CN104010967A - 硅微粒的制造方法和制造设备 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的硅微粒的制造方法包括：在由非碳物质形成的区域(20)中在惰性气氛下使用加热手段加热前驱体的步骤(A)，其中前驱体通过干燥含硅源和碳源的混合物来获得；和在由非碳物质形成的区域(20)中在惰性气氛下迅速冷却通过加热前驱体产生的气体的步骤(B)。硅源和/或碳源为液态。
Description
技术领域
本发明涉及硅微粒的制造方法和制造设备。
背景技术
近年来，随着纳米技术的进步，寻求具有较小粒径的原料粉体(powder)。研究和开发的目标由亚微米颗粒向纳米颗粒转移。
特别地，已知20nm以下的纳米颗粒随着电子状态的变化而显示独特的电磁效果并且还已知其具有由于表面原子的百分比增大等引起的疏松材料(bulk material)所不具有的优异的特性。出于该原因，期望例如，将硅微粒用于发光元件及其它应用。
此外，例如，在医学领域，非常期望将硅微粒用于可注入活体的发光材料，这是因为除了发出可见范围的光的性质之外，硅微粒具有无毒、廉价且多种多样的优点。
作为以上提及的硅微粒的制造方法，已知专利文献1中所述的制造方法。
具体地，专利文献1公开了包含硅微粒的混合粉体的方法，其具有在惰性气氛中焙烧含硅源和碳源的混合物以产生气体的步骤，由惰性气氛引出产生的气体的步骤和迅速冷却产生的气体的步骤。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开No.2010-195637
发明内容
在以上提及的专利文献1中，根据硅微粒的制造方法记载了以下几点。
-首先，在由下式(1)表示的化学反应中产生作为中间产物的一氧化硅(SiO)。
-当在1600℃以上的温度下连续加热产生的一氧化硅气体时，通过由下式(2)表示的化学反应产生碳化硅粉体。
-另一方面，当在低于1600℃的温度下迅速冷却产生的一氧化硅气体时，可通过由下式(3)表示的化学反应获得包含硅(Si)微粒的混合物。
SiO2+C→SiO+CO (1)
SiO+2C→SiC+CO (2)
2SiO→Si+SiO2 (3)
然而，以上提及的制造方法转为碳化硅(SiC)的制造方法。
即，以上提及的制造方法中，通过由式(1)表示的化学反应产生的一氧化硅气体在引出后被迅速冷却，因此，一氧化硅气体不能在低于1600℃的温度下被迅速冷却，使由式(2)表示的化学反应并行地进行。结果，存在难以进一步改善硅的产率的问题。
因此，考虑到上述问题进行了本发明。本发明的目的是提供用于制造硅微粒的高产率的方法和设备。
本发明的第一特征为硅微粒的制造方法，其包括在由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下通过使用加热手段加热通过干燥含硅源和碳源的混合物获得的前驱体从而产生气体的步骤A，和在由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下迅速冷却通过加热前驱体产生的气体的步骤B，其中硅源和碳源的至少之一为液态。
附图说明
[图1]图1为示出根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法的流程图。
[图2]图2为在根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法中进行的步骤S103和S104的实例。
[图3]图3为在根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法中进行的步骤S103和S104的实例。
[图4]图4为在根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法中进行的步骤S103和S104的实例。
[图5]图5为根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造设备的实例。
[图6]图6为示出通过根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法制造的硅微粒的性能的图。
具体实施方式
(本发明的第一实施方案)
参考图1至4描述根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法和制造设备。
如图1所示，在步骤S101中，通过使含至少一种硅化合物的硅源与含至少一种通过加热产生碳的有机化合物的碳源合成(combine)，从而产生硅源和碳源的混合物。
例如，通过使用酸水溶液作为固化剂来合成硅源和碳源。作为硅源，可同时使用液体硅源和固体硅源，但是必须使用至少一种液体硅源。
例如，作为液体硅源，可使用烷氧基硅烷(单-、二-、三-、四-)和四烷氧基硅烷的聚合物。
作为液体硅源，在烷氧基硅烷中，优选使用四烷氧基硅烷，并特别地，可优选使用甲氧基硅烷、乙氧基硅烷、丙氧基硅烷和丁氧基硅烷等。从操作性的观点，优选使用乙氧基硅烷作为液体硅源。
此外，在四烷氧基硅烷的聚合物中，可使用聚合度为大约2至15的低分子量聚合物(低聚物)和具有更高聚合度的硅酸聚合物作为液体硅源。
作为可与这些液体硅源一起使用的固体硅源可使用硅氧化物。
在本实施方案中，除了SiO外，硅氧化物还包括硅胶(含胶态超细二氧化硅的溶液，其中包含OH基和烷氧基)和二氧化硅(硅胶、细二氧化硅(finesilica)、石英粉)等。
可单独或以两种以上的组合使用这些硅源。这些硅源中，从均一性和操作性的观点优选四乙氧基硅烷低聚物以及四乙氧基硅烷低聚物和二氧化硅细粉的混合物等。
用作碳源的物质优选为其中含氧并且当加热时残留碳的有机化合物。
特别地，例举酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂、苯氧基树脂和包括单糖类例如葡萄糖、寡聚糖类例如蔗糖以及多糖类例如纤维素和淀粉的糖类。
为了使这些碳源与硅源均质地合成，主要使用在常温为液态的，可溶解到溶剂中的，并且如热塑性或热熔性物质(thermal melting substance)那样通过加热软化和液化的碳源。
其中，优选使用甲阶酚醛树脂型酚醛树脂或酚醛清漆型酚醛树脂。特别地，优选使用甲阶酚醛树脂型酚醛树脂。
可根据碳源适当地选择固化剂。例如，当碳源为酚醛树脂或呋喃树脂时，可使用弱酸水溶液例如甲苯磺酸水溶液、甲苯羧酸水溶液、乙酸水溶液、草酸水溶液和硫酸水溶液等作为固化剂。其中，优选使用甲苯磺酸、马来酸和盐酸等作为固化剂。
注意用于产生以上提及的混合物的硅源和碳源的至少之一必须为液态。
在步骤S102中，通过在100至300℃的温度下干燥在步骤S101中获得的混合物产生固态的前驱体。
如上所述，由于用于产生前驱体的混合物中包含的硅源和碳源的至少之一为液态，SiO2和C在分子水平上均匀地分散于前驱体的内部。
因为在前驱体中包含各种有机成分，前驱体可在非氧化气氛下在500至1300℃下被碳化。
例如，前驱体中碳和硅之间的混合比(以下缩写为C/Si比)优选为0.5至3.0，更优选0.75至1.5。
在步骤S103中，在由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下加热碳化的前驱体。
非碳物质可为包含碳的物质，除非碳不露出在非碳物质的表面上。例如，可使用具有强碳键的物质例如SiC，和在非常高的温度下升华而在所述物质中包含的C不升华的物质作为非碳物质。
惰性气氛表示充填有惰性气体例如Ar、N2和H2的状态。注意活性气体例如O2可包含于惰性气氛中，只要是以活性气体不影响惰性气氛的性能的微量即可。
特别地，在步骤S103中，可通过使用热等离子体、电阻加热设备、激光加热设备和电弧等离子体等来加热碳化的前驱体。
例如，如图2所示，在使前驱体细粉碎后，通过使用粉体供给设备例如平板加料器和螺杆加料器可将包含前驱体的气体喷雾至在室10中通过热等离子体产生的加热区域20A。
可选地，如图3所示，在使前驱体细粉碎后，通过使用粉体供给设备例如平板加料器和螺杆加料器可将包含前驱体的气体喷雾至在室10中通过电阻加热设备产生的加热区域20B。
可选地，如图4(a)和图4(b)所示，在使前驱体细粉碎后，通过使用粉体供给设备例如平板加料器和螺杆加料器可将包含前驱体的气体喷雾至在室10中通过激光加热设备产生的加热区域20C。
如图4(a)和图4(b)所示，加热区域20C为其中通过玻璃窗10B从两个方向进入室10内的CO2激光或YAG激光交叉的区域。
室10的内部处于因等离子体用气体引起的惰性气氛的状态。此外，室10具有由非碳物质构成的内壁(例如，不锈钢内壁)。
在上述情况中，热等离子体、电阻加热设备或激光加热设备起到加热手段的作用，由此，可在加热区域20A至20C中、在1300℃以上，更优选1500℃以上加热前驱体。结果，通过以下(式1)表示的化学反应产生一氧化硅(SiO)气体。
SiO2+C→SiO+CO (式1)
在步骤S104中，在由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下迅速冷却通过加热前驱体产生的气体。
特别地，如图2至图4所示，例如，在加热区域20A至20C中产生的一氧化硅气体通过气流被释放到室10中的加热区域20A至20C之外。
在这种情况中，加热区域20A至20C之外的温度低于1300℃，因此，一氧化硅气体可被迅速冷却至低于1300℃。此外，室10的内部维持于室温，因此，一氧化硅气体然后被迅速冷却至室温。结果，通过由以下(式2)表示的化学反应产生含硅(Si)微粒的混合粉体。
2SiO→Si+SiO2 (式2)
通过从室10释放的产生的混合粉体被收集到旋风集尘器或集尘器等。
收集到集尘器的混合粉体可在1000至1100℃的温度下在惰性气氛中加热。并且可根据以下工艺进行蚀刻。特别地，将热处理的混合粉体浸渍于含氢氟酸和氧化剂的蚀刻溶液中。例如，可使用硝酸(HNO3)和过氧化氢(H2O2)作为氧化剂。可将微极性溶剂(例如，2-丙醇)与蚀刻溶液混合从而有助于硅微粒的回收。
调节蚀刻时间以便可以获得所需的发光峰。蚀刻时间越长，发光峰越可能移向较短波长侧。
进行蚀刻直至获得所需的发光峰。然后，从蚀刻溶液中提取硅微粒。视情况而定干燥提取的硅微粒，由此可获得具有所需发光峰的发光硅微粒。
以下，参考图5描述本发明第一实施方案的硅微粒的制造设备的实例。
可将图5所示的高频感应热等离子体设备100用作本实施方案的硅微粒的制造设备。除了图5所示的高频感应热等离子体设备100外，可将任何设备例如激光焙烧设备和电阻加热焙烧设备用作本实施方案的硅微粒的制造设备，只要其可进行局部加热即可。
如图5所示，高频感应热等离子体设备100包括用于产生等离子体的炬(torch)100A，并且炬100A由圆筒构件100B、安装于圆筒构件100B的上侧上的气体环箍(gas ring)100C和配置于圆筒构件100B外的感应线圈100D等组成。
圆筒构件100B具有由内管和外管组成的套管结构，并且内管由非碳物质构成。
圆筒构件100B安装于上凸缘100E和下凸缘100F之间，并且用铆钉100G将上凸缘100E和下凸缘100F两者固定至支持棒100H。
包含点火线圈等的高压产生器100I连接上凸缘100E和下凸缘100F。
冷却水的流出通路100J设置于上凸缘100E上，并且冷却水的流入通路100K设置于下凸缘100F上。
将冷却水通过流入通路100K供给到圆筒构件100B的套管结构的内部，并且通过流出通路100J从圆筒构件100B的套管结构的内部排出。
将测管(probe)100L配置于气体环箍100C的中心部。在测管100L的中心部沿测管100L的纵向形成测管中心孔H，并且将管Q***到测管中心孔H中。
通过管Q将包含上述前驱体的气体(例如，氩气)从粉体供给设备供给到圆筒构件100B的内部。
通过在气体环箍100C中的供给通路100M将等离子体气体(例如，氩气)从气体源(图中未示出)供给到圆筒构件100B的内部。
此外，在测管100L中构造冷却水的流路(图中未示出)，并且冷却水通过入口100N供给，通过出口100O排出。
此外，还在气体环箍100C中构造冷却水的其他流路100P，并且在流路100P中供给冷却水。
将感应线圈100D构造为由高频电源(图中未示出)供给高频电力。
此外，在炬100A下配置室100Q。
以下，简要描述高频感应热等离子体设备100的运转。
首先，通过气体环箍100C中的供给通路100M将等离子体气体从等离子体气体源供给到圆筒构件100B的内部。另外，将高频电力从高频电源供给到感应线圈100D。
其次，当在上述状态中从高电压产生设备100I将高电压施加在上凸缘100E和下凸缘100F之间时，在上凸缘100E和下凸缘100F之间产生电晕放电，这在炬100A中引发热等离子体P的产生(点火)。
第四，通过在气体环箍100C的中心配置的测管中心孔H中的管Q用热等离子体P将含上述前驱体的气体供给到加热区域。
第五，在加热区域用大约10000℃的热等离子体P蒸发和溶化(dissolve)前驱体，由此，通过由以上提及的(式1)表示的化学反应产生一氧化硅(SiO)气体。
第六，通过气流热等离子体将用热等离子体P在加热区域产生的一氧化硅气体从使用热等离子体P的加热区域释放到室100Q的内部。
作为室100Q中一氧化硅迅速冷却的结果，通过由以上提及的(式2)表示的化学反应产生含硅(Si)微粒的混合粉体。
第六，将产生的混合粉体收集到与室100Q连接的集尘器中。
根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法，通过在由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下通过使用加热手段例如热等离子体、电阻加热设备、激光加热设备和电弧等离子体来迅速加热前驱体而产生一氧化硅气体，将该一氧化硅气体释放到加热区域20A至20C外从而迅速冷却所述气体至低于1300℃(然后，室温)，由此，可最大化地避免上述专利文献1中公开的制造方法中发生的由以下(式3)表示的化学反应，进而可改善硅微粒的产率。
SiO+2C→SiC+CO (式3)
此外，根据本发明第一实施方案的硅微粒的制造方法，使用其中SiO2和C在分子水平上均匀分散的前驱体，由此，在前驱体从加热区域20A至20C释放期间充分地发生由上述(式1)表示的化学反应，进而可改善硅微粒的产率。
(比较评价)
为进一步阐明本发明的效果，在所制造的硅微粒的产量和产率方面，比较本发明的制造方法与上述专利文献1公开的制造方法(常规例)。比较结果示于表1中。
[表1]
| 原料 | 产物 | Si含量 | 产率 | |
| 常规例 | 50g | 2g | 0.1g(5％) | 0.2％ |
| 实施例 | 100g | 40g | 16g(40％) | 16％ |
如表1所示，在常规例中，当硅源和碳源(原料)的总量为50g时，如上所述混合粉体(产物)的重量为2g，并且在混合粉体中包含的硅微粒的重量为0.1g。即，在常规例中硅微粒的产率为0.2％。
另一方面，在本发明的制造方法中，当硅源和碳源(原料)的总量为100g时，如上所述混合粉体(产物)的重量为40g，并且在混合粉体中包含的硅微粒的重量为16g。即，在实施例中硅微粒的产率为16％。
如由图6所示的图显示的，在通过本发明的制造方法产生的混合粉体中包含的硅微粒的比例大于通过常规例的制造方法产生的混合粉体中包含的硅微粒的比例。
如上所述，通过例举上述实施方案详细地说明了本发明。然而，对于本领域技术人员清楚明白的是，本发明不局限于本说明书中所述的实施方案。在不背离权利要求定义的本发明的主旨和范围的情况下可以以校正和修改方式实施本发明。因此，说明书的描述仅意欲说明实施例并且不对本发明施加任何限定含义。
将日本专利申请No.2011-279733(于2011年12月21日提交)的全部内容并入本文以作参考。
产业上的可利用性
如以上所描述的，由于本发明的硅微粒的制造方法和制造设备可改善硅微粒的产率因而是有用的。
Claims (5)
1.一种硅微粒的制造方法，其包括：
在由非碳物质形成的区域中，在惰性气氛下通过使用加热手段加热通过干燥包含硅源和碳源的混合物获得的前驱体的步骤A，
在所述由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下迅速冷却通过加热所述前驱体产生的气体的步骤B，
其中所述硅源和所述碳源的至少之一为液态。
2.根据权利要求1所述的硅微粒的制造方法，其中在所述步骤A中，在具有由非碳物质构成的内壁的室中，通过使用热等离子体、电阻加热设备、激光加热设备或电弧等离子体作为所述加热手段来加热所述前驱体。
3.一种硅微粒的制造设备，其包括：
加热手段，其构造为在由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下来加热通过干燥包含硅源和碳源的混合物获得的前驱体，
迅速冷却手段，其构造为在所述由非碳物质形成的区域中在惰性气氛下来迅速冷却通过加热所述前驱体产生的气体，
其中所述硅源和所述碳源的至少之一为液态。
4.根据权利要求3所述的硅微粒的制造设备，其中所述加热手段被构造为在具有由非碳物质构成的内壁的室中，通过使用热等离子体、电阻加热设备、激光加热设备或电弧等离子体来加热所述前驱体。
5.根据权利要求4所述的硅微粒的制造设备，其中所述迅速冷却手段被构造为通过将所述气体释放到加热区域之外迅速冷却所述气体，在所述加热区域中通过所述加热手段加热所述前驱体。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104773737A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-07-15 | 天水佳吉化工有限公司 | 一种球形硅微粉的生产方法 |
| CN114583122A (zh) * | 2022-01-30 | 2022-06-03 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 碳硅负极材料及其制备方法与锂离子电池 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103833035B (zh) * | 2014-03-06 | 2017-01-11 | 台州市一能科技有限公司 | 一种碳化硅的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1284046A (zh) * | 1997-12-25 | 2001-02-14 | 新日本制铁株式会社 | 高纯硅的制造方法及装置 |
| CN101687649A (zh) * | 2007-06-25 | 2010-03-31 | 通用电气公司 | 制备太阳能级硅和光电池的方法 |
| JP2011079695A (ja) * | 2009-10-06 | 2011-04-21 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | ケイ素低級酸化物粒子の製造方法及び該粒子の分散液 |
| WO2011111830A1 (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | 株式会社ブリヂストン | 珪素微粒子含有発光体及び珪素微粒子発光体の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4980603B2 (ja) * | 2005-10-19 | 2012-07-18 | 株式会社ブリヂストン | ケイ素微粒子の製造方法 |
| JP5465884B2 (ja) * | 2009-01-05 | 2014-04-09 | 株式会社ブリヂストン | ケイ素微粒子を含む混合粉体の製造方法 |
| JP5261230B2 (ja) | 2009-02-25 | 2013-08-14 | 株式会社ブリヂストン | ケイ素微粒子発光体の製造方法 |
| JP2013171628A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Bridgestone Corp | 非水電解質二次電池用負極材の製造方法及び製造装置 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1284046A (zh) * | 1997-12-25 | 2001-02-14 | 新日本制铁株式会社 | 高纯硅的制造方法及装置 |
| CN101687649A (zh) * | 2007-06-25 | 2010-03-31 | 通用电气公司 | 制备太阳能级硅和光电池的方法 |
| JP2011079695A (ja) * | 2009-10-06 | 2011-04-21 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | ケイ素低級酸化物粒子の製造方法及び該粒子の分散液 |
| WO2011111830A1 (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-15 | 株式会社ブリヂストン | 珪素微粒子含有発光体及び珪素微粒子発光体の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104773737A (zh) * | 2015-03-20 | 2015-07-15 | 天水佳吉化工有限公司 | 一种球形硅微粉的生产方法 |
| CN114583122A (zh) * | 2022-01-30 | 2022-06-03 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 碳硅负极材料及其制备方法与锂离子电池 |
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