JPH0725603A - 窒化ケイ素粉末の精製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化反応により得られる窒化ケイ素粉末を酸
処理して高純度化する方法において、固液分離を効率的
に行ってこの窒化ケイ素粉末中の不純物及び酸残存量を
有効に低減して高純度化させる。 【構成】 窒化ケイ素粉末を酸処理して高純度化する方
法において、窒化反応により得られた窒化ケイ素粉末に
無機酸水溶液を加えてスラリー化して不純物を水溶性化
合物とした後、スラリーｐＨが２．５以上では酢酸アン
モニウム水溶液を用いてデカンテーションと洗浄を繰り
返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化反応により得られ
る窒化ケイ素粉末中の不純物及び酸残存量を効率的に低
減して高純度化させることができる窒化ケイ素粉末の精
製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
高純度の窒化ケイ素粉末を製造する場合、窒化反応後の
窒化ケイ素粉末中間体を粉砕して目標の粒度にした後、
不純物を除去するため酸処理を行ない、固液分離し、更
に水洗、固液分離を繰り返して濃縮したスラリーを乾燥
させる方法が行われている。この場合、酸処理後、水洗
後の固液分離法としては、一般的にフィルタープレスに
代表される濾過方式や、沈降分離、遠心分離に代表され
るデカンテーション方式が採用されている。

【０００３】しかし、粉砕後の窒化ケイ素粉末は平均粒
子径が０．５μｍ前後と微細であるため、濾過方式では
濾過速度が遅く、長い濾過時間を要したり、大きな濾過
面積を必要としたり、製品歩留りが低下するなどの欠点
があった。また、デカンテーション方式を採用する場
合、酸処理後の窒化ケイ素含有溶液のｐＨが２．５未満
であればスラリー中の窒化ケイ素粉末が凝集して沈降速
度が速くなるため容易に分離できるが、ｐＨ２．５以上
８．５以下ではスラリー中の窒化ケイ素粉末の分散性が
良くなって凝集し難くなるため、デカンテーションが困
難となる欠点があった。このように窒化ケイ素粉末の精
製工程で固液分離性能が悪いと、処理時間が長くなる
他、不純物や酸処理で使用した酸が残存し，品質上好ま
しくないという問題が発生する。

【０００４】そこで、この問題を解決するため、スラリ
ーにアンモニア水を添加してｐＨ８．５以上とし、窒化
ケイ素粉末を沈降分離する方法が提案されている（特公
平４−２４２８５号公報参照）。しかし、この方法で
は、酸処理を不純物除去に効果的な塩酸、硝酸で行う
と、アンモニア水の添加によりその残存酸との中和塩で
ある塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムが形成され、
これらアンモニウム塩は、昇華、分解温度が２１０℃以
上と高いことから乾燥で除去できず、窒化ケイ素粉末中
に微量残存してしまうため、焼結工程で窒化ケイ素粉末
に空孔が発生し、強度低下の原因となり得る。また、上
記方法では、ｐＨ８．５以上でデカンテーションを行う
必要があるため、アンモニア水を添加後の数回の水洗時
に終点のｐＨを管理しなければならないという煩雑さが
ある。更には不純物としてＦｅが含まれる場合、アンモ
ニアを加える時点で水に不溶であるＦｅ（ＯＨ）₃が形
成され、デカンテーションによる除去が困難となる問題
がある。

【０００５】このように、窒化ケイ素粉末の精製におい
ては固液分離を効率的に行なうことが難しく、この点が
解決課題となっていた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
原料窒化ケイ素粉末を酸処理した後の固液分離性能に優
れ、不純物及び酸残存量を効率的に低減して工業的有利
に高純度化させることができる窒化ケイ素粉末の精製方
法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、窒化ケイ素
粉末を酸処理して高純度化する方法において、窒化反応
により得られた窒化ケイ素粉末に無機酸水溶液を加えて
スラリー化して不純物を水溶性化合物とした後、該スラ
リーに対しデカンテーションによる固液分離と水洗洗浄
を繰り返して窒化ケイ素粉末を精製する場合、少なくと
もスラリーｐＨが２．５以上では酢酸アンモニウム水溶
液を用いてデカンテーションと洗浄を繰り返すことによ
り、短時間で簡単に固液分離を行うことができ、このた
め不純物及び酸処理後の酸残存量を効率的に低減して工
業的に非常に有利に高純度化させることができることを
知見した。

【０００８】即ち、通常ｐＨ２．５未満のスラリー中で
は窒化ケイ素粉末の凝集性が維持できるので、このｐＨ
範囲内では水洗、デカンテーションを数回繰り返して溶
解した不純物の除去並びに酸処理に用いた酸の低減化を
ある程度行うことができるが、ｐＨ２．５以上の領域で
はスラリー中の窒化ケイ素粉末が均一分散するためデカ
ンテーションが困難であった。しかし、水洗、デカンテ
ーションを繰り返すと共にｐＨ値も上昇し、これらのデ
カンテーションが困難なｐＨ領域に至るのは避けられな
い。そこで、本発明者は、スラリーｐＨが２．５以上で
は水の代わりに酢酸アンモニウム水溶液を用いてスラリ
ー化することにより、デカンテーションが困難なｐＨ
２．５以上の領域でも窒化ケイ素粉末を容易にデカンテ
ーションし得、より高純度化を図り得ることを見出し、
本発明をなすに至った。

【０００９】従って、本発明は、窒化反応により得られ
た窒化ケイ素粉末に無機酸水溶液を加えてスラリー化し
て不純物を水溶性化合物とした後、該スラリーに対しデ
カンテーションによる固液分離と水洗洗浄とを繰り返し
て窒化ケイ素粉末を精製する方法において、少なくとも
スラリーｐＨが２．５以上の範囲では酢酸アンモニウム
水溶液を用いてデカンテーションと洗浄を繰り返すこと
を特徴とする窒化ケイ素粉末の精製方法を提供する。

【００１０】以下、本発明につき更に詳細に説明する
と、本発明の窒化ケイ素粉末の精製方法において、原料
として使用する窒化ケイ素粉末は、窒化合成反応により
得られた反応生成物を粉砕したものである。この原料窒
化ケイ素粉末の粒度は、その最大粒子径が５μｍ以下、
特に３μｍ以下、平均粒子径が０．４μｍ以上０．７μ
ｍ以下、特に０．５μｍ以上０．６μｍ以下であること
が好ましい。５μｍより大きい粒子が含まれたり平均粒
子径が０．７μｍを超えると粒子内に閉じ込められる不
純物の割合が多く、酸処理により効率的に除去できなく
なるため高純度化が困難になる場合がある上、窒化ケイ
素粉末を成形、焼結する際、粗大粒が存在すると空孔が
発生し易く、焼結体強度が低下する場合がある。また、
平均粒子径が０．４μｍに満たず微粉が過多になると、
酸処理の効果は期待できるが粉砕での不純物混入量も多
くなり、製品粉末も嵩高くなる場合がある。

【００１１】上記窒化ケイ素粉末は、原料に含まれる不
純物及び粉砕工程で混入する不純物としてＦｅ、Ｃａ、
Ａｌなどの金属不純物が含有する上、粉砕による粉末表
面積の増大に伴い酸化膜としての酸素量が増え、その結
果製品特性上に悪影響を与える可能性がある。このた
め、窒化ケイ素粉末においては、窒化合成反応させて粉
砕後に金属不純物の除去と酸素量の調整を兼ねて湿式酸
処理を行い、製品の高純度化を図ることが一般的に行わ
れ、この酸処理により上記不純物が水溶性化合物となっ
て除去し易くなり、かつ酸素量の調整をすることができ
る。

【００１２】この場合、酸処理には例えば弗酸、塩酸、
硝酸、硫酸などの無機酸水溶液が単独で又は混合して用
いられる。また、上記酸処理は、窒化ケイ素粉末に無機
酸水溶液を加えて撹拌混合し、ｐＨ２以下のスラリー状
で処理することが好ましい。なお、酸処理条件は２０〜
８０℃で１〜６時間が望ましい。

【００１３】このように酸処理終了後のスラリーは通常
ｐＨ２以下であり、ｐＨ２．５未満のスラリー中では窒
化ケイ素粉末の凝集性が維持でき、容易にデカンテーシ
ョンできるので、本発明では、まずこのｐＨ範囲内で水
を用いて洗浄、デカンテーションを数回繰り返し、溶解
した不純物の除去並びに酸処理に用いた酸の低減化を行
うことが推奨される。

【００１４】次いで、水洗、デカンテーションの繰り返
しでスラリーがｐＨ２．５以上の領域になった時は、窒
化ケイ素粉末が均一分散するためデカンテーションが困
難になるので、窒化ケイ素粉末を酢酸アンモニウム水溶
液を用いてスラリー化する。なお、酢酸アンモニウム水
溶液中で窒化ケイ素粉末を分散させると、窒化ケイ素粒
子同士が凝集して集合体をつくるため、一次粒子より沈
降速度が格段に速くなり、デカンテーションが可能にな
ると思われる。

【００１５】ここで、酢酸アンモニウム水溶液の濃度は
０．０５重量％以上、特に０．１〜１重量％であること
が好ましく、０．０５％未満では上記効果が少なくなる
場合がある。

【００１６】また、酢酸アンモニウムは、白色結晶で常
温の水に容易に溶け、水溶液は中性を示し、この酢酸ア
ンモニウムを用いて酢酸アンモニウム水溶液を調整、供
給する方法としては、酢酸アンモニウムと水を所定濃度
に予め混合して窒化ケイ素粉末のスラリーに供給する方
法が好適である。なお、その他に窒化ケイ素粉末のスラ
リー中に直接、固体酢酸アンモニウムを投入する方法
や、酢酸とアンモニア水をそれぞれ中和等量添加し、所
定濃度の酢酸アンモニウム水溶液を調整する方法を採用
することも可能である。

【００１７】酢酸アンモニウム水溶液を使用したデカン
テーションは、酸性、中性、アルカリ性のいかなるｐＨ
領域でも可能であり、また、デカンテーションの温度に
は制約がなく、常温で２〜５回行うことが好ましい。

【００１８】更に、デカンテーション及び洗浄終了後
は、１２０〜１５０℃で乾燥させることが好ましく、デ
カンテーション終了後の窒化ケイ素粉末の残液中に微量
含まれる酢酸アンモニウムは１１７℃で分解するため、
この乾燥工程で容易に除去できる。

【００１９】なお、上記方法で使用する酸処理、洗浄、
デカンテーション容器は、テフロン製又は塩化ビニル
製、ポリエチレン製、ポリプロピレン製等の耐蝕性材料
のものを用いることが好ましく、特に工業用装置として
は上記の材質を内張りした撹拌機を装着した容器を用い
ることが好ましい。また、デカンテーションは回分式又
は連続式のどちらでもよく、市販のデカンターを用いて
性能に応じた装置を採用することが可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明の窒化ケイ素粉末の精製方法によ
れば、酸処理終了後の窒化ケイ素粉末を水洗し、デカン
テーションにより固液分離する工程を繰り返す方法にお
いて、窒化ケイ素粉末がスラリー中に均一分散し、デカ
ンテーションが困難となるｐＨ２．５以上の領域でも、
酢酸アンモニウム水溶液を用いて洗浄、スラリー化する
ことにより、効率的に固液分離が続行できるので、不純
物及び酸処理に使用した無機酸を良好に低減化し得、窒
化ケイ素粉末の高純度化を容易に達成することができ
る。

【００２１】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるも
のではない。

【００２２】〔実施例１〕テフロン製撹拌羽根を備えた
１リットルのテフロン容器に塩酸４％、弗酸４％を含む
混酸６００ｍｌを入れた後、平均粒子径が０．５μｍ、
最大粒子径が２．５μｍであり、化学分析値が表１に示
すとおりの窒化ケイ素粉末Ａ６０ｇを投入し、スラリー
ｐＨ１で７０℃で１時間撹拌処理した。酸処理後、ｐＨ
２．５未満で水洗、デカンテーションを４回繰り返し、
次いで０．２％酢酸アンモニウム水溶液を用いて洗浄、
デカンテーションを２回繰り返し、デカンテーション後
のスラリーをスプレードライヤーを用いて１２５℃で乾
燥させた。得られた窒化ケイ素粉末の品質、収率は表２
に示したとおりであり、その不純物残存率はＦｅが０．
０１％以下、Ａｌが０．１％以下、Ｃａが０．０１％以
下で高純度品であることが確認できた。

【００２３】〔比較例１〕実施例１と同様の窒化ケイ素
粉末Ａを用いて酸処理を行い、ｐＨ２．５未満で水洗、
デカンテーションを繰り返した後、ｐＨ２．８で継続し
て水洗しデカンテーションを試みたが、窒化ケイ素粉末
が均一に分散し、デカンテーションが不可能となり、内
径２００ｍｍのテフロン製ヌッチェに移し、減圧濾紙濾
過を行った。途中、濾紙の目詰まりを生じ、デカンテー
ションと同等の含液率に至るまで１２時間を要した。得
られたスラリーをスプレードライヤーを用いて１２５℃
で乾燥させた。得られた窒化ケイ素粉末の品質、収率は
表２に示すとおりで不純物残存率が高かった。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化反応により得られた窒化ケイ素粉末
   に無機酸水溶液を加えてスラリー化して不純物を水溶性
   化合物とした後、該スラリーに対しデカンテーションに
   よる固液分離と水洗洗浄とを繰り返して窒化ケイ素粉末
   を精製する方法において、少なくともスラリーｐＨが
   ２．５以上の範囲では酢酸アンモニウム水溶液を用いて
   デカンテーションと洗浄を繰り返すことを特徴とする窒
   化ケイ素粉末の精製方法。
2. 【請求項２】 スラリーｐＨが２．５未満の範囲では水
   を用いてデカンテーションと洗浄を繰り返すようにした
   請求項１記載の精製方法。
3. 【請求項３】 窒化反応により得られた窒化ケイ素粉末
   の最大粒子径が５μｍ以下であり、かつ平均粒子径が
   ０．４μｍ以上０．７μｍ以下である請求項１又は２記
   載の精製方法。