JP2004292178A

JP2004292178A - 窒化アルミニウム顆粒の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP2004292178A
Application number: JP2003082750A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Yokoyama; 久範横山; Nobuhisa Katou; 布久加藤; Hidehiro Todaka; 栄弘戸高
Original assignee: Gifu Prefecture
Current assignee: Gifu Prefecture
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】製造容易性を著しく高めることができる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）顆粒の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】ＡｌＮ顆粒の製造方法は、分散媒としての水にＡｌＮ粉末が分散されたスラリー１６を調製するスラリー調製工程を行った後、前記スラリー１６を噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入工程を行い、続いて前記導入されたスラリー１６を水の沸点を超える温度で噴霧乾燥させて造粒する造粒工程を行う。スラリー調製工程及びスラリー導入工程は０〜２０℃、造粒工程は１００℃を越えかつ２７０℃以下の温度で行うのが好ましい。ＡｌＮ顆粒の製造装置１１は、乾燥チャンバ１２を備えた噴霧乾燥機１３と、スラリー１６を噴霧乾燥機１３内に導入するスラリー導入手段１７と、スラリー導入手段１７内のスラリー１６を所定の冷却温度に冷却するスラリー導入部冷却手段１８とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デバイスの放熱部材や半導体製造用部材等のエレクトロニクス材料等に好適に利用される高熱伝導率、高絶縁性を有する窒化アルミニウム焼結体を製造するための窒化アルミニウム顆粒の製造方法及び製造装置に関するものである。より詳しくは、窒化アルミニウム粉末を主原料としてスラリーを調製し、そのスラリーを噴霧乾燥させて窒化アルミニウム顆粒を造粒する窒化アルミニウム顆粒の製造方法及び製造装置に関するものである。さらに詳しくは、スラリー調製時の分散媒として水を用いることにより、有機溶剤を用いた場合よりも全工程での取り扱い性（製造容易性）を顕著に高めることができるように構成された窒化アルミニウム顆粒の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の窒化アルミニウム顆粒の製造方法としては、特許文献１に開示されている粉末プレス用窒化アルミニウム粒体の造粒方法が知られている。この造粒方法は、窒化アルミニウム粉末：１００重量部に対して、樹脂：３〜５重量部、離型剤：０．５〜２．５重量部、可塑剤：０．６〜０．９重量部、及び溶剤を添加して得たスラリーを造粒し、該造粒物を７５〜１００℃の温度で乾燥するものである。さらに、この造粒方法では、窒化アルミニウムが水と反応して分解する性質があるために、前記溶剤としてトルエン、キシレン等の有機溶剤が用いられている。また、この造粒方法では、溶剤を蒸発させるための乾燥温度を７５〜１００℃とすることにより、その成形性の低下を防止することができるようになっている。そして、この造粒方法によれば、窒化アルミニウムを、セラミック成形体の素材として用いる際に、その成形性を良好にすることができるという効果を有している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２９１７４１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の粉末プレス用窒化アルミニウム粒体の造粒方法では、溶剤として多量の有機溶剤が用いられていたことから、製造現場において、防臭マスクの着用、防爆装置の設置、蒸発した溶剤の回収、火気厳禁等の著しく多くの有機溶剤対策がなされなければならなかった。
【０００５】
この発明は、上記のような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、スラリー調製時の分散媒として水を用いることにより製造容易性を著しく高めることができるように構成された窒化アルミニウム顆粒の製造方法を提供することにある。その他の目的とするところは、窒化アルミニウム顆粒を極めて容易に製造することができるように構成された窒化アルミニウム顆粒の製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の窒化アルミニウム顆粒の製造方法は、分散媒としての水に窒化アルミニウム粉末が分散されたスラリーを調製するスラリー調製工程を行った後、前記スラリーを噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入工程を行い、続いて前記噴霧乾燥機内に導入されたスラリーを水の沸点を超える温度で噴霧乾燥させて造粒する造粒工程を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明の窒化アルミニウム顆粒の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記スラリー調製工程及びスラリー導入工程を０〜２０℃で行うとともに、前記造粒工程を１００℃を越えかつ２７０℃以下の温度で行うことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明の窒化アルミニウム顆粒の製造方法は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記スラリー中に有機添加剤を含有させることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明の窒化アルミニウム顆粒の製造装置は、水の沸点を超える温度に加熱された乾燥チャンバを備えた噴霧乾燥機と、窒化アルミニウム粉末が分散されたスラリーを噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入手段と、該スラリー導入手段内のスラリーを所定の冷却温度に冷却するスラリー導入部冷却手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明の窒化アルミニウム顆粒の製造装置は、請求項４に記載の発明において、前記窒化アルミニウム粉末が分散されたスラリーを調製するためのスラリー調製手段と、該スラリー調製手段内のスラリーを所定の冷却温度に冷却するスラリー調製部冷却手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した実施形態を詳細に説明する。なお、以下の記載において、窒化アルミニウムをＡｌＮと記載する。
【００１２】
実施形態のＡｌＮ顆粒の製造方法は、分散媒としての水にＡｌＮ粉末が分散されたスラリーを調製するスラリー調製工程を行った後、前記スラリーを噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入工程を行い、続いて前記噴霧乾燥機内に導入されたスラリーを所定温度で噴霧乾燥させて造粒する造粒工程を行うものである。この製造方法は、ＡｌＮ粉末を出発原料に用いてＡｌＮ顆粒を製造するものである。このＡｌＮ顆粒は、主として、プレス成形（乾式プレス成形）やＣＩＰ（静水圧プレス）成形等により所定形状に成形した後、１７００〜１９５０℃程度の高温で焼成することにより、高熱伝導率、高絶縁性を有するＡｌＮ焼結体を得るために用いられる。
【００１３】
スラリー調製工程は、分散媒（溶媒）としての水にＡｌＮ粉末を分散させてスラリーを調製する工程であり、必要に応じて種々の添加剤を添加してスラリーを調製してもよい。ＡｌＮ粉末としては一般的な焼結用の粉末が用いられ、その平均粒子径としては、好ましくは０．１〜５μｍ、より好ましくは０．５〜３μｍ、さらに好ましくは１〜２μｍであるとよい。前記添加剤としては、水に溶解又は分散する有機添加剤が挙げられる。有機添加剤は、前記焼成により消失しＡｌＮ焼結体中には残存しない有機物からなる添加剤である。また、このスラリーには焼結性の向上のため、必要に応じて添加剤としての焼結助剤を添加することができる。
【００１４】
焼結助剤としては、水に対して安定な粉末の使用が不可欠であることから、酸化カルシウムや酸化ストロンチウム等のアルカリ土類金属酸化物を使用することはできない。そのため、本実施形態で使用される焼結助剤としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム等のアルカリ土類金属炭酸塩、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム等のアルカリ土類金属水酸化物、酸化イットリウム、酸化ランタン等の希土類酸化物等が挙げられる。これら焼結助剤の平均粒子径は小さいほど良いが、分散性を考慮すると好ましくは０．０２〜２μｍ、より好ましくは０．０５〜１μｍであるとよい。焼結助剤の平均粒子径が０．０２μｍ未満では水に分散しにくく、逆に２μｍを越える場合には焼結助剤が部分的に偏ってしまいやすく、どちらも均一な焼結体が得られにくくなる。
【００１５】
有機添加剤としては、分散剤、バインダー、可塑剤、離型剤等が挙げられる。その他、ぬれ剤、保水剤、帯電防止剤、消泡剤、イオン封鎖剤、殺菌剤等を適宜使用してもよい。これらの有機添加剤は、一般にセラミックスの顆粒製造に使用されるもので、その種類及び添加量はいずれも制限されるものではない。
【００１６】
分散剤は、スラリーの分散性を高めるために添加され、例えば、ケイ酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム等の無機塩類、ステアリン酸ナトリウム、アルギン酸ナトリウム等の有機酸類、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンソルビタンモオノレート等の有機高分子類、しゅう酸、酢酸等の酸類、アンモニア水等のアルカリ類等が挙げられる。こうした分散剤は、１種類のみ又は複数種類同時に使用することが可能であり、その添加量は使用するＡｌＮ粉末に対し、０．００１〜３重量％、好ましくは０．００１〜１重量％配合させることが好適である。
【００１７】
バインダーは、ＡｌＮ顆粒を構成しその成形性を高めるために添加され、例えば、メチルセルロース、ヒドロキシルプロピルメチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース系バインダー、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸塩、アルギン酸塩、アクリル系エマルジョン、ウレタン系エマルジョン、ワックス系エマルジョン、でんぷん、デキストリン、リグニン、アラビアゴム、トラガントゴム等が挙げられるが、分散媒としての水に親和性が高いことからセルロース系バインダー又は水中油型（ｏｉｌｉｎｗａｔｅｒ）の前記エマルジョンが好適に用いられる。こうしたバインダーは、１種類のみ又は複数種類同時に使用することが可能であり、その添加量は使用するＡｌＮ粉末に対し、１〜２０重量％、好ましくは３〜１０重量％配合させることが好適である。
【００１８】
可塑剤は、プレス成形やＣＩＰ成形時の可塑性を高めるために添加され、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、ジブチルフタル酸等が挙げられる。離型剤（潤滑剤）は、プレス成形やＣＩＰ成形時の離型性を高めるために添加され、例えば、ポリオキシエチレンアルキレートエーテル、ソルビタン酸塩、ステアリン酸塩、ワックス等が挙げられる。これら可塑剤、離型剤、ぬれ剤、保水剤、帯電防止剤、消泡剤、イオン封鎖剤、殺菌剤等の各有機添加剤は、必要に応じて１種類のみ又は複数種類同時に使用することが可能であり、その添加量は使用するＡｌＮ粉末に対し、０．１〜２重量％、好ましくは０．１〜１重量％配合させることが好適である。
【００１９】
このスラリー調製工程では、ボールミルやアトライター等のスラリー調製手段が用いられ、特にボールミルが一般的である。これらのスラリー調製手段において、ボールの外表面、ボールミルの内張及びアトライターの内張は、樹脂製であるのが好ましい。このとき、スラリー調製工程において無機系異物の混入を防止してＡｌＮ焼結体の焼結後に残存する不純物の混入を容易に防止することができる。またこのとき、温度上昇が抑制されることから、ＡｌＮ粉末と水との反応を防止するのが容易となる。
【００２０】
このスラリー調製工程で調製されるスラリー濃度は、好ましくは２５〜７０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％であるとよい。このスラリー濃度が２５重量％未満の場合、噴霧乾燥時に蒸発させるべき水分が多くなることから、乾燥時間が長くなって乾燥中にＡｌＮ粉末が酸化されやすくなる。逆にスラリー濃度が７０重量％を越える場合には、スラリーの粘性が高くなり噴霧乾燥機の噴霧装置（スプレーノズル又はアトマイザー）から良好な噴霧を行うことができなくなる。またこのとき、良好な乾燥を行うことも困難になる。
【００２１】
このスラリー調製工程におけるスラリー混合時間（分散媒としての水にＡｌＮ粉末を加えた後からのスラリー混合時間）は、好ましくは２〜４８時間、より好ましくは２〜２４時間、さらに好ましくは３〜１２時間である。このスラリー混合時間が２時間未満の場合には、均一な分散スラリーを調製するのが困難である。逆に４８時間より長くなると、混合によってＡｌＮ粉末表面の活性度が高くなり水との分解反応が発生し、ＡｌＮ粉末が酸化してしまうおそれが高まる。
【００２２】
また、このスラリー調製工程では、分散媒としての水とＡｌＮ粉末との反応を効果的に抑えるために、０℃から常温（例えば２０℃）以下の温度でスラリー調製が行われるとよい。さらに、このスラリー調製工程では、水とＡｌＮ粉末との反応をより一層効果的に抑えるために、冷却手段（スラリー調製部冷却手段）により、好ましくは０〜１５℃、より好ましくは０〜１０℃、さらに好ましくは０〜５℃に冷却しながらスラリー調製が行われるのが好ましい。このスラリー調製工程を０℃未満で行う場合、分散媒としての水が凍結してスラリー調製ができなくなる。逆に常温を越える温度では、ＡｌＮ粉末と水との反応が著しく起こりやすくなる。またこのとき、ＡｌＮ粉末の酸素量が増大し、成形・焼成しても良好な特性を有するＡｌＮ焼結体を得ることが困難になる。特に、２０℃より高いの温度で水と混合すると、アンモニアガスが大量に発生して悪臭の原因となることから好ましくない。
【００２３】
このスラリー調製工程では、前記有機添加剤がスラリー中に添加されている場合には、該添加剤がＡｌＮ粉末の表面を被覆することによる被膜効果により、ＡｌＮ粉末と水との反応が抑制されやすくなる。このため、有機添加剤が添加されている場合には、好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１５℃、さらに好ましくは０〜１０℃でスラリー調製が行われるとよい。一方、有機添加剤が添加されていない場合には、好ましくは０〜１５℃、より好ましくは０〜１０℃、さらに好ましくは０〜５℃でスラリー調製が行われるとよい。
【００２４】
スラリー導入工程は、前記スラリー調製工程で調製されたスラリーを噴霧乾燥機内に導入する工程である。このスラリー導入工程では、水とＡｌＮ粉末との反応を効果的に抑えるために、０℃から常温（２０℃）以下の温度でスラリーの導入が行われるとよい。さらに、このスラリー導入工程では、水とＡｌＮ粉末との反応をより一層効果的に抑えるために、冷却手段（スラリー導入部冷却手段）により、好ましくは０〜１５℃、より好ましくは０〜１０℃、さらに好ましくは０〜５℃に冷却しながらスラリーの導入が行われるのが好ましい。このスラリー導入工程を０℃未満で行う場合、分散媒としての水が凍結するおそれがあり、逆に常温を越える温度ではＡｌＮ粉末と水との反応が起こりやすくなる。なお、このスラリー導入工程では、前記スラリー調製工程の場合と同様に、有機添加剤がスラリー中に添加されている場合には０〜２０℃でスラリーの導入が行われてもよく、有機添加剤が添加されていない場合には０〜１５℃でスラリーの導入が行われるとよい。
【００２５】
造粒工程は、前記スラリー導入工程を行った結果、噴霧乾燥機内に導入されたスラリーを所定の乾燥温度で噴霧乾燥させることによりＡｌＮ顆粒を造粒する工程である。即ち、この造粒工程は、噴霧乾燥機の噴霧装置にて前記スラリーを無数の微少な液滴（霧滴）として噴霧した後、それら液滴を同乾燥機内で浮遊させながら乾燥させる工程であり、スプレードライヤー法を用いた造粒方法が行われる。
【００２６】
前記所定の乾燥温度としては、水の沸点を超える温度である必要があり、好ましくは１００℃を越えかつ２７０℃以下の温度、より好ましくは１５０〜２７０℃、さらに好ましくは２００〜２５０℃である。この乾燥温度が水の沸点以下の温度では、噴霧乾燥機内に噴霧された液滴から速やかに水分を蒸発させて乾燥させることができないうえ、ＡｌＮ粉末と水との分解反応が著しく進行しやすくなる。逆に２７０℃を越える場合には、有機添加剤が分解して消失するおそれがある。なお、前記水の沸点を超える温度は、噴霧乾燥機内の気圧により適宜変化する。また、前記噴霧乾燥機内の気体としては、窒素や不活性ガス等の特別な気体を用いる必要性が低いことから、空気を用いれば十分である。また、前記噴霧乾燥機内は特に加圧又は減圧する必要性が低いことから、常圧にて噴霧乾燥を行えば十分である。
【００２７】
この造粒工程では、スラリー導入工程まではスラリー状であったものを噴霧乾燥機内で一気に霧状に噴霧して液滴にすることにより、その比表面積を急激に増大させる。さらに、スラリー導入工程までは常温以下の温度であったものを噴霧乾燥機内で水の沸点を超える温度に晒すことにより急激に加熱して一気に乾燥させる。この急激な乾燥は、前記比表面積の増大とともに、水とＡｌＮ粉末との反応が起こる時間的余裕を奪って、高品質なＡｌＮ顆粒を製造するために大きな役割を果たす。
【００２８】
図１に模式的に示すように、実施形態のＡｌＮ顆粒の製造装置１１は、所定の乾燥温度に加熱された乾燥チャンバ１２を備えた噴霧乾燥機１３と、分散媒としての水にＡｌＮ粉末が分散されたスラリー１６を乾燥チャンバ１２内に導入するスラリー導入手段１７とを備えている。さらに、この装置１１には、図１に点線で示される冷却手段を構成するスラリー導入部冷却手段１８が設けられており、前記スラリー導入手段１７内のスラリー１６を所定の冷却温度に冷却するようになっている。
【００２９】
スラリー導入手段１７は、上記スラリー導入工程を行うための手段（装置）である。このスラリー導入手段１７は、スラリー調製手段で調製されたスラリー１６を収容するための収容部２１と、該収容部２１と乾燥チャンバ１２との間を繋ぐ導入管２２と、その導入管２２の途中に設けられたポンプ２３とを備えている。さらに、前記収容部２１内には、スラリー１６中に分散されているＡｌＮ粉末の沈殿やスラリー１６の温度上昇を抑えるための攪拌子又は羽根からなる攪拌装置２４が設けられており、該攪拌装置２４によりスラリー１６が継続的に攪拌されるようになっている。また、前記導入管２２の内壁面（内張）及び攪拌装置２４の表面は、上記スラリー調製手段の場合と全く同様の理由で、樹脂製であるのが好ましい。また、前記導入管２２は、温度管理上できる限り短い方がよいが、それを制限するものではない。
【００３０】
スラリー導入部冷却手段１８は、スラリー導入手段１７の内部又はスラリー導入手段１７全体を冷却することにより、該スラリー導入手段１７内のスラリー１６を好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１５℃、さらに好ましくは０〜１０℃、特に好ましくは０〜５℃に冷却する。
【００３１】
噴霧乾燥機１３（スプレードライヤー）は、上記造粒工程を行うための手段（装置）である。この噴霧乾燥機１３は、乾燥チャンバ１２と、前記スラリー導入手段１７により導入されたスラリー１６を乾燥チャンバ１２内に霧状に噴霧するための噴霧装置３１と、乾燥チャンバ１２内に加熱した気体（空気）を送り込むためのヒータ３２と、サイクロン３３とを備えている。なお、この噴霧乾燥機１３には、防爆装置及び有機溶剤の回収装置は設けられていない。
【００３２】
噴霧装置３１としては、スプレーノズル又はアトマイザーが用いられる。この噴霧装置３１は、スラリー導入手段１７から導入されるスラリー１６を乾燥チャンバ１２内に噴霧して液滴３６にする。乾燥チャンバ１２は、中空状（略ロート状）に形成されており、噴霧装置３１から噴霧された液滴３６を、前記ヒータ３２より送り込まれる気体の気流に乗せてゆっくりと旋回させながら乾燥させ、ＡｌＮ顆粒にする。この乾燥チャンバ１２の下端部には、同チャンバ１２内で水分を奪われて乾燥したＡｌＮ顆粒を集めるための容器３７が設けられている。サイクロン３３は、前記乾燥チャンバ１２と同様な構成となっており、乾燥チャンバ１２内から流出する気体を流入させて質量の小さいＡｌＮ顆粒を集める。また、このサイクロン３３から流出する気体は、極めて質量の小さいＡｌＮ顆粒を集塵機３８にて濾し取らせながら噴霧乾燥機１３の外部へと排出される。
【００３３】
前記ヒータ３２により乾燥チャンバ１２内に送り込まれる気体の温度は、水の沸点を超える温度である必要があるが、好ましくは１５０〜３００℃、より好ましくは２００〜２７０℃、さらに好ましくは２００〜２５０℃である。このとき、乾燥チャンバ１２内の温度が１００℃を越えかつ２７０℃以下の温度となりやすい。さらに、乾燥チャンバ１２とサイクロン３３との間に設けられた温度計３９の温度が好ましくは１００〜２７０℃、より好ましくは１００℃を越えかつ２００℃以下、さらに好ましくは１５０〜２００℃であるとよい。
【００３４】
次に、上記ＡｌＮ顆粒の製造装置１１を用いてＡｌＮ顆粒を製造する場合について説明する。
上記ＡｌＮ顆粒を製造する際には、まず、ボールミルやアトライター等のスラリー調製手段に、ＡｌＮ粉末及び０〜２０℃の水を入れて十分に混合させ、ＡｌＮ粉末が均一に分散されたスラリー１６を調製する。なおこのとき、必要に応じて、前記スラリー調製手段に添加剤を入れて混合させる。次に、前記スラリー１６を、予めスラリー導入部冷却手段１８により所定の冷却温度に冷却した収容部２１内に収容する。続いて、攪拌装置２４を継続的に駆動させながら、ポンプ２３にて前記スラリー１６を導入管２２から噴霧装置３１へと押し出す。この押し出されたスラリー１６は、前記噴霧装置３１により乾燥チャンバ１２内に噴霧されて液滴３６になる。
【００３５】
このとき、前記液滴３６は、ヒータ３２から送り込まれる熱風（水の沸点を超える温度に加熱された気体）に晒されることにより、その表面側から急激に水分が奪い取られて乾燥される。続いて、これら液滴３６は、前記熱風の気流に乗って乾燥チャンバ１２内を浮遊しながらより一層乾燥され、顆粒状態に造粒されてＡｌＮ顆粒となる。そして、ある程度の大きさの粒子径に造粒されたＡｌＮ顆粒は、容器３７から取り出されて製品となるが、造粒が不十分で小さな粒子径のＡｌＮ顆粒は前記熱風とともにサイクロン３３、さらには集塵機３８へと移動する。
【００３６】
上記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・実施形態のＡｌＮ顆粒の製造方法は、分散媒としての水にＡｌＮ粉末が分散されたスラリーを調製するスラリー調製工程と、前記スラリーを噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入工程と、前記噴霧乾燥機内に導入されたスラリーを水の沸点を超える温度で噴霧乾燥させて造粒する造粒工程とを行うものである。このＡｌＮ顆粒の製造方法では、スラリー調製時の分散媒として水を用いることにより、前記従来の有機溶剤を用いた造粒方法と比べて製造容易性が著しく高められている。即ち、このＡｌＮ顆粒の製造方法では、有機溶剤を使用していないため、製造現場において防臭マスクの着用、防爆装置の設置、蒸発した溶剤の回収、火気厳禁等の著しく多くの有機溶剤対策を行う必要が全くない。また、前記従来の有機溶剤を用いた造粒方法では、沸点の高い有機溶剤を用いた場合、噴霧・乾燥のみでは完全に有機溶剤を除去できないケースがあり、プレス成形やＣＩＰ成形時に離型性が悪い等の欠点があったが、本実施形態のＡｌＮ顆粒の製造方法ではそのような欠点はない。また、本実施形態のＡｌＮ顆粒の製造方法では、噴霧乾燥時に窒素雰囲気等の特殊な気体を用いる必要がないうえ、加圧又は減圧条件下で噴霧乾燥する必要もないことから、極めて製造容易性に優れている。
【００３７】
一方、ＡｌＮ粉末は、一般に水や水蒸気との反応性が高く、酸化アルミニウム及びアンモニアガスに容易に分解する性質を有していることから、前記従来の造粒方法や一般的なＡｌＮ顆粒の製法においても、ＡｌＮ粉末のスラリーを調製する際には取り扱い性が悪いにも関わらず敢えて有機溶剤が利用されてきた。これに対し、本実施形態のＡｌＮ顆粒の製造方法では、スラリー調製工程における分散媒として２０℃以下の液体の水を用い、スラリー導入工程におけるスラリー温度を０〜２０℃に保持するとともに、造粒工程で液滴３６が２０℃より高い温度にある時間を著しく短縮することに工夫が凝らされている。
【００３８】
・実施形態のＡｌＮ顆粒の製造装置１１は、水の沸点を超える温度に加熱された乾燥チャンバ１２を備えた噴霧乾燥機１３と、スラリー１６を噴霧乾燥機１３内に導入するスラリー導入手段１７と、スラリー導入手段１７内のスラリー１６を所定の冷却温度に冷却するスラリー導入部冷却手段１８とを備えている。このため、この製造装置１１は、スラリー導入部冷却手段１８により、スラリー導入工程中のスラリー１６を冷却して水とＡｌＮ粉末との反応を効果的に抑えることができることから、高品質のＡｌＮ顆粒を極めて容易に製造することが可能である。特に、この製造装置１１では、有機溶剤を用いた公知のＡｌＮ顆粒の製造装置に設けられている防爆装置や有機溶剤の回収装置のような大掛かりな装置が全く必要ないうえ、防臭マスクの着用や火気厳禁等の有機溶剤対策を行う必要もないことから、製造にかかる手間及びコストを容易に低減させることが可能である。
【００３９】
【実施例】
以下、前記実施形態を具体化した実施例及び比較例について説明する。
（実施例１〜６）
ＡｌＮ粉末にはＡ粉末（平均粒子径１．６μｍ）とＢ粉末（平均粒子径１．２μｍ）の２種類を、焼結助剤には酸化イットリウムＣ粉末（平均粒子径０．０５μｍ）と酸化イットリウムＤ粉末（平均粒子径０．３μｍ）の２種類を使用した。表１に実験に使用したＡｌＮ粉末、酸化イットリウム粉末及び各有機添加剤の配合割合（重量比）を示す。これらの粉末や添加剤をポリエチレン製容器に取り、鉄心入りナイロンボールを加えて温度５℃の環境下でボールミル混合を行った。その時のボールミル混合時間（ｈ）及び調製されたスラリーの５℃における粘度（ｍＰａ・ｓ）及びｐＨを表１に記載する。これらのスラリーを用い、噴霧乾燥機の乾燥チャンバの入口までを約５℃に保ちながら噴霧乾燥を行った。用いた噴霧乾燥機はスプレードライＦＬ−１２型（大川原化工機製）でアトマイザーによる噴霧方式である。噴霧乾燥は熱風入口温度２２０〜２３０℃、サイクロン差圧７０〜７２ｍｍＨ_２Ｏ（６８６〜７０６Ｐａ）、アトマイザー回転数８０００ｒ．ｐ．ｍ．の条件で行った。また、噴霧乾燥中の温度計３９の温度は継続的に１５０℃程度であった。
【００４０】
【表１】

作製されたＡｌＮ顆粒の粒子径をマイクロスコープで２００点観察することにより直径を測定しその平均値（平均粒子径）を求めた。また、各ＡｌＮ顆粒について、筒井理化学機械（株）製「Ａ・Ｂ・Ｃ粉末特性測定器」により重装嵩密度を測定した。次に、各ＡｌＮ顆粒をプレス圧１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２（９８ＭＰａ）で２００×２００×５０ｍｍの直方体状に乾式プレス成形を行って成形体を得た。この成形体の寸法と重量から嵩密度を求めた。次に、この成形体を５８０℃大気中にて３時間脱脂することにより脱脂体とした。この脱脂体の酸素濃度を堀場製作所製「ＥＭＧＡ−５５０」にて高温熱分解法により発生したＣＯガス量から求めた。次に、各脱脂体を窒素雰囲気中１８００℃、８時間焼成することによりＡｌＮ焼結体を得た。このＡｌＮ焼結体は、アルキメデス法により嵩密度を求め、リガク製熱伝導率測定装置「ＬＦ／ＴＣＭ」にてレーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した。これらの測定結果を表２に示す。
【００４１】
（比較例１）
ＡｌＮのＡ粉末１００重量部と酸化イットリウムのＣ粉末５．３重量部との配合割合を持ち、有機溶剤（トルエン）で混合、噴霧乾燥された顆粒を比較例１とした。本顆粒を用い、上記実施例１〜６と同じ条件で成形、脱脂及び焼成を行うとともに、顆粒、成形体、脱脂体及び焼結体について上記実施例１〜６と同様に評価した。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】

表２の結果より、各実施例と比較例とを比べると、ＡｌＮ顆粒の平均粒子径は各実施例の方が小さくなった。この理由は、各実施例のＡｌＮ顆粒は酸化を防止する目的で乾燥時間を早くしたためであると思われる。一方、脱脂体の酸素濃度を比較すると、各実施例、比較例ともにほぼ同程度であり、５℃程度の低温で混合することによりＡｌＮ粉末と水との反応が効果的に抑制されたことが確認された。さらに、焼結体の特性を比較すると、実施例１を除き、嵩密度、熱伝導率とも比較例と同程度の焼結体が得られていた。なお、前記実施例１の値が小さくなったのは、焼結助剤としての酸化イットリウムを含んでいないためである。従って、分散媒として水を用いて製造されたＡｌＮ顆粒と、有機溶剤（トルエン）を用いて製造された顆粒とは、同程度の特性を有しており、実用に全く問題がないことが確認された。
【００４３】
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・スラリー導入工程において、スラリー導入部冷却手段１８の導入工程全体の冷却を行わず、収容部２１及び／又はポンプ２３を冷却するように構成してもよい。なおこのとき、導入管２２の周囲を断熱材にて覆うのが好ましい。このように構成した場合でも、スラリー１６の温度上昇を抑制することができ、スラリー導入工程全体を冷却するよりも安価に製造することができる。
【００４４】
・スラリー導入工程を冷却手段により冷却せずに、スラリー調製工程のみを冷却手段により冷却するように構成してもよい。このように構成した場合でも、スラリー調製工程においてスラリーが十分に冷却されていることから、スラリー導入工程で不測にスラリー温度が上昇することはほとんどない。
【００４５】
・冷却されたスラリー１６を噴霧装置３１にて噴霧する際、スラリー１６を噴霧する直前、即ちスプレーノズルやアトマイザーの先端部まで冷却するとよい。このように構成することによって、スラリー１６の温度上昇がより一層抑制され、ＡｌＮの酸化を防止する効果が大きくなる。
【００４６】
・噴霧装置３１によるスラリー１６の噴霧方法は、乾燥チャンバ１２の上部からの噴霧に限定される必要はなく、側部や下部からの噴霧方法も可能である。
・ＡｌＮ顆粒の製造装置１１において、収容部２１及び攪拌装置２４からなる構成を、ボールミル又はアトライター等のスラリー調製手段に変更してもよい。なおこのとき、上記実施形態のスラリー導入部冷却手段１８の一部（収容部２１の周囲）はスラリー調製部冷却手段となる。このスラリー調製部冷却手段は、スラリー調製手段の内部又はスラリー調製手段全体を冷却するように構成されており、該スラリー調製手段内のスラリー１６を好ましくは０〜２０℃、より好ましくは０〜１５℃、さらに好ましくは０〜１０℃、特に好ましくは０〜５℃に冷却する。このように構成した場合、スラリー調製時の分散媒として水を用いることにより製造容易性を著しく高めることができるうえ、ＡｌＮ顆粒を大量生産することが容易となる。
【００４７】
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・前記スラリー調製工程及びスラリー導入工程を０〜２０℃で行うことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法。前記スラリー調製工程を０〜２０℃で行うことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法。前記造粒工程を１００℃を越えかつ２７０℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法。
【００４８】
・前記スラリー調製工程及びスラリー導入工程を常温以下の温度に冷却しながら行うことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法。前記スラリー調製工程を常温以下の温度に冷却しながら行うことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法。
【００４９】
・請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法に用いられる窒化アルミニウム顆粒の製造装置であって、水の沸点を超える温度に加熱された乾燥チャンバを備えた噴霧乾燥機と、分散媒としての水に窒化アルミニウム粉末が分散されたスラリーを噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入手段と、該スラリー導入手段内のスラリーを所定の冷却温度に冷却するスラリー導入部冷却手段とを備えたことを特徴とする窒化アルミニウム顆粒の製造装置。このように構成した場合、窒化アルミニウム顆粒を極めて容易に製造することができる。
【００５０】
・前記スラリー導入手段に攪拌装置を設けたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造装置。
・前記冷却温度を０〜２０℃とすることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造装置。前記乾燥チャンバを１００℃を越えかつ２７０℃以下の温度に加熱することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造装置。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、次のような効果を奏する。
請求項１から請求項３に記載の発明の窒化アルミニウム顆粒の製造方法によれば、スラリー調製時の分散媒として水を用いることにより製造容易性を著しく高めることができる。請求項４及び請求項５に記載の発明の窒化アルミニウム顆粒の製造装置によれば、窒化アルミニウム顆粒を極めて容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のＡｌＮ顆粒の製造装置の概略を示す模式図。
【符号の説明】
１１…窒化アルミニウム顆粒の製造装置、１２…乾燥チャンバ、１３…噴霧乾燥機、１６…スラリー、１７…スラリー導入手段、１８…スラリー導入部冷却手段。

Claims

分散媒としての水に窒化アルミニウム粉末が分散されたスラリーを調製するスラリー調製工程を行った後、前記スラリーを噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入工程を行い、続いて前記噴霧乾燥機内に導入されたスラリーを水の沸点を超える温度で噴霧乾燥させて造粒する造粒工程を行うことを特徴とする窒化アルミニウム顆粒の製造方法。
前記スラリー調製工程及びスラリー導入工程を０〜２０℃で行うとともに、前記造粒工程を１００℃を越えかつ２７０℃以下の温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法。
前記スラリー中に有機添加剤を含有させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造方法。
水の沸点を超える温度に加熱された乾燥チャンバを備えた噴霧乾燥機と、窒化アルミニウム粉末が分散されたスラリーを噴霧乾燥機内に導入するスラリー導入手段と、該スラリー導入手段内のスラリーを所定の冷却温度に冷却するスラリー導入部冷却手段とを備えたことを特徴とする窒化アルミニウム顆粒の製造装置。
前記窒化アルミニウム粉末が分散されたスラリーを調製するためのスラリー調製手段と、該スラリー調製手段内のスラリーを所定の冷却温度に冷却するスラリー調製部冷却手段とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の窒化アルミニウム顆粒の製造装置。