シリコン-バリウム合金は、還元されたバリウム化合物(BaO や BaCO₃ など)とシリコン(またはフェロシリコン)を反応させることによって製造されます。エレクトロシリケート熱法、 またはアルミニウム-熱法。
1.シリコンを熱的に製造する方法(電気炉で溶解)
適用性: 大規模な工業生産に適しており、低コストですがエネルギー消費が高くなります。
原材料:
バリウム源: 酸化バリウム (BaO) または炭酸バリウム (BaCO₃)。
還元剤:フェロシリコン(FeSi75)、シリコンパウダー(Si)
溶解剤:石灰(CaO、スラグの流動性を調整する)
プロセス:
材料を混ぜる:
BaO (または BaCO3)、フェロシリコン、石灰を化学量論比 (BaO : Si ≒ 1 : 1) に従って混合します。
アーク炉での還元:
で三相電気炉、に加熱1400~1600度、BaO は Si によって還元されます。
BaO+Si→BaSi+SiO2
フェロシリコン中の鉄 (Fe) は反応に関与せず、合金 (Fe-Ba-Si) に入ります。
スラグ金の分離:
シリコン-バリウム合金(密度が高い)は炉の底に沈み、ケイ酸カルシウム スラグ(CaSiO₃)が浮き上がります。
鋳造と粉砕:
液体合金をインゴットに流し込み、冷却後粉砕して塊状または粒状の製品にします。
特徴:
製品には約 30%~50% の Ba、残りの - Si、および少量の Fe が含まれています。
バリウムの回収率を向上させるには、スラグのアルカリ度(CaO/SiO₂)を制御する必要があります。
2. 熱によるアルミニウムの製造法(自己伝播型高温合成法、SHS)
応用:高純度SiBaの少量生産に適しており、反応が激しく厳密な制御が必要です。
原材料:
バリウム源: BaO または BaCO₃。
還元剤:アルミニウム粉末(Al)。
発熱体:塩素酸カリウム(KClO₃、補助発熱)
プロセス:
材料を混ぜる:
BaO、Al 粉末および少量の KClO3 を化学量論比 (BaO : Al ≒ 3 : 2) に従って混合します。
焼成反応:
燃え上がるマグネシウムるつぼアルミノテルミック反応を開始するには (2000 度以上):
3BaO+ 2Al → 3Ba + Al2O3 + 多量の熱。
得られたバリウム (Ba) はシリコン (Si) と結合して BaSi 合金を形成します。
沈降分離:
液体のシリコン-バリウム合金は底に沈み、スラグ Al₂O₃ は浮き上がります。
精製と鋳造:
必要に応じて不活性ガス(Ar など)を合金に流し、不純物を除去し、インゴットを鋳造します。
特徴:
Baを60%以上まで高純度に含有することが可能です。
反応が激しく、防爆対策が必要であり、実験室研究や特殊合金の製造に適しています。

