NO863931L - Forbedret silisiumnitrid og fremgangsmaate til dets fremstilling. - Google Patents
Forbedret silisiumnitrid og fremgangsmaate til dets fremstilling.Info
- Publication number
- NO863931L NO863931L NO863931A NO863931A NO863931L NO 863931 L NO863931 L NO 863931L NO 863931 A NO863931 A NO 863931A NO 863931 A NO863931 A NO 863931A NO 863931 L NO863931 L NO 863931L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- ppm
- content
- silicon nitride
- reaction
- less
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- -1 silicon halides Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010574 gas phase reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 7
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 3
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 6
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 5
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 5
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 5
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- RAABOESOVLLHRU-UHFFFAOYSA-N diazene Chemical compound N=N RAABOESOVLLHRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000071 diazene Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007991 Si-N Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006294 Si—N Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017878 a-Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- PPDADIYYMSXQJK-UHFFFAOYSA-N trichlorosilicon Chemical compound Cl[Si](Cl)Cl PPDADIYYMSXQJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary 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
- C01B21/068—Binary 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary 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
- C01B21/068—Binary 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
- C01B21/0687—After-treatment, e.g. grinding, purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/02—Amorphous compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/04—Compounds with a limited amount of crystallinty, e.g. as indicated by a crystallinity index
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/32—Spheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Abstract
Amorft silisiumnitrid med et innhold av metalliske forurensninger på mindre enn 200 ppm, et karboninnhold under 1000 ppm og et halogeninnhold under 1000 ppm, hvor partiklene har en midlere diameter på mer enn 0,1 til 2,0 um, fortrinnsvis 0,1 til 1,0 um, en i det vesentlige kuleform og en spesifikk over-. • 2—1 flate på mer enn 20 m g Videre omtales silisiumnitrid-pulver med et innhold på mer enn 80%, fortrinnsvis mer enn 90%, krystallinsk fase, idet minst 90% av den krystallinske fase er a-SiN, et innhold av metalliske forurensninger under 200 ppm, et halogeninnhold under 500 ppm, hvor enkeltpartiklene har en midlere diameter på 0,15 til 2,0 um, fortrinnsvis 0,15 til 1,0 |im, en i det vesentlige kuleform, en uporas overflate ved en spesifikk overflate på mindre enn 2 -1. 12 m g. Det amorfe silisiumnitrid fremstilles ved omsetning av silisiumhalogenider med ammoniakk i en gass fasereaksjon ved 1000-1800°C i en utenifra oppvarmet grafitt- eller karbon-rørreaktor. Produktet krystalliseres ved tekperaturbehandling ved 1300-1700°C.
Description
Oppfinnelsen vedrører forbedret silisiumnitrid i amorf og krystallinsk tilstand samt fremgangsmåte til dets fremstilling.
Silisiumnitrid finner økende betydning som keramisk material
for anvendelser, hvor det er krevet bestandighet mot høye temperaturer, sterke temperatursjokk og korrosjon. For fremstilling av slike keramikker kreves Si^N^-pulvere som i form-givnings- og sinterfremgangsmåter overføres i den ferdige byggdel. Til Si^N^-pulverene stilles spesielle krav med hensyn til partikkelstørrelse, partikkelform, overflateegen-
skaper, renhet, fasesammensetning. Derved påvirker spesielt noen egenskaper fremgangsmåtetrinnet av formgivning, andre derimot sinterbarheten av det såkalte rålegemet til ferdig keramikk. Når en høy fasthet og tilforlatelighet av bygnings-
delen står i forgrunnen som kvalitetskriterier, så stilles til Si^N4~utgangsmaterialet fremfor alt høye krav med hensyn til enhetlighet av partikkelstørrelse -form og innholdet av metalliske og ikke-metalliske forurensninger som f.eks.
jern, kalsium, karbon eller klor.
Det er kjent forskjellige fremgangsmåter til fremstilling
av silisiumnitrid, idet forskjellige kjemiske reaksjoner kommer til anvendelse. Omsetningen av silisiummetall fører.til grovdelte produkter, som i omstendelige malepro-
sesser må bringes til den nødvendige finhet.
Derved er imidlertid hverken oppnåelig den ønskede renhet eller friheten for uønskede grovkorn kan sikres. En tilsvar-(
ende problematikk gjelder også for nitridering av Si02~karbonblandinger. Denne har i tillegg dessuten den frem-gangsspesifikke ulempe av høyt C-innhold av Si^N^.
Det ble foretatt forsøk å fremstille Si^N^av silaner eller silisiumhalogenider, som på destillativ måte lett kan be-
fris for metalliske forurensninger. Således er det fra US-A 4 196 178 kjent en fremgangsmåte hvor SiCl^omsettes
i et organisk oppløsningsmiddel med NH^til et silisiumdi-
imid og dette overføres ved høye temperaturer i findelt
Viktig informasjon
Av arkivmessige grunner har Patentstyret for denne allment tilgjengelige patentsøknad kun tilgjengelig dokumenter som inneholder håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, eller som kan være stemplet "Utgår" eller lignende. Vi har derfor måtte benytte disse dokumentene til skanning for å lage en elektronisk utgave.
Håndskrevne anmerkninger eller kommentarer har vært en del av saksbehandlingen, og skal ikke benyttes til å tolke innholdet i dokumentet.
Overstrykninger og stemplinger med "Utgår" e.l. indikerer at det under saksbehandlingen er kommet inn nyere dokumenter til erstatning for det tidligere dokumentet. Slik overstrykning eller stempling må ikke forstås slik at den aktuelle delen av dokumentet ikke gjelder.
Vennligst se bort fra håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, samt eventuelle stemplinger med "Utgår" e.l. som har samme betydning. silisiumnitrid. Betinget ved omsetningen i oppløsningsmidler kommer det imidlertid alltid rester av organiske forbindelser 1 silisiumdiimidet og fører til uønskede høye C-innhold av Si^N^(UBE Industries, Ltd., Silicon Nitride Techn. Report 1984 ) .
Foretas omsetningen til silisiumdiimid derimot i gassfase, så kan riktignok C-innholdet senkes, innen tekniske rammer ble det imidlertid bare fremstilt amorfe produkter med høye spesifikke overflater og klorinnhold eller delamorfe produkter med uakseptable høye deler av nålformede partikler (Sylvania, Technical Information Bulletin, Towanda, US, CM-960 (2/78)).
Oppfinnelsens oppgave er å tilveiebringe et silisiumnitrid som ikke har de ovennevnte ulemper ved teknikkens stand.
Overraskende ble det nå funnet at disse krav oppfylles fremragende ved amorft silisiumnitrid med et innhold av metalliske forurensninger på mindre enn 200 ppm, et karboninnhold under 1000 ppm og et halogeninnhold under 1000 ppm, idet partiklene har en midlere diameter på mer enn 0,1
til 2,0 um, fortrinnsvis 0,1 til 1,0^m, en i det vesentlige kuleformet form og en spesifikk overflate på mer enn
2 0 m<2>g . På grunn av dette produkts høye renhet og dets relativt høye partikkelstørrelse og enhetlig partikkelform er dette allerede egnet som råstoff for fremstillingen av Si^N^-keramikker. Dette ifølge oppfinnelsen amorfe silisiumnitrid er imidlertid også anvendbart som mellomprodukt for fremstillingen av et nytt forbedret silisiumnitrid-pulver med overveiende krystallinsk fase. Dette silisiumnitrid-pulver ifølge oppfinnelsen med et innhold på mer enn 80%, fortrinnsvis mer enn 90%, krystallinsk fase, idet minst 90% av den krystallinske fase er ct-si^N^, et innhold av metalliske forurensninger under 200 ppm, et halogeninnhold under 500 ppm, erkarakterisert vedat enkeltpartiklene har en midlere diameter på 0,15 til 2,0 um, fortrinnsvis 0,15 til 1,0 um, en i det vesentlige kuleform, en uporøs overflate ved en spesifikk overflate på mindre enn 12 m<2>g \ Det er oppnåelig ved en temperaturbehandling av det amorfe silisiumnitrid ifølge oppfinnelsen.
Oppfinnelsens gjenstand er også en fremgangsmåte til frem-
stilling av silisiumnitrid-pulveret ifølge oppfinnelsen.
Det ble funnet at de ønskede høyrene, kuleformede Si^N^-
partikler er oppnåelige i en omsetning av silisiumhalogenider med ammoniakk ved temperaturer over 1000°C i rørreaktorer av grafitt eller kull.
Det dannede amorfe mellomprodukt kan underkastes en temperaturbehandling ved 1300 ved 1600°C under N2, N2H2eller ^/NH^-blandinger for dannelse av det overveiende krystallinsk foreliggende silisiumnitrid-pulver.
Det er riktignok fra JP-A 58 213 607 kjent å gjennomføre omsetningen av silisiumhalogenider med ammoniakk. Herved anvendes imidlertid keramiske materialer som kvartsgods, kvartsglass, korund, som ved de ifølge oppfinnelsen anvendte temperaturer ikke har bestandighet. De refraktære metaller som molybden er under de korrosive reaksjonsbetingelser også bare holdbare en begrenset tid.
Overraskende ble det na funnet at det som reaksjonsrør kan „ y det anvendes slike av de myke materialer grafitt og/eller kull uten at karbon i skadelig grad ble innført i reaksjons/ produktet. Med disse materialer står det til disposisjon materialer som godt kan bearbeides, er fremstillbare i til-strekkelig store dimensjoner og er anvendbare under reak-
sjonens reduserende betingelser over et meget vidt tempera-turområde.
Oppfinnelsens gjenstand er således en fremgangsmåte til fremstilling av det amorfe Si^N^ifølge oppfinnelsen ved omsetning av silisiumhalogenider i gassformet tilstand med ammoniakk i en gassfasereaksjon i gjennomstrømmede reaktorer ved temperaturer fra 1000 til 1800°C, idet det som reaksjonsrør anvendes et utenifra oppvarmet grafitt- eller karbonrør, og eventuelt i eaksjonsproduktet inneholdt bundet halogenid og/eller ammoniumhalogenid fjernes ved en termisk behandling ved 900 til 1400°C under inertgass, fortrinnsvis under N2eller IS^/NH^-blandinger.
Reaksjonskomponentenes omsetninger i gassfase foregår i hen-hold til ligningen
idet Si^N^ i første rekke fremkommer i amorf form med resterende forurensninger med klor. Selvsagt kan det i stedet for silisiumhalogenid også anvendes halogenhydrogensilaner eller silan SiH^.
Av økonomiske grunner anvendes som silisiumhalogenid SiCl^, som over destillative fremgangsmåter kan bringes på meget høye renheter. I tekniske SiCl^-kvaliteter er innhold på under 10 ppm av metalliske forurensninger absolutt oppnåelig. SiCl^fordampes og bringes i råaktoren i kontakt med ammoniakk. Begge komponenter kan oppvarmes adskilt i til-førselsledningene til reaktoren. Reaksjonsdeltagerene kan innføres enkeltvis over koaksialt anordnede rør i grafitt-reaktoren, det lar seg imidlertid også anvende spesielle blandekammere, hvori det oppnås en hurtig gjennomblanding av gasstrømmene. Silisiumhalogenid og/eller ammoniakken føres fortrinnsvis sammen med en inert basregass som edelgasser, N2/ H2, N2/H2-blandinger inn i reaktoren, hvilket på den ene side har den hensikt i blandesonen å oppnå optimale strømningsforhold, på den annen side lar over mengden av inertgass selvsagt oppholdstiden i reaktoren seg styre. Mengdene av silisiumhalogenid og ammoniakk velges således at det oppnås en en mest mulig fullstendig omsetning av slisium-halogenidet. Dette kan alt etter reaksjonsbetingelsene som temperatur og oppholdstid bety støkiometriske mengdeforhold men også eventuelt et overskudd av NH^. I sistnevnte til-felle inneholder reaksjonsproduktet dessuten fritt ammoniumhalogenid.
Selve reaktoren består fortrinnsvis av et karbon- eller grafittrør, som befinner seg i en motstandsoppvarmet ovn. Ved valget av den egnede karbon- eller grafitttype er å påse at den ikke inneholder forurensninger som damper ut ved de tilstrebede høye temperaturer og kan komme i produktet. S-elve ovnen må selvsagt på grunn av grafittens kjente oksy-dasjonsfølsomhet være drivbar under inertgass som edelgasser, N2 r N2/H2, ^2 °^ ^unne lukkes gasstett. Som motstandsopp-varminger som er anvendbare over det samlede temperatur-området lar det seg f.eks. anvende molybden eller karbon.
I en spesiell utførelsesform tjener selve reaksjonsrøret
som motstandsoppvarming.
I en foretrukket utførelsesform anvendes et porøst reaksjons-rør som utenfra påkjennes med et inert gasstrykk (edelgasser, N2/H2, N2/H2) som er høyere enn reaktorens indre trykk. Derved oppnås at gjennom porene strømmer gassen inn i det indre rom og der danner en gassfilm på veggen som hindrer en kontakt av reaksjonsgassene med rørveggen.
Det bak reaksjonsrøret dannede produkt kan oppfanges i sykloner og etter avkjøling i filtersekker. Det består av amorfe Si-N-forbindelser, alt etter reaksjonsbetingelser, som for det meste dessuten inneholder bundet halogen og fritt ammoniumhalogenid. Ved en temperaturbehandling ved 900 til 1400°C i rene digelmaterialer som kvartsgods, kvartsglass, silisiumnitrid eller silisiumkarbid under inertgasser, fortrinnsvis under N2/NH^-blandinger, kan ammoniumhalogenidet absublimeres og råproduktet overføres i et amorft silisiumnitrid med halogeninnhold på mindre enn 1000 ppm, C-innhold på mindre 1000 ppm og spesifikke overflater over 20 m<2>g ^. Den spesifikke overflate kan kontrolleres innen vide områder ved temperaturføring og oppholdstid. Produktet består av kuleformede enkeltpartikler med midlere diametere på 0,1 til 2 um, fortrinnsvis inntil 1,0 um, og er et utmerket mellomprodukt for fremstilling av høyrent, krystallinsk Si^N^. Som allerede omtalt, er det også egnet som råstoff for fremstillingen av Si^N^-keramikker.
Krystalliseringen av det amorfe Si^N^ foregår fortrinnsvis
ved en temperaturbehandling ved temperaturer på 1300 til .. 1700°C under inertgasser som edelgasser, N2, N2/H2-blandinger, NH^ eller IS^/NH^-blandinger. Denne krystallisasjon forløper under overholdelse av formen av de amorfe Si^N^-enkeltpartikler. De nevnte temperatur-tids-programmer avhenger dessuten av de ønskede produktegenskaper, spesielt den spesifikke overflate, også av den respektive gassatmosfære. Ved rent nitrogen kreves tydelig høyere temperaturer eller lengere tider for en fullstendig krystallisasjon enn ved anvendelse av N2/H2-blandinger. Fra teknisk standpunkt har det vist seg egnet temperaturer på 1350 til 1550°C og oppholdstider på 0,5 til 20 timer. Under disse betingelser kan det fåes Si^N^-pulvere med høye mengder av krystallinsk fase over 80%, fortrinnsvis over 90%. Den krystallinske fase består på sin side til mer enn 90% av a-Si^N^.
Ved porefriheten av partiklene ifølge oppfinnelsen i for-bindelse med deres partikkelform og -størrelse er det sikret at mengden av vann, termoplaster, bindemidler, flytende-gjørere som tilsettes ved de forskjellige formgivnings-fremgangsmåter som sprøytestøp, slikkerstøp, pressing av de keramiske masser, ikke må økes ut over den på grunn av den respektive midlere kornstørrelse nødvendige grad.
Man får god forarbeidbarhet ved mindre mengder av tilset-ninger og faren for forurensninger eller rissdannelse på grunn av utdampende bestanddeler før eller under sinter-prosessen er dermed nedsatt.
Når det amorfe mellomprodukts renhet skal bibeholdes ved krystallisasjonsprosessen, så må det anvendes tilsvarende rene digelmaterialer. Det er"spesieXt vanskelig å utelukke innføring av karbon. Spesielt foretrukket er kar av høyrene på silisiumforbindelser oppbygde keramikker som kvartsgods, kvartsglass, silisiumnitrid eller silisiumkarbid. Dessuten består imidlertid også den ulempe å anvende mindre rene kar, når disse overflatelig er blitt belagt med tynne sjikt av rene høytemperaturfaste stoffer. Som eksempel er det spesielt å nevne grafittkar med belegg av høyrent SiC^/Si^N^eller SiC, som kan påføres over såkalt "chemical vapour deposition" (CVD).
Til karakterisering av produktene anvendes vanlige analyse-metoder. Fastslåelse av partikkelstørrelsene av produktene ifølge oppfinnelsen foregikk ved bildeanalyse av REM-opptak (Raster-Elektronemikroskop). BET-overflåtene ble bestemt ved ^-adsorspjon.
Følgende eksempel skal forklare oppfinnelsen nærmere.
Eksemp_el_
De to reaksjonsgasser ammoniakk og silisiumtetraklorid inn-føres over et dobbeltrør av innmatningsinnretningen i en reaktor. Reaktoren besto av et porøst grafittrør med dimen-sjonene 57 x 42 x 1200 mm og ble oppvarmet på en lengde av 800 m med en elektrisk motstandsovn. Reaksjonsrøret av grafitt ble anvendt i en gasstett keramikkrør og over den porøse grafittvegg ble det innført 600 l/time nitrogen i grafittrøret.
Reaktoren ble oppvarmet til 1100°C og samtidig innført
72,8 g/time silisiumtetraklorid og 10,6 g/time ammoniakk. Reaksjonen ble gjennomført kontinuerlig og det findelte reaksjonsprodukt samlet i et utskillingssystem bestående av to sykloner og en slangefilter.
Til fjerning av resterende klor ble reaksjonsproduktet be-handlet ved 1100°C i 6 timer i en atmosfære av ammoniakk og nitrogen (volumforhold 1:1). v
Det røntgenamorfe hvite Si^N^-pulver hadde deretter følgende analytiske data:
Cl: 0,05 vekt-%
C : 0,068 vekt-%
Spesifikk overflate (BET): 235 m<2>/g
Rasterelektronemikroskopisk opptak (fig. 1).
Til krystalliseringen ble det amorfe reaksjonsprodukt temperert ved 1450°C i 12 timer i en kvartsbeholder i en nitrogenatmosfære.
Det krystallinske Si^N^-pulver har følgende analytiske data:
Si: 58,2 vekt-%
N : 38,9 vekt-%
Cl: 0,005 vekt-%
C : 0,049 vekt-%
'a-Si3N4= 100%
Spesifikk overflate (BET): 3,0 m<2>/g
Midlere partikkeldiameter: 0,2 um
Rasterelektronemikroskopisk opptag (fig. 2).
Claims (10)
1. Amorf silisiumnitrid med et innhold av metalliske forurensninger på mindre enn 200 'pPm' e^ karboninnhold på under 1000 ppm og et halogeninnhold under 1000 ppm, karakterisert ved at partiklene har en
„ yw_XLPt^_ <?<=)
midl.ere diameter pa mer <p> nn 0J -til- 2,0 um, fortrinnsvis 0,1 til 1,0 um, en i det vesentlTge^kuleform og en spesifikk over-
mo -1
flate på mer enn 20 m <2> g
2. Silisiumnitrid-pulver med et innhold på mer enn 80%, fortrinnsvis mer enn 90%, krystallinsk fase, idet minst 90% av den krystallinske fase er a-Si^ N^ , et innhold av metalliske forurensninger under 200 ppm, et halogeninnhold under 500 ppm, karakterisert ved at enkeltpartiklene har en midlere diameter på 0,15 til 2,0 um, fortrinnsvis 0,15 til 1,0 um, en i det vesentlige kuleform, en uporøs overflate ved en spesifikk overflate på mindre enn 12 m2 g ^.
3. Fremgangsmåte til fremstilling av amorf Si^ N^ ifølge krav 1 ved omsetning av silisiumhalogenider i gassform med ammoniakk i en gassfasereaksjon i gjennomstrømmet rørreaktor ved temperaturer på 1000 til 1800°C,
karakterisert ved at det anvendes som reaksjonsrør et utenifra oppvarmet grafitt- eller karbonrør og eventuelt i reaksjonsproduktet inneholdt bundet halogenid og/eller ammoniumhalogenid fjernes ved en termisk behandling ved 900 til 1400°C under inertgass, fortrinnsvis under N2 eller IN^/NH^ -blandinger.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,
karakterisert ved at reaksjonsdeltagerenes oppholdstid i reaktoren innstilles ved tilblanding av en inert bæregass til silisiumhalogenidetog/eller ammoniakken.
5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 3 eller 4, karakterisert ved at den inerte bæregass eller en delmengde herav tilføres gjennom grafitt- eller karbonrørets porøse vegg.
6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 4 eller 5, karakterisert ved at som bæregass anvendes N2 , H2 , Ar eller ønskelige blandinger derav.
7. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 3 til 6, karakterisert ved at reaksjonsrøret av grafitt eller karbon tjener som motstandsoppvarming.
8. Fremgangsmåte til fremstilling av Si^ N^ ifølge krav 2, karakterisert ved at amorft silisium- ] j nitrid, oppnådd ifølge et eller flere av kravene 3 til 7, underkastes en termisk behandling ved temperaturer på 1300 til 1700°C under N2, N2/H2~ eller N2/ NH3 -gassblandinger.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,
karakterisert ved at—den—be-rm-i-s:ke» _behandling foretas ved 1350 til 1550°C^0,5 til 20 timer.
10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 8 eller 9,
i karakterisert ved at den termiske behand
ling gjennomføres i Ckar" av høyren Si02 , Si^ N-^ , SiC, Al^ p^ > A1N, BN eller i et med et av disse materialer belagt kar.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853536933 DE3536933A1 (de) | 1985-10-17 | 1985-10-17 | Verbessertes siliciumnitrid und verfahren zu dessen herstellung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO863931D0 NO863931D0 (no) | 1986-10-02 |
| NO863931L true NO863931L (no) | 1987-04-21 |
Family
ID=6283751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO863931A NO863931L (no) | 1985-10-17 | 1986-10-02 | Forbedret silisiumnitrid og fremgangsmaate til dets fremstilling. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0219764B1 (no) |
| JP (1) | JPS62182105A (no) |
| DE (2) | DE3536933A1 (no) |
| NO (1) | NO863931L (no) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3829503A1 (de) * | 1988-08-31 | 1990-03-01 | Bayer Ag | Siliciumnitridpulver mit geringem sauerstoffgehalt |
| DE4139748A1 (de) * | 1991-12-03 | 1993-06-09 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen, De | Fluorarme si-haltige keramische pulver und verfahren zu deren herstellung |
| DE4200787A1 (de) * | 1992-01-15 | 1993-07-22 | Bayer Ag | Verfahren zur herstellung von si(pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts)(pfeil hoch)n(pfeil hoch)(pfeil abwaerts)4(pfeil abwaerts), neue ausgangsverbindung hierfuer sowie verfahren zu dessen herstellung |
| DE4214725C2 (de) * | 1992-05-04 | 1995-04-20 | Starck H C Gmbh Co Kg | Feinteilige Nichtoxid-Keramikpulver |
| GB9306802D0 (en) * | 1993-04-01 | 1993-05-26 | Tioxide Specialties Ltd | Process for the production of silicon nitride |
| DE4337336C1 (de) * | 1993-11-02 | 1994-12-15 | Starck H C Gmbh Co Kg | Feinteilige Metall-, Legierungs- und Metallverbindungspulver |
| WO1998035075A1 (de) * | 1997-02-06 | 1998-08-13 | Bayer Aktiengesellschaft | Mit siliciumschutzschichten versehene schmelztiegel, ein verfahren zum aufbringen der siliciumschutzschicht und deren verwendung |
| NO344185B1 (en) * | 2016-05-31 | 2019-09-30 | Inst Energiteknik | Electrode and Battery comprising a powder of Silicon Nitride particles |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1368568A (fr) * | 1962-09-10 | 1964-07-31 | United Aircraft Corp | Nitrure de silicium pyrolytique et son procédé de préparation |
| JPS54124898A (en) * | 1978-03-22 | 1979-09-28 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | Preparation of silicon nitride |
| JPS54132500A (en) * | 1978-04-05 | 1979-10-15 | Toshiba Ceramics Co | Manufacture of silicon nitride powder |
| JPS6049121B2 (ja) * | 1978-04-11 | 1985-10-31 | 旭硝子株式会社 | 窒化珪素の製造方法 |
| JPS54160600A (en) * | 1978-06-09 | 1979-12-19 | Asahi Glass Co Ltd | Production of silicon nitride |
| JPS57175711A (en) * | 1981-04-21 | 1982-10-28 | Asahi Glass Co Ltd | Synthesis of silicon nitride |
| JPS5855315A (ja) * | 1981-09-24 | 1983-04-01 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | 窒化珪素粉末の製造方法 |
| JPS58199707A (ja) * | 1982-05-18 | 1983-11-21 | Ube Ind Ltd | 結晶質窒化ケイ素粉末の製法 |
| JPS58213607A (ja) * | 1982-06-07 | 1983-12-12 | Shin Etsu Chem Co Ltd | シリコンイミドおよび／または窒化けい素の製造方法 |
| JPS5973412A (ja) * | 1982-10-15 | 1984-04-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 窒化けい素粉体の製造方法 |
| JPS5997507A (ja) * | 1982-11-26 | 1984-06-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 等軸的粒状粒子からなる高純度窒化ケイ素粉末の製法 |
-
1985
- 1985-10-17 DE DE19853536933 patent/DE3536933A1/de not_active Withdrawn
-
1986
- 1986-10-02 NO NO863931A patent/NO863931L/no unknown
- 1986-10-08 DE DE8686113935T patent/DE3677696D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-10-08 EP EP86113935A patent/EP0219764B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-10-13 JP JP61241566A patent/JPS62182105A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0219764A2 (de) | 1987-04-29 |
| EP0219764B1 (de) | 1991-02-27 |
| JPS62182105A (ja) | 1987-08-10 |
| EP0219764A3 (en) | 1988-02-24 |
| NO863931D0 (no) | 1986-10-02 |
| DE3677696D1 (de) | 1991-04-04 |
| DE3536933A1 (de) | 1987-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0649514A (ja) | 金属およびセラミツクスの微粉末の製造法 | |
| NO174694B (no) | Apparat og fremgangsmaate for fremstilling av ensartete, fine, borinneholdende, keramiske pulvere | |
| JPH0217481B2 (no) | ||
| JP2001316821A (ja) | 低抵抗率炭化珪素 | |
| JPS6112844B2 (no) | ||
| NO863931L (no) | Forbedret silisiumnitrid og fremgangsmaate til dets fremstilling. | |
| JPS5913442B2 (ja) | 高純度の型窒化珪素の製造法 | |
| FR2545077A1 (fr) | Preparation de poudres de diborures metalliques | |
| CN1107085A (zh) | 细粒金属，合金和金属化合物粉末 | |
| US11148978B2 (en) | Method for producing silicon-carbide-based composite | |
| US3773899A (en) | Manufacture of silicon carbide | |
| JP2721678B2 (ja) | β−炭化珪素成形体及びその製造法 | |
| JPH06127922A (ja) | 多結晶シリコン製造用流動層反応器 | |
| JPH06127923A (ja) | 多結晶シリコン製造用流動層反応器 | |
| JPS5930645B2 (ja) | 高純度α型窒化珪素の製造法 | |
| CA3006924C (en) | Method for depositing an in situ coating onto thermally and chemically loaded components of a fluidized bed reactor for producing high-purity polysilicon | |
| JP2007254868A (ja) | チタン化合物の成膜方法 | |
| Ziegenbalg et al. | Vapor Phase Synthesis of Multicomponent Si‐N‐Ti Powders | |
| JPS6132244B2 (no) | ||
| RU2513402C2 (ru) | Способ получения додекаборида алюминия | |
| Kasai et al. | Synthesis of Si3N4 powder by thermal decomposition of Si (NH) 2 and sintering properties | |
| JPH03247506A (ja) | 多結晶炭化珪素 | |
| JPS62162610A (ja) | 窒化けい素粉末の製造方法 | |
| NO178999B (no) | Fremgangsmåte for reduksjon av karbonforurensninger i finfordelte pulvere av keramisk materiale | |
| Kavecký et al. | Composition and morphology control of Si-CN powders by CVD method |