JPS61174108A - Production of silicon imide or polysilazane - Google Patents

Production of silicon imide or polysilazane

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JPS61174108A
JPS61174108A JP1324685A JP1324685A JPS61174108A JP S61174108 A JPS61174108 A JP S61174108A JP 1324685 A JP1324685 A JP 1324685A JP 1324685 A JP1324685 A JP 1324685A JP S61174108 A JPS61174108 A JP S61174108A
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JP
Japan
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polysilazane
silicon
reaction
imide
trichlorosilane
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Pending
Application number
JP1324685A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Isoda
磯田 武志
Mikiro Arai
新井 幹郎
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Toa Nenryo Kogyyo KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce inexpensively high-purity silicon imide or polysilazane easily and efficiently by allowing mainly trichlorosilane to react with a base and incorporating a process forming an adduct thereby. CONSTITUTION:In a method for synthesizing silicon imide or polysilazane as a precursor for producing a sintered silicon nitride body, a process forming an adduct by allowing mainly trichlorosilane to react with a base is incorporated. The above-mentioned trichlorosilane can be easily produced by the reaction of silicon for a metalworking industry and hydrogen chloride and a small quantity of the other silane may be contained therein. As the base, tertiary Lewis base and tertiary amines are suitable and one or more kinds of trialkylamine, aromatic tertiary amine, trialkylphosphine and trialkylstibine are preferably used.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はシリコンイミド又はポリシラザンの製造方法に
関する。更に詳しくは、本発明は窒化珪素を製造するた
めの前駆体としてのシリコンイミド又はポリシラザンを
製造する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for producing silicon imide or polysilazane. More particularly, the present invention relates to a method for producing silicon imide or polysilazane as a precursor for producing silicon nitride.

(従来技術) 窒化珪素焼結体は、高温強度、耐熱衝撃性、耐酸化性に
優れているため、ガスタービン、ディーゼルエンジン等
の高温構造材料として、或いは切削用バイト等、省エネ
ルギー、省資源に多大の寄与をし得る高性能材料の一つ
として重要である。
(Prior art) Silicon nitride sintered bodies have excellent high-temperature strength, thermal shock resistance, and oxidation resistance, so they can be used as high-temperature structural materials for gas turbines, diesel engines, etc., or as cutting tools, etc., for energy and resource conservation. It is important as one of the high-performance materials that can make a large contribution.

従来、高純度のα型窒化珪素を収率よく製造する方法と
して、四塩化珪素をアンモノリシスして得られるシリコ
ンイミド又はシリコンアミドを非酸化性雰囲気中で加熱
して窒化珪素を得るイミドアミド熱分解法が知られてい
る。しかしながら、この方法を使用した場合には、シリ
コンイミド又はポリシラザンを合成する際に反応装置の
管が閉塞し易い上、この反応が急激な発熱反応であるた
めに反応の制御が困難である。かかる欠点を解決するた
めの改良された方法が近年開示されている(例えば特公
昭56−44006号、特開昭58−88110号、特
開昭54−134098号)が、本発明者等はこれらの
改良方法とは別に、極めて取り扱いの容易なハロシラン
と塩基のアダクト(この詳細については、例えばジャー
ナル・オプ・ケミカル・ソサイアティ(J、Chem。
Conventionally, as a method for producing high-purity α-type silicon nitride with good yield, an imide amide thermal decomposition method is used to heat silicon imide or silicon amide obtained by ammonolysis of silicon tetrachloride in a non-oxidizing atmosphere to obtain silicon nitride. It has been known. However, when this method is used, the tubes of the reactor are likely to become clogged when silicon imide or polysilazane is synthesized, and the reaction is difficult to control because it is a rapidly exothermic reaction. Improved methods for solving these drawbacks have been disclosed in recent years (for example, Japanese Patent Publication No. 56-44006, Japanese Patent Application Publication No. 58-88110, and Japanese Patent Application Publication No. 54-134098). Apart from methods for the improvement of adducts of halosilanes and bases, which are extremely easy to handle (details on this can be found, for example, in the Journal of the Chemical Society (J, Chem.

Soc、)の(A)巻、705頁、1967年参照)を
利用する後記の方法を提案した。
Soc, Vol. (A), p. 705, 1967) was proposed.

又、有機ポリシラザンを熱分解して得られるポリシラザ
ンを800〜2000℃で加熱して窒化珪素を焼成する
方法も提案されている(斉藤肇、繊維学会誌 v!2L
LL 1111.65〜72頁〔1982年〕)が、こ
の方法では窒化珪素と同時に炭化珪素や遊離の炭素が生
成するという欠点が有った9 一方、溶媒に可溶である無機ポリシラザンが、窒化珪素
前駆体として有用であることが知られており、無機ポリ
シラザンから高純度のα型窒化珪素を得る方法も開発さ
れているが(特願昭58−80109号)、尚、無機ポ
リシラザンの合成方法については改善の余地が有)た。
Additionally, a method has been proposed in which polysilazane obtained by thermally decomposing organic polysilazane is heated at 800 to 2000°C to sinter silicon nitride (Hajime Saito, Journal of the Japan Institute of Textile Technology v!2L)
LL 1111.65-72 [1982]), but this method had the disadvantage that silicon carbide and free carbon were produced at the same time as silicon nitride.9 On the other hand, inorganic polysilazane, which is soluble in solvents, It is known that it is useful as a silicon precursor, and a method for obtaining high-purity α-type silicon nitride from inorganic polysilazane has been developed (Japanese Patent Application No. 80109/1982). There is room for improvement.

本発明者等は、従来の係る問題点を解決する方法として
、ハロシランを利用する方法を提案した(特願昭58−
247240号及び特願昭59−113984号)。
The present inventors proposed a method of using halosilanes as a method to solve the conventional problems (Patent Application No. 1983-
No. 247240 and Japanese Patent Application No. 113984/1984).

(発明が解決しようとする問題点) 上記の特願昭58−247240号及び特願昭59−1
13984号の概略は、精製の容易なハロシランと塩基
とから容易に形成されるアダクトを利用し、このアダク
トを定量的にアンモノリシスした場合には、鉄やカルシ
ウム等の触媒を使用する必要もない上塩基等の残留もな
いので不純物が極めて少なく、加えて塩化アンモニウム
の除去も容易であるので、極めて高純度の窒化珪素粉末
を製造することができるというものであり、本発明はこ
れらの改良に関するものである。
(Problems to be solved by the invention) The above-mentioned Japanese Patent Application No. 58-247240 and Japanese Patent Application No. 59-1
The outline of No. 13984 is that if an adduct that is easily formed from an easily purified halosilane and a base is used and this adduct is quantitatively ammonolysed, there is no need to use catalysts such as iron or calcium. Since there is no residual base, there are very few impurities, and ammonium chloride can be easily removed, making it possible to produce extremely high purity silicon nitride powder.The present invention relates to these improvements. It is.

従って、本発明の第1の目的は、窒化珪素粉末の前駆体
として有用な高純度のシリコンイミド又はポリシラザン
を効率よく製造する方法を提供することにある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a method for efficiently producing high purity silicon imide or polysilazane useful as a precursor of silicon nitride powder.

本発明の第2の目的は、汎用されている安価な原料を使
用して、窒化珪素粉末の前駆体として有用な高純度のシ
リコンイミド又はポリシラザンを容易に製造する方法を
提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a method for easily producing high-purity silicon imide or polysilazane useful as a precursor for silicon nitride powder using commonly used and inexpensive raw materials.

(問題点を解決するための手段) 上記、本発明の目的は、窒化珪素焼結体を製造するため
の前駆体としてのシリコンイミド又はポリシラザンを合
成する方法において、主としてトリクロロシランと塩基
を反応せしめてアダクトを形成する工程を包含すること
を特徴とするシリコンイミド又はポリシラザンを製造す
る方法によって達成された。
(Means for Solving the Problems) The object of the present invention is to mainly react trichlorosilane with a base in a method for synthesizing silicon imide or polysilazane as a precursor for producing a silicon nitride sintered body. This has been achieved by a method for producing silicon imide or polysilazane, which is characterized by including the step of forming an adduct.

(発明の開示) 本発明で使用するトリクロロシランは、金属工業用珪素
と塩化水素との反応により容易に製造することができる
(Disclosure of the Invention) Trichlorosilane used in the present invention can be easily produced by reaction of metal industrial silicon and hydrogen chloride.

本発明において塩基と反応するシランは主としてトリク
ロロシランであるが、更に一般式SiHm X 4  
rn (X = F s Cj! SB r又はI)で
表されるトリクロロシラン以外の1種又は2種以上を混
合することもできる。混合し得るハロシランの内特に好
ましいものはジクロロシランであるが、目的とする窒化
珪素を効率良く製造するためにはトリクロロシランの割
合が十分多いことが好ましい。
In the present invention, the silane that reacts with the base is mainly trichlorosilane, but also has the general formula SiHm
It is also possible to mix one or more types other than trichlorosilane represented by rn (X = F s Cj! SB r or I). Of the halosilanes that can be mixed, dichlorosilane is particularly preferred, but in order to efficiently produce the desired silicon nitride, it is preferred that the proportion of trichlorosilane be sufficiently large.

本発明で使用する塩基はハロシランとアダクトを形成し
得る塩基の中から広く選択することができるが、特にハ
ロシランとアダクトを形成する反応以外の反応をしない
ルイス塩基であることが好ましく、このような塩基とし
ては例えば、3級アミン類(トリメチルアミン、ジメチ
ルエチルアミン、ジエチルメチルアミン及びトリエチル
アミン等のトリアルキルアミン、ピリジン、ピコリン、
ジメチルアニリン及びこれらの誘導体)、立体障害性の
基を有する2級アミン類、フォスフイン、スチビン、ア
ルシン及びこれらの誘導体等(例えばトリメチルフォス
フイン、ジメチルエチルフォスフイン、メチルジエチル
フォスフイン、トリエチルフォスフイン、トリメチルア
ルシン、トリメチルスチビン、トリメチルアミン、トリ
エチルアミン等)を挙げることができる。中でも、低沸
点でアンモニアより塩基性の小さい塩基(例えばピリジ
ン、ピコリン、トリメチルフォスフイン、ジメチルエチ
ルフォスフイン、メチルジエチルフォスフイン、トリエ
チルフォスフイン)が好マシク、特にピリジン及びピコ
リンが取扱上及び経済上から好ましい。使用する塩基の
量は、特に厳密である必要はなく、アダクト中のアミン
を含めて、シランに対して化学量論的量より過剰に存在
すれば足りる。
The base used in the present invention can be selected from a wide range of bases that can form adducts with halosilanes, but it is particularly preferable to use Lewis bases that do not react with halosilanes other than to form adducts. Examples of the base include tertiary amines (trialkylamines such as trimethylamine, dimethylethylamine, diethylmethylamine and triethylamine, pyridine, picoline,
dimethylaniline and derivatives thereof), secondary amines having sterically hindered groups, phosphine, stibine, arsine and derivatives thereof (e.g. trimethylphosphine, dimethylethylphosphine, methyldiethylphosphine, triethylphosphine, (trimethylarsine, trimethylstibine, trimethylamine, triethylamine, etc.). Among these, bases with low boiling points and less basicity than ammonia (e.g. pyridine, picoline, trimethylphosphine, dimethylethylphosphine, methyldiethylphosphine, triethylphosphine) are preferred, and pyridine and picoline are particularly preferred due to handling and economic considerations. preferred. The amount of base used does not need to be particularly strict; it is sufficient that the base, including the amine in the adduct, is present in excess of the stoichiometric amount relative to the silane.

本発明においては、ルイス塩基及び/又は非反応主溶媒
を反応溶媒として使用することができる。
In the present invention, a Lewis base and/or a non-reactive main solvent can be used as a reaction solvent.

非反応性溶媒としては、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水
素、芳香族炭化水素等の炭化水素溶媒、ハロゲン化メタ
ン、ハロゲン化エタン、ハロゲン化ベンゼン等のハロゲ
ン化炭化水素、脂肪族エーテル、脂環式エーテル等のエ
ーテル類を使用することができる。これらの内、特に°
好ましい溶媒は、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化
炭素、ブロモホルム、塩化エチレン、塩化エチリデン、
トリクロロエタン、テトラクロロエタン等のハロケン化
炭化水素、エチルエーテル、イソプロピルエーテル、エ
チルブチルエーテル、ブチルエーテル、1.2−ジオキ
シエタン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、テトラヒ
ドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類、ペン
タン、ヘキサン、イソヘキサン、メチルペンタン、ヘプ
タン、イソへブタン、オクタン、イソオクタン、シクロ
ペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メ
チルシクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、
エチルベンゼン等の炭化水素である。
Examples of non-reactive solvents include hydrocarbon solvents such as aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, and aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons such as halogenated methane, halogenated ethane, and halogenated benzene, aliphatic ethers, Ethers such as alicyclic ethers can be used. Of these, especially °
Preferred solvents are methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, bromoform, ethylene chloride, ethylidene chloride,
Halokenized hydrocarbons such as trichloroethane and tetrachloroethane, ethers such as ethyl ether, isopropyl ether, ethyl butyl ether, butyl ether, 1,2-dioxyethane, dioxane, dimethyldioxane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, pentane, hexane, isohexane, methylpentane , heptane, isohbutane, octane, isooctane, cyclopentane, methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, benzene, toluene, xylene,
Hydrocarbons such as ethylbenzene.

本発明におけるハロシランのアダクトは、通常の方法に
よりハロシランと塩基とから容易に形成されるが、この
アダクトは実質的に反応中間体として生成すれば足り、
実際にハロシランのアダクトとして分離しても分離しな
くても良い。
The halosilane adduct in the present invention can be easily formed from a halosilane and a base by a conventional method, but it is sufficient that the adduct is substantially produced as a reaction intermediate.
It may or may not actually be separated as an adduct of halosilane.

本発明においては、上記のようにして得られたアダクト
を更にアンモニアと反応せしめてシリコンイミド又はポ
リシラザンを合成する。この場合、気相のアンモニアを
使用しても良い。使用するアンモニアの使用量は厳密な
ものではなく、シランに対して過剰にあれば良い。
In the present invention, the adduct obtained as described above is further reacted with ammonia to synthesize silicon imide or polysilazane. In this case, gas phase ammonia may be used. The amount of ammonia to be used is not critical, and it is sufficient if it is in excess of the amount of silane.

本発明のシリコンイミド又はポリシラザンの合成におけ
る反応条件は、反応温度が一78℃〜100℃、好まし
くは一40℃〜80℃であれば、反応速度が大きいため
に反応時間にも反応圧力にも特に制限されることがない
0反応塩度が一78℃以下の場合には、反応速度が低下
し、又反応温度が100℃以上の場合には、生成したシ
リコンイミド又はポリシラザンが再び分解するので好ま
しくない。上記シリコンイミド又はポリシラザンの合成
反応は不活性ガス雰囲気下に行うのが好ましく、不活性
ガスとしては窒素又はアルゴンが好適である。
The reaction conditions for the synthesis of silicon imide or polysilazane of the present invention are such that if the reaction temperature is from 178°C to 100°C, preferably from 140°C to 80°C, the reaction rate is high, so there is no need for reaction time or reaction pressure. If the reaction salinity, which is not particularly limited, is below 178°C, the reaction rate will decrease, and if the reaction temperature is above 100°C, the produced siliconimide or polysilazane will decompose again. Undesirable. The synthesis reaction of silicon imide or polysilazane is preferably carried out under an inert gas atmosphere, and nitrogen or argon is preferably used as the inert gas.

(作用) 主としてトリクロロシランを使用する本発明における反
応の1例と、四塩化珪素を使用した場合とを比較する次
の反応から、本発明の優位さを容易に理解することがで
きる。
(Function) The superiority of the present invention can be easily understood from the following reaction, which compares one example of the reaction in the present invention which mainly uses trichlorosilane with the case where silicon tetrachloride is used.

5iHC13+  4.5 NH3 5in(NH)1.5  + 3NH4Cj!5iCI
14  +  6NH3 一→ 5i(NH)2  +4NH4C1即ち、本発明
の場合にはアンモニアの使用量が少ないのみならず、副
生ずる塩化アンモンも少量であるので、高純度の窒化珪
素をできるだけ安価に製造せんとする本発明の目的を達
成することができる。
5iHC13+ 4.5 NH3 5in(NH)1.5 + 3NH4Cj! 5iCI
14 + 6NH3 -→ 5i(NH)2 +4NH4C1 In other words, in the case of the present invention, not only the amount of ammonia used is small, but also the amount of ammonium chloride produced as a by-product is small, so it is possible to produce high-purity silicon nitride as cheaply as possible. The object of the present invention can be achieved.

本発明においては、上記の如き合成法にて得ることので
きるシリコンイミド又はポリシラザンを窒素の存在下で
加熱処理し、高純度の且つα型結晶構造比の高い、即ち
、α型結晶構造比が70%以上の窒化珪素を容易に製造
することができる。
In the present invention, siliconimide or polysilazane that can be obtained by the above-described synthesis method is heat-treated in the presence of nitrogen to obtain a product with high purity and a high α-type crystal structure ratio, that is, a high α-type crystal structure ratio. Silicon nitride of 70% or more can be easily manufactured.

本発明で言う窒素の存在下とは、アンモニア単独、窒素
単独あるいは窒素と不活性ガスとの混合ガス例えば窒素
と水素、窒素とアンモニア、窒素とアルゴンあるいは含
窒素分解ガス例えばアンモニア分mガス等を意味し、窒
素元素を含むことを必須とするものである。混合ガスを
用いる場合、その割合は特に制限されるものではないが
、窒素元素を過剰に含むものであることが望ましい。
In the present invention, the presence of nitrogen refers to the presence of ammonia alone, nitrogen alone, or a mixture of nitrogen and an inert gas, such as nitrogen and hydrogen, nitrogen and ammonia, nitrogen and argon, or nitrogen-containing decomposition gas, such as ammonia gas. meaning that it must contain nitrogen element. When using a mixed gas, the proportion thereof is not particularly limited, but it is desirable that it contains an excessive amount of nitrogen element.

窒化珪素焼結体の原料粉末としての窒化珪素は、一般に
高純度で且つα型結晶構造を持つことが好ましい。これ
は、α相を原料に用いると焼結処理中にα相−β相への
転移が起こり、その結果として焼結性の向上及び繊維状
組織の発達が現れ、高強度の窒化珪素焼結体が得られる
からである。
Generally, silicon nitride as a raw material powder for a silicon nitride sintered body preferably has high purity and has an α-type crystal structure. This is because when α phase is used as a raw material, a transition from α phase to β phase occurs during the sintering process, resulting in improved sinterability and development of a fibrous structure, resulting in high-strength silicon nitride sintering. Because you will gain a body.

本発明によって製造したシリコンイミド又はポリシラザ
ンを用いて、70%以上がα型であって焼結性が極めて
優れた窒化珪素粉末を高収率で得るためには、加熱処理
温度を特に約り000℃〜約1400℃という限られた
範囲内にしなければならない。
In order to obtain a high yield of silicon nitride powder that is 70% or more α-type and has extremely excellent sinterability using the silicon imide or polysilazane produced according to the present invention, the heat treatment temperature must be particularly adjusted to about 0.0000%. It must be within a limited range of 1400°C to about 1400°C.

加熱処理温度が例えば500℃以下といった極端に低い
温度の場合には、未反応の塩素や水素の除去が不完全で
、得られた窒化珪素中に塩素や水素を含むこととなり、
また処理温度が1900’Cを超えると生成した窒化珪
素が解離することとなり、いずれも好ましくない。又、
処理温度が上記の如き温度でないとしても、本発明で得
たシリコンイミド又はポリシラザンを約700℃から1
000℃未満で処理すれば主として非晶質の窒化珪素及
び珪素の混合系が得られ、又1400℃を超え約190
0℃以下の温度で処理すれば主としてβ型の窒化珪素が
得られることとなり好ましくない。
If the heat treatment temperature is extremely low, such as 500°C or less, unreacted chlorine and hydrogen will be incompletely removed, and the resulting silicon nitride will contain chlorine and hydrogen.
Furthermore, if the processing temperature exceeds 1900'C, the produced silicon nitride will dissociate, which is not preferable. or,
Even if the processing temperature is not as above, the siliconimide or polysilazane obtained in the present invention may be heated from about 700°C to 1°C.
If treated at temperatures below 1,400°C, a mixed system of mainly amorphous silicon nitride and silicon can be obtained;
If the treatment is carried out at a temperature of 0° C. or lower, mainly β-type silicon nitride will be obtained, which is not preferable.

加熱処理の時間は、加熱生成によって副生ずる気体の生
成が停止する時間が一応の目安となるが、高温では比較
的短く、低温では比較的長く、また結晶を熟成するため
には比較的長くするが、特に制限するものではない。好
ましい加熱処理時間は、約8〜約20時間、特に好まし
くは約10〜約16時間である。
As for the heat treatment time, the time required for the production of by-product gases to stop due to heat generation is a rough guideline, but it is relatively short at high temperatures, relatively long at low temperatures, and relatively long to ripen the crystals. However, it is not particularly limited. Preferred heat treatment times are about 8 to about 20 hours, particularly preferably about 10 to about 16 hours.

又、本発明で加熱炉内で窒素雰囲気下でシリコンイミド
又はポリシラザンを加熱処理する場合、非酸化物材料、
例えば窒化珪素、炭化珪素、タンタル、モリブデン等で
作られた炉材を用いることが望ましい。
Furthermore, in the present invention, when silicon imide or polysilazane is heat-treated in a heating furnace under a nitrogen atmosphere, non-oxide materials,
For example, it is desirable to use a furnace material made of silicon nitride, silicon carbide, tantalum, molybdenum, or the like.

以上の条件によって初めて窒素含有率39%以上、塩素
含有率0.001%以下の高純度の、且つ70%以上が
α型結晶構造体とされる窒化珪素粉末を得ることができ
る。また必要ならば窒化珪素の焼結促進に有効であると
知られている元素、例えばMgs YSAnts Fe
、Bなどを含有した窒化珪素粉末を得ることもできる。
Only under the above conditions can a highly purified silicon nitride powder with a nitrogen content of 39% or more and a chlorine content of 0.001% or less and with 70% or more of α-type crystal structure be obtained. If necessary, elements known to be effective in promoting sintering of silicon nitride, such as Mgs YSAnts Fe
, B, etc. can also be obtained.

(発明の効果) 本発明においては、固体状で安定に反応溶媒中に存在し
得るアダクトとアンモニアを実質的な原料としてシリコ
ンイミド又はポリシラザンを合成するために、従来法の
場合に生ずるハロシランの飛散や反応装置の閉塞等の不
都合を防止することができる。即ち、(1)ハロシラン
の飛散がないので反応温度を従来以上に上げることがで
き、毒性や着火性等の観点からの危険性がない、(2)
反応物中のハロシランの濃度を実質的に高めることがで
きる等の理由からシリコンイミド又はポリシラザン合成
の反応速度を制御することができる。
(Effects of the Invention) In the present invention, in order to synthesize silicon imide or polysilazane using an adduct and ammonia that can be stably present in a reaction solvent in a solid state as substantial raw materials, the scattering of halosilane that occurs in the conventional method is It is possible to prevent inconveniences such as clogging of the reactor and clogging of the reactor. That is, (1) since there is no scattering of halosilane, the reaction temperature can be raised higher than before, and there is no danger from the viewpoint of toxicity or ignitability; (2)
The reaction rate of silicon imide or polysilazane synthesis can be controlled because the concentration of halosilane in the reactant can be substantially increased.

又、アダクトを経過せしめることにより反応装置の管の
閉塞が防止されるのみならず、ガス状のアンモニアを使
用することもできるので、作業性が良くなることはもと
より、反応装置も簡単化することができる。特に主とし
てトリクロロシランを使用する本発明においては、原料
コストを下げることができるのみならず、副生塩化アン
モンの量が少ないので、シリコンイミド又はポリシラザ
ンの焼成工程における装置を小型にすることができる。
In addition, by allowing the adduct to pass through, not only does it prevent clogging of the reactor tubes, but gaseous ammonia can also be used, which not only improves work efficiency but also simplifies the reactor. I can do it. In particular, in the present invention, which mainly uses trichlorosilane, not only can the raw material cost be lowered, but also the amount of by-product ammonium chloride is small, so the equipment used in the silicon imide or polysilazane firing process can be made smaller.

以下、実施例により本発明を更に詳述するが、本発明は
これにより限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例) 実施例1 ヒドロクロロシラン−ピリジンのアダクトの
合成 内容積200mJの三つロフラスコにメカニカルスター
ラー、コンデンサー及び滴下ロートを装着し、反応系内
を窒素置換した後、三つロフラスコにヒドロクロロシラ
ン5 m 11と乾燥ジクロロメタン80 m j!を
入れ、これを室温に保持した。次に滴下ロートより乾燥
ピリジン15m1を加えたところ、白色錯体スラリーが
生成した。反応終了後、未反応物及び溶剤を減圧除去(
40℃、5IIIIIHg)すると、白色の粉末状固体
生成物が定量的に得られた。
(Example) Example 1 Synthesis of hydrochlorosilane-pyridine adduct A three-hole flask with an internal volume of 200 mJ was equipped with a mechanical stirrer, a condenser, and a dropping funnel, and after purging the reaction system with nitrogen, 50% of hydrochlorosilane was placed in the three-hole flask. m 11 and dry dichloromethane 80 m j! was added and kept at room temperature. Next, 15 ml of dry pyridine was added from the dropping funnel, producing a white complex slurry. After the reaction is complete, unreacted substances and solvent are removed under reduced pressure (
40° C., 5III Hg), a white powdery solid product was obtained quantitatively.

表−1 ヱlj」づ榎又主 、1lkLヒ゛ロ ロロシーン    エ  ° ”1
−1  ジクロロシラン(S i H2Cj!2) 9
B、6χ−+  ooシ”’ン 5iHC7!  99
.22生成物の赤外線吸収スペクトルは、第1図と第2
図に示した如く、文献〔エッチ・ジェイ・チャンペルー
ファーガソン(H,J、Champbell−Ferg
uson)等、ジャーナル・オブ・ケミカルソサイアテ
ィ(J、Chem、Soc、) (A)巻、1967年
、705〜712頁〕に記載されたヒドロクロロシラン
−ピリジンのアダクトの赤外線吸収スペクトルと一致し
た。1485ca+−1のピークについては文献には記
載されていなかったが、ピリジニウム塩の吸収であるこ
とが確認された。生熱物の熱分析を第3図と第4図に示
した。
Table-1 Elj” Zu Enokimata Lord, 1lkL Hero Loro Scene E ° “1
-1 Dichlorosilane (S i H2Cj!2) 9
B, 6χ-+ oo sh"'n 5iHC7! 99
.. 22 The infrared absorption spectrum of the product is shown in Figures 1 and 2.
As shown in the figure, the literature [H.J. Champbell-Ferguson
The infrared absorption spectrum of the hydrochlorosilane-pyridine adduct described in J. Chem. Although the peak of 1485ca+-1 was not described in the literature, it was confirmed that it was an absorption of pyridinium salt. Thermal analysis of the biothermal material is shown in Figures 3 and 4.

表−2 ア゛  のa η  ・ 、Nll            執   刀    
 ・日     ℃実施例2 トリクロロシラン−ピリ
ジンのアダクトを経由するシリコンイミド・塩化ア ンモニウム混合物の合成 内容積200mj!の四つロフラスコにガス吹き込み管
、メカニカルスターラー、ジュワーコンデンサー及び滴
下ロートを装着し、反応系内を窒素置換した後、四つロ
フラスコにトリクロロシラン5ml  (0,049m
o l)と乾燥ジクロロメタン80 m lを入れ、こ
れを常温に保持した。次に滴下ロートより乾燥ピリジン
15mffを加えたところ、白色スラリー約95mj!
が生成した。反応混合物を約O〜約5℃に保って激しく
攪拌しながら、アンモニア3.8gを窒素ガスと混合し
て、0.8〜1時間かけて吹き込んだ。反応終了後、未
反応物及び溶剤を減圧除去(100℃、51mlllH
g)すると、固体生成物10.2gが得られた。
Table-2 A η ・ , Nll surgery
・Day ℃ Example 2 Synthesis of silicon imide/ammonium chloride mixture via trichlorosilane-pyridine adduct Internal volume: 200 mj! A gas blowing tube, a mechanical stirrer, a dewar condenser, and a dropping funnel were installed in a four-row flask, and after purging the reaction system with nitrogen, 5 ml of trichlorosilane (0,049 m
o l) and 80 ml of dry dichloromethane were added and kept at room temperature. Next, 15 mff of dry pyridine was added through the dropping funnel, resulting in approximately 95 mj of white slurry!
was generated. 3.8 g of ammonia was mixed with nitrogen gas and bubbled in over a period of 0.8 to 1 hour while the reaction mixture was maintained at about 0 to about 5° C. and vigorously stirred. After the reaction, unreacted substances and solvent were removed under reduced pressure (100°C, 51mlH
g) 10.2 g of solid product were obtained.

これはトリクロロシラン基準で収率97.9%に相当す
る。全反応中に粉霧は生成せず、ガス流路及びアンモニ
ア供給口が閉塞しない事が確認された。
This corresponds to a yield of 97.9% based on trichlorosilane. It was confirmed that no powder mist was generated during the entire reaction, and that the gas flow path and ammonia supply port were not clogged.

生成物の赤外線吸収スペクトルを第5図に、又、比較の
ため塩化アンモニウムの赤外線吸収スペクトルを第6図
に示した。
The infrared absorption spectrum of the product is shown in FIG. 5, and the infrared absorption spectrum of ammonium chloride is shown in FIG. 6 for comparison.

実施例3 ヒドロクロロシラン−ピリジンのアダクトを
経由するシリコンイミド・塩化 アンモニウム混合物の合成 内容積209mjlの四つロフラスコにガス吹き込み管
、メカニカルスターラー、ジュワーコンデンサー及び滴
下ロートを装着し、反応系内を窒素置換した後、四つロ
フラスコに表−3のヒドロクロロシラン5 m lとジ
クロロメタン3 Q m lを入れ、これを常温に保持
した。次に滴下ロートより乾燥ピリジン15mj2を加
えたところ、白色スラリー約95mj!が生成した。反
応混合物を約16〜約25℃に保って激しく攪拌しなが
ら、アンモニア約4.0gを窒素ガスと混合して、0.
8〜1時間かけて吹き込んだ。反応終了後、未反応物及
び溶剤を減圧除去(100℃、5mmHg)して、固体
生成物を得た。
Example 3 Synthesis of silicon imide/ammonium chloride mixture via hydrochlorosilane-pyridine adduct A four-bottle flask with an internal volume of 209 mjl was equipped with a gas blowing tube, a mechanical stirrer, a dewar condenser, and a dropping funnel, and the reaction system was replaced with nitrogen. After that, 5 ml of hydrochlorosilane shown in Table 3 and 3 Q ml of dichloromethane were placed in a four-bottle flask, and the flask was kept at room temperature. Next, 15mj2 of dry pyridine was added through the dropping funnel, resulting in a white slurry of about 95mj! was generated. While maintaining the reaction mixture at a temperature of about 16 to about 25° C. and stirring vigorously, about 4.0 g of ammonia is mixed with nitrogen gas to give 0.0 g.
It took 8 to 1 hour to blow. After the reaction was completed, unreacted substances and the solvent were removed under reduced pressure (100° C., 5 mmHg) to obtain a solid product.

比較例1 アンモニアガスをトリクロロシラン溶液中に
吹き込む方法によるシリコンイ ミド・塩化アンモニウム混合物の合成 内容積20 Qmj!の三つロフラスコにガス吹き込み
管、メカニカルスターラー、ジュワーコンデンサーを装
着し、反応系内を窒素置換した後、三つロフラスコにト
リクロロシラン5 m lと乾燥四塩化炭素95 m 
lを入れ、これを所定の温度に保持した。次にこれを激
しく攪拌しながら、乾燥アンモニア約4.0gを窒素ガ
スと混合して、約1゜0時間かけて吹き込んだ。反応開
始と共に粉箱が生成してガス流路に堆積し、このために
アンモニア供給口が時々閉塞したので、窒素ガスの圧力
を上げて開口した。又、生成物は反応容器内壁に堆積し
て固着した。反応終了後、未反応物及び溶剤を減圧除去
(50〜100℃、5mmHg)すると、固体生成物が
得られた。表−4に示す如く本発明の方法を用いる場合
より低収率であった。
Comparative Example 1 Synthesis of silicon imide/ammonium chloride mixture by blowing ammonia gas into trichlorosilane solution Internal volume 20 Qmj! A three-hole flask was equipped with a gas blowing tube, a mechanical stirrer, and a dewar condenser, and the inside of the reaction system was replaced with nitrogen. Then, 5 ml of trichlorosilane and 95 ml of dry carbon tetrachloride were added to the three-hole flask.
1 was added and maintained at a predetermined temperature. Next, while stirring the mixture vigorously, about 4.0 g of dry ammonia was mixed with nitrogen gas and blown into the solution over a period of about 1.0 hours. When the reaction started, a powder box was generated and deposited in the gas flow path, which sometimes caused the ammonia supply port to become clogged, so it was opened by increasing the pressure of nitrogen gas. Moreover, the product was deposited and fixed on the inner wall of the reaction vessel. After the reaction was completed, unreacted substances and the solvent were removed under reduced pressure (50 to 100°C, 5 mmHg) to obtain a solid product. As shown in Table 4, the yield was lower than when using the method of the present invention.

表−4 墨葬滋JJしく社)【皇 1    ゛   ℃    工   ′    05
−1   0〜10       88.1−    
 8〜 5   ”    62.6比較例2 トリク
ロロシランとアンモニアとの直接反応によるシリコンイ
ミド・塩化ア ンモニウム混合物の合成 内容積100mjtの反応容器をドライアイス・メタノ
ール寒剤で冷却して、トリクロロシラン5mlを入れた
。これを−34℃以下に保ちながら、乾燥アンモニア約
4.0gを窒素ガスと混合して、1.0時間かけて吹き
込んだ。反応開始と共に気相にヒユームが発生し、さら
にトリクロロシラン液面上に固体生成物が析出した。更
にアンモニア供給口周囲に固体生成物が固着した。アン
モニアを全量吹き込んだ後にも未反応液体骨が残留した
Table-4 Bokusouji JJ Shikusha) [Kou 1 ゛ ℃ 工 ' 05
-1 0~10 88.1-
8-5'' 62.6 Comparative Example 2 Synthesis of silicon imide/ammonium chloride mixture by direct reaction of trichlorosilane and ammonia A reaction vessel with an internal volume of 100 mjt was cooled with dry ice/methanol cryogen, and 5 ml of trichlorosilane was added. While keeping the temperature below -34°C, about 4.0 g of dry ammonia was mixed with nitrogen gas and blown into it over a period of 1.0 hours.As the reaction started, fumes were generated in the gas phase, and the trichlorosilane liquid level increased. A solid product precipitated on top.Furthermore, a solid product stuck around the ammonia supply port.Even after the entire amount of ammonia was blown in, unreacted liquid bones remained.

反応終了後、未反応物を減圧除去(50℃、5mmHg
)すると、固体生成物4.27gが得られた。
After the reaction, unreacted substances were removed under reduced pressure (50°C, 5mmHg
) 4.27 g of solid product were obtained.

第7図は生成物の赤外線吸収スペクトルであり、本明細
書の実施例2で得られた生成物のそれとよく一致してい
る。しかしながら、本方法においても比較例1の場合と
同様に、反応開始と共に粉箱が発生して反応容器から排
出されガス流路に堆積すること及び、収率が珪素基準で
41.0%と本発明の場合より極めて低収率であること
が確認された。
FIG. 7 shows the infrared absorption spectrum of the product, which is in good agreement with that of the product obtained in Example 2 herein. However, in this method, as in Comparative Example 1, a powder box is generated at the start of the reaction, discharged from the reaction vessel, and deposited in the gas flow path, and the yield is 41.0% based on silicon. It was confirmed that the yield was much lower than that of the invention.

比較例3 トリクロロシランとアンモニアとの直接反応
によるシリコンイミド・塩化ア ンモニウム混合物の合成(常温気相法)内径2cx、長
さ100c11のガラス反応管の上端に一対のガス吹込
管を、下端に内容積500mnの沈降式生成物捕集器を
装着した。ガス吹込管の開口部は、トリクロロシランに
対しては反応管上端より10cmの位置に、アンモニア
に対しては同じ<3cmの位置とした。次に反応系内を
窒素置換した後、アンモニアを固形苛性ソーダと金属ナ
トリウムで乾燥して反応管に吹き込んだ。又、0〜5℃
に保持した飽和器にトリクロロシラン6.66gを入れ
、トリクロロシランをキャリヤーガスに飽和させて反応
管に吹き込んだ。反応開始とともに、生成物はガス吹込
管開口部よりヒユーム状になって反応管を通り捕集器に
流入した。反応の進行とともに、生成物がガス吹込管開
口部、反応器内壁及び捕集器より下流のガス流路に付着
堆積した。飽和器中のトリクロロシラン4.94gが気
化した時、ガス吹込管が閉塞したので、反応を停止した
。捕集器中の粉末状固体生成物は1.86gで、これは
珪素基準で24.1%に相当するにすぎず、本発明の場
合より極めて低収率であることが確認された。得られた
生成物の赤外線吸収スペクトルは第8図のようであり、
本明細書の実施例2で得られた生成物のそれとよく一致
した。
Comparative Example 3 Synthesis of silicon imide/ammonium chloride mixture by direct reaction of trichlorosilane and ammonia (room temperature gas phase method) A pair of gas blowing tubes were installed at the upper end of a glass reaction tube with an inner diameter of 2 cx and a length of 100 c11, and an internal volume at the lower end. A 500 mn settling product collector was installed. The opening of the gas blowing tube was set at a position of 10 cm from the upper end of the reaction tube for trichlorosilane, and at the same position <3 cm from the upper end of the reaction tube for ammonia. Next, after purging the reaction system with nitrogen, ammonia was dried with solid caustic soda and metallic sodium and blown into the reaction tube. Also, 0-5℃
6.66 g of trichlorosilane was placed in a saturator maintained at 100 mL, and the trichlorosilane was saturated with a carrier gas and blown into the reaction tube. At the start of the reaction, the product flowed into the collector through the reaction tube in the form of a fume from the opening of the gas blowing tube. As the reaction progressed, products adhered and deposited on the opening of the gas blowing pipe, the inner wall of the reactor, and the gas flow path downstream of the collector. When 4.94 g of trichlorosilane in the saturator was vaporized, the gas blowing pipe was blocked, so the reaction was stopped. The powdery solid product in the collector was 1.86 g, which corresponded to only 24.1% based on silicon, which was confirmed to be a much lower yield than in the case of the present invention. The infrared absorption spectrum of the obtained product is as shown in Figure 8.
Good agreement with that of the product obtained in Example 2 herein.

実施例4 ヒドロクロロシラン−ピリジンのアダクトを
経由するシリコンイミド・塩化 アンモニウム混合物の焼成 実施例2および実施例3で得た生成物5gを窒化珪素焼
結体製ボートに入れ、内径50mmのアルミナ製炉芯管
を装着した管上炉に入れた。アンモニア雰囲気下で5℃
/分の昇温速度で450℃まで加熱して1時間保持した
。その後窒素雰囲気中、10℃/分の昇温速度で、表−
5に示す温度まで加熱して、約2時間保持して生成物を
得た。得られた生成物の結晶性をX線回折法によって評
価した結果は表−5のようであった。
Example 4 Calcination of silicon imide/ammonium chloride mixture via hydrochlorosilane-pyridine adduct 5 g of the products obtained in Examples 2 and 3 were placed in a boat made of silicon nitride sintered body, and placed in an alumina furnace with an inner diameter of 50 mm. It was placed in a tube furnace equipped with a core tube. 5℃ under ammonia atmosphere
The mixture was heated to 450° C. at a heating rate of 1/2 min and held for 1 hour. Thereafter, in a nitrogen atmosphere, at a heating rate of 10°C/min,
The mixture was heated to the temperature shown in No. 5 and held for about 2 hours to obtain a product. The crystallinity of the obtained product was evaluated by X-ray diffraction, and the results are shown in Table 5.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、実施例1で得られたジクロロシラン−ピリジ
ンアダクトの赤外線吸収スペクトルである。 第2図は、実施例1で得られたトリクロロ゛シランーピ
リジンアダクトの赤外線吸収スペクトルである。 第3図は、実施例1で得られたジクロロシラン−ピリジ
ンアダクトのDTA (示差熱分析)曲線及びTG(熱
重量測定)曲線を示すグラフである。 第4図は、実施例1で得られたトリクロロシラン−ピリ
ジンアダクトのDTA曲線及び70曲線を示すグラフで
ある。 第5図は、実施例2で得られたシリコンイミドと塩化ア
ンモニウムの混合物の赤外線吸収スペクトルである。 第6図は、比較のための市販の塩化アンモニウムの赤外
線吸収スペクトルである。 第7図は、比較例2で得られたシリコンイミドと塩化ア
ンモニウムの混合物の赤外線吸収スベクトルである。 第8図は、比較例3で得られたシリコンイミドと塩化ア
ンモニウムの混合物の赤外線吸収スペクトルである。
FIG. 1 is an infrared absorption spectrum of the dichlorosilane-pyridine adduct obtained in Example 1. FIG. 2 is an infrared absorption spectrum of the trichlorosilane-pyridine adduct obtained in Example 1. FIG. 3 is a graph showing a DTA (differential thermal analysis) curve and a TG (thermogravimetry) curve of the dichlorosilane-pyridine adduct obtained in Example 1. FIG. 4 is a graph showing the DTA curve and 70 curve of the trichlorosilane-pyridine adduct obtained in Example 1. FIG. 5 is an infrared absorption spectrum of the mixture of silicon imide and ammonium chloride obtained in Example 2. FIG. 6 is an infrared absorption spectrum of commercially available ammonium chloride for comparison. FIG. 7 shows the infrared absorption vector of the mixture of silicon imide and ammonium chloride obtained in Comparative Example 2. FIG. 8 is an infrared absorption spectrum of the mixture of silicon imide and ammonium chloride obtained in Comparative Example 3.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)窒化珪素焼結体を製造するための前駆体としての
シリコンイミド又はポリシラザンを合成する方法におい
て、主としてトリクロロシランと塩基を反応せしめてア
ダクトを形成する工程を包含することを特徴とするシリ
コンイミド又はポリシラザンの製造方法。
(1) A method for synthesizing silicon imide or polysilazane as a precursor for producing a silicon nitride sintered body, which is characterized by including a step of mainly reacting trichlorosilane with a base to form an adduct. A method for producing imide or polysilazane.
(2)塩基が3級ルイス塩基及び3級アミン類の中から
選択された少なくとも1種の塩基であることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項に記載のシリコンイミド又はポ
リシラザンの製造方法。
(2) The method for producing silicon imide or polysilazane according to claim 1, wherein the base is at least one base selected from tertiary Lewis bases and tertiary amines.
(3)塩基が、トリアルキルアミン、芳香族3級アミン
、トリアルキルフォスフィン、トリアルキルアルシン及
びトリアルキルスチビンから選択された少なくとも1種
であることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の
シリコンイミド又はポリシラザンの製造方法。
(3) Claim 2, characterized in that the base is at least one selected from trialkylamines, aromatic tertiary amines, trialkylphosphines, trialkylarsines, and trialkylstibines. A method for producing silicon imide or polysilazane as described in .
JP1324685A 1985-01-25 1985-01-25 Production of silicon imide or polysilazane Pending JPS61174108A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5258169A (en) * 1990-10-02 1993-11-02 Bayer Aktiengesellschaft Silicon diimide, a process for its preparation and silicon nitride obtained therefrom

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5258169A (en) * 1990-10-02 1993-11-02 Bayer Aktiengesellschaft Silicon diimide, a process for its preparation and silicon nitride obtained therefrom

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