JPS6348840B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6348840B2
JPS6348840B2 JP58016257A JP1625783A JPS6348840B2 JP S6348840 B2 JPS6348840 B2 JP S6348840B2 JP 58016257 A JP58016257 A JP 58016257A JP 1625783 A JP1625783 A JP 1625783A JP S6348840 B2 JPS6348840 B2 JP S6348840B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
whiskers
type
gas
silicon nitride
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP58016257A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59147000A (ja
Inventor
Hajime Saito
Tetsuro Urakawa
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.)
Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Ceramics Co Ltd filed Critical Toshiba Ceramics Co Ltd
Priority to JP58016257A priority Critical patent/JPS59147000A/ja
Publication of JPS59147000A publication Critical patent/JPS59147000A/ja
Publication of JPS6348840B2 publication Critical patent/JPS6348840B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/005Growth of whiskers or needles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38Nitrides

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、β型窒化けい素ウイスカーの製造方
法に係り、特に1250〜1450℃というような比較的
低温で、繊維長の長いよく発達したβ型窒化けい
素ウイスカーが容易に得られるβ型窒化けい素ウ
イスカーの製造方法に関するものである。 一般に、β型窒化けい素ウイスカーは、窒化け
い素のもつ優れた高温強度と耐熱衝撃性とによ
り、複合材料用繊維強化材としてその応用が大い
に期待されている。 本発明に関連する従来技術としては次のような
ものがあるけれども、以下説明するごとく本発明
とは全く異なるものであり、これらから容易に類
推しうるものではない。本発明はβ型窒化けい素
ウイスカーを得るもので工業的に有利なすぐれた
方法である。 特公昭51―12320「窒化けい素の製造方法」 シリカとカーボンの混合物にフツ化物を添加
する点や、その組成などは本発明と似ている
が、フツ化物添加の方法が異なり、シリカ:カ
ーボン:氷晶石のモル比については全く記載さ
れておらず、また、ウイスカーの結晶型につい
ても何ら言及していない。 特公昭50―21160「繊維状窒化けい素結晶の製
造方法」 窒化けい素のSi源としてけい素を使用してい
る点が本発明と全く異なる。 特公昭50―4480「窒化けい素繊維の製造法」 これは窒化反応の際の触媒として用いる金属
添加物を用いるものであり、本発明とは全く異
なるものである。また生成ウイスカーの結晶型
については全く言及していない。 特公昭49―27755「窒化けい素ウイスカーの製
造法」 これはN2雰囲気中にCl成分を添加するもの
であり、本発明と全く異なる。また生成ウイス
カーの結晶型については全く言及していない。
つまり、簡単にいえば、従来の窒化けい素ウイ
スカーの製造方法としては次のものが知られて
いる。すなわち、 (1) 金属けい素粉末の直接窒化法、 (2) ハロゲン化けい素とアンモニアとを接触反応
させる方法、 (3) シリカ還元法にフツ化物や塩素成分を添加し
てN2ガスを反応させる方法、 などがあるが、前記(1)、(2)の方法では何れも粉末
状で繊維長の短いウイスカーしか得られない。
又、前記の(3)の方法では、繊維長のやや長いウイ
スカーは得られるが、その構造は、1300〜1400℃
の比較的低い処理温度ではα型が主要組成であつ
た。 かくして従来技術における問題点として、
Si3N4ウイスカーを、Si3N4粉末に混合し、Si3N4
焼結体の補強材として使用した場合、Si3N4の相
転移が問題となる。Si3N4には、六方晶系に属す
るα型、β型の2つの結晶相が存在し、両者の結
晶格子の大きさは、α型がa0=7.76Å、C0=5.62
Å、β型がa0=7.61Å、C0=2.91Åであり、C軸
方向の結晶格子の大きさが異なる。β型が高温相
であり、約1400〜1600℃でα型からβ型への相転
移が生ずるとされている。Si3N4焼結体の原料に
は、高純度の焼結性の良いα型Si3N4粉末が良
く、焼結中にα型からβ型への相転移が起こり、
高強度化につながつていると考えられている。こ
のようなα型Si3N4粉末中に、α型の多いSi3N4
ウイスカーを混合し焼結した場合、焼結時にウイ
スカー自体も相転移を起こし、マトリツクスとの
間に歪を生じ強度低下を招くことが報告されてい
る。このようなSi3N4ウイスカーの相転移の影響
は、Si3N4以外の焼結体の補強に際しても同様で
あると考えられ、β型を主成分とするSi3N4ウイ
スカーの製造方法を開発することが急務となつて
いた。 本発明は上記の点に鑑み、本発明者等が鋭意研
究の結果達成させたものであり、例えば、1250〜
1450℃のような比較的低温で、繊維長の長いよく
発達したβ型Si3N4ウイスカーの製造を目的とし
たものである。 すなわち本発明のβ型窒化けい素ウイスカーの
製造方法は、シリカとカーボンと氷晶石とのモル
比が1:(2〜10):(1/12〜1/4)である混
合物を、NH3をN2に対しモル比で1/5以下添
加した(N2+NH3)の混合雰囲気中の比較的低
温で温度1250〜1450℃に加熱反応させることを特
徴とする。 シリカ還元法によりN2ガスを用いた窒化けい
素Si3N4ウイスカーの生成反応は次の2式で示さ
れる。 SiO2(固体)+C(固体)→SiO(気体) +CO(気体) …(1) 3SiO(気体)+2NB(気体)+3CO(気体) →Si3N4(固体)+3CO2(気体) ……(2) 本発明者らはシリカとカーボンとを氷晶石の存
在下に窒素雰囲気中に微量のNH3を添加して反
応させることによつてβ型Si3N4ウイスカーを比
較的低温で製造しうることを見出した。 上記(1)式の反応はSiO2とCとの固体間反応で
あるためその反応速度は遅いがSiO2とCの反応
に於いて氷晶石を存在させると、このフラツクス
の作用によりSiO2はけい酸塩融体となり、液体
と固体のCとの反応となり次式(3)の反応になる。 SiO2(液体)+C(固体)→SiO(気体) +CO(気体) …(3) この反応は従来の固体間反応よりその反応速度
が著しく促進されSiOの生成が促進される。 一方、反応雰囲気中にNH3を添加するとNH3
の熱分解により生成するH2ガスの強力な還元作
用で上記(3)式で生成した気体のSiOは次式(4)の如
く反応する。 SiO(気体)+H2(気体)→Si(気体) +H2O(気体) …(4) かくして生成したSi(気体)はN2と反応して次
式の反応によつてβ型Si3N4結晶核を生成する。 3Si(気体)+2N2(気体)→Si3N4(固体) ……(5) 一旦生成したβ―Si3N4結晶核の成長は(2)の反
応によるα型生成条件下においてもβ型となるこ
とは一般的結晶成長論に合致するものである。 したがつてβ型ウイスカーは、(4)、(5)、(2)の反
応により進行するものである。こゝで問題となる
のはSi単結晶を加熱して蒸気としN2ガスと反応
させたときはα型を生成するがこの場合何故に(5)
の反応によりβ型となるかという点である。この
ことはSiOが加熱下に還元されてえられたSi蒸気
はSi単結晶を加熱してえられたSi蒸気とは物性が
異なることによるものである。このことは他の例
として溶融体から単結晶を合成する場合に、Fe〓
を原料とした融体からはFe〓を含む単結晶がえら
れないにもかかわらずFe〓を原料として高温で
Fe〓に還元した融体からはFeを含む単結晶がえ
られ、それは両Fe〓の物性が異なることで説明さ
れているが、これと類似の現象により説明でき
る。それは活性度とイオン半径の差異が原因であ
り、この場合は結晶歪を少なくするためC0の値
のより小さいβ型を生成するものである。さらに
この場合(2)の反応も条件如何によつては単独にお
こりα型を同時に生成することもある。 本発明において、シリカとカーボンの混合比
は、モル比でSiO2:Cが1:2〜1:10であり、
さらに好ましくはSiO2:C=1:4付近である。
カーボンのモル比が上記範囲より少ないと、(1)式
の反応が進行し難くなり、逆に上記範囲より多く
なると、未反応で残渣となるカーボン量が増加
し、効率が悪くなり好ましくない。 次にシリカと氷晶石との混合比は、氷晶石自体
と、窒素雰囲気中に添加するNH3との相乗効果
が著しいため、一概には決定できないが、モル比
でSiO2:Na3AlF6が1:1/12〜1:1/4程
度が好ましく、混合雰囲気(N2+NH3)におけ
るN2:NH3がモル比で24:1の時には、SiO2
Na3AlF6が1:1/10〜1:1/6がより好ま
しい。氷晶石の量が上記範囲より多くなると、反
応時に生成するけい酸塩融体の量が多くなり過
ぎ、N2やSiOガスの移動が妨げられ、(4)、(5)式の
反応が進行し難くなり、残渣中にSiCが生成し好
ましくない。逆に、上記範囲より少なくなると、
(3)式の反応が遅くなり、残渣中に未反応のSiO2
が生成し好ましくない。NH3の混合比は、N2
対しモル比で1/5以下が好ましく、さらに好ま
しくは1/12以下である。混合比が1/5を越え
ると、雰囲気中のN2分圧を下げ過ぎ、残渣中に
多量のSiCが生成し易くなるので好ましくない。
又、N2ガス単独の場合にはα型Si3N4ウイスカー
が生成し易くなりβ型Si3N4ウイスカーが得られ
ない。 上述の如く、適量のNH3と氷晶石の存在は本
発明において不可欠の要件である。 反応温度は1250〜1450℃で、1250℃より下では
反応が進行しにくくなり極端に収率を悪くする。
一方1450℃を越えると窒化けい素が生成せず、炭
化けい素を生成する。好ましくは1300〜1400℃で
ある。 以下さらに本発明を実施例につき比較例と対比
して説明する。 それぞれ、試料原料5として、100meshを通過
する無水けい酸(シリカ)、活性炭(カーボン)
及び氷晶石の粉末を次表にてモル比で示すよう
に、乾式混合する。この混合した試料原料5を、
それぞれ1gをカーボン製の試料容器4に第1図
に示すように充填し、ムライト製の保護管3内に
入れ、これをさらにムライトチユーブを炉心管2
に用いた電気炉1内に装入する。モル比でN2
NH3が次表に示すような混合雰囲気6を炉心管
2内に図中矢印で示すように流入せしめながら、
この(N2+NH3)雰囲気中で、温度1350℃で24
時間加熱反応させた。一方、排出ガス7として図
中矢印で示すように排出させ、この場合の前記流
入混合雰囲気ガス6の流量は50c.c./minであり、
炉心管2内部は略々常圧で反応させた。その結果
保護管3内面に生成した窒化けい素ウイスカーを
X線回折により判断し、α相とβ相の含有率(重
量%)を次表にそれぞれ併記した。
【表】
【表】 表から明らかなように、比較例1及び比較例5
は、試料原料5中の氷晶石が本発明方法の範囲外
であり、α型窒化けい素ウイスカーの含有率が大
きかつたり、β′―サイアロン(Si6―zAlzOzN8
z:1≦Z≦4)や、SiCが生成し良好ではな
い。 比較例2〜比較例4は、混合雰囲気ガス6の
N2+NH3のモル比が本発明方法の範囲外であり、
α型窒化けい素ウイスカーの含有率が大きかつた
り、α′―サイアロンやSiCが生成し良好ではな
い。 本発明方法の実施例1〜実施例5では、何れも
β型窒化けい素ウイスカーの含有率が80%以上で
あり、これらのウイスカーは径が0.2〜1.5μ、長
さが平均5mm程度の純粋で良く成長したβ型窒化
けい素ウイスカーが得られた。すなわち、これら
実施例において本発明の顕著な効果が認められ
た。 以上詳述した如く、本発明によれば、比較的低
温で繊維長の長い柔軟なよく発達したβ型窒化け
い素ウイスカーを容易に製造し得る方法を提供で
きるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例にて用いた装置を示
す断面略図である。 1…電気炉、2…炉心管、3…保護管、4…試
料容器、5…試料原料、6…流入混合雰囲気
(H2+NH3)、7…排出ガス。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 シリカとカーボンと氷晶石とからなる混合物
    におけるシリカとカーボンと氷晶石とのモル比
    が、1:(2〜10):(1/12〜1/4)である混
    合物を、NH3をN2に対しモル比で1/5以下添
    加した(N2+NH3)の混合雰囲気中で温度1250
    〜1450℃に加熱反応させることを特徴とするβ型
    窒化けい素ウイスカーの製造方法。
JP58016257A 1983-02-04 1983-02-04 β型窒化けい素ウイスカ−の製造方法 Granted JPS59147000A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58016257A JPS59147000A (ja) 1983-02-04 1983-02-04 β型窒化けい素ウイスカ−の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58016257A JPS59147000A (ja) 1983-02-04 1983-02-04 β型窒化けい素ウイスカ−の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59147000A JPS59147000A (ja) 1984-08-23
JPS6348840B2 true JPS6348840B2 (ja) 1988-09-30

Family

ID=11911505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58016257A Granted JPS59147000A (ja) 1983-02-04 1983-02-04 β型窒化けい素ウイスカ−の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59147000A (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62256798A (ja) * 1986-04-30 1987-11-09 Toshiba Ceramics Co Ltd 繊維状窒化珪素の製造方法
JPS63130734A (ja) * 1986-11-19 1988-06-02 Ube Ind Ltd β型窒化珪素ウイスカ−強化金属複合材料
JPS63222099A (ja) * 1987-03-10 1988-09-14 Ube Ind Ltd β型窒化珪素ウイスカ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4927755A (ja) * 1972-07-10 1974-03-12
JPS504480A (ja) * 1973-05-17 1975-01-17

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4927755A (ja) * 1972-07-10 1974-03-12
JPS504480A (ja) * 1973-05-17 1975-01-17

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59147000A (ja) 1984-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4428916A (en) Method of making α-silicon nitride powder
JPS5891005A (ja) 窒化ケイ素粉末の製造方法
US4387079A (en) Method of manufacturing high-purity silicon nitride powder
US4619905A (en) Process for the synthesis of silicon nitride
US4521393A (en) Method of manufacturing β type silicon nitride whiskers
JPS5913442B2 (ja) 高純度の型窒化珪素の製造法
US4716028A (en) Process for preparation of high-type silicon nitride powder
JPS6111886B2 (ja)
JPS6348840B2 (ja)
US5258170A (en) Process for producing silicon carbide platelets
JPS6111885B2 (ja)
JPS5930645B2 (ja) 高純度α型窒化珪素の製造法
JPH0481521B2 (ja)
JPH0151443B2 (ja)
JPS60122706A (ja) 窒化ケイ素粉末の製造方法
JPS58176109A (ja) α型窒化けい素の製造方法
JPS61201608A (ja) 高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法
JPS606884B2 (ja) α型窒化けい素粉末の製造方法
JPH0313166B2 (ja)
JPS6259049B2 (ja)
JPS60235707A (ja) 複合微粉末の製造方法
JPS60200814A (ja) 窒化珪素と炭化珪素との複合微粉末の製造方法
JPH0310567B2 (ja)
JPH03353B2 (ja)
JPH0122201B2 (ja)