DE19845450B4 - Apparatus for producing silicon carbide powder and method for producing silicon carbide powder using this apparatus - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver, umfassend einen Reaktionsofen, in dem man das Siliciumcarbid-Pulver durch Sintern einer Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids in einer Inertatomsphäre erhält, eine Gaseinführvorrichtung, die ein Inertgas in den Reaktionsofen aus einer Richtung einführt, eine Rückgewinnungsvorrichtung, die eine Vorrichtung zum Kühlen des Gases enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen umfasst, um die Verunreinigungen zu verfestigen, und ein Gas enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen aus dem Reaktionsofen aus einer anderen Richtung als der Richtung des Einführens des Inertgases rückgewinnt, einen Staubsammler zum Entfernen der verfestigten Verunreinigungen aus dem Inertgas, und ein Zirkulationssystem, das das Inertgas, das man durch Entfernen der Verunreinigungen daraus in der Rückgewinnungsvorrichtung rückgewinnt, in die Gaseinführvorrichtung zurückführt.contraption for producing silicon carbide powder, comprising a reaction furnace, in which the silicon carbide powder by sintering a raw material mixture of silicon carbide in an inert atmosphere, a gas introduction device, which introduces an inert gas into the reaction furnace from one direction, one Recovery device, the one device for cooling the Gas containing the inert gas and during sintering of the silicon carbide formed impurities to solidify the impurities, and a gas containing the inert gas and during the sintering of the silicon carbide formed impurities from the reaction furnace from another Recovers direction as the direction of introducing the inert gas, a dust collector for removing the solidified contaminants from the inert gas, and a circulation system containing the inert gas, the one by removing the impurities from it in the recovery device recovers, in the gas introduction device returns.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

ErfindungsgebietTHE iNVENTION field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver und ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung dieser Vorrichtung. Speziell betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver, die ein hochreines Siliciumcarbid-Pulver herstellen kann, und ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung dieser Vorrichtung.The The present invention relates to an apparatus for manufacturing of silicon carbide powder and a process for the production of Silicon carbide powder using this device. specially The present invention relates to an apparatus for manufacturing of silicon carbide powder, which is a high purity silicon carbide powder and a method for producing silicon carbide powder using this device.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the state of the technology

Die folgenden Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver sind herkömmlicherweise bekannt: (1) das Acheson-Verfahren, (2) das Carbonisieren unter Reduktion von Siliciumdioxid und Kohlenstoff, (3) die Direktreaktion von metallischem Silicium und Kohlenstoff, (4) die Reaktion in der Gasphase und (5) die thermische Zersetzung einer Organosilicium-Verbindung.

• (1) Das Acheson-Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von α-Siliciumcarbid. Ein Metalloxid und Kohlenstoff werden in der Festphase unter Erhalt von Siliciumcarbid umgesetzt. Obwohl die Reaktion relativ einfach ist, ist das hergestellte Siliciumcarbid ein grober Feststoff und Schritte zum Pulverisieren und Klassieren sind notwendig, um Siliciumcarbid in der Form feiner Partikel zu erhalten. Das Verfahren ist kompliziert wegen dieser Nachbehandlungen zur Herstellung von feinen Partikeln und es besteht die Möglichkeit, daß das Produkt mit Verunreinigungen in den Nachbehandlungen kontaminiert wird. Daher ist es schwierig, ein hochreines Pulver zu erhalten.
• (2) Das Carbonisierungs-Verfahren unter Reduktion von Siliciumdioxid und Kohlenstoff ist lange Zeit ausgeübt worden. Im industriellen Maßstab führt man ein diskontinuierliches (Batch-Typus) Verfahren mit einem Elektroofen und ein kontinuierliches Verfahren mit Betonung auf der Produktivität aus, jedoch bilden sich Nebenprodukte in beiden Verfahren und es ist schwierig ein hochreines Pulver zu erhalten.
• (3) Im Verfahren der Direktreaktion von metallischem Silicium und Kohlenstoff werden Silicium in Pulverform und Kohlenstoff umgesetzt, um Siliciumcarbid zu erhalten. Das als Rohmaterial verwendete hochreine Silicium-Pulver ist nicht leicht zu erhalten und ist auch sehr teuer. Das nach diesem Verfahren erhaltene Siliciumcarbid ist ein grober Feststoff und Schritte zum Pulverisieren und Klassieren sind ähnlich wie im Verfahren (1) notwendig. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß das hochreine Siliciumcarbid-Pulver, das man aus dem teuren hochreinen Rohmaterial erhält, während dieser Nachbehandlungen mit Verunreinigungen kontaminiert wird.
• (4) Das Verfahren unter Reaktion in der Gasphase kann relative feine Pulver mit einer hohen Reinheit produzieren. Diese Verfahren zeigt jedoch Nachteile hinsichtlich der Kosten der Rohmaterialien, die hoch sind, und dahingehend, daß das Verfahren sich nicht für die Produktion in großem Maßstab eignet.
• (5) Das Verfahren der thermischen Zersetzung einer Organosilicium-Verbindung kann feine Pulver mit einer hohen Reinheit produzieren, ähnlich wie das Verfahren der Reaktion in Gasphase. Dieses Verfahren zeigt jedoch Nachteile hinsichtlich der Kosten der Rohmaterialien, die hoch sind und hinsichtlich der schwierigen Handhabung der Rohmaterialien.

The following methods for producing silicon carbide powder are conventionally known: (1) the Acheson method, (2) carbonation with reduction of silica and carbon, (3) the direct reaction of metallic silicon and carbon, (4) the reaction in the gas phase and (5) the thermal decomposition of an organosilicon compound.

• (1) The Acheson method is a method of producing α-silicon carbide. A metal oxide and carbon are reacted in the solid phase to obtain silicon carbide. Although the reaction is relatively simple, the silicon carbide produced is a coarse solid and steps for pulverization and classification are necessary to obtain silicon carbide in the form of fine particles. The process is complicated because of these post-treatments for the production of fine particles, and there is a possibility that the product may be contaminated with impurities in the post-treatments. Therefore, it is difficult to obtain a high-purity powder.
• (2) The carbonization process with reduction of silica and carbon has been practiced for a long time. On an industrial scale, a batch type batch process is carried out with an electric furnace and a continuous process with an emphasis on productivity, but by-products are formed in both processes and it is difficult to obtain a high-purity powder.
• (3) In the process of direct reaction of metallic silicon and carbon, silicon in powder form and carbon are reacted to obtain silicon carbide. The high purity silicon powder used as a raw material is not easy to obtain and is also very expensive. The silicon carbide obtained by this method is a coarse solid and steps for pulverization and classification are necessary similarly as in the method (1). In addition, there is a possibility that the high-purity silicon carbide powder obtained from the expensive high-purity raw material is contaminated with impurities during these post-treatments.
• (4) The gas phase reaction method can produce relatively fine powders having a high purity. However, these methods have disadvantages in terms of the cost of raw materials which are high and in that the method is not suitable for large-scale production.
• (5) The method of thermal decomposition of an organosilicon compound can produce fine powders having a high purity, similar to the method of the gas phase reaction. However, this method has disadvantages in terms of the cost of raw materials, which are high and the difficult handling of the raw materials.

Die Verfahren (2), das Carbonisieren unter Reduktion von Siliciumdioxid und Kohlenstoff, (3), die Direktreaktion zwischen metallischem Silicium und Kohlenstoff und (5), die thermische Zersetzung einer Organosilicium-Verbindung werden im allgemeinen als diskontinuierliche Verfahren mit einem Elektroofen ausgeführt. Theoretisch verläuft die Reaktion nach der folgenden Gleichung: SiO₂ + 3C → 2CO + SiC The processes (2), carbonization with reduction of silica and carbon, (3), the direct reaction between metallic silicon and carbon, and (5) the thermal decomposition of an organosilicon compound are generally carried out as batch processes with an electric furnace. Theoretically, the reaction proceeds according to the following equation: SiO ₂ + 3C → 2CO + SiC

In Wirklichkeit verläuft die Reaktion jedoch nicht auf eine solche ideale Weise. Ausgehend von der Analyse der Nebenprodukte glaubt man, daß die folgenden Reaktionen gleichzeitig ablaufen: SiO₂ + C → SiC + CO SiC + C → Si + CO Si + C → SiC In reality, however, the reaction does not proceed in such an ideal way. Based on the analysis of the by-products, it is believed that the following reactions occur simultaneously: SiO ₂ + C → SiC + CO SiC + C → Si + CO Si + C → SiC

Das in der obigen Reaktion gebildete SiO-Gas enthält große Mengen an Verunreinigungen und verfestigt sich bei einer Temperatur von 1 700°C oder weniger als Nebenprodukt. Daher enthält ein Produkt, das man nach einem herkömmlichen Herstellungsverfahren mit einem Elektroofen erhält, Nebenprodukte, die kein Siliciumcarbid darstellen und mit dem Siliciumcarbid vermischt sind, und es ist somit schwierig Siliciumcarbid mit der gewünschten hohen Reinheit zu erhalten.The SiO gas formed in the above reaction contains large amounts of impurities and solidifies at a temperature of 1,700 ° C or less as a by-product. Therefore contains a product obtained by a conventional manufacturing process with an electric furnace, By-products that do not represent silicon carbide and with silicon carbide are mixed, and it is thus difficult with the silicon carbide desired to obtain high purity.

Verschiedene kontinuierliche Verfahren, die den Schwerpunkt in der Produktivität setzen, sind vorgeschlagen worden. Beispielsweise erhitzt man in den Verfahren, die in der japanischen Auslegeschrift (JP-B) Nr. 55-42927 und der japanischen Auslegeschrift (JP-B) Nr. 60-44247 ( JP-A Nr. 54-33900 )vorgeschlagen wurden, einen zylindrischen Behälter von seiner Außenseite. Man führt die Rohmaterialien in den Behälter von seinem oberen Abschnitt aus ein und entfernt das im Behälter gebildete Siliciumcarbid aus seinem unteren Abschnitt. Gemäß diesem Verfahren reichern sich jedoch das Reaktionsprodukt, Nebenprodukte und nicht-umgesetzte Rohmaterialien im Reaktionsofen an und beeinträchtigen die Reaktion. Beispielsweise bewegen sich Nebenproduktgase im Zylinder nach oben und verfestigen sich um den Einlaß der Rohmaterialien herum, und Verunreinigungen bewegen sich ferner zusammen mit den Rohmaterialien abwärts. Daher ist es schwierig, ein hochreines Siliciumcarbid zu erhalten.Various continuous processes that focus on productivity have been proposed. For example, one heats in the processes described in Japanese Published Application (JP-B) No. 55-42927 and the Japanese design (JP-B) No. 60-44247 ( JP-A No. 54-33900 ) were proposed, a cylindrical container from its outside. The raw materials are introduced into the container from its upper portion and the silicon carbide formed in the container is removed from its lower portion. However, according to this method, the reaction product, by-products and unreacted raw materials accumulate in the reaction furnace and affect the reaction. For example, byproduct gases in the cylinder move upward and solidify around the inlet of the raw materials, and impurities also move down along with the raw materials. Therefore, it is difficult to obtain a high-purity silicon carbide.

In dem in der japanischen Auslegeschrift ( JP-B) 60-37055 ( JP-A Nr. 56-96716 ) vorgeschlagen Verfahren führt man das in der Reaktion gebildete CO-Gas im Kreis, um die Wärmeeffizienz des zuvor beschriebenen zylindrischen Behälters zu erhöhen. Jedoch ist auch in diesem Verfahren das Entfernen der kontaminierenden Substanzen im Reaktionsofen schwierig. Daher ist die Reinheitssteigerung des Produkts begrenzt.In the in the Japanese design patent ( JP-B) 60-37055 ( JP-A No. 56-96716 ) method, the CO gas formed in the reaction is circulated to increase the heat efficiency of the cylindrical container described above. However, even in this process, it is difficult to remove the contaminants in the reaction furnace. Therefore, the increase in purity of the product is limited.

In dem in der japanischen Offenlegungsschrift ( JP-A) Nr. 61-232213 vorgeschlagenen Verfahren weist eine kontinuierliche Vorrichtung unter Einsatz eines horizontalen Stoßvorrichtungsofens zum Entfernender Verunreinigungen enthaltenden Nebenprodukte eine Struktur auf, in der ein Reaktionsabschnitt und ein Kühlabschnitt voneinander getrennt sind. In dieser Struktur des Reaktionsofens, sammeln sich Gase und andere im Reaktionsofen als Nebenprodukte gebildete Substanzen in einer getrennten Kammer, so daß die Gase und andere Substanzen nicht der Kühlzone des gewünschten Reaktionsprodukts zugemischt werden. Nach einem fortdauernden Betrieb über einen langen Zeitraum reichern sich jedoch Nebenprodukte, die bei einer Temperatur von 1 700°C oder weniger sich verfestigen, wie SiO und SiO₂, um den Grenzbereich der Kühlzone und des Rückgewinnungsteil(stück)s herum an, da dieses Verfahren ein kontinuierliches Verfahren ist. Im Ergebnis wird der Gasfluß abgeschnitten und wird das Entfernen der Nebenprodukte schwierig, was zu einer Kontaminierung des Produkts mit Verunreinigungen führt. Nach kontinuierlichem Gebrauch der Vorrichtung über einen langen Zeitraum bricht die Graphitstoßvorrichtung, die für den Transfer des Behälters verwendet wird, oder ein wärmebeständiges Metall, wie metallisches Molybdän nützt sich ab. Ein Verfahren, in dem ein Ofen kontinuierlich verwendet wird, ist nicht bevorzugt, wenn man die Haltbarkeit dieser Teile berücksichtigt. US 4,292,276 A beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumcarbid, welches im Wesentlichen aus Kristallen vom β-Typ besteht.In the Japanese published patent application (US Pat. JP-A) No. 61-232213 According to the proposed method, a continuous apparatus using a horizontal impactor furnace for removing impurities-containing by-products has a structure in which a reaction portion and a cooling portion are separated from each other. In this structure of the reaction furnace, gases and other substances by-produced in the reaction furnace collect in a separate chamber, so that the gases and other substances are not mixed into the cooling zone of the desired reaction product. However, after continued operation for a long period of time, by-products which solidify at a temperature of 1,700 ° C. or less, such as SiO ₂ and SiO ₂ , accumulate around the boundary of the cooling zone and recovery part (s) Process is a continuous process. As a result, the gas flow is cut off and the removal of the by-products becomes difficult, resulting in contamination of the product with impurities. After continuous use of the apparatus for a long period of time, the graphite impactor used for the transfer of the container or a heat-resistant metal such as metallic molybdenum will be broken. A method in which a furnace is used continuously is not preferable considering the durability of these parts. US 4,292,276 A describes an apparatus for producing silicon carbide consisting essentially of β-type crystals.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Herstellen von Siliciumcarbid-Pulver, die hochreines Siliciumcarbid herstellen kann, und ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung dieser Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.It It is an object of the present invention to provide a device for Producing silicon carbide powder, the high purity silicon carbide and a method for producing silicon carbide powder using this device.

Um diese Aufgaben zu lösen, umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver einen Reaktionsofen, in dem man das Siliciumcarbid-Pulver durch Sintern einer Siliciumcarbid-Rohmaterialmischung in einer Inertatmosphäre erhält, eine Gaseinführvorrichtung, die ein Inertgas in den Reaktionsofen aus einer Richtung einführt, eine Rückgewinnungsvorrichtung, die ein Gas, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen aus dem Reaktionsofen aus einer anderen Richtung als der Richtung des Einführens des Inertgases rückgewinnt und die Verunreinigungen daraus entfernt, und ein Zirkulationssystem, das das Inertgas, das man durch Entfernen der Verunreinigungen daraus in der Rückgewinnungsvorrichtung rückgewinnt, in die Gaseinführvorrichtung zurückführt.Around to solve these tasks comprises the device according to the invention for the production of silicon carbide powder a reaction furnace, in the silicon carbide powder by sintering a silicon carbide raw material mixture in an inert atmosphere receives a gas introduction device, which introduces an inert gas into the reaction furnace from one direction, one Recovery device, a gas containing the inert gas and during sintering of the silicon carbide formed impurities from the reaction furnace from another Recovers direction as the direction of introducing the inert gas and remove the impurities from it, and a circulation system, the inert gas that you get by removing the impurities from it in the recovery device recovers, in the gas introduction device returns.

Es ist bevorzugt, daß die Rückgewinnungsvorrichtung Mittel zum Rückgewinnen eines Gases, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen, aus dem Reaktionsofen aus einer der Richtung des Einführens des Inertgases entgegengesetzten Richtung umfaßt und die Verunreinigungen daraus entfernt.It it is preferred that the Recovery device Means to recover a gas containing the inert gas and during the sintering of the silicon carbide formed impurities, from the reaction furnace from one of Direction of insertion the inert gas opposite direction and the impurities removed from it.

Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die Vorrichtung auf solch eine Weise konstruiert ist, daß man die Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids in einen Graphitbehälter packen und in den Reaktionsofen plazieren kann.It is also preferred that the device be constructed in such a way as to obtain the raw pack material mixture of silicon carbide in a graphite container and place it in the reaction furnace.

Es ist auch bevorzugt, daß die Rückgewinnungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Kühlen des Gases, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen, um die Verunreinigungen zu verfestigen, umfasst, und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver umfasst darüber hinaus einen Staubsammler zum Entfernen der verfestigten Verunreinigungen.It is also preferred that the Recovery device a device for cooling of the gas containing the inert gas and during the sintering of the silicon carbide formed impurities to solidify the impurities, includes, and the inventive device in addition to the production of silicon carbide powder a dust collector for removing the solidified contaminants.

Es ist auch bevorzugt, daß der Reaktionsofen ein Reaktionsofen vom Batch-Typus ist, der keine sich bewegenden Teile besitzt. Die Verwendung eines kontinuierlichen Ofens als Reaktionsofen ist wegen der folgenden Probleme nicht bevorzugt: wenn man metallisches Molybdän mit einem hohen Schmelzpunkt für die gleitenden Teile, die den kontinuierlichen Ofen ausmachen, verwendet, besteht die Möglichkeit, daß das Metall dem Produkt als Verunreinigung beigemengt wird; bei der Verwendung von Kohlenstoff für die den kontinuierlichen Ofen ausmachenden gleitenden Teile neigt dieses Material unter der Einwirkung von dem als Nebenprodukt gebildeten SiO-Gas dazu, brüchig zu werden, und dies ist nicht bevorzugt im Hinblick auf die Haltbarkeit, obwohl dieses Material das Produkt nicht als Verunreinigung kontaminiert.It is also preferred that the Reaction furnace is a batch type reaction furnace, which is not moving Owns parts. The use of a continuous furnace as a reaction furnace is not preferable because of the following problems: if you have metallic molybdenum with a high melting point for the sliding parts that make up the continuous furnace use it is possible, that this Metal is added to the product as an impurity; in use of carbon for the sliding part making up the continuous furnace tends this material under the action of the by-product SiO gas too, brittle to be, and this is not preferred in terms of durability, although this material does not contaminate the product as an impurity.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver verwendet die oben bezeichnete Vorrichtung zum Herstellen von Siliciumcarbid-Pulver und umfaßt das Einführen eines Inertgases in einen Reaktionsofen, der eine Siliciumcarbid-Rohmaterialmischung enthält, aus einer Richtung des Reaktionsofens, um das Innere des Reaktionsofens mit dem Inertgas zu füllen, das Sintern der Rohmischung des Siliciumcarbids bei einer Temperatur von 1 700°C oder mehr, das Rückgewinnen eines Gases, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen aus dem Reaktionsofen in eine andere Richtung als die Richtung des Einführens des Inertgases, das Entfernen der Verunreinigungen in dem rückgewonnenen Gas und das Rückführen des Inertgases, aus dem die Verunreinigungen entfernt wurden, in den Reaktionsofen.The inventive method for the production of silicon carbide powder uses the above-mentioned Apparatus for producing silicon carbide powder and comprises introducing a Inert gas into a reaction furnace containing a silicon carbide raw material mixture contains from one direction of the reaction furnace to the inside of the reaction furnace to fill with the inert gas, sintering the raw mixture of the silicon carbide at a temperature from 1 700 ° C or more, recovering a gas containing the inert gas and during the sintering of the silicon carbide formed impurities from the reaction furnace to another Direction as the direction of introducing the inert gas, removing the impurities in the recovered Gas and the return of the Inert gas from which the impurities have been removed in the Reaction furnace.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver umfaßt ein Zirkulationssystem, in welchem ein Gas, das die im Reaktionsofen gebildeten Verunreinigungen enthält, aus dem Reaktionsofen rückgewonnen wird, die Verunreinigungen durch die Rückgewinnungsvorrichtung oder den Staubkollektor rückgewonnen und entfernt werden, und das reine rückgewonnene Inertgas nach dem Entfernen der Verunreinigungen zu der Gaseinführvorrichtung zurückgeführt wird. Daher kann man die Kontamination des durch den Reaktionsofen fließenden Inertgases verhindern und das Inertgas recyclen. Somit läßt sich Siliciumcarbid-Pulver einer hohen Reinheit auf effiziente Weise produzieren.The inventive device for the production of silicon carbide powder comprises a circulation system, in which a gas, the impurities formed in the reaction furnace contains recovered from the reaction furnace is the impurities through the recovery device or recovered the dust collector and removed, and the pure recovered inert gas after the Removing the impurities is returned to the gas introduction device. Therefore, one can check the contamination of the inert gas flowing through the reaction furnace prevent and recycle the inert gas. Thus, silicon carbide powder can be used produce a high purity in an efficient way.

Die vorliegenden Erfinder haben sich auf die Tatsache konzentriert, daß die Reaktion bei einer Temperatur von 1 400 bis 2 100°C beginnt, wenn man eine Rohmaterialmischung des Siliciumcarbid-Pulvers in einer Inertgasatmosphäre erhitzt und sintert und sich Siliciumcarbid (SiC) als Reaktionsprodukt und Si-, SiO- und CO-Gase als Nebenprodukte bilden, und darauf konzentriert, daß die meisten der Verunreinigungen in den als Nebenprodukten gebildeten Si und SiO enthalten sind, und gefunden, daß man die Verunreinigungen enthaltenden Gase leicht aus dem Reaktionsbereich entfernen kann, wenn man ein Zirkulationsgas, das hauptsächlich das Inertgas umfaßt, durch den Reaktionsbereich mit einer spezifischen Geschwindigkeit führt, da Si und SiO bei so hohen Temperaturen von 1 700°C oder mehr im gasförmigen Zustand vorliegen.The present inventors have focused on the fact that the Reaction at a temperature of 1 400 to 2 100 ° C begins, when a raw material mixture of the silicon carbide powder in an inert gas atmosphere heated and sintered and silicon carbide (SiC) as a reaction product and form Si, SiO and CO gases as by-products, and concentrate on that the most of the impurities in the by-product formed Si and SiO are included, and found that the impurities easily removing gases from the reaction area, when passing through a circulation gas mainly comprising the inert gas the reaction area at a specific speed leads because Si and SiO at such high temperatures of 1,700 ° C or more in the gaseous state available.

Daher verwandelt man in der vorliegenden Erfindung die im gasförmigen Zustand in die Rückgewinnungsvorrichtung überführten Nebenprodukte in winzige Festsubstanzen, die in dieser Vorrichtung rasch abgekühlt werden und sammelt das resultierende feine Pulver aus den Nebenprodukten über den Staubsammler. Die Verunreinigungen werden vollständig aus dem Inertgas entfernt und das rückgewonnene Inertgas wird dem Reaktionsofen durch das Zirkulationsgebläse erneut zugeführt.Therefore In the present invention, the gaseous state is transformed into the recovery device transferred by-products into tiny solids that are rapidly cooled in this device and collect the resulting fine powder from the by-products over the Dust collector. The impurities are completely removed from the inert gas and the recovered Inert gas is re-introduced to the reaction furnace through the circulation fan fed.

Somit wird das rückgewonnene Inertgas immer in solch einem Zustand im Kreis geführt, daß darin keine Verunreinigungen enthalten sind.Consequently is the recovered Inert gas always circulated in such a state that there no impurities are contained.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung des Siliciumcarbid-Pulvers zeigt. 1 Fig. 10 is a schematic structural diagram showing a preferred embodiment of the silicon carbide powder producing apparatus of the present invention.

2 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Reaktionsofens in der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigt. 2 is a schematic structural diagram illustrating a preferred embodiment of the reaction ofens in the in 1 shown device shows.

3 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Rückgewinnungsvorrichtung in der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigt. 3 FIG. 12 is a schematic structural diagram illustrating a preferred embodiment of the recovery apparatus in the embodiment of FIG 1 shown device shows.

4 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Staubkollektors in der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigt. 4 FIG. 12 is a schematic structural diagram illustrating a preferred embodiment of the dust collector in the present invention. FIG 1 shown device shows.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description the invention

Die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.The preferred embodiments the device according to the invention for the production of silicon carbide powder are now with reference described on the figures.

1 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung des Siliciumcarbid-Pulvers zeigt. In 1 sind ein Reaktionsofen vom Batch-Typus 10, eine Rückgewinnungsvorrichtung 12, ein Staubkollektor 14, ein Zirkulationsgebläse 16 und eine Gaseinführvorrichtung 18 gezeigt. Diese Vorrichtungen werden durch Röhren verbunden. 1 Fig. 10 is a schematic structural diagram showing a preferred embodiment of the silicon carbide powder producing apparatus of the present invention. In 1 are a batch type reaction furnace 10 , a recovery device 12 , a dust collector 14 , a circulation fan 16 and a gas introduction device 18 shown. These devices are connected by tubes.

Im Reaktionsofen 10 ist ein Graphitgehäuse 20 angeordnet und die Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids kann in einem Graphitbehälter 22 enthalten sein und in das Graphitgehäuse 20 eingeführt werden. Der Graphitbehälter 22, die Rückgewinnungsvorrichtung 14, das Zirkulationsgebläse 16 und die Gaseinführvorrichtung 18 werden jeweils durch Röhren miteinander verbunden, um ein Zirkulationssystem zu bilden.In the reaction furnace 10 is a graphite housing 20 arranged and the raw material mixture of silicon carbide can in a graphite container 22 be included and in the graphite housing 20 be introduced. The graphite container 22 , the recovery device 14 , the circulation fan 16 and the gas introduction device 18 are each connected by tubes together to form a circulation system.

2 ist ein schematisches Strukturdiagramm des Reaktionsofens 10 vom Batch-Typus. Der Reaktionsofen ist mit einem aus zylindrischem rostfreiem Stahl hergestellten Körper 26 versehen, der mit einem Stützposten 24 gestützt wird. Im Inneren des Körpers des Reaktionsofens 26 sind ein Graphitgehäuse 20, das eine doppelte Struktur aufweist und einen Graphitzylinderteil, einen Graphitbodenteil und einen Graphitabdeckungsteil aufweist, angeordnet. Im Inneren des Graphitgehäuses 20 ist ein zylindrischer Graphitbehälter 22 angeordnet. 2 is a schematic structural diagram of the reaction furnace 10 of the batch type. The reaction furnace is a body made of cylindrical stainless steel 26 provided with a support post 24 is supported. Inside the body of the reaction furnace 26 are a graphite housing 20 structure having a double structure and having a graphite cylinder portion, a graphite bottom portion, and a graphite cover portion. Inside the graphite housing 20 is a cylindrical graphite container 22 arranged.

Der innere Teil des Graphitbehälters 22 ist mit einem röhrenförmigen (Bau)-Element 28 verbunden, das mit dem Boden des Graphitbehälters 22 verbunden ist und als Gaseinlaß verwendet wird. Das röhrenförmige Element 28 führt durch ein im Graphitbodenteil des Graphitgehäuses geformtes Loch und ein im Boden des Reaktionsofens 26 geformtes Loch und wird mit einem Motor 30, der auf der Außenseite des Körpers des Reaktionsofens 26 angeordnet ist, rotiert. Man kann den Graphitbehälter 22 durch die Rotation des röhrenförmigen Elements 28 rotieren lassen. Das röhrenförmige Element 28 ist mit der Gaseinführvorrichtung 18 verbunden.The inner part of the graphite container 22 is with a tubular (construction) element 28 connected to the bottom of the graphite container 22 is connected and used as a gas inlet. The tubular element 28 passes through a hole formed in the graphite bottom portion of the graphite housing and into the bottom of the reaction furnace 26 shaped hole and comes with a motor 30 which is on the outside of the body of the reaction furnace 26 is arranged, rotates. You can use the graphite container 22 by the rotation of the tubular element 28 rotate. The tubular element 28 is with the gas introduction device 18 connected.

Ein weiteres röhrenförmiges Element 32 ist mit dem oberen zentralen Teil des Graphitbehälters 22 verbunden. Das obere Ende des röhrenförmigen Elements 32 ist an der Innenseite eines im Graphitabdeckungselement geformten Lochs so angeordnet, da das röhrenförmige Element entlang der inneren Seite des Lochs gleiten kann. Das am Graphitabdeckungselement angeordnete röhrenförmige Element 32 ist mit dem Gasauslaß 34 verbunden, der in einem oberen Teil des Körpers des Reaktionsofens 26 ausgebildet ist. Der Gasauslaß 34 ist mit der Rückgewinnungsvorrichtung 12 verbunden.Another tubular element 32 is with the upper central part of the graphite container 22 connected. The upper end of the tubular element 32 is disposed on the inside of a hole formed in the graphite cover member so that the tubular member can slide along the inner side of the hole. The tubular member disposed on the graphite cover member 32 is with the gas outlet 34 connected in an upper part of the body of the reaction furnace 26 is trained. The gas outlet 34 is with the recovery device 12 connected.

An der Außenseite, der Bodenseite und der oberen Seite des Graphitbehälters 22 sind Elektroden 38 in einem spezifischen Abstand vom Graphitbehälter angeordnet, um einen Elektroofen vom Widerstandheizungstyp zu bilden. Für jede Elektrode 38 ist ein Strahlungsthermometer 40 vorgesehen, so daß die Temperatur im Inneren des Graphitbehälters 22 von den Elektroden 38 gemessen werden kann.On the outside, the bottom side and the upper side of the graphite tank 22 are electrodes 38 arranged at a specific distance from the graphite container to form a resistance heating type electric furnace. For each electrode 38 is a radiation thermometer 40 provided so that the temperature inside the graphite container 22 from the electrodes 38 can be measured.

Im Inneren des Graphitbehälters 22 stapelt man eine Vielzahl von Probencontainern 42. Die Probencontainer 42 sind aus Graphit und haben eine Wannenform.Inside the graphite container 22 you stack a variety of sample containers 42 , The sample containers 42 are made of graphite and have a trough shape.

3 ist ein schematisches Strukturdiagramm der Rückgewinnungsvorrichtung. Die Rückgewinnungsvorrichtung ist mit einem Abscheideteil(stück) (trag Part) 48 ausgerüstet, das eine Ringform und eine Wärmeisolationsstruktur aufweist. Im Inneren der Rückgewinnungsvorrichtung ist ein rundes Rohr 50 angeordnet, in das man Kühlwasser einführen kann. Um das runde Rohr 50 herum sind Rippen 52 in durch einen spezifischen Abstand voneinander getrennten Positionen vorgesehen. Jede Rippe hat eine runde Form. Die Rippen sind so strukturiert, daß ein Gas durch die benachbarten Rippen 52 in der axialen Richtung des runden Rohres 50 fließen kann. Das mit den Rippen 52 ausgerüstete runde Rohr 50 hat solch eine Struktur, daß man das runde Rohr 50 aus dem Abscheideteil 48 mit einer Ringform und einer Wärmeisolationsstruktur herausnehmen kann. 3 Fig. 10 is a schematic structural diagram of the recovery apparatus. The recovery device is equipped with a separator part (piece) (Trag Part) 48 equipped, which has a ring shape and a heat insulating structure. Inside the recovery device is a round tube 50 arranged in which one can introduce cooling water. Around the round tube 50 there are ribs around 52 provided in positions separated by a specific distance. Each rib has a round shape. The ribs are structured so that a gas through the adjacent ribs 52 in the axial direction of the round tube 50 can flow. The one with the ribs 52 equipped round pipe 50 has such a structure that one the round tube 50 from the separation part 48 with a ring shape and a heat insulation structure can take out.

4 ist ein schematisches Strukturdiagramm des Staubkollektors. Im Inneren des Körpers des Staubkollektors 60 ist ein Trennelement 62 aus SUS mit einem Loch in dessen Mitte angeordnet. An diesem Loch ist ein Filterstoff 64 aus Polyester vorgesehen. An der unteren Seite des Seitenpanels des Körpers des Staubkollektors 60 ist ein Gaseinlaß 66 vorgesehen, der mit dem Abscheideteil 48 der Rückgewinnungsvorrichtung verbunden ist. An der oberen Seite des Seitenpanels des Körpers des Staubkollektors 60 ist ein Gasauslaß 68 vorgesehen, der mit einem Zirkulationsgebläse 16 verbunden ist, das im folgenden beschrieben wird. In der 4 zeigt 70 den Einlaß eines Pulsgases an. 4 is a schematic structural diagram of the dust collector. Inside the body of the dust collector 60 is a separator 62 made of SUS with a hole in its center. At this hole is a filter cloth 64 made of polyester. On the lower side of the side panel of the body of the dust collector 60 is a gas inlet 66 provided with the separation part 48 the recovery device is connected. On the upper side of the side panel of the body of the dust collector 60 is a gas outlet 68 provided with a circulation fan 16 is connected, which will be described below. In the 4 shows 70 the inlet of a pulse gas.

Das Zirkulationsgebläse 16 hat vorzugsweise eine Struktur, in der ein kleiner Motor in einem zylindrischen Behälter enthalten ist. Es ist bevorzugt, daß der Motorabschnitt und der Zirkulationsabschnitt in der Struktur voneinander getrennt sind, so daß feine Teilchen aus Nebenprodukten nicht in den Ventilator des Motors wandern.The circulation fan 16 preferably has a structure in which a small motor is contained in a cylindrical container. It is preferable that the motor portion and the circulation portion in the structure are separated from each other so that fine particles of by-products do not migrate into the fan of the engine.

(Verfahren zur Herstellung des Siliciumcarbid-Pulvers)(Method for Producing Silicon Carbide Powder)

Das Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver unter Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver mit der zuvor beschriebenen Struktur wird im folgenden beschrieben.The Method for producing silicon carbide powder using the apparatus for producing silicon carbide powder with the The structure described above will be described below.

Die Probenbehälter 42 werden mit einem Probenmaterial gepackt, das man durch Carbonisieren einer Siliciumcarbid-Rohmaterialmischung erhält. Diese Behälter stapelt man im Inneren des in 1 gezeigten Graphitbehälters 22. Dann sintert man, indem man die Elektroden 38 Strom führen läßt, um die Temperatur im Inneren des Graphitgehäuses 20 auf einem spezifischen Wert zu halten. Während des Sinterns wird der Motor 30 angetrieben, um das röhrenförmige Element 28 rotieren zu lassen. Man kann die Rotationsgeschwindigkeit variieren und eine Rotationsgeschwindigkeit von etwa einer Rotation pro 5 min ist bevorzugt. Man führt ein Inertgas, wie Argon, in den Graphitbehälter 22 von der Gaseinführvorrichtung 18 durch das röhrenförmige Element 28. Das Inertgas wird in einen jeden der Probenbehälter 42 durch darin gebildete Löcher eingeführt. Man erhöht die Temperatur mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0,5 bis 10°C/min bis die Temperatur die Maximaltemperatur erreicht, die im Bereich von 1 600 bis 2 100°C liegt.The sample containers 42 are packed with a sample material obtained by carbonizing a silicon carbide raw material mixture. These containers are stacked inside the in 1 shown graphite container 22 , Then one sinters, by the electrodes 38 Current to the temperature inside the graphite housing 20 to hold on a specific value. During sintering, the engine becomes 30 driven to the tubular element 28 to rotate. One can vary the rotational speed and a rotational speed of about one rotation per 5 minutes is preferred. An inert gas, such as argon, is introduced into the graphite container 22 from the gas introduction device 18 through the tubular element 28 , The inert gas is added to each of the sample containers 42 introduced through holes formed therein. The temperature is raised at a rate in the range of 0.5 to 10 ° C / min. Until the temperature reaches the maximum temperature, which is in the range of 1 600 to 2 100 ° C.

Im Sinterverfahren beginnt die Reaktion, wenn die Temperatur im Inneren des Reaktionsofens 1 400 bis 2 100°C erreicht und es bilden sich SiC als Reaktionsprodukt und die Nebenproduktgase Si, SiO und CO.in the Sintering process starts the reaction when the temperature inside of the reaction furnace 1 reaches 400 to 2 100 ° C and it is formed SiC as the reaction product and the by-product gases Si, SiO and CO.

Das die Nebenprodukte enthaltende Gas wird entlang des Durchgangs (der Passage) geschickt, der von dem Inertgas zurückgelegt wird, das in den Graphitbehälter 22 zusammen mit dem Inertgas eingeführt wird, und aus dem Graphitbehälter 22 über den Gasauslaß 34 zu der Rückgewinnungsvorrichtung 12.The gas containing the by-products is sent along the passage (passage) returned by the inert gas entering the graphite vessel 22 is introduced together with the inert gas, and from the graphite container 22 over the gas outlet 34 to the recovery device 12 ,

In der Rückgewinnungsvorrichtung 12 fließt das die Nebenprodukte enthaltende Gas durch einen Gaseinlaß und erreicht den Abscheideteil 48. Kühlwasser zirkuliert durch das runde Rohr 50, das in dem Abscheideteil 48 angeordnet ist, und das die Nebenprodukte enthaltende Gas kühlt sich schnell ab. Zu diesem Zeitpunkt verfestigt sich hauptsächlich SiO durch Abkühlen und wird um die Rippen 52 herum adsorbiert. Ein Teil des CO-Gases, das eine weitere Verunreinigung in dem Gas darstellt, fließt durch ein Gasabflußrohr ab, wird mit einer mit Wasser abgedichteten (sealed) Pumpe überführt und in einem Verbrennungsofen verbrannt. Der verbleibende Anteil des CO-Gases zirkuliert im Zirkulationssystem.In the recovery device 12 The gas containing the by-products flows through a gas inlet and reaches the separation part 48 , Cooling water circulates through the round tube 50 that in the separation part 48 is arranged, and the by-products containing gas cools down quickly. At this time, SiO mainly solidifies by cooling and becomes around the ribs 52 adsorbed around. Part of the CO gas, which is another contaminant in the gas, flows off through a gas drainage pipe, is transferred with a sealed pump and burned in an incinerator. The remaining portion of the CO gas circulates in the circulation system.

Nachdem man Verunreinigungen, wie Si und SiO, die sich durch Abkühlen verfestigt haben, und CO-Gas, das aus dem Gasabflußrohr abgeflossen ist, entfernt hat, führt man das Gas aus dem Gaseinlaß 66 in den Staubkollektor 14 ein und feine Partikel aus Verunreinigungen, die nicht um die Rippen 52 herum adsorbiert wurden und im Gas verbleiben, werden mit dem Filterstoff 64 abgefangen und entfernt. Man führt das Gas, aus dem man die feinen Teilchen entfernt hat, durch den Gasauslaß 68, das Zirkulationsgebläse 16 und die Gaseinführvorrichtung 18 in den Reaktionsofen 10 zurück.After removing impurities such as Si and SiO solidified by cooling and CO gas discharged from the gas exhaust pipe, the gas is supplied from the gas inlet 66 in the dust collector 14 one and fine particles of impurities that are not around the ribs 52 are adsorbed around and remain in the gas, with the filter cloth 64 intercepted and removed. The gas from which the fine particles have been removed is passed through the gas outlet 68 , the circulation fan 16 and the gas introduction device 18 in the reaction furnace 10 back.

Die aus der Gaseinführvorrichtung zugeführte Gasmenge beträgt im allgemeinen 10 bis 500 l/min und vorzugsweise etwa 100 bis 300 l/min, obwohl die Menge von der Größe des Reaktionsofens 10 abhängt.The amount of gas supplied from the gas introduction device is generally 10 to 500 l / min, and preferably about 100 to 300 l / min, though the amount is the size of the reaction furnace 10 depends.

Durch diese Operationen zirkuliert das Inertgas, wie Argongas, durch den Reaktionsofen 10, die Rückgewinnungsvorrichtung 12, den Staubkollektor 14, das Zirkulationsgebläse 16 und die Gaseinführvorrichtung 18. Wie zuvor beschrieben, werden die Nebenprodukte in diesem Zirkulationsdurchlauf entfernt.Through these operations, the inert gas, such as argon gas, circulates through the reaction furnace 10 , the recovery device 12 , the dust collector 14 , the circulation fan 16 and the gas introduction device 18 , As described above, by-products are removed in this circulation run.

Wenn die Schritte einer Sintercharge (einer Batch) abgeschlossen sind, nimmt man das Rohr 50 mit den Rippen 52 in der Rückgewinnungsvorrichtung 12 aus dem Abscheideteil 48 mit einer Ringform zusammen mit dem Abdeckungselement, das zum Befestigen des runden Rohrs verwendet wird und entfernt die an den Rippen 52 haftenden feinen Teilchen.When the steps of a batch of sintering (a batch) are completed, you take the tube 50 with the ribs 52 in the recovery device 12 from the separation part 48 with a ring shape along with the cover member used to fix the round tube and removes the ones on the ribs 52 adhering fine particles.

In dem Staubkollektor 14 haften die feinen Teilchen an dem Filterstoff 64. Um ein Verstopfen durch die feinen Teilchen zu verhindern, bläst man periodisch ein Gas durch den Filterstoff aus dem Pulsgaseinlaß 70 und entfernt die an dem Filterstoff 64 haftenden feinen Teilchen davon. Man kann diese Operation während des Betriebs oder nachdem die Schritte in einer Sintercharge beendet wurden, durchführen.In the dust collector 14 the fine particles adhere to the filter cloth 64 , To prevent clogging by the fine particles, a gas is periodically blown through the filter cloth from the pulse gas inlet 70 and removes the on the filter cloth 64 adherent fine particles thereof. This operation may be performed during operation or after the steps in a sintering batch have been completed.

Wenn der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Filterstoff 64 über die Maßen dicht ist, neigt der Filterstoff zur Verstopfung. Wenn der Filterstoff 64 über die Maßen grob ist, strömen die feinen Teilchen der Nebenprodukte zusammen mit dem Gas durch den Filterstoff und die Reinheit des erhaltenen Siliciumcarbidpulvers nimmt ab. Daher sollte man die Dichte des Filterstoffs 64 auf geeignete Weise wählen. Die Dichte des Filterstoffs wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit des durch den Filterstoff 64 geführten Gases vorzugsweise bei 5 bis 30 cc/cm²/s, stärker bevorzugt bei 14 bis 20 cc/cm²/s liegt.When the filter fabric used in the device according to the invention 64 is dense beyond measure, the filter cloth tends to blockage. When the filter cloth 64 is excessively coarse, the fine particles of the by-products flow together with the gas through the filter cloth, and the purity of the obtained silicon carbide powder decreases. Therefore, one should check the density of the filter cloth 64 choose in a suitable way. The density of the filter cloth is chosen so that the speed of the through the filter cloth 64 the gas flow is preferably 5 to 30 cc / cm ² / s, more preferably 14 to 20 cc / cm ² / s.

In der zuvor beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fließt das Gas, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen, aus dem Reaktionsofen 10 in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung, aus der das Inertgas in den Reaktionsofen eingeführt wurde, ab. Man kann jedoch die Rückgewinnungsvorrichtung, d. h. den Gasauslaß für den Abfluß und die Rückgewinnung in einer jeden Position anordnen, so lange die Abflußrichtung sich von der Richtung unterscheidet, in der man das Inertgas in den Reaktionsofen 10 einführt. Beispielsweise kann die Rückgewinnungsvorrichtung an einer Seitenoberfläche des Reaktionsofens 10 angeordnet sein.In the above-described embodiment of the present invention, the gas containing the inert gas and impurities formed during the sintering of the silicon carbide flows out of the reaction furnace 10 in the opposite direction to the direction from which the inert gas was introduced into the reaction furnace. However, it is possible to arrange the recovery device, ie, the gas outlet for the drain and the recovery in each position, as long as the drainage direction is different from the direction in which the inert gas is introduced into the reaction furnace 10 introduces. For example, the recovery device may be on a side surface of the reaction furnace 10 be arranged.

BeispieleExamples

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden genauer unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben.The The present invention will be more specifically hereinafter referred to with reference to FIG described on examples.

Beispiel 1example 1

Ethylsilicat als das Rohmaterial für Silicium und ein Phenolharz von Novolak-Typ als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurde gerührt und in solchen Mengen zusammengemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 2,0 eingestellt wurde. Nach dem Härten der erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 100 bis 180°C für angenähert 2 h carbonisierte man den resultierenden harzförmigen Feststoff in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 900°C für etwa 1,5 h, um ein Material zum Sintern zuzubereiten.ethyl silicate as the raw material for Silicon and a novolak-type phenol resin as the raw material for carbon was stirred and mixed together in such amounts that the C / Si ratio is on 2.0 was set. After curing the resulting mixture carbonized at a temperature of 100 to 180 ° C for approximately 2 hours the resulting resinous Solid in a nitrogen atmosphere at a temperature of 900 ° C for about 1.5 h to prepare a material for sintering.

Das zum Sintern vorbereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 1 gesintert.The material prepared for sintering was used in an argon atmosphere using the in 1 sintered reaction furnace under the experimental conditions 1 shown in Table 1.

Beispiel 2Example 2

Ethylsilicat als das Rohmaterial für Silicium und ein Phenolharz des Resoltyps als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden gerührt und in solchen Mengen zusammengemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 2,5 eingestellt wurde, und Toluolsulfonsäure wurde als Härtungskatalysator zugegeben und mit der resultierenden Mischung vermengt. Nach dem Härten der erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 100 bis 180°C für etwa 2 h carbonisierte man den resultierenden harzförmigen Feststoff in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 900°C für etwa 1,5 h, um ein Material zum Sintern zuzubereiten.ethyl silicate as the raw material for Silicon and a resol type phenol resin as the raw material for carbon were stirred and mixed together in such amounts that the C / Si ratio is on 2.5, and toluenesulfonic acid was used as a curing catalyst added and mixed with the resulting mixture. After this hardening the obtained mixture at a temperature of 100 to 180 ° C for about 2 h carbonized the resulting resinous solid in a nitrogen atmosphere at a Temperature of 900 ° C for about 1.5 h to prepare a material for sintering.

Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 2 gesintert.The material prepared for sintering was used in an argon atmosphere using the in 1 sintered reaction furnace under the experimental conditions 2 shown in Table 1.

Beispiel 3Example 3

Ethylsilicat als das Rohmaterial für Silicium und ein hochreiner Kohlenstoff als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden gerührt und in solchen Mengen zusammengemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 3,0 eingestellt wurde und die resultierende Mischung wurde als das Material zum Sintern verwendet.ethyl silicate as the raw material for Silicon and a high purity carbon as the raw material for carbon were stirred and mixed together in such amounts that the C / Si ratio is on 3.0 was adjusted and the resulting mixture was added as the Material used for sintering.

Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 3 gesintert.The material prepared for sintering was used in an argon atmosphere using the in 1 sintered reaction furnace under the experimental conditions 3 shown in Table 1.

Beispiel 4Example 4

Ein hochreines amorphes Siliciumdioxid mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 μm oder weniger als das Rohmaterial für Silicium und ein Phenolharz vom Resol-Typ als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden mit erwärmten Walzen in solchen Mengen einheitlich gemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 2,5 eingestellt wurde. Man gab Hexamin zu der resultierenden Mischung und die Mischung verfestigte sich. Man carbonisierte die verfestigte Mischung bei einer Temperatur von 900°C für etwa 1,5 h, um ein Material zum Sintern zuzubereiten.One high purity amorphous silica having a mean particle diameter of 1 μm or less than the raw material for silicon and a phenolic resin The resol type as the raw material for carbon were heated rolls uniformly mixed in such amounts that the C / Si ratio on 2.5 has been set. Hexamine was added to the resulting mixture and the mixture solidified. Carbonized solidified Mixture at a temperature of 900 ° C for about 1.5 h to a material to prepare for sintering.

Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 4 gesintert.The material prepared for sintering was used in an argon atmosphere using the in 1 sintered reaction furnace under the experimental conditions 4 shown in Table 1.

Beispiel 5Example 5

Ein hochreines amorphes Siliciumdioxid mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 μm oder weniger als das Rohmaterial für Silicium und ein hochreiner Kohlenstoff als das Rohmaterial für Kohlenstoff wurden mit einer Kugelmühle in solchen Mengen ausreichend gemischt, daß das C/Si-Verhältnis auf 3,0 eingestellt wurde, und man bereitete ein Material zum Sintern zu.One high purity amorphous silica having a mean particle diameter of 1 μm or less than the raw material for silicon and a high purity one Carbon as the raw material for carbon was used with a ball mill sufficiently mixed in such amounts that the C / Si ratio on 3.0 was set, and they prepared a material for sintering to.

Das zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 5 gesintert.The material prepared for sintering was used in an argon atmosphere using the in 1 sintered reaction furnace under the experimental conditions 5 shown in Table 1.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Das in Beispiel 2 zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 6 gesintert. Während des Sinterns unterbrach man die Zirkulation des Gases und das abgeflossene Gas wurde nicht zwecks Entfernen der Verunreinigungen behandelt oder dem Reaktionsofen zugeführt. In der Rückgewinnungsvorrichtung wurde nur die Funktion zur Aufnahme des abgeflossenen Gases genutzt.The material prepared for sintering in Example 2 was used in an argon atmosphere using the in 1 sintered reaction furnace under the experimental conditions 6 shown in Table 1. During the sintering, the circulation of the gas was stopped, and the effluent gas was not treated or supplied to the reaction furnace to remove the impurities. In the recovery device, only the function for receiving the leaked gas was used.

Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2

Das in Beispiel 2 zum Sintern zubereitete Material wurde in einer Argonatmosphäre unter Einsatz des in 1 gezeigten Reaktionsofens unter den in Tabelle 1 gezeigten experimentellen Bedingungen 7 gesintert. Während des Sinters unterbrach man die Zirkulation des Gases und das abgeflossene Gas wurde nicht zwecks Entfernen der Verunreinigungen behandelt oder dem Reaktionsofen zugeführt. In der Rückgewinnungsvorrichtung wurde nur die Funktion zur Aufnahme des abgeflossenen Gases genutzt.The material prepared for sintering in Example 2 was used in an argon atmosphere using the in 1 sintered reaction furnace under the experimental conditions 7 shown in Table 1. During the sintering, the circulation of the gas was stopped, and the effluent gas was not treated or fed to the reaction furnace to remove the impurities. In the recovery device, only the function for receiving the leaked gas was used.

Wie in den folgenden Vergleichsbeispielen gezeigt, verwendet man käuflich erhältliche Siliciumcarbid-Pulver, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, als Kontrollmaterialien, um die Effekte der im Siliciumcarbid enthaltenen Verunreinigungen zu untersuchen.As shown in the following comparative examples, commercially available ones are used Silicon carbide powder produced by conventional methods were used, as control materials, to study the effects of silicon carbide to examine the impurities contained in it.

Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3

Ein nach dem Acheson-Verfahren erhaltenes Siliciumcarbid-Pulver (ein käufliches Produkt; hergestellt von YAKUSHIMA DENKO Co. Ltd.; DIASIC).One obtained by the Acheson method silicon carbide powder (a commercially available Product; manufactured by YAKUSHIMA DENKO Co. Ltd .; DIASIC).

Vergleichsbeispiel 4Comparative Example 4

Ein nach einem mit einem kontinuierlichen Ofen arbeitenden Verfahren erhaltenes Siliciumcarbid-Pulver (ein käufliches Produkt; hergestellt von SHOWA DENKO Co., Ltd.).One according to a continuous furnace method obtained silicon carbide powder (a commercial product; from SHOWA DENKO Co., Ltd.).

Vergleichsbeispiel 5Comparative Example 5

Ein nach einem Gasphasenverfahren erhaltenes Siliciumcarbid-Pulver (ein käufliches Produkt; hergestellt von SHOWA DENKO Co., Ltd.).One obtained by a gas phase process silicon carbide powder (a commercially available Product; manufactured by SHOWA DENKO Co., Ltd.).

Die experimentellen Bedingungen 1 bis 7 sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Experimentelle Bedingungen 1 2 3 4 5 6 7 Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs (°C/min) 4 2 0,5 10 15 - - Maximaltemperatur (°C) 2000 1900 1900 2000 1800 1850 1950 Zirkulationsgeschwindigkeit des Gases (l/min) 300 200 100 500 50 300 150 Experimental conditions 1 to 7 are shown in Table 1. Table 1 Experimental conditions 1 2 3 4 5 6 7 Speed of temperature rise (° C / min) 4 2 0.5 10 15 - - Maximum temperature (° C) 2000 1900 1900 2000 1800 1850 1950 Circulation rate of the gas (l / min) 300 200 100 500 50 300 150

Man analysierte die Menge der Verunreinigungen, die in den Siliciumcarbid-Pulvern, die man in den Beispielen 1 bis 5 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhalten hatte und in den käuflich erhältlichen Siliciumcarbid-Pulvern, wie sie in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 beschrieben sind, enthalten waren.you analyzed the amount of impurities present in the silicon carbide powders, those in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 and in the commercially available silicon carbide powders, as described in Comparative Examples 3 to 5 included were.

<Analysemethode><Analysis Method>

Man zersetzte die Siliciumcarbid-Pulver mit Fluor, Salpetersäure und Schwefelsäure unter Einwirkung von Wärme und Druck und analysierte dann die Verunreinigungen in einer IPC-Massenanalyse und in einer flammenlosen Atomabsorptionsanalyse, um den Gehalt der Verunreinigungen zu erhalten.you decomposed the silicon carbide powder with fluorine, nitric acid and sulfuric acid under the influence of heat and pressure, and then analyzed the contaminants in an IPC mass analysis and in a flameless atomic absorption analysis, the content to get the impurities.

Die Ergebnisse der Analyse sind in den Tabellen 2 und 3 gezeigt. Tabelle 2 Beispiel Menge der Verunreinigungen (ppm) 1 2 3 4 5 Verunreinigendes Element Al < 0,1 < 0,1 0,25 0,21 0,30 B < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,18 Cr < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Cu < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,23 0,22 Fe < 0,1 < 0,1 0,20 0,15 0,31 Na < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 0,22 Ni < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 W < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Zn < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 < 0,1 Tabelle 3 Vergleichsbeispiel Menge der Verunreinigungen (ppm) 1 2 3 4 5 Verunreinigendes Element Al 1,24 1,52 579 76,2 B 1,05 1,95 15,0 3,3 Cr 0,35 0,82 5,0 74,4 1,0 Cu 0,70 1,02 3,7 26,0 Fe 1,00 1,75 60,1 672 4,0 Na 2,45 2,03 11,2 150 13 Ni 0,81 0,50 7,3 17,1 3,0 W 0,95 0,70 111 6 Zn 1,38 1,19 4,3 4,1 The results of the analysis are shown in Tables 2 and 3. Table 2 example Amount of impurities (ppm) 1 2 3 4 5 Contaminating element al <0.1 <0.1 0.25 0.21 0.30 B <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 0.18 Cr <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 Cu <0.1 <0.1 <0.1 0.23 0.22 Fe <0.1 <0.1 0.20 0.15 0.31 N / A <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 0.22 Ni <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 W <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 Zn <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 <0.1 Table 3 Comparative example Amount of impurities (ppm) 1 2 3 4 5 Contaminating element al 1.24 1.52 579 76.2 B 1.05 1.95 15.0 3.3 Cr 0.35 0.82 5.0 74.4 1.0 Cu 0.70 1.02 3.7 26.0 Fe 1.00 1.75 60.1 672 4.0 N / A 2.45 2.03 11.2 150 13 Ni 0.81 0.50 7.3 17.1 3.0 W 0.95 0.70 111 6 Zn 1.38 1.19 4.3 4.1

Wie in den Tabellen 2 und 3 klar gezeigt ist, enthielten die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Siliciumcarbid-Pulver viel weniger Verunreinigungen als die käuflich erhältlichen Siliciumcarbid-Pulver, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden.As are clearly shown in Tables 2 and 3, contained after the obtained according to the invention Silicon carbide powder much less impurities than the commercially available Silicon carbide powder produced by conventional methods were.

Faßt man die Vorteile der vorliegenden Erfindung zusammen, so kann man erfindungsgemäß ein hochreines Siliciumcarbid-Pulver herstellen.Do you understand the Advantages of the present invention together, so you can according to the invention a high purity Produce silicon carbide powder.

Die Ziffern in den Figuren haben die folgenden Bedeutungen:The Numbers in the figures have the following meanings:

1010

Reaktionsofenreaction furnace

1212

RückgewinnungsvorrichtungRecovery device

1414

Staubkollektordust collector

1616

Zirkulationsgebläsecirculating fan

1818

GaseinführvorrichtungGaseinführvorrichtung

2020

Graphitgehäusegraphite housing

2626

Körper des ReaktionsofensBody of reaction furnace

2828

röhrenförmiges Elementtubular element

3030

Motorengine

3232

Graphitbehältergraphite container

3434

Gasauslaßgas outlet

3838

Elektrodeelectrode

4040

Strahlungsthermometerradiation thermometer

4242

Probenbehältersample container

4848

Abscheideteilrecovering part

5050

rundes Rohrround pipe

5252

Ripperib

6060

Körper des StaubkollektorsBody of dust collector

6262

Trennelementseparating element

6464

Filterstofffilter cloth

6666

Gaseinlaßgas inlet

6868

Gasauslaßgas outlet

7070

PulsgaseinlaßPulse gas inlet

Claims (10)

Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver, umfassend einen Reaktionsofen, in dem man das Siliciumcarbid-Pulver durch Sintern einer Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids in einer Inertatomsphäre erhält, eine Gaseinführvorrichtung, die ein Inertgas in den Reaktionsofen aus einer Richtung einführt, eine Rückgewinnungsvorrichtung, die eine Vorrichtung zum Kühlen des Gases enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen umfasst, um die Verunreinigungen zu verfestigen, und ein Gas enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen aus dem Reaktionsofen aus einer anderen Richtung als der Richtung des Einführens des Inertgases rückgewinnt, einen Staubsammler zum Entfernen der verfestigten Verunreinigungen aus dem Inertgas, und ein Zirkulationssystem, das das Inertgas, das man durch Entfernen der Verunreinigungen daraus in der Rückgewinnungsvorrichtung rückgewinnt, in die Gaseinführvorrichtung zurückführt.An apparatus for producing silicon carbide powder, comprising a reaction furnace in which the silicon carbide powder is obtained by sintering a raw material mixture of the silicon carbide in an inert atmosphere, a gas introduction device introducing an inert gas into the reaction furnace from one direction, a recovery device comprising a device for cooling the gas containing the inert gas and currency Contains impurities formed in the sintering of silicon carbide to solidify the impurities, and a gas containing the inert gas and recovered during the sintering of the silicon carbide from the reaction furnace from a direction other than the direction of introducing the inert gas, a dust collector for removing the solidified impurities from the inert gas, and a circulation system that recirculates the inert gas recovered by removing the impurities therefrom in the recovery device into the gas introduction device. Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver gemäß Anspruch 1, die auf solch eine Weise konstruiert ist, daß man die Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids in einen Graphitbehälter packen und in den Reaktionsofen plazieren kann.Apparatus for producing silicon carbide powder according to claim 1, constructed in such a way that the raw material mixture Pack the silicon carbide in a graphite container and into the reaction furnace can place. Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver gemäß Anspruch 1, worin der Reaktionsofen ein Reaktionsofen vom Batch-Typus ist.Apparatus for producing silicon carbide powder according to claim 1, wherein the reaction furnace is a batch type reaction furnace. Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver gemäß Anspruch 2, worin der im Reaktionsofen angeordnete Graphitbehälter ein röhrenförmiges Element aufweist, das mit dem Boden des Behälters als Gaseinlaß verbunden ist, und das röhrenförmige Element durch ein in einem Bodenoberflächenelement des Behälters geformtes Loch und ein in dem Boden des Reaktionsofens geformtes Loch führt, so daß man das röhrenförmige Element rotieren lassen kann und man den Graphitbehälter durch die Rotation des röhrenförmigen Elements rotieren lassen kann.Apparatus for producing silicon carbide powder according to claim 2, wherein the arranged in the reaction furnace graphite container a tubular element having, connected to the bottom of the container as a gas inlet is, and the tubular element by a in a floor surface element of the container shaped hole and a molded in the bottom of the reaction furnace Hole leads, so that one the tubular element can rotate and the graphite container by the rotation of the tubular element can rotate. Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver gemäß Anspruch 4, worin das röhrenförmige Element mit der Gas einführvorrichtung verbunden ist.Apparatus for producing silicon carbide powder according to claim 4, wherein the tubular member with the gas introduction device connected is. Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver gemäß Anspruch 1, worin die Rückgewinnungsvorrichtung ein mit Rippen ausgerüstetes Abscheideteil aufweist, wodurch Kühlwasser fließt.Apparatus for producing silicon carbide powder according to claim 1, wherein the recovery device a ribbed one Abscheideteil has, whereby cooling water flows. Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver gemäß Anspruch 1, worin der Staubsammler einen Filterstoff aufweist, der feine Partikel aus Verunreinigungen entfernt.Apparatus for producing silicon carbide powder according to claim 1, wherein the dust collector has a filter cloth, the fine Particles removed from impurities. Vorrichtung zur Herstellung von Siliciumcarbid-Pulver gemäß Anspruch 7, worin der Staubsammler einen Pulsgaseinlaß aufweist, durch den man ein Gas zum Entfernen der feinen Partikel aus Verunreinigungen, die an dem Filterstoff haften, zuführt.Apparatus for producing silicon carbide powder according to claim 7, wherein the dust collector has a pulse gas inlet through which one Gas for removing the fine particles from impurities that adhere to the filter cloth, feeds. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbid-Pulvers, welches umfaßt: das Einführen eines Inertgases in einen Reaktionsofen, der eine Rohmaterialmischung des Siliciumcarbids enthält, aus einer Richtung des Reaktionsofens, um das Innere des Reaktionsofens mit dem Inertgas zu füllen, das Sintern der Rohmischung des Siliciumcarbids bei einer Temperatur von 1 700°C oder mehr, das Rückgewinnen eines Gases enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen aus dem Reaktionsofen in eine andere Richtung als die Richtung des Einführens des Inertgases, das Verfestigen der Verunreinigungen durch Kühlen des rückgewonnenen Gases, enthaltend das Inertgas und Verunreinigungen, das Entfernen der verfestigten Verunreinigungen aus dem rückgewonnenen Gas unter Verwendung des Staubsammlers und das Rückführen des Inertgases, aus dem die Verunreinigungen entfernt wurden, in den Reaktionsofen unter Verwendung eines Zirkulationssystems.Method for producing a silicon carbide powder, which includes: the introduction an inert gas in a reaction furnace containing a raw material mixture of silicon carbide, from one direction of the reaction furnace to the inside of the reaction furnace to fill with the inert gas, sintering the raw mixture of the silicon carbide at a temperature from 1 700 ° C or more, recovering a gas containing the inert gas and during the sintering of the silicon carbide formed impurities from the reaction furnace to another Direction as the direction of introducing the inert gas, solidifying the impurities by cooling of the recovered Gas, containing the inert gas and impurities, the removal the solidified contaminants from the recovered gas using of the dust collector and returning the Inert gas from which the impurities have been removed in the Reaction furnace using a circulation system. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbid-Pulvers gemäß Anspruch 9, worin man das Gas, enthaltend das Inertgas und während des Sinterns des Siliciumcarbids gebildete Verunreinigungen, aus dem Reaktionsofen aus einer zu der Richtung des Einführens des Inertgases entgegengesetzten Richtung rückgewinnt, die Verunreinigungen in dem rückgewonnenen Gas entfernt und das durch Entfernen der Verunreinigungen rückgewonnene Inertgas in den Reaktionsofen zurückführt.Process for producing a silicon carbide powder according to claim 9, wherein the gas containing the inert gas and during the Sintering of silicon carbide formed impurities, from the Reaction furnace from a opposite to the direction of introduction of the inert gas Recovers direction, the impurities in the recovered Gas removed and recovered by removing the impurities Inert gas is returned to the reaction furnace.