JP5627099B2

JP5627099B2 - アルカリ金属窒化物の製造方法

Info

Publication number: JP5627099B2
Application number: JP2010259381A
Authority: JP
Inventors: 将治鈴木; 和彦常世田; 鈴木　務; 務鈴木
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: JP2011178652A

Description

本発明は、アルカリ金属窒化物の製造方法に関する。

近年、金属窒化物は、半導体装置に用いる窒化アルミニウムの原料、金属摺動部材、電極構成材料等の材料の１つとして注目されている。このような用途に使用される金属窒化物は、高純度品が求められる。

金属窒化物のうち、アルカリ金属窒化物の製造法としては、例えば窒化リチウムの場合には、高温（４５０℃）で金属リチウムと窒素ガスを直接反応させる方法（非特許文献１、２）、また窒化ナトリウムの場合には窒素気流中で火花放電して生じる活性窒素と金属ナトリウムとを反応させる方法（非特許文献１）が知られている。

しかしながら、この方法では、アルカリ金属の表面だけが窒化するにすぎず、内部まで窒化させることは困難であった。従って、この方法で得られたアルカリ金属窒化物は、高純度品が要求される前記用途には使用できなかった。

大木道則他編、「化学大辞典」第１版、東京化学同人、第１版１４１４−１４１５頁、１９８９年日本化学会編、「新実験化学講座８、無機化合物の合成Ｉ」丸善（株）、第４１２頁、１９７６）

本発明は、上記の問題点が無く、容易な方法で収率良く、高純度のアルカリ金属窒化物を製造する方法を提供することを課題とする。

斯かる実情に鑑み、本発明者は鋭意研究を行った結果、容易に入手可能なアルカリ金属アミドを原料として用い、これを熱分解するのみで高純度のアルカリ金属窒化物が収率良く得られることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明は、アルカリ金属アミドを熱分解することを特徴とする当該アルカリ金属窒化物の製造方法を提供するものである。

本発明によれば、容易な方法で収率良く、高純度のアルカリ金属窒化物を製造することができる。

リチウムアミドのＴＧ／ＤＴＡ測定結果を示す図である。実施例２により得られた窒化リチウムのＸＲＤ結果を示す図である。出発原料（リチウムアミド）のＸＲＤ結果を示す図である。実施例３により得られた窒化リチウムのＸＲＤ結果を示す図である。実施例４により得られた窒化リチウムのＸＲＤ結果を示す図である。実施例５により得られた窒化リチウムのＸＲＤ結果を示す図である。

本発明に用いられるアルカリ金属アミドとしては、例えばリチウムアミド、ナトリウムアミド及びカリウムアミドから選ばれる１種又は２種以上が好ましい。得られるアルカリ金属窒化物としては、例えばＬｉ₃Ｎ、Ｎａ₃Ｎ、Ｋ₃Ｎが好ましく、特に窒化リチウム（Ｌｉ₃Ｎ）が好ましい。

本発明の原料であるアルカリ金属アミドは、公知の化合物であり、公知の方法、例えば、アルカリ金属に高温でアンモニアを作用させる方法（「化学大辞典」縮刷版、共立出版（株）ナトリウムアミド、カリウムアミドの項）等により製造することができる。

また、本発明方法は、アルカリ金属アミドに、アルカリ金属、アルカリ金属酸化物、アルカリ金属炭化物等の１種又は２種以上を共存させた状態でアルカリ金属アミドを熱分解して、アルカリ金属窒化物を製造する方法も含む。

本発明において、アルカリ金属アミドを熱分解する温度は、１００℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましく、３００℃以上が特に好ましい。温度の上限は、アルカリ金属窒化物が分解しない温度が好ましく、下限は完全にアルカリ金属窒化物になる温度が好ましい。従って、アルカリ金属アミドを熱分解する温度は、１００〜７５０℃が好ましく、２００〜７５０℃がより好ましく、３００〜７５０℃が特に好ましい。

出発原料の前記アルカリ金属アミドは、空気中で酸化しやすいので、反応は、真空下又は窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス下行うことが好ましく、特に窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス下行うことが好ましい。また、ガス雰囲気下で反応を行う場合その圧力は特に制限はないが、常圧で行うのが経済的で好ましい。また、反応は、バッチ式でも連続式でも良いが、量産する場合は、連続式が有利である。

反応時間は、装置、反応温度、原料量により適宜決定すればよいが、通常１０分〜４８時間とすることが好ましく、１時間〜２４時間がさらに好ましく、特に３時間〜１２時間が好ましい。

反応装置は、高熱に耐えられる装置であればよく、例えば、管状炉、電気炉、バッチ式キルン、ロータリーキルンを用いればよい。

反応終了後は、例えばバッチ式の場合には、反応装置内には目的とするアルカリ金属窒化物のみが粉体状で残存するので、回収は極めて容易である。
一方、連続式の場合には、例えば、Ｎ₂、Ｈｅ、Ａｒで内部が満たされたロータリーキルンを用いれば、容易にアルカリ金属窒化物が連続的に回収される。

本発明方法により得られるアルカリ金属窒化物は、熱分解反応により容易に内部まで反応が進行するため、高純度である。

以下実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
示差熱−熱重量同時測定装置（ＴＧ／ＤＴＡ）を用い、リチウムアミドの熱分解温度を測定した。測定はリチウムアミド１０ｍｇを試料パンに充填した後、室温から４５０℃まで窒素ガス流通下で行った。リチウムアミドの熱分解開始温度は２５０℃であった（図１）。

実施例２
グローブボックス内にて炉心管（内径５０ｍｍ、長さ６００ｍｍ）にリチウムアミド３ｇを入れ、シリコンキャップで密閉した。グローブボックスから取り出した炉心管を管状炉にセットし、ヘリウム雰囲気下で加熱した。
温度は３００℃、反応時間は２４時間であった。得られた合成物の粉末ＸＲＤ解析を行ったところ全相窒化リチウム（Ｌｉ₃Ｎ）であった（図２参照）。参考のため、図３にリチウムアミドのＸＲＤを示す。

実施例３
リチウムアミド３ｇを用い、実施例２と同様の操作を行った。温度は４００℃、反応時間は５時間であった。得られた合成物の粉末ＸＲＤ解析を行ったところ、全相Ｌｉ₃Ｎであった（図４参照）。

実施例４
リチウムアミド３ｇを用い、実施例２と同様の操作を行った。温度は７００℃、反応時間は４時間であった。得られた合成物の粉末ＸＲＤ解析を行ったところ、全相Ｌｉ₃Ｎであった（図５参照）。

実施例５
グローブボックス内にて炉心管（内径５０ｍｍ、長さ６００ｍｍ）にリチウムアミド３ｇを入れ、シリコンキャップで密閉した。グローブボックスから取り出した炉心管を管状炉にセットし、窒素雰囲気下で加熱した。
温度は７５０℃、反応時間は４時間であった。得られた合成物の粉末ＸＲＤ解析を行ったところ全相窒化リチウム（Ｌｉ₃Ｎ）であった（図６参照）。

Claims

アルカリ金属アミドを、真空下又は窒素ガス若しくは不活性ガス下、３００〜７５０℃の温度で熱分解することを特徴とするアルカリ金属窒化物の製造方法。
アルカリ金属アミドがリチウムアミドであり、アルカリ金属窒化物が窒化リチウムである請求項１記載の製造方法。