JPH1095604A - 高α型窒化ケイ素の製造方法 - Google Patents
高α型窒化ケイ素の製造方法Info
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- JPH1095604A JPH1095604A JP26677796A JP26677796A JPH1095604A JP H1095604 A JPH1095604 A JP H1095604A JP 26677796 A JP26677796 A JP 26677796A JP 26677796 A JP26677796 A JP 26677796A JP H1095604 A JPH1095604 A JP H1095604A
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Abstract
(57)【要約】
【解決手段】 金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで直
接窒化して窒化ケイ素を製造する方法において、第1段
階として、上記金属ケイ素を窒化率50〜90%の範囲
で窒化して中間体を生成し、第2段階として、上記第1
段階で生成した中間体を粉砕し、再窒化することを特徴
とする高α型窒化ケイ素の製造方法。 【効果】 本発明の製造方法によれば、α型の含有率の
高い窒化ケイ素を高窒化率で得ることができる。
接窒化して窒化ケイ素を製造する方法において、第1段
階として、上記金属ケイ素を窒化率50〜90%の範囲
で窒化して中間体を生成し、第2段階として、上記第1
段階で生成した中間体を粉砕し、再窒化することを特徴
とする高α型窒化ケイ素の製造方法。 【効果】 本発明の製造方法によれば、α型の含有率の
高い窒化ケイ素を高窒化率で得ることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属ケイ素から直
接窒化法により窒化率が高くかつα相含有率の高い窒化
ケイ素を得ることができる高α型窒化ケイ素の製造方法
に関する。
接窒化法により窒化率が高くかつα相含有率の高い窒化
ケイ素を得ることができる高α型窒化ケイ素の製造方法
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、
金属ケイ素粉末を直接窒化して連続的に窒化ケイ素粉末
を得る場合、1,150〜1,400℃の温度域におい
て、N2単独又はN2とH2、N2とNH3との混合ガスな
どの雰囲気中で窒化する方法が採用されている。
金属ケイ素粉末を直接窒化して連続的に窒化ケイ素粉末
を得る場合、1,150〜1,400℃の温度域におい
て、N2単独又はN2とH2、N2とNH3との混合ガスな
どの雰囲気中で窒化する方法が採用されている。
【0003】この場合、この窒化ケイ素粉末を用いて高
強度、高密度の窒化ケイ素焼結体を得るためには、窒化
ケイ素の結晶相が高α型であるものが望まれる。
強度、高密度の窒化ケイ素焼結体を得るためには、窒化
ケイ素の結晶相が高α型であるものが望まれる。
【0004】ところで、上記のように金属ケイ素粉末を
直接窒化する場合、一般に、α相は低温反応で、β相は
高温反応で生成し易い。窒化ケイ素粉末を製造する際、
その結晶相に関係なく窒化率のみを高くするには、反応
温度を上げ、反応を加速すればよいが、この方法では反
応に伴う急激な発熱によって温度がより上昇し、α相含
有率の高い窒化ケイ素粉末を得ることが困難になる。ま
たこの場合、急激な温度上昇により、未反応の金属ケイ
素粉末同士が融着し、比表面積が低下することにより、
反応が抑制され、低い窒化率で安定してしまうおそれも
ある。
直接窒化する場合、一般に、α相は低温反応で、β相は
高温反応で生成し易い。窒化ケイ素粉末を製造する際、
その結晶相に関係なく窒化率のみを高くするには、反応
温度を上げ、反応を加速すればよいが、この方法では反
応に伴う急激な発熱によって温度がより上昇し、α相含
有率の高い窒化ケイ素粉末を得ることが困難になる。ま
たこの場合、急激な温度上昇により、未反応の金属ケイ
素粉末同士が融着し、比表面積が低下することにより、
反応が抑制され、低い窒化率で安定してしまうおそれも
ある。
【0005】また、一般に、直接窒化反応においては金
属ケイ素粒子内へのN2の拡散が律速となるが、窒化反
応により金属ケイ素粒子表面に生成した窒化膜自体がN
2の拡散の妨げになり、所定温度に保持しただけでは到
達窒化率は100%には至らず、反応温度に依存した窒
化率で飽和するという問題点があった。
属ケイ素粒子内へのN2の拡散が律速となるが、窒化反
応により金属ケイ素粒子表面に生成した窒化膜自体がN
2の拡散の妨げになり、所定温度に保持しただけでは到
達窒化率は100%には至らず、反応温度に依存した窒
化率で飽和するという問題点があった。
【0006】そのため、α相含有率が高く、しかも高窒
化率の窒化ケイ素の製法が望まれている。
化率の窒化ケイ素の製法が望まれている。
【0007】本発明は、上記要望に応えるためになされ
たもので、α相含有率が高い窒化ケイ素を高窒化率で製
造することができる高α型窒化ケイ素の製造方法を提供
することを目的とする。
たもので、α相含有率が高い窒化ケイ素を高窒化率で製
造することができる高α型窒化ケイ素の製造方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ね
た結果、金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで直接窒化
して窒化ケイ素を製造する際に、まず第1段階として、
上記金属ケイ素を窒化率50〜90%の範囲で窒化して
中間体を生成する反応を行い、第2段階として、上記第
1段階反応で生成した中間体を粉砕し、再窒化する反応
を行うことにより、窒化率が高くかつα相含有率が高い
窒化ケイ素が得られることを知見し、本発明をなすに至
ったものである。
発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ね
た結果、金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで直接窒化
して窒化ケイ素を製造する際に、まず第1段階として、
上記金属ケイ素を窒化率50〜90%の範囲で窒化して
中間体を生成する反応を行い、第2段階として、上記第
1段階反応で生成した中間体を粉砕し、再窒化する反応
を行うことにより、窒化率が高くかつα相含有率が高い
窒化ケイ素が得られることを知見し、本発明をなすに至
ったものである。
【0009】即ち、本発明者らは、このように2段階の
反応、即ち第1段階の窒化反応を窒化率50〜90%の
範囲で行い、窒化反応が平衡化する前に反応を停止させ
て中間体を得、次に、第2段階で上記第1段階で得られ
た中間体を粉砕することにより、窒化膜で覆われた金属
ケイ素が粉砕され、窒化されていない金属ケイ素表面が
さらされ、この状態で金属ケイ素を再度窒化させて窒化
ケイ素を得ることができ、反応性が向上すると共に、通
常の1段反応よりも低温で反応を行うことができ、更
に、特に上記第2段階の反応では金属ケイ素の量も少な
く、反応に伴う急激な発熱により温度が急上昇すること
もなく、反応の制御が十分可能となり、これによりα相
含有率が高く、しかも窒化率も高い窒化ケイ素を得るこ
とができることを見出した。
反応、即ち第1段階の窒化反応を窒化率50〜90%の
範囲で行い、窒化反応が平衡化する前に反応を停止させ
て中間体を得、次に、第2段階で上記第1段階で得られ
た中間体を粉砕することにより、窒化膜で覆われた金属
ケイ素が粉砕され、窒化されていない金属ケイ素表面が
さらされ、この状態で金属ケイ素を再度窒化させて窒化
ケイ素を得ることができ、反応性が向上すると共に、通
常の1段反応よりも低温で反応を行うことができ、更
に、特に上記第2段階の反応では金属ケイ素の量も少な
く、反応に伴う急激な発熱により温度が急上昇すること
もなく、反応の制御が十分可能となり、これによりα相
含有率が高く、しかも窒化率も高い窒化ケイ素を得るこ
とができることを見出した。
【0010】従って、本発明は、金属ケイ素を窒素源を
含む反応ガスで直接窒化して窒化ケイ素を製造する方法
において、第1段階として、上記金属ケイ素を窒化率5
0〜90%の範囲で窒化して中間体を生成し、第2段階
として、上記第1段階で生成した中間体を粉砕し、再窒
化することを特徴とする高α型窒化ケイ素の製造方法を
提供する。
含む反応ガスで直接窒化して窒化ケイ素を製造する方法
において、第1段階として、上記金属ケイ素を窒化率5
0〜90%の範囲で窒化して中間体を生成し、第2段階
として、上記第1段階で生成した中間体を粉砕し、再窒
化することを特徴とする高α型窒化ケイ素の製造方法を
提供する。
【0011】以下、本発明につき更に詳細に説明する
と、本発明の高α型窒化ケイ素の製造方法は、上述した
ように、金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで直接窒化
して窒化ケイ素を得るものであり、この場合、窒化反応
を第1段階、第2段階の2段階反応によって行うもので
ある。
と、本発明の高α型窒化ケイ素の製造方法は、上述した
ように、金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで直接窒化
して窒化ケイ素を得るものであり、この場合、窒化反応
を第1段階、第2段階の2段階反応によって行うもので
ある。
【0012】ここで、本発明の製造方法の原料である金
属ケイ素は、特に制限はないが、一次粒子の状態のまま
でも、押出造粒、プレス成形等により成形して得られる
ものでもよく、その一次粒子の大きさとしては、特に制
限はないが、反応性の点から最大粒子径が100μm以
下、特に50μm以下の粒子径範囲のものが好ましい。
また、造粒して用いる場合、最大2mm以下の粒子径と
して用いることが好ましい。
属ケイ素は、特に制限はないが、一次粒子の状態のまま
でも、押出造粒、プレス成形等により成形して得られる
ものでもよく、その一次粒子の大きさとしては、特に制
限はないが、反応性の点から最大粒子径が100μm以
下、特に50μm以下の粒子径範囲のものが好ましい。
また、造粒して用いる場合、最大2mm以下の粒子径と
して用いることが好ましい。
【0013】また、上記金属ケイ素には、窒化用触媒、
例えば、銅やカルシウム等の金属又はその化合物などを
添加しても差支えない。
例えば、銅やカルシウム等の金属又はその化合物などを
添加しても差支えない。
【0014】一方、金属ケイ素の窒化に使用する反応ガ
スとしては、窒素源を含む反応ガスを用いるものであ
り、例えば、窒素を含む公知の反応ガスが使用し得、窒
素ガス単独、窒素−水素、窒素−アンモニアの混合ガス
などが好適に用いられ、また、これにアルゴンなどの不
活性ガスを加えてもよい。
スとしては、窒素源を含む反応ガスを用いるものであ
り、例えば、窒素を含む公知の反応ガスが使用し得、窒
素ガス単独、窒素−水素、窒素−アンモニアの混合ガス
などが好適に用いられ、また、これにアルゴンなどの不
活性ガスを加えてもよい。
【0015】窒化反応はバッチ方式によっても連続方式
によってもよいが、製造の効率化から連続方式が推奨さ
れ、これに用いる連続炉としては、金属ケイ素粉末を連
続的に供給、反応させ、得られた反応生成物を連続的に
排出し得る流動層窒化炉、移動層窒化炉、ロータリーキ
ルンなどを用いることができる。また、使用する原料金
属ケイ素粉末は、バッチ方式においては一次粒子、造粒
粒子のいずれでもよいが、連続方式では反応器内での付
着・固着を防止するため、造粒粒子を使用することが好
ましい。
によってもよいが、製造の効率化から連続方式が推奨さ
れ、これに用いる連続炉としては、金属ケイ素粉末を連
続的に供給、反応させ、得られた反応生成物を連続的に
排出し得る流動層窒化炉、移動層窒化炉、ロータリーキ
ルンなどを用いることができる。また、使用する原料金
属ケイ素粉末は、バッチ方式においては一次粒子、造粒
粒子のいずれでもよいが、連続方式では反応器内での付
着・固着を防止するため、造粒粒子を使用することが好
ましい。
【0016】本発明においては、まず第1段階の反応と
して、上記金属ケイ素を窒化率50〜90%、より好ま
しくは60〜85%の範囲で窒化して中間体を生成する
ものである。上記窒化率が90%よりも高くなると、次
段階である第2段階の反応が進行しづらくなり、また窒
化率が50%よりも低くなると、第2段階の窒化反応の
負荷が大きくなり、反応熱を低くおさえることができな
くなり、反応を2段に分ける効果が低くなる。
して、上記金属ケイ素を窒化率50〜90%、より好ま
しくは60〜85%の範囲で窒化して中間体を生成する
ものである。上記窒化率が90%よりも高くなると、次
段階である第2段階の反応が進行しづらくなり、また窒
化率が50%よりも低くなると、第2段階の窒化反応の
負荷が大きくなり、反応熱を低くおさえることができな
くなり、反応を2段に分ける効果が低くなる。
【0017】この場合、この第1段階における反応温度
は1,150〜1,400℃、特に1,170〜1,2
50℃とすることが好ましい。
は1,150〜1,400℃、特に1,170〜1,2
50℃とすることが好ましい。
【0018】また、本発明の製造方法の第2段階の反応
では、上記第1段階で生成された中間体を粉砕し、再窒
化する反応を行うものである。中間体形状は、連続方式
では用いた原料粒子形状がそのまま保たれるが、バッチ
方式では、特に一次粒子の金属ケイ素粉末を原料として
使用した場合、凝集、塊状となる。この場合、上記中間
体を粉砕する条件は、特に制限はなく、例えばバッチ式
固定層炉の場合はいくら細かくしてもよく、また連続方
式では粒子の動きを損なわないため、微粉を除去するこ
とが好ましく、粉砕された中間体を60メッシュの篩で
分級し、60メッシュより細かい微粉は連続方式の反応
に供すると、飛散し、反応器内へ固着、析出が生じ、運
転上好ましくないため、第1段階の原料金属ケイ素粉末
に混合して第1段階の反応に供することが好適である。
更に、金属ケイ素中に種粒子として窒化ケイ素を混合す
ると、反応性が向上することは一般的に知られており、
原料のサイクルとしては好ましい形である。
では、上記第1段階で生成された中間体を粉砕し、再窒
化する反応を行うものである。中間体形状は、連続方式
では用いた原料粒子形状がそのまま保たれるが、バッチ
方式では、特に一次粒子の金属ケイ素粉末を原料として
使用した場合、凝集、塊状となる。この場合、上記中間
体を粉砕する条件は、特に制限はなく、例えばバッチ式
固定層炉の場合はいくら細かくしてもよく、また連続方
式では粒子の動きを損なわないため、微粉を除去するこ
とが好ましく、粉砕された中間体を60メッシュの篩で
分級し、60メッシュより細かい微粉は連続方式の反応
に供すると、飛散し、反応器内へ固着、析出が生じ、運
転上好ましくないため、第1段階の原料金属ケイ素粉末
に混合して第1段階の反応に供することが好適である。
更に、金属ケイ素中に種粒子として窒化ケイ素を混合す
ると、反応性が向上することは一般的に知られており、
原料のサイクルとしては好ましい形である。
【0019】このように、中間体を粉砕することによ
り、窒化膜で覆われた金属ケイ素粒子の窒化されていな
い新たな金属ケイ素の表面がさらされることになり、窒
化反応速度が向上するものである。
り、窒化膜で覆われた金属ケイ素粒子の窒化されていな
い新たな金属ケイ素の表面がさらされることになり、窒
化反応速度が向上するものである。
【0020】この場合、上記中間体を粉砕して得られた
粉末の窒化反応温度は1,200〜1,400℃、特に
1,230〜1,370℃とすることが好ましく、1,
200℃より低いと窒化の進行が遅く、1,400℃よ
り高いと金属ケイ素が溶融し、窒化反応が進行しなくな
る場合がある。
粉末の窒化反応温度は1,200〜1,400℃、特に
1,230〜1,370℃とすることが好ましく、1,
200℃より低いと窒化の進行が遅く、1,400℃よ
り高いと金属ケイ素が溶融し、窒化反応が進行しなくな
る場合がある。
【0021】以上の方法で得られる窒化ケイ素は、通
常、そのα相含有率(α化率)は90%以上であり、ま
た窒化率は95%以上である。
常、そのα相含有率(α化率)は90%以上であり、ま
た窒化率は95%以上である。
【0022】
【発明の効果】本発明の製造方法によれば、α型の含有
率の高い窒化ケイ素を高窒化率で得ることができる。
率の高い窒化ケイ素を高窒化率で得ることができる。
【0023】
【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるも
のではない。
的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるも
のではない。
【0024】[実施例1]最大粒子径10μmの金属ケ
イ素30gを横型管状炉に装填し、水素20%を含有し
た窒素雰囲気下で1,230℃で1時間保持し第1段階
反応を行い、窒化率75%、α化率98%の多孔質塊状
中間体を得た。これをメノウ乳鉢にて60メッシュパス
まで粉砕し、1,230℃で2時間保持して窒化させた
ところ、窒化率98%、α化率97%の窒化ケイ素が得
られた。
イ素30gを横型管状炉に装填し、水素20%を含有し
た窒素雰囲気下で1,230℃で1時間保持し第1段階
反応を行い、窒化率75%、α化率98%の多孔質塊状
中間体を得た。これをメノウ乳鉢にて60メッシュパス
まで粉砕し、1,230℃で2時間保持して窒化させた
ところ、窒化率98%、α化率97%の窒化ケイ素が得
られた。
【0025】[実施例2]最大粒子径10μmの金属ケ
イ素30gを横型管状炉に装填し、水素20%を含有し
た窒素雰囲気下で1,200℃で1時間保持し第1段階
反応を行い、窒化率60%、α化率98%の多孔質塊状
中間体を得た。これをメノウ乳鉢にて32メッシュパス
まで粉砕し、1,300℃で2時間保持して窒化させた
ところ、窒化率98%、α化率95%の窒化ケイ素が得
られた。
イ素30gを横型管状炉に装填し、水素20%を含有し
た窒素雰囲気下で1,200℃で1時間保持し第1段階
反応を行い、窒化率60%、α化率98%の多孔質塊状
中間体を得た。これをメノウ乳鉢にて32メッシュパス
まで粉砕し、1,300℃で2時間保持して窒化させた
ところ、窒化率98%、α化率95%の窒化ケイ素が得
られた。
【0026】[実施例3]平均粒子径500μmの窒化
ケイ素ペレット1,000gを、内径80mmの反応
管、底面に分散板(多孔板)、原料金属ケイ素を流動層
内に供給する供給管、生成した窒化物をオーバーフロー
により排出する排出管を備えた流動層反応器に仕込み、
1,230℃まで昇温し、保持した。この際、線速30
cm/sになるように水素20%を含む窒素ガスを分散
板から流し、層内充填物が十分な流動状態を保つように
した。
ケイ素ペレット1,000gを、内径80mmの反応
管、底面に分散板(多孔板)、原料金属ケイ素を流動層
内に供給する供給管、生成した窒化物をオーバーフロー
により排出する排出管を備えた流動層反応器に仕込み、
1,230℃まで昇温し、保持した。この際、線速30
cm/sになるように水素20%を含む窒素ガスを分散
板から流し、層内充填物が十分な流動状態を保つように
した。
【0027】この状態で最大粒子径10μmの金属ケイ
素を造粒、仮焼して作成した平均粒子径500μmの金
属ケイ素ペレットを上記流動層に100g/hrの速度
で連続供給した。窒化された生成物は連続的に平均窒化
率75%で排出管より回収された。
素を造粒、仮焼して作成した平均粒子径500μmの金
属ケイ素ペレットを上記流動層に100g/hrの速度
で連続供給した。窒化された生成物は連続的に平均窒化
率75%で排出管より回収された。
【0028】次いで、この回収された生成物(中間体)
をボールミルで粉砕し、60メッシュ篩上の粉末を上と
同じ設備にて1,300℃で2段目の窒化反応を行った
ところ、平均窒化率98%、α化率96%の窒化ケイ素
が得られた。
をボールミルで粉砕し、60メッシュ篩上の粉末を上と
同じ設備にて1,300℃で2段目の窒化反応を行った
ところ、平均窒化率98%、α化率96%の窒化ケイ素
が得られた。
【0029】[比較例1]第1段階反応の中間体を粉砕
せずに、第2段階反応を行った以外は、実施例1と同様
に窒化ケイ素を製造したところ、窒化率87%、α化率
97%の窒化率が低いものしか得られなかった。
せずに、第2段階反応を行った以外は、実施例1と同様
に窒化ケイ素を製造したところ、窒化率87%、α化率
97%の窒化率が低いものしか得られなかった。
【0030】[比較例2]第1段階反応の中間体の窒化
率を40%にとどめる以外は、実施例2と同様に窒化ケ
イ素を製造したところ、反応熱による発熱、暴走現象が
生じ、得られた窒化ケイ素は、窒化率97%、α化率5
5%のα化率が低いものしか得られなかった。
率を40%にとどめる以外は、実施例2と同様に窒化ケ
イ素を製造したところ、反応熱による発熱、暴走現象が
生じ、得られた窒化ケイ素は、窒化率97%、α化率5
5%のα化率が低いものしか得られなかった。
【0031】[比較例3]第1段階反応の中間体を粉砕
しない以外は、実施例3と同様に窒化ケイ素を製造した
ところ、窒化率85%、α化率97%の窒化率が低いも
のしか得られなかった。
しない以外は、実施例3と同様に窒化ケイ素を製造した
ところ、窒化率85%、α化率97%の窒化率が低いも
のしか得られなかった。
Claims (4)
- 【請求項1】 金属ケイ素を窒素源を含む反応ガスで直
接窒化して窒化ケイ素を製造する方法において、第1段
階として、上記金属ケイ素を窒化率50〜90%の範囲
で窒化して中間体を生成し、第2段階として、上記第1
段階で生成した中間体を粉砕し、再窒化することを特徴
とする高α型窒化ケイ素の製造方法。 - 【請求項2】 一次粒子径が最大100μm以下の金属
ケイ素粉末をそのまま又は最大2mm以下の粒子径に造
粒して用いる請求項1記載の高α型窒化ケイ素の製造方
法。 - 【請求項3】 窒化設備が金属ケイ素を粉末状で連続的
に供給、反応させ、反応生成物を連続的に排出する流動
層窒化炉、移動層窒化炉又はロータリーキルンである請
求項1又は2記載の高α型窒化ケイ素の製造方法。 - 【請求項4】 粉砕された中間体を60メッシュの篩で
分級し、60メッシュより細かい中間体の粒を第1段階
で使用する金属ケイ素に混合して用いる請求項1,2又
は3記載の高α型窒化ケイ素の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26677796A JPH1095604A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 高α型窒化ケイ素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26677796A JPH1095604A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 高α型窒化ケイ素の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1095604A true JPH1095604A (ja) | 1998-04-14 |
Family
ID=17435557
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26677796A Pending JPH1095604A (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 高α型窒化ケイ素の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1095604A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8123980B2 (en) | 2006-05-19 | 2012-02-28 | Mitsubishi Chemical Corporation | Nitrogen-containing alloy and method for producing phosphor using same |
JP2012511490A (ja) * | 2008-12-13 | 2012-05-24 | アルツケム・トロストベルク・ゲーエムベーハー | 高純度窒化ケイ素の製造方法 |
JP2014503459A (ja) * | 2010-12-22 | 2014-02-13 | スチュラー ソーラー ゲーエムベーハー | るつぼ |
CN110357051A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-10-22 | 南昌大学 | 一种单晶α相氮化硅纳米晶须的制备方法 |
-
1996
- 1996-09-17 JP JP26677796A patent/JPH1095604A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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