JP2610156B2 - Method for producing silicon nitride powder - Google Patents

Method for producing silicon nitride powder

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silicon nitride
nitride powder
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功 今井
敏次 石井
省 佐野
耕一 末芳
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東芝セラミックス株式会社
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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、SiO2−種子粉末−NH3−CmHn系を反応系
とする窒化ケイ素粉末の製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing silicon nitride powder using a reaction system of SiO 2 -seed powder-NH 3 -CmHn.

従来の技術 特願昭56−187762には、シリカ還元法によって合成し
た窒化ケイ素粉末を種子粉末としてシリカ粉末に混合
し、この混合粉末を加熱して窒化ケイ素粉末を製造する
方法が開示されている。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Application No. 56-187762 discloses a method in which silicon nitride powder synthesized by a silica reduction method is mixed with silica powder as a seed powder, and the mixed powder is heated to produce a silicon nitride powder. .

この方法によれば、品質の比較的安定した窒化ケイ素
粉末を高収率に得ることができる。この場合に、シリカ
還元法で合成した窒化ケイ素粉末が、種子粉末として、
安定な窒化ケイ素の沈着・成長用核源になっている。
According to this method, a relatively stable quality silicon nitride powder can be obtained in a high yield. In this case, silicon nitride powder synthesized by the silica reduction method is used as seed powder,
It is a stable source for the deposition and growth of silicon nitride.

発明が解決しようとする問題点 しかし、従来種子粉末として用いられている窒化ケイ
素粉末はSiO2−C−N2シリカ還元法によって合成された
ものである。この窒化ケイ素粉末は粒内に0.5〜1.5重量
%の炭素を含有している。
Problems to be Solved by the Invention However, silicon nitride powder conventionally used as seed powder is synthesized by a SiO 2 —CN 2 silica reduction method. This silicon nitride powder contains 0.5 to 1.5% by weight of carbon in the grains.

このように、比較的多く(0.5〜1.5重量%)の炭素を
含有する窒化ケイ素粉末を種子として用いた場合には、
合成される窒化ケイ素粉末にも炭素含有量の比較的多い
部分が偏在してしまう。窒化ケイ素中の炭素は、焼結時
に窒化ケイ素や酸化ケイ素と反応してガスを発生し、気
孔の原因となる。従って焼結体の密度及び強度の低下を
もたらす。
Thus, when silicon nitride powder containing a relatively large amount (0.5 to 1.5% by weight) of carbon is used as a seed,
A portion having a relatively high carbon content is unevenly distributed also in the synthesized silicon nitride powder. Carbon in silicon nitride reacts with silicon nitride or silicon oxide during sintering to generate gas, which causes pores. Therefore, the density and strength of the sintered body are reduced.

本件出願人が、特願昭61−308195により提案したSiO2
−種子粉末−NH3−CmHn系合成法によれば、炭素含有量
の比較的小さい窒化ケイ素を得ることができる。しか
し、種子粉末としてSiO2−C−N2系シリカ還元法により
合成した窒化ケイ素を用いた場合には、得られた窒化ケ
イ素に炭素が偏在し、従って焼結した場合に前述のよう
な不都合が生じる。
The present applicant has proposed SiO 2 proposed in Japanese Patent Application No. 61-308195.
- According to the seed powder -NH 3 -CmHn synthetic method, it is possible to obtain a relatively small silicon nitride carbon content. However, when silicon nitride synthesized by a SiO 2 —C—N 2 -based silica reduction method is used as the seed powder, carbon is unevenly distributed in the obtained silicon nitride. Occurs.

発明の目的 前述の問題点に鑑み、本発明は、炭素の含有量が少な
く、優れた焼結性を有する窒化ケイ素粉末の製造方法を
提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for producing a silicon nitride powder having a low carbon content and excellent sinterability.

発明の要旨 前述の目的を達成するために、この発明は請求項1記
載の窒化ケイ素粉末の製造方法を要旨としている。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a silicon nitride powder according to claim 1.

問題点を解決するための手段 本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法によれば、シリカ
粉末と種子粉末との混合粉末をNH3と炭化水素ガス(CmH
n)から成る第1の混合ガス中で加熱する窒化ケイ素粉
末の製造方法において、前記種子粉末として、シリカ粉
末をNH3と炭化水素ガス(CmHn)から成る第2の混合ガ
ス中で加熱して製造した窒化ケイ素粉末を用いる。
Means for Solving the Problems According to the method for producing silicon nitride powder of the present invention, mixed powder of silica powder and seed powder is mixed with NH 3 and hydrocarbon gas (CmH
n), wherein the silica powder is heated in a second mixed gas composed of NH 3 and hydrocarbon gas (CmHn) as the seed powder. The manufactured silicon nitride powder is used.

混合粉末として、窒化ケイ素粉末がシリカ粉末1重量
部に対して0.005〜1重量部の割合で混合されたものを
用いることが望ましい。また、その窒化ケイ素粉末の総
炭素含有量が0.3重量%以下であると、合成される窒化
ケイ素粉末の総炭素含有量を低く押え、しかも結果とし
て炭素の偏在を無くすことができ有利である。
As the mixed powder, it is desirable to use a powder obtained by mixing silicon nitride powder at a ratio of 0.005 to 1 part by weight with respect to 1 part by weight of silica powder. Further, when the total carbon content of the silicon nitride powder is 0.3% by weight or less, the total carbon content of the synthesized silicon nitride powder can be kept low, and as a result, the uneven distribution of carbon can be advantageously eliminated.

シリカ粉末と種子粉末としての窒化ケイ素粉末の混合
物において、窒化ケイ素粉末がシリカ粉末1重量部に対
して0.005重量部より少ない場合には高収率化効果が少
なく、また、1重量部より多い場合には収率が低くなる
ばかりでなく、添加した窒化ケイ素粉末の特性が顕著と
なり、本来の目的が達せられない。
In a mixture of silica powder and silicon nitride powder as seed powder, if the silicon nitride powder is less than 0.005 parts by weight per 1 part by weight of the silica powder, the effect of increasing the yield is small, and if it is more than 1 part by weight. In addition to the low yield, the characteristics of the added silicon nitride powder become remarkable and the original purpose cannot be achieved.

本件発明による窒化ケイ素の製造方法における最適の
条件について説明すると、第1,2の混合ガスの混合比
は、CmHnを炭素基準のCH4に換算してNH3/CH4=0.5〜20
00(容量比)が望ましい。ここでCmHnガスを混合する理
由は、反応により生成するH2Oを除去するためのもの
で、これにより反応速度を上げ、しかも合成粉の全酸素
量を低くすることができる。さらに必要に応じてN2又は
他の不活性ガスを含有するようにする。NH3の量がNH3
CH4=0.5よりも少ないと、NH3によるシリカの還元作用
が弱くなり、反応が進行せず窒化ケイ素が生成し難くな
る傾向にある。逆にNH3の量がNH3/CH4=2000よりも多
いと、反応中に生成するH2Oを除去する炭化水素ガスの
効果が低くなり、合成粉の全酸素量が多くなる傾向にあ
る。第1と第2の混合ガスの組成は同じであってもよい
し、違ってもよい。また、加熱温度は800〜1600℃にす
るのが好ましい。加熱温度が800℃よりも低いと実質的
に反応が進まないことがあり得る。また、1600℃よりも
高いと、NH3自体が熱分解の速度が速すぎて所望の効果
が得がたくなることがある。
Referring to the optimum conditions in the manufacturing method of silicon nitride according to the present invention, the mixing ratio of the first and second mixed gas is, NH 3 / CH 4 in terms of CmHn to CH 4 carbon reference = 0.5 to 20
00 (capacity ratio) is desirable. Here, the reason for mixing the CmHn gas is to remove H 2 O generated by the reaction, thereby increasing the reaction speed and lowering the total oxygen content of the synthetic powder. Further so as to contain N 2 or other inert gas as required. The amount of NH 3 is NH 3 /
When CH 4 is less than 0.5, the reducing action of NH 3 on silica is weakened, and the reaction does not proceed, and silicon nitride tends to be hardly generated. If the amount of NH 3 in the opposite is more than NH 3 / CH 4 = 2000, the effect of the hydrocarbon gas removing H 2 O formed during the reaction is reduced, the total oxygen content is increased tendency of the synthetic powder is there. The compositions of the first and second mixed gases may be the same or different. Further, the heating temperature is preferably set to 800 to 1600 ° C. If the heating temperature is lower than 800 ° C., the reaction may not substantially proceed. On the other hand, if the temperature is higher than 1600 ° C., the rate of thermal decomposition of NH 3 itself may be too high to obtain a desired effect.

なお、本発明は本出願人が提出した特願昭61−308195
をもとにその範囲内での様々な変型が可能である。
The present invention is based on Japanese Patent Application No. 61-308195 filed by the present applicant.
Various modifications within that range are possible based on.

実施例 平均粒径0.05μmのシリカ粉末をNH3:300l/時間、C3H
8:3l/時間の第2の混合ガス気流中1400℃で4時間加熱
して、総炭素量0.12重量%の窒化ケイ素粉末を得た。こ
のようにして得た窒化ケイ素粉末を種子粉末として、こ
れに、平均粒径0.05μmのシリカをSiO2:Si3N4=1:0.1
(重量比)になるよう調合後、NH3=300l/時間、C3H8
15l/時間の第1の混合ガス気流中1400℃で1時間加熱し
て、α型窒化ケイ素粉末を得た。(実施例1) 同様に、種子粉末の種類及び調合比を、表1に示すよ
うな条件にして、実施例2,3についてα型窒化ケイ素粉
末の合成を試みた。
Example Silica powder having an average particle size of 0.05 μm was NH 3 : 300 l / hour, C 3 H
The mixture was heated at 1400 ° C. for 4 hours in a second mixed gas stream of 8 : 3 l / hour to obtain silicon nitride powder having a total carbon content of 0.12% by weight. The silicon nitride powder thus obtained was used as a seed powder, and silica having an average particle diameter of 0.05 μm was added to SiO 2 : Si 3 N 4 = 1: 0.1.
(Weight ratio), NH 3 = 300 l / h, C 3 H 8 =
The mixture was heated at 1400 ° C. for 1 hour in a first mixed gas flow of 15 l / hour to obtain α-type silicon nitride powder. (Example 1) Similarly, synthesis of α-type silicon nitride powder was attempted for Examples 2 and 3 under the conditions shown in Table 1 with the kind and blending ratio of seed powder.

他方、種子粉末としての窒化ケイ素として、SiO2−C
−N2系シリカ還元法により製造したものを用い、比較例
1として示した。また、ケイ素直接窒化法及び気相法に
より製造した窒化ケイ素を種子粉末として用いた場合を
比較例3及び4で示した。なお、比較例2は実施例1〜
3と同じようにSiO2−NH3−CmHn系合成法により製造し
た窒化ケイ素を種子粉末として用いたものである。
On the other hand, as silicon nitride as seed powder, SiO 2 -C
This was shown as Comparative Example 1 using a product produced by a —N 2 -based silica reduction method. Comparative examples 3 and 4 show the case where silicon nitride produced by the silicon direct nitriding method and the gas phase method was used as seed powder. Note that Comparative Example 2 is similar to Examples 1 to
3 just as the silicon nitride produced by SiO 2 -NH 3 -CmHn synthetic methods as those used as seed powder.

以上の操作により得た実施例1〜3、比較例1〜4の
粉末を用い、Al2O3,Y2O3を焼結助剤に用いN2雰囲気中1
750℃で2時間焼結した。その後、3×4×40mmに切り
出したものを、テストピースとし、JISに準じて常温で
曲げ強さを測定した。その結果を表1の焼結体特性の欄
に示した。
Using the powders of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 obtained by the above operation, Al 2 O 3 and Y 2 O 3 were used as sintering aids in an N 2 atmosphere.
Sintered at 750 ° C for 2 hours. Thereafter, a test piece cut out to 3 × 4 × 40 mm was used as a test piece, and the bending strength was measured at room temperature according to JIS. The results are shown in the column of sintered body characteristics in Table 1.

表1から本発明による窒化ケイ素の製造方法により合
成したα型窒化ケイ素粉末を原料に用いた焼結体は強度
が高く、しかもその標準偏差が小さく安定した特性を示
すことが明らかとなった。なお、曲げ強度は10個のテス
トピースについて行ったものの平均値を示している。な
お、第1表の雰囲気の欄に示した組成比は、C3H8を炭素
基準のCH4に換算した値である。
From Table 1, it has been clarified that the sintered body using the α-type silicon nitride powder synthesized by the method for producing silicon nitride according to the present invention as a raw material has high strength, small standard deviation, and stable characteristics. In addition, the bending strength shows the average value of the results obtained for 10 test pieces. The composition ratio shown in the column of atmosphere in Table 1 is a value obtained by converting C 3 H 8 into CH 4 based on carbon.

発明の効果 本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法によれば、種子粉
末とそれを使った窒化ケイ素粉末の合成方法が同種の方
法となり、生成する窒化ケイ素が種子粉末の結晶核上に
組み込まれ易く、安定で均質な粉末を得ることができ
る。
Effect of the Invention According to the method for producing silicon nitride powder of the present invention, the method of synthesizing the seed powder and the silicon nitride powder using the same is the same method, and the generated silicon nitride is easily incorporated on the crystal nuclei of the seed powder. A stable and homogeneous powder can be obtained.

また、炭素含有量の少ない窒化ケイ素粉末を種子粉末
として用いるので、生成される窒化ケイ素に含まれる炭
素の偏在をなくすことが可能である。
In addition, since silicon nitride powder having a low carbon content is used as seed powder, it is possible to eliminate uneven distribution of carbon contained in the generated silicon nitride.

本発明により製造した窒化ケイ素粉末は優れた焼結性
を有するので、均質な焼結体が得られ、その強度が高
く、しかも特性にばらつきが少ない。
Since the silicon nitride powder produced according to the present invention has excellent sintering properties, a homogeneous sintered body can be obtained, its strength is high, and its characteristics have little variation.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリカ粉末と種子粉末との混合粉末をNH3
と炭化水素ガス(CmHn)から成る第1の混合ガス中で加
熱する窒化ケイ素粉末の製造方法において、前記種子粉
末として、シリカ粉末をNH3と炭化水素ガス(CmHn)か
ら成る第2の混合ガス中で加熱して製造した窒化ケイ素
粉末を用いることを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方
法。
1. A mixed powder of silica powder and seed powder is mixed with NH 3
A silicon mixed powder comprising NH 3 and a hydrocarbon gas (CmHn) as the seed powder, wherein the silicon powder is heated in a first mixed gas composed of nitrogen and hydrocarbon gas (CmHn). A method for producing silicon nitride powder, comprising using silicon nitride powder produced by heating in a furnace.
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