DE69123461T2

DE69123461T2 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitrid mittels kontrollierter Nitridierungsverbrennung

Info

Publication number: DE69123461T2
Application number: DE69123461T
Authority: DE
Inventors: Gene Cochran; Glenn Eisman; John Henley; William Moore; Alan Weimer
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1991-05-03
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: AU9120891A; EP0582571B1; ES2094900T3; ATE145886T1; CN1066429A; CA2106669A1; BR9107305A; FI934824A; NO933959D0; DE69123461D1; JPH06506905A; NO933959L; EP0582571A1; FI934824A0; IL100628A0; US5126121A; WO1992019534A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumnitridpulver. Die vorliegende Erfindung betrifft im spezielleren die Herstellung von Aluminiumnitridpulver durch direkte Verbrennungsnitridation von Aluminiummetall.
Aluminiumnitridsynthesen verlaufen vor allem über eines von vier bekannten Verfahren. Ein herkömmliches Verfahren setzt direkt Aluminiummetall mit Stickstoff (2A1 + N&sub2; T 2AlN) um. Ein zweites herkömmliches Verfahren umfaßt carbothermisches Reduzieren und Nitridieren von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3; + 3C + N&sub2; T 2AlN + 3CO). Ein weniger herkömmliches Verfahren setzt Aluminiumchlorid und Ammoniak in einer Dampfphase um (AlCl&sub3; + 4NH3 T AlN + 3NH&sub4;Cl). US-A-3,128,153 offenbart ein noch weniger übliches Verfahren, worin Aluminiumphosphid mit Ammoniak reagiert (AlF + NH3 T AlN + 1/4P4 + 3/2H&sub2;).
Die Eigenschaften von Teilen aus Aluminiumnitrid hängen weitgehend von der Reinheit des Aluminiumnitridpulvers, aus welchem sie hergestellt sind, ab. Demgemäß sollte jedes Verfahren, das an sich Verunreinigungen im Gemisch mit Aluminiumnitridpulver hinterläßt, vermieden werden.
Die Dampfphasenreaktion von Aluminiumchlorid und Ammoniak erzeugt Ammoniumchlorid als ein Nebenprodukt. Zusätzlich enthält kommerziell erhältliches Aluminiumchlorid wesentliche Verunreinigungsgehalte. Das Aluminiumchlorid muß daher vor der Reaktion mit Ammoniak gereinigt werden.
Die Reaktion von Aluminiumphosphid mit Ammoniak weist ein gleiches Problem wie die Dampfphasensynthese auf. Kommerziell erhältliches Aluminiumphosphid enthält im allgemeinen nicht vertretbare Verunreinigungsgehalte. Zusätzlich ist Phosphor teuer, toxisch und leicht entzündlich.
Das carbothermische Reduktionsverfahren liefert ein Produkt, das Restkohlenstoff enthält. Der Kohlenstoff kann oxidiert werden und anschließend durch ein Hochtemperaturausbrennen an Luft entfernt werden. Das Ausbrennen bewirkt auch, daß etwas von dem Aluminiumnitridprodukt zu Aluminiumoxid oxidiert wird. Dieses Aluminiumoxid verringert die Produktreinheit und beeinflußt thermische Leitfähigkeiten von Gegenständen, die aus diesem Produkt hergestellt werden, nachteilig.
Die direkte Reaktion von Aluminiummetall zu Aluminiumnitrid erzeugt aus zwei Gründen ein saubereres Produkt als die anderen Verfahren. Zum einen ist hochreines Aluminium kommerziell erhältlich. Zum zweiten erzeugt das Verfahren keine Nebenprodukte.
Die direkte Reaktion ist exotherm und entwickelt ungefähr 328 Kilojoules pro Gramm-Mol Aluminiumnitrid bei 1800 K (1525ºC). Aluminiummetall schmilzt bei etwa 933 K (660ºC). Die Reaktion von Aluminium und Stickstoff beginnt bei etwa 1073 K (800ºC) und ist, wenn sie einmal initiiert ist, selbstlaufend, wenn sie nicht gesteuert wird. Eine ungesteuerte Reaktion erreicht eine adiabatische Temperatur von etwa 2800 K (2525ºC). Ungesteuerte Reaktionen, die AlN-Sintertemperaturen erreichen und für ausgedehnte Zeitdauern bei diesen verbleiben, führen zu gesinterten Aluminiumnitridagglomeraten. Die Agglomerate sind nicht leicht dafür zugänglich weiter auf Dichten gesintert zu werden, die die theoretische Dichte durch drucklose Sintertechniken erreichen.
Eine Variation des direkten Nitridationsverfahrens verwendet Plasmareaktoren, um Aluminiummetall bei Temperaturen, die 10.000 K (10.000ºC) erreichen, zu verdampfen. Das verdampfte Metall reagiert dann mit Stickstoff, Ammoniak oder Gemischen von Stickstoff und Ammoniak oder Stickstoff und Wasserstoff. Die resultierenden Aluminiumnitridteilchen haben eine mittlere Teilchengröße von weniger als 0,1 Mikrometer und eine Oberfläche von ungefähr 30 Quadratmeter pro Gramm. Sauerstoff, der auf der Oberfläche des Pulvers, die Luft ausgesetzt ist, gefunden wird, reagiert mit Aluminiumnitrid während dem Sintern, um Aluminiumoxynitrid zu bilden und verringert die thermische Leitfähigkeit des resultierenden gesinterten Produkts.
US-A-4,612,045 atomisiert geschmolzenes Aluminium in eine nitridierende Atmosphäre aus erhitztem Stickstoffgas. Das Gas muß bei einer Temperatur von 1073 K (800ºC) oder höher sein. Die resultierenden Produkte enthalten, wie berichtet wird, eine Menge von nicht umgesetztem Aluminiummetall.
Eine andere Variation des direkten Nitridationsverfahrens ist als ein Schwebenitridationsverfahren (floating nitridation process) bekannt. Atomisiertes Aluminiumpulver wird in einen Strom von gasförmigem Stickstoff eingebracht und nach oben gerichtet durch einen erhitzten Reaktionsbereich geführt. Das Aluminiumpulver reagiert mit dem gasförmigen Stickstoff in dem Reaktionsbereich. Das resultierende Produkt wird oben gesammelt. Typische Reaktionstemperaturen liegen im Bereich zwischen 1623 und 1823 K (1350 und 1550ºC)
N. Hotta et al., beschreiben in "Synthesis of AlN by the Nitridation of the Floating Al Particels in N&sub2; Gas", Yogyo Kvokai-Shi, 95 (2), Seiten 274-277 (1987) ein Schwebenitridationsverfahren, das bei Temperaturen von 1350 bis 1550 Grad Celsius (1623 und 1823 K) durchgeführt wird. Sie erzeugen sehr feine Aluminiumnitridteilchen mit einer mittleren Größe von 0,1 bis 0,2 Mikrometer, bei Reaktionszeiten in der Größenordnung von fünf Sekunden.
JP-A-01 275472 (11. September 1986) beschreibt ein Zweistufenschwebenitridationsverfahren. In Stufe eins wird Aluminiummetall in einem schwebenden Zustand mit Hochtemperaturstickstoffgas für eine kurze Zeitdauer bei einer Temperatur von weniger als 1473 K (1200ºC) umgesetzt, um nur auf der Oberfläche der Aluminiummetallteilchen eine harte Aluminiumnitridschicht zu bilden. In Stufe zwei werden diese intermediären Teilchen mit Stickstoffgas bei einer Temperatur von 1473 bis 2073 K (1200 bis 1800ºC) für eine längere Reaktionsdauer umgesetzt. Das resultierende Aluminiumnitrid hat, wie berichtet wird, eine Oberfläche von weniger als 2 Quadratmeter pro Gramm.
JP-A-01 145310 offenbart ein Schwebenitridationsverfahren, worin Aluminiumpulver, das in Stickstoffgas suspendiert ist, nach oben gerichtet durch eine erhitzte Reaktionszone, die zwischen 1400 und 1800ºC gehalten wird, gelangt. Die verwendete Temperatur in dem einzigen Beispiel ist 1550ºC und es gibt keinen Hinweis darauf, daß ein Vorteil erhalten werden könnte, wenn Temperaturen über 1550ºC verwendet werden.
US-A-3,307,908 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumnitrid, worin ein Gemisch von Aluminiummetall und fein zerteiltem Material, ausgewählt aus Aluminiumnitrid, Aluminiumfluorid und einem Gemisch davon, in einer nitridierenden Atmosphäre erhitzt wird. Die bevorzugte Reaktionstemperatur ist zwischen 800 und 1300ºC, wobei der Bereich von 800 bis 1100ºC am bevorzugtesten ist. Das Aluminiumnitridprodukt kann durch Erhöhen der Temperatur auf 1700 bis 2100ºC nach dem das Nitridationsverfahren abgeschlossen ist, stabilisiert werden. Es gibt keine allgemeine Bezugnahme auf den Typ des Reaktionsbehälters oder die Reaktionszeit für den Nitridationsschritt. In dem beispielhaft aufgeführten Verfahren wurde das Aluminiumgemisch in einem Graphitreaktionsbehälter für eine nicht spezifizierte Dauer statisch erhitzt. Es ist nicht nahegelegt, daß das Verfahren eine Anwendung auf eine dynamische Reaktionszone haben würde.
CA 105:211254k betrifft ein Schwebenitridationsverfahren, worin Teilchen in der Reaktionszone durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl erhitzt werden. Es ist nicht nahegelegt, daß irgendein Material zu dem Aluminiummetall gegeben werden sollte, um die Abscheidung von Aluminiumnitrid auf der Reaktorwand zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Herstellen von Aluminiumnitridpulver, umfassend das Leiten eines Gemischs aus einem pulverförmigen entfernbaren oder kompatiblen Feststoffmaterial und teilchenförmigem Aluminiummetall und einem Stickstoffausgangsmaterial durch eine erhitzte Reaktionszone, wobei das kompatible oder entfembare Feststoffmaterial in einer Menge vorliegt, die ausreichend ist, um die Abscheidung von Aluminiumnitridprodukt auf Wänden oder anderen Oberflächen, die die Reaktionszone begrenzen, zu verringern, wobei die Reaktionszone bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle einzelnen Aluminiummetallteilchen mit einer Heizrate von 100 K (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur von 1873 K (1600ºC) bis 2373 K (2100ºC) und bei einer Flußrate, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle der Aluminiummetallteilchen in dem Temperaturbereich für eine Zeitdauer von 0,2 bis 10 Sekunden zu halten, zu erhitzen. Das verwendete teilchenförmige Aluminiummetall wird üblicherweise in ein Produkt übergeführt, mit einem Aluminiumnitridgehalt von mindestens 75 Gewichtsprozent, basierend auf dem Produktgewicht, wobei das Aluminiumnitrid eine Oberfläche im Bereich von 0,5 bis 6 Quadratmeter pro Gramm und einen Sauerstoffgehalt in einem Bereich von größer als 0 bis weniger als 1 Gew.-% aufweist. Nachdem das Verfahren beginnt Aluminiumnitridprodukt zu erzeugen, wird ein Teil des Produkts gegebenenfalls als ein Ausgangsmaterial für ein kompatibles Material verwendet. Das Produkt hat vorteilhafterweise einen Aluminiumnitridgehalt von mindestens 90 Gewichtsprozent, basierend auf dem Produktgewicht.
Geeigneterweise gelangt das Produkt von einer erhitzten Reaktionszone in eine Kühlzone, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle einzelnen Produktteilchen mit einer Kühlrate von mindestens 100 K (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur unter 1073 K (800ºC) abzukühlen.
In einer Ausführungsform wird das Produkt zuerst gemahlen, um nicht umgesetzte Aluminiummetalloberflächen freizulegen und dann in der Gegenwart von gasförmigem Stickstoff auf eine Temperatur in einem Bereich von 1173 K (900ºC) bis 1873 K (1600ºC) erhitzt, für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle freigelegten, nicht umgesetzten Aluminiummetalloberflächen zu Aluminiumnitrid umzusetzen. Temperaturen in einem Bereich von 1373 K (1200ºC) bis 1873 K (1600ºC) ergeben ebenfalls eine Produktoberfläche, die niedriger als diejenige eines Produkts ist, welches ohne die zweite Reaktionsstufe hergestellt wurde. Die Produktoberflächenverringerung kann bis zu 10 % oder sogar höher sein. Das Mahlen und Erhitzen kann gleichzeitig geschehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung ein Mehrstuf enverfahren zum Herstellen von Aluminiumnitridpulver, umfassend:
a) Leiten eines Gemischs aus einem zuvor hergestellten Aluminiumnitridpulver und teilchenförmigem Aluminiummetall und einem Stickstoffausgangsmaterial durch eine erhitzte Reaktionszone, wobei das Pulver in einer Menge vorliegt, die ausreichend ist, um die Abscheidung von Aluminiumnitridprodukt auf Oberflächen in der Reaktionszone zu verringern, wobei die Zone bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle einzelnen Aluminiummetallteilchen mit einer Erhitzungsrate von mindestens 100 K (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich von 1873 K (1600ºC) bis 2373 K (2100ºC) zu erhitzen, mit einer Flußrate, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle Aluminiummetallteilchen in dem Temperaturbereich für eine Zeitdauer von 0,2 bis 10 Sekunden zu halten;
b) Mahlen des Produkts für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle nicht umgesetzten Aluminiummetalloberflächen freizulegen;
c) Recyclisieren eines Teils des gemahlenen Produkts zum Mischen mit gepulvertem Aluminiummetall;
d) Erhitzen des gemahlenen Produkts, ohne den recyclisierten Teil, in der Gegenwart von gasförmigem Stickstoff, auf eine Temperatur in einem Bereich von 1173 K (900ºC) bis 1873 K (1600ºC)
für eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle freigelegten, nicht umgesetzten Aluminiummetalloberflächen zu Aluminiumnitrid umzusetzen.
Die Figur ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Aluminiumnitridprodukts, das in Beispiel 1 hergestellt wurde.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird geeigneterweise in einer Vorrichtung durchgeführt, die ähnlich derjenigen ist, die in WO 89/07011 auf Seite 10, Zeile 33 bis Seite 11, Zeile 17 offenbart ist. Die darin beschriebene Vorrichtung beschreibt vier Hauptkomponenten: einen gekühlten Reaktantentransportelement; eine Reaktorkammer; ein Erhitzungsmittel und eine Kühlkammer. Ein Spülgas kann in Räume, die die Reaktorkammer umgeben, eingebracht werden.
Das Transportelement, das mit einer Rohrleitung, die in einem Gasflußraum angeordnet ist, vergleichbar sein kann, ist wünschenswerterweise ringförmig, wird geeigneterweise bei einer Temperatur unter derjenigen gehalten, bei welcher pulverförmiges Aluminiummetall schmilzt. Die Temperatur ist vorteilhafterweise ausreichend, um im wesentlichen auszuschließen, d aßdas pulverförmige Aluminiummetall in dem Transportelement oder nahe dessen Auslaß schmilzt und koalesziert. Es wird angenommen, daß Koaleszenz des Aluminiummetalls die Umsetzung von Aluminium zu Aluminiumnitrid durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung effektiv beendet. Gasförmiger Stickstoff diffundiert durch geschmolzenes Aluminium so langsam, daß ein resultierendes Reaktionsprodukt eher einen großen Anteil von nicht umgesetztem Aluminiummetall, als ein wünschenswertes Submikrometeraluminiumnitridpulver enthalten würde. Zusätzlich bildet die Nitridation von geschmolzenen Aluminiumoberflächen einen Aluminiumnitridmantel, der weiterhin die Diffusion von gasförmigen Stickstoff zu und durch geschmolzenes Aluminium begrenzt. Demgemäß ist die Temperatur wünschenswerterweise ausreichend, um es im wesentlichen dem gesamten pulverförmigen Aluminiummetall zu erlauben in die Reaktorkammer als diskrete Teilchen einzutreten. Eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt von Aluminium (etwa 933 K, 660ºC) führt zu befriedigenden Ergebnissen. Die Temperatur ist vorteilhafterweise von 275 bis 373 K (2 bis 100ºC), wünschenswerterweise von 275 bis 323 K (2 bis 50ºC) und vorzugsweise von 275 bis 298 K (2 bis 25ºC).
Das Gemisch von pulverförmigem Aluminiummetall und einem pulverförmigen inerten Metall wird geeigneterweise in den Transportbereich mittels einer Pulveraufgabevorrichtung eingebracht. Die Pulveraufgabevorrichtung kann jede herkömmliche Aufgabevorrichtung sein, die einen abgemessenen oder gesteuerten Fluß von pulverförmigem Aluminiummetall oder dem pulverförmigen Gemisch zu dem Transportbereich liefert. Herkömmliche Aufgabevorrichtungen umfassen eine Einschneckenaufgabevorrichtung, eine Zweischneckenaufgabevorrichtung, eine Vibrationsaufgabevorrichtung oder eine Drehschiebeaufgabevorrichtung.
Das pulverförmige Aluminiummetall sollte eine Reinheit von größer als 97 Prozent haben. Die Reinheit ist vorteilhafterweise größer als 99 Prozent, wünschenswerterweise größer als 99,95 Prozent. Aluminiumreinheiten von weniger als 97 Prozent können zu einem Aluminiumnitridprodukt mit kommerziell nicht vertretbaren Reinheiten und Eigenschaften führen.
Das Aluminiumpulver hat eine gewogene mittlere Teilchengröße, die vorteilhafterweise weniger als 500 Mikrometer ist, wünschenswerterweise in einem Bereich von 5 bis 200 Mikrometer. Der Bereich ist vorzugsweise von 5 bis 50 Mikrometer, bevorzugter von 5 bis 25 Mikrometer. Gewogene mittlere Pulvergrößen über 500 Mikrometer liefern weniger als die optimalen Hitzeübertragungsraten. Gewogene mittlere Pulvergrößen unter 5 Mikrometer können zu übermäßigen Sauerstoffgehalten in dem resultierenden Aluminiumnitridpulver führen.
Das entfernbare oder kompatible Feststoffmaterial ist geeigneterweise Aluminiumnitrid, Kohlenstoff oder ein Gemisch davon. Wenn es als ein kompatibles Material verwendet wird, hat Aluminiumnitrid vorzugsweise eine Reinheit von größer als 75 Prozent, wünschenswerterweise größer als 90 %, eine Oberfläche von 1 bis 8 Quadratmeter pro Gramm und eine Teilchengröße in einem Bereich von 0,1 bis 2 Mikrometer. Das Aluminiumnitrid muß nicht aus einem speziellen Ausgangsmaterial erhalten werden. Wünschenswerte Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn das Ausgangsmaterial ein recyclisierter Teil des Aluminiumnitridprodukts ist. Der letztere Teil muß nicht einer zweiten Reaktionsstufe vor der Verwendung als ein kompatibles Material unterzogen werden. Der als ein entfembares Material verwendete Kohlenstoff hat vorteilhafterweise eine Reinheit von größer als 98 %, eine Oberfläche von 10 bis 200 Quadratmeter pro Gramm und eine Teilchengröße in einem Bereich von 0,01 bis 1,0 Mikrometer. Das entfembare oder kompatible Feststoffmaterial ist vorteilhafterweise eher Aluminiumnitrid, als Kohlenstoff, da die Verwendung des letzteren im allgemeinen eine zusätzliche Verfahrensstufe erfordert, um überschüssigen Kohlenstoff aus resultierenden Produkten zu entfernen. Kohlenstoff, der mit Sauerstoff in den Verfahren reagiert, kann ebenfalls Oxycarbide oder andere Verunreinigungen in die Produkte einführen.
Das kompatible Feststoffmaterial kann auch ein feines keramisches Pulver, das von Aluminiumnitrid verschieden ist, sein. Dieses Pulver bildet, wenn es mit dem AlN-Produkt gemischt wird, ein wünschenswertes Verbundstoffproduktpulver. Dieses Verbundstoffpulver kann zu dichten Teilen mit verbesserten Eigenschaften gegenüber denjenigen aus AlN alleine verarbeitet werden. Geeignete Pulver umfassen Siliciumcarbid, Bornitrid, Borcarbid, Titandibond, Siliciumnitrid, Titannitrid, Titancarbid oder Tantalnitrid. Das feine keramische Pulver, das als ein kompatibles Material verwendet wird, hat vorteilhafterweise eine Reinheit von größer als 98 %, eine Oberfläche von 1 bis 30 m²/g und eine Teilchengröße in einem Bereich von 0,05 bis 2 Mikrometer.
Gemische aus pulverförmigem entfernbarem oder kompatiblem Material und pulverförmigem Aluminiummetall enthalten geeigneterweise eine Menge von entfembarem oder kompatiblem Material, die ausreichend ist, um merklich die Abscheidung von Aluminiumnitridprodukt an Reaktorwandoberflächen oder Oberflächen in der erhitzten Reaktionszone zu verringern. Es wurde gefunden, daß in der Abwesenheit von derartigem pulverförmigem entfembarem oder kompatiblem Material bis zu 60 Prozent bezüglich des Gewichts des Aluminiumnitridprodukts dazu neigen, in Richtung von Wänden oder Oberflächen zu wandern, die die Reaktionszone begrenzen, da diese Oberflächen kühler als die reagierenden Teilchen sind. Obwohl dies keine Probleme für Produktionsläufe mit mäßiger Länge birgt, kann dies zu Problemen führen, wie etwa Reaktorverstopfung, erhöhte Produktteilchengrößenverteilung und variable Produktoberfläche bei längeren Produktionsläufen. Eine Einbringung von einer geeigneten Menge kompatiblem, entfernbarem oder inertem Material kann die Wandabscheidung auf niedrige Werte wie 2 bis 3 Gewichtsprozent des Gesamtprodukts oder sogar niedriger, verringern, während ein ausreichender Ofendurchsatz oder eine ausreichende Produktivität erhalten wird.
Geschmolzenes Aluminium wird nicht an bestimmten Materialien, wie etwa Bornitrid, kleben. Wenn etwas Aluminiummetall an der Wand reagiert umfaßt ein anderes Mittel zum Verringern einer Aluminiumnitridabscheidung auf Reaktorwandoberflächen entweder die Anwendung einer Bornitridbeschichtung auf den Oberflächen oder die Herstellung von Reaktorwänden aus Bornitrid.
Gemische mit Gehalt von einem kompatiblen, entfernbaren oder inerten Material von 20 bis 95 Gewichtsprozent bezüglich des Mischungsgewichts ergeben vorteilhafte Ergebnisse. Der Inertmaterialgehalt des Gemischs ist wünschenswerterweise von 28 bis 91 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 33 bis 67 Gewicht sprozent.
Die Gemische können hergestellt werden durch Verwendung einer beliebigen Mischvorrichtung aus einer Vielzahl von herkömmlichen Mischvorrichtungen. Veranschaulichende Vorrichtungen umfassen Bandmischer, Walzenmühlen, vertikale Schneckenmischer, V-Mischer und Mischer mit Fluidzone.
Die Pulveraufgaberate variiert mit der Reaktorausgestaltung und Kapazität. Beispielsweise ist eine akzeptable Aufgaberate von 0,02 bis 0,5 kg/min für einen Reaktor mit einem Reaktionszonenvolumen von 2,16 Kubikfuß (0,06 Kubikmeter). Akzeptable Aufgaberaten für Reaktoren mit größeren Reaktionszonenvolumina sind ohne unnötige Versuche leicht zu bestimmen.
Gasförmiger Stickstoff wird in den Transportbereich in einer Menge und mit einer Flußrate eingebracht, die ausreichend sind, um das pulverförmige Aluminiummetall vor dem Eintritt des Metalls in die Reaktorkammer mitzuschleppen. Die Flußraten von gasförmigem Stickstoff stehen in Beziehung mit den Aluminiumpulverflußraten und sollten mindestens stöchiometrisch sein, oder ausreichend, um der Gleichung 2 Al + N&sub2; T 2 AlN Rechnung zu tragen. Die Flußrate entspricht geeigneterweise der einfachen und eineinhalbfachen Stöchiometrie. Die Flußrate ist vorteilhafterweise zwischen einfacher und eineinhalbfacher und vierfacher Stöchiometrie, wünschenswerterweise zwischen einfacher und eineinhalbfacher und dreifacher Stöchiometrie. Eine übermäßig hohe Flußrate verringert die Verweilzeit von pulverförmigem Aluminium in der Reaktionszone und umgekehrt die Reaktorkapazität. Die Flußrate ist vorzugsweise zwischen einfacher und eineinhalbfacher und zweifacher Stöchiometrie
Zusätzlich zur Zuführung mit einer Rate, die ausreichend ist, um Reaktionsstöchiometrieparametern zu genügen, ist der Fluß von gasförmigem Stickstoff wünschenswerterweise ausreichend, um feste Reaktantmaterialien in die Reaktorkammer mitzuschleppen und zu dispergieren. Ein Mittel zum Ausdrücken einer derartigen Flußrate sind Geschwindigkeitsterme des Gases, wenn es das Reaktantentransportelement verläßt und in die Reaktorkammer eintritt. Diese Geschwindigkeit, hier nachstehend als "Geschwindigkeit am Ende" (tip speed) bezeichnet, variiert mit dem volumenbezogenen Schleppgasfluß und dem inneren Durchmesser des Reaktantentransportelements nahe seinem Ausgang. Im speziellen vorteilhafte Ergebnisse werden erhalten mit einer Geschwindigkeit am Ende von über 10 Meter/Sekunde. Differenziert betrachtet, werden diese Ergebnisse erhalten, wenn mitgeschleppter, pulverförmiger Aluminiumreaktant in die Reaktionskammer mit einer Geschwindigkeit von über 10 Meter/Sekunde eintritt. Es muß jedoch Sorge dafür getragen werden, daß vermieden wird, daß eine derart hohe Geschwindigkeit am Ende erforderlich ist, daß der innere Durchmesser nahe des Ausgangs auf einen Punkt verringert werden muß, bei welchem Verstopfung durch Feststoffe vorherrschend wird.
Gasförmiger Stickstoff wird ebenfalls in den Gasflußraum aufgegeben. Dieses Gas strömt von dem Gasflußraum in die Reaktorkammer. Auf diese Art hat es die Wirkung den Kontakt von Aluminiummetallpulver mit Reaktorkammeroberflächen nahe ihrer Verbindung mit dem Transportelementausgang zu minimieren, wenn nicht sogar im wesentlichen zu eliminieren. Dieser Kontakt ist unerwünscht, da diese Oberflächen dazu neigen bei Temperaturen zu sein, die die Koaleszenz von Aluminiummetall fördern. Koaleszenz führt umgekehrt zum Betriebsstillstand aufgrund von Reaktorverstopfung.
Der gasförmige Stickstoff sollte so rein wie möglich sein. Feuchtigkeit und Restsauerstoffverunreinigungen beeinflussen die Aluminiumnitridproduktqualität nachteilig. Der Stickstofftaupunkt ist vorteilhafterweise kleiner als 233 K (-40ºC) und wünschenswerterweise weniger als 193 K (-80ºC). Sauerstoffverunreinigungsgehalte sind vorteilhafterweise kleiner als 5, wünschenswerter kleiner als 1 Teile pro Million Teile Gas. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu hoch ist, kann es notwendig sein, daß der gasförmige Stickstoff durch ein Trocknungsbett oder ein Trocknungsmittel geleitet wird. Das Gas kann ebenfalls durch andere herkömmliche Mittel gereinigt werden, um den Restsauerstoffgehalt zu verringern.
Die Stickstofflußraten steuern ebenfalls die Verweilzeit des Aluminiummetallpulvers in der Reaktionszone. Die Verweilzeit ist geeigneterweise in einem Bereich von 0,2 Sekunden bis 10 Sekunden, vorteilhafterweise von 2 bis 8 Sekunden, wünschenswerterweise von 4 bis 6 Sekunden, vorzugsweise 5 Sekunden. Verweilzeiten von weniger als 0,2 Sekunden neigen dazu ein unvollständig umgesetztes Produkt zu ergeben, welches nicht umgesetztes Metall enthält. Verweilzeiten von über 10 Sekunden liefern keinen großen Vorteil hinsichtlich Umsetzungsprozentanteil. Tatsächlich können Zeiten, die wesentlich über 10 Sekunden liegen, eher unerwünschte gesinterte Agglomerate als Pulver liefern. Ammoniak kann anstelle von oder zusätzlich zu gasförmigem Stickstoff verwendet werden. Ein Gemisch von gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff kann ebenfalls anstelle von reinem gasförmigem Stickstoff verwendet werden.
Der mitgeschleppte Fluß des pulverförmigen Gemischs tritt in die Reaktionszone in einer Form ein, die nahezu derjenigen einer gut dispergierten Staubwolke entspricht. Das pulverförmige Aluminium wird nahezu sofort durch konvektive und konduktive Gashitzeübertragung und durch thermische Strahlung, die von den Reaktorwänden, welche die erhitzte Reaktionszone begrenzen, abstrahlt, erhitzt. Die Reaktionszone wird vorteilhafterweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 1873 bis 2473 K (1600ºC bis 2200ºC), wünschenswerterweise von 1873 bis 2373 K (1600 bis 2100ºC) gehalten. Temperaturen unter 1873 K (1600ºC) führen zu Aluminiumnitridprodukten mit Oberflächen von 8 Quadratmetern pro Gramm, oder mehr, im speziellen wenn kein inertes Feststoffmaterial mit pulverförmigem Aluminiummetall gemischt ist. Temperaturen von 2473 K (2200ºC) oder höher überschreiten die Zersetzungstemperatur von Aluminiumnitrid. Aus einer Dampfphase durch Kühlen unter 2473 K (2200ºC) ausgebildetes Aluminiumnitrid neigt dazu in der Form von extrem kleinen Teilchen mit großer Oberfläche vorzuliegen. Die tatsächliche Temperatur in der Reaktionszone kann durch optische Pyrometrie oder andere herkömmliche Mittel bestimmt werden.
Die Reaktorwände können entweder indirekt durch Strahlung von Heizelementen, die um sie herum beabstandet sind, induktiv über eine Induktionsschleife oder direkt durch elektrischen Widerstand beheizt werden. Das pulverförmige Aluminium wird mit Raten in einem Bereich von 100 bis 10.000.000 K pro Sekunde (ºC(Sekunde) erhitzt. Der Bereich ist vorteilhafterweise von 1.000 bis 10.000.000 K pro Sekunde (ºC/sek), wünschenswerterweise von 10.000 bis 1.000.000 K pro Sekunde (ºC/sek). Die Rate, mit welcher ein einzelnes Aluminiummetallteilchen erhitzt wird, variiert als Reaktion auf eine Vielzahl von Faktoren, wie etwa seiner Größe, Nähe zur Heizquelle und Dichte der Staubwolke. Die Rate sollte jedoch nicht so niedrig sein, daß wesentliche Koaleszenz von Aluminiumteilchen während einer Schmelzphase vor Erreichen der Reaktionstemperaturen auftritt.
Aluminiummetall beginnt mit gasförmigem Stickstoff bei 1073 K (800ºC) zu reagieren, um Aluminiumnitrid zu bilden. In der Reaktionszone kann etwas von dem Aluminium geschmolzen sein&sub1; während anderes Aluminium gasförmig sein kann. Beide Formen reagieren rasch mit Stickstoff. Die Reaktion ist exotherm und, falls sie unkontrolliert wäre, würde sie ausreichend Hitze liefern, um Temperaturen in der Reaktionszone in Richtung einer adiabatischen Reaktionstemperatur von ungefähr 2800 K (2525ºC) zu führen. Falls die Reaktionstemperaturen Aluminiumnitridsintertemperaturen für ausgedehnte Reaktionszeiten erreichen oder überschreiten, enthalten resultierende Reaktionsprodukte unvermeidlich nicht vertretbare Gehalte von Aluminiumnitridagglomeraten.
Die Reaktorwände liefern nicht nur Hitze an das Aluminiummetall, sie dienen als eine Hitzesenke für Hitze, die durch die Reaktion erzeugt wird. Feine Aluminiumnitridteilchen enthalten nur kleine Mengen merkliche Hitze. Zusätzlich trägt ihre Oberfläche zum sofortigen Entfernen dieser kleinen Mengen durch rasche Gaskonvektion und Konduktion und durch thermische Strahlung auf die kühleren Reaktorkammerwände bei.
Der gasförmige Stickstofffluß, der einen mitgeschleppten Fluß von pulverförmigem Aluminium in die Reaktionszone bereitstellt, liefert auch einen mitgeschleppten Fluß von gepulvertem Aluminiiumnitrid aus der Reaktionszone. Der mitgeschleppte Fluß oder die mitgeschleppte Staubwolke aus Aluminiumnitridpulver tritt vorteilhafterweise aus der Reaktionszone aus und tritt nahezu sofort in eine Kühlzone ein. Die Kühlzone schreckt oder kühlt das Aluminiumnitridpulver schnell unter seine Reaktionstemperatur ab. Kühlraten in der Kühlzone entsprechen vorteilhafterweise ungefähr den Heizraten in der Reaktionszone. Die gekühlten Wände der Kühlzone und gekühltes Gas neigen dazu, verbleibende Mengen merklicher Hitze von den Aluminiumnitridteilchen zu entziehen. In der Abwesenheit von rascher Kühlung könnte sich die exotherme Reaktion für eine ausgedehnte Zeit fortsetzen, wobei dies zur Bildung nicht wünschenswerter Agglomerate oder großer Körner aus Aluminiumnitridprodukt führen könnte. Tatsächliche Kühlzeiten variieren in Abhängigkeit von Faktoren, wie etwa Teilchengröße, Kühlzonenkonfiguration und Gas flußraten. Die gekühlten Aluminiumnitridteilchen werden geeigneterweise durch eine herkömmliche Technologie gesammelt und verarbeitet.
Das Aluminiumnitridprodukt hat eine Oberfläche, die vorteilhafterweise von 0,5 bis weniger als 8 Quadratmeter pro Gramm, wünschenswerterweise von 2 bis 6 Quadratmeter pro Gramm ist. Das Produkt hat ebenfalls vorteilhafterweise einen Sauerstoffgehalt von weniger als 1,2 Gewichtsprozent, basierend auf dem Produktgewicht. Der Sauerstoffgehalt ist wünschenswerterweise kleiner als 1,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise kleiner als 0,8 Gewichtsprozent. Ein Aluminiumnitridprodukt mit einem übermäßig hohen Sauerstoffgehalt führt zu fertigen Fertigteilen mit nicht wünschenswert niedrigen thermischen Leitfähigkeiten.
Um jegliche potentielle Reaktion von nicht umgesetztem Aluminiummetallpulver in der Kühlkammer oder dem stromabwärts gelegenen Sammelsystem oder in beiden zu minimieren, vorzugsweise zu eliminieren, wird ein Inertgas, wie etwa Argon, in die Kühlkammer eingebracht. Das Inertgas kann als ein Spülgas verwendet werden, wobei es sich vorteilhafterweise mit Schlepp- und Spülgas, welche die Reaktorkammer verlassen und in die Kühlkammer eintreten, mischt. Das Inertgas kann auch direkt in die Kühlkammer eingeleitet werden. Falls es erwünscht ist, kann das Inertgas sowohl als ein Spülgas als auch als ein direktes Additiv in die Kühlkammer geleitet werden. Das Inertgas schreckt die Reaktion, welche Aluminiumnitrid bildet, effektiv ab, wobei jede weitere Verbrennungsnitridation von nicht umgesetztem Aluminiummetall stromabwärts von der Reaktionszone ausgeschlossen wird. Als solches verringert es die Bildung von nicht wünschenswerten Agglomeraten von Aluminiumnitridprodukt. Es erhöht ebenfalls die betriebsmäßige Sicherheit durch Eliminieren jeglicher weiterer Exothermie.
Das Aluminiumnitridprodukt wird vorteilhafterweise gemahlen und einer zweiten Reaktion unterworfen, um die Umsetzung von Aluminium zu Aluminiumnitrid zu erhöhen. Die zweite Reaktion umfaßt das Behandeln des Aluminiumnitridprodukts bei einer erhöhten Temperatur, in einem Bereich von 1123 K (850ºC) bis 1873 K (1600ºC), in der Gegenwart eines Stickstoffausgangsmaterials, für eine Zeitdauer in einem Bereich von 2 Minuten bis drei Stunden. Das Stickstoffausgangsmaterial kann z.B. gasförmiger Stickstoff sein, ein gasförmiges Gemisch von Stickstoff und Wasserstoff oder Ammoniak. Die Temperatur ist vorteilhafterweise in einem Bereich von 1173 K (900ºC) bis 1673 K (1400ºC), wünschenswerterweise von 1223 K (950ºC) bis 1473 K (1200ºC) und vorzugsweise etwa 1273 K (1000ºC). Die Zeitdauer ist vorteilhafterweise von zwei bis 180 Minuten, wünschenswerterweise von 30 bis 120 Minuten und vorzugsweise von 60 bis 90 Minuten. Falls es einer zweiten Reaktion bei Temperaturen von 1123 K (850ºC) bis 1373 K (1100ºC) unterzogen wird, geht das Aluminiumnitridprodukt im wesentlichen keine Oberflächenverringerung ein. Sekundäre Reaktionstemperaturen von größer als 1373 K (1100ºC) bis 1873 K (1600ºC) werden eine Oberf lächenverringerung bewirken. Als eine allgemeine Regel ist festzuhalten, daß minimale Oberflächenverringerungen bei so niedrigen Temperaturen wie 1373 K (1100ºC), die für so kurze Zeitdauern wie 2 Minuten, aufrechterhalten werden, auftreten. Umgekehrt erfolgen größere Oberflächenverringerungen mit höheren Temperaturen, größeren Temperaturverweilzeiten oder beidem. Endanwendungen für Aluminiumnitridpulver bestimmen wünschenswerte Oberflächenspezifikationen.
Falls Mahlen anwendet wird, kann es mit einer beliebigen Vorrichtung aus einer Vielzahl von herkömmlichen Mahlvorrichtungen durchgeführt werden. Beispielhafte Vorrichtungen umfassen Strahlmühlen und Kugelmühlen, wobei die letzteren ein geeignetes Mahlmedium enthalten. Aluminiumnitridmahlmedien sind bevorzugt. Aluminiumoxidmahlmedien können vertretbar sein, falls die Mahlzeiten begrenzt sind. Der Ausdruck "begrenzt" bedeutet, wie er hier verwendet wird, daß Sauerstoffverunreinigungen (wie Aluminiumoxid), die durch Verwendung von Aluminiumoxidmahlmedium eingebracht werden, die thermische Produktleitfähigkeit nicht unter diejenige verringern, welche für eine spezielle Endanwendung erforderlich ist.
Die zweite Reaktionsstufe kann in einer beliebigen aus einer Vielzahl von herkömmlichen Vorrichtungen durchgeführt werden. Geeignete Vorrichtungen umfassen Rotationscalcinierer, Fluidbetten, vibrierende Fluidbetten, Röhrenöfen und Stoßöfen.
Mahlen und die zweite Reaktionsstufe können in einem einzelnen Arbeitsschritt kombiniert werden, falls dies erwünscht ist. Ein Mittel zum Kombinieren von Arbeitsgängen umfaßt das Anordnen von Stäben aus Mahlmedium in einem Rotationscalcinierer während der zweiten Reaktionsstufe. Ein alternatives Mittel besteht aus Erhitzen einer rotierenden Kugelmühle während dem Mahlen.
Die folgenden Beispiele sind nur zum Zweck der Veranschaulichung gegeben und sollen nicht als begrenzend für den Bereich der Erfindung ausgelegt werden. Alle Teile und Prozentanteile sind bezüglich des Gewichts, es sei denn, es ist anders angegeben.

Bezugsbeisdiel 1

Ein vertikaler Heizzonengraphitrohrofen (heated zone vertcal graphite tube furnace) mit sechs Zoll (0,152 Meter) Innendurchmesser auf 11 Fuß (3,35 Meter) Länge wurde auf eine Temperatur von 1600 Grad Celsius (1873 K) gebracht und dort gehalten, wie durch optische Pyrometer gemessen.
Hochreines Aluminiummetallpulver, kommerziell erhältlich von der Aluminium Company of America (Alcoa), unter der Handelsbezeichnung 7123, wurde in einen obenliegenden Aufgabetrichter gegeben, welcher mit Stickstoffgas gespült wurde. Das Aluminiumpulver, nominell 99,97 % rein, hatte eine Oberfläche von 0,449 Quadratmeter pro Gramm, einen Sauerstoffgehalt von 0,223 Gewichtsprozent, einen Siliciumgehalt von 75 Teilen pro Million (ppm), einen Calciumgehalt von weniger als 10 ppm, einen Chromgehalt von weniger als 10 ppm, einen Eisengehalt von 44 ppm und eine mittlere Teilchengröße von 18 Mikrometer. Das Stickstoffgas hatte einen Taupunkt von weniger als -80 Grad Celsius (193 K) und einen Sauerstoffgehalt von weniger als 1 ppm.
Das pulverförmige Aluminium wurde von dem Aufgabetrichter zum oberen Ende des erhitzten Zonenröhrenofens mittels einer Masseverlustdoppelschneckenaufgabevorrichtung, die mit einem Reaktantentransportelement verbunden war, welches ähnlich demjenigen war, das in WO 89/07011 auf Seite 14, Zeilen 10 bis 30 beschrieben ist, verbunden war, mit einer Rate von 0,2 Pound (0,09 Kilogramm) pro Minute zugeführt. Das Reaktantentransportelement wurde bei einer Temperatur von 283 K (10ºC) gehalten. Stickstoffgas strömte durch das Reaktantentransportelement mit einer Rate von drei Standardkubikfuß pro Minute (SCFM) (85 Standardliter pro Minute (SLM)), wobei das Aluminiumpulver mit ihm in das obere Ende der erhitzten Zone geschleppt wurde. Ein zusätzliches SCFM (28,3 Standardliter pro Minute) Stickstoffgas floß durch den Gasflußraum in welchem das Transportelement angeordnet war und in das obere Ende des Ofens. Der Gasfluß war ausreichend, um das Pulver mit einer mittleren Verweilzeit in der erhitzten Zone von etwa 5,4 Sekunden bereitzustellen, was zur Verringerung des Stickstoffflusses aufgrund der Reaktion und der Umsetzung zu AlN beitrug. Die charakteristische Erhitzungszeit für die aufgegebenen Aluminiumteilchen war gleichzusetzen mit einer geschätzten Erhitzungsrate von ungefähr 10&sup5; K/Sekunde.
Das Submikrometerproduktpulver wurde durch die Kühlzone durch ungefähr 3 SCFM (85 SLM) nicht umgesetztes N&sub2;, welches die Reaktionszone verließ, gespült. Die berechnete Verweilzeit in der Kühlzone war ungefähr 3,2 Minuten.
Produktpulver aus dem Reaktor wurde abströmig von der Kühlzone gesammelt und analysiert. Die Kühlzone hatte einen Innendurchmesser von 18 Zoll (45,7 cm), eine Länge von sechs Fuß (1,8 Meter) und ein Volumen von 10,6 Kubikfuß (0,3 Kubikmeter). Bei einer Temperatur von 283 K (10ºC) gehaltenes Kühlmittel und durch eine Ummantelung, die die Kühlzone umgab, strömendes Kühlmittel, kühlte das Produktpulver und das Gas auf eine gemessene Temperatur von ungefähr 303 K (30ºC). Die Kühlrate näherte sich der Heizrate an. Röntgenstrahldiffraktionsmuster des Produkts zeigten an, daß das Pulver im wesentlichen Aluminiumnitrid mit etwas nicht umgesetztem Metall war. Der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt war, wie durch einen LECO-Analysator bestimmt, 0,6 Gewichtsprozent, bzw. 31,6 Gewichtsprozent. Der Stickstoffgehalt gleichte einem Aluminiumnitridgehalt von etwa 93 Gewichtsprozent. Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (SEM) des Produkts (siehe Figur) zeigte, daß das Pulver weitgehend als gleichförmige Kristalle mit einem Durchmesser von 0,4 bis 0,8 Mikrometer vorlag. Das Pulver hatte ungemahlen eine Aggregatoberfläche von etwa 2,6 Quadratmeter pro Gramm, wie durch Brunauer-Emmett-Teller (BET) Analyse, eine Stickstoffphysisorptionsanalyse, bestimmt.
Das Produktpulver wurde für zwei Stunden unter Verwendung von einem AlN-Medium trocken kugelgemahlen, um leichte Produktagglomerate zu brechen. Der Ausdruck "leichte Agglomerate" beschreibt Agglomerate, die leicht auseinanderbrechen, wenn sie zwischen Daumen und Fingern mit minimalem Druck zerrieben werden. Die BET-Oberfläche nach Kugelmahlen war 4,0 Quadratmeter pro Gramm. Unter Berücksichtigung von etwa 7 Gewichtsprozent nicht umgesetztem Aluminium mit einer geschätzten Oberfläche von 0,449 Quadratmeter pro Gramm, hatte das Aluminiumnitrid eine berechnete gewogene mittlere Oberfläche von etwa 4,2 Quadratmeter pro Gramm.
Eine Probe des kugelgemahlenen Produkts wurde in einem Quarzröhrenofen angeordnet und auf 930 Grad Celsius (1203 K) für eine Stunde in der Gegenwart von strömendem Stickstoffgas erhitzt. Der Taupunkt und Sauerstoffgehalt des Stickstoffs waren die gleichen wie diejenigen, welche in dem Reaktor verwendet wurden. Nachdem es abgekühlt wurde, hatte das erhitzte Pulver einen Sauerstoffgehalt von 0,76 Gewichtsprozent und einen Stickstoffgehalt von 34,2 Gewichtsprozent, ein Hinweis auf vollständige Umsetzung zu Aluminiumnitrid. Das gekühlte Pulver hatte eine Oberfläche von 4,6 Quadratmeter pro Gramm. Metallverunreinigungen in dem gekühlten Pulver waren, wie durch Röntgenstrahlfluoreszenz bestimmt, 5 ppm Calcium, 20 ppm Silicium, 14 ppm Chrom und 33 ppm Eisen.
Dieses Beispiel unterstützt mehrere Beobachtungen. Zum ersten liefert das Steuern der Temperatur bei 1873 K (1600ºC) ein Produkt, das frei von großen gesinterten Agglomeraten ist. Zum zweiten hat das Produkt einen wünschenswerten Sauerstoffgehalt von weniger als ein Gewichtsprozent. Es wird angenommen, daß niedrige Sauerstoffgehalte zu hohen thermischen Leitfähigkeiten in resultierenden geformten Teilen führen. Zum dritten vervollständigt ein einfaches Mahlen nach der Reaktion und Hitzebehandlung die Umsetzung von nicht umgesetztem Metall und liefert ein sehr reines Aluminiumnitridprodukt mit einer wünschenswerten Oberfläche.

Bezugsbeispiel 2

Teile des gekühlten Aluminiumnitridpulvers, das in Beispiel 1 hergestellt wurde, wurden mit Mengen von Yttriumoxidpulver und organischem Bindemittel gemischt, um Gemische mit einem Yttriumoxidgehalt von 3 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gemischgewicht, bereitzustellen. Die Gemische wurden kalt bei 15.000 psi (1,03 x 10&sup8; Fa) in 2 mm Vorpreßlinge, die zum Sintern geeignet sind, gepreßt. Das Bindemittel wurde aus den Vorpreßlingen entweder in einer Umgebung aus strömender Luft oder N&sub2; bei 823 K (550ºC) für 1 Stunde entfernt. Jeder Vorpreßling wurde Sinterbedingungen, wie in nachstehender Tabelle I gezeigt, unterworfen. Die Dicke, Dichte und thermische Leitfähigkeit von jedem der resultierenden gesinterten Teile sind ebenfalls in Tabelle I gezeigt. Tabelle I
*Zeit bei Sintertemperatur
** A=Luft; N=Stickstoff
+Abkühlt auf 1773 K (1500ºC) mit einer Rate von 1 K/Minute (ºC/min) nach Sintern
Die in Tabelle I dargestellten Daten zeigen die Eignung von in Beispiel 1 hergestelltem Aluminiumnitridpulver zur Verwendung in Elektronikanwendungen, die thermische Leitfähigkeiten von über 150 Watt/Meter-K (W/m-K) erfordern. Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Aluminiumnitridpulvern erwartet, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Bezugsbeispiele 3 bis 8

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, ausgenommen, daß die Temperatur, bei welcher die erhitzte Zone des vertikalen Reaktors gehalten wurde, geändert wurde. Tabelle II zeigt die Temperatur für jedes Beispiel und entsprechende analytische Ergebnisse und Oberflächenmessungen für jedes Produktpulver. Tabelle II umfaßt entsprechende Ergebnisse von Beispiel 1. Tabelle II TEMPERATUREINFLUß AUF DIE PRODUKTOBERFLÄCHE
Die Daten in der Tabelle zeigen, daß bis zu etwa 2073 K (1800ºC) die Aluminiumnitridoberfläche sich mit ansteigenden Temperaturen aufgrund von Teilchenwachstum abnimmt. Wenn die Temperaturen weiterhin ansteigen, erhöht sich die Oberfläche aufgrund der Bildung eines sich erhöhenden Anteils kleiner Teilchen aus Aluminiumnitrid aus der Reaktion von gasförmigem Aluminium mit N&sub2;. Die Daten zeigen auch, daß die Oberfläche in einem Bereich von 2 bis 6 Quadratmeter pro Gramm durch Regeln der Temperatur zwischen 1873 und 2373 K (1600 uns 2100ºC) gesteuert werden kann. Die Daten zeigen weiterhin, daß das Verfahren durchwegs niedere Sauerstoffgehalte ergibt.

Vergleichsbeispiel 9

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde mit einer Menge von 5,9 Kilogramm Aluminiumpulver wiederholt. Acht Pound (3,6 Kilogramm) Produktpulver wurden abstromig von der Kühlzone gesammelt. Das Produktpulver hatte einen Stickstoffatomgehalt von 22,8 %, wie mit einem LECO-Analysator bestimmt. Der Stickstoffgehalt zeigte eine geringere Umsetzung von Aluminium zu Aluminiumnitrid als in Beispiel 1.
Die Reaktionskammer wurde auf Umgebungstemperatur gekühlt und das obere Ende des Reaktors wurde entmantelt. Eine visuelle Untersuchung der Reaktionskammer zeigte, daß eine wesentliche Menge Pulver zu der Wand der Reaktionskammer gewandert war, wobei das effektive Volumen der Kammer verringert wurde, womit die Verweilzeit und Maskierungshitzeübertragung (masking heat transfer) von der Außenwand sank. Insgesamt 4,7 Kilogramm Pulver wurden von der Kammerwand abgeschabt und als im wesentlichen Aluminiumnitrid analysiert (LECO-Analysator).
Das vorstehende Verfahren wurde wiederholt bis insgesamt 52,1 Kilogramm Aluminiumpulver durch die erhitzte Reaktionszone gelangt waren. Eine kumulative Gesamtmenge von 40,7 Kilogramm Pulver, welche im wesentlichen als reines Aluminiumnitrid analysiert wurde, wurde von der Wand abgeschabt. Eine kumulative Gesamtmenge von 34,9 Kilogramm Pulver wurde als ein abströmiges Produkt gesammelt. Analysen des abströmigen Produkts mit einem LECO-Analysator zeigten das Vorliegen von etwas nicht umgesetztem Aluminiummetall. Das abströmige Produkt hatte einen berechneten Aluminiumnitridgehalt von 26,4 Kilogramm. In anderen Worten war ein signifikanter Teil von sowohl dem Pulver als auch dem resultierenden Aluminiumnitrid in den Abschabungen von den Reaktorwandoberflächen enthalten.
Eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (SEM) des von der Reaktorwand abgeschabten Pulvers zeigte das Vorliegen einer großen Menge von Whiskern mit hohem Aspektverhältnis. Diese Whisker maßen z.B. 80 Mikrometer bezüglich der Länge und 3 Mikrometer im Durchmesser.
Dieses Beispiel zeigt, daß heiße reagierende Teilchen zu kälteren Oberflächen in wesentlichen Mengen wandern. In anderen Worten heißt dies, daß obwohl befriedigendes Aluminiumnitridprodukt erhalten wird, ein kontinuierliches Arbeiten nicht erreichbar ist, da der Reaktor in periodischen Abständen zum Reinigen abgeschalten werden muß.

Beispiel 10

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 30,2 Kilogramm eines Gemischs von 50/50 bezüglich des Gewichts von pulverförmigem Aluminiummetall und Aluminiumnitridpulver für das pulverförmige Aluminiummetallrohmaterial von Beispiel 9 ersetzt wurden. Das Aluminiummetall war das gleiche in jedem Beispiel. Das Aluminiumnitridpulver hatte eine Oberfläche von 2,8 Quadratmeter pro Gramm. Das Gemisch wurde durch Mischen für acht Stunden in einer Walzenmühle hergestellt.
Insgesamt 36,3 Kilogramm Pulver mit einem Stickstoffatomgehalt von 30,8 Gewichtsprozent wurden als ein abströmiges Produkt gesammelt. Dieses entsprach einem Aluminiumnitridgehalt von 32,7 Kilogramm. Nach Entmanteln des oberen Teils der Reaktionskammer, wie in Beispiel 9, zeigte eine visuelle Untersuchung keine signifikante Akkumulation von Material auf Reaktorwandoberflächen. Insgesamt 1 Kilogramm Pulver wurde von der Wand der Kammer abgeschabt und als im wesentlichen reines Aluminiumnitrid analysiert. Der Ausdruck "im wesentlichen reines Aluminiumnitrid" bedeutet, daß das Pulver einen Stickstoffatomgehalt hatte, der sich eine 34,15 %-igen theoretischen Stickstoffgehalt annäherte, welcher reinem Aluminiumnitrid zugeschrieben wird.
Das von der Wand abgeschabte Pulver belief sich auf 2,7 Prozent zurückgewonnenes Pulver ((1/37,3) x 100). Dies entsprach einem Aluminiumnitridprozentanteil von 3,0 Prozent ((1/33,7) x 100). Ein SEM des Pulvers, das als ein abstromiges Produkt gesammelt wurde, enthielt kein erkennbares nadelartiges Material.
Dieses Beispiel zeigt, daß Wandabscheidung deutlich verringert wird, wenn ein inertes Material mit Aluminiummetall vor der Nitridation gemischt wird. Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, erhalten.

Beispiel 11

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 1,65 Kilogramm eines Gemischs von 66 Prozent pulverförmigem Aluminiummetall, 29 Prozent Aluminiumnitridpulver und 5 Prozent Acetylenkohleschwarz für das gepulverte Aluminiummetallrohmaterial von Beispiel 9 ersetzt wurden. Das Aluminiumnitridpulver hatte eine Oberfläche von 2,5 Quadratmeter pro Gramm. Das Gemisch wurde wie in Beispiel 9 hergestellt. Von Reaktorwänden abgeschabtes Pulver belief sich auf 3,4 Prozent des insgesamt gewonnenen Pulvers.

Beispiel 12

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 7,73 Kilogramm eines Gemischs von 9 Prozent pulverförmigem Aluminiummetall und 91 Prozent Aluminiumnitridpulver für das pulverförmige Aluminiummetallrohmaterial von Beispiel 9 ersetzt wurden. Das Aluminiumnitridpulver war das gleiche, wie dasjenige, welches in Beispiel 11 verwendet wurde. Das Gemisch wurde wie in Beispiel 10 hergestellt. Von Reaktorwänden abgeschabtes Pulver belief sich auf 0,8 Prozent des insgesamt gewonnenen Pulvers.
Die in den Beispielen 9 bis 12 dargestellten Daten zeigen in ausreichender Weise, daß das Einbeziehen einer Menge von inertem pulverförmigem Material im Gemisch mit Aluminiummetallpulver den Reaktorwandaufbau deutlich verringert. Dies überträgt sich auf aufgedehnte Reaktorlauf zeiten. Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Gemischen und Betriebsbedingungen, von welchen alle hier offenbart sind, erwartet.

Beispiel 13

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 9,78 Kilogramm eines Gemischs von 66 Prozent pulverförmigem Aluminiummetall und 34 Prozent Aluminiumnitridpulver für das pulverförmige Aluminiummetallrohmaterial von Beispiel 9 ersetzt wurden. Das Aluminiumnitridpulver hatte eine Oberfläche von 2,6 Qudratmeter pro Gramm. Das Gemisch hatte einen Gehalt von 0,04 Prozent Kohlenstoff, einen Gehalt von 0,5 Prozent Sauerstoff und einen Gehalt von 11,6 Prozent Stickstoff.
Rohes Aluminiumnitridprodukt, das aus der Kühlzone gesammelt wurde, wurde bezüglich Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoffgehalt mittels LECO-Analysatoren und BET- Oberflächenbereich beurteilt. Die Gehalte waren wie folgt: 0,05 % Kohlenstoff; 0,51 % Sauerstoff und 34,2 % Stickstoff. Die BET-Oberfläche war 1,7 Quadratmeter pro Gramm. Das Rohprodukt enthielt eine kleine Menge von restlichem freiem Aluminiummetall, wie durch Reaktion einer Probe des Rohprodukts mit Chlorwasserstoffsäure gezeigt.
Nach der Nachbehandlung wie in Beispiel 1 hatte das Produkt einen Kohlenstoffgehalt von 0,06 Prozent; einen Sauerstoffgehalt von 0,70 Prozent und einen Stickstoffgehalt von 33,6 Prozent. Das Nachbehandlungsprodukt hatte eine Oberfläche von 2,0 Quadratmeter pro Gramm. Röntgenstrahldiffraktion zeigte kein restliches freies Aluminiummetall.

Beispiel 14

Das Verfahren von Beispiel 9 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß 13,37 Kilogramm eines Gemischs von 72 Prozent pulverförmigem Aluminiummetall und 28 Prozent Aluminiumnitridpulver für das pulverförmige Aluminiummetallrohmaterial von Beispiel 9 ersetzt wurden. Das Aluminiumnitridpulver hatte eine Oberfläche von 3,5 Quadratmeter pro Gramm. Das Gemisch hatte einen Kohlenstoffgehalt von 0,02 Prozent, einen Sauerstoffgehalt von 0,6 Prozent und einen Stickstoffgehalt von 9,6 Prozent.
Rohes Aluminiumnitridprodukt, gesammelt wie in Beispiel 13, hatte einen Kohlenstoffrestgehalt von 0,05 Prozent, einen Sauerstoffgehalt von 0,74 Prozent und einen Stickstoffgehalt von 33,6 Prozent. Das Rohprodukt hatte auch eine BET- Oberfläche von 2,6 Quadratmeter pro Gramm. Wie in Beispiel 13 enthielt das Rohprodukt eine kleine Menge von restlichem freiem Aluminiummetall.
Nach der Nachbehandlung, wie in Beispiel 13, hatte das Produkt einen Kohlenstoffgehalt von 0,08 Prozent; einen Sauerstoffgehalt von 1,0 Prozent und einen Stickstoffgehalt von 33,4 Prozent. Das nachbehandelte Produkt hatte eine Oberfläche von 3,0 Quadratmeter pro Gramm. Röntgenstrahldiffraktion zeigte kein restliches freies Aluminiummetall.
Beispiele 13 und 14 zeigen, wenn sie mit Beispiel 1 verglichen werden, daß die Verwendung von Inertmaterialien zu erhohter Umsetzung von Aluminiummetall zu Aluminiumnitrid und zu geringerer Aluminiumnitridproduktoberfläche führt. Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Gemischen und Betriebsbedingungen, welche alle hier offenbart sind, erwartet.

Beispiel 15

Ein kontinuierlicher Bandmischer, der unter einem Stickstoffpolster oder einer Stickstoffatmosphäre gehalten wurde, wurde verwendet, um etwa 27,4 Pound pro Stunde (lb/h) (3,46 x 10&supmin;³ kg/sec) des gleichen Aluminiummetallpulvers, wie in Beispiel 1 verwendet, mit 14,7 lb/h (1,85 x 10&supmin;³ kg/sec) eines gemahlenen recyclisierten Stroms von 93,6 Gew.-%, basierend auf dem Stromgewicht, Aluminiumnitrid zu mischen.
Das Gemisch wurde in dieselbe Vorrichtung wie in Beispiel 1 mit einer Rate von 41,4 lb/h (5,2 x 10&supmin;³ kg/sec) zusammen mit einem Stickstoffgasschleppstrom mit einer Rate von 28,5 lb/h (3,59 x 10&supmin;³ kg/sec) aufgegeben. Das Gemisch wurde auf dieselbe Art wie das Aluminiumpulver von Beispiel 1 mit einer Verweilzeit von etwa 5 Sekunden in der erhitzten Reaktionszone umgesetzt. Etwa 55,1 lb/h (6,95 x 10&supmin;³ kg/sec) Rohprodukt, welches 93,6 % Aluminiumnitrid, 4,8 % freies Aluminium und 1,6 % Aluminiumoxid enthielt, verließen die Kühlzone. Das Rohprodukt wurde mittels einer In-line-Strahlmühle gemahlen, um nicht umgesetztes Aluminiummetall freizulegen. Etwa 14,7 lb/h (1,85 x 10&supmin;³ kg/sec) des gemahlenen Produkts wurden zum Mischen mit pulverförmigem Aluminiummetall recyclisiert. Die verbleibenden 40,4 lb/h (5,09 x 10&supmin;³ kg/sec) gemahlenes Produkt wurden kontinuierlich zusammen mit einem Stickstoffgasstrom, der mit etwa 10 SCFM (280 Standardliter pro Minute) zu einem Rotationscalcinier, der bei bei einer Temperatur von 1000ºC (1273 K) arbeitete, strömte und eine Verweilzeit von etwa 1 Stunde bereitstellte, aufgegeben. Das calcinierte Produkt verließ den Rotationscalcinierer mit einer Rate von 40,8 lb/h (5,15 x 10&supmin;³ kg/sec). Das calcinierte Produkt war im wesentlichen Aluminiumnitrid mit den folgenden Verunreinigungen: weniger als 0,1 % Kohlenstoff, weniger als 1,0 % Sauerstoff, weniger als 35 ppm Eisen; weniger als 100 ppm Silicium und weniger als 20 ppm Calcium. Die Produktoberfläche war weniger als 6 m²/g.
Beispiel 15 zeigt die Eignung der Verwendung eines Teils des Aluminiumnitridprodukts, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, als ein Ausgangsmaterial für Inertmaterial.

Beispiele 16-17 und Vergleichsbeispiele A-B

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die mittlere Verweilzeit in der erhitzten Reaktionszone verringert wurde und die inneren Durchmesser der Reaktantentransportelemente variiert wurden. Der innere Durchmesser und die Geschwindigkeit am Ende sind in nachstehender Tabelle III zusammen mit Produktstickstoff- und Aluminiumnitridgehalten gezeigt. Tabelle III
Die in Tabelle III zusammengefaßten Daten zeigen hinreichend, daß, wenn eine konstante Feststoffaufgaberate gegeben ist, die Geschwindigkeit am Ende einen deutlichen Einfluß auf die Dispersion von Aluminiumpulveraufgabematerial hat und daher auf die Umsetzung von Aluminium zu Aluminiumnitrid. Eine Geschwindigkeit am Ende über 10 Meter pro Sekunde liefert befriedigende Umsetzungsraten. Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Zusammensetzungen und Verfahrensvariationen, welche alle hier offenbart sind, erhalten.

Beispiele 18-22

Das Verfahren von Beispiel 10 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Anteil von Aluminiummetall in dem Gemisch, die Feststoffaufgaberate und die Flußrate von Stickstoffschleppgas variiert wurden. Das Reaktantentransportelement hatte einen nominellen Innendurchmesser von 0,5 Zoll (1,38 x 10&supmin;² Meter). Der Strom von Stickstoffgas wurde so eingestellt, um eine Geschwindigkeit am Ende von über 10 Meter/Sekunde zu erhalten. Die Feststoffaufgaberaten, Aluminiummetallgehalte und die Geschwindigkeiten am Ende waren wie in nachstehender Tabelle IV zusammen mit Produktstickstoff- und Aluminiumnitridgehalten gezeigt. Tabelle IV
Die in Tabelle IV gezeigten Daten zeigen, daß Feststoffaufgaberaten einen minimalen Einfluß auf die Umsetzungsraten bei Geschwindigkeiten am Ende von über 10 Meter/Sekunde haben. Ähnliche Ergebnisse werden mit anderen Zusammensetzungen und Verfahrensvariationen, welche alle hier offenbart sind, erwartet.

Beispiel 23

Ein Graphittiegel mit 5 Zoll (12,7 cm) Innendurchmesser x 6 Zoll (15,2 cm) Tiefe wurde konf iguriert und in einem induktiv erhitzten Ofen angeordnet, so daß der Tiegel während dem Erhitzen rotiert und geneigt werden konnte. Der Tiegel wurde modifiziert, indem er mit Aluminiumnitridplatten ausgekleidet wurde, welche die innere Auskleidung im wesentlichen zu Aluminiumnitrid machen. Der mit Aluminiumnitrid ausgekleidete Tiegel wurde mit 1,6 kg kugelförmigem Aluminiumnitrid- Mahlmedium mit 3/8 Zoll (0,95 cm) Durchmesser beladen und mit einem Winkel von 20 Grad aus der Horizontalen (Boden) geneigt. Der freie Raum zwischen dem Aluminiumnitridmedium wurde mit ungefähr 200 g rohem Aluminiumnitridpulver, welches wie in Beispiel 14 hergestellt wurde, befüllt. Stickstoffgas strömte in den Tiegel hinein und aus ihm heraus, mit der Rate von ungefähr 0,5 SCFM (14 Standardliter pro Minute). Der ausgekleidete und befüllte Tiegel wurde mit 15 UPM rotiert und induktiv mit einer Rate von ungefähr 15 K/Minute (15ºC/min) erhitzt, bis eine Temperatur von 1373 K (1200ºC) erreicht war. Die Temperatur wurde bei 1373 K (1200ºC) für ungefähr 2 Stunden gehalten. Nach den zwei Stunden Erhitzungs/Mahlbehandlung wurde der Tiegel abgekühlt. Das nachbehandelte Pulver wurde auf den Aluminiumnitridgehalt und die Oberfläche analysiert. Analysen mit einem LECO-Analysator zeigten einen monoatomaren Sauerstoffgehalt von 0,78 Gew.-% und einen monoatomaren Stickstoffgehalt von 43,2 Gew.-%, wodurch ein hoher Aluminiumnitridreinheitsgrad angezeigt wird. Ein Röntgenstrahldiffraktionsmuster des fertigen Pulvers zeigte, daß kein freies Aluminium verblieb. Das nachbehandelte Pulver hatte eine BET-Oberfläche von 3,0 m²/g.
Dieses Beispiel zeigt, daß der sekundäre Mahlschritt und der Erhitzungsschritt kombiniert werden können und gleichzeitig ausgeführt werden können, um rohes Aluminiumnitridpulver effektiv zu hochreinem Aluminiumnitrid mit einer wünschenswerten Oberfläche umzuwandeln. Es wird angenommen, daß dieses Pulver für die Teileherstellung durch drucklose Sintertechnik geeignet ist.

Bezugsbeispiel 24

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß ungefähr 3,5 SCFM (99,2 SLM) Argon bei Raumtemperatur direkt in den Kühlzoneneinlaß zusammen mit eintretendem AlN und 3 SCFM (85,0 SLM) Verfahrensrest-N&sub2; von der Reaktionszone eingebracht wurden. Die Temperatur des gekühlten Pulvers und die Kühlzone verlassendes Gas wurden mit ungefähr 301 K (28ºC) gemessen. Die Verweilzeit des Produkt-AlN-Pulvers, das durch die Kühlzone durch Verfahrens-N&sub2; und Argongas geschleppt wurde, war ungefähr 90 Sekunden.
Dieses Beispiel zeigt, daß Argongas direkt in die Kühlzone eingeleitet werden kann, um die Reaktion abzuschrecken und das AlN- Produkt abzukühlen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Aluminiumnitridpulver, umfassend das Leiten eines Gemischs aus einem pulverförmigen entfernbaren oder kompatiblen Feststoffmaterial und teilchenförmigem Aluminiummetall und einem Stickstoffausgangsmaterial durch eine erhitzte Reaktionszone, wobei das kompatible oder entfernbare Feststoffmaterial in einer Menge vorliegt, die ausreichend ist, um die Abscheidung von Aluminiumnitridprodukt auf Oberflächen, die die Reaktionszone begrenzen, zu verringern, wobei die Reaktionszone bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle einzelnen Aluminiummetallteilchen mit einer Heizrate von 100ºC (K) bis 10.000.000ºC (K) pro Sekunde auf eine Temperatur von 1600ºC (1873 K) bis 2100ºC (2373 K) und bei einer Flußrate, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle der Aluminiummetallteilchen in dem Temperaturbereich für eine Zeitdauer von 0,2 bis 10 Sekunden zu halten, zu erhitzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das kompatible oder entfernbare Material ausgewählt ist aus Aluminiumnitrid, Sliziumcarbid, Bornitrid, Borcarbid, Titandibond, Siliziumnitrid, Titannitrid, Titancarbid, Tantalnitrid und Kohlenstoff.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das kompatible oder entfernbare Material Aluminiumnitrid ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gemisch 33 bis 67 Gewichtsprozent des kompatiblen oder entfernbaren Feststoffmaterials enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das teilchenförmige Aluminiummetal oder das Gemisch aus einem pulverförmigen kompatiblen oder entfernbaren Material und teilchenförmigem Aluminiummetall in die erhitzte Reaktionszone mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10 Meter pro Sekunde eintritt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine sequentielle Stufe, worin das teilchenförmige Produkt nachdem es die erhitzte Reaktionszone verläßt durch eine Kühlzone geleitet wird und auf eine Temperatur abgeschreckt wird, bei welcher das teilchenförmige Aluminiummetall in Aluminiumnitrid umgewandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin Argongas in die Kühlzone eingebracht wird, um die Reaktion abzuschrecken.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, worin das Produkt mit einer Rate von mindestens 100 K pro Sekunde abgekühlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, umfassend eine sequentielle Stufe, worin das Produkt gemahlen wird, um nicht umgesetztes Aluminiummetall freizulegen und dann in der Gegenwart von gasförmigem Stickstoff auf eine Temperatur von 900ºC (1173 K) bis 1600ºC (1873 K) für eine Zeitdauer erhitzt wird, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle der freigelegten, nicht umgesetzten Aluminiummetalloberflächen in Aluminiumnitrid umzuwandeln.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Temperatur, auf welche das gemahlene Produkt erhitzt wird, 1200ºC (1373 K) bis 1600ºC (1873 K) ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das kompatible oder entfernbare Material Aluminiumnitrid ist und worin:

a) das Produkt für eine Zeitdauer gemahlen wird, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle nicht umgesetzten Aluminiummetalloberflächen freizulegen;

b) ein Teil des gemahlenen Produkts zum Mischen mit pulverförmigem Aluminiummetall recyclisiert wird und

c) das gemahlene Produkt ohne den recyclisierten Anteil in Gegenwart von gasförmigem Stickstoff auf eine Temperatur von 900 ºC (1173 K) bis 1600 ºC (1873 K) für eine Zeitdauer erhitzt wird, die ausreichend ist, um im wesentlichen alle der freigelegten, nicht umgesetzten Aluminiummetalloberflächen in Aluminiumnitrid umzuwandeln.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin das Produkt vor dem Mahlen in eine Kühlzone geleitet wird und auf eine Temperatur abgeschreckt wird, die unter derjenigen liegt, bei welcher teilchenförmiges Aluminiummetall zu Aluminiumnitrid umgewandelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8 und Anspruch 12, worin das Produkt innerhalb einer Zeit von 0,1 Sekunden bis 4 Minuten nachdem das Produkt die erhitzte Reaktionszone verläßt, abgeschreckt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gemisch aus einem pulverförmigen kompatiblen oder entfernbaren Material und teilchenförmigem Aluminiummetall für eine Dauer von 2 bis 8 Sekunden in dem Temperaturbereich gehalten wird.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Heizrate von 10.000 bis 1.000.000 ºC (K) pro Sekunde ist.