JPH10130006A - 窒化ケイ素粉末の製造方法 - Google Patents
窒化ケイ素粉末の製造方法Info
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- JPH10130006A JPH10130006A JP30357396A JP30357396A JPH10130006A JP H10130006 A JPH10130006 A JP H10130006A JP 30357396 A JP30357396 A JP 30357396A JP 30357396 A JP30357396 A JP 30357396A JP H10130006 A JPH10130006 A JP H10130006A
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 金属ケイ素粉末を造粒した粒子を原料と
し、これを窒素又はアンモニアを含む非酸化性雰囲気に
おいて１，０００〜１，４００℃の温度範囲で流動層を
用いて上記金属ケイ素粉末を窒化し、窒化ケイ素粉末を
製造する方法において、上記造粒粒子径と空塔基準での
流動ガス線速とのいずれか一方に応じて他方を変えるこ
とにより、除熱量を調整することを特徴とする窒化ケイ
素粉末の製造方法。 【効果】 本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法によれ
ば、金属ケイ素造粒粒子を流動層反応器を用いて窒化す
る際、反応器を大型化し、量産化を行う場合でも、除熱
量を効果的に調整でき、反応性及びα相／β相比率など
の品質のバラツキの少ない窒化ケイ素粉末を工業的規模
で安定して製造し得る。
し、これを窒素又はアンモニアを含む非酸化性雰囲気に
おいて１，０００〜１，４００℃の温度範囲で流動層を
用いて上記金属ケイ素粉末を窒化し、窒化ケイ素粉末を
製造する方法において、上記造粒粒子径と空塔基準での
流動ガス線速とのいずれか一方に応じて他方を変えるこ
とにより、除熱量を調整することを特徴とする窒化ケイ
素粉末の製造方法。 【効果】 本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法によれ
ば、金属ケイ素造粒粒子を流動層反応器を用いて窒化す
る際、反応器を大型化し、量産化を行う場合でも、除熱
量を効果的に調整でき、反応性及びα相／β相比率など
の品質のバラツキの少ない窒化ケイ素粉末を工業的規模
で安定して製造し得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、品質的にバラツキ
の少ない窒化ケイ素を工業的規模で安定して製造するこ
とができる窒化ケイ素粉末の製造方法に関する。
の少ない窒化ケイ素を工業的規模で安定して製造するこ
とができる窒化ケイ素粉末の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
窒化ケイ素粉末の製造方法としては、金属ケイ素を窒化
する直接窒化法、シリカ還元法、イミドの熱分解法が知
られているが、特に工業的規模で経済的に優れた製法と
して直接窒化法が最も有望視されている。
窒化ケイ素粉末の製造方法としては、金属ケイ素を窒化
する直接窒化法、シリカ還元法、イミドの熱分解法が知
られているが、特に工業的規模で経済的に優れた製法と
して直接窒化法が最も有望視されている。
【０００３】しかしながら、この直接窒化法は、金属ケ
イ素粉末を窒素ガス又はアンモニアガスを含む反応ガス
中で直接反応させるものであるが、下記反応式で表され
るような反応による発熱を伴うため、この反応熱により
金属ケイ素粉末が一部溶融したり、融着する現象が見ら
れ、これによって金属ケイ素粉末の比表面積が低下し、
内部に閉じられた孔をもつ凝集体が発生して反応性の低
下、α相／β相の結晶相のバラツキが生じるという問題
がある。
イ素粉末を窒素ガス又はアンモニアガスを含む反応ガス
中で直接反応させるものであるが、下記反応式で表され
るような反応による発熱を伴うため、この反応熱により
金属ケイ素粉末が一部溶融したり、融着する現象が見ら
れ、これによって金属ケイ素粉末の比表面積が低下し、
内部に閉じられた孔をもつ凝集体が発生して反応性の低
下、α相／β相の結晶相のバラツキが生じるという問題
がある。
【０００４】 ３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ2（ｇ）→Ｓｉ3Ｎ4（ｓ） △ＨR＝−１７８ｋｃａｌ／ｍｏｌ
【０００５】そこで、上記直接窒化法においては、反応
熱を有効に取り除き、温度制御が可能でかつ均一な反応
を行うことが可能な流動層方式が提案されている。しか
し、この流動層方式では、金属ケイ素粉末をそのまま反
応に使用すると、反応管の壁に微粉が付着したり、粉末
同士の凝集が避けられないという欠点があった。
熱を有効に取り除き、温度制御が可能でかつ均一な反応
を行うことが可能な流動層方式が提案されている。しか
し、この流動層方式では、金属ケイ素粉末をそのまま反
応に使用すると、反応管の壁に微粉が付着したり、粉末
同士の凝集が避けられないという欠点があった。
【０００６】上記欠点の解決策としては、金属ケイ素粉
末を造粒したものを使用する方法が提案されている。
末を造粒したものを使用する方法が提案されている。
【０００７】しかし、流動層で造粒粒子を使用して窒化
反応を行うと、反応管壁への付着や粒子同士の凝集は回
避できるが、反応器を大型化し、量産化を行う場合、除
熱量が不足し、反応熱により層内温度上昇が生じ、金属
ケイ素の融着、凝集及び管壁への付着により流動が維持
できなくなり、また、品質もα相／β相の結晶相のバラ
ツキが大きく、不均一なものになるという問題が発生す
るものであった。
反応を行うと、反応管壁への付着や粒子同士の凝集は回
避できるが、反応器を大型化し、量産化を行う場合、除
熱量が不足し、反応熱により層内温度上昇が生じ、金属
ケイ素の融着、凝集及び管壁への付着により流動が維持
できなくなり、また、品質もα相／β相の結晶相のバラ
ツキが大きく、不均一なものになるという問題が発生す
るものであった。
【０００８】この場合、流動層による窒化反応において
は、反応に消費された残りのガスが除熱に寄与するた
め、除熱量を上げる目的で流動ガス線速を高速にする
と、流動層の膨張が大きくなり、流動状態もスラッキン
グが発生し、激しい流動となって造粒粒子の解れが生
じ、更に高速になると、粒子の系外飛散が多くなり、充
分な滞留時間をもった窒化反応が阻害されるものであっ
た。
は、反応に消費された残りのガスが除熱に寄与するた
め、除熱量を上げる目的で流動ガス線速を高速にする
と、流動層の膨張が大きくなり、流動状態もスラッキン
グが発生し、激しい流動となって造粒粒子の解れが生
じ、更に高速になると、粒子の系外飛散が多くなり、充
分な滞留時間をもった窒化反応が阻害されるものであっ
た。
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、反応器を大型化し、量産化を行う場合でも、品質的
にバラツキの少ない窒化ケイ素を工業的規模で安定して
製造することができる窒化ケイ素粉末の製造方法を提供
することを目的とする。
で、反応器を大型化し、量産化を行う場合でも、品質的
にバラツキの少ない窒化ケイ素を工業的規模で安定して
製造することができる窒化ケイ素粉末の製造方法を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】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、本発明に到達したものである。
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、本発明に到達したものである。
【００１１】即ち、本発明は、金属ケイ素粉末を造粒し
た粒子を原料とし、これを窒素又はアンモニアを含む非
酸化性雰囲気において１，０００〜１，４００℃の温度
範囲で流動層を用いて上記金属ケイ素粉末を窒化し、窒
化ケイ素粉末を製造する方法において、上記造粒粒子径
と空塔基準での流動ガス線速とのいずれか一方に応じて
他方を変えることにより、除熱量を調整することを特徴
とする窒化ケイ素粉末の製造方法を提供する。この場
合、流動化効率ｅを０．２〜０．８の範囲で選定すると
共に、空塔基準での流動ガス線速Ｕ0（ｍ／ｓ）を任意
に選定し、かつ下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） で与えられる空塔基準での流動化開始速度Ｕmf（ｍ／
ｓ）に対応する値又はその近似値に平均造粒粒子径を選
定すること、或いは、流動化効率ｅを０．２〜０．８の
範囲で選定すると共に、任意に選定した造粒粒子径に対
応する空塔基準での流動化開始速度Ｕmf（ｍ／ｓ）を用
いて、かつ下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） で与えられる空塔基準での流動ガス線速Ｕ0（ｍ／ｓ）
又はその近似値を参照線速として選定することが好適で
ある。
た粒子を原料とし、これを窒素又はアンモニアを含む非
酸化性雰囲気において１，０００〜１，４００℃の温度
範囲で流動層を用いて上記金属ケイ素粉末を窒化し、窒
化ケイ素粉末を製造する方法において、上記造粒粒子径
と空塔基準での流動ガス線速とのいずれか一方に応じて
他方を変えることにより、除熱量を調整することを特徴
とする窒化ケイ素粉末の製造方法を提供する。この場
合、流動化効率ｅを０．２〜０．８の範囲で選定すると
共に、空塔基準での流動ガス線速Ｕ0（ｍ／ｓ）を任意
に選定し、かつ下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） で与えられる空塔基準での流動化開始速度Ｕmf（ｍ／
ｓ）に対応する値又はその近似値に平均造粒粒子径を選
定すること、或いは、流動化効率ｅを０．２〜０．８の
範囲で選定すると共に、任意に選定した造粒粒子径に対
応する空塔基準での流動化開始速度Ｕmf（ｍ／ｓ）を用
いて、かつ下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） で与えられる空塔基準での流動ガス線速Ｕ0（ｍ／ｓ）
又はその近似値を参照線速として選定することが好適で
ある。
【００１２】本発明によれば、反応器を大型化した場合
でも、それに適合して品質のバラツキの少ない窒化ケイ
素粉末を得ることができ、量産化を有効に計ることがで
きるものである。
でも、それに適合して品質のバラツキの少ない窒化ケイ
素粉末を得ることができ、量産化を有効に計ることがで
きるものである。
【００１３】つまり、造粒粒子径が一定値のとき、良好
な流動状態を維持できる流動ガス線速の適用範囲が限ら
れてしまう。例えば、空塔基準の流動ガス線速が流動開
始速度より低速では流動が発生せず、他方、流動ガス線
速が高速になると、上述したような不都合が生じ、窒化
反応が阻害される。従って、造粒粒子径が一定で窒化反
応に適した流動状態を保つには、流動ガス線速は流動開
始速度の１．３倍から５倍の範囲に制約される。
な流動状態を維持できる流動ガス線速の適用範囲が限ら
れてしまう。例えば、空塔基準の流動ガス線速が流動開
始速度より低速では流動が発生せず、他方、流動ガス線
速が高速になると、上述したような不都合が生じ、窒化
反応が阻害される。従って、造粒粒子径が一定で窒化反
応に適した流動状態を保つには、流動ガス線速は流動開
始速度の１．３倍から５倍の範囲に制約される。
【００１４】このようなことから、造粒粒子径、空塔基
準の流動ガス線速及び流動層高対塔径の比を一定にして
反応器を大型化し、量産化を行う場合、反応量は反応器
の塔径の３乗に比例するのに対し、流動ガス量は塔径の
２乗に比例するため、反応ガス量対原料金属ケイ素の比
は小さくなる。適正範囲内で流動ガス線速を上げ、流動
ガス量を増やしても限界がある。従って、上記の条件下
で量産化を行うと、上述したように、除熱量が不足し、
反応熱により層内温度上昇が生じ、金属ケイ素の融着、
凝集及び管壁への付着により流動が維持できなくなり、
また、品質もα相／β相の結晶相のバラツキが大きく、
不均一なものとなるという問題が発生するものである。
準の流動ガス線速及び流動層高対塔径の比を一定にして
反応器を大型化し、量産化を行う場合、反応量は反応器
の塔径の３乗に比例するのに対し、流動ガス量は塔径の
２乗に比例するため、反応ガス量対原料金属ケイ素の比
は小さくなる。適正範囲内で流動ガス線速を上げ、流動
ガス量を増やしても限界がある。従って、上記の条件下
で量産化を行うと、上述したように、除熱量が不足し、
反応熱により層内温度上昇が生じ、金属ケイ素の融着、
凝集及び管壁への付着により流動が維持できなくなり、
また、品質もα相／β相の結晶相のバラツキが大きく、
不均一なものとなるという問題が発生するものである。
【００１５】これに対し、原料の造粒粒子の径と空塔基
準での流動ガス線速を変えること、特に流動化効率ｅを
０．２〜０．８の範囲で選定すると共に、造粒粒子径に
よって実験的に決まるある反応器塔径での流動化開始速
度Ｕmfと流動ガス線速Ｕ0とを式（１）から選定するこ
とにより、流動層の反応器をスケールアップし、量産化
する際においても、反応熱の増大に対応して除熱量の調
整が可能となり、結果として金属ケイ素の融着、凝集及
び管壁への付着がなく、流動を満足に維持でき、高α化
率で、かつα相、β相比率などの品質の安定した均一な
窒化ケイ素粉末を工業的規模で製造できることを確認
し、本発明をなすに至った。
準での流動ガス線速を変えること、特に流動化効率ｅを
０．２〜０．８の範囲で選定すると共に、造粒粒子径に
よって実験的に決まるある反応器塔径での流動化開始速
度Ｕmfと流動ガス線速Ｕ0とを式（１）から選定するこ
とにより、流動層の反応器をスケールアップし、量産化
する際においても、反応熱の増大に対応して除熱量の調
整が可能となり、結果として金属ケイ素の融着、凝集及
び管壁への付着がなく、流動を満足に維持でき、高α化
率で、かつα相、β相比率などの品質の安定した均一な
窒化ケイ素粉末を工業的規模で製造できることを確認
し、本発明をなすに至った。
【００１６】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製造方法は、上述したよ
うに流動層反応器を用い、金属ケイ素造粒粒子を原料と
し、これを窒素又はアンモニアを含む非酸化性雰囲気で
加熱して窒化するものである。
と、本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法は、上述したよ
うに流動層反応器を用い、金属ケイ素造粒粒子を原料と
し、これを窒素又はアンモニアを含む非酸化性雰囲気で
加熱して窒化するものである。
【００１７】本発明で使用される原料の金属ケイ素造粒
粒子を構成する金属ケイ素は、純度が９９．９％以上で
あるものが好ましく、更に、窒素の内部拡散が充分なさ
れるために一次粒子径は４５μｍ以下、特に３０μｍ以
下であることが好ましい。
粒子を構成する金属ケイ素は、純度が９９．９％以上で
あるものが好ましく、更に、窒素の内部拡散が充分なさ
れるために一次粒子径は４５μｍ以下、特に３０μｍ以
下であることが好ましい。
【００１８】また、上記金属ケイ素は、良好な流動状態
で反応を行うために造粒するもので、造粒方法は、有機
バインダーを用いて造粒機により通常の方法で行うこと
ができる。有機バインダーとしては、例えばポリビニル
アルコール、ポリブチルアルコール等のアルコール系や
アクリル系の有機バインダーの水溶液を用いて行うこと
が好ましい。また、造粒機としては、押し出し造粒機、
撹拌造粒機、流動層造粒機、噴霧乾燥造粒機、圧縮型造
粒機などを用いることができ、造粒条件は通常の条件と
することができる。
で反応を行うために造粒するもので、造粒方法は、有機
バインダーを用いて造粒機により通常の方法で行うこと
ができる。有機バインダーとしては、例えばポリビニル
アルコール、ポリブチルアルコール等のアルコール系や
アクリル系の有機バインダーの水溶液を用いて行うこと
が好ましい。また、造粒機としては、押し出し造粒機、
撹拌造粒機、流動層造粒機、噴霧乾燥造粒機、圧縮型造
粒機などを用いることができ、造粒条件は通常の条件と
することができる。
【００１９】このようにして得られる金属ケイ素造粒粒
子の形状は、流動可能な球状又は円柱状をなし、その粒
子径は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下が望ましく、特に０．
３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が望ましい。粒子径が０．１
ｍｍ未満では粒子同士の凝集、管内壁への付着が見ら
れ、２ｍｍを超えると造粒粒子の解れが生じ易くかつ流
動ガス線速が過大となることから、微粉の発生、圧力損
失の増大を生じるおそれがある。なお、円柱状粒子にお
ける粒子径は円柱の平均断面直径を表わし、円柱長さと
断面直径の比は２〜６であることが好ましい。
子の形状は、流動可能な球状又は円柱状をなし、その粒
子径は０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下が望ましく、特に０．
３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が望ましい。粒子径が０．１
ｍｍ未満では粒子同士の凝集、管内壁への付着が見ら
れ、２ｍｍを超えると造粒粒子の解れが生じ易くかつ流
動ガス線速が過大となることから、微粉の発生、圧力損
失の増大を生じるおそれがある。なお、円柱状粒子にお
ける粒子径は円柱の平均断面直径を表わし、円柱長さと
断面直径の比は２〜６であることが好ましい。
【００２０】また、造粒粒子の気孔率は、窒化反応のと
きの蓄熱を防止し、かつ反応ガスの透過が充分行えるよ
うに３０％以上７０％以下、特に４０％以上６０％以下
が好ましく、３０％未満では反応ガスが十分透過せず、
７０％を超えると造粒粒子の強度が弱く、流動時に解れ
易く微粉が発生するおそれがある。
きの蓄熱を防止し、かつ反応ガスの透過が充分行えるよ
うに３０％以上７０％以下、特に４０％以上６０％以下
が好ましく、３０％未満では反応ガスが十分透過せず、
７０％を超えると造粒粒子の強度が弱く、流動時に解れ
易く微粉が発生するおそれがある。
【００２１】更に、造粒した粒子は、１００〜１５０℃
で乾燥し、４００℃以上でバインダーを除去し、必要に
応じて１，０００〜１，３００℃の常圧もしくは減圧下
で仮焼してもよい。
で乾燥し、４００℃以上でバインダーを除去し、必要に
応じて１，０００〜１，３００℃の常圧もしくは減圧下
で仮焼してもよい。
【００２２】本発明では、このようにして作られた金属
ケイ素造粒粒子を窒化して窒化ケイ素とする。この窒化
反応は、窒素、窒素と水との混合ガス又はアンモニア等
からなる窒素又はアンモニアを含む非酸化性雰囲気中で
１，０００〜１，４００℃、特に１，１５０〜１，３８
０℃の温度範囲で窒化することが好ましい。
ケイ素造粒粒子を窒化して窒化ケイ素とする。この窒化
反応は、窒素、窒素と水との混合ガス又はアンモニア等
からなる窒素又はアンモニアを含む非酸化性雰囲気中で
１，０００〜１，４００℃、特に１，１５０〜１，３８
０℃の温度範囲で窒化することが好ましい。
【００２３】窒化反応方式は、量産化したときの反応熱
を有効に除去できる流動層方式が採用される。ここで、
原料を連続的に供給する連続流動層においては、供給量
と層内滞留時間の関係より目的とする生産速度に必要な
反応器の塔径が決まり、反応量より反応熱が算出され
る。この層内の温度は、（Ａ）反応熱、（Ｂ）排出製品
に持ち去られる固体顕熱、（Ｃ）流動ガスのうち反応に
消費された残りのガスによるガス顕熱、（Ｄ）壁面から
の伝熱というＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの熱バランスにより決定さ
れる。
を有効に除去できる流動層方式が採用される。ここで、
原料を連続的に供給する連続流動層においては、供給量
と層内滞留時間の関係より目的とする生産速度に必要な
反応器の塔径が決まり、反応量より反応熱が算出され
る。この層内の温度は、（Ａ）反応熱、（Ｂ）排出製品
に持ち去られる固体顕熱、（Ｃ）流動ガスのうち反応に
消費された残りのガスによるガス顕熱、（Ｄ）壁面から
の伝熱というＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの熱バランスにより決定さ
れる。
【００２４】流動層で窒化ケイ素の量産化を行うとき、
原料金属ケイ素の供給量と反応用流動ガス量の比を一定
にしてスケールアップするのがよい。この場合、流動層
のスケールアップにおいて、空塔基準での流動化開始速
度をＵmf（ｍ／ｓ）、反応に用いる空塔基準での流動ガ
ス線速をＵ0（ｍ／ｓ）として、流動状態を一定に保つ
ため、次式（２）で表される流動化効率ｅを一定にする
ことが好ましい。
原料金属ケイ素の供給量と反応用流動ガス量の比を一定
にしてスケールアップするのがよい。この場合、流動層
のスケールアップにおいて、空塔基準での流動化開始速
度をＵmf（ｍ／ｓ）、反応に用いる空塔基準での流動ガ
ス線速をＵ0（ｍ／ｓ）として、流動状態を一定に保つ
ため、次式（２）で表される流動化効率ｅを一定にする
ことが好ましい。
【００２５】 ｅ＝（Ｕ0−Ｕmf）／Ｕ0 （２）
【００２６】流動層の反応容積は、塔径の３乗に比例
し、滞留時間を一定にすると原料の供給量、反応量も同
様に塔径の３乗に比例するのに対して、一般的には原料
の造粒粒子及び空塔基準のガス線速を一定にしてスケー
ルアップすると、流動ガスは塔径の２乗に比例するため
流動ガスが不足し、ガス顕熱による除熱量が少なくな
り、反応熱により層内温度上昇が生じ、金属ケイ素の融
着、凝集及び管壁への付着により流動が維持できなくな
る。
し、滞留時間を一定にすると原料の供給量、反応量も同
様に塔径の３乗に比例するのに対して、一般的には原料
の造粒粒子及び空塔基準のガス線速を一定にしてスケー
ルアップすると、流動ガスは塔径の２乗に比例するため
流動ガスが不足し、ガス顕熱による除熱量が少なくな
り、反応熱により層内温度上昇が生じ、金属ケイ素の融
着、凝集及び管壁への付着により流動が維持できなくな
る。
【００２７】ここで、本発明においては、上記流動化効
率ｅを０．２〜０．８の範囲において一定に保つことが
好ましい。また、本発明においては、造粒粒子径と空塔
基準での流動ガス線速とのいずれか一方に応じて他方を
変えるものであるが、この場合、造粒粒子径は反応器の
塔径での反応温度における上記空塔基準での流動化開始
速度Ｕmfに関係し、これは反応に用いる反応器で実験的
に求めることができ、従って造粒粒子径と反応器を用い
て実験的に求められる空塔基準での流動化開始速度Ｕmf
と空塔基準で流動ガス線速Ｕ0とを上記式（２）、或い
はこの式（２）を変形して得られる下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） を満足するような値となるように選定することが好まし
い。
率ｅを０．２〜０．８の範囲において一定に保つことが
好ましい。また、本発明においては、造粒粒子径と空塔
基準での流動ガス線速とのいずれか一方に応じて他方を
変えるものであるが、この場合、造粒粒子径は反応器の
塔径での反応温度における上記空塔基準での流動化開始
速度Ｕmfに関係し、これは反応に用いる反応器で実験的
に求めることができ、従って造粒粒子径と反応器を用い
て実験的に求められる空塔基準での流動化開始速度Ｕmf
と空塔基準で流動ガス線速Ｕ0とを上記式（２）、或い
はこの式（２）を変形して得られる下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） を満足するような値となるように選定することが好まし
い。
【００２８】この場合、上述したように流動化効率ｅを
０．２〜０．８の範囲で選定すると共に、空塔基準での
流動ガス線速Ｕ0を任意に選定し、従ってこの流動ガス
線速Ｕ0から流動化開始速度Ｕmfを満足するように造粒
粒子径Ａを選定するか、あるいは、造粒粒子径を任意に
選定し、これから求められる流動化開始速度Ｕmfから流
動ガス線速Ｕ0を選定することができる。
０．２〜０．８の範囲で選定すると共に、空塔基準での
流動ガス線速Ｕ0を任意に選定し、従ってこの流動ガス
線速Ｕ0から流動化開始速度Ｕmfを満足するように造粒
粒子径Ａを選定するか、あるいは、造粒粒子径を任意に
選定し、これから求められる流動化開始速度Ｕmfから流
動ガス線速Ｕ0を選定することができる。
【００２９】即ち、上記の流動化効率ｅを一定に保ち、
反応用流動ガス量を塔径の３乗に比例して増やす、つま
り空塔基準の流動ガス線速を反応器容積に比例して大き
くすることがよい。上述したように、造粒粒子径を変え
ることにより流動化開始速度は調整することが可能であ
り、造粒粒子径を式（１）から得られる流動化開始速度
Ｕmfを満足するものに変更すればよい。
反応用流動ガス量を塔径の３乗に比例して増やす、つま
り空塔基準の流動ガス線速を反応器容積に比例して大き
くすることがよい。上述したように、造粒粒子径を変え
ることにより流動化開始速度は調整することが可能であ
り、造粒粒子径を式（１）から得られる流動化開始速度
Ｕmfを満足するものに変更すればよい。
【００３０】一方、回分の流動層においても仕込み量は
塔径の３乗に比例し、反応熱も塔径の３乗に比例するた
め、上記の連続法と同様に流動化効率が一定となるよう
に造粒粒子径を調整すればよい。
塔径の３乗に比例し、反応熱も塔径の３乗に比例するた
め、上記の連続法と同様に流動化効率が一定となるよう
に造粒粒子径を調整すればよい。
【００３１】このように造粒粒子径を調整し、流動化効
率を一定にしてスケールアップすることにより、反応熱
を効率的に除去でき、反応性、品質を損なわずに窒化ケ
イ素粉末を工業的規模で安定して製造することが可能と
なる。
率を一定にしてスケールアップすることにより、反応熱
を効率的に除去でき、反応性、品質を損なわずに窒化ケ
イ素粉末を工業的規模で安定して製造することが可能と
なる。
【００３２】
【発明の効果】本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法によ
れば、金属ケイ素造粒粒子を流動層反応器を用いて窒化
する際、反応器を大型化し、量産化を行う場合でも、除
熱量を効果的に調整でき、反応性及びα相／β相比率な
どの品質のバラツキの少ない窒化ケイ素粉末を工業的規
模で安定して製造し得る。
れば、金属ケイ素造粒粒子を流動層反応器を用いて窒化
する際、反応器を大型化し、量産化を行う場合でも、除
熱量を効果的に調整でき、反応性及びα相／β相比率な
どの品質のバラツキの少ない窒化ケイ素粉末を工業的規
模で安定して製造し得る。
【００３３】
【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。
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。
【００３４】〔実施例１〕粒子径３０μｍ以下の金属ケ
イ素粉末にポリビニルアルコールを添加し、押し出し造
粒機を用いて平均粒子径０．４ｍｍに造粒し、１５０℃
で乾燥後、１，３００℃で仮焼したものを原料とした。
この粒子の空隙率は５５％であり、室温下での流動テス
トで流動開始線速Ｕmfは９ｃｍ／ｓであった。
イ素粉末にポリビニルアルコールを添加し、押し出し造
粒機を用いて平均粒子径０．４ｍｍに造粒し、１５０℃
で乾燥後、１，３００℃で仮焼したものを原料とした。
この粒子の空隙率は５５％であり、室温下での流動テス
トで流動開始線速Ｕmfは９ｃｍ／ｓであった。
【００３５】一方、内径８０ｍｍ、均熱長５００ｍｍの
流動層反応器内に予め窒化ケイ素粒子を５００ｇ仕込
み、Ｎ2ガス８ＮＬ／ｍｉｎ、Ｈ2ガス１．７ＮＬ／ｍｉ
ｎを混合したものを反応ガスとして供給し、層高３００
ｍｍの流動層を形成すると共に、反応器を加熱し、流動
層を１，２５０℃に保持した。この流動層に上記窒化原
料を２００ｇ／ＨＲで連続的に供給すると共に、層高が
３００ｍｍに保持されるように窒化生成物を反応排ガス
に同伴して連続的に取り出した。この反応温度換算で空
塔基準のガス線速は１８ｃｍ／ｓであり、流動化効率は
５０％であった。窒化生成物は、反応率７５％、α相率
９５％の安定した品質のものが３００ｇ／ＨＲで得られ
た。
流動層反応器内に予め窒化ケイ素粒子を５００ｇ仕込
み、Ｎ2ガス８ＮＬ／ｍｉｎ、Ｈ2ガス１．７ＮＬ／ｍｉ
ｎを混合したものを反応ガスとして供給し、層高３００
ｍｍの流動層を形成すると共に、反応器を加熱し、流動
層を１，２５０℃に保持した。この流動層に上記窒化原
料を２００ｇ／ＨＲで連続的に供給すると共に、層高が
３００ｍｍに保持されるように窒化生成物を反応排ガス
に同伴して連続的に取り出した。この反応温度換算で空
塔基準のガス線速は１８ｃｍ／ｓであり、流動化効率は
５０％であった。窒化生成物は、反応率７５％、α相率
９５％の安定した品質のものが３００ｇ／ＨＲで得られ
た。
【００３６】〔実施例２〕粒子径３０μｍ以下の金属ケ
イ素粉末にポリビニルアルコールを添加し、押し出し造
粒機を用いて平均粒子径０．９ｍｍに造粒し、実施例１
と同様に乾燥、仮焼したものを原料とした。この粒子の
空隙率は５６％であり、室温下での流動テストで流動開
始線速Ｕmfは３７．５ｃｍ／ｓであった。
イ素粉末にポリビニルアルコールを添加し、押し出し造
粒機を用いて平均粒子径０．９ｍｍに造粒し、実施例１
と同様に乾燥、仮焼したものを原料とした。この粒子の
空隙率は５６％であり、室温下での流動テストで流動開
始線速Ｕmfは３７．５ｃｍ／ｓであった。
【００３７】一方、内径３００ｍｍ、均熱長１８００ｍ
ｍの流動層反応器内に予め窒化ケイ素粒子を２６．３ｇ
仕込み、Ｎ2ガス４２２ＮＬ／ｍｉｎ、Ｈ2ガス９０ＮＬ
／ｍｉｎを混合したものを反応ガスとして供給し、層高
１，１２５ｍｍの流動層を形成すると共に反応器を加熱
し、流動層を１，２５０℃に保持した。この流動層に上
記窒化原料を１０．５ｋｇ／ＨＲで連続的に供給すると
共に、層高が１，１２５ｍｍに保持されるように窒化生
成物を反応排ガスに同伴して連続的に取り出した。この
反応温度換算で空塔基準のガス線速は７５ｃｍ／ｓであ
り、流動化効率は５０％であった。窒化生成物は、反応
率７５％、α相率９５％の安定した品質のものが１５．
７ｋｇ／ＨＲで得られた。
ｍの流動層反応器内に予め窒化ケイ素粒子を２６．３ｇ
仕込み、Ｎ2ガス４２２ＮＬ／ｍｉｎ、Ｈ2ガス９０ＮＬ
／ｍｉｎを混合したものを反応ガスとして供給し、層高
１，１２５ｍｍの流動層を形成すると共に反応器を加熱
し、流動層を１，２５０℃に保持した。この流動層に上
記窒化原料を１０．５ｋｇ／ＨＲで連続的に供給すると
共に、層高が１，１２５ｍｍに保持されるように窒化生
成物を反応排ガスに同伴して連続的に取り出した。この
反応温度換算で空塔基準のガス線速は７５ｃｍ／ｓであ
り、流動化効率は５０％であった。窒化生成物は、反応
率７５％、α相率９５％の安定した品質のものが１５．
７ｋｇ／ＨＲで得られた。
【００３８】〔比較例１〕実施例１で作成した原料造粒
粒子を用いて実施例２の流動条件で反応させた。このと
きの流動化効率は８８％であったが、層内はスラッギン
グとなり激しい流動状態となり、振動が発生すると共
に、層膨張が大きく滞留時間が短くなった。窒化生成物
は、反応率６０〜６６％、α相率９４％、生成量は１
４．０〜１６．０ｋｇ／ＨＲで品質、生成量ともバラツ
キが大きかった。
粒子を用いて実施例２の流動条件で反応させた。このと
きの流動化効率は８８％であったが、層内はスラッギン
グとなり激しい流動状態となり、振動が発生すると共
に、層膨張が大きく滞留時間が短くなった。窒化生成物
は、反応率６０〜６６％、α相率９４％、生成量は１
４．０〜１６．０ｋｇ／ＨＲで品質、生成量ともバラツ
キが大きかった。
【００３９】〔比較例２〕実施例１で作成した原料造粒
粒子を用いて実施例２の流動層反応器を使用し、仕込
量、流動層高、反応温度は実施例２と同じとし、流動ガ
ス線速を実施例１と同じ１８ｃｍ／ｓとするためＮ2ガ
ス１１３ＮＬ／ｍｉｎ、Ｈ2ガス２４ＮＬ／ｍｉｎを混
合したものを反応ガスとして供給し、連続的に反応させ
た。このときの流動化効率は５０％であったが、反応熱
に対して除熱量が不足し、層内温度の上昇が激しく、粒
子同士の融着及び管壁への付着が生じ、運転続行ができ
ず反応開始１時間で停止した。
粒子を用いて実施例２の流動層反応器を使用し、仕込
量、流動層高、反応温度は実施例２と同じとし、流動ガ
ス線速を実施例１と同じ１８ｃｍ／ｓとするためＮ2ガ
ス１１３ＮＬ／ｍｉｎ、Ｈ2ガス２４ＮＬ／ｍｉｎを混
合したものを反応ガスとして供給し、連続的に反応させ
た。このときの流動化効率は５０％であったが、反応熱
に対して除熱量が不足し、層内温度の上昇が激しく、粒
子同士の融着及び管壁への付着が生じ、運転続行ができ
ず反応開始１時間で停止した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福平 正憲 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】 金属ケイ素粉末を造粒した粒子を原料と
し、これを窒素又はアンモニアを含む非酸化性雰囲気に
おいて１，０００〜１，４００℃の温度範囲で流動層を
用いて上記金属ケイ素粉末を窒化し、窒化ケイ素粉末を
製造する方法において、上記造粒粒子径と空塔基準での
流動ガス線速とのいずれか一方に応じて他方を変えるこ
とにより、除熱量を調整することを特徴とする窒化ケイ
素粉末の製造方法。 - 【請求項２】 流動化効率ｅを０．２〜０．８の範囲で
選定すると共に、空塔基準での流動ガス線速Ｕ0（ｍ／
ｓ）を任意に選定し、かつ下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） で与えられる空塔基準での流動化開始速度Ｕmf（ｍ／
ｓ）に対応する値に平均造粒粒子径を選定する請求項１
記載の製造方法。 - 【請求項３】 流動化効率ｅを０．２〜０．８の範囲で
選定すると共に、任意に選定した造粒粒子径に対応する
空塔基準での流動化開始速度Ｕmf（ｍ／ｓ）を用いて、
下記式（１） Ｕmf＝（１−ｅ）Ｕ0 （１） で与えられる空塔基準での流動ガス線速Ｕ0（ｍ／ｓ）
を参照線速として選定するようにした請求項１記載の製
造方法。 - 【請求項４】 原料の造粒粒子の気孔率が３０〜７０％
の範囲である請求項１乃至３のいずれか１項記載の製造
方法。 - 【請求項５】 原料の造粒粒子が球状又は円柱状であ
り、かつその粒子径が０．１〜２ｍｍである請求項１乃
至４のいずれか１項記載の製造方法。 - 【請求項６】 原料の造粒粒子を構成する金属ケイ素粉
末の一次粒子径が４５μｍ以下である請求項１乃至５の
いずれか１項記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30357396A JPH10130006A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30357396A JPH10130006A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10130006A true JPH10130006A (ja) | 1998-05-19 |
Family
ID=17922639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30357396A Pending JPH10130006A (ja) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | 窒化ケイ素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10130006A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102408531B1 (ko) * | 2021-11-25 | 2022-06-14 | 주식회사 첨단랩 | 고인성, 고강도 질화규소 볼 제조방법 |
-
1996
- 1996-10-29 JP JP30357396A patent/JPH10130006A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102408531B1 (ko) * | 2021-11-25 | 2022-06-14 | 주식회사 첨단랩 | 고인성, 고강도 질화규소 볼 제조방법 |
| WO2023096124A1 (ko) * | 2021-11-25 | 2023-06-01 | 주식회사 첨단랩 | 고인성, 고강도 질화규소 볼 제조방법 |
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