JPS61174106A - 窒化けい素微粉末の製造法 - Google Patents

窒化けい素微粉末の製造法

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JPS61174106A
JPS61174106A JP1313985A JP1313985A JPS61174106A JP S61174106 A JPS61174106 A JP S61174106A JP 1313985 A JP1313985 A JP 1313985A JP 1313985 A JP1313985 A JP 1313985A JP S61174106 A JPS61174106 A JP S61174106A
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JP
Japan
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powder
carbon
silica
silicon nitride
particle size
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JP1313985A
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English (en)
Inventor
Mamoru Mitomo
護 三友
Yuji Yoshioka
吉岡 勇治
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National Institute for Research in Inorganic Material
Original Assignee
National Institute for Research in Inorganic Material
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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】 産業上の利用分野 本発明は窒化けい素微粉末の製造法に関する。
窒化けい素焼給体は強度が大きく、熱衝撃抵抗も大きい
ので、自動車エンジン部品やガスタービン部品等の耐熱
性機械部品への応用が期待され、これが実用化できれは
無冷却で作動し得られるので、大幅の省エネルギーを達
成できる。
従来技術 従来の窒化けい素微粉末の製造法としては、1ン 金属
けい素を窒素気流中で1300〜1400℃で加熱する
方法。
2) シリカとカーゴ/との混合粉末を窒素気流中で1
400〜1500℃で加熱する方法。
S)  Siを含む気体とカーボンを含む気体とを13
00〜1600°Cで気相反応させる方法。
4)  5iCj4とHE、を低温の溶媒中で反応させ
、生じた5i(NH)2を加熱する方法等が知られてい
る。
前記1)の方法は工業的に行われているが、窒化の触媒
として鉄やマンガンが必要であシ、高純度の粉末が得ら
れない欠点がある。
“+ニーjj+、前記2)の方法は高純度のシリカを用
いることに”−′! 夛高純度の窒化けい素粉末を得る
ことができる曇−イ 1、”、:fi’Z、シリカとカーボンの均一な混合物
が得られな二、ノ いので、反応を完結させるためには理論値の3〜10倍
と多量のカーボンが必要であつ九。そのため、反応後空
気中で700〜800℃に加熱して過剰のカーボンを除
去する必要があシ、これにより窒化けい素粉末の表面が
酸化される欠点がある。このように、旬と2)の方法で
は窒化けい素粉末に不純物として金属や非金属(酸素)
が含まれ、この粉末を焼結すると、不純物は窒化けい素
粒子の間に偏析し、高温強度、耐酸化性及び耐食性を低
下させる。
前記3)および4)の方法では、高純度で細かい粉末が
得られるが、細かい粒子が固く結合して大きな粒子(二
次粒子)となり易い。この二次粒子は焼結中1個の粒子
と同じ作用をするので、大きい粒子を含むのと同じ欠点
を有する。また粉末の価格も高い。
発明の目的 “′;−4本発明は従来法の欠点をなくすべくなされた
も5−・j: 金属が0.1重量%以下、酸素とカーボ/が1.5重量
%以下である窒化けい素微粉末の製造法を提供するKあ
る。
発明の構成 本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、
カーボン粉末、好ましくは粒径0.1ミクロン以下の微
粉末を分散させたけい素アルコキシドを加水分解してシ
リカとカーボンの混合粉末を製造すると、 1)  0.1ミクロン以下の粒径のものが均一に混合
された高純度のシリカとカーボンの混合物が容易に得ら
れること。
すなわち、けい素アルコキシドは蒸留により容易に高純
度のものが得られ、またカーボンも金属不純物の少ない
微粉末が安価に得られるので高純度のものとなる。また
、分散されているカーボン微粒子の上にシリカが析出す
るため、0.1ミクロン以下の微粒子が均一に混合され
たものとなる。
2) 細かく均一に混合された原料であるため、容易に
反応が完結する。従って、従来法における゛ ような3
〜10倍の多量のカーボンを必要とせず、また多量のカ
ーボン使用による反応後の残留カーボンの除去処理を必
要としない。
5)0.1ミクロン以下の微粒子の均一混合物が得られ
るため、1550℃以下の低温で反応を完結し得られ、
得られる窒化けい素粉末の粒径も1ミクロン以下の微粉
末のものとなる。
4) カーボン粉末と共に5i(3、5i5N4+ A
jN 、 TiN。
Tie を等の非酸化物セラミックス粉末を分散させる
と、その表面にシリカが均一に析出したシリカ、カーボ
ンと非酸化物セラミックスの均一混合物が得られる。こ
の非酸化物セラミックスは窒素ガスの進行と生成したO
OO20排出速度を早め、反応時間を短縮する作用をす
る。しかも、その量が一定範囲内の量であれば、窒化け
い素粉末の焼結性や焼結体の特性を低下させることがな
いことを究明し得た。これらの知見に基いて本発明を完
成した。
本発明の要旨は、カーボン粉末を分散させたけい素アル
コキシドを加水分解し、得られたシリカとカーボンの混
合物を、窒素気流中で1350〜1550℃で1〜30
時間加熱することを特徴とする窒化けい素微粉末の製造
法、およびカーボン粉末と非酸化物セラミックス粉末を
分散させたけい素アルフキシトを加水分解し、得られた
シリカ。
カーボン、非酸化物セラミックスの混合粉末を窒素気流
中で1350〜1550℃で1〜10時間加熱すること
を特徴とする窒化けい素微粉末の製造法にある。
原料のけい素アルコキシドとしては、けい酸メチル、け
い酸エチル、けい酸プロピル、けい酸ブチル等が挙げら
れる。カーボン粉末としては、高純度でかつ粒径が0.
1ミクロン以下のものが好ましい。粒径がo、t ミク
ロンを超えると微細で均一な混合物が得難くなる。けい
素アルコキシド中に分散させるカーボン量は、けい素ア
ルコキシド対、カ)−ボンがモル比で1.7〜2.1の
範囲であること一゛。
、:、゛が−好ましい。
3SiO2+ 60 + 2N2→Si、N4+6(3
0(11この場合、次に示す反応を同時におこし、Si
Oガスを生成し、シリカ成分を系外に流出させる。
SiO+ 04 SiO+ Co       (21
この(2)式の反応はシリカ対カーボンが1対lの反応
であるので、(1)式に基いてカーボン量を混合すると
、得られる窒化けい素粉末中に過剰なカーボンが残留す
る。(2)式の反応は低温ではあまシ起らないが、高温
では無視できない。従って、加熱条件と(2)式の反応
との関係を考慮して使用量を制御する。加熱温度が13
50〜1400°Cではシリカ対カーボンのモル比は1
対1.9〜2.1 、1450〜1550℃ではシリカ
、対カーボンのモル比は1.7〜囲であることがよい。
このような割′合でけい素アルコキシドにカーボンを加
え、例えば超音波振動によシ均一にカーボンを分散させ
た後、けい素アルコキシドの3〜4倍(重量)の蒸留水
を加え、約2時間混合する。
ついで、塩酸、硝酸等の酸あるいはアンモニア水等のア
ルカリ水溶液を少量滴下し、約80℃で5時間加熱する
と加水分解が完結する。この容器を10〜200 To
rrに減圧し、50〜90°Cに加熱することによシ水
及びアルコールを分離すると、シリカとカーボンとの均
一混合物が得られる。この混合物の粒径は0.1ミクロ
ン以下で、X線回折では非晶質で、化学分析によるとS
i/Q比は±1%以内で原料比と一致する。
得られた混合物を金型に入れ、例えば300に9/mw
2、:、q圧力で円板状に成形し、窒素気流中で135
0〜’1..550℃で1〜30時間加熱すると窒化け
い素微−−; 粉末が得られる。加熱温度が1350″Cよシ低いと、
−二j 、i1!1時間が長くなる。1550℃を超えると前記
(2)巳( ・ご式の反応が大きくな)、原料の飛散する量が増える
と同時に残留カーボンの制御が困難であるので、135
0〜1550°C1更に好ましくは1400〜1500
℃であることが適当である。加熱時間は低温はど長時間
を要し、1〜30時間であることが適当でとカーボンは
1.5 ′ILfi%以下である。
カーボン粉末と共に非酸化物セラミックス粉末をけい素
アルコキシド中に分散させる場合は、非酸化物セラミッ
クス粉末を分散する以外は前記と同様にして製造し得ら
れる。
この場合は、非酸化物セラミックス粉末により窒素ガス
の内部への拡散と生成したCOガスの外部への拡散が促
進されるので、反応時間が1〜10時間に短縮される。
非酸化物セラミックスとして1剖、例えばSiC+ S
i、N4. AIM 、 TiN 、 Tieが挙−ら
れ、その粒径は1ミクロン以下であることが姓;ましい
。その量は、加水分解で生成するシリカ−6!−、ノ 01〜5重量%であることが適当である。li量%よシ
少ないとその効果が小さく、5重量%を超えると窒化け
い素粉末の焼結性を下げ、また焼結体の機械的及び熱的
性質を低下させるので、前記範囲内の量であることが好
ましい。
実施例1゜ けい酸プロピル132vに平均粒径0.07 ミクロン
のカーボンブラック11?を超音波振動を加えて分散さ
せ、蒸留水400f、ついでアンモニア水溶液(50%
)30eeを加えて2時間混合した。
この混合物をso’cで5時間加熱し、けい酸プロピル
の加水分解を完結させた。これを冷却した後、容器内を
減圧して徐々に90℃まで加熱して水と生成したプロピ
ルアルコールを除去した。得られた粉末を空気中で10
0″CKIO時間保ち、シリカとカーボンの均一な混合
物を得た。透過型電子顕微鏡で観察したところ、シリカ
は非晶質であシ、殺:径は約0.02 ミクロンであっ
た。
:得られた混合粉末14を直径12m+の金型に入れ:
、300 K5+/cm2の圧力で円板状に成形した。
該成゛−ノ 彫物をアルミナ製ボート上に置き、アルミナ炉芯管内に
おいて窒素気流中で1450℃に8時間加熱した。得ら
れた粉末はα−8it4と憔かなβ−3i、N4からな
っていた。平均粒径は0.9ミクロンであった。粉末中
の残留カーボンは0.8重1゛%、酸素含有量は1.2
重量%であった。
実施例2゜ けい酸エチル104.29に下記第1表に示す割合で粒
径0.07ミクロンのカーボン粉末と粒径1ミクロン以
下の非酸化物セラミックス粉末を加えて、第1表に記載
した条件以外は実施例1と同じ条件で窒化けい素粉末を
製造した。
得られた窒化けい素粉末は粒径1ミクロン以下であり、
残留カーボンと酸素含有量はいずれも1.5重量%以下
であった。実施例1と比較すると、窒化けい素を合成す
る加熱条件の加熱時間を短縮し得られることがわかる。
発明の効果 本発明の方法によると前記から明らかなように、シリカ
とカーボンと均一微細な混合物が得られ、且つ不純物の
少ないものとなし得るため、窒化けい素の生成反応が容
易となシ、従来法に比べ、使用カーボン量が少なくてす
む。従って残留カーボーの除去の後処理を必要とせず、
得られる窒化は杓 い素粉末は高純度で均一微細なものとなり、かうのが得
られる硬れた効果を有する。
1i−jjHj・が;す・、−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)カーボン粉末を分散させたけい素アルコキシドを加
    水分解し、得られたシリカとカーボンの混合物を、窒素
    気流中で1350〜1550℃で1〜30時間加熱する
    ことを特徴とする窒化けい素微粉末の製造法。 2)けい素アルコキシドとカーボン粉末の割合がモル比
    で1対1.7〜2.1の割合である特許請求の範囲第1
    項記載の製造法。 3)カーボン粉末と非酸化物セラミックス粉末を分散さ
    せたけい素アルコキシドを加水分解し、得られたシリカ
    、カーボン、非酸化物セラミックスの混合粉末を、窒素
    気流中で1350〜1550℃で1〜10時間加熱する
    ことを特徴とする窒化けい素微粉末の製造法。 4)非酸化物セラミックス粉末がSiC、Si_3N_
    4、AlN、TiN及びTiCから選ばれたものであり
    、その粒径が1ミクロン以下で、その量がシリカの1〜
    5重量%である特許請求の範囲第3項記載の製造法。 5)けい素アルコキシドとカーボン粉末の割合がモル比
    で1対1.7〜2.1の割合である特許請求の範囲第3
    項記載の製造法。
JP1313985A 1985-01-26 1985-01-26 窒化けい素微粉末の製造法 Pending JPS61174106A (ja)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54138898A (en) * 1978-04-21 1979-10-27 Toshiba Corp Production of silicon nitride powder
JPS54139619A (en) * 1978-04-21 1979-10-30 Tokyo Shibaura Electric Co Manufacture of highly pure ceramic powder
JPS55113603A (en) * 1979-02-19 1980-09-02 Toshiba Corp Manufacture of alpha silicon nitride powder
JPS5991006A (ja) * 1982-11-16 1984-05-25 山陽木材防腐株式会社 複合木レンガ及びその製造方法

Patent Citations (4)

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