JP2532248B2 - Ｃｖｄ法による窒化ケイ素 - Google Patents
Ｃｖｄ法による窒化ケイ素Info
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- silicon nitride
- cvd method
- crystal
- sicl
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は高温構造材料に適したCVD法による窒化ケ
イ素に関する。
イ素に関する。
従来の技術 特公昭60-47202号公報には、六方晶系の結晶よりな
り、その結晶粒径が平均１〜100μｍで、結晶面110,21
0,101或いは222のうちから選ばれる何れか１つの面、或
いは２つ以上の面が基体に平行に優先的に配向せられた
構造を持ち、マイクロビッカース硬度が荷重100gの時の
値で3000〜4000Kg〜mm2である超硬度高純度の配向多結
晶質窒化珪素が開示されている。
り、その結晶粒径が平均１〜100μｍで、結晶面110,21
0,101或いは222のうちから選ばれる何れか１つの面、或
いは２つ以上の面が基体に平行に優先的に配向せられた
構造を持ち、マイクロビッカース硬度が荷重100gの時の
値で3000〜4000Kg〜mm2である超硬度高純度の配向多結
晶質窒化珪素が開示されている。
発明が解決しようとする問題点 前述の配向多結晶質窒化ケイ素は、高温下で十分な機
械的強度を有するが、化学的安定性（とくに耐食性）に
ついては満足のいくものを得がたい欠点があった。
械的強度を有するが、化学的安定性（とくに耐食性）に
ついては満足のいくものを得がたい欠点があった。
発明の目的 この発明の目的は、高温下でも優れた機械的強度と化
学的安定性を有するCVD法による窒化ケイ素を提供する
ことである。
学的安定性を有するCVD法による窒化ケイ素を提供する
ことである。
発明の要旨 前述の目的を達成するために、本発明は特許請求の範
囲第１項に記載したCVD法による窒化ケイ素を要旨とし
ている。
囲第１項に記載したCVD法による窒化ケイ素を要旨とし
ている。
問題点を解決するための手段 この発明による窒化ケイ素はCVD法によって作る。基
材の加熱は間接加熱方式が最適である。
材の加熱は間接加熱方式が最適である。
例えば、第１図に示すCVD法による窒化ケイ素の製造
装置においては、炉１の外部に高周波誘導コイル２を配
置し、炉１の内部に、コイル２によって加熱されるヒー
タ３を設け、そのヒータ３の内側に基材支持台４を設
け、その基材支持台４に所望の基材５を着脱自在にとり
つける。炉１の一端に真空排気ポンプ６をパイプ７を介
して接続する。炉１の他端には、パイプ８を介して液化
NH3用の容器９を接続するとともに、パイプ10を介してS
iCl4用の容器11を接続する。12は容器11内のSiCl4を加
熱するためのヒータであって、SiCl4が20℃〜50℃にな
るように加熱するものである。H2はパイプ13を通って容
器11内のSiCl4中に供給される。
装置においては、炉１の外部に高周波誘導コイル２を配
置し、炉１の内部に、コイル２によって加熱されるヒー
タ３を設け、そのヒータ３の内側に基材支持台４を設
け、その基材支持台４に所望の基材５を着脱自在にとり
つける。炉１の一端に真空排気ポンプ６をパイプ７を介
して接続する。炉１の他端には、パイプ８を介して液化
NH3用の容器９を接続するとともに、パイプ10を介してS
iCl4用の容器11を接続する。12は容器11内のSiCl4を加
熱するためのヒータであって、SiCl4が20℃〜50℃にな
るように加熱するものである。H2はパイプ13を通って容
器11内のSiCl4中に供給される。
原料の純度について述べれば、NH3は高純度アンモニ
ア−5Nで99.999％以上の純度のものが好ましく、H2は9
9.999％以上の純度のものが好ましい。また、SiCl4は高
純度の四塩化ケイ素で、とくに不純物として50ppb以下
のFe、5ppb以下のCu、5ppb以下のNi、20ppb以下のCr、5
ppb以下のMnを含有するものを使用した方がよい。
ア−5Nで99.999％以上の純度のものが好ましく、H2は9
9.999％以上の純度のものが好ましい。また、SiCl4は高
純度の四塩化ケイ素で、とくに不純物として50ppb以下
のFe、5ppb以下のCu、5ppb以下のNi、20ppb以下のCr、5
ppb以下のMnを含有するものを使用した方がよい。
パイプ8,10の先端から基材５に吹きつけるガスの吹付
け方向は、第１図では斜めになっているが、垂直方向や
平行方向にしてもよい。
け方向は、第１図では斜めになっているが、垂直方向や
平行方向にしてもよい。
炉１内のガス圧は１〜30mmHgが好ましい。
好ましくは、NH3の流量は、70〜1500cc/min、SiCl4の
流量は50〜500cc/minで、H2の流量はSiCl4の流量の２〜
20倍である。
流量は50〜500cc/minで、H2の流量はSiCl4の流量の２〜
20倍である。
このようにして製造された窒化ケイ素は、結晶構造が
六方晶系の結晶性α型であり、成長方向から見た結晶の
平均粒径は0.5〜100μｍである。平均粒径が大きすぎる
と、窒化ケイ素の強度が低下し、窒化ケイ素組織内の気
孔が発生することがあるからであり、小さすぎると、化
学的な耐食性に劣る傾向にあるからである。
六方晶系の結晶性α型であり、成長方向から見た結晶の
平均粒径は0.5〜100μｍである。平均粒径が大きすぎる
と、窒化ケイ素の強度が低下し、窒化ケイ素組織内の気
孔が発生することがあるからであり、小さすぎると、化
学的な耐食性に劣る傾向にあるからである。
本発明においては、α型の結晶構造であることに加え
て、Ｘ線回折強度に関して、CuのＫα線による２θが55
度以上の角度範囲で、300以上の高次の結晶面のみが基
材５に対して平行に配向された構造になっている。例え
ば、第６図に示す例においては、CuのＫα線による２θ
が70〜110度の角度範囲で、412,324,355,532,702面の配
向を有する。第７図に示す例においては、CuのＫα線に
よる２θが55〜130度の角度範囲で、320,500,621,325,5
32,702,542,533,703面の配向を有する。
て、Ｘ線回折強度に関して、CuのＫα線による２θが55
度以上の角度範囲で、300以上の高次の結晶面のみが基
材５に対して平行に配向された構造になっている。例え
ば、第６図に示す例においては、CuのＫα線による２θ
が70〜110度の角度範囲で、412,324,355,532,702面の配
向を有する。第７図に示す例においては、CuのＫα線に
よる２θが55〜130度の角度範囲で、320,500,621,325,5
32,702,542,533,703面の配向を有する。
これに対し、特公昭60-47202号においては、本発明と
は逆に、CuのＫα線による２θが20〜40度の角度範囲
で、200以下の低次の結晶面（つまり110,210面）の配向
を有している。
は逆に、CuのＫα線による２θが20〜40度の角度範囲
で、200以下の低次の結晶面（つまり110,210面）の配向
を有している。
この発明の窒化ケイ素は、通例、マイクロビッカース
硬度が荷重200gの時の値で2300〜3500Kg/mm2であり、高
温下（1000℃）で曲げ強度は100〜400MPaである。
硬度が荷重200gの時の値で2300〜3500Kg/mm2であり、高
温下（1000℃）で曲げ強度は100〜400MPaである。
また、この発明による窒化ケイ素の化学的安定性につ
いていえば、100℃のNaOH水溶液による浸蝕と、100℃の
99％H2SO4液による浸蝕を調べたところ、300時間後にも
浸蝕をまったく受けなかった。フッ酸や、フッ酸と硝酸
の混酸に対しても浸蝕を受けなかった。1800℃の窒素中
の腐蝕を調べたところ、１時間経過後に0.1〜0.5％程度
の重量変化が生じただけであり、ほとんど分解反応が生
じないことが判明した。
いていえば、100℃のNaOH水溶液による浸蝕と、100℃の
99％H2SO4液による浸蝕を調べたところ、300時間後にも
浸蝕をまったく受けなかった。フッ酸や、フッ酸と硝酸
の混酸に対しても浸蝕を受けなかった。1800℃の窒素中
の腐蝕を調べたところ、１時間経過後に0.1〜0.5％程度
の重量変化が生じただけであり、ほとんど分解反応が生
じないことが判明した。
第１図に示した装置を用いて各種形状の窒化ケイ素を
製造したので、以下説明する。
製造したので、以下説明する。
実施例（１） 第２図に示すように、カーボン基材20（後述のNP60:1
00×100×5mm）を基材支持台４にのせ、パイプ8,10から
それぞれSiCl4を200cc/min、H2を1000cc/min、NH3を400
cc/min流し、他方、炉１内の圧力を10mm/Hgに保持し、
温度を1500℃に保持して、50時間CVD法でSi3N4を（厚み
が5mmになるまで）製造した。その後、カーボン基材20
は、700℃の空気中で12時間酸化して除去した。かくし
てCVD-Si3N4板21を得た。
00×100×5mm）を基材支持台４にのせ、パイプ8,10から
それぞれSiCl4を200cc/min、H2を1000cc/min、NH3を400
cc/min流し、他方、炉１内の圧力を10mm/Hgに保持し、
温度を1500℃に保持して、50時間CVD法でSi3N4を（厚み
が5mmになるまで）製造した。その後、カーボン基材20
は、700℃の空気中で12時間酸化して除去した。かくし
てCVD-Si3N4板21を得た。
実施例（２） 第３図に示すように、カーボン基材30（NP60:20×20
×20mm）を基材支持台４にのせ、パイプ8,10からそれぞ
れSiCl4を100cc/min、H2を1000cc/min、NH3を150cc/min
流し、他方、炉１内の圧力を1mmHgに保持し、温度を140
0℃に保持して、５時間CVD法でSi3N4を（厚みが400μｍ
になるまで）コーティングした。全面をコーティングす
るために基材30の上下を逆にして再度５時間同様のCVD
法でコーティングした。かくしてSi3N4コーティング31
を得た。
×20mm）を基材支持台４にのせ、パイプ8,10からそれぞ
れSiCl4を100cc/min、H2を1000cc/min、NH3を150cc/min
流し、他方、炉１内の圧力を1mmHgに保持し、温度を140
0℃に保持して、５時間CVD法でSi3N4を（厚みが400μｍ
になるまで）コーティングした。全面をコーティングす
るために基材30の上下を逆にして再度５時間同様のCVD
法でコーティングした。かくしてSi3N4コーティング31
を得た。
実施例（３） 第４図に示すように、α−Si3N4粉末（A-200）と、Y2
O3（５％）およびAl2O3（５％）を混合・成形し、1750
℃で１時間焼成し、密度3.17g/cm3の常圧焼結Si3N4を製
造し、これを３×４×40mmの棒状の基材41とした。この
基材40を実施例（２）と同じように支持台４にセット
し、パイプ8,10からそれぞれSiCl4を60cc/min、H2を100
0cc/min、NH3を80cc/min流し、炉１内の圧力を1mmHgに
保持し、温度を1300℃に保持して、１時間CVD法でコー
ティングした。再度、未コーティング部に１時間CVD法
でコーティングを行い、厚みが50μｍであるCVD-Si3N4
コーティング41を得た。
O3（５％）およびAl2O3（５％）を混合・成形し、1750
℃で１時間焼成し、密度3.17g/cm3の常圧焼結Si3N4を製
造し、これを３×４×40mmの棒状の基材41とした。この
基材40を実施例（２）と同じように支持台４にセット
し、パイプ8,10からそれぞれSiCl4を60cc/min、H2を100
0cc/min、NH3を80cc/min流し、炉１内の圧力を1mmHgに
保持し、温度を1300℃に保持して、１時間CVD法でコー
ティングした。再度、未コーティング部に１時間CVD法
でコーティングを行い、厚みが50μｍであるCVD-Si3N4
コーティング41を得た。
実施例（４） 第５図に示すように、反応焼結Si3N4（ファインフィ
ネックス100として市販されているSi粉末を成形後に約1
300℃のN2中でSi3+2H2→Si3N4の反応で造ったものが最
適）で作られたルツボ50（直径120mm、高さ120mm、厚み
5mm）の内面に実施例（３）と同じ条件で10時間CVD法で
コーティングした。Si3N4コーティング51の厚みは400μ
ｍ（平均）であった。
ネックス100として市販されているSi粉末を成形後に約1
300℃のN2中でSi3+2H2→Si3N4の反応で造ったものが最
適）で作られたルツボ50（直径120mm、高さ120mm、厚み
5mm）の内面に実施例（３）と同じ条件で10時間CVD法で
コーティングした。Si3N4コーティング51の厚みは400μ
ｍ（平均）であった。
なお、実施例中、NP60はカーボン材であって、かさ密
度が1.80g/cm3、曲げ強さが450Kg/cm2、硬さが50Hs、抵
抗率が14 10-4×Ωcm、異方性（抵抗率比）が1.03、熱
膨脹係数が20〜400℃で4.5、最大粒径が0.05mm以下でラ
バープレスによって形成されたものである。
度が1.80g/cm3、曲げ強さが450Kg/cm2、硬さが50Hs、抵
抗率が14 10-4×Ωcm、異方性（抵抗率比）が1.03、熱
膨脹係数が20〜400℃で4.5、最大粒径が0.05mm以下でラ
バープレスによって形成されたものである。
また、A-200はα−Si3N4粉末であって、α含有率90
％、平均粒径0.7μｍ、酸素量2.2％、炭素量0.6％のも
のである。
％、平均粒径0.7μｍ、酸素量2.2％、炭素量0.6％のも
のである。
第１図はこの発明によるCVD−窒化ケイ素を製造するた
めの装置を示す概略説明図、第２〜５図はこの発明によ
るCVD−窒化ケイ素の各種の例を示す概略断面図、第６
図はこの発明によるCVD−窒化ケイ素の一例のＸ線回折
強度を示す図、第７図はこの発明の他の例のＸ線回折強
度を示す図である。 １……炉 ２……高周波誘導コイル ３……ヒータ ４……基材支持台 ５……基材 ６……真空排気ポンプ ９……液化NH3の容器 11……SiCl4用の容器 12……ヒータ
めの装置を示す概略説明図、第２〜５図はこの発明によ
るCVD−窒化ケイ素の各種の例を示す概略断面図、第６
図はこの発明によるCVD−窒化ケイ素の一例のＸ線回折
強度を示す図、第７図はこの発明の他の例のＸ線回折強
度を示す図である。 １……炉 ２……高周波誘導コイル ３……ヒータ ４……基材支持台 ５……基材 ６……真空排気ポンプ ９……液化NH3の容器 11……SiCl4用の容器 12……ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 正行 秦野市曽屋30 東芝セラミックス株式会 社中央研究所内 (72)発明者 堀 重幸 秦野市曽屋30 東芝セラミックス株式会 社中央研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】CVD法によって作られた窒化ケイ素であっ
て、結晶構造が六方晶系の結晶性α型であり、成長方向
から見た結晶の平均粒径が0.5〜100μｍであり、CuのＫ
α線による回折で２θが55度以上の角度範囲で、300以
上の高次の結晶面（例えば結晶面320,324,325,412,500,
532,533,542,621,702,703）のみが基材に対して平行に
配向された構造を有することを特徴とするCVD法による
窒化ケイ素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62128041A JP2532248B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Ｃｖｄ法による窒化ケイ素 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62128041A JP2532248B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Ｃｖｄ法による窒化ケイ素 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63295407A JPS63295407A (ja) | 1988-12-01 |
| JP2532248B2 true JP2532248B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=14975046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62128041A Expired - Fee Related JP2532248B2 (ja) | 1987-05-27 | 1987-05-27 | Ｃｖｄ法による窒化ケイ素 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2532248B2 (ja) |
-
1987
- 1987-05-27 JP JP62128041A patent/JP2532248B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63295407A (ja) | 1988-12-01 |
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