JP2012072013A - 球状窒化アルミニウム粉末 - Google Patents

球状窒化アルミニウム粉末 Download PDF

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Abstract

【課題】
高熱伝導性及び充填性に優れ、放熱材料用フィラーとして有用な球状窒化アルミニウム粉末およびその製造方法を提供する。
【解決手段】
アルミナまたはアルミナ水和物、希土類金属元素を含む化合物系の希土類金属元素を含む化合物を上記アルミナまたはアルミナ水和物１００質量部に対して０．５質量部〜３０質量部、及び、カーボン粉末を３８質量部〜４６質量部の割合で含有する組成物を１６２０〜１９００℃の温度で２時間以上還元窒化することを特徴とする球状窒化アルミニウム粉末の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂やグリース、接着剤、塗料等に充填して放熱性を向上させるための放熱材料用フィラーとして好適な窒化アルミニウム粉末およびその製造方法に関するものである。
窒化アルミニウムは電気絶縁性に優れ、かつ高熱伝導性を有することから、その焼結体、あるいは粉末を充填した樹脂やグリース、接着剤、塗料等の材料は、高い熱伝導性を有する放熱材料として期待される。
上記放熱材料の熱伝導率を向上させるためには、マトリックスとなる樹脂中に高熱伝導性を有したフィラーを高充填することが重要である。そのため、球状で、粒径が数μｍ〜数十μｍ程度の窒化アルミニウム粉末が強く要望されている。
一般に、窒化アルミニウム粉末の製法には、アルミナとカーボンとの組成物を還元窒化するアルミナ還元窒化法、アルミニウムと窒素とを直接反応させる直接窒化法、アルキルアルミニウムとアンモニアを反応させた後、加熱する気相法等が知られている。そのうち、還元窒化法及び気相法で得られる窒化アルミニウム粉末は、形状は球状に近いものの、その粒径はサブミクロンオーダーのものしか得られていないのが現状である。
一方、直接窒化法により得られる窒化アルミニウム粉末は、粉砕・分級することにより製造されるため、粒径の制御は比較的容易であり、粒径が数μｍ〜数十μｍ程度の窒化アルミニウム粉末を得ることは可能であるが、かかる粉末を構成する粒子は角張った形をした非球状体である。したがって、上記の方法によって得られる窒化アルミニウム粉末は、樹脂中に高充填することが困難であった。
そこで、球状で所望の粒径を有した窒化アルミニウム粉末を得るために、様々な方法が検討されている。
例えば、アルミナ粉末と、炭素粉末の混合物を不活性雰囲気中で焼成して炭化アルミニウムを生成させることにより粒成長せしめ、次いで、窒素を含む非酸化性雰囲気下で焼成することにより、平均粒子径が３μｍ以上の、丸味をおびた形状を有する窒化アルミニウム粉末を得る方法が開示されている（特許文献１参照）。しかしながら、上記方法では、焼成雰囲気の変換を伴うために、アルミナの粒成長を制御すること、すなわち、得られる窒化アルミニウム粉末の粒度分布を制御するのが困難である。
また、球状のアルミナをカーボンの存在下に窒素ガスまたは、アンモニアガスによって還元窒化し、その後、表面酸化することにより、平均粒子径が５０μｍ以下、真球度が０．８以上の耐水性の優れた球状窒化アルミニウム粉末を製造する方法が開示されている（特許文献２）。しかしながら、上記製造方法は、原料となるアルミナの球状をそのまま最終製品の窒化アルミニウム粉末の形状とするため、目的とする粒径と同等の、大きい粒子径のアルミナを使用することが必要である。そのため、かかるアルミナにおいて還元窒化の転化率を向上させるには、長時間の反応が必要となる。特に３μｍ以上のアルミナを使用した場合には、長時間の反応させた場合でも未反応のアルミナが残りやすく、上記製造方法にて製造された窒化アルミニウム粉末は、粉末を構成する粒子自身の熱伝導性が低下することが懸念される。
一方、酸化アルミニウム粉末、炭素粉末と、アルカリ土類金属化合物や希土類元素化合物との混合粉末を出発原料として、窒素を含む非酸化性雰囲気中にて焼成して窒化アルミニウム粉末を製造する方法が開示されている（特許文献３参照）。この方法は、アルカリ土類金属化合物や希土類化合物が反応を促進させる働きを利用して、１，５００℃以下の低温での窒化アルミニウムを生成せしめようとするものである。しかしながら、上記方法によって得られる窒化アルミニウム粉末は、具体的には、粒子径が高々１μｍ程度であり、数μｍのオーダーの比較的大きい粒子径のものは得られていない。
その他、不定形の窒化アルミニウム粉末を、アルカリ土類元素、希土類元素などの化合物よりなるフラックス中で熟成（熱処理）することにより球状化させた後、フラックスを溶解して単離した結晶質窒化アルミニウム粉体を得る方法が開示されている（特許文献４）。この方法では、高い流動性と高充填率が得られるが、窒化アルミニウム粉末中に不純物が混入しやすく、厳密な製造条件の制御を必要とし、工程が多く製造コストは高くなる。
特開平３−２３２０６号公報 特開平２００５−１６２５５５号公報 特開平５−２２１６１８号公報 特開２００２−１７９４１３号公報
従って、本発明の目的は、フィラー用途に最適な球状の形状を有し、平均粒子径が３μｍ〜３０μｍの大きさの球状窒化アルミニウム粉末を生産性良く得るための製造方法及びかかる製造方法によって得られる球状窒化アルミニウム粉末を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、アルミナまたはアルミナ水和物と、カーボン粉末と、希土類金属元素を含む化合物との混合粉末を、特定の温度下に、且つ、該アルミナまたはアルミナ水和物に対するカーボン粉末の存在量を調整して還元窒化することによって、球状で所望の粒径を有した窒化アルミニウム粉末が生産性良く得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、アルミナまたはアルミナ水和物（以下、アルミナ等ともいう。）１００質量部に対して、希土類金属元素を含む化合物を０．５質量部〜３０質量部、及び、カーボン粉末を３８質量部〜４６質量部の割合で含有する組成物を、１６２０〜１９００℃の温度で２時間以上還元窒化することを特徴とする球状窒化アルミニウム粉末の製造方法を提供するものである。
また、本発明は、上記方法により得られ、平均粒子径が３〜３０μｍであり、さらに窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数が４．９８００Å以上である窒化アルミニウム粒子より構成されることを特徴とする球状窒化アルミニウム粉末をも提供する。
上記球状窒化アルミニウム粉末を構成する窒化アルミニウム粒子は、角がない、丸み状を帯びた形状のものであり、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比（ＤＳ／ＤＬ）は０．７５以上である。
尚、本発明において、平均粒子径は、レーザー回折／散乱法により測定した粒度分布における累積体積が５０％のときの粒子径をいう。本発明において、窒化アルミニウム粉末の窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数は、Ｘ線回折装置を使用し、Ｓｉを外部標準物質として用い、測定した値である。
本発明の製造方法によれば、フィラー用途に最適な粒径、形状を有した窒化アルミニウム粉末を生産性よく得ることができる。本発明で得られる球状窒化アルミニウム粉末は、真球度が高い球形、所望の粒径を有していることから、樹脂やグリースに高充填することが可能となり、放熱材料に高い熱伝導率を付与することができる。
また、本発明の製造方法により得られた球状窒化アルミニウム粉末は、平均粒子径は３〜３０μｍという、従来にない大きい粒子径を有しながら、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数が４．９８００Å以上である窒化アルミニウム粒子により構成される。このＣ軸の格子定数は、Ｘ線回折装置を使用し、Ｓｉを外部標準物質として用い測定した値であり、窒化アルミニウム粒子の固溶酸素濃度を評価する指標となるものである。すなわち、このＣ軸の格子定数が大きい窒化アルミニウム粒子ほど固溶酸素濃度が低く、窒化アルミニウム粒子自体の熱伝導率が高いと考えら、放熱材料に高い熱伝導性を付与することができる。
上記製造方法により、本発明の製造方法により前記のような特性を有する球状窒化アルミニウム粉末が得られる作用機構として、本発明者らは、以下のように推定している。
すなわち、本発明の方法においては、アルミナ等と共に希土類金属元素を含む化合物を使用することにより、前記特定の還元窒化の温度条件において、先ずアルミナが溶け込んだ液相が形成され、その際、アルミナに対するカーボン粉末の配合量を制御することにより、形成された液相に溶け込むアルミナの量が調整され、これにより所望の粒子径を有する凝集物を形成することができ、同時に還元窒化も進行する。また、上記還元窒化において、前記特定の温度条件を採用することにより、粒子内に残存させた希土類金属元素を含む化合物により、窒化アルミニウム結晶中に固溶した酸素量を低減することができる。
本発明の代表的な製造方法を示す実施例１において得られた球状窒化アルミニウム粉末の粒子構造を示す電子顕微鏡写真
本発明の製造方法は、アルミナまたはアルミナ水和物と、カーボン粉末と、希土類金属元素を含む化合物との混合粉末を、特定の温度下に、且つ、該アルミナまたはアルミナ水和物に対するカーボン粉末の存在量を調整して還元窒化することを特徴とする。本発明について、以下に詳細に説明する。
〔アルミナまたはアルミナ水和物〕
本発明の球状窒化アルミニウム粉末の出発原料として用いるアルミナ等は、α、γ、θ、δ、η、κ、χ等の結晶構造を持つアルミナやベーマイトやダイアスポア、ギブサイト、バイヤライト、トーダイトなど加熱により脱水転移して最終的に全部又は一部がα−アルミナに転移するアルミナ水和物が全て利用可能である。これらは単独或いは種類の異なるものが混合された状態で用いても良いが、特に反応活性が高く、制御が容易なα−アルミナ、γ−アルミナ、ベーマイトが好適に用いられる。
本発明の球状窒化アルミニウム粉末に用いるアルミナ等の粒子径は特に制限されないが、特に、２μｍ以下の粒子径を有するものが好ましい。
〔カーボン粉末〕
本発明で用いるカーボン粉末は、カーボンブラック、黒鉛粉末が使用できる。本発明において、カーボンブラックはファーネス法、チャンネル法などのカーボンブラックおよび、アセチレンブラックが使用できる。これらのカーボンブラックの比表面積は、任意であるが０．０１ｍ２／ｇから５００ｍ２／ｇのものを用いるのが好ましい。
また、本発明の効果を損なわない範囲で、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フランフェノール樹脂等の合成樹脂縮合物やピッチ、タール等の炭化水素化合物や、セルロース、ショ糖、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレン等の有機化合物などのカーボン源、水素、一酸化炭素、アンモニアなどの還元性ガスを制限なく使用できる。
〔希土類金属元素を含む化合物〕
本発明で用いる希土類金属元素を含む化合物は、例えば、希土類金属の酸化物、炭化物又はハロゲン化物が挙げられる。上記希土類金属元素を含む化合物としては、アルミナと好ましくは１２００〜１９００℃、さらに好ましくは１３００〜１８００℃で共融解し得るものが好ましい。
上記希土類金属元素を含む化合物として、アルミナと共融解し得る温度が１２００℃未満の化合物を用いた場合、アルミナ粒子同士が凝集しやすく、また、上記温度が１９００℃を超える化合物を用いた場合、球状化し難い。
上記希土類金属の例としては、イットリウム、ランタン、プラセオジム、テルビウム等を挙げることができる。酸化物としては、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化テルビウム、また、ハロゲン化物としては、フッ化物が代表的である。これらのうち、イットリウム、ランタン系の化合物が好ましく、特に酸化イットリウムが好ましい。上記希土類金属元素を含む化合物は、単独の化合物を使用してもよいが、複数種の化合物を組み合わせて用いることもできる。
また、上記希土類金属元素を含む化合物としては、還元窒化中に前記例示した希土類金属の酸化物、炭化物又はハロゲン化物を生成するものを含む。例えば、希土類金属の炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物などが挙げられる。
本発明において、前記希土類金属元素を含む化合物の粒子径は特に制限されないが、特に、０．０１μｍ〜１００μｍが好ましく、０．１μｍ〜３０μｍがさらに好ましい。また、前記希土類金属元素を含む化合物の比表面積は特に制限されないが、特に、０．０１ｍ２／ｇ〜５００．０ｍ２／ｇが好ましく、０．１ｍ２／ｇ〜１００．０ｍ２／ｇがさらに好ましい。希土類金属元素を含む化合物の平均粒子径および比表面積が上記範囲内にある場合に、所望の粒径を有した球状窒化アルミニウム粉末が得られる。
また、酸化カルシウムに代表される、アルミナと１２００〜１９００℃、好ましくは、１３００〜１８００℃で共融解し得るアルカリ土類金属の酸化物、炭化物又はハロゲン化物を、さらに添加してもよい。
〔原料混合〕
本発明において、アルミナ等、カーボン粉末、希土類金属元素を含む化合物を混合する方法としては、アルミナ等、カーボン粉末、希土類金属元素を含む化合物が均一になるような方法であればいずれの方法でも良いが、通常混合手段はブレンダー、ミキサー、ボールミルによる混合が好適である。
本発明において、アルミナ等１００質量部に対する希土類金属元素を含む化合物の配合量は、０．５〜３０質量部、好ましくは、１質量部〜２５質量部、さらに好ましくは、２質量部〜１０質量部である。希土類金属元素を含む化合物の混合比が前記範囲より低い場合、窒化アルミニウム粒子の粒成長が困難となり、また、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数が小さくなってしまう。これは、還元窒化の際、十分な量の液相が生成しないことによるものと推定される。
また、希土類金属元素を含む化合物の使用量を前記範囲より多くしても、さらなる球状化の効果は得られず、逆に、該希土類金属元素を含む化合物が窒化アルミニウム粉末中に不純物として残存してしまい、窒化アルミニウム粒子同士を凝集させてしまう。
本発明において、アルミナ等１００質量部に対するカーボン粉末の配合量は、３８質量部〜４６質量部、好ましくは、３９質量部〜４５質量部、さらに好ましくは、４０質量部〜４４質量部である。カーボン粉末の配合量が４６質量部を超えると上記アルミナ等の分散状態が良好となり過ぎてしまい、焼成の際、窒化アルミニウムの粒子成長を妨げ、得られる球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径が本発明の範囲を満足しない。また、カーボン粉末の配合量が３８質量部未満の場合、アルミナ等の凝集が激しく、反応後に得られる窒化アルミニウム粉末が粗粒を多く含有するという問題を有する。
〔還元窒化〕
本発明の球状窒化アルミニウム粉末の製造方法において、還元窒化は、アルミナ等と希土類金属元素を含む化合物を窒素流通下、カーボン及び還元性ガスの存在下で、１６２０〜１９００℃、好ましくは１６５０℃〜１８００℃、さらに好ましくは１６８０℃〜１７５０℃の温度で、２〜５０時間、好ましくは５〜２０時間、さらに好ましくは８〜１７時間焼成することにより実施される。この場合、昇温速度は、いかなる速度でもよく、また、希土類金属元素を含む化合物が完全に昇華することのない時間と温度の範囲であれば、昇温途中にいかなる保持時間をとってよい。
上記焼成温度が１６２０℃未満では、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数が小さく、窒化アルミニウム粒子自身の熱伝導率が低くなる。一方、上記焼成温度が１９００℃を超えると希土類金属元素を含む化合物が短時間で飛散してしまい、熱伝導率の低い酸窒化物（ＡｌＯＮ）が生成したり、酸素が窒化アルミニウム粒子に固溶しやすくなり、窒化アルミニウム粒子自体の熱伝導性が低くなったり、また、窒化アルミニウム粒子同士が凝集しやすくなる。かかる窒化アルミニウム粒子に固溶した酸素の量は、前述した窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数より推定できる。
また、上記還元窒化の時間が２時間未満では、窒化反応が完結しなかったり、窒化アルミニウム粒子の球状化が進まず、また、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数が小さくなる。一方、焼成時間が５０時間を越えると、窒化アルミニウム粒子同士が凝集、粗粒が発生し易くなる傾向にある。
前記還元窒化を行う方法としては、アルミナ等、カーボン粉末、希土類金属元素を含む化合物との混合粉末中に、窒素が十分に拡散するような方法であればいずれの方法でも良く、例えば、上記混合粉末をカーボン製のセッター等に充填し窒素を流通させる方法、ロータリーキルンを用いる方法、流動層を用いる方法が挙げられる。これらのうち、カーボン製のセッター等に充填し窒素を流通させる方法が好適である。
〔酸化処理〕
本発明において、反応後の窒化アルミニウム粉末は余剰のカーボン粉末を含んでいるため、脱炭素処理を行うのが好ましい。脱炭素処理を行う際の酸化性ガスとしては、空気、酸素、など炭素を除去できるガスならば何等制限無く採用できるが、経済性や得られる窒化アルミニウムの酸素濃度を考慮して、空気が好適である。また、処理温度は一般的に５００〜９００℃がよく、脱炭素の効率と窒化アルミニウム表面の過剰酸化を考慮して、６００〜７５０℃が好適である。
酸化温度が高すぎると窒化アルミニウム粉末の表面が過剰に酸化され、目的とする粉末が得られ難い傾向があるので適当な酸化温度と時間を選択するのが好ましい。
本発明の方法を採用することにより、平均粒子径が３〜３０μｍであり、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数が４．９８００Å以上という特徴を有した球状窒化アルミニウム粉末を得ることができる。
本発明の球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径は、３〜３０μｍ、好ましくは３〜２０μｍ、さらに好ましくは３〜１０μｍである。
本発明の球状窒化アルミニウム粉末において、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数は大きい値を有する。本発明の球状窒化アルミニウム粉末の窒化アルミニウム結晶粒子のＣ軸の格子定数は、４．９８００Å以上、特に、４．９８０２Å以上、さらには４．９８０４Å以上の値を示し、これより、窒化アルミニウム粒子への酸素固溶が少ないものであるといえる。かかる値は、前述した特定の希土類金属元素を含む化合物を使用し、特定の製造方法によって達成される値であり、本発明の球状窒化アルミニウムはこれにより高い熱伝導率を発揮し、これを樹脂に充填した場合、熱伝導性の高い改善効果が得られる。
また、本発明の球状窒化アルミニウムの粉末を構成する窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比（ＤＳ／ＤＬ）は０．７５以上、好ましくは０．８０、さらに好ましくは０．８５以上である。上記窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比が０．７５以上であると、マトリックスとなる樹脂に高充填可能となる。また、本発明の球状窒化アルミニウムの粉末を構成する窒化アルミニウム粒子は、上記ＤＳ／ＤＬを有すると共に、図１に示すように、角がない形状を有しており、個々の粒子がほぼ球状である。
〔後処理〕
本発明において、酸化後の窒化アルミニウム粉末は、必要に応じて粉砕、分級を実施することができる。また、本発明の窒化アルミニウム粉末は、耐水性や樹脂との相溶性を向上させるため、窒化アルミニウム粒子の表面を公知の方法で処理することができる。具体的には、シリコーンオイル、シリル化剤、シランカップリング剤などの有機珪素化合物、リン酸や又はリン酸塩、脂肪酸による処理、ポリアミド樹脂などの高分子による皮膜処理、アルミナ、シリカなどの無機質皮膜処理などが挙げられる。
〔用途〕
本発明の方法により得られた球状窒化アルミニウム粉末は、窒化アルミニウムの性質を生かした種々の用途、特に放熱シート、放熱グリース、放熱接着剤、塗料、熱伝導性樹脂などの放熱材料用フィラーとして広く用いることができる。
ここで放熱材料のマトリックスとなる樹脂、グリースは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂、またシリコーンゴム、ＥＰＲ、ＳＢＲ等のゴム類、シリコーンオイルが挙げられる。
これらのうち、放熱材料のマトリックスとしては、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂が好適であり、高柔軟性放熱部材とするには付加反応型液状シリコーンゴムが望ましい。
放熱材料の熱伝導性を向上させるため、樹脂、ゴム又はオイル１００質量部あたり、フィラーを１５０〜１０００質量部添加するのが良い。このような放熱材料には、本発明の球状窒化アルミニウム粉末以外に、アルミナ、窒化ホウ素、酸化亜鉛、炭化珪素、グラファイトなどのフィラーを一種、あるいは数種類充填しても良く、放熱材料の特性や用途に応じて、本発明の球状窒化アルミニウム粉末とそれ以外のフィラーの形状、粒径を選択すれば良い。これらのフィラーは、例えばシランカップリング剤で表面処理したものを用いても良い。また、放熱材料における球状窒化アルミニウム粉末とそれ以外のフィラーの混合比は、１：９９〜９９：１の範囲で適宜調整できる。また、放熱材料には、可塑剤、加硫剤、硬化促進剤、離形剤等の添加剤をさらに添加しても良い。
上記の樹脂組成物は、ブレンダーやミキサーで混合することによって製造することができ、また放熱材料は、プレス成形法、押出成形法、ドクターブレード法によって樹脂組成物を成形し、それを加熱硬化することによって製造することができる。
以下、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例および比較例における各種物性は、下記の方法により測定した。
（１）平均粒子径
平均粒子径（Ｄ５０）は、試料をホモジナイザーにてピロリン酸ソーダ中に分散させ、レーザー回折粒度分布装置（日機装株式会社製ＭＩＣＲＯＴＲＡＣ ＨＲＡ）にて測定した。
（２）窒化アルミニウム粉末の形状
窒化アルミニウム粉末の形状は、走査型電子顕微鏡（日立製作所製Ｓ−２６００Ｎ）にて観察した。
（３）窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比
電子顕微鏡の写真像から、任意の粒子１００個を選んで、スケールを用いて粒子像の長径（ＤＬ）と短径（ＤＳ）を測定し、その比（ＤＳ／ＤＬ）の平均値を球形度の目安とした。
（４）窒化アルミニウム粉末の陽イオン不純物含有量
窒化アルミニウム粉末の陽イオン不純物含有量（金属元素濃度）は、窒化アルミニウム粉末をアルカリ溶融後、酸で中和し、ＩＣＰ発光分析計（島津製作所製ＩＣＰＳ−７５１０）を使用して定量した。
（５）窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数
窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数は、Ｘ線回折装置（（株）リガク製ＲＩＮＴ−１４００）を使用し、Ｓｉを外部標準物質として用い、測定した。
（６）シリコーンゴムシートの熱伝導率
熱伝導性シリコーンゴム組成物を１０ｃｍ×６ｃｍ、厚さ３ｍｍの大きさに成形し１５０℃の熱風循環式オーブン中で１時間加熱して硬化し、熱伝導率計（京都電子工業製ＱＴＭ−５００）を用いて熱伝導率を測定した。なお検出部からの漏電防止のため、厚さ１０μｍのポリ塩化ビニリデンフイルムを介して測定した。
実施例１
平均粒子径１．２μｍ、比表面積１０．７ｍ２／ｇのαアルミナ１００質量部、比表面積１２５ｍ２／ｇのカーボンブラック４２質量部、平均粒子径１．０μｍ、比表面積１１．７ｍ２／ｇの酸化イットリウム３．０質量部を混合した後、グラファイトのセッターに充填した。ついで、窒素雰囲気下において、焼成温度１７００℃、焼成時間１５時間の条件で窒化後、空気雰囲気下において７００℃で１２時間、酸化処理を行って窒化アルミニウム粉末を得た。前述の方法にて、得られた窒化アルミニウム粉末の平均粒子径測定、形状観察、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比測定、陽イオン不純物含有量測定、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数測定を実施した。結果を表１に示す。
得られた窒化アルミニウム粉末９００質量部、ミゼラブル型シリコーン（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製ＴＳＥ２０１）１００質量部、離型剤０．５部を加圧ニーダーにて混練した。次いで、混練物を冷却した後にロールを用いて架橋剤０．５部と混合後、１８０℃で１５分間加圧プレスして縦１０ｃｍ、横６ｃｍ、厚さ３ｍｍのシートを得た。得られたシートは前述の方法にて、熱伝導率を測定した。結果を表１に併せて示す。
実施例２
αアルミナを平均粒子径１．０μｍ、比表面積１２．７ｍ２／ｇのベーマイトとした以外には実施例１と同様にして球状窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表１に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様にシートを作製、熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。
実施例３
焼成温度を１６５０℃とした以外には実施例１と同様にして球状窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表１に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様にシートを作製、熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。
実施例４
希土類金属元素を含む化合物である酸化イットリウムの配合量を１．０質量部とした以外には実施例１と同様にして球状窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表１に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様にシートを作製、熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。
実施例５
希土類金属元素を含む化合物である酸化イットリウムの配合量を５．０質量部とした以外には実施例１と同様にして球状窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表１に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様にシートを作製、熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。
実施例６
カーボンブラックの配合量を３９質量部とした以外には実施例１と同様にして球状窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表１に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様にシートを作製、熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。
実施例７
希土類金属元素を含む化合物である酸化イットリウムの配合量を１０質量部とした以外には実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表１に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様にシートを作製、熱伝導率を測定した。結果を表１に示す。
Figure 2012072013
比較例１
カーボンブラックの配合量を３６質量部とした以外には実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表２に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様に、窒化アルミニウム粉末９００質量部、ミゼラブル型シリコーン１００質量部、離型剤０．５部を加圧ニーダーにて混練しシートを作製しようとしたが、粘度が高く、シートを作製することが出来なかった。
比較例２
希土類金属元素を含む化合物である酸化イットリウムの配合量を０．３質量部とした以以外には実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表２に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様に、窒化アルミニウム粉末９００質量部、ミゼラブル型シリコーン１００質量部、離型剤０．５部を加圧ニーダーにて混練しシートを作製しようとしたが、粘度が高く、シートを作製することが出来なかった。
比較例３
焼成温度を１９２０℃とした以外には実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表２に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様にシートを作製、熱伝導率を測定した。結果を表２に示す。
比較例４
焼成温度を１５５０℃とした以外には実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表２に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様に、窒化アルミニウム粉末９００質量部、ミゼラブル型シリコーン１００質量部、離型剤０．５部を加圧ニーダーにて混練しシートを作製しようとしたが、粘度が高く、シートを作製することが出来なかった。
比較例５
焼成時間を１時間とした以外には実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表２に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様に、窒化アルミニウム粉末９００質量部、ミゼラブル型シリコーン１００質量部、離型剤０．５部を加圧ニーダーにて混練しシートを作製しようとしたが、粘度が高く、シートを作製することが出来なかった。
比較例６
希土類金属元素を含む化合物である酸化イットリウムの配合量を３５質量部とした以外には実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を作製した。得られた球状窒化アルミニウム粉末の平均粒子径、形状、窒化アルミニウム粒子の長径と短径の比、陽イオン不純物含有量、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数を表２に示す。
さらに得られた窒化アルミニウム粉末は、実施例１と同様に、窒化アルミニウム粉末９００質量部、ミゼラブル型シリコーン１００質量部、離型剤０．５部を加圧ニーダーにて混練しシートを作製しようとしたが、粘度が高く、シートを作製することが出来なかった。
本発明で得られる球状窒化アルミニウム粉末は、フィラーに適した形状、粒径を有していることから、樹脂やグリースなどのマトリックスに対して高充填することができ、熱伝導率の高い放熱シート、放熱グリース、放熱接着剤等を得ることができる。
Figure 2012072013

Claims (2)

  1. アルミナまたはアルミナ水和物１００質量部に対して、希土類金属元素を含む化合物を０．５質量部〜３０質量部、及び、カーボン粉末を３８質量部〜４６質量部の割合で含有する組成物を、１６２０〜１９００℃の温度で２時間以上還元窒化することを特徴とする球状窒化アルミニウム粉末の製造方法。
  2. 請求項１記載の方法により得られ、平均粒子径が３〜３０μｍであり、窒化アルミニウム結晶のＣ軸の格子定数が４．９８００Å以上である窒化アルミニウム粒子より構成されることを特徴とする球状窒化アルミニウム粉末。
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