JPS6016811A

JPS6016811A - 炭化珪素の製造方法

Info

Publication number: JPS6016811A
Application number: JP58125887A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kamitori; 神取　利男; Masahiro Sugiura; 杉浦　正「ひろ」
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1985-01-28

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、籾殻から高純度の炭化珪素を得る方法に関す
るものである。

現在、炭化珪素は、ガスタービン等の耐高温構造用材料
として各方面で検討がなされており、将来広く使用され
るセラミック材料の一つとして有望視されているもので
ある。

従来から炭化珪素の合成法としては、種々のものが提案
され、また検討されている。

これらには、たとえば（１）金属珪素粉末を炭化する方法、（２）四塩化珪素とシランを原料として、気相及中で加
熱し、珪素を還元・炭化する方法、等がある。

上記の中、特に上記（３）の方法は、資源的に豊富な二
酸化珪素を用いるため、工業的に有利である。

しかして、この方法の具体的なものの１つに、二酸化珪
素原料としてこのものを比較的多凧に含有する籾殻を用
いる方法がある。この方法は籾殻中の有機物を灰化し、
これにより得られた炭素化物を非酸化性雰囲気で加熱す
ることにより、該炭素化物中の二酸化珪素を炭化して炭
化珪素とするものである。この方法によると、二酸化珪
素と炭素とを混合する工程を省略できたり、炭化珪素の
粒度を容易に調整できる等の利点がある。

しかしながら、籾殻中には、珪素以外にカルシウム、ナ
トリウム、カリウム、マグネシラＪ１、マンガン、アル
ミニウム等の元素が含まれている。

しかして、籾殻を原料として得られる炭化珪素は、これ
らの元素が不純物として含才れ、該炭化珪素で製作した
成形品の強度を低下させる欠点を有する。通常、これら
の不純物元素は、酸化物で存在し、特に高温での強度の
低下が顕著となる。

本発明者らは、籾殻を原料とした炭化珪素の、上記欠点
を克服することを目的に、鋭意研究を進めた結果、本発
明を為すに至ったのである。

本発明は、籾殻を酸性溶液に浸漬して不純物元素を除去
するための酸処理工程と、該酸処理した籾殻を炭素化物
とする灰化工程と、該灰化した籾殻中の珪素を炭化する
炭化工程とからなることを特徴とする炭化珪素の製造方
法である。

本発明によれば、炭化珪素の原料である籾殻を酸性溶液
に、短時間浸漬するという極く簡単な操作を行なうだけ
で、籾殻中の不純物元素を除去することが可能である。

それ故、本発明により得られる炭化珪素は、カルシウム
等の不純物元素含有量が極く少量となり、これを焼結晶
とした場合ｌζは、優れた高温強度を保有する。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明において用いる籾殻は、籾から、籾の中身である
玄米を取り除いた残部である。該籾殻は水稲、陸稲、い
ずれの稲から収穫した籾から得たものでもよい。

該ａ殻には、二酸化珪素が約２０Ｍ量パーナンド含まれ
ており、その他、ナトリウム、カリウム、アルミニウム
、マグネシウム、カルシウム等の金属元素を含有してい
る。

通常、上記籾殻には、泥等の汚れが付着している。この
ため、本発明において使う籾殻を水洗しておくのが望ま
しい。

まず、本発明における第一工程として、上記籾殻を酸性
溶液に浸漬する。ここで用いる酸性溶液は塩酸、硝酸、
硫酸、リン酸等の無機酸、蟻酸、酢酸、酒石酸等の有機
酸の溶液状のものである。

これらの酸性溶液の酸濃度はｏ、ｏ　ｉ〜１０規定の範
囲が、不純物除去、取り扱い上から望ましい。

籾殻を上記酸性溶液に浸漬すると、該籾殻に含まれてい
るナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、
マンカン、アルミ、鉄等、珪素以外の金属元素が金属塩
となって、該酸性溶液中へと溶出する。またこのとき、
該籾殻に付着している汚れ等も除去することができる。

なお、上記溶出、除去を促進させるために、攪拌機を用
いることも有効である。

上記浸漬時間としては、酸性溶液の濃度によって異なる
が、１〜２０時間程度が望ましい。１時間以内では、不
純物元素を充分に除去することができず、また、２０時
間以上浸漬しても不純物元素の除去割合は増加しない。

以上のようにして、籾殻を所望の時間浸漬したのち、該
酸性溶液から取り出し、次工程である灰化工程を施す。

なお、このとき、該籾殻に付着している余分の酸性溶液
を清浄水で洗い流してもよい。

本発明における灰化工程では、上記酸処理工程を施した
籾殻を、非酸化性の雰囲気中で加熱し、該籾殻に含まれ
ているタール状物質等を除去するとともに、二酸化珪素
用還元剤としての炭素を遊離せしめる。

該灰化工程における加熱条件は、３００〜６００℃の範
囲の温度で３〜５時間保持するのがよい。該灰化工程を
施すことによって、籾殻から有機物質が揮散するために
、該籾殻は約５０％のＮ最減少が生じる。

なお、上記酸処理工程と灰化工程とを、上記と逆に、す
なわち、炭化工程を施したのち酸処理工程を施しても、
不純物元素を十分に除去することができる。

次に、灰化した籾殻に炭化工程を施す。該炭化工程にお
いて、灰化した籾殻に含まれる二酸化珪素を、同じく該
籾殻に含まれる炭素によって還元し、炭化珪素が生成す
る。

尚、該炭化工程において、灰化した籾殻に別の炭素源（
例えば、炭素粉末、フェノール、エポキシ等の樹脂等）
と共に加熱することも可能である。

該炭化工程における処理条件は、非酸化性雰囲気中（酸
素含有量１１００ｐｐ以下が望ましい。）で１，８００
〜１，６００℃の範囲内の温度で、１〜５時間加熱する
のがよい。

本発明により得られる炭化珪素は、本発明における酸処
理工程を施していない籾殻を原料として得たものより、
不純物元素含有量が頗る低い。特に、ナトリウム、カリ
ウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、リンの含
有量低下が著しい。

従って、本発明により得た上記炭化珪素に、焼結助剤を
添加して無加圧焼結して得た成形品は優れた高温強度を
保有する。

なお、本発明における籾殻としては、稲以外の稲科の植
物たとえば麦、粟、禮等の殻も、使用することができる
。

以下、本発明の実施例を示す。

実施例１第１表の試験番号１〜１９に示す酸性溶液を０．３リツ
トルずつ用怠し、これらの酸性溶液に、南知多産の稲よ
り収穫した籾殻を１５Ｆずつ浸漬し室温で１時間放置し
た。

なお、このとき、該籾殻に付着している気泡を除去する
ため、一時的に酸性溶液を攪拌した。

これらの酸性溶液は、上記籾殻を浸漬すると、いずれも
黄色ないし黄褐色に変色した。

その後、それぞれの酸性溶液から籾殻を取り出し、篩に
移して、水道水を振りかけ、余分の酸性溶液を洗い流し
た。

次に、上記酸処理した籾殻を、温度１００℃で１５時間
乾燥したのち、蓋付磁性坩堝に入れ、電気炉中で温度８
００℃、５時間加熱し、該籾殻を灰化せしめた。さらに
、上記の灰化した籾殻ｉ、ｏｆＩを充填した黒鉛ボート
（内寸法７０Ｘ　１５Ｘ　１０屡）を管状シリコニット
炉中に入れた。

そして該管状シリコニット炉中ヘアルゴンガスを毎分２
．０リツトル（標準状態換算）の割合で流しながら、上
記黒鉛ボートを温度１，４５０℃で、５時間加熱するこ
とにより、炭素と炭化珪素の混合物を得た。

該混合物を、さらに大気中で温度６５０℃、５時間加熱
して、残留炭素を除去し、緑色の炭化珪素（試料番号１
〜１９）を得た。

一方、比較例として、上記酸処理工程を行なわない籾殻
に、上記の灰化工程、炭化工程を施し、比較用炭化珪素
（試験番号０１）を得た。

上記炭化珪素中の不純物元素をプラズマ発光分析により
調べた。その結果を８１表に示す。

この結果から明らかなように、同表中の酸を使って酸処
理工程を施した籾殻から製造した炭化珪素は、酸処理工
程を施していない籾殻から製造しまた、Ｌ配本実施例の
試験番号１により得た炭化珪素の物質同定を、コバルト
Ｋａ線を用いたＸ粕示す。該物質同定試験の結果、上記炭化珪素は、その８
０％以上がＢ増炭化珪素であることを確認した。

実施例２実施例１で用いたのと同じ籾殻１５０Ｆを蓋付きの磁性
坩堝中に入れ、ニクロム抵抗炉中で、温度８００℃で５
時間加熱し、該籾殻を炭化した。

一方、塩酸ＣＨＯｅ：　８６ｗｔ％含有）を水道水で希
釈し、第２表の試験番号２０〜２６に示す７種類の酸性
溶液を得た。これらの酸性溶液に、上記１　炭化処理し
た籾殻を７等分して浸漬し、２時間放置した。

次に、それぞれの籾殻を酸性溶液より取り出し、水洗、
乾燥の後、実施例１と同条件の炭化工程を施し、余分の
炭素を除去することにより、７種類の炭化珪素を得た。

その後、これらの炭化珪素について、プラズマ発光分析
により不純物元素含有量を調査した。その結果を第２表
に示す。これらの結果より、灰化工程を施してから、酸
処理工程を施しても、得られた炭化珪素中の不純物元素
は極く少量になっていることがわかる。

また、実施例１と同じく、物質同定を行なった結果、８
０％以上がＢ増炭化珪素であることを確認した。

第２表

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の実施例によって得た炭化珪素について測
定したＸ線回凹図である。出願人　株式会社　豊田中央研究所代理人　弁理士　高橋祥泰弁理士高橋克彦弁理士根本　勝

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　籾殻を酸性溶液に浸漬して不純物元素を除去す
る酸処理工程と、該酸処理した籾殻を加熱して炭素化物
とする灰化工程と、該灰化した籾殻中の珪素を非酸化性
雰囲気中で加熱して炭化する炭化工程とから成ることを
特徴とする炭化珪素の製造方法。
（２）灰化工程における加熱温度は、３００ないし６０
０℃であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の炭化珪素の製造方法。
（３）炭化工程における加熱温度は、１，８００ないし
１，６００℃であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の炭化珪素の製造方法。