2015.09/19 SiCの不純物として含まれる酸素について

ＳｉＣに含まれる不純物の酸素は、高温度で焼結助剤のＢと反応し助剤を失活させるという話を以前書いた。この不純物の酸素には二種類の形態が存在する。一つはＳｉＣ表面が酸化されて生成した表面のＳｉＯの形態として、他の一つは、ＳｉＣ粒子内部に取り込まれた酸素の形態として存在している。
 
市販されているＳｉＣの合成法には二種類あって、一つはシリカ還元法により直接ＳｉＣ紛体を製造する方法と、他の一つはエジソンの弟子アチソンにより開発されたアチソン法だ。アチソン法では大きなインゴットとして得られるので粉体にするためにはこのインゴットを粉砕するプロセスが必要になる。
 
直接粉体を合成できるシリカ還元法では、βＳｉＣが得られるが、一個の粒子はβＳｉＣの微結晶が凝集した構成になっている。ゆえに結晶子サイズが小さい粒子ではおよそ０．８％から１．３％前後まで多量の不純物の酸素を抱きかかえている。結晶子サイズとこの内部に抱き込まれた不純物の酸素の量とは相関する。内部に抱き込まれた不純物酸素以外に表面にも不純物酸素は存在し、内部と表面の不純物酸素の合計は、１％以上になる。
 
アチソン法で得られる粉体に含まれる不純物の酸素の量がシリカ還元法で得られる粉体に含まれるそれよりも少ないのは、内部に抱き込まれた酸素が少ないためだ。またアチソン法の粉体の結晶子サイズは一般に大きい。
 
市販されていないが、ゴム会社で生産されているフェノール樹脂とエチルシリケートから製造される高純度ＳｉＣの合成法はシリカ還元法に分類され、できる粉体もβＳｉＣだが、一般のシリカ還元法で得られる粉体よりも不純物酸素の量が極端に少ない。そして結晶子サイズも大きい。これは前駆体の構造が分子レベルで均一になっているからである。
 
このようにＳｉＣに含まれる不純物の酸素の量は製造プロセスによりおおよそ決まってくる。粒子の外側の不純物酸素は１４００℃から１５００℃の温度領域で真空にしてやると簡単に除去できるが粒子内部に取り込まれた不純物の酸素は、この処理で完全に取り除くことができないので、常圧焼結において密度のばらつきや物性のばらつきに影響を与えている。そしてこれが少ないことが高純度ＳｉＣの長所の一つとなっている。
 

カテゴリー : 電気/電子材料