JPH066513B2 - 窒化物系セラミツクスの製造方法 - Google Patents
窒化物系セラミツクスの製造方法Info
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- JPH066513B2 JPH066513B2 JP59150638A JP15063884A JPH066513B2 JP H066513 B2 JPH066513 B2 JP H066513B2 JP 59150638 A JP59150638 A JP 59150638A JP 15063884 A JP15063884 A JP 15063884A JP H066513 B2 JPH066513 B2 JP H066513B2
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- Japan
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- ceramics
- precursor
- powder
- mixture
- nitride
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は窒化物系セラミックスの製造方法に係り、特に
高品質なSi3N4系セラミックスの焼結用原料を製造する
ことができる窒化物系セラミックスの製造方法に関す
る。
高品質なSi3N4系セラミックスの焼結用原料を製造する
ことができる窒化物系セラミックスの製造方法に関す
る。
［従来の技術］ 近年、各種産業分野における技術進歩に伴い、高温耐熱
性材料、電子材料等の高度な機能材料に対する要望が高
まり、それに応える材料としてセラミックスが注目さ
れ、多くの製品が実用化されてきている。
性材料、電子材料等の高度な機能材料に対する要望が高
まり、それに応える材料としてセラミックスが注目さ
れ、多くの製品が実用化されてきている。
しかして、最近における焼結技術等の進歩により、セラ
ミックス焼結体、例えば窒化物系セラミックスの成形体
が、エレクトロニクス関係及びエンジニアリング関係の
用途に、多数開発されている。
ミックス焼結体、例えば窒化物系セラミックスの成形体
が、エレクトロニクス関係及びエンジニアリング関係の
用途に、多数開発されている。
これらの焼結体の熱的性質、機械的性質あるいは電気的
性質等は、焼結体原料の性状に依存するところが極めて
大きいところから、焼結用原料を高純度化することが強
く望まれている。このような高純度セラミックス原料粉
体のニーズに応じるために、種々の合成法が提案されて
いる。
性質等は、焼結体原料の性状に依存するところが極めて
大きいところから、焼結用原料を高純度化することが強
く望まれている。このような高純度セラミックス原料粉
体のニーズに応じるために、種々の合成法が提案されて
いる。
一般に、窒化物系セラミックスの焼結用原料は、大別す
ると、下記の３種類の方法で製造されている。
ると、下記の３種類の方法で製造されている。
金属粉末と窒素ガスあるいはアンモニアガスとを反
応させる方法。
応させる方法。
金属酸化物と炭素とを混合し、アンモニアガス又は
窒素ガスと反応させる方法。
窒素ガスと反応させる方法。
気相合成法。
上記した方法のうち、特にの方法は、原料が安価であ
り、また反応操作が単純かつ容易であること、装置を腐
食する恐れのある原料を用いないこと、等から工業的に
利点の多い方法である。
り、また反応操作が単純かつ容易であること、装置を腐
食する恐れのある原料を用いないこと、等から工業的に
利点の多い方法である。
しかしながら、の方法において、金属酸化物の窒化反
応は容易には進行し難く、そのため、従来より多くの改
良が試られてきた。その改良法の１つとして、金属酸化
物源として液状アルコキシドを用い、この液状アルコキ
シドとカーボン粉末とを混合して前駆体を合成し、得ら
れた前駆体を還元窒化する方法がある。
応は容易には進行し難く、そのため、従来より多くの改
良が試られてきた。その改良法の１つとして、金属酸化
物源として液状アルコキシドを用い、この液状アルコキ
シドとカーボン粉末とを混合して前駆体を合成し、得ら
れた前駆体を還元窒化する方法がある。
前駆体の合成法としては、一般に、液状金属アルコキシ
ドを酸触媒により加水分解し、この加水分解生成物とカ
ーボン粉末とを混合する方法がとられている。
ドを酸触媒により加水分解し、この加水分解生成物とカ
ーボン粉末とを混合する方法がとられている。
例えば、特公昭５７−４２５１５号公報の実施例におい
ては、エチルシリケートを加水分解し、得られたコロイ
ド溶液をカーボンブラックに噴霧し、Ｓｉ３Ｎ４と合成
の前駆体を製造している。
ては、エチルシリケートを加水分解し、得られたコロイ
ド溶液をカーボンブラックに噴霧し、Ｓｉ３Ｎ４と合成
の前駆体を製造している。
また、第２２回窯業基礎討論会講演要旨集（１９８４）
９７頁においては、エチルシリケートとアルミニウムイ
ソプロポキシドとをイソブタノール中で、酸触媒下、加
熱して加水分解し、得られた沈殿物を６００℃で予備焼
成することにより粉末を得、これをカーボン粉末と混合
し、錠剤成形して、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）合成の
前駆体を製造している。
９７頁においては、エチルシリケートとアルミニウムイ
ソプロポキシドとをイソブタノール中で、酸触媒下、加
熱して加水分解し、得られた沈殿物を６００℃で予備焼
成することにより粉末を得、これをカーボン粉末と混合
し、錠剤成形して、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）合成の
前駆体を製造している。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の前駆体の合成方法では、金属
酸化物の形態は非晶質であるので、反応性の向上、得ら
れる窒化物の高純度化にはある程度有効である反面、前
駆体が粉末であるので、反応効率を高めるためにカーボ
ン粉末を過剰に用いたり、錠剤成形を行なったりしてい
る。
酸化物の形態は非晶質であるので、反応性の向上、得ら
れる窒化物の高純度化にはある程度有効である反面、前
駆体が粉末であるので、反応効率を高めるためにカーボ
ン粉末を過剰に用いたり、錠剤成形を行なったりしてい
る。
従って、特公昭５７−４２５１５号公報に記載の方法で
は、窒化物合成後に過剰のカーボンを除去する工程を必
要とし、また、前掲窯業基礎討論会講演要旨集記載の方
法では、粘結剤の添加及び成形のための工程を必要とす
るなど、工程数が多くなるという問題点を有していた。
は、窒化物合成後に過剰のカーボンを除去する工程を必
要とし、また、前掲窯業基礎討論会講演要旨集記載の方
法では、粘結剤の添加及び成形のための工程を必要とす
るなど、工程数が多くなるという問題点を有していた。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記の問題点を解決するべくなされたものであ
り、 Si3N4系セラミックスを製造するに際し、これを構成す
る元素を含む化合物を、レゾール型フェノール樹脂中に
分散させ混合物とした後、該混合物を硬化させることに
より前駆体を合成し、該前駆体を窒素を含む非酸化性雰
囲気中で加熱して窒化反応させることを特徴とする窒化
物系セラミックスの製造方法、 を要旨とするものである。
り、 Si3N4系セラミックスを製造するに際し、これを構成す
る元素を含む化合物を、レゾール型フェノール樹脂中に
分散させ混合物とした後、該混合物を硬化させることに
より前駆体を合成し、該前駆体を窒素を含む非酸化性雰
囲気中で加熱して窒化反応させることを特徴とする窒化
物系セラミックスの製造方法、 を要旨とするものである。
即ち本発明者らは、工業的に有利なSi3N4系セラミック
スの製造方法について種々検討を重ねた結果、窒化反応
の前駆体として、炭素質粉末と金属酸化物の非晶質粉末
との混合物を用いるのではなく、窒化される金属元素を
含む化合物をレゾール型フェノール樹脂中に分散させ、
これを硬化させて得られる固体を用いることにより、製
造工程を改善し、高純度のSi3N4系セラミックスを容易
に得ることができることを見い出し本発明を完成したも
のである。
スの製造方法について種々検討を重ねた結果、窒化反応
の前駆体として、炭素質粉末と金属酸化物の非晶質粉末
との混合物を用いるのではなく、窒化される金属元素を
含む化合物をレゾール型フェノール樹脂中に分散させ、
これを硬化させて得られる固体を用いることにより、製
造工程を改善し、高純度のSi3N4系セラミックスを容易
に得ることができることを見い出し本発明を完成したも
のである。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の方法で製造されるＳｉ３Ｎ４系セラミックスを
構成する元素を含む化合物とは、非晶質固体の微粒物も
しくは有機溶媒に可溶な化合物、水に可溶な加水分解性
化合物、有機物とのエステルあるいは錯体等であり、具
体的には、シリカのコロイト溶液、Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ
３）４、エチルシリケート縮合物、あるいはこれらのエ
ステル等の有機物とのエステル又は錯体等、数多く挙げ
ることができ、分散させるレゾール型フェノール樹脂に
対する分散性、反応性等を考慮して、適宜選択させる。
構成する元素を含む化合物とは、非晶質固体の微粒物も
しくは有機溶媒に可溶な化合物、水に可溶な加水分解性
化合物、有機物とのエステルあるいは錯体等であり、具
体的には、シリカのコロイト溶液、Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ
３）４、エチルシリケート縮合物、あるいはこれらのエ
ステル等の有機物とのエステル又は錯体等、数多く挙げ
ることができ、分散させるレゾール型フェノール樹脂に
対する分散性、反応性等を考慮して、適宜選択させる。
なお、レゾール型フェノール樹脂を用いる場合、硬化剤
として酸を用いるので、Ｓｉ３Ｎ４系セラミックスを構
成する元素を含む化合物としては、上述した殆どの化合
物を用いることができる。また、レゾール型フェノール
樹脂は、非酸化性雰囲気中、８００℃で３０分間加熱し
た際に、５％以上の残炭率を示す、残炭率の高いもので
あるため、経済的に有利である。
として酸を用いるので、Ｓｉ３Ｎ４系セラミックスを構
成する元素を含む化合物としては、上述した殆どの化合
物を用いることができる。また、レゾール型フェノール
樹脂は、非酸化性雰囲気中、８００℃で３０分間加熱し
た際に、５％以上の残炭率を示す、残炭率の高いもので
あるため、経済的に有利である。
本発明において、窒化反応に供する前駆体を合成するに
は、まず、前述の目的とするＳｉ３Ｎ４系セラミックス
を構成する元素を含む化合物と、レゾール型フェノール
樹脂とを混合して均一に分散させて混合物とし、これに
硬化剤を添加して、必要に応じて加熱することにより該
混合物を硬化させる。この時の混合割合は、混合物中に
含まれる酸素原子を還元除去するのに十分な炭素を生ず
るようにレゾール型フェノール樹脂の量を算出すること
により決定される。この際、必要に応じて、均一分散性
を損なわない程度の適当量の炭素質粉末を添加すること
ができる。硬化させて得られた前駆体は、窒素ガス、ア
ンモニア等の窒素元素を含む非酸性雰囲気中で加熱し
て、Ｓｉ３Ｎ４系セラミックスの製造反応に好適な所定
の反応温度にて窒化反応させる。
は、まず、前述の目的とするＳｉ３Ｎ４系セラミックス
を構成する元素を含む化合物と、レゾール型フェノール
樹脂とを混合して均一に分散させて混合物とし、これに
硬化剤を添加して、必要に応じて加熱することにより該
混合物を硬化させる。この時の混合割合は、混合物中に
含まれる酸素原子を還元除去するのに十分な炭素を生ず
るようにレゾール型フェノール樹脂の量を算出すること
により決定される。この際、必要に応じて、均一分散性
を損なわない程度の適当量の炭素質粉末を添加すること
ができる。硬化させて得られた前駆体は、窒素ガス、ア
ンモニア等の窒素元素を含む非酸性雰囲気中で加熱し
て、Ｓｉ３Ｎ４系セラミックスの製造反応に好適な所定
の反応温度にて窒化反応させる。
［作用］ 従来の方法で前駆体の合成に用いられる炭素質粉末のか
わりに、レゾール型フェノール樹脂を用い、これにSi3N
4系セラミックスを構成する元素を含む化合物を分散さ
せ全体を硬化させることにより、不純物の混入を防ぎ高
純度のSi3N4系セラミックスを得ることができると共
に、製造工程が改善される。
わりに、レゾール型フェノール樹脂を用い、これにSi3N
4系セラミックスを構成する元素を含む化合物を分散さ
せ全体を硬化させることにより、不純物の混入を防ぎ高
純度のSi3N4系セラミックスを得ることができると共
に、製造工程が改善される。
［発明の実施例］ 以下に本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実
施例に限定されるものではない。
実施例１ Si3N4系セラミックスを構成する元素を含む化合物とし
てＳｉＯ２を４１重量％含むエチルシリケートを用いる
と共に、残炭率が４０％のレゾール型フェノール樹脂を
用いてSi3N4系セラミックスの製造を行なった。
てＳｉＯ２を４１重量％含むエチルシリケートを用いる
と共に、残炭率が４０％のレゾール型フェノール樹脂を
用いてSi3N4系セラミックスの製造を行なった。
第１工程： まず、上記エチルシリケート７１重量％と上記フェノー
ル樹脂２９重量％との混合物を酸触媒下で硬化させ、透
明な樹脂状固体を得た。
ル樹脂２９重量％との混合物を酸触媒下で硬化させ、透
明な樹脂状固体を得た。
第２工程： 得られた樹脂状固体を窒素ガス雰囲気中１０℃／ｍｉｎ
１５００℃まで昇温し、４時間加熱した。
１５００℃まで昇温し、４時間加熱した。
得られた粉末生成物は、炭化珪素、シリコンオイキシナ
イトライド等の副成物を含まない、α型結晶８５％の窒
化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）であった。得られた粉末のＸ線回
折図を第１図に示す。
イトライド等の副成物を含まない、α型結晶８５％の窒
化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）であった。得られた粉末のＸ線回
折図を第１図に示す。
比較例１ 従来方法によりSi3N4系セラミックスの製造を行なっ
た。
た。
第１工程： シリカ粉末２．５ｇ及びカーボンブラック１ｇを水４８
ｍｌ中に加え、高速ミキサーで撹拌混合した。
ｍｌ中に加え、高速ミキサーで撹拌混合した。
第２工程： 得られた混合物を６０℃で減圧乾燥した。
第３工程： 乾燥された原料粉体を錠剤成形器で成形し、ペレットを
作成した。
作成した。
第４工程： このペレットを１５００℃で４時間窒素ガス雰囲気中で
加熱した。
加熱した。
得られた生成物には、炭化珪素、シリコンオキシナイト
ライド、未反応シリカ、未反応カーボン等が存在し、目
的とする窒化珪素の割合は６８重量％程度であった。
ライド、未反応シリカ、未反応カーボン等が存在し、目
的とする窒化珪素の割合は６８重量％程度であった。
上記実施例１及び比較例１の結果より、本発明の方法に
よれば、工程の省略化、生成物の高純度化を達成するこ
とができることが明らかである。
よれば、工程の省略化、生成物の高純度化を達成するこ
とができることが明らかである。
［効果］ 以上詳述した通り、本発明の窒化物系セラミックスの製
造方法によれば、簡単な操作で製造工程も少なく、容易
に、高収率かつ高選択率で目的とするSi3N4系セラミッ
クスを製造することができる。
造方法によれば、簡単な操作で製造工程も少なく、容易
に、高収率かつ高選択率で目的とするSi3N4系セラミッ
クスを製造することができる。
しかも得られるSi3N4系セラミックスは副成物の混入が
殆どなく、極めて高純度であることから、電子材料等の
分野に用いるセラミックス焼結体の焼結用原料として極
めて有用である。
殆どなく、極めて高純度であることから、電子材料等の
分野に用いるセラミックス焼結体の焼結用原料として極
めて有用である。
従って、本発明の窒化物系セラミックスの製造方法は工
業的に極めて有用である。
業的に極めて有用である。
第１図は実施例１で得られたＳｉ３Ｎ４粉末のＸ線回折
図である。
図である。
Claims (1)
- 【請求項１】Ｓｉ３Ｎ４系セラミックスを製造するに際
し、これを構成する元素を含む化合物を、レゾール型フ
ェノール樹脂中に分散させ混合物とした後、該混合物を
硬化させることにより前駆体を合成し、該前駆体を窒素
を含む非酸化性雰囲気中で加熱して窒化反応させること
を特徴とする窒化物系セラミックスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59150638A JPH066513B2 (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 窒化物系セラミツクスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59150638A JPH066513B2 (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 窒化物系セラミツクスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6131357A JPS6131357A (ja) | 1986-02-13 |
| JPH066513B2 true JPH066513B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=15501219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59150638A Expired - Fee Related JPH066513B2 (ja) | 1984-07-20 | 1984-07-20 | 窒化物系セラミツクスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH066513B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2621192B2 (ja) * | 1987-07-15 | 1997-06-18 | 株式会社ブリヂストン | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| CN108610056B (zh) * | 2018-07-24 | 2021-07-06 | 广东工业大学 | 一种氮化硅陶瓷及其制备方法 |
| CN108675798B (zh) * | 2018-08-03 | 2021-08-13 | 广东工业大学 | 一种氮化硅陶瓷及其制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6018623B2 (ja) * | 1978-02-23 | 1985-05-11 | 電気化学工業株式会社 | 窒化珪素焼結体の製法 |
| JPS5832071A (ja) * | 1981-08-13 | 1983-02-24 | 日本カ−ボン株式会社 | 窒化ケイ素系成形体の製造方法 |
| JPS6033272A (ja) * | 1983-07-28 | 1985-02-20 | 東洋ゴム工業株式会社 | 窒化けい素の多孔体の製造方法 |
-
1984
- 1984-07-20 JP JP59150638A patent/JPH066513B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6131357A (ja) | 1986-02-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |