JPS59131509A - 炭化けい素の製造方法 - 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】 本発明は炭化けい素−特には微細に分割された炭化けい
素の製造方法に関するものである。

炭化けい素は、その焼結体が耐酸化性、耐衝撃性、高温
強度などにすぐれた特性を示し、しかも高硬度であると
いうことから、従来からの用途である耐火物や研摩剤な
どの他に高温構造材料としても注目されている。そして
、この高温構造材料としての炭化けい素焼鞘体を得るた
めの焼結法ｌ二ついては一反応焼結法、ホットプレス法
−常圧焼結法などが知られているが−これらの方法によ
って高強度の焼結体を得るためにはこの出発材料となる
炭化けい素をできるだけ微細な粉末とすることが必要と
される。

他方、この炭化けい素微粉の製造方法については、１）
アチソン法によって製造された炭化叶い熱分解させる方
法などが知られているが−このｌ）の方法の機械的粉砕
にはその微粉化に一定の限界があり、２）の方法にはこ
の生成物が比較的粗大な粒子と微粒子の共存したものと
なるため篩別工程が必要とされるほか、これには炭化け
い素の焼ＭＪ二有害なりリカが多量に含有されるという
不利がある。これに対し、３）の方法はこの生成物が微
細な炭化けい素となるし、特にこの熱源としてプラズマ
炎を用いる場合Ｃ二はその粒子が非常に微細になり、不
純物混入もないという利点をもつものであるけれども、
これにはプラズマ炎の安定性に問題があるほか一反応管
内壁への反応物の付着により反応管が破損されるという
不利があり一未だ実用化されるに到っていない。

すなわち−このオルガノシラン類の気相熱分解による炭
化けい素粉の製造（二ついては例えば特開昭５６−３２
３１６号公報、英国特許第１１３４８７２号などが知ら
れているが−この前者の方法はオルガノシランなどの原
料ガスを予じめプラズマ作動ガスと混合し、これをプラ
ズマ炎中に導入するものであるため、原料ガスの供給速
度を増大させるとプラズマ火炎の安定度が低下するほか
、プラズマ炎上部で午じた反応生成物が反応管内壁に付
着、堆積され、これが高周波誘導で加熱されるために、
場合によっては反応管が破損されてしまうという不利が
あり、この後者の方法では原料ガスがプラズマ炎の外側
から、プラズマ炎尾部に供給されるために原料ガスとプ
ラズマガスとの混合が不充分となり１反応率が低下する
という欠点があった。

本発明はどのような不利を解決した炭化けい素の製造方
法に関するものであり、これは一般式Ｒｎ５１０ｔ４−
ｎ（こ＼にＲは水素原子または１価の炭化水素基でその
うち少なくとも１個は炭化水素基、ｎは１〜４の正数）
で示されるオルガノシランのガス状物および／または一
般式ＨｍＳＩＣｔ４−ｍ（こ＼にｍは０〜４の正数２で
示されるシランと揮発性炭化水素化合物との混合ガスな
、高周波誘導プラズマ炎の中心部に尋人し。

このプラズマ炎内で熱分解させることを特徴とするもの
である。

これを説明すると１本発明者らはオルガノシラン類の高
周波誘導プラズマを利用する気相熱分解法による炭化け
い素の製造方法について種々検討し、これについては原
料ガスをそれがプラズマ炎の中心軸に貫入するように供
給すればこの原料ガスの供給用を増加させても高周波誘
導プラズマに対する電気的影響が軽微となり、プラズマ
炎が安定に保持されること−またこれによれば原料ガス
のプラズマ炎からの受熱が多くなるのでその熱分解反応
が促進され、結果において遊離けい素や遊離炭素量の少
ない炭化けい素粒子を高い反応率で得ることができるこ
とを見出し、この反応条件などについての研究を進め、
本発明を完成させた。

本発明の方法で始発材とされるシラン類は前記した一般
式　Ｒ５ｉＯＬ４−ｎで示されるものであるが−これは
その熱分解によって炭化げい累（’５ｉｎ）　　を発生
するものであることから、その分子中に少なくとも１個
の炭素原子とけい素原子を含むものでなければならない
。したがって、上記一般式における只のうちの１個はメ
チル基、エチル基、フェニル基などの炭化水素基とされ
、これにはこれらの炭化水素基を含む各種のオルガノシ
ランが使用されるが、これらの中ではメチルトリクｒｙ
ｏシラン、ジメチルジグロ口νラン、トリメチルグロ口
νラン、メチルジクロロシラン、テトラメチルシラン、
メチルフェニルジグロロシラン、トリメチルシランが単
価が安く一人手し易いために好適とされるが−これはま
たそのＲが一冊ＯＨ２Ｓ　ＩＨ（ＯＨａ　）　）ｉ−で
示されるジメチルシリルトリメチルシリルメタンなどの
ようなオルガノシランもそれが炭化けい素繊維の主原料
であるポリカルボシランの製造工程中に多量に晶１」生
するものであるということから好ましいものとされる。

また、このシラン類としては一般式ＨｍＳｉＯｔ４−ｍ
　で示されるシランも使用することができるが−この場
合には炭化けい素を形成する炭素源としての炭化水素化
合物または一般式％式％） で示される塩素化炭化水素化合物との混合ガスとして使
用する必要があり−この炭化水素化合物としてはメタン
、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン、アセチレ
ンなどが、またこの塩素化炭化水素としてはメチルグロ
ライドーエチルグロライド、四塩化炭素−メチルグロσ
ホルムなどが例示される。なお、これらのシラン類はそ
の分子中に含有されている炭素原子数がけい素原子の数
より多い場合には、炭素が生成され、これが目的とする
炭化けい素中に混入されることがあるが、これには必要
に応じこの反応系に炭素原子を含まない四塩化けい素、
トリグσロシランなどのけい素化合物のガス状物を混合
するようにすればよい。

なお−この始発剤としてのシラン類またはこのシランと
炭化水素化合物はキャリヤーガスに伴流させてプラズマ
炎中に導入してもよく、これには周期律表第８族の不活
性としてのクリプトン−、キセノン、ラドン、アルゴン
などが使用されるが。

工業的には安価であるアルゴンとすればよい。

つぎに本発明方法を添付の図面にもとづいて説明すると
、第１図は本発明方法に使用される反応装置の縦断面要
因を示したものであり、これは原料ガスも入管１−プラ
ズマガス龜入管２を有する内管３と冷却ガス導入管４を
その頭部に備えたプラズマ反応管５と、これに付設され
た高周波ワークコイル６とから構成されており、このプ
ラズマ反応管５の下部には粒子捕集部７とガス排出口８
が設けられている。本発明の方法の実施は、まずこの反
応管５にプラズマガス導入管２からアルゴンガスを送入
したのち、高周波ワークコイル６に晶周波電力を印加し
、図示していない点火棒を用いて内管３の光跡にグミ−
放電を発生させると。

このグミー放屯が種火となって反応管５の中にプラズマ
炎９が発生されるので、このプラズマ炎の発生後、原料
ガス導入管ｌからシランガスおよび／またはシランガス
と炭化水素化合物さらには必要に応じけい素化合物を導
入して反応を開始させればよい。この制周波電力はその
周波数が０．５ＭＨｚ　　より低いとプラズマの発生が
困難となり、１０ＭＨｚ　　より高いと高周波に起因す
る不用意なスパークが発生し易くなるので、これは０５
〜１０ＭＨｚ　の節回のものとすることがよく−これは
またｌ−１００ＫＷ程度のものとすればよい。

このプラズマ炎発生中１作動ガスとしてのアルゴンガス
に加えて、この反応を抑制しないガス、例えば水素ガス
を添加することは、プラズマ炎への入力増加時にアルゴ
ンガスだけを作動ガスとじた左きに発生するプラズマ炎
の揺動を防止するだめの有効な手段であり、これはプラ
ズマ炎が安定して発生できる範囲内で尋人することがよ
い。

本発明の方法はこの１京料ガスをプラズマ炎９の中心部
に尋人して原料ガス流がプラズマ炎内で完全にプラズマ
で包囲されるようにし、これによってプラズマ炎からの
熱を充分原料ガスに斗えて炭化けい累の形成反応を促進
させるものであるから。

上記した原料ガス導入管１はその中心軸がプラズマ炎９
の中心軸と同一線上にくるように設置する必要があるが
、この原料ガスはアルゴンガスなどのキャリヤーガス（
二よってプラズマ炎の頂部に送入するようにすればよい
。また、こめ原料ガスの流速はそれが遅いと噴出流がプ
ラズマ炎９に貫入されず、その外縁に沿って流れてしま
うおそれがあり、これが速すぎるとプラズマ炎９が吹き
消されてしまうので、これは５０ｃｒｎ／抄以上、好ま
しくは１〜４ｍ／秒の範囲とすることがよく、このガス
流速の制御はこ＼に導入する原料ガスの量、キャリヤー
ガスの量を調整するか、あるいは顔料ガス導入管１の先
端部内径を調整すればよい。

上記によりプラズマ炎の中心部に貫入されたシランまた
はこれと炭化水素化合物との混合ガスは。

このプラズマ炎からの加熱によって２，０００℃程度の
薗温となり、気相熱分解してβ型の炭化けい系となるが
、こ＼に生成する炭化けい素はその殆んどが１１１ｍ以
下の微粉状物となり、これはまた望ましくない不純物の
混入もない状態で得られるし、この場合にはプラズマ炎
外域での反応がないので、こ＼で発生した炭化けい素が
プラズマ炎近傍の反応管壁部に付着するということもな
＃＜。

反応管下部に設けられているガス排出口８から排出され
る排ガスに随伴されて粒体補集部７に落下してくるので
、容易に回収することができる。

これを要するに１本発明方法はシラン化合物のプラズマ
炎による気相熱分解法において、この原料ガスをプラズ
マ炎の中心部に貫入させることを特徴とするものであり
、これｆ二よれば原料ガスの供給速度を増加させてもプ
ラズマ炎が不安定になることがないし、原料ガスのプラ
ズマ炎による加熱が極めて有効に行なわれるので、高い
反応率、高い生成速度で炭化けい素を得ることができる
という有利性が与えられるほか、こ＼に得られる炭化け
い素が非常に微細なβ型炭化けい素粒子であることから
、このものはセラミック材としての焼結体形成用材とし
て有用のものとされるという工業的宜利性が与えられる
。

つぎに本発明の実施例をあげる。

実施例 直径３’７ｍ＋ｎφの石英管をプラズマ反応管とし、こ
れに第１図に示したように原料ガス４人肯−プラズマガ
ス心人管−冷却ガス導入管を付設し、こ＼に第１表に示
したような作動ガスを９人したのち高周波ワークコイル
に３．６ＭＨｚ−１０ＫＷの高周波電力を印加し１点火
沖を用いてグミ−放電を発生させたところ、管内にプラ
ズマ炎が発生したので、こ＼に第１表に示した原料ガス
を導入して反応を開始させた。

この場合、原料ガス−作動ガスの流速を第１表−に併記
したように調整すると共に、原料ガスがプラズマ炎の中
心部に尋人されるように調節したところ、第１表に併記
したとおりの結果が得られ。

得られた炭化けい素粉はその粒径を遠心沈降法で測定し
たところ、第１表に示したように１μｍ以下の粒子が９
７〜９８係というものであった。

なお、比較のため、この原料ガスを作動ガスと混合した
場合（比較例１）、原料ガスの供給をプラズマ炎の中心
部でなくプラズマ炎尾部に供給した場合（比較例２）に
ついて、上記と同じ条件で処理したところ−この場合に
は第１表に併記したように炭化けい素の収量が低下する
ほか、遊離のけい素、炭素の量が増加していた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するプラズマ反応装置の縦…
■面要図を示したものである。 １・・・原料ガス８入管　　２・・・プラズマガス鴫入
管３・・・内１　　　　　　４・・・冷却ガス導入管５
・・・プラズマ反応管　　６・・・高周波ワークコイル
７・・・粒子捕集部　　　　８・・・ガス排出口９・・
・プラズマ炎 特許出願人　信越化学工業株式会社 第１１ン１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一般式　Ｒｎ５ｉＯｔ４−ｎ（こ＼にＲは水素原子
   または１価炭化水素基でその少なくとも１個は１価炭化
   水累基、ｎは１〜４の正数）で示されるオルガノシラン
   のガス状物および／または一般式　Ｈｍ８１Ｃｔ４−ｍ
   （こ贋二ｍは０〜４の正数）で示されるシランと揮発性
   炭化水素化合物との混合ガスを、高周波誘導プラズマ炎
   の中心部に１人し、プラズマ炎内で熱分解させることを
   特徴とする微細に分割された炭化けい素の製造方法 ２、高周波誘導プラズマ炎の作動ガスとしてアル