JP2000159512A

JP2000159512A - 窒化珪素粉末

Info

Publication number: JP2000159512A
Application number: JP10335840A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Yamada; 哲夫山田; Takeshi Yamao; 猛山尾; Koji Shibata; 耕司柴田
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2000-06-13
Anticipated expiration: 2018-11-26
Also published as: JP4013372B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度で特性のバラツキの少ない焼結体が安定
して得られる易焼結性の窒化珪素粉末を提供する。【解決手段】比表面積が４〜２５ｍ² ／ｇで、酸素含有
量が０．７〜２．０ｗｔ％である窒化珪素粉末であっ
て、該窒化珪素粉末中に存在する、２５μｍ以上の粗大
粒子並びに凝集粒子及び／又は融着粒子の重量分率が１
０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度、高信頼性
の窒化珪素質焼結体が安定して得られる易焼結性の窒化
珪素粉末に関する。構造用セラミックスである窒化珪素
は、強度、靭性、耐熱衝撃性などの機械的特性や耐熱
性、耐食性などの種々の特性に優れた材料として、切削
チップ、エンジン部品、ガスタービン部材、鋳造用ノズ
ル、軸受け部材等に利用されている。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】窒化珪素質焼結体の製造原
料である窒化珪素粉末の製造法としては、（１）金属珪
素の直接窒化法、（２）シリカ還元窒化法、（３）シリ
コンジイミドの熱分解法が知られている。これらの方法
で製造される窒化珪素粉末は、焼結体の機械的特性や耐
熱性などの特性を向上させるために、近年何れも高純
度、超微粉、高α相含有等に改善され、金属不純物量や
酸素含有量或いは粒子径・比表面積などの特性において
は同程度の粉末が製造されるようになってきた。

【０００３】一般に、窒化珪素質焼結体の機械的特性や
耐熱性などの特性は、原料の窒化珪素粉末中に存在する
粗大な一次粒子や凝集粒子及び／又は融着粒子等の粗大
粒子の影響を大きく受けることが知られている。（１）
の方法で製造された粉末は、直接窒化反応時に生成する
粗大粒子の未粉砕粒子を多く含み、（２）の方法で製造
された粉末は、原料のシリカ粉末の融着による粗大粒子
を多く含み、（３）の方法で製造された粉末は、微粒子
の凝集による粗大粒子を多く含んでいる。

【０００４】この窒化珪素粉末中の粗大な一次粒子や凝
集粒子及び／又は融着粒子等の粗大粒子は硬く、焼結体
作製工程における原料調製時の乾式或いは湿式のボール
ミル混合粉砕では解砕或いは粉砕することが難しい。窒
化珪素質焼結体は、焼結助剤を添加した混合粉末の成形
体を焼結することにより得られている。窒化珪素粉末と
焼結助剤との混合は、通常湿式ボールミル混合によって
行なわれている。したがって窒化珪素粉末中の粗大粒子
は焼結助剤との混合粉末中にそのまま残存する。残存す
る粗大粒子は、通常は焼結助剤混合スラリーから開孔径
５０μｍ前後の篩を用いて取り除かれる。篩の開孔径
は、５０μｍより小さい場合は篩の目詰まりが急激に増
えることから小さくても２５μｍ程度である。通常は作
業性を考慮して４５μｍ程度の篩が用いられている。つ
まり、窒化珪素質焼結体の製造原料である窒化珪素粉末
において、高強度で特性のバラツキの少ない焼結体が安
定して得られる易焼結性の窒化珪素粉末を提供するため
には、窒化珪素粉末中の５０μｍ以下の粗大な一次粒子
や凝集粒子及び／又は融着粒子等の粗大粒子量を一定値
以下に制御する必要がある。

【０００５】この窒化珪素粉末中の粗大な一次粒子や凝
集粒子及び／又は融着粒子等の粗大粒子の含有量は、走
査型電子顕微鏡写真及び透過型電子顕微鏡写真により一
次粒子の大きさ、状態を定性的に測定するか、或いは遠
心沈降光透過法、Ｘ線透過法、光散乱法、レーザー回折
法、コールターカウンター法等の粒度分布測定器による
粒度分布測定等により定量されてきた。しかしながら、
走査型または透過型電子顕微鏡写真による粗大粒子の測
定は、極微小部分の測定であり再現性に欠け、凝集粒子
の粒子径分布の判定も困難で定量的な測定ができなかっ
た。また、各粒度分布測定装置による粗大粒子の測定
は、主に二次粒子の測定であり、しかも測定限界が％単
位であることから、０．１％以下の少量の粗大粒子量を
再現性良く測定することが困難であった。このため、こ
れらの粗大粒子量を低減して高強度で特性のバラツキの
少ない焼結体が安定して得られる易焼結性の窒化珪素粉
末を製造すること自体が検討できないという問題があっ
た。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記課題を解決するために窒
化珪素粉末中の粗大粒子量の測定法を検討し、この結果
に基づき高強度で特性のバラツキの少ない焼結体が安定
して得られる易焼結性の窒化珪素粉末を提供することを
目的としている。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明者等は、従来定
量的な測定が困難であった５０μｍ以下の粗大な一次粒
子や凝集粒子及び／又は融着粒子等の粗大粒子量の測定
法として、高精度な篩分け法を用いた測定法を採用し、
これにより、高強度で特性のバラツキの少ない焼結体を
安定して製造することができる窒化珪素粉末を得ること
ができた。

【０００８】即ち、本発明は、比表面積が４〜２５ｍ²
／ｇで、酸素含有量が０．７〜２．０ｗｔ％である窒化
珪素粉末であって、該窒化珪素粉末中に存在する、２５
μｍ以上の粗大粒子並びに凝集粒子及び／又は融着粒子
の重量分率が１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る窒化珪素粉末に関するものである。

【０００９】本発明の窒化珪素粉末は、比表面積が４〜
２５ｍ² ／ｇである。比表面積が４ｍ² ／ｇ未満の窒化
珪素粉末中には、粒成長した粗大粒子の割合が増加し、
比表面積が２５ｍ² ／ｇ超の窒化珪素粉末には、微粒子
の凝集、融着による粗大粒子が増加する。また、比表面
積は、焼結性及び焼結体特性を支配する重要な因子であ
り、比表面積が４ｍ² ／ｇ未満の場合には、緻密化が難
しくなり、高密度な焼結体が得られない。比表面積が２
５ｍ² ／ｇを超えると、得られる窒化珪素質焼結体の強
度のバラツキが増大して、信頼性が低下する。さらに、
本発明の窒化珪素粉末は、酸素含有量が０．７〜２．０
ｗｔ％である。比表面積と同様に、窒化珪素粉末の酸素
含有量は、焼結性及び焼結体特性を支配する重要な因子
であり、酸素含有量０．７ｗｔ％未満の場合には、緻密
化が難しくなり、高密度な焼結体が得られない。酸素含
有量が２．０ｗｔ％を超えると、得られる窒化珪素質焼
結体の高温強度、破壊靭性が低下する。

【００１０】また、本発明の窒化珪素粉末は、α分率が
８５％以上であることが望ましい。α分率が８５％未満
の高β分率の窒化珪素粉末は、結晶化温度が１５５０℃
以上の高温に達する場合に生成し、この高温下では、窒
化珪素粒子は粒成長、融着及び凝集し易くなり、粗大粒
子が増加する。

【００１１】さらに、本発明の窒化珪素粉末は、窒化珪
素粉末中に存在する、２５μｍ以上の粗大な一次粒子並
びに凝集粒子及び／又は融着粒子の重量分率が１０００
ｐｐｍ以下、好ましくは８００ｐｐｍ以下である。ま
た、１０μｍ以上の粗大粒子並びに凝集粒子及び／又は
融着粒子の重量分率が２０００ｐｐｍ以下、好ましくは
１５００ｐｐｍ以下であり、さらには５μｍ以上の粗大
粒子並びに凝集粒子及び／又は融着粒子の重量分率が３
０００ｐｐｍ以下、好ましくは２１００ｐｐｍ以下であ
ることが好ましい。窒化珪素粉末中の２５μｍ以上の粗
大粒子の重量分率が１０００ｐｐｍよりも多く存在する
と、窒化珪素の焼結過程において窒化珪素粒子が焼結助
剤等からなる粒界相に溶解する際の溶解速度のずれ、遅
れを生じ、緻密化の進行を妨げる。また、緻密化の際に
粗大粒子を核にした粒成長が進み、異常な粒成長部分を
持つ焼結体組織となり、異常粒成長部分の周囲にマイク
ロクラックを生じて、焼結体の強度を低下させる。窒化
珪素粉末中の２５μｍ以上の粗大粒子の重量分率が１０
００ｐｐｍ以下の場合は、粒界相への窒化珪素粒子の溶
解速度が均一で速く、焼結体組織が均一となり、高強
度、高信頼性な窒化珪素質焼結体となる。

【００１２】一方、窒化珪素粉末は、どの製造法におい
ても、電気炉中１４００〜１７００℃で焼成することに
より製造されている。電気炉の炉材（ヒーター、断熱
材、炉心管、炉床板等）としては、通常、炭素質物質を
使用するため、得られる製品粉末中には、不可避的に炭
素が混入してくる。この混入した炭素質物質は粗大な凝
集体に成長するため、２５μｍ以上の粗大粒子並びに凝
集粒子及び／又は融着粒子に含有される炭素量は数ｗｔ
％と多くなる。このように炭素含有量が高濃度になる
と、炭素は焼結過程において添加した酸化物助剤と反応
してＣＯガスとなって揮散するため、得られる焼結体中
に多数の粗大な気孔が残存することになる。したがっ
て、本発明の窒化珪素粉末中に存在する、２５μｍ以上
の粗大粒子並びに凝集粒子及び／又は融着粒子の炭素含
有率は５．０ｗｔ％以下、好ましくは、２．５ｗｔ％以
下であることが好ましい。２５μｍ以上の粗大粒子並び
に凝集粒子及び／又は融着粒子の炭素含有率が５．０ｗ
ｔ％以下であれば、焼結体中の粗大気孔は著しく減少
し、焼結体の機械的特性や耐熱性、耐食性にほとんど影
響を及ぼさなくなる。

【００１３】また、１０μｍ以上の粗大粒子並びに凝集
粒子及び／又は融着粒子の炭素含有率が４．０ｗｔ％以
下、好ましくは、２．０ｗｔ％以下、さらには、５μｍ
以上の粗大粒子並びに凝集粒子及び／又は融着粒子の炭
素含有率が３．２ｗｔ％以下、好ましくは、１．６ｗｔ
％以下であることが好ましい。窒化珪素粉末中の炭素含
有異物は、焼結後に粗大気孔として焼結体中に残存し、
これが破壊の起点となる。窒化珪素粉末中に存在する２
５μｍ以上の炭素含有異物量が多くなると、得られる焼
結体中に特に低強度な欠陥部が生成し、強度試験におけ
るバラツキが増大する。強度測定データをワイブル統計
により解析した場合には、ワイブル係数が低下すると共
に、低強度側に異常データ点を生じ、解析自体の信頼性
が無くなる。もちろん、材料としての信頼性も欠如す
る。また、１０〜２５μｍおよび／または５〜１０μｍ
の炭素含有異物量が多くなると、同様に焼結体中に低強
度な欠陥部が多数生成する。この場合には欠陥部の寸法
はやや小さいものの、欠陥の数量が多いため、平均強度
も低下し、バラツキも増大する。ワイブルプロット上で
は特に低強度な異常データ点は生じないが、ワイブル係
数は低下し、材料としての信頼性は低下する。

【００１４】本発明における粗大粒子量の測定は、以下
に示す粉末中の微量の粗大粒子の抽出方法及び抽出され
た粗大粒子の重量測定法により行った。まず、５００ｍ
ｌのテフロンビーカーに粉末試料２０ｇを採集し、これ
にヘキサメタリン酸ナトリウム（ＮａＨＭＰ）０．０１
ｗｔ％を添加した超純水（イオン交換後、蒸留し、さら
に孔径０．１μｍのフィルターを通過させたもの）２０
０ｍｌを加えて粉末を懸濁させ、テフロン製スプーンで
攪拌しながら、超音波を１０分間照射して、分散させ
る。次いで、分散スラリーを吊り下げ型の電磁振動ふる
い器に取り付けた所定の目開き（５μｍ、１０μｍ、２
５μｍ）のナイロン製篩を通過させる。ナイロン製篩
は、着脱式の型枠に固定し、超音波洗浄器の水面から約
５mm上の部分に設置し、超音波洗浄を併用して、目詰ま
りなく篩操作ができるようにする（水の表面張力によ
り、超音波洗浄器の水面は、ナイロン製篩の篩面に吸い
付く）。

【００１５】次に、篩面をＮａＨＭＰ０．０１ｗｔ％を
添加した超純水５００ｍｌで１０〜３０回洗浄した後、
篩を取り出し、型枠をはずして、ナイロン製篩のみを取
り出す。これを折ってφ６０×３０mmの秤量瓶に入れ
る。秤量瓶（ナイロン製篩と抽出粗大粒子の入ったも
の）を乾燥器で１２０℃、３０分間乾燥した後、デシケ
ーター中で２時間放冷する。温度一定の恒温室内に設置
された精密天秤の天秤室内に、秤量瓶を１５分間放置
し、温度を一定にした後に、秤量瓶の重量を測定する。
重量は５回測定し、その平均値を採用する。また、ナイ
ロン製篩上の残さを回収した後、超純水中で超音波洗浄
して、付着物を完全に取り除き、これを秤量瓶に入れ
て、同様の操作で重量を測定し、前記の測定値から差し
引く。これにより、安定した精密重量測定を実施できる
ようになった。

【００１６】次に、本発明の窒化珪素粉末を製造する方
法について説明する。本発明の窒化珪素粉末は、金属珪
素粉末の直接窒化法、シリカ粉末の還元窒化法、イミド
分解法等により、粗大粒子および炭素含有異物を低減す
る条件で製造された粉末を、解砕処理した後、さらに分
級装置で分級することにより製造される。窒化珪素粉末
中の粗大粒子量および炭素含有異物を容易に低減できる
という点では、イミド分解法が最も適している。

【００１７】イミド分解法では、例えば、イミド中に残
存するトルエンの量を０．４ｗｔ％以下に、イミドの比
表面積を５００〜９００ｍ² ／ｇに、軽装密度を０．０
３５〜０．０７５ｇ／ｃｍ³ に調整し、１４００〜１７
００℃の温度条件下で結晶化させることにより結晶質窒
化ケイ素粉末を製造する。次いで、前記の焼成により得
られた結晶質窒化ケイ素粉末を、酸素を４〜３０％含有
し、残部が不活性ガスからなる雰囲気中でミル処理す
る。雰囲気ガスとしては、酸素を４〜３０％含有し、残
部が窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスからなる
雰囲気であればよく、例えば、空気雰囲気が好ましく用
いられる。ミル処理方法としては、特に制限はなく、通
常用いられるミル処理装置、例えば、振動ミル、アトラ
イター等が用いられる。このミル処理により焼成時に起
こった粒子間の融着や凝集を壊すことができる。

【００１８】金属珪素粉末の直接窒化法では、例えば、
α相分率７０％以上及び比表面積１０ｍ² ／ｇ以上の窒
化ケイ素粉末を比表面積１０ｍ² ／ｇ以上及び酸素含有
量２．０重量％以下の金属珪素粉末に５〜２０重量％添
加混合し、混合物を、水素ガスと窒素ガスとの混合雰囲
気下あるいはアンモニアガスと窒素ガスとの混合雰囲気
下、昇温速度５〜２５℃／ｈで１４００〜１６００℃ま
で昇温することにより、窒化珪素のインゴットを得る。
得られたインゴットを１５００〜１７００℃で熱処理し
た後、常法により、粗砕、中砕し、さらに、ボールミ
ル、振動ミル、ジェットミル、アトライターミル、パー
ルミル等で湿式または乾式粉砕して粒度を調整する。粉
砕の際に混入した不純物を無機酸（例えば、フッ化水素
酸と硫酸との混合物）で処理して、溶解除去した後、乾
燥処理して窒化珪素粉末を製造する。アトライター粉砕
を例にとれば、粉砕時間を０．８時間以上にして十分に
粉砕し、酸処理後のろ過ケーキの乾燥を１００℃以下の
温度で行うことにより、粗大粒子量の少ない窒化珪素粉
末を製造することができる。

【００１９】シリカ還元法では、例えば、比表面積１０
ｍ²／ｇ以上の窒化珪素粉末、比表面積１００ｍ²／ｇ以
上のシリカ粉末及び比表面積５０ｍ²／ｇ以上のカーボ
ンブラックとを一定の割合で混合したものを原料とし、
これを窒素ガス気流中で加熱することにより、窒化珪素
粉末を製造する。また、シリカ１重量部に対して、カー
ボン２重量部以上、窒化珪素０．１重量部以上を添加し
て、湿式で均一混合した後、造粒したものを原料として
使用し、焼成温度を１４５０℃以下に設定すると共に、
生成粉末の大気中加熱による脱炭処理温度を６８０℃以
下に設定して、４時間以上かけてゆっくり脱炭すること
により、粗大粒子量の少ない窒化珪素粉末を製造するこ
とができる。この方法により製造された窒化珪素粉末
は、ナイロン製の振動ミルにより軽く解砕処理して、所
望の特性の粉末を得る。

【００２０】次に、上記の粗大粒子及び炭素含有異物を
低減する条件で製造された粉末を、分級装置で分級す
る。風力分級機は、強制渦中に浮遊した粒子を、遠心力
と流体抗力の差によって微粒子と粗粒子に分離する装置
である。本発明で使用した風力分級機では、導入空気は
ローターとローターリングの隙間から高速の気流となっ
て流入し、分散ゾーンに入る。一方、原料投入口より供
給された粉体は、空気の流れに乗った状態で、高速気流
による剪断力を受けると共に、分散羽根と分散円板の作
用により均一に分散されながら分級室に送り込まれる。
ここで、個々の粒子は回転流により外方向に働く遠心力
と、半径方向に流れる空気流による内方向に向かう空気
抗力とを受ける。風力分級において分離される粒径は、
粒子に働く遠心力と空気抗力との釣り合いによって決ま
る。即ち、粗粒子はより大きな遠心力を受け、微粒子は
空気抗力の影響を大きく受けて、それぞれ異なる軌跡を
描いて移動する。分級される粗粒子は遠心力によって分
級ローターの外側に飛ばされ、ローターリング内壁に到
達した後、ローターリングの粗粉排出口を経て、エアー
シール状態で取り出される。微粒子は空気流と共に分級
ローターの内部に送り込まれ、分散羽根によって整流さ
れた空気流に乗って、分級ローター、バランスロータ
ー、ケージングを通り、ローター中心部の細粉排出口を
経て、サイクロンあるいはバグフィルターなどによって
捕集される。

【００２１】分級点の調整は、分級ローターの回転速度
と通過空気流量の変更によって行われる。通過空気流量
は可変範囲が限定されるので、通常は、分級ローターの
回転数で調整を行うことが多いが、広範囲の分級点を設
定する上では、両者を独立に制御することが望ましい。
ローター回転数が高いほど、通過空気流量が少ないほ
ど、分級点が微粒子側にシフトするので、両者の条件設
定により、０．５〜５０μｍの範囲での分級が可能とな
る。例えば、ローター回転数を２４００ｒｐｍ（分散羽
根外周での周速度３５ｍ／ｓに相当）に、通過空気流量
を５．５ｍ³ ／ｍｉｎ（分散羽根入口空気流速２ｍ／ｓ
に相当）に設定することにより、粒径８μｍ以上の粗粒
子を効率的に分離、除去することができる。粉流体の分
級精度を高める上で重要なことは、供給された粉体を単
一粒子に近い状態まで分散させると共に、分級室内の空
気の流れを均一に保つことである。その為には、分級ロ
ーターと分散羽根とを一体で回転させて気流の乱れを抑
制することや、外部ブロアーの吸引によって起こる半径
方向の不均一流や局部的渦流などを抑制することに注力
する必要がある。

【００２２】本発明で使用する窒化珪素粉末中には、低
炭素含有量の粗大粒子と高炭素含有量の炭素含有異物と
が存在し、これらは分級装置内部での分散のされ具合が
異なる。この為、分級ローターの回転数を上げて分級点
を微粒子側にシフトさせると、低炭素含有量の粗大粒子
が優先的に分離、除去され、逆に、通過空気流量を少な
くして分級点を微粒子側にシフトさせると、高炭素含有
量の炭素含有異物が優先的に分離、除去されるという現
象が発生した。したがって、分級ローターの回転速度と
通過空気流量を組み合わせた条件設定が重要であり、特
定の条件範囲でのみ、高生産性ならびに高粉末回収率
で、低炭素含有量の粗大粒子と高炭素含有量の炭素含有
異物との両方を効率的に分離、除去することが可能とな
った。

【００２３】本発明の窒化ケイ素粉末は、従来の窒化ケ
イ素粉末の場合と同様な方法、例えば、酸化アルミニウ
ム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム等の焼結助剤
と混合し、混合物を所定の形状に成形した後、焼結する
ことにより、窒化ケイ素セラミックス（焼結体）を製造
することができる。上記成形圧力は、０．５〜１０ton
／cm²程度とすれば良く、また上記焼結条件は、焼結温
度１５００〜２０００℃、雰囲気圧力０．５〜１００気
圧、焼結時間１〜１０時間程度とすれば良い。

【００２４】本発明の窒化ケイ素粉末を用いて製造され
た、窒化ケイ素セラミックス（焼結体）は、特に、高強
度、高ワイブル係数で信頼性の高いことから、本発明の
窒化ケイ素粉末は、高度の信頼性と製品寿命が要求され
るターボローター、エンジンバルブ、ディーゼルエンジ
ン副燃焼室等の熱機関用部品や機械部品として用いられ
る窒化ケイ素セラミックスの製造用原料として、特に好
適なものである。

【００２５】

【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明を更に詳しく説明する。実施例１〜１１及び比較例１〜７下記の製造方法（イミド分解法）及び下記〔表１〕に示
す製造条件により、窒化ケイ素粉末をそれぞれ製造し
た。得られた窒化ケイ素粉末の粉末特性を、下記〔表
２〕に示す。

【００２６】〔窒化ケイ素粉末の製造方法〕液体アンモ
ニアと予め調製した四塩化ケイ素２０〜３５重量％、残
部トルエンよりなる溶液とを反応槽に供給して得られた
反応生成物を、液体アンモニアで何回もバッチ洗浄し
て、精製シリコンジイミドを得た。反応の際の四塩化ケ
イ素と液体アンモニアとの比率（体積基準）を１／５０
〜２／５０の範囲で変化させることにより、比表面積５
００〜８５０ｍ²／ｇのシリコンジイミドを合成した。
また、生成シリコンジイミドを乾燥する際の乾燥時間と
撹拌回転数を変えることにより、シリコンジイミドの軽
装密度を０.０３５〜０.０７５ｇ／ｃｍ³の範囲で変化
させた。

【００２７】生成したシリコンジイミドを、下記〔表
１〕に記載した酸素濃度を有する窒素ガスを流通させな
がら１０００℃で加熱分解させて、非晶質窒化ケイ素粉
末を得た。次いで、得られた非晶質窒化ケイ素粉末を振
動ミルにて摩砕処理した後、表面を炭化珪素で被覆した
黒鉛製容器に充填して、電気炉にて、窒素雰囲気下、
〔表１〕に記載の条件（昇温速度、最高温度及び同温度
での保持時間、炉内ＣＯ濃度）で加熱、焼成して、灰白
色の窒化ケイ素粉末を得た。尚、炉内のＣＯ濃度は、流
通させる窒素ガスの純度（酸素濃度、露点）と流量によ
り調整した。この結晶質窒化珪素粉末を振動ミルに投入
し、酸素含有量１０％、残部が不活性ガスよりなる雰囲
気下、振幅８ｍｍで所定の時間、ミル処理を行った後、
風力分級機に供給して、表１に記載した所定の条件下で
分級処理を行い、粗大粒子を除去した。ローターとリン
グの隙間部に入る空気の平均流速および分散羽根入口の
平均空気流速は共に、通過空気流量に比例し、それぞれ
３３ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓおよび０．８ｍ／ｓ〜２．５
ｍ／ｓであった。得られた窒化珪素粉末の粉体特性を、
表２に示す。

【００２８】なお、粗大粒子量は、前述の測定方法によ
り行った。比表面積は、島津−マイクロメリテックス製
フローソーブ２３００形を使用して、ＢＥＴ一点法によ
り測定した。酸素含有量は、ＬＥＣＯ社製ＴＣ−１３６
型酸素・窒素同時分析装置を使用して不活性ガス融解−
赤外線吸収法により測定した。炭素含有量は、ＬＥＣＯ
社製ＷＲ−１２型炭素分析装置を使用して、燃焼−熱伝
導度法により測定した。〔Ｘ線回折測定〕ターゲットが銅の管球とグラファイト
モノクロメーターを使用し、定時ステップ走査法によ
り、得られた窒化ケイ素粉末の粉末Ｘ線回折パターンを
測定した。回折角（２θ）１５〜８０゜の範囲を０．０
２゜刻みでステップスキャンし、リートベルト解析によ
りα分率とβ分率を求めた。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例１２〜１６及び比較例８〜１２比表面積１０ｍ² ／ｇ以上、酸素含有量２．０重量％以
下の金属珪素粉末を使用して、前述の直接窒化法によ
り、表３に示す製造条件で窒化珪素粉末を製造した。得
られた窒化珪素粉末を風力分級機を使用して分級し、粗
大粒子を分離、除去した。得られた窒化珪素粉末の特性
を表４に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】使用試験例実施例１〜１６及び比較例１〜１２で得られた窒化珪素
粉末を原料に用いて、下記の製造方法によりそれぞれの
焼結体を作製した。〔焼結体の製造方法〕窒化珪素粉末９３重量部に焼結助
剤としてＹ₂Ｏ₃５重量部とＡｌ₂Ｏ₃２重量部を添加し、
エタノールを加えて、ボールミルにて４８時間湿式混合
した後、乾燥した。乾燥、粒度調整を行った顆粒を、３
００ｋｇ／ｃｍ²の成形圧で７５×４５×６ｍｍの形状
に金型成形した後、これを２ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力でラ
バープレス成形して、グリーン成形体を作製した。この
成形体を窒化珪素製ルツボに充填し、電気炉にて、１気
圧の窒素ガス雰囲気中、昇温速度１００℃／ｈで昇温
し、１７６０℃で４時間保持して、窒化ケイ素質焼結体
を得た。

【００３５】得られた焼結体の嵩密度はアルキメデス法
で測定した。焼結体よりＪＩＳＲ１６０１に準拠した
３×４×４０ｍｍ相当の抗折試験片を切り出し、ＪＩＳ
Ｒ１６０１に準拠して、外スパン３０ｍｍ、内スパン
１０ｍｍ、クロスヘッドスピード０.５ｍｍ／ｍｉｎの
条件で四点曲げ試験を行った。室温における曲げ強度は
４０本の平均値である。高温での曲げ試験は、窒素雰囲
気中で試験片を１３００℃に１０分間保持した後、８本
以上の試験片について強度測定を行い、平均値を算出し
た。また、破壊靭性値はＪＩＳＲ１６０７規定のＳ
ＥＰＢ法で測定した。到達密度、曲げ強度（室温強度、
室温強度のワイブル係数及び高温強度）、及び破壊靭性
値の測定結果を下記〔表５〕に示す。本発明の窒化珪素
粉末は、高強度で、特性のバラツキの少ない高信頼性の
窒化珪素セラミックスを再現性良く安定して製造できる
ことがわかる。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【発明の効果】本発明の窒化ケイ素粉末は、高強度で、
特性のバラツキの少ない高信頼性の窒化ケイ素セラミッ
クスを再現性良く安定して製造できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】比表面積が４〜２５ｍ² ／ｇで、酸素含
有量が０．７〜２．０ｗｔ％である窒化珪素粉末であっ
て、該窒化珪素粉末中に存在する、２５μｍ以上の粗大
粒子並びに凝集粒子及び／又は融着粒子の重量分率が１
０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする窒化珪素粉
末。
【請求項２】１０μｍ以上の粗大粒子並びに凝集粒子
及び／又は融着粒子の重量分率が２０００ｐｐｍ以下で
あることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素粉末。
【請求項３】５μｍ以上の粗大粒子並びに凝集粒子及
び／又は融着粒子の重量分率が３０００ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化珪素粉
末。
【請求項４】２５μｍ以上の粗大粒子並びに凝集粒子
及び／又は融着粒子の炭素含有率が５．０ｗｔ％以下で
あることを特徴とする請求項１記載の窒化珪素粉末。
【請求項５】１０μｍ以上の粗大粒子並びに凝集粒子
及び／又は融着粒子の炭素含有率が４．０ｗｔ％以下で
あることを特徴とする請求項２記載の窒化珪素粉末。
【請求項６】５μｍ以上の粗大粒子並びに凝集粒子及
び／又は融着粒子の炭素含有率が３．２ｗｔ％以下であ
ることを特徴とする請求項３記載の窒化珪素粉末。