JPS62260704A - α型窒化珪素粉末の製造方法 - Google Patents

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α型窒化珪素（α−３ｉ３Ｎ　＜）粉末、特に
α型の比率が高いα型窒化珪素粉末の製造方法に関する
。

［従来の技術］ 窒化珪素焼結体は機械的強度が高く且つ耐熱性にも優れ
ており、高温材料部材として多様な用途が考えられてい
る。しかし、実用に供する優れた窒化珪素焼結体を造る
ためには、潰れた特性の原料粉末が要求される。特に、
高強度の焼結体を造るためには、原料粉末となる窒化珪
素粉末が結晶相的に高い比率のα型窒化珪素を含有して
いることが望ましい。

比較的安価で工業的に有利であると考えられている公知
の窒化珪素製造法として、金属珪素粉末を窒化する方法
を挙げることができる。しかし、この窒化反応は発熱反
応であるため、大量に製造する際には、多徒の反応熱の
ためにα型窒化珪素の生成が抑制されて高品質のα型窒
化珪素粉末を製造することはできない５ し発明が解決しようとする問題点１ 反応熱によるα型Ｅｆ　’（ヒ珪素粉末の生成抑制に対
処する手段としては、反応熱と放熱のバランスを取るた
めに加熱を極めてゆっくり行なう方法、温度（：ンサー
により昇温を監視し、排気ガス′ｆｌ換などの処置をと
る方法等の種々の方法が提案されている。しかし、これ
らの方法は反応熱の問題を満足に解決するまでには至っ
ていない。

反応熱等の問題点を回避するために、吸熱反応であるシ
リカ還元性共存によるα型窒化珪素粉末の製造方法も提
唱されている６例えば、特公昭５４−１３２４０号（特
開昭５２−３８５００号）公報にはシリカ、炭素及び金
属珪素からなる混合粉末に窒素を含む雰囲気中で加熱焼
成を施して還元・窒化反応し、窒化珪素（Ｓ　ｉ、Ｎ　
、）を生成し、次に酸化性雰囲気中で加熱処理を施すこ
とからなるα型窒化珪素粉末の製造方法を記載している
。上述の方法において、シリカ、炭素及び金属珪素を単
に混合して還元・窒化反応を行なうと、諸原料が極めて
高純度の場合には還元・窒化法の特徴として高α型窒化
珪素を合成することができる。しかし、例えば冶金グレ
ード、純度９８％以下のメタリックシリコンを使用して
この反応を行なった場き、金属珪素の窒化とシリカを炭
素で還元・窒化する反応が別々に進行するわけでなく、 Ｓ　ｉ　＋　Ｓ　ｉ　Ｏ２→ＳｉＯ ３ｉ　Ｏ＋　Ｃ＋　Ｎ　２−　Ｓ　！　ｓ　Ｎ　ｔ　＋
　ＣＯの如く反応が進行する。この反応は全体としては
還元・窒化反応であるため、その特徴としての純度依存
性が叩著に現れ、熱の問題以前にα相の減少を招くもの
と考えられる。

従って、本発明の目的は比軸的低純度の原料を使用して
ＳｉＣ等の副産物を生成することなく高比率のα型窒化
珪素粉末を製造することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは上述の問題点を解決するために種々の検討
を行なった結果、金属珪素粉末、シリカ及び炭素を（ａ
）金属珪素粉末と（ｂ）シリカと炭素よりなる混合物と
に分割し、成分（ａ）または成分（１］）の少なくとも
１方を造粒した後、成分（、）と成分（１＋）を混合し
、次に加熱して還元・窒化することによって高品質のα
型窒化珪素粉末を得ることができることを見出し本発明
を完成するに至った。

すなわち、本発明は金属珪素（Ｓ　ｉ）粉末、シリカ（
ＳｉＯｚ）粉末及び炭素（Ｃ）粉末よりなる混合物を加
熱焼成して還元・窒化することからなるα型窒化珪素の
製造方法において、金属珪素（Ｓ　ｉ）粉末、シリカ（
ＳｉＯ２）粉末及び炭素（Ｃ）粉末を（、）金属珪素粉
末と（１＋）シリカと炭素の混合物に分割し、成分（ａ
）または成分（ｂ）の少なくとも１方を造粒し、次に成
分（、）と成分（ｂ）を混合して窒化雰囲気中で加熱焼
成して還元・窒化することを特徴とするα型窒化珪素粉
末の製造方法を提供するにある。

これにより金属珪素の窒化反応による発熱企相殺し、且
つ全系の純度レベル低下（冶金グレー、ドシリコンが低
純度のため）によるα重紙下を防ぎ、全体として高α型
窒（ヒ珪素粉末の大量製造を可能にする点にある。

［作　用］ 成分（ａ）すなわち金属珪素（Ｓ　ｉ）粉末は通常の金
属直接窒１ヒの場合に使用するものを使用することかで
きる。すなわち、金属珪素粉末は１０μ以下の粒度をも
つものが好ましい。１０ノ１より徂な粒子を多欲に含む
ときには反応時間が長時間となり、また未反応珪素の残
留が増すため高純度窒化珪素のＴＡ造には適さない。

成分（１＋）はシリカ（Ｓ　＋　Ｏｚ　）粉末と炭素（
Ｃ）粉末よりなる混合物であり、通常の還元・窒化法の
場合に使用するものと同・様のものが使用できる。すな
わち、本発明に使用できるシリカとしては例えば湿式法
シリカ粉末、シリカヒユーム、もみがらシリカ等を挙げ
ることができる。また、炭素粉末としては例えばカーボ
ンブラック、石油コークス粉末等を挙げることが・でき
る。

シリカ粉末、炭素粉末は反応性の観点より、１次粒子径
１μ以下のものが好ましく、それより粗い場きには未反
応物が残り易く、高純度の窒化珪素の製造には適さない
。また、純度は高α率の窒化珪素を製造するためには、
シリカ、炭素混合系の純度が高い程、高α型となるため
、共に９９％以上の純度が好ましい。これよりも純度が
低い場合にはα型室（ヒ珪素含有延が低下する。

成分（ｂ）中のシリカ粉末／炭素粉末の配き割合は重量
比で１１０．４〜１／１である。シリカ粉末／炭素粉末
の配合割合が１１０．４未満であると、シリコンオキシ
ナイトライド（Ｓ　ｉ２０　Ｎ　ｚ）の生成が見られる
なめに好ましくなく、また、１／１を超えると過剰の炭
素が金属シリコンと反応して炭化珪素（Ｓ　ｉＣ）を生
成し易くなると共に、未反応の炭素を低温酸化などの方
法により除去する必要が生じ、炭素中の不純物が多い程
窒化珪素も純度は低下するし、不純物酸化物等が混入す
る結果となるために好ましくない。

成分（ａ）及び（ｂ）に純水または有機溶媒を添加して
造粒することができる。造粒方法は転勤造粒、押出成形
、スラリー乾燥物の破砕等の通常使用されている造粒方
法のいずれもを使用することができる。また、粒度を適
当に選べば単なる加圧成形による造粒も可能である０粒
の形状は球、円柱、角柱等のいずれであってもよく、造
粒物の寸法は０．５〜２０１１１１＋１程度が好ましい
、造粒物の寸法が０．５１１１１−より細かいと、単純
混合との差があまりなく、α率の低下、炭化珪素の生成
などの問題を生ずる。また、２０＋６０１より粗いと、
熱の相殺を均一に行ない難く、不均一となる。

造粒は成分（ａ）または（ｈ）またはそれら両者に施す
ことができる。

次に、成分くｌＬ）と成分＜ｂ＞をｌ昆合する。成分（
ａ）／成分（ｂ）の混６割合は成分（ｂ）中のシリカを
１とした重量比で３以下である。この温き割合が３を超
えると熱の相殺効果が充分でないために好ましくない。

得られた温き物を次に窒化雰囲気中で加熱焼成して還元
・窒化反応を行なうことにより高品質のα型窒化珪素粉
末を得ることができる。

本発明方法に使用できる窒化雰囲気とは窒素またはアン
モニアを含有する非酸化性ガスである。

また、加熱焼成に使用する温度は１４００〜１６００℃
の範囲内である。温度が１４００℃未満であると、還元
並びに窒化反応が充分に進まず、副産物の炭化珪素も多
量に生成したまま分解されないで残るために好ましくな
く、また、１６００℃を超えるとα化率が低下し、また
、製造装置上の制約（炉材等）が厳しく、コスト的にも
不利であるなめシこ好ましくない。

本発明のα型窒化珪素粉末の製造方法の特徴は成分（ａ
）または成分（ｂ）またはそれら両者を造粒することに
ある。造粒を行なわずに上述の配合割合で金属珪素粉末
、シリカ粉末及び炭素粉末を混合して加熱焼成しても、
α型窒化珪素の生成率（α化率）は原料粉末が高純度（
９９，９％以上）の場合を除いては６０％前渣の低い値
しか示さない。更に、混合物中の全屈珪素と炭素が反応
して炭化珪素を生成し易くなるという欠点も生ずる。し
かし、成分（ａ）または成分（１＋）またはそれら両者
を造粒してから加熱焼成することにより、低純度の原料
粉末を使用しても、窒化反応と還元反応は粉末と造粒物
または造粒物と造粒物の接触面分際いて、それぞれの系
内で独立に進行するために、高α化率を達成することが
できると共に炭化珪素の生成を抑制することができる。

［実　施　例］ 又膜ヱリー 比表面積１８０　＋ｎ”／′ｇの湿式法シリカ粉末（純
度９９．５％以上）と比表面１５７０　ｍ’／　＆のカ
ーボンブラック粉末（純度９９．５％）とシリカｌに対
しカーボンブラック０．４または１．０の重量比で混合
し、これをボールミルで３時間乾式混倉した。

得られた混合粉末１重置部に純水３重緻部を添加して泥
漿とし、これを乾燥後、解砕・篩分けを行ない０．５〜
１０１１１１１１の造粒物を造った。次に平均粒径３　
Ｊｌの金属珪素粉末（純度９９０％）を上述の造粒物中
のシリカを１とした重量比で０．７または２混合して混
合試料を得た。

得られた混合試料１０ｇを窒素気流中で小型電気炉によ
り１４５０〜１５５０°Ｃの温度に４〜５時間保持して
加熱焼成を行ない、窒化珪素粉末を得た。

得られた窒化珪素粉末をＸ線沿末回折し、得られた図形
よりα型窒化珪素の含有率及び炭化珪素の含有率を求め
た。

得られた結果を以下の第１ｋに本免明品］〜３として記
載する。

また、平均粒径３μｆ）金属珪素粉末（純度９９．０％
）１重量部に純水１重量部を添加して泥漿とし、これを
乾燥後、解砕・篩分けを行ない０．５〜１０１ＩＩＩ１
１の造粒物を造った。これとは別に、比表面Ｒｔ１８０
ｍ２／ｇの湿式法シリカ粉末（純度９９．５％）と比表
面Ｔａ　７０　ｍ２／　ｇのカーボンブラック粉末（純
度９９．５％）を、シリカ１に対しカーボンブラック０
．４または１．０の重量比で混合し、これをボールミル
で３時間屹式混合した。得られた混合物と上述の金属珪
素造粒物を混合物中のシリカ含１とした重量比で０．７
または２混合して混合試料を得た。

得られた混合試料１０ｇを上述と同様の操作で加熱焼成
して窒化珪素粉末を得た。

得られた結果を以下の第１表に本発明品４及び５として
記載する。

また、第１表には同様の原料を用いた金属珪素直接壁ｆ
ヒ法、シリカ還元法並びにシリカ、炭素金属珪素の粉末
混合物の還元　窒化法をそれぞれ比較品１．２及び３と
して記載する。

上記と全く同一の原料を用い、上記と同一の反応条件で
大型環状炉を１吏川して、還元・窒化反応処理量を各２
００ｇとした場きの結果を第１表に併記する。

１１１よ アエロジルシリカ（日本アエロジル社製）をシリカ粉末
として、アセチレンブラック（電気化学社製）を炭素粉
末として、半導体用シリコン（信越化学比！！ＩＪ）を
粉砕して平均粒径１μ程度としてものを金属珪素粉末と
して、実施例１と同様の操作を用いて窒化珪素粉末を製
造した。なお、上述の原料粉末は純度９９．９９％以上
の高純度原料である。

得られた結果を第１表に本発明品６及び７として記載す
る。

［発明の効果］ 本発明方法によれば、特に高純度の金属珪素粉末を用い
ることなく、通常のメタリックグレードの金属珪素を用
いて高比率のα型窒化珪素を含有し肚つＳｉＣ等の副産
物含量の少ない窒化珪素粉末を製造することが可能とな
った。また、本発明方法は大量生産時における反応熱に
よるα化率の低下等の問題の解決ｌ＼も適応することが
できろ。

特許出願人　小野田セメント株式会社 ＋１′、、　、＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属珪素（Ｓｉ）粉末、シリカ（ＳｉＯ＿２）粉末及び
   炭素（Ｃ）粉末よりなる混合物を加熱焼成して還元・窒
   化することからなるα型窒化珪素の製造方法において、 金属珪素（Ｓｉ）粉末、シリカ（ＳｉＯ＿２）粉末及び
   炭素（Ｃ）粉末を（ａ）金属珪素粉末と（ｂ）シリカと
   炭素の混合物に分割し、成分（ａ）または成分（を）の
   少なくとも１方を造粒し、次に成分（ａ）と成分（ｂ）
   を混合して窒化雰囲気中で加熱焼成して還元・窒化する
   ことを特徴とするα型窒化珪素粉末の製造方法。