CH472337A - Verfahren zur Herstellung von reinem B-Siliciumcarbid in feinteiliger Form - Google Patents

Description

  Verfahren     zur    Herstellung von reinem     /')-Siliciumearbid    in     feinteiliger    Form    Die Erfindung     betrifft    ein Verfahren zur Herstellung  von reinem     /3-Siliciumcarbid    in feinteiliger Form durch  Umsetzung von gasförmigen     Organosiliciumverbindun-          gen    in einem Wasserstoffplasma.  



  Es ist bekannt,     Carbide    von Metallen oder     Metalloi-          den    der dritten bis vierten Gruppe des periodischen  Systems durch Umsetzung der entsprechenden     Metallha-          logenide    mit     Kohlenwasserstoffen    in einem Wasserstoff  plasma herzustellen (Schweizer Patent 424 738). Bei der  Anwendung von     Siliciumtetrachlorid    als Ausgangsmate  rial entsteht jedoch ein     a-Siliciumcarbid,    das stark  verunreinigt ist. Je nach angewendeten Temperaturen  bzw. Versuchsbedingungen kann diese Verunreinigung  entweder aus freiem Kohlenstoff oder halogenhaltigen       Podukten    bestehen.  



  Es ist auch bekannt,     Siliciumcarbid    durch Erhitzen  von in Gaszustand übergeführten     alkylierten        Silanen     oder     alkylierten        Halogensilanen    auf 600 bis 1100  C  herzustellen. Nach dieser Methode wird ein     Siliciumcar-          bid    erhalten, das mit metallischem Silicium verunreinigt  ist (DAS 1 047 180). Ausserdem liegt die     Raum-Zeit-          Ausbeute    nach diesem Verfahren niedrig; das bedeutet,  dass dieses Verfahren wirtschaftlich unbefriedigend  ist.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, reines,  von metallischem Silicium freies     ss-Siliciumcarbid    in  feinteiliger Form herzustellen, unter Umgehung der  Schwierigkeiten der bekannten Verfahren.  



       Erfindungsgemäss    wird dies dadurch erreicht, dass  man die Umsetzung der gasförmigen Ausgangsprodukte  bei einer Temperatur von 1600 bis 3000  C und in  Gegenwart von     Kohlenwasserstoffen    durchführt, wobei  das     Molverhältnis    Kohlenwasserstoff zu     Organosili-          ciumverbindung    bei 0,45 bis 1,0 liegt und die Zufuhr der  Ausgangsverbindungen in das Wasserstoffplasma durch  eine Ringdüse erfolgt.    Als Ausgangsverbindungen können     Organosilicium-          verbindungen    verwendet werden, die auch Halogen  enthalten können.

   Insbesondere werden die Verbindun  gen der Formel     R,R,Si        R3R4    eingesetzt, worin     R1,    R2,       Rs    und     R,    identisch oder verschieden sein können und  Wasserstoff,     Alkyl,        Arylreste,    substituierte     Alkyl-    oder       Arylreste,        Silyl-    oder     Silanylreste    und Halogen bedeuten  können. Mindestens eines der R muss jedoch ein  organischer Rest sein. Vorzugsweise werden die Verbin  dungen     CH.jSiHC12    und     CH3SiC13    verwendet.

   Die  genannten Ausgangsverbindungen können einzeln oder  als Gemische eingesetzt werden.  



  Als     Kohlenwasserstoffe    werden zweckmässig solche  mit ein bis zehn     Kohlenstoffatomen,    wie Propan, Butan,       Hexan,    Acetylen, Äthylen, Benzol,     Xylol,        Decan,    Chlor  methan,     Chloräthan    angewendet. Vorzugsweise wird  Methan eingesetzt.  



  Die Ausgangsverbindungen können z. B. durch Ver  dampfen in gasförmigen Zustand übergeführt und     an-          schliessend    mit Hilfe eines Trägergases, wie Wasserstoff,  Argon, Helium dem Wasserstoffplasma     zugeführt    wer  den. Als besonders     vorteilhaft    hat es sich erwiesen, als  Trägergas für die     Organosiliciumverbindung    bei deren  Zufuhr zum Plasma die anzuwendenden Kohlenwasser  stoffe selbst zu verwenden.  



  Von besonderer Bedeutung ist die     Zuführung    der  Ausgangsmaterialien durch eine Ringdüse. Dadurch  wird vermieden, dass das entstehende     Siliciumcarbid     durch chlorhaltige Produkte verunreinigt wird. Es wurde  nämlich gefunden, dass, wenn die     Zuführung    der Aus  gangsmaterialien durch eine Düse     tangential    zum Was  serstoffplasma     durchgeführt    wird, das entstehende     Sili-          ciumcarbid    stark durch chlorhaltige Produkte verunrei  nigt ist. Der Abstand der Ringdüse zum erzeugten  Plasmastrahl muss so eingestellt werden, dass Tempera-           turen    von 1600 bis 3000  C erreicht werden.

   Höhere  Temperaturen sind zu vermeiden.  



  Das Wasserstoffplasma kann auch durch     Intergase,     wie Argon, Helium,     Kohlenmonoxid    verdünnt sein.  



  Zur Herstellung von dotiertem     Siliciumcarbid    kön  nen Verbindungen, die Elemente der zweiten bis siebten  Gruppe des periodischen Systems enthalten, eingesetzt  werden, z. B.     Trimethylsilylmethylmagnesium,        Silylphos-          phin,        y-Trimethylsilylpropylphosphin,    Phosphorchlorid,       Borbromid    oder     Borchlorid.     



  Nach dem Verfahren der     Erfindung    fällt     ss-Silicium-          carbid    in sehr feiner     Form    an. In der Regel beträgt die  mittlere Teilchengrösse 0,01 bis     1,0,u.    Dieses feinpulvri  ge     Siliciumcarbid    kann     nachträglich    einer Nachbehand  lung, z. B. zur     Kornvergrösserung,        unterworfen    wer  den.  



  Die Herstellung des Plasmastrahls erfolgt z. B. unter       Verwendung        eines    stromstarken elektrischen Bogens in  einem     sogenannten    Plasmagenerator, der zweckmässig  nach dem an sich bekannten Prinzip aufgebaut ist und  eine mit Wasser gekühlte durchbohrte Kupferanode und  eine gekühlte     Wolframkathode        aufweist.    Das     tangential     eingeführte Plasmagas bildet einen Wirbel, der den  Bogen stabilisiert. Weiter dient ein ringförmiger Elektro  magnet zur Rotation des Plasmas. Durch eine Expan  sionsdüse tritt der Plasmastrahl in den Reaktionskessel,  wo durch schnelle     Durchmischung    mit der Kesselatmo  sphäre eine Abschreckung erreicht wird.

   Zum Zuführen  der gas- bzw.     dampfförmigen    Ausgangsprodukte dient  eine     ringförmige    Düse, welche konzentrisch um den  austretenden Plasmastrahl angeordnet ist. Durch Variie  ren der Distanz von der Austrittsöffnung kann die  Temperatur geändert werden.  



  <I>Beispiele</I>  1. Der Plasmagenerator wird unter folgenden Bedin  gungen betrieben:  
EMI0002.0029     
  
    Strom <SEP> 200 <SEP> Ampere
<tb>  Bogenspannung <SEP> 120 <SEP> Volt
<tb>  H#,-Durchflussmenge <SEP> 721 <SEP> pro <SEP> Minute.            Im    Abstand von 103 cm von der Anode wird pro  Minute ein gasförmiges Gemisch aus 0,1     Mol        CH3          SiHCl2    und 0,09     Mol        CH.4    (als Kohlenwasserstoff und  zugleich Trägergas) durch eine     Ringdüse    mit Durchmes  ser von 40 mm in den Plasmastrahl eingeführt.

   Mit einer       Ausbeute        von        71        %        wurde        ss-Siliciumcarbid        als        hellgel-          bes    Pulver gewonnen. Die Röntgenanalyse ergab, dass  dieses Produkt kein     Si-Metall    enthielt.  



  2. Es wurde wie in Beispiel 1 vorgegangen mit der  Ausnahme, dass     Methyldichlorsilan    zusammen     mit    To  luol als Kohlenwasserstoff gemischt wurde und als  Trägergas Argon verwendet wurde.  



  Mit einer Ausbeute von 80      /o    wurde     ss-Siliciumcar-          bid    als hellgelbes Pulver erhalten. Die Röntgenanalyse  ergab, dass dieses Produkt kein     Si-Metall    enthielt.  



  3. Wie in Beispiel 1 wurde als Vergleichsbeispiel in  einem Plasmastrahl 0,1     Mol    pro Minute     CH3SiHC12       und 0,025     Mol    pro Minute     CH-4    als Trägergas     einge-          bracht.        In        einer        Ausbeute        von        68        %        wurde        ss-Silicium-          carbid    als hellgelbes Produkt erhalten.

   Die Röntgenana  lyse ergab, dass dieses Produkt mit     Si-Metall    verunrei  nigt war. Diese Menge Kohlenwasserstoff     liegt    hier unter  der erfindungsgemäss anzuwendenden Menge, wodurch  die Bildung des     Si-Metalles    nicht verhindert werden  konnte.  



  Das Verfahren der     Erfindung    gestattet eine grosse       Raum-Zeit-Ausbeute,    das die Reaktionszeit, je nach  Wahl der Bedingungen, bei     10-z    bis 10-4 Sek. liegt und  die Materialausbeute hoch ist. Ausserdem ist die Wahl  der Temperatur innerhalb des     beanspruchten    Bereiches  nicht kritisch.  



  Die nach dem     Verfahren    der Erfindung anfallenden       ss-Siliciumcarbidpulver    können verwendet werden zur  Herstellung von dichten Körpern (durch Heisspressen)  und als optische Schleifmittel. Weiter kann dieses Pro  dukt in der Elektrotechnik angewendet werden, z. B. in  der Halbleiterindustrie.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von reinem ss-Siliciumcar- bid in feinteiliger Form durch Umsetzung von gasförmi gen Organosiliciumverbindungen in einem Wasserstoff plasma, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umset zung der Ausgangsprodukte bei einer Temperatur von 1600 bis 3000 C und in Gegenwart von Kohlenwasser stoffen durchführt, wobei das Molverhältnis Kohlenwas serstoff zu Organosiliciumverbindung 0,45 bis 1,0 be trägt und die Zufuhr der Ausgangsverbindungen in das Wasserstoffplasma durch eine Ringdüse erfolgt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass man als Ausgangsverbindungen die Ver bindungen CH3SiC13 und CHssiHCl2 verwendet. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Kohlen wasserstoff Methan verwendet. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprü che 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Kohlenwasserstoff zugleich als Trägergas für die Orga- nosiliciumverbindung bei deren Zufuhr zum Plasma verwendet. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprü chen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man den Ausgangsprodukten Verbindungen, die Elemente der zweiten bis siebten Gruppe des periodischen Systems enthalten, zusetzt. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprü chen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasser stoffplasma angewendet wird, das durch Inertgas ver dünnt ist. <I>Anmerkung des</I> Eidg. <I>Amtes für geistiges Eigentum:</I> Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Einklang ste hen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungs bereich des Patentes massgebend ist.