高純度シリコンの製造に関する研究

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1.緒言:本研究はSi【O_2】を固体炭素で還元する際の反応を制御するために、SiOとSiCの生成速度を求めることを目的とし、Si【O_2】と黒鉛粉の混合モル比、それぞれの粒径、温度及び試料層の厚さの影響について調査を行った。さらに、SiO(g)とカーボンブラックによるSiCの生成反応についても調べた。2.方法:試料はSi【O_2】および黒鉛粉をそれぞれ粒度調整、水分除去したものを使用した。またSiO(g)と力炭素の反応によるSiC生成実験は、このSi【O_2】と黒鉛粉の混合物上に黒鉛粉およびカーボンブラックを置いた。Arガス雰囲気中温度1600から1875℃、Si【O_2】:Cは1:2,1:5,1:10、粒径をそれぞれ37,105,150μmとした。3.結果:固体炭素によるSi【O_2】の還元:反応時間に伴なってSiOおよびSiCの生成分率はいずれの場合も増加し、全体的にSi【O_2】および黒鉛粉の粒径が小さくなると、それぞれの生成分率は増加した。また温度が上昇すると生成分率は増加し、特にSi【O_2】の融点以上では急激に増加した。1800℃の生成分率は1600℃と比較すると、それぞれ約2.5倍であった。モル比(Si【O_2】:C=1:2)で5gの試料を用いた場合、1875℃においては初期Si【O_2】量に対しては約60%がSiO、約35%がSiCに変化した。Si【O_2】の反応率と時間と関係は一次反応で整理できた。見掛けの反応速度定数は【10^(-5)】(【sec^(-1)】)のオーダーであり、Si【O_2】の比表面積と、Si【O_2】と黒鉛粉の混合比の積に比例した。SiO(g)と炭素によるSiCの生成反応:SiCの生成分率は、1600および1875℃においても時間と共に増加している。その生成分率はカーボンブラックをのせたときの方が混合物単体よりも高く、その差は約2倍であった。温度を上昇させると生成分率は約3倍であった。SiO(g)と炭素の反応によるSiC生成速度はその種類に依存しなかった。