JP2874045B2 - Method for producing porous silicon nitride-based fiber ceramic body - Google Patents

Method for producing porous silicon nitride-based fiber ceramic body

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JP2874045B2
JP2874045B2 JP8239849A JP23984996A JP2874045B2 JP 2874045 B2 JP2874045 B2 JP 2874045B2 JP 8239849 A JP8239849 A JP 8239849A JP 23984996 A JP23984996 A JP 23984996A JP 2874045 B2 JP2874045 B2 JP 2874045B2
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nitrogen
porous body
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porous
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ケイ素基繊維
組織セラミックス多孔体の新規製造方法に関するもので
ある。本発明によって製造される窒化ケイ素基繊維組織
セラミックス多孔体は、均一な繊維状組織、特定の気孔
率を有し、例えば、発電用ガスタービン、宇宙往還機な
どに用いる耐熱性材料のフィラ(強化材)としての応用
が期待される。強化材として用いる場合、多孔体には特
定の部材形状を容易に付与することが可能なため、基材
成分を多孔体に含浸した後、焼成することにより複雑形
状部材の製造を容易に行うことができる。また、この繊
維状組織多孔体は各種プラントから排出される高温ガス
の浄化フィルターなどとしての応用も期待できる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel method for producing a porous silicon nitride-based fiber-structured ceramic body. The silicon nitride-based fiber-structured ceramic porous body manufactured by the present invention has a uniform fibrous structure and a specific porosity. For example, a filler (reinforced) of a heat-resistant material used for a power generation gas turbine, a space shuttle, and the like is used. Material) is expected. When used as a reinforcing material, it is possible to easily impart a specific member shape to the porous body. Therefore, after the base material component is impregnated in the porous body, the porous body can be easily manufactured by baking. Can be. The fibrous tissue porous material can also be expected to be used as a filter for purifying high-temperature gas discharged from various plants.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、窒化ケイ素基セラミックス繊維状
組織として、ウィスカーが製造されている。このウィス
カーの製造方法としては、1)金属ケイ素の窒化法
(A.L.Cuningham and L.G.Da
vis,SAMPE,15,120(1986).)、
2)シリカの還元窒化法(R.C.Johnson e
tal.,”Synthesis of Fibrou
s Silicon Nitride”,U.S.Pa
t.3,244,480(1966)、田中ら,”窒化
珪素ウィスカーの製造方法”,特許第1,324,47
9号)、3)昇華法(神徳ら,”窒化珪素ウィスカーの
製法”,特開昭61−275199)、4)気相反応法
(K.kijima et al.,J.Cryst.
Growth,52,285(1981)、M.Mot
ojima et al.,J.Cryst.Grow
th,96,383(1989))および5)フラック
ス法(K.kijima et al.,J.Crys
t.Growth,21,317(1974))などが
報告されている。
Hitherto, whiskers have been produced as a silicon nitride-based ceramic fibrous structure. The whisker production method is as follows: 1) Nitriding method of metal silicon (AL Cunningham and LG Da)
vis, SAMPE, 15, 120 (1986). ),
2) Reduction nitridation method of silica (RC Johnson)
tal. , "Synthesis of Fibrou
s Silicon Nitrid ", US Pa
t. 3,244,480 (1966); Tanaka et al., "Method of Manufacturing Silicon Nitride Whiskers", Patent No. 1,324,47.
No. 9), 3) Sublimation method (Shintoku et al., “Method for producing silicon nitride whiskers”, JP-A-61-275199), 4) Gas phase reaction method (K. kijima et al., J. Cryst.
Growth, 52, 285 (1981); Mot
ojima et al. , J. et al. Cryst. Grow
th, 96, 383 (1989)) and 5) Flux method (K. kijima et al., J. Crys).
t. Growth, 21, 317 (1974)).

【0003】しかしながら、従来の製造方法では、いず
れも出発原料が多く残存すること、繊維状組織形成(ウ
ィスカー生成)のために鉄(Fe)などの不純物金属が
添加されること、さらにウィスカーの形態、組成および
結晶相が不均一となることから、目的物であるウィスカ
ーの分離精製工程が必要となり、生産効率が非常に悪い
という問題がある。また、分離精製されたウィスカーは
微細繊維状粉末として製品化され、各種構造材料の強化
材としての応用検討がなされているが、近年では安全衛
生上の観点から、その取り扱いが制限されつつあるとい
う問題がある。
[0003] However, in the conventional production method, a large amount of starting material remains, an impurity metal such as iron (Fe) is added for forming a fibrous structure (whisker formation), and further, the whisker shape is reduced. In addition, since the composition and the crystal phase become non-uniform, a step of separating and purifying whiskers, which is an object, is required, and there is a problem that the production efficiency is very poor. Whiskers that have been separated and refined have been commercialized as fine fibrous powders, and their application as reinforcing materials for various structural materials has been studied.However, in recent years, from the viewpoint of safety and health, their handling has been restricted. There's a problem.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記従来技
術の各種の問題を解消することが可能な新しい窒化ケイ
素基繊維組織セラミックス多孔体を製造する方法を開発
することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、原
子、分子レベルで組成制御された有機金属化合物を熱分
解して得られる均一かつ厳密な化学組成で構成されたア
モルファス粉末を成形後、窒素中で加熱することによ
り、所期の目的を達成し得ることを見出し、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明は、出発原料の残留
がなく、非常に均一な繊維状組織と特定の気孔率を有す
る窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体を製造する
ことができる新しい窒化ケイ素基繊維組織セラミックス
多孔体の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。また、本発明は、従来方法のようなウィスカーの分
離精製工程を全く必要としない、生産効率の良い窒化ケ
イ素基繊維組織セラミックス多孔体の製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
Under these circumstances, the present inventors have developed a new silicon nitride-based fiber structure capable of solving the various problems of the above-mentioned prior art in view of the above-mentioned prior art. As a result of intensive research aimed at developing a method of manufacturing porous ceramics, it was found that it was composed of a uniform and strict chemical composition obtained by thermally decomposing organometallic compounds whose composition was controlled at the atomic and molecular levels. It has been found that the intended purpose can be achieved by heating the amorphous powder in nitrogen after molding the amorphous powder, and the present invention has been completed. That is, the present invention provides a new silicon nitride-based fiber-structured ceramic porous body capable of producing a silicon nitride-based fiber-structured ceramic porous body having a very uniform fibrous structure and a specific porosity without leaving any starting material. It is an object of the present invention to provide a production method of Another object of the present invention is to provide a method for producing a silicon nitride-based fibrous ceramic porous body having good production efficiency, which does not require a whisker separation / purification step as in the conventional method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、アモルファス粉末を成形後、窒素中で加熱
して、均一な繊維状組織を有し、かつ10〜50%の気
孔率を有する窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体
を製造する方法であって、一般式〔Si−A(−B)−
C−O−N〕・・・(1)(式中、Siはケイ素、Aは
イットリウムまたは希土類元素、ただしA−Bの場合
A、Bはイットリウム、希土類元素およびアルミニウム
から選ばれる異なった元素、Cは炭素、Oは酸素および
Nは窒素を表す)で表わされ、ケイ素が50%以上、窒
素が25%以上の含有量であり、かつA元素とB元素の
総含有量が6%以上、酸素含有量が5%以上および炭素
含有量が5%以上の、均一かつ厳密な化学組成で構成さ
れる非晶質粉末(アモルファス粉末)を用いることを特
徴とする前記窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体
の製造方法である。また、本発明は、前記アモルファス
粉末は原子、分子レベルで組成制御された有機金属化合
物を600〜1200℃で熱分解したものを粉砕して得
られるもので、これを成形後、窒素1〜4気圧中で加熱
して多孔体を形成させることを特徴とする上記の窒化ケ
イ素基繊維組織セラミックス多孔体の製造方法、窒化ケ
イ素基繊維組織多孔体が均一な繊維状組織を有し、かつ
気孔率が10〜50%であることを特徴とする上記の窒
化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体の製造方法、を
好ましい態様とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an amorphous powder, which is molded and then heated in nitrogen to have a uniform fibrous structure and to have an air content of 10 to 50%.
A method of manufacturing a silicon nitride based fibrous tissue ceramic porous body having a porosity, the general formula [Si-A (-B) -
C—O—N] (1) (wherein, Si is silicon, A is yttrium or a rare earth element, and in the case of AB, A and B are different elements selected from yttrium, rare earth element and aluminum, C represents carbon, O represents oxygen and N represents nitrogen), the content of silicon is 50% or more, the content of nitrogen is 25% or more, and the total content of the A element and the B element is 6% or more. A silicon powder having an oxygen content of 5% or more and a carbon content of 5% or more and having a uniform and strict chemical composition (amorphous powder). This is a method for producing a porous body. Further, the present invention, the amorphous powder is one obtained by pulverizing a material obtained by thermally decomposing atoms, an organometallic compound composition control at the molecular level at 600 to 1200 ° C., after molding it, nitrogen 1-4 Heating in atmospheric pressure
To a process for the manufacture of the above silicon nitride based fibrous tissue ceramic porous body, wherein Rukoto to form a porous body, a silicon nitride based fibrous tissue porous body has a uniform fibrous tissue, and porosity 10 In a preferred embodiment, the above-described method for producing a porous silicon nitride-based fibrous ceramic body characterized by being 50%.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】次に、本発明についてさらに詳述
する。本発明は、上記の課題を原子、分子レベルで組成
制御された有機金属化合物を熱分解して得られる均一か
つ厳密な化学組成で構成されたアモルファス粉末を成形
後、窒素中で加熱することにより、均一な繊維状組織を
有し、かつ気孔率が10〜50%であることを特徴とす
る窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体の製造方法
を提供することによって解決する。本発明によれば、原
子、分子レベルで組成制御された有機金属化合物を熱分
解して得られる一般式〔Si−A(−B)−C−O−
N〕・・・(1)(式中、Siはケイ素、Aはイットリ
ウムまたは希土類元素、ただしA−Bの場合A、Bはイ
ットリウム、希土類元素およびアルミニウムから選ばれ
る異なった元素、Cは炭素、Oは酸素およびNは窒素を
表す)で表わされ、ケイ素が50%以上、窒素が25%
以上の含有量であり、かつA元素とB元素の総含有量が
6%以上、酸素含有量が5%以上および炭素含有量が5
%以上の、均一かつ厳密な化学組成で構成されるアモル
ファス粉末を成形後、窒素中で加熱することにより、均
一な繊維状組織を有し、かつ気孔率が10〜50%であ
る窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体が提供され
る。
Next, the present invention will be described in more detail. The present invention solves the above-mentioned problem by heating an amorphous powder composed of a uniform and strict chemical composition obtained by thermally decomposing an organometallic compound whose composition is controlled at the atomic and molecular levels, and then heating the powder in nitrogen. The problem is solved by providing a method for producing a silicon nitride-based fibrous ceramic porous body having a uniform fibrous structure and a porosity of 10 to 50%. According to the present invention, a general formula [Si-A (-B) -CO-O-] obtained by thermally decomposing an organometallic compound whose composition is controlled at the atomic and molecular levels.
N] (1) (wherein, Si is silicon, A is yttrium or a rare earth element, where A and B are different elements selected from yttrium, a rare earth element and aluminum, C is carbon, O represents oxygen and N represents nitrogen), wherein silicon is 50% or more and nitrogen is 25%
The above content, and the total content of the element A and the element B is 6% or more, the oxygen content is 5% or more, and the carbon content is 5% or more.
% Of amorphous powder composed of a uniform and strict chemical composition and then heated in nitrogen to form a silicon nitride base having a uniform fibrous structure and a porosity of 10 to 50%. A porous fibrous ceramic body is provided.

【0007】本発明で用いる原子、分子レベルで組成制
御された有機金属化合物の製造には、たとえばポリカル
ボシラン、ポリシラザンなどが利用できる(特開昭60
−145943、特開昭60−226890、特開昭6
1−89230など)。これらの有機金属化合物をアル
コール、アルコキシド、金属アミドなどの各種反応剤で
化学修飾することにより、目的とする組成制御された有
機金属化合物を製造できる。これらの化学修飾反応に
は、たとえば金属アルコキシドでポリシラザンを化学修
飾する(特開平2−77427など)方法、あるいは、
金属アルコキシドでポリカルボシランを化学修飾する
(特開昭56−74126、特開昭56−92923な
ど)方法(以下、化学修飾法という)などを利用するこ
とができる。その他、有機ケイ素系ポリマーと各種有機
金属反応剤を物理的に均一混合したものも利用すること
ができる(以下、物理的混合法という)。ただし、均一
な繊維組織を得るためには、厳密かつ均一に組成制御さ
れたアモルファス粉末が必要不可欠であり、そのような
アモルファス粉末の製造においては、物理的混合法に比
べて化学修飾法を用いて原子、分子レベルで組成制御さ
れた有機金属化合物を用いることが好ましい。
[0007] Polycarbosilane, polysilazane, and the like can be used for the production of the organometallic compound whose composition is controlled at the atomic and molecular levels used in the present invention.
145943, JP-A-60-226890, JP-A-6-1986
1-89230). By chemically modifying these organometallic compounds with various reactants such as alcohols, alkoxides, and metal amides, it is possible to produce an intended organometallic compound having a controlled composition. These chemical modification reactions include, for example, a method of chemically modifying polysilazane with a metal alkoxide (JP-A-2-77427 or the like), or
A method of chemically modifying polycarbosilane with a metal alkoxide (for example, JP-A-56-74126, JP-A-56-92923, etc.) (hereinafter, referred to as a chemical modification method) can be used. In addition, those obtained by physically mixing an organosilicon-based polymer and various organometallic reactants physically can be used (hereinafter, referred to as a physical mixing method). However, in order to obtain a uniform fiber structure, strictly and uniformly controlled amorphous powder is indispensable.In the production of such an amorphous powder, a chemical modification method is used as compared to a physical mixing method. It is preferable to use an organometallic compound whose composition is controlled at the atomic and molecular levels.

【0008】上記ポリカルボシランとしてはジメチルポ
リシランの転移反応で合成されるもの、ポリシラザンと
してはパーヒドロポリシラザン、アルコールとしてはノ
ルマルデシルアルコール、アルコキシドとしてはトリメ
トキシイットリウム、金属アミドとしてはトリエチルア
ルミニウムなどが好適なものとして例示される。また、
希土類元素としては、La(ランタン)、Nd(ネオジ
ム)、Dy(ジスプロシウム)、Yb(イッテルビウ
ム)などがが好適なものとして例示される。さらに、上
記有機金属化合物の製造方法としては、例えば、ポリシ
ラザンを溶媒に溶解し、アルコールを加えて還流してア
ルコール付加体とした後、これにトリメトキシイットリ
ウム、トリエチルアルミニウムなどを加えて還流し、反
応終了後、溶媒を留去して反応生成物の、原子、分子レ
ベルで組成制御された有機金属化合物を製造する方法が
好適なものとして例示されるが、上記有機金属化合物を
製造する方法は、前記したように、適宜の方法を利用す
ることが可能であり、これらに限定されるものではな
い。
As the above polycarbosilane, those synthesized by a transfer reaction of dimethylpolysilane, perhydropolysilazane as polysilazane, normal decyl alcohol as alcohol, trimethoxyyttrium as alkoxide, and triethylaluminum as metal amide are preferable. Is exemplified. Also,
Examples of the rare earth element include La (lanthanum), Nd (neodymium), Dy (dysprosium), and Yb (ytterbium). Further, as a method for producing the organometallic compound, for example, after dissolving polysilazane in a solvent, adding an alcohol and refluxing to obtain an alcohol adduct, trimethoxyyttrium, triethylaluminum and the like are added, and the mixture is refluxed. After completion of the reaction, a method of producing an organometallic compound whose composition is controlled at the atomic and molecular levels by distilling off the solvent after removing the solvent is exemplified as a suitable method. As described above, an appropriate method can be used, and the present invention is not limited thereto.

【0009】これらの方法で製造した有機金属化合物
を、雰囲気ガス(アルゴン、窒素、アンモニアなど)中
で熱分解することにより、アモルファス相が合成でき
る。この熱分解工程では、目的とする厳密かつ均一に組
成制御されたアモルファス相を合成するために、用いる
有機金属化合物の種類、組成に合わせた雰囲気ガスを選
択する必要がある。また、熱分解温度は600℃〜12
00℃が好ましい。この温度範囲より高い場合、窒化ケ
イ素の結晶化が部分的に起こるため、最終的に均一な繊
維組織は得られない。また、多孔体を形成することがで
きなくなる。また、この温度範囲よりも低い場合、アモ
ルファス相に有機金属化合物が残存する。残存した有機
金属化合物は、成形体を窒素中で加熱する際に熱分解す
るため、成形体にクラックなどが生じて最終製品の形状
付与が困難となる。
An amorphous phase can be synthesized by thermally decomposing the organometallic compound produced by these methods in an atmosphere gas (argon, nitrogen, ammonia, etc.). In this pyrolysis step, it is necessary to select an atmosphere gas that matches the type and composition of the organometallic compound to be used in order to synthesize a desired strictly and uniformly controlled amorphous phase. In addition, the thermal decomposition temperature is from 600 ° C to 12 ° C.
00 ° C is preferred. When the temperature is higher than this temperature range, crystallization of silicon nitride occurs partially, so that a uniform fiber structure cannot be finally obtained. Also, a porous body can be formed.
Will not be able to. When the temperature is lower than this temperature range, the organometallic compound remains in the amorphous phase. Since the remaining organometallic compound is thermally decomposed when the molded body is heated in nitrogen, cracks and the like occur in the molded body, making it difficult to impart a shape to the final product.

【0010】得られたアモルファス相は、粉砕機などを
用いて粉砕して微粉末化して成形した後、窒素中で加熱
して窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔体を製造す
る。加熱温度は1600℃〜1800℃が望ましい。加
熱における昇温速度は10℃毎分〜20℃毎分、最高保
持温度は1時間から5時間が望ましい。雰囲気窒素圧力
は、1気圧から4気圧が望ましい。これらの条件を満た
さない場合、目的とする均一な繊維状組織多孔体が得ら
れなくなる。さらに、本発明でアモルファス粉末成形体
を加熱炉内で加熱する場合、窒化ケイ素で作られた炉材
を用いることが望ましい。
The obtained amorphous phase is pulverized using a pulverizer or the like to be pulverized and molded, and then heated in nitrogen to produce a silicon nitride-based fibrous ceramic porous body. The heating temperature is desirably 1600 ° C to 1800 ° C. The heating rate is preferably 10 ° C./min to 20 ° C./min, and the maximum holding temperature is 1 hour to 5 hours. The atmospheric nitrogen pressure is desirably 1 to 4 atm. Meet these conditions
Otherwise, the desired uniform fibrous tissue porous body is not obtained.
No longer. Furthermore, when the amorphous powder compact is heated in a heating furnace in the present invention, it is desirable to use a furnace material made of silicon nitride.

【0011】以上の構成を採用することにより、出発原
料の残留が全くなく、また、非常に均一な繊維状組織を
有し、かつ10〜50%の気孔率を有する窒化ケイ素基
繊維組織セラミックス多孔体を製造することが可能とな
る。本発明の方法によれば、目的物であるウィスカーの
分離精製工程が全く不要となり、従来方法と比して生産
効率が非常に良い利点がある。また、繊維組織の結合相
には、耐熱性に優れた組成を選択でき、かつ多孔体の形
状付与が容易であることから、本発明の窒化ケイ素基繊
維組織セラミックス多孔体は、例えば、耐熱性材料の強
化材、高温ガスの浄化フィルターなどとして有用であ
る。
By adopting the above structure, the silicon nitride-based fiber structure ceramic porous material having no residual starting material, having a very uniform fibrous structure, and having a porosity of 10 to 50%. The body can be manufactured. According to the method of the present invention, there is no need for a step of separating and purifying the target whisker, and there is an advantage that the production efficiency is very good as compared with the conventional method. Further, since the composition having excellent heat resistance can be selected for the binder phase of the fiber structure and the shape of the porous body can be easily provided, the silicon nitride-based fiber structure ceramic porous body of the present invention is, for example, heat-resistant. It is useful as a material reinforcement, a high temperature gas purification filter, and the like.

【0012】[0012]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳述する
が、本発明はこれにより限定されるものではない。 実施例1 (有機金属化合物の製造)パーヒドロポリシラザン(1
4.6g)を無水キシレン(100ml)に溶解した
後、室温でノルマルデシルアルコール(0.53g)を
加えて1時間環流した。反応終了後、溶媒のキシレンを
減圧溜去して生成物(15g,以下アルコール付加体)
を得た。次に、アルコール付加体の無水ピリジン(40
0ml)溶液を調製し、これにトリメトキシイットリウ
ム(0.18g)を室温で加えた。水素ガスの発生が収
まった後、2時間環流した。反応終了後、溶媒のピリジ
ンを減圧留去して反応生成物(14g、白色固体)を得
た。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the present invention is limited thereto. Example 1 (Production of organometallic compound) perhydropolysilazane (1
After dissolving 4.6 g) in anhydrous xylene (100 ml), normal decyl alcohol (0.53 g) was added at room temperature and refluxed for 1 hour. After completion of the reaction, the solvent xylene was distilled off under reduced pressure to produce the product (15 g, hereinafter referred to as an alcohol adduct).
I got Next, an alcohol adduct of anhydrous pyridine (40
0 ml) solution to which trimethoxyyttrium (0.18 g) was added at room temperature. After hydrogen gas generation ceased, reflux was continued for 2 hours. After completion of the reaction, pyridine as a solvent was distilled off under reduced pressure to obtain a reaction product (14 g, white solid).

【0013】(アモルファス粉末の製造)得られた反応
生成物を、窒素気流中、速度3℃毎分で昇温して100
0℃で3時間保持することにより熱分解してアモルファ
ス相(12g)を得た。得られたアモルファス相のX線
回折解析結果を図1に示す。結晶相は全く観察されず、
アモルファス相であることが確認された。元素分析の結
果、得られたアモルファス相はケイ素53.7%、窒素
26.5%、イットリウム6.9%、酸素6.9%およ
び炭素6.4%の化学組成で構成されていた。得られた
アモルファス相は、乳鉢で軽く粉砕後、60メッシュの
ふるいで整粒してアモルファス粉末とした。
(Production of Amorphous Powder) The obtained reaction product is heated at a rate of 3 ° C. per minute in a stream of nitrogen for 100 minutes.
It was thermally decomposed by holding at 0 ° C. for 3 hours to obtain an amorphous phase (12 g). FIG. 1 shows the results of X-ray diffraction analysis of the obtained amorphous phase. No crystal phase is observed,
It was confirmed that it was an amorphous phase. As a result of elemental analysis, the obtained amorphous phase was composed of a chemical composition of 53.7% of silicon, 26.5% of nitrogen, 6.9% of yttrium, 6.9% of oxygen, and 6.4% of carbon. The obtained amorphous phase was lightly pulverized in a mortar and sized with a sieve of 60 mesh to obtain an amorphous powder.

【0014】(窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔
体の製造)このアモルファス粉末(1.5g)を成形圧
力150MPaで金型成形して直径15mm、厚さ4m
mのペレット状成形体とした。この成形体を窒素4気圧
中、1800℃で1時間加熱して、ペレット状焼成物を
得た。図2には焼成物の電子顕微鏡写真を示す。焼成物
は、均一な繊維組織多孔体であることが確認された。ま
た図3には繊維組織多孔体の微細構造組織を示す。繊維
組織は、長さ約15μm、幅約0.5μmの繊維状結晶
粒子で構成されていることが分かった。また、アルキメ
デス法による密度測定の結果、焼成物は気孔率35%の
多孔体であることが確認された。図4には焼成物のX線
回折解析結果を示す。焼成物は窒化ケイ素を主成分とし
て、さらに窒化ケイ素よりも耐熱性に優れた炭化ケイ素
が少量含まれることが確認された。これらの評価結果よ
り、本焼成物は、均一な繊維状組織を有し、かつ気孔率
が35%である窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔
体であることが確認された。
(Manufacture of Porous Silicon Nitride-Based Ceramic Fiber Body) This amorphous powder (1.5 g) was molded at a molding pressure of 150 MPa into a mold having a diameter of 15 mm and a thickness of 4 m.
m in the form of a pellet. This compact was heated at 1800 ° C. for 1 hour in 4 atmospheres of nitrogen to obtain a pellet-like fired product. FIG. 2 shows an electron micrograph of the fired product. It was confirmed that the fired product was a uniform fibrous tissue porous body. FIG. 3 shows the microstructure of the porous fibrous structure. The fibrous structure was found to be composed of fibrous crystal particles having a length of about 15 μm and a width of about 0.5 μm. Further, as a result of density measurement by the Archimedes method, it was confirmed that the fired product was a porous material having a porosity of 35%. FIG. 4 shows the results of X-ray diffraction analysis of the fired product. It was confirmed that the fired product contained silicon nitride as a main component and further contained a small amount of silicon carbide having higher heat resistance than silicon nitride. From these evaluation results, it was confirmed that the fired product was a silicon nitride-based fiber structure ceramic porous body having a uniform fibrous structure and a porosity of 35%.

【0015】実施例2 (有機金属化合物の製造)パーヒドロポリシラザン(1
4.6g)を無水キシレン(100ml)に溶解した
後、室温でノルマルデシルアルコール(0.53g)を
加えて1時間環流した。室温まで冷却した後、窒素気流
下、トリエチルアルミニウム(0.08g)を加えた
後、5時間還流した。溶媒のキシレンを減圧溜去して生
成物(15.1g)を得た。次に得られた生成物の無水
ピリジン(400ml)溶液を調製し、これにトリメト
キシイットリウム(0.14g)を室温で加えた。水素
ガスの発生が収まった後、2時間環流した。反応終了
後、溶媒のピリジンを減圧留去して反応生成物(13.
6g、白色固体)を得た。
Example 2 (Production of organometallic compound) Perhydropolysilazane (1
After dissolving 4.6 g) in anhydrous xylene (100 ml), normal decyl alcohol (0.53 g) was added at room temperature and refluxed for 1 hour. After cooling to room temperature, triethylaluminum (0.08 g) was added under a nitrogen stream, and the mixture was refluxed for 5 hours. The solvent xylene was distilled off under reduced pressure to obtain a product (15.1 g). Next, a solution of the obtained product in anhydrous pyridine (400 ml) was prepared, and trimethoxyyttrium (0.14 g) was added thereto at room temperature. After hydrogen gas generation ceased, reflux was continued for 2 hours. After completion of the reaction, pyridine as a solvent was distilled off under reduced pressure, and the reaction product (13.
6 g, a white solid).

【0016】(アモルファス粉末の製造)得られた反応
生成物を、窒素気流中、速度3℃毎分で昇温して100
0℃で3時間保持することにより熱分解してアモルファ
ス相(11.5g)を得た。得られたアモルファス相の
X線回折解析結果を図5に示す。結晶相は全く観察され
ず、アモルファス相であることが確認された。元素分析
の結果、得られたアモルファス相はケイ素54.5%、
窒素26.9%、アルミニウム1.1%、イットリウム
5.5%、酸素5.5%及び炭素6.5%の化学組成で
構成されていた。得られたアモルファス相は、乳鉢で軽
く粉砕後、60メッシュのふるいで整粒してアモルファ
ス粉末とした。
(Production of Amorphous Powder) The obtained reaction product was heated at a rate of 3 ° C./min in a nitrogen stream to 100
It was thermally decomposed by holding at 0 ° C. for 3 hours to obtain an amorphous phase (11.5 g). FIG. 5 shows the results of X-ray diffraction analysis of the obtained amorphous phase. No crystalline phase was observed, confirming that it was an amorphous phase. As a result of elemental analysis, the obtained amorphous phase was 54.5% silicon,
It consisted of a chemical composition of 26.9% nitrogen, 1.1% aluminum, 5.5% yttrium, 5.5% oxygen and 6.5% carbon. The obtained amorphous phase was lightly pulverized in a mortar and sized with a sieve of 60 mesh to obtain an amorphous powder.

【0017】(窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔
体の製造)このアモルファス粉末(1.5g)を成形圧
力150MPaで金型成形して直径15mm、厚さ4m
mのペレット状成形体とした。この成形体を窒素4気圧
中、1800℃で1時間加熱して、ペレット状焼成物を
得た。電子顕微鏡観察の結果、焼成物は均一な繊維組織
多孔体であることが確認された。図6には繊維組織多孔
体の微細構造組織を示す。繊維組織は、長さ約10μ
m、幅約0.8μmの繊維状結晶粒子で構成されている
ことが分かった。また、アルキメデス法による密度測定
の結果、焼成物は気孔率32%の多孔体であることが確
認された。焼成物のX線回折解析を行った結果、焼成物
は窒化ケイ素を主成分として、さらに窒化ケイ素よりも
耐熱性に優れた炭化ケイ素が少量含まれることが確認さ
れた。これらの評価結果より、本焼成物は、均一な繊維
状組織を有し、かつ気孔率が32%である窒化ケイ素基
繊維組織セラミックス多孔体であることが確認された。
(Production of Silicon Nitride-based Fiber-structured Ceramic Porous Material) This amorphous powder (1.5 g) was molded at a molding pressure of 150 MPa into a mold having a diameter of 15 mm and a thickness of 4 m.
m in the form of a pellet. This compact was heated at 1800 ° C. for 1 hour in 4 atmospheres of nitrogen to obtain a pellet-like fired product. As a result of observation with an electron microscope, it was confirmed that the fired product was a uniform fibrous tissue porous body. FIG. 6 shows the microstructure of the porous fibrous structure. The fiber tissue is about 10μ in length
m and about 0.8 μm in width. Further, as a result of density measurement by the Archimedes method, it was confirmed that the fired product was a porous material having a porosity of 32%. As a result of X-ray diffraction analysis of the fired product, it was confirmed that the fired product contained silicon nitride as a main component and further contained a small amount of silicon carbide having higher heat resistance than silicon nitride. From these evaluation results, it was confirmed that the fired product was a silicon nitride-based fiber structure ceramic porous body having a uniform fibrous structure and a porosity of 32%.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明の方法によれば、出発原料の残留
が全くない。また、非常に均一な繊維状組織を有し、か
つ特定の気孔率を有する窒化ケイ素基繊維組織セラミッ
クス多孔体が得られる。さらに、目的物であるウィスカ
ーの分離精製工程が全く不要であり、繊維組織の結合相
には、耐熱性に優れた組成を選択でき、かつ多孔体の形
状付与が容易であることから、繊維状多孔体を分解精製
することなく、強化材として、あるいはフィルターとし
て安全かつ安定に取り扱うことが可能である。
According to the method of the present invention, no starting material remains. In addition, a silicon nitride-based fibrous ceramic porous body having a very uniform fibrous structure and a specific porosity can be obtained. Furthermore, the step of separating and purifying the whisker, which is the target substance, is not required at all, and the composition having excellent heat resistance can be selected for the binder phase of the fibrous structure, and the shape of the porous body can be easily provided. The porous body can be safely and stably handled as a reinforcing material or as a filter without decomposing and purifying the porous body.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1で製造されたアモルファス相
のX線回折図を示す。
FIG. 1 shows an X-ray diffraction pattern of an amorphous phase produced in Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例1の窒化ケイ素基繊維組織セラ
ミックス多孔体の電子顕微鏡写真を示す。
FIG. 2 shows an electron micrograph of a porous silicon nitride-based fiber ceramic body of Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例1の窒化ケイ素基繊維組織セラ
ミックス多孔体の微細組織写真を示す。
FIG. 3 is a microstructure photograph of the silicon nitride based fiber structure ceramic porous body of Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の実施例1の窒化ケイ素基繊維組織セラ
ミックス多孔体のX線回折図を示す。
FIG. 4 shows an X-ray diffraction diagram of the silicon nitride-based fiber-structured ceramic porous body of Example 1 of the present invention.

【図5】本発明の実施例2で得られたアモルファス相の
X線回折解析結果を示す。
FIG. 5 shows an X-ray diffraction analysis result of an amorphous phase obtained in Example 2 of the present invention.

【図6】本発明の実施例2の窒化ケイ素基繊維組織多孔
体の微細構造組織写真を示す。
FIG. 6 shows a microstructure micrograph of a porous silicon nitride-based fiber microstructure of Example 2 of the present invention.

フロントページの続き 審査官 後谷 陽一 (56)参考文献 特開 平2−204313(JP,A) 特開 平2−289408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/584 C04B 35/626 C04B 38/00 304 Continuation of the front page Examiner Yoichi Gotani (56) References JP-A-2-204313 (JP, A) JP-A-2-289408 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB Name) C04B 35/584 C04B 35/626 C04B 38/00 304

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アモルファス粉末を成形後、窒素中で加
熱して、均一な繊維状組織を有し、かつ10〜50%の
気孔率を有する窒化ケイ素基繊維組織セラミックス多孔
体を製造する方法であって、一般式〔Si−A(−B)
−C−O−N〕・・・(1) (式中、Siはケイ素、Aはイットリウムまたは希土類
元素、ただしA−Bの場合A、Bはイットリウム、希土
類元素およびアルミニウムから選ばれる異なった元素、
Cは炭素、Oは酸素およびNは窒素を表す)で表わさ
れ、ケイ素が50%以上、窒素が25%以上の含有量で
あり、かつA元素とB元素の総含有量が6%以上、酸素
含有量が5%以上および炭素含有量が5%以上の、均一
かつ厳密な化学組成で構成される非晶質粉末(アモルフ
ァス粉末)を用いることを特徴とする前記窒化ケイ素基
繊維組織セラミックス多孔体の製造方法。
After the amorphous powder is molded, it is heated in nitrogen to have a uniform fibrous structure and 10 to 50%.
A method for producing a porous silicon nitride-based fibrous ceramic having a porosity , comprising the general formula [Si-A (-B)
-CON] (1) (wherein, Si is silicon, A is yttrium or a rare earth element, and in the case of AB, A and B are different elements selected from yttrium, a rare earth element and aluminum. ,
C represents carbon, O represents oxygen and N represents nitrogen), the content of silicon is 50% or more, the content of nitrogen is 25% or more, and the total content of the A element and the B element is 6% or more. A silicon powder having an oxygen content of 5% or more and a carbon content of 5% or more and having a uniform and strict chemical composition (amorphous powder). A method for producing a porous body.
【請求項2】 前記アモルファス粉末は原子、分子レベ
ルで組成制御された有機金属化合物を600〜1200
℃で熱分解したものを粉砕して得られるもので、これを
成形後、窒素1〜4気圧中で加熱して多孔体を形成させ
ることを特徴とする請求項1記載の窒化ケイ素基繊維組
織セラミックス多孔体の製造方法。
2. The amorphous powder contains an organometallic compound whose composition is controlled at an atomic or molecular level by 600 to 1200.
The product obtained by pulverizing the material decomposed by thermal decomposition at a temperature of 1 ° C., after molding, heating in 1 to 4 atm of nitrogen to form a porous body . A method for producing a porous ceramic body having a silicon nitride-based fiber structure.
【請求項3】 窒化ケイ素基繊維組織多孔体が均一な繊
維状組織を有し、かつ気孔率が10〜50%であること
を特徴とする請求項1記載の窒化ケイ素基繊維組織セラ
ミックス多孔体の製造方法。
3. The ceramic porous body of silicon nitride-based fiber structure according to claim 1, wherein the porous silicon nitride-based fiber structure has a uniform fibrous structure and a porosity of 10 to 50%. Manufacturing method.
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