JPH0840709A - 高α型窒化けい素の製造方法 - Google Patents
高α型窒化けい素の製造方法Info
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- JPH0840709A JPH0840709A JP17987394A JP17987394A JPH0840709A JP H0840709 A JPH0840709 A JP H0840709A JP 17987394 A JP17987394 A JP 17987394A JP 17987394 A JP17987394 A JP 17987394A JP H0840709 A JPH0840709 A JP H0840709A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 本発明は高品位窒化けい素焼結品を与えるの
に有用とされる高α型窒化けい素の製造方法の提供を目
的とするものである。 【構成】 本発明による高α型窒化けい素の製造方法
は、金属けい素の直接窒化により窒化けい素を製造する
方法において、金属けい素の80重量％以上が反応するま
で、反応温度を金属けい素と反応時の雰囲気ガスとの反
応開始温度から反応開始温度＋50℃の温度範囲に保持し
たのち昇温し、金属けい素の融点を越えない温度範囲で
窒化を行なうことを特徴とするものである。
に有用とされる高α型窒化けい素の製造方法の提供を目
的とするものである。 【構成】 本発明による高α型窒化けい素の製造方法
は、金属けい素の直接窒化により窒化けい素を製造する
方法において、金属けい素の80重量％以上が反応するま
で、反応温度を金属けい素と反応時の雰囲気ガスとの反
応開始温度から反応開始温度＋50℃の温度範囲に保持し
たのち昇温し、金属けい素の融点を越えない温度範囲で
窒化を行なうことを特徴とするものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高α型窒化けい素の製造
方法、特には高品位窒化けい素焼結品を与える高α型窒
化けい素の製造方法に関するものである。
方法、特には高品位窒化けい素焼結品を与える高α型窒
化けい素の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化けい素セラミックスの原料となる窒
化けい素粉末は、金属けい素と窒素を含む雰囲気ガスと
の反応による直接窒化法、酸化けい素の還元による還元
窒化法、けい素イミドの熱分解によるイミド法などで生
産されている。この中では金属けい素を原料とする直接
窒化法が、比較的低コストで高品質の窒化けい素を生産
できるということから最も広く普及している。しかし、
この金属けい素と窒素との反応は発熱反応であることか
ら反応コントロールが困難であり、自身の反応熱により
高温型のβ型窒化けい素が生成し易く、焼結体原料とし
て有用とされる低温型のα型窒化けい素が得られにくい
という問題点がある（特開昭 63-147807号公報参照）。
化けい素粉末は、金属けい素と窒素を含む雰囲気ガスと
の反応による直接窒化法、酸化けい素の還元による還元
窒化法、けい素イミドの熱分解によるイミド法などで生
産されている。この中では金属けい素を原料とする直接
窒化法が、比較的低コストで高品質の窒化けい素を生産
できるということから最も広く普及している。しかし、
この金属けい素と窒素との反応は発熱反応であることか
ら反応コントロールが困難であり、自身の反応熱により
高温型のβ型窒化けい素が生成し易く、焼結体原料とし
て有用とされる低温型のα型窒化けい素が得られにくい
という問題点がある（特開昭 63-147807号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】特にこの反応熱の問題
は、単一の炉あたりの生産量が増大するほど顕著とな
り、α型の窒化けい素粉末を生産性よく製造することの
障壁となっている。したがって、これについては一定の
温度範囲における昇温速度や窒素の分圧を制御すること
によってα型の窒化けい素粉末を製造する方法も提案さ
れている（特開平 2-44017号公報参照）が、これは原料
としての金属シリコンの粒径や原料の組成などのが限定
されており、原料によって規定された温度範囲が適切で
ない場合がある。また、これについては窒素の分圧を規
定することによって窒化反応を抑制し、α型窒化けい素
を得る方法なども提案されているが、これは減圧での窒
化では装置が複雑となり、大気圧の窒化でも高価な不活
性ガスによる窒素の希釈が必要になるので経済的ではな
い。
は、単一の炉あたりの生産量が増大するほど顕著とな
り、α型の窒化けい素粉末を生産性よく製造することの
障壁となっている。したがって、これについては一定の
温度範囲における昇温速度や窒素の分圧を制御すること
によってα型の窒化けい素粉末を製造する方法も提案さ
れている（特開平 2-44017号公報参照）が、これは原料
としての金属シリコンの粒径や原料の組成などのが限定
されており、原料によって規定された温度範囲が適切で
ない場合がある。また、これについては窒素の分圧を規
定することによって窒化反応を抑制し、α型窒化けい素
を得る方法なども提案されているが、これは減圧での窒
化では装置が複雑となり、大気圧の窒化でも高価な不活
性ガスによる窒素の希釈が必要になるので経済的ではな
い。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した高α型窒化けい素の製造方法に関
するものであり、これは金属けい素の直接窒化により窒
化けい素粉末を製造する方法において、金属けい素の80
重量％以上が反応するまで、この反応温度を金属けい素
と反応時の雰囲気ガスとの反応開始温度から反応開始温
度＋50℃の温度範囲に保持したのち昇温し、金属けい素
の融点を越えない温度範囲で窒化を行なうことを特徴と
するものである。
利、問題点を解決した高α型窒化けい素の製造方法に関
するものであり、これは金属けい素の直接窒化により窒
化けい素粉末を製造する方法において、金属けい素の80
重量％以上が反応するまで、この反応温度を金属けい素
と反応時の雰囲気ガスとの反応開始温度から反応開始温
度＋50℃の温度範囲に保持したのち昇温し、金属けい素
の融点を越えない温度範囲で窒化を行なうことを特徴と
するものである。
【０００５】すなわち、本発明者らは高α型窒化けい素
粉末を生産性よく製造する方法を開発すべく種々検討し
た結果、これについては金属けい素を窒素ガスで直接窒
化する方法において、金属けい素と窒素ガスとの反応を
金属けい素の80重量％以上が反応するまでこの反応温度
を金属けい素と窒素ガスとの反応開始から反応開始温度
＋50℃の温度範囲に保持し、金属けい素の80重量％以上
が反応してから温度を上げ、金属けい素の融点を越えな
い温度範囲で最後まで窒化反応を行なわせたところ、高
α型の窒化けい素粉末を生産性よく製造することができ
ることを見出し、この金属けい素の種類、粒径、反応条
件などについての研究を進めて本発明を完成させた。以
下にこれをさらに詳述する。
粉末を生産性よく製造する方法を開発すべく種々検討し
た結果、これについては金属けい素を窒素ガスで直接窒
化する方法において、金属けい素と窒素ガスとの反応を
金属けい素の80重量％以上が反応するまでこの反応温度
を金属けい素と窒素ガスとの反応開始から反応開始温度
＋50℃の温度範囲に保持し、金属けい素の80重量％以上
が反応してから温度を上げ、金属けい素の融点を越えな
い温度範囲で最後まで窒化反応を行なわせたところ、高
α型の窒化けい素粉末を生産性よく製造することができ
ることを見出し、この金属けい素の種類、粒径、反応条
件などについての研究を進めて本発明を完成させた。以
下にこれをさらに詳述する。
【０００６】
【作用】金属けい素を窒素ガスで直接窒化するときの反
応開始温度は約 1,170℃程度とされており、この反応開
始温度と反応が激しく進行する温度との間には数10℃の
開きがあるが、窒化する際の反応温度は反応開始温度か
ら50℃程度の間では比較的緩やかであるので、この間で
は反応のコントロールも容易に行なうことができる。し
かし、この50℃を越えると反応温度が急激に高まり、反
応のコントロールが非常に困難になり、反応のコントロ
ールができないときには自身の反応熱によって温度が上
昇して反応速度がさらに増大するために、高温型のβ型
窒化けい素の比率が増加する。
応開始温度は約 1,170℃程度とされており、この反応開
始温度と反応が激しく進行する温度との間には数10℃の
開きがあるが、窒化する際の反応温度は反応開始温度か
ら50℃程度の間では比較的緩やかであるので、この間で
は反応のコントロールも容易に行なうことができる。し
かし、この50℃を越えると反応温度が急激に高まり、反
応のコントロールが非常に困難になり、反応のコントロ
ールができないときには自身の反応熱によって温度が上
昇して反応速度がさらに増大するために、高温型のβ型
窒化けい素の比率が増加する。
【０００７】そのため、本発明者らはこの高温型のβ型
窒化けい素の生産を抑制して高品位の炭化けい素焼結体
を製造するのに有用とされるα型窒化けい素を多量に含
有する窒化けい素の製造方法を開発すべく検討した結
果、これについてはこの反応をできるだけ低温で行なう
べきであることから、金属けい素の反応率が80重量％以
上になるまでは反応開始温度から＋50℃の範囲で反応が
容易にコントロールできる温度範囲で反応させれば、最
終的にα型が90％以上の窒化けい素が生産されるが、反
応率が90％以下であるので、反応率を90％以上とするた
めにそれ以降は昇温して反応率を上げるが、その際の生
成反応熱は小さいのでα型窒化けい素の含有量は大きく
低下せずこれを90重量％以上のものとすることができる
ということを見出した。
窒化けい素の生産を抑制して高品位の炭化けい素焼結体
を製造するのに有用とされるα型窒化けい素を多量に含
有する窒化けい素の製造方法を開発すべく検討した結
果、これについてはこの反応をできるだけ低温で行なう
べきであることから、金属けい素の反応率が80重量％以
上になるまでは反応開始温度から＋50℃の範囲で反応が
容易にコントロールできる温度範囲で反応させれば、最
終的にα型が90％以上の窒化けい素が生産されるが、反
応率が90％以下であるので、反応率を90％以上とするた
めにそれ以降は昇温して反応率を上げるが、その際の生
成反応熱は小さいのでα型窒化けい素の含有量は大きく
低下せずこれを90重量％以上のものとすることができる
ということを見出した。
【０００８】したがって、本発明による高α型窒化けい
素の製造方法の実施に当っては、予め金属けい素からな
る窒化けい素生成用原料を窒素を含む雰囲気で昇温しな
がらサンプリングを行ない、各温度でのサンプルのＸ線
回析を測定し、窒化けい素のピークの現われる温度を求
めることによって反応開始温度を求めることが必要であ
るが、この反応開始温度は金属けい素粉末の粒径、純
度、骨材となる窒化けい素粉末や反応触媒などの有無に
より変化するので、原料系が変った場合には再度測定す
る必要がある。
素の製造方法の実施に当っては、予め金属けい素からな
る窒化けい素生成用原料を窒素を含む雰囲気で昇温しな
がらサンプリングを行ない、各温度でのサンプルのＸ線
回析を測定し、窒化けい素のピークの現われる温度を求
めることによって反応開始温度を求めることが必要であ
るが、この反応開始温度は金属けい素粉末の粒径、純
度、骨材となる窒化けい素粉末や反応触媒などの有無に
より変化するので、原料系が変った場合には再度測定す
る必要がある。
【０００９】この反応開始温度が判ったら、炉内におけ
る窒化けい素生成原料を雰囲気ガスと共にこの反応開始
温度＋50℃の温度範囲内の特定の温度まで上昇させて反
応させ、金属けい素の80重量％以上が反応するまでこの
温度を維持すればよいが、この反応温度を反応開始温度
＋50℃の温度範囲以内としたのは原料の粒度、組成によ
っては反応開始温度と反応速度の増加する温度との差が
小さく、50℃以上とすると反応速度のコントロールが困
難となる場合があるからである。
る窒化けい素生成原料を雰囲気ガスと共にこの反応開始
温度＋50℃の温度範囲内の特定の温度まで上昇させて反
応させ、金属けい素の80重量％以上が反応するまでこの
温度を維持すればよいが、この反応温度を反応開始温度
＋50℃の温度範囲以内としたのは原料の粒度、組成によ
っては反応開始温度と反応速度の増加する温度との差が
小さく、50℃以上とすると反応速度のコントロールが困
難となる場合があるからである。
【００１０】この金属けい素が80重量％以上反応したあ
とは金属けい素の融点を越えない温度まで昇温して完全
に窒化を行なえばよいが、これを金属けい素の融点を越
えない温度とするのは、金属けい素が溶融すると表面積
の低下がおこり、未反応の金属けい素が残留する原因と
なるからである。
とは金属けい素の融点を越えない温度まで昇温して完全
に窒化を行なえばよいが、これを金属けい素の融点を越
えない温度とするのは、金属けい素が溶融すると表面積
の低下がおこり、未反応の金属けい素が残留する原因と
なるからである。
【００１１】なお、ここに使用する金属けい素は特に限
定されず、粒径も特に微粉である必要はなく、平均粒径
が 200μｍ以下でも金属けい素粉末であれば問題なく使
用することができる。また、このときに使用する炉も従
来より使用されている通常の雰囲気炉でよく、減圧や雰
囲気ガス流量のプログラムコントロールなど特別の構造
は必要としない。なお、この雰囲気ガスも通常の金属け
い素の窒化に使用されるガスでよく、高価な不活性ガス
などで希釈する必要もない。
定されず、粒径も特に微粉である必要はなく、平均粒径
が 200μｍ以下でも金属けい素粉末であれば問題なく使
用することができる。また、このときに使用する炉も従
来より使用されている通常の雰囲気炉でよく、減圧や雰
囲気ガス流量のプログラムコントロールなど特別の構造
は必要としない。なお、この雰囲気ガスも通常の金属け
い素の窒化に使用されるガスでよく、高価な不活性ガス
などで希釈する必要もない。
【００１２】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例１ 平均粒径７μｍの金属けい素80重量部に骨材としての平
均粒径 100μｍの窒化けい素粉末20重量部を添加した窒
化けい素生成用原料と、窒素：水素＝80：20の混合ガス
との反応開始温度を測定したところ、これは 1,170℃で
あった。
均粒径 100μｍの窒化けい素粉末20重量部を添加した窒
化けい素生成用原料と、窒素：水素＝80：20の混合ガス
との反応開始温度を測定したところ、これは 1,170℃で
あった。
【００１３】ついで、この窒化けい素生成用原料を窒
素：水素＝80：20の混合ガス中で 1,200℃まで昇温し、
その温度に８時間保持したところ、金属けい素の窒化率
は82重量％となった。つぎに、同様の原料を用いて別の
バッチにおいて 1,170℃に８時間保持したのち、 1,400
℃まで昇温して４時間保持し、反応生成物を回収し、ら
いかい機にて解砕し、Ｘ線回析で未反応Ｓｉおよびα型
窒化けい素量を測定したところ、未反応Ｓｉは 0.1重量
％でありα型窒化けい素量は92重量％であった。
素：水素＝80：20の混合ガス中で 1,200℃まで昇温し、
その温度に８時間保持したところ、金属けい素の窒化率
は82重量％となった。つぎに、同様の原料を用いて別の
バッチにおいて 1,170℃に８時間保持したのち、 1,400
℃まで昇温して４時間保持し、反応生成物を回収し、ら
いかい機にて解砕し、Ｘ線回析で未反応Ｓｉおよびα型
窒化けい素量を測定したところ、未反応Ｓｉは 0.1重量
％でありα型窒化けい素量は92重量％であった。
【００１４】実施例２ 実施例１と同じ窒化けい素生成用原料を窒素：水素＝8
0：20の混合ガス中において 1,220℃まで昇温し、その
温度で７時間保持したところ、金属けい素の窒化率は81
重量％であった。ついで、これを 1,400℃まで昇温して
４時間保持したのち、反応生成物を解砕し、Ｘ線回析で
未反応Ｓｉおよびα型炭化けい素の量を測定したとこ
ろ、未反応Ｓｉは 0.1重量％であり、α型窒化けい素量
は92重量％であった。
0：20の混合ガス中において 1,220℃まで昇温し、その
温度で７時間保持したところ、金属けい素の窒化率は81
重量％であった。ついで、これを 1,400℃まで昇温して
４時間保持したのち、反応生成物を解砕し、Ｘ線回析で
未反応Ｓｉおよびα型炭化けい素の量を測定したとこ
ろ、未反応Ｓｉは 0.1重量％であり、α型窒化けい素量
は92重量％であった。
【００１５】比較例１ 実施例１と同じ窒化けい素生成用原料を窒素：水素＝8
0：20の混合ガス中において 1,230℃まで昇温し、その
温度で８時間保持したところ、金属けい素の窒化率は91
重量％であった。ついで、これを 1,400℃まで昇温して
４時間保持したのち、反応生成物を解砕し、Ｘ線回析で
未反応Ｓｉとα型炭化けい素の量を測定したところ、未
反応Ｓｉは 0.1重量％であり、α型窒化けい素量は69重
量％に低下していた。
0：20の混合ガス中において 1,230℃まで昇温し、その
温度で８時間保持したところ、金属けい素の窒化率は91
重量％であった。ついで、これを 1,400℃まで昇温して
４時間保持したのち、反応生成物を解砕し、Ｘ線回析で
未反応Ｓｉとα型炭化けい素の量を測定したところ、未
反応Ｓｉは 0.1重量％であり、α型窒化けい素量は69重
量％に低下していた。
【００１６】比較例２ 実施例１と同じ窒化けい素生成用原料を窒素：水素＝8
0：20の混合ガス中で 1,100℃に８時間保持したのち、
1,400℃まで昇温して４時間保持し、反応生成物を回収
し、解砕後Ｘ線回析で未反応のＳｉおよびα型窒化けい
素の量を測定したところ、未反応Ｓｉは５重量％であ
り、α型窒化けい素量は64重量％であった。
0：20の混合ガス中で 1,100℃に８時間保持したのち、
1,400℃まで昇温して４時間保持し、反応生成物を回収
し、解砕後Ｘ線回析で未反応のＳｉおよびα型窒化けい
素の量を測定したところ、未反応Ｓｉは５重量％であ
り、α型窒化けい素量は64重量％であった。
【００１７】
【発明の効果】本発明は高α型窒化けい素の製造方法に
関するものであり、これは前記したように金属けい素の
直接窒化により窒化けい素を製造する方法において、金
属けい素をその80重量％以上が反応するまでこの反応温
度を金属けい素と反応時の雰囲気ガスとの反応開始温度
から反応開始温度＋50℃の温度範囲に保持したのち昇温
し、金属けい素の融点を越えない温度範囲で窒化を行な
うことを特徴とするものであるが、これによれば金属け
い素の少なくとも80重量％までの窒化反応が反応をコン
トロールできる低温で行なわれるので、窒化けい素をα
型窒化けい素が90重量％以上の高い量で含有するものと
することができるという有利性が与えられる。
関するものであり、これは前記したように金属けい素の
直接窒化により窒化けい素を製造する方法において、金
属けい素をその80重量％以上が反応するまでこの反応温
度を金属けい素と反応時の雰囲気ガスとの反応開始温度
から反応開始温度＋50℃の温度範囲に保持したのち昇温
し、金属けい素の融点を越えない温度範囲で窒化を行な
うことを特徴とするものであるが、これによれば金属け
い素の少なくとも80重量％までの窒化反応が反応をコン
トロールできる低温で行なわれるので、窒化けい素をα
型窒化けい素が90重量％以上の高い量で含有するものと
することができるという有利性が与えられる。
Claims (1)
- 【請求項１】 金属けい素の直接窒化により窒化けい素
を製造する方法において、金属けい素の80重量％以上が
反応するまで、この反応温度を金属けい素と反応時の雰
囲気ガスとの反応開始温度から反応開始温度＋50℃の温
度範囲に保持したのち昇温し、金属けい素の融点を越え
ない温度範囲で窒化を行なうことを特徴とする高α型窒
化けい素の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17987394A JPH0840709A (ja) | 1994-08-01 | 1994-08-01 | 高α型窒化けい素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17987394A JPH0840709A (ja) | 1994-08-01 | 1994-08-01 | 高α型窒化けい素の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0840709A true JPH0840709A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=16073400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17987394A Pending JPH0840709A (ja) | 1994-08-01 | 1994-08-01 | 高α型窒化けい素の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0840709A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170027550A (ko) * | 2015-09-02 | 2017-03-10 | 한국기계연구원 | 반응결합 질화규소 제조장치 및 제조방법 |
-
1994
- 1994-08-01 JP JP17987394A patent/JPH0840709A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170027550A (ko) * | 2015-09-02 | 2017-03-10 | 한국기계연구원 | 반응결합 질화규소 제조장치 및 제조방법 |
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