NO169062B - Fremgangsmaate for fremstilling av silisiumnitridpulver med lavt karboninnhold - Google Patents

Fremgangsmaate for fremstilling av silisiumnitridpulver med lavt karboninnhold Download PDF

Info

Publication number
NO169062B
NO169062B NO870775A NO870775A NO169062B NO 169062 B NO169062 B NO 169062B NO 870775 A NO870775 A NO 870775A NO 870775 A NO870775 A NO 870775A NO 169062 B NO169062 B NO 169062B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
carbon
powder
silicon
nitriding
si3n4
Prior art date
Application number
NO870775A
Other languages
English (en)
Other versions
NO870775D0 (no
NO870775L (no
NO169062C (no
Inventor
Lothar Schoenfelder
Gerhard Franz
Original Assignee
Bayer Ag
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 Bayer Ag filed Critical Bayer Ag
Publication of NO870775D0 publication Critical patent/NO870775D0/no
Publication of NO870775L publication Critical patent/NO870775L/no
Publication of NO169062B publication Critical patent/NO169062B/no
Publication of NO169062C publication Critical patent/NO169062C/no

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • C01B21/0685Preparation by carboreductive nitridation
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80Compositional purity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av silisiumnitridpulver med lavt karboninnhold ved behandling av silisiumnitridpulver i klorgassholdig atmosfære.
Silisiumnitrid er interessant som råstoff for keramiske materialer, disse utgjør potensielle substituenter for metalliske materialer på mange områder innenfor krevende apparatur- og maskinbygning. Av disse materialene kreves en meget god bestandighet mot høye temperaturer, temperatursjokk og korrosjon innenfor et vidt temperaturområde.
For fremstillingen av slike keramiske materialer, kan det anvendte Si3N4~pulveret fremstilles ved forskjellige kjemiske fremgangsmåter. Av de allerede anvendte tekniske fremgangsmåtene til fremstilling av Si3N4-pulver er, på ,grunn av prisen og den gode tilgjengeligheten av råstoffet, fremgangsmåten med karbotermisk nitridering av SiCtø (1) og fremgangsmåten med direkte nitridering av silisium (2) av betydning.
De termiske og mekaniske egenskapene for materialer på Si3N4~ basis påvirkes i høy grad av typen av anvendt Si3N4~pulver, spesielt av metalliske og ikke-metalliske forurensninger som finnes i pulveret. Blant ikke-metalliske forurensninger er, ved siden av oksygen, innholdet av karbon av sentral betydning.
Ved fremgangsmåte (1), karbotermisk nitridering av Si02 med karbon i en nitrogenholdig atmosfære, er reaksjonsproduktet forurenset med karbon. Innholdet av karbon bestemmes fremfor alt av de anvendte reaksjonsbetingelsene.
Ved fremgangsmåten med direktenitridering av silisium, innføres karbon ved forurensninger i råstoffet, karbonholdige bindemidler eller forurensninger av reaksjonsatmosfæren, som f.eks. i de anvendte høytemperatur-nitrideringsovnene med grafittoppvarming, i Sis^-pulveret.
Si3N4~pulver som er forurenset med karbon har dårligere sintringsegenskaper slik at sintringstetthetene påvirkes i negativ retning av karbonet (H. Eausner, R. Peitzsh i: "Keramische Komponenten fiir Fahrzeug-Gas turbinen III", statusseminar i oppdrag av Bundesministerium fiir Forschung und Technologie, 44-54, Springer Verlag, Berlin, 1984).
Ved siden av den negative innvirkningen på sintringsegenskap-ene for Si3N4~pulveret fører en forurensning med karbon dessuten til en sterkt redusert oksydasjonsbestandighet for Si3N4-materialer ved høye temperaturer, hvorved slike materialer ikke egner seg for anvendelse ved høye temperaturer (H. Knoch, G.E. Gazza, Journal of the American Ceramic Society 62 (11-12), 634-35, 1979).
Fremgangsmåter hvorved Si3N4-pulveret fremstilles fra meget rene forbindelser som SiH4 eller SiCl4, kan gi de ønskede karbonfattige produktene. Si3N4-pulverne fra disse fremgangsmåtene har imidlertid den alvorlige ulempen at det ved pressing av pulveret bare oppnås materialer med lave usint-rede tettheter og den etterfølgende sintringen fører til uforholdsmessig stor krympning.
Fra den japanske patentpublikasjon 216 031/83 er det kjent en fremgangsmåte til etterbehandling av Si3N4-pulver som er fremstilt ved direktenitridering av silisium. Ifølge denne behandles Si3N4-pulveret ved temperaturer over 1100°C, fortrinnsvis 1300°C, i en klorgassatmosfære. Deretter foregår en glødning i en nitrogenholdig atmosfære ved temperaturer over 1200°C, fortrinnsvis 1500°C. Under disse betingelsene skal det oppnås en reduksjon av karbonet. Disse fremgangsmåtene har den ulempen at det må arbeides ved meget høye temperaturer i aggressive gassatmosfærer, som klor, slik at det stilles svært høye tekniske krav til de derved anvendte ovnene.
Formålet ved foreliggende oppfinnelse var følgelig å utvikle en fremgangsmåte til etterbehandling av Si3N4~pulvere for å redusere karboninnholdet som ikke oppviser ulempene forbundet med fremgangsmåtene ifølge teknikkens stand.
Det er overraskende funnet at Si3N4~pulver med lavt karboninnhold kan fremstilles ved fremgangsmåten med karbotermisk nitridering eller direktenitridering av silisium når de derved oppnådde Sis^-pulverne underkastes en kjemisk etterbehandling.
Gjenstand for foreliggende oppfinnelse er følgelig en fremgangsmåte for fremstilling av silisiumnitridpulver med et lavt karboninnhold ved behandling av silisiumnitridpulver oppnådd ved omsetning av silisiumdioksyd ved en karbotermisk nitridering eller ved direkte nitridering av silisium, i klorgassholdig atmosfære. Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at behandlingen i klorgassholdig atmosfære gjennomføres ved temperaturer på 600 til 1050°C, fortrinnsvis 800 til 1050°C, og etterfølges av en behandling i oksygengassholdig atmosfære ved temperaturer på 500 til 1000"C, fortrinnsvis 600 til 800°C.
Klorgassen kan, som bærergass, være tilsatt inertgasser som H2, Ng, edelgasser eller blandinger av disse gassene. Under betingelsene for denne kloreringsetterbehandlingen overføres selektivt de foreliggende silisium-karbon-forbindelsene til flyktige S1C14 og elementært karbon. Fritt karbon angripes ved betingelsene som anvendes ifølge oppfinnelsen ikke av klor. Det samlede karbonet, i form av fritt karbon og karbon dannet ved reaksjonen mellom klor og silisium-karbonfor-bindelsene, kan etter glødningen i den klorgassholdige atmosfæren lett elimineres ved oksydasjon.
Glødningen under oksyderende betingelser gjennomføres i nærvær av et gassformig oksydasjonsmiddel som luft eller oksygen ved temperaturer på 500-1000°C, fortrinnsvis 600-800°C. Under disse betingelsene angripes Si3N4-pulveret ikke oksydativt, slik at det på denne måten kan oppnås en selektiv reduksjon av karboninnholdet.
Under betingelsene for den klorerende etterbehandlingen ifølge oppfinnelsen, foregår ingen reaksjon mellom kloret og det foreliggende frie karbonet, slik at klorbehovet for etterbehandlingen kan holdes lavest mulig og bare bestemmes av innholdet av silisium-karbon-f orbindelser i Sis^-pulveret.
Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt fordelaktig når silisiumnitridpulveret er oppnådd ved omsetning av silisiumoksyd i en karbotermisk nitridering.
Ved den karbotermiske nitrideringen omsettes SiOg med karbon i en nitrogenholdig atmosfære ved 1450-1550°C til Si3N4. Under disse betingelsene finner det ved siden av nitrideringen av silisium, også sted en karburering under dannelse av silisium-karbon-forbindelser. Innholdet av disse karbonholdige forbindelsene avhenger av nitrideringsbetingelsene og kvaliteten av de anvendte råstoffene.
For fremstillingen av Si3N4~pulver ved karbotermisk nitridering av SiOg, er det fordelaktig å anvende karbon i overskudd. Karbonoverskuddet forbedrer nitrideringshastigheten og innholdet av Si3N4 av a-fasen.
Ett på denne måten fremstilt Si3N4~pulver inneholder derfor en stor andel av restkarbon som deretter på egnet måte må fjernes fra Si3N4-pulveret. Fjernelsen av karbonet ved fremgangsmåten ifølge det japanske patentskrift nr. 216 031/83 er imidlertid ikke anvendelig, idet det for fjernelse av restkarbonet ville måtte anvendes meget store mengder dyr klorgass ved dannelse av karbon-klor-forbindelser.
Dersom Si3N4-pulver som er fremstilt ved karbotermisk nitridering av SiOg i nærvær av et karbonoverskudd etter-behandles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og derved ved siden av silisium-karbon-forbindelser også inneholder et stort restkarboninnhold i form av fritt karbon, så kan den ved nitrideringen oppnådde reaksjonsblandingen direkte underkastes klorerende etterbehandling og deretter gløding under oksyderende betingelser, uten at fritt karbon kloreres og derved resulterer i høyt klorforbruk.
Etterbehandlingen av Si3N4-råpulveret med de klorgassholdige, henholdsvis oksygenholdige atmosfærene ved oppfinnelsen kan gjennomføres i statiske eller dynamiske reaksjonssjikt i egnede ovner. I teknisk målestokk kan det anvendes ovner hvor det ved stadig omrulling av faststoffet sørges for en god kontakt mellom gass og faststoffoverflate. Spesielt skal nevnes dreierørovner, virvelsjiktovner eller sjaktovner.
Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også Si3N4-pulver som er fremstilt ved direktenitridering av silisium etterbe-handles for reduksjon av karboninnholdet. Herved foregår etterbehandlingen også under de allerede nevnte betingelsene med en klorerende behandling og etterfølgende glødning under oksyderende betingelser.
Oppfinnelsen belyses nedenfor ved de følgende eksempler.
I de følgende eksemplene ble karboninnholdet i Sis^-pulveret bestemt ved hjelp av en "C-S-mat-Strohlein" ved forbrenning i oksygenstrøm.
Eksempler 1- 7
Si3~N4-pulver, fremstilt ved fremgangsmåten med karbotermisk reduksjon fra kvartsmel og sot i en nitrogenatmosfære, ble behandlet ved 1000°C og i de i tabell 1 angitte reaksjonstid-ene i en klorgassatmosfære. Deretter ble karbonet fjernet ved oksydasjonsbehandling ved 800"C i luft.
I tabell 1 er de analytisk bestemte karboninnholdene i Sis^-råpulveret angitt før og etter denne etterbehandlingen. I sammenligningseksemplene 6 B og 7 B ble Si3N4~pulverne bare behandlet oksydativt i luft, uten en glødning i klorgass-atmosfæren.
Eksempel 8
Si3N4~pulver ble fremstilt ved fremgangsmåten med karbotermisk nitridering av SiOg med karbon i en nitrogenatmosfære. Som SiOg-råstoff ble det anvendt rent kvartsmel (spesifikk overflate BET = 4,5 m<2>/g) og som karbonkilde sot (spesifikk overflate BET = 20 m^/g) som tørrblanding. Soten ble anvendt i et 3-gangers molart overskudd. Nitrideringen foregikk i 10 timer ved 1520°C. Det oppnådde produktet hadde et karboninnhold på 60 vekt-#. Denne blandingen ble glødet ved 1000°C i 2 timer i en klorgassatmosfære og deretter oksydasjons-varmebehandlet i 6 timer ved 800°C i luft. Karboninnholdet i Sis^-pulveret utgjorde etter denne etterbehandlingen 0,40 vekt-56.
Eksempler 9- 15
Forskjellige kommersielt tilgjengelige S13N4-pulvere, fremstilt ved fremgangsmåten med direktenitridering av silisium, ble som i eksempel 1 glødet ved 900°C i en klorgassholdig atmosfære og deretter ble det elementære karbonet fjernet oksydativt ved 800°C i luft.
I tabell 2 er karboninnholdene for utgangspulveret og det etterbehandlede Si3N4-pulveret angitt.

Claims (1)

  1. Fremgangsmåte for fremstilling av silisiumnitridpulver med lavt karboninnhold ved behandling av silisiumnitridpulver, oppnådd ved omsetning av silisiumdioksyd ved en karbotermisk nitridering eller ved direkte nitridering av silisium, i klorgassholdig atmosfære, karakterisert ved at behandlingen i klorgassholdig atmosfære gjennomføres ved temperaturer på 600 til 1050°C, fortrinnsvis 800 til 1050°C, og etterfølges av en behandling i oksygengassholdig atmosfære ved temperaturer på 500 til 1000° C, fortrinnsvis 600 til 800°C.
NO870775A 1986-03-13 1987-02-25 Fremgangsmaate for fremstilling av silisiumnitridpulver med lavt karboninnhold NO169062C (no)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19863608352 DE3608352A1 (de) 1986-03-13 1986-03-13 Verfahren zur herstellung von kohlenstoffarmem siliciumnitrid

Publications (4)

Publication Number Publication Date
NO870775D0 NO870775D0 (no) 1987-02-25
NO870775L NO870775L (no) 1987-09-14
NO169062B true NO169062B (no) 1992-01-27
NO169062C NO169062C (no) 1992-05-06

Family

ID=6296235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO870775A NO169062C (no) 1986-03-13 1987-02-25 Fremgangsmaate for fremstilling av silisiumnitridpulver med lavt karboninnhold

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4798714A (no)
EP (1) EP0237860B1 (no)
JP (1) JPS62216907A (no)
KR (1) KR950001033B1 (no)
DE (2) DE3608352A1 (no)
NO (1) NO169062C (no)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5219537A (en) * 1990-04-03 1993-06-15 Phillips Petroleum Company Production of nitride products
US5538675A (en) * 1994-04-14 1996-07-23 The Dow Chemical Company Method for producing silicon nitride/silicon carbide composite
KR101467438B1 (ko) * 2013-01-10 2014-12-03 조항선 질화규소 분말의 제조방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5290499A (en) * 1976-01-27 1977-07-29 Toshiba Ceramics Co Process for preparing siliconnitride having high alphaaphase content
JPS53102300A (en) * 1977-02-18 1978-09-06 Toshiba Corp Preparation of type silicon nitride powders
JPS57135704A (en) * 1981-02-10 1982-08-21 Ube Ind Ltd Preparation of crystalline silicon nitride powder
JPS5935008A (ja) * 1982-08-20 1984-02-25 Onoda Cement Co Ltd 窒化珪素の精製方法
JPS60112607A (ja) * 1983-11-18 1985-06-19 Denki Kagaku Kogyo Kk 白色窒化けい素粉末の製造方法
JPS60171282A (ja) * 1984-02-10 1985-09-04 黒崎窯業株式会社 Si↓3Ν↓4−SiC系セラミツクス焼結体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0237860A3 (en) 1988-03-02
DE3608352A1 (de) 1987-09-17
NO870775D0 (no) 1987-02-25
JPS62216907A (ja) 1987-09-24
DE3764499D1 (de) 1990-10-04
NO870775L (no) 1987-09-14
KR870008783A (ko) 1987-10-20
EP0237860B1 (de) 1990-08-29
EP0237860A2 (de) 1987-09-23
KR950001033B1 (ko) 1995-02-08
US4798714A (en) 1989-01-17
NO169062C (no) 1992-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR950014211B1 (ko) 분위기 압력하의 불활성 개스 소기 상태에서의 큰 비표면을 가지는 금속탄화물의 제조방법
US3845191A (en) Method of removing halocarbons from gases
US4117095A (en) Method of making α type silicon nitride powder
FR2374261A1 (fr) Procede de fabrication de produits metalliques refractaires durs pulverulents
JPS6112844B2 (no)
NO169062B (no) Fremgangsmaate for fremstilling av silisiumnitridpulver med lavt karboninnhold
US5075091A (en) Process for the preparation of silicon nitride
US5114693A (en) Process for the production of silicon nitride and product made according to the process
JP2721678B2 (ja) β−炭化珪素成形体及びその製造法
US4582696A (en) Method of making a special purity silicon nitride powder
EP0391150B1 (de) Verfahren zur Herstellung kohlenstoffarmer, feinteiliger Keramikpulver
JPS5930645B2 (ja) 高純度α型窒化珪素の製造法
JPS608967B2 (ja) 窒化珪素を製造する方法
JPS63170207A (ja) 高純度炭化けい素粉末の製造方法
JPS62143805A (ja) 窒化珪素粉末から塩素および/またはフツ素を除去する方法
JPH03193617A (ja) 炭化けい素粉末の製造方法
JPS63103806A (ja) 窒化アルミニウム粉末の製造方法
EP0558606B1 (en) A process for reducing free halogens in residual gases
JPH06219835A (ja) 耐酸化性に優れた黒鉛−炭化珪素複合体及びその製造方法
JP3539777B2 (ja) 窒化アルミニウムの製造方法
JPH06263410A (ja) 窒化けい素粉末のβ分率向上法
SU324212A1 (ru) Способ получения нитридов переходных металлов
JPS63151606A (ja) 窒化アルミニウム粉体の製造法
KR20210005269A (ko) 삼염화붕소의 제조 방법
JPH05238826A (ja) 低フツ素含有量のケイ素含有セラミツク粉末およびそれらの製造方法