一氧化硅的制造方法与流程

本发明涉及一种一氧化硅的制造方法。

背景技术：

1、以往众所周知的一氧化硅(以下也记作“sio”)的制造是使金属硅粉(以下也记作“si”或“si粉”)与二氧化硅粉(以下记作sio2或sio2粉)接触，然后保持在1200℃以上的将近1500℃的温度区域而使其反应，使sio升华来进行制造。这样的固相反应升华法自古为人所知，已提出许多专利申请(专利文献1至专利文献7)。sio不存在液相，因此基本上在不经由液相的情况下通过粉体之间的接触反应来直接升华，成为sio气体。sio气体被蒸镀、冷却在蒸镀板等之上，固化成块体sio。为了生成sio气体，需要增加si/sio2粉体间的接触点，将微粉彼此混合，并利用某种方法进行造粒或制成粉末压坯来增加接触点，进而促进反应。反应温度越高越好，但若使其过高，则金属硅si会熔融，难以保持液体。为了增加粉体间的接触点，对粉体彼此进行强力加压是有效的，但si和sio2均为陶瓷且不会变形，因此存在限度。为了增加sio2粉及si粉的粉末彼此的接触点，使各粉末变细是有效的。然而，例如为了制成μm级的微细粉末，需要装置及能源成本，并且若使其变得过细，则si粉的表面容易氧化，也会增加粉尘爆炸的危险性，因此微细化也存在极限。换言之，以往的固相间接触法在提高反应温度或增加粉体接触点这些方面存在极限，因此sio生成速度存在极限。

2、另一方面，已知在通过sio2的还原来获得金属硅si的过程中会经由sio(非专利文献1)。例如，认为在sio2还原炉内，反应会依基本过程(1)～(3)的顺序以下述方式进行。

3、(1) sio2+c → sio+co

4、(2) sio+c → si+co

5、(3) sio2+2c → si+2co

6、期望能够在sio2的c还原的上述(1)过程停止来仅提取sio。然而，在还原炉中(1)～(3)过程连续发生，所生成的sio气体在熔融金属中会立即发生(2)的反应，生成熔融si。在(1)过程停止而仅提取sio是困难的。就原理而言，可考虑在(1)过程的还原炉中插入具有高温耐性的管等来提取sio气体，但是并无实际实施的例子。

7、如上所述，在sio制造中，尚不存在一种超越以往的固相接触法的有效率的制造方法。

8、另一方面，下述现有技术文献等中公开了一种通过si与o2的爆炸燃烧来制造微细sio2或微细sio2+其他氧化物的复合氧化物等的方法(专利文献8、9)。例如，专利文献9中提出了“将金属硅粉末供给至包含氧气的气流中，使其燃烧来形成平均粒径为0.01～10μm的二氧化硅粉末”，微细sio2粉的制造方法是已知的。

9、此外，也公开了通过爆炸燃烧法来生成sio或经由sio来生成sinx(专利文献10、11)，但并未具体记载条件，技术的细节并不明确。此外，专利文献10在等离子流(plasmajet)中生成sio，与包含o2的火焰中的生成反应完全不同。专利文献11中连续进行基于火焰中的氧化的sio生成及基于后续工序中的火焰中氮化的sinx生成，尚不清楚能否通过火焰中氧化仅提取sio。

10、现有技术文献

11、专利文献

12、专利文献1：日本特开2001-220123号公报

13、专利文献2：日本特开2001-220122号公报

14、专利文献3：日本特开2001-220125号公报

15、专利文献4：日本特开2002-373653号公报

16、专利文献5：日本特开平6-325765号公报

17、专利文献6：日本特开2015-149171号公报

18、专利文献7：国际公开第wo2014/188851号

19、专利文献8：日本特开平3-170319号公报

20、专利文献9：日本特开2003-221218号公报

21、专利文献10：日本特公平4-79975号公报

22、专利文献11：日本特公平5-36363号公报

23、非专利文献

24、非专利文献1：日本金属学会志第52卷，第10号，1988年，945～953页

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题

2、根据上述现有技术文献，已知欲通过si粉与o2气体的经控制的爆炸性氧化反应来生成sio2，但是并不清楚通过基于经控制的爆炸性氧化反应的制造方法能否生成sio。换言之，由于爆炸性氧化反应是瞬间发生的，因此尚不清楚能否在sio处停止反应。换言之，至今尚不存在关于sio生成控制的见解。

3、本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种一氧化硅的制造方法，该制造方法通过在爆炸燃烧反应中控制o2浓度，从而生产性较高。

4、解决技术问题的技术手段

5、为了达成上述目的，本发明提供一种一氧化硅(sio)的制造方法，其为制造一氧化硅(sio)的方法，其特征在于，具有以下操作：以包含氧气与非活性气体的第一混合气体为载体，将作为原料的金属硅(si)粉末或金属硅粉末(si)与二氧化硅粉末(sio2)的混合粉供给至燃烧装置的操作a；以及对所述燃烧装置供给包含可燃性气体、氧气及非活性气体的第二混合气体来形成火焰，在该火焰中使源自所述金属硅(si)粉末的硅(si)成分与所述氧气反应，由此获得产物的操作b，进行所述操作b时也同时进行操作a，通过调整供给至所述燃烧装置的所述金属硅(si)粉末的量与所述第一混合气体中包含的氧气和所述第二混合气体中包含的氧气的合计量之比，从而在生成一氧化硅(sio)粉末的条件下进行所述硅(si)成分与氧气的反应。

6、与以往的固相接触反应法相比，这样的sio的制造方法能够通过生产性非常高的si粉末或si粉末与sio2粉末的混合粉在气流中的氧化反应，有效率地生成sio粉末。

7、此时，能够设为：进一步具有对所述燃烧装置供给包含氧气与非活性气体的第三混合气体或非活性气体的操作c，所述第三混合气体或非活性气体用于控制氧向所述金属硅(si)粉末或金属硅(si)粉末与二氧化硅(sio2)粉末的混合粉中的扩散，进行所述操作b时也同时进行操作c。

8、如此，能够利用用于控制氧向si粉末或si粉末与sio2粉末的混合粉中的扩散的气体，进一步高精度地控制sio粉末的生成。

9、此外，在本发明的sio的制造方法中，能够将所述第二混合气体中包含的可燃性气体设为包含烃。

10、此外，也能够将所述第二混合气体中包含的可燃性气体设为包含氢气。

11、作为本发明的sio的制造方法中的可燃性气体，能够使用这些气体，能够适当调整比率来使用。

12、此外，在本发明的sio的制造方法中，能够通过以1100℃以上且1500℃以下的温度对所述产物进行加热，使所述产物中包含的sio升华并加以提取。

13、当通过本发明的sio的制造方法而以sio以外的成分、即与未反应的si或二氧化硅(sio2)的混合物的形式获得产物时，能够通过这样的方法而仅使sio成分升华并加以提取。其原因在于，si和sio2汽化的温度远高于sio。

14、发明效果

15、与以往的固相接触反应法相比，本发明的sio的制造方法能够通过生产性非常高的si粉末或si粉末与sio2粉末的混合粉在气流中的氧化反应，有效率地生成sio粉末。通过本发明的sio的制造方法制造的sio除了能够用于玻璃或塑料涂层用途以外，还能够用作锂离子二次电池的负极材料。此外，这样的负极材料能够广泛地用作智能手机和智能手表等移动设备、电动汽车的电池等的高容量化负极材料。