JPS6272506A - 窒化けい素粉末の製造方法 - Google Patents
窒化けい素粉末の製造方法Info
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- JPS6272506A JPS6272506A JP21263285A JP21263285A JPS6272506A JP S6272506 A JPS6272506 A JP S6272506A JP 21263285 A JP21263285 A JP 21263285A JP 21263285 A JP21263285 A JP 21263285A JP S6272506 A JPS6272506 A JP S6272506A
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- sio
- silicon nitride
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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。
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粉末の製造方法に関し、特にα−8
i 3N4の含有率が高く、かつ微細で粒径の揃った高
純度窒化けい素粉末製造技術についての提案である。な
お、3i 3N+にはα型およびβ型と呼ばれるものが
あるが、なかでもα型の5isN*を原料とした焼結体
は高温強度が高く耐熱性にも優れていることから、この
粉末は高温下において用いられる構造用セラミックの原
料粉末として大いに期待されているものである。
i 3N4の含有率が高く、かつ微細で粒径の揃った高
純度窒化けい素粉末製造技術についての提案である。な
お、3i 3N+にはα型およびβ型と呼ばれるものが
あるが、なかでもα型の5isN*を原料とした焼結体
は高温強度が高く耐熱性にも優れていることから、この
粉末は高温下において用いられる構造用セラミックの原
料粉末として大いに期待されているものである。
(従来の技術)
窒化けい素粉末の製造方法(合成法)としては、下記(
1)〜(4)に説明するような方法が知られている。
1)〜(4)に説明するような方法が知られている。
(1)金属けい素粉末を窒素中で長時間加熱し次式のよ
うな反応を導いて窒化させる方法、(3Si + 2N
2→3i 3N<)(2)四塩化けい素やシランとアン
モニアとを次式にもとづいて反応させる気相反応法、(
3SiCぶ4 +4NH3→S: 3N<+12H(1
) (3)SiOzを反応量論比程度のカーボン(C)で還
元して得たSiOを次式のような反応を導いて鎗化する
方法、 (3Si 02 +6G+2N2→Si3N4+6GO
) (4)イミド分解法と言われている方法で、下記式に示
すような反応、すなわち有機溶媒に溶かしたSi C1
,4溶液と液化アンモニアとを反応させ、シリコンジイ
ミドSi (NH)2を生成させ、それを熱処理して
5:sN4を得る方法。
うな反応を導いて窒化させる方法、(3Si + 2N
2→3i 3N<)(2)四塩化けい素やシランとアン
モニアとを次式にもとづいて反応させる気相反応法、(
3SiCぶ4 +4NH3→S: 3N<+12H(1
) (3)SiOzを反応量論比程度のカーボン(C)で還
元して得たSiOを次式のような反応を導いて鎗化する
方法、 (3Si 02 +6G+2N2→Si3N4+6GO
) (4)イミド分解法と言われている方法で、下記式に示
すような反応、すなわち有機溶媒に溶かしたSi C1
,4溶液と液化アンモニアとを反応させ、シリコンジイ
ミドSi (NH)2を生成させ、それを熱処理して
5:sN4を得る方法。
(Si C1,* +6NH3→Sf (NH)2
+4N84C1) (3Si (NH>2→Si 3 N4 +2NH3
)上述したSi 3N<粉末合成法のうち、上記(1)
の方法は、Siの窒化が発熱反応で、その発熱制御のた
めプロセス上かなりの工夫を必要とする。例えば、Si
としては比較的粗粒のものを選ぶことが必要で1、窒化
後に粉砕しなければならないので、このとき不純物の混
入が避けられないという問題点があった。
+4N84C1) (3Si (NH>2→Si 3 N4 +2NH3
)上述したSi 3N<粉末合成法のうち、上記(1)
の方法は、Siの窒化が発熱反応で、その発熱制御のた
めプロセス上かなりの工夫を必要とする。例えば、Si
としては比較的粗粒のものを選ぶことが必要で1、窒化
後に粉砕しなければならないので、このとき不純物の混
入が避けられないという問題点があった。
上記(2)の方法の場合、半導体素子の表面被覆などに
は適するが、無機耐熱材料用の原料粉末の製造としては
量産的な製造法とはいえず工業的製造には不向きである
。
は適するが、無機耐熱材料用の原料粉末の製造としては
量産的な製造法とはいえず工業的製造には不向きである
。
上記(3)の方法は、原料として充分に精製された二酸
化けい素粉末、および炭素粉末を用いる必要があるばか
りでなく、生成物はα型3isN4β型813N 4
、シリコンオキシナイトライド(Si 2 ON2 )
およびSiCの混合系になりやすいためにα型Si 3
N4の収率が低いという欠点があった。
化けい素粉末、および炭素粉末を用いる必要があるばか
りでなく、生成物はα型3isN4β型813N 4
、シリコンオキシナイトライド(Si 2 ON2 )
およびSiCの混合系になりやすいためにα型Si 3
N4の収率が低いという欠点があった。
上記(4)のイミド分解法は、高純度の5isN*粉末
が得ることはできるが、高価な5iC1鴫を使用するた
めに、本質的に経済的な方法とは言えない。
が得ることはできるが、高価な5iC1鴫を使用するた
めに、本質的に経済的な方法とは言えない。
従来上述した周知技術のもつ問題点を克服する方法とし
て、特開昭53−102300号公報や特開昭59−1
3611号公報として開示されているものが知られてい
る。
て、特開昭53−102300号公報や特開昭59−1
3611号公報として開示されているものが知られてい
る。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしながら上記従来技術の場合、解決を必要とする次
のような問題点を抱えている。すなわち、特開昭53−
102300号公報開示の技術の場合、C量を過剰に用
いかつ3i 3N+粉末を所定量共存させる方法である
が、得られるSi 3N<粉末のその平均粒径は1μl
から1.1μmであり、セラミックスの焼結特性を改善
するのに有効な、平均粒径1μ−以下の微細な窒化けい
素粉末を得ることは困難である。
のような問題点を抱えている。すなわち、特開昭53−
102300号公報開示の技術の場合、C量を過剰に用
いかつ3i 3N+粉末を所定量共存させる方法である
が、得られるSi 3N<粉末のその平均粒径は1μl
から1.1μmであり、セラミックスの焼結特性を改善
するのに有効な、平均粒径1μ−以下の微細な窒化けい
素粉末を得ることは困難である。
また、上記特開昭59−13611号公報に開示の方法
は、いわゆるアモルファス状SiOを還元窒化雰囲気中
で熱処理して3i 3N+超微粉を製造する技術である
が、単に還元窒化雰囲気中で熱処理しても、実際には還
元窒化が不完全であり、生成する5isN+にSi 2
ON2などの不純物が混入するので、高品質の3i
3N+が高収率では得られないという問題点を残してい
た。
は、いわゆるアモルファス状SiOを還元窒化雰囲気中
で熱処理して3i 3N+超微粉を製造する技術である
が、単に還元窒化雰囲気中で熱処理しても、実際には還
元窒化が不完全であり、生成する5isN+にSi 2
ON2などの不純物が混入するので、高品質の3i
3N+が高収率では得られないという問題点を残してい
た。
要するに本発明の目的は上記従来技術の抱える問題点の
克服にある。
克服にある。
(問題点を解決するための手段)
本発明者等は上述した課題に対して鋭意研究した結果、
微細な一酸化けい素(Si O)粉末、炭素(C)含有
物質からなる混合粉末もしくはその成形体をちととして
、これをN2+不活性ガス等の窒化性ガスを充填した雰
囲気中で熱処理した場合、SiCや5i 2ON2が共
存しない高品質で微細なα−3iiN+粉末を高濃度に
含む窒化けい素粉末が高収率で得られることを知見した
。
微細な一酸化けい素(Si O)粉末、炭素(C)含有
物質からなる混合粉末もしくはその成形体をちととして
、これをN2+不活性ガス等の窒化性ガスを充填した雰
囲気中で熱処理した場合、SiCや5i 2ON2が共
存しない高品質で微細なα−3iiN+粉末を高濃度に
含む窒化けい素粉末が高収率で得られることを知見した
。
すなわち本発明は、上記混合物もしくはその成形体の混
合割合を、C/Si 0モル比で0.7〜2.0の範囲
内のものとしてこれをN2分圧が1気圧以上の窒化性雰
囲気のもとで加熱することを特徴とする窒化けい素粉末
の製造方法を、上記問題点の課題解決手段として採用す
るものである。
合割合を、C/Si 0モル比で0.7〜2.0の範囲
内のものとしてこれをN2分圧が1気圧以上の窒化性雰
囲気のもとで加熱することを特徴とする窒化けい素粉末
の製造方法を、上記問題点の課題解決手段として採用す
るものである。
(作用)
本発明で使用するSiO粉末としては、例えば、エレク
トロニクス分野で利用されている蒸着11E!形成用の
原料であるSiO粉末など使用可能である。また粒径1
μm以下のアモルファス状のSiO超微粉なども使用可
能であり、微細な3i 3N+粉末を得るために原料の
SiO粉末も細かい方が望ましい。
トロニクス分野で利用されている蒸着11E!形成用の
原料であるSiO粉末など使用可能である。また粒径1
μm以下のアモルファス状のSiO超微粉なども使用可
能であり、微細な3i 3N+粉末を得るために原料の
SiO粉末も細かい方が望ましい。
こうしたSiO粉末は、Si 02−C系、3i 02
−8i系などの反応系で高温反応生成物として得られる
が、いわゆる高温で発生したSiO蒸気(SiO(9)
)が不均化反応(2S10→3i +3i 02 )を
起こさずに、急冷・凝固した場合、X線回折法では非晶
質と認められ、また気相を介して得られるので非常に微
細で本発明に好適である。そして、その表面は活性に富
み、場合によっては空気中の酸素と反応して表面がSi
02になっている場合がある。また時には表面のみ窒
素と反応して窒化していたりするものもある。
−8i系などの反応系で高温反応生成物として得られる
が、いわゆる高温で発生したSiO蒸気(SiO(9)
)が不均化反応(2S10→3i +3i 02 )を
起こさずに、急冷・凝固した場合、X線回折法では非晶
質と認められ、また気相を介して得られるので非常に微
細で本発明に好適である。そして、その表面は活性に富
み、場合によっては空気中の酸素と反応して表面がSi
02になっている場合がある。また時には表面のみ窒
素と反応して窒化していたりするものもある。
本発明においてSiC粉末を用いる理由は次のような点
にある。シリカ還元法では、 Si 02 +C−+Si o+co−−−(1)の反
応により発生するSiO(g)を、中間体として次式の
ようにC共存下のN2雰囲気で反応させて3isN+を
得る。
にある。シリカ還元法では、 Si 02 +C−+Si o+co−−−(1)の反
応により発生するSiO(g)を、中間体として次式の
ようにC共存下のN2雰囲気で反応させて3isN+を
得る。
3Si O(9)+2N2 +3G−+Si s N4
+3CO・・・(2) この反応において、5i02はSiC粉末に比べて反応
活性に乏しく、加熱途中に軟化し、(1)式で得られた
5iO(9)の流通を妨げるばかりか、雰囲気ガス(特
にN2ガス)の流通をも妨げ、原料内のSi0分圧、N
2分圧を減少させて3i 3Niの、収率を低下させる
。しがもβ−8t C,Si 2 ON2なども不可避
的に生成しゃすい。しかし、SiC粉末中に(2)式の
反応量論比程度、好ましくは反応量論比より若干多めに
C粉末を配合すれば、該反応容器内の02分圧を充分減
少させ、次式: %式%(3) の反応の進行に伴うSi 02の生成量を抑制し得る。
+3CO・・・(2) この反応において、5i02はSiC粉末に比べて反応
活性に乏しく、加熱途中に軟化し、(1)式で得られた
5iO(9)の流通を妨げるばかりか、雰囲気ガス(特
にN2ガス)の流通をも妨げ、原料内のSi0分圧、N
2分圧を減少させて3i 3Niの、収率を低下させる
。しがもβ−8t C,Si 2 ON2なども不可避
的に生成しゃすい。しかし、SiC粉末中に(2)式の
反応量論比程度、好ましくは反応量論比より若干多めに
C粉末を配合すれば、該反応容器内の02分圧を充分減
少させ、次式: %式%(3) の反応の進行に伴うSi 02の生成量を抑制し得る。
さらにSiC粉末は蒸発しSiO(g):SiO蒸気と
なり、極めて容易に(2)式の反応が進行するからであ
る。
なり、極めて容易に(2)式の反応が進行するからであ
る。
次に、本発明において使用するC含有物質としては、と
(に限定しないが、S r C粉末との均一な混合状態
が達成され、かつ炭素以外の不純物が少ないほうが望ま
しい。例えば、灰分の少ない石油コークスや石油ピッチ
、石炭ピッチ、カーボンブラック、各種有機樹脂などが
好適であ゛る。
(に限定しないが、S r C粉末との均一な混合状態
が達成され、かつ炭素以外の不純物が少ないほうが望ま
しい。例えば、灰分の少ない石油コークスや石油ピッチ
、石炭ピッチ、カーボンブラック、各種有機樹脂などが
好適であ゛る。
次に本発明においては、出発原料として用いるSiC粉
末と炭素含有物質中の炭素との混合比は、モル比(C/
Si O) テ0.7〜2.0(F)範囲内ICTれば
、α型窒化けい素粉末の収率を上げることができる。こ
れは次の理由による。すなわち、Si 01モルあたり
Cが0.7未満では・Si 02の生成が始まると共に
多量の5izONzが生成してα型窒化けい素粉末の生
成量が少なくなる。
末と炭素含有物質中の炭素との混合比は、モル比(C/
Si O) テ0.7〜2.0(F)範囲内ICTれば
、α型窒化けい素粉末の収率を上げることができる。こ
れは次の理由による。すなわち、Si 01モルあたり
Cが0.7未満では・Si 02の生成が始まると共に
多量の5izONzが生成してα型窒化けい素粉末の生
成量が少なくなる。
一方、2.0を超えると、SiCが認められ、かつβ−
8i 3N4の生成量が増加することになり、結果的に
α型窒化けい素の収率が低下するからである。
8i 3N4の生成量が増加することになり、結果的に
α型窒化けい素の収率が低下するからである。
本発明において、原料の混合割合(C/Si O)が大
きい場合、焼成後に炭素が残留することがある。こうし
た場合、さらに酸化性雰囲気で焼成し、残留した炭素を
酸化することにより除去することができる。酸化性雰囲
気中での焼成温度は生成した窒化けい素粉末が酸化しな
いようにするために900℃以下の低温度が好ましく、
本発明の場合600℃以下がより好適である。
きい場合、焼成後に炭素が残留することがある。こうし
た場合、さらに酸化性雰囲気で焼成し、残留した炭素を
酸化することにより除去することができる。酸化性雰囲
気中での焼成温度は生成した窒化けい素粉末が酸化しな
いようにするために900℃以下の低温度が好ましく、
本発明の場合600℃以下がより好適である。
次に、窒化性ガス雰囲気としては、N2やN2−82
、 N2−Ar 、あるいはN83などのように加熱に
より分解してN2を発生するようなガス雰囲気が上げら
れるが、どの雰囲気ガスでも本発明の目的は達成される
。
、 N2−Ar 、あるいはN83などのように加熱に
より分解してN2を発生するようなガス雰囲気が上げら
れるが、どの雰囲気ガスでも本発明の目的は達成される
。
次に、上記雰囲気下における加熱焼成の温度は、140
0〜1800℃の範囲が選ばれる。この温度範囲限定の
理由は、1400℃未満ではSi 3N+の生成が難し
く、5izON2やSi 02が生成しゃすい。
0〜1800℃の範囲が選ばれる。この温度範囲限定の
理由は、1400℃未満ではSi 3N+の生成が難し
く、5izON2やSi 02が生成しゃすい。
一方、1800℃を超えるとβ型Si 3N+の生成量
が増加し、結局所望のα型窒化けい素粉末の収率が減少
するばかりか、炭素含有量の多い場合にはSiCの生成
が見られるからである。
が増加し、結局所望のα型窒化けい素粉末の収率が減少
するばかりか、炭素含有量の多い場合にはSiCの生成
が見られるからである。
本発明において、混合粉末を焼成する際には窒化性ガス
雰囲気中のN2分圧を1気圧以上、好ましくは3気圧以
上に保つ。その理由は、1気圧未満ではs+co生成壷
が多くなり、低温のとき特にその傾向が著しい。その結
果として3iiN<の生成量が減少するためである。圧
力の効果については次の様に考えられる。
雰囲気中のN2分圧を1気圧以上、好ましくは3気圧以
上に保つ。その理由は、1気圧未満ではs+co生成壷
が多くなり、低温のとき特にその傾向が著しい。その結
果として3iiN<の生成量が減少するためである。圧
力の効果については次の様に考えられる。
すなワチ、N2雰囲気下t’si Cと3isN*の平
衡を考えると、 3Si C+2N2→Si 3N4 +3G・・・(4
)の反応が考えられる。この反応式からSiC。
衡を考えると、 3Si C+2N2→Si 3N4 +3G・・・(4
)の反応が考えられる。この反応式からSiC。
Si3N<の安定領域を温度とN2分圧で整理すると第
1図に示すような結果となる。第1図かられかるように
、N2分圧が高いほど、3i 3N+が安定であること
がわかる。特に該反応温度領域では3気圧以上保持する
ことが、3i 3N+生成に一層有利であることは明白
である。
1図に示すような結果となる。第1図かられかるように
、N2分圧が高いほど、3i 3N+が安定であること
がわかる。特に該反応温度領域では3気圧以上保持する
ことが、3i 3N+生成に一層有利であることは明白
である。
(実施例)
原料として、平均粒径0.2μ−のSiO粉末とカーボ
ンブラック(東海カーボン、商品名ジーストV)とを、
第1表に示す配合割合で均一に混合したものを用いた。
ンブラック(東海カーボン、商品名ジーストV)とを、
第1表に示す配合割合で均一に混合したものを用いた。
これらの混合粉末をるつぼに軽く充填し、N2圧力を0
.5気圧から10気圧の範囲に調節したN2雰囲気中に
て1200〜2000℃の温度範囲において2時間熱処
理を行った。こうした熱処理で得た生成物を粉末X線回
折によって生成結晶相を同定し、窒化けい素の生成割合
を測定し、同時に全生成物中のα−8isN*の生成割
合も測定した。さらに、走査電子顕微鏡観察により窒化
けい素粉末の粒径を測定した。その結果を第1表に示す
。
.5気圧から10気圧の範囲に調節したN2雰囲気中に
て1200〜2000℃の温度範囲において2時間熱処
理を行った。こうした熱処理で得た生成物を粉末X線回
折によって生成結晶相を同定し、窒化けい素の生成割合
を測定し、同時に全生成物中のα−8isN*の生成割
合も測定した。さらに、走査電子顕微鏡観察により窒化
けい素粉末の粒径を測定した。その結果を第1表に示す
。
次に得られた生成物を酸化処理のために500℃〜90
0℃で2時間空気中で加熱した。酸化処理前接の不純物
Cの含有1(wt%)とO含有量(wt%〉を第2表に
示した。
0℃で2時間空気中で加熱した。酸化処理前接の不純物
Cの含有1(wt%)とO含有量(wt%〉を第2表に
示した。
第 2 表
(発明の効果)
以上説明したように本発明によれば、α化率の高い高純
度で微細な窒化けい素粉末が安価に効率良く製造できる
。
度で微細な窒化けい素粉末が安価に効率良く製造できる
。
第1図は、温度と窒素分圧についてのSI3N4とSi
Cとの平衡関係を示す線図である。 第1図 温71 T7’に
Cとの平衡関係を示す線図である。 第1図 温71 T7’に
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、SiO粉末と炭素含有物からなる混合粉末もしくは
その成形体を、窒化性雰囲気中において1400〜18
00℃の温度にて加熱することにより窒化けい素粉末を
製造する方法において、前記SiO粉末と炭素含有物と
の混合割合 を、C/SiOモル比で0.7〜2.0の範囲内とし、
その混合物・成形体をN_2分圧が1気圧以上の窒化性
雰囲気で加熱することを特徴とする窒化けい素粉末の製
造方法。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21263285A JPS6272506A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
CN86104331A CN1007724B (zh) | 1985-06-24 | 1986-06-23 | 制造α-氮气化硅粉末的方法 |
EP86304810A EP0206795B1 (en) | 1985-06-24 | 1986-06-23 | Method of producing silicon nitride powders |
DE8686304810T DE3675590D1 (de) | 1985-06-24 | 1986-06-23 | Verfahren zum herstellen von siliziumnitridpulvern. |
AU58951/86A AU568982B2 (en) | 1985-06-24 | 1986-06-23 | Silicon nitride powder |
CA000512152A CA1293106C (en) | 1985-06-24 | 1986-06-23 | Method of producing silicon nitride powders |
KR1019860005039A KR870000238A (ko) | 1985-06-24 | 1986-06-24 | 질화 규소 분말의 생산 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21263285A JPS6272506A (ja) | 1985-09-27 | 1985-09-27 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6272506A true JPS6272506A (ja) | 1987-04-03 |
Family
ID=16625874
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21263285A Pending JPS6272506A (ja) | 1985-06-24 | 1985-09-27 | 窒化けい素粉末の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6272506A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009017206A1 (ja) * | 2007-08-01 | 2009-02-05 | Mitsubishi Chemical Corporation | 蛍光体及びその製造方法、結晶性窒化珪素及びその製造方法、蛍光体含有組成物、並びに、該蛍光体を用いた発光装置、画像表示装置及び照明装置 |
-
1985
- 1985-09-27 JP JP21263285A patent/JPS6272506A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009017206A1 (ja) * | 2007-08-01 | 2009-02-05 | Mitsubishi Chemical Corporation | 蛍光体及びその製造方法、結晶性窒化珪素及びその製造方法、蛍光体含有組成物、並びに、該蛍光体を用いた発光装置、画像表示装置及び照明装置 |
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