JPS6340711A - β型窒化珪素の製造法 - Google Patents

β型窒化珪素の製造法

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JPS6340711A
JPS6340711A JP18346686A JP18346686A JPS6340711A JP S6340711 A JPS6340711 A JP S6340711A JP 18346686 A JP18346686 A JP 18346686A JP 18346686 A JP18346686 A JP 18346686A JP S6340711 A JPS6340711 A JP S6340711A
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silicon nitride
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type silicon
si3n4
amorphous
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JP18346686A
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Michitaka Hidaka
道孝 日高
Nobuo Takahashi
伸夫 高橋
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/068Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
    • C01B21/0687After-treatment, e.g. grinding, purification

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、β型窒化珪素の製造法に関するものである。
(従来の技術) 窒化珪素にはα型結晶とβ型結晶が存在することが知ら
れている。α型結晶はJCPDSカード!1kL9−2
50の面間隔を持つ(SiJn)28H構造を有するも
のであり、またβ型結晶はJCPDSカードTh9−2
56の面間隔を持つ(SiJ4)14H構造を有するも
のである。
このうち、β型窒化珪素は、α型より安定な針状結晶で
あるとともに、α型窒化珪素と比べ窒化珪素焼結体中に
おいて、粒界相に対する溶解度や化学的安定性が異なる
ので液相焼結による緻密化過程が異なる等の特性を有す
る。そのため例えば窒化珪素焼結体の焼結過程で大きな
β型結晶を作るための種結晶等としてβ型窒化珪素を使
用することができる。また、β型窒化珪素は安定な針状
結晶であるから複合材料の分散強化材として有用である
。このように近年実質的にβ型結晶から成り不純物の少
ないβ型窒化珪素を得る必要性が高(なってきた。
(発明が解決しようとする問題点) 従来窒化珪素原料としては、非晶質あるいはα型窒化珪
素の粉末あるいはウィスカしか得ることができずβ型窒
化珪素を直接得ることができなかった。また主として非
晶質あるいはα型結晶よる成る窒化珪素粉末は、これだ
けでは焼成してもβ型結晶が形成されないため、β型窒
化珪素を得るためには窒化珪素の焼結に見られるように
SiO□。
Y2O3,AlzO+等の添加剤をα型窒化珪素原料に
添加して焼成することが必要でありその結果焼成助剤等
を多く含んだβ型窒化珪素しか得られず、いずれにして
も近年要望の高い実質的にβ型結晶から成り不純物の少
ないβ型窒化珪素を得ることができない欠点があった。
本発明の目的は上述した不具合を解消して、焼結助剤や
β化ための助剤等の不純物の少ない実質的にβ型結晶よ
り成るβ型窒化珪素の製造法を提供しようとするもので
ある。
(問題点を解決するための手段) 本発明のβ型窒化珪素の製造法は、主として非晶質ある
いはα型結晶より成る窒化珪素粉末とβ化のための助剤
との混合物を、非晶質あるいはα型結晶が実質的にβ型
窒化珪素に変化するに足る温度と時間焼成して、α型結
晶を実質的にβ型結晶に変化させたのち、結晶質窒化珪
素以外の成分を化学的に溶出分離してβ型窒化珪素を得
ることを特徴とするものである。
(作 用) 上述した構成において、β化のための助剤を使用して非
晶質あるいはα型窒化珪素をβ型窒化珪素に変化させた
β型窒化珪素焼結体を得た後、窒化珪素以外の成分例え
ばβ化のための助剤を所定の薬液を使用して化学的に溶
出分離して除去することにより、不純物の少ない実質的
にβ型結晶より成るβ型窒化珪素を得ることができる。
なお、本発明における焼成条件として、非晶質あるいは
α型窒化珪素が実質的にβ型窒化珪素に変化する温度と
時間を規定したのは、非晶質あるいはα型窒化珪素がβ
型窒化珪素に変化する速さは、非晶質あるいはα型窒化
珪素原料の粒度やβ化のための助剤の種類、窒化珪素原
料とβ化のだめの助剤との混合状態等に大きく依存する
ためX線回折分析で結晶相を定量し、焼成温度と時間を
決定しなくてはならないためである。
この場合焼成の温度と時間は相関関係にあり、例えば温
度を高くすると時間を短く、また温度を低くすると時間
を長くすることによりβ化を達成できるが、1500℃
以上の温度で焼成すると好適である。
また、必要に応じてβ型窒化珪素への変化を中途で止め
α型窒化珪素を含んだβ型窒化珪素を製造することも可
能である。
(実施例) 第1図は本発明のβ型窒化珪素の製造法の工程順を示す
フローチャートである。以下、第1図に示すフローチャ
ートに従って本発明を説明する。
まず、主として非晶質あるいはα型結晶より成る窒化珪
素原料粉末と焼成中非晶質あるいはα型結晶より成る窒
化珪素をβ型窒化珪素へ変化させるとともに後に化学的
に溶出可能な助剤を準備する。助剤としては、Al20
31 MgO+ Y2O31SrO,Bed。
Ce0z、 BZO:l+ Zr0z、 CaFz、 
MgF2. Sin、、希土類元素酸化物のうち1種ま
たは2種以上の混合物であるがβ化させ、β化の後に化
学的に溶出可能なものであれば良い。
次に、混合機あるいは粉砕機を用いて乾式あるいは湿式
で、準備した非晶質あるいはα型結晶より成る窒化珪素
粉末とβ化のための助剤を混合あるいは粉砕する。この
とき、装置および使用する玉石からの混入物が少なくか
つ混入物が溶出可能である混合機あるいは粉砕機を用い
ると好ましい。
例えば鉄製の玉石等は塩酸によって溶出できる。
得られた混合物は、N2雰囲気あるいは非酸化性雰囲気
中で非晶質あるいはα型窒化珪素が実質的にβ型窒化珪
素に変化するに足る温度と時間で焼成し、α型窒化珪素
を実質的にβ型窒化珪素に変化させる。焼成に必要な温
度および時間は、助剤の種類および量によって最適にす
る必要があるが、焼成温度は1500°C以上であるこ
とが好ましい。β化の過程としては液相を形成し溶解析
出過程による非晶質あるいはα型結晶より成る窒化珪素
のβ化が考えられるが、この他固相反応の場合もあり得
る。
また、この焼成工程により最終的に得られるβ型窒化珪
素結晶粒子の粒径およびα型窒化珪素の残留量を制御す
ることが可能である。すなわち、温度が高いほどまた時
間が長いほどα型窒化珪素の残留量は少なく、β型窒化
珪素の粒径が大きくなる。さらに、温度、時間の変化に
よる針状結晶のアスペクト比も変化する。もちろんこれ
らの変化の度合はβ化のための助剤の種類や量に大きく
依存する。
得られたβ型窒化珪素と助剤より成る焼成体は、必要に
応して粉砕あるいは解砕により結晶質窒化以外の成分の
溶出反応を促進することができる。
このときも、粉砕あるいは解砕による混入物が少な(、
かつ溶出可能である粉砕機、解砕機、乳鉢等を使用する
と好適である。最終形状は特に限定されるものではなく
、粉末にすることも焼結体の形状を残したものにするこ
とも可能である。焼結体の形状を残した場合は、後述す
る助剤の溶出によりできた微小孔部に例えばアルミニウ
ムを含浸させアルミニウムとの複合材を得ることができ
る。
その後、必要に応じて粉砕された窒化珪素焼結体からβ
化のための助剤を溶出、分離する。溶出に用いる薬品は
助剤との組合せにより決まり、11□S04゜HCI、
  lN0ffI  liF、l+3po4.CHiC
O2H,HClO4,1lJo3+KOII+ Na0
1+、 Ba(OH)z、 Li0H2NazCO3,
KzCOi+NazOz+NaBOz、NazBaOt
、  K2S2O5,NazSzOt、  KHFZ、
NaHFz+NH4HF2. NHtF 、 KF、 
NaF、 N114CI、 CaC0,、等のうち1種
あるいは2種以上の混合物を使用する。溶出はこれらの
薬品中にβ型窒化珪素と助剤より成る焼成体を浸漬し、
助剤が実質的に全て溶出するに足る温度と時間、回数行
なう。必要に応じて、ある薬品に浸漬した後さらに他の
薬品に浸漬する等の数段階におよぶ溶出を行なうことも
できる。β型窒化珪素と溶出した助剤、薬品との分離は
、ろ過等により行なう。
失施炎上 X線回折によるα型窒化珪素とβ型窒化珪素の量比(以
下α/β比と言う)が9674であり、第1表に示す不
純物を含有する窒化珪素原料粉末に、β化のための助剤
としてY2O:+ 10wt%、Mg04wt%を添加
し、鉄製玉石を用いた振動ミルで3時間粉砕混合し、乾
燥後N2雰囲気中1700’cで2時間焼成して焼成体
を得た。次に、この焼成体を149μm以下に鉄製乳鉢
で解砕した。解砕物を耐圧容器中で>農HCIに浸漬し
、温度170℃で10時間保持した後、ろ過、水洗し、
さらに10%Hp溶液中に浸漬し、室温で10時間放置
後ろ過水洗し温度110℃で2時間乾燥した。
得られたβ型窒化珪素に対して、含有する不純物量とX
線回折によるα/β比を求めたところ、第1表に示した
ように窒化珪素以外の不純物量か少くともα/β比がO
/100であるβ型窒化珪素焼成体が得られていること
がわかった。
α/β比は、X線回折により以下の式により求めた。
α(102)  :α型結晶の面指数(102)でのピ
ーク強度 α(210)  :α型結晶の面指数(210)でのピ
ーク強度 β(101)  :β型結晶の面指数(101)でCビ
ーク強度 β(210)  :α型結晶の面指数(210)でのピ
ーク強度 第1表 第2図に得られたβ型窒化珪素の走査型電子顕微鏡によ
る写真を示した。
長さ1〜8μm、アスペクト比6の針状結晶が得られた
実施例2 主としてα型結晶と少量の非晶質より成り、第2表に示
す不純物を含有する窒化珪素原料粉末に、β化のための
助剤としてSiO□5wt%、八1□0310wt%、
Mg03wt%を添加し、窒化珪素玉石を用いたボール
ミルで5時間粉砕混合し、乾燥後N2雰囲気中温度17
00°Cで1時間焼成した。次に、この焼成体を耐圧容
器中で濃H2SO,に浸漬し、温度170℃で20時間
保持した後ろ過水洗し、さらに10%肝溶液中に浸漬し
、室温で10時間放置してろ過、水洗後温度100℃で
2時間乾燥した。
得られたβ型窒化珪素焼成体に対して、含有する不純物
量とX線回折によるα/β比を求めたところ、第2表に
示したように窒化珪素以外の不純物量が少なく、α/β
比が5/95であり、焼成体の形態を残したβ型窒化珪
素が得られていることがわかった。α/β比は実施例1
と同じ方法により求めた。
第2表 実施例2と同様に作成したβ型窒化珪素と助剤より成る
焼成体をKOH/NaOH重量比1/1の温度300°
C融解液中に浸漬し、30分像保持後冷し水洗した後、
温度100℃で2時間乾燥した。
得られたβ型窒化珪素焼成体に対して、含有する不純物
量とα/β比を求めたところ、第3表に示したように窒
化珪素以外の不純物量が少な(、α/β比が5/95で
あり、焼成体の形態を残したβ型窒化珪素が得られてい
ることがわかった。α/β比は実施例1と同じ方法によ
り求めた。
第3表 (発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
のβ型窒化珪素の製造法によれば、β化のための助剤を
加えた非晶質あるいはα型窒化珪素を焼成して実質的に
β型窒化珪素に変化させたのち、窒化珪素以外の成分を
助剤に対応した薬液により化学的に溶出分離しているた
め、不純物の少ない実質的にβ型結晶より成るβ型窒化
珪素を得ることができる。粉末として得られたβ型窒化
珪素はこれまでにない高純度のβ型窒化珪素焼結原料粉
末として用いることができる。また針状結晶として得ら
れたβ型窒化珪素は複合材料の分散材としても使用でき
る。さらに焼結体の形状を残したまま助剤を溶出させた
場合は、溶出によりできた微小孔部に例えばアルミニウ
ムを含浸させてアルミニウムとの複合材を簡単に得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のβ型窒化珪素の製造法の工程順を示す
フローチャート、 第2図は本発明の製造法で得られたβ型窒化珪素の粒子
構造を示す走査型電子顕微鏡による写真である。 特許出願人  日本碍子株式会社 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、主として非晶質あるいはα型結晶より成る窒化珪素
    粉末と非晶質あるいはα型結晶より成る窒化珪素をβ型
    窒化珪素へ変化(以下β化と称す)させるための助剤と
    の混合物を、非晶質あるいはα型結晶が実質的にβ型窒
    化珪素に変化するに足る温度と時間焼成したのち、結晶
    質窒化珪素以外の成分を化学的に溶出分離することを特
    徴とするβ型窒化珪素の製造法。
JP18346686A 1986-08-06 1986-08-06 β型窒化珪素の製造法 Pending JPS6340711A (ja)

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