JPS60260409A - α型窒化ケイ素微粉末の製造方法 - Google Patents

α型窒化ケイ素微粉末の製造方法

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JPS60260409A
JPS60260409A JP11757284A JP11757284A JPS60260409A JP S60260409 A JPS60260409 A JP S60260409A JP 11757284 A JP11757284 A JP 11757284A JP 11757284 A JP11757284 A JP 11757284A JP S60260409 A JPS60260409 A JP S60260409A
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JP
Japan
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zirconium
powder
silicon oxide
silicon nitride
silicon
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Pending
Application number
JP11757284A
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English (en)
Inventor
Tadanori Hashimoto
橋本 忠紀
Kazuhiko Nakano
和彦 中野
Norio Matsuda
憲雄 松田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/068Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
    • C01B21/0685Preparation by carboreductive nitridation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

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α型窒化ケイ素(α−3isN+)微粉末の製
造刃′法に関し、高品位で微細なα型窒化ケイ素微粉末
を収率よく得る製造方法を提供するものであ・る。
窒化ケイ素は耐熱性、高温強度にすぐれており焼結体と
して高強度耐熱材料、高精密耐摩耗性材料とルで、ジー
ゼル、ガスタービン等の熱機関の高温化、軽量化、高効
率化が実現出来る材料として期待されている。これら焼
結体の熱的、機械的性質は焼結体原料の性状に依存する
 ゛ところが大きく、1μm以下の球状に近い形状で粒
径分布のシャープな高品位のα型窒化ケイ素微粉末の安
価な供給が望まれている。
窒化ケイ素の合成法としては (i)金属ケイ素の直接窒化法 8Si + 2N!→5iaN4 0) 酸化ケイ素の還元窒化法 8510g+6C+2Ng→Si 8N4 + 5 C
O―) シラン又は四塩化ケイ素等を用いる気相合成法 8SiHa+ 4NHs→5isN4+12HzaSi
C1a+16NHs−+5isN4+12NH4CI(
め シリコンジイミド、シリコンテトラアミド等の熱分
解法 8 Si (NH) g −+Si lN4 + 2N
Hs8Si(NE(g)4→5 i lN4−1− f
3mM等が知られている。
しかしながら、(i)の方法は金属ケイ素粉末と窒素ガ
スとの直接反応における発熱が激しく、反応の制御が難
しいことならびに窒化反応が金属ケイ素表面から進むた
め窒化ケイ素の微粉末を合成するには、微粉末の金属ケ
イ素を原料として使用するか場合によっては生成した窒
化ケイ素粉末を粉砕により微粉末化する必要がある等の
欠点がある。(=)、 (inの方法は高純度の微粉末
が得られ易いという特徴はあるが、得られる粉末が一般
に100〜200Aの非常に細かい非晶質窒化ケイ素微
粉末であり、このままでは焼結体原料として使いこなす
のが難しく、従って通常この粉末をさらに窒素を含むガ
ス雰囲気下で1,800〜1,500℃の温度で加熱処
理して結晶化させているが、α型窒化ケイ素比率の高い
粉末が得られに<<、粒子形状を制御しにくいと共に、
コスト的に高くつく等の欠点がある。
(nンの方法はこれらの方法の中では原料が比較的安価
に入手出来ること、反応操作が比較的容易であること、
装置を腐食したり爆発等の危険性ある原料を用いないこ
とおよびα型窒化ケイ素比率の高い窒化ケイ素が得られ
易いことなど工業的に有用な方法である。しかし、この
方法は原料として十分精選された酸化ケイ素微粉末およ
び炭素粉末を用いても、通常数μmの大きさの粒子しか
得られず、場合によっては針状結晶や棒状の結晶が混在
し、粒径1μm以下の球状に近い形状をもつ均一なα型
窒化ケイ素微粉末が容易には得られないという問題と、
原料中の炭素/酸化ケイ素比率が小さい場合には、窒化
反応率が低く未反応酸化ケイ素が残るという問題があり
、これらの問題は粒径の大きな酸化ケイ素粉末を用いる
程顕著になるという欠点があり、より安価にα型室化ケ
イ素微粉末を得るための大きな障壁となっていた。
これらの欠点を解決するfこめに触媒として、鉄、マン
ガン、マグネシウム等の酸化物を添加し窒化反応を高め
る方法(窯業協会誌 vol 85[11] 1977
年P、587〜542参照)が提案されている。しかし
、ここに窒化反応を促進する物質としてあげられている
酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、二酸化マ
ンガン、酸化コバルト、酸化クロムおよび五酸化バナジ
ウムを触媒として添加しても、窒化率は向上するが、生
成する窒化ケイ素の粒子径は通常数μmで、かつ針状結
晶や棒状結晶が混在する。この傾向は酸化ケイ素の粒子
径が大きくなる程著しい。また、酸化鉄、二酸化マンガ
ン、酸化コバルト、酸化クロムの添加ではSiCが共に
生成しやス<、五酸化バナジウムの添加ではβ型値化ケ
イ素が生成し易い。すなわち、ここで述べられているよ
うな物質は、窒化反応を促進させる触媒としては効果が
あるが、生成する窒化ケイ素粒子の粒径や形状の制御と
いう点では問題があり、球状の微粉末を生成させるとい
う目的には殆んど効果がない。
酸化ケイ素の還元・窒化反応においては、より安価に得
られる粗粒の酸化ケイ素粉末を原料に用い、炭素/酸化
ケイ素比率が反応当量に近い条件で、還元・窒化反応を
行なうことが出来ればより安価な窒化ケイ素粉本が合成
出来る。
従って、窒化反応を促進しかつ生成する値化ケイ素四子
の粒径、形状を制御出来るような触媒の探索は重要であ
る。ま1こ、反応に用いる触媒は生成する窒化ケイ素粉
末中に残らない物質もしくは残っても焼結の際の助剤の
役目をするとか、その焼結体強度を劣化させないような
物質が望ましい。
本発明者らは、このような実情に鑑み、種々検討を進め
た結果、上記酸化ケイ素の還元・窒化法において触媒と
してジルコニウムまtこはその化合物を添加すると、使
用する酸化ケイ素の粒径の大小にかかわらず窒化率が高
く球状に近い粒子形状をもつ均一なα型窒化ケイ素微粉
末が収率よく得られることを見出し本発明に到達した。
すなわち、本発明は酸化ケイ素粉末1重量部、炭素粉末
0.4〜4重量部にジルコニウム又はその化合物のうち
少なくともいずれか1種を0.001〜0.1重量部(
ジルコニウム元素換算)添加した混合粉末を窒素を含む
雰囲気中で加熱し、酸化ケイ素を還元・窒化反応させる
ことを特徴とするα型窒化ケイ素(α−5isN4)微
粉末の製造方法を提供するものである。
本発明について以下に詳述する。
本発明において酸化ケイ素粉末1重量部に対して炭素粉
末の添加量が0.4重量部より少ないと還元・窒化反応
式8510g+6C+ 2重g→5iaN4十6COに
おいて反応当量より少なくなり未反応5iCh が残留
する。−万、4重量部より多く加えると、反応収率が低
下すると共に未反応炭素が多くなりその除去がやっかい
かつコスト的にも高くつく、従っ5て炭素粉末の添加量
としては0、4〜4重麓部が好ましくより好ましくは0
.6〜1.2重−承部である。
ジルコニウムまたはその化合物としては、金属ジルコニ
ウム、ケイ化ジルコニウム、フッ化ジルコン酸カリウム
、四塩化ジルコニウム、塩化ジルコニル、ケイ酸ジルコ
ニウム、酸化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、硫酸ジ
ルコニル、硝酸ジルコニウム、硝酸ジルコニル、四フ、
フ化ジルコニウム、ジルコニウムブトキシド等、のアル
コキシド化合物、炭化ジルコニウム、窒、化ジルコニウ
ム等を用いることが出来る。通常、原料の酸化ケイ素粉
末、炭素粉末、ジルコニウムまたはそれらの化合物は、
混合をより均一にするため水を加えて湿式ボールミルで
混合中れることが多いので、上記ジルコニウムまたは−
の化合物の中でも水溶性のジルコニウム化合物を用いる
万がより適当である。 、 また、上に列挙した物質を単独で添加しても、2種類以
上添加してもよいが、その添加量としてはジルコニウム
元素の重量換算で酸化ケイ素粉末1重量部に対し、0.
001〜0.1重量部の範囲であることが望ましい。0
.001重量部以下の添加量では窒化反応、の促準およ
び生成するα−5iaN4 の微粒化に殆んど効果がり
<、一方0[1重量部以上では生成したa −5iaN
4中にZrが多量含有されることになる。より好ましい
添加量としては0.005〜0.08重量部の範囲であ
る。
これらの混合物を窒素を含む雰囲気中で加熱処理し、還
元・窒化反応ふせるが、その雰囲気ト1. テN2 、
 NHa 、 Ng −N2 、 N2−Ar等の窒素
を含有した反応ガス系を使用することが出来る。加熱処
理温度は1,800〜1,500℃、好ましくは1.8
50〜l、 450℃の範囲が選餉出来る。1,800
℃以下では窒化反応が十分進まず、1500℃以上では
β−8isN4の比率が増えると共に、SiCの生成も
生じてくるので好ましくない。
さらに、残存している炭素の除去を目的として酸化性答
囲気中で加熱処理を行なうのが好ましく、その温度とし
ては一般には600〜800℃の範囲が適当である。
以上、・述べたように本発明は酸化ケイ素粉末、炭素粉
悉にジルコニウムまたはその化合物を添加し工混合し、
得られた混合物を窒素を含む雰囲気中で加熱処理するも
のであり、本方法により、使用する酸化ケイ素粉末の粒
径の大小にかかわらず、炭素/酸化ケイ素比率0.4〜
4重量比の範囲で、窒素含有率およびα−5i sN4
含肴率の高い、球状に近い粒子形状をもつ均一なα型窒
化ケイ素微粉末を工業的に有利に得ることが出来る。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが本発明
はこれに限定されるものではない。
実施例1 酸化ケイ素粉末として、市販石英砂粉末(中心粒径10
 p m 、 BET比表面積1. On?/f )を
用いた。炭素粉末はアセチレンブラック粒状品を用いた
。触媒としてのジルコニウム源にはZrO(NOs )
g −2HgOを用いた。
これらの粉末を表1に示す組成割合で湿式ボールミルを
用いて混合した後、乾燥させ、S iogを還元・窒化
させた。得られた粉末をさらに空気中で800°C4時
間加熱処理し、未反応Cを燃焼除去して5iaN4粉末
を得た。
このようにして合成しTこそれぞれの5iiN4粉末に
ついて平均粒径、N含有率、α−5isN4含有率CX
11図折図からめた)を測定し、その値を表1に示した
実施例2 酸化ケイ素粉末として日本アエロジル社のアエロジル2
00(中心粒径12 nm、 BET比表面積200r
r?/l)を用いた以外は実施例1で用いたと同じ粉末
を用い実施例1の操作に従って5isN4粉末を合成し
た。それぞれの粉末について平均粒径、N含有率、a−
3isN4含有率を表1にあわせて示した。
比較例1 実施例1で使用したと同じ粉末を用い、触媒として硝酸
ジルコニルを添加せずに、実施例1の操作に従って5i
sNa粉末を合成した。
得られた粉末の平均粒径、N含有率、a−8isNa含
有率を表1にあわせて示した。
比較例2 実施例2で使用したと同じ粉末を用い、触媒として硝酸
ジルコニルを添加せずに、実施例1の操作に従って33
 sNa粉末を合成した。
得られた粉末の平均粒径、N含有率、α−8i gN<
含有率を表1にあわせて示した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)酸化ケイ素粉末1重量部、炭素粉末0.4〜4重量
    部に、ジルコニウムまたはその化食物、をジルコニウム
    元素重量に換算して0.001〜0.1重量−添加し、
    窒素を含む雰囲気中で加熱処理して酸化ケイ素を還元、
    輩累反応させることを特徴とするa型室化ケイ・素微粉
    末の製造方法。 2)ジルコニウム化合物がケイ化ジルコニウム、酸化ジ
    ルコニウム、硫酸ジルコニウム、硫酸ジルコニル、塩化
    ジルコニウム、塩化ジルコニル、ケイ酸ジルコニウム、
    硝酸ジルコニウム、硝酸ジルコニル、フッ化ジルコニウ
    ム、ジルコニウムブトキシド、炭化ジルコニウムおよび
    窒化ジルコニウムから選ばれた1種または2種以上の化
    合物である特許請求の範囲第1項記載のα型窒化ケイ素
    微粉末の製造方法。
JP11757284A 1984-06-07 1984-06-07 α型窒化ケイ素微粉末の製造方法 Pending JPS60260409A (ja)

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US06/921,808 US4724131A (en) 1984-06-07 1986-10-20 Method for producing α-form silicon nitride

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