DE4016942A1 - Verfahren zur herstellung von aluminiumnitridfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridfasern.

Aluminiumnitrid der hier in Rede stehenden Art ist für Sub­ strate mit hoher Wärmeableitfähigkeit und dergleichen wirk­ sam verwendbar, die zur beabsichtigten höheren Integration und höheren Leistung von integrierten Schaltungen beitragen.

Aluminiumnitrid, das ausgezeichnete elektrisch isolierende Eigenschaften, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen Wärme­ ausdehnungskoeffizienten aufweist, der demjenigen von Sili­ kon nahekommt, ist bereits als Substrat mit hoher Wärmeab­ leitfähigkeit verwendet worden, das zur beabsichtigten höhe­ ren Integration und höheren Leistung von integrierten Schal­ tungen beiträgt. Darüber hinaus besitzt Aluminiumnitrid auch ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Ausbreitungs­ geschwindigkeit von Phononen, der Korrosionsfestigkeit ge­ genüber geschmolzenen Metallen, der chemischen Stabilität usw., und es ist auch zu erwarten, daß Aluminiumnitrid brei­ te Anwendung als Isolierfilm für mit akustischen Oberflä­ chenwellen arbeitende Vorrichtungen in Halbleiteranordnungen, elektrooptischen Vorrichtungen usw. finden wird.

Während das so verwendete Aluminiumnitrid gewöhnlich in Pul­ verform durch reduktive Nitridierung eines Aluminiumoxidpul­ vers mittels Ruß oder durch direkte Nitridierung metalli­ schen Aluminiumpulvers erhalten werden kann, wird faserför­ miges Aluminiumnitrid ebenfalls benötigt, um einen breiteren Anwendungsbereich zu gewinnen. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, daß die reduktive Nitridierung oder direkte Nitri­ dierung der genannten Pulver kaum zu faserförmigem Alumi­ niumnitrid führt und daß Verfahren zur Herstellung von Kera­ mikfasern wie z.B. Schmelzverfahren, Flußmittelverfahren und Hydrothermalverfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridfa­ sern ebenfalls untauglich sind.

Aus der US-Patentanmeldung 1 46 407 von J.D. Volt ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridfasern oder -filmen durch Erhitzen auf eine hohe Temperatur in Gegenwart von Stickstoff bekannt, wobei Faser- oder Filmvorstufen ver­ wendet werden, die mit Aluminiumoxid und Kohlenstoff erhal­ ten werden. Bei diesem Verfahren kann Aluminiumnitrid in fa­ seriger Form in gewissem Maße hergestellt werden, solange die Vorbehandlungstemperatur, eine ausreichende Kohlenstoff­ zufuhr, die Steuerung von Zeit und Temperatur beim Sintern, die Entfernung überschüssigen Kohlenstoffs und die Zufuhr von Sinterhilfsmitteln sorgfältig beachtet bzw. durchgeführt werden.

Das genannte Verfahren von Volt hat jedoch den Nachteil, daß die Herstellungsbedingungen das Verfahren extrem kompliziert und störungsanfällig machen und daß die erforderlichen Her­ stellungskosten leicht hoch werden können.

Der Erfindung liegt deshalb in erster Linie die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridfa­ sern zu schaffen, das über verhältnismäßig einfache Stufen verläuft und deshalb leicht durchgeführt werden kann und mit dem die Herstellungskosten wirksam verringert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridfasern gelöst, bei dem ein Gemisch aus einer aluminiumhaltigen Verbindung, einer poly­ meren organischen Verbindung und mindestens einer, je nach Bedarf zugegebenen weiteren Verbindung, nämlich einer kohlen­ stoffhaltigen Verbindung und/oder einer kohlenstoff-stick­ stoff-haltigen Verbindung, gesintert wird, wobei dieses Ver­ fahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die verwendete poly­ mere organische Verbindung faserbildende Eigenschaften be­ sitzt und daß das Gemisch zu Fasern geformt wird und das Sintern in einer nicht oxidierenden, stickstoffhaltigen At­ mosphäre durchgeführt wird.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevor­ zugte Ausführungformen im einzelnen beschrieben wird, ist damit nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese Ausfüh­ rungsformen zu beschränken; vielmehr umfaßt die Erfindung auch alle im Rahmen der patentansprüche möglichen Änderungen und äquivalenten Ausführungsformen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Alu­ miniumnitridfasern wird eine Lösung, die eine aluminiumhal­ tige Verbindung, eine polymere organische Verbindung, die zu Fasern geformt werden kann, und, falls erforderlich, eine kohlenstoffhaltige Verbindung und/oder eine kohlenstoff­ stickstoff-haltige Verbindung enthält, als ein Gemisch ver­ wendet, das zu Fasern geformt wird, d.h. als Vorstufe der Aluminiumnitridfasern, und aus dem Gemisch werden in an sich bekannter Weise Fasern geformt und getrocknet. Für die beab­ sichtigte Formgebung können alle Methoden angewandt werden, mit deren Hilfe aus der Lösung Fasern geformt werden können, beispielsweise bekannte Spinnverfahren, vorzugsweise mittels Extrusion der Lösung aus einer Spinndüse, die neben anderen bekannten Verfahren angeführt werden können. Wenn die jewei­ ligen Verbindungen wasserlöslich sind, ist es möglich, Was­ ser als Lösungsmittel zu verwenden, und die Verbindungen sol­ len in ausreichendem Maße miteinander vermischt werden. Die aus dem Gemisch gebildeten Fasern weisen einen in geeigneter Weise durch die Bedingungen der Preßformung einstellbaren Durchmesser auf sowie eine durch Schneiden oder dergleichen nach dem Trocknen in geeigneter Weise eingestellte Länge.

Als aluminiumhaltige Verbindung stehen polynukleare mehrker­ nige Aluminiumkomplexe, Aluminiumalkoxide oder dergleichen zur Verfügung. Als polynukleare Aluminiumkomplexe können aufgezählt werden: basisches Aluminiumchlorid, basisches Aluminiumlactat, basisches Aluminiumnitrat, basisches Alumi­ niumsulfat, basisches Aluminiumacetat und dergleichen; und als Aluminiumalkoxide können aufgezählt werden: aliphatische Alkoxide mit einer Kohlenstoffzahl von weniger als 10, wie z.B. Aluminiummethoxid, Aluminiumethoxid, Aluminiumpropoxid, Aluminiumbutoxid und dergleichen. Auch andere als diese Ver­ bindungen, nämlich Aluminiumchlorid, Aluminiumsulfat, Alumi­ niumacetat, Aluminiumnitrat, Aluminiumhydroxid, Aluminium­ oxid und dergleichen stehen zur Verfügung.

Die polymere organische Verbindung muß zu Fasern formbar sein, damit aus dem Lösungsgemisch Fasern geformt werden können, und die Lösung enthält außerdem, soweit erforderlich, Zusatzstoffe zur Herstellung der Aluminiumnitridfasern, in der Hauptsache z.B. die aluminiumhaltige Verbindung, die koh­ lenstoffhaltige Verbindung, die kohlenstoff-stickstoff-hal­ tige Verbindung und dergleichen. Beispielsweise können als Polymere organische Verbindung Polyacrylamid, Methylcellulo­ se, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol und dergleichen aufge­ zählt werden, die selbst zu Fasern geformt werden können. In diesem Falle kann das faserförmige Gemisch erhalten werden, wobei das organische Polymer als Bindemittel wirkt. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß bei geeigneter Auswahl der Art der verwendeten Polymeren organischen Verbindung der für die Reaktion zur Erzeugung von Aluminiumnitrid erforderliche Koh­ lenstoff oder Stickstoff in ausreichendem Maße durch die Poly­ mere organische Verbindung selbst zugeführt werden kann, was zur Folge hat, daß die kohlenstoffhaltige oder kohlenstoff­ stickstoff-haltige Verbindung nicht zugesetzt werden muß.

Wenn eine oder beide dieser Verbindungen, d.h. die kohlen­ stoffhaltige Verbindung und/oder die kohlenstoff-stickstoff­ haltige Verbindung, dem Gemisch zugegeben werden, können sie die Rolle eines Reduktionsmittels spielen. Als kohlenstoff­ haltige Verbindung können verschiedene Zucker, beispielswei­ se Sorbit, Pentaerythrit und dergleichen aufgezählt werden, während die kohlenstoff-stickstoff-haltige Verbindung Harn­ stoff, Glycin, Alanin, Caprolactam, ein Guanidin-Salz und dergleichen sein kann, welche eine sanfte Nitridierung zu fördern vermögen.

Wenn ein Aluminiumalkoxid als aluminiumhaltige Verbindung in Form einer wäßrigen Lösung verwendet wird, wird vorzugsweise Tetraalkylammoniumhydroxid zugegeben, wenn die jeweiligen Verbindungen miteinander vermischt werden. Als Tetraalkyl­ ammoniumhydroxide werden wasserlösliches Tetramethylammo­ niumhydroxid, Tetraethylammoniumhydroxid, Tetraisopropyl­ ammoniumhydroxid, Tetrabutylammoniumhydroxid und dergleichen aliphatische Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von we­ niger als 4 bevorzugt. Diese Tetraalkylammoniumhydroxide sollen während des Vermischens der jeweiligen Verbindungen, wenn sie in Form einer wäßrigen Lösung vorliegen, zugegeben werden, so daß sie verhindern, daß irgendwelche aluminium­ haltigen Komponenten gebildet und ausgefällt werden, und die Bildung einer geeigneten Mischung gestatten.

Die jeweiligen Verbindungen werden so miteinander vermischt, daß das faserige Gemisch ein C/Al-Molverhältnis von norma­ lerweise 0,4 bis 1,6 aufweist, und zwar nach der Calcinie­ rung, die in N₂-haltiger, nicht oxidierender Atmosphäre bei 900°C 1 Stunde lang durchgeführt wird. Wenn das C/Al-Molver­ hältnis weniger als 0,4 beträgt, läuft die Reaktion nach der Calcinierung kaum noch ab, während ein C/Al-Molverhältnis von mehr als 1,6 nach dem Calcinieren zur Bildung von AlN in Pulverform führen kann und der faserige Zustand schwer auf­ rechterhalten werden kann. Die Calcinierungsbedingungen von 900°C und 1 Stunde Dauer wurden nur gewählt, weil sie als Testbedingungen bequem eingehalten werden konnten; diese Be­ dingungen sind jedoch nicht auf die Testbedingungen oder die Herstellungsbedingungen beschränkt. Der Test ist außerdem nicht beschränkt auf den speziellen Testgegenstand, sofern er nur bereits zu Fasern geformt ist.

Die zu verwendende Menge der polymeren organischen Verbin­ dung reicht zur Herstellung des beabsichtigten Aluminiumni­ trids aus dem Gemisch der erforderlichen Stoffe aus, das zu Fasern geformt werden soll. Dies bedeutet, daß die Mindest­ menge, die erforderlich ist, um dem Stoffgemisch faserbil­ dende Eigenschaften zu verleihen, die untere Grenze für die­ se Menge bildet. In der Praxis werden vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffanteil des Gemischs zur Herstellung des Aluminiumnitrids, verwendet.

Wenn schließlich zu dem Gemisch eine ein Seltenerdelement wie Yttrium oder eines der Lanthanidenelemente enthaltende Verbindung, eine ein Erdalkalielement enthaltende Verbindung oder dergleichen als Sinterhilfe zugegeben wird, wird es er­ möglicht, eine Aluminiumnitridfaser zu erhalten, deren hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Festigkeit noch weiter verbessert sind. Als Seltenerdelemente enthaltende Verbindungen können Yttriumoxid, Yttriumchlorid, Yttriumnitrat, basisches Yttrium­ acetat und dergleichen aufgezählt werden, als Erdalkaliele­ mente enthaltende Verbindungen Calciumoxid, Calciumcarbid, Calciumchlorid und Calciumnitrat. Die als Sinterhilfe ver­ wendete Verbindung sollte vorzugsweise wasserlöslich sein.

Das faserige Gemisch der genannten Zusammensetzung kann dem Sintern ohne vorhergehende Calcinierung unterworfen werden, aber es wird bevorzugt, eine Calcinierung vor dem Sintern durchzuführen. Die Calcinierung kann in der stickstoffhalti­ gen, nicht oxidierenden Atmosphäre durchgeführt werden, bei­ spielsweise im Bereich von 800 bis 1000°C während 30 Minuten bis 5 Stunden, vorzugsweise während etwa 1 Stunde. Durch diese Calcinierung können unnötige Elemente wie z.B. Chlor, Eisen usw., die in dem Gemisch enthalten sind, entfernt wer­ den. Das nicht calcinierte oder schon calcinierte faserige Gemisch wird dann in der stickstoffhaltigen, nicht oxidie­ renden Atmosphäre gesintert, entweder mit oder ohne Zusatz von Kohlenstoff oder einer kohlenstoffhaltigen Verbindung. Die nicht oxidierende, stickstoffhaltige Atmosphäre kann beispielsweise eine Atmosphäre sein, die aus 100 Gew.-% Stick­ stoff besteht, oder eine stickstoffhaltige Argon-Atmosphäre, eine stickstoffhaltige Kohlenmonoxidatmosphäre, eine Ammo­ niumatmosphäre und dergleichen, und die Sintertemperatur liegt gewöhnlich im Bereich von etwa 1400 bis 1900°C und die Sinterdauer bei etwa 30 Minuten bis 50 Stunden.

Der Kohlenstoff oder die kohlenstoffhaltige Verbindung wer­ den so zugegeben, daß das aus ihnen mit dem faserigen Gemisch gebildete Gemisch, das nicht calciniert oder bereits calci­ niert ist, als Ganzes ein C/Al-Molverhältnis von mehr als 1,65 und innerhalb eines Bereiches von 1,65 bis 6,00, vor­ zugsweise etwa 1,65 bis 4,00, aufweist, wenn es in der stick­ stoffhaltigen, nicht oxidierenden Atmosphäre, beispielsweise in N₂-Gas, bei 900°C 1 Stunde lang calciniert worden ist. Wenn das C/Al-Molverhältnis weniger als 1,65 beträgt, zeigt die Zugabe der Kohlenstoffquelle keine ausreichende Wirkung, und es wird schwierig, die Aluminiumnitridfaser in hoher Reinheit herzustellen, während ein zu hohes C/Al-Molverhält­ nis die Entfernung von restlichem Kohlenstoff in der erhal­ tenen Aluminiumnitridfaser erforderlich macht und damit die Verwendbarkeit des Verfahrens einschränkt.

Insbesondere wird erfindungsgemäß das C/Al-Molverhältnis so eingestellt, daß es einem wirksamen Wert entspricht, der ge­ nau in Abhängigkeit von der zur Reaktion beitragenden Menge erhalten worden ist, mit Ausnahme des Betrages, der nichts zur Reaktion beiträgt, und zwar als Folge der Calcinierung in der stickstoffhaltigen, nicht oxidierenden Atmosphäre bei 900°C während 1 Stunde. Bei der praktischen Herstellung wer­ den natürlich die Calcinierungsbedingungen nicht immer auf die erwähnten Vorgehensweisen beschränkt.

Anstelle der vorgenannten Zugabe von Kohlenstoff oder einer kohlenstoffhaltigen Verbindung kann das Verfahren ferner auch unter Verwendung von Kohlenstoffdampf durchgeführt wer­ den, der in der stickstoffhaltigen, nicht oxidierenden At­ mosphäre enthalten ist. Genauer gesagt, ist es möglich, ein Verfahren zum Sintern des faserigen Gemischs in einem aus Graphit hergestellten Reaktionsgefäß anzuwenden, bei dem Kohlenstoffdampf bei der Reaktion zur Verfügung stehen kann.

Wenn es erwünscht ist, den restlichen Kohlenstoff nach dem Sintern zu entfernen, dann kann eine Wärmebehandlung durch­ geführt werden, d.h. ein Brennen in einer oxidierenden At­ mosphäre bei einer Temperatur von 600 bis 750°C.

Die gegebenenfalls erhältliche Aluminiumnitridfaser kann einen Durchmesser von beispielsweise etwa 100 µm bis 1 mm und eine Länge von etwa 0,1 mm bis 10 cm besitzen.

Beispiel 1

Basisches Aluminiumchlorid und D-Glucose wurden in einer wäß­ rigen, 1gew.%igen Lösung von Polyethylenoxid gelöst, so daß sich ein C/Al-Molverhältnis von 1,5 ergab, es wurden daraus Fasern geformt und getrocknet, wodurch ein faseriges Gemisch erhalten wurde. Hierbei wurde als basisches Aluminiumchlorid ein solches mit einem Aluminiumgehalt von 50 Gew.-%, ausge­ drückt als Al₂O₃, und mit einer Basizität von 84 Gew.-% ver­ wendet. Das so erhaltene faserige Gemisch wurde in N₂-Gas bei 900°C während 1 Stunde calciniert. Das C/Al-Molverhält­ nis betrug nach der Calcinierung 1,1. Ebenfalls nach der Calcinierung wurde Ruß dem Gemisch zugegeben, und zwar 26 Gew.-Teile, und damit vermischt, und das Gemisch wurde in N₂-Gas bei 1700°C während 6 Stunden gesintert. Danach wurde eine Wärmebehandlung bei 650°C während 2 Stunden durchge­ führt, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, und eine Alu­ miniumnitridfaser wurde erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 98 Gew.-% AlN.

Beispiel 2

Basisches Aluminiumchlorid und D-Glucose wurden in der 1gew.%igen, wäßrigen Lösung von Polyethylenoxid, wie in Beispiel 1 angegeben, gelöst, jedoch wurde das C/Al-Molver­ hältnis auf 1,2 eingestellt. 1,5 Gew.-Teile Yttriumchlorid, bezogen auf das basische Aluminiumchlorid, wurden zugegeben, und es wurden Fasern daraus geformt und getrocknet, wodurch ein faseriges Gemisch erhalten wurde. Hierbei wies das fase­ rige Gemisch ein C/Al-Molverhältnis von 0,8 nach dem Calci­ nieren in N₂-Gas bei 900°C während 1 Stunde auf. Danach wur­ de das faserige Gemisch in gleicher Weise calciniert, wie in Beispiel 1 beschrieben, es wurden dann 28 Gew.-Teile Ruß zu­ gegeben, und das entstandene Gemisch wurde in N₂-Gas bei 1800°C 3 Stunden lang gesintert. Nach dem Sintern wurde eine Wärmebehandlung bei 650°C während 2 Stunden durchgeführt, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, und es wurde eine Alu­ miniumnitridfaser erhalten. Diese Faser besaß eine AIN-Kon­ zentration von 97,5 Gew.-% und wies nur eine geringe Menge an Sauerstoffverunreinigungen, und zwar weniger als 1,0 Gew.-%, auf.

Beispiel 3

Das gemäß Beispiel 1 verwendete basische Aluminiumchlorid und D-Sorbit wurden in der 1gew.%igen waßrigen Losung von Polyethylenoxid gelöst, so daß sich ein C/Al-Molverhältnis von 1,8 einstellte; daraus wurden Fasern geformt und getrock­ net, und ein faseriges Gemisch wurde erhalten. Das faserige Gemisch besaß nach dem Calcinieren in N₂-Gas bei 900°C wäh­ rend 1 Stunde ein C/Al-Molverhältnis von 1,0. Nach dem Cal­ cinieren in N₂-Gas bei 800°C während 1 Stunde wurden dem fa­ serigen Gemisch 25 Gew.-Teile Ruß zugegeben, und das Gemisch wurde in N₂-Gas bei 1700°C 2 Stunden lang gesintert. Danach wurde eine Wärmebehandlung bei 700°C während 1 Stunde durch­ geführt, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, wodurch eine Aluminiumnitridfaser erhalten wurde. Die erhaltene Fa­ ser wies eine Reinheit von 97,5 Gew.-% AIN auf.

Beispiel 4

Basisches Aluminiumlactat und D-Glucose wurden in der 1gew. %igen wäßrigen Lösung von Polyethylenoxid gelöst, wobei ein C/Al-Molverhältnis von 3,6 eingestellt wurde; das Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet, wodurch ein faseri­ ges Gemisch erhalten wurde. Als basisches Aluminiumlactat wurde ein solches mit einem Aluminiumgehalt von 37 Gew.-%, berechnet als Al₂O₃, und mit einem Lactatgehalt von 56 Gew.-% verwendet. Dieses faserige Gemisch wurde in N₂-Gas bei 900°C 1 Stunde lang calciniert, wobei das C/Al-Molverhältnis nach dem Calcinieren 1,2 betrug. Danach wurden 25 Gew.-Teile Ruß zugegeben und das entstandene Gemisch wurde in N₂-Gas bei 1900°C 6 Stunden lang gesintert. Danach wurde eine Wärmebe­ handlung bei 650°C während 2 Stunden durchgeführt, um rest­ lichen Kohlenstoff zu entfernen, und es wurde eine Alumi­ niumnitridfaser erhalten. Die so erhaltene Faser besaß eine Reinheit von 98,2 Gew.-% AIN.

Beispiel 5

Basisches Aluminiumlactat und D-Glucose, wie gemäß Beispiel 4, wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Polyethylenoxid gelöst unter Einstellung eines C/Al-Molverhältnisses von 3,6, das Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet, und ein faseriges Gemisch wurde erhalten. Dann wurden 25 Gew.-Teile Ruß zugegeben und mit diesem faserigen Gemisch vermischt, welches dann in N₂-Gas bei 1800°C 6 Stunden lang gesintert wurde. Danach wurde eine Wärmebehandlung bei 250°C während 2 Stunden durchgeführt, um restlichen Kohlenstoff zu entfer­ nen, und es wurde eine Aluminiumnitridfaser erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 98,0 Gew.-% AIN.

Beispiel 6

Basisches Aluminiumlactat und D-Glucose, wie in Beispiel 4 verwendet, wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Po­ lyethylenoxid gelöst unter Einstellung eines C/Al-Molver­ hältnisses von 3,9, das Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet, und es wurde ein faseriges Gemisch erhalten. Die­ ses faserige Gemisch wurde dann in N₂ bei 900°C 1 Stunde lang calciniert, wobei das C/Al-Molverhältnis nach der Calcinie­ rung 1,4 betrug, und danach wurde es in ein aus Graphit her­ gestelltes Reaktionsgefäß verbracht und in N₂ bei 1900°C 6 Stunden lang gesintert, und es wurde eine Aluminiumnitrid­ faser erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 95 Gew.-% AIN. Hierbei steht das aus Graphit hergestellte Reaktionsge­ fäß zur Erzeugung einer reduzierenden, gasförmigen Kohlen­ stoff enthaltenden Atmosphäre zur Verfügung.

Beispiel 7

Aluminiumsulfat und D-Glucose wurden in der 1gew.%igen wäß­ rigen Lösung von Polyethylenoxid gelöst unter Bildung eines C/Al-Molverhältnisses von 1,5, das Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet, und ein faseriges Gemisch wurde er­ halten. Dieses faserige Gemisch wurde dann in N₂ bei 900°C 1 Stunde lang calciniert, nach dem Calcinieren betrug das C/Al-Molverhältnis 1,1, und danach wurden 26 Gew.-Teile Ruß zugegeben und das Gemisch wurde dann in N₂ bei 1600°C 6 Stun­ den lang gesintert. Danach wurde das Gemisch weiter einer Wärmebehandlung bei 650°C während 2 Stunden unterworfen, um restIichen Kohlenstoff zu entfernen, und eine Aluminiumni­ tridfaser wurde erhalten. Die entstandene Faser besaß eine Reinheit von 97,5 Gew.-% AIN.

Beispiel 8

Aluminiumsulfat und D-GIucose wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Polyethylenoxid gelöst, wobei das C/Al- Molverhältnis 1,2 betrug, und es wurden 1,2 Gew.-Teile Yttriumchlorid, bezogen auf Aluminiumsulfat, berechnet als Oxid, zugegeben, das so erhaltene Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet und ein faseriges Gemisch wurde er­ halten. Hierbei betrug das C/Al-MoIverhältnis nach dem Cal­ cinieren in N₂ bei 900°C während 1 Stunde 0,8. Nach dem wie in Beispiel 7 beschriebenen Calcinieren wurden 28 Gew.-Teile Ruß zugegeben, und das Gemisch wurde dann in N₂ bei 1600°C 3 Stunden lang gesintert. Danach wurde das Gemisch weiter einer Wärmebehandlung bei 650°C während 2 Stunden unterwor­ fen, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, und eine Alumi­ niumnitridfaser wurde erhalten. Diese Faser besaß eine Rein­ heit von 97,5 Gew.-% AIN und wies nur eine geringe Menge an Sauerstoffverunreinigungen auf, und zwar weniger als 1,0 Gew.-%.

Beispiel 9

Aluminiumsulfat und D-GIucose wurden in der 1gew.%igen wäß­ rigen Lösung von Polyethylenoxid unter Bildung eines C/Al- Molverhältnisses von 1,8 gelöst, zu Fasern geformt und ge­ trocknet, und ein faseriges Gemisch wurde auf diese Weise er­ halten. Nach dem Calcinieren in N₂ bei 900°C während 1 Stun­ de betrug das C/Al-Molverhältnis 1,0. Nach dem Calcinieren dieses faserigen Gemisches in N₂ bei 800°C während 1 Stunde wurden 25 Gew.-Teile Ruß dem faserigen Gemisch zugegeben und das Gemisch wurde danach in N₂ bei 1700°C 2 Stunden lang ge­ sintert, danach bei 700°C 1 Stunde lang wärmebehandelt, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, und es wurde eine Alu­ miniumnitridfaser erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 97,5 Gew.-% AlN.

Beispiel 10

Aluminiumisopropoxid, D-Glucose und TetramethyIammoniumhy­ droxid wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Poly­ ethylenoxid gelöst unter Einstellung eines Molverhältnisses von 4 : 1 : 4, es wurden daraus Fasern geformt und getrocknet, und ein faseriges Gemisch wurde erhalten. Dieses faserige Gemisch wurde in N₂ bei 900°C 1 Stunde lang calciniert, und das C/AI-Molverhältnis betrug nach dem Calcinieren 1,1; da­ nach wurden 26 Gew.-Teile Ruß zugegeben, und das Gemisch wurde dann in N₂ bei 1700°C 6 Stunden lang gesintert. Danach wurde das Gemisch weiter einer Wärmebehandlung bei 650°C 2 Stunden lang unterworfen, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, und es wurde eine Aluminiumnitridfaser erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 97,5 Gew.-% AlN.

Beispiel 11

AIuminiumisopropoxid, D-Glucose und TetramethyIammonium­ hydroxid wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Po- Iyethylenoxid gelöst und zwar bei einem Molverhältnis von 5 : 1 : 5; dann wurden 1,0 Gew.-Teile Yttriumchlorid, bezogen auf Aluminiumisopropoxid, zugegeben, und es wurden daraus Fasern geformt und getrocknet, und ein faseriges Gemisch wurde erhalten. Nach dem Calcinieren in N₂ bei 900°C während 1 Stunde wurde ein C/AI-Molverhältnis von 0,8 erhalten. Da­ nach wurden 28 Gew.-Teile Ruß zugegeben, und das Gemisch wurde in N₂ bei 1800°C 3 Stunden lang gesintert. Danach wur­ de die Wärmebehandlung bei 650°C 2 Stunden lang durchgeführt, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, und eine Aluminium­ nitridfaser wurde erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 98,0 Gew.-% AIN und wies eine kleine Menge an Sauerstoff­ verunreinigungen auf, und zwar weniger als 1,0 Gew.-%.

Beispiel 12

Aluminiumisopropoxid, D-Sorbit und Tetramethylammoniumhyd­ roxid wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Poly­ ethylenoxid gelöst, und zwar bei einem Molverhältnis von 10 : 3 : 10; das Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet, und es wurde ein faseriges Gemisch erhalten. Nach dem Calci­ nieren in N₂ bei 900°C während 1 Stunde betrug das C/Al-Mol­ verhälnis 1,0. Das faserige Gemisch wurde in N₂ bei 800°C 1 Stunde lang calciniert, dann wurden 25 Gew.-Teile Ruß zu­ gegeben, und es wurde in N₂ bei 1700°C 2 Stunden Iang gesin­ tert. Danach wurde eine weitere Wärmebehandlung bei 700°C während 1 Stunde durchgeführt, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen, und es wurde eine AIuminiumnitridfaser erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 97,5 Gew.-% AIN.

Beispiel 13

AIuminiumbutoxid, D-Glucose und Tetramethylammoniumhydroxid wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Polyethylen­ oxid gelöst, und zwar bei einem MolverhäItnis von 4 : 1 : 4; das Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet, und es wurde ein faseriges Gemisch erhalten. Dieses faserige Gemisch wur­ de dann in N₂ bei 900°C 1 Stunde lang calciniert. Nach dem Calcinieren betrug das C/AI-Molverhältnis 1,2. Dann wurden 25 Gew.-Teile Ruß zugegeben und das Gemisch wurde in N₂ bei 1900°C 6 Stunden lang gesintert. Danach wurde eine weitere Wärmebehandlung bei 650°C während 2 Stunden durchgeführt, um restIichen Kohlenstoff zu entfernen, und es wurde eine Alu­ miniumnitridfaser erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 97,8 Gew.-% AIN.

Beispiel 14

Aluminiumisopropoxid, D-Glucose und Tetraethylammoniumhy­ droxid wurden in der 1gew.%igen wäßrigen Lösung von Poly­ ethylenoxid gelöst, und zwar bei einem Molverhältnis von 4 : 1 : 4; das Gemisch wurde zu Fasern geformt und getrocknet, und es wurde ein faseriges Gemisch erhalten. 25 Gew.-Teile Ruß wurden dann diesem faserigen Gemisch zugegegeben, wel­ ches danach in N₂ bei 1800°C 6 Stunden lang gesintert wurde. Danach wurde eine weitere Wärmebehandlung bei 650°C 2 Stun­ den lang durchgeführt, um restlichen Kohlenstoff zu entfer­ nen, und es wurde eine Aluminiumnitridfaser erhalten. Diese Faser besaß eine Reinheit von 98,2 Gew.-% AIN.

Das in den vorstehend beschriebenen Beispielen verwendete Polyethylenoxid war "ALCOX E-160", ein Erzeugnis des japani­ schen Herstellers MEISEI KAGAKU KOGYO K.K., welches ein mittleres Molekulargewicht von mehr als 40 00 000 besitzt. Es wurde bei den entsprechenden Beispielen gefunden, daß das C/Al-Molverhältnis nach dem Calcinieren in N₂ bei 900°C wäh­ rend 1 Stunde bei den Gemischen, denen Ruß zugegeben wurde, auf einem Wert oberhalb von 1,65 gehalten werden konnte.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridfasern, bei dem ein Gemisch aus einer aluminiumhaltigen Verbindung, einer polymeren organischen Verbindung sowie, je nach Bedarf, mindestens einer weiteren Verbindung, nämlich einer kohlen­ stoffhaltigen Verbindung und/oder einer kohlenstoff-stick­ stoff-haltigen Verbindung, unter Bildung der Aluminiumni­ tridfasern gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere organische Verbindung filmbildende Eigenschaften aufweist, daß das Gemisch zu Fasern geformt wird und daß das Sintern in einer stickstoffhaltigen, nicht oxidierenden At­ mosphäre durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Verbindungen wasserlöslich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein polynuklearer Aluminiumkomplex als aluminium­ haltige Verbindung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der polynukleare Aluminiumkomplex mindestens eine der fol­ genden Verbindungen ist: basisches Aluminiumchlorid, basi­ sches Aluminiumlactat, basisches Aluminiumnitrat, basisches Aluminiumsulfat und basisches Aluminiumacetat.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als aluminiumhaltige Verbindung ein Alumi­ niumalkoxid verwendet wird und daß Tetraalkylammoniumhydroxid beim vermischen der Verbindungen zugegeben wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumalkoxid eine der folgenden Verbindungen ist: Aluminiummethoxid, Aluminiumethoxid, Aluminiumpropoxid oder Aluminiumbutoxid.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tetraalkylammoniumhydroxid mindestens eine der folgenden Verbindungen ist: Tetramethylammoniumhydroxid, Tetraethyl­ ammoniumhydroxid, Tetraisopropylammoniumhydroxid und Tetra­ butylammoniumhydroxid.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die das Gemisch bildenden Verbindungen so miteinander vermischt werden, daß das C/Al-Molverhältnis im Bereich von 0,4 bis 1,6 liegt, nachdem das Calcinieren des Gemisches in der stickstoffhaltigen, nicht oxidierenden At­ mosphäre bei 900°C während 1 Stunde durchgeführt worden ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sintern unter Zugabe von Kohlenstoff und/oder der kohlenstoffhaltigen Verbindung durchgeführt wird, welche dem Gemisch, das zu Fasern geformt wird, zuge­ geben und mit ihm vermischt wurden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einem aus Graphit herge­ stellten Gefäß durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei 900°C während 1 Stunde durchgeführt wird und daß das C/Al-Molverhältnis, bezogen auf das Gesamtgemisch, nach dem Sintern mehr als 1,65 beträgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sinterhilfsmittel dem Gemisch zuge­ geben wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Sintern eine Calcinierung durch­ geführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Calcinierung bei 800 bis 1000°C durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern nach der Calcinierung bei 1400 bis 1900°C durchgeführt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch nach dem Sintern einer Wär­ mebehandlung unterworfen wird, um restlichen Kohlenstoff zu entfernen.