JP3276940B2 - 炭化物−窒化物系複合体微粉末 - Google Patents
炭化物−窒化物系複合体微粉末Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、優れた高熱伝導
性、高電気絶縁性と共に、高温強度と耐食性を有する炭
化物−窒化物系複合セラミックス材のための原料微粉
末、特にＡｌＮ−ＳｉＣ系複合体微粉末とその製法に関
する。
性、高電気絶縁性と共に、高温強度と耐食性を有する炭
化物−窒化物系複合セラミックス材のための原料微粉
末、特にＡｌＮ−ＳｉＣ系複合体微粉末とその製法に関
する。
【０００２】
【従来技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は優れた耐食
性と耐熱性を有することから、化合物半導体製造用るつ
ぼとして実用化されている他、高熱伝導性と高電気絶縁
性を生かした電子材料としての応用に強い期待が持たれ
ている。
性と耐熱性を有することから、化合物半導体製造用るつ
ぼとして実用化されている他、高熱伝導性と高電気絶縁
性を生かした電子材料としての応用に強い期待が持たれ
ている。
【０００３】一方、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は天然には産
しない人造鉱物であり、約100 年前初めて合成されて以
来今日まで主として研磨材として用いられている他、高
温耐食性、耐磨耗性、高強度等の特性を生かした耐火レ
ンガや高温用発熱体の材料として用いられている。
しない人造鉱物であり、約100 年前初めて合成されて以
来今日まで主として研磨材として用いられている他、高
温耐食性、耐磨耗性、高強度等の特性を生かした耐火レ
ンガや高温用発熱体の材料として用いられている。
【０００４】ＡｌＮ−ＳｉＣ系複合セラミックスは、上
記の単一成分の場合と同様に、高い熱伝導率と高電気絶
縁性と共に耐食性、耐熱性を示すことが予想され、さら
に、粒子分散効果による機械的強度と破壊靭性の向上が
期待される。しかし、窒化物、炭化物等の非酸化物は焼
結性に乏しいため、緻密なセラミックスを作製するには
焼結用原料粉末の微細化、超微粒子化が要求される。
記の単一成分の場合と同様に、高い熱伝導率と高電気絶
縁性と共に耐食性、耐熱性を示すことが予想され、さら
に、粒子分散効果による機械的強度と破壊靭性の向上が
期待される。しかし、窒化物、炭化物等の非酸化物は焼
結性に乏しいため、緻密なセラミックスを作製するには
焼結用原料粉末の微細化、超微粒子化が要求される。
【０００５】上記の超微粒子を製造する方法は、天然原
料を粉砕し分級するブレークダウンによる方法と反応や
析出によって分子レベルから成長させるビルドアップに
よる方法とに大別される。これらのうちブレークダウン
による方法では、粒径1μｍ以下の微粒子を効率よく製
造するのは困難であり、粉砕過程において粉砕機材料か
らの不純物の混入が避けられないが、一方ビルドアップ
による方法は、粒径分布の制御が可能で粒径1μｍ以下
の超微粒子を容易に得ることができることから、特性の
優れた微粉体の製法に適している。
料を粉砕し分級するブレークダウンによる方法と反応や
析出によって分子レベルから成長させるビルドアップに
よる方法とに大別される。これらのうちブレークダウン
による方法では、粒径1μｍ以下の微粒子を効率よく製
造するのは困難であり、粉砕過程において粉砕機材料か
らの不純物の混入が避けられないが、一方ビルドアップ
による方法は、粒径分布の制御が可能で粒径1μｍ以下
の超微粒子を容易に得ることができることから、特性の
優れた微粉体の製法に適している。
【０００６】上記の超微粒子を用いて、複合セラミック
スを作製するためには、超微粒子の複合化が必要となる
が、この複合化の方法として、従来、工業的に広く用い
られている機械的混合手段は簡便ではあるが、超微粒子
同士の凝集が生じて均一分散できないことや、混合機か
らの汚染が避けられないことなどから、優れた機能材料
を製造する方法には適さない。さらに近年において複合
粉末を得る手法として流動層ＣＶＤ法が開発された。従
来の２成分系のＣＶＤ法における複合粉末の合成がＡｌ
2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系あるいはＡｌＮ−Ｓｉ3 Ｎ4 系など
のように金属に結合する原子が同じもの同士の系に限ら
れていたのに対し、この流動層ＣＶＤ法では、一方の成
分粉末は反応しないため複合する粉末の組み合わせの自
由度が増し、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＮ系あるいはＡｌＮ−Ｓ
ｉＣ系などのような４元系複合粉末を合成できる利点が
ある。
スを作製するためには、超微粒子の複合化が必要となる
が、この複合化の方法として、従来、工業的に広く用い
られている機械的混合手段は簡便ではあるが、超微粒子
同士の凝集が生じて均一分散できないことや、混合機か
らの汚染が避けられないことなどから、優れた機能材料
を製造する方法には適さない。さらに近年において複合
粉末を得る手法として流動層ＣＶＤ法が開発された。従
来の２成分系のＣＶＤ法における複合粉末の合成がＡｌ
2 Ｏ3 −ＴｉＯ2 系あるいはＡｌＮ−Ｓｉ3 Ｎ4 系など
のように金属に結合する原子が同じもの同士の系に限ら
れていたのに対し、この流動層ＣＶＤ法では、一方の成
分粉末は反応しないため複合する粉末の組み合わせの自
由度が増し、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＮ系あるいはＡｌＮ−Ｓ
ｉＣ系などのような４元系複合粉末を合成できる利点が
ある。
【０００７】しかしながら、この流動層ＣＶＤ法では、
微粒子を流動化させるためには、約50μｍの凝集体を構
成させなければならないため、この凝集体におけるＣＶ
Ｄの均一性と組成の分散均一性に問題があることが判明
している。
微粒子を流動化させるためには、約50μｍの凝集体を構
成させなければならないため、この凝集体におけるＣＶ
Ｄの均一性と組成の分散均一性に問題があることが判明
している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】流動層ＣＶＤ法は、上
記のように、複合粉末の製造法として優れた製造法であ
るが、微粒子を流動化させるためには微粒子による約50
μｍの凝集体を形成する必要があり、この流動層ＣＶＤ
法においては、高温構造材として高熱伝導性と高強度、
高靭性などの諸特性を併せて有する複合体粉末、例えば
ＡｌＮ−ＳｉＣ系複合体粉末を製造する場合に、超微粒
子の凝集体内におけるＣＶＤの均一性と組成の分散均一
性が得られない等の製造上の課題があった。すなわち、
分散均一性の高い複合体粉末を製造できる超微粒子間の
複合化手段の開発が望まれていた。
記のように、複合粉末の製造法として優れた製造法であ
るが、微粒子を流動化させるためには微粒子による約50
μｍの凝集体を形成する必要があり、この流動層ＣＶＤ
法においては、高温構造材として高熱伝導性と高強度、
高靭性などの諸特性を併せて有する複合体粉末、例えば
ＡｌＮ−ＳｉＣ系複合体粉末を製造する場合に、超微粒
子の凝集体内におけるＣＶＤの均一性と組成の分散均一
性が得られない等の製造上の課題があった。すなわち、
分散均一性の高い複合体粉末を製造できる超微粒子間の
複合化手段の開発が望まれていた。
【０００９】したがって、本発明の目的は、サブミクロ
ン粒度の一次微粉末を用いながら、流動層ＣＶＤ法の場
合のような約50μｍの凝集体を形成する必要がなく、微
粉末同士の凝集が抑制され、分散均一性の高いＳｉＣ−
ＡｌＮ等炭化物−窒化物系複合体微粉末を合成できる方
法、および、少なくともその合成法によって製造可能と
なった複合セラミックス材の原料として好適な高度均質
複合微粉末を提供することにある。
ン粒度の一次微粉末を用いながら、流動層ＣＶＤ法の場
合のような約50μｍの凝集体を形成する必要がなく、微
粉末同士の凝集が抑制され、分散均一性の高いＳｉＣ−
ＡｌＮ等炭化物−窒化物系複合体微粉末を合成できる方
法、および、少なくともその合成法によって製造可能と
なった複合セラミックス材の原料として好適な高度均質
複合微粉末を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記目的を達
成するべく鋭意研究の結果、ＳｉＣ等炭化物粉末を浮上
流動化させると共に、複合させようとする他方のＡｌＮ
等窒化物をＣＶＤ合成させる浮上式流動層ＣＶＤ法によ
る複合粉末の合成方法において、合成条件が複合比に及
ぼす影響や合成した複合粉末の形態を調査した結果、窒
化物微粒子の合成とその炭化物微粉末への被覆による複
合化を一工程で行えることを見出し本発明に到達した。
成するべく鋭意研究の結果、ＳｉＣ等炭化物粉末を浮上
流動化させると共に、複合させようとする他方のＡｌＮ
等窒化物をＣＶＤ合成させる浮上式流動層ＣＶＤ法によ
る複合粉末の合成方法において、合成条件が複合比に及
ぼす影響や合成した複合粉末の形態を調査した結果、窒
化物微粒子の合成とその炭化物微粉末への被覆による複
合化を一工程で行えることを見出し本発明に到達した。
【００１１】すなわち、本発明者等は、図１の模式図に
示すような、たて型の管状体からなる反応器１、該反応
器底部に設けられた浮上部２、反応器上部に接続して設
けられた連結管４と捕集器５とフィルター６とからなる
捕集部、および該反応器１を囲んで設けられた電気炉３
から構成される実施例の複合体微粉末合成装置を用いて
浮上式流動層ＣＶＤ法による複合粉末の合成方法につい
て研究し、前記浮上部２に導入されたＳｉＣ粉末を稀釈
されたＮ源ガスと共に上記反応器１内を浮上輸送させる
一方、器外に設けたマントルヒーター等によりＡｌＣｌ
3 を加熱して昇華させながら不活性なＮ系キャリヤーガ
スと共に前記反応器１の中央部の反応部即ち高温の反応
帯域に導入してＡｌＮの合成と同時に個々のＳｉＣ粒子
表面への被覆による複合化を行い、上記捕集部から採取
された合成複合粉末を加熱して副生成物であるＮＨ4 Ｃ
ｌを除去することによって高度に均質なＡｌＮ−ＳｉＣ
系複合体微粉末を合成することに成功した。
示すような、たて型の管状体からなる反応器１、該反応
器底部に設けられた浮上部２、反応器上部に接続して設
けられた連結管４と捕集器５とフィルター６とからなる
捕集部、および該反応器１を囲んで設けられた電気炉３
から構成される実施例の複合体微粉末合成装置を用いて
浮上式流動層ＣＶＤ法による複合粉末の合成方法につい
て研究し、前記浮上部２に導入されたＳｉＣ粉末を稀釈
されたＮ源ガスと共に上記反応器１内を浮上輸送させる
一方、器外に設けたマントルヒーター等によりＡｌＣｌ
3 を加熱して昇華させながら不活性なＮ系キャリヤーガ
スと共に前記反応器１の中央部の反応部即ち高温の反応
帯域に導入してＡｌＮの合成と同時に個々のＳｉＣ粒子
表面への被覆による複合化を行い、上記捕集部から採取
された合成複合粉末を加熱して副生成物であるＮＨ4 Ｃ
ｌを除去することによって高度に均質なＡｌＮ−ＳｉＣ
系複合体微粉末を合成することに成功した。
【００１２】そして、さらにその研究成果を発展させ、
上記の合成複合方法がＡｌＮの代りにＳｉ3Ｎ4、Ｔｉ
Ｎ、ＺｒＮおよびＨｆＮ等の他の窒化物を気相合成し、
一方、ＳｉＣの代りにＴｉＣ、ＺｒＣおよびＨｆＣ等の
他の炭化物微粉末を浮上流動化して前記のＡｌＮ−Ｓｉ
Ｃ系複合体微粉末に準ずる窒化物−炭化物系複合体微粉
末を合成複合する目的にも有効であることを確認して本
発明を完成した。すなわち、本発明は、下記のごとき複
合体微粉末の製法およびその製法によって得られる炭化
物−窒化物系複合体微粉末を提供する。
上記の合成複合方法がＡｌＮの代りにＳｉ3Ｎ4、Ｔｉ
Ｎ、ＺｒＮおよびＨｆＮ等の他の窒化物を気相合成し、
一方、ＳｉＣの代りにＴｉＣ、ＺｒＣおよびＨｆＣ等の
他の炭化物微粉末を浮上流動化して前記のＡｌＮ−Ｓｉ
Ｃ系複合体微粉末に準ずる窒化物−炭化物系複合体微粉
末を合成複合する目的にも有効であることを確認して本
発明を完成した。すなわち、本発明は、下記のごとき複
合体微粉末の製法およびその製法によって得られる炭化
物−窒化物系複合体微粉末を提供する。
【００１３】 本発明は、たて型管状反応器内の器底部
にサブミクロン粒度の炭化物微粉末と、Ｎ源ガスを含む
キャリヤーガスとを同時に連続的に導入し、該炭化物微
粉末を該キャリヤーガスにより該管状反応器内の上部の
高温度反応帯域に浮上輸送すると共に金属源ガスを同時
供給し、該高温度反応帯域において該Ｎ源ガスと該金属
源ガスとの気相反応により生成する窒化物で前記炭化物
微粉末の粒子表面を被覆した後捕集部で採取してなる複
合体微粉末であって、前記炭化物微粉末がＳｉＣ、Ｔｉ
Ｃ、ＺｒＣおよびＨｆＣからなる群より選ばれた炭化物
からなり、前記金属源ガスがＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒお
よびＨｆ源からなる群より選ばれた、前記炭化物微粉末
を構成する元素と異種の元素の反応ガスからなり、前記
窒化物が、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＺｒＮおよび
ＨｆＮのいずれかであり、かつ、前記複合体微粉末は、
平均粒径が３〜１０μｍで、前記窒化物の含有比率が５
０モル％以上の微粒子からなる高度均質混合体であるこ
とを特徴とする炭化物−窒化物系複合体微粉末を提供す
るものである。
にサブミクロン粒度の炭化物微粉末と、Ｎ源ガスを含む
キャリヤーガスとを同時に連続的に導入し、該炭化物微
粉末を該キャリヤーガスにより該管状反応器内の上部の
高温度反応帯域に浮上輸送すると共に金属源ガスを同時
供給し、該高温度反応帯域において該Ｎ源ガスと該金属
源ガスとの気相反応により生成する窒化物で前記炭化物
微粉末の粒子表面を被覆した後捕集部で採取してなる複
合体微粉末であって、前記炭化物微粉末がＳｉＣ、Ｔｉ
Ｃ、ＺｒＣおよびＨｆＣからなる群より選ばれた炭化物
からなり、前記金属源ガスがＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒお
よびＨｆ源からなる群より選ばれた、前記炭化物微粉末
を構成する元素と異種の元素の反応ガスからなり、前記
窒化物が、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＺｒＮおよび
ＨｆＮのいずれかであり、かつ、前記複合体微粉末は、
平均粒径が３〜１０μｍで、前記窒化物の含有比率が５
０モル％以上の微粒子からなる高度均質混合体であるこ
とを特徴とする炭化物−窒化物系複合体微粉末を提供す
るものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】上記本発明方法によって合成され
た複合体微粉末は、サブミクロン粒度の個々の炭化物微
粉末の粒子を窒化物で表面被覆してなる複合体微粉末で
あり、複合体微粉末全体としては炭化物と窒化物の高度
に均質な混合体となっているため、この微粉末を原料と
し、炭化物と窒化物とが相互に欠点を補い合った極めて
好ましい特性を持つ複合材を提供することができる。窒
化物は個々の炭化物微粉末を核粒子としてその表面に粒
子あるいは皮膜の形態で均一に蒸着被覆された形で含ま
れているが、この窒化物の蒸着厚さは任意に大とするこ
とが可能である。すなわち、この複合体微粉末全体に占
める窒化物の含有比率は、例えば粉体の表面処理によっ
て粒子表面に皮膜を形成した有機物などの場合のように
低いものではなく、混合物オーダーの大きい値とするこ
とができ、しかもその含有比率は、合成複合時の反応条
件を変えることによって、例えば、窒化物の含有率を1
〜99モル％の範囲の任意の値とすることが可能であり、
さらに必要ならば上記の範囲外の含有比率とすることも
可能である。このようなサブミクロン粒度の炭化物を核
粒子とした高度に均質な、しかも、混合物オーダーの混
合比を持つ炭化物−窒化物の複合体微粉末は従来存在し
なかったものであり、この粉末自体が本発明によって開
発された新規な物である。そのような複合体微粉末の特
に好ましい一例は実施例に示したＡｌＮ−ＳｉＣ複合体
微粉末である。この微粉末はＡｌＮおよびＳｉＣの優れ
た高熱伝導性、高強度性、耐食性と耐熱性を有すると同
時に焼結性も良いので、工業材料として非常に大きな可
能性を持つ複合セラミックス材の原料粉末となる。
た複合体微粉末は、サブミクロン粒度の個々の炭化物微
粉末の粒子を窒化物で表面被覆してなる複合体微粉末で
あり、複合体微粉末全体としては炭化物と窒化物の高度
に均質な混合体となっているため、この微粉末を原料と
し、炭化物と窒化物とが相互に欠点を補い合った極めて
好ましい特性を持つ複合材を提供することができる。窒
化物は個々の炭化物微粉末を核粒子としてその表面に粒
子あるいは皮膜の形態で均一に蒸着被覆された形で含ま
れているが、この窒化物の蒸着厚さは任意に大とするこ
とが可能である。すなわち、この複合体微粉末全体に占
める窒化物の含有比率は、例えば粉体の表面処理によっ
て粒子表面に皮膜を形成した有機物などの場合のように
低いものではなく、混合物オーダーの大きい値とするこ
とができ、しかもその含有比率は、合成複合時の反応条
件を変えることによって、例えば、窒化物の含有率を1
〜99モル％の範囲の任意の値とすることが可能であり、
さらに必要ならば上記の範囲外の含有比率とすることも
可能である。このようなサブミクロン粒度の炭化物を核
粒子とした高度に均質な、しかも、混合物オーダーの混
合比を持つ炭化物−窒化物の複合体微粉末は従来存在し
なかったものであり、この粉末自体が本発明によって開
発された新規な物である。そのような複合体微粉末の特
に好ましい一例は実施例に示したＡｌＮ−ＳｉＣ複合体
微粉末である。この微粉末はＡｌＮおよびＳｉＣの優れ
た高熱伝導性、高強度性、耐食性と耐熱性を有すると同
時に焼結性も良いので、工業材料として非常に大きな可
能性を持つ複合セラミックス材の原料粉末となる。
【００１５】上記本発明方法の実施において、例えばＡ
ｌＮ−ＳｉＣ系複合体微粉末製造に使用するＡｌＮ源と
しては、ＡｌＣｌ3 （純度98.0℃）とＮＨ3 （純度99.9
％）の市販品が用いられ、また、ＡｌＣｌ3 キャリヤー
ガスおよびＮＨ3 の希釈ガスとしてはＮ2 ガス（純度9
9.999％）が用いられた。一方、原料となるＳｉＣ微粉
末には純度90％以上、平均粒径0.15μｍでβ形の市販品
が用いられた。本発明の方法に用いられる装置の一例
は、前記した図１に示すような構造のもので、反応器１
の下部に浮上部２が設けられており、反応器１の中央部
は加熱のための電気炉３によって温度制御でき、反応器
上部には連結管４と捕集器５とフィルター６とからなる
捕集部を有する機構であればよい。
ｌＮ−ＳｉＣ系複合体微粉末製造に使用するＡｌＮ源と
しては、ＡｌＣｌ3 （純度98.0℃）とＮＨ3 （純度99.9
％）の市販品が用いられ、また、ＡｌＣｌ3 キャリヤー
ガスおよびＮＨ3 の希釈ガスとしてはＮ2 ガス（純度9
9.999％）が用いられた。一方、原料となるＳｉＣ微粉
末には純度90％以上、平均粒径0.15μｍでβ形の市販品
が用いられた。本発明の方法に用いられる装置の一例
は、前記した図１に示すような構造のもので、反応器１
の下部に浮上部２が設けられており、反応器１の中央部
は加熱のための電気炉３によって温度制御でき、反応器
上部には連結管４と捕集器５とフィルター６とからなる
捕集部を有する機構であればよい。
【００１６】複合体微粉末の合成操作は、先ずＳｉＣ微
粉末をホッパー７から浮上部２へと逐次供給し、次い
で、この浮上部２に、例えばＮ源としての第１の反応ガ
スであるＮＨ3 と不活性キャリヤーガスとしてのＮ2 と
からなるＮ2 ＋ＮＨ3 混合ガスをＳｉＣ粉末浮上用ガス
として導入させながらノズル８から噴出させ、ＳｉＣ微
粉末を反応器内に浮上させ輸送する一方、Ａｌ源として
のＡｌＣｌ3 をマントルヒーターで150 〜200 ℃に加熱
して昇華させて第２の反応ガスとし、この昇華ＡｌＣｌ
3 ガスを不活性キャリヤーガスとしてのＮ2 ガスと混合
し導入管９を通して反応帯域となる反応器中心部の最高
温度域に導入させる。
粉末をホッパー７から浮上部２へと逐次供給し、次い
で、この浮上部２に、例えばＮ源としての第１の反応ガ
スであるＮＨ3 と不活性キャリヤーガスとしてのＮ2 と
からなるＮ2 ＋ＮＨ3 混合ガスをＳｉＣ粉末浮上用ガス
として導入させながらノズル８から噴出させ、ＳｉＣ微
粉末を反応器内に浮上させ輸送する一方、Ａｌ源として
のＡｌＣｌ3 をマントルヒーターで150 〜200 ℃に加熱
して昇華させて第２の反応ガスとし、この昇華ＡｌＣｌ
3 ガスを不活性キャリヤーガスとしてのＮ2 ガスと混合
し導入管９を通して反応帯域となる反応器中心部の最高
温度域に導入させる。
【００１７】この最高温度域での合成温度は、ＡｌＮ合
成の場合、900 〜1,100 ℃であり、合成時間は60 min前
後とするほか、第１の反応ガス（ＮＨ3 ）を含むＳｉＣ
粉末浮上用混合ガス（ＮＨ3 ＋Ｎ2 ）の流量を900 〜2,
500cm3/minとし、この混合ガス中のＮＨ3 の濃度を40 v
ol％とし、第２の混合ガス中のＡｌＣｌ3 キャリヤーガ
ス（Ｎ2 ）の流量は100 cm3/min とする合成条件が好ま
しい一例であることが確認された。
成の場合、900 〜1,100 ℃であり、合成時間は60 min前
後とするほか、第１の反応ガス（ＮＨ3 ）を含むＳｉＣ
粉末浮上用混合ガス（ＮＨ3 ＋Ｎ2 ）の流量を900 〜2,
500cm3/minとし、この混合ガス中のＮＨ3 の濃度を40 v
ol％とし、第２の混合ガス中のＡｌＣｌ3 キャリヤーガ
ス（Ｎ2 ）の流量は100 cm3/min とする合成条件が好ま
しい一例であることが確認された。
【００１８】走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）その他により
その形態を観察したところ、比較のために作製した機械
的に混合した粉末の場合はＳｉまたはＡｌのどちらか一
方の成分に富む凝集体の混合物であるのに対し、本発明
の方法で得られた複合体微粉末はＳｉＣをＡｌＮ粒子あ
るいはＡｌＮ皮膜が被覆した凝集体の混合物であること
から、分散均一性はこの複合体微粉末の方が高く、さら
に複合体微粉末は1μｍ以下の凝集体にもＡｌＮとＳｉ
Ｃの両方の存在が確認されたことからＡｌＮ粒子は微細
なＳｉＣ凝集体にまで付着し被覆することがわかった。
その形態を観察したところ、比較のために作製した機械
的に混合した粉末の場合はＳｉまたはＡｌのどちらか一
方の成分に富む凝集体の混合物であるのに対し、本発明
の方法で得られた複合体微粉末はＳｉＣをＡｌＮ粒子あ
るいはＡｌＮ皮膜が被覆した凝集体の混合物であること
から、分散均一性はこの複合体微粉末の方が高く、さら
に複合体微粉末は1μｍ以下の凝集体にもＡｌＮとＳｉ
Ｃの両方の存在が確認されたことからＡｌＮ粒子は微細
なＳｉＣ凝集体にまで付着し被覆することがわかった。
【００１９】すなわち、本発明の製法によれば、サブミ
クロン粒度の炭化物を用い平均粒径3 〜10μｍの微細な
炭化物−窒化物系複合体微粉末が得られることがわかっ
た。また、この複合体微粉末は分散均一性に極めて優
れ、また個々の微粒子が均一的な蒸着性を保持している
ことがわかった。すなわち、この複合体微粉末は、複合
体微粉末全体として、極めて高度な均質性を有し、緻密
な複合セラミックス材の優れた原料となるものである。
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
クロン粒度の炭化物を用い平均粒径3 〜10μｍの微細な
炭化物−窒化物系複合体微粉末が得られることがわかっ
た。また、この複合体微粉末は分散均一性に極めて優
れ、また個々の微粒子が均一的な蒸着性を保持している
ことがわかった。すなわち、この複合体微粉末は、複合
体微粉末全体として、極めて高度な均質性を有し、緻密
な複合セラミックス材の優れた原料となるものである。
以下、実施例により本発明をさらに説明する。
【００２０】
【実施例】［実施例１］図１に示すように、反応器１と
して内径42mm、長さ800mm のムライト管を電気炉３を通
して垂直に設置した複合体微粉末合成装置を用いて、原
料のＳｉＣ微粉末（三井東圧製、純度99％以上、平均粒
径0.15μｍ、β形）をホッパー７から浮上部２に逐次供
給すると共に、この浮上部２に第１の反応ガスを含むＮ
2 −ＮＨ 3 混合ガスをＳｉＣ浮上用混合ガスとして1,20
0cm3/min導入してＳｉＣ粉末を一定時間（20 min）浮上
させた。一方、ＡｌＣｌ3 は、導入管９の外部に設けら
れたマントルヒーター（図示せず）で150 〜200 ℃に加
熱して昇華させ、このＡｌＣｌ3 ガスを第２の反応ガス
として不活性Ｎ2 キャリヤーガスと共に、200cm3/minの
流量で、浮上部上方に設けた導入管９を通して反応器中
心部の最高温度域である反応帯域に導入した。この場
合、導入管９にはムライト管を用い、その出口が反応器
中央部にくるようにモリブデン合金製の支持材を上記出
口の少し下に取り付けた。
して内径42mm、長さ800mm のムライト管を電気炉３を通
して垂直に設置した複合体微粉末合成装置を用いて、原
料のＳｉＣ微粉末（三井東圧製、純度99％以上、平均粒
径0.15μｍ、β形）をホッパー７から浮上部２に逐次供
給すると共に、この浮上部２に第１の反応ガスを含むＮ
2 −ＮＨ 3 混合ガスをＳｉＣ浮上用混合ガスとして1,20
0cm3/min導入してＳｉＣ粉末を一定時間（20 min）浮上
させた。一方、ＡｌＣｌ3 は、導入管９の外部に設けら
れたマントルヒーター（図示せず）で150 〜200 ℃に加
熱して昇華させ、このＡｌＣｌ3 ガスを第２の反応ガス
として不活性Ｎ2 キャリヤーガスと共に、200cm3/minの
流量で、浮上部上方に設けた導入管９を通して反応器中
心部の最高温度域である反応帯域に導入した。この場
合、導入管９にはムライト管を用い、その出口が反応器
中央部にくるようにモリブデン合金製の支持材を上記出
口の少し下に取り付けた。
【００２１】この最高温度域におけるＡｌＮとＳｉＣと
の合成複合温度は1,100 ℃で、合成複合時間は60 min前
後となるように制御して合成複合化させたところ、生成
した合成複合粉末は、図１中のＡ〜Ｇで示す部分に沈積
したが、これらの沈積した粉末はそれぞれ別個にＡｒ雰
囲気中で捕集した。次いで、捕集した合成複合粉末をＡ
ｒ気流中で500 ℃、3 hr加熱して副生成物であるＮＨ4
Ｃｌを除去してＡｌＮ−ＳｉＣ系複合体微粉末を得た。
の合成複合温度は1,100 ℃で、合成複合時間は60 min前
後となるように制御して合成複合化させたところ、生成
した合成複合粉末は、図１中のＡ〜Ｇで示す部分に沈積
したが、これらの沈積した粉末はそれぞれ別個にＡｒ雰
囲気中で捕集した。次いで、捕集した合成複合粉末をＡ
ｒ気流中で500 ℃、3 hr加熱して副生成物であるＮＨ4
Ｃｌを除去してＡｌＮ−ＳｉＣ系複合体微粉末を得た。
【００２２】図２はこれら合成複合粉末のＸ線回折図
で、同図（Ａ）〜（Ｇ）はそれぞれ図１の捕集点Ａ〜Ｇ
のサンプルについての回折図を示すものである。捕集点
ＡにおいてはＡｌＮの回折線のみが検出され、Ｂ−Ｆで
ＳｉＣが検出された。Ｂ〜Ｇでは副生成物のＮＨ4 Ｃl
も検出されたが、Ｇでは逆にＳｉＣは検出されなかっ
た。この場合、ＡとＧではＳｉＣは検出されなかった
が、合成複合粉末の色が灰白色であることから、微量で
はあるが含まれていたものと思われる。
で、同図（Ａ）〜（Ｇ）はそれぞれ図１の捕集点Ａ〜Ｇ
のサンプルについての回折図を示すものである。捕集点
ＡにおいてはＡｌＮの回折線のみが検出され、Ｂ−Ｆで
ＳｉＣが検出された。Ｂ〜Ｇでは副生成物のＮＨ4 Ｃl
も検出されたが、Ｇでは逆にＳｉＣは検出されなかっ
た。この場合、ＡとＧではＳｉＣは検出されなかった
が、合成複合粉末の色が灰白色であることから、微量で
はあるが含まれていたものと思われる。
【００２３】［実施例２］図１に示す合成装置におい
て、反応器１としてのムライト管に代えて透明ガラス管
を用いてＳｉＣ粉の浮上試験を行った。この場合、実施
例１と異なり、ＡｌＣｌ3 を供給せずに、浮上用にＮ2
ガスをキャリヤーガスとして使用してＳｉＣのみを浮上
させ、ＳｉＣの浮上量と浮上前後のＳｉＣの粒度分布も
併せて測定した。
て、反応器１としてのムライト管に代えて透明ガラス管
を用いてＳｉＣ粉の浮上試験を行った。この場合、実施
例１と異なり、ＡｌＣｌ3 を供給せずに、浮上用にＮ2
ガスをキャリヤーガスとして使用してＳｉＣのみを浮上
させ、ＳｉＣの浮上量と浮上前後のＳｉＣの粒度分布も
併せて測定した。
【００２４】先ず、ＳｉＣ微粉末をホッパーから浮上部
へ逐次供給した後、浮上用ガス（Ｎ 2 ）を浮上部に導入
してＳｉＣ微粉末を一定時間（20 min）浮上させ、捕集
部の連結管に沈着したＳｉＣを捕集し、その質量を測定
した。浮上用ガスの流量は700〜2,000cm3/minの範囲と
し、ＳｉＣ浮上量は、流量が 700cm3/minのときの値で
規格化した。
へ逐次供給した後、浮上用ガス（Ｎ 2 ）を浮上部に導入
してＳｉＣ微粉末を一定時間（20 min）浮上させ、捕集
部の連結管に沈着したＳｉＣを捕集し、その質量を測定
した。浮上用ガスの流量は700〜2,000cm3/minの範囲と
し、ＳｉＣ浮上量は、流量が 700cm3/minのときの値で
規格化した。
【００２５】この結果、ＳｉＣ微粉末は層流状態を保ち
ながら浮上する様子が観察されたが、浮上用ガスの流量
とＳｉＣ微粉末の浮上量の関係は図３に示す通りであっ
た。この図からわかるように浮上用ガスの流量の増加と
共に浮上するＳｉＣ微粉末の量も増加し、好ましいＳｉ
Ｃ微粉末の浮上速度は浮上用ガスの流量1,200cm3/minで
8mg/minであることがわかった。
ながら浮上する様子が観察されたが、浮上用ガスの流量
とＳｉＣ微粉末の浮上量の関係は図３に示す通りであっ
た。この図からわかるように浮上用ガスの流量の増加と
共に浮上するＳｉＣ微粉末の量も増加し、好ましいＳｉ
Ｃ微粉末の浮上速度は浮上用ガスの流量1,200cm3/minで
8mg/minであることがわかった。
【００２６】次いで、このＳｉＣのみを浮上させた場合
において、浮上前後のＳｉＣ微粉末について遠心沈降径
を測定したところ、図４（ａ）および（ｂ）に示す粒度
分布であった。この場合、同図（ａ）は浮上前の原料Ｓ
ｉＣ微粉末の粒度分布であり、同図（ｂ）は浮上用ガス
流量が1,400cm3/minで浮上させた場合の結果であって、
メジアン径がそれぞれ0.28μｍおよび0.38μｍと算定さ
れた。これらのことから、浮上後のＳｉＣ微粉末は 4〜
15μｍの凝集を示すことがわかった。このことは、本発
明の方法によれば通常の流動層ＣＶＤ法に比べて凝集の
少ない微細な粒子を流動化できることを示している。
において、浮上前後のＳｉＣ微粉末について遠心沈降径
を測定したところ、図４（ａ）および（ｂ）に示す粒度
分布であった。この場合、同図（ａ）は浮上前の原料Ｓ
ｉＣ微粉末の粒度分布であり、同図（ｂ）は浮上用ガス
流量が1,400cm3/minで浮上させた場合の結果であって、
メジアン径がそれぞれ0.28μｍおよび0.38μｍと算定さ
れた。これらのことから、浮上後のＳｉＣ微粉末は 4〜
15μｍの凝集を示すことがわかった。このことは、本発
明の方法によれば通常の流動層ＣＶＤ法に比べて凝集の
少ない微細な粒子を流動化できることを示している。
【００２７】［実施例３］図１に示す合成装置を用いて
合成条件とＡｌＮ／ＳｉＣ複合比についての試験を行っ
た。先ず、ＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量が1,400cm3/m
inおよび合成温度：1,100℃の条件でＳｉＣ浮上用混合
ガス流量とＡｌＮモル％の関係を求め、結果を図５に示
した。この図に見られるように、ＳｉＣ浮上用混合ガス
流量を増すと、ＡｌＮの割合が減少していることがわか
るが、これはＳｉＣ浮上ガス流量を増すことにより、Ｓ
ｉＣ微粉末の浮上量が増加したためと考えられる。
合成条件とＡｌＮ／ＳｉＣ複合比についての試験を行っ
た。先ず、ＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量が1,400cm3/m
inおよび合成温度：1,100℃の条件でＳｉＣ浮上用混合
ガス流量とＡｌＮモル％の関係を求め、結果を図５に示
した。この図に見られるように、ＳｉＣ浮上用混合ガス
流量を増すと、ＡｌＮの割合が減少していることがわか
るが、これはＳｉＣ浮上ガス流量を増すことにより、Ｓ
ｉＣ微粉末の浮上量が増加したためと考えられる。
【００２８】次いで、浮上用混合ガス流量：1,200cm3/m
in、ＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量200cm3/minの条件
で、合成温度とＡｌＮモル％の関係を求め、図６に示し
た。この場合、合成温度を上げると、ＡｌＮの割合が増
加することがわかるが、これは合成温度を上げることに
より、ＡｌＮの合成反応速度が増したためと思われる。
またＸ線回折図から判断して、合成温度が低くなるとＡ
ｌＮの結晶性が悪くなるものと思われる。
in、ＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量200cm3/minの条件
で、合成温度とＡｌＮモル％の関係を求め、図６に示し
た。この場合、合成温度を上げると、ＡｌＮの割合が増
加することがわかるが、これは合成温度を上げることに
より、ＡｌＮの合成反応速度が増したためと思われる。
またＸ線回折図から判断して、合成温度が低くなるとＡ
ｌＮの結晶性が悪くなるものと思われる。
【００２９】次いで、ＡｌＣｌ3 昇華速度と複合比（Ａ
ｌＮ含有比率）の関係を求め、結果を図７に示した。図
中の破線はＡｌＮ78モル％の複合体微粉末（ＳｉＣ浮上
用混合ガス流量：1,200cm3/min、ＡｌＣｌ3 キャリヤー
ガス流量：200cm3/min、合成温度：1,100 ℃で合成さ
れ、図中○印で示されている）を基準として計算した理
論値であり、この理論値はＡｌＮの合成反応率が100 ％
で、浮上したＳｉＣ微粉末がすべて複合化するものとし
て計算されたものである。なお、ＡｌＣｌ3 キャリヤー
ガス流量は、図に付記したように、それぞれ△：100cm3
/min、●○：200cm3/minおよび◇■□：400cm3/minであ
る。これらの結果、複合比（ＡｌＮ含有比率）は、Ａｌ
Ｃｌ3 キャリヤーガス流量に影響されず、ＡｌＣｌ3 昇
華速度により強く影響される傾向が見られる。
ｌＮ含有比率）の関係を求め、結果を図７に示した。図
中の破線はＡｌＮ78モル％の複合体微粉末（ＳｉＣ浮上
用混合ガス流量：1,200cm3/min、ＡｌＣｌ3 キャリヤー
ガス流量：200cm3/min、合成温度：1,100 ℃で合成さ
れ、図中○印で示されている）を基準として計算した理
論値であり、この理論値はＡｌＮの合成反応率が100 ％
で、浮上したＳｉＣ微粉末がすべて複合化するものとし
て計算されたものである。なお、ＡｌＣｌ3 キャリヤー
ガス流量は、図に付記したように、それぞれ△：100cm3
/min、●○：200cm3/minおよび◇■□：400cm3/minであ
る。これらの結果、複合比（ＡｌＮ含有比率）は、Ａｌ
Ｃｌ3 キャリヤーガス流量に影響されず、ＡｌＣｌ3 昇
華速度により強く影響される傾向が見られる。
【００３０】次いで、ＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量と
ＡｌＮモル％との関係を求め、結果を図８に示した。こ
の図からわかるように、ＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量
と複合比（ＡｌＮ含有比率）には明確な相関は見られな
く、複合比はＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量によって影
響されないか、あるいは他のファクターに比べて非常に
影響が少ないことが予測される。なお、ＡｌＣｌ3 供給
速度は図中に付記したように、それぞれ◇：0.08 g/mi
n、●■：0.11 g/min、△：0.14 g/min、○：0.17 g/mi
nおよび□：0.27g/min である。
ＡｌＮモル％との関係を求め、結果を図８に示した。こ
の図からわかるように、ＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量
と複合比（ＡｌＮ含有比率）には明確な相関は見られな
く、複合比はＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量によって影
響されないか、あるいは他のファクターに比べて非常に
影響が少ないことが予測される。なお、ＡｌＣｌ3 供給
速度は図中に付記したように、それぞれ◇：0.08 g/mi
n、●■：0.11 g/min、△：0.14 g/min、○：0.17 g/mi
nおよび□：0.27g/min である。
【００３１】以上の結果から、ＡｌＣｌ3 供給速度はＡ
ｌＣｌ3 昇華速度が律速になっており、ＡｌＣｌ3 キャ
リヤーガス流量にはほとんど影響されないことが推測さ
れた。
ｌＣｌ3 昇華速度が律速になっており、ＡｌＣｌ3 キャ
リヤーガス流量にはほとんど影響されないことが推測さ
れた。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、簡易な手段でありながら、所定の合成条件によ
り、個々の粒子の平均粒径が3 〜10μｍで、窒化物の含
有比率が1 〜99モル％という複合体微粉末を得ることが
できるため、従来合成できなかった優れた高熱伝導性や
高電気絶縁性と共に高温強度と耐食性を併せ持つ高度に
均質な炭化物系−窒化物系複合材の原料粉末を安価に提
供することができるという効果を奏する。
れば、簡易な手段でありながら、所定の合成条件によ
り、個々の粒子の平均粒径が3 〜10μｍで、窒化物の含
有比率が1 〜99モル％という複合体微粉末を得ることが
できるため、従来合成できなかった優れた高熱伝導性や
高電気絶縁性と共に高温強度と耐食性を併せ持つ高度に
均質な炭化物系−窒化物系複合材の原料粉末を安価に提
供することができるという効果を奏する。
【図１】本発明の実施例における複合体微粉末合成装置
の概略を示す模式断面図である。
の概略を示す模式断面図である。
【図２】図１の合成装置を用いて得られた複合体微粉末
のＸ線回折図であって、同図（Ａ）〜（Ｇ）は図１に示
されたＡ〜Ｇ各捕集点におけるサンプルの回折図であ
る。
のＸ線回折図であって、同図（Ａ）〜（Ｇ）は図１に示
されたＡ〜Ｇ各捕集点におけるサンプルの回折図であ
る。
【図３】図１の合成装置を用い、ＡｌＣｌ3 を供給せず
にＳｉＣのみを浮上させた場合の浮上用ガス流量とＳｉ
Ｃ浮上量との関係を示すグラフである。
にＳｉＣのみを浮上させた場合の浮上用ガス流量とＳｉ
Ｃ浮上量との関係を示すグラフである。
【図４】図１の合成装置により、ＳｉＣのみを浮上させ
た場合の供試したＳｉＣ微粉末の粒度分布を示す図であ
って、同図（ａ）は原料ＳｉＣ微粉末の粒度分布、同図
（ｂ）は浮上後のＳｉＣ微粉末の粒度分布を示すグラフ
である。
た場合の供試したＳｉＣ微粉末の粒度分布を示す図であ
って、同図（ａ）は原料ＳｉＣ微粉末の粒度分布、同図
（ｂ）は浮上後のＳｉＣ微粉末の粒度分布を示すグラフ
である。
【図５】図１の合成装置により、複合体微粉末を得た場
合のＳｉＣ浮上用混合ガス流量と複合体微粉末のＡｌＮ
含有比率との関係を示すグラフである。
合のＳｉＣ浮上用混合ガス流量と複合体微粉末のＡｌＮ
含有比率との関係を示すグラフである。
【図６】図１の合成装置により、複合体微粉末を得た場
合の合成温度と複合体微粉末のＡｌＮ含有比率との関係
を示すグラフである。
合の合成温度と複合体微粉末のＡｌＮ含有比率との関係
を示すグラフである。
【図７】図１の合成装置により、複合体微粉末を得た場
合のＡｌＣｌ3 昇華速度と複合体微粉末のＡｌＮ含有比
率との関係を示すグラフである。
合のＡｌＣｌ3 昇華速度と複合体微粉末のＡｌＮ含有比
率との関係を示すグラフである。
【図８】図１の合成装置により、複合体微粉末を得た場
合のＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量と複合体微粉末のＡ
ｌＮ含有比率との関係を示すグラフである。
合のＡｌＣｌ3 キャリヤーガス流量と複合体微粉末のＡ
ｌＮ含有比率との関係を示すグラフである。
１ 反応器 ２ 浮上部 ３ 電気炉 ４ 連結管 ５ 捕集器 ６ フィルター ７ ホッパー ８ ノズル ９ 導入管 Ａ〜Ｇ 生成粉末回収位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/56,35/58 C04B 35/622 - 35/628 C01B 21/00,31/00
Claims (1)
- 【請求項１】 たて型管状反応器内の器底部にサブミク
ロン粒度の炭化物微粉末と、Ｎ源ガスを含むキャリヤー
ガスとを同時に連続的に導入し、該炭化物微粉末を該キ
ャリヤーガスにより該管状反応器内の上部の高温度反応
帯域に浮上輸送すると共に金属源ガスを同時供給し、該
高温度反応帯域において該Ｎ源ガスと該金属源ガスとの
気相反応により生成する窒化物で前記炭化物微粉末の粒
子表面を被覆した後捕集部で採取してなる複合体微粉末
であって、前記炭化物微粉末がＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ
およびＨｆＣからなる群より選ばれた炭化物からなり、
前記金属源ガスがＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆ源
からなる群より選ばれた、前記炭化物微粉末を構成する
元素と異種の元素の反応ガスからなり、前記窒化物が、
ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＺｒＮおよびＨｆＮのい
ずれかであり、かつ、前記複合体微粉末は、平均粒径が
３〜１０μｍで、前記窒化物の含有比率が５０モル％以
上の微粒子からなる高度均質混合体であることを特徴と
する炭化物−窒化物系複合体微粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17934399A JP3276940B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 炭化物−窒化物系複合体微粉末 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17934399A JP3276940B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 炭化物−窒化物系複合体微粉末 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2128902A Division JP2995486B2 (ja) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | 炭化物―窒化物系複合体微粉末およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000072555A JP2000072555A (ja) | 2000-03-07 |
| JP3276940B2 true JP3276940B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=16064191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17934399A Expired - Fee Related JP3276940B2 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | 炭化物−窒化物系複合体微粉末 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3276940B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2995486B2 (ja) | 1990-05-18 | 1999-12-27 | 同和鉱業株式会社 | 炭化物―窒化物系複合体微粉末およびその製法 |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP17934399A patent/JP3276940B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2995486B2 (ja) | 1990-05-18 | 1999-12-27 | 同和鉱業株式会社 | 炭化物―窒化物系複合体微粉末およびその製法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000072555A (ja) | 2000-03-07 |
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