JPH0218284B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0218284B2 JPH0218284B2 JP59040691A JP4069184A JPH0218284B2 JP H0218284 B2 JPH0218284 B2 JP H0218284B2 JP 59040691 A JP59040691 A JP 59040691A JP 4069184 A JP4069184 A JP 4069184A JP H0218284 B2 JPH0218284 B2 JP H0218284B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- furnace
- silicon nitride
- reaction
- type
- outlet
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 30
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 4
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 3
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000004442 gravimetric analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- C01B21/0682—Preparation by direct nitridation of silicon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
本発明は、窒化けい素の連続的製法に関し、特
にプツシヤー式トンネル炉を用いて、連続的且つ
高収率でアルフア（α）型窒化けい素を製造する
方法に関する。 窒化けい素は、低温型のαと高温型のβの二つ
の変態が知られているが、それぞれの単一相を得
ることはむずかしく、通常、混合物として存在す
る。また、窒化けい素は、共有結合性の強い物質
であつて、高温強度や化学的耐食性などに優れ、
また熱膨張率が極めて小さい特性を有し、各種エ
ンジン部材や熱交換器、あるいはその他各種耐熱
性材料としての利用が期待され、広く用途研究が
進められている。しかし、一般に窒化けい素焼結
体を高温高応力材料として実用に供する場合に
は、高温での物理的、化学的安定性が厳しく要求
される。この物理的、化学的特性は、焼結体を構
成する素材の種類、純度、粒度及び結晶型等に大
きく影響され、特に窒化けい素を素材とする焼結
体にあつては、α型を可及的高度に含有した窒化
けい素粉末が望ましく、高強度焼結体構造物を提
供することができる。 従来、α型窒化けい素の工業的製造法として、
金属けい素を窒素ガスを含む雰囲気中で1000〜
1500℃の温度で加熱するバツチ式方法が最も広く
実用されている。しかし、この方法は、炉の気密
性を保つてN2及び／又はNH3雰囲気中で加熱反
応させることが重要で、特に、けい素の窒化反応
の反応熱（3Si＋2N2＝Si3N4＋176Kcal）を利用
する関係から、炉内の原料の充てん位置によつて
窒化反応開始時間が異なり、反応の進行もばらば
らで、そのため均一な加熱反応が得られない。そ
の結果、α型を高い割合で含有する窒化けい素を
得ることは極めて困難であり、更にバツチ間の品
質のばらつきも避けられないなど工業的製法とし
ては望ましい方法ではない。 このようなバツチ式製法の改善法として、けい
素の粉末等を棚板に載置し、これをトンネル炉に
入れて窒素を含む非酸化性ガスと向流で接触さ
せ、常温から次第に温度を上昇させるようにして
加熱反応させる方法が提案された（特開昭58−
88107号公報）。しかし、この方法によつて製造さ
れた窒化けい素は、α型の含有率がいずれも80％
未満であり、充分満足しうるに至つていない。 本発明者らは、このような実状において、更に
高純度のα型窒化けい素を工業的に有利に製造す
る方法について、特に、上記提案法の技術的欠陥
に関し、多くの要因を追求した。その結果、金属
けい素の窒化反応、特にα型窒化けい素の形成
は、微量の酸素の存在によつても極めて大きな悪
影響を受け、前記の特開昭58−88107号公報に開
示された方法では、反応領域におけるN2雰囲気
中のO2濃度を充分低下させることができないた
め、反応生成物中のα型窒化けい素の含有率は可
成り低いものであることがわかつた。一方、J.
Am.Ceram.，Soc.Vol.56No.9p.480〜485には、け
い素粉末の窒化反応に関する報告があり、窒化雰
囲気中の酸素量が痕跡量でも窒化反応に大きく影
響すること、そして熱重量分析システムによる検
討では、酸素分圧が10-19で影響することが記載
されているが、高純度の窒化けい素を高収率で連
続的に製造する装置及び酸素分圧を含む手段につ
いては全く記載も示唆もない。本発明者らは、反
応系に存在させるN2雰囲気におけるO2量に着目
し、O2分圧とα型窒化けい素生成率との関係に
ついて研究を重ねた結果、入口及び出口にそれぞ
れ真空置換室が密に取り付けられ、高温炉内の
O2分圧を10-10atm以下に調整し得るプツシヤー
式トンネル炉に金属けい素微粉末を連続的に送入
することにより、90％以上の高純度のα−窒化け
い素を高収率で製造し得ることを見出し、本発明
に到つた。 すなわち、本発明は、粉末状金属けい素を台板
に載置してトンネル炉に送入し、窒素雰囲気下に
1000〜1500℃の温度範囲で窒化反応させる窒化け
い素の製造方法において、トンネル炉の入口及び
出口にそれぞれ真空置換室を設けたプツシヤー式
トンネル炉を用い、325メツシユ以下の微細粒度
に調整された微粉末状の金属けい素を炉の入口に
隣接する真空置換室を通して炉の入口から順次送
入し、炉内の酸素ガス分圧を10-10atm以下の条
件下で窒化反応させ、得られた反応生成物を炉の
出口から、それに隣接する真空置換室を経て連続
的に取出す実用性の優れたα型窒化けい素の連続
的製造方法を提供する。 本発明の方法に用いる粉末状金属けい素原料
は、可及的に微粉砕されたものが望ましく、特
に、325メツシユ篩をパスする微粉末に調整して
使用される。また、台板に載置される微粉状金属
けい素は、粉末のまゝでもよいし、反応温度にお
いて容易に分解あるいは揮散しうる適当なバイン
ダーを用いて、均一反応が得られる粒状あるいは
板状などに形成して反応に供することもできる。
粉末粒子が粗いと窒化反応が不充分になりやす
く、またβ型の窒化けい素が形形成されるので、
原料金属けい素は325メツシユ下の微粉末に調整
することが極めて重要である。 金属けい素載置用台板は、窒化反応条件下にお
いて熱的にも化学的にも耐性を有する安定なもの
であれば、どんな材料で形成させてもよく、例え
ば窒化けい素などが有利に用いられる。 また、本発明の方法で用いる炉は、通常のプツ
シヤー式トンネル炉の入口及び出口にそれぞれ真
空置換室を設けた特殊なもので、各室は各口に扉
を介して気密に隣接して成るものである。真空置
換室は、炉の内部と外気を遮断する位置にあつ
て、炉入口側扉と外気に通ずる扉を閉じるとき気
密状態が得られ、操業中は、例えば真空ポンプに
よつて真空状件に保持されるから、空気、特に
O2が炉内に流入することを実質的に完全に防止
しうるものである。そして、原料を載置した台板
は、炉入口側の真空置換室中を通つて炉の入口か
ら炉内へ運ばれ、炉出口から隣接する真空置換室
を通つて外へ取出される。これらの原料を載せた
台板の移動は、プツシヤー装置を利用して好都合
に行なうことができる。このような真空置換室を
備えたプツシヤー式トンネル炉を用いるときは、
入口側の該室に入つた台板上の微粉末状金属けい
素原料は、その表面あるいは粒子間に存在する空
気（酸素ガス）及び望ましくない吸付着水分が高
度に除去され、炉内に送入された場合にも、窒素
ガスあるいは非酸化性含有窒素ガスで満たされ
た、好ましくは原料の移動方向とは向流状に流さ
れて、炉内の圧力が大気圧より僅かに高く保たれ
ている炉内の窒素雰囲気を極めて低い酸素分圧に
保持することができ、特に運転操業中の炉内の酸
素分圧を継続的に10-10atm以下に保つことが容
易である。炉内の反応雰囲気はN2単独でもよい
が、例えば還元能を有するNH3、H2あるいはCO
などの非酸化性ガスの一定少量を混用することは
実用上望ましい。また、炉内雰囲気ガスはトンネ
ル炉の出口部から入口部に向けて原料移動方向と
向流状に継続的に流すことがよい。 加熱反応温度は、α型窒化けい素の製造温度と
して知られる1000〜1500℃が採用され、また、の
加熱手段としては、通常、加熱炉に用いられるい
ずれの手段も使用できる。 本発明の方法は、上記のように、入口及び出口
にそれぞれ真空置換室を備えたトンネル炉を用い
ることにより、炉内の窒素ガス雰囲気の酸素ガス
を10-10atm以下の低い分圧に保つて加熱窒化反
応させることに技術的特徴を有する。炉内の酸素
分圧が10-10atmより高いと高純度のα型の窒化
けい素を得ることは実質的に困難で、例えば特開
昭58−88107号公報に開示された方法のように、
単に向流ガスを炉内に流したり、本発明における
真空置換室に代えて、該置換室をガスシール室と
してガス置換を行つた場合には、酸素分圧はせい
ぜい10-4〜10-5atm程度であつて、80％以下のα
型を含有する窒化けい素しか得られない。 窒化反応に要する反応時間は、炉内温度条件、
粉末状金属けい素の粒度や比表面積などによつて
変動するが、通常、数時間ないし数十時間であ
る。この反応時間は、例えば炉長15mの一般的ト
ンネル炉の場合には、プツシヤー装置による原料
の炉内の移動速度は、１〜50mm／分程度、好まし
くは３〜30mm／分程度が採用される。炉内は、通
常、長さ方向の中央部が、例えば1500℃の最高温
度に設定され、こゝを通る反応生成物は反応を完
結しながら出口方向に移動し、出口部から流入す
る一定組成の雰囲気ガスで冷却されて真空置換室
から取出される。 本発明方法によれば、α型が例えば90％以上か
らなる高純度のα型窒化けい素を容易に製造する
ことができ、酸素分圧を10-18atm以下に低下さ
せるとき、５％以下の未反応原料を含む95％以上
のものを得ることができる。また、本発明の方法
は、同一の反応諸条件で長期連続的に操業するこ
とが可能であり、台板ごとの生成物のバラツキが
極めて小さく、高品質のα型窒化けい素を安定に
得ることができる。 本発明の方法で得られる窒化けい素は、極めて
高品質のα型Si3N4であつて、従来のものに比べ
て、より高い強度の安定な窒化けい素焼結体を提
供しうるばかりでなく、ニユーセラミツク原料と
して高い信頼性の要求されるエンジンやガスター
ビン等の部材への利用が期待できる極めて望まし
いものであり、その他新い分野への用途も大いに
期待できる。 次に、実施例により本発明を更に詳細に説明す
る。 実施例１〜７及び比較例 比表面積4.0m2/gで、且つ325メツシユ下に調整
された工業用金属けい素（含有不純物：Fe；0.3
重量％、Al；0.2重量％、Ca；0.1重量％、Ｏ；
0.9重量％）粉末200gを、台形状の200×200mmの
アルミナ製台板上に約10mmの厚さに載置し、全長
15m、炉外形1.5m×2mの入口及び出口に真空置
換室を設けプツシヤー式トンネル炉を開いて、大
気圧より僅かに高い圧力（水柱約100mm程度）に
保持され、炉のほゞ中央部が1500℃の最高温部に
加熱された炉内に送入し、その炉内の酸素分圧
（Po2）と台板の送りスピードを表中に示す一定
条件に保ちながら連続窒化を行なつた。なお、炉
材は、通常のマツフル炉と同様のもので構成され
ている。この時の酸素分圧はN2、H2、NH3の流
量比率を適当にコントロールする事によつて微調
整しながら日本碍子製CP−Ｘ型O2分圧計を用い
て測定した。得られた窒化けい素のα型％及び未
反応金属Si％はＸ線回折ピークから求めた。それ
らの結果を表１に示す。 なお、比較のために、同じ原料を用い、真空置
換を行なわないで、置換室をガスシールのみによ
つて行なつた場合の結果も示した。
にプツシヤー式トンネル炉を用いて、連続的且つ
高収率でアルフア（α）型窒化けい素を製造する
方法に関する。 窒化けい素は、低温型のαと高温型のβの二つ
の変態が知られているが、それぞれの単一相を得
ることはむずかしく、通常、混合物として存在す
る。また、窒化けい素は、共有結合性の強い物質
であつて、高温強度や化学的耐食性などに優れ、
また熱膨張率が極めて小さい特性を有し、各種エ
ンジン部材や熱交換器、あるいはその他各種耐熱
性材料としての利用が期待され、広く用途研究が
進められている。しかし、一般に窒化けい素焼結
体を高温高応力材料として実用に供する場合に
は、高温での物理的、化学的安定性が厳しく要求
される。この物理的、化学的特性は、焼結体を構
成する素材の種類、純度、粒度及び結晶型等に大
きく影響され、特に窒化けい素を素材とする焼結
体にあつては、α型を可及的高度に含有した窒化
けい素粉末が望ましく、高強度焼結体構造物を提
供することができる。 従来、α型窒化けい素の工業的製造法として、
金属けい素を窒素ガスを含む雰囲気中で1000〜
1500℃の温度で加熱するバツチ式方法が最も広く
実用されている。しかし、この方法は、炉の気密
性を保つてN2及び／又はNH3雰囲気中で加熱反
応させることが重要で、特に、けい素の窒化反応
の反応熱（3Si＋2N2＝Si3N4＋176Kcal）を利用
する関係から、炉内の原料の充てん位置によつて
窒化反応開始時間が異なり、反応の進行もばらば
らで、そのため均一な加熱反応が得られない。そ
の結果、α型を高い割合で含有する窒化けい素を
得ることは極めて困難であり、更にバツチ間の品
質のばらつきも避けられないなど工業的製法とし
ては望ましい方法ではない。 このようなバツチ式製法の改善法として、けい
素の粉末等を棚板に載置し、これをトンネル炉に
入れて窒素を含む非酸化性ガスと向流で接触さ
せ、常温から次第に温度を上昇させるようにして
加熱反応させる方法が提案された（特開昭58−
88107号公報）。しかし、この方法によつて製造さ
れた窒化けい素は、α型の含有率がいずれも80％
未満であり、充分満足しうるに至つていない。 本発明者らは、このような実状において、更に
高純度のα型窒化けい素を工業的に有利に製造す
る方法について、特に、上記提案法の技術的欠陥
に関し、多くの要因を追求した。その結果、金属
けい素の窒化反応、特にα型窒化けい素の形成
は、微量の酸素の存在によつても極めて大きな悪
影響を受け、前記の特開昭58−88107号公報に開
示された方法では、反応領域におけるN2雰囲気
中のO2濃度を充分低下させることができないた
め、反応生成物中のα型窒化けい素の含有率は可
成り低いものであることがわかつた。一方、J.
Am.Ceram.，Soc.Vol.56No.9p.480〜485には、け
い素粉末の窒化反応に関する報告があり、窒化雰
囲気中の酸素量が痕跡量でも窒化反応に大きく影
響すること、そして熱重量分析システムによる検
討では、酸素分圧が10-19で影響することが記載
されているが、高純度の窒化けい素を高収率で連
続的に製造する装置及び酸素分圧を含む手段につ
いては全く記載も示唆もない。本発明者らは、反
応系に存在させるN2雰囲気におけるO2量に着目
し、O2分圧とα型窒化けい素生成率との関係に
ついて研究を重ねた結果、入口及び出口にそれぞ
れ真空置換室が密に取り付けられ、高温炉内の
O2分圧を10-10atm以下に調整し得るプツシヤー
式トンネル炉に金属けい素微粉末を連続的に送入
することにより、90％以上の高純度のα−窒化け
い素を高収率で製造し得ることを見出し、本発明
に到つた。 すなわち、本発明は、粉末状金属けい素を台板
に載置してトンネル炉に送入し、窒素雰囲気下に
1000〜1500℃の温度範囲で窒化反応させる窒化け
い素の製造方法において、トンネル炉の入口及び
出口にそれぞれ真空置換室を設けたプツシヤー式
トンネル炉を用い、325メツシユ以下の微細粒度
に調整された微粉末状の金属けい素を炉の入口に
隣接する真空置換室を通して炉の入口から順次送
入し、炉内の酸素ガス分圧を10-10atm以下の条
件下で窒化反応させ、得られた反応生成物を炉の
出口から、それに隣接する真空置換室を経て連続
的に取出す実用性の優れたα型窒化けい素の連続
的製造方法を提供する。 本発明の方法に用いる粉末状金属けい素原料
は、可及的に微粉砕されたものが望ましく、特
に、325メツシユ篩をパスする微粉末に調整して
使用される。また、台板に載置される微粉状金属
けい素は、粉末のまゝでもよいし、反応温度にお
いて容易に分解あるいは揮散しうる適当なバイン
ダーを用いて、均一反応が得られる粒状あるいは
板状などに形成して反応に供することもできる。
粉末粒子が粗いと窒化反応が不充分になりやす
く、またβ型の窒化けい素が形形成されるので、
原料金属けい素は325メツシユ下の微粉末に調整
することが極めて重要である。 金属けい素載置用台板は、窒化反応条件下にお
いて熱的にも化学的にも耐性を有する安定なもの
であれば、どんな材料で形成させてもよく、例え
ば窒化けい素などが有利に用いられる。 また、本発明の方法で用いる炉は、通常のプツ
シヤー式トンネル炉の入口及び出口にそれぞれ真
空置換室を設けた特殊なもので、各室は各口に扉
を介して気密に隣接して成るものである。真空置
換室は、炉の内部と外気を遮断する位置にあつ
て、炉入口側扉と外気に通ずる扉を閉じるとき気
密状態が得られ、操業中は、例えば真空ポンプに
よつて真空状件に保持されるから、空気、特に
O2が炉内に流入することを実質的に完全に防止
しうるものである。そして、原料を載置した台板
は、炉入口側の真空置換室中を通つて炉の入口か
ら炉内へ運ばれ、炉出口から隣接する真空置換室
を通つて外へ取出される。これらの原料を載せた
台板の移動は、プツシヤー装置を利用して好都合
に行なうことができる。このような真空置換室を
備えたプツシヤー式トンネル炉を用いるときは、
入口側の該室に入つた台板上の微粉末状金属けい
素原料は、その表面あるいは粒子間に存在する空
気（酸素ガス）及び望ましくない吸付着水分が高
度に除去され、炉内に送入された場合にも、窒素
ガスあるいは非酸化性含有窒素ガスで満たされ
た、好ましくは原料の移動方向とは向流状に流さ
れて、炉内の圧力が大気圧より僅かに高く保たれ
ている炉内の窒素雰囲気を極めて低い酸素分圧に
保持することができ、特に運転操業中の炉内の酸
素分圧を継続的に10-10atm以下に保つことが容
易である。炉内の反応雰囲気はN2単独でもよい
が、例えば還元能を有するNH3、H2あるいはCO
などの非酸化性ガスの一定少量を混用することは
実用上望ましい。また、炉内雰囲気ガスはトンネ
ル炉の出口部から入口部に向けて原料移動方向と
向流状に継続的に流すことがよい。 加熱反応温度は、α型窒化けい素の製造温度と
して知られる1000〜1500℃が採用され、また、の
加熱手段としては、通常、加熱炉に用いられるい
ずれの手段も使用できる。 本発明の方法は、上記のように、入口及び出口
にそれぞれ真空置換室を備えたトンネル炉を用い
ることにより、炉内の窒素ガス雰囲気の酸素ガス
を10-10atm以下の低い分圧に保つて加熱窒化反
応させることに技術的特徴を有する。炉内の酸素
分圧が10-10atmより高いと高純度のα型の窒化
けい素を得ることは実質的に困難で、例えば特開
昭58−88107号公報に開示された方法のように、
単に向流ガスを炉内に流したり、本発明における
真空置換室に代えて、該置換室をガスシール室と
してガス置換を行つた場合には、酸素分圧はせい
ぜい10-4〜10-5atm程度であつて、80％以下のα
型を含有する窒化けい素しか得られない。 窒化反応に要する反応時間は、炉内温度条件、
粉末状金属けい素の粒度や比表面積などによつて
変動するが、通常、数時間ないし数十時間であ
る。この反応時間は、例えば炉長15mの一般的ト
ンネル炉の場合には、プツシヤー装置による原料
の炉内の移動速度は、１〜50mm／分程度、好まし
くは３〜30mm／分程度が採用される。炉内は、通
常、長さ方向の中央部が、例えば1500℃の最高温
度に設定され、こゝを通る反応生成物は反応を完
結しながら出口方向に移動し、出口部から流入す
る一定組成の雰囲気ガスで冷却されて真空置換室
から取出される。 本発明方法によれば、α型が例えば90％以上か
らなる高純度のα型窒化けい素を容易に製造する
ことができ、酸素分圧を10-18atm以下に低下さ
せるとき、５％以下の未反応原料を含む95％以上
のものを得ることができる。また、本発明の方法
は、同一の反応諸条件で長期連続的に操業するこ
とが可能であり、台板ごとの生成物のバラツキが
極めて小さく、高品質のα型窒化けい素を安定に
得ることができる。 本発明の方法で得られる窒化けい素は、極めて
高品質のα型Si3N4であつて、従来のものに比べ
て、より高い強度の安定な窒化けい素焼結体を提
供しうるばかりでなく、ニユーセラミツク原料と
して高い信頼性の要求されるエンジンやガスター
ビン等の部材への利用が期待できる極めて望まし
いものであり、その他新い分野への用途も大いに
期待できる。 次に、実施例により本発明を更に詳細に説明す
る。 実施例１〜７及び比較例 比表面積4.0m2/gで、且つ325メツシユ下に調整
された工業用金属けい素（含有不純物：Fe；0.3
重量％、Al；0.2重量％、Ca；0.1重量％、Ｏ；
0.9重量％）粉末200gを、台形状の200×200mmの
アルミナ製台板上に約10mmの厚さに載置し、全長
15m、炉外形1.5m×2mの入口及び出口に真空置
換室を設けプツシヤー式トンネル炉を開いて、大
気圧より僅かに高い圧力（水柱約100mm程度）に
保持され、炉のほゞ中央部が1500℃の最高温部に
加熱された炉内に送入し、その炉内の酸素分圧
（Po2）と台板の送りスピードを表中に示す一定
条件に保ちながら連続窒化を行なつた。なお、炉
材は、通常のマツフル炉と同様のもので構成され
ている。この時の酸素分圧はN2、H2、NH3の流
量比率を適当にコントロールする事によつて微調
整しながら日本碍子製CP−Ｘ型O2分圧計を用い
て測定した。得られた窒化けい素のα型％及び未
反応金属Si％はＸ線回折ピークから求めた。それ
らの結果を表１に示す。 なお、比較のために、同じ原料を用い、真空置
換を行なわないで、置換室をガスシールのみによ
つて行なつた場合の結果も示した。
【表】
上表の結果から、本発明の方法が、従来法に比
べてはるかに優れていることがわかる。
べてはるかに優れていることがわかる。
Claims (1)
- １ 粉末状金属けい素を台板に載置してトンネル
炉に送入し、窒素雰囲気下に1000〜1500℃の温度
範囲で窒化反応させる窒化けい素の製造方法にお
いて、トンネル炉の入口及び出口にそれぞれ真空
置換室を設けたプツシヤー式トンネル炉を用い、
325メツシユ以下の微細粒度に調整された微粉末
状の金属けい素を該炉の入口に隣接する真空置換
室を通して炉の入口から順次送入し、炉内の酸素
分圧を10-10atm以下の条件下で窒化反応させ、
得られた反応生成物を炉の出口から、それに隣接
する真空置換室を経て連続的に取り出すことを特
徴とする高品位アルフア型窒化けい素の連続的製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4069184A JPS60186406A (ja) | 1984-03-03 | 1984-03-03 | アルフア型窒化けい素の連続的製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4069184A JPS60186406A (ja) | 1984-03-03 | 1984-03-03 | アルフア型窒化けい素の連続的製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60186406A JPS60186406A (ja) | 1985-09-21 |
| JPH0218284B2 true JPH0218284B2 (ja) | 1990-04-25 |
Family
ID=12587575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4069184A Granted JPS60186406A (ja) | 1984-03-03 | 1984-03-03 | アルフア型窒化けい素の連続的製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60186406A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63147807A (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-20 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 高α型窒化けい素の製造方法 |
| JPH06102524B2 (ja) * | 1990-01-31 | 1994-12-14 | 信越化学工業株式会社 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5888107A (ja) * | 1981-11-16 | 1983-05-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | α型窒化珪素の連続製造法 |
-
1984
- 1984-03-03 JP JP4069184A patent/JPS60186406A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5888107A (ja) * | 1981-11-16 | 1983-05-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | α型窒化珪素の連続製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60186406A (ja) | 1985-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Klein et al. | Reduced‐pressure chemical vapor synthesis of nanocrystalline silicon carbide powders | |
| JPS6112844B2 (ja) | ||
| US4342837A (en) | Sinterable silicon carbide powders and sintered body produced therefrom | |
| US4346068A (en) | Process for preparing high-purity α-type silicon nitride | |
| JPH0218284B2 (ja) | ||
| EP0188038A1 (en) | Process for producing silicon aluminum oxynitride | |
| JPS6111886B2 (ja) | ||
| EP0385096B1 (en) | Process for producing sinterable crystalline aluminum nitride powder | |
| JPS5930645B2 (ja) | 高純度α型窒化珪素の製造法 | |
| Gomez-Aleixandre et al. | Crystallization and sintering characteristics of chemically vapor deposited silicon nitride powders | |
| JPS5888107A (ja) | α型窒化珪素の連続製造法 | |
| JPS6111885B2 (ja) | ||
| JPS616109A (ja) | ｓｉｃの製造法 | |
| CA1235710A (en) | PROCESS FOR PRODUCING .beta.'-SILICON ALUMINUM OXYNITRIDE (.beta.'-SIALON) | |
| JPH0454609B2 (ja) | ||
| JPS6227004B2 (ja) | ||
| JPH0454610B2 (ja) | ||
| JPS63151603A (ja) | 窒化けい素粉末の製造方法 | |
| JPS6335566B2 (ja) | ||
| JPS63147807A (ja) | 高α型窒化けい素の製造方法 | |
| JPH0445443B2 (ja) | ||
| JPH0460049B2 (ja) | ||
| JPS6140805A (ja) | 窒化珪素微粉末の製造方法 | |
| JPS61232213A (ja) | 炭化珪素の製造方法 | |
| JPH0446889B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |