JP4237328B2

JP4237328B2 - 炭化ケイ素粉末の製造方法

Info

Publication number: JP4237328B2
Application number: JP08654899A
Authority: JP
Inventors: 和弘大塚; 阪口　　美喜夫
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP2000281447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化ケイ素粉末の製造方法に関する。さらに詳しくは、紫外線吸収能、光触媒機能等の光反応性に優れる炭化ケイ素粉体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化ケイ素は、機械的強度、硬度に優れることから、構造材料や抵抗体等のバルク材あるいは研磨剤等の幅広い分野に粉末形態で使用されている。
【０００３】
これらの分野で使用される炭化ケイ素粉体は、原料や製造工程から炭素や鉄、アルミニウム等の金属が不純物として混入したものであり、白色度が低い。ここで、「白色度」とは、分光式色彩計で測定される明度（Ｌ^*）で定義されるものであり、可視光線の反射率が高く、透過率が実質的に高いことを意味する。
【０００４】
また、炭化ケイ素は、ケイ素と炭素の積層多形（以下、結晶形と称する）を有し、例えば、３Ｃ、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、１５Ｒ等の多くの結晶形が存在し、共存していることが知られている（セラミックス、３１巻、No．７、１９９６）。このような種々の結晶形が混在する場合、吸収される光の波長領域が広くなり光に対する選択的な反応性が低くなるという欠点を有する。
【０００５】
例えば、特開昭45-10413号公報には炭化ケイ素粉体を大気中で酸化処理し白色の炭化ケイ素を顔料として用いる方法が開示されているが、この方法で得られる炭化ケイ素粉体は、白色度が低く、実用上問題がある。特開平4-364116号公報には、炭化ケイ素の透過スペクトルが開示されているが、可視域での透過率が低く、即ち白色度が低く、実用上の問題がある。特開平7-330543号公報にも炭化ケイ素の酸化処理法が開示されているが、錫、コバルト、バリウム等の重金属の含有を必須とするため、重金属の発色により炭化ケイ素の白色度が低下するという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、主成分の結晶形の含有率を高め、実質的に白色度が高く、粒径が小さな炭化ケイ素粉末を得る製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、炭化ケイ素を不活性雰囲気下で熱処理し、次いで酸素を含有する雰囲気下で酸化し、粉砕する炭化ケイ素粉末の製造方法、に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明では、まず、炭化ケイ素を不活性雰囲気下で熱処理を行う。この操作を行うことにより、炭化ケイ素の主成分の結晶形以外の結晶形の混入量を低減できる。
【０００９】
本発明で出発物質として用いる炭化ケイ素の製造方法は、特に限定されない。また、炭化ケイ素の結晶形としては、例えば、β型である３Ｃ、α型である２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、１５Ｒ、３３Ｒ等のいずれでもよい。処理前の炭化ケイ素中における主成分の結晶形の含有率は、特に限定されない。
【００１０】
炭化ケイ素の純度は、９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。炭化ケイ素中の遊離炭素は、後に行う酸化処理により除去できるが、不活性雰囲気下での熱処理による凝集防止の観点から、その含有量は０．１〜５重量％であることが好ましく、酸化処理の負荷の低減の観点から、３重量％以下であることが好ましい。
【００１１】
不活性雰囲気に用いられるガスとしては、炭化ケイ素を酸化しないものであれば特に限定されず、炭化ケイ素の分解抑制、ガスの炭化ケイ素への固溶の防止、焼結抑制の観点からアルゴンガスが好ましい。また、アルゴンガス以外の窒素、炭酸ガス等の不活性ガスを少量含むアルゴンガスとの混合ガスであってもよい。熱処理中のガスの圧力は、好ましくは０．０１〜１００ＭＰａ、より好ましくは０．１〜１０ＭＰａの範囲である。
【００１２】
熱処理温度は、１２００〜１９００℃であることが好ましく、１２５０〜１９００℃であることがより好ましく、１３００〜１８００℃であることがさらに好ましい。
【００１３】
熱処理温度の下限は、炭化ケイ素の結晶形の制御や結晶性の向上及び経済性の観点から、１２００℃以上であることが好ましく、また、その上限は、炭化ケイ素の焼結による凝集を抑え、分散処理を容易にする観点から、１９００℃以下であることが好ましい。また、熱処理の時間は、炭化ケイ素の構成、熱処理の温度条件等により一概には限定されないが、０．５〜２４時間程度であることが好ましい。
【００１４】
また、原料の炭化ケイ素に、白色度を低下させない範囲でＣａ，Ｍｇ、Ａｌ、Ｂ、Ｆｅ等の金属あるいはＮ等を複合することにより、主成分以外の結晶形の割合を減少させることができる。
【００１５】
また、本発明に用いる炭化ケイ素を、必要に応じ、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸等の酸性溶液又は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ性溶液中に添加して、炭化ケイ素中の金属不純物の除去を行うことができる。炭化ケイ素の添加量は、酸性又はアルカリ性溶液１００重量部に対し、１〜４０重量部が好ましく、５〜３０重量部がより好ましい。なお、この除去工程は、熱処理後、次の酸化処理の前後又は粉砕処理後に行っても良い。
【００１６】
熱処理に用いる方法としては、特に限定はなく、例えば、炭化ケイ素を入れた黒鉛るつぼを、グラファイト炉内で加熱する方法等が挙げられる。
【００１７】
かかる熱処理で得られた炭化ケイ素の白色度（但し、Ｌ^*の値、以下同じ）は、特に限定はない。また、炭化ケイ素中における主成分の結晶形の含有率は、７０〜１００％が好ましく、８０〜１００％がより好ましい。
【００１８】
次に、熱処理して得られた炭化ケイ素を酸素を含有する雰囲気下で酸化処理する。
【００１９】
酸素を含有する雰囲気としては、特に限定されないが、経済性の観点から、空気が好ましい。酸素濃度としては、熱処理温度により一概には限定されないが、遊離炭素を除去できる量以上であることが好ましい。特に、酸素を含有する雰囲気として空気を用いる場合、酸化を均一に行う観点から、空気気流中で行うことが好ましい。
【００２０】
酸化処理温度は、酸素濃度と密接に関係があるため一概には限定されないが、４００〜８００℃の範囲、特に５００〜７００℃の範囲が望ましい。酸化処理温度の下限は、酸化効率の観点から、４００℃以上であることが好ましく、また、その上限は、炭化ケイ素の過度の酸化を抑制する観点から、８００℃以下であることが好ましい。また、酸化処理の処理時間は、０．５〜１０時間程度が好ましい。
【００２１】
酸化方法は、炭化ケイ素と雰囲気が互いに接する方式が好ましく、固定式、流動式のどちらでもよい。また、加熱方法も粉体あるいは雰囲気が加熱されるものであれば特に限定されず、例えば、炭化ケイ素を入れたアルミナるつぼを大気炉で加熱する方法等が挙げられる。
【００２２】
酸化処理は、炭化ケイ素を常温まで冷却することにより終了させることができる。
【００２３】
酸化処理で得られた炭化ケイ素の白色度は、特に限定はないが、７５〜１００が好ましく、８０〜１００がより好ましい。また、炭化ケイ素中における主成分の結晶形の含有率は、７０〜１００％が好ましく、８０〜１００％がより好ましい。
【００２４】
次に、酸化処理で得られた炭化ケイ素を、分散性を高めるために、粉砕処理する。
【００２５】
粉砕処理の方法は、特に限定されず、乾式、湿式のいずれでも良いが、着色の原因となる金属等の不純物の混入を抑制する配慮あるいは粉砕による結晶性の低下を抑制する観点から、湿式による粉砕が望ましい。具体的には、アトリッションミル、ボールミル、サンドミル等の粉砕装置を用いることが好ましい。また、粉砕の条件は、特に限定されない。
【００２６】
このような方法で得られた炭化ケイ素粉末中の主成分の結晶形の含有率は、７０〜１００％であることが好ましく、８０〜１００％であることがより好ましく、８５〜１００％であることがさらに好ましい。その白色度は、好ましくは７５〜１００、より好ましくは８０〜１００、さらに好ましくは８２〜１００である。また、その平均粒径は、１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下であることが望ましい。また、その色彩は白、黄色、緑色が主であるが、他の色彩も取り得る。
【００２７】
また、得られた炭化ケイ素粉末を表面処理したり、疎水化したり、不活性化してもよい。
【００２８】
以上のようにして得られる炭化ケイ素粉末は、主成分の結晶形の含有率が高く、実質的に白色度が高く、粒径が小さいため、紫外線防御剤、光触媒、顔料、フィラーとして有用である。
【００２９】
なお、炭化ケイ素粉末中の各結晶形の含有率及び白色度の測定は、以下の方法により測定した。
【００３０】
〔各結晶形の含有率〕
炭化ケイ素粉末の試料をＸ線回折装置（「ＲＡＤ−Ｃ」、リガク（株）製）に供し、Ｃｕターゲットを用い、管電圧４０ｋＶ、管電流１２０ｍＡ、スキャンスピード１゜／分で炭化ケイ素粉末中の各結晶形の混入量を測定した。測定結果から、Ｒｕｓｋａの方法（Journal of Material Science 、14巻、1979) により、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、１５Ｒのそれぞれの結晶形の含有率を算出した。
【００３１】
〔白色度の測定〕
石英製のセル（φ３１mm×１５ｍｍ）に炭化ケイ素粉末の試料を５０％充填し、分光式色彩計（「ＳＥ２０００」、日本電色工業（株）製）を用い、反射法によりＬ^*を測定した。
【００３２】
【実施例】
実施例１
Ｌ^*が３５、３Ｃの含有率が９６％の、高周波プラズマＣＶＤ法により合成された炭化ケイ素粉末（遊離炭素量：１．１重量％）を５ｇを黒鉛るつぼに入れ、グラファイト炉（中外炉工業（株）製）を用い１４００℃で２時間、アルゴン（高圧ガス工業（株）製）を、流量６ｄｍ³／分、炉内圧力１２２ｋＰａで熱処理を行った。アルゴン熱処理後のＬ^*は４０、３Ｃの含有率が９７％であった。次に、酸化処理はアルミナるつぼに５ｇを大気炉（「スーパーバン」、モトヤマ（株）製）を用い０．１ｄｍ³／分の空気気流中、大気圧下、７００℃で行った結果、Ｌ^*は７６であった。得られた炭化ケイ素粉末をポリプロピレン製ライニングのアトリッションミル（「６ＴＳＧ−１／４」、五十嵐機械製造所（株）製）に粉砕媒体φ０．５ｍｍのジルコニアボールを用い粉砕した。粉砕後の炭化ケイ素粉末（薄黄色）の３Ｃの含有率は９７％、Ｌ^*は８３、平均粒径は０．２６μｍであった。
【００３３】
実施例２
Ｌ^*が５６、６Ｈの含有率が６２％の、アチソン法で合成された炭化ケイ素粉末を実施例１と同様の方法で不活性雰囲気中で熱処理を行った結果、Ｌ^*が７１、６Ｈの含有率が９２％であり、また、酸化処理後のＬ^*は７９であった。さらに、粉砕処理後の炭化ケイ素粉末（薄緑色）の６Ｈの含有率は９２％、Ｌ^*は８０、平均粒径は０．２８μｍであった。
【００３４】
比較例１
Ｌ^*が３５、３Ｃの含有率が９６％の、高周波プラズマＣＶＤ法により合成された炭化ケイ素粉末５ｇを０．１ｄｍ³／分の空気気流中、大気圧下で７００℃で行った結果、得られた炭化ケイ素粉末（黒色）の３Ｃの含有率は９６％、Ｌ^*は６８、平均粒径は１．６μｍであった。
【００３５】
比較例２
Ｌ^*が５６、６Ｈの含有率が６２％の、アチソン法で合成された炭化ケイ素粉末を比較例１と同様の方法で酸化処理した結果、得られた炭化ケイ素粉末（灰色）の６Ｈの含有率は５６％、Ｌ^*は６８、平均粒径は１．１μｍであった。
【００３６】
以上の結果より、実施例１〜２で得られた炭化ケイ素粉末は、比較例１〜２で得られた炭化ケイ素粉末に比べ、いずれも主成分の結晶形の含有率が高く、明度（白色度）が高く、さらに平均粒径が小さなものであることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、主成分の結晶形の含有率が高く、実質的に白色度が高く、粒径が小さな炭化ケイ素粉末を得るという効果が奏される。

Claims

炭化ケイ素を不活性雰囲気下、１２００〜１９００℃で熱処理し、次いで酸素を含有する雰囲気下で酸化し、粉砕する炭化ケイ素粉末の製造方法。
不活性雰囲気に用いられるガスがアルゴンであり、酸化処理温度が４００〜８００℃である請求項１記載の製造方法。