JPH0920506A - 窒化けい素の製造方法 - Google Patents
窒化けい素の製造方法Info
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- JPH0920506A JPH0920506A JP16939995A JP16939995A JPH0920506A JP H0920506 A JPH0920506 A JP H0920506A JP 16939995 A JP16939995 A JP 16939995A JP 16939995 A JP16939995 A JP 16939995A JP H0920506 A JPH0920506 A JP H0920506A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 α化率の高い窒化けい素を高い収率で、しか
も短時間で製造することができる、金属けい素の直接窒
化による窒化けい素の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明による窒化けい素の製造方法は、
金属けい素をＮ2 ＋Ｈ2あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混合ガ
スと 1,180〜 1,300℃で反応させるが、反応が進行中に
反応ガス中のＨ2濃度を低減させて反応を急激に進行さ
せて、反応率、α化率を上げ、反応時間を短縮させるこ
とを特徴とするものである。
も短時間で製造することができる、金属けい素の直接窒
化による窒化けい素の製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明による窒化けい素の製造方法は、
金属けい素をＮ2 ＋Ｈ2あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混合ガ
スと 1,180〜 1,300℃で反応させるが、反応が進行中に
反応ガス中のＨ2濃度を低減させて反応を急激に進行さ
せて、反応率、α化率を上げ、反応時間を短縮させるこ
とを特徴とするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化けい素の製造方
法、特には金属けい素を直接窒化する窒化けい素の製造
方法において、その反応速度を向上させるか、あるいは
最終到達反応率を向上させる窒化けい素の製造方法に関
するものである。
法、特には金属けい素を直接窒化する窒化けい素の製造
方法において、その反応速度を向上させるか、あるいは
最終到達反応率を向上させる窒化けい素の製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化けい素(Si3N4) の製造は、金属けい
素を直接窒化するという方法、例えば十分に細かくした
金属けい素粉を窒素中において 1,200〜 1,400℃に加熱
するという方法で行なわれており、ここに使用する反応
ガスとしてはＮ2 単独、Ｎ2 ＋Ｈ2 あるいはＮ2 ＋ＮＨ
3 の混合ガスが使用されているが、高反応率、高α相含
有率（以下α化率とする）の窒化けい素を得ようとする
と、この反応ガスがＮ2単独では困難であり、これは通
常Ｈ2 あるいはＮＨ3 を共存させることが必要とされて
いる。また、一般に高強度、高密度の窒化けい素焼結体
を得るには、その原料粉末を結晶相が高α型とすること
が望まれているが、一般にα相は低温反応で、β相は高
温反応で生成し易いものとされている。
素を直接窒化するという方法、例えば十分に細かくした
金属けい素粉を窒素中において 1,200〜 1,400℃に加熱
するという方法で行なわれており、ここに使用する反応
ガスとしてはＮ2 単独、Ｎ2 ＋Ｈ2 あるいはＮ2 ＋ＮＨ
3 の混合ガスが使用されているが、高反応率、高α相含
有率（以下α化率とする）の窒化けい素を得ようとする
と、この反応ガスがＮ2単独では困難であり、これは通
常Ｈ2 あるいはＮＨ3 を共存させることが必要とされて
いる。また、一般に高強度、高密度の窒化けい素焼結体
を得るには、その原料粉末を結晶相が高α型とすること
が望まれているが、一般にα相は低温反応で、β相は高
温反応で生成し易いものとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかして、窒化けい素
の製造については、その結晶相に関係なく窒化率（反応
率）のみを高くするには、反応温度を上げて反応を加速
すればよいのであるが、この場合には急激な発熱によっ
て温度がより上昇するため、高α化率の窒化けい素を得
ることが困難となるし、またこの場合には温度上昇によ
って、最悪の場合、未反応の金属けい素同士が融着し、
比表面積が低下するので反応が抑制され、低い窒化率で
安定してしまうという不利がある。
の製造については、その結晶相に関係なく窒化率（反応
率）のみを高くするには、反応温度を上げて反応を加速
すればよいのであるが、この場合には急激な発熱によっ
て温度がより上昇するため、高α化率の窒化けい素を得
ることが困難となるし、またこの場合には温度上昇によ
って、最悪の場合、未反応の金属けい素同士が融着し、
比表面積が低下するので反応が抑制され、低い窒化率で
安定してしまうという不利がある。
【０００４】また、この窒化反応を動きを伴なう反応方
式、例えば流動層、移動層、ロータリーキルンなどを用
いた反応においては、粒子同士の凝集、付着により生成
物が塊状化して反応を継続することができなくなるとい
う問題があった。さらに、金属けい素の直接窒化反応に
おいては、金属けい素内へのＮ2 拡散が律速となるし、
窒化反応により生成した窒化膜自身がＮ2 の拡散の妨げ
となるため、所定温度に保持しただけでは到達反応率が
100％に至らず、これが反応温度に依存した低反応率で
飽和するという問題点もあった。
式、例えば流動層、移動層、ロータリーキルンなどを用
いた反応においては、粒子同士の凝集、付着により生成
物が塊状化して反応を継続することができなくなるとい
う問題があった。さらに、金属けい素の直接窒化反応に
おいては、金属けい素内へのＮ2 拡散が律速となるし、
窒化反応により生成した窒化膜自身がＮ2 の拡散の妨げ
となるため、所定温度に保持しただけでは到達反応率が
100％に至らず、これが反応温度に依存した低反応率で
飽和するという問題点もあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した窒化けい素の製造方法に関するも
のであり、これは金属けい素を直接窒化する際の反応ガ
スを制御することにより、反応速度を向上させることを
特徴とするものであり、特には反応ガスをＮ2 ＋Ｈ2 、
あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混合ガスとし、反応途中で正味
のＨ2 の濃度を制御すること、Ｈ2 の濃度を０〜50容量
％の範囲で制御することを特徴とするものである。
利、問題点を解決した窒化けい素の製造方法に関するも
のであり、これは金属けい素を直接窒化する際の反応ガ
スを制御することにより、反応速度を向上させることを
特徴とするものであり、特には反応ガスをＮ2 ＋Ｈ2 、
あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混合ガスとし、反応途中で正味
のＨ2 の濃度を制御すること、Ｈ2 の濃度を０〜50容量
％の範囲で制御することを特徴とするものである。
【０００６】すなわち、本発明者らは金属けい素の直接
窒化による窒化けい素の製造方法を効率的に行なう方法
について種々検討した結果、ここに使用する反応ガスを
Ｎ2＋Ｈ2 あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混合ガスとし、この
反応中にこの反応ガスの組成を制御する、例えばこのＨ
2 量を減少させるとこの反応が急激に促進され、Ｈ2量
を旧に戻すとこの反応が落ち着いたものとなるので、反
応中これを必要に応じ繰り返すと従来法に比べて反応に
要する時間が短縮されて、高α化率の窒化けい素を短時
間で、かつ高収率で得ることができることを見出し、こ
れによれば従来から反応性が低いといわれている粗い粒
子の金属けい素を用いても窒化けい素を高収率で得るこ
とができることを確認して本発明を完成させた。以下に
これをさらに詳述する。
窒化による窒化けい素の製造方法を効率的に行なう方法
について種々検討した結果、ここに使用する反応ガスを
Ｎ2＋Ｈ2 あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混合ガスとし、この
反応中にこの反応ガスの組成を制御する、例えばこのＨ
2 量を減少させるとこの反応が急激に促進され、Ｈ2量
を旧に戻すとこの反応が落ち着いたものとなるので、反
応中これを必要に応じ繰り返すと従来法に比べて反応に
要する時間が短縮されて、高α化率の窒化けい素を短時
間で、かつ高収率で得ることができることを見出し、こ
れによれば従来から反応性が低いといわれている粗い粒
子の金属けい素を用いても窒化けい素を高収率で得るこ
とができることを確認して本発明を完成させた。以下に
これをさらに詳述する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による窒化けい素の製造
は、金属けい素の粉末あるいはその成形体を回分式の反
応器を用いて、 1,100〜 1,400℃の温度域で窒化させる
際に、その供給ガスの組成を制御するものである。ここ
に使用する金属けい素は粒度が最大 500μｍ程度の粉
末、あるいはこれを球状円柱状、角柱状などに造粒した
ものとされるが、これはこの金属けい素に反応促進触媒
として公知のＣｕ化合物などを添加し、造粒したものと
してもよい。
は、金属けい素の粉末あるいはその成形体を回分式の反
応器を用いて、 1,100〜 1,400℃の温度域で窒化させる
際に、その供給ガスの組成を制御するものである。ここ
に使用する金属けい素は粒度が最大 500μｍ程度の粉
末、あるいはこれを球状円柱状、角柱状などに造粒した
ものとされるが、これはこの金属けい素に反応促進触媒
として公知のＣｕ化合物などを添加し、造粒したものと
してもよい。
【０００８】本発明では金属けい素が窒素ガス雰囲気下
での加熱により直接窒化されて窒化けい素とされるので
あるが、 1,000℃までの昇温中は金属けい素が酸化され
ない雰囲気とすることから、この雰囲気はＮ2 単独、Ｎ
2 ＋Ｈ2 またはＮ2 ＋ＮＨ3の混合ガス、あるいはＡ
ｒ、Ｈｅ等の不活性ガスとＮ2 ＋Ｈ2 またはＮ2 ＋ＮＨ
3 との混合ガスからなるものとすればよい。しかし、こ
の温度が窒化反応の開始される 1,150〜 1,400℃にまで
上昇したとき、本発明ではこの雰囲気ガスは供給ガスの
組成が制御できるＮ2 ＋Ｈ2 あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混
合ガスとする必要があり、この混合ガス中のＨ2 または
ＮＨ3 の濃度はＨ2 換算で５〜50容量％、好ましくは10
〜30容量％の範囲とされ、この反応温度は好ましくは
1,180〜 1,300℃とされる。
での加熱により直接窒化されて窒化けい素とされるので
あるが、 1,000℃までの昇温中は金属けい素が酸化され
ない雰囲気とすることから、この雰囲気はＮ2 単独、Ｎ
2 ＋Ｈ2 またはＮ2 ＋ＮＨ3の混合ガス、あるいはＡ
ｒ、Ｈｅ等の不活性ガスとＮ2 ＋Ｈ2 またはＮ2 ＋ＮＨ
3 との混合ガスからなるものとすればよい。しかし、こ
の温度が窒化反応の開始される 1,150〜 1,400℃にまで
上昇したとき、本発明ではこの雰囲気ガスは供給ガスの
組成が制御できるＮ2 ＋Ｈ2 あるいはＮ2 ＋ＮＨ3 の混
合ガスとする必要があり、この混合ガス中のＨ2 または
ＮＨ3 の濃度はＨ2 換算で５〜50容量％、好ましくは10
〜30容量％の範囲とされ、この反応温度は好ましくは
1,180〜 1,300℃とされる。
【０００９】本発明の方法では、上記した所定温度で反
応を開始させるが、反応がある程度進行したとき、例え
ば反応率が50％を越えたときに所定のＨ2 濃度に対し０
〜50容量％の比でＨ2 濃度を下げると、窒素濃度の増加
により反応が急激に増進される。このとき、発熱が伴わ
れ、この発熱は系内に残存する未反応の金属けい素量に
依存するが、この発熱で反応温度が所定温度より50℃、
好ましくは30℃以上上昇したときにＨ2 を添加してＨ2
濃度を旧に戻すと、この急激な反応が停止し、温度も下
がるので、これが落ち着いたところで再びＨ2 濃度を低
下させるという操作を繰り返すと、通常の窒化反応に要
する時間を最大で50％程度短縮することができるし、こ
の場合にはその反応率を85％以上、特には95％にまで高
めることができ、反応温度も低くできるので得られる窒
化けい素のα化率を95％以上とすることができるという
有利性が与えられる。
応を開始させるが、反応がある程度進行したとき、例え
ば反応率が50％を越えたときに所定のＨ2 濃度に対し０
〜50容量％の比でＨ2 濃度を下げると、窒素濃度の増加
により反応が急激に増進される。このとき、発熱が伴わ
れ、この発熱は系内に残存する未反応の金属けい素量に
依存するが、この発熱で反応温度が所定温度より50℃、
好ましくは30℃以上上昇したときにＨ2 を添加してＨ2
濃度を旧に戻すと、この急激な反応が停止し、温度も下
がるので、これが落ち着いたところで再びＨ2 濃度を低
下させるという操作を繰り返すと、通常の窒化反応に要
する時間を最大で50％程度短縮することができるし、こ
の場合にはその反応率を85％以上、特には95％にまで高
めることができ、反応温度も低くできるので得られる窒
化けい素のα化率を95％以上とすることができるという
有利性が与えられる。
【００１０】また、本発明の方法は通常低反応率しか達
成できない粗大な金属けい素を用いる場合にも適用する
ことができ、例えば粒度が50〜 350μｍの粗い粒子の場
合でも所定温度で反応を進行させたのち、Ｈ2 濃度を一
定時間間隔で、例えば30分毎に０〜50容量％の比で下げ
上げするということを繰り返すと、この反応率も40％か
ら70％にまで上昇させることができるという有利性が与
えられる。
成できない粗大な金属けい素を用いる場合にも適用する
ことができ、例えば粒度が50〜 350μｍの粗い粒子の場
合でも所定温度で反応を進行させたのち、Ｈ2 濃度を一
定時間間隔で、例えば30分毎に０〜50容量％の比で下げ
上げするということを繰り返すと、この反応率も40％か
ら70％にまで上昇させることができるという有利性が与
えられる。
【００１１】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例１ 最大粒度が10μｍの金属けい素粉を反応器内に装入し、
ここにＮ2 ガス80容量％、Ｈ2 ガス20容量％の混合ガス
を３リットル／分で流して加熱し、 1,240℃まで昇温し
て窒化反応を開始させ、この反応を３時間継続させた。
３時間経過後、この反応ガス中のＨ2 濃度を０％として
反応ガスをＮ2 ガス 100容量％のものとして反応を継続
させたところ、反応が急激に進行し１時間で反応が終結
したので加熱を中止し、降温後得られた窒化けい素につ
いてその反応率、α化率を調べたところ反応率は95％で
α化率も95％のものであった。
ここにＮ2 ガス80容量％、Ｈ2 ガス20容量％の混合ガス
を３リットル／分で流して加熱し、 1,240℃まで昇温し
て窒化反応を開始させ、この反応を３時間継続させた。
３時間経過後、この反応ガス中のＨ2 濃度を０％として
反応ガスをＮ2 ガス 100容量％のものとして反応を継続
させたところ、反応が急激に進行し１時間で反応が終結
したので加熱を中止し、降温後得られた窒化けい素につ
いてその反応率、α化率を調べたところ反応率は95％で
α化率も95％のものであった。
【００１２】実施例２ 粒度が50〜 350μｍの粗い粒子状の金属けい素を反応器
に装入し、ここにＮ2ガス80容量％、Ｈ2 ガス20容量％
の混合ガスを３リットル／分で流しながら加熱し、 1,3
50℃で窒化反応を開始させ、１時間反応させた。つい
で、この反応ガス中のＨ2 濃度を０％として反応ガスを
Ｎ2 ガス 100容量％として反応を継続したところ、反応
が急激に進行したので１時間後に、再びＨ2 ガスを添加
して反応ガスをＨ2 ガス20容量％とするという操作を３
回繰り返して６時間反応を行わせたところ、反応率70％
でα化率が97％である窒化けい素が得られた。
に装入し、ここにＮ2ガス80容量％、Ｈ2 ガス20容量％
の混合ガスを３リットル／分で流しながら加熱し、 1,3
50℃で窒化反応を開始させ、１時間反応させた。つい
で、この反応ガス中のＨ2 濃度を０％として反応ガスを
Ｎ2 ガス 100容量％として反応を継続したところ、反応
が急激に進行したので１時間後に、再びＨ2 ガスを添加
して反応ガスをＨ2 ガス20容量％とするという操作を３
回繰り返して６時間反応を行わせたところ、反応率70％
でα化率が97％である窒化けい素が得られた。
【００１３】実施例３ 原料の金属けい素を最大粒度が10μｍの金属けい素粉を
球状に造粒したものを用いた以外は実施例１と同じ操作
を行い、反応率90％、α化率96％の窒化けい素が得られ
た。
球状に造粒したものを用いた以外は実施例１と同じ操作
を行い、反応率90％、α化率96％の窒化けい素が得られ
た。
【００１４】比較例１ 実施例１と同じ金属けい素粉、同一の組成の反応ガスを
使用したが、反応ガスの組成を変更せず、実施例１と同
じ条件で連結して４時間窒化反応を行ったところ、α化
率が95％である窒化けい素は得られたけれども、この反
応率は71％に低下した。
使用したが、反応ガスの組成を変更せず、実施例１と同
じ条件で連結して４時間窒化反応を行ったところ、α化
率が95％である窒化けい素は得られたけれども、この反
応率は71％に低下した。
【００１５】比較例２ 実施例２と同じ条件で金属けい素を窒化させたが、この
場合反応ガス組成の制御を全く行わず連続して６時間反
応を行わせたところ、α化率が95％である窒化けい素は
得られたけれども、この反応率は40％に低下した。
場合反応ガス組成の制御を全く行わず連続して６時間反
応を行わせたところ、α化率が95％である窒化けい素は
得られたけれども、この反応率は40％に低下した。
【００１６】比較例３ 実施例３と同じ条件で金属けい素を窒化させたが、この
場合反応ガス組成の制御を全く行わず、連続して４時間
反応を行わせたところ、α化率が96％である窒化けい素
は得られたけれども、この反応率は70％に低下した。
場合反応ガス組成の制御を全く行わず、連続して４時間
反応を行わせたところ、α化率が96％である窒化けい素
は得られたけれども、この反応率は70％に低下した。
【００１７】
【発明の効果】本発明は窒化けい素の製造方法に関する
もので、これは金属けい素の直接窒化するときの反応ガ
スを制御するものであるが、これによれば金属けい素の
窒化反応に要する時間を最大で50％程度短縮することが
できるし、α化率の高いものを得ることができ、さらに
は粗大な金属けい素を使用したときも高い反応率でけい
素を得ることができるという有利性が与えらえる。
もので、これは金属けい素の直接窒化するときの反応ガ
スを制御するものであるが、これによれば金属けい素の
窒化反応に要する時間を最大で50％程度短縮することが
できるし、α化率の高いものを得ることができ、さらに
は粗大な金属けい素を使用したときも高い反応率でけい
素を得ることができるという有利性が与えらえる。
Claims (3)
- 【請求項１】 金属けい素を直接窒化する際の反応ガス
の組成を制御することにより、反応速度を向上させるこ
とを特徴とする窒化けい素の製造方法。 - 【請求項２】 反応ガス組成がＮ2 −Ｈ2 あるいはＮ2
−ＮＨ3 の混合ガスであり、反応途中で正味のＨ2 の濃
度を制御する請求項１に記載した窒化けい素の製造方
法。 - 【請求項３】 Ｈ2 濃度を０〜50容量％の範囲で制御す
る請求項２に記載した窒化けい素の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16939995A JPH0920506A (ja) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | 窒化けい素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16939995A JPH0920506A (ja) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | 窒化けい素の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0920506A true JPH0920506A (ja) | 1997-01-21 |
Family
ID=15885886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16939995A Pending JPH0920506A (ja) | 1995-07-05 | 1995-07-05 | 窒化けい素の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0920506A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022011830A1 (zh) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | 中材高新氮化物陶瓷有限公司 | 一种氮化硅粉体的制备方法 |
-
1995
- 1995-07-05 JP JP16939995A patent/JPH0920506A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022011830A1 (zh) * | 2020-07-14 | 2022-01-20 | 中材高新氮化物陶瓷有限公司 | 一种氮化硅粉体的制备方法 |
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