JPS60235707A - 複合微粉末の製造方法 - Google Patents

複合微粉末の製造方法

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JPS60235707A
JPS60235707A JP59091353A JP9135384A JPS60235707A JP S60235707 A JPS60235707 A JP S60235707A JP 59091353 A JP59091353 A JP 59091353A JP 9135384 A JP9135384 A JP 9135384A JP S60235707 A JPS60235707 A JP S60235707A
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喬 鈴木
Takamasa Kawakami
川上 殷正
Goji Koyama
剛司 小山
Masami Orisaku
織作 正美
Hiromasa Isaki
寛正 伊崎
Rieko Nakano
里愛子 中野
Akira Mori
晃 森
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は窒化珪素と炭化珪素とからなる複合機(但し式
中R′〜R′はそれぞれ水素、アルキル基。
アリル基、フェニル基等を示し、nは3又は4である)
で示されるシラザン化合物を気相で反応することを特徴
とする窒化珪素と炭化珪素とからなる複合微粉末の製造
方法に関する発明である。
窒化珪素や炭化珪素等の非酸化物系セラミックスはアル
ミナを中心とする酸化物系セラミックスに比べて高温強
度や耐熱衝撃性等の高温特性に優れているので、その製
造方法及びその応用に関する研究が最近盛んに行われて
おり、高温で作動させるガスタービン、ジーゼルエンジ
ン、熱交換器等の耐熱構造材料等の高温材料にその用途
が拓けつつある。
高温材料としての炭化珪素は高温での耐酸化(11や強
度特性及び熱伝導度が優れている。また窒化l1素は耐
熱衝撃性、熱膨張係数、破壊靭性等が優れている。その
為に両者の長所を取り入れた親思、材料としての複合セ
ラミ’)クスの開発が最近進められている。
この様な窒化珪素や炭化珪素は主として焼結により加工
成形されるが、高密度の焼結体を得る為の重要な因子と
しては、出発原t1の組成、線用。
結晶型9粒子径1粒子の形状等があげられる。
非酸化系のシリコン系セラミックスは一般にツu焼結性
であり、このため焼結特性が優れた原$21粉末として
はサブミクロン級の粒子径を有し、均一なことが特に必
要である。
従来、窒化珪素単品の主な製法としては下記の方法が知
られている。
(1)金属珪素粉末を窒素またはアンモニアガス中で高
温に加熱して窒化する方法。
(2)珪素粉末とカーボッとの混合物を窒素中で高温に
加熱して還元と窒化とを同時に行う方法。
(3)審温または低温で四塩化珪素とアンモニアを反応
させ、生成したシリコンアミドあるいはシリコンイミド
を分離した後窒素またはアンモニア雰囲気中で高温に加
熱するアミドあるいはイミドの熱分解法。
(4)四塩化珪素とアンモニアとを高温で気相反応さセ
る方法。
しかし、これらの方法はそれぞれ次の様な解決すべき問
題点を有している。
+1.1については、現在工業的に用いられている方法
ではあるが、この方法では微細な粉末が得難く。
この方法で得た生成物は、これを長時間粉砕する必要が
ある。このため原料Si中に含まれているFe。
Ca、^11等の不純物が窒化後も残ったり、粉砕過程
で不純物が混入する。
(2)の方法は、原料として充分精製したシリカ粉末及
びカーボン粉末を用いる必要があるばかりでなく、得ら
れる生成物はα型Si3N4 、 β型Si3N4 。
酸窒化珪素等の混合物であり1粒径及び粒径のバラツキ
を小さくする事が困難である。
(3)の方法には液相法と気相法とがあるが、いずれの
方法もシリコンアミドやシリコンイミドと共に大量の塩
化アンモニウムが副生ずる。このため生成物の分離や熱
分解工程における塩化アンモニウムを除去するわずられ
しさや腐食あるいは溶媒使用に依る不純物の混入が起こ
りやすい。
また、シリコンアミドやシリコンイミ1を熱分解して得
られる粉末の粒径や結晶型は、微小粒子にしたり、整っ
た等軸的な粒状粒子とするには限界がある。
これらの中では(4)の気相法が高品質の物が得られる
と言われている。しかしながら四塩化珪素とアンモニア
の反応が速いため各原料ガス供給管の出口部分でも反応
が起こり、出口部分が閉塞されてしまい長期の連続運転
が出来なくなるばかりでなく+31の方法と同様に副生
ずる塩化アンモニウムを除去する煩わしさや、装置の腐
食対策等を講しなければならない。
更には塩化アンモニウムを完全に除去したとしても微量
の塩素は除去し難く、以後の結晶化工程において窒化珪
素が8品化したり、結晶型が剣状になったりして焼結せ
しめる際にも悪影響を及はすようになる。
また、従来炭化珪素単味の主な製法としては下記の方法
が知られている。
(1)珪石(Si02)とコークス(C)を混合してア
チソン炉で加熱する方法。
(2)金属珪素粉末と炭素粉末の固相反応法。
(3)シリカ粉末と炭素粉末との固相反応法。
しかし、いずれの方法も原料中に不揮発性の金属不純物
などが含有されているために、これが製品中に*縮し゛
ζ雨積されたり、あるいは粒径のバラツキを小さくする
ことが困難である等の欠点があった。
以上のような製法で得られた窒化珪素や炭化珪素の各単
品の粉末は1通常知られたホットプレス。
常圧焼結9反応焼結などの各種の方法で成形、焼結され
るが、前記のような窒化珪素と炭化珪素の両者の長所を
取り入れた複合焼結体の製法も種々検討されており1例
えば1次の様な製法が知られている。
(1)窒化珪素と炭化珪素粉末を機械的に混合してホッ
トプレスなどで成形、焼結する方法。
(2)反応焼結的な手法を用いζ、あらかしめ炭化珪素
と珪素の混合物を成形後、窒化反応を行わせて窒化珪素
質を生成させたり、窒化珪素と炭素の混合物を成形後、
珪素を浸透させて炭化珪素質を生成させる方法。
(3)有機珪素ポリマーを原料とし、これに珪素粉末を
加えて、直接あるいは熱処理した後成形し、窒化反応を
行わせて、炭化珪素質と窒化珪素質を生成させる方法。
しかしながら、これらの試みは通常の原料粉末を用いた
のでは1粒径、形状などの粒子特性のほかに混合程度を
上置に制御し、各成分を均一に混合することに限界があ
ること、また機械的粉砕。
混合により不純物が混入しやすいので、好ましい焼結体
が得られない欠点がある。また1反応焼結的な手法でも
多孔質化や、工程、操作が複雑になったり、あるいは組
成の均一性にも限界があることから好ましい焼結体が得
られない等の欠点がある。
本発明者等は、高温特性に優れた窒化珪素と炭化珪素の
複合系焼結体を得るべく窒化珪素と炭化珪素の微粉末の
合成法について種々の方法を鋭意研究を行った。
その結果、特定の有機珪素化合物を気相で反応−〇しめ
る際の反応条件を制御して、窒化珪素と炭化珪素との複
合微粉末を得ることにより、前記の様な高温特性に優れ
た焼結体が得られることを見出して本発明を完成するに
至った。
即ち9本発明は、一般式が(R’R’R’Si% NR
又は+R’R’5i−NRJ−+n (但し式中R’〜
R″はそれぞれ水素、アルキル基、アリル基、フェニル
基等を示し、nは3又は4である)で示されるシラザン
化合物を気相で反応するどとを特徴とする窒化珪素と炭
化珪素とからなる複合微粉末の製造方法に関するもので
ある。
本発明方法によれば、1ミクロン以下の微粒子オーダー
で窒化珪素と炭化珪素を均一に含む複合微粉末が容易に
得られる。
次に本発明について詳述する。
本発明において、原料として用いるSi、N、C及び哨
からなるシラザン化合物としては、一般式が。
(R’ R’RJS+% NR”iたは+R’R25i
−NR’すn (式中R′〜1はそれぞれ水素、アルキ
ル基、アリル基、フェニル基等を示し、nは3または4
である)で表される化合物であり5例えば(’IS t
 (csj)−1)a〜H1(((’3)J 5L)2
〜H,〔(C1−IJ) SL)よdcH3、(((s
z =CH)阻(cps)λ〕々H1((CHi)J、
5i−usj3.−FSCcs3ン2 Sb−” (H
」υ 等である・これらの原料は必要に応じて2種以上
を混合して用いてもよく、また炭化水素類を共存させて
も良い。
これらの原料の反応帯への供給は、原料が常温で液体や
固体状の場合、均一な反応を速やかに実施シフ、所望の
複合粉体を得るために7例えば適当な間接加熱等の手段
により一旦ガス化させた後に行う事が重要である。
また、実施例で示す様に原料をNHJ、 112.N、
、。
Ar、 He、等の非酸化性ガスに同伴させるごとによ
り、原料分圧の調節や供給速度を制御して行うこともで
きるのみならず5同伴させるNH3,Ila、 N)、
^r、 He、等の非酸化性ガスの選択やその混合比に
より生成粉体の組成(SiC、5iJl比)を任意にコ
ントロールすることが可能である。
例えばSi、Nyの割合を多くしたい場合には、Nil
や11.の量を増加させるのが有効であるが、珪素化合
物の種類や濃度3反応温度9反応時間等に依ってその必
要量が異なってくる。
反応帯における原料ガスの分圧及び反応時間は生成物の
粒径や形状及びSTY等により決定されるが9例えば分
圧は0.001〜数atm好ましくは0.01〜0.5
 atmである。
反応時間は一般的には120〜0.05secであり、
好ましくは60〜0.1 secである。
これらの値より反応分圧が小さがったり9反応時間が長
くなる場合は1反応装置が不必要に大型化して工業的に
は不利となり、逆にこれらの値より反応分圧が大きかっ
たり5反応時間が短くなる場合は実質的に反応が進行し
ない場合があるので好ましくない。
また1反応温度は一般的には600〜1600℃の範囲
であり、好ましくは800〜1500’Cである。温度
が600℃より低い場合には反応が十分に進行〜仕ず珪
素の窒化物及び炭化物の生成率が低く、逆に1600℃
を超える場合には多大のエネルギーを要するので経済的
でない。
本発明方法の具体的な実施手段としては2例えば原料で
ある有機珪素化合物を予めガス化セしめて必要な場合に
はアンモニア及び非酸化性ガスである11よ、N、2.
等と十分に均一に混合したのち、外部加熱式反応管に導
入する。
反応管゛は空塔あるいは充填塔式の流通型が用いられる
が、ガスの流れが脈動あるいは乱流状にならず、熱的に
も均一性が保たれる様な構造とすることが生成複合微粉
末の均一性に重要である。
珪素の窒化物と炭化物を含む生成ガスは冷却されて捕集
装置へ導入されるが1本発明に用いられる捕集装置は特
に制約はなく1通常用いられている充填層形式や濾過方
式の集塵機、電気集塵機。
サイクロン等を適宜用いることができるが、生成ガス中
に腐食性ガスの塩化水素や5oo℃以下に冷却されると
固体となって析出する塩化アンモニウムなどが含まれて
いないため、従来の様な高級材質を用いたり、塩化アン
モニラを除去するための処理装置を必要としないので経
済的な捕集方式を選択できる。
得られた複合微粉末は図面の写真が示す様にいずれも1
ミクロン以下の粒径を持つものであり。
しかも均一な粒度分布を持つものである。
以下に本発明を実施例によって更に詳しく説明するが2
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1〜4 電気炉中に設置された内径25111.長さ700 a
mの高純度アルミナ質反応管と反応管出口部に取りつけ
た反応生成物捕集器とからなる装置を用い所定の反応温
度に保持した。
シラザン化合物をガス化したのち、アンモニアや非酸化
性ガスであるN2または115ガスと予め良く混合し1
反応前人口部から吹込み反応させた。
捕集器に捕集された微粉末は、いずれも1ミクロン以下
の粒子径を有し且つ等軸状の均一な微粒子であった。実
施例3で得られた捕集微粒子の走査電子顕微鏡写真を図
1に示した。
次にこの生成物を不活性雰囲気下で高純度アルミナ管に
充填して、アルゴン雰囲気下、1500°Cに加熱され
ている電気炉中で2時間熱処理を行った。
反応条件と得ら株た粉末の分析結果を表1に示したが、
いずれもX線的に、β−3iCとα−5+JNダ成分だ
けであった。また、螢光X線分析で不純物を測定したと
ごろ、 Fe、AI 、Ca 、Kaの含有量はそれぞ
れ10ppm以下及びC1の含有量は1100pp以下
であった。
表 1
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例3の方法で得られた複合微粉末の
走査順@鏡写真を示す。 特許出願人 三菱瓦斯化半株式会社 代表者 長野和吉 図1 手続補正書(自発) 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭和59年特許願第91353号 2、発明の名称 複合微粉末の製造方法 3、補正する者 事件との関係 特許出願人 明細書 5、補正の内容 第3頁第6行の「珪素粉末」を「シリカ粉末」と手続補
正書く方式) %式% 2ヒ1発明の名称 複合微粉末の製造方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸の内皿丁目5番2号昭和59年
7月31日 5、補正の対象 明細書 6、補正の内容 「4、図面の簡単な説明」を次の通り補正する。 [図1は複合微粉末の粒子の構造を図面により示方法で
得られた複合微粉末の粒子の構造を示す走査顕微鏡写真
である。」 丁 続 補 正 書 昭和60年5月10 El 特許庁長官殿 2、発明の名称 複合微粉末の製造方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都千代田区丸の内−i、 1− [I 5番
2号名称 三菱瓦斯化学株式会社 代表者 長野和店 4、代理人 住所 東京都千代田区丸の内皿、丁115番2℃5 補
正の対象 0)特許請求の範囲 別紙の通り。 (2)明細書第1真下から第5行目の「フェニル基」を
[フェニル基、メチルアミノ基」に補正する。 (3)明細書第8頁第2行目の「フェニル基」を[フェ
ニル基、メチルアミノ基」に補正する。 (4)明細書第8真下から第6行目の「フェニル基」を
「フェニル基、メチルアミノ基Jに補正する。 (5)明細書第8頁下から第3行目の1〜等である。−
を「〜または、次の様な構造式で示される珪素トの置換
基としてメチルアミノ基を有する6員環状のトリス(N
メチルアミノ)トリーN−メチル−シクロトリシラザン
等である。」C](3 (6)明細書第12頁第2行目の1実施例1〜4」を「
実施例1〜G」に補正する。 (力明細書第12頁の1表11を次の様に補正する。 特許請求の範囲 「一般式が(R’R”R35i) NR’、またはモR
’R”5i−NR’)、、((すし式中pl、R4はそ
れぞれ水素、アルキル基、アリル基、ノエニル基、メチ
ルアミノ基等を示し、nは3または4である)で示され
るシラザン化合物を気相で反応することを特徴とする窒
化珪素と炭化珪素とからなる複合微粉末の製造方法」

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一般式が(R1R2R3Si)2NR4、又は−(R1
    R2Si−NR3)−n((Ill、式中P′〜R7は
    それぞれ水素、アルキル基。 アリル基、フェニル基等を示し、nは3又は4である)
    で示されるシラザン化合物を気相で反応することを特徴
    とする窒化珪素と炭化珪素とからなる複合微粉末の製造
    方法
JP59091353A 1984-03-22 1984-05-08 複合微粉末の製造方法 Granted JPS60235707A (ja)

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JP59091353A JPS60235707A (ja) 1984-05-08 1984-05-08 複合微粉末の製造方法
US06/712,036 US4594330A (en) 1984-03-22 1985-03-15 Fine amorphous powder and process for preparing fine powdery mixture of silicon nitride and silicon carbide
DE19853510264 DE3510264A1 (de) 1984-03-22 1985-03-21 Amorphes feinteiliges pulver und verfahren zur herstellung einer feinteiligen pulvermischung aus siliciumnitrid und siliciumcarbid

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