JPS5950006A - α型窒化珪素粉末の製造方法 - Google Patents
α型窒化珪素粉末の製造方法Info
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- JPS5950006A JPS5950006A JP15702582A JP15702582A JPS5950006A JP S5950006 A JPS5950006 A JP S5950006A JP 15702582 A JP15702582 A JP 15702582A JP 15702582 A JP15702582 A JP 15702582A JP S5950006 A JPS5950006 A JP S5950006A
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- silicon nitride
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary 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
- C01B21/068—Binary 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
- C01B21/0682—Preparation by direct nitridation of silicon
-
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- C01B21/0685—Preparation by carboreductive nitridation
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はα型窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末の製造方法の
改良に関する。
改良に関する。
例えば窒化珪素−酸化イツトリウム（８１３Ｎ４−Ｙ２
Ｏ２）、窒化珪素一層化マグネシウム（Ｓｉ３Ｎ４−Ｍ
ｇＯ２）系の焼結体は機械的強度が高く、かつ耐熱性も
優れているため、高温ガスタービン部材への適用が試み
られている。こうした焼結体を高温高応力材料として実
用に供する場合には高温時における物理的、化学的安定
性と信頼性が厳しく要求される。とシわけ重要な因子で
ある熱的９機械的特性は、出発原料の種類、不純物含有
量に大きく影響され、窒化珪素についてはα型粉末を多
く含んだ原料を用いることが望ましい。
Ｏ２）、窒化珪素一層化マグネシウム（Ｓｉ３Ｎ４−Ｍ
ｇＯ２）系の焼結体は機械的強度が高く、かつ耐熱性も
優れているため、高温ガスタービン部材への適用が試み
られている。こうした焼結体を高温高応力材料として実
用に供する場合には高温時における物理的、化学的安定
性と信頼性が厳しく要求される。とシわけ重要な因子で
ある熱的９機械的特性は、出発原料の種類、不純物含有
量に大きく影響され、窒化珪素についてはα型粉末を多
く含んだ原料を用いることが望ましい。
ところで、５ｉｘＮ４粉末の合成法としては、従来より
、 ■ 金属シリコン（Ｓｔ）粉末を窒化させる方法、３Ｓ
ｌ＋２Ｎ２→Ｓ！５Ｎ４ ■ 加塩化珪素（又はシラン）とアンモニアとを原料と
する気相反応法、 ３ＳＩＣ１４＋ ４ＮＨ３−＋ Ｓｉ ３Ｎ４＋ １２
ＨＣｔ■ シリカ（５ＳＯ２） ＠反応量論比程度のカ
ーデン（Ｃ）で還元して得たＳｉＯを窒化する方法、３
ＳｉＯ２＋ ６０ ＋２Ｎ２−＋ ８１３Ｎ４＋ ６Ｃ
Ｏが知られている。
、 ■ 金属シリコン（Ｓｔ）粉末を窒化させる方法、３Ｓ
ｌ＋２Ｎ２→Ｓ！５Ｎ４ ■ 加塩化珪素（又はシラン）とアンモニアとを原料と
する気相反応法、 ３ＳＩＣ１４＋ ４ＮＨ３−＋ Ｓｉ ３Ｎ４＋ １２
ＨＣｔ■ シリカ（５ＳＯ２） ＠反応量論比程度のカ
ーデン（Ｃ）で還元して得たＳｉＯを窒化する方法、３
ＳｉＯ２＋ ６０ ＋２Ｎ２−＋ ８１３Ｎ４＋ ６Ｃ
Ｏが知られている。
しかしながら、上記■の方法ではＳｉの窒化が発熱反応
であるため、その発熱反応を制御するためのプロセス上
の工夫を要し、例えばＳｔとして比較的粗粒のものを選
び、窒化後に微粉砕している。その結果、この粉砕過程
での不純物の混入が避けられず、耐火ンンガなどの一般
耐火物原料としての使用には支障ないが、高温ガスター
ビン用には適さ々い。また、上記■の方法では、例えば
半導体素子の表面被覆などには適するが、無機耐熱材料
には量産的とはいえず、工業製造には適さない。更に上
記■の方法では反応操作上の煩雑さを要しないという利
点を有する反面、α型５１ｓＮ４ ｅβ型５１３Ｎ４．
シリコンオキシナイトライドＳｉ２ＯＮ２．及びＳｉＣ
などの混合系でα型５１３Ｎ４の収率が低いという欠点
がある。
であるため、その発熱反応を制御するためのプロセス上
の工夫を要し、例えばＳｔとして比較的粗粒のものを選
び、窒化後に微粉砕している。その結果、この粉砕過程
での不純物の混入が避けられず、耐火ンンガなどの一般
耐火物原料としての使用には支障ないが、高温ガスター
ビン用には適さ々い。また、上記■の方法では、例えば
半導体素子の表面被覆などには適するが、無機耐熱材料
には量産的とはいえず、工業製造には適さない。更に上
記■の方法では反応操作上の煩雑さを要しないという利
点を有する反面、α型５１ｓＮ４ ｅβ型５１３Ｎ４．
シリコンオキシナイトライドＳｉ２ＯＮ２．及びＳｉＣ
などの混合系でα型５１３Ｎ４の収率が低いという欠点
がある。
本発明は微細なα型５ｔ３Ｎ４粉末を収率よく製造し得
る方法を提供しようとするものである。
る方法を提供しようとするものである。
本発明は重量比にてＳｔＯ粉末１．Ｃ粉末０．２〜２．
０及びＳｔ粉末０．０１〜１．０の割合の混合粉末を窒
素を含む雰囲気中にて加熱し、還元、窒化反応させて５
ｉ３Ｎ４Ｔｈ生成した後、酸化性雰囲気中で加熱処理せ
しめることを特徴とするものである。
０及びＳｔ粉末０．０１〜１．０の割合の混合粉末を窒
素を含む雰囲気中にて加熱し、還元、窒化反応させて５
ｉ３Ｎ４Ｔｈ生成した後、酸化性雰囲気中で加熱処理せ
しめることを特徴とするものである。
本発明において出発原料である混合粉末の配合割合をと
記の如く限定したのは、次のような理由によるものであ
る。即ち、５ｉＯ１当りＣを０．２未満にすると、５ｌ
ｏ２Ｎ２の生成が多くなる反面、α型Ｓｉ３Ｎ４の生成
量が少なくなシ、かといってＣが２．０ヲ越えると、カ
ー？ンの増量に対する効果が認められないばかりか、β
型炭化珪素（ＳｉＣ）の生成が認められ、α型Ｓｉ、Ｎ
４の純度、収率の低下を招く。一方、５ｌｏ１に対して
Ｓｉの比’ｉ ０．０１未満にすると、α型Ｓ ｉ ３
Ｎ４の高収率化効果が少なく、かといってｓｌが１．０
を越えると、粒径１μｍ以下の微細なα型Ｓ ｉ ３Ｎ
４粉末が得られ難く、最終的には粉砕工程を要するため
他の不純物の混入を招く。こうしたＳｉＯ、Ｃ。
記の如く限定したのは、次のような理由によるものであ
る。即ち、５ｉＯ１当りＣを０．２未満にすると、５ｌ
ｏ２Ｎ２の生成が多くなる反面、α型Ｓｉ３Ｎ４の生成
量が少なくなシ、かといってＣが２．０ヲ越えると、カ
ー？ンの増量に対する効果が認められないばかりか、β
型炭化珪素（ＳｉＣ）の生成が認められ、α型Ｓｉ、Ｎ
４の純度、収率の低下を招く。一方、５ｌｏ１に対して
Ｓｉの比’ｉ ０．０１未満にすると、α型Ｓ ｉ ３
Ｎ４の高収率化効果が少なく、かといってｓｌが１．０
を越えると、粒径１μｍ以下の微細なα型Ｓ ｉ ３Ｎ
４粉末が得られ難く、最終的には粉砕工程を要するため
他の不純物の混入を招く。こうしたＳｉＯ、Ｃ。
Ｓｉはいずれも９９チ程度以上の高純度のものが好まし
く、かつ粒径についてはＳｌｏ及Ｃは平均粒径１μｍ以
下、８１は平均粒径１０μｍ以下のものが好ましい。
く、かつ粒径についてはＳｌｏ及Ｃは平均粒径１μｍ以
下、８１は平均粒径１０μｍ以下のものが好ましい。
本発明における還元、窒化反応に際しての雰囲気として
は、例えばＮＨ，、Ｎ２−Ｎ２又はＮ２−不活性ガスの
系などを挙げることができる。こうした還元、窒化反応
時の加熱温度は１３５０〜１４８０℃の範囲にすること
が望ましい。この理由は、１３５０℃未満では十分な還
元、窒化反応が進行せず、かといって１４８０１：を越
えると、ＳｉＣの生成が認められ、結局、所望の高温高
応力材料に適ノ するα型Ｓ ｉ ３Ｎ４粉末が得難くなるからである。
は、例えばＮＨ，、Ｎ２−Ｎ２又はＮ２−不活性ガスの
系などを挙げることができる。こうした還元、窒化反応
時の加熱温度は１３５０〜１４８０℃の範囲にすること
が望ましい。この理由は、１３５０℃未満では十分な還
元、窒化反応が進行せず、かといって１４８０１：を越
えると、ＳｉＣの生成が認められ、結局、所望の高温高
応力材料に適ノ するα型Ｓ ｉ ３Ｎ４粉末が得難くなるからである。
本発明における窒化反応後の酸化性雰囲気中での加熱処
理は残留カーがンの除去を目的としたものである。かか
る加熱処理の温度は６００〜７００℃の範囲にすること
が望ましい。この理由は６００℃未満にすると、残留カ
ーがンの除去効果が低く、かといって７００１：’ｉ越
えると、α型Ｓ ｉ 、Ｎ４の酸化を招くからである。
理は残留カーがンの除去を目的としたものである。かか
る加熱処理の温度は６００〜７００℃の範囲にすること
が望ましい。この理由は６００℃未満にすると、残留カ
ーがンの除去効果が低く、かといって７００１：’ｉ越
えると、α型Ｓ ｉ 、Ｎ４の酸化を招くからである。
しかして、本発明方法によればＳｉＯに還元、窒化反応
時の反応量論比をはるかに越えたＣを５− 加えると共に、所定量のＳｔを共存させることによって
、ＳｉＯの還元が促進され、かつｓｉの窒化も円滑に進
行し、α型Ｓｉ３Ｎ４の含有量が多く、高温高応力性の
要求されるＳ ｉ ３Ｎ４系焼結体の製造に適した高品
位のα型Ｓｉ３Ｎ４系粉末を収率よく得ることができる
。このようなα型５１３Ｎ４系粉末が得られるのは、次
の如き機構によるものと考えられる。
時の反応量論比をはるかに越えたＣを５− 加えると共に、所定量のＳｔを共存させることによって
、ＳｉＯの還元が促進され、かつｓｉの窒化も円滑に進
行し、α型Ｓｉ３Ｎ４の含有量が多く、高温高応力性の
要求されるＳ ｉ ３Ｎ４系焼結体の製造に適した高品
位のα型Ｓｉ３Ｎ４系粉末を収率よく得ることができる
。このようなα型５１３Ｎ４系粉末が得られるのは、次
の如き機構によるものと考えられる。
即ち、反応はｃ、”ｓｔｏ比が高い程、相対的に速くな
シ、かつＳ１０はＮ２又はＮＨ３と容易に反応する。こ
の反応において、ＳＩＯとＮ２＃ ＮＨ３は気相状態で
存在できるので、Ｃ蒸気の存在がＳｔＯの還元、窒化反
応を左右する。しかるに、この場合Ｃ量が反応量論比程
度又は若若多い程度では５１２ＯＮ２の生成がみられ、
Ｓｉ２ＯＮ２からα型Ｓ ｌ ３Ｎ４への転移は著しく
困難となるが、１記の如くＣ量が反応量論比に較べて天
過剰であるため、５１２ＯＮ２の生成は抑制され、容易
にα型Ｓ ｉ 、Ｎ４が生成するに至る。とうしたＣの
過剰存在はα型５ｔ３Ｎ４の生成を円滑に進めるが、一
方ではｓｌｃ６一 の生成混存、その他不純物の混存を招き、相対的にα型
５１３Ｎ４の含有率の低下となる。そこで、本発明は更
に所定量の３ｔ’ｌ共存させる。これによってｇｉ粉末
はそれ自体窒化されるが、むしろｓｉｏ粉末表面の酸化
膜（８１０□）を５ｓｏ２＋ｓｉ→２８１０の反応によ
りＳｔＯ蒸気を発生し易くして以後のＳｉＯ十Ｃ＋ Ｎ
２によるα型Ｓｔ、Ｎ４の生成を容易に進行させ、所望
の微細なα型Ｓｉ３Ｎ４の生成収率を飛躍的に向上せし
めると共に、ＳＩＣの生成、その他の不純物の混入を防
止するものと考えられる。
シ、かつＳ１０はＮ２又はＮＨ３と容易に反応する。こ
の反応において、ＳＩＯとＮ２＃ ＮＨ３は気相状態で
存在できるので、Ｃ蒸気の存在がＳｔＯの還元、窒化反
応を左右する。しかるに、この場合Ｃ量が反応量論比程
度又は若若多い程度では５１２ＯＮ２の生成がみられ、
Ｓｉ２ＯＮ２からα型Ｓ ｌ ３Ｎ４への転移は著しく
困難となるが、１記の如くＣ量が反応量論比に較べて天
過剰であるため、５１２ＯＮ２の生成は抑制され、容易
にα型Ｓ ｉ 、Ｎ４が生成するに至る。とうしたＣの
過剰存在はα型５ｔ３Ｎ４の生成を円滑に進めるが、一
方ではｓｌｃ６一 の生成混存、その他不純物の混存を招き、相対的にα型
５１３Ｎ４の含有率の低下となる。そこで、本発明は更
に所定量の３ｔ’ｌ共存させる。これによってｇｉ粉末
はそれ自体窒化されるが、むしろｓｉｏ粉末表面の酸化
膜（８１０□）を５ｓｏ２＋ｓｉ→２８１０の反応によ
りＳｔＯ蒸気を発生し易くして以後のＳｉＯ十Ｃ＋ Ｎ
２によるα型Ｓｔ、Ｎ４の生成を容易に進行させ、所望
の微細なα型Ｓｉ３Ｎ４の生成収率を飛躍的に向上せし
めると共に、ＳＩＣの生成、その他の不純物の混入を防
止するものと考えられる。
実施例１〜１４
平均粒径１５μｍのｓｉｏ粉末、平均粒径３０μｍのＣ
粉末及び平均粒径２゜０μｍのＳｔ粉末を下記表に示す
割合で混合して１４種の混合粉末２０ｋｇを調整した。
粉末及び平均粒径２゜０μｍのＳｔ粉末を下記表に示す
割合で混合して１４種の混合粉末２０ｋｇを調整した。
次いで、これら混合粉末を同表に示す条件で夫々加熱し
、還元、窒化反応させた後、空気中で７００℃の温度下
にで８時間夫々熱処理して１４種の５１３Ｎ４系粉末を
得た。
、還元、窒化反応させた後、空気中で７００℃の温度下
にで８時間夫々熱処理して１４種の５１３Ｎ４系粉末を
得た。
得られた脅々のＳｉ３Ｎ４系粉末の平均粒径、α型Ｓｉ
３Ｎ４の含有率（重量％）、ＳｉＣの含有率、及び金属
不純物の含有率を夫々調べた。その結果を同表に併記し
た。なお、表中には比較例１〜６も併記した。
３Ｎ４の含有率（重量％）、ＳｉＣの含有率、及び金属
不純物の含有率を夫々調べた。その結果を同表に併記し
た。なお、表中には比較例１〜６も併記した。
以上詳述した如く、本発明によれば煩雑な操作や複雑な
装置ｔ−要せずに、高温高応力性の要求される５１３Ｎ
４系焼結体の製造に適した微細なα型Ｓｉ３Ｎ４粉末を
高収率で得ることができる等顕著な効果を存する。
装置ｔ−要せずに、高温高応力性の要求される５１３Ｎ
４系焼結体の製造に適した微細なα型Ｓｉ３Ｎ４粉末を
高収率で得ることができる等顕著な効果を存する。
出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦１０−
３２−
Claims (1)
- 重量比にて一酸化珪素粉末１、カーデン粉末０．２〜２
．０及び金属シリコン粉末０．０１〜１．０の割合の混
合粉末を窒素を含む雰囲気中にて加熱し、還元、窒化反
応させて窒化珪素を生成した後、酸化性雰囲気中で加熱
処理を施すことを特徴とするα型窒化珪素粉末の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15702582A JPS5950006A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | α型窒化珪素粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15702582A JPS5950006A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | α型窒化珪素粉末の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5950006A true JPS5950006A (ja) | 1984-03-22 |
Family
ID=15640535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15702582A Pending JPS5950006A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | α型窒化珪素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5950006A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61295212A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-26 | Kawasaki Steel Corp | 窒化けい素粉末の製造方法 |
| AU568982B2 (en) * | 1985-06-24 | 1988-01-14 | Kawasaki Steel Corp. | Silicon nitride powder |
| EP0618172A1 (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride powder and method for producing the same |
-
1982
- 1982-09-09 JP JP15702582A patent/JPS5950006A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61295212A (ja) * | 1985-06-24 | 1986-12-26 | Kawasaki Steel Corp | 窒化けい素粉末の製造方法 |
| AU568982B2 (en) * | 1985-06-24 | 1988-01-14 | Kawasaki Steel Corp. | Silicon nitride powder |
| EP0618172A1 (en) * | 1993-03-30 | 1994-10-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon nitride powder and method for producing the same |
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