JPH02289407A - α型窒化珪素の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はα型窒化珪素、すなわちα型に富んだ窒化珪素
粉末の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

窒化珪素焼結体は機械的強度が高（、かつ耐熱性にも優
れた高温材料として、多様な用途が考えられている。し
かし、優れた焼結体を造るには優れた原料粉末が要求さ
れる。特に、高耐熱でしかも高強度の焼結体を造るには
、原料粉末となる窒化珪素粉末は純度が高いのみならず
、結晶相的に高いα型窒化珪素を含有していることが望
ましい。このような窒化珪素を得る方法としては、種々
の方法が提案されているが、これらには一長一短があり
、十分に満足し得る方法は見出されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来法の中でも、特開昭６２−２６０７０４号に開示さ
れている、金属窒化法と酸化物還元窒化法を組み合わせ
てα型に富んだ窒化珪素粉末を製造する方法は、品質の
よい粉末が得られる工業的に優れた方法である。

しかしながら、この方法も得られる窒化珪素粉末中に炭
素が比較的多く含まれると言う欠点があった。これは酸
化物還元法の持つ本来的な欠点でもあり、後処理により
除去する方法も提案されているが、必ずしも十分に除去
されるわけでもなく、酸化の問題を生ずる。

すなわち、Ｘ線回折では検出されない無定型の炭化珪素
が存在し、窒化珪素の純度を低下させる原因となってい
た。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、斯かる問題点を改善せんと種々検討を重ね
た結果、（ａ）金属珪素粉末及び（ｂ）シリカ粉末と炭
素粉末の混合物のうちの、少なくとも一方を造粒し、更
に少なくとも一方の造粒物の表面を窒化珪素で被覆し、
次いで成分（ａ）と成分（ｂ）とを混合して窒化雰囲気
で加熱窒化することにより、上記の欠点を大幅に改善で
きることを見出した。さらに本発明者は、（ｂ）成分に
窒化珪素を混合した成分（ｃ）を用いれば、さらに−層
の改善がなされることを見出した。

本発明は斯かる新知見に基いて完成されたもので、本願
は、（ａ）金属珪素粉末及びυシリカ粉末と炭素粉末の
混合物の少なくとも一方を造粒し、更にこの造粒物の少
なくとも一方を窒化珪素で表面被覆し、次いで成分（ａ
）と成分（ｂ）を混合して、窒化雰囲気で加熱窒化する
ことを特徴とするα型窒化珪素の製造方法に係る第１の
発明を提供するものである。

更に、本願は、第１の発明における成分ｂ）の代りに、
成分（ｂ）に更に窒化珪素粉末を混合した成分（ｃ）を
使用することを特徴とする第２の発明を提供するもので
ある。

本発明に用いられる成分（ａ）、すなわち金属珪素粉末
は通常の金属直接窒化の場合に使用されているものを使
用することができ、特にこの金属珪素粉末は１０μｍ以
下の粒度をもつものが好ましい。１０μのより粗な粒子
を多量に含むときは反応時間が長時間となると共に、未
反応珪素が残留するため、高純度窒化珪素の製造には適
さない。また従来法では１μｍ以下の粒径のものは使用
できないとされていたが、本発明においては１μｍ以下
の微粉末でも急激な反応による温度上昇が大幅に緩和さ
れるため使用可能である。

成分（ｂ）はシリカ粉末と炭素粉末の混合物であり、こ
れらは通常の還元窒化法に使用されているものが使用で
きる。例えば、シリカとしては湿式法シリカ粉末、シリ
カヒユーム、もみ殻シリカ、微粉末石英などがあげられ
、炭素粉末としてはカーボンブラック、石油コークス粉
末などを挙げることができる。また、炭素は加熱により
炭化して炭素を与える有機物を用いてもよい。これらの
混合は乾式、湿式のどちらでもよく、溶液中でシリカの
生成と同時に行う方法でもよい。

シリカ粉末、炭素粉末は反応性の観点より１次粒子径、
１μｍ以下のものが好ましい。

それより粗い粒子の場合には、未反応物が残り易く、高
純度の窒化珪素の製造には適さない。また、両原料とも
、高α型率の窒化珪素を製造するためには純度は高い程
好ましく、特に９９％以上の純度のものが好ましい。

成分（ｂ）中のシリカ粉末／炭素粉末の配合割合は重量
比で１１０．４〜１／１が好ましい。

その配合割合が１１０．４未満であるとシリコンオキシ
ナイトライド（ＳｔｉＯＮｚ）の生成が見られるために
好ましくなく、また１／１を超えると過剰の炭素が残留
し、除去の問題、経済性、その他好ましくない問題を生
ずる。

成分（ｃ）における窒化珪素の混合割合はシリカ１に対
して０６１〜１重量部が好ましい。

０．１未満では改善効果が顕著でなく、１を超えると窒
化珪素の生成効率が落ち、経済性を損なう。

窒化珪素としては、最終製品の純度、α型率を考慮する
と、純度、α型率共高いものが好ましい。また、粒度は
混合用、被覆用共細かいものほど製品粒度は細かいもの
が得られる。

成分（ａ）、（ｂ）及びまたは（ｃ）の造粒は水または
有機溶媒を添加して造粒することができる。

造粒方法としては、転勤造粒、押し出し成型、加圧成型
物、スラリー乾燥物の破砕物など通常使用される造粒方
法のいずれを使用してもよい。また、粉末の粒度を適度
に選べば、液体成分を加えることなく加圧成型も可能で
ある。後に、被覆操作が加わる場合には、転勤造粒など
によって被覆が容易な形にするのが好ましい。

造粒物の大きさは０，５〜２０ａｍ程度が好ましい。０
．５關よりも細かいと被覆の割合が大きくなって効率的
でなく、２０鰭を超えると２つの反応の反応熱相殺が均
一に行われがたく、不均一となり、α相の低下をもたら
す。

造粒は成分（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の少なくとも一つに
施す。

次に、造粒物の少なくとも一つに被覆操作を施した後、
成分（ａ）と（ｂ）または（ｃ）を混合する。

この場合の成分（ａ）／成分（社）、または、成分（ａ
）／成分（ｃ）の混合割合は、成分（ｂ）または成分（
ｃ）中のシリカを１とし、窒化珪素被覆を除外した重量
比で０．１〜３が好ましい。０．１未満では酸化物還元
窒化とほとんど変わらず、３を超えると熱の相殺効果が
十分でない。

得られた混合物を窒素またはアンモニアを含む窒化雰囲
気で加熱することにより高品質のα型窒化珪素を得るこ
とができる。加熱温度は１４００〜１６００℃の範囲が
好ましい。

〔発明の効果〕

本発明は、特開昭６２−２６０７０４号における造粒に
よる反応の分離、熱の相殺に加え、更に造粒物を窒化珪
素で被覆することによって金属珪素と炭素との直接接触
を避けることができ、また窒化珪素の添加により生成し
た一酸化炭素を速やかに除去することによって、さらに
低炭素、高α型窒化珪素の製造を可能にしたものである
。

〔実施例〕

次に実施例を挙げて説明する。

実施例１〜６ 比表面積１８０ｍ”／ｇの湿式法シリカ粉末（純度９９
．５％以上）と比表面積２４ｒｎ″／ｇのカーボンブラ
ック粉末（純度９９．５％）、比表面積７．６ｍ”／ｇ
の窒化珪素（純度９９．８％）を表１に示す割合でボー
ルミル混合し、成分（ｂ）または、（ｃ）の混合物とし
た。さらに、金属珪素粉末（平均粒径１μｍ１純度９９
．０％）を用意した。表１に示す造粒物は直径１．２ｍ
のパンペレタイザーで約３１Ｉ１１の粒に造粒した。さ
らに、窒化珪素被覆も同じパンペレタイザ゛−を用いて
行った。造粒物と粉末又は造粒物と造粒物は同じ表１に
示す割合に混合した。これら混合物は１４００〜１５５
０℃の温度で窒素による窒化雰囲気で加熱、焼成して、
窒化珪素を得た。得られた窒化珪素のＸ線分析結果及び
Ｎ分析結果を併せて表１に示す。尚造粒物を窒化珪素被
覆しない場合を比較例１として示した。

実施例７〜８ アエロジル（日本アエロジル社製）をシリカ原料とし、
炭素原料としてアセチレンブラック（電気化学社製）、
平均粒径１μｍの半導体シリコン（信越化学社製）粉末
、実施例１の窒化珪素を用い、実施例１と同様の方法で
粒径的６ｇに造粒後、被覆し、１５００℃にて、Ｎ、　
１０％、Ｎ１１３気流中で２時間加熱窒化した。得られ
た窒化珪素の分析値を表１に示す。尚造粒物を窒化珪素
被覆しない場合を比較例２として示した。

以下余白

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）金属珪素粉末及び（ｂ）シリカ粉末と炭素粉
   末の混合物の少なくとも一方を造粒し、更にこの造粒物
   の少なくとも一方を窒化珪素で表面被覆し、次いで成分
   （ａ）と成分（ｂ）を混合して、窒化雰囲気で加熱窒化
   することを特徴とするα型窒化珪素の製造方法。 ２、成分（ｂ）の代りに、成分（ｂ）に更に窒化珪素粉
   末を混合した成分（ｃ）を使用することを特徴とする請
   求項１記載の製造方法。 ３、表面被覆する造粒物が成分（ａ）である請求項１又
   は２記載の製造方法。 ４、表面被覆する造粒物が成分（ｂ）又は成分（ｃ）で
   ある請求項１〜３の何れか１項記載の製造方法。