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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die Nitrierung
von Aluminium, insbesondere auf ein Verfahren für die Nitrierung von Aluminium,
welches leicht zu zerkleinern ist.
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Hintergrund
der Technologie
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Aluminiumnitrid,
welches durch vollständiges
Nitrieren von Aluminium erhalten wird, hat eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit
und elektrisch isolierende Eigenschaften, so dass es als ein Substratmaterial
verwendet wird. Dieses Aluminiumnitrid wird durch Kohlenstoffreduktion
von Aluminiumoxid oder durch direkte Nitrierung eines Aluminiumpulvers
hergestellt. Bei den direkt nitrierenden Verfahren von Aluminiumpulver
wird das folgende Verfahren praktisch auf industriellem Gebiet verwendet:
ein Aluminiumpulver, dessen Teilchendurchmesser nicht größer als
400 µm
ist, wird verwendet, ein Verfahren für die Nitrierung wird bei einer
Temperatur im Bereich von 900 bis 1400°C durchgeführt, und danach erfolgt in
dem Verfahren ein Zerkleinern und Aufreinigen davon.
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Außerdem sind
bei den Direktnitrierverfahren für
Aluminiumpulver zur Verbesserung seiner Nitrierungseigenschaften
ebenfalls die folgenden Verfahren bekannt: ein Verfahren, in welchem
das Aluminiumpulver zerkleinert wird, um in Schuppenform zu sein,
und eine Mischung des erhaltenen Aluminiumpulvers in Schuppenform
und eines Aluminiumnitridpulvers werden als die Ausgangsmaterialien
verwendet; ein Verfahren, in welchem ein metallisches Aluminiumpulver,
dessen Teilchendurchmesser nicht mehr als 250 µm ist, wird angewendet, um
einmal bei einer Temperatur zu nitrieren, welche nicht mehr als
der Schmelzpunkt von Aluminium ist, wobei dann das erhaltene Produkt
zerkleinert wird, um einen mittleren Teilchendurchmesser davon nicht
mehr als 15 µm
zu haben, und danach wird die Nitrierung davon bei einer Temperatur
im Bereich von 1300 bis 1400°C
durchgeführt
(japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 61-83608); ein Verfahren, in welchem die Nitrierung
eines Ausgangsmaterials, in welchem ein metallisches Aluminiumpulver
mit einer fluorhaltigen Ammoniumverbindung und einem Aluminiumnitridpulver
gemischt ist, wird bei einer Temperatur im Bereich von 430 bis 650°C durchgeführt wird,
danach folgt eine Nitrierung des erhaltenen Produkts bei einer Temperatur
im Bereich von 900 bis 1300°C
(japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 62-3007).
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Ebenfalls
wird, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 5-279002 dargestellt, ein Verfahren für die Herstellung
eines Aluminiumnitridpulvers offenbart, dessen Zerkleinerungseigenschaft
durch Durchführung
eines Verfahrens für
die Nitrierung bei den folgenden Bedingungen verbessert wird: Der
Teilchendurchmesser des als ein Ausgangsmaterial verwendeten Aluminiumpulvers
reicht von 10 bis 60 µm,
der Teilchendurchmesser von AlN, das als ein Nitrierungsbeschleunigungsmittel
verwendet wird, welches eingemischt wird, reicht von 0,5 bis 3 µm, und
die Schüttdichte
des gemischten Produkts reicht von 0,6 bis 1,9 g/cm3.
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In
der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 5-279002 wird die obere Grenze des Teilchendurchmessers
eines Aluminiumpulvers des Ausgangsmaterials, welches für das Nitrieren
eingesetzt wird, auf 60 µm
eingestellt. Dies ist so, weil in dem Fall, wenn sein Teilchendurchmesser 60 µm übersteigt, nicht
erwartet wird, dass die Nitrierungsreaktion ausreichend abläuft. Daher
kann in der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 5-279002 ein Aluminiumpulver, dessen Teilchendurchmesser
60 µm übersteigt,
nicht als ein Ausgangsmaterial verwendet werden, so dass die vorher
erwähnte
Veröffentlichung den
Nachteil hat, dass sie die Verwendung von feinen Aluminiumpulver
benötigt,
welches relativ teuer ist.
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Wenn
jedoch ein feines Aluminiumpulver als ein Ausgangsmaterial verwendet
wird, verklumpt das Aluminiumpulver als ein Ausgangsmaterial zum
Zeitpunkt des Nitrierens eng miteinander, so dass die Luftdurchlässigkeit
nicht ausreichend durchgeführt
werden kann, und die Nitrierungsreaktion nur schwerlich abläuft. Demgemäß wird,
um die Nitrierung ausreichend durchzuführen, die Temperatur des Nitrierens
hoch eingestellt (z.B. erfolgt Nitrieren bei einer Temperatur, welche
nicht weniger als der Schmelzpunkt von Aluminium ist). Im Ergebnis
haften die Aluminiumpulver nach dem Nitrieren aneinander, so dass
ein Nachteil auftritt, dass das erhaltene Produkt nicht leicht zu
zerkleinern ist.
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Um
den vorher erwähnten
Nachteil zu überwinden,
wird, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 5-279002 dargestellt, ein AlN-Pulver verwendet, dessen
Teilchendurchmesser im Vergleich zu dem herkömmlichen Teilchendurchmesser
davon (4 bis 10 µm)
feiner ist, und welches die Wirkung hat, ein Sintern zu vermeiden,
wobei die Aluminiumpulver ausreichend gegeneinander isoliert werden, um
so die Aggregation zum Zeitpunkt des Nitrierens zu vermeiden. Jedoch
ist es notwendig, eine relativ große Menge des AlN-Pulvers, welches
verwendet wird, einzumischen, so dass dies zu hohen Kosten führt und
seine Produktivität schlecht
ist. Außerdem
ist es notwendig, die Schüttdichte
des gemischten Produkts zu steuern.
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CHEMICAL
ABSTRACTS Band 121, Nr. 2, Abstract Nr. 13095 offenbart ein Verfahren
für die
Herstellung von ALN-Pulvern durch Nitrierung von Aluminiumchips,
wobei die Mischung der Al-Chips (Größe: 2 mm) und atomisiertes
Al-Pulver mit N reagieren. Die Zugabe von Y (NO3)36H2O hilft bei dem
Transport von N in den resultierenden Klumpen bei der Durchführung der
Nitrierung.
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In
CHEMICAL ABSTRACTS Band 96, Nr. 10. Abstract Nr. 71267 wird ein
Verfahren für
das Hochdrucknitrieren einer Aluminium-Magnesiumlegierung in einem
flüssigen
Zustand beschrieben.
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CHEMICAL
ABSTRACTS Band 92, Nr. 18, Abstract Nr. 71267 ist eine Studie über ein
Nitrierverfahren von Aluminium-Magnesium-Legierungen, in welchem
die schnelle Absorption von Stickstoff in geschmolzener Aluminium-Magnesium-Legierung
oberhalb etwa 1220°C
beschrieben wird.
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GB
784,126 bezieht sich auf die Herstellung von ALN unter Verwendung
einer Mischung von fein zerkleinertem Aluminiumpulver und eines
Katalysators bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium.
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Boden,
G. et al.; SPRECHSAAL, Band 122, Nr. 3, 1989 ist eine Veröffentlichung über die
Probleme bei der Herstellung von nitrierten Keramikpulvern.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die vorher beschriebenen
Probleme zu lösen.
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Offenbarung der Erfindung
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In
der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
(KOKAI) Nr. 7-166321 schlugen die Erfinder vor, dass das Nitrieren
der Oberfläche
eines Aluminiumgrundstoffs in einem Blockzustand, welches schwierig bei
dem Nitrieren unter normalen Bedingungen eingesetzt werden kann,
leicht unter Verwendung eines Nitriermittels erfolgen kann. Als
Nitriermittel kann ein relativ feines Aluminiumpulver verwendet
werden. Die Wirkung davon wurde bis jetzt nicht klargestellt, jedoch
wird angenommen, dass der Stickstoff beim Erzeugungsschritt eine
Beziehung zu der Nitrierung des Aluminiumgrundstoffs hat. Der vorher
erwähnte
Stickstoff zum Zeitpunkt der Erzeugung wird erzeugt, wenn das Aluminiumpulver
als ein Nitrierungsmittel bei der Nitrierung angewendet wird.
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Die
Erfinder machten die vorliegende Erfindung aufgrund der Überlegung,
dass das Nitrieren eines relativ großen Aluminiumpulvers leicht
auf die gleiche Art und Weise wie in dem Fall des vorher erwähnten Aluminiumgrundmaterials
durchgeführt
werden kann, wenn das Nitrierungsmittel auf der Grundlage der vorher
erwähnten
Ansicht verwendet wird.
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Verfahren
für die
Herstellung von Aluminiumnitrid mit einem Schritt: Direktes Nitrieren
eines gemischten Pulvers, dessen Gesamtgewicht als 100 Gew.-% festgesetzt
wird, unter einer Stickstoffgasatmosphäre mit einer Temperatur in
einem Bereich von 500 bis 1000°C,
wobei das gemischte Pulver ein loses bzw. voluminöses Aluminiumpulver
bestehend aus Aluminium- oder einem Aluminiumlegierungspulver umfasst,
welches 50 bis 97 Gew.-% darstellt und dessen Sieböffnung nach
JIS nicht weniger als 210 µm
(70 mesh) ist; und eines Nitrierungsbeschleunigungspulvers bestehend
aus einem Aluminiumpulver und/oder einem Aluminiumlegierungspulver,
welches den Rest von 50 bis 3 Gew.-% darstellt und dessen Sieböffnung nach
JIS weniger als 210 µm
(70 mesh) ist.
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In
dem Verfahren für
die Herstellung von Aluminiumnitrid der vorliegenden Erfindung wird
das Nitrieren des Aluminiumpulvers oder des Aluminiumlegierungspulvers
dessen Sieböffnung
nach JIS weniger als 210 µm (70
mesh) ist, durchgeführt;
und aufgrund dieser Nitrierung wird die Nitrierung des losen bzw.
voluminösen (bulky)
Aluminiumpulvers bestehend aus Aluminium oder dem Aluminiumlegierungspulver,
dessen Sieböffnung
nach JIS nicht weniger als 210 µm
(70 mesh) ist, gefördert,
und seine Nitrierung erfolgt. Deshalb kann die Nitrierung der Gesamtheit
des gemischten Ausgangsmaterialpulvers erfolgen. Dieses gemischte
Ausgangsmaterial enthält
eine große
Menge des losen Aluminiumpulvers, so dass es leicht ist, das Stickstoffgas zuzuführen, und
die Nitrierungsreaktion läuft
leicht ab. Außerdem
wird das Nitrieren bei einer geringen Temperatur durchgeführt, die
nicht höher
als der Schmelzpunkt von Aluminium ist, so dass das erhaltene Aluminiumnitrid
nicht fest gesintert wird.
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Ausführliche
Erläuterung
der Erfindung
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Das
gemischte Ausgangsmaterialpulver, welches durch das Verfahren für die Herstellung
von Aluminiumnitrid der vorliegenden Erfindung nitriert wird, umfasst:
Wenn das gesamte Gewicht davon als Einheitsgewichtprozent festgesetzt
wird, ein loses Aluminiumpulver bestehend aus Aluminium oder einem
Aluminiumlegierungspulver, welches 50 bis 97 Gew.-% darstellt, und
dessen Sieböffnung
nach JIS nicht weniger als 210 µm
(70 mesh) ist; und ein Nitrierungsbeschleunigungspulver bestehend
aus einem Aluminiumpulver und/oder einem Aluminiumlegierungspulver,
welches den Rest von 50 bis 3 Gew.-% darstellt, und dessen Sieböffnung nach
JIS weniger als 210 µm
(70 mesh) ist.
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Als
das lose Aluminiumpulver ist ein durch Schneidarbeit erhaltenes
Pulver bevorzugt. Um genauer zu sein, können Maschinenabfälle aus
Aluminium, die durch Maschinenarbeiten, wie etwa Schneiden, Schleifen, Leitungsschneiden
usw. erzeugt werden, verwendet werden.
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Als
die Form des losen Aluminiumpulvers können alle Formen einschließlich einer
granulierten Form, einer Nadelform, einer Streifenform oder einer
Folienform für
die Verwendung ausgewählt
werden. Das Aluminiumrohmaterial in einer Form, welche so voluminös ist, das
es eine schlechte Ladungseffizienz hat, und das Aluminiumrohmaterial
in einer Form, welche eine zu große Dicke hat, erfordert zuviel
Zeit, um das Nitrieren in dem Kernbereich davon durchzuführen. Andererseits
erzeugt zu feines Pulver ein Sintern zum Zeitpunkt seiner Nitrierung,
so dass es schwer ist, das resultierende Produkt zu zerkleinern.
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Auf
der Grundlage dieser Ergebnisse von Nitrierungsuntersuchung vieler
Arten von Rohmaterialien ist es bevorzugt, ein Rohmaterial zu verwenden,
welches durch eine Sieböffnung
von 5 mm tritt, und welches nicht durch eine Sieböffnung von
210 µm
(70 mesh) tritt. Das Rohmaterial, welches durch die Sieböffnung von nicht
weniger als 5 mm durchtritt, ist schlecht in seiner Ladungseffizienz
und erfordert zuviel Zeit, um das Nitrieren in einem Kernbereich
davon durchzuführen,
so dass es in der vorliegenden Erfindung nicht bevorzugt ist. Andererseits
resultiert das Rohmaterial, welches durch die Sieböffnung bei
210 µm
(70 mesh) durchtritt, in einem hart gesinterten Presskörper, welcher
schwer zu zerkleinern ist, und es ist in der vorliegenden Erfindung nicht
bevorzugt ist.
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Ein
Schnittdraht, welcher durch Schneiden eines dünnen Stabs hergestellt wird,
wurde zum Zweck der Abstrahlreinigung auf den Markt gebracht. Dieses
Rohmaterial tritt ebenfalls durch die Sieböffnung von 5 mm und tritt nicht
durch die Sieböffnung
von 210 µm,
so dass dieses Rohmaterial als das lose Aluminiumpulver der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann. Die Schüttdichte dieses Materials ist
nicht weniger als 1,2, demgemäß, wenn
nur dieses Material geladen wird, ist die Ladungseffizienz davon
so erhöht,
dass die Teilchen miteinander sintern. Daher ist es in der vorliegenden
Erfindung bevorzugt, dass ein gemischtes Rohmaterial in einer scheinbaren
Schüttdichte
(apparent bulk density) im Bereich von 0,1 bis 1,2 verwendet wird,
bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 1,0, durch Mischen des vorher erwähnten Materials
mit einem Material, dessen Schüttdichte
gering ist, wie etwa Sägemehl
(Schüttdichte;
0,2 bis 0,8).
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Die
Form des losen Aluminiumpulvermaterials ist wie folgt definiert:
eine granulierte Form, eine Streifenform oder eine Folienform, deren
Durchmesser oder Länge
an einer Seite (kurze Seite) bevorzugt nicht weniger als 0,2 und
nicht mehr als 5 mm ist.
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Dieses
lose Aluminiumpulver können
reine Aluminiumteilchen oder Aluminiumlegierungsteilchen sein, welche
als eine Legierung mit anderen Metallen erzeugt wird. Insbesondere
ist es bevorzugt, eine Legierung zu verwenden, die Magnesium mit
nicht weniger als 0,5 Gew.-% enthält (hiernach bedeutet % Gewichtsprozent,
wenn nicht anders angegeben). Aluminiummaterialien sind leicht zu
oxidieren, so dass gewöhnlich
die äußerste Oberfläche davon
ein wenig eine natürlich
Oxidschichten umfasst, so dass diese Oxidschicht die Nitrierung
behindert. In diesem Fall wird das vorher erwähnte Problem durch Verwendung
eines Materials einschließlich
Magnesium in einer Menge von nicht weniger als 0,5 % gelöst. Magnesium
ist ein Metall, welches leicht sehr stark verdampft werden kann,
und Magnesium hat einen Dampfdruck von etwa 30 Pa unter atmosphärischem
Druck bei einer Temperatur von 540°C. Auf diese Weise dient dieser
Magnesiumdampf als ein Sauerstofffänger, so dass angenommen wird,
dass die Nitrierung gefördert
wird.
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Das
Nitrierungsbeschleunigungspulver umfasst das Aluminiumpulver und/oder
das Aluminiumlegierungspulver, dessen Sieböffnung weniger als 210 µm ist.
Als diese Aluminiumpulver oder Aluminiumlegierungspulver kann ein
herkömmlich
zerkleinertes Pulver verwendet werden. Insbesondere ist es bevorzugt,
ein herkömmlich
atomisiertes Pulver zu verwenden, dessen Sieböffnung nicht mehr als 150 µm (100
mesh) ist. Auf die gleiche Weise wie bei den vorher erwähnten losen
Aluminiumpulver wird ebenfalls das Aluminiumlegierungspulver einschließlich Magnesium
in einer Menge von nicht weniger als 0,5 % bevorzugt verwendet.
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Das
lose Aluminiumpulver und das Nitrierungsbeschleunigungspulver, welche
dieses gemischte Rohmaterialpulver aufbauen: loses Aluminiumpulver
ist in einer Menge von 50 bis 97 % und das Nitrierungsbeschleunigungspulver
ist in einer Menge von 50 bis 3 %, welches den Rest davon einnimmt,
wenn das Gesamtgewicht des gemischten Materialpulvers als 100 festgesetzt
wird. Hinsichtlich der Vermeidung von Sintern ist es erwünscht, das
Nitrierungsbeschleunigungspulver zu reduzieren. Jedoch ist es hinsichtlich
der Verbesserung der Reaktivität
des Nitrierens erwünscht,
dass das Nitrierungsbeschleunigungspulver in einer Menge von nicht
weniger als 3 % oder bevorzugter in einer Menge von nicht weniger
als 5 % eingemischt wird.
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Ferner
ist es erwünscht,
dass die Menge des Nitrierungsbeschleunigungspulvers mit dem Anstieg
der Größe des Rohmaterials
angehoben wird. Demgemäß gibt es
kein Problem, wenn das Nitrierungsbeschleunigungspulver in einer
Menge von 50 % mit Blick auf seine Reaktivität eingemischt wird, jedoch
ist es hinsichtlich der Zerkleinerungseigenschaften nach der Behandlung
erwünscht,
dass das Nitrierungsbeschleunigungspulver in einer Menge von nicht
mehr als 40 % eingemischt wird.
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Ein
Aluminiumnitridpulver kann in dieses gemischte Materialpulver eingemischt
werden. Dieses Aluminiumnitridpulver hat die Funktion der Vermeidung
der Festigung und des Sinterns der Aluminiumpulver miteinander.
Das Aluminiumnitridpulver wird bevorzugt in einer Menge von 5 bis
20 % eingemischt, wenn die Gesamtheit des gemischten Materialpulvers
als 100 festgesetzt wird. Es ist mit Blick auf die Ausbeute nicht
bevorzugt, dass Aluminiumnitridpulver in einer Menge einzumischen,
die 30 % übersteigt.
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Bei
einem angereicherten Zustand des gemischten Pulvers, welches dem
Nitrieren unterzogen wird, ist es bevorzugt, eine Schüttdichte
davon mit einem Wert von 0,1 bis 1,2 und bevorzugt mit einem Wert
von 0,2 bis 1,0 einzusetzen.
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Das
Nitrieren erfolgt in einer Atmosphäre aus reinem Stickstoffgas.
Hierbei ist die Reinheit des reinen Stickstoffgases nicht weniger
als 99,9 %, und es ist am wichtigsten, dass es keinen Einstrom von
Luft aus der Röhrenanordnung
usw. gibt und es wird durch Messung des Taupunkts in der Atmosphäre im Inneren
eines Ofens gemessen. Der Taupunkt wird gewöhnlich so gesteuert, dass er
nicht mehr als –20°C ist.
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Die
Nitrierungstemperatur reicht von 500 bis 1000°C. Wenn die Nitrierungstemperatur
weniger als 500°C
ist, sinkt die Nitrierungsgeschwindigkeit und dies ist ein Fall,
dass die Reaktion praktisch nicht abläuft. Wenn jedoch die Nitrierungstemperatur
1000°C übersteigt,
wird eine schnelle Nitrierungsreaktion erzeugt, und dies verursacht
ein Sintern zwischen den Materialien, so dass die Nitrierungsrate
ziemlich gesenkt wird. Es ist bekannt, dass je niedriger die Behandlungstemperatur
ist, desto feinere Teilchen können
erhalten werden.
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Die
Nitrierungszeit reicht von etwa 3 bis 15 Stunden.
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Die
Nitrierung kann in einem Schritt bei einer Temperatur im Bereich
von 500 bis 1000°C
erfolgen. Andererseits kann die Nitrierung in zwei Schritten wie
folgt durchgeführt
werden: das erste Nitrieren wird bei einer ersten Nitrierungstemperatur
durchgeführt,
welche nicht höher
als der Schmelzpunkt von Aluminium oder dem Aluminiumlegierungsmaterial
ist, und nachfolgend wird eine zweite Nitrierung bei der zweiten
Nitrierungstemperatur durchgeführt,
welche höher
als der Schmelzpunkt von Aluminium oder des Aluminiumlegierungsmaterials
ist, und welche niedriger als 1000°C ist. Außerdem kann die erste Nitrierung
und die zweite Nitrierung entsprechend bei mehr als zwei Arten der
ersten Nitrierungstemperatur und bei mehr als zwei Arten der zweiten Nitrierungstemperatur
durchgeführt
werden.
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Konkret
ist es bevorzugt, dass die Nitrierung für eine bis sechs Stunden bei
einer Temperatur im Bereich von 540 bis 570°C als die erste Nitrierungstemperatur
durchgeführt
wird, welche nicht mehr als der Schmelzpunkt von Aluminium oder
der Aluminiumlegierung ist, so dass etwa 5 bis 60 % des gewünschten
Materialpulvers zu Aluminiumnitrid wird; und danach wird außerdem das
Nitrieren des verbleibenden Aluminiums des gemischten Materialpulvers
bei einer zweiten Nitrierungstemperatur, z.B. bei nicht weniger
als 750°C durchgeführt, so
dass die Nitrierungsrate des ganzen weniger als 95 % erreichen kann.
Wenn die Nitrierungsbehandlung bei einer Temperatur von mehr als
1000°C durchgeführt wird,
wird ein fest gesinterter Körper
erhalten und es ist nicht bevorzugt mit Blick auf das Zerkleinern.
Je kleiner die zweite Nitrierungstemperatur ist, desto feinere Körner können erhalten
werden.
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Bei
dem Verfahren der Nitrierung von Aluminium der vorliegenden Erfindung
kann ein Aluminiumnitrid oder ein Aluminiumnitrid, welches metallisches
Aluminium enthält
und dessen Nitrierungsrate 40 bis 100° % ist, und welches hervorragend
in seinen Zerkleinerungseigenschaften ist, erhalten werden. Das
Aluminiumnitrid ist als das Aluminiumnitridteilchen oder ein nadelförmiges Kristall
mit einem Durchmesser von nicht mehr als 1 µm in einer Aluminiummatrix
vorhanden.
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Außerdem kann
das resultierende Aluminiumnitrid oder das resultierende Aluminiumnitrid
einschließlich
metallischen Aluminiums in der trockenen Luft zerkleinert werden,
so dass die Menge an Sauerstoff des auf diese Weise erhaltenen Pulvers
nicht weniger als 0,4 erreichen kann. Das erzeugte Aluminiumnitridmaterial
absorbiert leicht den Wasseranteil in der Luft und dies beeinträchtigt die
Korrosionsbeständigkeit.
Um den vorher erwähnten
Nachteil zu vermeiden, ist es wirkungsvoll, die Zerkleinerungsbehandlung
durch eine Kugelmühle
oder eine Vibrationsmühle
in der trockenen Luft schnell unmittelbar nach der Nitrierungsbehandlung durchzuführen, so
dass die Menge an Sauerstoff des erhaltenen Produkt von nicht weniger
als 0,4 % erreichen kann. Dadurch kann die leitfähige Eigenschaft des Materials
verhindert werden.
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Das
Produkt (Kuchen) aus Aluminiumnitrid, das durch das Verfahren der
vorliegenden Erfindung hergestellt wird, hat eine Zerkleinerungseigenschaft,
bei der das Produkt leicht per Hand unter Verwendung eines herkömmlichen
Mörsers
zerkleinert werden kann. Wie vorher erwähnt, ist das Produkt hervorragend
in seiner Zerkleinerungseigenschaft, das nach groben Abschneiden
durch eine Presse mit einer geringen Last es im Allgemeinen leicht
ist, durch Verwendung einer Kugelmühle ein Pulver mit einer erwünschten
Größe zu erhalten.
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In
dem Verfahren für
die Nitrierung von Aluminium der vorliegenden Erfindung wird das
Nitrieren in einer Atmosphäre
aus reinem Stickstoffgas bei 500 bis 1000°C durchgeführt, ein loses Aluminiumpulver
mit großer
Größe, welche
das Nitrieren verzögert
und ein Aluminiumpulver mit geringer Größe, welches das Nitrieren beschleunigt,
werden als das gemischte Pulver zusammengesetzt, so dass eine milde
Nitrierung abläuft.
Demgemäß kann ein
Aluminiumnitrid erhalten werden, welches leicht zu zerkleinern ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen
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Hiernach
werden die bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und das Verfahren für
die Nitrierung der vorliegenden Erfindung wird in Details erläutert.
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Als
ein loses Aluminiumpulver, welches das gemischte Rohmaterialpulver
bildet, und ein Aluminiumpulver, welches ein Nitrierungsbeschleunigungspulver
bildet, eine Vielzahl von Aluminiumschneidarbeitenabfällen und
ein atomisiertes Pulver, welches in einer großen Menge industriell erzeugt
werden, werden in der folgenden TABELLE 1 gezeigt. Als ein für die Vermeidung
des Sinterns verwendetes Aluminiumnitridpulver wurde ein Aluminiumnitridpulver
verwendet, dessen Teilchendurchmesser von 5 bis 100 µm reicht.
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Die
in der Tabelle 2 und Tabelle 3 gezeigten gemischten Materialpulver
wurden unter Verwendung von in der Tabelle 1 gezeigten Rohmaterialpulvern
zubereitet. Die Tabelle 2 und die Tabelle 3 zeigten ebenfalls die behandelte
Menge des gemischten Rohmaterialpulvers, welche einer Nitrierung
unterzogen wurde und außerdem
die scheinbare Dichte, die Nitrierungsrate und die Zerkleinerungseigenschaft
des erhaltenen nitrierten Produktes, welche später erläutert wird.
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Die
Nitrierung erfolgte unter Verwendung eines elektrischen Muffelofens
aus hitzebeständigem
Stahl. Dieser elektrische Ofen wird beim Sintern von herkömmlich gesintertem
Material auf Eisenbasis verwendet. Dieser elektrische Ofen hat eine
Struktur, welche nicht vollständig
versiegelt ist, und in welcher ein Mittelverschluss in der Mitte
davon enthalten ist. Ein Einbringungsgas betritt den Ofen von der
oberen Seite des Mittelteils, strömt entlang dem inneren Teil
des Muffels und wird aus einer Einsatzöffnung abgegeben. Die Ofenkapazität ist etwa
16 Liter. Dieser elektrische Ofen wird nicht als optimal für das Nitrierungsexperiment
angesehen. Wenn jedoch die Nitrierung durch Verwendung durch diese
Art von Ofen nicht durchgeführt
werden kann, wird angenommen, dass die Nitrierung nicht industriell
verwirklicht werden kann, so dass dieser elektrische Ofen verwendet
wurde.
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Das
Verfahren des Experiments ist wie folgt: nachdem das Gemisch durch
Rohmaterialpulver (etwa 20 bis 70 g) des nitrierten Rohmaterials,
welches in Tabelle 2 und 3 gezeigt ist, dünn und gleichmäßig auf
einem Träger
aus Graphit eingeführt
wurde, wurde das Innere des Ofens durch Stickstoffgas verdrängt (Gaseinführungsmenge;
30 l/Minute, erforderliche Zeit; etwa 5 Stunden). Danach wurde es
auf eine vorbestimmte Nitrierungstemperatur bei einer Geschwindigkeit
von 100°C
pro eine Stunde erwärmt, für die vorbestimmte
Zeit wurde das Nitrieren bei der vorher erwähnten Temperatur durchgeführt. Die
Nitrierungstemperatur und die Behandlungsbedingungen werden in Tabelle
4 gezeigt. Die eingebrachte Menge des reinen Stickstoffgases ist
30 Liter pro Minute. Nach dem Nitrieren wurde das Innere des Ofens
gekühlt
und das Nitrid wurde erhalten. TABELLE
4
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Wie
aus der TABELLE 2 deutlich wird, zeigen alle Produkte, in welchen
das in den Nr. 1 bis Nr. 7 gezeigt gemischte Rohmaterialpulver bei
der Nitrierung eingesetzt wurde, eine hohe Nitrierungsrate, bei
der die Nitrierungsrate nicht weniger als 98,0 % ist. Ferner ist
die Zerkleinerungseigenschaft in etwa derartig, dass sie in einem
Mörser
zerkleinert werden, nachdem die Steifheit durch Massieren mit der
Hand genommen wurde, so dass es leicht ist, das nitrierte Pulver
zu erzeugen.
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Die
gemischten Rohmaterialpulver (als das rohe Aluminiumpulver wird
in allen Fällen
ein Schnittdraht verwendet) der Nr. 11 bis Nr. 13, die in der TABELLE
3 gezeigt werden, haben höhere
scheinbare Dichten, wie etwa 1,47 und 1,51. In diesen gemischten
Rohmaterialpulvern sind, obwohl Nitrierungsbeschleunigungspulver eingemischt
wird, die Nitrierungsraten davon geringer, wie etwa 83,2 %, 89,0
% und 91,7 %. Es wird angenommen, dass dies so ist, da das Nitrieren
nicht in dem Kernbereich der Rohmaterialien folgt. Außerdem wird
das erhaltene Nitrid fest gesintert, so dass es schwer zu zerkleinern
ist.
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In
der Nr. 14 wurde das Nitrierungsbeschleunigungspulver nicht eingemischt,
so dass Nr. 14 als ein repräsentatives
Beispiel des Stands der Technik untersucht wurde. Die Nitrierungsrate
davon ist hoch und 97,8, jedoch ist das erhaltene Nitrid fest gesintert,
so dass es schwer zu zerkleinern ist.
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In
der Nr. 15 wurde das Nitrierungsbeschleunigungspulver nicht eingemischt,
und das nitrierte Rohmaterial wird das lose Aluminiumpulver. Das
erhaltene Nitrid wird nicht gesintert und ist gut zu zerkleinern.
Jedoch wird nur ein Nitrid mit geringer Nitrierungsrate erhalten,
d.h. 91,9 %. Die Nitrierungsrate erreichte 91,9 %, obwohl das Nitrierungsbeschleunigungspulver
nicht eingemischt wurde. Dies ist so, da das lose Aluminiumpulver in
gewissen Umfang einen Mg-Bestandteil enthält (etwa 0,6 %), so dass das
Mg die Nitrierung davon beschleunigt.
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Wie
in den Nr. 11 bis 13 gezeigt, werden die Nitride, welche erhalten
werden, wenn die scheinbare Dichte höher ist, fest gesintert. Jedoch
sind, wie in den Nr. 5 und Nr. 6 der TABELLE 2 gezeigt, die Nitride, welche
erhalten werden, wenn die scheinbaren Dichten davon durch Mischen
mit einem voluminösen
losen Aluminiumpulver eingestellt werden, gut in der Zerkleinerungseigenschaft.
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Die
Schüttdichte
wurde auf der Grundlage von JIS Z2504 gemessen. Die Nitride, welche
in der Zerkleinerungseigenschaft waren, wurden zerkleinert, danach
erfolgte das Zerkleinern davon durch die Kugelmühle in Alkohol, um so Produkte
mit einem Teilchendurchmesser von 0,1 bis 70 µm (D50 = 12,7 µm) und
einer spezifischen Oberfläche
von 2,1 cm2/g zu erhalten. Jedoch waren
die Zerkleinerungseigenschaften davon gut, so dass es möglich ist,
die Teilchengrößenverteilung
davon einzustellen.
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Möglichkeit der industriellen
Nutzun
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Wie
vorher erwähnt,
ist es in dem Verfahren zur Herstellung von Aluminiumnitrid der
vorliegenden Erfindung möglich,
Aluminiumnitrid bei geringen Kosten herzustellen, da Aluminiumabfälle, die
in großen
Mengen in Anlagen erzeugt werden, als Rohmaterialien benutzt werden
können.
In dem Verfahren für
die Herstellung von Aluminiumnitrid der vorliegenden Erfindung ist
die Nitrierungsrate hoch und nicht weniger als 98 %, die Zerkleinerungseigenschaft
davon ist gut, so dass das erhaltene Produkt in einer Form erhalten
wird, in welcher es leicht als feine Teilchen verwendet werden kann.
