JP3350907B2 - 結晶質窒化珪素粉末の製造法 - Google Patents

結晶質窒化珪素粉末の製造法

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JP3350907B2 JP02143494A JP2143494A JP3350907B2 JP 3350907 B2 JP3350907 B2 JP 3350907B2 JP 02143494 A JP02143494 A JP 02143494A JP 2143494 A JP2143494 A JP 2143494A JP 3350907 B2 JP3350907 B2 JP 3350907B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温構造用材料として
有用な窒化珪素質焼結体の製造用原料として好適な結晶
質窒化珪素粉末の製造法に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】従来、非晶質窒化珪素粉末
及び/又は含窒素シラン化合物を不活性ガス雰囲気下に
焼成して、結晶質窒化珪素粉末を製造する方法は、既に
知られている。この結晶質窒化珪素粉末の焼結性を向上
させるためには粉末の表面積及び酸素含有量が適当な範
囲にあることが必要である。結晶質窒化珪素粉末の表面
積と酸素含有量とは密接な関係があり、表面積が高いと
酸素含有量が高くなり、酸素含有量が高いと表面積が高
くなることがわかっている。これは、結晶質窒化珪素粉
末の粒子表面に酸化物又は酸窒化物層が形成されている
ためである。したがって、窒化珪素粉末中の酸素含有量
及び酸素の分布を制御することは、表面積を制御する上
でも重要なことである。
【0003】しかしながら、原料の非晶質窒化珪素粉末
をイミドの熱分解により製造する際には、酸素を極力排
除する必要があるため、非晶質窒化珪素粉末の酸素含有
量を大幅に変化させることは困難であった。これは、イ
ミドが反応性が高く、酸素と容易に反応して二酸化珪素
を生成し、この二酸化珪素がそのまま結晶質窒化珪素粉
末中の不純物として残留してしまうためである。
【0004】一方、窒化珪素粉末から良好な焼結体を製
造するためには、原料の窒化珪素粉末と焼結助剤とをで
きるだけ均一に混合することが望ましい。そのために、
焼結助剤を粒子表面に均一に被覆することができる表面
改質された窒化珪素粉末が望まれている。
【0005】
【発明の目的】本発明の目的は、前記問題点を解決し、
結晶質窒化珪素粉末中の酸素含有量及び粒子内の酸素の
分布を制御することができ、さらに焼結助剤を粒子表面
に容易に均一に被覆できる窒化珪素粉末の製造法を提供
するものである。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明は、非晶質窒化
珪素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を焼成して得ら
れる結晶質窒化珪素粉末を、酸素を5〜40%、あるい
はさらに水分を0.001〜2.0%含有し、残部が不
活性ガスからなる雰囲気中でミル処理することを特徴と
する結晶質窒化珪素粉末の製造法に関するものである。
【0007】本発明においては、まず非晶質窒化珪素粉
末及び/又は含窒素シラン化合物を窒素含有不活性ガス
雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下に焼成して、
結晶質窒化珪素粉末を製造する。含窒素シラン化合物と
しては、シリコンジイミド、シリコンテトラアミド、シ
リコンニトロゲンイミド、シリコンクロルイミド等が用
いられる。これらは、公知方法、例えば、四弗化ケイ
素、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、四沃化ケイ素等のハ
ロゲン化ケイ素とアンモニアとを気相で反応させる方
法、液状の前記ハロゲン化ケイ素と液体アンモニアとを
反応させる方法などによって製造される。また、非晶質
窒化珪素粉末は、公知方法、例えば、前記含窒素シラン
化合物を窒素又はアンモニアガス雰囲気下に600〜1
200℃の範囲の温度で加熱分解する方法、四弗化ケイ
素、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、四沃化ケイ素等のハ
ロゲン化ケイ素とアンモニアとを高温で反応させる方法
などによって製造されたものが用いられる。非晶質窒化
珪素粉末及び含窒素シラン化合物の平均粒子径は、通
常、0.002〜0.05μmである。
【0008】窒素含有不活性ガスとしては、窒素又は窒
素とアルゴン、ヘリウム等の混合ガスが挙げられる。ま
た、窒素含有還元性ガスとしては、アンモニア、ヒドラ
ジン等の高温での熱分解により窒素ガスを放出するもの
又は窒素と水素、一酸化炭素等の混合ガスが挙げられ
る。また、焼成温度は1400〜1700℃の範囲であ
る。焼成温度が1400℃よりも低いと、窒化珪素の結
晶化が十分に進行しない。また、焼成温度が1700℃
を越えると、粗大結晶からなる結晶質窒化珪素粉末が生
成し易いので好ましくない。
【0009】非晶質窒化珪素粉末及び/又は含窒素シラ
ン化合物の加熱に使用される加熱炉としては、高周波誘
導加熱方式又は抵抗加熱方式によるバッチ炉、プッシャ
ー炉、ロータリーキルン炉、シャフトキルン炉、流動化
焼成炉等が用いられる。特に連続焼成炉は非晶質窒化珪
素の結晶化反応に伴う発熱の効率的な放散に対して、有
効な手段である。
【0010】本発明においては、前記焼成により得られ
た結晶質窒化珪素粉末を、酸素を5〜40%含有し、残
部が不活性ガスからなる雰囲気中でミル処理する。雰囲
気ガスとしては、酸素を5〜40%含有し、残部が窒
素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスからなる雰囲気
であればよく、例えば、空気雰囲気が好ましく用いられ
る。ミル処理方法としては、特に制限はなく、通常用い
られるミル処理装置、例えば、振動ミル、アトライタ等
が用いられる。このミル処理により焼成時に起こった粒
子間の融着や凝集をこわすことができ、その結果、窒化
珪素粉末の表面酸素量が増加するので、窒化珪素粉末の
表面積も高くなり、焼結性を著しく向上させることがで
きる。ミル処理の雰囲気中の酸素含有量が5%よりも少
ない場合には、窒化珪素粉末がミル内壁にコ−ティング
してしまい、ミル処理が困難となる。また、酸素含有量
が40%よりも多くなるとミル材質(モノマーキャステ
ィングナイロン等の樹脂)が損耗するので好ましくな
い。
【0011】本発明においては、前記ミル処理の雰囲気
中に水分を0.001〜2.0%含有させることが好ま
しい。この際、雰囲気中に含有される水分と窒化珪素粒
子表面が反応することにより、粒子表面がシラノール基
(Si−OH)で覆われる。これにより、粒子表面に適
度な量のシラノール基が存在する窒化珪素粉末と焼結助
剤を混合する場合には、窒化珪素粒子表面に焼結助剤を
均一に被覆させることができるので、これを焼結して得
られる焼結体の特性を向上させることができる。ミル処
理の雰囲気中の水分量が0.001%よりも少ない場合
には、焼結体特性の向上効果が小さく、また、水分量が
2.0%よりも多くなると水分結露のために窒化珪素粉
末がミル内壁にコ−ティングしてしまい、ミル処理が困
難となるので好ましくない。
【0012】
【実施例】以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさ
らに具体的に説明する。 実施例1 シリコンジイミドを窒素ガス雰囲気下に1000℃で加
熱分解して得られた非晶質窒化珪素粉末(酸素含有量
0.55wt%)を、内径280mm、高さ150mm
のカーボン製ルツボに充填し、バッチ式電気炉にセット
した。次に、電気炉内を0.1torr以下に真空脱気
後、窒素ガスを導入し、窒素ガス流通下で加熱を開始し
た。室温から1550℃まで50〜100℃/hrで昇
温し、同温度に1時間保持した。
【0013】得られた結晶質窒化珪素粉末の酸素含有量
は0.75wt%、そのうち表面酸素量は0.10wt
%、比表面積は8.0m2/gであった。この結晶質窒
化珪素粉末を振動ミルに入れ、水分を0.04%含有す
る空気雰囲気下室温で30分間ミル処理を行なった。ミ
ル処理後の結晶質窒化珪素粉末の酸素含有量は1.20
wt%、そのうち表面酸素量は0.55wt%、比表面
積は9.5m2/gであった。
【0014】得られた結晶質窒化珪素粉末92wt%
に、イットリア(信越化学(株)製)5wt%及びアル
ミナ(住友化学(株)製:AKP−30)3wt量%を
添加した配合粉を、媒体としてエタノールを用いて48
時間湿式混合した後、減圧乾燥した。得られた混合物を
断面が50×80mm角の金型を用いて矩形状に予備成形
した後、圧力1.5ton/cm2 でラバープレスした。得ら
れた成形体を電気炉を用いて窒素ガス雰囲気下1780
℃で2時間焼結した。
【0015】得られた焼結体の嵩密度及び曲げ強度の測
定結果を表2に示す。嵩密度はアルキメデス法により測
定した。また、曲げ強度は、作製した焼結体から3×4
×40mmのテストピースを切り出し、これを外スパン3
0mm、内スパン10mmの4点曲げ試験治具にセットし
て、室温及び1200℃における曲げ強度を測定した。
室温における曲げ強度はテストピース40本の平均値、
1200℃おける曲げ強度はテストピース10本の平均
値で求めた。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】実施例2〜3 ミル処理時の雰囲気を表1に記載の雰囲気に変えたほか
は、実施例1と同様にして、ミル処理を行なった。その
結果を表1に示す。得られた結晶質窒化珪素粉末を用い
て実施例1と同様にして、焼結体を製造した。得られた
焼結体の嵩密度及び曲げ強度の測定結果を表2に示す。
【0019】比較例1 実施例1で得られたミル処理を行っていない酸素含有量
0.75wt%、比表面積8.0m2/gの結晶質窒化
珪素粉末92wt%に、イットリア(信越化学(株)
製)5wt%及びアルミナ(住友化学(株)製:AKP
−30)3wt量%を添加した配合粉を、媒体としてエ
タノールを用いて48時間湿式混合した後、減圧乾燥し
た。得られた混合物を断面が50×80mm角の金型を用
いて矩形状に予備成形した後、圧力1.5ton/cm2 でラ
バープレスした。得られた成形体を電気炉を用いて窒素
ガス雰囲気下1780℃で2時間焼結した。得られた焼
結体の嵩密度及び曲げ強度の測定結果を表2に示す。
【0020】実施例4〜6 ミル処理時の水分量を表1に記載の通りにかえたほか
は、実施例1と同様にして、ミル処理を行なった。その
結果を表1に示す。表1において、シラノール基のピー
ク強度は、拡散反射法によるFT−IRスペクトルにお
いてSi−OHの吸収(3750cm-1)強度をSi−
N−Siの吸収(950cm-1)強度で割った値であ
る。得られた結晶質窒化珪素粉末を用いて実施例1と同
様にして、焼結体を製造した。得られた焼結体の嵩密度
及び曲げ強度の測定結果を表2に示す。
【0021】比較例2 実施例1で得られた結晶質窒化珪素粉末を振動ミルに入
れ、水分を3.1%含有する空気雰囲気下室温でミル処
理を行なった。水分量が多く、露点が25℃のため水分
が結露し、窒化珪素粉末がミル内壁にコ−ティングして
しまい、ミル処理が困難であった。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、結晶質窒化珪素粉末中
の酸素含有量及び粒子内部の酸素の分布を制御すること
ができ、さらに焼結助剤を粒子表面に容易に均一に被覆
できる焼結特性等に優れた結晶質窒化珪素粉末を生産性
良く大量に製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江嶋 亜企雄 山口県宇部市大字小串1978番地の10 宇 部興産株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−148308(JP,A) 特開 平1−290511(JP,A) 特開 平2−188412(JP,A) 特開 昭62−241564(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 21/068 C04B 35/626

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非晶質窒化珪素粉末及び/又は含窒素シ
    ラン化合物を焼成して得られる結晶質窒化珪素粉末を、
    酸素を5〜40%含有し、残部が不活性ガスからなる雰
    囲気中でミル処理することを特徴とする結晶質窒化珪素
    粉末の製造法。
  2. 【請求項2】 非晶質窒化珪素粉末及び/又は含窒素シ
    ラン化合物を焼成して得られる結晶質窒化珪素粉末を、
    酸素を5〜40%及び水分を0.001〜2.0%含有
    し、残部が不活性ガスからなる雰囲気中でミル処理する
    ことを特徴とする結晶質窒化珪素粉末の製造法。
JP02143494A 1993-05-18 1994-02-18 結晶質窒化珪素粉末の製造法 Expired - Lifetime JP3350907B2 (ja)

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