JPH1160217A - 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Info
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- JPH1160217A JPH1160217A JP23183397A JP23183397A JPH1160217A JP H1160217 A JPH1160217 A JP H1160217A JP 23183397 A JP23183397 A JP 23183397A JP 23183397 A JP23183397 A JP 23183397A JP H1160217 A JPH1160217 A JP H1160217A
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- Japan
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- silicon nitride
- nitriding
- silicon
- producing
- powder
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで固
定層方式にて直接窒化して窒化ケイ素を製造する方法に
おいて、原料の金属ケイ素粉末を成型により顆粒状と
し、窒化することを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方
法。 【効果】 本発明によれば、原料の金属ケイ素粉末を成
型により顆粒状とし窒化することにより、高α化率、高
窒化率でかつ粉砕され易い窒化ケイ素粉末を得ることが
できる。
定層方式にて直接窒化して窒化ケイ素を製造する方法に
おいて、原料の金属ケイ素粉末を成型により顆粒状と
し、窒化することを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方
法。 【効果】 本発明によれば、原料の金属ケイ素粉末を成
型により顆粒状とし窒化することにより、高α化率、高
窒化率でかつ粉砕され易い窒化ケイ素粉末を得ることが
できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属ケイ素から固定
層方式にて直接窒化法により窒化ケイ素を製造する方法
に関し、特に窒化後の比表面積が高く、粉砕性に富んだ
窒化ケイ素粉末の製造方法に関する。
層方式にて直接窒化法により窒化ケイ素を製造する方法
に関し、特に窒化後の比表面積が高く、粉砕性に富んだ
窒化ケイ素粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】金属ケ
イ素粉末を直接窒化して窒化ケイ素を得る方法として
は、一般に１，１５０〜１，４００℃の温度領域におい
て、水素及び／又はアンモニアの存在下、窒素雰囲気で
窒化反応させる方法が採用される。
イ素粉末を直接窒化して窒化ケイ素を得る方法として
は、一般に１，１５０〜１，４００℃の温度領域におい
て、水素及び／又はアンモニアの存在下、窒素雰囲気で
窒化反応させる方法が採用される。
【０００３】窒化ケイ素にはα相と高温安定型のβ相が
あり、一般に高密度、高強度の窒化ケイ素焼結体を得る
ためには、α相含有率（以下、α化率と呼ぶ）が高くな
おかつ微細であることが必要であり、平均粒径が１μｍ
以下のいわゆるサブミクロン、比表面積では１０ｍ2／
ｇ以上の微粉末が望まれる。そのため、高α化率の窒化
ケイ素をいかに生産性よく製造できるかどうかが最も重
要な課題である。
あり、一般に高密度、高強度の窒化ケイ素焼結体を得る
ためには、α相含有率（以下、α化率と呼ぶ）が高くな
おかつ微細であることが必要であり、平均粒径が１μｍ
以下のいわゆるサブミクロン、比表面積では１０ｍ2／
ｇ以上の微粉末が望まれる。そのため、高α化率の窒化
ケイ素をいかに生産性よく製造できるかどうかが最も重
要な課題である。
【０００４】生産効率を上げようとすれば、反応器の容
積あたりの仕込み率を高くすることが考えられ、これに
より一見生産性は向上するように見える。しかし、直接
窒化反応は、下記の化学式で示されるように１ｍｏｌあ
たり１７６ｋｃａｌ／ｍｏｌという多量の発熱量を伴う
反応であり、 ３Ｓｉ＋２Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4 ΔＨR＝−１７６ｋｃａｌ／ｍｏｌ 仕込量を多くすると反応熱による温度上昇が大きくな
り、α相は高温では不安定なため、生成する窒化ケイ素
の結晶相の大部分はβ型に転移してしまう。特に固定層
の場合、原料粉末の動きがなく、除熱面積も小さく、ガ
ス顕熱による除熱が僅少となるため温度制御が非常に難
しくなる。結果的に仕込量を増加するには限界がある。
積あたりの仕込み率を高くすることが考えられ、これに
より一見生産性は向上するように見える。しかし、直接
窒化反応は、下記の化学式で示されるように１ｍｏｌあ
たり１７６ｋｃａｌ／ｍｏｌという多量の発熱量を伴う
反応であり、 ３Ｓｉ＋２Ｎ2→Ｓｉ3Ｎ4 ΔＨR＝−１７６ｋｃａｌ／ｍｏｌ 仕込量を多くすると反応熱による温度上昇が大きくな
り、α相は高温では不安定なため、生成する窒化ケイ素
の結晶相の大部分はβ型に転移してしまう。特に固定層
の場合、原料粉末の動きがなく、除熱面積も小さく、ガ
ス顕熱による除熱が僅少となるため温度制御が非常に難
しくなる。結果的に仕込量を増加するには限界がある。
【０００５】また、反応性を上げようとする場合、原料
の金属ケイ素は微粉を用いることも一手段である。しか
し、反応性が高くなると反応速度が高くなり、結果的に
温度上昇も大きくなり、同様に温度制御が難しくなる。
仮に仕込量をある程度制御し、発熱量をおさえ、高α化
率を維持できたとしても、微粉での反応は、反応中に一
部反応焼結のような現象が生じ、生成した窒化ケイ素は
固く、緻密なものとなってしまう。これでは、後工程の
粉砕工程への負荷が大きくなり、窒化工程の能力が上が
っても後工程の能力が下がり、結果的に生産性が向上し
ないということになる。そのため、生産性を向上させる
には反応性がよく、なおかつ粉砕性の良好な窒化ケイ素
粉末を得ることが重要となってくる。
の金属ケイ素は微粉を用いることも一手段である。しか
し、反応性が高くなると反応速度が高くなり、結果的に
温度上昇も大きくなり、同様に温度制御が難しくなる。
仮に仕込量をある程度制御し、発熱量をおさえ、高α化
率を維持できたとしても、微粉での反応は、反応中に一
部反応焼結のような現象が生じ、生成した窒化ケイ素は
固く、緻密なものとなってしまう。これでは、後工程の
粉砕工程への負荷が大きくなり、窒化工程の能力が上が
っても後工程の能力が下がり、結果的に生産性が向上し
ないということになる。そのため、生産性を向上させる
には反応性がよく、なおかつ粉砕性の良好な窒化ケイ素
粉末を得ることが重要となってくる。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
固定層方式による直接窒化法で粉砕性の良好な窒化ケイ
素粉末を反応性よく高効率で製造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。
固定層方式による直接窒化法で粉砕性の良好な窒化ケイ
素粉末を反応性よく高効率で製造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。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ね
た結果、金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで固定層方
式にて直接窒化して窒化ケイ素を製造する際に、原料の
金属ケイ素粉末を成型により顆粒状として窒化すること
により、反応性がよく、なおかつ粉砕性の良好な窒化ケ
イ素粉末を得ることが可能であることを知見し、本発明
をなすに至ったものである。
発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ね
た結果、金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで固定層方
式にて直接窒化して窒化ケイ素を製造する際に、原料の
金属ケイ素粉末を成型により顆粒状として窒化すること
により、反応性がよく、なおかつ粉砕性の良好な窒化ケ
イ素粉末を得ることが可能であることを知見し、本発明
をなすに至ったものである。
【０００８】以下、本発明につき更に詳細に説明する
と、本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法は、金属ケイ素
を窒素源を含む反応ガスで固定層方式にて直接窒化して
窒化ケイ素を製造する方法において、原料の金属ケイ素
粉末を成型により顆粒状とし、窒化することを特徴とす
る製造方法である。
と、本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法は、金属ケイ素
を窒素源を含む反応ガスで固定層方式にて直接窒化して
窒化ケイ素を製造する方法において、原料の金属ケイ素
粉末を成型により顆粒状とし、窒化することを特徴とす
る製造方法である。
【０００９】ここで、顆粒状金属ケイ素を得る場合、ま
ずはじめにＶブレンダーのような容器固定型、リボン
型、スクリュー型、高速剪断型のような容器固定型のい
ずれかの混合機を用い、金属ケイ素粉末を水及び有機バ
インダーにて混合する。ここで、有機バインダーとして
はポリビニルアルコール等のアルコール系やアクリル系
のものが例示される。また、混合に際し、通常知られて
いる他の添加剤、例えば、窒化ケイ素の種粒子、カルシ
ウム化合物、銅及び銅化合物等を同時に混合することが
でき、これにより更に反応性を向上させることができ
る。本発明では、原料混合の際、湿式で混合することが
好ましく、その場合同じ添加剤を混合するのでも、乾式
で混合する方法に較べ、混合度が向上し、触媒の添加量
を乾式混合よりも減少させることができるという特徴も
併せ持つ。
ずはじめにＶブレンダーのような容器固定型、リボン
型、スクリュー型、高速剪断型のような容器固定型のい
ずれかの混合機を用い、金属ケイ素粉末を水及び有機バ
インダーにて混合する。ここで、有機バインダーとして
はポリビニルアルコール等のアルコール系やアクリル系
のものが例示される。また、混合に際し、通常知られて
いる他の添加剤、例えば、窒化ケイ素の種粒子、カルシ
ウム化合物、銅及び銅化合物等を同時に混合することが
でき、これにより更に反応性を向上させることができ
る。本発明では、原料混合の際、湿式で混合することが
好ましく、その場合同じ添加剤を混合するのでも、乾式
で混合する方法に較べ、混合度が向上し、触媒の添加量
を乾式混合よりも減少させることができるという特徴も
併せ持つ。
【００１０】なお、金属ケイ素粉末としては、平均粒径
１〜３０μｍ、特に２〜１５μｍ、最大粒径が１００μ
ｍ以下、特に４５μｍ以下のものを使用することができ
る。
１〜３０μｍ、特に２〜１５μｍ、最大粒径が１００μ
ｍ以下、特に４５μｍ以下のものを使用することができ
る。
【００１１】次いで、上記混合物を顆粒状に成型する。
成型は、転動式、押し出し式、噴霧式、流動層式等既知
の方式で行えるが、好ましくは押し出し方式である。そ
の際、顆粒の密度及び気孔率を制御することが好まし
く、顆粒は見掛け密度が０．３〜０．７ｇ／ｃｃ、気孔
率が３０〜７０％であることが好ましい。ここで見掛け
密度が０．３ｇ／ｃｃ未満及び気孔率が３０％未満では
生産量を向上させるに現実的でなく、見掛け密度が０．
７ｇ／ｃｃを超え及び気孔率が７０％より大きいと反応
性及び粉砕性の向上という目的を達成し難い。
成型は、転動式、押し出し式、噴霧式、流動層式等既知
の方式で行えるが、好ましくは押し出し方式である。そ
の際、顆粒の密度及び気孔率を制御することが好まし
く、顆粒は見掛け密度が０．３〜０．７ｇ／ｃｃ、気孔
率が３０〜７０％であることが好ましい。ここで見掛け
密度が０．３ｇ／ｃｃ未満及び気孔率が３０％未満では
生産量を向上させるに現実的でなく、見掛け密度が０．
７ｇ／ｃｃを超え及び気孔率が７０％より大きいと反応
性及び粉砕性の向上という目的を達成し難い。
【００１２】ここで得られた顆粒は、成型した後、乾燥
ないし脱脂を行い、水分、バインダーを除去することが
好ましい。
ないし脱脂を行い、水分、バインダーを除去することが
好ましい。
【００１３】押し出し造粒で得られる顆粒は円柱状をな
し、直径０．３〜２ｍｍ、特に０．５〜１ｍｍ、長さが
１〜８ｍｍ、特に２〜６ｍｍであることが好ましい。ま
た、球状で得られる顆粒は、直径０．３〜３ｍｍ、特に
０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
し、直径０．３〜２ｍｍ、特に０．５〜１ｍｍ、長さが
１〜８ｍｍ、特に２〜６ｍｍであることが好ましい。ま
た、球状で得られる顆粒は、直径０．３〜３ｍｍ、特に
０．５〜２ｍｍであることが好ましい。
【００１４】本発明においては、上記のようにして成型
した金属ケイ素顆粒を窒化する。窒化の際には、１，１
５０〜１，４００℃の温度領域において、水素及び／又
はアンモニア存在下、窒素雰囲気で行われるが、必要に
応じアルゴンやヘリウム等の不活性ガスにより反応ガス
を希釈してもかまわない。前述の金属ケイ素顆粒を容器
に仕込み窒化させるが、容器の材質としては窒化ケイ
素、アルミナ、炭化ケイ素等の金属ケイ素と反応しない
材質であれば、特に限定はされない。これら容器中に金
属ケイ素顆粒を仕込む際、その仕込み厚みを０．５〜１
５ｃｍに制御することが好適である。ここで仕込み厚み
が０．５ｃｍ未満では生産量を向上させるに現実的でな
く、１５ｃｍより大きくなると反応熱による温度上昇を
制御できなくなり、反応性及び粉砕性の向上という目的
を達成できない場合が生じる。
した金属ケイ素顆粒を窒化する。窒化の際には、１，１
５０〜１，４００℃の温度領域において、水素及び／又
はアンモニア存在下、窒素雰囲気で行われるが、必要に
応じアルゴンやヘリウム等の不活性ガスにより反応ガス
を希釈してもかまわない。前述の金属ケイ素顆粒を容器
に仕込み窒化させるが、容器の材質としては窒化ケイ
素、アルミナ、炭化ケイ素等の金属ケイ素と反応しない
材質であれば、特に限定はされない。これら容器中に金
属ケイ素顆粒を仕込む際、その仕込み厚みを０．５〜１
５ｃｍに制御することが好適である。ここで仕込み厚み
が０．５ｃｍ未満では生産量を向上させるに現実的でな
く、１５ｃｍより大きくなると反応熱による温度上昇を
制御できなくなり、反応性及び粉砕性の向上という目的
を達成できない場合が生じる。
【００１５】このようにして得られた窒化ケイ素粉末
は、窒化率、α化率が高く、かつ粉砕性が良好である。
は、窒化率、α化率が高く、かつ粉砕性が良好である。
【００１６】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるも
のではない。
的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるも
のではない。
【００１７】〔実施例１〜８〕最大粒径１０〜４５μｍ
の金属ケイ素をＰＶＡバインダーに混合した後、押し出
し造粒機にて成型し、次いで１５０℃で２０時間乾燥
後、５００℃で２時間脱脂し、表１に示す原料となる顆
粒を作成した。
の金属ケイ素をＰＶＡバインダーに混合した後、押し出
し造粒機にて成型し、次いで１５０℃で２０時間乾燥
後、５００℃で２時間脱脂し、表１に示す原料となる顆
粒を作成した。
【００１８】次いで、窒化ケイ素製のトレイに仕込み、
多段に積み、最高温度ゾーンが１，３００℃のプッシャ
ー式トンネル炉で２０％水素を含有する窒素雰囲気下、
窒化反応させた。得られた窒化ケイ素の性状を表１に示
す。
多段に積み、最高温度ゾーンが１，３００℃のプッシャ
ー式トンネル炉で２０％水素を含有する窒素雰囲気下、
窒化反応させた。得られた窒化ケイ素の性状を表１に示
す。
【００１９】いずれの結果も、窒化後は窒化前の形、顆
粒状を保持し、解砕も必要なく、次工程である粗粉砕へ
回すことができた。反応率、α化率ともに９０％以上
で、更に粉砕性の指標ともなるＢＥＴ比表面積は４ｍ2
／ｇ以上と高く、良質な窒化ケイ素が得られた。
粒状を保持し、解砕も必要なく、次工程である粗粉砕へ
回すことができた。反応率、α化率ともに９０％以上
で、更に粉砕性の指標ともなるＢＥＴ比表面積は４ｍ2
／ｇ以上と高く、良質な窒化ケイ素が得られた。
【００２０】〔比較例１〜１０〕原料の金属ケイ素の顆
粒成型を行わず、一次粒子のまま用いたこと以外は実施
例に従い、窒化反応を行った結果を表１に示す。窒化後
は仕込み時の形状のままの固い板状で、次工程の粗粉砕
を行うにはまず解砕工程が必要であった。
粒成型を行わず、一次粒子のまま用いたこと以外は実施
例に従い、窒化反応を行った結果を表１に示す。窒化後
は仕込み時の形状のままの固い板状で、次工程の粗粉砕
を行うにはまず解砕工程が必要であった。
【００２１】仕込量が少ないものは反応率、α化率とも
に実施例と同レベルのものが得られているが、仕込量を
顆粒状原料と同じだけ仕込むと反応率、α化率ともに低
くなる。逆に反応率の高いものもあるが、これは反応が
暴走したもので、α化率は大幅に低くなっている。
に実施例と同レベルのものが得られているが、仕込量を
顆粒状原料と同じだけ仕込むと反応率、α化率ともに低
くなる。逆に反応率の高いものもあるが、これは反応が
暴走したもので、α化率は大幅に低くなっている。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、原料の金属ケイ素粉末
を成型により顆粒状とし窒化することにより、高α化
率、高窒化率でかつ粉砕され易い窒化ケイ素粉末を得る
ことができる。
を成型により顆粒状とし窒化することにより、高α化
率、高窒化率でかつ粉砕され易い窒化ケイ素粉末を得る
ことができる。
Claims (5)
- 【請求項１】 金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで固
定層方式にて直接窒化して窒化ケイ素を製造する方法に
おいて、原料の金属ケイ素粉末を成型により顆粒状と
し、窒化することを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方
法。 - 【請求項２】 成型された金属ケイ素顆粒の見掛け密度
が０．３〜０．７ｇ／ｃｃであることを特徴とする請求
項１記載の窒化ケイ素粉末の製造方法。 - 【請求項３】 成型された金属ケイ素顆粒の気孔率が３
０〜７０％であることを特徴とする請求項１又は２記載
の窒化ケイ素粉末の製造方法。 - 【請求項４】 金属ケイ素粉末を湿式混合した後、成型
により顆粒化することを特徴とする請求項１、２又は３
記載の窒化ケイ素粉末の製造方法。 - 【請求項５】 成型された金属ケイ素顆粒を窒化する
際、その仕込み厚みを０．５〜１５ｃｍとすることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の窒化ケイ
素粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23183397A JPH1160217A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23183397A JPH1160217A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1160217A true JPH1160217A (ja) | 1999-03-02 |
Family
ID=16929736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23183397A Pending JPH1160217A (ja) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1160217A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014503459A (ja) * | 2010-12-22 | 2014-02-13 | スチュラー ソーラー ゲーエムベーハー | るつぼ |
| CN114728787A (zh) * | 2019-12-05 | 2022-07-08 | 株式会社德山 | 金属氮化物的制造方法 |
| EP4310051A4 (en) * | 2021-03-19 | 2025-10-08 | Amotech Co Ltd | METHOD FOR PREPARING SILICON NITRIDE POWDER FOR MANUFACTURING A SUBSTRATE AND SILICON NITRIDE POWDER THUS PREPARED |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP23183397A patent/JPH1160217A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014503459A (ja) * | 2010-12-22 | 2014-02-13 | スチュラー ソーラー ゲーエムベーハー | るつぼ |
| CN114728787A (zh) * | 2019-12-05 | 2022-07-08 | 株式会社德山 | 金属氮化物的制造方法 |
| EP4310051A4 (en) * | 2021-03-19 | 2025-10-08 | Amotech Co Ltd | METHOD FOR PREPARING SILICON NITRIDE POWDER FOR MANUFACTURING A SUBSTRATE AND SILICON NITRIDE POWDER THUS PREPARED |
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