JPS61117108A - 窒化珪素微粉末の製造方法 - Google Patents

窒化珪素微粉末の製造方法

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JPS61117108A
JPS61117108A JP23803484A JP23803484A JPS61117108A JP S61117108 A JPS61117108 A JP S61117108A JP 23803484 A JP23803484 A JP 23803484A JP 23803484 A JP23803484 A JP 23803484A JP S61117108 A JPS61117108 A JP S61117108A
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JP
Japan
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silicon nitride
compd
group
formula
fine powder
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Application number
JP23803484A
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English (en)
Inventor
Takashi Suzuki
喬 鈴木
Takamasa Kawakami
川上 殷正
Goji Koyama
剛司 小山
Hiromasa Isaki
寛正 伊崎
Aiko Nakanori
中野里 愛子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、窒化珪素微粉末の製造方法に関する発明であ
る。更に詳しくはハロゲン及び酸素を含まない有機珪素
化合物、具体的には一般式が、(1)Rzl、−z(S
i)fi(式中、Rは少なくとも一個が水素原子であり
、他が水素原子、アルキル基、アリル基、またはフェニ
ル基である、但しRが同時に水素である場合を除く、n
は1〜4の正数である)で示されるSiH結合を有する
シラン化合物またはポリシラン化合物、或6いは一般式
がR3Si+R″−R2SiセτR(式中Rはその少な
くとも一個が水素原子であり、他が水素原子、アルキル
基、アリル基、またはフェニル基である、R・ はメチ
レン基、エチレン基またはフェニレン基、mは1〜21
17)正aテである)で示されるSiH結合を有するポ
リカルボシラン化合物または、(2)一般式が+11と
同じであるが、SiH結合を有しないポリシラン化合物
、またはポリカルボシラン化合物をアンモニアの存在下
で気相反応させることを特徴とする窒化珪素微粉末の製
造方法に関する発明である。
〔産業上の利用分野〕
近年、エンジニアリングセラミックスとして注目をあび
ている窒化珪素や炭化珪素等の非酸化系セラミックスは
高温強度や耐熱衝撃性などの高温特性に優れているため
に、その製造方法や応用に関する研究が盛んに行われて
いる。
なかでも窒化珪素は1)機械的強度が大きく、高温にお
いてもその強度を保持する、2)耐熱衝撃性に優れてい
る、3)化学的に安定であり耐腐食性がよい、4)熱膨
張率が極めて小さい等の特徴を有しているため特に注目
されている。しかしながら高温高応力材料としての窒化
珪素焼結体には高温時における物理的、化学的な安定性
と信頼性が厳に要求されており、とりわけ窒化珪素焼結
体にとって重要な因子である熱的、機械的特性はその原
料に大きく影響されるため、原料窒化珪素はできるだけ
不純物を含まず、しかも微細でありかつ結晶質の場合は
α相含有率の高いものが望まれている。
〔従来技術〕
従来、窒化珪素の主な製法としては下記の方法が知られ
ている。
(1)金属珪素粉末を窒素またはアンモニアガス中で高
温に加熱して窒化する方法。
(2)シリカ粉末とカーボンとの混合物を窒素中で高温
に加熱して還元と窒化とを同時に行う方法。
(3)常温または低温で四塩化珪素とアンモニアを反応
させ、生成したシリコンアミドあるいはシリコンイミド
を分離した後窒素またはアンモニア雰囲気中で高温に加
熱するアミドあるいはイミドの熱分解法。
(4)四塩化珪素とアンモニアとを高温で気相反応させ
る方法。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、これらの方法はそれぞれ次の様な解決すべき問
題点を有している。
(1)については、現在工業的に用いられている方法で
はあるが、この方法では微細な粉末が得難く。
この方法で得た生成物は、これを長時間粉砕する必要が
ある。このため原料Si中に含まれているFe。
Ca、 AI、等の不純物が窒化後も残ったり、粉砕過
程で不純物が混入する。
(2)の方法は高純度品を得るためには、原料として充
分精製されたシリカ粉末及びカーボン粉末を用いる必要
があるばかりでなく得られる生成物はα型窒化珪素、β
型窒化珪素、シリコンオキシナイトライド(SizON
z)および炭化珪素などの混合系であり、しかも粒径及
び粒径のバラツキを小さくすることが困難である等の欠
点がある。
(3)の方法には液相法と気相法とがあるが、いずれの
方法もシリコンアミドやシリコンイミドと共に大量の塩
化アンモニウムが副生ずる。このため生成物の分離や熱
分解工程における塩化アンモニウムを除去するわずられ
しさや腐食あるいは溶媒使用に依る不純物の混入が起こ
り易い。また、シリコンアミドやシリコンイミドを熱分
解して得られる粉末の粒径や結晶型を微小粒子にしたり
、整った等軸的な粒状粒子とするには限界がある。
これらの中では(4)の気相法が原料を蒸留等で極めて
高純度に精製出来るという理由から高品質の物が得られ
ると言われている。
この(4)の気相法は、一般に四塩化珪素とアンモニア
を600℃〜1500°Cにおいて気相反応せしめ、非
晶質の窒化珪素微粉末を得る方法である。
通常はこの生成物を原料として成形、焼結し、窒化珪素
焼結体を得るが、この他に例えば非晶質の窒化珪素粉末
を積極的に合成し、次いでこれを窒素或いはアンモニア
中で高温に保持することにより、α相含有率が高い結晶
質粉末を得る方法も知られている。
しかしながら、四塩化珪素とアンモニアを原料とする限
りにおいてこの方法は生産規模の拡大につれて操作性、
設備等の点から様々な制約を受ける。例えば四塩化珪素
とアンモニアの反応が速いためにガス供給管の出口で反
応が起こり出口部分が閉塞し、長期の連続運転が困難な
事や、(3)の方法と同様に副生ずる塩化アンモニウム
の除去のわずられしさと塩化アンモニウムにより起こる
装置の腐食等が挙げられる。また、たとえ製造工程での
欠点を克服出来たとしても塩化アンモニウムを完全に除
くことは困難を極め、装置上の特別な工夫やわづられし
い除去工程を経た後であっても、微量の塩素は残存し、
結晶質窒化珪素粉末を得る際にβ晶化したり、成形、焼
結工程において悪影響を及ぼす等の欠点を有していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者等は気相反応により窒化珪素を製造する方法に
おいて、より汎用の原料を用いて、しかも塩化アンモニ
ウムを副生ぜずに塩素を含まない高純度の窒化珪素を得
ることについて鋭意研究を行った。その結果、ハロゲン
及び酸素を含まない有機珪素化合物をアンモニアおよび
水素、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスあるい
は非酸化性ガス雰囲気下で気相反応を行うことによって
、非晶質あるいは部分的に結晶化した窒化珪素微粉末が
得られる事を見出し、更に必要に応じて上記の方法で得
られた微粉末を不活性ガスまたは非酸化性ガス雰囲気下
で結晶化させることにより、α相の含存率が高い結晶質
粉末が得られることを見出して本発明を完成するに至っ
た。
本発明方法に使用される原料は大量にしかも安価に製造
されるものであり、またシリコン工業あるいは半導体工
業において副生物として大量に産するものである。
また本発明によれば使用される原料が塩素を含まないの
で、従来の気相反応と異なり塩化アンモニウムを副生ず
ることがない。
従って本発明方法の場合は長期の連続運転が可能であり
、更に塩化アンモニウムあ除去工程が不要になるだけで
なく、装置の腐食対策や高級材料を使用する必要がない
等の利点を有する。
更に原料は蒸留または昇華等の操作によって容易に精製
することが出来るので本発明方法によって得られた生成
物は極めて高い純度の物である。
また得られた生成物は従来法の様に塩化アンモニウムの
除去が必要で無いのでそのまま成形、焼結工程へ供給す
ることが出来るという利点を有する。しかもこの工程の
条件により結晶化の割合を制御することが出来るのみな
らず、得られた結晶質微粉末はα相の含有量が高いもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明方法においては、原料としては一般式が(1)一
般式が、R2□z(Si)−(式中、Rは少なくとも一
個が水素原子であり、他が水素原子、アルキル基、アリ
ル基、またはフェニル基である、但しRが同時に水素で
ある場合を除く、nは1〜4の正数である)で示される
SiH結合を有するシラン化合物またはポリシラン化合
物、或いは一般式がR3S i +R”−R2Si六R
(式中Rはその少なくとも一個が水素原子であり、他が
水素原子、アルキル基、アリル基、またはフェニル基で
ある、R′ はメチレン基、エチレン基またはフェニレ
ン基、mは1〜2の正数でである)で示されるSiH結
合を有するポリカルボシラン化合物または(2)一般式
が(1)と同シであるが、SiH結合を有しないポリシ
ラン化合物、またはポリカルボシラン化合物が用いられ
る。
これらの化合物としては例えば次の様なものがCH3−
5iQ−Si−CH3、 等があげられる。
これらの原料は通常の蒸留や昇華なとにより極めて高純
度に生成される。また気相反応へ供給する場合、これら
の原料が2種以上混合されていてもさしつかえない。
これらの原料はあらかじめガス化させて反応管へ導き、
同時にNH3をR2、Ar、 Heなどの不活性または
非酸化性ガスと混合して供給される。
NH,の量は用いる原料によって異なるが通常は珪素化
合物に対して1〜50倍で供給するのが適当である。
有機珪素化合物とアンモニアの高温での反応については
明らかではないが、NH3が1000℃以上では急激に
分解すること、及びNl(、の代わりにN2を使用する
と窒化が進行しないこと、更に反応のオフガス分析から
炭化水素類が検出されることからNH3の分解により生
成するNHあるいはNN2等の活性種がケイ素を攻撃し
、連鎖的に反応が進行するものと考えられる。
従って使用するN)!3 ffiの少ない場合は生成物
中に炭素が混入して来る様になるので好ましくない。
また多すぎる場合はいたずらにNH,を消費することに
なり経済的に好ましくない。またN2を同伴させること
は、加水素分解により珪素化合物中の炭素成分をメタン
、エタン等の炭化水素として系外へ排出するのに有効で
あり、不活性なArやHe等のガスは反応における原料
の分圧を変化させたり、反応時間を制御するために重要
である。
本発明方法において、反応温度は800℃〜1500℃
の範囲で選択するのが適当であり、800 ’Cより低
いときには反応の進行が不充分であるために生成量が低
く、逆に1500℃を超える場合は、装置上の制約と多
大のエネルギーを要するために経済的でない。原料ガス
の分圧及び反応時間は生成物の粒径や収率等を考慮して
決められるが、原料ガスの分圧は0.01〜数atm 
、反応時間は120〜0.01sec、で実施するのが
好ましい。
これらの値より原料ガスの分圧が低(、反応時間が長い
場合は反応装置が不必要に大型化して工業的には不利と
なり、逆にこれらの値より反応分圧が大きかったり2反
応時間が短くなる場合は実質的に反応が進行しなかった
り、または生成物中に炭素量が多くなったりする場合が
あるので好ま  ゛しくない。
具体的な実施方法としては、例えば原料が液体の場合に
は所定の液量を予熱器に導入してガス化させ、所定量の
アンモニア及び不活性ガスあるいは非酸化性ガスとを十
分に均一に混合したのち、外部加熱式の反応管へ導く、
反応管の形式は空塔あるいは充填塔式の流通型が用いら
れるが、ガス    ”の流れが脈動あるいは乱脈にな
らず均一に加熱される構造とすることが生成微粉末の均
一性を得るために重要である。
生成した微粉末は冷却後、捕集器へ導かれるが塩化アン
モニウムの副生かないので、この場合の集塵器としては
通常用いられている濾過方式の集塵器、電気集塵器、サ
イクロン等を適宜用いることが可能である。
この様にして得られた生成微粉末はX線回折ではピーク
が認められない非晶質かあるいはわずかにピークが認め
られる部分的に結晶化した非晶質であり、粒径のそろっ
た0、5μm以下の球状粒子である。また炭素成分は焼
結体製造にとって悪影響を及ぼさない程度にしか含まれ
ないものである。
通常はこの窒化珪素微粉末を何等の工程も経ずにそのま
ま成形、焼結工程へと供給するが、必要に応じて更に焼
成をおこない結晶化することも可能である。
結晶化の際の雰囲気はNz 、NH:l 、Hz 、A
r、He等の不活性または非酸化性ガスが使用される。
焼成温度は1200°C〜1600℃である。焼成時間
は結晶化度によっても異なるが、通常は0.5〜5時間
である。焼成の具体的実施方法については特に制限はな
く、前記生成物を坩堝または流通式反応管に充填し、非
酸化性ガスを流通させる方法が行われる。
こうして得られた結晶質の窒化珪素微粉末は極めて高い
α相を有しており、加熱条件及び雰囲気ガスにより、球
状、ウィスカー、塊状等に変化し得るものである。
以下本発明方法を更に詳しく述べるが、本発明はこれら
の実施例のみに限定されるものではない。
〔実施例〕
実施例1゜ 電気炉中に設置された内径25R1長さ700 mmの
高純度アルミナ質反応管と反応管出口部に取りつけた反
応生成物捕集器とからなる装置を用い1200℃の温度
に保持した。予め予熱器によりガス化せしめたテトラメ
チルジシランとNH,及びAr  (体積比2.0  
: 16.6 : 1.9)とを良く混合したのち1反
応管式口部から吹き込み反応させた。
捕集器に捕集された微粉末は、X線回折では非品質であ
り、粒径が0.3 ミクロン以下の球状粒子であった。
次にこの生成物を高純度アルミナ管に充填してAr雰囲
気下1500℃に加熱されている電気炉中で2時間熱処
理を行った。
得られた微粉末はX線回折ではα−Si、N、が95%
であり、β−5i3N4が5%であった。
実施例2゜ 実施例1と同一の実験方法で、ヘキサメチルジシランと
NH,及びAr(体積比0.7:11:5) とをよく
混合したのち反応させた。
捕集器に捕集された生成微粉末は実施例1と同様に非晶
質であり2粒径が0.3 ミクロン以下の球状の粒子で
あった。
実施例1と同一の実験方法で、Ar雰囲気下1500℃
で3時間熱処理を行った。得られたもののX線回折では
α−5iJ4100%、β−5iJnが0%であった。
〔発明の効果〕
以上の実施例から明らかように、本発明方法によれば気
相反応のプロセスにおいて人手が容易であり、しかも安
価な有機珪素化合物を原料とすることにより、塩化アン
モニウムを副生ずることなく高純度な窒化珪素微粉末を
製造することが可能である。
手続補正書 昭和60年5月10日 昭和59年特許願第238034号 2、発明の名称 窒化珪素微粉末の製造方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸の内二丁目5番2号名称 三菱
瓦斯化学株式会社 代表者 長野和書 4、代理人 住所 東京都千代田区丸の内二丁目5番2号5゜補正の
対象 明細書 6、補正の内容 野〕を〔産業上の利用分野〕と補正する。
(2)明細書第3頁第2行目の〔産業上の利用分野〕を
削除する。
(3)明細書第9頁第4行目の「一般式が」を削除する
。
(4)明細書第10真下から第11行目の「昇華なと」
を「昇華など」に補正する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式が、R_2_n_+_2(Si)_n(式
    中、Rは少なくとも一個が水素原子であり、他が水素原
    子、アルキル基、アリル基、またはフェニル基である、
    但しRが同時に水素である場合を除く、nは1〜4の正
    数である)で示されるSiH結合を有するシラン化合物
    またはポリシラン化合物、或いは一般式が▲数式、化学
    式、表等があります▼(式中Rはその少なくとも一個が
    水素原子であり、他が水素原子、アルキル基、アリル基
    、またはフェニル基である、Rはメチレン基、エチレン
    基またはフェニレン基、mは1〜2の正数てである)で
    示されるSiH結合を有するポリカルボシラン化合物ま
    たは
  2. (2)一般式が(1)と同じであるが、SiH結合を有
    しないポリシラン化合物、またはポリカルボシラン化合
    物をアンモニアの存在下で気相反応させることを特徴と
    する窒化珪素微粉末の製造方法
JP23803484A 1984-03-22 1984-11-12 窒化珪素微粉末の製造方法 Pending JPS61117108A (ja)

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JP23803484A JPS61117108A (ja) 1984-11-12 1984-11-12 窒化珪素微粉末の製造方法
US06/712,036 US4594330A (en) 1984-03-22 1985-03-15 Fine amorphous powder and process for preparing fine powdery mixture of silicon nitride and silicon carbide
DE19853510264 DE3510264A1 (de) 1984-03-22 1985-03-21 Amorphes feinteiliges pulver und verfahren zur herstellung einer feinteiligen pulvermischung aus siliciumnitrid und siliciumcarbid

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5134097A (en) * 1989-06-01 1992-07-28 Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc. Silicon nitride-silicon carbide composite material and process for production thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5134097A (en) * 1989-06-01 1992-07-28 Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc. Silicon nitride-silicon carbide composite material and process for production thereof

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