JPS608967B2 - 窒化珪素を製造する方法 - Google Patents

窒化珪素を製造する方法

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JPS608967B2
JPS608967B2 JP4171178A JP4171178A JPS608967B2 JP S608967 B2 JPS608967 B2 JP S608967B2 JP 4171178 A JP4171178 A JP 4171178A JP 4171178 A JP4171178 A JP 4171178A JP S608967 B2 JPS608967 B2 JP S608967B2
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JP
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silicon nitride
halogenated
sih
ammonia
dichloroethylene
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JP4171178A
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公彦 佐藤
邦彦 寺瀬
進 八馬
幸則 太田
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AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
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【発明の詳細な説明】 本発明は窒化珪素を製造する方法、特に新規な溶媒を用
いた湿式法による窒化珪素の製造方法に係るものである
窒化珪素は耐熱性及び耐食性に優れ、その焼結体は各種
のタービンブレードや高温にさらされるノズル等にその
用途が拓けつつある。
従来、窒化珪素の工業的製造としては、気体状のSIC
14とアンモニアとを酸素を遮断した雰囲気中において
900〜16000Cの高温下で一定時間反応せしめる
方法がとられてきた。
この方法によると、焼絹性のよい粉末状の窒化珪素(S
i3N4)が得られる利点がある反面、高温雰囲気での
反応となり、しかもこの条件下では一般に徴量の不純物
の存在が一般に。
晶を競縞体である8晶への転位を促進する効果を有する
為、反応器の材質や反応操作等にかなりの制限を受け、
一般に比較的コストの高い方法とならざるを得ない。他
方、かかる高温を用いない方法もいくつか提案されてい
る。
例えば、N−へキサン又はベンゼンを溶媒としてSIC
14とアンモニアとを液相中で反応させる方法(米国特
許第3959446号明細書参照)や、SIC14を液
体アンモニア中で反応せしめる方法(窒化珪素に関する
研究、無機材質研究所研究報告書第13号1977科学
技術庁)などが提案されている。しかしながら前者の方
法は、溶媒が引火性で危険を伴なうこと及び、反応は−
1000〜5℃と比較的低温で実施せねばならず、この
種の反応はかなりの発熱を伴なう為、かかる温度に保持
するには比較的高価で強力な冷却設備を要する欠点があ
る。
又、後者の方法は、液体アンモニア中での反応である為
、通常−40〜一6000に保持せねばならず、強力な
冷凍緩か必要となり、何れの方法も製造コストがかなり
高くなることが避けられない。
本発明者は、これらの点に鑑み、比較的安価且容易に高
純度の窒化珪素を温式法により製造する手段を見出すべ
く種々研究、検討した結果、或る特定の溶媒を採用し、
SIC14とアンモニアとをかかる溶媒中において反応
せしめる場合には、従来法の如き低温を採用することな
〈窒化珪素を製造し得る事を見出し、更には、SICい
まかりでなく、SiHC夕3 ,SiBr4,SiHB
r3,Sj14,SiH13,SiH2Br2,SiH
212,SiH31等の他のハロゲン化された無機性珪
素化合物を原料としても同様に製造し得る事を見出した
。かくして本発明は、ハロゲン化された無機珪素化合物
とアンモニアとを、ハロゲン化された非極性溶媒の存在
下に反応せしめることを特徴とする窒化珪素の製造方法
を提供するにある。
本発明において、原料として用いられる無機ハロゲン化
珪素としては、例えばSIC夕4 ,SiHC夕3 ,
SiH2C夕2 ,SiH3C夕,SiBr4,SiH
Br3,SiH2Br2 , SiH3Br, Sj1
4 , SiH13 , SiH212 ,SiH31
,SIC夕2Br2,SIC夕212である。
又、用いられるハロゲン化された非極性溶媒としては、
テトラクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロロメタ
ン、モノブロモトリクロロメタン、ジブロモジクロロメ
タン、トリブロモノクロロメタン、モノブロモジクロロ
モノフルオロメタン、ジブロモモノクロ。モノフルオロ
メタン、トリブロモモノフルオロメタン、モノブロモジ
クロロメタン、ジブロモモノクロロメタン、トリブロモ
メタン、モノブロモモノクロロモノフルオロメタン、ジ
ブロモモノフルオロメタン、モノブロモモノクロロメタ
ン、ジブロモメタン、ヘキサクロロエタン、ベンタクロ
ロモノフルオロエタン、ブトラクロロ−1,2ージフル
オロヱタン、テトラクロロー1,1−ジフルオロエタン
、1,1,2−トリクロロトリフルオロエタン、1,1
,1−トリクロロトリフルオロエタン、1,2−ジブロ
モテトラフルオロエタン、ベンタクロロエタン、1,1
,2,2ーテトラクロロモノフルオロエタン、1,1,
1,2−テトラクロロモノフルオロエタン、1,1,2
−トリクロロー2,2−ジフルオ。エタン、1,2,2
−トリクロ。−1,2ージフルオロエタン、1,1,1
−トリクロロ−2,2−ジフルオロエタソ、1,1,2
,2−テトラクロロヱタン、1,1,1,2−テトラク
ロ。エタン、1,1,2−トリク。ロー2ーフルオロエ
タン、1,2,2ートリク。〇−2−フルオロエタン「
1,2−ジクロロー1,2ージフルオロエタン、1,1
−ジクロロー2,2−ジフルオロエタン、1,2−ジク
ロロ−1,1ージフルオ。エタン、1,1,2−トリク
ロ。エタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,2−
ジクロロー1−フルオロエタン、1,1−ジクロロ−1
−フルオロエタン、1−クロロ−1,2−ジフルオロヱ
タン、1,2−ジクロロエタン、1,1ージクロロエタ
ン、1−クロロ−2−フルオロエタン、1,2−ジフル
オロエタン、テトラクロロエチレン、トリクロロモノフ
ルオロエチレン、トリクロロエチレン、1,2−ジクロ
ロ−2−フルオロヱチレン、1,1−ジクロ。−2−フ
ロロエチレン、シス−1,2−ジクロロエチレン、トラ
ンス−1,2−ジクロロエチレン、1,1ージクロロェ
チレンが好ましく、これらは適宜一種或は二種以上を組
み合せて用いることが出来る。又、これら溶媒の種類の
うち、テトラクロロメタン、トリクロロメタン、ジクロ
ロメタン、モノフロモジクロロモノフルオロメタン、ジ
ブロモモノクロロモノフルオロエタン、モノブロモジク
ロロメタン、ジブロモモノフルオロメタン、モノブロモ
モノクロロメタン、ジブロモメタン、テトラクロロ−1
,2−ジフルオロエタン、テトラクロロ−1,1−ジフ
ルオロエタン、1,1,2−トリクロ。
トリフルオロヱタン、1,1,1−トリクロロトリフル
オロヱタン、1,2−ジブロモテトラフルオロエタン、
トリクロロモノフルオロエチレン、トリクロロエチレン
、1,2ージクロロー2ーフルオロエチレン、1,1,
ージクロロ−2−フルオロエチレン、シスー1,2ージ
クロロエチレン、トランス一1,2−ジクロロエチレン
、1,1−ジクロロェチレンを用いる場合には、取り扱
いが比較的容易であり、又入手し易く、比較的安価であ
るので特に好ましい。本発明方法を採用する場合、その
反応温度は一般に5〜50oo程度を採用するのが適当
である。
反応温度が前記範囲より低い場合には、不必要に冷却を
行なうこととなり、単に冷却費用の増大をきたすのみで
あり逆に前記範囲より高い場合には溶媒の蒸気圧が大き
くなり、加圧設備等が必要となるので何れも好ましくな
い。そしてこれら温度範囲のうち、10〜40ooを採
用する場合には、簡単な冷却設備のみで安定した操作が
可能となるので特に好ましい。
又、反応に際し用いられるアンモニアの量は、原料とし
て用いられるハロゲン化された無機珪素化合物を全て窒
化珪素(Si3N4)に転化するに必要な理論量に対し
、0.1〜1M音程度用いるのが適当である。
用いられるアンモニアの量が前記範囲に満たない場合に
は、ハロゲン化された無機珪素化合物の反応率が極度に
低くなり、逆に前記範囲を超える場合には、単にアンモ
ニアの使用量が増大するのみで、もはやそれ以上の効果
を期待することはできなくなるので何れも好ましくない
そして、これら範囲のうち、0.5〜5倍を用いる場合
には、原料を有効に利用しうるので特に好ましい。
かくして得られた窒化珪素の前駆体である低位に拳化さ
れた珪素化合物は、溶媒中において固体として得られ、
同時にハロゲン化アンモニウムが固体として混入されて
いるが、これらは共に溶媒から酸素の不在下に適宜な手
段で櫨別後、アンモニアおよび/または窒素雰囲気中に
おいて900〜1700ooで加熱処理することにより
、ハロゲンは実質的完全に気化し、実質的にハロゲンを
含有しない暁結体用原料に好適な窒化珪素が得られる。
この場合、900〜170000における加熱処理時間
はあまり短かすぎるとハロゲンの分離が不十分となり、
あまり長すぎると焼結が起りはじめ、8晶が生成し糠結
体用の原料として好ましくなくなる。従ってあある加熱
時間は一般に0.2〜紬r程度を採用するのが適当であ
る。
次に本発明方法を実際実施するのに都合のよい手段の一
例を以下に説明する。
ハロゲン化された非極・性溶媒を雌洋装層を有する水冷
ジャケット付きの容器に入れた後、N2ガスで雰囲気置
換を行なう。
次いでハロゲン化された無機珪素化合物を供給し、溶媒
させた後、液を蝿拝しながら、アンモニアガスを上記液
中へ吹込み5〜5000で反応せしめることにより、窒
化珪素の前駆体である低位に窒化された珪素化合物およ
びハロゲン化アンモニアの混合粉末を液中に懸濁した状
態で生成せしめる。次いで反応終了後、容器内を減圧に
保ち、溶媒を混合粉末から分離し、乾燥状態の混合粉末
を得る。
かくして得られた混合粉末は次に、電気炉等の間接加熱
装置に入れアンモニアおよびノまたは窒素の気流中90
0〜17000Cで、接触させ0.2〜8時間熱処理を
行なう。
溶媒を混合粉末から分離する手段としては、前記以外に
常圧において加熱する手段も採用し得る。
次に本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例内容量20そのガラス製反応器に、蝿梓装置、ガ
ス吹き込み管、コンデンサーをセットし、これに十分に
脱水した溶媒AをB夕加え、反応器内部を窒素雰囲気に
置換する。
次に、反応器内にハロゲン化珪素CをDkg加える。そ
の後、反応器を1500の水で冷却して、液温が200
0以下となるように、コントロールしつつ、アンモニア
、窒素の混合ガス(混合比E)を、流量F〆/minで
G分間吹き込む。
この間、十分に凝拝を行なう。反応終了後、溶媒を減圧
除去した後に、窒素雰囲気下で、反応生成物を取り出し
、アンモニア、窒素(混合比H)気流中(流量1〆/m
in)、電気炉で熱処理を行なう。(昇温速度Jdeg
/min、最高温度K℃、最高温度保持時間L時間)。
得られた窒化珪素の分析値は、別表の通り。尚、窒化珪
素中に含まれる塩素の分析は、蟹光X線分析法であった
生成物分析値

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ハロゲン化された無機珪素化合物とアンモニアとを
    、ハロゲン化された非極性溶媒の存在下に反応せしめる
    事を特徴とする窒化珪素を製造する方法。 2 ハロゲン化された無機珪素化合物は、SiCl_4
    ,SiHCl_3,SiH_2Cl_2,SiH_3C
    l,SiBr_4,SiHBr_3,SiH_2Br_
    2,SiH_3Br,SiI_4,SiHI_3,Si
    H_3I,SiH_2I_2,SiCl_2Br_2,
    SiCl_2I_2である特許請求の範囲1の方法。 3 ハロゲン化された非極性溶媒は、テトラクロロメタ
    ン、トリクロロメタン、ジクロロメタン、モノブロモジ
    クロコモノフルオロメタン、ジグロモモノクロロモノフ
    ルオロエタン、モノブロモジクロロメタン、ジブロモモ
    ノフルオロメタン、モノブロモモノクロロメタン、ジブ
    ロモメタン、テトラクロロ−1,2−ジフルオロエタン
    、テトラクロロ−1,1−ジフルオロエタン、1,1,
    2−トリクロロトリフルオロエタン、1,1,1−トリ
    クロロトリフルオロエタン、1,2−ジブロモテトラフ
    ルオロエタン、トリクロロモノフルオロエチレン、トリ
    クロロエチレン、1,2−ジクロロ−2−フルオロエチ
    レン、1,1−ジクロロ−2−フルオロエチレン、シス
    −1,2−ジクロロエチレン、トランス−1,2−ジク
    ロロエチレン、1,1−ジクロロエチレンである特許請
    求の範囲1の方法。 4 ハロゲン化された無機珪素化合物とアンモニアとの
    反応は、5〜50℃で実施される特許請求の範囲1の方
    法。
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