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    公开号:WO1990002705A1
    申请号:PCT/JP1989/000849
    申请日:1989-08-22
    公开日:1990-03-22
    发明作者:Yukio Kishi；Kazunari Naito；Mutsuo Hayashi；Chitake Yamagishi
    申请人:Nihon Cement Co., Ltd.；
    IPC主号:C01B21-00
    专利说明:
    [0001] 明 柳 発 明 の 名 称
    [0002] ^ — サ イ ア ロ ン 粉 末 の 製 造方法 技術分野
    [0003] 本発 明 は 、 ^ — サ イ ア ロ ン セ ラ ミ ッ ク ス の 原料 で あ る β 一 サ イ ァ 口 ン 粉末 の 製造方法 に 関 す る 。
    [0004] 背景技術
    [0005] — サ イ ア ロ ン は 、 一般式 Si 6- z A £ z 0 z N 8 - 2 ( た だ し 0 < Z ≤ 4.2) で 表 さ れ、 型窒化 け い 素 の S iお よ び N の 一部 を A お よ び 0 で 置換固溶 し た 連続固溶体 で あ る 。 そ の 性 質 は 高温 に お け る 耐酸化性 ， 高温強度 ， 耐薬品性 に 優 れ て い る の で 、 ェ ン ジ ン 部品 ， ガ ス タ ー ビ ン 部品 ， 金属溶湯用 部品， 切 削工 具 用 部材 の 原料 と し て 注 目 さ れ て い る 。
    [0006] ^ 一 サ イ ア ロ ン セ ラ ミ ッ ク ス を 製造 す る 方法 は 、 2 と お り が知 ら れ て い る 。 一 つ は 出 発原料 を 適宜 に 配合 し た 混合原料 を 加圧焼成 し て 、 β — サ イ ア ロ ン の 生成 反応お よ び 焼結反応を 連続的 に 進行 さ せ て 該 セ ラ ミ ッ ク ス を 製造す る 方法 で あ り 、 も う 一 つ は 出 発 原料 か ら い っ た ん ^ 一 サ イ ァ ロ ン の 粉末 を 製造 し 、 そ の 粉末 を 原料 と し 、 各種 の 添加剤 を 配合 し 、 焼結 し て 該 セ ラ ミ ッ ク ス を 製造す る 方法 で あ る 。
    [0007] 本発明 は上記 2 つ の 焼結法 の う ち 、 後者 の 焼結法 の 原料 と し て 最適 な β 一 サ イ ァ ロ ン 粉末 の 製造方法 を 開 示 す る も の で あ る 。
    [0008] 従来、 ^ 一 サ イ ア ロ ン 粉末 の 製造方 法 に は、
    [0009] 1 ) 天然 の シ リ カ 一 ア ル ミ ナ 鉱物 （ 例 え ば カ オ リ ナ ィ ト を 主成分 と す る 粘土粉 末 ） に カ ー ボ ン 粉末 を 混合 し た も の を 窒素気流 中 で 還元窒化焼成 す る 方法 （ 特開 昭 5 9 - 1 2 1 1 0 5 )
    [0010] 2 ) シ リ コ ン ァ ノレ コ キ シ ド お よ び ァ ノレ ミ ニ ゥ ム ア ル コ キ シ ド に 有機溶媒を 加 え た 混合溶液 に 水 を 加 え 、 加 水分解 し て 得 た シ リ 力 ア ル ミ ナ 舍水共沈物 と カ ー ボ ン 粉末 と を 湿式混合 し た の ち 、 乾燥 し 、 窒素気流中 で 還 元窒化焼成 す る 方法 （ 特開昭 6 0 - 1 4 5 9 0 2 )
    [0011] 3 ) ホ ワ イ ト カ ー ボ ン 、 シ リ カ ゲ ル等 の 高 純 度 シ リ 力 粉末、 ア ル ミ ナ ァ エ ロ ジ ル等 の 高純度 ア ル ミ ナ 粉末 お よ び カ ー ボ ン 等 の 還元剤 に 、 水 ， 分 散剤 ， ア ン モ ニ ァ を 加 え て 均一 な ス ラ リ ー と し て 、 乾燥後、 窒素気流 中 で 還元窒化焼成 を す る 方法 （ 特開昭 6 0 - 2 6 0 4 1 0 )
    [0012] 4 ) シ リ カ 粉末 と ア ル ミ ニ ウ ム 金属粉末 と の 混合粉 末 を 窒素気流中 で 窒化焼成 す る 方法 （ 特開昭 5 7 - 1 7 4 6 7 )
    [0013] 5 ) 四 塩化 け い 素 と ア ン モ ニ ア と か ら 製造 し た 無定 形 の 窒化 け い 素粉 末 に 、 ア ル ミ ナ 粉末 お よ び ア ル ミ 二 ゥ ム 金 属 粉 末 を 添 加 し た 混 合 粉 末 を 窒素 雰 囲 気 中 、
    [0014] 1 2 0 0〜 1 7 0 0 'C で 焼成 す る 方法 （ 特 f 3昭 6 3 - 2 2 3 1 6 9 ) 力く あ る 。
    [0015] し か し な が ら 、 上記従来法 は 製造過程 ま た は製造 さ れ た ^ 一 サ イ ア ロ ン 粉 末 に 下記 の よ う な 欠点 力く あ っ た つ ま り 、
    [0016] 1 ) の 方 法 は 、 出 発原 料 と し て 天 然 の 粘土 粉末 を 用 い る た め 、 ア ル カ リ や 鉄 の 酸化 物等 の 混入 が不 可避 で あ り 、 得 ら れ た / 一 サ イ ア ロ ン 粉 末 の 純度 が低 い 。
    [0017] 2 ) の 方法 は、 高純度 の ア ル コ キ シ ド 原料 を 使用 す る た め 、 高純度 /5 — サ イ ア ロ ン 粉 末 が得 ら れ る 反面 、 シ リ コ ン ア ル コ キ シ ド と ア ル ミ ニ ゥ ム ア ル コ キ シ ド が 加 水分解 し 、 生成 し た 舍水共沈物 が活性過 ぎ て 、 焼成 中 に 原料表面が粘着性 を 帯 び る 。 し た が っ て 、 そ の 原 料 を 回 転 キ ル ン 、 流動焼成炉等 で 焼成 す る 場 合 、 炉 内 で 固結 し て 、 正常 な 連続運転 が で き な い 場合 が あ る 。 ま た 、 こ の 方法 は 画 転 キ ル ン や 流動焼成炉 の 中 で 、 原 料 が N 2ガ ス に よ っ て 炉外 に 排 出 さ れ な い よ う に す る た め 、 混合原料 を 0 . 1 〜 5 mm 程度 に 造粒 し た の ち 、 キ ル ン ゃ 炉 に 供給 す る こ と も 行 わ れ て い る が、 上記 舍水 共 沈物 は 焼成 中 に 造粒物 表面が緻密 化 し 、 そ の 内 部 に N 2ガ ス が拡散 し に く く 、 結果 的 に 還元窒化反応 が十 分 進 行 し な い の で 、 工業的製造方法 と し て は 問題 が あ る
    [0018] 3 ) の 方法 は 、 一次粒子 が数十 ミ リ ミ ク ロ ン と 微細 で あ る が、 凝集性 が強 い ホ ワ イ ト カ ー ボ ン お よ び ア ル ミ ナ ァ エ ロ ジ ル を 原料 と し て 使用 し て い る 。 こ れ ら 原 料 に 水 を 加 え 、 均一混 合 し て ス ラ リ ー を つ く る 際 、 分 散剤 ， ア ン モ ニ ア 等 の P H調整剤 を 加 え て か ら ボ ー ル ミ ル等 で 混合 す る 。 ア ン モ ニ ア の 添力 Π は ス ラ リ ー の p H 9 〜 10に 維持 し て 分散性 を 良 く す る 反面、 ホ ワ イ ト カ ー ボ ン や ア ル ミ ナ ァ エ ロ ジ ル に 吸着 さ れ る の で 、 ア ン モ ニ ァ が大量 に必要 と な り 、 原料 コ ス ト が高 く な る 。 ま た ア ル ミ ナ ァ エ ロ ジ ル の 配合 を 少 な く し 、 低 Z 値 （ 特 に の ^ — サ イ ア ロ ン 粉末 を つ く る 場合、 ア ル ミ ナ ァ エ ロ ジ ルを ス ラ リ ー 中 に 均一 に 分散 に し く く 、 β — サ イ ァ ロ ン 粉末 を 製造す る に は 問題が あ る 。
    [0019] 4) の 方法 は 、 原料 の 一 つ と し て 微粉 の ア ル ミ ニ ゥ ム 金属 を 使用 す る 。 そ の ア ル ミ ニ ウ ム 金属 は酸化 さ れ や す く 、 し か も 、 酸化 の 程度が一定 かつ 均 質 で な い た め 、 一定 の β — サ イ ァ 口 ン 粉 末組成 （Siに ζΑ £ ζΟζΝ 8- ζ) に コ ン ト ロ ー ルす る こ と は 困難で あ り 、 工業的 製造方 法 と し て は 問題が あ る 。
    [0020] 5) の 方法 は、 四塩化 け い 素お よ び ア ン モ ニ ア を 出 発原料 と し て い る の で 、 製造 コ ス ト が高 く な る う え 、 得 ら れ た 無定形窒化 け い 素 に ア ル ミ ナ 粉末 お よ び ア ル ミ ニ ゥ ム 金属粉末 を 均一 に 混合す る の が難 し い た め 、 ( 特 に 低 Ζ 値 の 場合 ） 工業的製造方法 と し て は 問題が あ る 。
    [0021] 発 明 の 開示
    [0022] 本発 明 の 目 的 は原料が均一 に 混合で き 、 かつ安定 し て 連銃焼成がで き る 高純度 /5 — サ イ ァ ロ ン 粉末 の 製造 方法を 提供す る こ と に あ る 。
    [0023] 本発明 者等 は 、 ア ル ミ ニ ウ ム 源 と し て ア ル ミ ナ 舍水 物粉末 を用 い 、 かつ シ リ カ 質粉末お よ び ア ル ミ ナ 舍水 物 粉末 の 両者 が ア ル コ キ シ ド の 加水 分 解 物 の 組 合 わ せ と な ら な い よ う に す れ ば、 上 記 の /5 — サ イ ア ロ ン 粉 末 の 製造方法 の 欠点 を 解消 で き る と の 知 見 を 得 て 本 発 明 を 完成 し た 。
    [0024] す な わ ち 、 本発 明 の 要 旨 は 、 シ リ カ 質粉末 、 ア ル ミ ナ 舍水物粉末 お よ び カ ー ボ ン 質粉末 の 配 合 物 で あ っ て シ リ カ 質粉末 お よ び ア ル ミ ナ 舍 水 物粉 末 の う ち 、 一方 が ア ル コ キ シ ド の 加水分 解物粉末 で あ る 場 合 に は 、 他 方 が ア ル コ キ シ ド の 加水分解物粉 末以外 の も の の 配 合 物 を 水溶液 中 で 均一 に 混合 し 、 得 ら れ た ス ラ リ ー を 乾 燥 し た の ち 、 窒素 ま た は ア ン モ ニ ア 雰囲 気 中 で 1 3 0 0〜 1 5 5 0て 、 2 〜 1 0時間還元窒化焼成 す る こ と を 特徴 と す る ）9 一 サ イ ァ ロ ン 粉 末 の 製造方法 に あ る 。
    [0025] 本 ¾明 に し た が え ば、 ^ — サ イ ア ロ ン 含有率が少 な く と も 9 5童量 ％ 以上 の ^ — サ イ ア ロ ン 粉 末 を 製造 で き る 。 し か も 、 使用 す る 原料 は 容易 に 入手 可能 で あ り 、 そ の う え 最適原料 を 組合せ る よ う に し た 結果 、 従来法 で 使用 し た P H調整剤 を 用 い ず と も 原料 を 容 易 に 均一混 合 で き 、 かつ 焼成 の さ い も 固結 を 生 じ る こ と な く 、 ス ム ー ズ に 焼成 で き る 。
    [0026] ま た 、 原料 と し て シ リ カ 粉末 お よ び ア ル ミ ナ 粉末 を 用 い た 従来法 に 比 し 、 5 0〜 1 0 0 'C 低 い 温度 で 焼成 で き そ の 時間 も 3 0〜 6 0分短縮 す る こ と が で き る 。
    [0027] 特 に 、 本発 明 は 、 低 Z 値 の 一 サ イ ア ロ ン 粉 末 の 製 造 に 適 し て い る 。 発 明 を 実施 す る た め の 最良 の 形態
    [0028] 本発 明 に 使用 す る シ リ カ 質粉 末 と し て は 、 硅石 ゃ 石 英等 の 結 晶 質 シ リ カ 粉末、 水 ガ ラ ス 水溶液 を 中和 し 、 沈籙物 を 洗浄 し て 製造 さ れ た 非晶質 シ リ カ 粉末、 四 塩 化 け い 素 を 熱分解 し て 製造 さ れ た 非晶質 シ リ カ ァ エ ロ ジ ル、 シ リ コ ン ア ル コ キ シ ド を 加水分解 し て 得 ら れ る 非晶質 シ リ カ な ど が挙 げ ら れ る 。 そ の 平均粒径 は 3 m 以下 が好 ま し く 、 そ れ よ り 大 き い と 、 合成 し た — サ イ ア ロ ン 粉末 中 に 、 中 間生成物 （ 例 え ば、 酸窒化 け い 素 ） が残存 し 、 純度 を 低下 さ せ る の で 好 ま し く な い ア ル ミ ニ ウ ム 源 と し て 使用 す る ア ル ミ ナ 舍水物粉末 と し て は、 ①水酸化 ア ル ミ ニ ウ ム ， ②塩化 ア ル ミ ニ ゥ ム ， 硝酸 ア ル ミ ニ ウ ム 等 の ア ル ミ ニ ウ ム 塩 の 加水分解 物、 ③ ア ル ミ ニ ウ ム ア ル コ キ シ ド の 加水分解物等 が挙 げ ら れ る 。 そ の 平埒粒径 は 3 m 以下が好 ま し く 、 そ れ よ り 大 き い と 、 該粉末が均一 に分散 し に く く な り 、 生成 し た — サ イ ァ ロ ン粉末 の ほ か未反応酸化物 や 中 間生成物 が残 る の で 好 ま し く な い 。
    [0029] た だ し 、 上記 シ リ カ 質粉末 と ア ル ミ ナ 舍水物粉末 の う ち 、 シ リ コ ン ア ル コ キ シ ド 加水分解物 と ア ル ミ ニ ゥ ム ア ル コ キ シ ド 加 水分解物 を 組 み合 わせ て 使用 す る の は好 ま し く な い の で 、 本発明 力、 ら 除外 し た 。 こ れ は 重 要 な こ と で あ り 、 そ の 理由 は 前記従来法 2 ) で 説 明 し た よ う に 、 シ リ コ ン ァ ゾレ コ キ シ ド と ァ レ ミ ニ ゥ ム ァ ノレ コ キ シ ド と が加水分解 し 、 生成 し た 共沈物 が活性過 ぎ て 、 焼成 中 に 炉 内 で 固 結 し 、 炉 の 連 続運転 に 支 障 を き た す 場 合 が あ る か ら で あ る 。 ま た 、 該共沈物 を 造粒 し て 焼成 し た 場合 も 造粒物 の 表面 が緻密化 し 、 N 2 ガ ス が 造粒 物 内 部 に ま で 拡散 し に く く 、 還元 窒化反応 が 十 分
    [0030] 5 進行 し な い の で 好 ま し く な い 。
    [0031] よ っ て 本発 明 で は 、 上述 し た シ リ カ 質粉 末 と ア ル ミ ナ 舍 水 物粉末 に つ い て は シ リ コ ン ア ル コ キ シ ド 加 水分 解物、 ア ル ミ ニ ウ ム ア ル コ キ シ ド 加水分 解物 の 組 み 合 わ せ は 採 用 し な い 。 一方 が ア ル コ キ シ ド 加水分解物 で
    [0032] 1 0 あ る こ と は さ し つ か え な い 。
    [0033] 還元剤 と し て 使用 す る カ ー ボ ン 質粉 末 と し て は 、 フ ア ー ネ ス ブ ラ ッ ク ， ア セ チ レ ン ブ ラ ッ ク ， ラ ン プ ブ ラ ッ ク 等 の 力 一 ボ ン ブ ラ ッ ク の ほ か熱分解 し て 力 一 ボ ン を 生成 す る 有機化合物 が使用 で き 、 該 当 す る も の と し . i 5 て フ ヱ ノ ー ル樹脂 ， ユ リ ア 樹脂 ， エ ポ キ シ 樹 脂 ， フ ラ
    [0034] ン 樹脂 等 が挙 げ ら れ る 。
    [0035] シ リ カ 質粉末 ， ア ル ミ ナ 舍水 物粉末お よ び カ ー ボ ン 質粉末 の 配合 は以下 の 通 り 行 な う 。
    [0036] 前述 し た β — サ イ ァ 口 ン 粉末 の 化学式 Si " £ Ζ02Ν 8 - Ζ z 0 の Z 値 が 0.1 以上 4.2 以下、 好 ま し く は 0.25以上 3.5
    [0037] 以下 に な る よ う に ί己合す る 。 す な わ ち 、 シ リ カ 質粉 末 と ア ル ミ ナ 舍水物粉末 を 原子 比 で A £ / (Si + A ) が 0.1
    [0038] / 6·.0以上 4.2 / 6.0以下 で 配合 す る 。 A / ( S i + A ) が 0.1 よ り 小 さ い 場合 は 、 ァ ノレ ミ ニ ゥ ム 量が少 な く な り 過 ぎ 、 25 窒化 け い 素 の 組成 に 近 く な り 、 サ イ ア ロ ン 固有 の 性質 で あ る 耐酸化 性， 高温高強度等が発揮 で き な く な る の で 好 ま し く な い 。 ま た 、 A jg / (S i +A £ ) が 4.2よ り 大 き い と ア ル ミ 二 ゥ ム の 固 容量が多 く な り 過 ぎ 、 β — サ イ ァ ロ ン の 他 に A £ Νポ リ タ ィ プ が生成す る の で 好 ま し く な い 。
    [0039] カ ー ボ ン 質粉 末 の 配合量 は、 カ ー ボ ン 換算 で サ イ ァ 口 ン 生成 に 必要 な 理論量以上で あ れ ば よ い 。 し か し 、 そ の カ ー ボ ン 量 は 、 ^ — サ イ ア ロ ン の Z 値 に よ っ て 異 な る 。 例 え ば、 Z = 0.5 お よ び Z = 2.0 の β — サ イ ァ ロ ン 粉 末 の 生成反応 は、 シ リ カ 質粉末 お よ び ア ル ミ ナ 舍水物粉 末 を そ れ ぞ れ S i 02, A £ 203 と し て 表示 し た 場合、 下記 に 示す一般式（1) お よ び （2)で 表す こ と が で き る 。 こ れ を シ ひ 力 ， ア ル ミ ナ ， 力 一 ボ ン 相 当 の 重量比 で 示 す と 、 Z = 0. 5の 場合 は シ リ カ 100重量部， ア ル ミ ナ 7.7 重量部， 力 一 ボ ン 40.8重量部 と な り 、 ま た 、 Z = 2. 0 の 場合 は シ リ カ 100 重量部， ア ル ミ ナ 42. 4重量 部 、 カ ー ボ ン 44.9重量部 と な る 。 上記 の よ う に 、 Z 値 に よ っ て 理 力 一 ボ ン 量 は異 な る 。
    [0040] 22S i 02 + A £ z0 a + 15N 2 + 45C
    [0041] = 4Si 5 . 5 A £ 0 . 500. 5 N 7 * 5 十 45C0 式（1)
    [0042] 4S i 0 z + A £ 203 + 3 N z 十 9C
    [0043] = S i , h £ Z 02 N 6 + 9C0 式 （2) 実際 に ^ 一 サ イ ァ ロ ン 粉末 を 製造す る 場合、 カ ー ボ ン 添加量 は理論量以上 あ れ ば よ い が、 そ の 上限 は 経済 性 を 考慮す れ ば理 量 の 4 倍以下 で 十分 で あ る 。 理論 量 以下 で は 還 元 が 不 十分 で 、 中 間 生 成 物 で あ る 酸窒化 け い 素 が残存 し て 好 ま し く な い 。
    [0044] シ リ カ 質粉 末 ， ア ル ミ ナ 舍水 物 粉 末 お よ び カ ー ボ ン 質粉末 は 水 溶液 中 で 混合 し 、 ス ラ リ ー に す る 。 混 合 す る 場合 、 分散 剤 や ア ン モ ニ ア 等 の P H調整液 を 添加 し て も 技 術的 に 問題 は な い が、 敢 え て 添加 し な く て も よ い そ の 理 由 は 本発 明 で 使用 し て い る シ リ カ 質 粉 末 お よ び ア ル ミ ナ 舍水 物粉 末 が極 め て 混 合 し や す い こ と と 、 焼 成段階 で の 反 応 性 が高 い の で 、 ス ラ リ ー を 機械的 に 混 合 す る だ け で 十分 に 分 散 す る 力、 ら で あ る 。 混 合 に は ポ ッ ト ミ ル ゃ ァ ト ラ イ タ ー を 使用 す る 。
    [0045] 上 記 ス ラ リ ー は ス プ レ ー ド ラ イ ヤ ー 、 あ る い は フ ィ ル タ ー プ レ ス 等 で 脱 水 し た の ち ロ ー タ リ ー ド ラ イ ヤ ー で 乾燥す る 。
    [0046] そ の 乾 燥 原 料 を 窒 素 ま た は ァ ン モ ニ ァ 雰 囲 気 中 で 1300 - 1550 T . 2 〜 10時間焼成 す る こ と に よ り 、 /5 — サ イ ア ロ ン 粉末 が製造 さ れ る 。 本発 明 の 製法 は従来 の シ リ 力 粉末 お よ び ア ル ミ ナ 粉末 を 原料 と し た 製法 の 場 合 よ り 、 焼成 温度 で 50〜： LOO 'C 低 く て も よ い し 、 焼成 時間 を 30〜 60分 短 く し て も よ い 。 焼成 温度 が 1300て よ り 低 い 場合 は 、 中 間生成物 で あ る 酸窒化 け い 素 が残存 し た り し て 好 ま し く な い 。 一方、 1550 'C よ り 高 い 温度 で は 、 β - Si C が副生 す る の で 、 好 ま し く な い 。 焼成 時間 が 2 時間 よ り 短 い 場合 は 、 中 間生 成 物 で あ る 酸窒 化 け い 素 や 未反応 の 酸化物 が残存 す る の で 、 好 ま し く な い 。 焼成 時間 は 1 0時間以上 で も 技術的 に 問題 は な い が、 経済性 を 考 え れ ば 1 0時間 以 内 で 焼成 す る の が好 ま し い 。 焼成 は静 置式 の バ ッ チ 炉、 ま た は 0 . 2 讓 〜 5 腿 ^ 程度 に 造粒後、 回 転 キ ル ン や 流動焼成炉 で 行 っ て も よ い 。 上記方法 で 還元窒化焼成 し た 焼成物 に 未燃 力 一 ボ ン が舍 ま れ て い る 場合 は 、 一般 に 行わ れ る よ う に 6 0 0〜 8 0 0 'C 、 空気 中 で 加熱 し て 酸化除去す る 。
    [0047] 本発 明 の よ う に 、 シ リ カ 質粉末 ， ア ル ミ ナ 舍水物粉 末 お よ び カ ー ボ ン 質粉末 を 上記 の 方法 で 混合 ， 乾燥， 焼成す る こ と に よ り 、 高純度 一 サ イ ア ロ ン 粉末が製 造で き る の は、 以下 の 理 由 に よ る も の と 思わ れ る 。
    [0048] ^ 一 サ イ ア ロ ン 粉末 を 製造す る 場合、 配合割合 の 少 な い ア ル ミ ニ ゥ ム 源を 均一 に 混合 す る こ と が肝要で あ る 。 ア ル ミ ニ ウ ム 源 と し て 一般的 な ア ル ミ ナ 粉末を 使 用 し た 場合 、 水溶液 中 で 他 の 原料 と 混合 し て 均'一 に 分 散 さ せ る に は 、 水溶液 に ア ン モ ニ ア 等 の p H調整液 ま た は分散剤等 を 加 え て 、 ア ル ミ ナ 粉 末 の 表面 を 活性 に す る 必要が あ る 。 一方、 本発 明 の よ う に ア ル ミ ニ ウ ム 源 と し て ア ル ミ ナ 舍水物粉末 を 使用 し た 場合、 該粉末表 面が水酸基 （ 0 H基 ） で 被わ れて い る た め 、 水 と の な じ み が良 、 分散 しや す い 。 そ の た め 、 本発明 で は原料 を 永溶液 中 で 混合す る 際 に P H調整液 や分散剤等 を 加 え る 必要が な く 、 そ れ だ け製造 コ ス ト が低 く 、 混合操作 が単純 と な る 。 特 に ア ル ミ ニ ウ ム 量 の 少 な い 、 例 え ば Z = 0 . 5 , 1 . 0の よ う ナ β 一 サ イ ァ 口 ン 粉 末 を 製造 す る の に 適 し て い る 。 さ ら に 、 本 発 明 で は 、 ア ル ミ ナ 粉 末 を 原 料 と し て 使用 し た 場 合 よ り 低温 ， 短 時 間 で / ー サ ィ ァ ロ ン 粉末 を 製造す る こ と 力く で き る 。 こ れ は 上 記 の よ う に 原料 を 均一 に 混合 で き る こ と に も よ る が、 そ れ 以上 に ァ ル ミ ナ 舍水物粉末 が高活性 で あ る た め 、 還 元 窒 化反応 が し *Q 前 の 段 階 で シ リ カ 質粉末 と ア ル ミ ナ 舍 水 物粉 末 と 力、 ら k £ - S i — 0 - H系 化合物 ； よ び A £ — S i— 0 系 化 合 物 （ 一般 に A £ - S i ス ピ ネ ル と 言-わ れ て い る 。 ） が生成 す る た め と Ό わ れ る 。 こ れ ら 生成 物 は 既 に あ る o 程度 反応 が進行 し て い る た め 、 そ の 後 の 還元窒化 に よ り 容 易 に ^ 一 サ イ ァ ロ ン 粉末 が生成 し 、 通常 の ア ル ミ ナ を 原料 と し て 使用 し た 場 合 よ り 低温 ， 短時間 で ^ 一 サ ィ ァ ロ ン 粉 末が製造 で き る 。 通常 の ア ル ミ ナ を 原 料 と し て 用 い ¾ ϋ 、 焼成 中 に A ^ - S i -0- H系 や A £ - S i— 0 系 の よ う な 化合 物 は 途 中 段 階 で 生成せ ず、 S i 02 , A £ 20 の 状 態 で 還元窒化 が始 ま り 、 還元窒化反応 の 進行 と 共 に ァ ノレ ミ ニ ゥ ム と シ リ コ ン が固 溶 し て / — サ イ ア ロ ン が生成 す る も の と れ る 。 そ の た め 、 従来法 の 焼成 で は 本発 明 の 方法 よ り 、 高温 ， 長 時間行 わ れ な け れ ば 0 な ら な い 。
    [0049] 3； た 、 本発 明 で 示 し た 原料 を 使用 し 、 回 転 キ ル ン や 流動焼成炉 で 焼成 し た 場合、 シ リ コ ン ァ ル コ キ シ ド ， ァ ノレ ミ ニ ゥ ム ア ル コ キ シ ド を 使用 し た 場合 の よ う に 、 炉 内 で 原料 が固結化 す る こ と な く ^ 一 サ イ ア ロ ン 粉 末 5 が製造 で き る 。 実施例
    [0050] 次 に 本発 明 を 実施例 に よ つ て 説 明 す る 。
    [0051] Z = 0.5 の /S — サ イ ア ロ ン 粉末 を 下記 の 要領 で製造 し た 。 シ リ カ 質粉末 （ 多 木化学社製 ホ ワ イ ト カ ー ボ ン 「 ゼ ォ シ ー ル 1000 V 」 ま た は 共 立 窯 業社 製 硅 石 粉 「 S P 3 」 0.5 u m ) を 100 重量部 ， ア ル ミ ナ 舍水物 粉末 （日 本軽金属'社製 水酸化 ア ル ミ ニ ゥ 《A 「B1403J ) 11.8重量部 お よ び カ ー ボ ン 質粉末 （ 三菱化成社製 力 ー ポ' ン ブ、 ラ ッ ク 「 M A - 200 I B」 ） 70重量部 に 蒸留水 を 800 重量部加 え 、 ポ ッ ト ミ ル で 3 時間混合 し て 原料 ス ラ リ — を つ く っ た 。 該 ス ラ リ ー を ス プ レ ー ド ラ イ ヤ ー で 乾 燥 し た の ち 、 転動 造粒機で 1 MI に 造粒 し た 。 得 ら れ た 造粒物 を 小型流動層 式合成炉 に 供給 し 、 N 2ガ ス 気流 中 で、 表 一 1 に 示す焼成温度で 流動焼成 を 行 っ た 。 そ の 焼成物 を 700 'C , 5 時間 、 空気中 で 加熱 し て 脱 力 一 ボ ン を 行 っ た 。 得 ら れた 粉末 に つ い て X 線 回 折 を 行 つ た 。 実験条件 と X 線画 折結果 を 表 — 1 に ま と め た 。 い ずれ の 焼成 の 場合 も 固結す る こ と な く 、 高純度 の ^ 一 サ イ ァ 口 ン 粉末が製造で き た 。
    [0052] 比較例
    [0053] シ リ カ 質轵末 と し て 硅石粉 （ 共立窯業社製、 「SP3J 粒径 0.5 m ) ま た は ホ ワ イ ト カ ー ボ ン （ 多木化学社 製、 「 ゼ ォ シ ー ル 1000V」 ） ， ア ル ミ ナ 粉末 と し て ア ル ミ ナ 微粉 （ 昭和電工社製、 「160SG」 平均粒径 0.9 m) ま た は ア ル ミ ナ ァ エ ロ ジ ル （ 日 本 ァ エ ロ ジ ル 社 製 、 厂 A l um i n i um Ox i de C 」 、 平均粒 20 m ） を 使 用 し 、 前 記実 施例 と 同 様 な 組成 お よ び 同 様 な 操作 で 原料 を 混 合 ， 流動焼成 お よ び 脱 カ ー ボ ン を 行 っ た の ち 、 X 線 回 折 を 行 っ た 。 そ の 結果 を 表 — 2 に ま と め た 。 い ず れ の 場 合 も β - サ ィ ァ ロ ン 以外 に 他 の 不純 物 が生成 し て い た 。
    [0054] 業 上 の 利 用 可能性
    [0055] 本発 明 は 、 シ リ 力 質粉 末、 ア ル ミ ナ 舍水物 fcj 木 < よ び カ ー ポ ン 質粉末 か ら な る 原料 の 組 み 合 わ せ に 係 り 、 特 に シ リ カ 質粉 末 と ア ル ミ ナ 舍水物 粉 末 と に つ い て は 一方 が ア ル コ キ シ ド 加水分解物 を 用 い た 場合 、 他方 は 同 加水分解物以外 の も の を 用 い る こ と を 特徴 と し す： β 一 サ イ ァ ロ ン 粉末 を 製造す る 方法 で あ る 。 本 発 明 で 使 用 さ れ る 原料 は 容易 に 入 手 可能 で あ り 、 各ェ程 は 従来 の セ ラ ク ス 粉末製造装置 が そ の ま ま 利 用 で き 、 大 量生産が 可能 で あ り 、 し か も 高純度 の β — サ ィ ァ ロ ン 粉 末 が製造 で き る 点 力、 ら み て 、 本発 明 は 工 業的製造方 法 と し て 最 is で あ る
    [0056] ま た 、 製造 さ れ た — サ イ ア ロ ン 粉 末 は サ ィ ァ ロ ン 焼結体、 た と え ば ェ ン ジ ン 部品、 切 削 工 具 用 部材 そ の 他 を 製造 す る さ い の 原料 と し て 大 い に 利 用 で § る 。 原 料 焼 成 条 件 X線回折結栗
    [0057] 画 IJ
    [0058] シリカ 粉末 アルミナ舍水物粉末 温 度 c) 時 間 (hr) —サイアロン - - Si3N
    [0059] 1 ホワイ トカ一ボン フ纖化アルミニウム 1520 3 95 5
    [0060] (非晶質）
    [0061] 2 〃 1480 6 o
    [0062] 3 〃 〃 1350 10 100 0
    [0063] 4 石 粉 〃 1480 6 100 0
    [0064] 5 〃 1350 10 100 0
    [0065] 2 原 料 焼 成 条 件 X線回折結果 （重量％) シリカ 粉末 アルミナ粉末 ¾ (°C) 時間 (hr) β -ϋィァノ ar-Si 3N4 Si 20Nz ムライト質
    [0066] 1 ホワイ トカ一ボン アルミナ微粉 1520 3 90 3 2 5
    [0067] (¾¾S)
    [0068] 2 〃 1480 6 80 8 5 7
    [0069] 3 ノ / アルミナァエロジル 1350 10 82 2 8 8
    [0070] (非晶質）
    [0071] 4 硅 石 粉 アルミナ微粉 1480 6 90 0 4 6
    [0072] 5 ァノレミナァエロジル 1350 10 90 0 0 10
    [0073] (非晶質）
    权利要求:
    Claims請求 の 範囲
    (1) シ リ カ 質粉末、 ア ル ミ ナ 舍水物粉末 お よ び カ ー ボ ン 質粉末 の 配合物 で あ っ て 、 シ リ カ 質粉 未 お よ び ア ル ミ ナ 舍水物粉末 の う ち 、 一方が ア ル コ キ シ ド の 加水分 解物粉 末 で あ る 場合 に は 、 他方 が ア ル コ キ シ ド の 加水 分解物粉末以外 の も の の 配合物 を 水溶液 中 で 均一 に 混 合 し 、 得 た ス ラ リ ー を 乾燥 し た の ち 、 窒素 ま た は ア ン モ ユ ア 雰 囲気 中 で 1300〜 1550て 、 2 〜 10時間還元窒化 焼成 す る こ と を 特徴 と す る 一 サ イ ァ ロ ン 粉 末 の 製造 方法。
    (2) β 一 サ イ ァ 口 ン 粉末 の 化学式 Si z A £ zOzN 8 - 2 に お け る Z 値が 0.1 〜 2 で あ る ク レ ー ム （1) の 製造方 法、
    (3) β 一 サ イ ァ 口 ン 粉末 の 化学式 Si 6- 2 A i z 0z N a - z に お け る Z 値が 0.25〜 3.5 で あ る ク レ ー ム （1) の 製造方 法、
    (4) β 一 サ イ ァ 口 ン 粉末 の 化学式 Siに ζ Α ϋ z OzN 8 - z に お け る Z 値が 0 , 1 〜 1.0 で あ る ク レ ー ム （1) の 製造方 法、
    (5) シ リ カ 質粉末 が結晶質 シ リ カ 粉末、 水 ガ ラ ス か ら 製造 さ れた 非晶質 シ リ 力 粉末、 四 塩化 け い 素か ら 製造 さ れ た 非晶質 シ リ カ ァ エ ロ ジ ル ま た は シ リ コ ン ア ル コ キ シ ド を 加水分解 し て 得 ら れた 非晶質 シ リ 力 粉 末 で あ る ク レ ー ム （1) の 製造方法、
    (6) シ リ 力 質粉末 の 平均粒径が 3 m 以下 で あ る ク レ I T ー ム （1) の 製造方 法 、
    (7) ア ル ミ ナ 舍 水物 粉 末 が水酸化 ア ル ミ ニ ウ ム 、 塩 化 ァ ノレ ミ ニ ゥ ム 、 硝酸 ァ ノレ ミ ニ ゥ ム 、 ま た は ァ ノレ ミ ニ ゥ ム ア ル コ キ シ ド の 加 水分解 で あ る ク レ ー ム （1) の 製 造方 法、
    (8) ア ル ミ ナ 舍水 物粉 末 が水酸化 ア ル ミ ニ ウ ム で あ る ク レ ー ム （1) の 製造 方法 、
    (9) ア ル ミ ナ 舍水 物粉 末 の 平均粒径 が 3 m 以 下 で あ る ク レ ー ム （1) の 製 造方法、
    (10) カ ー ボ ン 質粉末 力く フ ァ ー ネ ス ブ ラ ッ ク 、 ァ セ チ レ ン ブ ラ ッ ク 、 ラ ン プ ブ ラ ッ ク ま た は 熱 分 解 に よ り カ ー ボ ン を 生成 す る 有機化合物 で あ る ク レ ー ム （1) の 製 造方 法、
    (11) カ ー ボ ン 質粉 末 が フ ユ ノ ー ル樹脂、 ユ リ ア 樹脂 、 エ ポ キ シ 樹脂 ま た は フ ラ ン 樹 脂 で あ る ク レ ー ム （1) の 製 造方法、
    (13 カ ー ボ ン 質粉末 の 配 合 量 が カ ー ボ ン 換 算 で 生成 す る / — サ イ ァ ロ ン の Z 値 に 対応 し た 理論 量以上 な い し 理論量 の 4 倍 ま で の 量 で あ る ク レ ー ム （1) の 製造方法、
    (13) ス ラ リ ー の 乾燥 を ス プ レ ー ド ラ イ ヤ ー で 行 な う ク レ ー ム （1) の 製 造方法、
    (14) 乾燥原料 を 直 径 0 . 2 〜 5 翻 の 大 き さ に 造粒 し た の ち 、 造粒物 を 還 元 窒化焼成 す る ク レ ー ム （1) の 製造方法
    (15) 還元窒化焼成 さ れ た /5 — サ イ ア ロ ン 粉 末 を 6 0 0 〜 0 0 て 、 空気 中 で 加熱 し て 未燃 カ ー ボ ン を 酸 化 し 、 除 去 す る ク レ ー ム （1) の 製造方法。
    06) ^ 一 サ イ ア ロ ン 粉末中 の 一 サ イ ア ロ ン 含有量 が 98重量 ％ 以上 で あ る ク レ ー ム （1) の 製造方法 、
    07; 一 サ イ ア ロ ン 粉末 中 の 一 サ イ ア ロ ン 含有量 が 100 重量 ％ で あ る ク レ ー ム （1) の 製造方法。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    GB9009286D0|1990-07-25|
    GB2232150A|1990-12-05|
    JPH0274508A|1990-03-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-03-22| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE GB US |
    1990-09-20| RET| De translation (de og part 6b)|Ref document number: 3991023 Country of ref document: DE Date of ref document: 19900920 |
    1990-09-20| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 3991023 Country of ref document: DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP63/222558||1988-09-07||
    JP63222558A|JPH0274508A|1988-09-07|1988-09-07|Production of beta-sialon powder|DE19893991023| DE3991023T1|1989-08-22|1989-08-22|Verfahren zum herstellen von -sialonpulver|
    GB9009286A| GB2232150A|1988-09-07|1990-04-25|Process for producing beta-sialon powder|
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