JPS6272507A - サイアロン粉末の製法 - Google Patents

サイアロン粉末の製法

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JPS6272507A
JPS6272507A JP60212671A JP21267185A JPS6272507A JP S6272507 A JPS6272507 A JP S6272507A JP 60212671 A JP60212671 A JP 60212671A JP 21267185 A JP21267185 A JP 21267185A JP S6272507 A JPS6272507 A JP S6272507A
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sialon
aluminum
silicon
nitrogen
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Yasuhiko Kamitoku
神徳 泰彦
Tetsuro Kunisawa
国沢 哲朗
Takuji Takahashi
卓二 高橋
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/082Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
    • C01B21/0821Oxynitrides of metals, boron or silicon
    • C01B21/0826Silicon aluminium oxynitrides, i.e. sialons

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

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】 (産業上の利用分野) 本発明はサイアロン粉末、特にβ−サイアロン粉末の製
法に関する。
(従来技術及びその問題点) β−窒化珪素の珪素の位置にアルミニウムが、窒素の位
置に酸素が置換型固溶した物質がβ−サイアロンである
。サイアロンはSi−/1l−0−N系の化合物と固溶
体との総称であるが、通常単にサイアロンと言えばβ−
サイアロンを意味し、一般式 S i g、−1A l
z Oz No−Z (式中、2はOより大きく4.2
以下の数である。)で表される。
本明細書においては特に断らない限り、サイアロンはβ
−サイアロンを意味する。
サイアロンは高温における耐酸化性が大きく、溶融金属
又はスラグに対する耐蝕性も優れているため、サイアロ
ン粉末は各種耐火物原料として有用なものである。また
、サイアロン粉末を焼結して得られるサイアロン焼結体
は高温強度及び硬度が大きく、エンジン部品、ガスター
ビン部品あるいは切削工具として優れている。
サイアロン質粉末の製法としては、例えば以下のような
方法が知られている。
(1)天然のシリカ−アルミナ系鉱物であるカオリナイ
ト等の粘土鉱物に炭素を加え、窒素気流中で加熱するこ
とにより還元窒化する方法[窯業製会誌、工1.442
 (1983)]。
(2)シラス等のシリカ原料にアルミニウム金属を加え
、窒素気流中で加熱する方法。
(3)水酸化アルミニウムとシリカゲルとの共沈澱物を
アンモニア雰囲気下で加熱する方法[アメリカン セラ
ミック ソサイアティー ブリティン、■、191  
(1979)]。
(4)シリコンアルコキシドとアルミニウムアルコキシ
ドとの混合粉末を加水分解して得たシリカニアルミナ混
合物に炭素粉末を均一分散させ、窒素ガス雰囲気下で加
熱する方法(特開昭60−145902号公報)。
上記(1)及び(2)の方法は、天然原料を使用するた
め、多量の不純物がサイアロン粉末中に残留する欠点が
ある。(3)の方法は反応が完結いないため未反応物が
生成サイアロン粉末中に残る欠点がある。(4)の方法
では、かなり高い純度で微粒のサイアロン粉末が得られ
るが、それでも未反応の炭素が残るとか[窯業協会比、
エエ、69 (1985)参照]、任意の組成のサイア
ロン粉末を得ることが困難である【窯業協会比、エエ、
34 (1985)参照]とかの欠点があり、原料及び
プロセスの面から工業的製法としては満足のいくもので
はない。
(発明の目的及び要旨) 本発明は、高純度で微細粒状のサイアロン粉末の工業的
製法を提供することを目的とする。
本発明の要旨は、 (a)非晶質窒化珪素粉末、 (b)珪素又はアルミニウムの酸素含有化合物(以下物
質すと云うことがある)、及び (c)金属アルミニウム、窒化アルミニウム又は珪素(
以下物質Cと云うことがある) を所望のサイアロン組成になるように混合した後、混合
物を含窒素ガス雰囲気下に1300〜1800℃の温度
範囲に加熱して結晶化させることにある。
(発明の効果) 本発明によれば、高純度で微粒かつ均一粒度であって、
前記式において任意の2 (但し、2は0より大きく4
.2以下である。)を有するサイアロン単一組成の粉末
を製造することができる・本発明で得られるサイアロン
粉末は焼結性に優れており、その焼結体は、結晶質窒化
珪素粉末、アルミナ粉末及び窒化アルミニウム粉末の混
合物を焼結する従来法で得られる焼結体に比較して、均
一でむらの少ない組成を有しており、信頼性の高い構造
材料となる。
(発明の詳細な説明) 非晶質窒化珪素粉末とは、公知の方法、例えば四ハロゲ
ン化珪素とアンモニアとを液相又は気相で反応させた反
応生成物をさらに加熱処理して得られる物質であり、通
常のX線回折によって明確な回折現象が現れない、所謂
非晶質の粉末である。
上記反応生成物の加熱処理の条件によっては、X線回折
で僅かに回折現象が現れる粉末も得られるが、このよう
な粉末も本発明における非晶質窒化珪素粉末に包含され
る。
珪素の酸素含有化合物の例としては、シリカ、シリカ含
有物、シリカ前駆体、例えばシリコンアルコキシドが挙
げられ、中でも非晶質のシリカが好ましく使用される。
アルミニウムの酸素含有化合物の例としては、アルミナ
、アルミナ含有物、アルミナ前駆体、例えば水酸化アル
ミニウム、アルミニウムアルコキシドが挙げられ、中で
もアルミナが好ましく使用され、特にγ−アルミナのよ
うに1000℃以上の高温で熱処理されていないアルミ
ナが最も好ましく使用される。
珪素又はアルミニウムの酸素含有化合物は粉末状である
ことが望ましい。再化合物は単独で使用しても良く、併
用しても良い。
金属アルミニウム、窒化アルミニウム又は珪素も粉末状
であることが望ましい。これらの物質は単独で使用する
こともでき、併用することもできる。
本発明において、珪素又はアルミニウムの酸素含有化合
物はサイアロン中の酸素を供給する働きをし、金属アル
ミニウム又は珪素は、結晶化の途中で含窒素ガス雰囲気
から窒素を吸収して、非晶質窒化珪素粉末に基づく窒素
と共にサイアロン中の窒素を供給し制御する働きをする
ものとあ考えられる。
非晶質窒化珪素粉末、物質す及び物質Cの配合割合は、
混合された粉末の全珪素、全アルミニウム及び全酸素が
、目的とするサイアロン組成となるような割合であれば
良い。
非晶質窒化珪素粉末、物質す及び物質Cを混合する方法
については特に制限はなく、それ自体公知の方法、例え
ば、王者を乾式混合する方法、不活性液体中で王者を湿
式混合した後、不活性液体を除去する方法等を適宜採用
することができる。
混合装置としては、■型混合機、ボールミル及び振動ボ
ールミルが好ましく使用される。王者の混合物の別の調
製方法としては、非晶質窒化珪素粉末の前駆体、例えば
シリコンジイミド又はシリコンテトラミドに物質す及び
物質Cを混合分散させ、この分散物を加熱処理する方法
も採用することができる。上記各種の調製方法において
は、非晶質窒化珪素粉末あるいはその前駆体は酸素、水
に対して極めて敏感であるので、制御された不活性雰囲
気下で取り扱う必要がある。
非晶質窒化珪素、物質す及び物質Cの混合物を、含窒素
ガス雰囲気下に加熱して、結晶化されたサイアロン粉末
を得る。
含窒素ガス雰囲気の例としては、窒素ガス、アンモニア
の雰囲気、これらを含有するアルゴン雰囲気などがある
加熱温度は1300−1800℃である。加熱温度が1
300℃より低いと、結晶化に長時間を要して工業的で
はなく、加熱温度が1800℃を超えると、−酸化珪素
などの分散飛散が起こり、所望のサイアロン組成からず
れた粉末が生成するので好ましくない、加熱時間は通常
20時間以下である。
混合粉末の加熱時に使用される加熱炉については特に制
限がなく、例えば、高周波誘導加熱方式又は抵抗加熱方
式によるバッチ式炉、ロータリー炉、流動他炉、ブツシ
ャ−炉などを使用すること   ゛ができる。
本発明で得られるサイアロン粉末は、−次粒子の大きさ
が0.2〜2μで微細かつ均一粒度の粉末である。
(実施例) 以下に実施例を示す。
実施例1 シリコンジイミドを1200℃で熱処理して得た非晶質
窒化珪素粉末127.6g、γ−アルミナ(比表面積:
100イ/g)38.8g及び金属アルミニウム粉末(
比表面積1.3rrf/g)16.0gを窒素ガス−雰
囲気下、振動ミルで1時間混合した。この混合粉末をカ
ーボン製ルツボに充填して高周波誘導炉にセットし、窒
素ガス雰囲気下で、室温から1200℃までを1時間、
1200℃から1400℃までを4時間、さらに140
0℃から1600℃までを2時間の昇温スケジュールで
加熱することによって結晶化させた。
得られた粉末を調べたところ、−次粒子の大きさは0.
3〜0.6μで揃っており、X線回折でもβ−サイアロ
ンであることが確認された。各元素の分析値を第1表に
示すが、目的とした組成のサイアロン粉末が得られてい
ることがわかる。尚、不純物である鉄は180ppm、
カルシウムは200pp−であった。
実施例2 原料混合物の組成を第1表に記載のように変えた以外は
実施例1と同様の方法を繰返した。得られた粉末の一次
粒子径は0.4〜0.7μで、X線回折でもβ−サイア
ロンであることが確認された。
各元素の分析値を第1表に示す。
実施例3 原料混合物の配合割合を第1表に記載のように変え、さ
らに結晶化の昇温スケジュールを、室温から1200℃
までを1時間、1200℃から1400℃までを6.7
時間、1400℃から1700℃までを3時間に変えた
以外は実施例1と同様の方法を繰返した。得られた粉末
の一次粒子径は0、2〜0.5μで、X線回折でもβ−
サイアロンであることが確認された。各元素の分析値を
第1表に示す。
味 滞で一〜禦 桃JiA艮 、。
実施例4 非晶質窒化珪素粉末116.7g、300℃で熱処理し
たシリカゲル(比表面積:320rrr/g)16、8
 g及び金属アルミニウム15.1 gを実施例1と同
様にして振動ミルで混合した。この組成はZ m lの
サイアロンを目標とするものである。混合粉末を実施例
3におけると同様にして加熱した。
得られた粉末は一次粒子径が0.2〜0.5μのβ−サ
イアロン粉末であった。この粉末の各元素の分析値(重
置%)は以下のとおりであった。
川−孟ヱ土ま三立人 鼠−1亘−1 実測値 49.0   9.6    5,9 35.
5理論値 49.8   9.6    5.7 34
.9実施例5 非晶質窒化珪素粉末198.1 g、珪素粉末29゜8
g、γ−アルミナ21.3g及び金属アルミニウム16
.1 gを実施例1と同様にして振動ミルで混合した。
この混合物を実施例1におけると同様にして加熱した。
得られた粉末は一次粒子径が0.5〜1.0μのβ−サ
イアロン粉末であった。この粉末の各元素の分析値(重
量%)は以下のとおりであった。
珪−棗 ヱ四土三文人 鼠−1皇−1 実測値 49.7   9.9    5,8 34.
6理論値 49.8   9.6    5,7 34
.9実施例6 金属アルミニウム粉末に変えて窒化アルミニウム24.
3 gを使用した以外が実施例1と同様の方法を繰返し
た。得られた粉末は一次粒子径が0.3〜0.6μのβ
−サイアロン粉末であった。この粉末の各元素の分析値
(重量%)は以下のとおりであった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)非晶質窒化珪素粉末、 (b)珪素又はアルミニウムの酸素含有化合物、及び (c)金属アルミニウム、窒化アルミニウム又は珪素 を所望のサイアロン組成になるように混合した後、混合
    物を含窒素ガス雰囲気下に1300〜1800℃の温度
    範囲に加熱して結晶化させることを特徴とするサイアロ
    ン粉末の製法。
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