JPH07106885B2 - 結晶質窒化ケイ素粉末の製法 - Google Patents
結晶質窒化ケイ素粉末の製法Info
- Publication number
- JPH07106885B2 JPH07106885B2 JP1149562A JP14956289A JPH07106885B2 JP H07106885 B2 JPH07106885 B2 JP H07106885B2 JP 1149562 A JP1149562 A JP 1149562A JP 14956289 A JP14956289 A JP 14956289A JP H07106885 B2 JPH07106885 B2 JP H07106885B2
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- Japan
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- silicon nitride
- nitride powder
- nitrogen
- plasma
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高温構造用材料として有用な窒化ケイ素質焼
結体の製造用原料として好適な結晶質窒化ケイ素粉末の
製造に関する。
結体の製造用原料として好適な結晶質窒化ケイ素粉末の
製造に関する。
(従来技術及びその問題点) 非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を
不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下に焼成し
て、結晶質窒化ケイ素粉末を製造する方法は、すでに知
られている。ところで、この方法では、焼成時に針状又
は柱状結晶が多数生成するために、得られる結晶質窒化
ケイ素粉末は、充填密度が小さく、これを焼結用原料と
して用いた場合には、嵩密度の低い成形体しか得られな
いという欠点がある。
不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下に焼成し
て、結晶質窒化ケイ素粉末を製造する方法は、すでに知
られている。ところで、この方法では、焼成時に針状又
は柱状結晶が多数生成するために、得られる結晶質窒化
ケイ素粉末は、充填密度が小さく、これを焼結用原料と
して用いた場合には、嵩密度の低い成形体しか得られな
いという欠点がある。
そこで、微細な粒状粒子からなる結晶質窒化ケイ素粉末
を製造する方法として、特開昭59−21506号公報には、
焼成前に非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン
化合物を摩砕し、かつ昇温過程において、被焼成物を12
50〜1430℃の範囲の温度に1時間以上保持する方法が提
案されている。
を製造する方法として、特開昭59−21506号公報には、
焼成前に非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン
化合物を摩砕し、かつ昇温過程において、被焼成物を12
50〜1430℃の範囲の温度に1時間以上保持する方法が提
案されている。
この方法によれば、微細な粒状粒子からなる結晶質窒化
ケイ素粉末を製造することができるが、摩砕条件の制御
が難しく、また昇温スケジュールが複雑で焼成に長時間
を要するため、生産性が低いという問題があった。
ケイ素粉末を製造することができるが、摩砕条件の制御
が難しく、また昇温スケジュールが複雑で焼成に長時間
を要するため、生産性が低いという問題があった。
(発明の目的) 本発明の目的は、前記問題点を解決し、粒子形状及びサ
イズの一定した高品質の結晶質窒化ケイ素粉末を低コス
トで生産できる新規な製法を提供するものである。
イズの一定した高品質の結晶質窒化ケイ素粉末を低コス
トで生産できる新規な製法を提供するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラ
ン化合物を不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下
に焼成して、結晶質窒化ケイ素粉末を製造するに際し、
焼成前に非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン
化合物の粒子表面に、プラズマ窒化法により、厚みが1
〜50Åの窒化反応層を形成させることを特徴とする結晶
質窒化ケイ素粉末の製法に関するものである。
ン化合物を不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気下
に焼成して、結晶質窒化ケイ素粉末を製造するに際し、
焼成前に非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン
化合物の粒子表面に、プラズマ窒化法により、厚みが1
〜50Åの窒化反応層を形成させることを特徴とする結晶
質窒化ケイ素粉末の製法に関するものである。
本発明における含窒素シラン化合物としては、シリコン
ジイミド、シリコンテトラアミド、シリコンニトロゲン
イミド、シリコンクロルイミド等が用いられる。これら
は、公知方法、例えば、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、
四沃化ケイ素等のハロゲン化ケイ素とアンモニアとを気
相で反応させる方法、液状の前記ハロゲン化ケイ素と液
体アンモニアとを反応させる方法などによって製造され
る。
ジイミド、シリコンテトラアミド、シリコンニトロゲン
イミド、シリコンクロルイミド等が用いられる。これら
は、公知方法、例えば、四塩化ケイ素、四臭化ケイ素、
四沃化ケイ素等のハロゲン化ケイ素とアンモニアとを気
相で反応させる方法、液状の前記ハロゲン化ケイ素と液
体アンモニアとを反応させる方法などによって製造され
る。
また、非晶質窒化ケイ素粉末は、公知方法、例えば、前
記含窒素シラン化合物を窒素又はアンモニアガス雰囲気
下に600〜1200℃の範囲の温度で加熱分解する方法、四
塩化ケイ素、四臭化ケイ素、四沃化ケイ素等のハロゲン
化ケイ素とアンモニアとを高温で反応させる方法などに
よって製造されたものが用いられる。非晶質窒化ケイ素
粉末及び含窒素シラン化合物の平均粒子径は、通常、0.
005〜0.05μmである。
記含窒素シラン化合物を窒素又はアンモニアガス雰囲気
下に600〜1200℃の範囲の温度で加熱分解する方法、四
塩化ケイ素、四臭化ケイ素、四沃化ケイ素等のハロゲン
化ケイ素とアンモニアとを高温で反応させる方法などに
よって製造されたものが用いられる。非晶質窒化ケイ素
粉末及び含窒素シラン化合物の平均粒子径は、通常、0.
005〜0.05μmである。
本発明においては、焼成前に非晶質窒化ケイ素粉末及び
/又は含窒素シラン化合物をプラズマ窒化法により表面
処理する。
/又は含窒素シラン化合物をプラズマ窒化法により表面
処理する。
プラズマとは、正、負の荷電粒子が共存する電気的に中
性な導電性ガス集団のことであり、これには、電子、イ
オン、原子が熱的に平衡状態にある熱プラズマと、電子
温度のみ数万℃に上がり、イオンや原子は常温付近とい
う、熱的非平衡状態にある低温プラズマがあるが、本発
明においてはいずれも用いられる。
性な導電性ガス集団のことであり、これには、電子、イ
オン、原子が熱的に平衡状態にある熱プラズマと、電子
温度のみ数万℃に上がり、イオンや原子は常温付近とい
う、熱的非平衡状態にある低温プラズマがあるが、本発
明においてはいずれも用いられる。
プラズマ発生方法としては、電流アークプラズマ、高周
波誘電プラズア及びこれらを組み合わせたハイブリッド
プラズマ、ECRマグネトロン放電、イオンプレーティン
グなどの種々のプラズマ発生方法が用いられる。
波誘電プラズア及びこれらを組み合わせたハイブリッド
プラズマ、ECRマグネトロン放電、イオンプレーティン
グなどの種々のプラズマ発生方法が用いられる。
プラスマ窒化法における反応性ガスとしては、窒素又は
アンモニア、ヒドラジン等の窒素含有化合物ガスが用い
られる。この方法によれば、非晶質窒化ケイ素及び/又
は含窒素シラン化合物の粒子表面に不可避的に存在する
酸化物が酸化原子を引き抜かれて窒化される。
アンモニア、ヒドラジン等の窒素含有化合物ガスが用い
られる。この方法によれば、非晶質窒化ケイ素及び/又
は含窒素シラン化合物の粒子表面に不可避的に存在する
酸化物が酸化原子を引き抜かれて窒化される。
プラズマ処理条件は、プラズマ発生装置、反応性ガスの
種類、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化
合物の処理量によって種々異なり、一律に規定すること
はできないが、窒化反応層の厚みが1〜50Åとなるよう
な条件を選べば十分である。
種類、非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化
合物の処理量によって種々異なり、一律に規定すること
はできないが、窒化反応層の厚みが1〜50Åとなるよう
な条件を選べば十分である。
非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を
プラズマ処理することによって、粒子表面が著しく活性
化され、焼成時の窒化ケイ素の結晶化速度が高められ、
かつ微粒の粒状粒子が効率良く得られる。この理由は未
だ明らかではないが、プラズマ処理により、粒子表面の
欠陥が増加すると共に、表面原子の電子状態が変化する
ためと考えられる。
プラズマ処理することによって、粒子表面が著しく活性
化され、焼成時の窒化ケイ素の結晶化速度が高められ、
かつ微粒の粒状粒子が効率良く得られる。この理由は未
だ明らかではないが、プラズマ処理により、粒子表面の
欠陥が増加すると共に、表面原子の電子状態が変化する
ためと考えられる。
本発明においては、プラズマ処理された非晶質窒化ケイ
素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を不活性ガス雰囲
気下又は還元性ガス雰囲気下に焼成する。
素粉末及び/又は含窒素シラン化合物を不活性ガス雰囲
気下又は還元性ガス雰囲気下に焼成する。
不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙
げられる。また、還元性ガスとしては、水素、アンモニ
ア、一酸化炭素等が挙げられる。
げられる。また、還元性ガスとしては、水素、アンモニ
ア、一酸化炭素等が挙げられる。
焼成温度は1350〜1700℃の範囲が好ましい。焼成温度が
1350℃より低いと、窒化ケイ素の結晶化が十分に進行し
ない。また、焼成温度が1700℃を越えると、生成した窒
化ケイ素粉末の分解が始まるので好ましくない。また、
急激な昇温は、粒子形状を均一にする上で好ましくな
く、1150〜1350℃の範囲を1時間以上かけてゆっくり昇
温することが望ましい。
1350℃より低いと、窒化ケイ素の結晶化が十分に進行し
ない。また、焼成温度が1700℃を越えると、生成した窒
化ケイ素粉末の分解が始まるので好ましくない。また、
急激な昇温は、粒子形状を均一にする上で好ましくな
く、1150〜1350℃の範囲を1時間以上かけてゆっくり昇
温することが望ましい。
(実施例) 以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさらに具体的
に説明する。実施例及び比較例において、結晶質窒化ケ
イ素粉末の結晶化度は、窯業協会誌93巻p394〜397(198
5)に記載の加水分解試験により、α型結晶含有率は、
セラミック・ブラティン56巻p777〜780(1977)に記載
のX線回折法に従って算出し、比表面積は窒素ガス吸着
法によるBET法で測定した。
に説明する。実施例及び比較例において、結晶質窒化ケ
イ素粉末の結晶化度は、窯業協会誌93巻p394〜397(198
5)に記載の加水分解試験により、α型結晶含有率は、
セラミック・ブラティン56巻p777〜780(1977)に記載
のX線回折法に従って算出し、比表面積は窒素ガス吸着
法によるBET法で測定した。
実施例1 シリコンジイミドを1000℃で加水分解して得られた比表
面積390m2/gの非晶質窒化ケイ素粉末50gを、容量結合方
式の円筒型プラズマ装置内の容器に充填し、容器を回転
させて粉末を流動化させた。次いでベルジャー内を0.05
Torr以下に真空脱気後、窒素ガスを導入し、系内の圧力
を1.0Torrに保った。周波数13.56MHzの高周波発振機よ
り、出力100Wの高周波を放電コイルに印加し、窒素プラ
ズマを発生させて、20分間プラズマ処理を行った。
面積390m2/gの非晶質窒化ケイ素粉末50gを、容量結合方
式の円筒型プラズマ装置内の容器に充填し、容器を回転
させて粉末を流動化させた。次いでベルジャー内を0.05
Torr以下に真空脱気後、窒素ガスを導入し、系内の圧力
を1.0Torrに保った。周波数13.56MHzの高周波発振機よ
り、出力100Wの高周波を放電コイルに印加し、窒素プラ
ズマを発生させて、20分間プラズマ処理を行った。
処理後の粉末を黒鉛質るつぼに充填し、窒素雰囲気下に
昇温して1500゜で1時間保持した。
昇温して1500゜で1時間保持した。
得られた窒化ケイ素粉末の特性を第1表に示す。
実施例2〜3 プラズマ処理を第1表に示す条件で行ったほかは、実施
例1と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。
例1と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。
得られた窒化ケイ素粉末の特性を第1表に示す。
実施例4 シリコンジイミドを700℃で加熱分解して得られた比表
面積480m2/gの非晶質窒化ケイ素と未分解の含窒素シラ
ン化合物との混合粉末50gを、マイクロ波プラズマ装置
内の容器に充填し、粉末を流動化させた。ベルジャー内
を2×10-5Torr以下の高真空に排気後、窒素ガスを導入
し、系内の圧力を0.01Torrに保った。次いで、マグネト
ロンで発生させた2.45GHzのマイクロ波(出力180W)を
導波管を通して放電室に導入し、窒素プラズマを発生さ
せて、15分間プラズマ処理を行った。
面積480m2/gの非晶質窒化ケイ素と未分解の含窒素シラ
ン化合物との混合粉末50gを、マイクロ波プラズマ装置
内の容器に充填し、粉末を流動化させた。ベルジャー内
を2×10-5Torr以下の高真空に排気後、窒素ガスを導入
し、系内の圧力を0.01Torrに保った。次いで、マグネト
ロンで発生させた2.45GHzのマイクロ波(出力180W)を
導波管を通して放電室に導入し、窒素プラズマを発生さ
せて、15分間プラズマ処理を行った。
処理後の粉末を黒鉛質るつぼに充填し、窒素雰囲気下に
昇温して1550℃で30分間保持した。
昇温して1550℃で30分間保持した。
得られた窒化ケイ素粉末の特性を第1表に示す。
実施例5 プラズマ処理を第1表に示す条件で行ったほかは、実施
例4と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。
例4と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。
得られた窒化ケイ素粉末の特性を第1表に示す。
比較例1〜2 プラズマ処理を行わなかったほかは、実施例1及び実施
例4と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。
例4と同様にして、窒化ケイ素粉末を製造した。
得られた窒化ケイ素粉末の特性を第1表に示す。
(発明の効果) 本発明によれば、等軸的な粒状粒子からなり、タップ密
度が大きく、充填性の良好な結晶質窒化ケイ素粉末を生
産性良く製造することができ、コストダウンが可能とな
る。
度が大きく、充填性の良好な結晶質窒化ケイ素粉末を生
産性良く製造することができ、コストダウンが可能とな
る。
Claims (1)
- 【請求項1】非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シ
ラン化合物を不活性ガス雰囲気下又は還元性ガス雰囲気
下に焼成して、結晶質窒化ケイ素粉末を製造するに際
し、焼成前に非晶質窒化ケイ素粉末及び/又は含窒素シ
ラン化合物の粒子表面に、プラズマ窒化法により、厚み
が1〜50Åの窒化反応層を形成させることを特徴とする
結晶質窒化ケイ素粉末の製法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1149562A JPH07106885B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 結晶質窒化ケイ素粉末の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1149562A JPH07106885B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 結晶質窒化ケイ素粉末の製法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0316903A JPH0316903A (ja) | 1991-01-24 |
JPH07106885B2 true JPH07106885B2 (ja) | 1995-11-15 |
Family
ID=15477891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1149562A Expired - Fee Related JPH07106885B2 (ja) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | 結晶質窒化ケイ素粉末の製法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07106885B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3016807A1 (de) * | 1980-05-02 | 1981-11-05 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur herstellung von silizium |
JPS57166373A (en) * | 1981-04-02 | 1982-10-13 | Sumitomo Electric Industries | Manufacture of non-oxide ceramics |
-
1989
- 1989-06-14 JP JP1149562A patent/JPH07106885B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0316903A (ja) | 1991-01-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |