JPH022802B2 - - Google Patents

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JPH022802B2
JPH022802B2 JP58012889A JP1288983A JPH022802B2 JP H022802 B2 JPH022802 B2 JP H022802B2 JP 58012889 A JP58012889 A JP 58012889A JP 1288983 A JP1288983 A JP 1288983A JP H022802 B2 JPH022802 B2 JP H022802B2
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carbon
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reaction
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manufacturing
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Akira Enomoto
Toshikazu Amino
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Ibiden Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、主として炭化珪素焼結体製造用原料
として優れた超微細炭化珪素粉末の製造方法に関
し、特に本発明は、平均粒径が1μmを大きく下ま
わる超微細炭化珪素粉末の製造方法に関するもの
である。 本発明者らは、先に特開昭54―33899号および
特公昭55―40527号により、主としてβ型結晶よ
りなる炭化珪素の製造方法に係る発明を提案し、
世界において初めて工業的なβ型結晶よりなる炭
化珪素の連続的な製造方法を確立した。 前記β型結晶よりなる炭化珪素は最近無加圧焼
結体製造用原料としての用途において極めて優れ
た特性を有していることが認められ、かかる用途
によれば微細なものほど焼結性あるいは均一収縮
性に優れるため、特に微細なものが要求されてお
り、例えば、特開昭50―160200号公報によればハ
ロゲン化珪素および炭化水素よりプラズマジエツ
ト反応によるサブミクロン粒度のβ型炭化珪素粉
末およびその製造方法が、また特開昭54―67599
号公報によれば、有機珪素高分子化合物を熱分解
して得られる1μm以下の高純度β型炭化珪素粉末
の製造方法が開示されている。しかしながら、前
記公報記載の方法において使用される出発原料は
いずれも極めて高価であり、かかる要求を満足す
るようなβ型結晶よりなる超微細炭化珪素粉末を
安価に供給することのできる工業的な製造方法は
未だ知られていない。 ところで、シリカと炭素とを出発原料として微
細な炭化珪素粉末を製造する方法としては、例え
ば特公昭45―10413号公報に「ピグメントシリコ
ンカーバイドの製法」にかかる発明が開示されて
おり、前記発明によれば、微細な炭化珪素粉末を
製造するためにはなるべく微細な炭素粉末を使用
することが重要であることが記載されている。 本発明者らは先に本発明者らが提案した方法に
おいて、極めて微細な炭素粉末を使用することを
試みた。しかしながら先に本発明者らが提案した
方法において、特に比表面積が1m2/g以上の極
めて微細な炭素粉末を使用すると反応域における
粒状原料の圧潰強度が著しく劣化して崩壊し、反
応域におけるガス抜けが悪化するため安定して連
続操業を行なうことができないことを知見した。
すなわち前記方法はシリカと炭素よりなる粒状原
料を竪型の反応容器の上部より装入して連続的に
SiC化反応を行なわしめる方法であり、前記粒状
原料は取扱い時および反応時において崩壊せず当
初の形状を保ち得る強度を有するものであること
が必要である。また微細な炭化珪素粉末を製造す
るためにはなるべく低い反応温度で反応せしめる
ことが好ましいが、前記本発明者らが提案してい
る如き連続的にSiC化反応を行なわしめる方法は
前述の如き理由で微細な炭素粉末を使用すること
ができず、比較的粗い粒径の反応性に劣る炭素粉
末を使用せざるを得なかつたため、操業時の生産
効率および作業性を考慮すると比較的高い反応温
度で操業を行なわなければならない欠点を有して
いた。 このような観点に基づき、本発明者らは微細な
炭素粉末を使用した粒状原料の反応域における圧
潰強度を向上させるべく種々研究し、先に特願昭
57―75324号により極めて微細な炭素粉末を出発
原料として使用し原料を造粒するに際し、粒状原
料の結合剤として有機溶剤可溶性成分を含有する
炭素系の結合剤を使用し、かつ前記出発原料の混
合時あるいは造粒時に有機溶剤を使用することに
よつて反応域においても圧潰強度が強く、当初の
形状を保ち得る粒状原料となすことができ、極め
て微細なβ型結晶よりなる炭化珪素粉末を安価に
かつ容易に連続製造することができる発明および
特願昭57―147701号により、極めて微細な炭素粉
末を出発原料として使用し原料を造粒するに際
し、前記炭素粉末と炭素系の結合剤を溶解してい
る分散媒液との濡れ性を著しく改善することので
きる界面活性剤を使用することによつて反応域に
おいても圧潰強度が強く、当初の形状を保ち得る
粒状原料を容易に製造することができ、極めて微
細なβ型結晶よりなる炭化珪素粉末を安価にかつ
容易に連続製造することができる発明を提案して
いる。 ところで、本発明者らが先に提案した方法によ
れば、反応域においても十分な圧潰強度を有する
粒状原料を製造するには炭素系の結合剤を比較的
多量に配合することが必要である。しかしなが
ら、前記炭素系の結合剤を余り多量に配合する
と、結合剤が炭化する際に生成する炭素によつて
微細な炭素粉末が相互に結合され一体化した粗大
粒子が形成されるため、生成物中に前記粗大粒子
に起因する比較的粗い炭化珪素粒子を含有し易い
欠点を有していた。 本発明は、本発明者らが先に提案した方法をさ
らに改良し、粒状原料を製造する際における炭素
系の結合剤の使用量をさらに減少させ、微細な炭
化珪素粉末を安定して製造できる方法を提供する
ことを目的とするものである。 シリカと炭素と炭素系の結合剤とを配合し粒状
に成形せしめた原料を、予熱帯と加熱帯と冷却帯
を有する反応容器の上方より装入し、予熱帯内を
連続的あるいは間歇的に自重降下させつつ加熱帯
に至らせると共に該加熱帯内で水平方向に間接電
気加熱し、反応域における装入原料ならびに反応
生成物の水平方向の温度分布がほぼ均一になるよ
う電力を負荷すると同時に装入原料ならびに反応
生成物の降下速度を制御してSiC化反応を行わ
せ、次いで前記反応生成物を非酸化性雰囲気下の
冷却帯に降下させて冷却し、その後反応生成物を
冷却帯下部より連続的あるいは間歇的に排出させ
る炭化珪素の製造方法において、 粒状に成形せしめる前記原料として、 (a) 1〜1000m2/gの範囲内の比表面積を有する
炭素粉末と炭素系の結合剤とを、水を主成分と
する分散媒液を使用して混合する工程;もしく
は (b) 1〜1000m2/gの範囲内の比表面積を有する
炭素粉末と炭素系の結合剤とを水あるいは有機
溶剤を主成分とする分散媒液および界面活性剤
を使用して混合する工程; 上記(a),(b)工程のいずれかの工程を経た後、得
られた混合物とシリカと炭素系の結合剤とを混合
し造粒されたものを使用し、 そして、加熱帯における反応温度を1500〜2000
℃の範囲内に制御するという方法によつて、前記
目的を達成することができる。 次に本発明を詳細に説明する。 シリカと炭素とを出発原料とする炭化珪素生成
反応は一般に下記式(1)によつて示されている。 SiO2+3C→SiC+2CO ……(1) しかしながら実際に主体となる生成機構は下記
式(2)によつてSiOガスが生成し、前記SiOガスと
炭素が下記式(3)にしたがつて反応して炭化珪素が
生成することが知られている。 SiO2+C→SiO+CO ……(2) SiO+2C→SiC+CO ……(3) ところで、本発明によれば、前記式(2)によつて
生成したSiOガスは前記式(3)にしたがつて速やか
にSiC化反応せしめ、反応容器内のSiOガス分圧
をそれ程上昇させないことが望ましい。なぜなら
ば、本発明において反応容器内のSiOガス分圧が
上昇するとSiOガス分圧の上昇に伴つて前記式(3)
にしたがう反応速度が相対的に速くなるが、この
場合の前記式(3)にしたがう反応はSiC結晶が成長
し粗大化する反応が主体となるので、SiOガス分
圧の高い条件下では、微細なSiC粒子を得ること
が困難になり、さらに著しい場合にはSiOガスの
一部が予熱帯へ上昇して下記式(4),(5),(6)に示す
如き反応を生起し、予熱帯においてSiO2,Si,
SiC,C等が混合した状態で析出する。前記析出
物は粘着性を有するため、原料が互いに凝結し、
炭化珪素を連続的に製造する上で最も重要な原料
の円滑な移動降下が著しく阻害され、長期間にわ
たる安定した連続操業が困難になる。 2SiO→SiO2+Si ……(4) SiO+CO→SiO2+C ……(5) 3SiO+CO→2SiO2+SiC ……(6) 本発明によれば、前記SiOガス分圧の上昇を抑
制し、極めて微細な炭化珪素粉末を得るために、
比表面積が1〜1000m2/gの範囲内の炭素粉末を
使用することが必要である。その理由は、前記比
表面積が1m2/gより小さいと前記式(3)にしたが
う反応の生起する箇所が少なく、結晶の成長によ
るSiCの生成反応が主体となるため、本発明の目
的とする微細な炭化珪素粉末を製造することが困
難であるし、一方1000m2/gより大きい比表面積
を有する炭素粉末は反応性の面から考慮すると極
めて好適であると考えられるが、そのような炭素
粉末は入手が困難であるばかりでなく、嵩比重が
極めて低いため、粒状物の気孔率が高くなり圧潰
強度が著しく低くなる欠点を有するからであり、
なかでも10〜500m2/gの範囲内の炭素粉末が入
手も比較的容易であり、かつ好適な結果を得るこ
とができる。 前記炭素粉末は主としてコンタクトブラツク、
フアーネスブラツク、サーマルブラツク、ランプ
ブラツクより選ばれるいずれか少なくとも1種の
カーボンブラツクであることが好ましいが、なか
でもサーマルブラツクはカーボンブラツク粒子の
連鎖構造あるいは鎖状構造すなわちストラクチヤ
ーが低く圧潰強度の強い粒状原料を容易に製造で
き最も好適である。 本発明によれば、シリカと炭素とを配合し、造
粒した原料が使用される。シリカと炭素とを粉体
のまま造粒せずに使用すると、反応時に生成する
COガスのガス抜けが悪化し反応が進み難くなる
欠点を有するからであり、前記粒状物の平均粒径
は3〜18mmの範囲内とすることが有利である。そ
の理由は、前記粒状物の平均粒径が3mmより小さ
いと粒状物とした効果が殆どなく、一方18mmより
大きいと粒状物内における反応速度が遅くなり、
経済的でないからである。 本発明によれば、前記粒状に成形せしめた原料
は反応域の高温にさらされても当初の形状を維持
することが重要であり、前記粒状に成形せしめた
原料は(a)1〜1000m2/gの範囲内の比表面積を有
する炭素粉末と炭素系の結合剤とを水を主成分と
する分散媒液を使用して混合する工程;もしくは
(b)1〜1000m2/gの範囲内の比表面積を有する炭
素粉末と炭素系の結合剤とを水あるいは有機溶剤
を主成分とする分散媒液および界面活性剤を使用
して混合する工程;上記(a),(b)工程のいずれかの
工程を経た後得られた混合物とシリカと炭素系の
結合剤とを混合し造粒されたものであることが必
要である。 前記原料を粒状に成形するに際し、炭素系の結
合剤を(a)あるいは(b)の工程および造粒工程におい
てそれぞれ配合する理由は、(a)あるいは(b)の工程
は炭素粉末を相互に結合させるために炭素系の結
合剤を混合する工程であり、また造粒工程は前記
(a)あるいは(b)のいずれかの工程を経た後得られた
混合物とシリカを結合させるために炭素系の結合
剤を混合する工程であり、(a)あるいは(b)の工程お
よび造粒工程においてそれぞれ炭素系の結合剤を
配合することにより、炭素系の結合剤をそれぞれ
の目的に応じて最適の量で効率的に配合すること
ができるからである。 なお前記炭素粉末と炭素系の結合剤とを上記(a)
の水を主成分とする分散媒液を使用して混合する
工程あるいは上記(b)の水あるいは有機溶剤を主成
分とする分散媒液および界面活性剤を使用して混
合する工程のいずれかによつて混合する理由は、
本発明で使用される如き極めて比表面積の大きな
炭素粉末は凝集性が強く通常微細な粒子が多数凝
集した粒子群すなわち2次粒子の形態で存在して
いるため、単に微粉状の結合剤を配合して混合す
るだけでは前記炭素粉末の凝集をほぐして結合剤
を均一に分散させることが困難であり、炭素粉末
相互の結合が極めて弱いことから反応域における
粒状原料の圧潰強度を維持することが困難である
が、上記(a)の水を主成分とする分散媒液を使用し
て混合する工程あるいは(b)の水あるいは有機溶剤
を主成分とする分散媒液および界面活性剤を使用
して混合する工程のいずれかによつて炭素粉末と
炭素系の結合剤を混合することによつて炭素粉末
の2次粒子の内部にまで炭素系の結合剤を均一に
分散させることができるからである。 本発明によれば、前記(a)あるいは(b)の工程にお
ける炭素系の結合剤は分散媒液可溶性成分を少な
くとも30重量%含有し、かつ固定炭素を5〜80重
量%含有するものであることが好ましい。前記分
散媒液可溶性成分を少なくとも30重量%含有する
ことが好ましい理由は、前記分散媒液可溶性成分
が30重量%より少ないと結合剤を炭素粉末の2次
粒子の内部にまで均一に分散させることが困難で
あり目的とする圧潰強度を得るためには大量の炭
素系の結合剤を必要とするからであり、一方固定
炭素を5〜80重量%含有するものであることが好
ましい理由は、前記固定炭素が5重量%より少な
いと目的とする圧潰強度を得るためには大量の結
合剤を配合しなければならず作業性に劣るばかり
でなく、粒状原料中に占める結合剤の容積が大き
くなるため、高温域における圧潰強度を維持する
ことが困難であるし、80重量%より多いと実質的
な結合剤としての作用効果が低く効率的に適用す
ることが困難であるからである。 本発明によれば、前記(a)あるいは(b)の工程にお
ける炭素系の結合剤の配合量は固定炭素量に換算
して炭素粉末100重量部に対して0.1〜10重量部の
範囲内とすることが好ましい。その理由は前記固
定炭素量に換算した配合量が0.1重量部より少な
いと粒状原料の反応域における圧潰強度が低く、
反応容器内で生成物が崩壊し易くなり、一方10重
量部より多いと結合剤が炭化する際に生成する炭
素によつて微細な炭素粉末が相互に結合され一体
化した粗大粒子となり易く、生成物中に前記粗大
粒子に起因する比較的粗い炭化珪素粒子を含有し
易くなるからであり、なかでも0.5〜8重量部の
範囲内において最も良い結果が得られる。 本発明によれば、炭素粉末と炭素系の結合剤と
を混合するに際し、炭素系の結合剤を炭素粉末の
2次粒子の内部にまで均一に分散し混合すること
が重要であり、前記(a)の工程によれば界面活性剤
的な特性を有する水溶性の炭素系の結合剤を水と
共に使用することが好ましく、また前記(b)の工程
によれば有機溶剤あるいは水のいずれかを主成分
とする分散媒液と分散媒液の炭素粉末に対する濡
れ性を改善するための界面活性剤とを使用するこ
とが好ましい。 本発明の(a)の工程によれば、炭素粉末と炭素系
の結合剤は水を主成分とする分散媒液を使用して
混合される。 前記(a)の工程において水を主成分とする分散媒
液を用いる本発明によれば、界面活性剤的な特性
を有する水溶性の炭素系の結合剤としてリグニン
スルホン酸塩、糖類、アルギン酸塩等を使用する
ことができる。 本発明の(b)の工程によれば、炭素粉末と炭素系
の結合剤は有機溶剤あるいは水のいずれかを主成
分とする分散媒液と界面活性剤を使用して混合さ
れる。 前記(b)の工程において有機溶剤を主成分とする
分散媒液を使用する場合には、炭素系の結合剤は
石油ピツチ、コールタールピツチ、木タールピツ
チ、アスフアルト、フエノール樹脂、石油ター
ル、コールタール、木タールより選ばれるいずれ
か少なくとも1種を使用し、界面活性剤としてア
ミン、カルボキシル基を有する有機化合物、スル
ホ基を有する有機化合物、エステルより選ばれる
いずれか少なくとも1種を使用することが好まし
い。 前記界面活性剤は例えばポリオキシ脂肪酸アミ
ン、ソルビタン脂肪酸エステル、ジアルキルスル
ホこはく酸エステル塩、脂肪酸、アルキルアミン
塩、ベンゼンスルホン酸、ポリオキシソルビタン
脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセリン
脂肪酸エステル、ポリエチレングリコール脂肪酸
エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステ
ル、プロピレングリコール酸エステル、しよ糖脂
肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、
脂肪酸アルカノールアミドあるいはアミンオキシ
ドがあり、これらを単独あるいは混合して使用す
ることができる。 前記有機溶剤は炭素系の結合剤の有機溶剤可溶
性成分をなるべく多く溶出できるものが有利であ
り、例えばベンゼン、アセトン、トルエン、ヘキ
サン、イソヘキサン、ヘプタン、イソヘプタン、
イソオクタン、シクロヘキサン、エチルベンゼ
ン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタ
ン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、ノ
ナン、キシレン、メチルアルコール、エチルアル
コール、ブチルアルコール、イソブチルアルコー
ル、プロピルアルコール、イソプロピルアルコー
ル、エチルエーテル、イソプロピルエーテル、ギ
酸エステル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソ
プロピル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ア
ミル、酪酸ブチル、炭酸ジエチル、フツ化酢酸、
ジエチレンジメチルエーテル、エチルメチルケト
ン、キノリンおよびこれらと同等の機能を有する
ものを使用することができる。 前記(b)の工程において水を主成分とする分散媒
液を使用する場合には、炭素系の結合剤はフエノ
ール樹脂、リグニンスルホン酸塩、糖類、アルギ
ン酸塩より選ばれるいずれか少なくとも1種を使
用し、界面活性剤としてアミン、カルボキシル基
を有する有機化合物、スルホ基を有する有機化合
物、エステル、アンモニウム化合物、エーテル結
合を有する有機化合物より選ばれるいずれか少な
くとも1種を使用することが好ましい。 前記界面活性剤として例えば脂肪酸塩、アルキ
ルベンゼンスルホン酸塩、直鎖アルキルベンゼン
スルホン酸塩、α―オレフインスルホン酸塩、ナ
フタレン―ホルマリン縮合物のスルホン酸塩、ポ
リオキシエチレンアルキルフエニルエーテルがあ
り、これらを単独あるいは混合して使用すること
ができる。 本発明によれば、前記(b)の工程における界面活
性剤の配合量は炭素粉末100重量部に対して0.05
〜5重量部の範囲内であることが好ましい。前記
界面活性剤の添加量が前記範囲より少ないと炭素
粉末と分散媒液との濡れ性を改善する効果が不充
分であり、一方前記範囲より多いと界面活性剤を
必要以上に添加することになり不経済である。 本発明によれば、前記(a)あるいは(b)の工程にお
ける分散媒液の配合量は前記炭素系の結合剤と炭
素粉末とを均一に分散させる効果および経済性を
考慮すると炭素粉末100重量部に対し10〜700重量
部とすることが有利である。 本発明によれば、前記(a)あるいは(b)のいずれか
の工程を経た後得られた混合物は造粒工程におい
てシリカと炭素系の結合剤と混合され、造粒され
る。 本発明によれば、前記造粒工程において使用さ
れる結合剤は炭素系の結合剤であることが必要で
ある。その理由は、前記炭素系の結合剤は高温域
でも強固な結合力を保持することができ、かつこ
の造粒原料がSiC化反応し、反応生成物になると
きも結合剤中の炭素がSiOガスと反応してSiC化
し形状を保持するため、反応域においても崩壊し
て再粉化することなく、一定の形状を保ち得るか
らである。 前記造粒工程において使用される炭素系の結合
剤の固定炭素含有量は5〜80重量%の範囲内であ
ることが好ましい。その理由は前記固定炭素含有
量が前記範囲より少ないと目的とする圧潰強度を
得るためには大量に配合しなければならず、一方
前記範囲より多いと実質的な結合剤としての作用
が小さくなり、効率的に適用することが困難であ
るからである。 本発明によれば、前記造粒工程における炭素系
の結合剤の配合量は固定炭素量に換算してシリカ
と炭素粉末の合計100重量部に対して1〜20重量
部の範囲内とすることが好ましい。その理由は前
記固定炭素量に換算した配合量が1重量部より少
ないと粒状原料の反応域における圧潰強度が低
く、反応容器内で生成物が崩壊し易くなり、一方
20重量部より多いと結合剤に要する費用が増加す
るし、結合剤が炭化する際に生成する炭素に起因
する粗大な炭化珪素粒子が生成し易くなるからで
あり、なかでも2〜15重量部の範囲内で最も良い
結果が得られる。 本発明によれば、前記造粒工程において使用さ
れる炭素系の結合剤は溶液状あるいは微粉末状の
いずれの形態でも混合することができる。 また前記造粒工程における造粒時にはCMC等
の粘着性溶液を使用することもできる。上記粘着
性溶液は造粒原料の常温における圧潰強度を高く
して、造粒原料を反応容器へ装入するまでの取扱
い時における崩壊を防止する効果を有する。前記
の粘着性溶液としてはCMCの溶液の他に例えば
澱粉、PVA、酢酸ビニール等の溶液を使用する
ことができる。 本発明によれば、微細な炭化珪素粉末を製造す
る上で、原料中の炭素量を増加させて前記式(3)の
反応が生起する箇所を増加させ、前記SiOガス分
圧の上昇を抑制することが有効であり、前記配合
原料におけるシリカと炭素のC/SiO2モル比を
3.2〜5.0の範囲内とすることが有利である。前記
C/SiO2モル比を3.2〜5.0の範囲内とすることが
有利である理由は、前記C/SiO2モル比が3.2よ
り小さいと、前記式(3)に従う反応を充分に行なわ
せ、SiOガス分圧を低く維持することが困難であ
り、一方5.0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
し、炭素原料に要する費用が増加するので不経済
であるからである。 本発明者らは、本発明の出発原料として使用さ
れるシリカと炭素および反応条件について種々研
究した結果、炭素粉末の比表面積が1〜1000m2
gの範囲内でかつシリカと炭素とからなる粒状原
料を用いて操業するに当り、シリカの平均粒径
(Xμm)、炭素粉末の比表面積(Sm2/g)、反応
温度(T〓)およびシリカと炭素とのC/SiO2
モル比(R)が下記関係式(7)を満足する場合に極
めて良好な結果を得ることができることを知見し
た。 S-1≦3.1×10-2R・X+1.1×104T-1 …(7) また、本発明によれば、原料内の通気性を向上
させて反応容器内のSiOガス分圧を均一にするた
めに、前記配合原料を造粒し、粒状物の気孔率が
10〜60%、粒状物嵩密度が0.40〜1.13g/cm3の範
囲内の粒状原料となすことが有利である。 前記配合原料を造粒し、粒状物の気孔率を10〜
60%の範囲内とすることが有利である理由は、前
記気孔率が10%より低いと粒状物中における通気
性が悪く、反応生成ガスが放出され難く、粒状物
内で局部的にSiOガス分圧が高くなり、前述の如
く結晶粒の粗大化が発生し易いからであり、一方
前記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、60%より高い
と粒状物の強度が極めて低く、反応容器中で潰れ
通気性が著しく悪化するからであり、なかでも25
〜55%の範囲内において最も良い結果が得られ
る。 前記粒状原料の粒状物嵩密度を0.40〜1.13g/
cm3の範囲内とすることが有利である理由は前記嵩
密度はなるべく低い方が通気性その他の点で有利
であるが、0.40g/cm3より低い粒状原料となすた
めには、前記粒状物の気孔率を著しく高めるか、
あるいは粒状物の粒径を極めて均一に揃えなけれ
ばならず、前記気孔率は余り高くすると前述の如
く粒状物の強度が著しく低下するし、また粒状物
の粒径を均一に揃えることは原料コストの著しい
増大につながるからであり、一方1.13g/cm3より
高いと反応生成ガスの通気性が悪く予熱帯におけ
る高温ガスの流れが不均一になり、原料と高温ガ
スとの熱交換が不充分になるからであり、さらに
また前記SiOガスよりの析出物の影響を受け易く
なり原料の円滑な自重降下が阻害され長期間の安
定した操業を維持することが困難になるからであ
る。前記粒状物嵩密度は0.50〜0.90g/cm3の範囲
内において最も良い結果が得られる。 なお、本発明によれば、前記粒状物嵩密度(D
g/cm3)は加熱帯における装入物の充填幅
(Wm)と粒状物の気孔率(A%)で示される下
記関係式(8)を満足する場合にさらに好適な結果を
得ることができる。 0.0146A(W−0.82)3+0.3≦D≦−2.52A (W−0.22)3+1.0 ……(8) なお、前記粒状物の気孔率は単位嵩容積当りに
気孔の占める容積比率であり、嵩容積というのは
粒状物中に占める固体と内部空隙を含んだ容積で
ある。前記粒状物嵩密度は粒状物の一定容積の重
量、すなわち固体、内部空隙および外部空隙を含
んだ単位容積当りの重量である。前記装入物の充
填幅は反応容器の側壁から水平方向に最も遠くに
存在する装入物迄の距離の2倍である。 本発明によれば、前記粒状原料を予熱帯と加熱
帯と冷却帯を有する反応容器の上方より装入し、
前記装入された原料を前記反応容器の予熱帯内を
連続的あるいは間歇的に自重降下させつつ加熱帯
に至らせ、前記加熱帯内で水平方向に間接電気加
熱し、反応域における装入原料ならびに反応生成
物の水平方向の温度分布がほぼ均一になるよう電
力負荷と反応域を降下する装入原料ならびに反応
生成物の降下速度を制御してSiC化反応を行なわ
せ、次いで反応生成物を冷却帯に降下させ非酸化
性雰囲気下で冷却後、前記反応容器の冷却帯下部
より連続的あるいは間歇的に反応生成物が排出さ
れる。 本発明によれば、極めて微細な炭化珪素粉末を
製造する上で、加熱帯における反応温度を1500〜
2000℃の範囲内に制御することが必要である。そ
の理由は、前記反応温度が1500℃より低いと前記
式(2)で示される反応の反応速度が極めて遅く効率
的に炭化珪素粉末を製造することが困難であるか
らであり、一方2000℃より高いと一且生成した炭
化珪素が結晶成長してα型炭化珪素に変化するた
め、本発明の目的とする極めて微細なβ型炭化珪
素粉末を製造することが困難であるからである。 なお前記反応温度は従来本発明者らが発明し提
案した炭化珪素の連続操業方法において必要とさ
れた反応温度に比較して低く、操業に要するエネ
ルギー量も少なくてすみ、かつ生産設備の耐久性
が著しく向上する等の利点をも有する。 また、前記加熱帯における装入物の降下速度
(Um/hr)を加熱帯における装入物の充填幅
(Wm)と加熱帯の高さ(Hm)の下記関係式(9)
で示される範囲内とすることが有利である。 H(8.3W2−5.8W+1.16)≦U≦H(50W2
36.7W+7.3) ……(9) 前記加熱帯の高さは装入物を加熱する手段、す
なわち発熱体の発熱部における高さ方向の長さで
ある。 次に本発明の方法の実施に直接使用する製造装
置の1例を図面を参照しながら説明する。 本発明の方法の実施に直接使用する装置は、第
1図に示す如く原料装入口1と予熱帯2と加熱帯
3と冷却帯4と密閉自在の生成物排出口5とを有
し、それらが縦方向にそれぞれ連接されてなる反
応容器6であつて、前記加熱帯を形成する筒7は
黒鉛製であり、加熱帯の装入物を間接電気加熱す
る手段8,9を具備し、少なくとも前記加熱帯の
外側に炭素あるいは黒鉛質よりなる断熱層10を
有するものである。 前記反応容器6は装置の中心部に設置され、間
接加熱手段8,9は黒鉛製発熱体8と前記発熱体
の外側に近接して設けられた黒鉛製反射筒9から
なる。前記加熱帯を形成する筒と黒鉛製反射筒に
囲まれた空間内には非酸化性ガス装入口11より
例えばアルゴン、ヘリウム、窒素、一酸化炭素、
水素、その他の非酸化性ガスが封入され、空気の
侵入による黒鉛製発熱体の酸化消耗が防止され
る。 以下、本発明を実施例について説明する。 実施例 1 比表面積が25m2/gのサーマルブラツク粉末
(F.C.=98.5重量%)100重量部とノボラツク型フ
エノール樹脂(F.C.=51.6重量%)10重量部とポ
リオキシエチレンアルキルフエニルエーテル1重
量部とイソプロピルアルコール400重量部を配合
し、高速ミキサーを使用して充分に混合した後、
噴霧乾燥して、平均粒径が約0.3mmの顆粒状混合
物を得た。ついで前記顆粒状混合物110重量部と
平均粒径が153μmのシリカ粉末(SiO2=99.7重量
%)140重量部と高ピツチ粉40重量部を配合し、
パン型造粒機に投入しCMC0.5%水溶液をスプレ
ーしながら造粒し、さらに篩とバーグリズリーで
整粒した後、バンド型通気乾燥機に入れて150℃
の熱風で90分間乾燥した。得られた粒状原料は平
均粒径が11mm,粒状物の気孔率が50%、粒状物嵩
密度が0.61g/cm3,C/SiO2モル比が4.4であつ
た。 この粒状原料を第1図に示すような竪型の間接
加熱炉の上部より装入し、前記加熱炉内を連続的
に自重降下させて、反応温度が1650℃に制御され
た加熱帯に至らせ、加熱帯における装入物を
0.60m/hrの降下速度で自重降下させつつ水平方
向に間接加熱してSiC化反応を行わせた後、冷却
帯に自重降下させ、排出口より反応生成物を連続
的に排出させた。 使用した間接加熱炉の仕様は第1表に示した如
くであり、加熱帯における装入物の充填幅は0.24
mである。 得られた反応生成物から遊離炭素を除去した
後、内径が250mmφのボールミルを用いて回転数
48rpmで5hr湿式解砕し、さらに10%HF水溶液に
3hr浸漬して遊離シリカを除去精製した。前記精
製して得られた炭化珪素中のβ型結晶よりなる炭
化珪素の含有率は、X線回折によつて測定したと
ころ97.2%であり、その比表面積は35.3m2/gで
あつた。またその粒子計上を走査型電子顕微鏡で
観察したところ、極めて丸い形状の微粉末である
ことが認められた。 使用した間接加熱炉の仕様は第1表に示した如
くであり、加熱帯における装入物の充填幅は0.24
mである。
【表】
【表】 実施例2、比較例1 実施例1と同様であるが、第2表に示した如く
顆粒状混合物を製造する際の界面活性剤および分
散媒液の配合量を換えて調整した粒状混合物を使
用して反応生成物を得た。 得られた反応生成物の物性は実施例1と同様の
方法で測定し、結果は第2表に示した。 前記実施例2はいずれも長期間安定して連続操
業することができた。これに対し比較例1は反応
容器内で装入物が崩壊し、連続操業が困難であつ
た。
【表】 実施例 3 実施例1と同様であるが、ポリオキシエチレン
アルキルフエニルエーテルに換えて脂肪酸塩、ア
ルキルベンゼンスルホン酸塩、直鎖アルキルベン
ゼンスルホン酸塩、α―オレフインスルホン酸
塩、ナフタレン―ホルマリン縮合物のスルホン酸
塩、ポリオキシエチレンノニルフエノールエーテ
ルをそれぞれ使用して粒状原料を調製し、反応生
成物を得た。 前記反応生成物を精製して得られた炭化珪素粉
末はいずれも極めて微細で本発明の目的を充分に
満足させるものであつた。また操業も長時間安定
して行なうことができた。 実施例 4 実施例1と同様であるが、結合剤としてフエノ
ール樹脂に換えてリグニンスルホン酸塩、液糖お
よびアルギン酸を使用し、分散媒液として水を使
用して粒状原料を調製し、実施例1と同様に反応
生成物を得た。 前記反応生成物の圧潰強度は実施例1で得られ
た反応生成物に比較していずれも若干低かつた
が、精製して得られた炭化珪素粉末はいずれも極
めて微細で本発明の目的を充分に満足させるもの
であり、また操業も長時間安定して行なうことが
できた。 なお前記粒状原料中のC/SiO2モル比はいず
れも4.0になるよう調製した。 実施例 5 実施例1で使用したサーマルブラツク粉末100
重量部と石油タール(F.C.=19.6重量%)15重量
部とポリオキシエチレンドデシルアミン0.5重量
部とトルエン300重量部を使用して実施例1と同
様の方法で顆粒状混合物を得た。ついで前記顆粒
状混合物115重量部と実施例1で使用したと同様
のノボラツク型フエノール樹脂(平均粒径=約
32μm)30重量部を配合し、実施例1と同様の方
法で粒状原料を調製し、実施例1と同様にして反
応生成物を得た。 得られた反応生成物の物性を実施例1と同様の
方法で測定したところβ型結晶よりなる炭化珪素
の含有率は98.3%であり、その比表面積は34.1
m2/gであつた。 実施例 6 実施例5と同様であるが、ポリオキシドデシル
アミンに換えてプロピレングリコール脂肪酸エス
テル、ポリオキシソルビタン脂肪酸エステル、ポ
リオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポ
リエチレングリコール脂肪酸エステル、ペンタエ
リスリトール脂肪酸エステル、しよ糖脂肪酸エス
テル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、脂肪酸ア
ルカノールアミドおよびアミンオキシドを使用し
て粒状原料を調製し、実施例1と同様にして反応
生成物を得た。 前記反応生成物はいずれも連続操業を行なうに
好適な圧潰強度を有しており、長時間安定して連
続操業を行なうことができた。なお前記反応生成
物を精製して得られた炭化珪素はいずれも極めて
微細であつた。 以上、本発明によれば、炭化珪素無加圧焼結体
を製造するに適した平均粒径が1μmを大きく下ま
わる比表面積の極めて大きな超微細炭化珪素粉末
を高収率にかつ容易に製造することができるので
産業上に寄与する効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例および比較例において
使用した竪型連続製造装置の縦断面図である。 1…原料装入口、2…予熱帯、3…加熱帯、4
…冷却帯、5…生成物排出口、6…反応容器、7
…加熱帯を形成する筒、8…黒鉛製発熱体、9…
黒鉛製反射筒、10…断熱層、11…非酸化性ガ
ス装入口、12…案内電極、13…可とう導体、
14…ブスバー、15…測温パイプ、16…外
殻、17…耐火煉瓦、18…排気ダクト、19…
原料ホツパー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 シリカと炭素と炭素系の結合剤とを配合し粒
    状に成形せしめた原料を、予熱帯と加熱帯と冷却
    帯を有する反応容器の上方より装入し、予熱帯内
    を連続的あるいは間歇的に自重降下させつつ加熱
    帯に至らせると共に該加熱帯内で水平方向に間接
    電気加熱し、反応域における装入原料ならびに反
    応生成物の水平方向の温度分布がほぼ均一になる
    よう電力を負荷すると同時に装入原料ならびに反
    応生成物の降下速度を制御してSiC化反応を行わ
    せ、次いで前記反応生成物を非酸化性雰囲気下の
    冷却帯に降下させて冷却し、その後反応生成物を
    冷却帯下部より連続的あるいは間歇的に排出させ
    る炭化珪素の製造方法において、 粒状に成形せしめる前記原料として、 (a) 1〜1000m2/gの範囲内の比表面積を有する
    炭素粉末と炭素系の結合剤とを、水を主成分と
    する分散媒液を使用して混合する工程;もしく
    は (b) 1〜1000m2/gの範囲内の比表面積を有する
    炭素粉末と炭素系の結合剤とを水あるいは有機
    溶剤を主成分とする分散媒液および界面活性剤
    を使用して混合する工程; 上記(a),(b)工程のいずれかの工程を経た後、得
    られた混合物とシリカと炭素系の結合剤とを混合
    し造粒されたものを使用し、 そして、加熱帯における反応温度を1500〜2000
    ℃の範囲内に制御してSiC化反応を行わせること
    を特徴とする超微細炭化珪素粉末の製造方法。 2 前記炭素粉末は主としてコンタクトブラツ
    ク、フアーネスブラツク、サーマルブラツク、ラ
    ンプブラツクより選ばれるいずれか少なくとも1
    種である特許請求の範囲第1項に記載の製造方
    法。 3 前記(a)あるいは(b)の工程における炭素系の結
    合剤は、分散媒液可溶性成分を少なくとも30重量
    %含有し、かつ固定炭素を5〜80重量%含有する
    ものである特許請求の範囲第1項あるいは第2項
    に記載の製造方法。 4 前記(a)あるいは(b)の工程における炭素系の結
    合剤の配合量は、固定炭素量に換算して炭素粉末
    100重量部に対して0.1〜10重量部の範囲内とする
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1〜3項のい
    ずれか1つに記載の製造方法。 5 前記(b)の工程において、水を主成分とする分
    散媒液を使用し、炭素系の結合剤としてフエノー
    ル樹脂、リグニンスルホン酸塩、糖類、アルギン
    酸塩より選ばれるいずれか少なくとも1種を使用
    する特許請求の範囲第1〜第4項のいずれか1つ
    に記載の製造方法。 6 前記(b)の工程において有機溶剤を主成分とす
    る分散媒液を使用し、炭素系の結合剤として石油
    ピツチ、コールタールピツチ、木タールピツチ、
    アスフアルト、フエノール樹脂、石油タール、コ
    ールタール、木タールより選ばれるいずれか少な
    くとも1種を使用し、界面活性剤としてアミン、
    カルボキシル基を有する有機化合物、スルホ基を
    有する有機化合物、エステルより選ばれるいずれ
    か少なくとも1種を使用する特許請求の範囲第1
    〜第4項のいずれか1つに記載の製造方法。 7 前記(b)の工程において水を主成分とする分散
    媒液を使用し、炭素系の結合剤としてフエノール
    樹脂、リグニンスルホン酸塩、糖類、アルギン酸
    塩より選ばれるいずれか少なくとも1種を使用
    し、界面活性剤としてアミン、カルボキシル基を
    有する有機化合物、スルホ基を有する有機化合
    物、エステル、アンモニウム化合物、エーテル結
    合を有する有機化合物より選ばれるいずれか少な
    くとも1種を使用する特許請求の範囲第1〜第4
    項のいずれか1つに記載の製造方法。 8 前記界面活性剤の配合量は炭素粉末100重量
    部に対して0.05〜5重量部の範囲内である特許請
    求の範囲第1〜第4項、第6項あるいは第7項の
    いずれか1つに記載の製造方法。 9 前記造粒工程において使用される炭素系の結
    合剤の固定炭素含有量は5〜80重量%の範囲内で
    ある特許請求の範囲第1〜第8項のいずれか1つ
    に記載の製造方法。 10 前記造粒工程における炭素系の結合剤の配
    合量は固定炭素量に換算してシリカと炭素粉末の
    合計100重量部に対して1〜20重量部の範囲内で
    ある特許請求の範囲第1〜第9項のいずれか1つ
    に記載の製造方法。
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