JPS6339885A - Production of silicon nitride precursor and silicon nitride powder - Google Patents

Production of silicon nitride precursor and silicon nitride powder

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Publication number
JPS6339885A
JPS6339885A JP18332886A JP18332886A JPS6339885A JP S6339885 A JPS6339885 A JP S6339885A JP 18332886 A JP18332886 A JP 18332886A JP 18332886 A JP18332886 A JP 18332886A JP S6339885 A JPS6339885 A JP S6339885A
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JP
Japan
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silicon
halosilane
silicon nitride
integer
reaction
Prior art date
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Pending
Application number
JP18332886A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Tashiro
裕治 田代
Hiroshi Kaya
茅 博司
Takeshi Isoda
礒田 武志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Toa Nenryo Kogyyo KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Toa Nenryo Kogyyo KK filed Critical Toa Nenryo Kogyyo KK
Priority to JP18332886A priority Critical patent/JPS6339885A/en
Publication of JPS6339885A publication Critical patent/JPS6339885A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain the titled powder for high temperature structural materials, etc., containing no needle crystal and having high purity alpha type isometric system with a particle size of submicron order, by reacting specific amines with a halosilane and then reacting the reaction product with ammonia. CONSTITUTION:A primary or secondary amine (e.g. aniline, etc.) expressed by formula I (R is aliphatic or aromatic residue; l is an integer of 1<=l<=4; r is 1-2, provided that in the case of a cyclic nitrogen compound, l is 2 when r is 1) is reacted with a halosilane (e.g. tetrahalogenosilane, etc.) expressed by formula II [X is halogen; m is an integer of 0<=m<=2p+2 (pis 1 or 2); n is an integer of 0<=n<=2p+2; m+n is an integer of 0<=m+n<2p+2] at a ratio of numbers of Si atoms to C atoms within the range of 1-100 to partially form a silane or organoaminosilane, which is then reacted with ammonia to afford the aimed compound powder.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒化ケイ素前駆体および窒化ケイ素粉末を製造
する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing silicon nitride precursors and silicon nitride powders.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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。
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, making a great contribution to energy and resource conservation. It is important as one of the possible high-performance materials.

従来、窒化珪素の製造方法としては以下の4方法が知ら
れている。
Conventionally, the following four methods are known as methods for manufacturing silicon nitride.

■ 金属シリコン粉末を窒素又はアンモニア気流中で、
1300℃〜1500℃で加熱して直接窒化するシリコ
ン直接窒化法。
■ Metallic silicon powder in a nitrogen or ammonia stream,
A silicon direct nitriding method in which silicon is directly nitrided by heating at 1300°C to 1500°C.

■ シリカ又は含シリカ物質を炭素と共に窒素雰囲気下
で加熱し、又は尿素でシリカを還元して、生成するケイ
素と窒素とを反応させるシリカ還元法。
(2) A silica reduction method in which silica or a silica-containing substance is heated together with carbon in a nitrogen atmosphere, or silica is reduced with urea, and the generated silicon reacts with nitrogen.

■ 四塩化珪素とアンモニアとを高温で直接反応せしめ
る気相合成法。
■ A gas phase synthesis method in which silicon tetrachloride and ammonia are directly reacted at high temperatures.

■ 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。
■ An imide amide thermal decomposition method in which silicon nitride is obtained by heating silicon imide or silicon amide obtained by ammonolysis of silicon tetrachloride in a non-oxidizing atmosphere.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記従来の方法には、−船釣に以下の問題点があると指
摘されている。
It has been pointed out that the above-mentioned conventional method has the following problems in boat fishing.

すなわち、上記■の方法の場合には、反応時間が長く、
加熱工程が煩雑である上、得られる窒化珪素は粗大で不
純物を多く含むβ型窒化珪素が主体であり、■の方法の
場合には、原料の精製が困難なばかりでなく、反応時間
が長く、得られる生成物はα型窒化珪素とβ型窒化珪素
の混合系であり、■の方法の場合には、生成した窒化珪
素は一般に非晶質であるために更に結晶化(α相化)の
工程が必要であるのみならず、高温加熱の際に発生する
塩素の処理が煩雑であり、■の方法の場合には、高純度
のα型窒化珪素を収率よく製造し得るという利点が有る
ものの、シリコンイミド又はシリコンアミドを合成する
際に反応装置の管が閉塞し易い上、この反応が急激な発
熱反応であるので反応の制御が困難であり、更には焼結
体を製造する上で障害となる針状結晶を生成する。しか
しながら、■の方法に関しては、本発明者等はハロシラ
ンと塩基を反応せしめてアダクトを生成する工程と該ア
ダクトとアンモニアを反応せしめる工程を包含すること
により、急激な発熱反応を制御すると同時に高純度の窒
化珪素粉末を合成する方法を既に提案した(特開昭60
−260406号公報)。
In other words, in the case of method (■) above, the reaction time is long;
The heating process is complicated, and the silicon nitride obtained is mainly β-type silicon nitride, which is coarse and contains many impurities.In the case of method (2), not only is it difficult to purify the raw material, but the reaction time is long. , the product obtained is a mixed system of α-type silicon nitride and β-type silicon nitride, and in the case of method 2, the silicon nitride produced is generally amorphous, so it is further crystallized (α phase formation). Not only is the step (2) required, but the treatment of chlorine generated during high-temperature heating is complicated. However, when synthesizing silicon imide or silicon amide, the reactor tubes are easily clogged, and since this reaction is rapidly exothermic, it is difficult to control the reaction, and furthermore, it is difficult to manufacture sintered bodies. generates needle-like crystals that become an obstacle. However, with respect to method (2), the present inventors included a step of reacting halosilane with a base to produce an adduct and a step of reacting the adduct with ammonia, thereby controlling the rapid exothermic reaction and achieving high purity. We have already proposed a method for synthesizing silicon nitride powder (Japanese Unexamined Patent Publication No. 1983-1999).
-260406).

本発明は、このようなイミドアミド熱分解法において焼
成体製造の障害となる針状結晶を多量に生成する欠点を
除去することを目的としている。
An object of the present invention is to eliminate the drawback that a large amount of needle-shaped crystals are produced in such an imidoamide thermal decomposition method, which hinders the production of a fired product.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者等は、上記イミドアミド熱分解法が焼結体を製
造する上で大きな障害となる針状結晶を多量に生成する
欠点を除去する方法を検討している過程で、1級または
2級アミンとハロシランを反応させる゛ことにより得た
(オルガノアミノ)シランとハロシランとの混合物をア
ンモニアと反応させてシリコンイミドあるいはシリコン
アミドを生成しこれを熱処理すると針状結晶を殆んど含
ま本発明では、先ず、窒化ケイ素製造の前駆体をなすシ
リコンイミドまたはシリコンアミドを製造する。この前
駆体の製造方法では、式(I):R,N、II□r++
−t      (r )(式中、Rは脂肪族残基また
は芳香族残基を示し、lは15.f<4の整数であり、
rは1又は2である。但し、環式窒素化合物の場合はr
=1に対してlは2となる。)で表わされる少なくとも
1種の1級または2級アミンと式(II): RJI、IS’ipX (211,2−<m*n++ 
    (II )(式中、Rは脂肪族残基または芳香
族残基、Xはハロゲン原子を示し、mは05m<2p+
2の整数、nは0≦nく2p+2の整数、pは1または
2であり、m + nは0≦m+n<2p+2の整数で
ある。) で表わされる少なくとも1種のハロシランとをケイ素原
子と炭素原子との原子数比(Si/C比)が1〜100
の範囲内にある割合で反応させ、一部として(オルガノ
アミノ)シランを生成させた後、その(オルガノアミノ
)シランとハロシランからなる反応混合物にアンモニア
を反応させることにより、窒化珪素前駆体であるシリコ
ンアミドあるいはシリコンアミドを生成する。この場合
、式(II)で表わされるハロシランに対して、それと
アダクトを形成する反応以外の反応をしない塩基を作用
させ、生じたアダクトを式(1)および式(II)の化
合物のS i / C原子数比が1〜100の範囲内に
ある割合で式(I)で表わされるアミンと反応させ、ア
ダクト混合物を生成させた後、アンモニアと反応させる
ことによって、あるいは式(1)で表わされるアミンと
式(II)で表わされるハロシランをSi/C原子数比
が1〜100の範囲内にある割合で反応させた後、この
反応生成物に対して、式(n)で表わされるハロシラン
とアダクトを形成する反応以外の反応をしない塩基を作
用させ、生じたアダクト混合物をアンモニアと反応させ
ることによって、窒化珪素の製造に好適に使用できる前
駆体のシリコンイミドあるいはシリコンアミドを生成で
きる。
The present inventors have discovered that in the process of investigating methods for eliminating the drawback of the above-mentioned imidoamide pyrolysis method, in which a large amount of needle-shaped crystals are produced, which is a major hindrance in producing sintered bodies, In the present invention, a mixture of (organo-amino)silane and halosilane obtained by reacting an amine with a halosilane is reacted with ammonia to produce silicon imide or silicon amide, and when this is heat-treated, it contains almost all needle crystals. First, silicon imide or silicon amide, which is a precursor for silicon nitride production, is produced. In this method for producing a precursor, formula (I): R, N, II□r++
-t(r) (wherein R represents an aliphatic residue or an aromatic residue, l is an integer of 15.f<4,
r is 1 or 2. However, in the case of cyclic nitrogen compounds, r
=1, l becomes 2. ) and at least one primary or secondary amine represented by the formula (II): RJI, IS'ipX (211,2-<m*n++
(II) (wherein R is an aliphatic residue or an aromatic residue, X is a halogen atom, and m is 05m<2p+
2, n is an integer of 0≦n<2p+2, p is 1 or 2, and m + n is an integer of 0≦m+n<2p+2. ) at least one type of halosilane represented by
A silicon nitride precursor is produced by reacting at a certain ratio within the range of (organoamino)silane to partially produce (organoamino)silane, and then reacting the reaction mixture consisting of (organoamino)silane and halosilane with ammonia. Produces silicon amide or silicon amide. In this case, the halosilane represented by formula (II) is treated with a base that does not react with it other than to form an adduct, and the resulting adduct is converted into the Si / By reacting with an amine represented by formula (I) in a proportion in which the C atomic ratio is within the range of 1 to 100 to produce an adduct mixture, and then reacting with ammonia, or by reacting with ammonia After reacting the amine with the halosilane represented by formula (II) at a Si/C atomic ratio within the range of 1 to 100, the reaction product is reacted with the halosilane represented by formula (n). Silicon imide or silicon amide, which is a precursor that can be suitably used in the production of silicon nitride, can be produced by reacting a base that does not perform reactions other than those that form adducts and reacting the resulting adduct mixture with ammonia.

式(1)で表わされる1級または2級アミンは式(n)
で表わされるハロシランと反応させてシリコンイミドま
たはシリコンアミドに有機炭素原子を導入するために用
いるものであり、そのためにこのアミンは炭素原子を含
む有機基と少なくとも1個のN−H結合を有するもので
なければならない。炭素原子を含む有機基としては、特
に限定はないが、脂肪族残基、および芳香族残基、特に
芳香族炭化水素基が好ましい。このような式(I)で表
わされる1級または2級アミンの例としてはモノアルキ
ルアミン、モノアリルアミン、ジアルキルアミン、ジア
リルアミン、アルキルアリルアミン、モノアルキルジア
ミン、ジアルキルジアミン、トリアルキルジアミン、モ
ノアリルジアミン、ジアリルジアミン、トリアリルジア
ミン、モノアルキルジアリルジアミン、ジアルキルモノ
アリルジアミン、モノアルキルヒドラジン、ジアルキル
ヒドラジン、トリアルキルヒドラジン、モノアリルヒド
ラジン、ジアリルヒドラジン、トリアリルヒドラジン、
モノアルキルジアリルヒドラジン、ジアルキルモノアリ
ルヒドラジン、環式窒素化合物(少なくとも1つのN−
H結合を存する化合物、例えば、ピロール類、インドー
ル類、カルバゾール類、イミダゾール類、ピペリジン類
、アゼピン類等)、等がある。
The primary or secondary amine represented by formula (1) is represented by formula (n)
This amine is used to introduce an organic carbon atom into silicon imide or silicon amide by reacting with a halosilane represented by Must. The organic group containing a carbon atom is not particularly limited, but aliphatic residues and aromatic residues, particularly aromatic hydrocarbon groups, are preferred. Examples of such primary or secondary amines represented by formula (I) include monoalkylamine, monoallylamine, dialkylamine, diallylamine, alkylarylamine, monoalkyldiamine, dialkyldiamine, trialkyldiamine, monoallyldiamine, Diallyldiamine, triallyldiamine, monoalkyldiallyldiamine, dialkylmonoallyldiamine, monoalkylhydrazine, dialkylhydrazine, trialkylhydrazine, monoallylhydrazine, diallylhydrazine, triallylhydrazine,
monoalkyldiallylhydrazine, dialkylmonoallylhydrazine, cyclic nitrogen compound (at least one N-
Examples include compounds having an H bond, such as pyrroles, indoles, carbazoles, imidazoles, piperidines, azepines, etc.

弐(II)で表わされるハロシランはアンモニアと反応
してシリコンイミドまたはシリコンアミドを生成する主
体となる成分であり、アンモニアあるいは式(I)で表
わされるアミンと反応するために少なくとも1個のハロ
ゲン基が存在すべきである。また、アンモニアまたはア
ミンと反応して生成するシリコンイミドあるいはシリコ
ンアミドが重合体化するためにはハロシランはジハロシ
ラン、さらにはトリハロシラン、テトラハロシランであ
ることが好ましい。さらに、このハロシランにも有機基
が存在することができ、この有機基は上記アミンの有機
基と同様であることができるが、−i的には脂肪族基の
ものが入手し易い。式(II)で表わされるハロシラン
の例としてはテトラハロゲノシラン、トリハロゲノシラ
ン、ジハロゲノシラン、七ノハロゲノシラン、モノアル
キルトリハロゲノシラン、モノアルキルジハロゲノシラ
ン、モノアルキルモノハロゲノシラン、モノ了りルトリ
ハロゲノシラン、モノ了りルジハロゲノシラン、モノ了
りルモノハロゲノシラン、ジアルキルジハロゲノシラン
、ジアルキルモノハロゲノシラン、ジアリルジハロゲノ
シラン、ジアリルモノハロゲノシラン、トリアルキルモ
ノハロゲノシラン、トリ了りルモノハロゲノシラン、モ
ノアルキルモノ了りルジハロゲノシラン、モノアルキル
モノ了りルモノハロゲノシラン、ジアルキルモノアリル
モノハロゲノシラン、モノアルキルジアリルモノハロゲ
ノシラン、ヘキサハロゲノジシラン、ペンタハロゲノジ
シラン、ヘキサハロゲノジシラン、トリハロゲノジシラ
ン、ジハロゲノジシラン、モノハロゲノジシラン、およ
び、これらハロゲノジシラン類のアルキルおよび/又は
アリル置換体等の中から選択された少くとも一種のハロ
ゲノシランが挙げられる。但し、ハロゲンとしては、塩
素、臭素、フッ素、ヨウ素がある。
Halosilane represented by II (II) is a main component that reacts with ammonia to produce silicon imide or silicon amide, and has at least one halogen group to react with ammonia or the amine represented by formula (I). should exist. Further, in order to polymerize the silicon imide or silicon amide produced by reacting with ammonia or amine, the halosilane is preferably dihalosilane, more preferably trihalosilane or tetrahalosilane. Furthermore, this halosilane can also have an organic group, and this organic group can be the same as the organic group of the above-mentioned amine, but in terms of -i, those with aliphatic groups are easily available. Examples of the halosilane represented by formula (II) include tetrahalogenosilane, trihalogenosilane, dihalogenosilane, heptanohalogenosilane, monoalkyltrihalogenosilane, monoalkyldihalogenosilane, monoalkylmonohalogenosilane, and monohalogenosilane. trihalogenosilane, mono-dihalogenosilane, mono-dihalogenosilane, dialkyldihalogenosilane, dialkylmonohalogenosilane, diallyldihalogenosilane, diallylmonohalogenosilane, trialkylmonohalogenosilane, tri-monohalogenosilane , monoalkyl monohalogenosilane, monoalkyl monohalogenosilane, dialkyl monoallyl monohalogenosilane, monoalkyl diallyl monohalogenosilane, hexahalogenodisilane, pentahalogenodisilane, hexahalogenodisilane, trihalogenodisilane, At least one type of halogenosilane selected from halogenodisilane, monohalogenodisilane, alkyl and/or allyl substituted products of these halogenodisilanes, etc. can be mentioned. However, examples of halogen include chlorine, bromine, fluorine, and iodine.

弐(I)で表わされるアミンと式(n)で表わされるハ
ロシランとはこれらの成分全体におけるS i / C
原子数比が1〜100の範囲内にある割合で反応させる
。上記においてSt/C原子数比が1より小さいと、ア
ンモニアと反応後に生成する窒化ケイ素前駆体中に炭素
が多くなり過ぎて、また、S i / C原子数比が1
00より大きいと、生成する窒化ケイ素前駆体中の炭素
が少なくなり、前駆体を熱処理して窒化ケイ素粉末を生
成するとき針状結晶の生成を抑制する効果が十分に発揮
されない。
The amine represented by (I) and the halosilane represented by formula (n) are S i / C in the whole of these components.
The reaction is carried out at an atomic ratio within the range of 1 to 100. In the above, if the St/C atomic ratio is less than 1, there will be too much carbon in the silicon nitride precursor produced after reacting with ammonia, and if the S i /C atomic ratio is less than 1.
If it is larger than 00, the amount of carbon in the silicon nitride precursor to be produced will be small, and the effect of suppressing the formation of needle-shaped crystals will not be sufficiently exhibited when the precursor is heat-treated to produce silicon nitride powder.

本発明の方法の好ましい態様において、ハロシランに塩
基を作用させてアダクトを作成すれば、アダクトは溶媒
中に安定に存在するために、アンモニアとの反応の制御
が容易になり、さらには高収率であり、あるいは高分子
量の生成物を得ることができるなどの利点がある。
In a preferred embodiment of the method of the present invention, if an adduct is created by reacting halosilane with a base, the adduct exists stably in the solvent, making it easy to control the reaction with ammonia, and furthermore, yielding high yields. It also has the advantage of being able to obtain high molecular weight products.

本発明で使用することのできる塩基は、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塩基であり、
このような塩基としては例えば、ルイス塩基、3級アミ
ン類(トリアルキルアミン、ピリジン、ピコリン及びこ
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
ピン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、チオフェ
ン、フラン、ジオキサン、セレノフェン、■−メチルフ
ォスフオール等)が挙げることができるが、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、チオフェン、フラン、ジオキサン、
セレノフェン、1−メチルフォスフオールが好ましく、
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、ハロシランに対して化
学量論的量、即ちアミン:シラン=2=1より過剰に存
在すれば足りる。
The base that can be used in the present invention is a base that does not react with halosilane other than the reaction that forms an adduct,
Examples of such bases include Lewis bases, tertiary amines (trialkylamines, pyridine, picoline, and derivatives thereof), secondary amines having sterically hindered groups, phosphine, stibine, arsine, and derivatives thereof. (e.g. trimethylphosphine, dimethylethylphosphine, methyldiethylphosphine, triethylphosphine, trimethylarsine, trimethylstipine, trimethylamine, triethylamine, thiophene, furan, dioxane, selenophene, ■-methylphosphine, etc.) Among them, bases with low boiling points and less basicity than ammonia (e.g. pyridine, picoline, trimethylphosphine, dimethylethylphosphine, methyldiethylphosphine, triethylphosphine, thiophene, furan, dioxane,
Selenophene and 1-methylphosphool are preferred;
Pyridine and picoline are particularly preferred from the viewpoint of handling and economy. The amount of the base used does not need to be particularly strict; it is sufficient that the base, including the amine in the adduct, is present in a stoichiometric amount relative to the halosilane, ie, in excess of amine:silane=2=1.

本発明の反応工程で生ずるハロシランのアダクトは、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 produced in the reaction process of the present invention only needs to be substantially produced as a reaction intermediate, and may or may not actually be separated as a halosilane adduct.

本発明のシリコンイミド又はシリコンアミドの合成にお
ける反応条件は、反応温度が一78℃〜100℃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。
The reaction conditions for the synthesis of silicon imide or silicon amide of the present invention are not particularly limited in terms of reaction time or reaction pressure, as long as the reaction temperature is 178°C to 100°C, since the reaction rate is high.

ハロシラン及びアミンとの反応生成物である(オルガノ
アミノ)シランと有機塩基との錯体形成反応は、ハロシ
ランの沸点以下の温度で行う事が好ましく、続いて行う
錯体のアンモノリシス反応は反応がマイルドであるため
、低温で行う必要がなく、0℃〜50℃で行うことが好
ましい。
The complex formation reaction between (organoamino)silane, which is a reaction product of halosilane and amine, and an organic base is preferably carried out at a temperature below the boiling point of halosilane, and the subsequent ammonolysis reaction of the complex is mild. Therefore, it is not necessary to carry out the process at a low temperature, and it is preferable to carry out the process at a temperature of 0°C to 50°C.

一方ハロシラン及びアミンとの反応生成物である(オル
ガノアミノ)シランとアンモニアとの反応は、反応が激
しいため低温で行う必要があり、ハロシランの沸点以下
の温度で、さらにO℃〜−40℃の温度域で行うことが
好ましい。
On the other hand, the reaction between (organoamino)silane, which is a reaction product of halosilane and amine, and ammonia is a violent reaction, so it must be carried out at a low temperature. It is preferable to carry out the reaction in a temperature range.

また上記シリコンイミドまたはシリコンアミドの合成反
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。
Further, the synthesis reaction of silicon imide or silicon amide is preferably carried out under an inert gas atmosphere, and nitrogen or argon is preferably used as the inert gas.

こうして得られたシリコンイミドまたはシリコンアミド
は、溶媒を減圧加熱除去したのち、−80〜50℃の温
度域耐圧容器中で洗浄ろ過又は、昇華可能な温度/圧力
により、副生塩化アンモニウムを除去することにより、
塩素を含まない窒化ケイ素粉末前駆体として好適なもの
が得られる。一般に昇華法は温度を上げるため、アミド
はイミドへと分解し、塩素も一部内部へ取り込まれると
いう報告もあり、液体アンモニアによる洗浄が好ましい
The thus obtained silicon imide or silicon amide is heated to remove the solvent under reduced pressure, and then the by-product ammonium chloride is removed by washing and filtration in a pressure container in the temperature range of -80 to 50°C or at a temperature/pressure that allows sublimation. By this,
A suitable chlorine-free silicon nitride powder precursor is obtained. In general, the sublimation method raises the temperature, so amide decomposes into imide, and there are reports that some chlorine is also taken into the interior, so cleaning with liquid ammonia is preferable.

本発明の方法により生成するシリコンイミドまたはシリ
コンアミドは、ハロシランとアンモニアの反応により生
成するシラザンのケイ素原子にアミン残基が結合したも
のと考えることができる。
The silicon imide or silicon amide produced by the method of the present invention can be considered to be one in which an amine residue is bonded to the silicon atom of the silazane produced by the reaction of halosilane and ammonia.

このシラザンは主鎖に5t−N結合、5i−N−N結合
等を有する直鎖状、環状あるいはその複合構造、架橋構
造であり、アミン残基はその側基としてのはか5t−N
主骨格中にも存在することができる。本発明の方法では
少なくともアミン残基が有機基を伴なう結果、得られる
窒化ケイ素前駆体をなすシリコンイミドまたはシリコン
アミドは所定割合(St/C比が1〜100)の有機基
を含有する。また、シリコンイミドあるいはシリコンア
ミドの分子量は出発原料の種類と反応条件により非常に
広範囲に変化し、低分子量のものから非常に高分子fi
(例えば、生成物の電子顕微鏡観察結果から計算すると
380万以上)の三次元不規則網目構造のものまでいろ
いろである。
This silazane has a linear, cyclic, composite structure, or crosslinked structure having 5t-N bonds, 5i-N-N bonds, etc. in the main chain, and the amine residue has a 5t-N bond as a side group.
It can also be present in the main skeleton. In the method of the present invention, at least the amine residue is accompanied by an organic group, so that the silicon imide or silicon amide forming the obtained silicon nitride precursor contains a predetermined ratio (St/C ratio of 1 to 100) of organic groups. . Furthermore, the molecular weight of silicon imide or silicon amide varies over a wide range depending on the type of starting materials and reaction conditions, ranging from low molecular weight to very high molecular weight fi.
(For example, as calculated from the results of electron microscopic observation of the product, there are various types, including those with a three-dimensional irregular network structure of 3.8 million or more).

なお、(オルガノアミノ)シランを含まない窒化ケイ素
前駆体については、出願人は特開昭60−145903
号、同60−260406号公報および特願昭60−2
57824号明細書等にその製法あるいは生成物につい
て開示している。また、類偵の生成物についてR,R,
Wills、 R,A、Markle、、およびS、P
、Mukheriee らがCeramic Bull
etin Vol、62.魚8.904〜915頁(1
983)に化学構造を記載している。
Regarding silicon nitride precursors that do not contain (organoamino)silane, the applicant has disclosed Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-145903.
No. 60-260406 and patent application No. 60-2
57824 and other documents disclose its manufacturing method or product. Also, regarding the product of the analogue, R, R,
Wills, R.A., Markle, and S.P.
, Mukherie et al.
etin Vol, 62. Fish 8. pages 904-915 (1
983) describes the chemical structure.

こうして本発明の方法により合成されるシリコンイミド
またはシリコンアミドは好適な窒化ケイ素製造の前駆体
であり、不活性ガスもしくは還元性ガスまたは両者の混
合ガス雰囲気下に600℃から1300℃の範囲の温度
に昇温して焼成し、さらに1300℃から1700℃の
範囲の温度に昇温しで結晶化させれば、針状結晶を殆ん
ど含まない等方性窒化ケイ素粉末を得ることができる。
The silicon imide or silicon amide thus synthesized by the method of the present invention is a suitable precursor for the production of silicon nitride, and is carried out at temperatures ranging from 600°C to 1300°C under an atmosphere of inert gas or reducing gas or a mixture of both. If the temperature is raised to 1,300° C. to 1,700° C. for firing, and the temperature is further raised to a temperature in the range of 1,300° C. to 1,700° C. for crystallization, an isotropic silicon nitride powder containing almost no needle crystals can be obtained.

不活性ガスとしては窒素、アルゴン等、還元性ガスとし
ては水素、アンモニア、−酸化炭素等を用いることがで
きる。
Nitrogen, argon, etc. can be used as the inert gas, and hydrogen, ammonia, carbon oxide, etc. can be used as the reducing gas.

熱処理は、最初、600〜1300℃の範囲内の温度に
昇温しで、シリコンイミドまたはシリコンアミドから有
機基、ハロゲン原子等を飛散させ、主として非晶質の窒
化ケイ素を生成させる。
In the heat treatment, the temperature is first raised to a temperature in the range of 600 to 1300° C. to scatter organic groups, halogen atoms, etc. from silicon imide or silicon amide, and mainly produce amorphous silicon nitride.

次いで1300〜1700℃の範囲内の温度に昇温する
と、結晶質の窒化ケイ素粉末を得ることができる。
When the temperature is then raised to a temperature in the range of 1300 to 1700°C, crystalline silicon nitride powder can be obtained.

窒化ケイ素焼結体の原料粉末としての窒化ケイ素は一般
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、高強度の窒化ケイ素の焼結体
が得られるからである。
Silicon nitride as the raw material powder for the silicon nitride sintered body is generally highly pure and preferably 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. This is because a sintered body of

本発明によって製造したシリコンイミド又はシリコンア
ミドを用いて90%以上がα型であって焼結性が極めて
優れた窒化ケイ素粉末を高収率で得るためには、シリコ
ンイミド又はアミドを600〜1300℃好ましくは9
00〜1200℃に昇温しで、30分間以上保持し、有
機基、ハロゲン原子等を飛散させ、主として非晶質窒化
ケイ素を生成させる。次いで、1300〜1700℃好
ましくは1450〜1650°Cの温度に昇温(好まし
くは15°/1Ilin以上の昇温速度)し、1450
℃では2時間以上、1650℃では10分以下、145
0℃〜1650℃の温度域では1分以上3時間以下の時
間保持することにより、針状結晶を含まない、等方性結
晶質窒化ケイ素粉末を得ることができる。
In order to obtain a silicon nitride powder in which 90% or more is α-type and has extremely excellent sinterability using the silicon imide or silicon amide produced according to the present invention in a high yield, it is necessary to °C preferably 9
The temperature is raised to 00 to 1200°C and held for 30 minutes or more to scatter organic groups, halogen atoms, etc., and mainly produce amorphous silicon nitride. Next, the temperature is raised to 1300 to 1700°C, preferably 1450 to 1650°C (preferably at a temperature increase rate of 15°/1 Ilin or more), and the temperature is increased to 1450°C.
℃ for more than 2 hours, 1650℃ for less than 10 minutes, 145
By holding the temperature in the temperature range of 0° C. to 1650° C. for a period of 1 minute or more and 3 hours or less, an isotropic crystalline silicon nitride powder containing no needle crystals can be obtained.

〔作 用〕[For production]

窒化珪素の前駆体であるシリコンイミドまたはシリコン
アミドを合成する過程において、本発明で使用される1
級または2級アミンとハロシランとの反応生成物である
(オルガノアミノ)シランは炭素源としての役割も果し
、前駆体中に均一に分配された状態で加熱される過程で
結晶成長阻害剤および酸化抑制剤として働く。これによ
り、針状結晶を殆んど含まない等方性窒化珪素粉末を製
造することが可能になったものと考えられる。
1 used in the present invention in the process of synthesizing silicon imide or silicon amide, which is a precursor of silicon nitride.
(Organoamino)silanes, which are the reaction products of primary or secondary amines and halosilanes, also serve as a carbon source and are homogeneously distributed in the precursor during the heating process to form crystal growth inhibitors and Acts as an oxidation inhibitor. It is believed that this made it possible to produce isotropic silicon nitride powder containing almost no acicular crystals.

〔実施例〕〔Example〕

力 j−8iCI  アニlン・Si/C=10/1)
(1)窒化珪素を製造するための前駆体合成内容積50
0m1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
置し、反応系内を窒素置換した後、四つロフラスコに四
塩化ケイ素20m1 (174m mol! ) 、乾
燥トルエン220rr+j!を入れ、これを氷温に保持
した。ここに滴下ロートより乾燥ピリジン40mfと乾
燥トルエン200mβとの混合液を滴下すると、四塩化
ケイ素とピリジンとの白色錯体スラリーが生成した。続
いて原料ハロゲン化ケイ素中のケイ素とアミン中の炭素
との比が10(Si/C=10)になるように、−級ア
ミンとしての乾燥アニリン0.25m1(2,74m 
mol)と乾燥トルエン10m1との混合物を滴下ロー
トより滴下した。
Force j-8iCI Anilin・Si/C=10/1)
(1) Inner volume of precursor synthesis for producing silicon nitride: 50
A gas blowing tube, a mechanical stirrer, a dewar condenser, and a dropping funnel were installed in a 0 ml four-bottomed flask, and after the reaction system was replaced with nitrogen, 20 ml (174 mmol!) of silicon tetrachloride and 220 ml of dry toluene were placed in the four-bottom flask. was added and kept at ice temperature. When a mixed solution of 40 mf of dry pyridine and 200 mβ of dry toluene was dropped into the mixture from the dropping funnel, a white complex slurry of silicon tetrachloride and pyridine was produced. Next, 0.25 ml (2.74 m
A mixture of mol) and 10 ml of dry toluene was added dropwise from the dropping funnel.

次に反応生成物を15〜25℃に保って激しく攪拌しな
がらアンモニア84gを窒素と混合して、5時間かけて
吹き込んだ。反応終了後、ピリジン及び溶媒を減圧除去
(15mmHg;60℃)すると固体生成物47.3 
gが得られた。これは四塩化ケイ素基準で収率99.4
%に相当する。全反応中に松露は生成せず、ガス流路及
びアンモニア供給口に閉塞はなかった。
Next, 84 g of ammonia was mixed with nitrogen and blown into the reaction product over a period of 5 hours while the reaction product was kept at 15 to 25°C and stirred vigorously. After the reaction was completed, pyridine and the solvent were removed under reduced pressure (15 mmHg; 60°C) to yield a solid product of 47.3
g was obtained. This is a yield of 99.4 based on silicon tetrachloride.
Corresponds to %. No pine dew was produced during the entire reaction, and there were no blockages in the gas flow path or ammonia supply port.

乾燥した反応生成物22.2gを内容積200mj!の
液体アンモニア洗浄装置に窒素バッグ中で移し取り、液
体アンモニア110mfで5回洗浄し、副生する塩化ア
ンモニウムを除去し、窒化珪素を製造するための前駆体
3.88gを得た。
22.2g of dried reaction product with an internal volume of 200mj! The mixture was transferred to a liquid ammonia cleaning device in a nitrogen bag and washed five times with 110 mf of liquid ammonia to remove by-product ammonium chloride to obtain 3.88 g of a precursor for producing silicon nitride.

(2)焼成 前駆体1.65gを窒素バッグ中で炭素製焼成用ボート
に移し取り、炉心管が高純度アルミ→・製管状炉内窒素
気流下(21/m1n) 600℃/hrの昇温速度で
1000℃まで昇温し、三時間放置した。室温まで放冷
後得られた生成物は白色粉末で、窒素含有量37.9%
で粉末X線回折、赤外分光分析によれば非晶質窒化ケイ
素であるものが1.22 g回収された。
(2) Transfer 1.65 g of the firing precursor in a nitrogen bag to a carbon firing boat, and the furnace tube is made of high-purity aluminum → Inside the tubular furnace under nitrogen flow (21/m1n), temperature increase at 600°C/hr. The temperature was raised to 1000°C at a rapid rate and left for 3 hours. The product obtained after cooling to room temperature was a white powder with a nitrogen content of 37.9%.
According to powder X-ray diffraction and infrared spectroscopic analysis, 1.22 g of amorphous silicon nitride was recovered.

続いてこの非晶質窒化ケイ素粉末1.OOgを同じ材質
の炭素製ボートに移し取り、タンマン炉内で窒素気流下
3000℃/hrの昇温速度で1480℃まで昇温し、
1分間放置した。室温まで放冷後、第1表に併記したよ
うな白色の窒化ケイ素粉末0.90gを得た。
Next, this amorphous silicon nitride powder 1. The OOg was transferred to a carbon boat made of the same material, and heated to 1480°C at a heating rate of 3000°C/hr under a nitrogen stream in a Tammann furnace.
It was left for 1 minute. After cooling to room temperature, 0.90 g of white silicon nitride powder as shown in Table 1 was obtained.

この粉末の電子顕微鏡による観察では、直径約1μmの
等方性粒子が主に観察された。
When this powder was observed using an electron microscope, isotropic particles with a diameter of approximately 1 μm were mainly observed.

−−2SiC1アニリン:5iC=21)四塩化ケイ素
20ml(174m mol)  と−級アミンとして
のアニリン1 ml (11m mol)とを原料に用
い、ケイ素と炭素との比が2 (St/C・2/1)に
なるように実施例−1と同様に合成および焼成を行い、
得られた非晶質窒化ケイ素粉末を、タンマン炉内窒素気
流下6000℃/hrの昇温速度で1500℃まで昇温
し、20分間保持した。室温まで放冷後、黄白色の粉末
0.90gを得た。
--2SiC1 Aniline: 5iC=21) 20 ml (174 mmol) of silicon tetrachloride and 1 ml (11 mmol) of aniline as a -class amine were used as raw materials, and the ratio of silicon to carbon was 2 (St/C・2 /1) Synthesis and firing were performed in the same manner as in Example-1,
The obtained amorphous silicon nitride powder was heated to 1500°C at a temperature increase rate of 6000°C/hr under a nitrogen stream in a Tammann furnace and held for 20 minutes. After cooling to room temperature, 0.90 g of yellowish white powder was obtained.

X線回折結果、N、Cおよび0の元素分析結果を第1表
に示した。この粉末の電子顕微鏡写真による観察では、
直径約1μmの等方性窒化ケイ素粒子が得られた。
Table 1 shows the X-ray diffraction results and the elemental analysis results for N, C, and 0. Observation of this powder using an electron microscope shows that
Isotropic silicon nitride particles with a diameter of about 1 μm were obtained.

’  l  3 5tC1aアニ謬ン: Si/C=5
0/1)内容積sooml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置し、反応系内を窒素置換した後、
四つロフラスコに四塩化ケイ素20ml(174m m
ol)、乾燥トルエン220 m lを入れ、これを氷
温に保持した。ここに原料ハロゲン化ケイ素中のケイ素
とアミン中の炭素との比が50 (Si/C=50)に
なるように、滴下ロートより、乾燥アニリン0.05m
1(0,55m mol) と乾燥トルエン5mAとの
混合物を滴下ロートより滴下すると、溶液がわずかに白
濁し、(オルガノアミン)シランが生成した。ここに滴
下ロートより、乾燥ピリジン40m1と乾燥トルエン2
00 m 6との混合液を滴下すると、四塩化ケイ素と
ピリジンとの白色錯体スラリーが生成した。以下実施例
−1と同様にして窒化珪素製造前駆体を得た。
'l 3 5tC1a error: Si/C=5
0/1) A gas blowing tube, a mechanical stirrer, a dewar condenser, and a dropping funnel were installed in a four-loaf flask with an internal volume of sooml, and the inside of the reaction system was replaced with nitrogen.
20 ml of silicon tetrachloride (174 mm
ol) and 220 ml of dry toluene were added and kept at ice temperature. Here, 0.05 m of dry aniline was added from the dropping funnel so that the ratio of silicon in the raw material silicon halide to carbon in the amine was 50 (Si/C = 50).
When a mixture of 1 (0.55 mmol) and 5 mA of dry toluene was added dropwise from the dropping funnel, the solution became slightly cloudy and (organoamine)silane was produced. From the dropping funnel, add 40 ml of dry pyridine and 2 ml of dry toluene.
When the mixture with 00 m 6 was added dropwise, a white complex slurry of silicon tetrachloride and pyridine was produced. Thereafter, a silicon nitride production precursor was obtained in the same manner as in Example-1.

得られた窒化ケイ素前駆体をタンマン炉中窒素気流下6
00°C/hrの昇温速度で600℃まで昇温し、3時
間保持後、6000℃/hrの昇温速度で1650°C
まで昇温し、1分間保持したのち、室温まで放冷したと
ころ、第1表に併記したような白色の窒化ケイ素粉末0
.63gを得た。
The obtained silicon nitride precursor was heated in a Tammann furnace under a nitrogen stream for 6 hours.
Raise the temperature to 600°C at a heating rate of 00°C/hr, hold for 3 hours, then raise the temperature to 1650°C at a heating rate of 6000°C/hr.
After raising the temperature to
.. 63g was obtained.

この粉末の電子顕微鏡による観察では直径約1μmの等
方性粒子に直径約0.5μm長さ約20μmの針状結晶
が約10%混在していた。
When this powder was observed under an electron microscope, it was found that about 10% of the isotropic particles with a diameter of about 1 μm were mixed with needle-shaped crystals with a diameter of about 0.5 μm and a length of about 20 μm.

・方 1  4  (SiCI4/(CzH5)JH:
Si/C=10/1)四塩化ケイ素20 ml (17
4m mol)と2級アミンとしてのジエチルアミン0
.33mβ(3,2m mol)とを原料に用い、ケイ
素と炭素との比が10(Si/C=10/1)になるよ
うに実施例−1と同様に合成および焼成を行い、得られ
た非晶質窒化ケイ素粉末をタンマン炉内窒素気流下60
00℃/hrの昇温速度で1600℃まで昇温し、20
分間保持した。室温まで放冷後口色の粉末0.29gを
得た。X線回折結果、N、Cおよび0の元素分析結果を
第1表に示した。
・Method 1 4 (SiCI4/(CzH5)JH:
Si/C=10/1) silicon tetrachloride 20 ml (17
4m mol) and diethylamine as secondary amine 0
.. Using 33mβ (3.2m mol) as a raw material, synthesis and firing were performed in the same manner as in Example-1 so that the ratio of silicon to carbon was 10 (Si/C = 10/1), and the obtained Amorphous silicon nitride powder was heated in a Tammann furnace under a nitrogen stream for 60 minutes.
The temperature was raised to 1600°C at a heating rate of 00°C/hr, and
Hold for minutes. After cooling to room temperature, 0.29 g of a pale powder was obtained. Table 1 shows the X-ray diffraction results and the elemental analysis results for N, C, and 0.

この粉末の電子顕微鏡写真による観察では直径約1μm
の等方性窒化ケイ素粒子に直径約0.3μm長さ10〜
20μmの針状結晶が約20%混在していた。
Observation of this powder using an electron microscope shows a diameter of approximately 1 μm.
Isotropic silicon nitride particles with a diameter of about 0.3 μm and a length of 10~
Approximately 20% of needle crystals with a diameter of 20 μm were present.

1 5 (SiHCI  アユ1ン:SiC・12/1
三塩化ケイ素20 ml (198m mol)と−級
アミンとしてのアニリン0.25mj! (2,74m
 mol)とを原料に用い、ケイ素と炭素との比が12
(SiC14/1)になるように反応させた以外は実施
例−1と同様な操作を繰り返して第1表に示すような白
黄色の粉末0.192gを得た。
1 5 (SiHCI Ayun 1: SiC・12/1
20 ml (198 m mol) of silicon trichloride and 0.25 mj of aniline as a -grade amine! (2,74m
mol) as the raw material, and the ratio of silicon to carbon is 12
(SiC14/1) was obtained by repeating the same operation as in Example 1 to obtain 0.192 g of a white-yellow powder as shown in Table 1.

この粉末の電子顕微鏡写真による観察では直径約1μm
の等方性窒化ケイ素粒子が主に観察された。
Observation of this powder using an electron microscope shows a diameter of approximately 1 μm.
Isotropic silicon nitride particles were mainly observed.

;    −6(SiC14/n−プロピルアミン・S
i/C=1/1) 四塩化ケイ素20 ml (174m mol)と−級
アミンとしてのノルマルプロピルアミン4.7ml(6
1m mol)とを原料に用い、ケイ素と炭素との比が
1(Si/C=1/1)になるように反応させた以外は
実施例−4と同様な操作を繰り返して第1表に示すよう
な白黄色に粉末1.92gを得た。
-6(SiC14/n-propylamine・S
i/C=1/1) 20 ml (174 mmol) of silicon tetrachloride and 4.7 ml (6 ml) of n-propylamine as a -class amine.
The same operation as in Example 4 was repeated except that 1m mol) was used as the raw material and the reaction was carried out so that the ratio of silicon to carbon was 1 (Si/C = 1/1). 1.92 g of white-yellow powder was obtained as shown.

この粉末の電子顕微鏡による観察では直径約1μmの等
方性窒化ケイ素粒子に直径約0.5μm長さ20〜30
μmの針状結晶が約5%混在していた。
Observation of this powder using an electron microscope shows that isotropic silicon nitride particles with a diameter of approximately 1 μm have a diameter of approximately 0.5 μm and a length of 20 to 30 μm.
Approximately 5% of μm needle crystals were present.

?  I −7(SiHCI  50) SiHC1(
50)/アユ1 ン:St/C・10/1) 三塩化ケイ素10 m/ (Loom mat)と二塩
化ケイ素8.5 ml (100m mol)および−
級アミンとしテノ乾燥アニリン0.36mJ (4m 
mol)とを原料として用い、ケイ素と炭素との比が1
0 (S i/C= 10/ 1)になるように実施例
−1と同様に合成および焼成を行い、得られた非晶室窒
化ケイ素粉末をタンマン炉内窒素気流下3000’C/
hrの昇温速度で1400℃まで昇温し、30分間保持
した。室温まで放冷後第1表に併記したような白色の窒
化ケイ素粉末0.57gを得た。
? I-7 (SiHCI 50) SiHC1 (
50)/Ayun: St/C・10/1) Silicon trichloride 10 m/ (Loom mat), silicon dichloride 8.5 ml (100 m mol) and -
0.36 mJ (4 m
mol) as the raw material, and the ratio of silicon to carbon is 1.
0 (S i/C = 10/1), and the resulting amorphous chamber silicon nitride powder was heated at 3000'C/1 in a nitrogen stream in a Tammann furnace.
The temperature was raised to 1400°C at a heating rate of hr and held for 30 minutes. After cooling to room temperature, 0.57 g of white silicon nitride powder as shown in Table 1 was obtained.

この粉末の電子顕微鏡による観察では直径約1μmの等
方性粒子が主に観察された。
When this powder was observed using an electron microscope, isotropic particles with a diameter of approximately 1 μm were mainly observed.

−−85iC1、5iCHC1アユ1ン。--85iC1, 5iCHC1 Ayun.

影j艶lν逓− 四塩化ケイ素20 ml (174m mol)とメチ
ルトリクロルシラン1 ml(5,2m mol)およ
び−級アミンとしての乾燥アニリン0.22mj! (
2,5m mol)とを原料として用い、ケイ素と炭素
との比が10(Si/C・10/1)になるように実施
例−1と同様に合成を行い、得られた窒化ケイ素前駆体
を管状炉内窒素気流下で600℃/hrの昇温速度で1
300℃まで昇温し、3時間保持後タンマン炉に移し、
6000℃/ hrO界温昇温で1600℃まで昇温し
5分間保持したのち室温まで放冷したところ第1表に併
記したような色の窒化ケイ素粉末0.37gを得た。
20 ml (174 m mol) of silicon tetrachloride, 1 ml (5.2 m mol) of methyltrichlorosilane and 0.22 mj of dry aniline as -grade amine! (
The silicon nitride precursor obtained was synthesized in the same manner as in Example-1 using 2.5 mmol) as a raw material and the ratio of silicon to carbon was 10 (Si/C 10/1). 1 at a heating rate of 600°C/hr in a tube furnace under nitrogen flow.
The temperature was raised to 300°C, held for 3 hours, and then transferred to a Tamman furnace.
The temperature was raised to 1600° C. by 6000° C./hrO boundary temperature increase, held for 5 minutes, and then allowed to cool to room temperature, yielding 0.37 g of silicon nitride powder with colors as shown in Table 1.

この粉末の電子顕微鏡による観察では直径約1μmの等
方性粒子が観察された。
When this powder was observed using an electron microscope, isotropic particles with a diameter of about 1 μm were observed.

−1l  9 (SiCIm/アニ1ン、アユ/C・1
0/1)内容積300 m l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置し、反応系内を窒素置換した
のち、四つロフラスコに四塩化ケイ素20 mll (
174m mol )、乾燥トルエン220rrlを入
れ、これを氷温に保持した。ここに滴下ロートより、原
料ハロゲン化珪素中のケイ素とアミン中の炭素との比が
10(Si/C・10/1)になるように1級アミンと
しての乾燥アニリン0.25m1(2,74m mol
)と乾燥トルエン10m1との混合物を滴下ロートより
滴下した。
-1l 9 (SiCIm/Ani1in, Ayu/C・1
0/1) A gas blowing tube, a mechanical stirrer, a dewar condenser, and a dropping funnel were installed in a four-loaf flask with an internal volume of 300 ml, and after purging the reaction system with nitrogen, 20 ml of silicon tetrachloride was placed in the four-loaf flask (
174 mmol) and 220 rrl of dry toluene were added, and this was kept at ice temperature. From the dropping funnel, add 0.25 ml (2.74 m mol
) and 10 ml of dry toluene was added dropwise from the dropping funnel.

次に反応生成物を氷温に保って激しく攪拌しながらアン
モニア75gを窒素と混合して、4.5時間かけて吹き
込んだ。その際多くのフェームが発生し、下流ライン内
に多くの白色生成物が付着した。その後、実施例−1と
同様に洗浄焼成を行い、得られた非晶質窒化ケイ素をタ
ンマン炉内窒素気流下6000℃/hrの昇温速度で1
500℃まで昇温し、5分間放置した。室温まで放冷後
、第1表に併記したような白色の窒化ケイ素粉末0.2
5gを得た。
Next, while keeping the reaction product at ice temperature and stirring vigorously, 75 g of ammonia was mixed with nitrogen and blown in over 4.5 hours. At that time, many plumes were generated and a lot of white product was deposited in the downstream line. Thereafter, cleaning and firing were performed in the same manner as in Example-1, and the obtained amorphous silicon nitride was heated at a heating rate of 6000°C/hr in a Tammann furnace under a nitrogen stream.
The temperature was raised to 500°C and left for 5 minutes. After cooling to room temperature, white silicon nitride powder 0.2 as shown in Table 1 was added.
5g was obtained.

この粉末の電子顕微鏡による観察では直径約1μmの等
方性粒子が主に生成した。
When this powder was observed under an electron microscope, isotropic particles with a diameter of about 1 μm were mainly produced.

’ l  1  (SiC1t) (1)窒化ケイ素を製造するための前駆体合成内容積1
000 m l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
ートを装置し、反応系内を窒素置換した後、四つロフラ
スコに四塩化ケイ素35m1 (305m mol )
、乾燥トルエン385 m lを入れ、これを氷温に保
持した。次に滴下ロートより、乾燥ピリジン7Qmlと
乾燥トルエン350 m lとの混合物を滴下すると、
四塩化ケイ素とピリジンとの白色錯体スラリーが生成し
た。
' l 1 (SiC1t) (1) Inner volume of precursor synthesis for producing silicon nitride 1
A gas blowing tube, a mechanical stirrer, a dewar condenser, and a dropping funnel were installed in a 000 ml four-bottle flask, and after purging the reaction system with nitrogen, 35 ml (305 m mol) of silicon tetrachloride was placed in the four-bottom flask.
, 385 ml of dry toluene was added, and this was kept at ice temperature. Next, a mixture of 7Qml of dry pyridine and 350ml of dry toluene was added dropwise from the dropping funnel.
A white complex slurry of silicon tetrachloride and pyridine was produced.

次に反応生成物を15〜25℃に保って激しく攪拌しな
がらアンモニア90.5gを窒素と混合して、5時間か
けて吹き込んだ。反応終了後、ピリジン及び溶媒を減圧
除去(15mmt(g60℃)すると固体生成物82.
3gが得られた。これは四塩化ケイ素基準で収率99.
3%に相当する。全反応中に松露は生成せず、ガス流路
及びアンモニア供給口に閉塞はなかった。
Next, 90.5 g of ammonia was mixed with nitrogen and blown into the reaction product over a period of 5 hours while the reaction product was kept at 15 to 25°C and stirred vigorously. After the reaction, pyridine and the solvent were removed under reduced pressure (15 mmt (g 60°C)) to give a solid product of 82.
3g was obtained. This is a yield of 99.99% based on silicon tetrachloride.
This corresponds to 3%. No pine dew was produced during the entire reaction, and there were no blockages in the gas flow path or ammonia supply port.

乾燥した反応生成物32.5gを内容積200 m /
lの液体アンモニア洗浄装置に窒素バッグ中で移し取り
、液体アンモニア160m1で5回洗浄し、副生ずる塩
化アンモニウムを除去し、窒化ケイ素を製造するための
前駆体5.19gを得た。
32.5 g of the dried reaction product was placed in an inner volume of 200 m/
The mixture was transferred to a liquid ammonia cleaning device in a nitrogen bag and washed five times with 160 ml of liquid ammonia to remove by-product ammonium chloride to obtain 5.19 g of a precursor for producing silicon nitride.

(2)焼成 前駆体1.34 gを窒素バッグ中で炭素製ボートに移
し取り、炉心管が高純度アルミナ製管状炉内で窒素気流
下600℃/hrの昇温速度で1000℃まで昇温し、
3時間放置した。室温まで放冷後、得られた生成物は白
色粉末で、窒素含有率33.5%で粉末X線回折、赤外
分光分析によれば非晶質窒化ケイ素であるものが0.8
5g回収された。
(2) 1.34 g of the calcined precursor was transferred to a carbon boat in a nitrogen bag, and the furnace tube was heated to 1000°C at a heating rate of 600°C/hr under nitrogen flow in a high-purity alumina tubular furnace. death,
It was left for 3 hours. After cooling to room temperature, the obtained product was a white powder with a nitrogen content of 33.5% and 0.8% of amorphous silicon nitride according to powder X-ray diffraction and infrared spectroscopy.
5g was recovered.

続いてこの非晶質窒化ケイ素粉末2.20gを同じ炭素
製焼成ボートに移し取り、タンマン炉内で窒素気流下3
000“C/hrの昇温速度で1500℃まで昇温し、
20m1n放置した。室温まで放冷後、第1表に併記し
たような結晶質窒化ケイ素粉末1.61 gを得た。
Next, 2.20 g of this amorphous silicon nitride powder was transferred to the same carbon firing boat and heated in a Tammann furnace under a nitrogen stream for 3
The temperature was raised to 1500°C at a heating rate of 000"C/hr,
It was left for 20 ml. After cooling to room temperature, 1.61 g of crystalline silicon nitride powder as shown in Table 1 was obtained.

この粉末の電子顕微鏡による観察では直径約0.8μm
長さ10〜20μmの針状結晶が主に観察された。
When observed using an electron microscope, this powder has a diameter of approximately 0.8 μm.
Acicular crystals with a length of 10 to 20 μm were mainly observed.

型内 I    2   (SiHClz)三塩化ケイ
素38 mll (370m mol)を原料に用いた
以外は比較例−1と同様な操作をくり返し、反応生成物
として白色の窒化ケイ素前駆体と塩化アンモニウムの混
合物76.5 gが得られた。これは三塩化ケイ素基準
で収率97゜7%に相当する。全反応中に松露は生成せ
ず、ガス流路及びアンモニア供給口に閉塞はなかった。
In-mold I 2 (SiHClz) The same operation as in Comparative Example-1 was repeated except that 38 ml (370 mmol) of silicon trichloride was used as the raw material, and a mixture of white silicon nitride precursor and ammonium chloride 76 was obtained as a reaction product. .5 g was obtained. This corresponds to a yield of 97.7% based on silicon trichloride. No pine dew was produced during the entire reaction, and there were no blockages in the gas flow path or ammonia supply port.

乾燥した反応生成物を液体アンモニアで洗浄し、副生ず
る塩化アンモニウムを除去した窒化ケイ素前駆体を比較
例−1と同様に焼成した。タンマン炉内では3000℃
/hrO昇温速度で1600℃まで昇温し、保持時間な
しで室温まで放冷後筒1表に記したような結晶質窒化ケ
イ素粉末1.03gを得た。
The dried reaction product was washed with liquid ammonia, and the silicon nitride precursor from which by-produced ammonium chloride was removed was fired in the same manner as in Comparative Example-1. 3000℃ in the Tammann furnace
The temperature was raised to 1600° C. at a heating rate of /hrO, and after cooling to room temperature without any holding time, 1.03 g of crystalline silicon nitride powder as shown in Table 1 was obtained.

この粉末の電子顕微鏡による観察では直径約0、8μm
長さ10〜30μmの針状結晶が主に観察された。
When observed using an electron microscope, this powder has a diameter of approximately 0.8 μm.
Acicular crystals with a length of 10 to 30 μm were mainly observed.

以下余白 〔発明の効果] 以上の説明から明らかな如く、本発明によれば以下の効
果を奏する。
Margin below [Effects of the Invention] As is clear from the above description, the present invention provides the following effects.

(イ)窒化ケイ素前駆体であるシリコンイミド又はシリ
コンアミド中に、炭素源が均一に混入されているので、
加熱により針状結晶を殆んど含まない粒径サブミクロン
オーダの高純度α型等軸状窒化珪素粉末を容易に高収率
で得ることができる。
(a) Since the carbon source is uniformly mixed into silicon imide or silicon amide, which is a silicon nitride precursor,
By heating, highly purified α-type equiaxed silicon nitride powder containing almost no needle crystals and having a particle size on the order of submicrons can be easily obtained at a high yield.

(0)加熱前後で偶発的に酸素と接触しても、窒化珪素
粉末中の酸素量が増大することがない。
(0) Even if the silicon nitride powder accidentally comes into contact with oxygen before or after heating, the amount of oxygen in the silicon nitride powder will not increase.

(ハ)炭素源として用いる一級又は二級アミン類は価格
が安いので製造コストにほとんどひびかない。
(c) Primary or secondary amines used as carbon sources are cheap, so they have little impact on production costs.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、式( I ): R_lN_rH_2_r_+_1_−_l( I )(式
中、Rは脂肪族残基又は芳香族残基を示し、lは1≦l
≦4の整数であり、rは1 又は2である。但し、環式窒素化合物の場 合は、r=1に対してlは2となる。) で表わされる少なくとも1種の第1級または第2級アミ
ンを式(II): R_mH_nSi_pX_(_2_p_+_2_−_(
_m_+_m_)_)(II)(式中、Rは脂肪族残基ま
たは芳香族残基、Xはハロゲン原子を示し、mは0≦m
<2p+2の整数であり、nは0≦n<2p+2の整数
であり、pは1または2であり、m+ nは0≦m+n<2p+2の整数である。)で表わされ
る少なくとも1種のハロシランをケイ素原子と炭素原子
の原子数比が1〜100の範囲内にある割合で反応させ
、一部において(オルガノアミノ)シランを生成させ、
然る後該(オルガノアミノ)シランと前記ハロシランか
らなる反応混合物にアンモニアを反応させることを特徴
とするシリコンイミドまたはシリコンアミドの製造方法
。 2、前記少なくとも1種のハロシランを前記少なくとも
1種の第1級または第2級アミンと反応させる前または
後に、該少なくとも1種のハロシランまたは該少なくと
も1種のハロシランおよび前記反応により一部として生
成した前記(オルガノアミノ)シランにこれらとアダク
トを形成する反応以外の反応をしない塩基を作用させて
これらのアダクト混合物を生成する工程を有する特許請
求の範囲第1項記載の方法。 3、式( I ): R_lN_rH_2_r_+_1_−_l( I )(式
中、Rは脂肪族残基または芳香族残基を示し、lは1≦
l≦4の整数であり、rは 1又は2である。但し、環式窒素化合物の 場合は、r=1に対してlは2となる。) で表わされる少なくとも1種の第1級または第2級アミ
ンと式(II): R_mH_nSi_pX_(_2_p_+_2_−_(
_m_+_n_)_)(II)(式中、Rは脂肪族残基ま
たは芳香族残基、Xはハロゲン原子を示し、mは0≦m
<2p+2の整数であり、nは0≦n<2p+2の整数
であり、pは1または2であり、m+ nは0≦m+n<2p+2の整数である。)で表わされ
る少なくとも1種のハロシランをケイ素原子と炭素原子
の原子数比が1〜100の範囲内にある割合で反応させ
て一部において(オルガノアミノ)シランを生成させ、
該(オルガノアミノ)シランと前記ハロシランからなる
反応混合物にアンモニアを反応させてシリコンイミドま
たはシリコンアミドを得、そして精製回収した該シリコ
ンイミドまたはシリコンアミドを熱処理することを特徴
とする窒化ケイ素粉末の製造方法。 4、前記少なくとも1種のハロシランを前記少なくとも
1種の第1級または第2級アミンと反応させる前または
後に、該少なくとも1種のハロシランまたは該少なくと
も1種のハロシランおよび前記反応により一部として生
成した前記(オルガノアミノ)シランにこれらとアダク
トを形成する反応以外の反応をしない塩基を作用させて
これらのアダクトを生成する工程を有する特許請求の範
囲第3項記載の方法。 5、前記シリコンイミドまたはシリコンアミドから窒化
ケイ素粉末を得るために、シリコンイミドまたはシリコ
ンアミドを不活性ガスもしくは還元性ガスまたはこれら
両者の混合ガス雰囲気下で、先ず600〜1300℃の
温度で焼成して非晶質窒化ケイ素を得、次いで1300
〜1700℃の温度で焼成して結晶質窒化ケイ素を得る
特許請求の範囲第3項記載の方法。
[Claims] 1. Formula (I): R_lN_rH_2_r_+_1_-_l (I) (wherein R represents an aliphatic residue or an aromatic residue, and l is 1≦l)
It is an integer of ≦4, and r is 1 or 2. However, in the case of a cyclic nitrogen compound, l is 2 for r=1. ) at least one primary or secondary amine represented by the formula (II): R_mH_nSi_pX_(_2_p_+_2_-_(
_m_+_m_)_)(II) (wherein, R is an aliphatic residue or an aromatic residue, X is a halogen atom, and m is 0≦m
n is an integer such that 0≦n<2p+2, p is 1 or 2, and m+ n is an integer such that 0≦m+n<2p+2. ) is reacted with at least one type of halosilane represented by (1) at a ratio of silicon atoms to carbon atoms in a certain ratio within the range of 1 to 100 to partially produce (organoamino)silane,
A method for producing silicon imide or silicon amide, which comprises subsequently reacting the reaction mixture consisting of the (organoamino)silane and the halosilane with ammonia. 2. Before or after reacting the at least one halosilane with the at least one primary or secondary amine, the at least one halosilane or the at least one halosilane and the at least one halosilane produced in part by the reaction. 2. The method according to claim 1, further comprising the step of reacting said (organoamino)silane with a base that does not react with it other than to form an adduct to produce a mixture of these adducts. 3. Formula (I): R_lN_rH_2_r_+_1_-_l(I) (wherein, R represents an aliphatic residue or an aromatic residue, and l is 1≦
l is an integer of 4, and r is 1 or 2. However, in the case of a cyclic nitrogen compound, l is 2 for r=1. ) and at least one primary or secondary amine of the formula (II): R_mH_nSi_pX_(_2_p_+_2_-_(
_m_+_n_)_)(II) (wherein, R is an aliphatic residue or an aromatic residue, X is a halogen atom, and m is 0≦m
n is an integer such that 0≦n<2p+2, p is 1 or 2, and m+ n is an integer such that 0≦m+n<2p+2. ) is reacted with at least one type of halosilane represented by (2) at a ratio in which the atomic ratio of silicon atoms to carbon atoms is within the range of 1 to 100 to partially produce (organoamino)silane,
Production of silicon nitride powder, characterized in that a reaction mixture consisting of the (organoamino)silane and the halosilane is reacted with ammonia to obtain silicon imide or silicon amide, and the purified and recovered silicon imide or silicon amide is heat treated. Method. 4. Before or after reacting the at least one halosilane with the at least one primary or secondary amine, the at least one halosilane or the at least one halosilane and the at least one halosilane formed in part by the reaction. 4. The method according to claim 3, further comprising the step of producing adducts by reacting said (organoamino)silane with a base that does not react with any reaction other than to form adducts. 5. In order to obtain silicon nitride powder from the silicon imide or silicon amide, silicon imide or silicon amide is first calcined at a temperature of 600 to 1300°C in an atmosphere of an inert gas, a reducing gas, or a mixed gas of both. to obtain amorphous silicon nitride, then 1300
4. The method according to claim 3, wherein crystalline silicon nitride is obtained by firing at a temperature of ~1700<0>C.
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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
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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