JPH09255311A - 窒化けい素粉末の製造方法 - Google Patents
窒化けい素粉末の製造方法Info
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- JPH09255311A JPH09255311A JP8069496A JP6949696A JPH09255311A JP H09255311 A JPH09255311 A JP H09255311A JP 8069496 A JP8069496 A JP 8069496A JP 6949696 A JP6949696 A JP 6949696A JP H09255311 A JPH09255311 A JP H09255311A
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Abstract
続窒化での多段反応により窒化けい素を製造する場合の
反応段数を減少する、効率のよい窒化けい素粉末の製造
方法を提供する。 【解決手段】 本発明による窒化けい素粉末の製造方法
は、金属けい素粉末を連続的に多段で直接窒化する際、
その中間体粉末を窒化率と相関のある比重差により分級
し、その窒化率に応じて次の工程に振り分けることを特
徴とするものである。
Description
造方法、特には流動層、移動層又はロータリーキルンの
いずれかの設備により金属けい素を直接窒化して高窒化
率の窒化けい素を製造する方法に関するものである。
は金属けい素を窒化する直接窒化法、シリカ還元法、イ
ミドの熱分解法が知られているが、工業的規模で経済性
に優れた製法としては直接窒化法が最も有望視されてい
る。この直接窒化法には流動層方式、移動層方式、ロー
タリーキルン方式、トンネル炉方式が提案されている
が、金属けい素粉末を流動層設備により直接窒化して連
続的に窒化けい素粉末を得るには、 1,150〜 1,400℃の
温度域においてN2 単独、N2 −H2 あるいはN2 −N
H3 の混合ガス等の雰囲気で窒化が行われる。
度、高密度の窒化けい素焼結体を得ようとする場合は、
原料粉末の結晶系を高α型としてα化率の高い窒化けい
素を製造することが望ましいが、α相は低温反応でβ相
は高温反応で生成し易いので、窒化率を高めるため反応
温度を上げて反応を加速すると、反応に伴なう急激な発
熱により温度がより上昇し、高α化率の窒化けい素の製
造が困難になる。また、この場合には急な温度上昇のた
め最悪の場合には未反応の金属けい素粉末同士が融着し
て比表面積が低下するため反応が抑制されて窒化率が低
いところで安定することもあり、さらには粒子同志の凝
集、付着によって生成物が塊状化し、反応を継続できな
くなるという問題が発生する。
保って反応炉中で窒化けい素を連続的に製造するには、
流動層、移動層、ロータリーキルン方式が知られている
が、これらの連続供給、連続排出方法では個々の粒子は
一様な滞留時間の保持が難しく、かつ滞留時間分布をも
っているため各粒子間の窒化率に分布が生じる。一方、
直接窒化反応においては金属けい素内へのN2 の拡散が
律速となる。また、窒化反応により生成した窒化膜自身
がN2 の拡散の妨げとなり、所定時間に保持しただけで
は到達窒化率は 100%に至らず、反応温度に依存した値
で飽和するという問題点もあるため、原料を連続供給
し、中間体を連続排出する方法において、高窒化率、高
α化率の窒化けい素粉末を得るには、低温での反応を繰
り返すという多段反応が必須であるとされている。
利、問題点を解決した窒化けい素粉末の製造方法に関す
るもので、これは金属けい素粉末を連続的に多段で直接
窒化する際、その中間体粉末を窒化率と相関のある比重
差により分級し、その窒化率に応じて次の工程に振り分
けることを特徴とするものである。
その造粒品を連続供給し、窒化物を連続排出する反応器
を用いて、 1,150〜 1,400℃の温度域で窒化させて窒化
けい素を連続的に生産し、1段反応で得られた窒化けい
素中間体をその窒化率により分級することを特徴とする
ものである。
窒化率で、かつ高α化率の窒化けい素を得るには低温度
で数回に分ける多段反応により徐々に窒化率を上げてい
くことがよい。しかし、例えば 1,230℃での第1段階で
窒化を行なって得られる中間体の窒化率は、この平均滞
留時間を6時間とすると、図1に示したように窒化率が
90〜 100%のものが62%、80〜90重量%のものが13%、
70〜80%のものが7%、60〜70%のものが5%…0〜10
%のもが2%と順次低下しており、この平均窒化率は80
±2%となるが、これは連続供給連続排出であるため
に、個々の粒子の滞留時間を全く一様にすることが難し
く、これらの滞留時間が異なることと粒子径分布の差
(比表面積の差)のためであり、これによって各粒子間
に窒化率の分布が生ずる。
からなる集合体を均一に混合し、測定した窒化率で、平
均滞留時間とは反応器内滞留量(kg)を排出速度 (kg/h
r)で割った値である。したがって、連続排出される中間
体粒子は個々に異なる滞留時間をもったものの集合体で
あり、例えば 1,230℃、平均滞留時間6時間の平均窒化
率は80±2%で安定しているが、中間体を構成する個々
の粒子の窒化率は滞留時間に応じて異なる。そのため、
本発明ではこの方法で排出された窒化けい素の中間体を
窒化率により分級し、これらを高窒化率品、低窒化率品
およびその中間品というように分け、各窒化率で次工程
別に仕分けて、収率よく窒化けい素を得るようにした。
い素が窒化けい素になると共にその窒化率に応じて密度
が上り、窒化率が 100%のものは密度が1.67倍となり、
密度の差は比重差と相関があるので、中間品の分級は公
知の方法、例えば重力沈降を利用する方法、遠心分離
器、サイクロンといった遠心力を利用する方法で容易に
行なうことができる。
とえば5重量%以下のものが得られたときには、それが
製品のスペックを満足するものであればそのまま次工程
の粉砕に進めればよく、窒化工程が1回ですむことにな
る。またさらに高い窒化率のものが必要であるときには
これを2段目の窒化反応に進めればよく、この場合には
分級により窒化率の高いものが使用できるので、未分級
で2段反応を行なうのに較べて2段目の反応温度を低
く、滞留時間も短くすることができるので、2段目反応
の負荷を小さくできる。
の25〜30%であるが、そのままでは製品のスペックを満
足できないので、これらはまとめて2段反応させればよ
く、窒化率が90%以上のものも可成りの量で得ることが
でき、この中で窒化率の低いものは3段目の反応に進め
ればよい。しかし、窒化率が50%以下の低窒化率のもの
は量も全体の15%以下と少なく、このものは2段反応を
行なっても窒化率を高くすることが難しいため、これは
原料としての金属けい素粉末に混合して再び一段目の反
応を行なうことがよく、これによれば効率よく窒化工程
を進めることができる。なお、低窒化率品の供給方法は
原料フィーダーの前に初期原料である金属けい素と混合
するラインを設ける方法、あるいは原料金属けい素とは
別に中間体独自の供給設備を設け、同時に供給する方法
のどちらかを選択するようにすればよい。
料金属けい素粉末を層内に供給する供給管、生成した窒
化物をオーバーフローで排出する排出管を備えた流動層
反応器に、顆粒状の窒化けい素造粒品を700g仕込み、
1,250℃まで昇温し保持した。この際、反応ガスとして
N2 −20%H2 混合ガスを流し、層内充填物が充分な流
動状態を保つようにした。ついで、最大粒径10μmの金
属けい素粉末を造粒、仮焼し作製した顆粒状の金属けい
素造粒品を 80g/minの速度で供給した。窒化された生成
物は連続的に排出管より平均 120g/hrの速度、平均窒化
率80%で排出し(平均滞留時間約6時間)、これを遠心
分級器とサイクロンの組み合わせにて、以下の様なA、
B、Cの3成分に分級した。 成分 A 窒化率 38.7% 比率 13.8% B 74.5% 33.2% C 94.8% 53.0%
%である成分Cを通常の手法で粗粉砕、微粉砕したとこ
ろ、この場合には粉砕工程で残った未反応の金属けい素
が酸化されることもあって見かけ上の窒化率が向上し、
窒化率96.5%の窒化けい素粉末を1回の反応工程で得る
ことができた。
そのまま実施例と同じような粉砕工程を得て窒化けい素
製品としたところ、窒化率が88.2%と低く製品としては
充分なものではなかった。
いて 1,300℃で2段目の窒化反応を行なったところ、平
均窒化率が99.5%の窒化けい素が得られた。
ま実施例2と同様に2段目の窒化反応を行なったとこ
ろ、得られた窒化けい素の平均窒化率は90.0%にとどま
り、製品としては充分なものではなかった。 実施例3 実施例1で得られた成分Aは、通常の原料金属けい素8
に対し、2の割合で混合し(重量比)、実施例1と同じ
装置を用いて 1,230℃にて1段目の窒化反応を行ったと
ころ、平均窒化率で80.3%と通常の1段目反応とほぼ同
じ窒化けい素が得られた。 実施例4 実施例1で得られた成分Bは、そのまま実施例1と同じ
装置を用いて 1,350℃にて2段目の窒化反応を行ったと
ころ、平均窒化率で97.0%と充分な窒化率の窒化けい素
が得られた。
られた窒化けい素粉末の中間体は窒化率により分級さ
れ、高窒化率のものはそのまま製品とすることができ、
さらに高窒化率を得るための2段反応は負荷が軽くな
り、また低窒化率のものは原料戻しとするので効率のよ
い窒化工程が可能になる。
得られた窒化けい素中間体の窒化率とその存在比との関
係グラフを示したものである。
Claims (6)
- 【請求項1】 金属けい素粉末を連続的に多段で直接窒
化する際、その中間体粉末を窒化率と相関のある比重差
により分級し、その窒化率に応じて次の工程に振り分け
ることを特徴とする窒化けい素粉末の製造方法。 - 【請求項2】 金属けい素粉末を一次粒子あるいは造粒
した二次粒子を用いる請求項1記載の窒化けい素粉末の
製造方法。 - 【請求項3】 窒化設備が粉末状で連続的に供給、反
応、排出できる流動層、移動層、またはロータリーキル
ンのいずれかである請求項1記載の窒化けい素粉末の製
造方法。 - 【請求項4】 窒化率で分けられた中間体のうち、金属
けい素含有率が5重量%以下の高窒化率のものはそのま
ま粉砕し製品にする請求項1記載の窒化けい素粉末の製
造方法。 - 【請求項5】 窒化率で分けられた中間体のうち、低窒
化率のものは原料へ戻す請求項1記載の窒化けい素粉末
の製造方法。 - 【請求項6】 窒化率で分けられた中間体のうち、金属
けい素含有量が5重量%以下の高窒化率の窒化けい素粉
末を用いて次の窒化反応を行い、金属けい素含有量 0.5
%未満の窒化けい素粉末を得る請求項1記載の窒化けい
素粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8069496A JPH09255311A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8069496A JPH09255311A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09255311A true JPH09255311A (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=13404395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8069496A Pending JPH09255311A (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09255311A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012511490A (ja) * | 2008-12-13 | 2012-05-24 | アルツケム・トロストベルク・ゲーエムベーハー | 高純度窒化ケイ素の製造方法 |
-
1996
- 1996-03-26 JP JP8069496A patent/JPH09255311A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012511490A (ja) * | 2008-12-13 | 2012-05-24 | アルツケム・トロストベルク・ゲーエムベーハー | 高純度窒化ケイ素の製造方法 |
| US8697023B2 (en) | 2008-12-13 | 2014-04-15 | Alzchem Trostberg Gmbh | Method for producing high-purity silicon nitride |
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