一种燃烧合成系统(100)，包括：供给部(1)，使含有Si的颗粒粉末、含有SiO2的颗粒粉末以及N2气进行混合而生成混合物；反应部(2)，具有耐热性及耐压性，并在内部进行以从供给部(1)供给的混合物为原料的燃烧合成；点火部(7)，对供给到反应部(2)的混合物点火；以及热取出部(8)，将反应部(2)的内部中的燃烧合成反应的反应热向反应部(2)的外部取出。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃烧合成系统、反应生成物、物品以及燃烧合成方法，尤其涉及使用含 有Si的颗粒粉末、含有Si02的颗粒粉末以及仏气的燃烧合成系统、反应生成物、物品以及燃 烧合成方法。此外，涉及发电系统、等离子体发生装置以及发电装置。
技术介绍
在产业、运输、消费生活等中使用的全世界的消費电力，在2010年为1.36X1016Wh。 其中，主要工业用素材的制造约占30%。特别地，以铁为主成分的特种钢的制造约占8%。作 为能源，化石燃料依然占约85%的高比例。但是，摆脱对于化石燃料的过度依赖的根本性的 解决对策尚未被发现。工业革命以来一直辛劳持续的铁文明导致使特定资源枯竭的状况，并且被认为是 全球变暖的原因之一。因此，作为代替铁的材料，硅（以下，也称为金属硅、金属Si，简称Si) 受到关注。尽管Si在构成地球地壳的元素中占27%，但基本上以未使用的状态残留。利用Si 的技术尚且刚刚开始开发。为了由Si得到有用的材料，已开发了几种方法。例如，作为用来在氮气氛下的加热 室内使金属Si反应而得到硅氧氮化物系陶瓷的方法，已知有燃烧合成法（以下，也简称为燃 烧合成）。对将燃烧合成时的反应体系的内压和温度控制在一定值，从而稳定地实行硅_氧_ 氮系燃烧合成的控制型燃烧合成装置的实用化进行了研究。这里，硅-氧-氮系燃烧合成是 指使用固体的Si、Si02等氧供给源、以及气体的N2作为原料的燃烧合成。控制型燃烧合成是 指通过控制内压和温度，从而尽可能地抑制反应热的燃烧合成。作为用控制型燃烧合成装 置制造的各种硅氧氮化物系陶瓷的Si6-zA1z0zN8-z(以下，也称为塞隆、Sialon(s))、不含A1的 SiON(以下，也称为塞恩彳才^)、Sion(s))被称为硅合金，对用途开发也进行了研究。特 别地，作为控制型燃烧合成装置，对于控制燃烧合成时的压力和温度从而能够稳定地合成 塞隆系陶瓷的装置的实用化已有进展。控制型燃烧合成的特点为，与现有技术相比几乎没有能源成本而能够稳定地生产 硅氧氮化物系陶瓷。使用控制型燃烧合成装置，可生产出具有在工业上有用的特性的几种 硅氧氮化物系陶瓷(非专利文献1、2)。 Κ·Η·Jack，JournalMaterialScience(材料科学)Vol. 11(1976) ρρ1135YuwanwenWo等，JournalofMaterialsSynthesisand Processing(材料合成与加工)Vol· 4，No· 3，（ 1996)ppl37
技术实现思路
由于燃烧合成一般爆发性地进行，因此伴随反应会产生大量的能量。硅在氮环境 中燃烧时所产生的能量在合成〇'塞隆时被实际测到。由于通过用来诱发反应的短时间的火 花而点火，因此如以下的式1所示的那样，没有从外部投入能量而进行放热反应。 3Si+Si〇2+2N2-2Si2N2〇(= · · ·(式1)这里所示的焓变Atf表示由反应体系或生成体系的每lmol材料产生的总放热量。 若将该值换算成反应体系或生成体系的每单位重量的材料的电量，则可换算为1.36kWh/ kg。换言之，在该体系的反应体系或生成体系中的放热反应，通过素材材料的氮燃烧合成产 生1.36kWh的电力。同样地，关于生成β塞隆（z= 3)的焓变ΔΗ*3,可如以下的式2那样进行计算。 3Si+6Al+3Si〇2+5N2-2Si3N4AlNAl2〇3(= · · ·(式2) 若将此时产生的每lkg反应生成物(这里为Si3N4AlNAl2〇3)的1157Kcal的热量换算 成电力，则为1.4kWh。 式1及式2的反应中所使用的Si02为在地球上无穷尽地存在的作为沙漠的沙的主 成分的硅石。Si是通过将Si02还原而得到的。此外，氮可由压缩空气无穷尽地得到。也就是 说，燃烧合成中所使用的原料是在地球上丰富存在的基本资源本身。进而，如式1及式2所示 的那样，在燃烧合成中不产生二氧化碳C02这一点很重要。 在燃烧合成中产生大量的反应热。因此，在以往的控制型燃烧合成装置中，研究了 使用1)气氛压力、2)燃烧合成温度、3)反应抑制材等来极力控制爆发性进行的燃烧合成反 应。换言之，对于以往的控制型燃烧合成装置来说，其焦点在于最大限度地发挥1)~3)的抑 制力来对由燃烧合成产生的反应热极力地进行控制，稳定地进行燃烧合成的反应，从而在 工业上稳定地制造成为工业制品的基础素材的反应生成物。然而，在使用批量型装置的以往的燃烧合成法中，重点仅在于得到反应生成物。因 此，对于燃烧合成的利用效率尚有改善的余地。 本专利技术是鉴于上述的课题而完成的，其目的在于有效地利用由燃烧合成产生的反 应热。 为了解决上述课题，本专利技术的一个实施方式的燃烧合成系统，其特征在于，其包 括:供给部、反应部、点火部以及热取出部，所述供给部使含有Si的颗粒粉末、含有Si02的颗 粒粉末以及N2气混合而生成混合物，所述反应部具有耐热性及耐压性，并在内部进行以从 供给部供给的混合物为原料的燃烧合成，所述点火部对供给到反应部的混合物点火，所述 热取出部将反应部的内部中的燃烧合成反应的反应热向反应部的外部取出。根据该实施方式，通过有效地利用由反应产生的反应热，能够提高燃烧合成的利 用效率。此外，能够通过供给部连续地供给原料，以及在反应部中连续地进行反应。在上述实施方式的燃烧合成系统中，供给部可以使用流化床来混合含有Si及Si02 的颗粒粉末和他气。根据该实施方式，能够连续且有效地进行原料的混合以及燃烧合成。在上述实施方式的燃烧合成系统中，热取出部可以通过以水为热介质进行热交 换，从而取出燃烧合成反应的反应热。根据该实施方式，能够连续且有效地从燃烧合成系统 取出生成热。在上述实施方式的燃烧合成系统中，还可以包括回收部，所述回收部在反应部的 外部回收含有硅氧氮化物系陶瓷的反应生成物。根据该实施方式，能够有效地利用由反应 产生的反应热，而且能够有效地回收燃烧合成的结果所生成的反应生成物。在上述实施方式的燃烧合成系统中，对于回收部，可以将其内部保持为比反应部 的内部低的气压，使含有反应生成物的气体膨胀而冷却。根据该实施方式，能够实现作为反 应生成物的硅氧氮化物系陶瓷的高纯度化、微细化。此外，回收部通过将其内部保持为比反 应部低的气压，使含有反应生成物的气体膨胀而冷却，从而能够将反应生成物作为颗粒粉 来回收。据此，能够省略以往所必需的微细粉碎化工序。通过增大反应部与回收部的内压差 来进一步提高减压膨胀效果，从而能够调整硅氧氮化物系陶瓷的粒径，可实现超微粉末的 廉价制造。在上述实施方式的燃烧合成系统中，作为原料的含有Si02的颗粒粉末可以为几乎 无穷尽地埋藏于沙漠的沙。根据该实施方式，能够不担心资源的枯竭而廉价地生成替代化 石资源的替代能源。在上述实施方式的燃烧合成系统中，供给部可以进一步混合A1而生成混合物。根 据该实施方式，作为反应生成物能够生成塞隆。本专利技术的其他实施方式为反应生成物。该反应生成物含有由上述实施方式的燃烧 合成系统生成的硅氧氮化物系陶瓷。根据该实施方式，能够得到高纯度的反应生成物。本专利技术的其他实施方式为物品。该物品使用上述实施方式的反应生成物而形成。 根据该实施方式，能够形成从常温到高温下的强度、耐热冲击、耐磨损性优本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃烧合成系统，其特征在于，包括：供给部，其使含有Si的颗粒粉末、含有SiO2的颗粒粉末及N2气混合而生成混合物，反应部，其具有耐热性和耐压性，并在内部进行以从所述供给部供给的所述混合物为原料的燃烧合成，点火部，其对供给到所述反应部的所述混合物点火，以及热取出部，其将所述反应部内部的燃烧合成反应的反应热向所述反应部的外部取出。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：渡边敏幸，昆野晴晖，松下晶子，
申请(专利权)人：新资源研究所控股合同会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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