JPH06183843A

JPH06183843A - 窒化珪素原料の製造方法

Info

Publication number: JPH06183843A
Application number: JP4350482A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Ina; 克芳伊奈; Takuji Yoshimura; 卓二吉村; Yoshiyuki Wada; 祥幸和田; Taketoshi Komiya; 岳敏小宮
Original assignee: Nihon Kagaku Sangyo Co Ltd; Kanebo Ltd
Current assignee: Nihon Kagaku Sangyo Co Ltd; Kanebo Ltd
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1994-07-05

Abstract

(57)【要約】【構成】イットリウムの有機金属化合物，アルミニウ
ムの有機金属化合物，溶媒及び窒化珪素粉末を含むスラ
リーを噴霧乾燥し、次いで加熱処理して上記有機金属化
合物を金属酸化物とすることを特徴とする窒化珪素原料
の製造方法。【効果】本発明の製造方法によって得られる窒化珪素
原料は、焼結助剤が均一に添加されており、その窒化珪
素焼結体は、特に高温において耐酸化性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化珪素原料の製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】窒化珪素は、単独では極めて焼結し難い
難焼結性材料であり、イットリウム，アルミニウム及び
マグネシウム等の金属化合物を焼結助剤として添加する
方法が知られている。しかしながら焼結助剤を過度に添
加すると、得られた焼結体の高温下での強度，耐酸化
性，耐食性が低下するという弊害がある。

【０００３】一般に焼結助剤としては、金属の酸化物あ
るいは窒化物の粒子が使用され、ボールミル，アトライ
ター等を用いて混合される。そして、粒子状で助剤を混
合すると、均一に混合し難く、良好な焼結体を得る為
に、焼結助剤を多量に配合する必要がある。その結果、
得られる窒化珪素焼結体の特性は極めて不充分なものと
なってしまう。

【０００４】焼結助剤の添加量を極力減少し、且つ、良
好な焼結体を得る為、窒化珪素の原料粉体に均一に焼結
助剤を分散あるいは被覆させる種々の方法が提案されて
いる。例えば、特開昭６０−２３５７６８号公報には、
焼結助剤として用いる金属化合物の溶液中に窒化珪素粉
末を混合し、次いで沈澱剤を添加し、金属化合物を窒化
珪素粉末の周囲に沈澱させた後、噴霧乾燥させる方法が
開示されている。また特開昭６１−１６３１６９号公報
には、焼結助剤として用いる有機金属化合物の溶液中に
窒化珪素粉末を混合し、次いで攪拌しつつ乾燥させる方
法が開示されている。しかしながら、こうした方法で調
製した窒化珪素原料を用いて製造した焼結体は、特に耐
酸化性において未だ満足出来るものではなく、更に優れ
た特性が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上記事情に
鑑み為されたものであって、その目的とするところは、
窒化珪素の焼結助剤を均一に混合した窒化珪素原料の製
造方法を提供するにある。本発明の他の目的及び効果は
以下の説明から明らかにされよう。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】上記目的は、イットリ
ウムの有機金属化合物，アルミニウムの有機金属化合
物，溶媒及び窒化珪素粉末を含むスラリーを噴霧乾燥
し、次いで加熱処理して上記有機金属化合物を金属酸化
物とすることを特徴とする窒化珪素原料の製造方法によ
って達成される。

【０００７】本発明に用いられる有機金属化合物として
は、例えばアセチルアセトン，ジビバロイルメタン等β
ジケトンのキレート化合物あるいは、ナフテン酸および
オクチル酸等のアルミニウム，イットリウム，マグネシ
ウム，カルシウム，鉄，コバルト，マンガン，ジルコニ
ウム，クロミウム，バリウム，ニッケル，ストロンチウ
ム，バナジウム，ランタン，セリウム，チタニウム，パ
ラジウム，イッテリビウム，ネオジウム，ジスプロシウ
ム塩等が挙げられるが、これらのうち、イットリウムア
セチルアセトネート及びアルミニウムアセチルアセトネ
ートの混合物が好適である。これら有機金属化合物の配
合量は、焼成後の各酸化物換算で、窒化珪素に対し好ま
しくは０．２〜１５重量％、更に好ましくは０．２〜１
０重量％の範囲である。

【０００８】本発明に用いられる上記有機金属化合物の
中で、好適なイットリウムアセチルアセトネート及びア
ルミニウムアセチルアセトネートの構造を、下記式に示
す。

【化１】（ただし、ＭはＡｌ又はＹを表わす）更にその配合量は、イットリウムアセチルアセトネート
の場合、焼成後の酸化物換算で、窒化珪素に対し０．１
〜１０重量％、好ましくは０．５〜７重量％の範囲であ
る。アルミニウムアセチルアセトネートの場合、焼成後
の酸化物換算で、窒化珪素に対し０．１〜１０重量％、
好ましくは０．２〜４重量％の範囲である。本発明に用
いられる窒化珪素粉末は、珪素含有量５５〜６５重量
％、窒素含有量３５〜４５重量％の比較的高純度のもの
が好ましい。特にアルカリ金属が不純物として含まれて
いると融点が下がり、高温特性を著しく劣化させる為、
アルカリ金属の含有量の極力少ない粉体、好ましくは
０．５重量％以下、更に好ましくは０．１重量％以下の
使用するのが良い。アルカリ金属以外の不純物の含有量
は、好ましくは、３重量％以下、更に好ましくは、１重
量％以下である。

【０００９】窒化珪素粉末の粒径は、焼結が容易に進行
するよう好ましくは粒径１μｍ以下、更に好ましくは、
０．５μｍ以下を使用するのがよい。本発明の窒化珪素
原料は、先ず、窒化珪素粉末と有機金属化合物及び溶媒
とを湿式で混合する。次いで、噴霧乾燥機で乾燥させる
事によって、窒化珪素粉末表面に瞬時に有機金属化合物
を析出させる。次いで、有機金属化合物の有機成分が完
全に酸化物とするまで加熱処理することによって得られ
る。窒化珪素と有機金属化合物の湿式混合は、有機金属
化合物が完全に溶媒中に溶解した状態で実施される。例
えば、有機金属化合物が溶解せず単に分散している状態
では、窒化珪素粉末表面に不均一に焼結助剤が析出する
ことになり好ましくない。従って、使用する有機金属化
合物を完全に溶解させる単独又は混合溶媒を用いる。溶
媒としては、メタノール，エタノール，イソプロパノー
ル等アルコール類、メチルセルソルブ，エチレングリコ
ール等グリコール類、又は、トルエン，ベンゼン等芳香
族系溶媒、あるいは、塩化メチレン等塩素系溶媒、アセ
ト酢酸エチル等エステル系溶媒等を例示することが出来
るが、用いる有機金属化合物に対する溶解度を勘案して
適宜選択される。

【００１０】混合方法は、常法に従って実施できる。例
えば、乳鉢，ボールミル，アトライター等が挙げられ
る。混合は、有機金属化合物溶液中に窒化珪素粉末を１
次粒子の状態に分散させる為に実施する。アルミナ製，
ジルコニア製或は磁器製等の混合器を用いる場合、不純
物が侵入する可能性がある為、これらの混合器を用いる
より、加熱処理途中で焼却除去できる樹脂製の混合器を
用いた方が好ましい。上記窒化珪素粉末と有機金属化合
物との湿式混合物は、次いで、噴霧乾燥機にて溶媒成分
を完全に除去し、窒化珪素表面に有機金属化合物を均一
に析出させる。本発明において、噴霧乾燥は窒化珪素表
面に瞬時に、且つ均一に有機金属化合物を析出させる為
の重要な工程である。即ち、静置状態で溶媒を蒸発、或
はエバポレーター等で低速攪拌しながらの乾燥の場合、
有機金属化合物の溶解度の相違に起因して、乾燥途中で
有機金属化合物が同時に析出しない。その結果、焼結助
剤の混合が不均一な窒化珪素原料となる。

【００１１】乾燥を終えた窒化珪素原料は、次いで加熱
処理を行なって有機成分を完全に除去し、窒化珪素表面
に均一な金属酸化物を形成させる。窒化珪素は原料製造
時に非酸化性雰囲気で焼結するので有機成分を除去しな
い場合、焼結時にカーボンが生成し珪素と反応し炭化珪
素の生成等の問題がある。窒化珪素原料の加熱処理は酸
化雰囲気で実施するが、大気雰囲気で実施するのが簡便
で好ましい。加熱温度は有機成分が分解除去されて、酸
化物となる最低温度が好ましい。加熱処理は加熱温度が
高すぎると、窒化珪素の粉末自体が酸化されるので、好
ましくは３００〜７００℃、更に好ましくは４００〜６
００℃で行なう。本発明の製造方法によって得られる窒
化珪素原料は、窒化珪素粉末の表面に焼結助剤を均一に
析出させることによって得られるが、窒化珪素粉末表面
と焼結助剤を更に均一に析出させる為、窒化珪素粉末の
表面を予め親油性に改質して、窒化珪素粉末と有機金属
化合物との漏れ性を改善することが好ましい。表面の改
質方法は、例えば、カップリング剤による表面処理，高
級アルコールによる表面のエステル化処理等が挙げられ
る。中でも、表面処理量の制御が比較的簡単なシランカ
ップリング剤による処理が好ましい。

【００１２】

【発明の効果】本発明の製造方法によって得られる窒化
珪素原料は、焼結助剤が均一に添加されており、その窒
化珪素焼結体は、特に高温において耐酸化性に優れる。
以下実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

【００１３】

【実施例１】窒化珪素粉末（Ｅ−１０：宇部興産製）１
３０ｇ、イットリウムアセチルアセトネート（ナーセム
Ｙ：日本化学産業製）２４．３５ｇ、アルミニウムアセ
チルアセトネート（ナーセムＡ１：日本化学産業製）１
８．０２ｇ及びメタノール８００ｇを秤量し、ナイロン
製ボールミルにて５０時間混合してスラリーを得た。
尚、本組成は、窒化珪素粉末９３重量％に対し焼結助剤
は、酸化イットリウム及び酸化アルミニウム換算で夫々
５重量％及び２重量％である。次いでスラリー噴霧乾燥
機（ＴＡ４００：ヤマト科学製）で１０ｃｃ／ｍｉｎの
処理速度で乾燥させた。乾燥を終えた原料は、電気炉で
空気中、５００℃で２時間、加熱処理を行った。加熱処
理後、イットリウムアセチルアセトネート及びアルミニ
ウムアセチルアセトネートの有機成分は完全に除去され
ている事を、処理時の重量減少量を測定して確認した。

【００１４】次いで、有効長、縦５０ｍｍ、横４０ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍの成型金型を用いて、２００ｋｇ／ｃ
ｍ²で一軸プレス成型し、更に、ラテックス製のシール
材にその成形体を減圧下で密封し、２０００ｋｇ／ｃｍ
²の静水圧下、一分間放置し、グリーン体を得た。得ら
れたグリーン体は、１０気圧の窒素雰囲気の下、１８０
０℃で２時間焼結させた。焼結体は３×４×４０ｍｍの
寸法に切り出してテストピースとした。

【００１５】得られたテストピースを１３５０℃、空気
中で、１０，２０，３０，５０，７０，１００時間の各
温度で高温処理を行ない、酸化による単位表面積当りの
重量増加量を求めて、焼結体の耐酸化性を評価した。
尚、高温処理は、テストピースとその他焼成治具との反
応性を憂慮し、白金メッシュの上に固定して実施した。
結果を以下に示す実施例及び比較例に合わせて図１に示
す。

【００１６】

【比較例１】焼結助剤として有機金属化合物に代えて粒
径０．５μｍの酸化イットリウム及び粒径０．３μｍの
酸化アルミニウム粒子を用いる以外は全て実施例１に準
じて窒化珪素焼結体を作製し、その高温での耐酸化性を
評価した。その結果、耐酸化性は実施例１に比べ、明ら
かに劣っていた。

【００１７】

【比較例２】噴霧乾燥に変えてエバポレーター内で回転
させつつメタノールを乾燥させる以外は全て実施例１に
準じて窒化珪素焼結体を作製し、その高温での耐酸化性
を評価した。その結果、耐酸化性は実施例１に比べ、若
干劣っていた。

【００１８】

【実施例２】窒化珪素粉末を予めシランカップリング剤
で表面処理する以外は全て実施例１に準じて窒化珪素焼
結体を作製し、その高温での耐酸化性を評価した。尚、
シランカップリング剤としてγ−グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン（ＫＢＭ４０３、信越化学製）を用
い、酢酸触媒下のエチルアルコール中に溶解させ、噴霧
乾燥させることにより表面処理を施した。処理量は、窒
化珪素粉末に対し酸化物換算で０．５重量％で行なっ
た。その結果、耐酸化性は実施例１に比べ、更に向上し
た。

【００１９】

【実施例３】有機金属化合物としてナフテン酸マグネシ
ウム及びナフテン酸アルミニウムを用いる以外は全て実
施例１に準じて窒化珪素焼結体を作製し、その高温での
耐酸化性を評価した。尚、ナフテン酸マグネシウム及び
ナフテン酸アルミニウムの添加量は、酸化物換算で、夫
々２重量％，３重量％とした。その結果、耐酸化性は、
実施例１よりは若干劣るものの良好な性能を有した。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１２月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】追加

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】１３５０℃の空気中で所定時間高温処理を施し
たときの酸化による単位表面積当りの重量の変化を示す
線図。縦軸は重量増加量（ｍｇ／ｃｍ²），横軸は時間
（ｈ^1/2）を表わす。

フロントページの続き (72)発明者和田祥幸東京都台東区下谷２丁目20番５号日本化学産業株式会社内 (72)発明者小宮岳敏東京都台東区下谷２丁目20番５号日本化学産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イットリウムの有機金属化合物，アルミ
ニウムの有機金属化合物，溶媒及び窒化珪素粉末を含む
スラリーを噴霧乾燥し、次いで加熱処理して上記有機金
属化合物を金属酸化物とすることを特徴とする窒化珪素
原料の製造方法。