氮化硅粉末及其制造方法与流程

本公开涉及一种氮化硅粉末及其制造方法。

背景技术：

1、氮化硅由于是强度、硬度、韧性、耐热性、耐腐蚀性、耐热冲击性等优异的材料，因此被用于压铸机和熔化炉等各种工业用部件、以及汽车部件等。此外，由于氮化硅在高温下的机械特性也优异，因此正在研究将其用于要求高温强度、高温蠕变特性的燃气轮机部件。专利文献1中记载一种氮化硅质烧结体，其特征在于，常温下的导热率为100～300w/(m·k)，常温下的3点弯曲强度为600～1500mpa。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：日本专利特开2004-262756号公报

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、对于氮化硅烧结体，要求进一步提高机械特性。由于氮化硅烧结体是通过烧结氮化硅粉末而获得的，因此可以认为氮化硅粉末的性状会影响氮化硅烧结体的弯曲强度。

3、在烧结氮化硅粉末时，氮化硅粒子暂时溶解于烧结助剂的熔体中，然后氮化硅再析出并发生晶粒生长。在此过程中，发生向热力学上更稳定的β相的相变。伴随这种相变的氮化硅的晶粒生长使氮化硅粉末烧结，成为烧结体。此时，通过使用热力学不稳定的α相比例多的氮化硅，可以提高所得烧结体的性状（例如弯曲强度等）。然而，α化率（α相相对于氮化硅总质量的比例）高的氮化硅，可以通过酰亚胺热分解法的化学合成法、或通过高温下的晶体生长形成自形粒子的高温气相法获得。在这些制法中，副产物的产生多，且需要应对装置的腐蚀等，因此生产率低，所得的氮化硅粉末和氮化硅烧结体倾向于价格昂贵。因此，若能够提供一种可提供发挥优异弯曲强度的烧结体的、α化率不那么高的氮化硅粉末，则为有用。

4、以金属硅为起始原料的直接氮化法，由于其为伴随剧烈放热的放热反应，因此难以控制反应速度。结果通过直接氮化法所得的氮化硅相对于化学合成法和高温气相法所得的氮化硅的α化率较低。另一方面，在直接氮化法中，由于不生成副产物，因此氮化硅的产率较高，生产率良好。然而，由于含有β相，因此将通过直接氮化法生产的氮化硅粉末直接作为烧结体原料时，在烧结体的性状方面存在改善的余地。

5、本公开的目的在于提供一种可制备弯曲强度优异的烧结体的、α化率不那么高（α化率为96.0质量%以下）的氮化硅粉末。本公开还提供一种能够以更低成本制造上述氮化硅的制造方法。

6、解决问题的技术手段

7、本公开的一个侧面提供以下的氮化硅粉末。

8、[1] 一种氮化硅粉末，其α化率为96.0质量%以下，

9、在利用激光衍射·散射法的粒度分布测定装置测定的体积基准的粒径累积分布中，将从小粒径侧的累计值达到整体的97%时的粒径设为d97时，d97为2.25μm以下。

10、上述[1]的氮化硅粉末，其α化率为96.0质量%以下，且上述d97为2.25μm以下。对于α化率不那么高的氮化硅粉末，在烧结体制造过程中，具有热力学上比较稳定的β相的氮化硅不熔融而残留，作为晶粒生长的核优先进行晶粒生长，从而烧结体中含有粗大粒子。当烧结体具有包含粗大粒子等不均匀组织时，在受到外部力时会产生应力集中，弯曲强度倾向于降低。在作为α化率高的氮化硅粉末的情况下，在烧结体制造过程中容易熔融，因此原料的粒径不成为大问题，但在抑制α化率的情况下，可能会成为问题。另一方面，上述[1]的氮化硅粉末，其d97被调整至规定值以下的粒径较小，因此即使在通过常规方法制造烧结体的情况下，也能够使氮化硅的熔融充分进行，即使具有β相的氮化硅不熔融而开始晶粒生长，也能够抑制其与通过再析出产生的新氮化硅粒子之间的粒径差。因此，所得的烧结体的氮化硅粗大粒子的比例降低，受到外部力时的应力集中减少，能够发挥优异的弯曲强度。

11、上述[1]的氮化硅粉末，也可以为以下[2]或[3]。

12、[2] 根据[1]所述的氮化硅粉末，在所述累积分布中，将从小粒径侧的累计值达到整体的10%时的粒径设为d10，将从小粒径侧的累计值达到整体的50%时的粒径设为d50，将从小粒径侧的累计值达到整体的90%时的粒径设为d90时，

13、（d90-d10）/d50为1.70以下。

14、[3] 根据[1]或[2]所述的氮化硅粉末，氧含量为0.65～1.60质量%。

15、上述[2]的氮化硅粉末的（d90-d10）/d50为1.70以下。这种氮化硅粉末的粒径偏差更小，当将该氮化硅粉末用作烧结体原料时，可抑制所得烧结体之间的弯曲强度偏差。换言之，使用上述氮化硅粉末制造多个烧结体时，能够增大弯曲强度的威布尔系数。由此，能够稳定地制造弯曲强度优异的烧结体。

16、上述[3]的氮化硅粉末的氧含量为0.65～1.60质量%。具有上述氧含量的氮化硅粉末能够在提高烧结时的反应性的同时，抑制因氧引起的烧结体脆化。因此，可以进一步提高烧结体的弯曲强度。

17、本公开的一个侧面提供以下的氮化硅粉末的制造方法。

18、[4] 一种氮化硅粉末的制造方法，其包括以下工序：在利用激光衍射·散射法的粒度分布测定装置测定的体积基准的粒径累积分布中，将从小粒径侧的累计值达到整体的97%时的粒径设为d97时，将α化率为96.0质量%以下的原料氮化硅粉末的粒度调整至d97为2.25μm以下。

19、上述[4]的氮化硅粉末的制造方法是通过将α化率不那么高的氮化硅粉末用作原料并进行粒度调整来制造目标氮化硅粉末的相对简便的方法。因此，相较于作为发挥优异弯曲强度的烧结体原料的α化率较高的氮化硅粉末的制造成本，能够以更低成本制造氮化硅粉末。此外，通过上述[4]的制造方法获得的氮化硅粉末，由于粒度被调整至上述d97为2.25μm以下，因此粒径的均匀性高，能够制造具有高弯曲强度的烧结体。

20、上述[4]的氮化硅粉末的制造方法也可以为以下[5]或[6]。

21、[5] 根据[4]所述的氮化硅粉末的制造方法，所述调整粒度的工序为使用气流分级器，在旋回气流速度为100～300m/s的条件下对所述原料氮化硅粉末进行分级来调整粒度。

22、[6] 根据[4]或[5]所述的氮化硅粉末的制造方法，所述调整粒度的工序为：在所述累积分布中，将从小粒径侧的累计值达到整体的10%时的粒径设为d10，将从小粒径侧的累计值达到整体的50%时的粒径设为d50，将从小粒径侧的累计值达到整体的90%时的粒径设为d90时，

23、将粒度调整至（d90-d10）/d50为1.70以下。

24、上述[5]的氮化硅粉末的制造方法，通过使用气流分级器在规定的条件下进行分级来调整氮化硅粉末的粒度。通过这种分级来调整氮化硅粉末的粒度，相较于混合不同粒度的粉末或通过粉碎进行粒度调整等，能够更简便地制造所需的氮化硅粉末。

25、发明的效果

26、根据本公开，可以提供一种可制备弯曲强度优异的烧结体的、α化率不那么高的氮化硅粉末。根据本公开，还可以提供一种能够以更低成本制造上述氮化硅的制造方法。