as that of FIG. 2) is different.
  • Other configurations denoted by the same reference numerals are the same as in FIG.
  • H 2 gas was supplied from the hydrogen gas supply means 34a instead of the hydrocarbon gas (LPG), which is the combustible gas in Example 1, and was used as the main heat source.
  • LPG hydrocarbon gas
  • the flame is mainly controlled in operation B, it is possible to introduce air and additional oxygen gas ( O2 gas) from the air and oxygen gas supply means 34b while mixing with the above H2 ( however, in this embodiment By adjusting, the amount of air introduced was set to zero as described later), and the amount of oxygen in the flame was adjusted.
  • O2 gas additional oxygen gas
  • the protect gas is air+ N2 , and the amount of oxygen in the tank (inside the combustion vessel 10) is adjusted and controlled.
  • the amount of Si powder supplied from the Si powder supply means 11 was set to 2.5 kg/hr, which is the same as in Example 1, and the amount of accompanying carrier gas was set to be the same as in Example 1.
  • 8 Nm 3 /hr of H 2 gas is introduced from the hydrogen gas supply means 34a, and 5 Nm 3 /hr of O 2 gas (0% air in this embodiment) is supplied from the air and oxygen gas supply means 34b to 100 m/hr from the nozzle.
  • a H 2 /O 2 hydrolysis flame was formed, introduced from a coaxial burner with an initial velocity of up to sec.
  • SiO was manufactured using the SiO manufacturing apparatus 300 shown in FIG.
  • the size of the flame 21 formed in the operation B is increased, and the flame reaction of the multi-burner structure is performed so that the SiO generation reaction in the flame can be carried out in a mild and controlled state for a long time. device.
  • the basic structure of the combustion reactor of this embodiment is the same as that of Embodiments 1 and 2, but the second gas supply means (burner device) for operation B is placed on the top of the furnace, and the combustion vessel 10 at the bottom is also equipped with A plurality of second gas supply means (burner devices) such as 44a, 44b, 44c, and 44d were provided in order, the SiO reaction generation zone was lengthened, and the reaction was carried out while controlling the amount of oxygen.
  • the lower burner arrangement of the present invention is not limited to the arrangement shown in FIG.
  • the conditions for operation A are the same as in Example 1.2.
  • the gas conditions for operation B ranged from 0.5 to 1.0 Nm 3 /hr of LPG and from 12 to 24 Nm 3 /hr of the second mixed gas (air), and were selected to be optimal for SiO production.
  • XRD analysis of the produced SiO powder confirmed that it was amorphous with only broad reflections and no Si peak was observed as in Examples 1 and 2.
  • Analysis of the reaction product revealed that SiO was 95% or more, and the balance was unreacted Si powder and SiO 2 powder.
  • the present invention is not limited to the above embodiments.
  • the above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of

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Abstract

本発明は、一酸化珪素を製造する方法であって、原料となる金属珪素粉末または金属珪素粉末とシリカ粉末の混合粉を、酸素ガスと不活性ガスとを含む第１の混合ガスをキャリアとして、燃焼装置に供給する操作Ａと、前記燃焼装置に、可燃性ガスと酸素ガスと不活性ガスとを含む第２の混合ガスを供給して火焔を形成し、該火焔中で前記金属珪素粉末由来の珪素成分と前記酸素ガスを反応させることにより生成物を得る操作Ｂとを有し、前記操作Ｂを行う際に操作Ａも同時に行われ、前記燃焼装置に供給する前記金属珪素粉末の量と、前記第１の混合ガスに含まれる酸素ガス及び前記第２の混合ガスに含まれる酸素ガスの合計量との比を調整することにより、前記珪素成分と酸素ガスの反応を一酸化珪素粉末が生成する条件で行う一酸化珪素の製造方法である。これにより、生産性の高い一酸化珪素の製造方法が提供される。

Description

一酸化珪素の製造方法
　本発明は、一酸化珪素の製造方法に関する。
　従来から良く知られている一酸化珪素（以下では、「ＳｉＯ」とも記述する）の製造は、金属珪素粉（以下では、「Ｓｉ」又は「Ｓｉ粉」とも記述する）とシリカ粉（以下では、ＳｉＯ２もしくはＳｉＯ２粉と記述する）を接触させて、１２００℃以上、１５００℃近くの温度領域で保持して反応させ、ＳｉＯを昇華させて製造する。このような固相反応昇華法は古くから知られており、多くの特許出願がされている（特許文献１から特許文献７）。ＳｉＯには液相が存在しないため、基本的に液相を経由せず、粉体間の接触反応で直接昇華して、ＳｉＯガスとなる。ＳｉＯガスは蒸着板などに蒸着・冷却され、固化してバルクＳｉＯとなる。ＳｉＯガス生成のためには、Ｓｉ／ＳｉＯ２粉体間接触点を多くする必要があり、微粉同士を混合し、何らかの方法で造粒もしくは圧粉体として接触点を増やして反応を促進させる。反応温度は高い方が望ましいが、高くし過ぎると金属珪素Ｓｉが溶融して液の保持が難しくなる。粉体間接触点を増やすには、粉体同士を強く加圧することが有効であるが、ＳｉとＳｉＯ２共にセラミックで変形しないため限度がある。ＳｉＯ２粉及びＳｉ粉の粉末同士の接触点を増やすには、各粉末を細かくすることが有効である。しかし、例えばμｍオーダーの微細粉末にするには、装置やエネルギコストもかかり、かつ、細かくし過ぎるとＳｉ粉は表面酸化し易く粉塵爆発の危険性も増すため、微細化も限界があった。つまり従来の固相間接触法では、反応温度を上げることや粉体接触点を増やす上で限界があるため、ＳｉＯ生成速度に限界があった。
　一方、ＳｉＯ２の還元による金属珪素Ｓｉを得る過程で、ＳｉＯを経由することが知られている（非特許文献１）。例えば、ＳｉＯ２還元炉内では素過程（１）～（３）の順番で、下記のように反応が進むと考えられている。
　　（１）　ＳｉＯ２＋Ｃ　→　ＳｉＯ＋ＣＯ
　　（２）　ＳｉＯ＋Ｃ　→　Ｓｉ＋ＣＯ
　　（３）　ＳｉＯ２＋２Ｃ　→　Ｓｉ＋２ＣＯ
　ＳｉＯ２のＣ還元の上記（１）過程で止めて、ＳｉＯのみを取り出せると望ましい。しかし、還元炉の中で（１）～（３）過程は連続的に起きており、生成したＳｉＯガスは溶湯中で直ちに（２）の反応が起きて、溶融Ｓｉが生成する。（１）過程で止めてＳｉＯのみを取り出すことは難しい。（１）過程の還元炉中に高温耐性のあるパイプを挿入などして、ＳｉＯガスを取り出しすることも原理的には考えられるが、実際に実行された例はない。
　このようにＳｉＯ製造において、従来の固相接触法を越える効率的な製造方法は知られていなかった。
　一方、ＳｉとＯ２の爆発燃焼により微細ＳｉＯ２や微細ＳｉＯ２＋別酸化物の複合酸化物などを製造する方法は、下記の先行技術文献などにおいて開示されている（特許文献８、９）。例えば、特許文献９では「金属珪素粉末を酸素を含む気流中に供給し、燃焼させて平均粒径０．０１～１０μｍの二酸化珪素粉末を形成する」ことが考案されており、微細ＳｉＯ２粉の製造方法が既に知られている。
　また、爆発燃焼法によるＳｉＯ生成やＳｉＯを経由してＳｉＮｘ生成することについても開示されているが（特許文献１０、１１）、条件が具体的に記載されておらず、技術の細部が不明である。また、特許文献１０ではプラズマジェット中でＳｉＯを生成するものであり、Ｏ２を含む火焔中の生成反応とは全く異なる。特許文献１１では、火焔中での酸化によるＳｉＯ生成と次工程での火焔中窒化によるＳｉＮｘ生成を連続的に行うものであり、火焔中酸化によりＳｉＯのみを取り出せるかどうかは分かっていない。
特開２００１－２２０１２３号公報 特開２００１－２２０１２２号公報 特開２００１－２２０１２５号公報 特開２００２－３７３６５３号公報 特開平６－３２５７６５号公報 特開２０１５－１４９１７１号公報 国際公開第ＷＯ２０１４／１８８８５１号 特開平３－１７０３１９号公報 特開２００３－２２１２１８号公報 特公平４－７９９７５号公報 特公平５－３６３６３号公報
日本金属学会誌　第５２巻、第１０号、１９８８年、９４５～９５３ページ
　上記の先行技術文献から、Ｓｉ粉とＯ２ガスの制御された爆発的酸化反応によってＳｉＯ２を生成しようとすることは既知であるが、制御された爆発的酸化反応による製造法でＳｉＯが生成可能なのかどうかは明らかでない。つまり、爆発的酸化反応は瞬時に起きるため、ＳｉＯで反応を留めることが可能なのかどうかは分かっていなかった。つまりＳｉＯ生成制御についての知見は今まで知られていなかった。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、爆発燃焼反応中でＯ２濃度を制御する事により、生産性の高い一酸化珪素の製造方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明では、一酸化珪素（ＳｉＯ）を製造する方法であって、原料となる金属珪素（Ｓｉ）粉末または金属珪素粉末（Ｓｉ）とシリカ粉末（ＳｉＯ２）の混合粉を、酸素ガスと不活性ガスとを含む第１の混合ガスをキャリアとして、燃焼装置に供給する操作Ａと、前記燃焼装置に、可燃性ガスと酸素ガスと不活性ガスとを含む第２の混合ガスを供給して火焔を形成し、該火焔中で前記金属珪素（Ｓｉ）粉末由来の珪素（Ｓｉ）成分と前記酸素ガスを反応させることにより生成物を得る操作Ｂとを有し、前記操作Ｂを行う際に操作Ａも同時に行われ、前記燃焼装置に供給する前記金属珪素（Ｓｉ）粉末の量と、前記第１の混合ガスに含まれる酸素ガス及び前記第２の混合ガスに含まれる酸素ガスの合計量との比を調整することにより、前記珪素（Ｓｉ）成分と酸素ガスの反応を一酸化珪素（ＳｉＯ）粉末が生成する条件で行うことを特徴とする一酸化珪素（ＳｉＯ）の製造方法を提供する。
　このようなＳｉＯの製造方法では、従来の固相接触反応法と比べて非常に生産性の高いＳｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末の混合粉の気流中酸化反応により、ＳｉＯ粉末を効率的に生成できるようになる。
　このとき、前記燃焼装置に、前記金属珪素（Ｓｉ）粉末または金属珪素（Ｓｉ）粉末とシリカ（ＳｉＯ２）粉末の混合粉への酸素拡散を制御するための、酸素ガスと不活性ガスを含む第３の混合ガス、又は、不活性ガスを供給する操作Ｃをさらに有し、前記操作Ｂを行う際に操作Ｃも同時に行われることとすることができる。
　このように、Ｓｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末の混合粉への酸素拡散を制御するためのガスにより、ＳｉＯ粉末の生成をさらに高精度に制御することができる。
　また、本発明のＳｉＯの製造方法では、前記第２の混合ガスに含まれる可燃性ガスを、炭化水素を含むものとすることができる。
　また、前記第２の混合ガスに含まれる可燃性ガスを、水素を含むものとすることもできる。
　本発明のＳｉＯの製造方法における可燃性ガスとしてはこれらのものを用いることができ、適宜比率を調整して用いることができる。
　また、本発明のＳｉＯの製造方法では、前記生成物を、１１００℃以上１５００℃以下の温度で加熱することにより、前記生成物に含まれるＳｉＯを昇華抽出することができる。
　本発明のＳｉＯの製造方法によって、ＳｉＯ以外の成分である未反応のＳｉや二酸化珪素（ＳｉＯ２）との混合物として生成物が得られた場合には、このような方法によりＳｉＯ成分のみを昇華抽出することができる。これは、ＳｉやＳｉＯ２が気化する温度はＳｉＯよりもはるかに高いためである。
　本発明のＳｉＯの製造方法では、従来の固相接触反応法と比べて非常に生産性の高いＳｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末の混合粉の気流中酸化反応により、ＳｉＯ粉末を効率的に生成できるようになる。本発明のＳｉＯの製造方法により製造したＳｉＯは、ガラスやプラスチックコーティング用途やその他以外に、リチウムイオン二次電池の負極材として用いることができる。また、そのような負極材は、スマートフォンやスマートウォッチ等のモバイル機器、電気自動車の電池などの高容量化負極材として広く用いることができる。
本発明のＳｉＯの製造方法において用いることができる燃焼装置の一例を示す概略断面図である。 本発明のＳｉＯの製造方法において用いることができる燃焼装置の別の一例を示す概略断面図である。 本発明のＳｉＯの製造方法において用いることができる燃焼装置のさらに別の一例を示す概略断面図である。 Ｓｉ－Ｏの二元相図である。
　以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　上記のように、従来の固相接触法ではＳｉＯの効率的な生成には限界があった。ＳｉＯは、今後のリチウムイオン二次電池の高性能化のために、負極材として大変重要で応用が拡大している。そのため効率的な製造方法と低不均化状態を維持したＳｉＯ生成が望まれている。
　上記の先行技術文献から、Ｓｉ粉とＯ２ガスの爆発的酸化反応によるＳｉＯ２を生成しようとすることは既知であるが、爆発的酸化反応による製造法でＳｉＯが生成可能なのかどうかは明らかでない。つまり、爆発的酸化反応は瞬時に起きるため、ＳｉＯで反応を留めることが可能なのかどうかは分かっていない。まして、リチウムイオン二次電池（以下、ＬＩＢと呼ぶ）の負極に適したＳｉＯ生成をすることが可能なのかは知られていない。本発明では、このような既存技術の背景を基に、特に、電池用負極材用途に適した材料特性（不均化程度の低いＳｉＯ）を得られるように、ＳｉＯ材料の製造法を検討し発明をなしたものである。
　本発明は、一酸化珪素（ＳｉＯ）を製造する方法であって、原料となる金属珪素（Ｓｉ）粉末または金属珪素（Ｓｉ）粉末とシリカ粉末（ＳｉＯ２）の混合粉を、酸素ガスと不活性ガスとを含む第１の混合ガスをキャリアとして、燃焼装置に供給する操作Ａと、前記燃焼装置に、可燃性ガスと酸素ガスと不活性ガスとを含む第２の混合ガスを供給して火焔を形成し、該火焔中で前記金属珪素（Ｓｉ）粉末由来の珪素（Ｓｉ）成分と前記酸素ガスを反応させることもしくは珪素（Ｓｉ）成分とシリカ（ＳｉＯ２）と前記酸素ガス由来の酸素により生成物を得る操作Ｂとを有し、前記操作Ｂを行う際に操作Ａも同時に行われ、前記燃焼装置に供給する前記金属珪素（Ｓｉ）粉末の量または金属珪素（Ｓｉ）粉末とシリカ（ＳｉＯ２）粉末の混合粉と、前記第１の混合ガスに含まれる酸素ガス及び前記第２の混合ガスに含まれる酸素ガスの合計量との比を調整することにより、前記珪素（Ｓｉ）成分と酸素ガスの反応を一酸化珪素（ＳｉＯ）粉末が生成する条件で行うことを特徴とする一酸化珪素（ＳｉＯ）の製造方法である。原料として金属珪素（Ｓｉ）粉末とシリカ（ＳｉＯ２）粉末の混合粉を用いる場合、ＳｉＯ２からも酸素が供給されるため、前記第１および第２の混合ガスに含まれる酸素ガスは少なくて済むため、酸素ガス量の調整をより精密に行う事が可能となる。
　また、前記燃焼装置に、前記金属珪素（Ｓｉ）粉末または金属珪素（Ｓｉ）粉末とシリカ（ＳｉＯ２）粉末の混合粉への酸素拡散を制御するための、酸素ガスと不活性ガスを含む第３の混合ガス、又は、不活性ガスを供給する操作Ｃをさらに有し、前記操作Ｂを行う際に操作Ｃも同時に行われることとしてもよい。
　図４にＳｉ－Ｏの２元相図を示す。Ｓｉ：Ｏ＝１：１のところで、ＳｉＯガス相が１，８６０℃まで食い込んでいる。ＳｉＯ２をガス相とするには、２，８６０℃を超える温度まで昇温する必要があるのに比較すると、ＳｉＯをガス相とするのは、１，０００℃低い温度でよく、この温度がＳｉＯガス相生成の温度下限である。従って、酸化雰囲気で該温度以上に昇温できれば良いことになる。原料がＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉の場合、元々固相同士の接触昇華反応は１，３００℃以上で十分起きる。本発明のような１，８６０℃以上に昇温された温度場の中で、ＳｉとＳｉＯ２のそれぞれの蒸気圧は異なるが、液滴であれ蒸気ガスであれ十分反応は起き、ＳｉＯが形成される。
　図１に、本発明のＳｉＯの製造方法を実現するために重要な、燃焼装置（燃焼反応装置）の一例を示した。もちろん燃焼反応装置は図１に示した装置に限定されるものでなく、火焔と燃焼酸化制御ができる装置であれば、本発明のＳｉＯの製造方法を実施できる。
　ＳｉＯの製造装置（燃焼装置）１００は、燃焼容器１０を有している。この燃焼容器１０には、Ｓｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉の供給手段１１（Ｓｉ粉末の供給手段として図示）と、酸素ガスと不活性ガスとを含む第１の混合ガスを供給する第１のガス供給手段１２がバーナー１３を通じてつながっている。図１中では、第１のガス供給手段１２として、空気に窒素ガス（Ｎ２ガス）を加えて第１の混合ガスとする場合を示している。この場合、不活性ガスは、空気に含まれる窒素やアルゴンとともに、追加された窒素ガスによって流量が調整される。これらの構成要素によって、原料となるＳｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉が、酸素ガスと不活性ガスとを含む第１の混合ガスをキャリアとして、燃焼装置１００（燃焼装置１００の燃焼容器１０の内部）に供給される。
　燃焼装置１００は、さらに、燃焼装置１００（燃焼装置１００の燃焼容器１０の内部）に、可燃性ガスと酸素ガスと不活性ガスとを含む第２の混合ガスを供給する第２のガス供給手段１４を具備する。図１中には、第２のガス供給手段１４として、ＬＰＧと、空気及び追加窒素ガスを供給する場合を示している。
　燃焼装置１００は、さらに、燃焼装置１００（燃焼装置１００の燃焼容器１０の内部）に、Ｓｉ粉末への酸素拡散を制御するための、酸素ガスと不活性ガスを含む第３の混合ガス、又は、不活性ガスを供給する第３のガス供給手段を具備してもよい。図１中には、第３のガス供給手段１５として、空気及び追加窒素ガスを混合して供給する場合を示している。
　燃焼装置１００は、さらに、炉壁への輻射熱を軽減する等の目的のため、プロテクトガスを供給するプロテクトガス供給手段１６、１７を具備してもよい。図１中には、第３のガス供給手段１６、１７として、空気及び追加窒素ガスを混合して供給する場合を示している。
　燃焼装置１００は、さらに、下部において、生成したＳｉＯ粉末２４を捕集するための捕集室２３を具備している。
　本発明では、このような燃焼装置１００を用いて、ＳｉＯを製造することができる。すなわち、燃焼装置１００の上部中心から、Ｓｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉供給手段１１及び第１のガス供給手段１２によりＳｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉を第１の混合ガス（図１の例の場合、空気と追加窒素ガス）からなるキャリアガスの気流に乗せて供給する（操作Ａ）。このとき、Ｓｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉は、例えば、＃２００メッシュ程度とすることができる。また、その同心外周から、第２の混合ガス（図１の例の場合、ＬＰＧからなる可燃性ガスと空気と追加窒素ガス）を供給する。これらの供給とともにバーナー１３の先端で着火し、火焔２１を形成する。火焔２１中でＳｉ粉末を酸化またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉を反応させながら不足分を酸素ガスで補完して酸化し、ＳｉＯガスとして装置下部で急冷・固化しＳｉＯの粉末を生成する（操作Ｂ）。Ｓｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉の比率は、Ｓｉリッチの方が良く、１．５＜Ｓｉ／ＳｉＯ２＜３程度が望ましい。供給するＳｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉の量により、必要に応じて酸素ガスと不活性ガスを含む第３の混合ガス（図１の場合、空気及び追加窒素ガス）を供給する（操作Ｃ）。これらの操作Ａ及び操作Ｂを同時に行い、又は、操作Ａ～Ｃを同時に行い、ＳｉＯ粉末の生成速度と火焔制御を両立させて、安定的にＳｉＯ粉末を生成する。
　本発明のＳｉＯの製造方法では、可燃性ガスと酸素ガス（支燃性Ｏ２ガス）と不活性ガスとを含む第２の混合ガスを燃焼装置に供給して火焔を形成する操作ＢをＳｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉の酸化のための主たる発熱源とする。これに、原料となるＳｉ粉末（Ｓｉ微粉）またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉を、酸素ガス（支燃性Ｏ２ガス）と不活性ガスとを含む第１の混合ガスをキャリアとして、燃焼装置に供給する操作Ａが、同じ燃焼装置に存在し、Ｓｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉と酸素ガスの酸化発熱も付加しながら、前記で述べたＳｉＯガス温度領域まで昇温してＳｉＯを生成する。
［操作Ａ］
　操作Ａで支燃性Ｏ２ガス以外に不活性ガスの混合ガス（第１の混合ガス）をキャリアとするのは、Ｓｉ粉末またはＳｉ粉末とＳｉＯ２粉末混合粉の酸化反応を制御するためである。キャリアガスが支燃性のＯ２ガスのみであると、瞬時に爆発的酸化反応が起きて、ＳｉＯ２が生成してしまう可能性がある。そのため支燃性のＯ２ガスと不活性ガスの混合ガスとして、Ｏ２濃度を薄めて酸化発熱反応速度を制御し、ＳｉＯを生成し易くするものである。ＳｉＯ２生成まで至らずＳｉＯで反応を停止させるには、爆発限界酸素濃度１０％を超えないようにする必要がある。該第１の混合ガスとして、Ｏ２とＮ２の混合ガス、Ｏ２とＡｒの混合ガスなどの量比を制御したものが望ましい。
［操作Ｂ］
　上記のように、操作Ｂは、可燃性ガスと酸素ガス（支燃性Ｏ２ガス）と不活性ガスの混合ガス（第２の混合ガス）を供給し、火焔を形成する操作である。この操作がＳｉまたはＳｉとＳｉＯ２混合粉をＳｉＯとするための主たる熱供給工程となる。操作Ａで混合ガス（第１の混合ガス）を空気とした場合、ＳｉＯ生成のためのＯ２が不足するため、操作Ｂでは可燃性ガスと酸素ガス（支燃性Ｏ２ガス）の混合ガス（第２の混合ガス）で熱量を調整する。さらに、操作Ａと同じように、操作Ｂでは、ＳｉＯ生成速度を調整制御するため、不活性ガスも加える。ここでの不活性ガスは空気に含まれる窒素、アルゴン等でもよい。
　また、可燃性ガスは、ＣＨ４、ＬＰＧ（液化天然ガス）などの炭化水素ガスでよく、もちろん炭化水素ガスがこれらだけに限定されるものではない。メタン、エタン、プロパン、アセチレン、プロピレン等の炭化水素は十分な燃焼発熱が得られるので好ましいが、これらに限定されない。また、可燃性ガスは、水素（以下では、Ｈ２と記述する）あるいはＨ２と炭化水素の混合ガスであってもよい。火焔における発生熱量や火焔長さなどの形状をＳｉＯ生成に適合できるように比率などを決めればよい。操作Ｂは火焔を形成し、その火焔の中でＳｉ粉またはＳｉとＳｉＯ２混合粉とＯ２ガスを反応させてＳｉＯを生成するために必須の工程である。操作Ｂでは、火焔の大きさをできるだけ長く大きくし、その火焔の中でできるだけゆっくりとＳｉ成分を制御しながら酸化させてＳｉＯを生成する。Ｓｉ成分と酸素ガスの反応をＳｉＯ粉末が生成するような条件で反応を行うことは本発明の必須要件である。つまり火焔中のＯ２濃度をＳｉＯ生成範囲に制御して、酸化反応を行わせることが必要である。酸化反応制御は、特に、燃焼装置に供給するＳｉ粉末またはＳｉとＳｉＯ２混合粉の量と、酸素ガスの量（第１の混合ガスに含まれる酸素ガス及び第２の混合ガスに含まれる酸素ガスの合計量）との比を調整することにより、行う。さらに、可燃性ガスの混合比率や種類（炭化水素ガス、Ｈ２等）、可燃性ガスと酸素ガス（支燃性ガス）と不活性ガスの混合比率の最適化により酸化反応制御を行うことが好ましい。つまりＳｉ供給量と可燃性ガス種と流量等により、火焔中の適正Ｏ２量は変化するため、これらの生成条件の調整は実験的に行うことができる。
［操作Ｃ］
　上記のように、供給されるＳｉ粉末またはＳｉとＳｉＯ２混合粉の量に応じて、操作Ｂにおける第２の混合ガスのガス比率は最適化する必要があるが、火焔の最適化と両立しない場合もある。言い換えれば、火焔最適化とは火焔を出来るだけ長くすることである。本発明ではＳｉ粉末またはＳｉとＳｉＯ２混合粉を火焔内に落下させながら、制御酸化してＳｉＯを生成するが、火焔長さや温度分布と酸素量制御が両立しない場合がある。その場合、Ｓｉ粉末またはＳｉとＳｉＯ２混合粉への酸素拡散を制御するＯ２／不活性ガスあるいは不活性ガスを供給する操作Ｃにより、操作Ｂにおける酸化速度を制御することができるようになる。具体的には、本発明のＳｉＯの製造方法において、燃焼装置に、Ｓｉ粉末またはＳｉとＳｉＯ２混合粉への酸素拡散を制御するための、酸素ガスと不活性ガスを含む第３の混合ガス、又は、不活性ガスを供給する操作Ｃをさらに有するものとすることができる。Ｓｉ粉末またはＳｉとＳｉＯ２混合粉の供給量が少ない時は、当然必要とされるＯ２量は少なくてよい。その場合、操作Ｂにおける支燃性Ｏ２ガス量を少なくしてしまうと、火焔を最適化できなくなる。そこで操作Ｂの混合ガスは調整範囲で火焔を維持し、操作ＣにおいてＯ２／不活性ガス比率をＯ２レス側（Ｏ２が少ない側）に調整したものを供給する。Ｓｉ粉末またはＳｉとＳｉＯ２混合粉の供給量が多い時は逆で、操作ＣにおいてＯ２／不活性ガス比率をＯ２リッチ側（Ｏ２が多い側）にして調整する。
　また、プロテクトガス供給手段１６、１７からのプロテクトガスの供給は、Ｓｉ粉末への酸素拡散を制御するための、酸素ガスと不活性ガスを含む第３の混合ガス、又は、不活性ガスを供給するという操作Ｃの一部でもある。
　本発明により、従来の固相接触反応法と比べて非常に生産性の高いＳｉの気流中酸化反応により、ＳｉＯを効率的に生成できるようになる。特に、低不均化ＳｉＯ負極材を効率的に生成できるようになるので、ＬＩＢ（リチウムイオン電池）用負極材として適したＳｉＯ材を得ることができる。本発明の製造方法によって製造したＳｉＯはガラスやプラスチックコーティング用途やその他以外に、リチウムイオン二次電池の負極材として用いることができる。さらに、スマートフォンやスマートウォッチ等のモバイル機器、電気自動車の電池などの高容量化負極材として広く用いることができる。
　本発明の一酸化珪素の製造方法によれば、上述の方法によりＳｉＯを生産性良く製造することが出来るが、条件によってＳｉＯ以外の成分である未反応のＳｉやＳｉＯ２との混合物として生成物が得られた場合もある。その場合には、生成物を、１１００℃以上１５００℃以下の温度で加熱することにより、生成物に含まれるＳｉＯを昇華抽出することができる。ＳｉやＳｉＯ２が気化する温度はＳｉＯよりもはるかに高いため、このような方法によりＳｉＯ成分のみを昇華抽出することができる。
　以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
　図１に示した燃焼装置（燃焼反応装置）１００を用いて、本発明の製造方法に従って、ＳｉＯを製造した。操作Ｂに用いる可燃性ガスはＬＰＧとした。Ｏ２ガスと不活性ガスを空気とし、操作Ｃに用いる第３の混合ガスは、空気（すなわち、酸素ガスを含み、不活性ガスとして窒素及びアルゴンを含む混合ガス）とした。
　Ｓｉ粉末供給手段１１より、２．５ｋｇ／ｈｒのＳｉ粉末を供給した。このＳｉ粉末は、空気と追加Ｎ２ガスを混合したキャリアガス（Ｏ２濃度１０Ｖｏｌ％目途）１．５ｍ３／ｈｒを第１のガス供給手段１２から供給してこれに乗せて供給した（操作Ａ）。また、バーナー１３で着火した。
　また、第３のガス供給手段１５より空気（本実施例では追加Ｎ２を供給しなかった。）２．０Ｎｍ３／ｈｒを供給した（操作Ｃ）。また、その外周の第２のガス供給手段（バーナー）１４より、第２の混合ガス（ＬＰＧガス１．０Ｎｍ３／ｈｒと空気２５Ｎｍ３／ｈｒ）を混合し燃焼させた（操作Ｂ）。
　以上の操作Ａ、Ｂ、Ｃにより、燃焼火焔２１内でＯ２量を制御しながら、ＳｉＯの粉末を生成させた。
　燃焼容器１０には炉内気流流れと火焔制御のためと、炉壁への輻射熱を軽減するためにプロテクトガス供給手段１６、１７から空気と追加Ｎ２ガスからなる気流カーテンを適量流した。これは火焔制御のために空気：Ｎ２比率を変えて制御する操作Ｃの一部でもあり、これにより、炉内酸素濃度を制御した。
　本実施例では捕集室２３で生成したＳｉＯ粉末２４を１００％回収した。炉内圧は０～２０００Ｐａ間の減圧状態に保持された。生成したＳｉＯ粉末２４の粉末ＸＲＤ図形からアモルファス状であることが確認できた。
［実施例２］
　供給する原料がＳｉとＳｉＯ２混合粉（比率２：１）で、供給手段１１より、２．５ｋｇ／ｈｒを供給した。該粉末は、空気と追加Ｎ２ガスを混合したキャリアガス（Ｏ２濃度７Ｖｏｌ％目途）１．５ｍ３／ｈｒを第１のガス供給手段１２から供給してこれに乗せて供給した（操作Ａ）。これ以外は実施例１と同じ操作Ａ、Ｂ、Ｃにより、燃焼火焔２１内でＯ２量を制御しながら、ＳｉＯの粉末を生成させた。本実施例のＳｉＯ粉末による粉末ＸＲＤ図形からアモルファス状であることが確認できた。
［実施例３］
　図２に示したＳｉＯの製造装置２００を用いてＳｉＯを製造した。図２のＳｉＯの製造装置２００の構成は図１と基本的に同様であるが、第２のガス供給手段３４から、Ｈ２ガス及び空気と追加酸素ガス（Ｏ２ガス）の混合ガス（第２の混合ガス）を供給することが異なる。その他の同一の符号を付した構成は図１と同様である。操作Ｂでは、実施例１の可燃性ガスである炭化水素ガス（ＬＰＧ）の代わりに水素ガス供給手段３４ａからＨ２ガスを供給し主たる発熱源とした。また、操作Ｂで主に火焔を制御するが、空気及び酸素ガス供給手段３４ｂから空気と追加酸素ガス（Ｏ２ガス）を、上記のＨ２と混合しながら導入可能（ただし、この実施例では調整により、後述のように空気の導入量をゼロとした。）なものとし、火焔中の酸素量を調整した。
　本実施例では、プロテクトガスを空気＋Ｎ２として、更に槽内（燃焼容器１０内）の酸素量を調整制御するようにした。
　Ｓｉ粉末供給手段１１からのＳｉ粉末の供給量は、実施例１と同じ２．５ｋｇ／ｈｒとし、同伴キャリアガス量は実施例１と同じとした。また、Ｈ２ガス８Ｎｍ３／ｈｒを水素ガス供給手段３４ａから導入すると共に、空気及び酸素ガス供給手段３４ｂから、Ｏ２ガス５Ｎｍ３／ｈｒ（本実施例では空気０％）としてノズルより１００ｍ／ｓｅｃまでの初速で同軸バーナーから導入して、Ｈ２／Ｏ２加水分解火焔を形成した。操作ＣのプロテクトガスはＯ２濃度５％のＮ２ガスを０．１～５Ｎｍ３／ｈｒ流して、槽内（燃焼容器１０内）の酸素量を調整した。生成したＳｉＯ粉末は同じく捕集室２３で捕集し、特性を調べた。得られたＳｉＯ粉末をＸＲＤ測定したところ、Ｓｉピークが観察されずブロードな反射のみのアモルファス状であることが確認できた。
［実施例４］
　図３に示したＳｉＯの製造装置３００を用いてＳｉＯを製造した。このＳｉＯの製造装置３００では、操作Ｂで形成する火焔２１のサイズを長くして、火焔内でのＳｉＯ生成反応が永くマイルドにかつ制御された状態で行われるように、マルチバーナー構造の火焔反応装置とした。
　本実施例の燃焼反応装置の基本構造は、実施例１、２と同じであるが、操作Ｂの第２のガス供給手段（バーナー装置）を炉頂に置き、更に下部の燃焼容器１０にも４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄと順次第２のガス供給手段（バーナー装置）を複数設け、ＳｉＯ反応生成ゾーンを長くして、酸素量も制御しながら反応させた。もちろん本発明の下部バーナーの配置は、図３に示した装置に限定されるものでない。操作Ａの条件は実施例１．２．と同じで、操作Ｂのガス条件はＬＰＧ０．５～１．０Ｎｍ３／ｈｒ、第２の混合ガス（空気）１２～２４Ｎｍ３／ｈｒの範囲で、ＳｉＯ生成に最適になるように選択された。生成されたＳｉＯ粉末をＸＲＤ解析したところ、実施例１、２と同じくＳｉピークが観察されずブロードな反射のみのアモルファス状であることが確認できた。反応生成物を解析したところ、ＳｉＯが９５％以上で、残部は未反応Ｓｉ粉とＳｉＯ２粉であった。
［比較例１］
　図１に示した実施例１と実施例２の装置における操作Ｃの第３のガス供給手段１５から１００％Ｏ２ガスを供給した。火焔２１内で酸素リッチな状態になり、火焔温度も上昇して、反応がＳｉＯで止まらない比率が増えた。生成物をＸＲＤ解析したところ、ほとんどがＳｉＯ２粒子であった。
　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (5)

  1. 　一酸化珪素を製造する方法であって、
    　原料となる金属珪素粉末または金属珪素粉末とシリカ粉末の混合粉を、酸素ガスと不活性ガスとを含む第１の混合ガスをキャリアとして、燃焼装置に供給する操作Ａと、
    　前記燃焼装置に、可燃性ガスと酸素ガスと不活性ガスとを含む第２の混合ガスを供給して火焔を形成し、該火焔中で前記金属珪素粉末由来の珪素成分と前記酸素ガスを反応させることにより生成物を得る操作Ｂと
    　を有し、
    　前記操作Ｂを行う際に操作Ａも同時に行われ、
    　前記燃焼装置に供給する前記金属珪素粉末の量と、前記第１の混合ガスに含まれる酸素ガス及び前記第２の混合ガスに含まれる酸素ガスの合計量との比を調整することにより、前記珪素成分と酸素ガスの反応を一酸化珪素粉末が生成する条件で行うことを特徴とする一酸化珪素の製造方法。
  2. 　前記燃焼装置に、前記金属珪素粉末または金属珪素粉末とシリカ粉末の混合粉への酸素拡散を制御するための、酸素ガスと不活性ガスを含む第３の混合ガス、又は、不活性ガスを供給する操作Ｃをさらに有し、
    　前記操作Ｂを行う際に操作Ｃも同時に行われることを特徴とする請求項１に記載の一酸化珪素の製造方法。
  3. 　前記第２の混合ガスに含まれる可燃性ガスを、炭化水素を含むものとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の一酸化珪素の製造方法。
  4. 　前記第２の混合ガスに含まれる可燃性ガスを、水素を含むものとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の一酸化珪素の製造方法。
  5. 　前記生成物を、１１００℃以上１５００℃以下の温度で加熱することにより、前記生成物に含まれる一酸化珪素を昇華抽出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の一酸化珪素の製造方法。
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