JP7356297B2 - Nitriding reactor - Google Patents

Nitriding reactor Download PDF

Info

Publication number
JP7356297B2
JP7356297B2 JP2019161893A JP2019161893A JP7356297B2 JP 7356297 B2 JP7356297 B2 JP 7356297B2 JP 2019161893 A JP2019161893 A JP 2019161893A JP 2019161893 A JP2019161893 A JP 2019161893A JP 7356297 B2 JP7356297 B2 JP 7356297B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
tray
nitriding
nitrogen gas
reaction chamber
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
Application number
JP2019161893A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021038901A (en
Inventor
恭一 藤波
佑樹 廣實
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokuyama Corp filed Critical Tokuyama Corp
Priority to JP2019161893A priority Critical patent/JP7356297B2/en
Publication of JP2021038901A publication Critical patent/JP2021038901A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7356297B2 publication Critical patent/JP7356297B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Muffle Furnaces And Rotary Kilns (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

本発明は、高温での窒化反応に適用される窒化反応炉に関する。 The present invention relates to a nitriding reactor that is applied to nitriding reactions at high temperatures.

耐熱性に優れ、さらには熱伝導性、電気絶縁性等の特性に優れた各種窒化物、例えば窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)は、各種金属あるいは金属化合物等の原料粉末に窒素を高温で接触させて反応させることにより製造される。また、硬度等の機械的特性に優れた窒化ケイ素(Si)や、半導体特性を有する窒化ガリウム(GaN)や窒化インジウム(InN)なども、同様に高温での窒化反応により製造される。 Various nitrides, such as aluminum nitride (AlN) and boron nitride (BN), which have excellent heat resistance and properties such as thermal conductivity and electrical insulation, are produced by adding nitrogen to the raw material powder of various metals or metal compounds. It is produced by contacting and reacting at high temperatures. In addition, silicon nitride (Si 3 N 4 ), which has excellent mechanical properties such as hardness, and gallium nitride (GaN) and indium nitride (InN), which have semiconducting properties, are similarly produced by nitriding reactions at high temperatures. .

上記のような高温での窒化反応に適用し得る高温反応炉としては、断熱材で囲まれた炉内に、原料が収容された箱型の容器(以下、セッターともいう)が多段に積載されており、この反応容器の周囲にヒーターが配置されているバッチ式炉が知られている(例えば、特許文献1~3参照)。
このようなバッチ式の高温反応炉は、原料が収容された箱型の容器を多段に積載されているため、一度に多量の原料を窒化反応に供することができるという利点がある。また、バッチ式の高温反応炉は連続式に比べ、製造バッチ毎に運転条件を調整することが出来、多品種の製品を作り分ける点で連続式の高温反応炉に対して大きなアドバンテージを有する。
A high-temperature reactor that can be applied to the high-temperature nitriding reaction described above consists of box-shaped containers containing raw materials (hereinafter also referred to as setters) stacked in multiple stages inside a furnace surrounded by heat insulating material. Batch type furnaces are known in which a heater is arranged around the reaction vessel (for example, see Patent Documents 1 to 3).
Such a batch-type high-temperature reactor has the advantage that a large amount of raw material can be subjected to a nitriding reaction at one time because box-shaped containers containing raw materials are loaded in multiple stages. Moreover, compared to continuous type high-temperature reactors, batch-type high-temperature reactors have a great advantage over continuous-type high-temperature reactors in that the operating conditions can be adjusted for each production batch, and they can produce a wide variety of products.

ところで、上記のような構造のバッチ式高温反応炉では、原料と反応させるガスや雰囲気ガスを箱型容器の周辺部から供給したり、或いは箱型容器の中心部にガス供給管を通し、該容器の中心部からガスを供給するなどの手段が採用されているが、反応を完結するまでに長時間を要したり、或いは反応が均一に行われ難いなどの問題がある。また、炉内に配置されているヒーターや周囲の断熱材が反応に際して副生するガスなどにより短期間で劣化してしまうなどの問題もある。特に、カーボン粉末などの還元剤を用いて金属酸化物を原料とする還元窒化反応を行う場合には、金属酸化物の揮発物や二酸化炭素等の酸化性ガスが副生するため、カーボン製のヒーターや断熱材等の劣化が顕著である。 By the way, in the batch-type high-temperature reactor having the above structure, the gas to be reacted with the raw materials and the atmospheric gas are supplied from the periphery of the box-shaped container, or a gas supply pipe is passed through the center of the box-shaped container. Although means such as supplying gas from the center of the container have been adopted, there are problems such as it takes a long time to complete the reaction or it is difficult to carry out the reaction uniformly. Another problem is that the heater placed in the furnace and the surrounding heat insulating material deteriorate in a short period of time due to gases produced as by-products during the reaction. In particular, when performing a reductive nitriding reaction using a metal oxide as a raw material using a reducing agent such as carbon powder, volatile matter of the metal oxide and oxidizing gases such as carbon dioxide are produced as by-products. Deterioration of heaters, insulation materials, etc. is noticeable.

特開昭61-282790号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-282790 特開昭61-282785号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-282785 特開平4-273988号公報Japanese Patent Application Publication No. 4-273988

従って、本発明の目的は、短時間で且つ均一に窒化反応を完結させることができ、しかも、副生ガスによるヒーターや断熱材の劣化が有効に抑制されたバッチ式窒化反応炉を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a batch-type nitriding reactor that can complete the nitriding reaction uniformly in a short time and that can effectively suppress deterioration of the heater and the heat insulating material due to by-product gas. It is in.

本発明によれば、窒化反応を行うための窒化反応炉において、
前記窒化反応炉は、断熱性ケーシングを有しており、
前記断熱性ケーシング内には、排気口を備えた底板に保持されているシールド壁に囲まれている反応室と、該反応室の外側に配置されたヒーターが設けられており、
前記反応室内には、前記底板上に、中心部に開口を有しており且つ窒化反応に供される反応原料が収容され且つ側壁に切欠きが形成されているトレイが多段に積載されていると共に、該トレイの開口を通って貫通して延びている窒素ガス供給管が設けられており、
前記窒素ガス供給管から供給された窒素ガスを前記トレイに収容されている反応原料に接触させることにより窒化反応が行われ、未反応窒素ガス及び副生ガスは、前記トレイの側壁に形成されている切欠きを通って、該トレイの周縁部と前記シールド壁との間に形成されている空隙を通り、前記底板の排気口から排出される構造を有していることを特徴とする窒化反応炉が提供される。
According to the present invention, in a nitriding reactor for performing a nitriding reaction,
The nitriding reactor has an adiabatic casing,
The insulating casing includes a reaction chamber surrounded by a shield wall held by a bottom plate with an exhaust port, and a heater disposed outside the reaction chamber.
In the reaction chamber, trays are stacked on the bottom plate in multiple stages, each having an opening in the center, containing a reaction material to be subjected to a nitriding reaction, and having a notch formed in a side wall. and a nitrogen gas supply pipe extending through the opening of the tray;
A nitriding reaction is performed by bringing the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply pipe into contact with the reaction raw material contained in the tray, and unreacted nitrogen gas and by-product gas are formed on the side wall of the tray. The nitriding reaction has a structure in which the nitriding reaction is discharged through the notch in the tray, through the gap formed between the peripheral edge of the tray and the shield wall, and from the exhaust port in the bottom plate. A furnace is provided.

本発明の窒化反応炉においては、次の態様が好適に適用される。
(1)前記反応室の上部には予熱室が設けられており、該予熱室で加熱された窒素ガスが、前記窒素ガス供給管を通して前記反応室内に配置されたトレイ内に供給されること。
(2)前記反応原料として、含酸素アルミニウム粉末とカーボン粉末とを含む混合粉末が使用されること。
(3)前記反応原料として、酸化ホウ素粉末、カーボン粉末及び助剤を含む混合粉末が使用されること。
(4)前記トレイの内部には、窒化物の板状成型体または粉末からなる離型層が敷設されており、該離型層上に前記反応原料が層状に配置されていること。
(5)前記反応室内温度が、1200~2200℃の範囲となるように、前記ヒーターによる加熱が行われること。
(6)前記トレイの平面形状が円形であること。
In the nitriding reactor of the present invention, the following aspects are suitably applied.
(1) A preheating chamber is provided in the upper part of the reaction chamber, and nitrogen gas heated in the preheating chamber is supplied through the nitrogen gas supply pipe into a tray disposed within the reaction chamber.
(2) A mixed powder containing oxygen-containing aluminum powder and carbon powder is used as the reaction raw material.
(3) A mixed powder containing boron oxide powder, carbon powder, and an auxiliary agent is used as the reaction raw material.
(4) A mold release layer made of a plate-shaped molded nitride or powder is laid inside the tray, and the reaction raw material is arranged in a layer on the mold release layer.
(5) Heating is performed by the heater so that the temperature inside the reaction chamber is in the range of 1200 to 2200°C.
(6) The tray has a circular planar shape.

本発明の窒化反応炉においては、窒素と反応させるべき反応原料が収容されている各トレイの中心から窒素ガスが供給され、未反応窒素ガスや副生するガスは、トレイに形成されている切欠きを通してトレイの外部(トレイの周縁部と前記シールド壁との間に形成されている空隙)に排出される構造となっている。即ち、窒化反応に伴って副生するガスは、トレイに収容されている反応原料上に滞留することなく、速やかに外部に放出される。このため、副生するガスにより窒化反応が抑制されることがなく、トレイに収容されている反応原料の隅々まで窒素ガスを速やかに接触させることができる。この結果、短時間で十分に窒化反応を進行させ、しかも窒化反応を均一に進行させることができる。 In the nitriding reactor of the present invention, nitrogen gas is supplied from the center of each tray containing reaction materials to be reacted with nitrogen, and unreacted nitrogen gas and by-product gas are removed from the cutters formed in the trays. The structure is such that the liquid is discharged to the outside of the tray (the gap formed between the peripheral edge of the tray and the shield wall) through the notch. That is, the gas produced as a by-product during the nitriding reaction is quickly released to the outside without remaining on the reaction raw material contained in the tray. Therefore, the nitriding reaction is not inhibited by the by-produced gas, and the nitrogen gas can be quickly brought into contact with every corner of the reaction raw materials contained in the tray. As a result, the nitriding reaction can proceed sufficiently in a short time, and moreover, the nitriding reaction can proceed uniformly.

また、本発明では、シールド壁によって、反応室がヒーターや断熱性ケーシングと区画されている。即ち、副生するガス等は、ヒーターや断熱性ケーシングとは接触しない構造となっており、このため、ヒーターや断熱性ケーシングの劣化が有効に抑制されており、装置寿命が極めて長い。
特に、本発明の炉構造においては、ガス流れがトレイの中心部から周縁部になっているため、原料層に対して夾雑物の極めて少ない窒素ガスを供給することが出来、窒化反応をよりスムーズに行わせる点において理想的である。
Further, in the present invention, the reaction chamber is separated from the heater and the heat insulating casing by a shield wall. That is, the structure is such that by-produced gas and the like do not come into contact with the heater and the heat insulating casing, so deterioration of the heater and the heat insulating casing is effectively suppressed, and the life of the device is extremely long.
In particular, in the furnace structure of the present invention, since the gas flow is from the center of the tray to the periphery, it is possible to supply nitrogen gas with extremely few impurities to the raw material layer, making the nitriding reaction smoother. It is ideal in that it can be carried out by

本発明の窒化反応炉の概略側断面図。FIG. 1 is a schematic side sectional view of the nitriding reactor of the present invention. 図1の窒化反応炉におけるA-A平断面図。2 is a cross-sectional view taken along line AA in the nitriding reactor shown in FIG. 1. FIG. 図1の窒化反応炉において、反応原料が収容されるトレイの形態を示す概略斜視図。2 is a schematic perspective view showing the form of a tray in which reaction raw materials are accommodated in the nitriding reactor of FIG. 1. FIG. トレイ内に収容されている反応原料の状態を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the state of reaction raw materials accommodated in a tray. 図1の窒化反応炉において、窒素ガスの流路を示す概略図。2 is a schematic diagram showing a flow path of nitrogen gas in the nitriding reactor of FIG. 1. FIG. 図1の窒化反応炉において、予熱室内に配置される予熱板の形態を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the form of a preheating plate arranged in a preheating chamber in the nitriding reactor of FIG. 1; 本発明の窒化反応炉を用いて窒化ホウ素を製造する場合の、トレイ上の反応性原料の収容形態の好適例を示す概略側断面図。FIG. 2 is a schematic side sectional view showing a preferred example of a configuration in which reactive raw materials are accommodated on a tray when boron nitride is manufactured using the nitriding reactor of the present invention.

図1及び図2を参照して、本発明の窒化反応炉は、断熱性ケーシング1の内部に、ヒーター3と反応室5とが設けられている基本構造を有している。 Referring to FIGS. 1 and 2, the nitriding reactor of the present invention has a basic structure in which a heater 3 and a reaction chamber 5 are provided inside an adiabatic casing 1.

断熱性ケーシング1は、断熱性の高い材料で円筒形状に形成されるが、通常は、耐熱性にも優れていることから、カーボン製であり、例えばカーボン繊維製のブロックを積み重ねることにより形成される。断熱性ケーシングに用いられるカーボン材料は断熱性能を向上させるために、繊維状カーボンの成型体を採用すること好ましい。また、耐久性を向上させることを目的にC/Cコンポジット材シート等を炉内側表面に貼付けることも好適な態様の例として挙げられる。
前記繊維状カーボンの成型体は、カーボンファイバーを積層させたり樹脂を含浸させたりすることで製造される。樹脂含浸させた炭化しやすい樹脂を炭化・黒鉛化することで成型する。
The heat insulating casing 1 is formed into a cylindrical shape using a highly heat insulating material, but is usually made of carbon because it has excellent heat resistance, and is formed by stacking carbon fiber blocks, for example. Ru. The carbon material used for the heat insulating casing is preferably a molded body of fibrous carbon in order to improve the heat insulating performance. Further, for the purpose of improving durability, it is also possible to affix a C/C composite material sheet or the like to the inner surface of the furnace.
The fibrous carbon molded body is manufactured by laminating carbon fibers or impregnating them with resin. Molding is done by carbonizing and graphitizing resin that is easily carbonized and impregnated with resin.

また、ヒーター3は、抵抗加熱により加熱するタイプのものであり、窒化反応では、特に反応室5を高温に加熱することが必要であることから、カーボン製、好ましくはグラファイト製のヒーターが使用される。例えば、図2に示されているように、反応室5を取り囲むように、ケーシング1内の4か所に対称的に配置されている。 The heater 3 is of a type that heats by resistance heating, and in the nitriding reaction, it is necessary to heat the reaction chamber 5 to a high temperature, so a heater made of carbon, preferably graphite, is used. Ru. For example, as shown in FIG. 2, they are symmetrically arranged at four locations in the casing 1 so as to surround the reaction chamber 5.

尚、図1に示されているように、このヒーター3は、断熱性ケーシング1を貫通して延びている支持ロッド7の先端部に取り付けられているホルダー9に保持されており、反応室5の高さ方向全体の周囲に存在するような長さを有しているべきである。従って、反応室5の高さが大きい場合には、ヒーター3は、上下2つに分割されていてもよい。即ち、反応室5の上方部分の周囲に配置されているものと、反応室5の下方部分の周囲に存在するものとに分割して配置することもできる。 As shown in FIG. 1, this heater 3 is held in a holder 9 attached to the tip of a support rod 7 extending through the heat insulating casing 1, and is attached to the reaction chamber 5. The length should be such that it extends around the entire height of the area. Therefore, when the height of the reaction chamber 5 is large, the heater 3 may be divided into upper and lower parts. That is, it is also possible to divide the arrangement into two parts: one arranged around the upper part of the reaction chamber 5 and the other arranged around the lower part of the reaction chamber 5.

さらに、図示されていないが、断熱性ケーシング内に設けられた熱電対や放射温度計などの温度データをもとに上記のヒーター3の出力が制御され、温度をコントロールし得るように構成されている。
尚、断熱性ケーシング1の内径dは、通常、ヒーター3により、反応室5内温度が窒化反応に適した温度に加熱されるような大きさに設定すればよい。
また、図示されていないが、断熱性ケーシング1の外面には、ケーシング1を安定に保持するために、ステンレススチール等により形成された枠体を設けることができる。
Furthermore, although not shown, the output of the heater 3 is controlled based on temperature data from a thermocouple, radiation thermometer, etc. provided in the heat insulating casing, so that the temperature can be controlled. There is.
Note that the inner diameter d of the heat insulating casing 1 may be normally set to a size such that the temperature inside the reaction chamber 5 is heated by the heater 3 to a temperature suitable for the nitriding reaction.
Further, although not shown, a frame made of stainless steel or the like may be provided on the outer surface of the heat insulating casing 1 in order to stably hold the casing 1.

本発明において、反応室5は、底板11と、底板11を覆うように設けられている筒状形態のシールド壁13とから形成されている。即ち、底板11及びシールド壁13によって囲まれている内部空間が反応室5となっており、前述したヒーター3は反応室5の外部に配置された構造となっており、また、断熱性ケーシング1の内面は、反応室5とは完全に区画されている。 In the present invention, the reaction chamber 5 is formed from a bottom plate 11 and a cylindrical shield wall 13 provided so as to cover the bottom plate 11. That is, the internal space surrounded by the bottom plate 11 and the shield wall 13 is the reaction chamber 5, and the above-mentioned heater 3 is arranged outside the reaction chamber 5, and the heat insulating casing 1 The inner surface of the chamber is completely separated from the reaction chamber 5.

底板11は、断熱性ケーシング1の底部に設けられている受け台15上に載置されている。この底板11には、中心部に排気口17が形成されており、受け台15に形成されている孔15aに連通している排気管19を通しての真空引き等により、排気口17から反応室5内からの排気が行われる構造となっている。
また、シールド壁13は、底板11が完全にシールド壁13により覆われるように、受け台15に取り付けられている。これにより、受け台15とシールド壁13との間からのガスの漏洩を防止することができる。
このような底板11及びシールド壁13は、耐熱性の高い材料、例えばカーボン、好ましくはグラファイトなどにより形成されている。
The bottom plate 11 is placed on a pedestal 15 provided at the bottom of the heat insulating casing 1. An exhaust port 17 is formed in the center of the bottom plate 11, and the reaction chamber 5 is opened from the exhaust port 17 by evacuation through an exhaust pipe 19 communicating with a hole 15a formed in the pedestal 15. The structure is such that exhaust is exhausted from the inside.
Further, the shield wall 13 is attached to the pedestal 15 so that the bottom plate 11 is completely covered by the shield wall 13. Thereby, leakage of gas from between the pedestal 15 and the shield wall 13 can be prevented.
The bottom plate 11 and the shield wall 13 are made of a material with high heat resistance, such as carbon, preferably graphite.

本発明において、上記の底板11及びシールド壁13により囲まれている反応室5内には、窒化反応に供される反応原料が収容されたトレイ19が多段に積み重ねられている。多段に積み重ねられているトレイ19の外側面とシールド壁13の内面との間には、ガス流路となる空隙Sが形成されている。 In the present invention, in the reaction chamber 5 surrounded by the bottom plate 11 and the shield wall 13, trays 19 containing reaction raw materials to be subjected to a nitriding reaction are stacked in multiple stages. A gap S serving as a gas flow path is formed between the outer surface of the trays 19 stacked in multiple stages and the inner surface of the shield wall 13.

図3(a)を参照して、このトレイ19は、底壁19aと、底壁19aの周縁から立ち上がっている側壁19bとからなっており、側壁19bの上端には、周方向に間隔を置いて、複数(図では4つ)の切欠き19cが点対称的に形成されている。また、底壁19aの中心には、中空筒19dが直立して形成されている。即ち、多段に積載されているトレイ19には、中空筒19dを通して窒素ガス供給管21が貫通して最下段のトレイ19xまで延びている。この窒素ガス供給管21は下端が閉じられており、且つ、その管壁には、多数の小孔21a(図1では省略されている)が、積み重ねられているトレイ19のそれぞれの内部に面するように形成されており(図4参照)、窒素ガスが各トレイ15の内部に供給されるようになっている。かかるトレイ19は、筒状形態のシールド壁13の内径よりも小さな外径を有しており、これにより、トレイ19の外側面とシールド壁13の内面との間に、適度な大きさの空隙Sが形成される。 Referring to FIG. 3(a), this tray 19 consists of a bottom wall 19a and a side wall 19b rising from the periphery of the bottom wall 19a. A plurality of (four in the figure) notches 19c are formed point-symmetrically. Further, a hollow cylinder 19d is formed upright at the center of the bottom wall 19a. That is, the nitrogen gas supply pipe 21 penetrates the trays 19 stacked in multiple stages through the hollow cylinder 19d and extends to the lowest tray 19x. This nitrogen gas supply pipe 21 is closed at its lower end, and has a large number of small holes 21a (omitted in FIG. 1) in the pipe wall, which are located inside each of the stacked trays 19. (See FIG. 4), and nitrogen gas is supplied to the inside of each tray 15. The tray 19 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the cylindrical shield wall 13, thereby creating an appropriately sized gap between the outer surface of the tray 19 and the inner surface of the shield wall 13. S is formed.

尚、積み重ねられているトレイ19の内、最下段に位置しているトレイ19xには、図3(b)に示されているように、複数本の足19eが形成されており、上記の空隙Sが、このトレイ19xの下面と底板11との間に形成される空間Yと連通するような形態となっている。
尚、上記のような足19eをトレイ19の下面に形成する代わりに、底板11の周縁部に、適当な台を設け、この台上にトレイ19xを載置することにより、空隙Sと連通する空間Yを形成することも可能である。
Incidentally, among the stacked trays 19, the tray 19x located at the lowest stage has a plurality of legs 19e formed thereon, as shown in FIG. 3(b). S is configured to communicate with a space Y formed between the lower surface of the tray 19x and the bottom plate 11.
Incidentally, instead of forming the legs 19e as described above on the lower surface of the tray 19, an appropriate stand is provided on the peripheral edge of the bottom plate 11, and the tray 19x is placed on this stand to communicate with the gap S. It is also possible to form a space Y.

上記のトレイ19の底壁19a上には、図4に示されているように、反応原料の粉末が敷設されている。この反応原料の厚みtは、当然、切欠き19cや中央部の中空筒19dから反応原料が零れ落ちない程度の大きさに設定される。 On the bottom wall 19a of the tray 19, as shown in FIG. 4, reaction raw material powder is laid down. The thickness t of the reaction raw material is naturally set to a size that prevents the reaction raw material from spilling out from the notch 19c or the central hollow cylinder 19d.

図5を参照して、上記のような構造とすることにより、窒素ガス供給管21に導入された窒素ガスのガス流Zは、該供給管21に形成されている小孔21aから放出され、各トレイ19の中心部からトレイ19内を通り、前述した切欠き19cを介して、トレイ19の外側面とシールド壁13の内面との間の空隙Sに流れ込み、空隙Sに流れ込んだガス流Zは、最下方のトレイ19xの下面と底板11との間の空間Yに流れ込み、底板11に形成されている排気口17から外部に排出されることとなる。 With reference to FIG. 5, with the above structure, the gas flow Z of nitrogen gas introduced into the nitrogen gas supply pipe 21 is released from the small hole 21a formed in the supply pipe 21, A gas flow Z passes through the tray 19 from the center of each tray 19, flows into the gap S between the outer surface of the tray 19 and the inner surface of the shield wall 13, and flows into the gap S via the above-mentioned notch 19c. flows into the space Y between the bottom surface of the lowermost tray 19x and the bottom plate 11, and is discharged to the outside from the exhaust port 17 formed in the bottom plate 11.

このような窒素ガスのガス流Zから理解されるように、窒素ガスは、各トレイ19の中心部分から各トレイ19の周縁部とシールド壁13とによって形成される空隙Sに流れ、この際に、各トレイ19内に収容されている反応原料と接触して窒化反応が行われるわけであるが、この反応により副生したガスが、未反応の窒素ガスと共に、速やかにトレイ19の外部に存在する空隙Sに排出され、さらに空間Yを通って排気口17から排出される。即ち、窒化反応により副生したガスは、トレイ19内に滞留することなく、直ちに排出されるため、反応原料と窒素との反応が副生ガスによって阻害されることなく進行するため、反応原料からの窒化物の生成時間を大幅に短縮することができる。しかも、トレイ19内を通るガスがよどむことなく速やかに排出されるため、トレイ内19に収容されている反応原料について、均一に窒化させることができる。例えば、トレイ19の周縁部分に位置している反応原料も、中心部分に位置する反応原料と同様に窒化されることとなる。 As understood from the gas flow Z of nitrogen gas, the nitrogen gas flows from the center of each tray 19 to the gap S formed by the peripheral edge of each tray 19 and the shield wall 13, and at this time, , a nitriding reaction is carried out in contact with the reaction raw materials contained in each tray 19, but the gas by-produced by this reaction quickly exists outside the tray 19 together with unreacted nitrogen gas. The air is discharged into the space S, which passes through the space Y, and is then discharged from the exhaust port 17. That is, the gas produced by the nitriding reaction does not remain in the tray 19 and is immediately discharged, so that the reaction between the reaction raw material and nitrogen proceeds without being inhibited by the by-product gas. The time required to form nitrides can be significantly shortened. Moreover, since the gas passing through the tray 19 is quickly discharged without stagnation, the reaction raw materials contained in the tray 19 can be uniformly nitrided. For example, the reaction raw materials located at the periphery of the tray 19 will also be nitrided in the same way as the reaction materials located at the center.

本発明において、上述した窒素ガスが、乱れることなく、層流状態でスムーズに流れるようにするという見地から、シールド壁13は、図2に示されているように円筒形状とすることがよく、さらに、トレイ19の平面形状は円形であることが好ましい。即ち、シールド壁19やトレイ19に角部が存在すると、窒素ガス(未反応窒素ガス及び副生ガス)が角部に当たったときに乱れ、ガス流のよどみが生じ易く、特に角部近傍に位置する反応原料の窒化反応が不安定となり、窒化反応が不均一となるおそれがあるからである。 In the present invention, from the viewpoint of allowing the nitrogen gas mentioned above to flow smoothly in a laminar flow state without disturbance, the shield wall 13 is preferably formed into a cylindrical shape as shown in FIG. Furthermore, it is preferable that the tray 19 has a circular planar shape. That is, if there are corners in the shield wall 19 or the tray 19, nitrogen gas (unreacted nitrogen gas and by-product gas) is likely to be disturbed when it hits the corners, causing gas flow to stagnate, especially near the corners. This is because the nitriding reaction of the reaction raw material located therein may become unstable and the nitriding reaction may become non-uniform.

また、上記のようなトレイ19の内径Dは、特に制限されるものではないが、通常、トレイ19毎に生成する窒化物の量が適度な範囲となるように、200mm以下、特に10~80mm程度の範囲とすることがよい。また、トレイ19の高さhも、特に制限されるものではないが、トレイ19内に収容される反応原料(粉末状である)の高さtが10~80mm程度となるように、トレイ19の内径Dに応じて設定することが好ましい。この高さhが小さ過ぎると、トレイ19毎の処理量が少なくなり、窒化物を工業的に量産するためには、必要以上にトレイ19の積み重ね段数を多くしなければならず、この結果、シールド壁13やケーシング1が過度に大型化してしまい、反応原料が収容されたトレイ19の積み重ね作業や、シールド壁13の組み立て作業、さらには、反応終了後にトレイ19を取り出すための作業が大掛かりなものとなってしまう。また、高さhが大き過ぎると、反応原料の深部まで窒化させることが困難となるおそれがある。
従って、トレイ19の中心に形成されている中空筒19dの高さや切り欠き19cの高さhは、上記のような量で収容された反応原料が中空筒19の内部に侵入せず、且つ切欠き19cからこぼれ落ちない程度の高さに設定される。
In addition, the inner diameter D1 of the tray 19 as described above is not particularly limited, but is usually 200 mm or less, especially 10 to The range is preferably about 80 mm. Further, the height h of the tray 19 is not particularly limited, but the height h of the tray 19 is set so that the height t of the reaction raw material (in powder form) accommodated in the tray 19 is about 10 to 80 mm. It is preferable to set it according to the inner diameter D1 of. If this height h is too small, the amount of processing per tray 19 will decrease, and in order to industrially mass-produce nitrides, the number of stacked trays 19 must be increased more than necessary. The shield wall 13 and the casing 1 become excessively large, and the work of stacking the trays 19 containing the reaction raw materials, the work of assembling the shield wall 13, and furthermore the work of taking out the trays 19 after the reaction is completed are large-scale work. It becomes a thing. Furthermore, if the height h is too large, it may be difficult to nitride the reaction raw material deep into the reactor.
Therefore, the height of the hollow cylinder 19d formed at the center of the tray 19 and the height h1 of the notch 19c are set such that the reaction raw materials accommodated in the above amount do not enter the inside of the hollow cylinder 19, and The height is set to such an extent that it does not fall from the notch 19c.

また、トレイ19に形成されている複数の切欠き19c幅や数は、トレイ19の中心から外部の空隙Sへのガス流Zが周方向に均等となるように設定すればよく、従って、複数の切欠き19は、点対称となるように配置される。また、切欠き19の数は、図3では4個となっているが、2個とすることもできるし、3個或いは5個以上とすることもできる。 Further, the width and number of the plurality of notches 19c formed in the tray 19 may be set so that the gas flow Z from the center of the tray 19 to the external gap S becomes uniform in the circumferential direction. The notches 19 are arranged point-symmetrically. Further, although the number of notches 19 is four in FIG. 3, it may be two, three, or five or more.

さらに、上述したトレイ19の外径Dは、シールド壁13の内径Dの50~95%程度に設定することが、排気管19から排気口17を介しての吸引を効率よく、且つスムーズなガス流を確保する上で好適である。 Furthermore, the outer diameter D 2 of the tray 19 described above is set to about 50 to 95% of the inner diameter D 3 of the shield wall 13 to ensure efficient and smooth suction from the exhaust pipe 19 through the exhaust port 17. This is suitable for ensuring a good gas flow.

本発明において、上記のような形態のトレイ19は、種々の窒化反応や酸化物の還元窒化などに使用される耐熱性の材料により形成され、例えば、カーボン、特にグラファイトが好適に使用される。また、これ以外にも、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックス粉の焼結体によりトレイ19が形成されていてもよい。また、カーボンからなるトレイ上にアルミナ、炭化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックス粉の焼結体または成型体製の板を載せることでカーボン製のトレイの劣化を防止することも好ましい態様である。 In the present invention, the tray 19 having the above configuration is formed of a heat-resistant material used for various nitriding reactions, reduction nitriding of oxides, etc., and carbon, particularly graphite, is preferably used, for example. In addition to this, the tray 19 may be formed of a sintered body of ceramic powder such as alumina, silicon carbide, boron nitride, or the like. It is also a preferred embodiment to prevent deterioration of the carbon tray by placing a plate made of a sintered or molded ceramic powder such as alumina, silicon carbide, or boron nitride on the carbon tray.

上述したトレイ19の積載段数は、トレイの大きさ等に応じて工業的に十分な量の窒化物が1バッチで得られるように設定され、通常、5~40段に設定される。 The number of stacking stages of the tray 19 described above is set so that an industrially sufficient amount of nitride can be obtained in one batch depending on the size of the tray, etc., and is usually set to 5 to 40 stages.

上述した本発明の窒化反応炉において、シールド壁13で区画されている反応室5の上部には、予熱室23が形成されていることが好ましい。即ち、窒素導入管25がケーシング1を貫通して予熱室23の上部に接続され、一方、予熱室23の下部には、前述した窒素ガス供給管21の上端が接続されている。即ち、窒素ガスは、導入管25から予熱室23に流れ込み、予熱室23から窒素ガス供給管21に導入され、前述したように、この供給管21からトレイ19内に窒素ガスが供給される。即ち、トレイ19内に使用されている反応原料を窒化させるための反応(例えば直接窒化や還元窒化)は極めて高温で行われるため、反応室15内がヒーター3により所定の反応温度に加熱されていたとしても、トレイ19内に供給される窒素ガスの温度が低いと、窒化反応が不安定となるおそれがある。このため、反応室5の上部に予熱室23を設け、窒素供給管21に導入する窒素ガスを、反応室5内と同等の温度に加熱されている予熱室23に通し、予め加熱しておくことが望ましい。 In the nitriding reactor of the present invention described above, a preheating chamber 23 is preferably formed in the upper part of the reaction chamber 5 partitioned by the shield wall 13. That is, the nitrogen introduction pipe 25 penetrates the casing 1 and is connected to the upper part of the preheating chamber 23, while the upper end of the nitrogen gas supply pipe 21 mentioned above is connected to the lower part of the preheating chamber 23. That is, nitrogen gas flows into the preheating chamber 23 from the introduction pipe 25, and is introduced from the preheating chamber 23 into the nitrogen gas supply pipe 21, and as described above, nitrogen gas is supplied from this supply pipe 21 into the tray 19. That is, since the reaction for nitriding the reaction raw material used in the tray 19 (for example, direct nitriding or reductive nitriding) is performed at an extremely high temperature, the inside of the reaction chamber 15 is heated to a predetermined reaction temperature by the heater 3. Even so, if the temperature of the nitrogen gas supplied into the tray 19 is low, the nitriding reaction may become unstable. For this reason, a preheating chamber 23 is provided in the upper part of the reaction chamber 5, and the nitrogen gas introduced into the nitrogen supply pipe 21 is passed through the preheating chamber 23, which is heated to the same temperature as the inside of the reaction chamber 5, and is heated in advance. This is desirable.

このような予熱室23は、窒素導入管25から導入される窒素ガスの滞留時間をできるだけ長くすることにより、窒素ガスをできるだけ高温に加熱するというものであり、例えば、シールド壁13と同様の耐熱材料により形成されたボックス形状の枠体27の内部にガス流透過口を有する予熱板29が重ねられている。 Such a preheating chamber 23 heats the nitrogen gas introduced from the nitrogen introduction pipe 25 to as high a temperature as possible by increasing the residence time of the nitrogen gas as much as possible. A preheating plate 29 having a gas flow permeation port is stacked inside a box-shaped frame 27 made of a material.

上記の予熱板29は、高熱伝導性のカーボン、好ましくはグラファイトや窒化ホウ素の焼結体等により形成されるが、滞留時間を長くするために、ガス流透過口の位置の異なるものを作成し、これらを重ね合わせて使用することが好適である。 The preheating plate 29 described above is made of highly thermally conductive carbon, preferably a sintered body of graphite or boron nitride, etc., but in order to increase the residence time, the preheating plate 29 is made with different gas flow permeation opening positions. , it is preferable to use these in combination.

例えば、図6(a)には、中心にガス透過口となる開口31が形成されており、中心開口予熱板29aが示されている。この中心開口予熱板29aには、中心開口31を取り囲むように、周方向に一定の間隔を置いてリング状に配列されている気流規制突起33が設けられている。
また、図6(b)には、周縁にガス流透過口となる小孔34が多数分布している周縁小孔予熱板29bが示されている。
For example, in FIG. 6(a), an opening 31 serving as a gas permeation port is formed in the center, and a center opening preheating plate 29a is shown. The center opening preheating plate 29a is provided with airflow regulating protrusions 33 arranged in a ring shape at regular intervals in the circumferential direction so as to surround the center opening 31.
Further, FIG. 6(b) shows a peripheral small hole preheating plate 29b in which a large number of small holes 34 serving as gas flow permeation ports are distributed on the peripheral edge.

上記のような中心開口予熱板29aと周縁小孔予熱板29bとを枠体27内で交互に重ねて予熱室23を形成することにより、この予熱室23内での窒素ガスの滞留時間を長くすることができる。即ち、窒素導入管25から予熱室23内に導入された窒素ガスは、周縁小孔予熱板29bの周縁に形成されている小孔34を通って中心開口予熱板29a上に流れる。中心開口予熱板29a上に流れ込んだ窒素ガスは、気流規制突起33の間を通り、中心の開口31から周縁小孔予熱板29b上に流れる。このように窒素ガスの流れを、周縁-中心-周縁-中心とジグザグにすることがで、滞留時間を長くし、窒素ガスを十分に高温に加熱することができる。 By forming the preheating chamber 23 by stacking the center opening preheating plate 29a and the peripheral small hole preheating plate 29b alternately within the frame 27, the residence time of nitrogen gas in the preheating chamber 23 can be extended. can do. That is, the nitrogen gas introduced into the preheating chamber 23 from the nitrogen introduction pipe 25 flows onto the center opening preheating plate 29a through the small holes 34 formed on the periphery of the peripheral small hole preheating plate 29b. The nitrogen gas that has flowed onto the center opening preheating plate 29a passes between the airflow regulating protrusions 33 and flows from the center opening 31 onto the peripheral small hole preheating plate 29b. By making the flow of the nitrogen gas zigzag from the periphery to the center to the periphery to the center in this way, the residence time can be increased and the nitrogen gas can be heated to a sufficiently high temperature.

このように、十分に加熱された窒素ガスを、窒素ガス供給管21から所定の反応温度に維持されている反応室5内に導入し、窒化反応を行うことにより、トレイ19上に窒化物を得ることができる。
反応終了後は、断熱性ケーシング1を開け、予熱室23を取り出し、次いでシールド壁13を引き抜いてトレイ19を取り出し、トレイ19上の反応生成物(窒化物)が回収される。
回収された窒化物は、適宜、酸化、酸洗や水洗等による洗浄や乾燥といった操作による高純度化、分級等の工程を得て、製品としての使用に供される。
In this way, sufficiently heated nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas supply pipe 21 into the reaction chamber 5, which is maintained at a predetermined reaction temperature, and a nitriding reaction is carried out, thereby depositing nitrides on the tray 19. Obtainable.
After the reaction is completed, the heat insulating casing 1 is opened, the preheating chamber 23 is taken out, the shield wall 13 is pulled out, the tray 19 is taken out, and the reaction product (nitride) on the tray 19 is recovered.
The recovered nitride is appropriately purified through operations such as oxidation, pickling, washing with water, etc., and drying, and subjected to processes such as classification, and then used as a product.

上述した本発明の窒化炉は、バッチ式で窒化反応を行うものであるが、副生するガスが、断熱性のケーシング1の内面やヒーター3に接触しないような構造となっているため、特に還元窒化反応の実施に好適であり、例えば、還元窒化法により、常温常圧で安定な窒化アルミニウム(AlN)や六方晶窒化ホウ素(h-BN)を製造するのに極めて適している。 The above-mentioned nitriding furnace of the present invention performs the nitriding reaction in a batch manner, but since it is structured so that the by-product gas does not come into contact with the inner surface of the heat-insulating casing 1 or the heater 3, it is particularly It is suitable for carrying out a reductive nitriding reaction, and is extremely suitable, for example, for producing aluminum nitride (AlN) and hexagonal boron nitride (h-BN), which are stable at room temperature and normal pressure, by a reductive nitriding method.

還元窒化還元窒化法による窒化アルミニウム(AlN)の製造は、以下のようにして実施される。即ち、アルミニウム源として酸化アルミニウム(Al)等の含酸素アルミニウム化合物を使用し、この含酸素ホウ素化合物の粉末と、カーボン粉末との混合粉末を反応原料としてトレイ19上に敷き詰め、かかるトレイ19を前述した窒化炉の反応室5内に積載し、窒素ガス供給管21から窒素を供給し、含酸素アルミニウム化合物の還元及び窒化により、トレイ19上にAlNが得られる。
上記の反応は、下記式により表される。
Al+3C+N → 2AlN+3CO
上記の反応は、一般に、反応室5内を1200~2000℃、好ましくは1400~1800℃の温度に設定されて実施される。この温度が低すぎると、還元窒化が十分に進行せず、また、反応室5内の温度が必要以上に高いと、生成したAlNが揮散し、排出されてしまうおそれがある。
Production of aluminum nitride (AlN) by the reduction nitridation method is carried out as follows. That is, an oxygen-containing aluminum compound such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is used as an aluminum source, and a mixed powder of this oxygen-containing boron compound powder and carbon powder is spread on a tray 19 as a reaction raw material. 19 is loaded in the reaction chamber 5 of the nitriding furnace described above, nitrogen is supplied from the nitrogen gas supply pipe 21, and AlN is obtained on the tray 19 by reducing and nitriding the oxygen-containing aluminum compound.
The above reaction is represented by the following formula.
Al 2 O 3 +3C+N 2 → 2AlN+3CO
The above reaction is generally carried out with the reaction chamber 5 set at a temperature of 1200 to 2000°C, preferably 1400 to 1800°C. If this temperature is too low, the reduction nitridation will not proceed sufficiently, and if the temperature inside the reaction chamber 5 is higher than necessary, there is a risk that the generated AlN will volatilize and be discharged.

また、還元窒化法による六方晶窒化ホウ素(h-BN)の製造は、以下のようにして実施される。即ち、ホウ素源として酸化ホウ素(B)等の含酸素ホウ素化合物を使用し、この含酸素ホウ素化合物の粉末と、カーボン粉末及び助剤との混合粉末を反応原料としてトレイ19上に敷き詰め、かかるトレイ19を前述した窒化炉の反応室5内に積載し、窒素ガス供給管21から窒素を供給し、含酸素ホウ素化合物の還元及び窒化により、トレイ19上にh-BNが得られる。
上記の反応は、下記式により表される。
+3C+N → 2BN+3CO
Further, hexagonal boron nitride (h-BN) is produced by the reductive nitriding method as follows. That is, an oxygen-containing boron compound such as boron oxide (B 2 O 3 ) is used as a boron source, and a mixed powder of this oxygen-containing boron compound powder, carbon powder, and an auxiliary agent is spread on a tray 19 as a reaction raw material. The tray 19 is loaded in the reaction chamber 5 of the nitriding furnace described above, nitrogen is supplied from the nitrogen gas supply pipe 21, and h-BN is obtained on the tray 19 by reducing and nitriding the oxygen-containing boron compound.
The above reaction is represented by the following formula.
B 2 O 3 +3C+N 2 → 2BN+3CO

上記の反応は、一般に、反応室5内を1200~2200℃、好ましくは1800~2100℃の温度に設定されて実施される。この温度が低すぎると、還元窒化が十分に進行せず、また、反応室5内の温度が必要以上に高いと、生成したh-BNが揮散し、排出されてしまうおそれがある。 The above reaction is generally carried out with the inside of the reaction chamber 5 set at a temperature of 1200 to 2200°C, preferably 1800 to 2100°C. If this temperature is too low, the reduction nitridation will not proceed sufficiently, and if the temperature inside the reaction chamber 5 is higher than necessary, there is a risk that the generated h-BN will volatilize and be discharged.

また、上記の反応により、金属酸化物の揮発物や二酸化炭素等の酸化性ガスが副生するが、このCOガスは、シールド壁13により、断熱性ケーシング1やヒーター3に接触することがなく、これにより、断熱性ケーシング1やヒーター3の劣化を有効に抑制することができ、装置寿命を長く保持することができる。 In addition, the above reaction produces by-products of metal oxide volatiles and oxidizing gases such as carbon dioxide, but this CO gas is prevented from coming into contact with the heat insulating casing 1 and the heater 3 due to the shield wall 13. Thereby, deterioration of the heat insulating casing 1 and the heater 3 can be effectively suppressed, and the life of the device can be maintained for a long time.

さらに、反応原料中の助剤は、上記の還元窒化反応を原料内部まで均一に進行させるために使用されるものであり、例えば、含酸素アルカリ土類金属化合物、特に炭酸カルシウムや酸化カルシウムが好適に使用される。即ち、上記のような高温で還元窒化反応を実施すると、反応室5内を高温に昇温させる過程で、このような助剤が分解してガス(例えば炭酸ガス)が発生する。この結果、窒素ガスを供給する段階で反応原料の内部に空隙が生成しており、反応原料の深部まで窒素ガスが侵入し、迅速且つ均一に、還元窒化反応を進行させることができる。例えば、本発明者等は、前述した図に示す窒化炉を用いて、上記のh-BNの製造を行ったところ、トレイ19の全体にわたって、白色度の高いh-BNの粉末(例えば白色度Wが90以上)が製造されたことを確認している。例えば、還元窒化が不均一に進行すると、カーボンが残留するため、部分的に白色度の低い部分が生成するが、本発明では、還元窒化が均一に且つ内部まで進行するため、白色度も全体にわたって高いものとなっている。
また、内径Dが60mmのトレイ19の積み重ね段数を20とし、窒素ガス供給管21からの窒素ガスの吐出速度(線速)が0.5Ncm/s以上となるように設定したとき、15時間以内に還元窒化反応が完了したことも確認している。
Furthermore, the auxiliary agent in the reaction raw material is used to uniformly advance the above-mentioned reductive nitriding reaction to the inside of the raw material. For example, an oxygen-containing alkaline earth metal compound, particularly calcium carbonate or calcium oxide, is suitable. used for. That is, when the reduction-nitriding reaction is carried out at a high temperature as described above, such an auxiliary agent is decomposed and gas (for example, carbon dioxide gas) is generated during the process of raising the temperature inside the reaction chamber 5 to a high temperature. As a result, voids are generated inside the reaction raw material at the stage of supplying nitrogen gas, and the nitrogen gas penetrates deep into the reaction raw material, allowing the reductive nitriding reaction to proceed quickly and uniformly. For example, when the present inventors manufactured h-BN as described above using the nitriding furnace shown in the above-mentioned figure, the entire tray 19 was covered with h-BN powder having high whiteness (for example, It has been confirmed that a product with a W of 90 or more was manufactured. For example, when reductive nitriding progresses unevenly, carbon remains and parts with low whiteness are formed. However, in the present invention, because reductive nitriding progresses uniformly and deep inside, the whiteness also decreases overall. It is high throughout.
In addition, when the number of stacked trays 19 with an inner diameter D1 of 60 mm is 20 and the discharge speed (linear velocity) of nitrogen gas from the nitrogen gas supply pipe 21 is set to be 0.5 Ncm/s or more, 15 hours It has also been confirmed that the reduction-nitridation reaction was completed within the same period.

尚、前記反応原料である混合粉末を調製するための混合は、各成分が均一に混合される限り、特に制限されず、振動ミル、ボールミル、ドラムミキサー振動攪拌機等の混合装置を用いて行われる。 The mixing for preparing the mixed powder, which is the reaction raw material, is not particularly limited as long as each component is mixed uniformly, and may be performed using a mixing device such as a vibration mill, a ball mill, a drum mixer, or a vibration stirrer. .

また、反応原料中、ホウ素源とカーボン粉末との量比は、元素比(B/C)が0.60~0.85、特に0.65~0.80の範囲となるように設定される。この元素比(B/C)が上記範囲よりも小さいと、反応生成物中に未反応カーボンが多く存在するようになり、目的とするh-BNを得ることが困難となるおそれがある。また、上記範囲よりも大きいと、還元されずに揮散するホウ素化合物の量が増大し、収率が低下するばかりか、排気ライン中での還元窒化により、排気ラインが閉塞してしまうなどの不都合も生じる恐れがある。
また、含ホウ素化合物と助剤との量比は、例えば酸化物換算でのホウ素とカルシウムのモル比(B/CaO)が4.0~6.0、特に4.5~5.5の範囲とすることが好適である。このモル比が、当該範囲よりも小さいと、カルシウム由来の不純物がトレイ19上に多く存在することとなり、収率が低下してしまう。また、モル比が上記範囲よりも大きいと、還元されずに揮散するホウ素化合物の量が増大し、収率の低下ばかりか、排気ラインの閉塞も生じるおそれがある。
In addition, the quantitative ratio of the boron source and carbon powder in the reaction raw materials is set so that the elemental ratio (B/C) is in the range of 0.60 to 0.85, particularly 0.65 to 0.80. . If this elemental ratio (B/C) is smaller than the above range, there will be a large amount of unreacted carbon in the reaction product, which may make it difficult to obtain the desired h-BN. Moreover, if it is larger than the above range, the amount of boron compounds that volatilize without being reduced increases, which not only reduces the yield but also causes inconveniences such as clogging of the exhaust line due to reductive nitridation in the exhaust line. may also occur.
Further, the quantitative ratio of the boron-containing compound to the auxiliary agent is such that, for example, the molar ratio of boron to calcium (B 2 O 3 /CaO) in terms of oxide is 4.0 to 6.0, particularly 4.5 to 5. A range of 5 is preferable. If this molar ratio is smaller than the range, a large amount of impurities derived from calcium will be present on the tray 19, resulting in a decrease in yield. Furthermore, if the molar ratio is larger than the above range, the amount of boron compound that is volatilized without being reduced will increase, which may not only lower the yield but also cause blockage of the exhaust line.

また、本発明においては、上記のような反応原料を用いて、h-BNを製造する場合、図7に示されているように、窒化ホウ素(h-BN)の成型体または粉末からなる離型層をトレイ19の底壁19a上に敷き詰め、この上に、反応原料を敷き詰めることが好適である。
即ち、トレイ19上での還元窒化によりh-BNを製造する場合、生成するh-BN粉末がトレイ19の底壁19aに付着してしまい、トレイ19からの取り出しが困難となってしまうおそれがある。特にグラファイトカーボン製のトレイ19が使用されている場合には、この傾向が大きい。このような不都合を防止するために、トレイ19の底壁19a上に窒化ホウ素の成型体または粉末を敷き詰めて離型層とし、生成する窒化ホウ素粉末とトレイ19の底壁19aとの直接接触を回避することにより、上記のような不都合を有効に防止することができる。
In addition, in the present invention, when producing h-BN using the above-mentioned reaction raw materials, as shown in FIG. It is preferable to spread the mold layer on the bottom wall 19a of the tray 19, and spread the reaction raw materials on top of this.
That is, when producing h-BN by reductive nitriding on the tray 19, there is a risk that the produced h-BN powder will adhere to the bottom wall 19a of the tray 19, making it difficult to take it out from the tray 19. be. This tendency is particularly strong when the tray 19 made of graphite carbon is used. In order to prevent such inconvenience, a molded body or powder of boron nitride is spread over the bottom wall 19a of the tray 19 to form a release layer, thereby preventing direct contact between the generated boron nitride powder and the bottom wall 19a of the tray 19. By avoiding this, the above-mentioned inconveniences can be effectively prevented.

上記のようにしてトレイ19上に生成した六方晶窒化ホウ素(h-BN)の粉末は、トレイ19から回収し、酸洗により未反応酸化ホウ素や助剤に由来するCa若しくはCa化合物などを除去し、水洗し、適宜、振動篩などを用いて所定の粒度に分級し、包装袋に回収し、販売に供される。 The hexagonal boron nitride (h-BN) powder generated on the tray 19 as described above is recovered from the tray 19, and unreacted boron oxide and Ca or Ca compounds derived from the auxiliary agent are removed by pickling. The particles are then washed with water, classified to a predetermined particle size using a vibrating sieve, etc., collected in packaging bags, and sold.

このように、本発明の窒化反応炉によれば、バッチ式でありながら、一度に多量の窒化物を製造することができ、さらに窒化反応も迅速かつ均一に進行させることができ、さらには、断熱性ケーシング1やヒーター3の劣化も有効に回避することができ、装置寿命が長く、効率よく窒化物を生産することができ、工業的に極めて有用である。 As described above, according to the nitriding reactor of the present invention, a large amount of nitride can be produced at once even though it is a batch type, and the nitriding reaction can also proceed quickly and uniformly. Deterioration of the heat insulating casing 1 and heater 3 can also be effectively avoided, the life of the device is long, and nitrides can be produced efficiently, which is extremely useful industrially.

1:断熱性ケーシング
3:ヒーター
5:反応室
11:底板
13:シールド壁
17:排気口
19:トレイ
19c:切欠き
21:窒素ガス供給管
23:予熱室
S:空隙
1: Heat insulating casing 3: Heater 5: Reaction chamber 11: Bottom plate 13: Shield wall 17: Exhaust port 19: Tray 19c: Notch 21: Nitrogen gas supply pipe 23: Preheating chamber S: Gap

Claims (7)

窒化反応を行うための窒化反応炉において、
前記窒化反応炉は、断熱性ケーシングを有しており、
前記断熱性ケーシング内には、排気口を備えた底板に保持されているシールド壁に囲まれている反応室と、該反応室の外側に配置されたヒーターが設けられており、
前記反応室内には、前記底板上に、中心部に開口を有しており且つ窒化反応に供される反応原料が収容され且つ側壁に切欠きが形成されているトレイが多段に積載されていると共に、該トレイの開口を通って貫通して延びている窒素ガス供給管が設けられており、
前記窒素ガス供給管から供給された窒素ガスを前記トレイに収容されている反応原料に接触させることにより窒化反応が行われ、未反応窒素ガス及び副生ガスは、前記トレイの側壁に形成されている切欠きを通って、該トレイの周縁部と前記シールド壁との間に形成されている空隙を通り、前記底板の排気口から排出される構造を有していることを特徴とする窒化反応炉。
In a nitriding reactor for carrying out a nitriding reaction,
The nitriding reactor has an adiabatic casing,
The insulating casing includes a reaction chamber surrounded by a shield wall held by a bottom plate with an exhaust port, and a heater disposed outside the reaction chamber.
In the reaction chamber, trays are stacked on the bottom plate in multiple stages, each having an opening in the center, containing a reaction material to be subjected to a nitriding reaction, and having a notch formed in a side wall. and a nitrogen gas supply pipe extending through the opening of the tray;
A nitriding reaction is performed by bringing the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply pipe into contact with the reaction raw material contained in the tray, and unreacted nitrogen gas and by-product gas are formed on the side wall of the tray. The nitriding reaction has a structure in which the nitriding reaction is discharged through the notch in the tray, through the gap formed between the peripheral edge of the tray and the shield wall, and from the exhaust port in the bottom plate. Furnace.
前記反応室の上部には予熱室が設けられており、該予熱室で加熱された窒素ガスが、前記窒素ガス供給管を通して前記反応室内に配置されたトレイ内に供給される請求項1に記載の窒化反応炉。 2. A preheating chamber is provided in an upper part of the reaction chamber, and nitrogen gas heated in the preheating chamber is supplied through the nitrogen gas supply pipe into a tray disposed within the reaction chamber. nitriding reactor. 前記反応原料として、含酸素アルミニウム粉末とカーボン粉末とを含む混合粉末が使用される請求項1または2に記載の窒化反応炉。 The nitriding reactor according to claim 1 or 2, wherein a mixed powder containing oxygen-containing aluminum powder and carbon powder is used as the reaction raw material. 前記反応原料として、酸化ホウ素粉末、カーボン粉末及び助剤を含む混合粉末が使用される請求項1または2に記載の窒化反応炉。 The nitriding reactor according to claim 1 or 2, wherein a mixed powder containing boron oxide powder, carbon powder, and an auxiliary agent is used as the reaction raw material. 前記トレイの内部には、窒化物の板状成型体または粉末からなる離型層が敷設されており、該離型層上に前記反応原料が層状に配置されている請求項3または4に記載の窒化反応炉。 5. A mold release layer made of a plate-shaped molded nitride or powder is laid inside the tray, and the reaction raw material is arranged in a layer on the mold release layer. nitriding reactor. 前記反応室内温度が、1200~2200℃の範囲となるように、前記ヒーターによる加熱が行われる請求項~5の何れかに記載の窒化反応炉。 The nitriding reactor according to any one of claims 1 to 5, wherein heating is performed by the heater so that the temperature within the reaction chamber is in the range of 1200 to 2200°C. 前記トレイの平面形状が円形である請求項1~6の何れかに記載の窒化反応炉。 The nitriding reactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the tray has a circular planar shape.
JP2019161893A 2019-09-05 2019-09-05 Nitriding reactor Active JP7356297B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019161893A JP7356297B2 (en) 2019-09-05 2019-09-05 Nitriding reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019161893A JP7356297B2 (en) 2019-09-05 2019-09-05 Nitriding reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021038901A JP2021038901A (en) 2021-03-11
JP7356297B2 true JP7356297B2 (en) 2023-10-04

Family

ID=74846871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019161893A Active JP7356297B2 (en) 2019-09-05 2019-09-05 Nitriding reactor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7356297B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005069668A (en) 2003-08-01 2005-03-17 Asahi Glass Co Ltd Baking container for silicon nitride-based ceramic
WO2010016421A1 (en) 2008-08-08 2010-02-11 芝浦メカトロニクス株式会社 Heat treating device and heat treating method
JP2017014064A (en) 2015-07-01 2017-01-19 株式会社トクヤマ Hexagonal boron nitride particle and method for producing the same
JP2018013256A (en) 2016-07-19 2018-01-25 日本碍子株式会社 Atmosphere furnace

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2579760B2 (en) * 1987-03-03 1997-02-12 住友化学工業株式会社 Reactor
JPH0325288A (en) * 1989-06-23 1991-02-04 Toshiba Ceramics Co Ltd Base plate for firing aluminum nitride substrate
JPH0542998U (en) * 1991-11-01 1993-06-11 株式会社村田製作所 Box for baking
JP3109433B2 (en) * 1996-03-22 2000-11-13 株式会社村田製作所 Method and apparatus for firing ceramic molded body
JPH10219346A (en) * 1997-02-07 1998-08-18 Kanto Yakin Kogyo Kk Atmosphere heat treatment furnace

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005069668A (en) 2003-08-01 2005-03-17 Asahi Glass Co Ltd Baking container for silicon nitride-based ceramic
WO2010016421A1 (en) 2008-08-08 2010-02-11 芝浦メカトロニクス株式会社 Heat treating device and heat treating method
JP2017014064A (en) 2015-07-01 2017-01-19 株式会社トクヤマ Hexagonal boron nitride particle and method for producing the same
JP2018013256A (en) 2016-07-19 2018-01-25 日本碍子株式会社 Atmosphere furnace

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021038901A (en) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2579760B2 (en) Reactor
RU2014101964A (en) METHODS FOR PRODUCING TITANIUM DIBORIDE POWDERS
US4818511A (en) Process and apparatus for producing non-oxide compounds
JP7356297B2 (en) Nitriding reactor
KR20220147591A (en) Method for producing carbon nanotube aggregates
JP7356298B2 (en) Nitriding reactor
US4983553A (en) Continuous carbothermal reactor
US3758672A (en) Manufacture of silicon carbide
JP4451671B2 (en) SiO manufacturing method and manufacturing apparatus
JPS60155507A (en) Continuous preparation of boron nitride
JP2004534929A (en) Method for performing thermal reaction between reactants and heating furnace therefor
JP2009184897A (en) Method for manufacturing silicon carbide single crystal
JPH028964B2 (en)
CN108046267B (en) System and method for synthesizing high-purity SiC powder
US20210048249A1 (en) Furnace
JPS5820799A (en) Preparation of silicon carbide whisker
JP2010138011A (en) Method of producing aluminum nitride powder
US20240141480A1 (en) Dual deposition chamber apparatus for producing silicon material
KR20140045531A (en) Method for making porous acicular mullite bodies
JP2579760C (en)
JP3111657B2 (en) Method for producing silicon nitride sintered body
US20240140803A1 (en) Method and apparatus for producing carbon nanotube aggregates
US20210363011A1 (en) Method for preparing boron nitride nanotubes by heat treating boron precursor and apparatus thereof
JP2009256153A (en) Method and apparatus for producing silicon carbide powder
JPS60200812A (en) Production of composite fine powder consisting of silicon nitride and silicon carbide

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220606

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230724

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20230724

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: 20230905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230922

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7356297

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150