JP6690734B2 - 窒化ケイ素粉末および窒化ケイ素焼結体の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素粉末および窒化ケイ素焼結体の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6690734B2 JP6690734B2 JP2018556699A JP2018556699A JP6690734B2 JP 6690734 B2 JP6690734 B2 JP 6690734B2 JP 2018556699 A JP2018556699 A JP 2018556699A JP 2018556699 A JP2018556699 A JP 2018556699A JP 6690734 B2 JP6690734 B2 JP 6690734B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- powder
- less
- sintered body
- nitride powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims description 243
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 243
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims description 179
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 23
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 45
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 29
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 15
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 9
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004438 BET method Methods 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 description 41
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 40
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 35
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 21
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 20
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 19
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 12
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 12
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 7
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 7
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 6
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 MgSiN 2 and Mg 2 Si Chemical class 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007088 Archimedes method Methods 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019018 Mg 2 Si Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002681 magnesium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/587—Fine ceramics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明の窒化ケイ素粉末は、BET法により測定される比表面積が5m2/g以上20m2/g以下であり、β型窒化ケイ素の割合が70質量%以上であり、レーザ回折散乱法により測定される体積基準の50%粒子径をD50とし、90%粒子径をD90としたときに、D50が0.5μm以上3μm以下であり、D90が3μm以上6μm以下であり、Feの含有割合が200ppm以下であり、Alの含有割合が200ppm以下であり、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合の合計が200ppm以下であり、β型窒化ケイ素の粉末X線回折パターンよりWilliamson−Hall式を用いて算出されるβ型窒化ケイ素の結晶子径をDCとしたときに、DCが60nm以上であり、前記比表面積より算出される比表面積相当径をDBETとしたときに、DBET/DC(nm/nm)が3以下であり、β型窒化ケイ素の粉末X線回折パターンよりWilliamson−Hall式を用いて算出されるβ型窒化ケイ素の結晶歪が1.5×10−4以下であることを特徴とする。
本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法の一例を以下に説明する。本発明の窒化ケイ素粉末は、例えば、シリコンの燃焼反応に伴う自己発熱および伝播現象を利用した燃焼合成法により窒化ケイ素を合成する窒化ケイ素の燃焼合成プロセスにおいて、特定の製造条件を用い、具体的には、原料のシリコン粉末に希釈剤として窒化ケイ素粉末を特定の割合で混合し、原料のシリコン粉末と希釈剤として窒化ケイ素粉末の金属不純物の含有割合を少なくし、シリコン粉末と窒化ケイ素粉末との混合物の充填密度を小さくして燃焼反応を行って圧縮強度が小さい燃焼生成物を作製し、得られた圧壊強度が小さい燃焼生成物を、粉砕エネルギーが小さく金属不純物が混入し難い方法を用いて粉砕することによって、金属不純物の含有割合が少なく、β型窒化ケイ素の含有割合が大きく、本発明で特定する比表面積及び粒径分布を有し、結晶子径が大きく結晶歪が小さい等の特徴を有する窒化ケイ素粉末を製造することができる。以下、その製造方法の一例を具体的に説明する。
はじめに、シリコン粉末と、希釈剤の窒化ケイ素粉末とを混合して、混合原料粉末を調製する。燃焼合成反応は1800℃以上の高温となるため、燃焼反応する部分でシリコンの溶融・融着が起こることがある。これを抑制する目的で、燃焼反応の自己伝播を妨げない範囲で、原料粉末に希釈剤として窒化ケイ素粉末を添加することが好ましい。希釈剤の添加率は、通常、10〜50質量%(シリコン:窒化ケイ素の質量比が90:10〜50:50)、さらには15〜40質量%である。また、燃焼合成反応で得られる燃焼生成物のβ型窒化ケイ素の割合を調整する上で、NH4ClやNaClなどを添加しても良い。これらの添加物は顕熱、潜熱および吸熱反応により反応温度を下げる効果がある。ここで、得られる混合原料粉末における、Feの含有割合、Alの含有割合、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合は、それぞれ100ppm以下、さらには50ppm以下、10ppm以下とすることが好ましい。したがって、シリコン粉末にも、希釈剤の窒化ケイ素粉末にも、金属不純物の含有割合が少ない高純度な粉末を用いることが好ましい。また、原料粉末の混合に用いる混合容器の内面と混合メディアなどの、原料粉末と接触する箇所は、AlおよびFeなどの含有割合が少ない非金属製の素材であることが好ましい。原料粉末の混合方法は特に制限されないが、例えばボールミル混合を採用する場合は、混合容器の内面は樹脂製であることが好ましく、混合メディアの外面は窒化ケイ素製であることが好ましい。また、混合原料粉末のかさ密度を0.5g/cm3未満とすることが好ましい。混合原料粉末のかさ密度を0.5g/cm3未満にするには、かさ密度が0.45g/cm3以下のシリコン粉末を原料粉末として用いることが好ましい。混合原料粉末のかさ密度が0.5g/cm3未満ならば、後述する<燃焼合成反応工程>にて得られる塊状の燃焼生成物の圧壊強度を4MPa以下にすることが容易である。
次いで、得られた混合原料粉末を窒素含有雰囲気にて燃焼させて、窒化ケイ素からなる塊状の燃焼生成物を作製する。例えば、混合原料粉末を黒鉛製などの容器に着火剤と一緒に収容し、燃焼合成反応装置内で、着火剤に着火し、着火剤の窒化燃焼熱によって混合原料粉末中のシリコンの窒化反応を開始させ、同反応をシリコン全体に自己伝播させて燃焼合成反応を完了させ、窒化ケイ素からなる塊状の燃焼生成物を得る。
次いで、得られた塊状の燃焼生成物を粗粉砕する。粗粉砕の粉砕手段に特に制限はないが、粉砕メディアとして、AlおよびFeなどの含有割合が少ない硬質な非金属製の素材を用いることが好ましく、窒化ケイ素製の粉砕メディアを用いることがさらに好ましい。燃焼生成物が塊状であることから、ロールクラッシャーによる粉砕が効率的である。粉砕に用いるロールクラッシャーとしては、ロールがAlおよびFeなどの含有割合が少ない硬質な非金属製の素材であることが好ましく、窒化ケイ素などのセラミックス製のロールを供えていることが好ましい。
本発明の窒化ケイ素焼結体の製造方法は、本発明の窒化ケイ素粉末を焼結することを特徴とする。本発明の窒化ケイ素焼結体の製造方法の一例を以下に説明する。本発明の窒化ケイ素粉末を用いると、例えば、焼結助剤と混合し、得られた混合粉末を成形し、得られた成形体を焼結することで、高い熱伝導率と高い機械的強度を併せ持つ窒化ケイ素焼結体を製造することができる。
本発明の窒化ケイ素粉末の比表面積は、Mountech社製Macsorbを用いて、窒素ガス吸着によるBET1点法にて測定して求めた。
また、比表面積相当径DBETは、粉末を構成する全ての粒子が同一径の球と仮定して、下記の式(1)より求めた。
DBET=6/(ρS×S)・・・(1)
ここで、ρSは窒化ケイ素の真密度(α-Si3N4の真密度3186kg/m3、β-Si3N4の真密度3192kg/m3と、α相とβ相との比により平均真密度を算出し、真密度とした。)、Sは比表面積(m2/g)である。
本発明の窒化ケイ素粉末のβ型窒化ケイ素粉末の割合は以下のようにして算出した。本発明の窒化ケイ素粉末について、銅の管球からなるターゲットおよびグラファイトモノクロームメーターを使用して、回折角(2θ)15〜80°の範囲を0.02°刻みでX線検出器をステップスキャンする定時ステップ走査法にてX線回折測定を行った。窒化ケイ素粉末が窒化ケイ素以外の成分を含む場合には、それらの成分のピークをそれらの成分の標準試料の対応するピークと対比することでそれらの成分の割合を求めることができる。以下のすべての実施例及び比較例では、得られた粉末X線回折パターンより、本発明の窒化ケイ素粉末がα型窒化ケイ素とβ型窒化ケイ素のみから構成されていることを確認した。その上で、本発明の窒化ケイ素粉末のβ型窒化ケイ素の割合は、G.P.Gazzara and D.P.Messier,“Determination of Phase Content of Si3N4 by X−ray Diffraction Analysis”,Am. Ceram.Soc.Bull.,56[9]777−80(1977)に記載されたGazzara & Messierの方法により、算出した。
本発明の窒化ケイ素粉末のβ型窒化ケイ素の結晶子径DCおよび結晶歪は、次のようにして測定した。本発明の窒化ケイ素粉末について、銅の管球からなるターゲットおよびグラファイトモノクロームメーターを使用して、回折角(2θ)15〜80°の範囲を0.02°刻みでX線検出器をステップスキャンする定時ステップ走査法にてX線回折測定を行った。得られた本発明の窒化ケイ素粉末のX線回折パターンより、β型窒化ケイ素の(101)、(110)、(200)、(201)および(210)面のそれぞれの積分幅を算出し、前記積分幅を下記の式(2)のWilliamson−Hall式に代入した。下記の式(2)における「2sinθ/λ」をx軸、「βcosθ/λ」をy軸としてプロットし、最小二乗法を用いて、このWilliamson−Hall式より得られる直線の切片および傾きを求めた。そして、前記切片よりβ型窒化ケイ素の結晶子径Dcを、また、前記傾きよりβ型窒化ケイ素の結晶歪を算出した。
βcosθ/λ=η×(2sinθ/λ)+(1/Dc)・・・(2)
(β;積分幅(rad)、θ;ブラッグ角(rad)、η;結晶歪、λ;X線源の波長(nm)、Dc;結晶子径(nm))
本発明の窒化ケイ素粉末、本発明で原料として使用したシリコン粉末の粒度分布は、以下のようにして測定した。前記粉末を、ヘキサメタリン酸ソーダ0.2質量%水溶液中に投入して、直径26mmのステンレス製センターコーンを取り付けた超音波ホモジナイザーを用いて300Wの出力で6分間分散処理して希薄溶液を調製し、測定試料とした。レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置(日機装株式会社製マイクロトラックMT3000)を用いて測定試料の粒度分布を測定し、体積基準の粒度分布曲線とそのデータを得た。得られた粒度分布曲線とそのデータより、本発明の窒化ケイ素粉末のD10、D50およびD90と、本発明で原料として使用したシリコン粉末のD50を算出した。
本発明の窒化ケイ素粉末、本発明で原料として使用したシリコン粉末、および原料混合粉末のFeおよびAl、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合は、以下のようにして測定した。フッ酸と硝酸とを混合した液を収容した容器に、上記粉末を投入し密栓して、同容器にマイクロ波を照射して加熱し、窒化ケイ素またはシリコンを完全に分解し、得られた分解液を超純水で定容して検液とした。エスアイアイ・ナノテクノロジー社製ICP−AES(SPS5100型)を用いて、検出された波長とその発光強度から検液中のFe、Al、FeおよびAl以外の金属不純物を定量し、Fe、Al、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合を算出した。
本発明で得られる混合原料粉末のかさ密度は、JIS R1628「ファインセラミックス粉末のかさ密度測定方法」に準拠した方法により求めた。
本発明で得られる燃焼生成物の圧壊強度は、以下のようにして測定した。燃焼生成物より、一辺が10mmの立方体を5個切り出して測定試料とした。手動式圧壊強度測定装置(アイコーエンジニアリング株式会社製、MODEL-1334型)を用いて前記測定試料の圧壊強度を測定した。台座に載置した測定試料に荷重を印加して圧縮試験を行い、測定された最大荷重より圧壊強度を算出した。本発明で得られる燃焼生成物の圧壊強度は、5個の測定試料の圧壊強度の平均値とした。
本発明の実施例においては、窒化ケイ素粉末94.5質量部に、焼結助剤として酸化イットリウム3.5質量部および酸化マグネシウム2質量部を添加した配合粉を、媒体としてエタノールを用いて24時間ボールミルで湿式混合した後、減圧乾燥した。得られた混合物を50MPaの成形圧で62mm×62mm×厚さ7.3mmの形状および、12.3mmφ×厚さ3.2mmの形状に金型成形した後、150MPaの成形圧でCIP成形した。得られた成形体を窒化ホウ素製坩堝に入れ、0.8MPaの窒素雰囲気下で、1900℃まで加熱し、1900℃で22時間保持して焼結した。得られた窒化ケイ素焼結体を切削加工し、JIS R1601に準拠した3mm×4mm×40mmの曲げ試験片、及びJIS R1611に準拠した熱伝導率測定用の10mmφ×2mmの試験片を作製した。焼結体の相対密度をアルキメデス法で測定した。室温4点曲げ強度を、インストロン社製万能材料試験機を用いてJIS R1601に準拠した方法により測定し、室温における熱伝導率を、JISR1611に準拠したフラッシュ法により測定した。
D50が4.0μm、かさ密度が0.40g/cm3で、Feの含有割合が3ppm、Alの含有割合が4ppm、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合が3ppmのシリコン粉末に、希釈剤として、窒化ケイ素粉末(宇部興産株式会社製、製品名「SN−E10」(Feの含有割合;9ppm、Alの含有割合;2ppm、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合;4ppm))を、窒化ケイ素の添加率が20質量%(シリコン:窒化ケイ素の質量比が80:20)になるように添加して原料粉末とした。前記原料粉末を、窒化ケイ素製ボールが充填された、内壁面がウレタンでライニングされたナイロン製のポットに収容して、バッチ式振動ミルを用いて、振動数1200cpm、振幅8mmで0.5時間混合し、混合原料粉末を得た。
実施例2〜5の微粉砕の時間を、実施例2から順に、1.25時間、1.50時間、3.00時間、4.00時間にしたこと以外は実施例1と同様にして実施例2〜5の窒化ケイ素粉末を得た。そして、実施例2〜5の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、および室温における熱伝導率を測定した。
原料粉末に、添加剤として塩化アンモニウム(和光純薬製、純度99.9%)を、5.3質量%(シリコンと窒化ケイ素の混合粉末と塩化アンモニウムの質量比が94.7:5.3になるように)さらに添加したこと以外は実施例1と同様にして、燃焼生成物を作製し、得られた燃焼生成物を粗粉砕し篩通しした。その後の微粉砕の時間を1.42時間にしたこと以外は実施例1と同様にして、得られた窒化ケイ素粉末を微粉砕し、実施例6の窒化ケイ素粉末を得た。そして、実施例6の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、及び室温における熱伝導率を測定した。
添加剤の塩化アンモニウムの添加割合を、9.2質量%(シリコンと窒化ケイ素の混合粉末と塩化アンモニウムの質量比が90.8:9.2)となるようにしたこと以外は実施例6と同様にして実施例7の窒化ケイ素粉末を得た。そして、得られた実施例7の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、および室温における熱伝導率を測定した。
原料シリコン粉末として表1に示す粉末を使用したこと以外は実施例1と同様にして燃焼生成物を作製し、得られた燃焼生成物を粗粉砕し篩通しした。その後の微粉砕の時間を、実施例8では1.42時間に、実施例9では1.50時間にしたこと以外は実施例1と同様にして得られた窒化ケイ素粉末を微粉砕し、実施例6の窒化ケイ素粉末を得た。そして、得られた各実施例の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、及び室温における熱伝導率を測定した。
比較例1〜6の微粉砕の時間を、比較例1から順に、0.75時間、5.50時間、0.83時間、0.92時間、4.17時間、4.00時間にしたこと以外は実施例1と同様にして、比較例1〜6の窒化ケイ素粉末を得た。表2に見られるように、比較例1の窒化ケイ素粉末は比表面積が小さく、D50、D90が大きい粉末であり;比較例2の窒化ケイ素粉末は比表面積が大きい粉末であり;比較例3の窒化ケイ素粉末はD50が大きい粉末であり;比較例4の窒化ケイ素粉末はD90が大きい粉末であり;比較例5の窒化ケイ素粉末はD50が小さい粉末であり;比較例6の窒化ケイ素粉末はD90が小さい粉末であった。そして、各比較例の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、及び室温における熱伝導率を測定した。
原料シリコン粉末として表1に示す粉末を使用したこと以外は実施例1と同様にして燃焼生成物を作製し、得られた燃焼生成物を粗粉砕し篩通しした。その後の微粉砕の時間を、6.33時間にしたこと以外は実施例1と同様にして、得られた窒化ケイ素粉末を微粉砕し、比較例7の窒化ケイ素粉末を得た。比較例7の窒化ケイ素粉末は結晶子径Dcが小さく、結晶歪が大きい粉末であった。そして、得られた比較例7の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、及び室温における熱伝導率を測定した。
添加剤の塩化アンモニウムの添加割合を、11.6質量%(シリコンと窒化ケイ素の混合粉末と塩化アンモニウムの質量比が88.4:11.6)となるようにしたこと以外は実施例6と同様にして燃焼生成物を作製し、得られた燃焼生成物を粗粉砕し篩通しした。得られた窒化ケイ素粉末を、微粉砕の時間を1.83時間にしたこと以外は実施例1と同様にして微粉砕して比較例8の窒化ケイ素粉末を得た。比較例8の窒化ケイ素粉末は、表2に見られるように、β型の窒化ケイ素の割合が少ない粉末であった。そして、得られた比較例8の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、及び室温における熱伝導率を測定した。
原料シリコン粉末として表1に示す粉末を使用したこと以外は実施例1と同様にして燃焼生成物を作製し、得られた燃焼生成物を粗粉砕し篩通しした。その後の微粉砕の時間を、比較例9から順に1.42時間、1.67時間、1.42時間にしたこと以外は実施例1と同様にして、比較例9〜11の窒化ケイ素粉末を得た。比較例9〜11の窒化ケイ素粉末は、表2に見られるように、Fe含有量、Al含有量及び/又はFe,Al以外の金属不純物含有量が多い粉末であった。そして、各比較例の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、及び室温における熱伝導率を測定した。
D50が2.5μ、かさ密度が0.26g/ml、Feの含有割合が2ppm、Alの含有割合が3ppm、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合が3ppmのシリコン粉末を内径30mmの金型に充填し、1500kg/cm2の圧力で一軸成型し、シリコン粉末の一軸成型体を得た。前記成型体を黒鉛製容器に充填し、それをバッチ式窒化炉に収容して、炉内を窒素雰囲気に置換した後、窒素雰囲気下で、1450℃まで昇温し、3時間保持させた。室温まで冷却させた後に、窒化生成物を取り出した。得られた窒化生成物を、内面がウレタンコーティングされた、窒化ケイ素製ロールを備えたロールクラッシャーで粗粉砕して、目開きが100μmのナイロン製篩で篩通しし、篩下の粉末を回収した。次に、前記粉末を、窒化ケイ素ボールが充填され、内面がウレタンでライニングされたアルミナ製のポットに収容して、バッチ式振動ミルで振動数1780cpm、振幅5mmの条件で微粉砕した。微粉砕の時間を、比較例12では0.42時間、比較例13では1.25時間として、各比較例の窒化ケイ素粉末を得た。表2に見られるように、燃焼合成法ではない直接窒化法である比較例12,13の窒化ケイ素粉末は、いずれも、結晶子径Dcが小さく、結晶歪が大きく、DBET/Dcが大きい粉末であり、さらに、比較例13の窒化ケイ素粉末は、β型の窒化ケイ素の割合が少なく、D90が小さい粉末であった。そして、各比較例の窒化ケイ素粉末を用いて、実施例1と同様の方法で窒化ケイ素焼結体を作製した。さらに、実施例1と同様の方法で、それら前記焼結体の相対密度、室温における曲げ強度、及び室温における熱伝導率を測定した。
2 混合原料粉末
3 黒鉛製容器
4 着火剤
5 カーボンヒータ
6 耐圧性容器
7 真空ポンプ
8 窒素ボンベ
9 覗き窓
Claims (8)
- 窒化ケイ素粉末であって、
BET法により測定される比表面積が5m2/g以上20m2/g以下であり、
β型窒化ケイ素の割合が70質量%以上であり、
レーザ回折散乱法により測定される体積基準の50%粒子径をD50とし、90%粒子径をD90としたときに、D50が0.5μm以上3μm以下であり、D90が3μm以上6μm以下であり、
Feの含有割合が200ppm以下であり、
Alの含有割合が200ppm以下であり、
FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合の合計が200ppm以下であり、
β型窒化ケイ素の粉末X線回折パターンよりWilliamson−Hall式を用いて算出されるβ型窒化ケイ素の結晶子径をDCとしたときに、DCが60nm以上であり、
前記比表面積より算出される比表面積相当径をDBETとしたときに、DBET/DC(nm/nm)が3以下であり、
β型窒化ケイ素の粉末X線回折パターンよりWilliamson−Hall式を用いて算出されるβ型窒化ケイ素の結晶歪が1.5×10−4以下であることを特徴とする窒化ケイ素粉末。 - D50が2μm以下であることを特徴とする請求項1記載の窒化ケイ素粉末。
- D90が5μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の窒化ケイ素粉末。
- β型窒化ケイ素の割合が80質量%より大きいことを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の窒化ケイ素粉末。
- Feの含有割合が100ppm以下であり、Alの含有割合が100ppm以下であり、FeおよびAl以外の金属不純物の含有割合の合計が100ppm以下であり、
ことを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の窒化ケイ素粉末。 - レーザ回折散乱法により測定される体積基準の10%粒子径をD10としたときに、D10が0.3μm以上0.6μm以下であることを特徴とする請求項1〜5いずれか一項に記載の窒化ケイ素粉末。
- 請求項1〜6いずれか一項に記載の窒化ケイ素粉末を焼結することを特徴とする窒化ケイ素焼結体の製造方法。
- 焼結助剤として酸化マグネシウムおよび酸化イットリウムを用いることを特徴とする請求項7記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016240755 | 2016-12-12 | ||
JP2016240755 | 2016-12-12 | ||
PCT/JP2017/044612 WO2018110564A1 (ja) | 2016-12-12 | 2017-12-12 | 窒化ケイ素粉末および窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018110564A1 JPWO2018110564A1 (ja) | 2019-06-27 |
JP6690734B2 true JP6690734B2 (ja) | 2020-04-28 |
Family
ID=62558630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018556699A Active JP6690734B2 (ja) | 2016-12-12 | 2017-12-12 | 窒化ケイ素粉末および窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6690734B2 (ja) |
TW (1) | TWI657043B (ja) |
WO (1) | WO2018110564A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102643831B1 (ko) * | 2018-02-28 | 2024-03-07 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 질화규소 분말의 제조 방법 |
JP7379142B2 (ja) * | 2019-12-23 | 2023-11-14 | 株式会社トクヤマ | 金属窒化物の製造方法、着火剤及び着火剤成形体 |
JP7312690B2 (ja) * | 2019-12-23 | 2023-07-21 | 株式会社トクヤマ | 金属窒化物の製造方法、及び着火剤成形体 |
JP7353994B2 (ja) * | 2020-01-17 | 2023-10-02 | 株式会社トクヤマ | 窒化ケイ素の製造方法 |
JPWO2021200864A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | ||
WO2021200865A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | デンカ株式会社 | 窒化ケイ素粉末、及び窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
WO2022004754A1 (ja) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 株式会社トクヤマ | 窒化ケイ素焼結体の連続製造方法 |
WO2022004755A1 (ja) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | 株式会社トクヤマ | 窒化ケイ素焼結基板 |
CN114477111B (zh) * | 2020-10-28 | 2023-09-05 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种等轴β-Si3N4粉体及其制备工艺 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3877645B2 (ja) * | 2002-06-03 | 2007-02-07 | 電気化学工業株式会社 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
JP5440977B2 (ja) * | 2009-09-03 | 2014-03-12 | 電気化学工業株式会社 | 高純度窒化ケイ素微粉末の製造方法 |
JP5518584B2 (ja) * | 2010-06-16 | 2014-06-11 | 電気化学工業株式会社 | 離型剤用窒化珪素粉末。 |
JP5930637B2 (ja) * | 2011-09-28 | 2016-06-08 | デンカ株式会社 | 離型剤用窒化ケイ素粉末およびその製造方法 |
JP6245602B2 (ja) * | 2013-10-21 | 2017-12-13 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 窒化ケイ素フィラー、樹脂複合物、絶縁基板、半導体封止材、窒化ケイ素フィラーの製造方法 |
JP6292306B2 (ja) * | 2014-06-16 | 2018-03-14 | 宇部興産株式会社 | 窒化ケイ素粉末、窒化ケイ素焼結体及び回路基板、ならびに窒化ケイ素粉末の製造方法 |
-
2017
- 2017-12-12 JP JP2018556699A patent/JP6690734B2/ja active Active
- 2017-12-12 TW TW106143843A patent/TWI657043B/zh not_active IP Right Cessation
- 2017-12-12 WO PCT/JP2017/044612 patent/WO2018110564A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2018110564A1 (ja) | 2019-06-27 |
TWI657043B (zh) | 2019-04-21 |
WO2018110564A1 (ja) | 2018-06-21 |
TW201829304A (zh) | 2018-08-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6690734B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末および窒化ケイ素焼結体の製造方法 | |
JP6292306B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末、窒化ケイ素焼結体及び回路基板、ならびに窒化ケイ素粉末の製造方法 | |
KR102643831B1 (ko) | 질화규소 분말의 제조 방법 | |
JP5862765B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末の製造方法及び窒化ケイ素粉末、ならびに窒化ケイ素焼結体の製造方法 | |
TW201829299A (zh) | 高純度氮化矽粉末之製造方法 | |
JP6344844B2 (ja) | 炭化ホウ素/ホウ化チタンコンポジットセラミックス及びその作製法 | |
JP6693575B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末、多結晶シリコンインゴット用離型剤及び多結晶シリコンインゴットの製造方法 | |
JP6690735B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末、多結晶シリコンインゴット用離型剤及び多結晶シリコンインゴットの製造方法 | |
WO2023176893A1 (ja) | 窒化ケイ素粉末、および窒化ケイ素質焼結体の製造方法 | |
WO2021112145A1 (ja) | 金属窒化物の製造方法 | |
WO2023176889A1 (ja) | 窒化ケイ素粉末、および窒化ケイ素質焼結体の製造方法 | |
WO2023189539A1 (ja) | 窒化ケイ素粉末及びその製造方法、並びに、窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 | |
JP2024010444A (ja) | 焼結用窒化ケイ素粉末 | |
WO2021200864A1 (ja) | 窒化ケイ素粉末、及び窒化ケイ素焼結体の製造方法 | |
JP2023147855A (ja) | 窒化ホウ素粉末 | |
WO2021200865A1 (ja) | 窒化ケイ素粉末、及び窒化ケイ素焼結体の製造方法 | |
TW202134171A (zh) | 氮化矽燒結體之製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190219 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200310 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200323 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6690734 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |