JPH0316905A - 結晶質窒化ケイ素粉末の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高温構造用材料として有用な窒化ケイ素質焼
結体の製造用原料として好適な結晶質窒化ケイ素粉末の
製法に関する。

（従来技術及びその問題点） 非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラン化合物を
不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下に焼戒して
、結晶質窒化ケイ素粉末を製造する方法は、すでに知ら
れている。ところで、この方法では、焼成時に針状又は
柱状結晶が多数生成するために、得られる結晶質窒化ケ
イ素粉末は、充填密度が小さく、これを焼結用原料とり
て用いた場合には、嵩密度の低い戒形体しか得られない
という欠点がある。

そこで、微細な粒状粒子からなる結晶質窒化ケイ素粉末
を製造する方法として、特開昭５９−２１５０６号公報
には、焼成前に非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素
シラン化合物を摩砕し、かつ昇温過程において、被焼或
物を１２５０〜１４３０゛Ｃの範囲の温度に１時間以上
保持する方法が提案されている。

この方法によれば、微細な粒状粒子からなる結晶質窒化
ケイ素粉末を製造することができるが、摩砕条件の制御
が難しく、また昇温スケジュールが複雑で焼或に長時間
を要するため、生産性が低いという問題があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、前記問題点を解決し、粒子形状及びサ
イズの一定した高品質の結晶質窒化ケイ素粉末を低コス
トで生産できる新規な製法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラ
ン化合物を不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下
に焼成して、結晶質窒化ケイ素粉末を製造するに際し、
焼戒前に非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラン
化合物をプラズマＣＶＤコーティング法により表面処理
することを特徴とする結晶質窒化ケイ素粉末の製法に関
するものである。

本発明における含窒素シラン化合物としては、シリコン
ジイミド、シリコンテＩ・ラアミド、シリコンニトロゲ
ンイミド、シリコンクロルイミド等が用いられる。これ
らは、公知方法、例えば、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素
、四沃化ケイ素等のハロゲン化ケイ素とアンモニアとを
気相で反応させる方法、液状の前記ハロゲン化ケイ素と
液体アンモニアとを反応させる方法などによって製造さ
れる。

また、非晶質窒化ケイ素粉末は、公知方法、例えば、前
記含窒素シラン化合物を窒素又はアンモニアガス雰囲気
下に６００〜１　２　０　０　’Ｃの範囲の温度で加熱
分解する方法、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、四沃化ケ
イ素等のハロゲン化ケイ素とアンモニアとを高温で反応
させる方法などによって製造されたものが用いられる。

非晶質窒化ケイ素粉末及び含窒素シラン化合物の平均粒
子径は、通常、０．０　０　５〜０．０　５　ａｍであ
る。

本発明においては、焼戒前に非晶質窒化ケイ素粉末及び
／又は含窒素シラン化合物をプラズマＣＶＤコーティン
グ法により表面処理する。

プラズマとは、正、負の荷電粒子が共存する電気的に中
性な導電性ガス集団のことであり、これには、電子、イ
オン、原子が熱的に平衡状態にある熱プラズマと、電子
温度のみ数万゜Ｃに上がり、イオンや原子は常温付近と
いう、゛熱的非平衡状態にある低温プラズマがあるが、
本発明においてはいずれも用いられる。

プラズマ発生方法としては、直流アークプラズマ、高周
波誘導プラズマ及びこれらを組み合わせたハイブリッド
プラズマ、ＥＣＲマグネトロン放電、イオンプレーティ
ングなどの種々のプラズマ発生方法が用いられる。

プラズマＣＶＤコーティング法における反応性ガスとし
ては、モノシラン、ジクロルシラン、トリクロルシラン
等のシラン系ガスと４窒素、アンモニア、ヒドラジン等
の窒素含有ガスとの混合ガスが用いられる。この方法に
よれば、ＣＶＤコーティングにより、被処理物である非
晶質窒化ケイ素及び／又は含窒素シラン化合物の粒子表
面に、窒化ケイ素系化合物（ＳｉＮｘ）が堆積する。

プラズマ処理条件は、プラズマ発生装置、反応性ガスの
種類、非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラン化
合物の処理量によって種々異なり、一律に規定すること
はできないが、粒子表面に堆積した化合物層の厚みが１
〜５０人となるような条件を選べば十分である。

非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラン化合物を
プラズマ処理することによって、粒子表面が著しく活性
化され、焼戒時の窒化ケイ素の結晶化速度が高められ、
かつ微粒の粒状粒子が効率良く得られる。この理由は未
だ明らかではないが、プラズマ処理により、粒子表面の
欠陥が増加すると共に、表面原子の電子状態が変化する
ためと考えられる。

本発明においては、プラズマ処理された非晶質窒化ケイ
素粉末及び／又は含窒素シラン化合物を不活性ガス雰囲
気下又は還元性ガス雰囲気下に焼成する。

不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙
げられる。また、還元性ガスとしては、水素、アンモニ
ア、一酸化炭素等が挙げられる。

焼或温度は１３５０〜１７００゜Ｃの範囲が好ましい。

焼或温度が１３５０゜Ｃよりも低いと、窒化ケイ素の結
晶化が十分に進行しない。また、焼或温度が１　７　０
　０　’Ｃを越えると、生戒した窒化ケイ素粉末の分解
が始まるので好ましくない。また、急激な昇温は、粒子
形状を均一にする上で好ましくなく、１１５０〜１３５
０゜Ｃの範囲を１時間以上かけてゆっくり昇温すること
が望ましい。

（実施例） 以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさらに具体的
に説明する。実施例及び比較例において、結晶質窒化ケ
イ素粉末の結晶化度は、窯業協会誌９３巻ｐ３９４〜３
９７　（１９８５）に記載の加水分解試験により、α型
結晶含有率は、セラξツク・ブラティン５６巻ｐ７７７
〜７８０　（１９７７）に記載のＸ線回折法に従って算
出し、比表面積は窒素ガス吸着法によるＢＥＴ法で測定
した。

実施例１ シリコンジイ宅ドを１０００゜Ｃで加熱分解して得られ
た比表面積３９０１１′ｒ／ｇの非晶質窒化ケイ素粉末
５０ｇを、容量結合方式の円筒型プラズマＣＶＤ装置内
の容器に充填し、３８０゜Ｃに加熱後、容器を回転させ
て粉末を流動化させた。ベルジャー内を０．　０　５　
Ｔｏｒｒ以下に真空脱気後、モノシラン（ＳｉＨ４）　
／２０ＸＮＨ３ガスを導入し、系内の圧力を１．　０Ｔ
ｏｒｒに保った。周波数１　３．　５　６　Ｍｌ｛ｚの
高周波発振機より、出力１００Ｗの高周波を放電コイル
に印加し、プラズマを発生させて、１５分間プラズマＣ
ＶＤ処理を行った。

処理後の粉末を黒鉛質るつぼに充填し、窒素雰囲気下に
昇温しで１５００゜Ｃで１時間保持した。

得られた窒化ケイ素粉末の特性を第１表に示す。

実施例２ プラズマ処理を第１表に示す条件で行ったほかは、実施
例１と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。

得られた窒化ケイ素粉末の特性を第１表に示す。

実施例３ シリコンジイミドを１０００゜Ｃで加熱分解して得られ
た比表面積３９０ｎ｛／ｇの非晶質窒化ケイ素粉末５０
ｇを、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の試料室内の容器に充
填し、４００゜Ｃに加熱後、粉末を流動化させた。次い
で、プラズマ生或室及び試料室をＩ　Ｘ　１　０−６Ｔ
ｏｒｒ以下の高真空に排気後、プラズマ生戒室にはアン
モニアガス、試料室にはモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを
導入し、系内の圧力を５×１　０−”Ｔｏｒｒに保った
。周波数２．４５（；Ｈｚ、出力工００Ｗのマイクロ波
をプラズマ生戒室内に導き、磁束密度８　７　５Ｇａｕ
ｓｓの磁界中で窒素プラズマを発生させて、試料室内に
引き出し、粉末層でモノシランと反応させ、粉末表面に
窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜を形威させた。このプラズマ
ＣＶＤ処理をｌ分間行った。

処理後の粉末を黒鉛質るつぼに充填し、窒素雰囲気下に
昇温してｌ４５０゜Ｃで１時間保持した。

得られた窒化ケイ素粉末の特性を第１表に示す。

比較例１〜２ プラズマ処理を行わなかったほかは、実施例１及び実施
例５と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。

得られた窒化ケイ素粉末の特性を第１表に示す。

（発明の効果） 本発明によれば、等軸的な粒状粒子からなり、タップ密
度が大きく、充填性の良好な結晶質窒化ケイ素粉末を生
産性良く製造することができ、コストダウンが可能とな
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラン化合物を
   不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下に焼成して
   、結晶質窒化ケイ素粉末を製造するに際し、焼成前に非
   晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラン化合物をプ
   ラズマＣＶＤコーティング法により表面処理することを
   特徴とする結晶質窒化ケイ素粉末の製法。