JPH03228807A - 窒化ケイ素粉末の製造方法 - Google Patents

窒化ケイ素粉末の製造方法

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JPH03228807A
JPH03228807A JP2021864A JP2186490A JPH03228807A JP H03228807 A JPH03228807 A JP H03228807A JP 2021864 A JP2021864 A JP 2021864A JP 2186490 A JP2186490 A JP 2186490A JP H03228807 A JPH03228807 A JP H03228807A
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宏文 福岡
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清水 睦夫
Hidemitsu Ochiai
落合 秀光
Hideaki Shimizu
秀明 清水
Masanori Fukuhira
福平 正憲
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    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/068Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
    • C01B21/0682Preparation by direct nitridation of silicon

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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】 童粟上夏租朋分界 本発明は、窒化率が極めて高く、しがも品質的に極めて
バラツキの少ない窒化ケイ素粉末を安定的に製造し得、
かつ経済的にも十分工業的規模の生産に適用し得る窒化
ケイ素粉末の製造方法に関する。
の   び   ゛ ° しよ゛と る従来、窒素ガス
又はアンモニアガスを含む反応ガス中で金属ケイ素粉末
を直接窒化して窒化ケイ素粉末を製造する方法として流
動層方式がある。
この方法は上記反応ガスと窒化ケイ素とで流動層を形成
し、該流動層中に窒化原料として金属ケイ素粉末を連続
的に供給し、流動層中でこれを窒化すると共に、窒化生
成物を連続的に排出9回収する方法である。
しかし、このような流動層を用いる方法は、流動層内が
完全混合系のため、窒化生成物を排出。
回収する際、未反応原料、即ち金属ケイ素が混入し、結
果として窒化率を低下させるという問題がある。このよ
うな問題点を解消する方策としては、■反応温度を上昇
させる方法、■原料粉末の滞留時間(反応時間)を延長
する方法、■流動層を多段化する(多段階反応とする)
方法、あるいは■窒化生成物を酸処理し、未反応の金属
ケイ素を除去する方法などがある。しかし、■〜■の方
法では炉の稼動時間が多くなり、単位時間及び単位電力
あたりの生産量が大きく減少し、しかも若干の未反応物
が混入するのを免れ得ない。また■の方法においても酸
処理行程に時間とコストがかかり、経済的問題を生じさ
せる。
一方、移動層反応装置を使用して上記反応ガスで原料の
金属ケイ素粉末を窒化する方法も提案されている。例え
ば、縦型炉を用いる方法(特開昭58−151311号
公報)、トンネル炉を用いる方法(特開昭60−186
406号公報)9回転炉を用いる方法(特開昭61−2
66305号公報)などがあるが、これら移動層反応装
置を用いた製造法はα、β相比率等の品質面でのバラツ
キ、窒化率、生産性などの点で一長一短があり、工業的
規模の生産に十分適用し得るとはいい難いものである。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、窒化率が極
めて高く、しかも品質的に極めてバラツキの少ない窒化
ケイ素粉末を安定的に製造し得、かつ経済的にも十分工
業的規模の生産に適用し得る窒化ケイ素粉末の製造方法
を提供することを目的とする。
るための   び 本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結
果、金属ケイ素粉末を流動層を用いて窒化し、得られた
窒化生成物の未反応部分を移動層反応装置を用いて窒化
することによりα、β相比率等の品質の安定した窒化ケ
イ素粉末を得ることができると共に、極めて高い窒化率
を簡単に達成することができ、しかも流動層による窒化
反応を窒化率50%以上まで、特に60〜90%までと
し、残りの未反応部分を移動層反応装置で窒化するよう
にすることにより、流動層における反応及び移動層反応
装置における反応のそれぞれの反応時間が短縮されて、
2段階であっても経済的に高効率な窒化反応を行なうこ
とができることを知見し、本発明を完成するに至ったも
のである。
従って、本発明は、金属ケイ素粉末を含む窒化原料を窒
化ケイ素と窒素ガス又はアンモニアガスを含む反応ガス
とから形成された流動層に連続的に供給し、該流動層中
で第1次窒化反応を行い、反応率50%以上まで上記窒
化原料を窒化し、この窒化生成物を該流動層から連続的
に取り出すと共に、これを更に移動層反応装置に装填し
、窒素ガス又はアンモニアガスを含む反応ガスで未反応
の窒化原料を窒化する第2次窒化反応を行なうことを特
徴とする窒化ケイ素粉末の製造方法を提供するものであ
る。
以下、本発明につき、更に詳しく説明する。
本発明の製造方法に窒化原料として用いられる金属ケイ
素粉末は、特に制限されるものではないが、平均粒径が
149μI11〜4mmのものが好ましく使用される。
この場合、44μm以下の微粉末状の金属ケイ・素粉束
にポリビニルアルコール等の結合剤を添加して平均粒径
149μm〜4mmに造粒し、この造粒物を1100〜
1300℃でケイ素粉末同士をくっつける程度でこれら
が溶融しないように短時間焼結したものを使用すること
ができる。また、この窒化原料には、金属ケイ素粉末に
平均粒径149μm〜4胴程度の窒化ケイ素粉末を5〜
50重量%、好ましくは10〜30重量%添加した混合
粉末を用いることができる。かかる窒化ケイ素粉末の添
加により、窒化原料の供給速度を大きくし、かつ流動層
及び移動層での滞留時間を短縮することができ、しかも
窒化反応中に金属ケイ素の粒子間同士が融着、凝集する
のを効果的に防止することができる。なお、窒化ケイ素
粉末の添加量が50重量%を超えると生産速度を低下さ
せる場合が生じ、一方5重量%未満であると窒化ケイ素
粉末添加による実質的効果が得られ難い。
本発明の製造方法は、上記窒化原料をまず窒素ガス又は
アンモニアガスを含む反応ガスと窒化ケイ素粉末とから
形成された流動層に連続的に導入して反応率50%以上
、特に60〜90%まで窒化させる。この際、流動層の
温度は、特に制限されないが、1000〜1500℃、
より望ましくは1200〜1400’Cとすることが好
ましい。なお、この流動層による第一次窒化反応は、単
一流動層による1段反応とすることが好ましいが、必要
によっては2つ以上の流動層を用いて多段階的に行なっ
てもよい。
次に、この流動層による第一次窒化反応により得られた
窒化生成物を該流動層より連続的に排出すると共に、こ
れを移動層反応装置に連続的に導入し、窒素ガス又はア
ンモニアガスを含む反応ガスにより該窒化生成物中の未
反応原料を窒化させる第2次窒化反応を行なう。この場
合、反応温度は、特に制限されないが、1200〜16
00″C1より望ましくは1300〜1500°Cとす
ることが好ましい。なお、この移動層式反応装置として
は、押し出し流れ系の機構を有するものであればよく、
具体的には縦型炉2回転炉、トンネル炉等を好適に使用
することができる。
この移動層反応装置から窒化生成物を排出3回収するこ
とにより、高窒化率でα、β相比率等の品質の安定した
窒化ケイ素粉末を得ることができる。ここで、この移動
層反応装置を用いた第2次窒化反応は、原料金属ケイ素
粉末を窒化する従来の移動層反応装置を用いた窒化方法
(特開昭58−151311号公報等)に比べ高品質の
窒化ケイ素を短時間で効率的に窒化生成することができ
る。即ち、本発明の第2次窒化反応は、既に50%以上
が窒化されている流動層からの窒化生成物を再度窒化す
るもので、そのため滞留時間を少なくすることができ、
それ故−様な窒化ケイ素粉末が得られ、また溶融、凝集
等のトラブルが発生することなく、更に急激な窒化反応
が抑えられ、このためα、β相比率等の品質を良好に制
御することができる。
また、このように本発明の製造方法は、最終的に移動層
反応装置を用いて窒化反応を行なうので、多量の未反応
の金属ケイ素が最終回収物中に混在することがなく、極
めて高い窒化率が達成されるものである。
なお、上記第1次窒化反応及び第2次窒化反応において
、上述した条件以外の反応条件は、通常の条件とするこ
とができる。
発匪塵着来 以上説明したように、本発明の窒化ケイ素の製造方法は
、α、β相比率等の品質的バラツキが少なく、窒化率の
極めて高い窒化ケイ素粉末を安定的かつ経済的に製造し
得、工業的規模の生産にも十分に適用し得るものである
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない
〔実施例1〕 内径80+m、灼熱部の長さ500IIII11の反応
器に窒化ケイ素粉末を500g装填し、N!ガス6 N
 1 /sinにN2ガス1.5Nl/1Ilinを混
合した混合ガスを反応ガスとして供給し、流動層を形成
すると共に、この流動層を1300°Cに加熱保持した
この反応器内の流動層に金属ケイ素粉末を平均粒子径0
.5閣に造粒してなる窒化原料を200g/Hrの割合
で連続的に供給すると共に、この反応器中の流動層から
その層高が30011II11に保持されるように窒化
生成物を連続的に取り出した。この時の窒化生成物は平
均反応率(窒化率)70%、β化率10%のバラツキの
少ない窒化ケイ素粉末であった。
次に、この窒化生成物を内径80m、灼熱部の長さ50
0肛の縦型炉内に230g/Hrの割合で連続的に供給
し、Ntガス3Nj2/winとHzガス0.75N 
j! /sinとの混合ガスを用いて1400℃で第2
次窒化反応を行ない、得られた反応生成物は自重降下さ
せてロータリーバルブにより連続的に排出させた。
最終窒化生成物は、反応率100%、β化率13%の品
質的にバラツキの少ない窒化ケイ素粉末であった。
〔実施例2〕 実施例1と同様の流動層を用いて同様の窒化原料を窒化
した窒化生成物を内径80mm、長さ1500mmの回
転炉に200g/)lrの割合で連続的に供給し、N2
ガス3 N l /minとN2ガス0.75N 1 
/minとの混合ガスを反応ガスとして該炉内に流し、
炉内を1400℃に加熱保持して第2次窒化反応を行い
、窒化生成物を連続的に取り出した。
得られた最終窒化生成物は、反応率100%、β化率1
4%の品質的にバラツキの少ない窒化ケイ素粉末であっ
た。
〔比較例〕
実施例1と同様の窒化原料を流動層を通さずに、0 そのまま移動層反応装置(実施例1と同様のもの)に供
給し、窒化反応を行なったところ、1250〜1400
°Cの温度分布域で原料の金属ケイ素粉末が溶融・凝集
し、原料粉末が流れなくなってしまった。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、金属ケイ素粉末を含む窒化原料を窒化ケイ素と窒素
    ガス又はアンモニアガスを含む反応ガスとから形成され
    た流動層に連続的に供給し、該流動層中で第1次窒化反
    応を行い、反応率50%以上まで上記窒化原料を窒化し
    、この窒化生成物を該流動層から連続的に取り出すと共
    に、これを更に移動層反応装置に装填し、窒素ガス又は
    アンモニアガスを含む反応ガスで未反応の窒化原料を窒
    化する第2次窒化反応を行なうことを特徴とする窒化ケ
    イ素粉末の製造方法。
JP2021864A 1990-01-31 1990-01-31 窒化ケイ素粉末の製造方法 Expired - Lifetime JPH06102524B2 (ja)

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US5232677A (en) 1993-08-03
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