DE69228562T2

DE69228562T2 - Verfahren zur herstellung von aluminiumnitridpulver

Info

Publication number: DE69228562T2
Application number: DE69228562T
Authority: DE
Inventors: Gene Cochran; Glenn Eisman; John Henley; Alan Weimer
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: US5219804A; WO1993014027A2; JPH08508000A; EP0620803A1; DE69228562D1; WO1993014027A3; CA2126343A1; EP0620803B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridpulver (AlN-Pulver). Die vorliegende Erfindung betrifft spezieller die Herstellung von AlN-Pulver, das eine Oberfläche von größer als 10 m²/g, wünschenswerterweise größer als 15 m²/g aufweist.
Die Synthese von Aluminiumnitrid erfolgt im allgemeinen durch ein von vier bekannten Verfahren. Ein Verfahren umfaßt die carbothermische Reduktion und Nitrierung von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3; + 3 C + N&sub2; → 2 AlN + 3 CO). In einem zweiten Verfahren wird Aluminiummetall direkt mit Stickstoff umgesetzt (2 Al + N&sub2; → 2 AlN). In einem weniger häufigen Verfahren reagieren Aluminiumchlorid und Ammoniak in der Dampfphase (AlCl&sub3; + 4 NH&sub3; → AlN + 3 NH&sub4;Cl). US-A-3,128,153 offenbart ein noch selteneres Verfahren, worin Aluminiumphosphid mit Ammoniak umgesetzt wird (AlP + NH&sub3; → AlN + 1/4 P&sub4; + 3/2 H&sub2;).
Die carbothermische Reduktionsreaktion ist endotherm und erfordert etwa 335 KJ pro Mol Aluminiumnitrid bei 1.873 K. Die Reaktion wird im allgemeinen bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 1.673 bis 1.973 K durchgeführt, wie von Kuramoto et al. in US-A-4,618,592 offenbart. Das resultierende AlN-Pulver ist fein genug, um die Konsolidierung auf nahezu theoretische Dichte durch ein druckloses Sintern in Gegenwart von Sinterhilfen zu ermöglichen. Höhere Temperaturen resultieren im allgemeinen in der Bildung von gesinterten Agglomeraten der AlN-Teilchen. Die Agglomerate sind der Verdichtung durch druckloses Sintern nicht zugänglich.
Die direkte Reaktion von Aluminiummetall zu AlN ist exotherm und erzeugt etwa 328 Kilojoule pro Mol AlN bei 1.800 K. Aluminiummetall schmilzt bei etwa 933 K. Die Reaktion von Aluminium und Stickstoff beginnt bei 1.073 K. Wenn die Reaktion einmal initiiert wurde, ist sie selbstfortschreitend, wenn sie nicht reguliert wird. Eine unkontrollierte Reaktion kann AlN-Sintertemperaturen erreichen und bei diesen Temperaturen für ausgedehnte Zeiträume bleiben. Die unkontrollierte Reaktion führt typischerweise zu gesinterten AIN- Agglomeraten mit einer Oberfläche, wie sie mittels Brunauer-Emmet- Teller-Analyse (BET-Analyse) ermittelt wurde, von weniger als 2 m²/g. Die Agglomerate sind nicht ohne weiteres weiterem Sintern über drucklose Sintertechniken zu Dichten, die die theoretische Dichte erreichen, zugänglich.
Eine Variation des direkten Nitrierungsverfahrens verwendet Plasmareaktoren, um Aluminiummetall bei Temperaturen, die nahe bei 10.000 K liegen, zu verdampfen. Das verdampfte Metall reagiert dann mit Stickstoff, Ammoniak oder Mischungen von Stickstoff und Ammoniak oder Stickstoff und Wasserstoff. Die resultierenden AlN-Pulverteilchen haben eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 0,1 um und eine Oberfläche von etwa 30 m²/g. Diese Teilchen können drucklos bis nahezu zur theoretischen Dichte bei Temperaturen so niedrig wie 1.873 K gesintert werden.
G. P. Vissokow et al. (J. Mater. Sci. 18 (1983) 2011-2016) diskutieren die Herstellung von ultrafeinem Aluminiumnitrid durch die Wechselwirkung von Aluminium und Stickstoff in einem elektrischen Lichtbogenplasma. Die Veröffentlichung ist im wesentlichen theoretischer Art und berechnet, daß Aluminiumnitrid maximaler Dispersität und Reinheit bei Temperaturen von 2.900 bis 3.400 K und relativen Verweilzeiten von 1,0 bis 1,1 erhalten werden kann. Die relative Verweilzeit ist die Teilchenverweilzeit dividiert durch die Zeit, die zur vollständigen Teilchenverdampfung notwendig ist. In den berichteten experimentellen Daten wurde Aluminiumpulver mittels Stickstoff und Argon in ein Ende des aktiven Teils des Lichtbogens injiziert oder eine Argon/Stickstoff- Mischung wurde als das plasmabildende Gas verwendet. Diese Experimente wurden in Kaltwand- oder Heißwandreaktoren bei 2.000 bis 4.000 K durchgeführt.
WO-A-9219534 (veröffentlicht am 12. November 1992) offenbart die Herstellung von Aluminiumnitridpulver, in dem pulverisiertes Aluminium alleine oder in Mischung mit zuvor hergestelltem Aluminiumnitridpulver oder einem pulverförmigen entfernbaren oder kompatiblen Stoff in Gegenwart von Stickstoff auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von 1.833 bis 2.373 K rasch erhitzt wurde. Bezug wurde auf die Verwendung einer Temperatur von 2.473 K genommen, und ein Vergleichsbeispiel wurde bei dieser Temperatur durchgeführt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von AlN-Pulver, der das Hindurchführen von teilchenförmigen Al-Metall und einer Stickstoffquelle durch eine beheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle der Al-Metallteilchen einzeln mit einer Aufheizrate von mindestens 10.000 K/s bis zu einer Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches von größer als 2.473 K bis 3.073 K zu erhitzen, und mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle der Al- Metallteilchen innerhalb dieses Temperaturbereiches für einen Zeitraum von 2 bis 10 s zu halten, wobei der Zeitraum ausreichend ist, um das teilchenförmige Al-Metall zu einem Produkt umzuwandeln, das einen AlN- Gehalt von mindestens 75 Gewichtsprozent (Gew.-X), bezogen auf das Gewicht des Produkts, aufweist und das AlN eine Oberfläche von größer als 10 m²/g aufweist.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Komposits oder einer Mischung aus AlN-Pulver und einem pulverförmigen kompatiblen Stoff, das Hindurchführung einer Stickstoffquelle und einer Mischung von pulverförmigen kompatiblen festen Stoff und teilchenförmigen Aluminiummetall durch eine erhitzte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle der Mischungsteilchen einzeln mit einer Heizrate von wenigstens 100 K/s auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von größer als 2.473 K bis 3.073 K aufzuheizen und mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle Mischungsteilchen innerhalb dieses Temperaturbereiches für einen Zeitraum von 0,2 bis 10 s zu halten, wobei der kompatible feste Stoff in einer Menge vorliegt, die ausreicht, um ein Material zu ergeben, das AlN und den kompatiblen Stoff enthält, wobei der Zeitraum ausreichend ist, um mindestens 75 Gew.-% des teilchenförmigen Al-Metalls zu AlN umzuwandeln, und das AlN eine Oberfläche von größer als 10 m²/g aufweist. Das Produkt hat vorteilhafterweise einen AlN-Gehalt von mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Produktes.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein carbothermisches Verfahren zur Herstellung von AlN-Pulver, das Hindurchführen einer Stickstoffquelle und einer pulverförmigen Mischung von Al&sub2;O&sub3; und Kohlenstoff durch eine aufgeheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle der pulverförmigen Mischungsteilchen mit einer Aufheizrate von mindestens 100 K/s auf einer Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches von 2.473 K bis 3.073 K aufzuheizen, und mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle der pulverförmigen Mischungsteilchen innerhalb dieses Temperaturbereichs für einen Zeitraum von 0,2 bis 20 s zu halten, wobei der Zeitraum ausreichend ist, um die pulverförmige Mischung zu einem Produkt mit einem AlN-Gehalt von wenigstens 75 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Produktes, umzuwandeln und das AlN eine Oberfläche von größer als 10 m²/g aufweist.
Bei einer Ausführungsform, die mit den ersten drei Aspekten zusammenhängt, wird das Produkt aus der aufgeheizten Reaktionszone in eine Kühlzone geführt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle Produktteilchen einzeln mit einer Kühlgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s auf eine Temperatur unterhalb von 1.073 K abzukühlen. Das Produkt muß rasch abgekühlt werden, um das partielle Sintern oder Agglomerieren von Produktteilchen zu minimieren, wenn nicht zu eliminieren. Partielles Sintern kann mit den nachfolgenden drucklosen Sintervorgängen wechselwirken. Agglomeration kann zu unakzeptabel niedrigen Produktoberflächen führen.
In einem verwandten Aspekt kann das Produkt ein- oder mehrmals zusätzlich durch die beheizte Reaktionszone hindurchgeführt werden, um die Ausbeute an AlN zu erhöhen. Das Produkt kann durch die Reaktionszone entweder alleine oder in Verbindung mit einer Menge der pulverförmigen Mischung geführt werden.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Umsetzung von AlN mit einer Oberfläche von weniger als 15 m²/g zu AlN mit einer Oberfläche größer als oder gleich 15 m²/g, das Hindurchführen einer Stickstoffquelle und pulverförmigem AlN mit einer Oberfläche von weniger als 15 m²/g durch eine beheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle der AlN-Teilchen einzeln mit einer Aufheizrate von mindestens 100 K/s auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereiches von größer als 2.473 K bis 3.073 K zu erhitzen, und mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle der AlN-Teilchen innerhalb dieses Temperaturbereiches für einen Zeitraum zu halten, der ausreicht, um das AlN in Al und Stickstoff als Dissoziationsprodukte aufzuspalten, und anschließend Führen der Dissoziationsprodukte in eine Kühlzone, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um die Dissoziationsprodukte in AlN-Teilchen mit einer Oberfläche von größer als 15 m²/g umzuwandeln und im wesentlichen alle dieser Teilchen einzeln mit einer Kühlgeschwindigkeit von mindestens 100 K/s auf eine Temperatur unterhalb von 1.073 K abzukühlen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird geeigneterweise in einer Apparatur, die in US-A-5,110,565 beschrieben wird, durchgeführt. Die Apparatur umfaßt vier Hauptkomponenten: Ein gekühltes Element zum Transport der Reaktanten, eine Reaktionskammer, ein Heizmittel und eine Kühlkammer. Ein Spülgas kann in Zwischenräume, die die Reaktionskammer umgeben, eingefüllt werden.
Das Transportelement kann mit einer Leitung verbunden sein, die innerhalb eines Gasflußraumes angeordnet ist, der wünschenswerterweise kreisförmig ist. Das Transportelement wird geeigneterweise bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur gehalten, bei welcher pulverförmiges Aluminiummetall bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung schmilzt. Ähnliche Temperaturen sind für die dritte Ausführungsform der Erfindung ausreichend. Die Temperatur ist vorzugsweise ausreichend, um im wesentlichen zu verhindern, daß die pulverförmigen Reaktanten, insbesondere Al-Metall und Al&sub2;O&sub3; entweder innerhalb des Transportelementes oder in der Nähe zu seinem Austritt schmelzen und koalisieren. Demgemäß ist die Temperatur wünschenswerter ausreichend, um zu gewährleisten, daß im wesentlichen alle der pulverförmigen Reaktanten in die Reaktionskammer als diskrete Teilchen eintreten. Eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Al (etwa 933 K) ergibt zufriedenstellende Ergebnisse. Der Bereich reicht vorzugsweise von 275 bis 373 K, wünschenswerterweise von 275 bis 232 K und vorzugsweise von 275 bis 298 K. Höhere Temperaturen können bei der vierten Ausführungsform verwendet werden, da AlN bei 2.273 K sublimiert und bei 2.473 K dissoziiert. Die höheren Temperaturen überschreiten vorzugsweise nicht die Sublimationstemperatur.
Die pulverförmigen Reaktanten, ob es sich dabei um Al-Metall, eine Mischung von pulverförmigem Al-Metall und einem pulverförmigen kompatiblen Stoff oder einer pulverförmigen Mischung von Al&sub2;O&sub3; und Kohlenstoff handelt, werden geeigneterweise in den Transportbereich über einen Pulverzuführmechanismus zugeführt. AlN mit einer Oberfläche von weniger als 15 m²/g kann in derselben Art und Weise zugeführt werden. Der Pulverzuführmechanismus ist nicht besonders entscheidend, solange er einen dosierten und kontrollierten Fluß von pulverförmigem Material in den Transportbereich gewährleistet. An sich kann der Zuführmechanismus ein Einfachschneckenaufgeber, ein Doppelschneckenaufgeber, ein Vibrationsdosierer, ein Drehventilaufgeber oder ein anderer üblicher Aufgeber sein.
Das pulverförmige Al-Metall sollte eine Reinheit von größer als 97% und eine gewichtsgemittelte Teilchengröße von weniger als 500 um aufweisen. Der kompatible Feststoff ist geeigneterweise AlN oder ein feines keramisches Pulver, das, wenn es mit dem AlN-Produkt vermischt wird, die gewünschte pulverförmige Mischung oder das Komposit-Produktpulver bildet. Geeignete keramische Pulver umfassen Siliciumcarbid, Bornitrid, Borcarbid, Titandiborid, Siliciumnitrid, Titannitrid, Titancarbid, Wolframcarbid oder Tantalnitrid. Das feine keramische Pulver, das als kompatibler Stoff verwendet wird, hat vorteilhafterweise eine Reinheit von größer als 98%, eine Oberfläche von 10 bis 30 m²/g und eine Teilchengröße innerhalb eines Bereiches von 0,01 bis 1 um. Wenn AlN als ein kompatibles Material verwendet wird, ist es vorzugsweise ein Teil des AlN-Produkts.
Mischungen, die einen Gehalt des kompatiblen Stoffes von 20 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, aufweisen, ergeben vorteilhafte Ergebnisse. Der Gehalt des kompatiblen Stoffes beträgt wünschenswerterweise 28 bis 91 Gew.-% und vorzugsweise 33 bis 67 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mischung.
Das Al&sub2;O&sub3;, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, hat geeigneterweise eine Teilchengröße innerhalb eines Bereichs von 0,05 bis 20 um und einer Reinheit von größer als 99,8%. Der Bereich reicht vorzugsweise von 0,2 bis 2 um. Die Reinheit ist wünschenswerterweise größer als 99,97%. Reinheiten von 99,99% oder größer ergeben zufriedenstellende Produkte, aber zu höheren Kosten.
Der Kohlenstoff ist geeigneterweise ein Material, ausgewählt aus Acetylenschwarz, planzlichem Kohlenstoff, Thermalruß, Kohle, Ruß und Graphit. Das Material ist vorteilhafterweise Ruß oder Graphit.
Die Mischungen können unter Verwendung von üblichen Apparaturen hergestellt werden. Veranschaulichende Apparaturen umfassen Bandmischer, Walzenmischer, senkrechten Schneckenmischer, V-Mischer und Wirbelzonenmischer, wie die unter der Handelsbezeichnung FORBERG vertriebene.
Die Pulverzufuhrrate variiert mit dem Reaktordesign und der Kapazität ebenso wie den pulverförmigen Reaktanten. Zur Illustrierung beträgt eine akzeptable Zufuhrrate für ein pulverförmiges Aluminium 0,02 bis 0,5 kg/min für einen Reaktor mit einem Reaktionszonenvolumen von 0,06 m³ (2,16 ft³). Akzeptable Zufuhrraten für Reaktoren mit größeren Reaktionszonenvolumina sind ohne weiteres ohne übermäßiges Experimentieren zu bestimmen.
Gasförmiger Stickstoff (N&sub2;) wird in einer Menge und mit einer Fließgeschwindigkeit in den Transportbereich eingeführt, die ausreichen, um zwei Erfordernisse zu erfüllen. Erstens sollte die Fließgeschwindigkeit mindestens stöchiometrisch oder ausreichend sein, die relevante Reaktionsgleichung zu erfüllen. Die Reaktionsgleichung ist 2 Al + N&sub2; → 2 AlN für die direkte Nitrierungsreaktion und Al&sub2;O&sub3; + 3 C + N&sub2; → 2 AlN + 3 CO für die carbothermische Reaktion. Zweitens sollte die Fließgeschwindigkeit ausreichend sein, um entweder die pulverförmigen Reaktanten oder das AlN-Pulver mit geringer Oberfläche (weniger als 15 m²/g) vor dem Eintritt derselben in die Reaktionskammer mitzureißen. Die Fließgeschwindigkeit ist geeigneterweise mindestens eineinhalbfach stöchiometrisch. Die Fließgeschwindigkeit ist vorteilhafterweise 1,5- bis 4-fach stöchiometrisch, wünschenswerterweise 1,5- bis 3-fach stöchiometrisch. Eine übermäßig hohe Fließgeschwindigkeit verringert die Verweilzeit des pulverförmigen Materials, entweder der Reaktanten oder des AlN-Pulvers mit geringer Oberfläche innerhalb der Reaktionszone und somit die Reaktorkapazität. Die Fließgeschwindigkeit für die carbothermische Reaktion ist typischerweise größer als die für die direkte Nitrierungsreaktion. Zur Veranschaulichung könnte eine geeignete Fließgeschwindigkeit für die direkte Nitrierungsreaktion 85 Standardliter pro Minute (SLM) (3 Standardfuß³ pro Minute (SCFM)) betragen, wohingegen eine geeignete Fließgeschwindigkeit für die carbothermische Reaktion 113 SLM (4 SCFM) betragen könnte.
Gasförmiger Stickstoff (N&sub2;(g)) wird auch in den Gasflußraum eingeführt. Dieses Gas fließt von dem Gasflußraum in die Reaktionskammer. Indem dies so erfolgt, bewirkt es, daß der Kontakt der pulverförmigen Reaktanten mit den Oberflächen der Reaktionskammer nahe ihrer Verbindung mit dem Transportelementausgang minimiert, wenn nicht im wesentlichen eliminiert wird. Solch ein Kontakt ist nicht erwünschenswert, da diese Oberflächen dazu neigen, bei Temperaturen vorzuliegen, die die Koaleszenz der pulverförmigen Reaktanten, insbesondere des Al-Metalls und Al&sub2;O&sub3; zu fördern. Koaleszenz führt wiederum zum Erliegen der Vorgänge wegen Verstopfung des Reaktors.
Das N&sub2;(g) sollte so rein wie möglich sein. Feuchtigkeit und verbleibende Sauerstoffverunreinigungen wirken sich nachteilig auf die AIN- Produktqualität aus. Der Taupunkt des N&sub2;(g) beträgt günstigerweise weniger als 233 K und wünschenswerterweise weniger als 193 K. Sauerstoffverunreinigungsniveaus betragen vorteilhafterweise weniger als 5 und wünschenswerterweise weniger als 1 ppm des Gases. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt zu hoch ist, kann es notwendig sein, den gasförmigen Stickstoff durch ein Trocknungsbett oder Trockenmittel zu führen. Das Gas kann auch durch übliche Mittel zur Reduktion des verbleibenden Stickstoffgehalts gereinigt werden.
Die N&sub2;(g)-Fließgeschwindigkeiten steuern die Verweilzeit des Al- Metallpulvers, der Mischung von pulverförmigen kompatiblen festen Material und pulverförmigen Al oder der pulverförmigen Mischung von Al&sub2;O&sub3; und Kohlenstoff innerhalb der Reaktionszone. Die N&sub2;(g)- Fließgeschwindigkeiten steuern auch die Verweilzeit des AlN-Pulvers mit geringer Oberfläche innerhalb dieser Zone. Wenn das Al-Metallpulver, entweder allein oder in Mischung mit einem pulverförmigen kompatiblen festen Material zu der Reaktionszone gegeben wird, liegt die Verweilzeit geeigneterweise innerhalb eines Bereiches von 0,2 bis 10 s, günstigerweise von 2 bis 8 s und wünschenswerterweise von 4 bis 5 s. Verweilzeiten von weniger als 0,2 s neigen dazu, zu einem unvollständig umgesetzten Produkt zu führen, das nicht umgesetztes Metall enthält. Verweilzeiten oberhalb von 10 s liefern keinen großen Vorteil in bezug auf den Umsatz in %. Wenn AlN mit geringer Oberfläche in die geheizte Reaktionszone gegeben wird, führen die gleichen Verweilzeiten zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Wenn eine pulverförmige Mischung von Al&sub2;O&sub3; und Kohlenstoff in die Reaktionszone gegeben wird, liegt die Verweilzeit geeigneterweise innerhalb eines Bereiches von 0,2 s bis 20 s, günstigerweise von 2 bis 16 s und wünschenswerterweise von 4 bis 15 s. Verweilzeiten von weniger als 0,2 s liefern keine zufriedenstellende AlN-Produktausbeute. Verweilzeiten von mehr als 20 s bieten keinen wesentlichen Vorteil in bezug auf den Umsatz in %.
Ammoniak kann anstatt oder zusätzlich zu N&sub2;(g) verwendet werden. Eine Mischung von N&sub2;(g) und Wasserstoff kann auch verwendet werden.
Der mitgerissene Fluß von pulverförmigen Reaktanten oder AlN-Pulver mit geringer Oberfläche tritt in die Reaktionszone in einer Form ein, die einer gut dispergierten Staubwolke angenähert ist. Die pulverförmigen Reaktanten oder AlN-Pulverteilchen mit geringer Oberfläche werden nahezu unmittelbar mittels Gaskonvektion und konduktiver Wärmeübertragung und durch thermische Stahlung von den Reaktorwänden, die die beheizte Reaktionszone ausmachen, aufgeheizt. Die Reaktionszone wird günstigerweise bei einer Temperatur von 2.473 bis 2.773 K gehalten, mit der Ausnahme, daß die Temperatur 2.473 K in solchen Ausführungsformen übersteigt, die die Reaktionen bei 2.473 K ausschließen. Temperaturen unterhalb von 2.473 K führen zu AlN-Produkten mit Oberflächen von 8 m²/g oder weniger. Die aktuelle Temperatur innerhalb der Reaktionszone kann durch optische Pyrometrie oder andere geeignete Mittel bestimmt werden.
Die Reaktorwände können konventionell entweder indirekt durch Strahlung von Heizelementen, die außen herum angeordnet sind, induktiv über eine induktive Spule oder direkt durch elektrischen Widerstand aufgeheizt werden. Die pulverförmigen Reaktanten oder Aluminiumpulverteilchen mit geringer Oberfläche werden mit Geschwindigkeiten innerhalb eines Bereichs von 100 bis 10.000.000 K/s aufgeheizt. Der Bereich reicht günstigerweise von 1.000 bis 10.000.000 K/s, wünschenswerterweise von 10.000 bis 1.000.000 K/s. Die Geschwindigkeit, mit welcher ein einzelnes Teilchen aufgeheizt wird, variiert in Antwort auf eine Zahl von Faktoren. Die Faktoren umfassen Größe, Nähe zu der Wärmequelle und Dichte der Staubwolke. Die Geschwindigkeit sollte jedoch nicht so niedrig sein, daß substantielle Koaleszieren von Reaktantenteilchen während einer Schmelzphase vor dem Erreichen der Reaktionstemperaturen auftreten kann. In dem Fall der AlN-Teilchen mit geringer Oberfläche sollte die Geschwindigkeit nicht so niedrig sein, daß das AlN in die Kühlzone geführt wird, ohne wesentlich in N&sub2;(g) und Al als Dissoziationsprodukte dissoziiert zu sein.
Der gasförmige Stickstofffluß, der einen mitgerissenen Fluß der pulverförmigen Reaktanten in die Reaktionszone ermöglicht, gewährleistet auch einen mitgerissenen Fluß von pulverförmigen AlN oder, im Falle von AlN-Zufuhrmaterial mit geringer Oberfläche der Dissoziationsprodukte aus der Reaktionszone. Der mitgerissene Fluß oder die Staubwolke von AlN- Pulver oder der mitgerissene Fluß von Dissoziationsprodukten verläßt günstigerweise die Reaktionszone und tritt nahezu sofort in eine Kühlzone ein. Es wird geglaubt, daß die Dissoziationsprodukte rekombinieren, um ein AlN-Pulver mit einer Oberfläche von mehr als 15 m²/g am oder nahe des Kühlzoneneingangs zu bilden. Die Kühlzone schreckt das AlN-Pulver ab oder kühlt es rasch unter seine Reaktionstemperatur. Rasches Kühlen hilft, die sehr feine Teilchengröße der AlN-Partikel, die sich nach Kühlen unterhalb der Dissoziationstemperatur (etwa 2.473 K) von AlN gebildet haben, beizubehalten. Kühlgeschwindigkeiten innerhalb der Kühlzone erreichen günstigerweise in etwa die Aufheizraten innerhalb der Reaktionszone. Die gekühlten Wände der Kühlzone und das gekühlte Gas neigen dazu, rasch verbleibende Mengen von fühlbarer Wärme von den AlN-Teilchen zu entfernen. Wenn das Kühlen nicht mit einer ausreichend schnellen Geschwindigkeit erfolgt, neigen die AlN-Teilchen dazu, zu verschmelzen oder zusammenzusintern, was in der Bildung von unerwünschten Agglomeraten oder großen Körnern des AlN-Produktes resultiert. Die geschmolzenen Teilchen neigen dazu, Oberflächen von weniger als 10 m²/g aufzuweisen. Die tatsächlichen Kühlzeiten variieren in Abhängigkeit von Faktoren wie Teilchengröße, Konfiguration der Kühlzone und Gasfließgeschwindigkeiten. Die gekühlten AlN-Teilchen werden geeigneterweise gesammelt und mittels üblicher Technologie verarbeitet.
Das AlN-Produkt hat eine Oberfläche, die günstigerweise größer als 10 m²/g, wenn pulverförmige Reaktanten als Ausgangsmaterial verwendet werden, und größer als 15 m²/g ist, wenn ein AlN-Pulver mit einer geringen Oberfläche als das Ausgangsmaterial verwendet wird. Die Oberfläche liegt wünschenswerterweise innerhalb eines Bereichs von größer als 15 bis 65 m²/g. Der Bereich reicht vorzugsweise von 19 bis 60 m²/g.
Die folgenden Beispiele 1 und 2 illustrieren den Umfang der Erfindung, beschränken diesen aber nicht. Bezugsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel A liegen nicht innerhalb des Bereichs der Ansprüche. Alle Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf Gewicht, wenn es nicht anders angegeben ist.

Bezugsbeispiel 1 - Veranschaulichung der Art und Weise. das Verfahren der Erfindung durchzuführen

Ein vertikaler Graphitröhrenofen mit einer Heizzone, die einen Innendurchmesser von 0,152 m (6 Inch) aufwies und 3,35 m (11 Fuß) lang war, wurde auf eine Temperatur von 2.200ºC (2.473 K) gebracht und bei dieser gehalten, wie mit optischen Pyrometern gemessen wurde.
Aluminiummetallpulver hoher Reinheit, kommerziell erhältlich von Aluminium Company of America (Alcoa) unter der Handelsbezeichnung 7123 wurde in einen über Kopf angeordneten Zugabetrichter gegeben, der mit N&sub2;(g) gespült wurde. Das Al-Pulver, nominell 99,97% rein, hatte eine Oberfläche von 0,449 m²/g, einen Sauerstoffgehalt von 0,223%, einen Siliciumgehalt von 75 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 um. Das N&sub2;(g)-Gas hatte einen Taupunkt von weniger als -80ºC (193 K) und einen Sauerstoffgehalt von weniger als 1 ppm.
Das pulverförmige Aluminium wurde von dem Trichter in den oberen Bereich der geheizten Zone des Röhrenofens mit einem Doppelschneckenförderer ("loss-in-weight twin screw feeder"), der mit einem Element zum Transport der Reaktanten, wie das hierin beschriebene, verbunden war, mit einer Geschwindigkeit von 0,09 kg (0,2 Pound) pro Minute befördert. Das Reaktantentransportelement wurde bei einer Temperatur von 283 K gehalten. Stickstoffgas floß durch das Reaktantentransportelement mit einer Geschwindigkeit von 85 SLM (3 SCFM) und nahm so das Al-Pulver mit in den oberen Bereich der geheizten Zone. Zusätzliche 28,3 SLM (1 SCFM) N&sub2;(g) flossen durch den Gasflußraum, innerhalb welchem das Transportelement angeordnet war, und in den oberen Bereich des Ofens. Der Gasfluß war ausreichend, um zu gewährleisten, daß das Pulver mit einer durchschnittlichen Verweilzeit in der beheizten Zone von 4,3 s vorhanden war, was der Abnahme im Stickstofffluß wegen der Reaktion und der Umsetzung zu AlN Rechnung trug. Die charakteristische Aufheizzeit für die zugeführten Al-Teilchen entsprachen einer ungefähren Aufheizrate von etwa 10&sup5; K/s.
Das Produktpulver im Submicron-Bereich wurde durch die Kühlzone mit etwa 85 SLM (3 SCFM) nicht umgesetzten Stickstoffgas, was aus der Reaktionszone austrat, hindurchgespült. Die berechnete Verweilzeit in der Kühlzone betrug etwa 3,2 Minuten.
Produktpulver aus dem Reaktor wurde stromabwärts aus der Kühlzone gesammelt und analysiert. Die Kühlzone hatte einen Innendurchmesser von 45,7 cm (18 Inch), eine Länge von 1,8 m (6 Fuß) und ein Volumen von 0,3 m³ (10,6 ft³). Kühlmittel, das bei einer Temperatur von 283 K gehalten wurde und durch einen Mantel floß, der die Kühlzone umgab, kühlte das Produktpulver und Gas auf eine gemessene Temperatur von etwa 303 K. Die Kühlrate lag nahe bei der Heizrate. Ein Röntgenstreuungsmuster des Produktes zeigte an, daß das Pulver im wesentlichen AlN mit etwas nicht umgesetzten Metall war. Die Sauerstoff- und Stickstoffgehalte des Pulvers, das sofort nach Synthese in eine Handschuhbox mit N&sub2;(g)-Atmosphäre gegeben wurde, wurde mittels eines LECO-Analysators auf 0,16 bzw. 27,1% bestimmt. Der Stickstoffgehalt entsprach einem AlN-Gehalt von 79%. Das Pulver hatte eine BET- Oberfläche des ungemahlenen Aggregats von 15,1 m²/g.
Das Produkt wurde trocken in einer Kugelmühle zwei Stunden unter Verwendung von AlN-Medium, um leichte Agglomerate des Produktes aufzubrechen, gemahlen. Der Begriff "leichte Agglomerate" beschreibt Agglomerate, die ohne weiteres auseinanderbrechen, wenn sie zwischen Daumen und Fingern mit minimalem Druck gerieben werden. Die BET- Oberfläche nach Kugelmühlenvermahlung betrug 15,7 m²/g. Unter Berücksichtigung von etwa 21% nicht umgesetztem Aluminium mit einer geschätzten Oberfläche von 0,5 m²/g hatte das AlN eine berechnete, gewogene mittlere Oberfläche von 19,7 m²/g.

Beispiel 1

Ähnliche Ergebnisse zu denen des Bezugsbeispiels 1 werden bei Temperaturen so hoch wie 3.073 K erwartet. Die AlN-Oberfläche neigt dazu, sich zu erhöhen, wenn die Temperaturen in der geheizten Zone über 2.473 K steigen.
Die Replikation des Verfahrens mit Temperaturen der Aufheizzone unterhalb von 2.473 K, wie etwa 1.873 K oder 2.373 K, ergeben ein Produkt, worin das Aluminium eine Oberfläche aufweist, die viel kleiner ist. Eine typische Oberfläche, die aus solchen Temperaturen resultiert, liegt in der Größenordnung von 5 m²/g.

Vergleichsbeispiel A - Carbothermischer Prozeß bei 2,223 K

Die Vorrichtung aus Bezugsbeispiel 1 wurde verwendet, um eine pulverförmige Mischung von Al&sub2;O&sub3; und Ruß über eine carbothermische Reduktionsnitrierungsreaktion zu AlN umzusetzen. Die pulverförmige Mischung wurde aus 11,4 kg (25 lb) Acetylenruß und 28.2 kg (62 lb) Al&sub2;O&sub3; hergestellt. Das Al&sub2;O&sub3;, kommerziell erhältlich von Aluminium Company of America unter der Handelsbezeichnung A16-SG, hatte eine Oberfläche von 9,46 m²/g. Der Ruß, kommerziell erhältlich von Chevron Chemical Company unter der Handelsbezeichnung Shawinigan Acetylenruß, hatte eine Oberfläche von 67 m²/g. Das Al&sub2;O&sub3; und der Ruß wurden in einer Kugelmühle vier Stunden gemischt.
90,8 kg (200 lb) entionisiertes Wasser wurden in eine 208-l-Kunststoff- Trommel (55 Gallonen) gegeben. Die folgenden Komponenten wurden zu dem Wasser zugegeben und fünf Minuten gemischt: 1,5 Triton® X-100, ein Alkylphenoxy(polyethoxy)ethanol, kommerziell erhältlich von Rohm & Haas Co.; 40 ml Arquad® C-50, ein quartäres Cocoalkyltrimethylammoniumchlorid, kommerziell erhältlich von Akzo Chemicals Inc. und 150 ml Antifoam® B, einem Siliconprodukt, kommerziell erhältlich von Dow Corning Corporation. Der pH-Wert der Lösung wurde auf einen pH-Wert von 3,5 eingestellt, in dem 20 ml 65%-iger Salpetersäurelösung zugegeben wurden. 15,9 kg (35 lb) der Mischung aus der Kugelmühle wurden zu der Lösung aus entiosiniertem Wasser gegeben, dann 30 Minuten gerührt, bevor 8,06 kg (17,75 lb) einer 20%-igen kolloidalen Al&sub2;O&sub3;-Lösung unter fortgeführtem Rühren zugegeben wurden. Die Lösung wurde weitere 2 Stunden gerührt bevor sie sprühgetrocknet wurde, wobei eine Ausgangstemperatur von 403 K beibehalten wurde. Das sprühgetrocknete Pulver hatte einen Kohlenstoffgehalt von 26,6%, wie mittels Analyse unter Verwendung eines LECO Modells IR-412 mit einem Modell HF-400 Ofen bestimmt wurde.
Das sprühgetrocknete Pulver wurde in den Zugabetrichter gefüllt und mit N&sub2;(g) gespült. Der Ofen wurde auf eine Temperatur von 2.173 K gebracht und bei dieser gehalten. N&sub2;(g) floß in die Reaktionszone mit der gleichen Geschwindigkeit wie im Bezugsbeispiel 1. Das Pulver wurde in das gekühlte Reaktantentransportelement mit einer Rate von 0,09 kg/min (0,2 1b/min) wie in Bezugsbeispiel 1 zudosiert. Die Fließgeschwindigkeit resultierte in einer ungefähren Verweilzeit von 3,2 s. Das Produktpulver wurde stromabwärts aus der Kühlzone wie in Bezugsbeispiel 1 gesammelt. Das Pulver wurde wieder in den Trichter gefüllt und ein zweites Mal durch die Reaktionszone geführt, während der Ofen sich bei einer Temperatur von 2.123 K befand. Die Wiederzufuhr wurde zwei weitere Male wiederholt, abgesehen von einer Erhöhung der Temperatur auf 2.223 k, um eine Gesamtverweilzeit von etwa 13 s zu gewährleisten.
Röntgenbeugungsanalyse des Produktes zeigte, daß es im wesentlichen AlN war. Ein Teil des Produktes wurde in einen Ofen gegeben und zwei Stunden bei 1.123 K in Gegenwart von Luft erhitzt, um Restkohlenstoff zu entfernen. Das erhitzte Produkt wurde analysiert und enthielt 1, 1% Kohlenstoff, 8,0% Sauerstoff und 32.0% Stickstoff, was einen AIN- Gehalt von etwa 82% anzeigte. Die BET-Oberfläche betrug 6,0 m²/g.

Beispiel 2 - Carbothermischer Prozeß bei 2.573 K

Das verbleibende Produkt aus Vergleichsbeispiel A wurde in den Zugabetrichter gegeben und durch die beheizte Reaktionszone geführt. Der Ofen wurde auf 2.573 K erhitzt und für diesen Durchgang dabei gehalten. Die Verweilzeit in der Reaktionszone betrug etwa 3,0 s.
Das Pulver enthielt nach Wärmebehandlung wie im Vergleichsbeispiel A 0,6% Kohlenstoff, 8,7% Sauerstoff, 31,7 % Stickstoff, was einen AlN- Gehalt von etwa 80,9% anzeigte. Die BET-Oberfläche betrug 52,6 m²/g.
Durch Vergleich von Beispiel 2 mit dem Vergleichsbeispiel A wird die vorteilhafte Zunahme der Oberfläche durch Verfahrensführung oberhalb der Dissoziationstemperatur von AlN ohne weiteres ersichtlich. Ähnliche Ergebnisse sind zu erwarten, indem man die Durchgänge des Vergleichbeispiels A bei niedriger Temperatur wegläßt und ein oder mehrere Durchgänge bei Temperaturen bei oder oberhalb der Dissoziationstemperatur einsetzt. Geeignete Temperaturen und andere Verfahrensparameter sind hierin offenbart.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridpulver, welches das Hindurchführen einer Stickstoffquelle und eines teilchenförmigen Materials, ausgewählt aus:

(a) teilchenförmigem Aluminiummetall,

(b) einer pulverisierten Mischung von Aluminiumoxid und Kohlenstoff,

(c) einer Mischung von teilchenförmigem Aluminiummetall und einem pulverförmigem kompatiblen Feststoff und

(d) Aluminiumnitrid mit einer Oberfläche von weniger als 15 m²/g

durch eine beheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle Teilchen einzeln auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 2200ºC (2473 K) bis 2800ºC (3073 K) mit einer Heizrate von mindestens 10.000ºC (10.000 K) pro Sekunde für teilchenförmiges Material (a) oder mindestens 100ºC (100 K) pro Sekunde für teilchenförmige Materialien (b), (c) und (d) zu erhitzen, und mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle Teilchen innerhalb dieses Temperaturbereichs für die folgenden Zeiträume zu halten:

2 bis 10 Sekunden für teilchenförmiges Material (a),

0,2 bis 10 Sekunden für teilchenförmiges Material (c),

0,2 bis 20 Sekunden für teilchenförmiges Material (b) oder

der ausreicht, um das Aluminiumnitrid (d) in Aluminium und Stickstoff zu spalten,

und das, wenn teilchenförmiges Material (d) verwendet wird, das Zuführen der Dissoziationsprodukte in eine Kühlzone umfaßt, in der im wesentlichen alle darin enthaltenen Teilchen mit einer Kühlrate von mindestens 100ºC (100 K) pro Sekunde auf eine Temperatur unterhalb von 800ºC (1073 K) abgekühlt werden, um Aluminiumnitridteilchen mit einer Oberfläche von größer als oder gleich 15 m²/g zu liefern, unter der Voraussetzung:

daß die Teilchen des teilchenförmigen Materials (a), (c) und (d) auf eine Temperatur oberhalb von 2200ºC (2473 K) erhitzt werden und daß diese Zeiträume für die Teilchen der teilchenförmigen Materialien (a), (b) oder (c) ausreichend sind, um ein Produkt zu liefern, das einen Aluminiumnitridgehalt von wenigsten 75 Gew.-% für Teilchen des teilchenförmigen Materials (a) und (c), bezogen auf Produktgewicht, oder für Teilchen des teilchenförmigen Materials (c), bezogen auf Aluminiummetallumsetzung, zu liefern, wobei das hergestellte Aluminiumnitrid eine Oberfläche von größer als 10 m²/g aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridpulver wie in Anspruch 1 beansprucht, welches das Hindurchführen des teilchenförmigen Aluminiummetalls (a) und einer Stickstoffquelle durch eine beheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle Aluminiummetallteilchen einzeln mit einer Aufheizrate von mindestens 10.000ºC (10.000 K) pro Sekunde auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von größer als 2200ºC (2473 K) bis 2800ºC (3073 K) aufzuheizen, mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle der Aluminiummetallteilchen innerhalb dieses Temperaturbereichs für einen Zeitraum von 2 bis 10 Sekunden zu halten, wobei der Zeitraum ausreichend ist, um das teilchenförmige Aluminiummetall in ein Produkt zu überführen, das einen Aluminiumnitridgehalt von wenigstens 75 Gew.-%, bezogen auf Produktgewicht, aufweist und das hergestellte Aluminiumnitrid eine Oberfläche von größer als 10 m²/g hat.

3. Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht zur Herstellung eines Komposits oder einer Mischung aus Aluminiumnitridpulver und einem pulverförmigen kompatiblen Stoff, welches das Hindurchführen der Mischung aus einem pulverförmigen kompatiblen Feststoff und teilchenförmigem Aluminiummetall (c) und einer Stickstoffquelle durch eine beheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um einzeln im wesentlichen alle der Mischungsteilchen mit einer Heizrate von wenigstens 100ºC (100 K) pro Sekunde auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von größer als 2200ºC (2473.K) bis 2800ºC (3073 K) zu erhitzen, mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle Mischungsteilchen innerhalb dieses Temperaturbereichs für einen Zeitraum von 0,2 bis 10 Sekunden zu halten, wobei der kompatible Feststoff in einer Menge vorliegt, die ausreicht, um einen Verbundstoff zu erhalten, der Aluminiumnitrid und den kompatiblen Stoff enthält, und der Zeitraum ausreicht, um mindestens 75 Gew.-% des teilchenförmigen Aluminiummetalls zu Aluminiumnitrid umzusetzen und das hergestellte Aluminiumnitrid eine Oberfläche von größer als 10 m²/g aufweist.

4. Verfahren wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei der kompatible Stoff aus Aluminiumnitrid, Siliciumcarbid, Bornitrid, Borcarbid, Titandiborid, Siliciumnitrid, Titannitrid, Titancarbid, Wolframcarbid und Tantalnitrid ausgewählt ist.

5. Verfahren wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei der kompatible Stoff Aluminiumnitrid ist.

6. Carbothermisches Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitridpulver wie in Anspruch 1 beansprucht, welches das Hindurchführen einer Stickstoffquelle und der pulverförmigen Mischung von Aluminiumoxid und Kohlenstoff (b) durch eine beheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle der pulverförmigen Mischungsteilchen einzeln mit einer Heizrate von wenigstens 100ºC (100 K) pro Sekunde auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von 2200ºC (2473 K) bis 2800ºC (3073 K) zu erhitzen, mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle pulverförmigen Mischungsteilchen innerhalb dieses Temperaturbereichs für einen Zeitraum von 0,2 bis 20 Sekunden zu halten, wobei der Zeitraum ausreicht, um die pulverförmige Mischung zu einem Produkt umzusetzen, das einen Aluminiumnitridgehalt von mindestens 75 Gew.-%, bezogen auf Produktgewicht, aufweist, und das hergestellte Aluminiumnitrid eine Oberfläche von größer als 10 m²/g hat.

7. Verfahren wie in Anspruch 6 beansprucht, wobei das Aluminiumoxid eine Teilchengröße von 0,2 bis 2 um aufweist.

8. Verfahren wie in Anspruch 6 oder 7 beansprucht, wobei der Kohlenstoff Ruß oder Graphit ist.

9. Verfahren wie in einem der Ansprüche 2 bis 8 beansprucht, das weiterhin einen nachfolgenden Schritt umfaßt, in dem das teilchenförmige Produkt, nachdem es die beheizte Reaktionszone verläßt, in eine Kühlzone geführt wird und auf eine Temperatur unterhalb einer Temperatur abgeschreckt wird, bei der teilchenförmiges Aluminiummetall zu Aluminiumnitrid umgesetzt wird.

10. Verfahren wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei das Produkt mit einer Kühlrate von mindestens 100ºC (100 K) pro Sekunde innerhalb einer Zeit von 0,1 Sekunden bis 4 Minuten, nachdem dieses Produkt die beheizte Reaktionszone verläßt, abgeschreckt wird.

11. Verfahren wie in Anspruch 1 beansprucht zur Umsetzung von Aluminiumnitrid mit einer Oberfläche von weniger als 15 m²/g zu Aluminiumnitrid mit einer Oberfläche von größer als oder gleich 15 m²/g, welches das Hindurchführen einer Stickstoffquelle und des pulverförmigen Aluminiumnitrids mit einer Oberfläche von weniger als 15 m²/g (d) durch eine beheizte Reaktionszone umfaßt, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um im wesentlichen alle Aluminiumnitridteilchen einzeln mit einer Heizrate von mindestens 100ºC (100 K) pro Sekunde auf eine Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs von größer als 2200ºC (2473 K) bis 2800ºC (3073 K) zu erhitzen, mit einer Fließgeschwindigkeit, die ausreicht, um im wesentlichen alle der Aluminiumnitridteilchen innerhalb dieses Temperaturbereichs für einen Zeitraum zu halten, der ausreicht, um das Aluminiumnitrid in Aluminium und Stickstoff als Dissoziationsprodukte zu zersetzen, und anschließendes Hindurchführen der Dissoziationsprodukte in eine Kühlzone, die bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreicht, um die Dissoziationsprodukte in Aluminiumnitridteilchen umzusetzen, die eine Oberfläche von größer als 15 m²/g aufweisen, und einzeln im wesentlichen alle dieser Teilchen mit einer Kühlrate von wenigstens 100ºC (100 K) pro Sekunde auf eine Temperatur unterhalb 800ºC (1073 K) abzukühlen.

12. Verfahren wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Reaktionszone auf 2200 bis 2500ºC (2473 bis 2773 K) aufgeheizt wird, unter der Voraussetzung, daß diese Temperatur größer als 2200ºC (2473 K) ist, wenn der teilchenförmige Stoff teilchenförmiges Aluminiummetall (a) oder Aluminiumnitrid mit einer Oberfläche von weniger als 15 m²/g ist.

13. Verfahren wie in einem der vorstehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Heizrate 10.000 bis 1.000.000ºC/s (10.000 bis 1.000.000 K/s) beträgt.