JP2670849B2 - α型窒化珪素の製造方法 - Google Patents
α型窒化珪素の製造方法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/068—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
- C01B21/0685—Preparation by carboreductive nitridation
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- C01B21/0682—Preparation by direct nitridation of silicon
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- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はα型窒化珪素、すなわちα型に富んだ窒化珪
素粉末の製造方法に関する。
素粉末の製造方法に関する。
窒化珪素焼結体は機械的強度が高く、かつ耐熱性にも
優れた高温材料として、多様な用途が考えられている。
しかし、優れた焼結体を造るには優れた原料粉末が要求
される。特に、高耐熱でしかも高強度の焼結体を造るに
は、原料粉末となる窒化珪素粉末は純度が高いのみなら
ず、結晶相的に高いα型窒化珪素を含有していることが
望ましい。このような窒化珪素を得る方法としては、種
々の方法が提案されているが、これらには一長一短があ
り、十分に満足し得る方法は見出されていない。
優れた高温材料として、多様な用途が考えられている。
しかし、優れた焼結体を造るには優れた原料粉末が要求
される。特に、高耐熱でしかも高強度の焼結体を造るに
は、原料粉末となる窒化珪素粉末は純度が高いのみなら
ず、結晶相的に高いα型窒化珪素を含有していることが
望ましい。このような窒化珪素を得る方法としては、種
々の方法が提案されているが、これらには一長一短があ
り、十分に満足し得る方法は見出されていない。
〔発明が解決しようとする課題〕 従来法の中でも、特開昭62-260704号に開示されてい
る、金属窒化法と酸化物還元窒化法を組み合わせてα型
に富んだ窒化珪素粉末を製造する方法は、品質のよい粉
末が得られる工業的に優れた方法である。
る、金属窒化法と酸化物還元窒化法を組み合わせてα型
に富んだ窒化珪素粉末を製造する方法は、品質のよい粉
末が得られる工業的に優れた方法である。
しかしながら、この方法も得られる窒化珪素粉末中に
炭素が比較的多く含まれると言う欠点があった。これは
酸化物還元法の持つ本来的な欠点でもあり、後処理によ
り除去する方法も提案されているが、必ずしも十分に除
去されるわけでもなく、酸化の問題を生ずる。すなわ
ち、Ｘ線回析では検出されない無定型の炭化珪素が存在
し、窒化珪素の純度を低下させる原因となっていた。
炭素が比較的多く含まれると言う欠点があった。これは
酸化物還元法の持つ本来的な欠点でもあり、後処理によ
り除去する方法も提案されているが、必ずしも十分に除
去されるわけでもなく、酸化の問題を生ずる。すなわ
ち、Ｘ線回析では検出されない無定型の炭化珪素が存在
し、窒化珪素の純度を低下させる原因となっていた。
本発明者は、斯かる問題点を改善せんと種々検討を重
ねた結果、（ａ）金属珪素粉末及び（ｂ）シリカ粉末と
炭素粉末の混合物のうちの、少なくとも一方を造粒し、
更に少なくとも一方の造粒物の表面を窒化珪素で被覆
し、次いで成分（ａ）と成分（ｂ）とを混合して窒化雰
囲気で加熱窒化することにより、上記の欠点を大幅に改
善できることを見出した。さらに本発明者は、（ｂ）成
分に窒化珪素を混合した成分（ｃ）を用いれば、さらに
一層の改善がなされることを見出した。
ねた結果、（ａ）金属珪素粉末及び（ｂ）シリカ粉末と
炭素粉末の混合物のうちの、少なくとも一方を造粒し、
更に少なくとも一方の造粒物の表面を窒化珪素で被覆
し、次いで成分（ａ）と成分（ｂ）とを混合して窒化雰
囲気で加熱窒化することにより、上記の欠点を大幅に改
善できることを見出した。さらに本発明者は、（ｂ）成
分に窒化珪素を混合した成分（ｃ）を用いれば、さらに
一層の改善がなされることを見出した。
本発明は斯かる新知見に基いて完成されたもので、本
願は、（ａ）金属珪素粉末及び（ｂ）シリカ粉末と炭素
粉末の混合物の少なくとも一方を造粒し、更にこの造粒
物の少なくとも一方を窒化珪素で表面被覆し、次いで成
分（ａ）と成分（ｂ）を混合して、窒化雰囲気で加熱窒
化することを特徴とするα型窒化珪素の製造方法に係る
第１の発明を提供するものである。
願は、（ａ）金属珪素粉末及び（ｂ）シリカ粉末と炭素
粉末の混合物の少なくとも一方を造粒し、更にこの造粒
物の少なくとも一方を窒化珪素で表面被覆し、次いで成
分（ａ）と成分（ｂ）を混合して、窒化雰囲気で加熱窒
化することを特徴とするα型窒化珪素の製造方法に係る
第１の発明を提供するものである。
更に、本願は、第１の発明における成分（ｂ）の代り
に、成分（ｂ）に更に窒化珪素粉末を混合した成分
（ｃ）を使用することを特徴とする第２の発明を提供す
るものである。
に、成分（ｂ）に更に窒化珪素粉末を混合した成分
（ｃ）を使用することを特徴とする第２の発明を提供す
るものである。
本発明に用いられる成分（ａ）、すなわち金属珪素粉
末は通常の金属直接窒化の場合に使用されているものを
使用することができ、特にこの金属珪素粉末は10μｍ以
下の粒度をもつものが好ましい。10μｍより粗な粒子を
多量に含むときは反応時間が長時間となると共に、未反
応珪素が残留するため、高純度窒化珪素の製造には適さ
ない。また従来法では１μｍ以下の粒径のものは使用で
きないとされていたが、本発明においては１μｍ以下の
微粉末でも急激な反応による温度上昇が大幅に緩和され
るため使用可能である。
末は通常の金属直接窒化の場合に使用されているものを
使用することができ、特にこの金属珪素粉末は10μｍ以
下の粒度をもつものが好ましい。10μｍより粗な粒子を
多量に含むときは反応時間が長時間となると共に、未反
応珪素が残留するため、高純度窒化珪素の製造には適さ
ない。また従来法では１μｍ以下の粒径のものは使用で
きないとされていたが、本発明においては１μｍ以下の
微粉末でも急激な反応による温度上昇が大幅に緩和され
るため使用可能である。
成分（ｂ）はシリカ粉末と炭素粉末の混合物であり、
これらは通常の還元窒化法に使用されているものが使用
できる。例えば、シリカとしては湿式法シリカ粉末、シ
リカヒューム、もみ殻シリカ、微粉末石英などがあげら
れ、炭素粉末としてはカーボンブラック、石油コークス
粉末などを挙げることができる。また、炭素は加熱によ
り炭化して炭素を与える有機物を用いてもよい。これら
の混合は乾式、湿式のどちらでもよく、溶液中でシリカ
の生成と同時に行う方法でもよい。
これらは通常の還元窒化法に使用されているものが使用
できる。例えば、シリカとしては湿式法シリカ粉末、シ
リカヒューム、もみ殻シリカ、微粉末石英などがあげら
れ、炭素粉末としてはカーボンブラック、石油コークス
粉末などを挙げることができる。また、炭素は加熱によ
り炭化して炭素を与える有機物を用いてもよい。これら
の混合は乾式、湿式のどちらでもよく、溶液中でシリカ
の生成と同時に行う方法でもよい。
シリカ粉末、炭素粉末は反応性の観点より１次粒子
径、１μｍ以下のものが好ましい。それより粗い粒子の
場合には、未反応物が残り易く、高純度の窒化珪素の製
造には適さない。また、両原料とも、高α型率の窒化珪
素を製造するためには純度は高い程好ましく、特に99％
以上の純度のものが好ましい。
径、１μｍ以下のものが好ましい。それより粗い粒子の
場合には、未反応物が残り易く、高純度の窒化珪素の製
造には適さない。また、両原料とも、高α型率の窒化珪
素を製造するためには純度は高い程好ましく、特に99％
以上の純度のものが好ましい。
成分（ｂ）中のシリカ粉末／炭素粉末の配合割合は重
量比で1/0.4〜1/1が好ましい。その配合割合が1/0.4未
満であるとシリコンオキシナイトライド（Si2ON2）の生
成が見られるために好ましくなく、また1/1を超えると
過剰の炭素が残留し、除去の問題、経済性、その他好ま
しくない問題を生ずる。
量比で1/0.4〜1/1が好ましい。その配合割合が1/0.4未
満であるとシリコンオキシナイトライド（Si2ON2）の生
成が見られるために好ましくなく、また1/1を超えると
過剰の炭素が残留し、除去の問題、経済性、その他好ま
しくない問題を生ずる。
成分（ｃ）における窒化珪素の混合割合はシリカ１に
対して0.1〜１重量部が好ましい。0.1未満では改善効果
が顕著でなく、１を超えると窒化珪素の生成効率が落
ち、経済性を損なう。
対して0.1〜１重量部が好ましい。0.1未満では改善効果
が顕著でなく、１を超えると窒化珪素の生成効率が落
ち、経済性を損なう。
窒化珪素としては、最終製品の純度、α型率を考慮す
ると、純度、α型率共高いものが好ましい。また、純度
は混合用、被覆用共細かいものほど製品純度は細かいも
のが得られる。
ると、純度、α型率共高いものが好ましい。また、純度
は混合用、被覆用共細かいものほど製品純度は細かいも
のが得られる。
成分（ａ）、（ｂ）及びまたは（ｃ）の造粒は水また
は有機溶媒を添加して造粒することができる。造粒方法
としては、転動造粒、押し出し成型、加圧成型物、スラ
リー乾燥物の破砕物など通常使用される造粒方法のいず
れを使用してもよい。また、粉末の粒度を適度に選べ
ば、液体成分を加えることなく加圧成型も可能である。
後に、被覆操作が加わる場合には、転動造粒などによっ
て被覆が容易な形にするのが好ましい。
は有機溶媒を添加して造粒することができる。造粒方法
としては、転動造粒、押し出し成型、加圧成型物、スラ
リー乾燥物の破砕物など通常使用される造粒方法のいず
れを使用してもよい。また、粉末の粒度を適度に選べ
ば、液体成分を加えることなく加圧成型も可能である。
後に、被覆操作が加わる場合には、転動造粒などによっ
て被覆が容易な形にするのが好ましい。
造粒物の大きさは0.5〜20mm程度が好ましい。0.5mmよ
りも細かいと被覆の割合が大きくなって効率的でなく、
20mmを超えると２つの反応の反応熱相殺が均一に行われ
がたく、不均一となり、α相の低下をもたらす。造粒は
成分（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の少なくとも一つに施す。
りも細かいと被覆の割合が大きくなって効率的でなく、
20mmを超えると２つの反応の反応熱相殺が均一に行われ
がたく、不均一となり、α相の低下をもたらす。造粒は
成分（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の少なくとも一つに施す。
次に、造粒物の少なくとも一つに被覆操作を施した
後、成分（ａ）と（ｂ）または（ｃ）を混合する。この
場合の成分（ａ）／成分（ｂ）、または、成分（ａ）／
成分（ｃ）の混合割合は、成分（ｂ）または成分（ｃ）
中のシリカを１とし、窒化珪素被覆を除外した重量比で
0.1〜３が好ましい。0.1未満では酸化物還元窒化とほと
んど変わらず、３を超えると熱の相殺効果が十分でな
い。
後、成分（ａ）と（ｂ）または（ｃ）を混合する。この
場合の成分（ａ）／成分（ｂ）、または、成分（ａ）／
成分（ｃ）の混合割合は、成分（ｂ）または成分（ｃ）
中のシリカを１とし、窒化珪素被覆を除外した重量比で
0.1〜３が好ましい。0.1未満では酸化物還元窒化とほと
んど変わらず、３を超えると熱の相殺効果が十分でな
い。
得られた混合物を窒素またはアンモニアを含む窒化雰
囲気で加熱することにより高品質のα型窒化珪素を得る
ことができる。加熱温度は1400〜1600℃の範囲が好まし
い。
囲気で加熱することにより高品質のα型窒化珪素を得る
ことができる。加熱温度は1400〜1600℃の範囲が好まし
い。
本発明は、特開昭62-260704号における造粒による反
応の分離、熱の相殺に加え、更に造粒物を窒化珪素で被
覆することによって金属珪素と炭素との直接接触を避け
ることができ、また窒化珪素の添加により生成した一酸
化炭素を速やかに除去することによって、さらに低炭
素、高α型窒化珪素の製造を可能にしたものである。
応の分離、熱の相殺に加え、更に造粒物を窒化珪素で被
覆することによって金属珪素と炭素との直接接触を避け
ることができ、また窒化珪素の添加により生成した一酸
化炭素を速やかに除去することによって、さらに低炭
素、高α型窒化珪素の製造を可能にしたものである。
次に実施例を挙げて説明する。
実施例１〜６ 比表面積180m2/gの湿式法シリカ粉末（純度99.5％以
上）と比表面積24m2/gのカーボンブラック粉末（純度9
9.5％）、比表面積7.6m2/gの窒化珪素（純度99.8％）を
表１に示す割合でボールミル混合し、成分（ｂ）また
は、（ｃ）の混合物とした。さらに、金属珪素粉末（平
均粒径１μｍ、純度99.0％）を用意した。表１に示す造
粒物は直径1.2mのパンペレタイザーで約3mmの粒に造粒
した。さらに、窒化珪素被覆も同じパンペレタイザーを
用いて行った。造粒物と粉末又は造粒物と造粒物は同じ
表１に示す割合に混合した。これら混合物は1400〜1550
℃の温度で窒素による窒化雰囲気で加熱、焼成して、窒
化珪素を得た。得られた窒化珪素のＸ線分析結果及びＮ
分析結果を併せて表１に示す。尚造粒物を窒化珪素被覆
しない場合を比較例１として示した。
上）と比表面積24m2/gのカーボンブラック粉末（純度9
9.5％）、比表面積7.6m2/gの窒化珪素（純度99.8％）を
表１に示す割合でボールミル混合し、成分（ｂ）また
は、（ｃ）の混合物とした。さらに、金属珪素粉末（平
均粒径１μｍ、純度99.0％）を用意した。表１に示す造
粒物は直径1.2mのパンペレタイザーで約3mmの粒に造粒
した。さらに、窒化珪素被覆も同じパンペレタイザーを
用いて行った。造粒物と粉末又は造粒物と造粒物は同じ
表１に示す割合に混合した。これら混合物は1400〜1550
℃の温度で窒素による窒化雰囲気で加熱、焼成して、窒
化珪素を得た。得られた窒化珪素のＸ線分析結果及びＮ
分析結果を併せて表１に示す。尚造粒物を窒化珪素被覆
しない場合を比較例１として示した。
実施例７〜８ アエロジル（日本アエロジル社製）をシリカ原料と
し、炭素原料としてアセチレンブラック（電気化学社
製）、平均粒径１μｍの半導体シリコン（信越化学社
製）粉末、実施例１の窒化珪素を用い、実施例１と同様
の方法で粒径約6mmに造粒後、被覆し、1500℃にて、N21
0％、NH3気流中で２時間加熱窒化した。得られた窒化珪
素の分析値を表１に示す。尚造粒物を窒化珪素被覆しな
い場合を比較例２として示した。
し、炭素原料としてアセチレンブラック（電気化学社
製）、平均粒径１μｍの半導体シリコン（信越化学社
製）粉末、実施例１の窒化珪素を用い、実施例１と同様
の方法で粒径約6mmに造粒後、被覆し、1500℃にて、N21
0％、NH3気流中で２時間加熱窒化した。得られた窒化珪
素の分析値を表１に示す。尚造粒物を窒化珪素被覆しな
い場合を比較例２として示した。
Claims (4)
- 【請求項１】（ａ）金属珪素粉末及び（ｂ）シリカ粉末
と炭素粉末の混合物の少なくとも一方を造粒し、更にこ
の造粒物の少なくとも一方を窒化珪素で表面被覆し、次
いで成分（ａ）と成分（ｂ）を混合して、窒化雰囲気で
加熱窒化することを特徴とするα型窒化珪素の製造方
法。 - 【請求項２】成分（ｂ）の代りに、成分（ｂ）に更に窒
化珪素粉末を混合した成分（ｃ）を使用することを特徴
とする請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】表面被覆する造粒物が成分（ａ）である請
求項１又は２記載の製造方法。 - 【請求項４】表面被覆する造粒物が成分（ｂ）又は成分
（ｃ）である請求項１〜３の何れか１項記載の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108492A JP2670849B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | α型窒化珪素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1108492A JP2670849B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | α型窒化珪素の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02289407A JPH02289407A (ja) | 1990-11-29 |
| JP2670849B2 true JP2670849B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=14486147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1108492A Expired - Lifetime JP2670849B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | α型窒化珪素の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670849B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2678602A1 (fr) * | 1991-07-02 | 1993-01-08 | Atochem | Procede de preparation de nitrure de silicium par carbonitruration de silice et nitrure de silicium sous forme de particules exemptes de whiskers. |
| JP4973846B2 (ja) * | 2006-09-26 | 2012-07-11 | 戸田工業株式会社 | 窒化ケイ素粉末の製造法 |
| CN108623308B (zh) * | 2018-05-23 | 2021-02-02 | 淄博恒世科技发展有限公司 | 氮化硅球用母核及其生产工艺 |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP1108492A patent/JP2670849B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02289407A (ja) | 1990-11-29 |
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