JPH02137713A - β型炭化ケイ素微粉末の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超微細なβ型結晶よりなる炭化けい素微粉末
の製造方法とその製造装置に関し、特に、新規な炭化け
い素製造用原料組成物と新規な反応方法を採用すること
により、高純度の炭化けい素微粉末を製造する技術に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来、炭化けい素微粉末を連続的に製造する方法が幾つ
か提案されているが、代表的なものとして、西ドイツ国
特許第１，１８６，４４７号に開示のものが知られてい
る。この技術は、α型炭化けい素を出発原料としてβ型
炭化けい素を連続的に製造する方法である。この従来方
法は、連続化のために、けい砂を炭材で被覆する原料処
理を施すところに特徴がある。

また、本出願人会社の“複本”が先に提案した方法（特
開昭５８−２０７０８号公報）も知られている。

この方法は、シリカと炭素をＣ／ＳｉＯ□モル比で３゜
２〜５．０の範囲内に配合した出発原料を、予熱帯加熱
帯および冷却帯を具える反応容器内に装入し、反応温度
を１６５０〜２１００℃の範囲内に制御してＳｉＣ化反
応を行わせることにより、主としてβ型結晶よりなる超
微細炭化けい素微粉末を製造する方法である。この技術
は、前記加熱帯における装入物の降下速度を、充填幅と
加熱帯の高さの関係式で規定することにより、超微細炭
化けい素粉末を得る方法といえる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した各従来技術は、いずれも次のよ
うな問題点を抱えていた。すなわち、まず前者の技術は
、連続製造のためにけい砂を炭材で被覆した原料を使用
するというだけで、ＳｉＣ化反応に当たって極めて重要
なポイントとなるＳｉＯガスの処置について全く考慮し
ていない。そのために、ＳｉＣの連続製造に際して必要
な原料処理およびＳｉＯガスの排出の連続化ができてお
らず、したがって、原料収率や反応生成物の品位低下が
免れない。

また、後者の方法番ごついては、生成物中に未反応のシ
リカおよび炭素を含む問題点がある。したがって、この
生成物を焼結原料として使用するためには、過剰炭素の
除去、遊離シリカの除去などの後処理を施す必要があっ
た。

このような実情に鑑み本発明は、高純度の極めて微細な
β型炭化けい素粉束を、工業的に有利に、かつ上述の如
き後処理を施すまでもなく安価に製造しうる方法の確立
を目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明者らは、上記目的を達成するため、種々研究を行
った結果、次に示す如き方法により、主としてβ型結晶
よりなる極めて微細な炭化けい素微粉末を工業的にかつ
安定して製造する方法を発明するに至った。

すなわち、本発明者らは、まず出発原料に着目した。そ
の結果、この出発原料中のシリカと炭素とが均一分散し
ているかどうかが重要であり、この分散の程度が正に反
応を大きく支配し、生成物の良否を決定する最大の要因
であることが判った。

しかも、このような出発原料を使用して所望の炭化けい
素粉束を製造するためには、装置の反応系について工夫
が必要であることも判った。

このような知見に基づいて完成した本発明は、シリカと
炭素からなる出発原料を、予熱帯、加熱帯および冷却帯
を具える反応容器内に装入し、ＳｉＣ化反応を起こさせ
ることにより、主としてβ型結晶よりなる炭化けい素微
粉末を製造する方法において、 前記出発原料として、シリカ粒子が炭素質物質であるマ
トリックス中に個々に分散状態で存在している粒状組成
物を用い、そして前記反応容器内でのＳｉＣ化反応に当
たっては、器内で発生する反応生成ガスを、予熱帯およ
び冷却帯内の装入物と接触させることなくＳｉＣ化反応
を行わせることを特徴とする方法、である。

なお、前記出発原料は、嵩密度：　０．２〜２．０ｇ／
ｃｍ’、平均気孔径＝１０〜１０００μｍ１気孔率：５
〜９５％の粒状組成物であり、 前記出発原料中に含まれるシリカは、平均粒径が０．０
１〜１００μｍのシリカである。

また、上記の方法においては、ＳｉＣ化反応のために予
熱帯内に吹込む不活性あるいは還元性ガスは原料の移動
方向と同じ方向に流し、そして、冷却帯内に流す不活性
あるいは還元性ガスは、反応生成物の移動方向と向流で
流すことを特徴とする。

次に、上記製造方法の実施に当たって用いる装置として
、本発明は、 頂部に原料供給手段を有すると共に下端部に焼成物の排
出手段を有する筒状の反応容器を、上から予熱帯、加熱
帯および冷却帯に区分けして構成された製造装置におい
て、 上記予熱帯の構成を、装入原料が落下する原料通路と、
前記加熱帯で生成するＳｉＯガスが上昇する排ガス通路
とに区別した同心２重管とすると共に、この原料通路に
は不活性ガス吹込み口を設けたことを特徴とする炭化け
い素微粉末の製造装置、を提案する。

ただし、上記装置においては、同心２重管の内管内中心
通路を原料通路とし、外管内環状通路を排ガス通路とす
る構成、あるいは、同心２重管の内管内中心通路を排ガ
ス通路とし、外管内環状通路を原料通路とする構成のも
のを用いる。

また、本発明装置としては、頂部に原料供給手段を有す
ると共に下端部に焼成物の排出手段を有する筒状の反応
容器を、上から予熱帯、加熱帯および冷却帯に区分けし
て構成された製造装置において、 上記予熱帯を、加熱帯の上部延長上に設けた生成ＳｉＯ
ガス排出管のその中程から半径方向に突出させて設け、
かつこの予熱帯には不活性ガス吹込み口を設けたことを
特徴とする装置、 内管と外管とからなる同心多重管を予熱帯、加熱帯およ
び冷却帯に区別してなる反応容器に、原料装入手段と焼
成物排出手段とを設けて構成された製造装置において、 外管と内管との間に発熱体を収容し、 内管内中心通路を加熱帯とする一方、外管内環状通路を
予熱帯とし、この予熱帯となる環状通路内にはシュート
を経て下方に供給される原料を上方に持ち上げるスクリ
ュー搬送機を配設し、かつ該予熱帯環状通路と、上端が
開口している前記内管内子熱帯とを上部において連通さ
せ、そして、前記内管の加熱帯の延長下部に冷却帯を設
けたことを特徴とする装置、 内管と外管とからなる同心多重管を予熱帯、加熱帯およ
び冷却帯に区別してなる反応容器に、原料装入手段と焼
成物排出手段とを設けて構成された製造装置において、 外管と内管との間に発熱体を収容し、 内管内中心通路を予熱帯とする一方、外管内環状通路を
加熱帯ならびに冷却帯とし、この予熱帯となる中心通路
内にはシュートを経て下方に供給される原料を上方に持
ち上げるスクリュー搬送機を配設し、かつ該加熱帯なら
びに冷却帯環状通路と、上端が開口している前記内管内
子熱帯とを上部において連通させ、そして、 前記内管下部の冷却帯下に切出し装置を配設して焼成物
排出口に連通させたことを特徴とする装置、 も本発明として有効に用いる。

〔作　用〕

一般に、シリカと炭素とから炭化けい素を生成する反応
は、下記式（１）によって示される。

ＳｉＯ！＋　３　Ｇ−一うＳｉＣ＋２ＣＯ・・・・・・
（１）しかしながら、実際の生成機構は、下記式（２）
によって生成したＳｉＯガスが、炭素とともに下記式（
３）にしたがって反応することによって生成するといわ
れている。

５ｉＯｚ　＋　Ｃ−与　ＳｉＯ＋ＣＯ・・・・・・（２
）ＳｉＯ＋２Ｃ−→　ＳｉＣ化反応　　・・・・・・（
３）本発明は、不純物の少ない極めて高純度の炭化けい
素微粉末を得るために、出発原料として、■平均粒径０
．０１〜５００μｍのシリカの各粒子が炭素質物質から
なるマトリックス中に、個別に分散状態に存在しており
、 ■嵩密度が０．１−１．５ｇ／ｃｍ’、平均気孔径が１
０〜１０００μｍ、気孔率５〜９５％の粒状組成物（原
料）を使用することが特徴である。

その理由は、このような原料を用いると、前記式（２）
によって生成したＳｉＯガスが、前記式（３）に従って
速やかに反応し、ＳｉＯガス分圧をそれ程上昇させるこ
となく、ＳｉＣを効率的に生成するのに有利だからであ
る。

すなわち、不純物の少ない、いわゆる高純度の超微細炭
化けい素を得るためには、前記式（２）の反応によって
生成したＳｉＯガスを、前記式（３）のＳｉＣ化反応に
有効に作用させ、原料中のシリカおよび炭素質物質が、
未反応のまま残留することがないようにすることが必要
である。そのためには、シリカが炭素質物質中に均一に
分散した粒状組成物とすること、すなわち、マトリック
スを炭素質物質で形成し、その炭素マトリックス中に、
平均粒径０．０１〜５００μｍのシリカを、単粒子毎に
分散配置することが有効であり、そうすると小単位の各
マトリックス内で、それら各マトリックス毎に前記式１
２）　（３）の反応を円滑に進行させることができるよ
うになる。

このような着想は従来技術についての次のような反省か
ら生まれたものである。すなわち、従来のように、シリ
カおよび炭素材料を微粉砕することにより、単に表面積
を大きくかつ表面の活性度を高くした微粒子粉末を混合
使用するというだけでは、微粉末の凝集、偏析を起こし
やすくなるので、却って均一分散状態を阻害することに
なるという知見である。

なお、平均粒径が０．０１〜１００μｍのシリカを使用
する理由は、シリカ粒子の平均粒径が１００μｍより大
きいと、シリカの比表面積が著しく小さくなり、炭素質
物質との反応効率が低下するとともに均一分散化に不適
当になる。一方、平均粒径が小さいと、反応性および分
散性については好ましいが、０．０１μｍ以下のものは
入手が困難であるばかりでなく、極めて高価となり、Ｓ
ｉＣを安価に製造するための工業材料としては不適当で
ある。より好ましいシリカの平均粒径は０．０５〜１０
μｍの範囲のものである。

さて、上述のような平均粒径のシリカを炭素質物質中に
均一に分散させてなる粒状組成物について、それらの気
孔率を５〜９５％、嵩密度を０．２〜２．０　ｇ／ｃｍ
’のものとする理由は次のとおりである。

まず、該粒状組成物の気孔率については、５％より低い
と通気性が悪くなって反応生成ガスが放出されにくくな
る。その結果、反応容器内粒状物中で局部的にＳｉＯガ
ス分圧が高くなるところが生じ、結晶粒の粗大化を生み
易くなる。一方、この気孔率は、反応生成ガスの放出性
の点を考慮すればなるべく高い方が好ましいが、９５％
よりも高（なると、粒状組成物の強度が低（なり、シリ
カと炭素質物質の接触固着を悪化してマトリックスを形
成しなくなる。

また、粒状組成物の嵩密度を０．２〜２．０　ｇ／ｃｍ
’の範囲内にする理由は、もともと嵩密度は低い方が通
気性および反応性その他の点で好ましいが、０．２　ｇ
／ｃｍ”より小さくするためには、前記粒状物の気孔率
を著しく高めなければならない。それは、既に述べたよ
うに、この気孔率をあまり高くすると、粒状組成物の強
度が著しく低下し、シリカと炭素質物質の接触効率が低
下するから望ましくない。一方、この嵩密度が２．０　
ｇ／ｃｍ’より高いと、反応生成ガスの通気性が悪くな
り、局部的にＳｉＯガスおよびＣＯガス分圧が高くなる
。特にこのＣＯガスは反応を阻害するので好ましくない
。好ましい粒状組成物の嵩密度は０．５〜１．２　ｇ／
ｃｍ’である。

次に、本発明において前記マトリックスを形成する炭素
質物質は、有機高分子化合物を炭化処理したものを用い
る。

すなわち、前記シリカの表面を、マトリックスである炭
素の膜で覆うためには、有機高分子化合物を炭素化反応
させ、すなわち、有機高分子化合物をコーキングするこ
とによって行う。このような有機高分子化合物としては
、前記したシリカの表面に炭化膜を形成できるもの、す
なわちコーキング時に液状のものであればよく、例えば
原油、残査油、糖類、フェノール、コンスターチ、ポリ
酢酸ビニル、タールビ・ノチ、アスファルトカラ選ばれ
るいずれか１種であればよい。とりわけ、タールピンチ
やアスファルトは、コーング反応が均一に進行するから
、有利に使用できる。

なお、この炭素質物質となる有機高分子化合物は、その
炭化収率が１０％以上のものであればよい。

この炭素質物質となるものとして、炭化収率が１０％以
上の有機高分子化合物を使用することが好ましい理由は
、炭素収率が１０％以上のものでないと、極めて大量に
有機高分子化合物を使用しなければならないからである
。

本発明によれば、炭化けい素製造用出発原料としての粒
状組成物は、概路次の（ａｌ〜（Ｃ）の工程を経て製造
される。

（ａ）　　前記シリカと、前記を機高分子化合物とを混
合して均一分散混合物とする工程。

（ｂ）　　この加熱混合物を大気雰囲気中でガス燃焼あ
るいは、不活性雰囲気、微少酸化雰囲気下で加熱分解さ
せ、前記有機高分子化合物を炭素化反応せしめることに
より炭素質物質となし、この炭素質物質によって形成さ
れたマトリックス中にシリカを均一分散させた複合体を
形成する工程。

（Ｃ）　　この複合体を粒状物となす工程。

以上の工程は、本発明にかかる炭化けい素製造用出発原
料としての粒状組成物を形成するために特に必要な工程
である。

前記粒状組成物の平均粒径は３〜１８鶴が好ましい。そ
の理由は、この粒状組成物の平均粒径が３璽■より小さ
いと、反応時に生成ＣＯガスのガス抜けが悪化して反応
が進み難くなる欠点を有するばかりでなく、加熱帯に軽
量となった反応生成物が滞留し易くなり、粒状組成物と
した効果が殆どなくなってしまうからである。一方、１
８鰭より大きいと、粒状組成物内における反応速度が遅
くなり、経済的でない。また、反応容器内での流動性が
悪化して円滑な操作が困難となるからである。

さて本発明は、前記式（２）によって生成したＳｉＯガ
スを、前記式（３）に従って速やかにＳｉＣ化反応させ
、反応容器内のＳｉＯガス分圧を上昇させないことがポ
イントである。なぜならば、反応容器内のＳｉＯガス分
圧が上昇すると、ＳｉＯガス分圧の上昇に伴って前記式
（３）に従う反応速度が相対的に速（なる。その結果、
ＳｉＣ結晶の成長が著しく進むことになる。従って、こ
のようなＳｉＯガス分圧の高い条件下の反応では、微細
なＳｉＣ粒子を得ることが困難になり、さらに甚だしい
場合には、ＳｉＯガスの一部が予熱帯へ廻り、下記式（
４）、（５）、（６）に示す反応を生起し、予熱帯にお
いて、ＳｉＯ□、Ｓｉ、ＳｉＣ，Ｃ等を析出する。しか
も、その析出物は、粘着性を有するため、それらが互い
に凝結し、炭化けい素を連続的に製造する上で最も重要
な原料の円滑な移動を著しく阻害し、長期間にわたる安
定した連続操業を困難にするのである。

２ＳｉＯ□　−＝）ＳｉＯｚ＋Ｓｉ　　・・・・・・・
・・　（４）Ｓｉ　Ｏ＋　ＣＯ−〉ＳｉＯ□＋Ｃ・・・
・・・・・・　（５）３　Ｓｉ　Ｏ＋　Ｇ　Ｏ−〉２　
ＳｉＯ□＋ＳｉＣ・・・　（６）なお、粒状組成物を製
造する際の前記（ｃｌ工程において、３〜１８鰭の粒状
物のうち比較的大きな粒径を必要とする場合、例えば１
０ｍｍ以上の場合には、多段階で行ってもよい。すなわ
ち、前記（ｂ）工程で形成した複合体を、まず３〜５龍
の粒状物とし、ついでこの粒状物を加熱攪拌しながら前
記（ａ）工程でのシリカと炭素質物質との混合物を連続
的に供給し、大気雰囲気中でガス燃焼させて炭化造粒し
、平均粒径５〜１０　ｍｓの造粒物としても差し支えな
い。

このように多段で製造した粒状組成物は、流動性が良く
またガス抜けの良い球形に近いものを得ることができる
。

また、本発明においては、出発原料中の炭素質物質量を
増加させることにより、前記式（３）の生起する箇所を
増加させることが有効である。

また、出発原料である前記粒状組成物のＣ／ＳｉＯ□モ
ル比は、２．６〜３．５の範囲内とすることが望ましい
。この理由は、Ｃ／ＳｉＯ□モル比が２．６より小さい
と、前記式（１１の反応のみが増大し、前記式（３）に
従う反応を十分に進行させると同時に、ＳｉＯガス分圧
を低く維持することが困難になるからであり、一方、３
．５より大きいと、反応に寄与しない過剰の炭素を高温
に加熱するために熱効率が低くなると共に、未反応の炭
素が残留して後処理（脱炭処理）等を必要とするので、
β型炭化けい素微粉末を経済的に製造するには好ましく
ないからである。

次に、本発明の製造方法の実施に用いる製造装置（反応
容器）について説明する。

本発明に使用される製造装置は、加熱帯ＨでＳｉＣ化反
応時に発生するガスを、予熱帯Ｐや冷却帯Ｃ内の装入物
（原料、生成物）中を通過させることなく、排出できる
構造にした点に特徴を有する。

このような構造にした理由は、本発明の場合、前記式（
２）および前記式（３）の反応を速やかに行わせる方法
であるから、加熱帯Ｈでの反応速度はそれだけ速くなる
。それに伴い発生するガスの速度も相対的に速くなる。

これは、前述したように余剰のＳｉＯガスが予熱帯Ｐあ
るいは冷却帯Ｃに流入する機会を多くし、前記式（４）
、（５）、（６）の反応を生起して望ましくない析出物
を発生させ、これにより原料の円滑な降下を妨げるから
である。

すなわち、余剰のＳｉＯガスは、予熱帯Ｐあるいは冷却
帯Ｃの閉塞原因となり、本発明の目的とする微細で未反
応物の含有しない炭化けい素微粉末を連続的に得ること
ができなくなる。

このような要請に応えられるものにするには、前記加熱
帯Ｈからの余剰ＳｉＯガスが、装入原料により冷却され
るとＳｉＯの析出を生起することを考えると、まず予熱
帯Ｐについては、前記ＳｉＯガスと原料とを接触させる
ことなく移送することが重要である。なお、該予熱帯Ｐ
においてＳｉＯガスを析出させない手段としては、他に
該予熱帯内に加熱機構を付加したり、原料とガスとの接
触が小さくなるような粒径にすることが考えられるが、
これらはいずれも得策とはいい難い。

こうした要請に応えられる装置として、本発明は第１〜
第６図に示すものを提案する。

例えば、第１図に示す装置は、予熱帯Ｐの中心部に同心
円状のガス抜き通路を設けるとともに、予熱帯上部の前
記ガス抜き通路を囲む環状の原料落下通路内に、不活性
あるいは還元性ガスを、原料の流れと並流に流す構造と
することにより、反応ガスが原料と接触しないようにし
たものである。

なお、この第１図に示す装置において、前記ガス抜き通
路下端部は、予熱帯Ｐと加熱帯Ｈの遷移領域となるが、
ここの温度は１４００〜１６００℃に保持する必要があ
る。それは、この領域においては、ＳｉＯガスが完全に
は分離しておらず、そのため、１４００〜１６００℃に
保持しておくことにより、ＳｉＯの析出を防止するため
である。すなわち、その温度が１４００℃より低いとＳ
ｉＯ析出防止の効果がなく、一方、１６００℃以上にな
ると前記式（２）が活発となり、有効なＳｉＯガスをも
排出することとなる。このことは、前記式（２）の反応
温度１６００℃より低くかつＳｉＯ析出温度約１４００
℃より高く維持することを意味するのである。

また、冷却帯Ｃについても、加熱帯Ｈで生成したうちの
余剰ＳｉＯガスが、冷却帯Ｃに廻って冷却され、ここで
ＳｉＯを析出し、原料の降下を阻害することも考えられ
る。その防止のためには、この冷却帯Ｃを予熱帯Ｐのよ
うに加熱することが有効であるが、これは冷却を害する
ので適当でない。

そこで、本発明では、この冷却帯Ｃ内に、落下する焼成
物と向流に不活性ガスを流すことにより、冷却帯Ｃ内へ
の加熱帯からの余剰のＳｉＯガスを流入させないように
する。

要するに、本発明の装置は、前記予熱帯および冷却帯の
構造を、加熱帯Ｈで発生するＳｉＯガスと装入物、すな
わち原料もしくは焼成物と接触させない構造にした点に
特徴がある。

〔実施例〕

図面の第１図〜第５図は、本発明製造装置の具体例を示
すものである。

まず、第１図および第２図に示す製造装置は、頂部に原
料供給手段を有すると共に下端部に焼成物の排出手段を
有する筒状の反応容器を、上から予熱帯、加熱帯、冷却
帯に区分けして構成された製造装置についてのものであ
り、 上記予熱帯Ｐの構成を、装入原料が落下する原料通路８
ａと、前記加熱帯Ｈで生成するＳｉＯガスが上昇する排
ガス達路７ａとに区別した同心２重管とすると共に、こ
の原料通路８ａには不活性ガス吹込み口ｌＯを設けたこ
とを特徴とする。

すなわち、この装置は、加熱帯Ｈと冷却帯Ｃとからなる
筒状の反応容器１を、黒鉛製発熱体６ａ、ライニング層
２、耐火れんが３、鋼製外殻４で順次囲繞してなる本体
を有し、この本体のとくに下部に突出する反応容器１の
下端には、ロータリーバルブ形式の焼成物排出装置５が
設けてあり、方、該反応容器１の上部には黒鉛製発熱体
６ｂを挾んで内管７と外管８からなる同心多重管構造の
予熱帯Ｐが設けである。

また、この予熱帯Ｐは、漏斗状の開口をもつ反応容器１
上端の加熱帯Ｈ上部に延在させてあり、この外管８頂部
には原料供給シュート９と不活性ガス吹込み口ｌＯとが
取付けてあり、そして内管７頂部には、未燃ガス燃焼用
空気導入口１８と、前記外管８とは画成されてガス吸引
ａ（図示せず）に通じる吸引パイプ（ＳｉＯヒユーム吸
引用）１１とが取付けである。

第２図に示す例は、第１図の構成において、予熱帯Ｐに
おける各通路を、内管７内中心通路７ａを、原料通路と
して原料供給シュート９と不活性ガス吹込み口１０とに
接続し、外管８内環状通路８ａの方を、排ガス通路とし
て構成したものであり、他の構成は第１図に示す装置と
同じ構成となっている。

なお、これらの装置において、図示の符号１２ａ。

１２ｂは、いずれも黒鉛製発熱体６ａ、　６ｂへの給電
用ブスバー、１２ｃは系内電極、１３ａ、　１３ｂは発
熱体酸化防止用ガス導入パイプ、１４は測温管、１５は
冷却ガス吹込みパイプである。

次に、第３図に示す例は、図１，２各図に示す装置の予
熱帯Ｐの部分の構成を変えた形式の装置であり、上記予
熱帯Ｐを、反応容器１の加熱帯Ｈの上部延長上に設けた
生成ＳｉＯガス排出管の半径方向に突出させて設け、か
つこの予熱帯には不活性ガス吹込み口を設けたことを特
徴とするものである。

すなわち、反応容器１上方に、ＳｉＯガス排出管１６を
延在させ、この排出管１６の中程からその半径方向（反
応容器ｌと直交する方向）に、外周面に黒鉛製発熱体６
ｂを具える断熱構造の原料供給筒１７を取付けてなるも
のであり、これに付帯して不活性ガス吹込み口ｌＯ１原
料装入口９′を配設する点は基本的に同じものである。

なお、図示の１は反応容器、２はライニング層、３は耐
火れんが、４は外殻、５は焼成物排出装置、６ａ、　６
ｂは発熱体、そして１２ａ、　１２ｂはブスバー、１２
Ｃは案内電極、１３ａ、　１３ｂは酸化防止用ガス導入
パイプ、１４は測温管、１５は冷却ガス吹込みパイプ、
１８は空気導入口を示すものである。

さて、第４図に示すものは、基本的に、内管と外管とか
らなる同心多重管を予熱帯Ｐ、加熱帯Ｈおよび冷却帯Ｃ
に区別してなる反応容器に、原料装入手段と焼成物排出
手段とを付帯させて構成された製造装置であって、とく
に、 外管４１と内管４２との間の環状空間５０内に黒鉛製発
熱体４３を収容し、 内管４２内中心通路４２ａを加熱帯Ｈとする一方、外管
４１内環状通路４１ａを予熱帯Ｐとして構成し、この予
熱帯Ｐとなる環状通路４１ａ内には原料装入シュート４
４を経て外管４１下部に供給される原料を、次第に上方
に持ち上げる作用をもつスクリュー搬送機４５を配設し
、かつ該予熱帯Ｐの環状通路４１ａと、上端が開口して
いる前記内管４２内中心通路４２ａの加熱帯Ｈとを、上
部において連通させ、そして、前記内管４２内中心通路
４２ａの加熱帯１１延長下部に、冷却帯Ｃを設け、その
下方の焼成物排出口５８を設けた点に特徴を有する。

この装置をさらに具体的に説明すると、鋼製外殻４６内
に耐火れんが４７を内張すすると同時にライニング材４
８を充填した本体内中央に、反応容器１を収容する。こ
の反応容器１は、主として加熱帯Ｈおよび冷却帯Ｃを構
成する内管４２と、この内管４２のとくに上部を囲む同
心の外管４１とで構成され、この内管４２と外管４１と
の間には黒鉛製発熱体４３を収容するための密封された
環状空間５０を有し、そして外管４１の環状通路４１ａ
を形造る予熱帯Ｐ内には不活性ガス吹込み口５１を具え
る原料ホンパー５２下に延長して設けた装入シュート４
４下端が接続しており、この装入シュート４４と環状通
路４１ａとの合体部分には、上方に迫り上がるスクリュ
ー搬送機４５が収容しである。

すなわち、装入シュート４４を経て環状通路４］ａ内に
装入された原料は、スクリュー搬送機４５の駆動によっ
て上方に持ち上げられ、上限において、内管４２の上端
開口部４２ｂに達して加熱帯Ｈ中に移り、加熱、冷却作
用を受けることになる。

なお、反応容器下に示す図示符号５３は前記スクリュー
搬送機４５の駆動装置であり、符号５４は給電用ブスバ
ー、５５は案内電極、５６は冷却帯Ｃへの冷却ガス吹込
みパイプ、５７は測温管を示す。

次に第５図に示すものは、基本的に、内管と外管とから
なる同心多重管を予熱帯、加熱帯および冷却帯に区別し
てなる反応容器に、原料装入手段と焼成物排出手段とを
設けて構成された上記第４図に示す製造装置と均等のも
のであって、とくに、外管６１と内管６２との間の環状
空間５０内に黒鉛製発熱体６３を収容し、 内管６２内中心通路６２ａを予熱帯Ｐとする一方、外管
６１内環状通路６１ａを加熱帯■（として構成し、この
予熱帯Ｐとなる中心通路６２ａ内には原料装入シュート
６４を経て内管６２下端開ロ部６２ｂに供給される原料
を、次第に上方に持ち上げる作用をもつスクリュー搬送
機６５を配設し、かつ外管６１の該加熱帯Ｈの環状通路
６１ａと、上端が開口している前記内管６２内予熱帯Ｐ
とを、上部において連通させ、そして、 前記外管６１の加熱帯Ｈ延長下部に冷却帯Ｃを設け、そ
の冷却帯Ｃ下に、切出し装置７８を配設し、その切出し
装置７８下に焼成物排出口６９を設けた点に特徴を有す
る。

この装置をさらに具体的に説明すると、鋼製外殻６６内
に耐火れんが６７を内張すすると同時にライニング材６
８を充填した本体内中央に反応容器１を収容する。この
反応容器１は、主として、加熱帯Ｈおよび冷却帯Ｃを構
成する外管６１と、この外管６１のとくに上部において
同心に配設される予熱帯Ｐとなる内管６２とで構成され
、この内管６２と外管６１との間には黒鉛製発熱体６３
を収容するための密封された環状空間７０を有し、そし
て内管６２内の中心通路６２ａを形造る予熱帯Ｐ下端開
口部６２ｂには、不活性ガス吹込みロア１を具える原料
ホッパー７２下に延長して設けた装入シュート６４下端
が連絡しており、この装入シュート６４下部と内管内中
心通路６２ａとの連絡部分を始点とする内管６２内には
、上方に迫り上がるスクリュー搬送機６５が収容しであ
る。

すなわち、装入シュート６４を経て内管内中心通路下端
開口部６２ｂに供給された原料は、スクリュー搬送機６
５の駆動によって上方に持ち上げられ、上限において、
内管６２の上端開口部６２ｃに達して、外管６１環状通
路６１ａの加熱帯Ｈ中に移り、加熱冷却作用を受けるこ
とになる。

なお、反応容器下に示す図示符号７３は、前記スクリュ
ー搬送機６５の駆動装置であり、符号７４は給電用ブス
バー、７５は案内電極、７６は冷却帯Ｃへの冷却ガス吹
込みバイブ、７７は測温管を示す。

実施例１ ■　平均粒径０．２４　ｐ　ｍのシリカ粉末（５ｉＯｚ
＝９８．５％）と高ピツチ（Ｆ、Ｃ，＝５１％）を５０
　：　５０の割合で配合し、Ｚ型羽根をもつ加熱混捏機
内で２５０℃にて加熱混捏し、高ピツチ中にシリカ粉末
単体が均一に分散した混合物を得た。

■　前記混合物を、縦２００ｍｍｘ横４００＋ｎｘ深さ
８０１１のステンレス容器内に入れ、大気雰囲気中で８
００℃にて０．５　ｈｒ焼成し、炭化させた。そして、
得られたその炭素質物質をショークラッシャーで粉砕し
、篩分けをし、粒径３鶴〜５　ｍｍの粒状物とした。

■　前記粒状物１０ｋｇを、１２０Ｉ！の長さ１００龍
ｌの撹拌用ピンスクリューを８本持った、内径２５０龍
φ×長さ５００１１１１の造粒機に入れ、８００℃に加
熱すると同時に、■の工程で得られた前記混合物を、２
００　ｇ／ｗｉｎ、の速度で造粒機に供給し、平均粒径
５〜１０龍、充填嵩密度 ０．８　ｇ／ｃｍ’　、Ｃ／５ｉＯｚモル比２．７の造
粒物（粒状組成物）を得た。

■　次に、前記造粒物を第１図に示す構造の本発明製造
袋Ｎ：合成炉（反応容器内径５０鶴φ×長さ３００ｎ　
ｌ　、　Ｓｉ　Ｏガスを排出させるための管内径７０龍
φ×長さ３００鶴１．予熱帯内径３００■ｌφ×３００
１１０にて予熱帯温度１５００℃、加熱帯温度１８５０
℃にし、炭化けい素製造用原料組成物の加熱帯Ｈでの平
均滞留時間を０．５　ｈｒにてＳｉＣ化反応を起させて
合成を行った。その結果、予熱帯Ｐ中の炭化けい素製造
原料組成物中にＳｉＯガスが侵入して析出するようなこ
とがな（なり、しかも原料相互間の凝結を阻止すること
ができ、１週間の操業において円滑な移動降下ができ安
定な連続操業ができた。

しかも得られた反応生成物はＦ、Ｃ，０，５％、ＳｉＯ
□０．５％を含むβ型結晶よりなる炭化けい素であり、
その比表面積はＢＥＴ測定法で１４．５　ｍ２／ｇであ
った。

実施例２ ■　原料粒径２．４μｍのシリカ粉末（ＳｉＯ□９９．
３％）３０重量部と、無水タール７０重量部をリボン型
ミキサーにて混合、容器内で燃焼炭化させたものをディ
スクグラインダーにて粉砕し、１ｆｌ以下の粒子を得た
。

■　この粒子を、内径３００ｍ＋ｉφの加熱型流動層内
で、Ｎ２を流動化ガスとして４００“Ｃで流動化させ、
残りの混合液を流動層に送り込んで、熱分解炭化造粒し
た。このとき得られた造粒物は、平均径が３〜７龍、ま
たＣ／ＳｉＯ□のモル比は３．１、嵩密度はＱ、７　ｇ
／ｃｍ’であった。

この造粒原料を、内径１００　ｍ＠φ、長さ５００ｍｍ
／の加熱帯を存する第２図に示す装置を用い、上部のガ
ス吹込み口１０よりＡｒガスを１１７ｗ１ｎ、下部の冷
却ガス吹込みパイプ１５より２β／ｍｉｎのＡｒガスを
吹込み、予熱帯Ｐの管理温度１５００℃とし、加熱帯Ｈ
の反応部管理温度を１８００℃とし、この加熱帯での滞
留時間を２０ｍ　ｉ　ｎにて運転した。約１週間の間、
円滑な操業ができ、得られた反応生成物は、Ｆ、Ｃ。

０．２〜１．３％、５ｉＯｚ　０．４〜０．８％、比表
面積１４ｍ２／ｇ、平均粒子径０．３μｍの凝集構造を
伴ったβ型を有するＳｉＣであった。これをジルコニア
製カッターをつけた高速回転式粉砕機で解砕した。得ら
れた粉体１００重量部に対し、Ｂ、Ｃを１，２重量部、
炭化率２０％のフェノールレジン５重量部、アセトン１
００重量部、水１００重量部を、ポリエチレン類のボー
ルミルにて１．２　ｈｒ混合し、スプレードライヤーに
て乾燥造粒した。

この造粒物を、径５０ｍｍ　Ｘ　５　ｍｍのペレット状
に成型し、１　ｔｏｎ／ｃｍ”の圧力で湿式プレスを行
い、１．７８　ｇ／ｃｍ３の密度の成形体を得た。この
成形体をＡｒガス雰囲気で２１２０℃でＩｈｒ保持して
焼結させたところ、３．１０ｇ／ｃｍ３の密度をもった
焼結体が得られた。

比較例１ 前記実施例１と同じ炭化けい素製造用原料組成物を用い
、予熱帯Ｐ内にＳｉＯガスの排出構造をもたない第６図
に示す合成炉（加熱帯Ｈ内径１００　ｍｍφ×長さ５０
０鶴！、予熱帯Ｐ２Ｓ５龍φ×５００１ＬＯにて、加熱
帯Ｈの温度を１８５０℃で加熱焼成し、そして炭化けい
素製造用組成物の加熱帯Ｈでの平均滞留時間を０．５　
ｈｒにて合成を行った。その結果、予熱帯Ｐと加熱帯Ｈ
との境界にてＳｉＯガスが析出し原料が互いに凝結を起
こし、円滑な原料の移動降下が得られず、サウジング等
で、この凝結をくずし移動降下を行った。

得られた反応生成物は、全体でＦ、Ｃ，８〜２０％、Ｓ
ｉＯ□５〜２２％で、またペレット間でも反応したペレ
ットと未反応ペレットとに分かれ、安定した品位が欠如
しているばかりでなく、反応したものの中には、熱のか
かり過ぎで粉化を起こすものもあり、この粉もまた円滑
な移動降下を阻害する因子となってしまう結果となった
。

比較例２ 平均粒径７０　ｐ　ｍのシリカ粉（ＳｉＯｚ　９９．７
％）１００重量部、平均粒径１８μｍのオイルコークス
（Ｆ、Ｃ。

８５％）８０重量部に糖蜜（Ｆ、Ｃ，３７％）を３７重
量部を加え、フレットミルにて粉化するまで混合した。

次にパン型ペレタイザーを用い、２％のＣＭＣ水溶液を
添加しながら５〜９璽■径の造粒体を作成した。その結
果、得られた造粒体は、Ｃ／ＳｉＯ□モル比４．１であ
り、嵩密度１．１　ｇ／ｃｍ’であった。

次いで、得られた上記造粒体を、比較例１と同様の予熱
帯Ｐ内にＳｉＯガスの排出構造をもたない第６図に示す
ものと同じ構造を有する合成炉（加熱帯内径１００ｍｍ
φ×５００鰭β、予熱帯１５０璽騰φ×５００＋ｎ１り
の上から連続的に投入し、下部の排出口より反応生成物
を排出した。なお、加熱帯Ｈの管理温度は２０００℃、
加熱帯Ｈへの滞留時間はｌｈｒで行った。操業中、予熱
帯Ｐと冷却帯Ｃの部分でＳｉＯの析出および閉塞が発生
した。その結果、ｌｈｒ毎のサウジングが必要であり、
７２ｈｒ後には、閉塞を解消することが困難となり停止
した。

得られた反応生成物の組成は、Ｆ、Ｃ，２２〜３１％、
Ｓｉ０□１〜６．２％のものであった。また、反応生成
物中のＳｉＣは、比表面積１．５　ｍ”／ｇ　、平均粒
径２．９μｍ、最大粒径３０μＩであった。

〔発明の効果〕

以上説明したところから明らかなように、本発明の製造
方法および製造装置については、極めて微細で高純度な
β型炭化けい素微粉末を、工業的に有利に製造するのに
好適な手段を提供するのに有効である。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は、いずれも本発明にかかる製造装置の概略
を示す断面図であり、第６図は、従来装置の断面図であ
る。 Ｐ・・・予熱帯、Ｈ・・・加熱帯、Ｃ・・・冷却帯、１
・・・反応容器、２・・・ライニング層、３・・・耐火
れんが、４・・・外殻、 ５・・・焼成物排出装置、６ａ　、　６ｂ・・・黒鉛製
発熱体、７・・・内管、７ａ・・・排ガス通路、８・・
・外管、８ａ・・・原料通路、 ９・・・原料供給シュート、９′・・・原料装入口、１
０・・・不活性ガス吹込み口、　１１・・・吸引パイプ
、１２ａ、１２ｂ・・・給電ブスバー　　１２ｃ・・・
系内電極、１３ａ、１３ｂ・・・酸化防止用ガス導入パ
イプ、１４・・・測温管、１５・・・冷却ガス吹込みパ
イプ、１６・・・ＳｉＯガス排出管、１７・・・原料供
給筒、１８・・・空気導入パイプ、 ４１・・・外管、４１ａ・・・環状通路、４２・・・内
管、４２ａ・・・中心通路、４３・・・発熱体、４４・
・・装入シュート、４５・・・スクリュー搬送機、４６
・・・外殻、４７・・・耐火れんが、４８・・・ライニ
ング材、５０・・・環状空間、５１・・・ガス吹込み口
、５２・・・原料ホッパー、５３・・・駆動装置、５４
・・・給電用ブスバー、５５・・・案内電極、５６・・
・冷却ガス吹込みパイプ、５７・・・測温管、５８・・
・焼成物排出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シリカと炭素からなる出発原料を、予熱帯、加熱帯
   および冷却帯を具える反応容器内に装入し、ＳｉＣ化反
   応を起こさせることにより、主としてβ型結晶よりなる
   炭化けい素微粉末を製造する方法において、 前記出発原料として、シリカ粒子が炭素質物質であるマ
   トリックス中に個々に分散状態で存在している粒状組成
   物を用い、そして前記反応容器内でのＳｉＣ化反応に当
   たっては、器内で発生する反応生成ガスを、予熱帯およ
   び冷却帯内の装入物と接触させることなくＳｉＣ化反応
   を行わせることを特徴とするβ型炭化けい素微粉末の製
   造方法。 ２、前記出発原料は、嵩密度：０．２〜２．０ｇ／ｃｍ
   ＾３、平均気孔径：１０〜１０００μｍ、気孔率：５〜
   ９５％の粒状組成物であることを特徴とする請求項１に
   記載の製造方法。 ３、前記出発原料中に含まれるシリカは、平均粒径が０
   ．０１〜１００μｍのシリカであることを特徴とする請
   求項１に記載の製造方法。 ４、ＳｉＣ化反応のために予熱帯内に吹込む不活性ある
   いは還元性ガスは、原料の移動方向と同じ方向に流すこ
   とを特徴とする請求項１に記載の製造方法。 ５、冷却帯内に流れる不活性あるいは還元性ガスは、反
   応生成物の移動方向と向流で流すことを特徴とする請求
   項１に記載の製造方法。 ６、頂部に原料供給手段を有すると共に下端部に焼成物
   の排出手段を有する筒状の反応容器を、上から予熱帯、
   加熱帯および冷却帯に区分けして構成された製造装置に
   おいて、 上記予熱帯の構成を、装入原料が落下する原料通路と、
   前記加熱帯で生成するＳｉＯガスが上昇する排ガス通路
   とに区別した同心２重管とすると共に、この原料通路に
   は不活性ガス吹込み口を設けたことを特徴とする炭化け
   い素微粉末の製造装置。 ７、同心２重管の内管内中心通路を原料通路とし、外管
   内環状通路を排ガス通路としたことを特徴とする請求項
   ６に記載の製造装置。 ８、同心２重管の内管内中心通路を排ガス通路とし、外
   管内環状通路を原料通路としたことを特徴とする請求項
   ６に記載の製造装置。 ９、頂部に原料供給手段を有すると共に下端部に焼成物
   の排出手段を有する筒状の反応容器を、上から予熱帯、
   加熱帯および冷却帯に区分けして構成した製造装置にお
   いて、 上記予熱帯を、加熱帯の上部延長上に設けた生成ＳｉＯ
   ガス排出管のその中程から半径方向に突出させて設け、
   かつこの予熱帯には不活性ガス吹込み口を設けたことを
   特徴とする炭化けい素微粉末の製造装置。 １０、内管と外管とからなる同心多重管を予熱帯、加熱
   帯および冷却帯に区別してなる反応容器に、原料装入手
   段と焼成物排出手段とを設けて構成された製造装置にお
   いて、 外管と内管との間に発熱体を収容し、 内管内中心通路を加熱帯とする一方、外管内環状通路を
   予熱帯とし、この予熱帯となる環状通路内にはシュート
   を経て下方に供給される原料を上方に持ち上げるスクリ
   ュー搬送機を配設し、かつ該予熱帯環状通路と、上端が
   開口している前記内管内加熱帯とを上部において連通さ
   せ、そして、 前記内管の加熱帯の延長下部に冷却帯を設けたことを特
   徴とする炭化けい素微粉末の製造装置。 １１、内管と外管とからなる同心多重管を予熱帯、加熱
   帯および冷却帯に区別してなる反応容器に、原料装入手
   段と焼成物排出手段とを設けて構成された製造装置にお
   いて、 外管と内管との間に発熱体を収容し、 内管内中心通路を予熱帯とする一方、外管内環状通路を
   加熱帯ならびに冷却帯とし、この予熱帯となる中心通路
   内にはシュートを経て下方に供給される原料を上方に持
   ち上げるスクリュー搬送機を配設し、かつ該加熱帯なら
   びに冷却帯環状通路と、上端が開口している前記内管内
   予熱帯とを上部において連通させ、そして、前記内管下
   部の冷却帯下に切出し装置を配設して焼成物排出口に連
   通させたことを特徴とする炭化けい素微粉末の製造装置
   。