JP3255302B2 - 窒化けい素粉末の製造方法 - Google Patents
窒化けい素粉末の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度、高靱性且つ高
信頼性の焼結体を製造することができる窒化けい素粉末
の製造方法に関する。
信頼性の焼結体を製造することができる窒化けい素粉末
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化けい素焼結体は、強度、硬度、靱
性、耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性、耐衝撃性に優れた材
料であることから、各種産業機構部品、自動車部品、ガ
スタービン部品等での利用が進められている。
性、耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性、耐衝撃性に優れた材
料であることから、各種産業機構部品、自動車部品、ガ
スタービン部品等での利用が進められている。
【０００３】窒化けい素粉末の製造法としては、金属け
い素直接窒化法、シリカ還元法、ハロゲン化けい素法が
工業化されている。これらの製法で得られた粉末は、そ
れぞれ異なった粉体特性を有し、焼結性や焼結体特性に
大きな影響を与えている。
い素直接窒化法、シリカ還元法、ハロゲン化けい素法が
工業化されている。これらの製法で得られた粉末は、そ
れぞれ異なった粉体特性を有し、焼結性や焼結体特性に
大きな影響を与えている。
【０００４】従来より、結晶性の点からは高α相の窒化
けい素粉末が良いとされ、その観点にたった多くの研究
が行われている。高α相の窒化けい素粉末は、主として
ファインセラミックス用原料に使用されているが、それ
を製造するには非常に精密な窒化反応のコントロールと
長い反応時間が必要であり、β相の粉末に比べて製造コ
ストが高くなることが問題である。
けい素粉末が良いとされ、その観点にたった多くの研究
が行われている。高α相の窒化けい素粉末は、主として
ファインセラミックス用原料に使用されているが、それ
を製造するには非常に精密な窒化反応のコントロールと
長い反応時間が必要であり、β相の粉末に比べて製造コ
ストが高くなることが問題である。
【０００５】これに対し、高β相含有の窒化けい素粉末
は、その焼結体の製造において微構造制御が容易である
という特徴を有しているが、物性のバラツキ、不純物量
等においてファインセラミックス用原料として使用でき
るレベルではなかった。
は、その焼結体の製造において微構造制御が容易である
という特徴を有しているが、物性のバラツキ、不純物量
等においてファインセラミックス用原料として使用でき
るレベルではなかった。
【０００６】すなわち、従来の高β相含有の窒化けい素
粉末は、β相が90％程度であり、しかもそのバラツキも
大きかったので、残りのα相窒化けい素の影響を受け、
焼結体の製造において微構造をうまく制御することがで
きなかった。
粉末は、β相が90％程度であり、しかもそのバラツキも
大きかったので、残りのα相窒化けい素の影響を受け、
焼結体の製造において微構造をうまく制御することがで
きなかった。
【０００７】このように、従来技術では、高β相含有窒
化けい素の特徴を十分に発揮させることのできるβ分率
98％以上の窒化けい素粉末を、工業的に安定して製造す
る技術はなく、その出現が待たれていた。
化けい素の特徴を十分に発揮させることのできるβ分率
98％以上の窒化けい素粉末を、工業的に安定して製造す
る技術はなく、その出現が待たれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
要望に応えたものであって、β相が98％以上をも可能と
する窒化けい素粉末を工業的に安定して製造する方法を
提供することにある。
要望に応えたものであって、β相が98％以上をも可能と
する窒化けい素粉末を工業的に安定して製造する方法を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、粒
度295 μm 以下の金属シリコン粉末50重量％以上と、β
相90％以上で粒度295 μm 以下の窒化けい素粉末50重量
％以下（0 は含まず）との混合粉末により嵩密度1.5 ｇ
／cm3 以下の成型体を成形し、それを温度1200℃以上に
維持しながら窒素及び／又はアンモニア雰囲気中で窒化
してインゴットを製造した後、それを粉砕することを特
徴とする窒化けい素粉末の製造方法である。
度295 μm 以下の金属シリコン粉末50重量％以上と、β
相90％以上で粒度295 μm 以下の窒化けい素粉末50重量
％以下（0 は含まず）との混合粉末により嵩密度1.5 ｇ
／cm3 以下の成型体を成形し、それを温度1200℃以上に
維持しながら窒素及び／又はアンモニア雰囲気中で窒化
してインゴットを製造した後、それを粉砕することを特
徴とする窒化けい素粉末の製造方法である。
【００１０】以下、本発明をさらに詳しく説明する。
【００１１】本発明では、原料として、金属シリコンを
微粉砕し48メッシュ篩（295 μm ）好ましくは65メッシ
ュ篩（208 μm ）にて分級し全通したものに、β相が90
％以上で粒度が295 μm 以下である窒化けい素粉末（以
下、骨材という）50重量％以下（0 は含まず）、反応の
均一化及び経済性を考慮して、好ましくは10〜40重量％
を混合したものを用いる。金属シリコンと骨材はできる
だけ高純度であることが好ましいが、いずれも95重量％
程度もあれば十分である。
微粉砕し48メッシュ篩（295 μm ）好ましくは65メッシ
ュ篩（208 μm ）にて分級し全通したものに、β相が90
％以上で粒度が295 μm 以下である窒化けい素粉末（以
下、骨材という）50重量％以下（0 は含まず）、反応の
均一化及び経済性を考慮して、好ましくは10〜40重量％
を混合したものを用いる。金属シリコンと骨材はできる
だけ高純度であることが好ましいが、いずれも95重量％
程度もあれば十分である。
【００１２】金属シリコンの粒度が295 μm よりも大き
いと、内部まで速やかに反応せず金属シリコンが残留す
る。一方、骨材の粒度が295 μm よりも大きかったり、
骨材を混合しないと、窒化反応時に発生する反応熱がこ
もり、融着が起こって未反応金属シリコンの残留につな
がる。骨材のβ相が90％未満では強度のばらつきを示す
ワイブル係数が小さくなる。
いと、内部まで速やかに反応せず金属シリコンが残留す
る。一方、骨材の粒度が295 μm よりも大きかったり、
骨材を混合しないと、窒化反応時に発生する反応熱がこ
もり、融着が起こって未反応金属シリコンの残留につな
がる。骨材のβ相が90％未満では強度のばらつきを示す
ワイブル係数が小さくなる。
【００１３】本発明では、上記金属シリコンと骨材との
混合粉末を嵩密度1.5 ｇ／cm3 以下好ましくは1.4 ｇ／
cm3 以下の成型体に成形し、それを窒素及び／又はアン
モニアを含む雰囲気中で窒化する。ここで成型体の嵩密
度が1.5 ｇ／cm3 をこえると、成型体内部に反応ガスが
行き届かなかったり、反応熱がこもって内部に未反応の
金属シリコンが残留する。
混合粉末を嵩密度1.5 ｇ／cm3 以下好ましくは1.4 ｇ／
cm3 以下の成型体に成形し、それを窒素及び／又はアン
モニアを含む雰囲気中で窒化する。ここで成型体の嵩密
度が1.5 ｇ／cm3 をこえると、成型体内部に反応ガスが
行き届かなかったり、反応熱がこもって内部に未反応の
金属シリコンが残留する。
【００１４】また、成型体の多数を一度に窒化する場合
は、それらの成型体間に適当な間隔がないと、同様にし
て未反応の金属シリコンが残留したり、α相が増加した
りして目標とするβ分率が得られなくなる。未反応の金
属シリコンの存在は、窒化けい素粉末の特性を著しく損
なうので、好ましくはその量を0.3 重量％以下に抑える
ように配慮する。
は、それらの成型体間に適当な間隔がないと、同様にし
て未反応の金属シリコンが残留したり、α相が増加した
りして目標とするβ分率が得られなくなる。未反応の金
属シリコンの存在は、窒化けい素粉末の特性を著しく損
なうので、好ましくはその量を0.3 重量％以下に抑える
ように配慮する。
【００１５】そのためには、成型体一個の厚みはあまり
厚くせず、具体的には厚みが50mm程度以下の直方体とす
るのが望ましい。成型体の多数を一度に窒化する場合
は、成型体間に十分窒化ガスが流れるよう5 〜50mm程度
の間隔を設けるのがよい。
厚くせず、具体的には厚みが50mm程度以下の直方体とす
るのが望ましい。成型体の多数を一度に窒化する場合
は、成型体間に十分窒化ガスが流れるよう5 〜50mm程度
の間隔を設けるのがよい。
【００１６】嵩密度1.5 ｇ／cm3 以下の成型体を成形す
るには、あまり圧力をかけずに成形するか、または樹脂
バインダーを用いて成形した後脱脂することよって行う
ことができる。
るには、あまり圧力をかけずに成形するか、または樹脂
バインダーを用いて成形した後脱脂することよって行う
ことができる。
【００１７】本発明においては、窒化反応温度は常に12
00℃以上にする必要がある。1200℃よりも低い温度で成
型体を窒化炉に投入し窒化を開始した場合は、低温で安
定なα相窒化けい素が生成しやすくなり、目標とする高
β相含有の窒化けい素が得られなくなる。なお、成型体
を投入した際に炉内温度が若干低下するので、その補充
は外部加熱により行う。外部加熱によっても温度制御が
追いつかない場合は、1200℃よりも高温たとえば1300℃
程度に保持された炉に成型体を投入する。
00℃以上にする必要がある。1200℃よりも低い温度で成
型体を窒化炉に投入し窒化を開始した場合は、低温で安
定なα相窒化けい素が生成しやすくなり、目標とする高
β相含有の窒化けい素が得られなくなる。なお、成型体
を投入した際に炉内温度が若干低下するので、その補充
は外部加熱により行う。外部加熱によっても温度制御が
追いつかない場合は、1200℃よりも高温たとえば1300℃
程度に保持された炉に成型体を投入する。
【００１８】原料成型体の搬入と製造された窒化けい素
インゴットの搬出は、バッチ式、半連続式及び連続式の
いずれの手段でも行うことができる。窒化ガスとして
は、窒素及び／又はアンモニアを含むガスが用いられ
る。
インゴットの搬出は、バッチ式、半連続式及び連続式の
いずれの手段でも行うことができる。窒化ガスとして
は、窒素及び／又はアンモニアを含むガスが用いられ
る。
【００１９】得られた窒化けい素インゴットは、比表面
積2 ｍ2/ｇ以上の粉末度に粉砕することが望ましい。粉
砕機としては、ロールクラッシャー、ボールミル等が使
用される。
積2 ｍ2/ｇ以上の粉末度に粉砕することが望ましい。粉
砕機としては、ロールクラッシャー、ボールミル等が使
用される。
【００２０】本発明において、窒化けい素粉末の結晶相
の割合は、α相のＩ102 とＩ201 及びβ相のＩ101 とＩ
210 の回折ピーク強度比をＸ線回折法により求め、次式
によって算出することができる。
の割合は、α相のＩ102 とＩ201 及びβ相のＩ101 とＩ
210 の回折ピーク強度比をＸ線回折法により求め、次式
によって算出することができる。
【００２１】β分率(%) ＝｛（Ｉβ101 ＋Ｉβ210)／
（Ｉα102 ＋Ｉα201 ＋Ｉβ101 ＋Ｉβ210)｝× 100
（Ｉα102 ＋Ｉα201 ＋Ｉβ101 ＋Ｉβ210)｝× 100
【００２２】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
に本発明を説明する。
【００２３】実施例１ 金属シリコンをボールミルで粉砕後、振動篩（65メッシ
ュ）にて分級し 208μm 下の金属シリコン（純度97重量
％）粉末を得た。この金属シリコン粉末60重量部と、骨
材としてβ相が95％で粒度が50μm 以下の窒化けい素粉
末40重量部(40重量％）とをＶ型混合機で１時間混合し
た。得られた混合粉末を底面積が100 ×100mm の金型を
用いて成型体の最も厚い部分が40mmである嵩密度1.4 ｇ
／cm3 の成型体を成形した。
ュ）にて分級し 208μm 下の金属シリコン（純度97重量
％）粉末を得た。この金属シリコン粉末60重量部と、骨
材としてβ相が95％で粒度が50μm 以下の窒化けい素粉
末40重量部(40重量％）とをＶ型混合機で１時間混合し
た。得られた混合粉末を底面積が100 ×100mm の金型を
用いて成型体の最も厚い部分が40mmである嵩密度1.4 ｇ
／cm3 の成型体を成形した。
【００２４】上記成型体を黒鉛製棚板の上に30mmの間隔
を設けて並べ、温度1300℃に保持された炉内に搬入し
た。炉内は、窒素雰囲気であり、原料成型体搬入の際に
空気が入らぬよう若干加圧（大気圧＋100 mm H2O程度）
されている。
を設けて並べ、温度1300℃に保持された炉内に搬入し
た。炉内は、窒素雰囲気であり、原料成型体搬入の際に
空気が入らぬよう若干加圧（大気圧＋100 mm H2O程度）
されている。
【００２５】温度1300℃で成型体を搬入してから外部加
熱及び自己発熱により1450℃まで昇温させその温度で５
時間保持した後自然冷却した。得られたインゴットを炉
から取り出して粉砕し窒化けい素粉末を製造した。
熱及び自己発熱により1450℃まで昇温させその温度で５
時間保持した後自然冷却した。得られたインゴットを炉
から取り出して粉砕し窒化けい素粉末を製造した。
【００２６】実施例２ 粒度295 μm 下（48メッシュ篩) の金属シリコン粉末を
用いたこと、及び骨材の配合量を60重量部（50重量％）
としたこと以外は、実施例１と同様にして窒化けい素粉
末を製造した。
用いたこと、及び骨材の配合量を60重量部（50重量％）
としたこと以外は、実施例１と同様にして窒化けい素粉
末を製造した。
【００２７】比較例１ 粒度495 μm 下（32メッシュ篩) の金属シリコン粉末を
用いたこと以外は実施例１と同様にして窒化けい素粉末
を製造した。
用いたこと以外は実施例１と同様にして窒化けい素粉末
を製造した。
【００２８】比較例２ 粒度１mm以下の骨材を用いたこと以外は実施例１と同様
にして窒化けい素粉末を製造した。
にして窒化けい素粉末を製造した。
【００２９】比較例３ 嵩密度1.7 ｇ／cm3 の成型体を用いたこと以外は実施例
１と同様にして窒化けい素粉末を製造した。
１と同様にして窒化けい素粉末を製造した。
【００３０】比較例４ 成型体搬入時の炉内温度を1100℃としたこと以外は実施
例１と同様にして窒化けい素粉末を製造した。
例１と同様にして窒化けい素粉末を製造した。
【００３１】比較例５ 骨材を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして窒
化けい素粉末を製造した。
化けい素粉末を製造した。
【００３２】比較例６ β分率が50％の骨材を用いたこと以外は実施例１と同様
にして窒化けい素粉末を製造した。
にして窒化けい素粉末を製造した。
【００３３】上記実施例１〜２と比較例１〜６における
窒化けい素粉末の製造条件及び得られた窒化けい素粉末
のβ分率と未反応のシリコン（Si）量の測定結果を表１
に示す。
窒化けい素粉末の製造条件及び得られた窒化けい素粉末
のβ分率と未反応のシリコン（Si）量の測定結果を表１
に示す。
【００３４】なお、β分率は上記方法により、また、未
反応のSi量は、プレス成型した試料をＸ線回折装置によ
り測定し、２θ＝27〜30°間でのSi（111)面のピーク面
積（積分強度）を求め、あらかじめ同一条件で作成され
た検量線により算出した。
反応のSi量は、プレス成型した試料をＸ線回折装置によ
り測定し、２θ＝27〜30°間でのSi（111)面のピーク面
積（積分強度）を求め、あらかじめ同一条件で作成され
た検量線により算出した。
【００３５】
【表１】
【００３６】上記で得られた窒化けい素粉末92重量％、
平均粒径1.5 μm のＹ2 Ｏ3 粉末5重量％及び平均粒径
0.8 μm のＡｌ2 Ｏ3 粉末3 重量％を配合し、1,1,1-ト
リクロロエタン中で4 時間ボールミルで混合し乾燥した
後、100 Kg/cm2の圧力で6 ×10×60mmの成型体を成形
し、それを圧力2700Kg/cm2でＣＩＰ成形した。
平均粒径1.5 μm のＹ2 Ｏ3 粉末5重量％及び平均粒径
0.8 μm のＡｌ2 Ｏ3 粉末3 重量％を配合し、1,1,1-ト
リクロロエタン中で4 時間ボールミルで混合し乾燥した
後、100 Kg/cm2の圧力で6 ×10×60mmの成型体を成形
し、それを圧力2700Kg/cm2でＣＩＰ成形した。
【００３７】このＣＩＰ成型体をカーボンルツボにセッ
トし、圧力10Kg/cm2のＮ2 ガス雰囲気中、温度1900℃で
4 時間焼成して焼結体を製造した。それを3 ×4 ×40mm
に研削加工後、アルキメデス法による焼結体密度と室温
における4 点曲げ強度を島津製作所社製「オートグラフ
ＡＧ−２０００Ａ」を用いて測定した。それらの結果を
表２に示す。
トし、圧力10Kg/cm2のＮ2 ガス雰囲気中、温度1900℃で
4 時間焼成して焼結体を製造した。それを3 ×4 ×40mm
に研削加工後、アルキメデス法による焼結体密度と室温
における4 点曲げ強度を島津製作所社製「オートグラフ
ＡＧ−２０００Ａ」を用いて測定した。それらの結果を
表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、β相が98％以上の窒化
けい素粉末を工業的に且つ安定して製造することができ
る。
けい素粉末を工業的に且つ安定して製造することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯崎 啓 福岡県大牟田市新開町１ 電気化学工業 株式会社 大牟田工場内 審査官 大工原 大二 (56)参考文献 特開 平２−225305（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−248308（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−293307（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 21/068 C04B 35/626
Claims (1)
- 【請求項１】 粒度295 μm 以下の金属シリコン粉末50
重量％以上と、β相90％以上で粒度295 μm 以下の窒化
けい素粉末50重量％以下（0 は含まず）との混合粉末に
より嵩密度1.5 ｇ／cm3 以下の成型体を成形し、それを
温度1200℃以上に維持しながら窒素及び／又はアンモニ
ア雰囲気中で窒化してインゴットを製造した後、それを
粉砕することを特徴とする窒化けい素粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24906392A JP3255302B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24906392A JP3255302B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06100303A JPH06100303A (ja) | 1994-04-12 |
| JP3255302B2 true JP3255302B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=17187462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24906392A Expired - Fee Related JP3255302B2 (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3255302B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5090395B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2012-12-05 | 株式会社アライドマテリアル | 粉末充填方法および粉末充填装置 |
| WO2023190968A1 (ja) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 株式会社プロテリアル | 窒化珪素基板の製造方法 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP24906392A patent/JP3255302B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06100303A (ja) | 1994-04-12 |
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