JPS5997508A - 窒化珪素の製造方法 - Google Patents
窒化珪素の製造方法Info
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- JPS5997508A JPS5997508A JP20667982A JP20667982A JPS5997508A JP S5997508 A JPS5997508 A JP S5997508A JP 20667982 A JP20667982 A JP 20667982A JP 20667982 A JP20667982 A JP 20667982A JP S5997508 A JPS5997508 A JP S5997508A
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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。
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)
本発明は窒化珪素の製造方法に関するものである。
窒化珪素(Si、1N4)は、その焼結体が高温におい
て優れた機械的強度、耐熱衝撃性、化学的安定性を有す
るので、各種の用途開発が盛んに行なわれ、また窒化珪
素自体の製造方法についても高純度で良質の窒化珪素を
得べく鋭意検討がなされている。
て優れた機械的強度、耐熱衝撃性、化学的安定性を有す
るので、各種の用途開発が盛んに行なわれ、また窒化珪
素自体の製造方法についても高純度で良質の窒化珪素を
得べく鋭意検討がなされている。
そして、従来より、窒化珪素の製造方法としては2種4
のものが提案てれ、また検討されている。
のものが提案てれ、また検討されている。
これらの製造方法は1例えば。
(1)金属珪素粉末を窒化する方法。
(2)四塩化珪素または有機シランを窒素を含む気体中
で熱分解する方法。
で熱分解する方法。
(3)二酸化珪素と伏素との混合粉末、または珪素と二
酸化珪素との混合粉末を窒化する方法。
酸化珪素との混合粉末を窒化する方法。
などがある。
上記の従来技術のうち、(1)の方法は、原料粉末の価
格が頗る高いので、最終生成物たる窒化珪素の製造価格
も非常に晶く、また本方法では良質の窒化珪素を得るこ
とが田螺である。(2)の方法は。
格が頗る高いので、最終生成物たる窒化珪素の製造価格
も非常に晶く、また本方法では良質の窒化珪素を得るこ
とが田螺である。(2)の方法は。
比iKQ的に高収率で窒化珪素を得ることができるが。
量産性に乏しく、原料も高価格で生産コストが高い難点
がある。それに対し、(3)の方法は、資源的に豊冨な
二酸化珪素音用いるため原料が容易に入手でき、量産も
可能で工業的に大変有利な窒化珪素のりψ漬方法である
。
がある。それに対し、(3)の方法は、資源的に豊冨な
二酸化珪素音用いるため原料が容易に入手でき、量産も
可能で工業的に大変有利な窒化珪素のりψ漬方法である
。
この(3)の方法の1つとして、二酸化珪素(s io
z )全出発原料とする方法がある。この方法は、二酸
化珪素(Sin2)と炭素(C)とを混合して原料粉末
とし、これを窒素雰囲気中で1600〜1500゛Cの
温度に加熱して窒化珪素(SL N4 )を得るもので
ある。ところが、この従来方法に於いては。
z )全出発原料とする方法がある。この方法は、二酸
化珪素(Sin2)と炭素(C)とを混合して原料粉末
とし、これを窒素雰囲気中で1600〜1500゛Cの
温度に加熱して窒化珪素(SL N4 )を得るもので
ある。ところが、この従来方法に於いては。
窒化珪素の合成の際に、化学量論比(K=(CJ/〔S
10・) (+noe)= 2 )程度の炭素量を加え
る場合には、原料は充分精製された二酸化珪素粉床及び
炭素粉末を用いる必要がありしかも生成物は窒化珪素、
炭化珪素、二酸化珪素、シリコンオキシナイトライド等
の混合物であり、良質な窒化珪素を得ることができない
。また、窒化珪素の合成の際に、化学量論比(K)よ、
!lll遥かに多い過剰の炭素(例えばに≧20)を加
えた場企、成程二酸化珪素から炭化珪素へ交換できる割
合は増加し、成る程度満足し得る窒化珪素が得られる。
10・) (+noe)= 2 )程度の炭素量を加え
る場合には、原料は充分精製された二酸化珪素粉床及び
炭素粉末を用いる必要がありしかも生成物は窒化珪素、
炭化珪素、二酸化珪素、シリコンオキシナイトライド等
の混合物であり、良質な窒化珪素を得ることができない
。また、窒化珪素の合成の際に、化学量論比(K)よ、
!lll遥かに多い過剰の炭素(例えばに≧20)を加
えた場企、成程二酸化珪素から炭化珪素へ交換できる割
合は増加し、成る程度満足し得る窒化珪素が得られる。
しかし。
過剰の炭素を加えることは、この過剰の炭素は最終的に
は大気中で燃焼・消費されるので、過剰の炭素の存在下
での窒化珪素(Six N4 )の合成は。
は大気中で燃焼・消費されるので、過剰の炭素の存在下
での窒化珪素(Six N4 )の合成は。
その製造価格が高くなり工業的に不利になってしまい、
また高純度の良質の窒化珪素以外ることは難しい。
また高純度の良質の窒化珪素以外ることは難しい。
そこで1本発明者等は、上述の如き従来の問題点に鑑み
、これを解決すべく各種の研究並びに系統的実験1[ね
たところ9本発明を成すに至ったのである。
、これを解決すべく各種の研究並びに系統的実験1[ね
たところ9本発明を成すに至ったのである。
(発明の目的)
即ち9本発明の目的は、#Ii度の1蹟い良質の窒化珪
素を収率よくかつ安価に製造する方法全提供することに
ある。
素を収率よくかつ安価に製造する方法全提供することに
ある。
(発明の構成および効果)
本発明である窒化珪素の製造方法は、二酸化珪素1市量
部に対して炭素粉末0.4ないし2重量部および非晶質
窒化珪素0.0001ないし0.004重示部を加え混
合して原料粉末となし、然る後に該原料粉末を窒素と水
素とからなる混合気体中で1650ないし1450℃に
加熱して還元・窒化することを特徴とするものである。
部に対して炭素粉末0.4ないし2重量部および非晶質
窒化珪素0.0001ないし0.004重示部を加え混
合して原料粉末となし、然る後に該原料粉末を窒素と水
素とからなる混合気体中で1650ないし1450℃に
加熱して還元・窒化することを特徴とするものである。
本発明の製造方法により、純度の高い良質の窒化珪素全
敗率よくかつ安価に製造することができる。
敗率よくかつ安価に製造することができる。
以下9本発明をより詳細に説明する。
本発明に於いて、 IJ51t料粉末を還元・窒化する
際の雰囲気を、窒素と水素との混合気体としたのは。
際の雰囲気を、窒素と水素との混合気体としたのは。
還元・窒化雰囲気f:屋素のみとした場合に比して。
窒素に少量の水素を含んだ混合気体中で還元・窒化を行
なった方が、よシ還元・窒化反応が促進されるからであ
る。この場合、原料粉末の混合割合。
なった方が、よシ還元・窒化反応が促進されるからであ
る。この場合、原料粉末の混合割合。
水素の混合割合、その他の条件にょシ異なるが。
窒化珪素の生成率は、還元・窒化雰囲気全窒素のみとし
た場合に比べ、窒素に水素を添加した混合気体とした場
合の方が2倍程度向上する。
た場合に比べ、窒素に水素を添加した混合気体とした場
合の方が2倍程度向上する。
ところが、その反面、還元・窒化雰囲気を窒素に水素金
倉んだ混合気体とした場合には、炭化珪素が生成し易く
なシ、また。a子に加えて繊維も生成し易くなる。
倉んだ混合気体とした場合には、炭化珪素が生成し易く
なシ、また。a子に加えて繊維も生成し易くなる。
そこで、この副生物としての炭化珪素及び繊維成長を抑
制する物質として非晶質屋化珪素粉末を見い出した。
制する物質として非晶質屋化珪素粉末を見い出した。
即ち9本発明の窒化珪素の製造方法は、原料粉末として
二酸化珪素と炭素との混合粉末に非晶質屋化珪素全微量
添加せしめ、還元・窒化雰囲気として窒素と水素の混合
気体を用いることにより還元・電化反応の促aを図ると
共に、予め原料粉末に含まれた非晶質窒化珪素により窒
化珪素以外の副生物(例えば炭化珪素、窒化珪素繊維、
炭化珪素繊維など)の生成を抑制して、純度の商い良質
の窒化珪素粉末全収率よく製造することを可能にしたも
のである。
二酸化珪素と炭素との混合粉末に非晶質屋化珪素全微量
添加せしめ、還元・窒化雰囲気として窒素と水素の混合
気体を用いることにより還元・電化反応の促aを図ると
共に、予め原料粉末に含まれた非晶質窒化珪素により窒
化珪素以外の副生物(例えば炭化珪素、窒化珪素繊維、
炭化珪素繊維など)の生成を抑制して、純度の商い良質
の窒化珪素粉末全収率よく製造することを可能にしたも
のである。
ここで、この場合、非晶質窒化珪素の添加割合は、二酸
化珪素1重量部に対して、0.0001ないし0. O
O4車量部である。非晶質屋化珪素の添加割合をo、
o o o i重量部以上としたのは、0.0001車
量部未ン薗の場合には、雰囲気として水素の添加による
副生物の生成の抑制効果が小さく、良′dな窒化珪素粉
末全収率よく得ることができないからである。ま/ζ、
非晶質窒化珪素の添加割合を0、004 gM部以下と
したのは、それ以上非晶質屋化珪素を添加しても副生物
の抑制効果の向上全期待できず、また過多量の添加は、
窒化珪素の粒径k P8大するからである。
化珪素1重量部に対して、0.0001ないし0. O
O4車量部である。非晶質屋化珪素の添加割合をo、
o o o i重量部以上としたのは、0.0001車
量部未ン薗の場合には、雰囲気として水素の添加による
副生物の生成の抑制効果が小さく、良′dな窒化珪素粉
末全収率よく得ることができないからである。ま/ζ、
非晶質窒化珪素の添加割合を0、004 gM部以下と
したのは、それ以上非晶質屋化珪素を添加しても副生物
の抑制効果の向上全期待できず、また過多量の添加は、
窒化珪素の粒径k P8大するからである。
また、還元・窒化雰囲気として用いる混合気体は、97
0ないし99.5体積%の窒素と5.0ないし0.5体
Jp1%の水素とからなる。これは、水素の混合割合が
、0.5体積%未満の場合には、確かに還元・窒化反応
を促進し成る程度の窒化珪素の収率向上を得ることがで
きるが、ンか足できる程のものとはならない。また、水
素の混合割合が、3.0体積%を越える場合には、窒素
分圧が低下し、還元・窒化反応を著しく促進するが、そ
れと共に副いからである。
0ないし99.5体積%の窒素と5.0ないし0.5体
Jp1%の水素とからなる。これは、水素の混合割合が
、0.5体積%未満の場合には、確かに還元・窒化反応
を促進し成る程度の窒化珪素の収率向上を得ることがで
きるが、ンか足できる程のものとはならない。また、水
素の混合割合が、3.0体積%を越える場合には、窒素
分圧が低下し、還元・窒化反応を著しく促進するが、そ
れと共に副いからである。
また、還元・窒化の際の加熱温良は、1350ないし1
450°Cである。これは、既加熱温度が1350°C
米満である場合には、未反応の二酸化珪素が残存してし
まう恐れがあるからであり、また、1450°Gl−越
える場合には、炭化珪素の生成が顕著となり、これは原
料粉末としての非晶質窒化珪素の添加による副生物の生
成抑制力を越えた炭化珪素生成量であり、目的とする純
度の高い良質の窒化珪素を収率よく製造することができ
ないからである。
450°Cである。これは、既加熱温度が1350°C
米満である場合には、未反応の二酸化珪素が残存してし
まう恐れがあるからであり、また、1450°Gl−越
える場合には、炭化珪素の生成が顕著となり、これは原
料粉末としての非晶質窒化珪素の添加による副生物の生
成抑制力を越えた炭化珪素生成量であり、目的とする純
度の高い良質の窒化珪素を収率よく製造することができ
ないからである。
以上説明した様に9本発明は、二酸化珪素と炭素と、二
酸化珪素1重量部に対してcLooolないし0.00
4重量部の非晶質窒化珪素とを混合した原料粉末を、総
体積に対して0.5ないし3.0体積%の水素を含む窒
素と水素とからなる混合気体中で1650ないし145
0°Cに加熱し還元・窒化することを特徴とする窒化珪
素の製造方法である。この方法においては、水素の添加
による還元・窒化反応の促進効果と非晶質窒化珪素の添
加による副生物生成抑制効果との相乗効果により、高純
度であり、高温に於いて優れた機械的強度、耐熱1t■
撃性、化学的安定性を要求する構造用材料用窒化珪素全
製造することができる。
酸化珪素1重量部に対してcLooolないし0.00
4重量部の非晶質窒化珪素とを混合した原料粉末を、総
体積に対して0.5ないし3.0体積%の水素を含む窒
素と水素とからなる混合気体中で1650ないし145
0°Cに加熱し還元・窒化することを特徴とする窒化珪
素の製造方法である。この方法においては、水素の添加
による還元・窒化反応の促進効果と非晶質窒化珪素の添
加による副生物生成抑制効果との相乗効果により、高純
度であり、高温に於いて優れた機械的強度、耐熱1t■
撃性、化学的安定性を要求する構造用材料用窒化珪素全
製造することができる。
即ち1本発明の方法によシ製造した窒化珪素粉末は、こ
れを焼結したとき、高い高温強度、高い熱繭撃性及び化
学的安定性等を有する焼結体となる。
れを焼結したとき、高い高温強度、高い熱繭撃性及び化
学的安定性等を有する焼結体となる。
(実施例)
以トー1本発明の実施例を示す。
本実施例は、二酸化珪素としての無水珪酸と炭素粉床と
してのカーボンブラック及び非晶質窒化珪素粉末とを混
合して原料粉末を作製し、該涼料粉床全用いて本発明の
製造方法にて窒化珪素を製造し、得られた窒化珪素の物
質同定試験、走査電子顕微鏡観察および粒径測定を行な
った。
してのカーボンブラック及び非晶質窒化珪素粉末とを混
合して原料粉末を作製し、該涼料粉床全用いて本発明の
製造方法にて窒化珪素を製造し、得られた窒化珪素の物
質同定試験、走査電子顕微鏡観察および粒径測定を行な
った。
本実施例に於ける製造方法は2次の様である。
即ち、先ず、無水珪酸(Si12)とカーボンブラック
(C)とを表に示す如き割合にて混合し。
(C)とを表に示す如き割合にて混合し。
更に非晶質窒化珪素粉末(平均粒径1 ltm ) f
同じく表の原料組成比の欄に示す如き割合にて添加した
後、ポリエチレン容器中で10時時間式混合した。次い
で乾燥容器中で乾燥させ浴媒全揮散せしめた後、固化し
た団塊を乳鉢で粉砕し原料粉末を得た。
同じく表の原料組成比の欄に示す如き割合にて添加した
後、ポリエチレン容器中で10時時間式混合した。次い
で乾燥容器中で乾燥させ浴媒全揮散せしめた後、固化し
た団塊を乳鉢で粉砕し原料粉末を得た。
次に、得られた原料粉末を黒鉛ボート(内寸法10X1
5X70朋)に2.0g充填した後、管状シリコニット
炉中に装填した。そして、該管状シリコニット炉中へ窒
素ガス及び水素ガスを表の雰囲気の欄に示す混合側8(
標準状態換J、)にて流しながら、上記黒鉛ボート’(
f−表の加熱条件の欄に示す温度・時間に保持すること
により原料粉末全還元・窒化し、窒化珪素と宍累との混
合物を得た。
5X70朋)に2.0g充填した後、管状シリコニット
炉中に装填した。そして、該管状シリコニット炉中へ窒
素ガス及び水素ガスを表の雰囲気の欄に示す混合側8(
標準状態換J、)にて流しながら、上記黒鉛ボート’(
f−表の加熱条件の欄に示す温度・時間に保持すること
により原料粉末全還元・窒化し、窒化珪素と宍累との混
合物を得た。
更に、該混合物を磁製坩堝に移し、電気炉で温度650
°Cで5時間加熱して残存炭素全燃焼・除去し、窒化珪
素(試料番号1〜7)を得た。
°Cで5時間加熱して残存炭素全燃焼・除去し、窒化珪
素(試料番号1〜7)を得た。
以上の様にして得られた窒化珪素の形状について、その
表面23hM(走査電子vmgt: Scannlng
electron m1croscopeの略)により
観察し、その結果を表の結果欄に、また代表例として試
料甫に示す。
表面23hM(走査電子vmgt: Scannlng
electron m1croscopeの略)により
観察し、その結果を表の結果欄に、また代表例として試
料甫に示す。
また、得られた電1し珪素の粒径を光透過式粒度測定器
により測定した。該粒任測定により得られた結果を表に
示す。
により測定した。該粒任測定により得られた結果を表に
示す。
県に、コバルト1(〜線ケ用いたX線回折法によ結果を
表に、またX線回折図の例(試料番号6)を第1図にそ
れぞれ示す。
表に、またX線回折図の例(試料番号6)を第1図にそ
れぞれ示す。
一方9本実施例の比較例として、原料粉末として、非晶
質窒化珪素粉末を添加せず還元雰囲気を窒素カメのみと
した(試料番号C1)、原料粉末として非晶質屋化珪素
粉末全添加しない(試料番号C2)、還元雰囲気を窒素
ガスのみとした(試料番号C6)、以外はそれぞれ上記
の本発明の本実施例の製造法と同様の製造方法にて行な
い、比較用窒化珪素(試料番号C1〜c3)を得た。該
比較方法により製造した窒化珪素ついて」二足と同様に
物質同定試験及びSEM観祭を行なった。その結果e、
X線回折による物質同定については表に、試料番号02
. C3の窒化珪素の表面の形状の顕拳鏡写具(倍率6
00倍)をそれぞれ?II、5図。
質窒化珪素粉末を添加せず還元雰囲気を窒素カメのみと
した(試料番号C1)、原料粉末として非晶質屋化珪素
粉末全添加しない(試料番号C2)、還元雰囲気を窒素
ガスのみとした(試料番号C6)、以外はそれぞれ上記
の本発明の本実施例の製造法と同様の製造方法にて行な
い、比較用窒化珪素(試料番号C1〜c3)を得た。該
比較方法により製造した窒化珪素ついて」二足と同様に
物質同定試験及びSEM観祭を行なった。その結果e、
X線回折による物質同定については表に、試料番号02
. C3の窒化珪素の表面の形状の顕拳鏡写具(倍率6
00倍)をそれぞれ?II、5図。
第4図に示す。
表および第1図より明らかの如く1本発明の方法により
製造した窒化珪素生成物(試料番号1〜7)は、何れの
場合にも敏粒の窒化珪素粉末であり、そのうちα型窒化
珪素が90%以上であることが1ire認され、生成物
の全んどがα型窒化珪素であることが分る。それに対し
、比較例(試料番号01〜03)の場合には、窒化珪素
と炭化珪素の混会物となっていた。
製造した窒化珪素生成物(試料番号1〜7)は、何れの
場合にも敏粒の窒化珪素粉末であり、そのうちα型窒化
珪素が90%以上であることが1ire認され、生成物
の全んどがα型窒化珪素であることが分る。それに対し
、比較例(試料番号01〜03)の場合には、窒化珪素
と炭化珪素の混会物となっていた。
また、第2図ないし@4図により明らかの如く。
本発明の製造方法により製造された窒化珪素(試料番号
6.第2図)は、餓粒子状の窒化珪素粉末のみであるが
、比較i+1Jc2(第6図)の場合には繊維の生成が
見られ、比較例03(第4図)の場合は粒径が大きく不
均一であった。即ち1本発明の製造方法により微粒の良
質の窒化珪素粉末が得られることが分る。
6.第2図)は、餓粒子状の窒化珪素粉末のみであるが
、比較i+1Jc2(第6図)の場合には繊維の生成が
見られ、比較例03(第4図)の場合は粒径が大きく不
均一であった。即ち1本発明の製造方法により微粒の良
質の窒化珪素粉末が得られることが分る。
図は不発明の実施例を示し、第1図は本発明の実施例に
より得た窒化珪素について測定したX線回折図、第2図
ないし第4図は、」二足望化珪素の表面の形状の囮餓境
写真(倍率600倍)でめる。 特許出願人 株式会社 豊田中央研究I−1T
より得た窒化珪素について測定したX線回折図、第2図
ないし第4図は、」二足望化珪素の表面の形状の囮餓境
写真(倍率600倍)でめる。 特許出願人 株式会社 豊田中央研究I−1T
Claims (2)
- (1)二酸化珪素1N量部に対して炭素粉末0.4ない
し2本量部および非晶質窒化珪素粉末0、 OO01な
いし0.004本量部を加え混合して原料粉末となし、
然る後に該原料粉末全窒素と水素とからなる混合気体中
で1350ないし1450°Cに加熱して還元・窒化す
ることを特徴とする窒化珪素の製造方法。 - (2)混合気体は、910ないし99.5体積%の窒素
と6.0ないし0.5体積%の水素とからなることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の窒化珪素の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20667982A JPS5997508A (ja) | 1982-11-24 | 1982-11-24 | 窒化珪素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20667982A JPS5997508A (ja) | 1982-11-24 | 1982-11-24 | 窒化珪素の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5997508A true JPS5997508A (ja) | 1984-06-05 |
Family
ID=16527311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20667982A Pending JPS5997508A (ja) | 1982-11-24 | 1982-11-24 | 窒化珪素の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5997508A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4886556A (en) * | 1984-10-10 | 1989-12-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for production of sliding member |
US5525556A (en) * | 1994-04-14 | 1996-06-11 | The Dow Chemical Company | Silicon nitride/silicon carbide composite powders |
-
1982
- 1982-11-24 JP JP20667982A patent/JPS5997508A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4886556A (en) * | 1984-10-10 | 1989-12-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method for production of sliding member |
US5525556A (en) * | 1994-04-14 | 1996-06-11 | The Dow Chemical Company | Silicon nitride/silicon carbide composite powders |
US5538675A (en) * | 1994-04-14 | 1996-07-23 | The Dow Chemical Company | Method for producing silicon nitride/silicon carbide composite |
US5643843A (en) * | 1994-04-14 | 1997-07-01 | The Dow Chemical Company | Silicon nitride/silicon carbide composite densified materials prepared using composite powders |
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