(57)【要約】【課題】            ロータリーキルン炉を用いた非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の焼成による窒化ケイ素粉末の製造方法おいて、ロータリーキルン炉の炉心管寸法に関わらず、結晶化度およびα分率が高い窒化ケイ素粉末を常に製造することができる窒化ケイ素粉末の製造方法を提供する。【解決手段】        ロータリーキルン炉を用いて、比表面積が４００〜１２００ｍ２／ｇである非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、前記炉心管内に前記炉心管入口より投入し、前記炉心管内で層状に流動させながら、窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下、１４００〜１７００℃の最高温度で焼成し、前記炉心管出口より取り出す窒化ケイ素粉末の製造方法であって、前記炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを１〜８ｃｍの範囲に維持することを管理指標として窒化ケイ素粉末を製造することを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方法を提供する。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の炉心管を備える外熱式ロータリーキルン炉を用いて、比表面積が４００〜１２００ｍ２／ｇである非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、前記炉心管内に前記炉心管入口より投入し、前記炉心管内で層状に流動させながら、窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下、１４００〜１７００℃の最高温度で焼成し、前記炉心管出口より取り出す窒化ケイ素粉末の製造方法であって、前記炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを１〜８ｃｍの範囲に維持することを管理指標として窒化ケイ素粉末を製造することを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方法。
【請求項２】
前記最高温度が１４５０〜１５５０℃であることを特徴とする請求項１記載の窒化ケイ素粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大量生産に適したロータリーキルン炉を用いた非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の焼成による窒化ケイ素粉末の製造方法おいて、ロータリーキルン炉の炉心管の内径に関わらず、焼結特性に優れた窒化ケイ素粉末を常に製造できる、窒化ケイ素粉末の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ケイ素粉末を成形し加熱焼結することで得られる窒化ケイ素焼結体は、機械的強度、耐蝕性、耐熱衝撃性、熱伝導性、電気絶縁性等に優れているため、切削チップやボールベアリング等の耐摩耗用部材、自動車エンジン部品等の高温構造用部材、回路基板等として使用されている。窒化ケイ素焼結体は、通常、窒化ケイ素粉末に焼結助剤を混合し、プレス成形、射出成形、押し出し成形等によって成形体とし、これを焼結することによって製造される。
【０００３】
良好な機械的特性を示す窒化ケイ素焼結体を製造するには、焼結特性が良好な窒化ケイ素粉末、すなわち、結晶化度が高く、高α分率の粒状結晶からなる窒化ケイ素粉末が必要とされる。このような高品質の窒化ケイ素粉末を製造する方法として、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物を窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下で焼成する方法が既に知られている。
【０００４】
以上のような高品質の窒化ケイ素粉末の製造方法として、特許文献１には、非晶質窒化ケイ素粉末及び／又は含窒素シラン化合物（後述する本発明の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末と同一の化合物のことであり、以下非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末と記す）を圧縮成形して、嵩密度０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３、短軸径１ｍｍ以上、かつ長軸径２０ｍｍ以下の顆粒状物とした上で、この顆粒状物を、１２００〜１４００℃の温度範囲全域における昇温速度を１０℃／分以下にして焼成することが開示されている。しかしながら、特許文献１の実施例を見てもわかるように、この製造方法は、室温から加熱し最高焼成温度での保持が終了するまでの焼成時間が６．５〜８．３時間にも及び、生産速度と所要電力の面で、低コストで生産性が高い製造方法とは言い難い。
【０００５】
一方、以上のような高品質の窒化ケイ素粉末を大量に生産できる製造方法として、特許文献２には、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を圧縮成形して、嵩密度０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３ 、短軸径１ｍｍ以上、かつ長軸径２０ｍｍ以下の顆粒状物とし、該顆粒状物を、連続焼成炉、具体的にはロータリーキルン炉を用いて１４００〜１７００℃の温度で焼成する窒化珪素粉末の製造法が開示されている。同公報には、ロータリーキルン炉等の連続焼成炉を用いることにより、窒化ケイ素粉末を短時間で大量に生産できると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２０９７０６号公報
【特許文献２】特開平５−１４８０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示されているようなロータリーキルン炉を用いた製造方法は窒化ケイ素粉末の大量生産に適した方法ではあるものの、実際に窒化ケイ素粉末の生産量を上げるために、ロータリーキルン炉の炉心管の内径を大きくして、炉心管への原料の供給量を増やすと、炉心管の内径によっては、結晶化度およびα分率のいずれもが高い窒化ケイ素粉末が得られなくなる問題が生じた。つまり、これまではロータリーキルン炉の炉心管の内径を大きくして生産量を上げても、常に結晶化度およびα分率が高い窒化ケイ素粉末を製造し得る技術指標が得られていなかった。結晶化度またはα分率が高い窒化ケイ素粉末は、次に説明するように、窒化ケイ素焼結体の原料として有用である。
【０００８】
結晶化度が高い窒化ケイ素粉末、すなわち非晶質窒化ケイ素の含有比率が低い窒化ケイ素粉末を焼結すると、焼結時に、焼結速度が均一になる。したがって、結晶化度が高い窒化ケイ素粉末を焼結して得られる焼結体は、内部に残留気孔が少なく、また粒子のアスペクト比（長軸径／短軸径比）が大きいので、室温および高温の機械的強度が大きい。
【０００９】
α分率が高い窒化ケイ素粉末、すなわちβ分率が低い窒化ケイ素粉末を焼結すると、焼結時に、窒化ケイ素のα相からβ相への転移に伴って生じる柱状結晶の成長が促進される。したがって、得られる窒化ケイ素焼結体は、アスペクト比の大きい柱状結晶の割合が高くなるので、破壊靱性が大きい。
【００１０】
以上のように、ロータリーキルン炉で非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成する窒化ケイ素粉末の製造方法は、大量生産に適した製造方法ではあるものの、生産量を拡大するためにロータリーキルン炉の炉心管の内径を大きくすると、機械的性質が良好な窒化ケイ素焼結体を得るに必要な、結晶化度およびα分率が高い窒化ケイ素粉末を安定的に得ることが困難になる課題を有していた。そこで、本発明の目的は、ロータリーキルン炉を用いた非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の焼成による窒化ケイ素粉末の製造方法おいて、ロータリーキルン炉の炉心管の内径に関わらず、結晶化度およびα分率が高い窒化ケイ素粉末を常に製造することができる窒化ケイ素粉末の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、円筒状の炉心管を備える外熱式ロータリーキルン炉を用いて、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下で焼成し、窒化ケイ素粉末を製造する方法について鋭意研究を重ねた結果、ロータリーキルン炉の炉心管出口での粉末層の最大厚さを特定の範囲に維持することを管理指標とすると、炉心管の内径に関わらず、結晶化度およびα分率が高い、具体的には、結晶化度が９８％以上で、α分率が８５％以上の窒化ケイ素粉末を常に製造できることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち本発明は、水平方向に対して傾斜させた円筒状の炉心管を備える外熱式ロータリーキルン炉を用いて、比表面積が４００〜１２００ｍ２／ｇである非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、前記炉心管内に前記炉心管入口より投入し、前記炉心管内で層状に流動させながら、窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下、１４００〜１７００℃の最高温度で焼成し、前記炉心管出口より取り出す窒化ケイ素粉末の製造方法であって、前記炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを１〜８ｃｍの範囲に維持することを管理指標として窒化ケイ素粉末を製造することを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方法に関する。
【００１３】
また本発明は、前記最高温度が１４５０〜１５５０℃であることを特徴とする窒化ケイ素粉末の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、どのような内径の炉心管を用いても、結晶化度が高く、高α分率の窒化ケイ素粉末を製造することができるので、焼結特性に優れた窒化ケイ素粉末を、安価に大量に製造することが可能になる。また、使用するロータリーキルン炉の設備規模によって生産量を調整しても、本発明の管理指標を用いて窒化ケイ素粉末を製造することで、常に焼結特性に優れた窒化ケイ素粉末を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のロータリーキルン炉の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の模式図である。
【図２】炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが８ｃｍより大きい場合の、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の断面の模式図である。
【図３】炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを測定するためのゲージを、ロータリーキルン炉の炉心管出口に設置した覗き窓の外側に付けた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に関わる窒化ケイ素粉末の製造方法を詳細に説明する。
【００１７】
本発明では、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下で焼成して、窒化ケイ素粉末を製造する。本発明で使用する非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物とは、シリコンジイミド、シリコンテトラアミド、シリコンクロルイミド等の含窒素シラン化合物の一部又は全てを加熱分解して得られるＳｉ、Ｎ及びＨの各元素を含む非晶質の化合物、又は、Ｓｉ及びＮを含む非晶質窒化ケイ素のことであり、以下の組成式（１）で表される。
Ｓｉ６Ｎ２ｘ（ＮＨ）１２−３ｘ・・・・（１）
（ただし、式中ｘ＝０．５〜４であり、組成式には明記しないが、不純物としてハロゲンを含有する化合物を含む）
【００１８】
なお、本発明においては、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物は、組成式（１）において、ｘ＝０．５で表されるＳｉ６Ｎ１（ＮＨ）１０．５からｘ＝４で表される非晶質Ｓｉ３Ｎ４までの一連の化合物を総て包含しており、ｘ＝３で表されるＳｉ６Ｎ６（ＮＨ）３はシリコンニトロゲンイミドと呼ばれている。
【００１９】
本発明に係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、シリコンクロルイミド等が用いられる。これらの化合物は以下の組成式（２）で表される。本発明においては、便宜的に、以下の組成式（２）においてｙ＝８〜１２で表される含窒素シラン化合物をシリコンジイミドと表記する。
Ｓｉ６（ＮＨ）ｙ（ＮＨ２）２４−２ｙ・・・・（２）
（ただし、式中ｙ＝０〜１２であり、組成式には明記しないが、不純物としてハロゲンを含有する化合物を含む）
【００２０】
本発明に係る非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末は、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等によって製造される。
【００２１】
また、本発明に係る非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末としては、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１２００℃以下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等によって製造されたものが用いられる。
【００２２】
本発明には、窒化ケイ素粉末の原料として、比表面積が４００〜１２００ｍ２／ｇの非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を用いる。非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の比表面積が４００ｍ２／ｇよりも小さいと、焼成時の１０００〜１４００℃の温度範囲で急激な結晶化が起こり、得られる窒化ケイ素粉末中に針状粒子や凝集粒子が生成してしまう。このような粉末で焼結体を作製しても均質な組織が形成されず、得られる焼結体の強度が小さくなる。一方、比表面積が１２００ｍ２／ｇより大きいと、得られる窒化ケイ素粉末のα分率が小さくなるので、焼結性が悪化し、焼結体の強度が小さくなる。
【００２３】
非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の比表面積は、その原料となる含窒素シラン化合物の比表面積と、含窒素シラン化合物を加熱分解する際の最高温度で調節できる。含窒素シラン化合物の比表面積を大きくするほど、また前記加熱分解時の最高温度を低くするほど、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の比表面積を大きくすることができる。含窒素シラン化合物の比表面積は、含窒素シラン化合物がシリコンジイミドである場合には、例えば特許文献２に示す公知の方法、すなわちハロゲン化ケイ素と液体アンモニアとを反応させる際のハロゲン化ケイ素と液体アンモニアとの比率（ハロゲン化ケイ素／液体アンモニア（体積比））を変化させる方法により調節することができる。前記ハロゲン化ケイ素／液体アンモニアを大きくすることで含窒素シラン化合物の比表面積を大きくすることができる。
【００２４】
本発明においては、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下に焼成するに際し、水平方向に対して傾斜させた円筒状の炉心管を備え、該炉心管を軸芯周りに回転させつつ外側から加熱することで、前記炉心管内に投入された被加熱物を焼成する外熱式ロータリーキルン炉を用いて、上述の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を１４００〜１７００℃の温度で焼成する。焼成温度が１４００℃より低いと、十分に結晶化せず、窒化ケイ素粉末中に多量の非晶質窒化ケイ素粉末が含まれるので好ましくない。また、焼成温度が１７００℃より高いと、粗大結晶が成長するばかりでなく、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。
【００２５】
非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末は、顆粒状物に成形して炉心管内に投入することが好ましく、その顆粒状物は、直径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが特に好ましい。非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を顆粒状に成形すると、炉心管内での非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の流動性が向上し、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の結晶化に伴って発生する結晶化熱の放熱性が良くなるので、得られる窒化ケイ素粉末の品質の均一性が向上するからである。顆粒物の直径が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である場合は、特に非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の流動性が良くなり、得られる窒化ケイ素粉末の品質の均一性が特に良くなる。
【００２６】
本発明で使用するロータリーキルン炉は、水平方向に対して傾斜させた円筒状の炉心管を備え、該炉心管を軸芯周りに回転させつつ該炉心管をその外側から加熱することで、該炉心管内に、該炉心管の片端に設置された該炉心管入口より供給された原料を焼成し、その焼成物を該炉心管の片端に設置された該炉心管出口より取り出す外熱式ロータリーキルン炉である。一般に、ロータリーキルン炉においては、水平方向に対して傾斜させた円筒状の炉心管の高い側に設けられた入口から原料粉末が供給されると、供給された原料粉末は、炉心管の断面方向には、炉心管の回転と粉末層の最大傾斜方向へのすべりにより渦巻運動をする。そして、軸方向には、炉心管の傾斜により粉末が炉心管の低い側に設けられた出口方向に移動し排出される。本発明においては、本発明のロータリーキルン炉の炉心管内に炉心管入口より非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を供給し、炉心管内で焼成して結晶化し、炉心管出口より窒化ケイ素粉末を取り出す。なお、本発明においては、ロータリーキルン炉の炉心管内に供給されるまでの非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を原料粉末と称することがある。また、焼成時に炉心管内を流動する粉末を被焼成粉末と称することがある。被焼成粉末には、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末と窒化ケイ素粉末とがある。
【００２７】
ロータリーキルン炉での焼成における炉心管内部の最高温度、即ち焼成温度は１４００〜１７００℃の範囲、好ましくは１４５０〜１５５０℃の範囲である。焼成温度が１４００℃より低いと、窒化ケイ素粉末が十分に結晶化せず、窒化ケイ素粉末中に多量の非晶質窒化ケイ素が含まれ、結晶化度が高い窒化ケイ素粉末が得られない。また、焼成温度が１７００℃より高いと、粗大結晶が成長したり、窒化ケイ素粉末の一部またはすべてが分解して、焼結性が良好な窒化ケイ素粉末が得られない。
【００２８】
本発明では、ロータリーキルン炉を用いて非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を窒素含有不活性ガス雰囲気下又は窒素含有還元性ガス雰囲気下に焼成する際に、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを１〜８ｃｍの範囲に維持することを管理指標とする。
【００２９】
ロータリーキルン炉の炉心管の内径に関わらず、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが１ｃｍ未満の場合は、得られる窒化ケイ素粉末のβ分率が大きくなってα分率が低下する。焼成時の最高温度を１４００℃より低くすることで、α分率の低下は抑制できるが、その場合、前述の通り、結晶化度が高い窒化ケイ素粉末は得られない。
【００３０】
一方、ロータリーキルン炉の炉心管の内径に関わらず、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが８ｃｍを超える場合は、得られる窒化ケイ素粉末の結晶化度が低くなる。焼成時の最高温度を１７００℃より高くすれば結晶化度を高くできるが、焼成時の最高温度を１７００℃より高くすると、前述の通り、粗大結晶が成長する、あるいは窒化ケイ素粉末の一部またはすべてが分解するので、焼結性が良好な窒化ケイ素粉末は得られない。
【００３１】
本発明に係る炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さとは、窒化ケイ素粉末が炉心管出口から取り出される直前の、窒化ケイ素粉末の粉末層の底から表面までの距離の最大値であり、窒化ケイ素粉末の炉心管出口からの排出に伴う粉末層の表面形状の崩壊が生じる直前の窒化ケイ素粉末の粉末層の厚さである。本発明に係る炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、以下のようにして算出することができる。
【００３２】
図１は、炉心管出口からの排出に伴う粉末層の表面形状の崩壊が生じる直前の、窒化ケイ素粉末が層状に流動している様子を表すロータリーキルン炉の炉心管内の断面の模式図である。炉心管内を流動する窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さ、すなわち、窒化ケイ素粉末の粉末層の底から表面までの距離の最大値は、窒化ケイ素粉末の粉末層の表面と直角に交差する炉心管内の断面の中心線（図１のＡ）上の、炉心管内壁から窒化ケイ素粉末の粉末層の表面までの距離である。
【００３３】
本発明においては、炉心管出口からの排出に伴う粉末層の表面形状の崩壊が生じる直前の位置における窒化ケイ素粉末の粉末層を、粉末層の厚さ方向に対して垂直な向きから観察できるように、炉心管出口側に覗き窓を設ける。そして、粉末層の表面形状の崩壊が生じる直前の位置における窒化ケイ素粉末の粉末層の、粉末層の表面と直角に交差する炉心管内の断面の中心線（図１のＡ）上の、粉末層の表面から粉末層の底ではない方の炉心管内壁までの距離（図１のＢの長さ）を、覗き窓の外側に付けられたゲージで測定するか、覗き窓から撮影した画像の画像解析により測定する。炉心管内径から、測定された「図１のＢの長さ」を差し引いた距離が窒化ケイ素粉末の粉末層の底から表面までの距離の最大値であり、本発明の窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さである。
【００３４】
次に、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを特定の範囲に維持することを管理指標とすることで、結晶化度およびα分率が高い窒化ケイ素粉末が常に得られる理由を考察する。
【００３５】
本発明に係る窒化ケイ素粉末の結晶化度およびα分率に影響を与えるのは、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の結晶化挙動である。一方、炉心管出口における窒化ケイ素粉末は、結晶化が完了した粉末であり、炉心管出口より取り出される窒化ケイ素粉末、すなわち本発明で得られる窒化ケイ素粉末である。したがって、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを特定の範囲に維持することは、窒化ケイ素粉末の結晶化度およびα分率に影響を与える非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の結晶化挙動に直接影響を与えるわけではない。
【００３６】
しかし、次の理由により、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを特定の範囲に維持することが、窒化ケイ素粉末の結晶化度およびα分率に影響を与える非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の結晶化挙動に間接的に影響を与えると考えられる。
【００３７】
原料の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の密度はほぼ一定であり、得られる窒化ケイ素粉末の密度も特定の高い結晶化度とα分率とを有する粉末ならばほぼ一定である。また、所定の炉心管内に投入される非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の質量と得られる窒化ケイ素粉末の質量との比も、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物の結晶化時の分解に伴う質量減少率がほぼ一定であるので、ほぼ一定である。したがって、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さとの比は常にほぼ一定の値になる。つまり、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを特定の範囲に維持すれば、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さを特定の範囲に維持できることになる。したがって、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを特定の範囲に維持することは、間接的に非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の結晶化挙動に影響を与えると考えられる。結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さは、その位置が炉心管の入口からも出口からも離れていて測定が困難であるので、本発明の窒化ケイ素粉末の製造方法は、これに替えて、測定が容易な炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを管理指標とするものである。
【００３８】
次に、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さを、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが１〜８ｃｍになる場合に対応する特定の範囲に維持して、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成して窒化ケイ素粉末を製造すると、結晶化度およびα分率が高い窒化ケイ素粉末をロータリーキルン炉の炉心管の内径に関わらず製造することができる理由について考察する。
【００３９】
炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが１ｃｍ未満の場合、すなわち、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さが小さい場合は、次のようなメカニズムによって、得られる窒化ケイ素粉末のα分率が低くなると考えられる。
【００４０】
非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層と炉心管内壁との間にすべりが生じて、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末が渦巻運動をしなくなり、その流動性が悪くなる。非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末が、流動性が悪い状態で焼成されると、結晶化熱が粉末層から除去されにくくなって、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の温度が急激に上昇し、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の少なくとも一部が１７００℃を超える。非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の温度が局所的にでも短時間でも１７００℃を超えることで、窒化ケイ素の高温型結晶であるβ型結晶が析出し、得られる窒化ケイ素粉末のα分率が低くなる。
【００４１】
以上が、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが１ｃｍ未満の場合、すなわち結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さが小さい場合に、得られる窒化ケイ素粉末のα分率が低くなるメカニズムと考えられる。
【００４２】
一方、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが８ｃｍより大きい場合、すなわち結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さが大きい場合は、次のようなメカニズムによって、得られる窒化ケイ素粉末の結晶化度が低くなると考えられる。
【００４３】
外熱式ロータリーキルン炉における被焼成粉末への伝熱の形態には、粉末が接触している炉心管内壁からの伝導伝熱、対向壁面からの輻射伝熱、及び熱分解ガスからの対流伝熱がある。これらを合算したものが総伝熱であるが、熱分解ガスからの対流伝熱以外は粉末層の外周部からの伝熱である。被焼成粉末への伝熱の殆どが粉末層外周部からの伝熱であっても、外熱式ロータリーキルン炉では、炉心管の回転によって被焼成粉末に渦巻運動をさせることで、被焼成粉末への一様な加熱が可能になっている。
【００４４】
それでも、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが８ｃｍより大きい場合、すなわち結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さが大きい場合は、粉末の一部に渦巻運動する力が与えられずに流動性が悪い部分が生じる。図２に、窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが８ｃｍより大きい場合の、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の断面の模式図を示す。被焼成粉末には炉心管の回転方向とは反対の方向へ渦巻運動する力が与えられるが、粉末層の最大厚さが大きいと、図２に示すように、粉末層の中央辺りに灰色の楕円状の領域として示す流動性が悪い部分が生じる。そして、粉末層中の流動性が悪い部分の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末は、流動性が良い部分の粉末ほどには加熱されない状態で炉心管出口に達することになる。そうすると、得られる窒化ケイ素粉末は、結晶化に十分な加熱を受けていない窒化ケイ素粉末を含むので、得られる窒化ケイ素粉末の結晶化度が低くなる。
【００４５】
以上が、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さが８ｃｍより大きい場合、すなわち結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の最大厚さが大きい場合に、得られる窒化ケイ素粉末の結晶化度が低くなるメカニズムと考えられる。
【００４６】
炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを１〜８ｃｍの範囲に維持することを管理指標として窒化ケイ素粉末を製造すれば、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層と炉心管内壁との間にすべりが生じないように、結晶化時の非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の粉末層の中央辺りに渦巻運動が与えられずに流動性が悪い部分が生じないようにできるので、結晶化度およびα分率が高い窒化ケイ素粉末をロータリーキルン炉の炉心管の内径に関わらず製造することができるものと考えられる。
【００４７】
本発明において、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の炉心管内への供給速度、炉心管の傾斜角度、および炉心管の回転速度によって制御することができる。非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の炉心管内への供給速度を大きくすると窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは大きくなり、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の供給速度を小さくすると窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは小さくなる。炉心管の傾斜角度を大きくすると窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは小さくなり、炉心管の傾斜角度を小さくすると窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは大きくなる。また、炉心管の回転速度を大きくすると窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは小さくなり、炉心管の回転速度を小さくすると窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは大きくなる。
【００４８】
また、本発明においては、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の、炉心管内の加熱帯における滞留時間は、５分以上とすることが好ましい。ここで、加熱帯とは、ロータリーキルン炉の炉心管内の温度が１４００℃以上最高温度以下の温度帯域のことである。滞留時間を５分未満にすると、得られる窒化ケイ素粉末の結晶化度が低くなることがあるからである。一方、滞留時間を長くしても、得られる窒化ケイ素粉末の品質が悪くなることはないが、得られる窒化ケイ素粉末の単位質量あたりに必要な電力量が多くなり、生産コストが相対的に大きくなるので、炉心管内の加熱帯での滞留時間は、２０分以下にすることが好ましい。
【００４９】
非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の、炉心管内の加熱帯での滞留時間は、炉心管の傾斜角度および炉心管の回転速度によって制御することができる。炉心管の傾斜角度を大きくすると前記滞留時間は短くなる。また、炉心管の回転速度を大きくすると前記滞留時間は短くなる。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５１】
（非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物の組成分析方法）
非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末のケイ素（Ｓｉ）含有割合は、「ＪＩＳ  Ｒ１６０３  ファインセラミックス用窒化けい素微粉末の化学分析方法」の「７  全けい素の定量方法」に準拠したＩＣＰ発光分析により測定した。非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の窒素（Ｎ）含有割合は、「ＪＩＳ  Ｒ１６０３」の「８  全窒素の定量方法」に準拠した水蒸気蒸留分離中和滴定法により測定した。また非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の酸素（Ｏ）含有割合は、「ＪＩＳ  Ｒ１６０３」の「１０  酸素の定量方法」に準拠した不活性ガス融解−二酸化炭素赤外線吸収法により測定した。ただし、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の酸化を抑制するために、ケイ素含有割合の測定の場合、および素含有割合の測定の場合は、測定のための試料前処理直前までの試料保管時の雰囲気を窒素雰囲気とし、また酸素含有割合の測定の場合は、測定直前までの試料保管時及び測定時の雰囲気を窒素雰囲気とした。非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の水素（Ｈ）含有割合は、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の全量より、ケイ素（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）含有割合の合計を除いた残分として算出した。本発明に係る非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末は、微量の不純物以外は、ケイ素（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、水素（Ｈ）および酸素（Ｏ）のみからなるからである。以上より、Ｓｉ、Ｎ及びＨの比を求めて、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の組成式を決定した。
【００５２】
（窒化ケイ素粉末の酸素（Ｏ）含有割合の測定方法）
窒化ケイ素粉末の酸素（Ｏ）含有割合は、「ＪＩＳ  Ｒ１６０３  ファインセラミックス用窒化けい素微粉末の化学分析方法」の「１０  酸素の定量方法」に準拠した不活性ガス融解−二酸化炭素赤外線吸収法により測定した。ただし、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の酸素（Ｏ）含有割合を測定する場合は、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物の酸化を抑制するために、測定直前までの試料保管時及び測定時の雰囲気を窒素雰囲気とした。
【００５３】
（非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末および窒化ケイ素粉末の比表面積の測定方法）
非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末および窒化ケイ素粉末の比表面積は窒素ガス吸着によるＢＥＴ１点法（島津製作所社製、フローソーブ２３００）で測定した。
【００５４】
（非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の軽装密度と安息角の測定方法）
非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末の軽装密度は、「ＪＩＳ  Ｒ９３０１−２−３  アルミナ粉末−第２部：物性測定方法−３：軽装かさ密度及び重装かさ密度」に準拠した手法で求めた。具体的には、振動を防ぎ、静置した容量既知の容器中に非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を自由に落下させて集めた同粉末の質量を求め、この質量を等量の水の体積で割った値から算出した。安息角は、「ＪＩＳ  Ｒ９３０１−２−２  アルミナ粉末−第２部：物性測定方法−２：安息角」に準拠した手法で求めた。具体的には、ガラスロートから非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を自然落下させ、水平面に堆積させたときに粉末が作る角度を測定した。
【００５５】
（炉心管内の加熱帯における被焼成粉末の滞留時間の測定方法）
炉心管内の加熱帯、すなわち炉心管の１４００℃以上最高温度以下の温度帯域における被焼成粉末の滞留時間は、以下の方法で測定した。トレーサーとして、１個１個識別可能なφ５ｍｍの窒化ケイ素ボール１０個を、炉心管入口から順次原料粉末と一緒に炉心管内に投入して、各窒化ケイ素ボールが入口から投入されてから炉心管出口より排出されるまでの時間を測定し、その平均値を炉心管内の滞留時間とした。炉心管内での被焼成粉末の軸方向の移動速度は一定なので、炉心管長さに対する炉心管内の加熱帯長さの割合を炉心管内の滞留時間にかけた値を加熱帯での滞留時間とした。
【００５６】
（炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さの測定方法）
炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、図３に示すように、炉心管内の断面を垂直方向から観察できるよう炉心管出口側に設けられた覗き窓の外側に付けたゲージによって測定した。「炉心管内径」から、「粉末層の表面と垂直な向きの炉心管断面の中心線」における「粉末層表面から空間側（粉末層とは反対側）の炉心管内壁までの距離」を差し引くことで、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを算出した。
【００５７】
（窒化ケイ素粉末のα分率の測定方法）
Ｘ線回折法において、ターゲットが銅の管球とグラファイトモノクロメーターを使用し、定時ステップ走査法により、得られた窒化ケイ素粉末の粉末Ｘ線回折パターンを測定した。回折角（２θ）１５〜８０゜の範囲を０．０２゜刻みでステップスキャンし、リートベルト解析により窒化ケイ素粉末のα分率を求めた。
【００５８】
（窒化ケイ素粉末の結晶化度の測定方法）
精秤した窒化ケイ素粉末を０．５ＮのＮａＯＨ水溶液に加えて１００℃に加熱した。窒化ケイ素の分解により発生したＮＨ３ガスを１％ホウ酸水溶液に吸収させ、得られた吸収液中のＮＨ３量を０．１Ｎ硫酸標準溶液で滴定した。吸収液中のＮＨ３量と窒化ケイ素粉末の質量から、分解窒素の窒化ケイ素に対する質量割合（窒化ケイ素が分解して生成した窒素の、窒化ケイ素に対する質量割合）を算出した。窒化ケイ素粉末の結晶化度は、分解窒素の窒化ケイ素に対する質量割合と、窒化ケイ素に含まれる窒素の、窒化ケイ素に対する理論質量割合３９．９４％から、下記の式（３）により算出した。
結晶化度（％）＝１００−（分解窒素の窒化ケイ素に対する質量割合×１００／３９．９４）・・・・（３）
【００５９】
（実施例１）
２０℃に保たれた直径４０ｃｍ、高さ６０ｃｍの縦型耐圧反応槽内の空気を窒素ガスで置換した後、反応槽内に４０リットルの液体アンモニア及び５リットルのトルエンを仕込んだ。反応槽内で、液体アンモニア及びトルエンをゆっくり攪拌しながら、液体アンモニアを上層に、トルエンを下層に分離した。予め調製した２リットルの四塩化ケイ素と０．１質量％の水分を含む６リットルのトルエンとからなる溶液（反応液）を、導管を通じて、ゆっくり撹拌されている反応槽内の下層に供給した。このとき、反応槽内に供給された四塩化ケイ素と反応槽内の液体アンモニアの体積比は５／１００である。前記溶液の供給と共に、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、反応槽内の反応生成物及び残留液を濾過槽へ移送し、反応生成物を濾別して、液体アンモニアで４回バッチ洗浄し、約１ｋｇの比表面積が１４００ｍ２／ｇのシリコンジイミドを得た。
【００６０】
得られたシリコンジイミドを、直径１５０ｍｍ、長さ２８００ｍｍ（加熱長１０００ｍｍ）のロータリーキルン炉の原料ホッパに充填し、ロータリーキルン炉内を１３Ｐａ以下に真空脱気した後、酸素を２％含有する窒素ガスを全ガス量流量２５０ＮＬ／時間で供給し、加熱を開始した。ロータリーキルン炉の炉内が最高温度（１０００℃）に達したところで原料供給スクリューフィーダーを回転させ、シリコンジイミドを３ｋｇ／時間の供給速度で原料ホッパから炉内に供給した。キルンの傾斜角度を２度、回転数を１ｒｐｍとし、最高温度での保持時間を１０分として、シリコンジイミドを加熱して実施例１に係る非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を得た。実施例１に係る非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末は、表１に示す通り、比表面積が４５０ｍ２／ｇであり、酸素含有割合が０．７３質量％の、組成式Ｓｉ６Ｎ８．４Ｈ１．２で表される、すなわち前記組成式（１）のＳｉ６Ｎ２ｘ（ＮＨ）１２−３ｘにおいて式中のｘが３．６である化合物粉末であった。
【００６１】
得られたＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、内径１６ｃｍ、長さ２ｍの炭化ケイ素製の炉心管を有するロータリーキルン炉の原料ホッパに充填した。炉心管の加熱体の長さは１ｍとした。ロータリーキルン炉の炉心管内を窒素ガスで十分に置換した後、窒素ガス流通雰囲気下で、炉心管内の最高温度が表１に示す焼成温度になるまで昇温し、炉心管内の温度分布が安定した後に、原料供給スクリューフィーダーを回転させ、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を１．０ｋｇ／時間の供給速度で原料ホッパから炉心管内に供給した。炉心管の回転数を２ｒｐｍ、炉心管の水平方向に対する傾斜角度を２°として、非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物を加熱し、１５００℃で焼成して、窒化ケイ素粉末を製造した。昇温速度は、１０００〜１４００℃の範囲の昇温速度が４０℃／ｍｉｎになるように、炉心管の温度分布と供給速度を調整した。上述の（粉末層の最大厚さの測定方法）で説明した方法によって、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さを測定したところ、表１に示すように１．４ｃｍであった。また、上述の方法によって、得られた窒化ケイ素粉末の物性を測定し、表１に示す結果を得た。得られた実施例１の窒化ケイ素粉末は、α分率が９０．３％、結晶化度が１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６２】
（実施例２）
Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を９．４ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給して焼成したこと以外は実施例１と同様の方法によって実施例２の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは６．９ｃｍであり、得られた実施例１の窒化ケイ素粉末は、α分率が９６．５％、結晶化度が１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６３】
（実施例３、４）
炉心管の内径が２４ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、実施例３では２．６ｋｇ／時間、実施例４では１８．４ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給したこと以外は実施例１と同様の方法によって、実施例３および４の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、実施例３、４の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ１．８ｃｍ、６．９ｃｍであり、得られた実施例３、４の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ９２．６％、９６．８％、結晶化度がどちらも１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６４】
（実施例５、６）
炉心管の内径が３０ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、実施例５では５．２ｋｇ／時間、実施例６では３９．０ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給したこと以外は実施例１と同様の方法によって、実施例５および６の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、実施例５、６の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ１．７ｃｍ、７．７ｃｍであり、得られた実施例５、６の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ９３．４％、９７．０％、結晶化度がどちらも１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６５】
（実施例７）
シリコンジイミドをロータリーキルン炉を用いて加熱する際に、導入するガスを酸素を１％含有する窒素ガスとし、最高温度を８００℃とすることで、比表面積が１１５０ｍ２／ｇで、酸素含有割合が０．４５質量％の、組成式Ｓｉ６Ｎ１０．９Ｈ８．７で表される、すなわち前記組成式（１）のＳｉ６Ｎ２ｘ（ＮＨ）１２−３ｘにおいて式中のｘが１．１である非晶質Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を得たことと、得られたＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を１．２ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給して焼成したこと以外は実施例１と同様の方法によって、実施例７の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは１．４ｃｍであり、得られた窒化ケイ素粉末は、α分率が８８．５％、結晶化度が１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６６】
（実施例８）
Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を７．７ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給して焼成したこと以外は実施例７と同様の方法によって実施例８の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは６．７ｃｍであり、得られた窒化ケイ素粉末のα分率は９４．５％、結晶化度は１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６７】
（実施例９、１０）
炉心管の内径が２４ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、実施例９では２．０ｋｇ／時間、実施例１０では１４．７ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給して焼成したこと以外は実施例７と同様の方法によって、実施例９および１０の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、実施例９、１０の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ１．６ｃｍ、６．７ｃｍであり、得られた実施例９、１０の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ９１．４％、９７．８％、結晶化度がどちらも１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６８】
（実施例１１、１２）
炉心管の内径が３０ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、実施例１１では３．８ｋｇ／時間、実施例１２では３０．２ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給したこと以外は実施例７と同様の方法によって、実施例１１および１２の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、実施例１１、１２の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ１．８ｃｍ、７．６ｃｍであり、得られた実施例１１、１２の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ９５．５％、９６．６％、結晶化度がどちらも１００％と、α分率と結晶化度がともに高い窒化ケイ素粉末であった。
【００６９】
（比較例１、２）
Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、比較例１では０．３ｋｇ／時間、比較例２では１２．０ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給して焼成したこと以外は実施例１と同様の方法によって比較例１および２の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、比較例１、２の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ０．６ｃｍ、８．７ｃｍであり、得られた比較例１、２の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ８３．７％、９７．７％、結晶化度がそれぞれ１００％、９７．６％と、α分率と結晶化度のいずれかが低い窒化ケイ素粉末であった。
【００７０】
（比較例３、４）
炉心管の内径が２４ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、比較例３では０．７ｋｇ／時間、比較例４では２４．７ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給したこと以外は実施例１と同様の方法によって、比較例３および４の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、比較例３、４の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ０．７ｃｍ、８．９ｃｍであり、得られた比較例３、４の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ８２．７％、９７．７％、結晶化度がそれぞれ１００％、９７．３％と、α分率と結晶化度のいずれかが低い窒化ケイ素粉末であった。
【００７１】
（比較例５、６）
炉心管の内径が３０ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、比較例５では２．４ｋｇ／時間、比較例６では５０．３ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給したこと以外は実施例１と同様の方法によって、比較例５および６の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、比較例５、６の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ０．９ｃｍ、９．４ｃｍであり、得られた比較例３、４の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ８０．６％、９８．０％、結晶化度がそれぞれ１００％、９６．４％と、α分率と結晶化度のいずれかが低い窒化ケイ素粉末であった。
【００７２】
（比較例７、８）
Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、比較例７では０．４ｋｇ／時間、比較例８では１０．４ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給して焼成したこと以外は実施例７と同様の方法によって比較例７および８の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、比較例７、８の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ０．８ｃｍ、８．８ｃｍであり、得られた比較例７、８の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ７８．７％、９６．６％、結晶化度がそれぞれ１００％、９７．８％と、α分率と結晶化度のいずれかが低い窒化ケイ素粉末であった。
【００７３】
（比較例９、１０）
炉心管の内径が２４ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、比較例９では０．８ｋｇ／時間、比較例１０では２３．６ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給したこと以外は実施例７と同様の方法によって、比較例９および１０の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、比較例９、１０の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ０．８ｃｍ、９．７ｃｍであり、得られた比較例９、１０の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ８０．８％、９７．４％、結晶化度がそれぞれ１００％、９６．４％と、α分率と結晶化度のいずれかが低い窒化ケイ素粉末であった。
【００７４】
（比較例１１、１２）
炉心管の内径が３０ｃｍ、長さが２ｍのロータリーキルン炉を用いてＳｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を焼成したことと、Ｓｉ−Ｎ（−Ｈ）系化合物粉末を、比較例１１では１．３ｋｇ／時間、比較例１２では４１．０ｋｇ／時間の供給速度でロータリーキルン炉の炉心管内に供給したこと以外は実施例７と同様の方法によって、比較例１１および１２の窒化ケイ素粉末を製造した。炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さと、得られた窒化ケイ素粉末の物性を、実施例１と同様の方法によって測定し、表１に示す結果を得た。表１に示すように、比較例１１、１２の炉心管出口における窒化ケイ素粉末の粉末層の最大厚さは、それぞれ０．７ｃｍ、９．８ｃｍであり、得られた比較例１１、１２の窒化ケイ素粉末は、α分率がそれぞれ７９．６％、９７．７％、結晶化度がそれぞれ１００％、９５．８％と、α分率と結晶化度のいずれかが低い窒化ケイ素粉末であった。
【００７５】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明により、ロータリーキルン炉の炉心管の内径に関わらず、焼結特性に優れた窒化ケイ素粉末を常に製造することが可能になるので、ロータリーキルン炉の設備規模を大きくしても、焼結特性に優れた窒化ケイ素粉末を提供することが可能になる。また、焼結特性に優れた窒化ケイ素粉末を提供することを維持しながら、生産量を調整することが容易になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015054786.tif 000006