JPH06321508A - 結晶質窒化珪素粉末の製造法 - Google Patents
結晶質窒化珪素粉末の製造法Info
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Abstract
御することができ、粉末の表面積/酸素含有量の比を焼
結性、焼結体特性等に優れた結晶質窒化珪素粉末を生産
性良く大量に製造することができる結晶質窒化珪素粉末
の製造法を提供する。 【構成】 含窒素シラン化合物を、酸素を0.1〜5%
含有する窒素含有不活性ガス雰囲気下に仮焼して得られ
る非晶質窒化珪素粉末を、窒素含有不活性ガス雰囲気下
に焼成することを特徴とする。
Description
有用な窒化珪素質焼結体の製造用原料として好適な結晶
質窒化珪素粉末の製造法に関する。
ラン化合物の熱分解により得られる非晶質窒化珪素粉末
を不活性ガス雰囲気下に焼成して、結晶質窒化珪素粉末
を製造する方法が知られている。この結晶質窒化珪素粉
末の焼結性を向上させるためには粉末の表面積及び酸素
含有量が適当な範囲にある微粒子であることが必要であ
る。一方、結晶質窒化珪素粉末の表面積と酸素含有量と
は密接な関係があり、表面積が高いと酸素含有量が高く
なり、酸素含有量が高いと表面積が高くなることがわか
っている。これは、結晶質窒化珪素粉末の粒子表面に酸
化物又は酸窒化物層が形成されているためである。した
がって、窒化珪素粉末中の酸素含有量及び酸素の分布を
制御することは、表面積を制御する上でも重要なことで
ある。
をイミドの熱分解により製造する際には、酸素を極力排
除する必要があるため、非晶質窒化珪素粉末の酸素含有
量を大幅に変化させることは困難であった。これは、イ
ミドが反応性が高く、酸素と容易に反応して二酸化珪素
を生成し、この二酸化珪素がそのまま結晶質窒化珪素粉
末中の不純物として残留してしまうためである。
結晶質窒化珪素粉末の表面積を制御することができる新
規な製法を提供するものである。
ン化合物を、酸素を0.1〜5%含有する窒素含有不活
性ガス雰囲気下に仮焼して得られる非晶質窒化珪素粉末
を、窒素含有不活性ガス雰囲気下に焼成することを特徴
とする結晶質窒化珪素粉末の製造法に関するものであ
る。
イミド、シリコンテトラアミド、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、四弗化ケイ素、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。
0.1〜5%含有する窒素含有不活性ガス雰囲気下に6
00〜1200℃の範囲の温度で仮焼して非晶質窒化珪
素粉末を製造する。窒素含有不活性ガスとしては、窒素
又は窒素とアルゴン、ヘリウム等の混合ガスが挙げられ
る。雰囲気中の酸素濃度は、0.1〜5%、好ましくは
1〜2%である。酸素の割合が0.1%よりも少ない
と、得られる結晶質窒化珪素粉末の表面積を高くする効
果が少なく、また、酸素の割合が5%を超えると、イミ
ドが酸素と容易に反応して多量の二酸化珪素を生成し、
この二酸化珪素がそのまま結晶質窒化珪素粉末中の不純
物として残留してしまうため好ましくない。また、雰囲
気中の酸素濃度は、含窒素化合物の処理量及びガス流量
の両方に依存する。ガス流量は、含窒素化合物の処理量
に応じて増減させる必要があり、雰囲気ガスより非晶質
窒化珪素に取り込まれる酸素は、粉末当たり0.1〜
0.4wt%であることが望ましい。
酸素を0.1〜5%含有させることにより、得られる結
晶質窒化珪素粉末の表面積を高くすることができ、した
がって、粉末の表面積/酸素含有量の比が高くなって焼
結性を向上させると共に、得られる焼結体の強度、靱性
等の機械的特性を向上させることができる。結晶質窒化
珪素粉末の表面積が高くなる理由については、明らかで
はないが、以下のように考えられる。即ち、拡散反射法
FT−IR測定によれば、含窒素シラン化合物の仮焼時
に酸素が存在すると、得られる非晶質窒化珪素に若干の
酸素が取り込まれると共に、その粒子表面にSi−H基
が生成する。更に高温での加熱焼成に際し、このSi−
H基から水素原子が脱離すると、その部分が結晶化する
際の核発生点となるため、生成する結晶質窒化珪素粒子
が微細になり表面積が高くなるものと推測される。
含有不活性ガス雰囲気下に焼成して、結晶質窒化珪素粉
末を製造する。焼成温度は1400〜1700℃の範囲
である。焼成温度が1400℃よりも低いと、窒化珪素
の結晶化が十分に進行しない。また、焼成温度が170
0℃を越えると、粗大結晶からなる結晶質窒化珪素粉末
が生成し易いので好ましくない。
末の加熱に使用される加熱炉としては、高周波誘導加熱
方式又は抵抗加熱方式によるバッチ炉、プッシャー炉、
ロータリーキルン炉、シャフトキルン炉、流動化焼成炉
等が用いられる。特に連続焼成炉は非晶質窒化珪素の結
晶化反応に伴う発熱の効率的な放散に対して、有効な手
段である。
た結晶質窒化珪素粉末を、酸素を5〜40%含有し、残
部が不活性ガスからなる雰囲気中でミル処理することが
望ましい。雰囲気ガスとしては、酸素を5〜40%含有
し、残部が窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスか
らなる雰囲気であればよく、例えば、空気雰囲気が好ま
しく用いられる。ミル処理方法としては、特に制限はな
く、通常用いられるミル処理装置、例えば、振動ミル、
アトライタ等が用いられる。このミル処理により焼成時
に起こった粒子間の融着や凝集をこわすことができ、そ
の結果、窒化珪素粉末の表面酸素量が増加するので、窒
化珪素粉末の表面積も高くなり、焼結性を著しく向上さ
せることができる。
らに具体的に説明する。 実施例1 シリコンジイミドを、直径150mm、長さ2800m
m(加熱長1000mm)のロータリーキルンの原料ホ
ッパーに充填し、ロータリーキルン内を0.1torr
以下に真空脱気後、酸素を2%含有する窒素ガスを全ガ
ス流量250Nl/時で導入し、加熱を開始した。ロー
タリーキルン内の最高温度が1000℃に達したところ
で原料供給スクリューフィーダーを回転させ、粉末処理
量3kg/時でキルン内に供給した。キルンの傾斜角度
2度、回転数1rpmとし最高温度での保持時間を10
minとした。次いで、得られた非晶質窒化珪素粉末
(酸素含有量0.75wt%)を、内径280mm、高
さ150mmのカーボン製ルツボに充填し、バッチ式電
気炉にセットした。次に、電気炉内を0.1torr以
下に真空脱気後、窒素ガスを導入し、窒素ガス流通下で
加熱を開始した。室温から1550℃まで50〜100
℃/hrで昇温し、同温度に1時間保持した。
は0.80wt%、そのうち表面酸素量は0.15wt
%、比表面積は10m2/gであった。この結晶質窒化
珪素粉末を振動ミルに入れ、空気雰囲気下室温で30分
間ミル処理を行なった。ミル処理後の結晶質窒化珪素粉
末の酸素含有量は1.25wt%、、そのうち表面酸素
量は0.60wt%、比表面積は11m2/gであっ
た。
に、イットリア(信越化学(株)製)5wt%及びアル
ミナ(住友化学(株)製:AKP−30)2wt量%を
添加した配合粉を、媒体としてエタノールを用いて48
時間湿式混合した後、減圧乾燥した。得られた混合物を
断面が50×80mm角の金型を用いて矩形状に予備成形
した後、圧力1.5ton/cm2 でラバープレスした。得ら
れた成形体を電気炉を用いて窒素ガス雰囲気下1780
℃で2時間焼結した。
性の測定結果を表1に示す。嵩密度はアルキメデス法に
より測定した。また、曲げ強度は、作製した焼結体から
3×4×40mmのテストピースを切り出し、これを外ス
パン30mm、内スパン10mmの4点曲げ試験治具にセッ
トして、室温及び1200℃における曲げ強度を測定し
た。室温における曲げ強度はテストピース40本の平均
値、1200℃おける曲げ強度はテストピース10本の
平均値で求めた。また、靱性は、JIS R−1607
規定のSEPB法により測定した。
に充填し、ロータリーキルン内を0.1torr以下に
真空脱気後、窒素ガスをガス流量250Nl/時で導入
し、窒素ガス流通下で加熱を開始した。炉内の酸素濃度
は0.005%であった。ロータリーキルン内の最高温
度が1000℃に達したところで原料供給スクリューフ
ィーダーを回転させ、粉末処理量3kg/時でキルン内
に供給した。キルンの傾斜角度2度、回転数1rpmと
し最高温度での保持時間を10minとした。次いで、
得られた非晶質窒化珪素粉末(酸素含有量0.55wt
%)を、内径280mm、高さ150mmのカーボン製
ルツボに充填し、バッチ式電気炉にセットした。次に、
電気炉内を0.1torr以下に真空脱気後、窒素ガス
を導入し、窒素ガス流通下で加熱を開始した。室温から
1550℃まで50〜100℃/hrで昇温し、同温度
に1時間保持した。得られた結晶質窒化珪素粉末の酸素
含有量は0.75wt%、そのうち表面酸素量は0.1
0wt%、比表面積は8m2/gであった。この結晶質
窒化珪素粉末を振動ミルに入れ、空気雰囲気下室温で3
0分間ミル処理を行なった。ミル処理後の結晶質窒化珪
素粉末の酸素含有量は1.20wt%、そのうち表面酸
素量は0.55wt%、比表面積は9.5m2/gであ
った。得られた結晶質窒化珪素粉末93wt%に、イッ
トリア(信越化学(株)製)5wt%及びアルミナ(住
友化学(株)製:AKP−30)2wt量%を添加した
配合粉を、媒体としてエタノールを用いて48時間湿式
混合した後、減圧乾燥した。得られた混合物を断面が5
0×80mm角の金型を用いて矩形状に予備成形した後、
圧力1.5ton/cm2 でラバープレスした。得られた成形
体を電気炉を用いて窒素ガス雰囲気下1780℃で2時
間焼結した。得られた焼結体の嵩密度、曲げ強度及び靱
性の測定結果を表1に示す。
雰囲気を酸素1%を含有する窒素ガスとしたほかは、実
施例1を繰り返した。得られた結晶質窒化珪素粉末の酸
素含有量は0.75wt%、そのうち表面酸素量は0.
15wt%、比表面積は9.5m2/gであった。この
結晶質窒化珪素粉末を振動ミルに入れ、空気雰囲気下室
温で30分間ミル処理を行なった。ミル処理後の結晶質
窒化珪素粉末の酸素含有量は1.20wt%、、そのう
ち表面酸素量は0.60wt%、比表面積は10.5m
2/gであった。得られた結晶質窒化珪素粉末を用いて
実施例1と同様にして、焼結体を製造した。得られた焼
結体の嵩密度、曲げ強度及び靱性の測定結果を表1に示
す。
表面積を制御することができ、粉末の表面積/酸素含有
量の比を焼結性、焼結体特性等に優れた結晶質窒化珪素
粉末を生産性良く大量に製造することができる。
Claims (1)
- 【請求項1】 含窒素シラン化合物を、酸素を0.1〜
5%含有する窒素含有不活性ガス雰囲気下に仮焼して得
られる非晶質窒化珪素粉末を、窒素含有不活性ガス雰囲
気下に焼成することを特徴とする結晶質窒化珪素粉末の
製造法。
Priority Applications (2)
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1995
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