JPS62210048A - 非酸化物粉末の製造方法 - 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】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、非酸化物粉末の連続製造方法に関し、特に窒
化けい素、炭化けい素、窒化硼素、窒化アルミニウム、
サイアロン等の非酸化物セラミックス粉末の製造方法に
関する。

ｂ、　従来の技術 一般に、前記の如き非酸化物粉末の製造に際しては、Ｎ
２又は不活性ガス等の非酸化性ガス中において、１３０
０〜１８００℃程度の高温下で、原料を反応させる必要
がある。かかる条件を満足しながら製造する方法として
は、すでに ｉｌ＋　　耐火物で形成された竪型反応室内部に非酸化
性ガスを通し、該反応室に原料を充填降下させ、１１１
記反応室の両側に配設した燃焼室によって外部から加熱
するように構成された竪型炉を使用する方法、 （２）　　カーボン管と酸化防止用保護管の二重管を重
油ガスバーナ等で外熱加熱を行い、二重管に非酸化性ガ
スを通ず構造をもつ外熱式回転炉を使用する方法、 （３）　　カーボン管の囲りを断熱材で被った回転体の
中に棒状ヒーターを配置し、回転体中に非酸化性ガスを
ｉｆ！ｌず構造をもつ内熱式回転炉を使用する方法、 （４）　　上部に原料導入部、下部に多孔質ガス導入部
を配したカーボン類の反応容器全体を誘導加熱する構造
を有した窒化けい素の製造ｖｉ置を使用する方法等が提
案されている。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 しかし、従来の方法には下記の欠点があ；た。

方法［１１では原料が充填された反応室に非酸化性ガス
を通すため、該ガスを原料全体に均一に流すことが困難
であり、未反応の酸化物が残存したり、中間生成物が生
成したりして均一な品質の製品を製造することが困難で
ある。

方法＋２１．　ｆ３１では、原料を撹拌しながら反応さ
せるので、均一な被酸化物粉末が製造できるが、粉体床
の厚さが５０１程度以上になると原料へのガスの拡散が
しにくくなり、未反応物が残存しやすくなるので、粉体
床の厚さに制限があり、大量に製品を製造するためには
大規模な装置が必要となり、設０１ｎ費、運転費が大き
くなると共に、非酸化性ガスを過剰に通ず必要があるの
で、工業的生産には適さない。

方法（４）では、原料と非酸化性ガスを均一に混合して
製品を製造することができるが、原料を流動化させろた
めに大量の非酸化性ガスが必要であるとともに、例えば
窒化けい素を製造する場合、次式■、■の反応によって
窒化けい素が生成するが、反応■によって生成したＳｉ
Ｏが一部反応系外に飛散して収率が低くなる欠点がある
。

ＳｉＯ□十Ｃ−Ｓ　ｉＯ＋　ＣＯ−−−−■３ＳｉＯ＋
　３Ｃ＋　２Ｎ２→５ｉＪａ　＋３ＣＯ−一−−−−■
また上記従来技術の合成方法では、高温に熱せられた反
応ガスがそのまま反応系外に排出されるので、熱エネル
ギーのｔ置火が大きい。さらに上記従来技術の製造方法
では使用した装置の内部にカーボン類の構造物が使用さ
れている場合には、カーボンの酸化防止のために供給原
料を絶乾にしておく必要があり、また絶乾にするための
装置が必要である。

このように、従来技術による非酸化物粉末の製造方法に
は問題点が多い。

ｄ、　問題を解決するための手段 本発明は、上記従来技術の有する欠点を解消するために
なされたもので、その目的は高品質の非酸化物粉末を低
エネルギー、低コストで、かつ工業的規模で製造する方
法を提供することにあり、その要旨は複数個のガス導入
口又は板体からなる多孔質ガス導入部および任５意に開
閉できる原料排出器を底部に配した反応容器を複数段重
ねて反応部とし、該反応部の周囲に加熱器を配し、該反
応部の上側に複数個のガス導入口又は多孔質材料からな
るガス導入部を有し、かつ上部に原料供給器を設けた原
料乾燥部を配設し、かつ該反応部の下側に該反応部で生
成した生成物を冷却するための冷却部、生成物排出器；
非酸化性ガス導入管を配した構造の多段式合成装置を用
い、原料供給器から原料を投入し、これを原料乾燥部に
おいて流動又はバブリングにより乾燥してから、反応部
の反応容器へ導入し、適時反応部の原料排出器および生
成物排出器を開閉し、かつ下方よりＮ２又はＡｒ等の非
酸化性ガスを導入して、各段で原料を流動又はバブリン
グさせて、原料と非酸化性ガスを接触させ、非酸化物粉
末を順次製造することを特徴とする非酸化物粉末の製造
方法にある。

上記方法に用いる装置において、反応容器はカーボン、
炭化けい素又は窒化けい素などで形成され、加熱器はカ
ーボン又は炭化けい素を用いたヒータである。

また反応容器はこれを１３５０〜１８００℃にし、反応
ガスとしてＮｔ又はＡｒ等の非酸化性ガスを使用し、該
非酸化性ガスはその流速が該反応容器内で０．１ｃｍ　
７秒以上でかつ１００ｃｍ／秒以下とし、原料造粒品は
その平均粒径を１０μｍ〜ｌＱｍｍ以下にすることが好
ましい。

以下本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図に示すように、本装置ｌは原料乾燥部。

反応部、非酸化性ガス導入部の各段からなる。最上段は
ステンレス製の原料乾燥部２であり、これはその上部に
ロータリーフィーダー３をもつ原料供給器４とバッグフ
ィルター５へ排ガスを導入するための排気管６を取り付
け、底部に複数個のガス導入口を備えたガス導入部７と
原料排出器８を取り付けてなるものである。下段から送
り入れる予熱された非酸化性ガスによって原料を流動又
はバブリングにより乾燥してこれを絶乾とする。

二段目は反応容器９であり、これは下部に複数個のガス
導入口を備えたガス導入部１０および原料排出器１１を
備え、側面にカーボンヒーター１２を配してなる。

三段目は反応容器１３であり、これは下部に弁開閉式生
成物排出部１４および多孔質カーボンからなるガス導入
部１５を配し、側面にカーボンヒーター１６を備えてな
るものであり、上記二段、三段で反応部を構成する。

四段目はガス導入部１８であり、これはガス予熱室＋９
．　　ガス予熱室１９へのガス導入管２０および開閉弁
２１を取り付ＬＪた生成物排出ソコート２２を配してな
る。

最上段から第四段までの容器の連結部は、ガスが漏れな
いように十分シールしておく。第２図の断面図に示した
ように各反応容器及びヒーターの囲りには内側にカーボ
ンフェルト２３、外側にレンガ２４を配して各容器の断
熱をしている。レンガの外側は金属のケース２５で囲い
、ガスが漏れないように全体をシールする。

反応容器全体は枠状架台２６によって固定される。

原料は原料供給器４からロータリーフィーダー３によっ
て一定量、一定時間毎に最上段の原料乾燥部２に導入す
る。ここで原料は下段の反応容器９からガス導入部７を
通って４人された熱ガスにより流動又はバブリングによ
って乾燥し、絶乾にされる。

こうして、原料乾燥部より下段のカーボン製反応容器が
、水分によって酸化することを防ぐ。

次いで原料は排出器８を開閉することによって二段目の
反応容器９へ導入される。反応容器９内で、原料はヒー
ター１２によって加熱され、ガス導入部１０から導入さ
れるガスと均一に混合されながら反応する。反応した原
料は、原料排出器１１を開閉してさらに下段の反応容器
１３へ導入され、ガス導入部１５より導入されたガスと
均一に混合され、さらに均一に反応し、反応を完結して
生成物となる。

該生成物は生成物排出部１４の杆を上下することによっ
てガス予熱室１９に排出され、ここでガスと熱交換して
冷却されたのち開閉弁２１を一定時間毎に開閉すること
によりシュート２２より排出される。

他方、排ガスは排気管６を通ってバッグフィルター５に
入り、除塵されたのち、放出される。

上記操作を順次繰り返しながら非酸化物粉末を製造する
。

ｅ、　実施例 第１図の構造をもつ合成装置において、原料乾燥部の寸
法を６００ｎ角×２０００ｍｍ’　とし、第２段。

第３段の反応器の寸法を６００璽一角Ｘ２０００ｍｍ’
　とし、第４段のガス導入部の寸法を６００龍角Ｘ１３
００ｍｍ’とした合成装置を使用した。

シリカ：カーボン：エリア樹脂粉末−ｉ：ｏ、３ｓ：１
．０の混合原料を上記合成装置に供給して合成を試み、
通常の空気酸化で脱カーボンを行い、非酸化物粉末の製
造をし、さらにＸ線解析により生成物の同定を行った。

合成条件および同定結果は以下の通りであった。

実施例１ 合成条件； 原料供給量　　　　２０ｋｇ　／　１時間反応部の合成
温度　１４８０℃ Ｎ２ガス供給量　　　１９Ｎｍ／１時間各段の原料排出
回数１回／２．５時間 使用電力量　　　　９０に匈１１ 生成物： Ｘ線回折結果　　　α−５：ｓＮａのみ生成量　　　　
　　６．４ｋｇ／１時間実施例２ 合成条件； 原料供給１　　　２０ｋｇ　／　１時間反応部の合成温
度　１４８０　’ｃ Ｎ２ガス供給Ｉｔ　　　　１５Ｎｍ７１時間使用電力量
　　　　８２　ｋ　ｗ　ＩＩ生成物； Ｘ線回折結果　　　α−５ｉ、Ｎ４のみ生成ｌ　　　　
　　　６．４ｋｇ／　１時間上記実施例１，２の如くα
−５ｉ３Ｎ、のみの生成物が９８％の収率で得られた。

比較例Ｉ 実施例１の合成装置において第１段の原料乾燥部および
第２段の反応容器を取り外し、第３段を原料供給器に直
結して合成を試みた。

原料は実施例１，２と同じものを使用した。

合成条件； 原料供給量　　　　２０ｋｇ　／　］時間反応部の合成
温度　１４８０　℃ Ｎ２ガス供給量　　　１００Ｎイ／１時間各段の原料排
出回数１回／２．５時間 使用電力用　　　　　１３５　ｋ　ｗ　ＩＩＸ線凹析結
果　　　　α−５ｉＪ４のみ生成油　　　　　　５．１
ｋｇ／１時間実施例１．２と比較して使用電力量が多く
、収率は約８０％であった。

比較例２ Ｎ２ガス供給量２ＯＮ＋ｄ／時間とし、その他比較例１
と同じ条件で合成を試みた。使用電力量は１３０　ｋ　
ｗ　ＩＩであり、生成物は以下の通りであった。

Ｘ線回折結果　　　　（Ｘ　−５ｉｓＮ４．　ＳｉＣ，
５ｉＯｚ生成量　　　　　　　５ｋｇ／１時間 上記の如＜Ｎ、供給量が少いと、α−５！３Ｎ４＋　ｓ
ｉｃ。

ＳｉＯ□の混合物であった。

比較例３ 内径６００龍φＸ３０００１１Ｌの内熱横型キルンを使
用し、実施例１と同じ原料を使用して合成を試みた。

合成条件； 原料供給量　　　　７ｋｇ／　１時間 反応部の合成温度　１４８０℃ Ｎ２ガス供給！　　　　１１ＯＮｎ？／１時間使用電力
量　　　　１３０　ＫＷ１１ 生成物； Ｘ線回折結果　　　α−３ｉ、Ｎ、のみ生成ｔ　　　　
　　　］、８ｋｇ／１時間上記の如く生成物はα−５ｉ
Ｊ４のみであったが、使用電力量が多く、収率も７８％
であった。

比較例４ Ｎ２ガス供給量を１５Ｎｍ／１時間とし、その他比較例
３と同じ条件で合成を試みた。使用電力量１２５　ｋ　
ｍ　ＩＩであった。

生成物； Ｘ線回折結果　　　（Ｘ　　５ｉＪａ、　ｓｉｃ、　５
ｉｚＯＮｚ生成量　　　　　　１．８５ｋｇ　／　１時
間上記の如＜ＮＺガス供給量が少ないと、α−５ｉ３Ｎ
４以外にＳｉＣおよび中間生成物５ｉｚＯＮｚの混合物
であった。

ｒ、　発明の効果 以上の如く本発明に係る非酸化物粉末の合成方法による
と、 （１）縦方向に反応容器が配置されているため最上段の
容器で原料を乾燥することができ、従来の合成４Ａ置を
用いる方法のように、予め原料を絶乾にしておく必要が
なく、またそのための装置も必要としない。

（２）　　反応容器が多段であり、一度反応に使用した
ガスをそれより上部の反応容器に導入して再使用するの
で、従来の回転キルン方式、一段式流動層方式と比較し
て非酸化性ガスの使用量が大巾に少なくて済む。

（３）　　例えば窒化けい素の合成反応は■、■式に基
づいて進行するものと考えられているが、従来の同転キ
ルンを用いる方法１　あるいは一段式流動床を用いる方
法ではＳｉＯの一部が非酸化性ガスと共に系外に排出さ
れるので窒化けい素の収率は低い。一方、本発明の多段
式合成炉を用いる方法では下段の反応容器で発生したＳ
ｉＯをそれより上段の反応容器内の原料によって補集し
、再び原料として使用するので、窒化けい素の収率は著
しく高い。

（４）　　多段の反応容器内を一定時間毎、連続的に原
料を降下させながら連続的に反応させることができるた
め、従来の合成炉を用いる方法に比較して単位時間当た
りの生産猾は多い。

（５）　　原料と非酸化性ガスとが均一に混合された状
態で反応が進行するので未反応物や中間生成物が残存し
ない均一な生成物が合成できる。

（６）　　反応に使用して高温に熱せられた非酸化性ガ
スを、上段の反応および原料乾燥に再使用するので、熱
エネルギーの消費量が少い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いる非酸化物粉末の合成装置
の全体図であり、第２図は第１図Ｘ−Ｘ線による断面拡
大図である。 ２・・・原料乾燥部、　　　４・・・原料供給器、７□
１０．１５・・・ガス導入部、 ９．１３・・・反応容器、 １２、１６・・・カーボンヒータ、 １８・・・ガス導入部、　　　１９・・・ガス予熱室、
２０・・・ガス導入管、　　　２１・・・開閉弁。 第１図　　１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個のガス導入口又は板体からなる多孔質ガス導入部
   および任意に開閉できる原料排出器を底部に配した反応
   容器を複数段重ねて反応部とし、該反応部の周囲又は内
   部に加熱器を配し、該反応部の上側に複数個のガス導入
   口又は多孔質材料からなるガス導入部を有し、かつ上部
   に原料供給器を設けた原料乾燥部を配設し、かつ該反応
   部の下側に該反応部で生成した生成物を冷却するための
   冷却部、生成物排出器、非酸化性ガス導入管を配した構
   造の多段式合成装置を用い、原料供給器から原料を投入
   し、これを原料乾燥部において流動、又はバブリングに
   より乾燥してから、反応部の反応容器へ導入し、適時反
   応部の原料排出器および生成物排出器を開閉し、かつ下
   方よりＮ＿２又はＡｒ等の非酸化性ガスを導入して、各
   段で原料を流動又はバブリングさせて、原料と非酸化性
   ガスを接触させ、非酸化物粉末を順次合成することを特
   徴とする非酸化物粉末の製造方法。