JPH082907A - 窒化ケイ素粉末 - Google Patents
窒化ケイ素粉末Info
- Publication number
- JPH082907A JPH082907A JP6136756A JP13675694A JPH082907A JP H082907 A JPH082907 A JP H082907A JP 6136756 A JP6136756 A JP 6136756A JP 13675694 A JP13675694 A JP 13675694A JP H082907 A JPH082907 A JP H082907A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon nitride
- powder
- phase
- temperature
- nitride powder
- 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.)
- Pending
Links
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 65
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 abstract description 6
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 5
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012856 packing Methods 0.000 abstract description 4
- -1 silicon imide Chemical class 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 abstract 3
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000011369 resultant mixture Substances 0.000 abstract 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 32
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 17
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003991 Rietveld refinement Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 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
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 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 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004482 other powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 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
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
- C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
- C04B35/593—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering
- C04B35/5935—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering obtained by gas pressure sintering
-
- 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
- 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
- C01P2002/60—Compounds characterised by their crystallite size
-
- 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
- C01P2006/10—Solid density
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温高強度な窒化ケイ素セラミックスを再現
性良く安定して製造できる窒化ケイ素粉末の提供。 【構成】 本発明の窒化ケイ素粉末は、β相とα相の重
量比率（β／α）が０．０１８〜０．０３２の範囲にあ
り、結晶子径が０．２μｍ以下である。
性良く安定して製造できる窒化ケイ素粉末の提供。 【構成】 本発明の窒化ケイ素粉末は、β相とα相の重
量比率（β／α）が０．０１８〜０．０３２の範囲にあ
り、結晶子径が０．２μｍ以下である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、構造用セラミックスと
して使用される窒化ケイ素セラミックスの中で、特に高
温高強度な窒化ケイ素セラミックスの製造用原料として
好適な易焼結性の窒化ケイ素粉末に関するものである。
して使用される窒化ケイ素セラミックスの中で、特に高
温高強度な窒化ケイ素セラミックスの製造用原料として
好適な易焼結性の窒化ケイ素粉末に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ケイ素セラミックスは、高強度、高
靱性、高耐蝕性という優れた特性を有し、１０００℃以
下の温度で使用される構造材料や機械部品として種々の
分野への用途展開が進展している。しかしながら、窒化
ケイ素の焼結においては、通常Ｙ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 等
の酸化物を５〜１０重量％程度添加して焼結を行う為、
これらの添加物が粒界に析出し、高温において軟化し易
い粒界相を形成するという難点があった。このような粒
界相の形成等による高温における強度低下を防止し、室
温から１５００℃まで高い強度を維持し得る窒化ケイ素
セラミックスを製造する為に、Ｙｂ2 Ｏ3 等の焼結助剤
の提案と併行し、焼結体製造原料として好適な特性を有
する原料粉末の開発が行われている。
靱性、高耐蝕性という優れた特性を有し、１０００℃以
下の温度で使用される構造材料や機械部品として種々の
分野への用途展開が進展している。しかしながら、窒化
ケイ素の焼結においては、通常Ｙ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 等
の酸化物を５〜１０重量％程度添加して焼結を行う為、
これらの添加物が粒界に析出し、高温において軟化し易
い粒界相を形成するという難点があった。このような粒
界相の形成等による高温における強度低下を防止し、室
温から１５００℃まで高い強度を維持し得る窒化ケイ素
セラミックスを製造する為に、Ｙｂ2 Ｏ3 等の焼結助剤
の提案と併行し、焼結体製造原料として好適な特性を有
する原料粉末の開発が行われている。
【０００３】従来、窒化ケイ素粉末の製法としては、
（１）金属ケイ素粉末の直接窒化法、（２）シリカ粉末
の還元窒化法、（３）ハロゲン化ケイ素とアンモニアと
を反応させるイミド分解法等が知られている。これらの
方法で製造された窒化ケイ素粉末は、製造履歴が異なる
ためか、金属不純物量、酸素含有量、粒径等が同じ値で
あっても、粉末の焼結性や得られる焼結体の特性に大き
な相違がある。一般的には、上記（３）の方法で製造さ
れた窒化ケイ素粉末が、易焼結性であり、かつ優れた焼
結体性能を示すと言われている。
（１）金属ケイ素粉末の直接窒化法、（２）シリカ粉末
の還元窒化法、（３）ハロゲン化ケイ素とアンモニアと
を反応させるイミド分解法等が知られている。これらの
方法で製造された窒化ケイ素粉末は、製造履歴が異なる
ためか、金属不純物量、酸素含有量、粒径等が同じ値で
あっても、粉末の焼結性や得られる焼結体の特性に大き
な相違がある。一般的には、上記（３）の方法で製造さ
れた窒化ケイ素粉末が、易焼結性であり、かつ優れた焼
結体性能を示すと言われている。
【０００４】粉末特性と焼結性及び焼結体特性とに関す
る研究の進展につれ、焼結性及び焼結体特性の支配因子
が解明されてきた結果、上記の製造履歴の影響は絶対的
なものではなく、種々の粉末特性の交互作用であること
が徐々に分かってきた。この点について以下に説明す
る。窒化ケイ素の結晶形態には、α相とβ相の２種類が
存在し、β相は酸素を固溶しない純粋な窒化ケイ素であ
るのに対して、α相は結晶格子内に酸素を固溶すること
が知られている。窒化ケイ素の焼結においては、昇温過
程において焼結助剤と窒化ケイ素粒子表面のシリカとが
反応して液相が生成し、この液相への窒化ケイ素の溶解
と、β相としての再析出により緻密化が進行する。この
為、焼結体製造原料としてはα相含有率８５％以上の窒
化ケイ素粉末が望ましいと言われている。
る研究の進展につれ、焼結性及び焼結体特性の支配因子
が解明されてきた結果、上記の製造履歴の影響は絶対的
なものではなく、種々の粉末特性の交互作用であること
が徐々に分かってきた。この点について以下に説明す
る。窒化ケイ素の結晶形態には、α相とβ相の２種類が
存在し、β相は酸素を固溶しない純粋な窒化ケイ素であ
るのに対して、α相は結晶格子内に酸素を固溶すること
が知られている。窒化ケイ素の焼結においては、昇温過
程において焼結助剤と窒化ケイ素粒子表面のシリカとが
反応して液相が生成し、この液相への窒化ケイ素の溶解
と、β相としての再析出により緻密化が進行する。この
為、焼結体製造原料としてはα相含有率８５％以上の窒
化ケイ素粉末が望ましいと言われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、α相含
有率８５％以上の窒化ケイ素粉末における相組成（β相
分率、α相分率及び非晶質分率）と焼結性及び焼結体特
性との相関については、有意な結論が得られていない。
また、相組成と他の粉末特性との交互作用についても、
ほとんど解明されていない。その為、従来、高温高強度
な窒化ケイ素セラミックスを再現性良く安定的に製造す
ることは困難であった。
有率８５％以上の窒化ケイ素粉末における相組成（β相
分率、α相分率及び非晶質分率）と焼結性及び焼結体特
性との相関については、有意な結論が得られていない。
また、相組成と他の粉末特性との交互作用についても、
ほとんど解明されていない。その為、従来、高温高強度
な窒化ケイ素セラミックスを再現性良く安定的に製造す
ることは困難であった。
【０００６】従って、本発明の目的は、高温高強度な窒
化ケイ素セラミックスを再現性良く安定して製造できる
窒化ケイ素粉末を提供することにある。
化ケイ素セラミックスを再現性良く安定して製造できる
窒化ケイ素粉末を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、窒化ケイ
素の粉末特性と焼結性及び焼結体特性との関係について
種々検討した結果、β相とα相の重量比率及び結晶子径
がそれぞれ特定範囲にある窒化ケイ素粉末が、上記目的
を達成するものであることを知見した。
素の粉末特性と焼結性及び焼結体特性との関係について
種々検討した結果、β相とα相の重量比率及び結晶子径
がそれぞれ特定範囲にある窒化ケイ素粉末が、上記目的
を達成するものであることを知見した。
【０００８】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、β相とα相の重量比率（β／α）が０．０１８〜
０．０３の範囲にあり、結晶子径が０．２μｍ以下であ
ることを特徴とする窒化ケイ素粉末を提供するものであ
る。
ので、β相とα相の重量比率（β／α）が０．０１８〜
０．０３の範囲にあり、結晶子径が０．２μｍ以下であ
ることを特徴とする窒化ケイ素粉末を提供するものであ
る。
【０００９】以下、本発明の窒化ケイ素粉末について詳
述する。本発明の窒化ケイ素粉末は、β相とα相の重量
比率（以下、β／α比と記す）が、０．０１８〜０．０
３２、好ましくは０．０２０〜０．０３０である。ま
た、本発明の窒化ケイ素粉末は、β相粒子及びα相粒子
の結晶子径が、０．２μｍ以下、好ましくは０．０１〜
０．１μｍである。
述する。本発明の窒化ケイ素粉末は、β相とα相の重量
比率（以下、β／α比と記す）が、０．０１８〜０．０
３２、好ましくは０．０２０〜０．０３０である。ま
た、本発明の窒化ケイ素粉末は、β相粒子及びα相粒子
の結晶子径が、０．２μｍ以下、好ましくは０．０１〜
０．１μｍである。
【００１０】β／α比が０．０３２を超えると、焼結時
のα→β相転移に伴う柱状結晶の成長が抑制され、アス
ペクト比の高い柱状結晶の割合が減少する為に、焼結体
の高温強度が低下する。また、β／α比が０．０１８未
満であると、焼結時のα→β相転移が高温側にシフトす
る為、β相粒子の析出時に異常粒成長が起こり、アスペ
クト比の高い柱状結晶が不均一に生成して、緻密化が阻
害される。このように、窒化ケイ素粉末中のβ相粒子
は、焼結時のα→β相転移を促進する核として作用し、
相転移を低温で迅速に進行させる作用があるものと思わ
れる。β相粒子の結晶子径が０．２μｍ超になると、こ
のような成長核としての機能が失われる為、β／α比が
上記範囲内にあっても、本発明の効果は得られない。
のα→β相転移に伴う柱状結晶の成長が抑制され、アス
ペクト比の高い柱状結晶の割合が減少する為に、焼結体
の高温強度が低下する。また、β／α比が０．０１８未
満であると、焼結時のα→β相転移が高温側にシフトす
る為、β相粒子の析出時に異常粒成長が起こり、アスペ
クト比の高い柱状結晶が不均一に生成して、緻密化が阻
害される。このように、窒化ケイ素粉末中のβ相粒子
は、焼結時のα→β相転移を促進する核として作用し、
相転移を低温で迅速に進行させる作用があるものと思わ
れる。β相粒子の結晶子径が０．２μｍ超になると、こ
のような成長核としての機能が失われる為、β／α比が
上記範囲内にあっても、本発明の効果は得られない。
【００１１】また、本発明の窒化ケイ素粉末は、非晶質
分率が５重量％以下、特に４重量％以下、炭素含有量が
０．１２重量％以下、特に０．１０重量％以下であるこ
とが、所期の目的を達成する上で好ましい。非晶質成分
が５重量％より多く存在すると、非晶質成分は微細であ
る為に、成形体内に不均一を生じ、焼結後も残留ポア、
ミクロクラックとして残存してしまい、焼結体の強度を
低下させる原因となることがある。また、炭素も焼結時
に添加される助剤成分（酸化物）と反応してＣＯガスを
発生し、これが残留ポア発生の原因となることがある為
に、０．１２重量％以下であることが好ましい。
分率が５重量％以下、特に４重量％以下、炭素含有量が
０．１２重量％以下、特に０．１０重量％以下であるこ
とが、所期の目的を達成する上で好ましい。非晶質成分
が５重量％より多く存在すると、非晶質成分は微細であ
る為に、成形体内に不均一を生じ、焼結後も残留ポア、
ミクロクラックとして残存してしまい、焼結体の強度を
低下させる原因となることがある。また、炭素も焼結時
に添加される助剤成分（酸化物）と反応してＣＯガスを
発生し、これが残留ポア発生の原因となることがある為
に、０．１２重量％以下であることが好ましい。
【００１２】本発明の窒化ケイ素粉末におけるβ／α比
は、回折角（２θ）１０〜７０°の範囲を０．０５°刻
みでステップスキャンした粉末Ｘ線回折パターンのリー
トベルト解析〔ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイ
エンス １９巻の３１１５〜３１２０頁（F. Izumi, M.
Mitomo and Y. Bando 著、１９８４年出版）参照〕に
より求めた値である。従来の粉末Ｘ線回折手法では、５
重量％以下の微小成分の割合を精度良く測定することが
困難である為、β／α比０．０１８〜０．０３２の窒化
ケイ素粉末を再現性良く製造することはできない。リー
トベルト解析によれば、微量の結晶相を精度良く定量で
きる。
は、回折角（２θ）１０〜７０°の範囲を０．０５°刻
みでステップスキャンした粉末Ｘ線回折パターンのリー
トベルト解析〔ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイ
エンス １９巻の３１１５〜３１２０頁（F. Izumi, M.
Mitomo and Y. Bando 著、１９８４年出版）参照〕に
より求めた値である。従来の粉末Ｘ線回折手法では、５
重量％以下の微小成分の割合を精度良く測定することが
困難である為、β／α比０．０１８〜０．０３２の窒化
ケイ素粉末を再現性良く製造することはできない。リー
トベルト解析によれば、微量の結晶相を精度良く定量で
きる。
【００１３】また、本発明の窒化ケイ素粉末の結晶子径
も、β／α比の場合と同様に粉末Ｘ線回折パターンのリ
ートベルト解析により、回折ピークの半値幅を高精度に
算出し、下記〔数１〕のシェラーの式より求めたもので
ある。尚、回折ピークの半値幅の算出においては、回折
装置の光学系による線幅の補正をする必要がある。この
補正には、ＮＩＳＴ（米国 National Institute ofSta
ndards and Technology) より配布されている標準シリ
コン粉末を使用した。
も、β／α比の場合と同様に粉末Ｘ線回折パターンのリ
ートベルト解析により、回折ピークの半値幅を高精度に
算出し、下記〔数１〕のシェラーの式より求めたもので
ある。尚、回折ピークの半値幅の算出においては、回折
装置の光学系による線幅の補正をする必要がある。この
補正には、ＮＩＳＴ（米国 National Institute ofSta
ndards and Technology) より配布されている標準シリ
コン粉末を使用した。
【００１４】
【数１】
【００１５】また、本発明の窒化ケイ素粉末の非晶質分
率については、窯業協会誌第９３巻、第７号（１９８５
年）の３９４〜３９７頁に記載の加水分解法により測定
した。さらに、本発明の窒化ケイ素粉末は、通常、比表
面積６．０〜２５．０ｍ2 ／ｇ、酸素含有量０．８〜
２．０重量％（内部酸素量０．４〜１．５重量％、表面
酸素量０．２５〜０．８重量％）、金属不純物量０．１
重量％以下である。
率については、窯業協会誌第９３巻、第７号（１９８５
年）の３９４〜３９７頁に記載の加水分解法により測定
した。さらに、本発明の窒化ケイ素粉末は、通常、比表
面積６．０〜２５．０ｍ2 ／ｇ、酸素含有量０．８〜
２．０重量％（内部酸素量０．４〜１．５重量％、表面
酸素量０．２５〜０．８重量％）、金属不純物量０．１
重量％以下である。
【００１６】次に、本発明の窒化ケイ素粉末を製造する
方法について説明する。本発明の窒化ケイ素粉末は、金
属ケイ素粉末の直接窒化法、シリカ粉末の還元窒化法、
イミド分解法等、種々の方法で製造することができる
が、結晶相の割合、内部酸素量、二次粒子径、一次粒子
径、比表面積等の粉末特性を任意に調整できるイミド分
解法が最も適している。イミド分解法では、例えば、シ
リコンイミドの熱分解生成物であるアモルファス窒化ケ
イ素を焼成して結晶化させる際の焼成条件（充填密度、
昇温速度、最高保持温度、保持時間等）の設定により、
上記の粉末特性を制御することができる。
方法について説明する。本発明の窒化ケイ素粉末は、金
属ケイ素粉末の直接窒化法、シリカ粉末の還元窒化法、
イミド分解法等、種々の方法で製造することができる
が、結晶相の割合、内部酸素量、二次粒子径、一次粒子
径、比表面積等の粉末特性を任意に調整できるイミド分
解法が最も適している。イミド分解法では、例えば、シ
リコンイミドの熱分解生成物であるアモルファス窒化ケ
イ素を焼成して結晶化させる際の焼成条件（充填密度、
昇温速度、最高保持温度、保持時間等）の設定により、
上記の粉末特性を制御することができる。
【００１７】金属ケイ素粉末の直接窒化法では、例え
ば、α相分率９２％以上及び比表面積１０ｍ2 ／ｇ以上
の窒化ケイ素粉末を比表面積１０ｍ2 ／ｇ以上及び酸素
含有量１．０重量％以下の金属ケイ素粉末に５〜２０重
量％添加混合し、混合物を、水素ガスと窒素ガスとの混
合雰囲気下あるいはアンモニアガスと窒素ガスとの混合
雰囲気下、昇温速度１０〜５０℃／ｈで１４００〜１５
００℃まで昇温することにより、本発明の窒化ケイ素粉
末を製造することができる。生成粉末の結晶相を制御す
る為には、特に、雰囲気中の水素分圧と、原料の金属ケ
イ素粉末の仕込量及び充填密度に注意を払う必要があ
る。生成粉末は、必要に応じて、粉砕及び酸処理によ
り、粒度調整と不純物除去を行い、所望の粉末を得る。
ば、α相分率９２％以上及び比表面積１０ｍ2 ／ｇ以上
の窒化ケイ素粉末を比表面積１０ｍ2 ／ｇ以上及び酸素
含有量１．０重量％以下の金属ケイ素粉末に５〜２０重
量％添加混合し、混合物を、水素ガスと窒素ガスとの混
合雰囲気下あるいはアンモニアガスと窒素ガスとの混合
雰囲気下、昇温速度１０〜５０℃／ｈで１４００〜１５
００℃まで昇温することにより、本発明の窒化ケイ素粉
末を製造することができる。生成粉末の結晶相を制御す
る為には、特に、雰囲気中の水素分圧と、原料の金属ケ
イ素粉末の仕込量及び充填密度に注意を払う必要があ
る。生成粉末は、必要に応じて、粉砕及び酸処理によ
り、粒度調整と不純物除去を行い、所望の粉末を得る。
【００１８】本発明の窒化ケイ素粉末は、従来の窒化ケ
イ素粉末の場合と同様な方法、例えば、酸化アルミニウ
ム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム等の焼結助剤
と混合し、混合物を所定の形状に成形した後、焼結する
ことにより、窒化ケイ素セラミックス（焼結体）を製造
することができる。上記成形圧力は、０．５〜１０ton
／cm2 程度とすれば良く、また上記焼結条件は、焼結温
度１５００〜２０００℃、雰囲気圧力０．５〜１００気
圧、焼結時間１〜１０時間程度とすれば良い。
イ素粉末の場合と同様な方法、例えば、酸化アルミニウ
ム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム等の焼結助剤
と混合し、混合物を所定の形状に成形した後、焼結する
ことにより、窒化ケイ素セラミックス（焼結体）を製造
することができる。上記成形圧力は、０．５〜１０ton
／cm2 程度とすれば良く、また上記焼結条件は、焼結温
度１５００〜２０００℃、雰囲気圧力０．５〜１００気
圧、焼結時間１〜１０時間程度とすれば良い。
【００１９】本発明の窒化ケイ素粉末を用いて製造され
た窒化ケイ素セラミックス（焼結体）は、特に高温強度
の高いものであることから、本発明の窒化ケイ素粉末
は、高温で使用されるディーゼル、ガスタービン等の熱
機関用構造材料や機械部品として用いられる窒化ケイ素
セラミックスの製造用原料として特に好適なものであ
る。
た窒化ケイ素セラミックス（焼結体）は、特に高温強度
の高いものであることから、本発明の窒化ケイ素粉末
は、高温で使用されるディーゼル、ガスタービン等の熱
機関用構造材料や機械部品として用いられる窒化ケイ素
セラミックスの製造用原料として特に好適なものであ
る。
【００２０】
【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と共に挙げ、
本発明を更に詳しく説明する。
本発明を更に詳しく説明する。
【００２１】実施例１〜１１及び比較例１〜５ 下記の製造方法（イミド分解法）及び下記〔表１〕に示
す製造条件により、窒化ケイ素粉末をそれぞれ製造し
た。得られた窒化ケイ素粉末の粉末特性を下記〔表２〕
に示す。 〔窒化ケイ素粉末の製造方法〕−２０℃に冷却された直
径３０ｃｍ、高さ４５ｃｍの縦型反応槽内の空気を窒素
ガスで置換した後、液体アンモニア及びトルエンを仕込
んだ。反応槽内では、上層の液体アンモニアと下層のト
ルエンとに分離した。予め調製したトルエン／四塩化ケ
イ素の容積比＝３のハロゲン化シラン溶解トルエン溶液
を、導管を通じて、ゆっくり攪拌されている下層に供給
した。トルエン溶液の供給と共に、上下層の界面近傍に
白色の反応生成物が析出した。反応終了後、反応液を濾
過槽へ移送し、生成物を濾別して、液体アンモニアで四
回バッチ洗浄し、精製シリコンジイミドを得た。生成し
たシリコンジイミドを、酸素を０．２％含有する窒素雰
囲気下に１０００℃で加熱分解して、非晶質窒化ケイ素
粉末を得た。次いで、得られた非晶質窒化ケイ素粉末を
振動ミルにて摩砕処理した後、黒鉛製ルツボに充填し、
下記〔表１〕に記載の充填密度となるようにタッピング
した。所望の充填密度とした非晶質窒化ケイ素粉末を、
電気炉にて、窒素雰囲気下、下記〔表１〕に記載の条件
（昇温速度、最高温度及び同温度での保持時間、炉内Ｃ
Ｏ濃度）で加熱、焼成して、灰白色の窒化ケイ素粉末を
得た。尚、炉内のＣＯ濃度は、流通させる窒素ガスの露
点と流量により調整した。また、得られた窒化ケイ素粉
末の走査型電子顕微鏡による観察では、０．０５〜０．
５μｍの等軸的な粒状粒子のみが認められた。また、窒
化ケイ素粉末の塩素含有量は、いづれの場合にも５０ｐ
ｐｍ以下であった。
す製造条件により、窒化ケイ素粉末をそれぞれ製造し
た。得られた窒化ケイ素粉末の粉末特性を下記〔表２〕
に示す。 〔窒化ケイ素粉末の製造方法〕−２０℃に冷却された直
径３０ｃｍ、高さ４５ｃｍの縦型反応槽内の空気を窒素
ガスで置換した後、液体アンモニア及びトルエンを仕込
んだ。反応槽内では、上層の液体アンモニアと下層のト
ルエンとに分離した。予め調製したトルエン／四塩化ケ
イ素の容積比＝３のハロゲン化シラン溶解トルエン溶液
を、導管を通じて、ゆっくり攪拌されている下層に供給
した。トルエン溶液の供給と共に、上下層の界面近傍に
白色の反応生成物が析出した。反応終了後、反応液を濾
過槽へ移送し、生成物を濾別して、液体アンモニアで四
回バッチ洗浄し、精製シリコンジイミドを得た。生成し
たシリコンジイミドを、酸素を０．２％含有する窒素雰
囲気下に１０００℃で加熱分解して、非晶質窒化ケイ素
粉末を得た。次いで、得られた非晶質窒化ケイ素粉末を
振動ミルにて摩砕処理した後、黒鉛製ルツボに充填し、
下記〔表１〕に記載の充填密度となるようにタッピング
した。所望の充填密度とした非晶質窒化ケイ素粉末を、
電気炉にて、窒素雰囲気下、下記〔表１〕に記載の条件
（昇温速度、最高温度及び同温度での保持時間、炉内Ｃ
Ｏ濃度）で加熱、焼成して、灰白色の窒化ケイ素粉末を
得た。尚、炉内のＣＯ濃度は、流通させる窒素ガスの露
点と流量により調整した。また、得られた窒化ケイ素粉
末の走査型電子顕微鏡による観察では、０．０５〜０．
５μｍの等軸的な粒状粒子のみが認められた。また、窒
化ケイ素粉末の塩素含有量は、いづれの場合にも５０ｐ
ｐｍ以下であった。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】使用試験例 実施例１〜１１及び比較例１〜５で得られた窒化ケイ素
粉末を用いて、下記の製造方法により焼結体をそれぞれ
製造した。得られた焼結体の到達密度及び曲げ強度を下
記〔表３〕に示す。尚、曲げ強度の測定はＪＩＳ Ｒ
１６０１に従った。 〔焼結体の製造方法〕窒化ケイ素粉末に酸化イットリウ
ム３重量％及び酸化アルミニウム７重量％を加え、粉末
総量に対し５０重量％の水分を添加し、ポットミルにて
２４時間分散混合した。得られたスラリーをスプレード
ライ法で造粒して成型用粉末を得た。次いで、得られた
成型用粉末を成形圧力１ｔｏｎ／ｃｍ2 でＣＩＰ成形を
行った。この成形体を、９kg／cm2 のＮ2 雰囲気中１９
００℃で３時間焼結して窒化ケイ素焼結体を得た。
粉末を用いて、下記の製造方法により焼結体をそれぞれ
製造した。得られた焼結体の到達密度及び曲げ強度を下
記〔表３〕に示す。尚、曲げ強度の測定はＪＩＳ Ｒ
１６０１に従った。 〔焼結体の製造方法〕窒化ケイ素粉末に酸化イットリウ
ム３重量％及び酸化アルミニウム７重量％を加え、粉末
総量に対し５０重量％の水分を添加し、ポットミルにて
２４時間分散混合した。得られたスラリーをスプレード
ライ法で造粒して成型用粉末を得た。次いで、得られた
成型用粉末を成形圧力１ｔｏｎ／ｃｍ2 でＣＩＰ成形を
行った。この成形体を、９kg／cm2 のＮ2 雰囲気中１９
００℃で３時間焼結して窒化ケイ素焼結体を得た。
【００２５】
【表３】
【００２６】
【発明の効果】本発明の窒化ケイ素粉末は、高温高強度
な窒化ケイ素セラミックスを再現性良く安定して製造で
きる。
な窒化ケイ素セラミックスを再現性良く安定して製造で
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 敬一郎 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 別所 裕樹 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 β相とα相の重量比率（β／α）が０．
０１８〜０．０３２の範囲にあり、結晶子径が０．２μ
ｍ以下であることを特徴とする窒化ケイ素粉末。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6136756A JPH082907A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | 窒化ケイ素粉末 |
| US08/455,999 US5585084A (en) | 1994-06-20 | 1995-05-31 | Silicon nitride powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6136756A JPH082907A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | 窒化ケイ素粉末 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH082907A true JPH082907A (ja) | 1996-01-09 |
Family
ID=15182773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6136756A Pending JPH082907A (ja) | 1994-06-20 | 1994-06-20 | 窒化ケイ素粉末 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5585084A (ja) |
| JP (1) | JPH082907A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101155549B1 (ko) * | 2009-11-24 | 2012-06-19 | 한국기계연구원 | 다공성 반응소결질화규소의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 다공성 반응소결질화규소 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001080967A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｓｉ３Ｎ４セラミックスとその製造用Ｓｉ基組成物及びこれらの製造方法 |
| WO2006070899A1 (ja) * | 2004-12-27 | 2006-07-06 | Ube Industries, Ltd. | サイアロン蛍光体粒子およびその製造方法 |
| EP2660201B1 (en) * | 2010-12-28 | 2017-03-22 | Ube Industries, Ltd. | Polycrystalline silicon ingot casting mold and method for producing the same, and slurry used for its method |
| US8864481B2 (en) * | 2010-12-28 | 2014-10-21 | Ube Industries, Ltd. | Mold for casting polycrystalline silicon ingot, and silicon nitride powder for mold release material thereof, slurry containing silicon nitride powder for mold release layer thereof and mold release material for casting thereof |
| CN103755336B (zh) * | 2014-02-20 | 2014-12-17 | 湖南大学 | 一种纳米铁氧体颗粒的制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4929432A (en) * | 1988-10-19 | 1990-05-29 | Union Carbide Corporation | Process for producing crystalline silicon nitride powder |
| DE4113884A1 (de) * | 1991-04-27 | 1992-10-29 | Hoechst Ag | Verfahren zur herstellung von siliciumnitrid mit kleiner kristallitgroesse |
| JPH0680470A (ja) * | 1992-07-17 | 1994-03-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ケイ素焼結体の製造方法 |
| JPH0733411A (ja) * | 1993-07-16 | 1995-02-03 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 高α型窒化ケイ素粉末の製造方法 |
| US5453407A (en) * | 1994-02-14 | 1995-09-26 | National Science Council | Method for producing nitride ceramic powders |
-
1994
- 1994-06-20 JP JP6136756A patent/JPH082907A/ja active Pending
-
1995
- 1995-05-31 US US08/455,999 patent/US5585084A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101155549B1 (ko) * | 2009-11-24 | 2012-06-19 | 한국기계연구원 | 다공성 반응소결질화규소의 제조 방법 및 그에 의해 제조된 다공성 반응소결질화규소 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5585084A (en) | 1996-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lange et al. | Silicon nitride—from powder synthesis to ceramic materials | |
| CN1413176A (zh) | 312相材料的形成方法和烧结方法 | |
| CN104203813A (zh) | 氮化硅粉末的制造方法和氮化硅粉末以及氮化硅烧结体和使用其的电路基板 | |
| JPWO2015194552A1 (ja) | 窒化ケイ素粉末、窒化ケイ素焼結体及び回路基板、ならびに窒化ケイ素粉末の製造方法 | |
| US4960738A (en) | Mullite-alumina composite sintered body and process for producing the same | |
| US4716028A (en) | Process for preparation of high-type silicon nitride powder | |
| JPH0460051B2 (ja) | ||
| US5169832A (en) | Synthesis of refractory metal boride powders of predetermined particle size | |
| JPH0812306A (ja) | 窒化ケイ素粉末 | |
| JPH082907A (ja) | 窒化ケイ素粉末 | |
| JP3475614B2 (ja) | シリコンジイミド | |
| JP3669406B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末 | |
| JPH06219840A (ja) | 窒化珪素焼結体及びその製造方法 | |
| JP3997596B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末 | |
| KR100766621B1 (ko) | 질화알루미늄 분말 및 질화알루미늄 소결체의 제조방법 | |
| JP3268020B2 (ja) | 窒化珪素粉末の製造方法 | |
| Liu et al. | Study on the anisotropic growth of rod-like Yb α-SiAlON crystals prepared by combustion synthesis | |
| JP3536494B2 (ja) | 含窒素シラン化合物 | |
| JP2793635B2 (ja) | 窒化ケイ素粉末組成物 | |
| CN115520842A (zh) | 高纯氮化硅纳米粉制备技术及应用 | |
| JP3251060B2 (ja) | 窒化珪素粉末 | |
| JPH0218285B2 (ja) | ||
| JPS62105913A (ja) | 炭化けい素微粉末の製造方法 | |
| JPS621564B2 (ja) | ||
| 정용권 | Study of Producing α-Si3N4 Powder by Low-temperature Vapor-phase Reaction Method |