CN1938221A - 氮化铝粉末及氮化铝烧结体 - Google Patents

氮化铝粉末及氮化铝烧结体 Download PDF

Info

Publication number
CN1938221A
CN1938221A CNA2005800099995A CN200580009999A CN1938221A CN 1938221 A CN1938221 A CN 1938221A CN A2005800099995 A CNA2005800099995 A CN A2005800099995A CN 200580009999 A CN200580009999 A CN 200580009999A CN 1938221 A CN1938221 A CN 1938221A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium nitride
powder
sintering
aluminum nitride
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.)
Granted
Application number
CNA2005800099995A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100545082C (zh
Inventor
後藤猛
村田弘
市川恒希
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denki Kagaku Kogyo KK filed Critical Denki Kagaku Kogyo KK
Publication of CN1938221A publication Critical patent/CN1938221A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100545082C publication Critical patent/CN100545082C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • C01B21/072—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 aluminium
    • 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
    • C01B21/072—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 aluminium
    • C01B21/0722—Preparation by direct nitridation of aluminium
    • 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
    • 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
    • C04B35/581—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 aluminium nitride
    • 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
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/51—Particles with a specific particle size distribution
    • 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
    • C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 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
    • C01P2004/62—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
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明提供能够同时实现氮化铝烧结体的高热传导率和烧结时的收缩率的降低的氮化铝粉末和氮化铝烧结体。氮化铝粉末的特征在于，在3～15μm、0.5～1.5μm、0.3μm以下的各范围内具有极大值，各范围的粒子含有率以体积基准计分别为40～70％、25～40％、0.5～20％，氧量为0.5～1.5质量％。氮化铝烧结体的特征在于，由含有上述氮化铝粉末和烧结助剂的混合粉末的烧结体形成，热传导率在190W/m·K以上，以(烧结前的成形体尺寸－烧结后的烧结体尺寸)/(烧结前的成形体尺寸)的百分率表示的收缩率在15％以下。

Description

氮化铝粉末及氮化铝烧结体
技术领域
本发明涉及氮化铝粉末及氮化铝烧结体。
背景技术
以往，随着被用于电源组件(power module)等的电路基板的高集成化，存在半导体元件产生的热量增加的倾向。为了有效地散热，研究了各种方法，氧化铝、氧化铍、氮化硅、氮化铝等陶瓷被利用。其中，氮化铝是具有高热传导率、高绝缘性及无害性等优点的理想材料，最近又因为其具有耐等离子性及与硅接近的热膨胀系数而倍受瞩目，作为半导体制造装置的各种夹具等，以单体、填入金属加热器或固定于金属等形态被使用。不论是哪一种使用形态，都希望使用平行度高、弯曲度小的氮化铝烧结体。为了改善上述性质，制造烧结收缩小的氮化铝烧结体至关重要。这里所谓的烧结收缩是指烧结后的烧结体的尺寸比烧结前的成型体的尺寸小的现象，只要粉末可高度填充，可提高烧结前的成型体密度，烧结收缩必然会变小。
以往，作为氮化铝烧结体制造用氮化铝粉末，一般采用氧化铝还原法、金属铝粉末的直接氮化法，各有利弊。利用氧化铝还原法获得的氮化铝粉末与直接氮化法获得的粉末相比，其粒径均一，含氧量低，所以易烧结，易获得高热传导率的烧结体，但烧结时的收缩率大，易出现弯曲或变形，导致成本提高。对应于此，直接氮化法的制造工艺简单，低廉，但由于要经过粉碎工序，所以所得氮化铝粉末中氧等杂质增加，其热传导率很难高于利用氧化铝还原法获得的粉末。此外，不论哪一种制造方法获得的氮化铝粉末或氮化铝烧结体都无法同时实现更高的热传导率和烧结时的收缩率的充分下降。
要制造同时实现了高热传导率和低烧结收缩的氮化铝烧结体，可使用具有特定粒径和特定氧量的氮化铝粉末，通过预先制得数种氧量和粒径各异的氮化铝粉末，将它们适当地组合，可以制备这样的氮化铝粉末，该技术在本申请人之前提出的专利申请(专利文献1)中有所揭示。
专利文献1：日本专利第3403500号公报
发明的揭示
本发明的目的是提供能够同时实现氮化铝烧结体的高热传导率和烧结时的收缩率的下降的氮化铝粉末及氮化铝烧结体，例如提供热传导率在190W/m·K以上、烧结时的收缩率在15％以下的氮化铝烧结体。
本发明者进行认真研究后发现了可实现上述目的的氮化铝粉末及氮化铝烧结体，还找到了用于制造该氮化铝烧结体的氮化铝粉末的制造方法。
本发明是具备以下特征的技术方案。
(1)氮化铝粉末，该粉末的特征在于，在3～15μm、0.5～1.5μm、0.3μm以下的各范围内具有极大值，各范围的粒子含有率以体积基准计分别为40～70％、25～40％、0.5～20％，氧量为0.5～1.5质量％。
(2)氮化铝未烧结成形体，该成形体的特征在于，由含有上述(1)记载的氮化铝粉末和烧结助剂的混合粉末的成形体形成。
(3)氮化铝烧结体，该烧结体的特征在于，由上述(2)记载的氮化铝未烧结成形体的烧结体形成，热传导率在190W/m·K以上，以(烧结前的成形体尺寸一烧结后的烧结体尺寸)/(烧结前的成形体尺寸)的百分率表示的收缩率在15％以下。
(4)上述(3)记载的氮化铝烧结体，其中，每100质量份氮化铝粉末含有1～5质量份烧结助剂。
(5)上述(3)或(4)记载的氮化铝烧结体，其中，烧结助剂为氧化钇或氧化钙。
(6)上述(1)记载的氮化铝粉末的制造方法，该方法是使平均粒径40μm以下、氧量0.5质量％以下的原料铝粉末按照每1Nm3氮气在100g以下的比例分散混合，在反应管内喷雾·氮化，用捕集系统捕集生成物的方法，该方法的特征在于，将反应管内及捕集系统的温度达到100℃以上的部分的氧浓度控制在100ppm以下的同时，在100℃以下取出生成物。
(7)上述(6)记载的制造方法，其中，生成的氮化铝粉末具有10m2/g以上的BET比表面积，且氧量(质量％)/比表面积(m2/g)的值为0.1～0.2。
本发明提供了氮化铝烧结体的高热传导率和烧结时的收缩率的下降俱佳的氮化铝粉末和氮化铝烧结体。特别是提供热传导率在190W/m·K以上、烧结时的收缩率在15％以下的氮化铝烧结体。本发明还提供了被用于氮化铝烧结体的制造的氮化铝粉末的新制造方法。
附图的简单说明
图1为表示氮化铝粉末的制造装置的一例的说明图。
符号说明：1为铝粉末的供给机，2为混合器，3为喷嘴，4为氮化硼制反应管，5为高频电源，6为石墨发热体，7为多孔质碳珠隔热材料，8为石英管，9为袋滤器，10为鼓风机(blower)，11为玻璃化炭黑制测温体，12和13都为氧测定计，14为密闭氮循环管道，15为流量计。
实施发明的最佳方式
本发明者对用于制造热传导率在190W/m·K以上、烧结时的收缩率在15％以下的氮化铝烧结体的氮化铝粉末的粒度构成和氧量进行了各种探讨。例如在上述直接氮化法中，使金属铝粉末在氮气氛中的高温炉内喷雾氮化，不将所得氮化铝粉末粉碎而直接进行分级，制得了具有各种粒度分布的氮化铝粉末，如果将它们适当地组合形成特定的粒度构成，则发现热传导率提高，且烧结时的收缩率减小。
被用于本发明的氮化铝粉末较好是将金属铝粉末在氮气氛中的高温炉内喷雾氮化而制得的氮化铝粉末，特好是从具有加热至1850℃以上的氮气氛的反应管的顶部喷射金属铝粉末并将其氮化而制得的氮化铝粉末。详细情况例如记载于日本专利特开2003-119010号公报。对于利用该方法制得的氮化铝粉末，如果改变例如离心力式风力分级机的设定条件等，则能够获得粒度构成和氧量不同的数种氮化铝粉末，因此考虑粒度构成和氧量将它们适当地组合，可制得本发明的氮化铝粉末。
利用以往的氧化铝还原法或直接氮化法制得的氮化铝粉末可作为用于调制本发明的氮化铝粉末的成分之一使用，但基于利用氧化铝还原法很难制造10μm以上的粒子，利用直接氮化法进行制造时氧量会升高等理由，无法单独使用这两种方法来制造本发明的氮化铝粉末。
本发明中，粒度分布通过可测定体积分布的频度和累计值的激光衍射法测定。本发明的氮化铝粉末在3～15μm(以下称为“粗粉”)、0.5～1.5μm(以下称为“中粉”)、0.3μm以下(以下称为“微粉”)的范围具有极大值。这些极大值可通过体积分布的频度求得，粒子含有率可通过各范围内的累计值求得。
粗粉的极大值如果超过15μm，则会对烧结性造成不良影响，所以热传导率不会提高。相反地，如果小于3μm，则烧结性虽然良好，但烧结时的收缩率会增加。粗粉的比例如果不足40％，则烧结时的收缩率增加，如果超过70％，则会对烧结性产生不良影响，所以热传导率不会提高。特好的是粗粉的极大值为5～10μm，其粒子含有率为50～65％。
中粉的极大值如果大于1.5μm，则由于粒径与粗粉的极大值接近，所以会对烧结性造成不良影响，热传导率不会提高。极大值如果小于0.5μm，则由于粒径与微粉的极大值接近，所以烧结时的收缩率增加，且氧量增加，这样会对高热传导率的显现造成不良影响。中粉的比例如果不足25％，则会对烧结性造成不良影响，如果超过40％，则烧结时的收缩率增加。特好的是中粉的极大值为1.3～0.8μm，其粒子含有率为25～35％。
微粉的极大值如果大于0.3μm，则由于粒径与中粉的极大值接近，所以烧结时的收缩率增加。微粉的比例如果超过20％，则氧量增加，会对热传导率造成不良影响。如果不足0.5％，则微粉存在的效果变小，烧结时的收缩率会增加。特好的是微粉的极大值为0.25～0.05μm，其粒子含有率为5～15％。
上述粗粉、中粉和微粉的总和最好为100％，但也不一定要100％，只要达到上述粒子含有率的范围，也可含有除此以外的氮化铝粉末。本发明的氮化铝粉末的氧量为0.5～1.5质量％。如果多于1.5质量％，则会对烧结性产生不良影响，热传导率不会提高，如果小于0.5质量％，则会对烧结性造成不良影响。其中，氧量较好为0.8～1.3质量％。
本发明的氮化铝未烧结成形体由含本发明的氮化铝粉末和烧结助剂的混合粉末成形而得。本发明的氮化铝烧结体是对该氮化铝未烧结成形体进行烧结而得的产物。作为被用于本发明的烧结助剂，优选的例子可例举例如碱土类金属的化合物或过渡金属的化合物。具体包括碱土类金属(Ca、Ba、Sr等)或过渡金属(Y、La、Sc、Pr、Ce、Nd、Gd等)的氧化物、氟化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐或碳酸盐等。其中，较好的是氧化钇、氧化钙。这些烧结助剂与氮化铝粉末的氧、即铝的氧化物进行反应形成复合氧化物的液相(例如，2Y2O3·Al203、Y2O3·Al203、3Y2O3·5Al2O3等)，该液相实现烧结体的高密度化，同时将作为氮化铝粒子中的杂质的氧等抽提出来，使其呈结晶的晶粒边界的氧化物相偏析，籍此实现高热传导化。烧结助剂的用量如果较少，则液相烧结不充分；相反地，如果较多，则结晶的晶粒边界的比例增加，在两种情况下热传导率都不会提高。本发明中，烧结助剂的用量较好是每100质量份氮化铝粉末为1～5质量份。
氮化铝粉末和烧结助剂的混合例如使用球磨机、棒磨机等。混合粉末可以直接成形，也可以例如通过喷雾干燥法、滚动造粒法等造粒后成形。成形可单独或组合使用例如干式挤压成形法、冷等静压挤压成形法(CIP法)等进行。干式加压成形的加压压力较好为50～300MPa，特好为100～250MPa。不论是干式加压成形法还是CIP法，都可根据需要使用有机粘合剂。此外，还可根据需要在氮化铝粉末、烧结助剂和有机粘合剂中混入增塑剂、分散剂等，再通过挤出成形或刮刀成形等将该混合物成形。
作为有机粘合剂，例如可使用聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基纤维素、聚乙烯、蜡等。使用了有机粘合剂的情况下，于烧结前在氮气或空气等的气流中于350～700℃加热1～10小时，将其从成形体除去(脱脂)。
然后，对成形体进行烧结。例如在氮气、氩气等非氧化性气氛中于1600～1900℃保持1～10小时、特好为2～7小时，来进行烧结。烧结温度如果不足1600℃，则导致烧结不充分，很难制造热传导率190W/m·K以上的氮化铝烧结体。此外，烧结温度如果超过1900℃，则炉内的氮化铝的蒸气压升高，很难致密化。保持时间较好是在上述温度范围内可使烧结体密度达到98％以上的最短时间。这是因为如果在烧结体密度达到98％以上的温度范围内进行长时间的烧结，则AIN粒子会过度成长为粗大粒子，这样2粒子界面的体积就相对地比三相点小，结果晶粒边界相在AIN的2粒子界面的偏析就多于三相点，烧结体表面有铝复合氧化物的液相渗出。
被用于上述氮化铝烧结体的制造的氮化铝粉末最好通过以下记载的制造方法制得。该方法的技术要点是利用氮气将含氧量低的铝粉末稀释至低浓度，将该铝粉末喷雾至氧浓度受到控制的反应管内并氮化，再用氧浓度同样受到控制的捕集系统进行捕集。以下，基于表示其中的1例的附图对该制造方法进行更详细地说明。
图1是表示氮化铝粉末的制造装置的一例的说明图。用盘式给料器、螺旋给料器等铝粉末供给机1向混合器2中供给规定量的原料铝粉末。然后，与氮气混合，从喷嘴3向氮化硼制反应管4喷雾。喷嘴例如使用环状喷嘴。在反应管的周围配置了石墨发热体6以保持规定温度，利用高频电源5加热。石墨发热体通过多孔质碳珠隔热材料7保温，受到石英管8的支承。利用光温度计对设置于发热体中央的玻璃化石墨制测温体11进行测温作为反应温度。
在密闭氮循环管道14中，生成物(氮化铝粉末)与循环氮气一起从炉底部被鼓风机10吸引，再被袋滤器9捕集。由被配置于反应管下部和密闭氮循环管道的氧测定计12、13监测反应管内及捕集系统的氧量。利用氮纯度、反应管及袋滤器的气密度、循环氮气量和鼓风机吸引力的平衡对反应管内压进行控制，具体是将内压保持为略微加压状态(5～10mmAq左右)，籍此防止来自外部的空气侵入，对反应管内和捕集系统的氧量进行控制。这里，密闭氮循环管道是指包括袋滤器和鼓风机的整个捕集系统。
用于本发明的原料铝粉末的平均粒径如果较大，则铝的蒸发不够充分，可能有未反应的铝残存，因此平均粒径在40μm以下，特好为30μm以下。此外，由于有表面氧化膜混入作为生成物的氮化铝粉末内，所以原料铝粉末的氧量在0.5质量％以下，较好为0.4质量％以下。这里，较好的是爆炸危险性较小的雾化粉末。另外，如果氮气中的铝粉末的浓度较大，则铝粒子的空间分散劣化，粒子间的粘合概率提高，可能会阻碍作为微粉的氮化铝粉末的生成，因此每1Nm3的氮气中的铝粉末在100g以下，较好为50～80g。
反应管的温度较好为1900～2200℃，如果温度低于1900℃，则很难使铝粉末蒸发，如果温度高于2200℃，则优先形成氮化铝的纤维，所以不理想。
生成的氮化铝粉末在密闭氮循环管道14中，利用未反应氮气和通过鼓风机进行密闭循环的氮气运送，用袋滤器9等捕集装置进行捕集。这里，重要的是使温度100℃以上的所有部分的氧浓度在100ppm以下，在100℃以上的温度下取出生成物。上述条件不管缺少哪一项，都很难制造可用于调制上述具备特定粒径和特定氧量的氮化铝粉末的氮化铝粉末。特别是无法制造BET比表面积在10m2/g以上、氧量(质量％)/比表面积(m2/g)的值为0.1～0.2的氮化铝粉末。这里，BET比表面积在10m2/g以上、氧量(质量％)/比表面积(m2/g)的值为0.1～0.2的氮化铝粉末是高填充成型所必需的经微粉化(即，比表面积的增加)的粉末，且是随着微粉化而增加的、会对热传导率造成不良影响的氧量受到了控制的粉末。
为了除去常温下在空气中取出时必然生成的“自然氧化膜”，不在粒子表面形成过度的氧化层，本发明必须将可引发氧化反应的100℃以上的温度范围的所有部分的氧浓度控制在100ppm以下，更好的是10ppm以下。基于此观点，至关重要的是将袋滤器等捕集装置的内温保持在100℃以下来取出生成物。另外，为了使空气在取出生成物时不侵入到袋滤器等捕集装置内，取出装置最好采用双重挡板结构等。
使用利用本发明制得的氮化铝粉末，调制可制造同时实现了高热传导和低烧结收缩的氮化铝烧结体的氮化铝粉末的方法的一例如下所示。即，按照质量比10∶30∶60混合利用本发明制得的氮化铝粉末A(BET比表面积20m2/g、氧量2.2质量％、氧量(质量％)/比表面积(m2/g)的值为0.11)、其它的氮化铝粉末B(BET比表面积5m2/g、氧量0.8质量％)、其它的氮化铝粉末C(BET比表面积1m2/g、氧量0.6质量％)。以上调制的氮化铝粉末的成型密度在70％以上，于1750～1850℃进行了烧结的情况下，以(烧结前的成形体尺寸-烧结后的烧结体尺寸)/(烧结前的成形体尺寸)的百分率表示的收缩率为12％(通常为16％)，明显降低。此外，由于能够将氧量控制为1.0质量％，所以极易实现热传导率达到190W/m·K。
实施例
实施例1～16比较例1～13
在2kg/hr的条件下，以氮气为载气从温度保持为1950℃的氮气气氛的反应管的顶部喷雾原料铝粉末(纯度99.97质量％，平均粒径25μm)。另一方面，以与上述作为载气的氮气的合计量为200L/min的量供给作为反应气体的氮气，合成氮化铝粉末，再用鼓风机将其吸引至炉体下部，利用袋滤器捕集。
用离心力式风力分级机对该氮化铝粉末进行分级，获得粒度构成和氧量不同的各种氮化铝粉末。即，制得了氧量为0.4～0.8质量％、粒度为3～15μm的各种粗粉(分级收率10～20％)，氧量为0.9～1.8质量％、粒度为0.5～1.5μm的各种中粉(分级收率50～70％)，氧量为1.8～2.6质量％、粒度为0.3μm以下的各种微粉。将这些粉末适当地组合，如表1和表2所示，调制出在3～15μm的范围内具有极大值P1、在0.5～1.5μm的范围内具有极大值P2、在0.3μm以下的范围内具有极大值P3的氧量各异的氮化铝粉末。
在100质量份所得的氮化铝粉末中加入表1、表2所示的各质量份的烧结助剂(试剂1级，平均粒径约0.7μm)和3质量份有机系粘合剂(聚丙烯酸酯类)，再用以甲醇为分散介质的湿式球磨机混合3小时，过滤并干燥。然后，以200MPa的压力挤压成型，获得50mm×50mm×5mm的氮化铝未烧结成形体。接着，按照以下所述进行(1)成形体的相对密度的测定。然后，将成形体装入氮化硼(BN)制坩埚，在氮气中于600℃加热2小时进行脱脂后移入烧结炉，在氮气气氛中进行1780℃×6小时的常压烧结，制得氮化铝烧结体。对该烧结体进行(2)烧结体的相对密度的测定和(3)热传导率的测定，再按照以下所述进行(4)烧结时的收缩率的测定。上述测定结果示于表1和表2。
(1)氮化铝未烧结成形体的相对密度：用氮化铝粉末和烧结助剂的合计质量除以氮化铝成形体的体积，再用该值除以加入了烧结助剂的含量的氮化铝烧结体的理论密度求得。氮化铝粉末和烧结助剂的质量由原料调制时的用量求得。
(2)氮化铝烧结体的相对密度：用通过阿基米德法求得的烧结体密度除以加入了烧结助剂的含量的氮化铝烧结体的理论密度求得。
(3)氮化铝烧结体的热传导率：制作圆板试验体(直径25mm×1.5mm)，利用激光闪光法热常数测定装置(真空理工株式会社制“TC-7000”)进行测定。
(4)氮化铝烧结时的收缩率：测定成形体及烧结体的最长方向(例如，如果为矩形，则为对角线方向，如果为椭圆形，则为长轴方向)，求出任意4个方向的长度的平均值，利用收缩率(％)＝(烧结前的成形体尺寸-烧结后的烧结体尺寸)×100/(烧结前的成形体尺寸)计算。
另外，用激光衍射散射法测定装置(ベックマンコ一ルタ一公司制“LS-230”)测定粒度分布，用HORIBA公司制氧/氮同时分析装置测定氧量。
表1
氮化铝粉末 烧结助剂  氮化铝未烧结成形体 氮化铝烧结体
    极大值P1μm   极大值P2μm  极大值P3μm     极大值P1％     极大值P2％     极大值P3％    氧量质量％     种类   添加量质量份  相对密度％   相对密度％   收缩率％  热传导率W/m·K
实施例1     15   1  0.1     60     30     10     0.87     Y2O3   3  70   100   12  205
实施例2     10   1  0.1     60     30     10     0.96     Y2O3   3  68   100   13  202
实施例3     3   1  0.1     60     30     10     1.11     Y2O3   3  66   100   14  200
实施例4     1   1  0.1     70     25     5     0.80     Y2O3   3  69   100   12  205
实施例5     10   1  0.1     40     40     20     1.26     Y2O3   3  66   100   15  200
实施例6     10   0.5  0.1     60     30     10     1.09     Y2O3   3  69   100   12  201
实施例7     10   1  0.1     60     30     10     0.96     Y2O3   3  71   100   12  205
实施例8     10   1.5  0.1     60     30     10     0.82     Y2O3   3  70   100   13  207
实施例9     10   1  0.1     59.5     40     0.5     0.81     Y2O3   3  69   100   14  210
实施例10     10   1  0.1     55     25     20     1.15     Y2O3   3  68   100   15  205
实施例11     10   1  0.3     60     30     10     0.86     Y2O3   3  69   100   13  206
实施例12     10   1  0.15     60     30     10     0.94     Y2O3   3  71   100   12  200
实施例13     3   0.5  0.15     40     40     20     1.50     Y2O3   5  65   100   15  195
实施例14     15   1.5  0.3     70     29     1.0     0.50     Y2O3   1  70   100   12  211
实施例15     3   0.5  0.15     40     40     20     1.50     CaO   5  65   100   15  195
实施例16     15   1.5  0.3     70     29     1.0     0.50     CaO   1  70   100   12  209
表2
氮化铝粉末 烧结助剂     氮化铝未烧结成形体 氮化铝烧结体
  极大值P1μm  极大值P2μm     极大值P3μm  极大值P1％ 极大值P2％  极大值P3％     氧量质量％     种类  添加量质量份     相对密度％  相对密度％   收缩率％   热传导率W/m·K
比较例1   20  1     0.1  60 30  10     0.88     Y2O3  3     73  90   -   -
比较例2   2  1     0.1  60 30  10     1.12     Y2O3  3     58  99   16   187
比较例3   10  1     0.1  80 15  5     0.73     Y2O3  3     67  95   -   -
比较例4   10  1     0.1  30 60  10     1.18     Y2O3  3     65  99   16   187
比较例5   10  2     0.1  60 30  10     0.81     Y2O3  3     70  97   -   -
比较例6   10  0.3     0.1  60 30  10     1.12     Y2O3  3     69  99   16   185
比较例7   10  1     0.1  70 20  10     0.88     Y2O3  3     69  97   -   -
比较例8   10  1     0.1  40 50  10     1.11     Y2O3  3     68  99   16   188
比较例9   10  1     0.4  60 30  10     0.85     Y2O3  3     69  99   16   189
比较例10   10  1     0.1  70 29.8  0.2     0.73     Y2O3  3     70  99   16   187
比较例11   10  1     0.1  45 25  30     1.38     Y2O3  3     68  99   17   189
比较例12   3  0.5     0.15  35 40  25     1.59     Y2O3  5     63  99   16   180
比较例13   15  1.5     0.3  85 14.8  0.2     0.42     Y2O3  1     68  89   -   -
实施例17～18、比较例14～15
使用图1所示的装置，在表1所示条件下制得氮化铝粉末。反应炉的容量为170kVA，输出功率为100kW。氮化硼制反应管4的内径为200mm，全长为3000mm，石英管8的内径为450mm，全长为3000mm。作为铝粉末的供给机1使用了螺旋给料器。此外，利用氮纯度、反应管及袋滤器的气密性、循环氮气量和鼓风机吸引力的平衡对反应管内压进行控制，籍此防止来自外部的空气侵入，将系统内氧量控制在10ppm以下。另外，将袋滤器的内温保持在100℃以下，取出生成物。
测定所得氮化铝粉末的BET比表面积(汤浅アイオニクス公司制QS16装置)和氧量(HORIBA公司制氧/氮同时分析装置，型号EMGA620W)，算出氧量(质量％)/比表面积(m2/g)的值。这些结果示于表3。
表3
             铝粉末     反应管温度(℃)   制造过程中的氧浓度(ppm)     BET比表面积(m2/g)    AIN粉中的氧量(％)     氧量(％)/比表面积(m2/g)
  平均粒径(μm)     氧量(％)    氮气中的浓度(g/Nm3)
实施例17   30     0.4    100     2000   10     10.2    1.3     0.127
实施例18   30     0.4    100     2000   5     11.2    1.2     0.107
比较例14   45     0.2    100     2000   5                未反应A1残留
比较例15   30     0.6    100     2000   10     10.5    2.2     0.210
产业上利用的可能性
本发明的氮化铝粉末被作为氮化铝烧结体制造用原料、树脂或橡胶的填充材料等使用。此外，本发明的氮化铝未烧结成形体被用于氮化铝烧结体的制造。本发明的氮化铝烧结体被作为结构构件、散热基板、电路基板的陶瓷基板等使用。特别适合用作电动汽车用途等的组件的陶瓷基板。
本发明制得的氮化铝粉末能够作为例如用于调制同时实现氮化铝烧结体的高热传导和低烧结收缩的氮化铝烧结体的原料之一等使用。
这里，引用成为本申请要求优先权的基础的日本专利愿2004-94567号(2004年3月29日向日本专利厅提出申请)的说明书的全部内容作为本发明的说明书的揭示。

Claims (7)

1.氮化铝粉末，其特征在于，在3～15μm、0.5～1.5μm、0.3μm以下的各范围内具有极大值，各范围的粒子含有率以体积基准计分别为40～70％、25～40％、0.5～20％，氧量为0.5～1.5质量％。
2.氮化铝未烧结成形体，其特征在于，由含有权利要求1所述的氮化铝粉末和烧结助剂的混合粉末的成形体形成。
3.氮化铝烧结体，其特征在于，由权利要求2所述的氮化铝未烧结成形体的烧结体形成，热传导率在190W/m·K以上，以(烧结前的成形体尺寸-烧结后的烧结体尺寸)/(烧结前的成形体尺寸)的百分率表示的收缩率在15％以下。
4.如权利要求3所述的氮化铝烧结体，其特征在于，每100质量份氮化铝粉末含有1～5质量份烧结助剂。
5.如权利要求3或4所述的氮化铝烧结体，其特征在于，烧结助剂为氧化钇或氧化钙。
6.权利要求1所述的氮化铝粉末的制造方法，该方法是使平均粒径40μm以下、氧量0.5质量％以下的原料铝粉末按照每1Nm3氮气100g以下的比例分散混合，在反应管内喷雾并氮化，用捕集系统捕集生成物的方法，其特征在于，将反应管内及捕集系统的温度达到100℃以上的部分的氧浓度控制在100ppm以下的同时，在100℃以下取出生成物。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，生成的氮化铝粉末具有10m2/g以上的BET比表面积，且氧量(质量％)/比表面积(m2/g)的值为0.1～0.2。
CNB2005800099995A 2004-03-29 2005-03-29 氮化铝粉末及氮化铝烧结体 Active CN100545082C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004094567 2004-03-29
JP094567/2004 2004-03-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1938221A true CN1938221A (zh) 2007-03-28
CN100545082C CN100545082C (zh) 2009-09-30

Family

ID=35056105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800099995A Active CN100545082C (zh) 2004-03-29 2005-03-29 氮化铝粉末及氮化铝烧结体

Country Status (6)

Country Link
US (3) US7553469B2 (zh)
EP (1) EP1731482B1 (zh)
JP (1) JP4939932B2 (zh)
KR (1) KR101160109B1 (zh)
CN (1) CN100545082C (zh)
WO (1) WO2005092789A1 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101948315A (zh) * 2010-09-21 2011-01-19 上海理工大学 一种高性能氮化铝陶瓷的低温烧结方法
CN101821439B (zh) * 2007-10-11 2012-02-29 电气化学工业株式会社 氧化铝纤维集合体、其制造方法及用途
CN103539457A (zh) * 2013-09-29 2014-01-29 合肥工业大学 一种微电子封装用AlN陶瓷基板的制备方法
US9199848B2 (en) 2010-01-29 2015-12-01 Tokuyama Corporation Process for producing spherical aluminum nitride powder and spherical aluminum nitride powder produced by the same process
CN104926314B (zh) * 2015-06-17 2016-12-07 顾玉奎 一种led用陶瓷基板
CN107663092A (zh) * 2017-09-26 2018-02-06 上海东洋炭素有限公司 一种AlN粉体的制备方法
CN108706980A (zh) * 2018-06-27 2018-10-26 深圳市商德先进陶瓷股份有限公司 氮化铝陶瓷及其制备方法、静电卡盘和应用
CN109369191A (zh) * 2019-01-02 2019-02-22 淄博市新阜康特种材料有限公司 含钇的氮化硼-氮化铝复合粉体的制备方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2006135016A1 (ja) * 2005-06-15 2009-01-08 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム焼結体、スラリー、グリーン体、および脱脂体
CA2759530C (en) * 2009-04-24 2015-01-20 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Apparatus for manufacturing aluminum nitride single crystal, method for manufacturing aluminum nitride single crystal, and aluminum nitride single crystal
JP5500508B2 (ja) * 2010-03-31 2014-05-21 三菱マテリアル株式会社 微粒多結晶ダイヤモンド焼結体の製造法
TWI450855B (zh) * 2011-08-04 2014-09-01 高純度氮化鋁製造方法
RU2500653C1 (ru) * 2012-07-12 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Способ получения нанодисперсной шихты для изготовления нитридной керамики
JP5876392B2 (ja) * 2012-09-06 2016-03-02 デンカ株式会社 窒化アルミニウム粉末の製造方法
CN104968601B (zh) * 2013-02-04 2018-02-16 德山株式会社 氮化铝烧结颗粒的制造方法
KR101766004B1 (ko) * 2015-03-20 2017-08-24 오씨아이 주식회사 질화알루미늄 분말의 제조장치, 제조방법 및 이로부터 제조된 질화알루미늄 분말
JP7017556B2 (ja) * 2017-03-07 2022-02-08 株式会社トクヤマ 粗大粒子を含まない窒化アルミニウム粉末
KR101797232B1 (ko) * 2017-07-10 2017-11-13 주식회사 케이에스엠컴포넌트 정전척
CN111470481B (zh) * 2020-05-19 2023-09-19 四川大学 一种等离子体反应雾化制备高纯氮化铝球形粉末的方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3307908A (en) * 1965-08-16 1967-03-07 Union Carbide Corp Preparation of aluminum nitride
EP0087798B1 (en) * 1982-03-01 1987-05-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha A method and apparatus for making a fine powder compound of a metal and another element
US5242872A (en) * 1986-07-18 1993-09-07 Tokuyama Soda Kabushiki Kaisha Process for producing aluminum nitride sintered body
US5061663A (en) * 1986-09-04 1991-10-29 E. I. Du Pont De Nemours And Company AlN and AlN-containing composites
EP0301529B1 (en) * 1987-07-29 1992-05-13 MITSUI TOATSU CHEMICALS, Inc. Method for preparing aluminum nitride and its sinter
JPH01100066A (ja) 1987-10-10 1989-04-18 Nippon Chemicon Corp 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPH01203270A (ja) * 1988-02-08 1989-08-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体及びその製造法
JP2661113B2 (ja) 1988-03-11 1997-10-08 旭硝子株式会社 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
US5264388A (en) * 1988-05-16 1993-11-23 Sumitomo Electric Industries, Inc. Sintered body of aluminum nitride
JP2742599B2 (ja) 1989-04-18 1998-04-22 京セラ株式会社 窒化アルミニウム質焼結体およびその製造方法
JPH03197366A (ja) 1989-12-26 1991-08-28 Kawasaki Steel Corp 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPH03228809A (ja) * 1990-02-01 1991-10-09 Showa Alum Corp 窒化アルミニウム粉末の製造方法
JPH03261664A (ja) 1990-03-12 1991-11-21 Kawasaki Steel Corp 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP2567491B2 (ja) * 1990-04-17 1996-12-25 住友電気工業株式会社 高熱伝導性着色窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
JPH0431366A (ja) 1990-05-25 1992-02-03 Sumitomo Chem Co Ltd 窒化アルミニウム質粉末の製造方法
JP2943275B2 (ja) * 1990-08-07 1999-08-30 住友電気工業株式会社 高熱伝導性着色窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
JPH04104961A (ja) 1990-08-24 1992-04-07 Toshiba Corp 黒色窒化アルミニウム焼結体の製造方法
US5126121A (en) * 1991-05-03 1992-06-30 The Dow Chemical Company Process for preparing aluminum nitride powder via controlled combustion nitridation
JP2516295B2 (ja) * 1991-11-20 1996-07-24 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム粉末
JP3472585B2 (ja) 1992-02-21 2003-12-02 株式会社東芝 窒化アルミニウム焼結体
US5320990A (en) * 1993-03-30 1994-06-14 The Dow Chemical Company Process for sintering aluminum nitride to a high thermal conductivity and resultant sintered bodies
JP3403500B2 (ja) * 1994-06-08 2003-05-06 電気化学工業株式会社 窒化アルミニウム粉末及び窒化アルミニウム焼結体の製造法
JP3457495B2 (ja) * 1996-03-29 2003-10-20 日本碍子株式会社 窒化アルミニウム焼結体、金属埋設品、電子機能材料および静電チャック
US6294275B1 (en) * 1998-05-06 2001-09-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Aluminum-nitride sintered body, method for fabricating the same, and semiconductor substrate comprising the same
JP4812144B2 (ja) * 1998-07-22 2011-11-09 住友電気工業株式会社 窒化アルミニウム焼結体及びその製造方法
JP2000086213A (ja) * 1998-09-16 2000-03-28 Toyo Alum Kk 窒化アルミニウム系粉末
US6383962B1 (en) * 1999-03-17 2002-05-07 Asahi Techno Glass Corporation Aluminum nitride sintered product
JP2001139378A (ja) * 1999-11-09 2001-05-22 Bridgestone Corp 窒化アルミニウム焼結体
JP3764083B2 (ja) * 2001-10-16 2006-04-05 電気化学工業株式会社 窒化アルミニウム粉末の製造方法
US6953761B2 (en) * 2002-12-27 2005-10-11 Hitachi, Ltd. Aluminum nitride sintered body and substrate for electronic devices
TW200521103A (en) * 2003-11-21 2005-07-01 Toshiba Kk High thermally conductive aluminum nitride sintered product

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101821439B (zh) * 2007-10-11 2012-02-29 电气化学工业株式会社 氧化铝纤维集合体、其制造方法及用途
TWI401348B (zh) * 2007-10-11 2013-07-11 Denki Kagaku Kogyo Kk An alumina fiber aggregate, a method for producing the same, and a thermosetting resin hardened body
US9199848B2 (en) 2010-01-29 2015-12-01 Tokuyama Corporation Process for producing spherical aluminum nitride powder and spherical aluminum nitride powder produced by the same process
CN101948315A (zh) * 2010-09-21 2011-01-19 上海理工大学 一种高性能氮化铝陶瓷的低温烧结方法
CN103539457A (zh) * 2013-09-29 2014-01-29 合肥工业大学 一种微电子封装用AlN陶瓷基板的制备方法
CN104926314B (zh) * 2015-06-17 2016-12-07 顾玉奎 一种led用陶瓷基板
CN104926314B8 (zh) * 2015-06-17 2017-02-22 甘肃荣宝科技股份有限公司 一种led用陶瓷基板
CN107663092A (zh) * 2017-09-26 2018-02-06 上海东洋炭素有限公司 一种AlN粉体的制备方法
CN108706980A (zh) * 2018-06-27 2018-10-26 深圳市商德先进陶瓷股份有限公司 氮化铝陶瓷及其制备方法、静电卡盘和应用
CN109369191A (zh) * 2019-01-02 2019-02-22 淄博市新阜康特种材料有限公司 含钇的氮化硼-氮化铝复合粉体的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1731482A1 (en) 2006-12-13
CN100545082C (zh) 2009-09-30
US7553469B2 (en) 2009-06-30
WO2005092789A1 (ja) 2005-10-06
US20070184966A1 (en) 2007-08-09
US7737065B2 (en) 2010-06-15
EP1731482A4 (en) 2011-12-14
US20080200326A1 (en) 2008-08-21
EP1731482B1 (en) 2017-01-25
KR20070003891A (ko) 2007-01-05
JPWO2005092789A1 (ja) 2008-02-14
JP4939932B2 (ja) 2012-05-30
US20090295046A1 (en) 2009-12-03
KR101160109B1 (ko) 2012-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100545082C (zh) 氮化铝粉末及氮化铝烧结体
USRE47635E1 (en) High solids hBN slurry, hBN paste, spherical hBN powder, and methods of making and using them
US6764975B1 (en) Method for making high thermal diffusivity boron nitride powders
US5318743A (en) Processes for producing a thermoelectric material and a thermoelectric element
JP2019531247A (ja) 球状の窒化アルミニウム粉末を製造するための方法
CN101734923A (zh) 一种氮化铝多孔陶瓷及其制备方法
JP7241247B2 (ja) 六方晶窒化ホウ素粉末、及び、窒化ホウ素焼結体の製造方法
US20200075829A1 (en) Method of producing semiconductor sintered body, electrical/electronic member, and semiconductor sintered body
Okada et al. Synthesis of aluminum nitride sintered bodies using the direct nitridation of Al compacts
KR20120133439A (ko) 실리콘 슬러지로부터 탄화규소 축열재를 제조하는 방법
CN109437919A (zh) 基于尿素/三聚氰胺氮源制备氮化铝陶瓷粉体的方法
JPH0617214B2 (ja) 超微粒子な窒化アルミニウム粉末の製造方法
KR102408533B1 (ko) 열계면 물질용 질화규소 충진제 제조 방법
JPH11269302A (ja) 樹脂製品の熱伝導性向上用充填剤及びその製造方法
US20110044842A1 (en) Dry conversion of high purity ultrafine silicon powder to densified pellet form for silicon melting applications
CN102821550A (zh) 一种纳米结构复合led陶瓷基板及其制造方法
WO2021100617A1 (ja) 六方晶窒化ホウ素粉末
JP4958353B2 (ja) 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法
Dube et al. Rapid alloying of silicon with germanium in microwave field using single mode cavity
Oh et al. Thermal Properties of Copper Matrix-Ceramic Filler Composite Prepared by Polymer Solution Method
JPS62241814A (ja) 窒化アルミニウム粉末
JPH04124006A (ja) ＡｌＮ微小球状焼結体及びその製造方法
HONMA et al. Characterization and Sintering of Alkoxy-Derived Vanadium Pentaoxide
JP2004055849A (ja) 炭化珪素系ｐ型熱電変換材料及びその製造方法
JPS60108369A (ja) 電気絶縁性炭化けい素焼結体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant