JPS5888108A - 窒化珪素粉末の製造法 - 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】 製造する方法の改良に関する。

窒化珪素又紘窺化珪素の焼結体は周知の通り、他の窯業
製品に比べて、１）機械的強度及び硬度が非常に大きく
、高温強度も大きい、創熱術撃に強く耐火度も大きい、
聯熱伝導度が比較的大きい、４熱膨張率が非常に小さい
、瞬化学的に安定で耐食性が大きい、・）電気絶縁性が
大きい、などの性質を真備している、このため窒化珪素
の用途は広く、金属製練．窯業．機械工業用などの高級
耐火物，耐火材料．耐摩耗材料．電気絶縁材料などに使
用されているが：更に近年では焼結技術の向上にともな
い，ガスタービン尋の高温強度材料として脚光を浴びて
いる。

従来、窒化珪素を得る方法，としては、り金属珪素粉末
を窒素又はアンモニア気流中で加熱しつつ窒素ガス三郷
を制御して１戸００℃以下の温度で該金属珪素粉末を直
接窒化する方法、創シリカ粉末と黒鉛粉末とを音素雰囲
気にて加熱し、該黒鉛粉末によりシリカ粉末を瀘元して
活性なシリコン含有蒸気を生成し、これと窒素とを反応
せしめるいわゆるシリカ還元法，別ハロゲン化珪素とア
ンモニアとの高温気相反応で得る方法、嚇シリコンイミ
ドの熱分解による方法１．尋々が知られている。

この内、殊にシリコンイミドの熱分解法は、高温強度焼
結体の製造原料として優れた特性を有する高純度で微細
′なα型窒化珪素を得る方法として近年注目されている
。しかし、一般耐熱材料用窒化珪素の製造法として、比
−的低コストで大量生産に向いている金属シリコンの直
接窒化法は重要なものであり、現在広く工業的に実施さ
れているものである。

周知の如く金属シリコンの直接窒化法は、未反応シリコ
ンを含まない完全な窒化物を得るためＫは、非常に要時
間の反応時間を必發とし、千′のことが炉の生産性を低
いものとしている。一方、短い反応時間で高窒化率の窒
化物を得るためには、粒径の微細な金属シリコンを使用
すること、あるいは反応ａ度を高くすることが有効であ
るが、しかし、微細な金属シリコンを使用することは、
用いる金属シリコンの粉砕が困難で、かつ粉砕王権での
不純物の混入が避けがたい、まえ、反応時間を短くする
ため、比較的高い温度、鉤λば、し、焼結状態となるた
めに窒化率はかえって低下する。このよう々困難を避け
、かつ窒化反応を促、４進するための検討はこれまでに
４穐々なされており、例えば、窒化ガス中に少量の水素
を混ぜる方法、あるいは金属シリコン中に種々の化合物
、例えば、カルシウム化合物（特開昭５４−１２０２９
８号）、窒化アルミニウム（％側照５４−５７４９９号
）を添加する方法などである。しかし、これらの方法は
いずれも、それによって得られる窒化の促進効果が充分
大きなものではなかったり、あるいは生５！−中に不純
物が混入するという難点をもつている。

本発明者らは、これらの点に籠み撞々検討の結果、金属
シリコン中に含窒素シラン化合物を所定を添加して窒化
することにより、反応温度を１４５０℃以上としても、
金属シリコンは溶滴を形成することなく、短時間で高窒
化率の窒化物が得られる、窒化促進剤として添加した含
窒素シラン化合物は、窒化反応時に分解して窒化珪素と
なるため工費の不純物が混入する恐れがない、また含窒
素シラン化合物の熱分解反応は吸熱反応であるため、金
属シリコンの窒イし一部が一部吸収されるので、含９素
シラン化′合１の添加量を調節することによって反応温
度の制御が容易と女る・、等々の知見を得て本発明を完
成した。

即ち、本発明は、生成物中に不要な不純物が混入する゛
恐れなしに、高窒化率の窒化珪素を極めて高能率に得る
方法を提供しようとするものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明の製造法は、金属珪素をｉｌｉ＋温度下に窒化性
ガスと接触させて窒化珪素を得る方法において、含窒素
シラン化合物の存在下にこれを行ない、窒化反応促進剤
として窒化珪素を得ることを特徴とする本のである。

本発明の製造法に使用する金属珪素粉末は、高純度、例
えば９０％以上、好ましくは９９−以上のものが望まし
く、また粒＃社細かい根好ましいが、粉砕の経済性から
１５０〜４００メツシユのものでも充分である。

本発明の製造法において、窒化反応促進剤として使用す
る含窒素シラン化合物は、ハロゲン化珪素とアンモニア
との反応生成物であるシリコンジイミド８１（ＮＵ）！
、ノ・ロゲン化アンモニウムの混合物を液体アンモニア
で洗浄して得たシリコンジイミド、あるいはシリコンジ
イミド、ノ・ロゲシ化アンモニウムを窒素あるいけアン
モニア中で加熱して得た分解生成物、即ちＢ　ｉ、Ｎ、
Ｈ，非晶質窒化珪素粉末等々である。これらの粉末はで
きるだけ細かいものがよく、少なくとも径１μｍ以下で
あることが望ましい。

本発明の製造法においては、上記の含窒素シラン化合物
社、原料として用いる金属珪素に対し珪素を基準として
５重量−以上となる量添加し九混合粉末を原料として使
用゛することが好ましいが、より好ましいのは、同じ（
ＩＣ１〜５０１１１％添加し九混合粉末を使用すること
である。

金属珪素に対し珪素として５重量−未満の含窒素シラン
化合物を添加し九場合には、含窒素シラン化合−を添加
した効果が少なく、後述する本発明の反応温度、例えば
１４５０℃以上で窒化すると金輌珪累が溶滴を形成し、
窒化率が著しく低下する。また、含窒素シラン化合物の
添加量の上限については％特に＠定されないが、経済的
見地から金属珪素に対し、珪素として３０重量嗟以下の
含窒素シラン仕合物を添加した粉末を使用することが好
ましい。

本発明の製造法におＶてｄｌ、窒化温度は１４５０〜１
６００℃が好ましいが、より好ましいのは１４５０〜１
５００℃の温度範囲で窒化反応をせしめる事である。そ
れは以下の理由による。

即ち、速やかに窒化反応を進めるうえでは窒化温度は高
い方が望ましいｔ声、一方で窒化温度が１５５０℃を越
えると生成β相の割合が著しく増加するため、この点で
好ましくないからである。

本発明に使用する窒化性ガスは、通電窒化反応に使用さ
れる窒素ガス、アンモニアガス等である。

窒化の方法は４ＩＫ制限されることはなく、通常のバッ
チ形式、窒化ガスをＲ通させながら行なう流通形式が用
いられる。

金属シリコン粉末に含窒素シラン化合物を所定量添加し
て窒化する本発明の方法によ゛れば、窒化ａｔを１４５
０℃以上としても金属シリコンは溶着を起こ−すこと、
なく、極めて迅速に窒化反応が進行するため、窒化に要
する反応時間を従来よ抄も大幅に短縮することが可能式
ある。また、従来法では、シリコンの窒化反応は発熱反
応である丸め、その発熱制御のための工夫を要し、例え
ば、原料シリコンとして、は、比較的粗粒の１のを使用
して窒化し、値化後、微粉砕化する必要があったが、本
発明の方法によれば、前述のように反応温度が１６００
℃まで上がってもシリコンの溶着する恐れがないたや、
このような発熱制御のための手段を特に必要としない、
従って、本発明の方法によれば、窒化後の微粉砕１根に
おける不純物混入の恐れがなく、極めて高純度の窒化珪
素が得られる。

このように本発明は、−紋針熱材料用の窒化珪素粉末を
容易、かつ極めて高能率に製造できるという利点をもつ
。

以下、実施例により本発明の詳細な説明する。

実施例１〜３．比較例１ 四塩化炭素とアンモニアを反応させて得た反応生成物を
石英で形成された管状炉内に仕込み、アンモニア気流中
１０００℃の温度下で１０時間保持して白色の非晶質粉
末を得た。

化学分析によ抄この粉末の組成は、Ｓｉ、ＮｓＨである
ことがわかりた。

次に、純［９９％、粒［２００メツシエの金属珪素粉末
に上記の８１．）Ｊ、ＩＩＩ粉末を第１表に示す４楕の
重量比で添加した混合粉末各々２０ｔを窒素気流中１５
００℃の温度で１５時間保持した。

こうして得られた４種の窒化物の窒化率、生成窒化珪素
に対するα相の含有率を測定した。

その結果を第１表に示す。

第　　１　　表 実施例４〜７．比較例２〜５ 実１例１と同様にして得た５ｔ（ＮＨ）ｔ　、１ｃｔ混
合粉末を一７０℃の液体アンモニアで洗浄し副生したＮ
１１ｌ、（！）を除去し、Ｓｉ（ＭＥ＼を琳離した。

次に純度９９ｓ０粒度１５０メッシ為の金属珪素粉末に
上記の５ｔ（Ｎｕ）＊粉末を、金属珪素に対し珪素とし
て１０重量−添加し混合し九。

こうして得られた混合粉末各々２０ｆを第２表に示す４
株の反応温度で窒素気流中、１時間保持し４＠の窒化物
を得た。これらの窒化物の窒化率。

生成窒化珪素中のα相含有率を測定した。

その結果を第２表に示す。また、比較のためＫＢ　ｉ　
（ＮＵ　）、、、を添加しない金属珪素粉末を夫々同様
な条件で窒化し、得られた窒化物についてもそれらの窒
化率を嘴定した。その結果を第２表に示す。

第　　　２　　　表

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　金属珪素を為温度下に窒化性ガスと接触させ
   て窒化珪素を得る方法において、含窒素シラン化合物の
   存在下にこれを行なうことを特徴とする窒化珪素粉末の
   製造法。
2. （２）　　含窒素シラン化合物を、珪素を基準として原
   料金属珪素に対して５重量囁以上用いる特許請求の範囲
   第１項記載の方法。
3. （３）１４５０〜１６００℃で窒化を行なう特許請求の
   範囲第１又は２項記載の方法。