JP2021172572A - Method for production of aluminum nitride - Google Patents

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Yasuyuki Yamamoto
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Abstract

To provide a combustion synthesis device for aluminum nitride capable of continuous production.SOLUTION: An aluminum nitride production device is a device 1 for synthesizing aluminum nitride by igniting raw material powders including metal aluminum powder to spread nitriding combustion heat of the metal aluminum powder to the whole raw material powder. The device comprises: a reaction instrument 2 comprising a top face-opened vessel capable of being filled with the raw material powder; a conveyance part 6 conveying the reaction instrument in one direction; a feeding part 4 feeding the raw material powder to the reaction instrument sequentially in the reaction instrument conveying direction by the conveyance part; an ignition part 3 igniting the raw material powder fed to reaction instrument; and a collection part 5 discharging from the reaction instrument a produced material including aluminum nitride synthesized via the ignition part. The device is further provided with a casing 8 comprising nitrogen feeding means which covers an area from at least the feeding part to a part where the aluminum nitride is synthesized, via the ignition part and is configured to be capable of maintaining an inside under a gaseous nitrogen atmosphere.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、新規な窒化アルミニウム製造装置に関する。 The present invention relates to a novel aluminum nitride manufacturing apparatus.

窒化アルミニウムは、高電気絶縁性、高耐プラズマ性、高熱伝導性などの優れた特性を有していることから、絶縁放熱基板、半導体製造装置材料などに広く使用されている。これらは、窒化アルミニウム粉末に必要により焼結助剤を添加し、有機バインダーを使用して成形後、常圧あるいは加圧下で、脱脂、焼結することによって製造されている。代表的な焼結助剤である酸化イットリウムを用いた場合、それが窒化アルミニウム中の不純物酸素をトラップすることにより、高熱伝導化が達成される。 Aluminum nitride has excellent properties such as high electrical insulation, high plasma resistance, and high thermal conductivity, and is therefore widely used as an insulating heat-dissipating substrate, a material for semiconductor manufacturing equipment, and the like. These are produced by adding a sintering aid to aluminum nitride powder as necessary, molding using an organic binder, and then degreasing and sintering under normal pressure or pressure. When yttrium oxide, which is a typical sintering aid, is used, high thermal conductivity is achieved by trapping impurity oxygen in aluminum nitride.

ところで、一般的な窒化アルミニウム粉末の工業的な製法として、酸化アルミニウム粉末とカーボン粉末の混合粉末を窒素中で高温に加熱する還元窒化法、金属アルミニウムと窒素を高温で反応させる直接窒化法が知られている。 By the way, as a general industrial manufacturing method of aluminum nitride powder, a reduction nitriding method in which a mixed powder of aluminum oxide powder and carbon powder is heated to a high temperature in nitrogen, and a direct nitriding method in which metallic aluminum and nitrogen are reacted at a high temperature are known. Has been done.

そのうち、還元窒化法により得られる窒化アルミニウム粉末は、直接窒化法により得られる窒化アルミニウム粉末と比較して、平均粒子径が1μm程度で粗大粒子が少ない上に粒子形状も球に近く高純度であるため、成形性、焼結性に優れており、焼結体としたときには高い熱伝導率を得やすい特徴がある。 Among them, the aluminum nitride powder obtained by the reduction nitriding method has an average particle diameter of about 1 μm, fewer coarse particles, and a particle shape close to a sphere and high purity as compared with the aluminum nitride powder obtained by the direct sintering method. Therefore, it is excellent in moldability and sinterability, and has a feature that high thermal conductivity can be easily obtained when it is made into a sintered body.

しかしながら、還元窒化法は、カーボンと酸化アルミニウムと混合処理や残ったカーボンの脱炭処理が必要となる。そのため、原料コスト及びエネルギーコストの点で有利な直接窒化法により、還元窒化法と同等の窒化アルミニウム粉末を製造できる方法が望まれていた。 However, the reduction nitriding method requires a mixing treatment of carbon and aluminum oxide and a decarburization treatment of the remaining carbon. Therefore, a method capable of producing aluminum nitride powder equivalent to the reduction nitriding method by the direct nitriding method, which is advantageous in terms of raw material cost and energy cost, has been desired.

かかる窒化アルミニウム粉末を得ることができる直接窒化法として燃焼合成法が知られている。この方法は、窒素雰囲気中で金属アルミニウムよりなる原料粉体層の一部に着火し、以下の反応によって生じる反応熱を上記粉体層に伝播させ、これによって窒化反応を進行させて窒化アルミニウムを合成する方法である。 The combustion synthesis method is known as a direct nitriding method capable of obtaining such aluminum nitride powder. In this method, a part of the raw material powder layer made of metallic aluminum is ignited in a nitrogen atmosphere, and the heat of reaction generated by the following reaction is propagated to the powder layer, thereby advancing the nitriding reaction to produce aluminum nitride. It is a method of synthesizing.

Al+1/2N2 → AlN−ΔH0
反応式中〔−ΔH0〕=320KJ/molであり、この発熱が燃焼合成反応の駆動力となる。
Al + 1 / 2N 2 → AlN−ΔH 0
In the reaction formula, [ −ΔH 0 ] = 320 KJ / mol, and this heat generation serves as a driving force for the combustion synthesis reaction.

上記方法によれば、得られる窒化アルミニウムは軽く粉砕することにより、窒化アルミニウム粉末まで解砕することが可能であり、しかも、還元窒化法のカーボンの除去工程も不要であり、低コストで目的とする窒化アルミニウム粉末を製造することができる。このような金属アルミニウムの燃焼合成法による窒化アルミニウムの製造方法としては、たとえば、特開2000−16805号公報(特許文献1)が知られている。この特許文献には、金属アルミニウムとともに、窒化アルミニウム粉末を希釈剤と添加して、燃焼合成法を行うことが開示されている。 According to the above method, the obtained aluminum nitride can be crushed to aluminum nitride powder by lightly crushing it, and moreover, the carbon removal step of the reduction nitriding method is unnecessary, and the purpose is low cost. Aluminum nitride powder can be produced. As a method for producing aluminum nitride by such a combustion synthesis method of metallic aluminum, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-16805 (Patent Document 1) is known. This patent document discloses that an aluminum nitride powder is added as a diluent together with metallic aluminum to carry out a combustion synthesis method.

特開2000−16805号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-16805

しかしながら、燃焼合成法による窒化アルミニウムの製造に関して、連続反応用の合成装置は何ら提案されていないのが現状であった。例えば、前記特許文献1において、反応装置はバッチ式であるため、大量生産に不向きであり、生産効率が低いという課題があった。このため、連続生産可能な窒化アルミニウムの燃焼合成装置の開発が望まれていた。 However, regarding the production of aluminum nitride by the combustion synthesis method, no synthesizer for continuous reaction has been proposed at present. For example, in Patent Document 1, since the reaction apparatus is a batch type, there is a problem that it is not suitable for mass production and the production efficiency is low. Therefore, it has been desired to develop a combustion synthesizer for aluminum nitride capable of continuous production.

バッチ式の焼成合成装置では、開閉扉を有する密閉式の反応容器の開閉扉を開けて、上面が解放された平箱状の容器よりなる反応用冶具に金属アルミニウム粉を含む原料粉末を充填したものを複数段重ねた状態で反応容器内に収容し、開閉扉を閉じた後、反応容器内を真空脱気および窒素パージによる窒素置換処理を行い、窒素雰囲気とした状態で前記金属アルミニウム粉に着火して燃焼合成反応を進行させたのち、冷却し、反応容器の開閉扉を開けて反応生成物を取り出すことで、1バッチの生産が完了する。 In the batch-type firing synthesizer, the opening / closing door of a closed reaction vessel having an opening / closing door was opened, and a reaction jig consisting of a flat box-shaped container having an open upper surface was filled with raw material powder containing metal aluminum powder. The metal aluminum powder was placed in a reaction vessel in a state in which a plurality of layers were stacked, and after the opening / closing door was closed, the inside of the reaction vessel was subjected to nitrogen replacement treatment by vacuum degassing and nitrogen purging to create a nitrogen atmosphere. After igniting and advancing the combustion synthesis reaction, cooling is performed, the opening / closing door of the reaction vessel is opened, and the reaction product is taken out to complete the production of one batch.

本発明者は、このようなバッチ式の焼成合成装置の問題に鑑み、反応容器に、連続して原料を供給し、着火し、反応を行い、生成物を取り出すことにより、燃焼合成反応を連続して実施できる装置を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、上面が解放された容器よりなる反応用冶具を用いて、反応用冶具を一方向に移送する搬送部により、前記搬送部による反応用冶具の移送方向に対して順に、該反応用冶具に前記原料粉末を供給する供給部と、前記反応用冶具に供給された原料粉末に着火する着火部、前記着火部を経て合成された窒化アルミニウムを含む生成物を前記反応用冶具から排出する回収部と、これらを覆うケーシングを備えた製造装置を採用することで、生産効率高く窒化アルミニウム粉末を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In view of the problem of such a batch type firing synthesis apparatus, the present inventor continuously supplies a raw material to a reaction vessel, ignites the reaction vessel, performs a reaction, and takes out a product to continuously carry out a combustion synthesis reaction. As a result of diligent research to develop a device that can be carried out, a reaction jig consisting of a container with an open top surface is used, and a transfer part that transfers the reaction jig in one direction is used for reaction by the transfer part. A supply unit that supplies the raw material powder to the reaction jig, an ignition unit that ignites the raw material powder supplied to the reaction jig, and aluminum nitride synthesized through the ignition unit in order with respect to the transfer direction of the jig. The present invention has been completed by finding that aluminum nitride powder can be produced with high production efficiency by adopting a manufacturing apparatus provided with a recovery unit for discharging a product containing the above-mentioned reaction jig from the reaction jig and a casing covering them. rice field.

すなわち、本発明に係る窒化アルミニウム製造装置は、
金属アルミニウム粉末を含む原料粉末に着火し、該金属アルミニウム粉末の窒化燃焼熱を原料粉末全般に伝播させることにより窒化アルミニウムを合成するための装置であって、
前記原料粉末を充填可能な、上面が解放された容器よりなる反応用冶具と、
前記反応用冶具を一方向に移送する搬送部と、
前記搬送部による反応用冶具の移送方向に対して順に、該反応用冶具に前記原料粉末を供給する供給部と、前記反応用冶具に供給された原料粉末に着火する着火部、前記着火部を経て合成された窒化アルミニウムを含む生成物を前記反応用冶具から排出する回収部とを備え、
少なくとも、前記供給部から前記着火部を経て窒化アルミニウムが合成されるまでの領域を覆い、内部を窒素ガス雰囲気に維持できるようにした窒素供給手段を備えたケーシングを設けてなることを特徴としている。
That is, the aluminum nitride manufacturing apparatus according to the present invention is
A device for synthesizing aluminum nitride by igniting a raw material powder containing a metallic aluminum powder and transmitting the heat of combustion of nitrided combustion of the metallic aluminum powder to the entire raw material powder.
A reaction jig consisting of a container having an open top surface, which can be filled with the raw material powder,
A transport unit that transfers the reaction jig in one direction,
The supply unit that supplies the raw material powder to the reaction jig, the ignition unit that ignites the raw material powder supplied to the reaction jig, and the ignition unit are arranged in order with respect to the transfer direction of the reaction jig by the transport unit. It is provided with a recovery unit for discharging the product containing aluminum nitride synthesized through the process from the reaction jig.
At least, it is characterized in that a casing provided with a nitrogen supply means is provided so as to cover the region from the supply portion through the ignition portion to the synthesis of aluminum nitride and maintain the inside in a nitrogen gas atmosphere. ..

前記ケーシングは、窒素ガスを含む雰囲気を加圧状態に保持可能に構成されていることが好ましい。
前記搬送部が耐熱性の帯状体により形成されたベルトコンベアにより構成され、前記反応用冶具が前記ベルトコンベア載置もしくは固定されることにより、移送されるように構成されてなることが好ましい。
前記原料粉末を供給する供給部は、原料粉末を内の空気を窒素置換するための調圧タンクと接続され、雰囲気ガスが窒素置換された原料粉末を前記供給部より供給できるように構成されることが好ましい。
The casing is preferably configured so that the atmosphere containing nitrogen gas can be maintained in a pressurized state.
It is preferable that the transport portion is configured by a belt conveyor formed of a heat-resistant strip, and the reaction jig is configured to be transferred by being placed or fixed on the belt conveyor.
The supply unit for supplying the raw material powder is connected to a pressure adjusting tank for replacing the air inside the raw material powder with nitrogen, and is configured so that the raw material powder in which the atmospheric gas is nitrogen-substituted can be supplied from the supply unit. Is preferable.

本発明によれば、連続的に窒化アルミニウム粉末の生産が可能であり、また原料として使用される窒素のロスが削減され、さらに得られた窒化アルミニウム粉末の品質も安定する。 According to the present invention, the aluminum nitride powder can be continuously produced, the loss of nitrogen used as a raw material is reduced, and the quality of the obtained aluminum nitride powder is stable.

本発明の窒化アルミニウム粉末の製造装置の概略模式図を示す。The schematic diagram of the manufacturing apparatus of the aluminum nitride powder of this invention is shown.

本発明に係る窒化アルミニウム製造装置は、金属アルミニウム粉末を含む原料粉末に着火し、該金属アルミニウム粉末の窒化燃焼熱を原料粉末全般に伝播させることにより窒化アルミニウムを合成するための装置である。
本発明の製造装置の概略断面図を図1に示す。
The aluminum nitride manufacturing apparatus according to the present invention is an apparatus for synthesizing aluminum nitride by igniting a raw material powder containing a metallic aluminum powder and propagating the heat of nitriding combustion of the metallic aluminum powder to the raw material powder in general.
A schematic cross-sectional view of the manufacturing apparatus of the present invention is shown in FIG.

本発明の製造装置1は、反応用冶具2、着火部3、供給部4、回収部5、搬送部6および必要に応じて冷却部(図示せず)およびこれらを内部に備えたケーシング8から構成される。上記ケーシング8は、前記供給部から前記着火部を経て窒化アルミニウムが合成されるまでの領域を覆っていればよく、図に示すように装置全体を覆ってもよいし、上記部分のみを覆うトンネル状の囲いを設けることにより構成してもよい。なお、燃焼合成反応は、窒素雰囲気下、常圧もしくは加圧状態で行われるため、ケーシングは、上記圧力に耐えうる材質、構造が適宜採用される。ここで、大気圧以上の加圧するものを「加圧条件」とする。 The manufacturing apparatus 1 of the present invention is composed of a reaction jig 2, an ignition unit 3, a supply unit 4, a recovery unit 5, a transport unit 6, a cooling unit (not shown) if necessary, and a casing 8 including these. It is composed. The casing 8 may cover the region from the supply portion through the ignition portion to the synthesis of aluminum nitride, and may cover the entire apparatus as shown in the figure, or a tunnel covering only the portion. It may be configured by providing a shaped enclosure. Since the combustion synthesis reaction is carried out in a nitrogen atmosphere under normal pressure or pressurized state, a material and structure capable of withstanding the above pressure are appropriately adopted for the casing. Here, the one that pressurizes above the atmospheric pressure is defined as the "pressurization condition".

反応用冶具2は、原料粉末を充填可能な、上面が解放された容器から構成される。反応用冶具2は、上面が開放された平箱状容器からなり、原料粉末と反応することなく、または反応温度で変形しない素材であれば特に制限されない。
平箱状容器としては、たとえば、四方が側壁で囲まれた箱型であってもよく、図1に図示されるような搬送方向の一対の側壁をなくした形状であってもよく。さらに、側壁にガス流通などを目的に切り欠け構造を設けてもよい。また、反応容器の大きさは特に制限されないが、幅が300〜1500mm程度、高さが20〜70mm程度の大きさが好ましい。また、長さは搬送部の構造に対して適宜決定すればよい。
このような反応用治具2は、通常、カーボン製、アルミナ製、窒化ホウ素製または窒化アルミニウム製である。反応用冶具2は、搬送部上に搬送方向に並列して載置される。また、搬送部6には、反応用冶具2を着脱可能に固定するための保持機構を備えていてもよく、保持機構としては、ツメ状突起やフック状突起による固定、さらには、ボルト・ナットによる固定などが挙げられる。
The reaction jig 2 is composed of a container having an open top surface, which can be filled with raw material powder. The reaction jig 2 is not particularly limited as long as it is made of a flat box-shaped container having an open upper surface and does not react with the raw material powder or is not deformed at the reaction temperature.
The flat box-shaped container may have, for example, a box shape surrounded by side walls on all sides, or may have a shape without a pair of side walls in the transport direction as shown in FIG. Further, a notched structure may be provided on the side wall for the purpose of gas flow or the like. The size of the reaction vessel is not particularly limited, but a width of about 300 to 1500 mm and a height of about 20 to 70 mm are preferable. Further, the length may be appropriately determined with respect to the structure of the transport portion.
Such a reaction jig 2 is usually made of carbon, alumina, boron nitride or aluminum nitride. The reaction jig 2 is placed on the transport unit in parallel in the transport direction. Further, the transport portion 6 may be provided with a holding mechanism for detachably fixing the reaction jig 2, and the holding mechanism includes fixing by a claw-shaped protrusion or a hook-shaped protrusion, and further, bolts and nuts. For example, fixing by.

ここで、上記原料粉末としては、金属アルミニウム粉末が使用され、公知のもの又は市販品をそのまま用いることができる。また、その製法も特に制限されず、いずれの製造方法によって得られたものも使用することができる。金属アルミニウム粉末の純度は、特に制限されない。 Here, as the raw material powder, metallic aluminum powder is used, and known or commercially available products can be used as they are. Further, the manufacturing method is not particularly limited, and those obtained by any manufacturing method can be used. The purity of the metallic aluminum powder is not particularly limited.

金属アルミニウム粉末の平均粒子径は、通常1μm以上、20μm以下であり、好ましくは1.5〜10μmであるものが望ましい。平均粒子径の大きな金属アルミニウム粉末を使用すると、解れにくい大粒子径の窒化アルミニウム粉末が多く残存することがあり、平均粒子径が小さいものは、ハンドリング性が低く、金属が酸化されやすい。 The average particle size of the metallic aluminum powder is usually 1 μm or more and 20 μm or less, preferably 1.5 to 10 μm. When a metal aluminum powder having a large average particle size is used, a large amount of aluminum nitride powder having a large particle size that is difficult to unravel may remain, and a powder having a small average particle size has low handleability and the metal is easily oxidized.

また、必要に応じて、前記金属アルミニウム粉末と共に、希釈剤として窒化アルミニウム粉末を配合されてもよい。 Further, if necessary, aluminum nitride powder may be blended as a diluent together with the metal aluminum powder.

金属アルミニウム粉末と窒化アルミニウム粉末との混合比は、反応の制御が可能であり、その比率は金属アルミニウム粉末100質量部に対して窒化アルミニウム粉末が150〜400質量部、好ましくは200〜350質量部の割合で混合することが望ましい。この比率で混合すると、前記平均一次粒子径の特定と相まって反応の制御が十分行われ、解砕が容易な窒化アルミニウム塊を得ることができ、また生産効率を高くすることができる。 The reaction of the mixed ratio of the metallic aluminum powder and the aluminum nitride powder can be controlled, and the ratio is 150 to 400 parts by mass, preferably 200 to 350 parts by mass of the aluminum nitride powder with respect to 100 parts by mass of the metallic aluminum powder. It is desirable to mix in the ratio of. When mixed at this ratio, the reaction is sufficiently controlled in combination with the specification of the average primary particle size, an aluminum nitride ingot that can be easily crushed can be obtained, and the production efficiency can be increased.

製造装置は、前記反応用冶具2に収容された原料粉末に着火するための着火部3を備える。 The manufacturing apparatus includes an ignition unit 3 for igniting the raw material powder contained in the reaction jig 2.

着火部3は、反応用冶具に穿設されていてもよいが、本発明の製造装置では、連続的に着火させるには、製造装置の天井部や床部、側壁から反応用冶具内の載置された金属アルミニウム粉末を着火できるように、設置されていることが望ましい。着火部を構成する着火装置としては、タングステンフィラメント、タングステンシート、黒鉛シート、黒鉛バンド、炭化ケイ素、ケイ化モリブデン、ニクロムフィラメント、タンタルフィラメントなどから構成され、電気導通、レーザー、赤外線、マイクロウェーブ等により、反応を起こす程度の温度まで加熱することができるものである。上記着火装置のうち、レーザーによる着火が移動する原料粉末に確実に着火を行うことができ好ましい。 The ignition portion 3 may be bored in the reaction jig, but in the manufacturing apparatus of the present invention, in order to continuously ignite, the ignition portion 3 is placed in the reaction jig from the ceiling portion, the floor portion, and the side wall of the manufacturing apparatus. It is desirable that it is installed so that the placed metal-aluminum powder can be ignited. The ignition device constituting the ignition part is composed of a tungsten filament, a tungsten sheet, a graphite sheet, a graphite band, silicon carbide, molybdenum silicate, a nichrome filament, a tantalum filament, etc. , It can be heated to a temperature that causes a reaction. Among the above-mentioned ignition devices, it is preferable that the raw material powder to which the laser ignition moves can be reliably ignited.

製造装置1には、供給用バルブを介して、窒素置換された原料を供給する、供給部4が設けられる。供給部4は、原料であるアルミニウム粉末と任意で含まれる希釈剤とよりなる原料粉末中の空気を窒素置換するための調圧タンク、および窒素置換された原料粉末を反応用冶具に供給するための供給機構とから構成される。調圧タンクでは、原料粉末が投入されたのち、減圧して脱気され、窒素が導入されて、雰囲気が窒素に置換される。窒素置換された原料粉末は供給機構に導入される。供給機構としては特に制限ないが、ホッパーとフィーダーなどとの組み合わせを挙げられ、窒素などの加圧下に、反応用冶具上に供給される。 The manufacturing apparatus 1 is provided with a supply unit 4 for supplying a nitrogen-substituted raw material via a supply valve. The supply unit 4 supplies a pressure-regulating tank for nitrogen-substituting air in the raw material powder composed of aluminum powder as a raw material and a diluent optionally contained, and a nitrogen-substituted raw material powder to a reaction jig. Consists of the supply mechanism of. In the pressure adjusting tank, after the raw material powder is charged, the pressure is reduced and degassed, nitrogen is introduced, and the atmosphere is replaced with nitrogen. The nitrogen-substituted raw material powder is introduced into the supply mechanism. The supply mechanism is not particularly limited, but a combination of a hopper and a feeder or the like can be mentioned, and the mixture is supplied onto the reaction jig under pressure such as nitrogen.

本発明では反応用冶具2が、製造装置内を搬送部6により移動して、供給部4に到達したときに、前記原料が反応用冶具2内に投入される。
供給部4には、質量計測器が設けられて、反応用冶具に投入される原料粉末量が一定となるように調整されてもよい。
In the present invention, when the reaction jig 2 moves in the manufacturing apparatus by the transport unit 6 and reaches the supply unit 4, the raw material is put into the reaction jig 2.
A mass measuring instrument may be provided in the supply unit 4 so that the amount of raw material powder charged into the reaction jig may be adjusted to be constant.

供給部4にて、反応用冶具2に供給された原料粉末は、反応用冶具を一方向に移送する搬送部6にて着火部3に移動し、原料粉末が着火されて燃焼反応を生じさせ、窒化アルミニウム粉末が製造される。また、供給部4には、供給された原料粉末の山をなだらかにするために、スキージなどの厚さを調整する手段が設けられていてもよい。このように原料粉末の厚みを一定とすることで、均一に燃焼反応を進めることができる。 The raw material powder supplied to the reaction jig 2 in the supply unit 4 moves to the ignition unit 3 in the transport unit 6 that transfers the reaction jig in one direction, and the raw material powder is ignited to cause a combustion reaction. , Aluminum nitride powder is produced. Further, the supply unit 4 may be provided with a means for adjusting the thickness of the squeegee or the like in order to smooth the pile of the supplied raw material powder. By keeping the thickness of the raw material powder constant in this way, the combustion reaction can proceed uniformly.

搬送部6は、反応用冶具2を搬送できるものであればよく、耐熱性の帯状体により形成されたベルトコンベアにより構成されることが好ましい。前記反応用冶具は前記帯状体に載置もしくは固定され、移送される。搬送手段は、ベルトコンベアの他に、チェーンコンベア、ローラーコンベア等を採用することができる。なお、図1では、各搬送部6がベルトコンベアによって形成されている一例を示している。 The transport unit 6 may be any as long as it can transport the reaction jig 2, and is preferably formed of a belt conveyor formed of a heat-resistant strip. The reaction jig is placed or fixed on the strip and transferred. As the transport means, a chain conveyor, a roller conveyor, or the like can be adopted in addition to the belt conveyor. Note that FIG. 1 shows an example in which each transport unit 6 is formed by a belt conveyor.

さらに、搬送部6を構成する帯状体以外の素材はとくに限定されないが、耐熱性の材質から構成されることが好ましい。 Further, the material other than the strip-shaped body constituting the transport portion 6 is not particularly limited, but it is preferably made of a heat-resistant material.

本発明の製造装置1は、必要に応じて、反応後の窒化アルミニウム粉末を冷却する冷却部を設けていてもよい。冷却部は特に限定されないが、冷却ファン、水冷ボックスや水冷ジャケットを搬送部6のまわりに設けたものが挙げられる。 If necessary, the manufacturing apparatus 1 of the present invention may be provided with a cooling unit for cooling the aluminum nitride powder after the reaction. The cooling unit is not particularly limited, and examples thereof include a cooling fan, a water cooling box, and a water cooling jacket provided around the transport unit 6.

図1に示すように、本実施形態の製造装置1は、製造した窒化アルミニウム粉末の回収部5を備える。回収部5では、搬送されてきた反応用冶具内の窒化アルミニウム粉末を回収する。
回収方法としては特に制限されず、傾斜などを利用した自然落下や吸引などの方法が採用されるが、搬送部6と組み合わせるため、自然落下を使用することが好ましい。この場合、反応用冶具2は、搬送部6に固定されていることが好ましい。また、反応用治具が傾斜し始めるあたりにバイブレーターのような振動装置を付設することは、反応生成物である窒化アルミニウム塊を反応用治具より確実に分離させることができ好ましい。
なお、反応用治具が搬送部に固定されていない場合、回収部に生成した窒化アルミニウム粉末とともに、いったん回収されたのち、反応用冶具と生成粉末とは分別される。分別された反応用冶具は、必要に応じて、不純物などを除去して再利用される。
As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus 1 of the present embodiment includes a manufactured aluminum nitride powder recovery unit 5. The recovery unit 5 recovers the aluminum nitride powder in the transported reaction jig.
The recovery method is not particularly limited, and a method such as free fall or suction using an inclination or the like is adopted, but it is preferable to use free fall because it is combined with the transport unit 6. In this case, the reaction jig 2 is preferably fixed to the transport unit 6. Further, it is preferable to attach a vibrating device such as a vibrator when the reaction jig starts to tilt, because the aluminum nitride ingot, which is a reaction product, can be surely separated from the reaction jig.
When the reaction jig is not fixed to the transport unit, the aluminum nitride powder produced in the recovery unit is once recovered, and then the reaction jig and the produced powder are separated. The separated reaction jig is reused after removing impurities and the like, if necessary.

回収部5では、搬送部6上を搬送される反応用冶具2を回転させて傾斜せしめることにより、反応用冶具2内の生成粉末を回収する。搬送部に固定された反応用冶具は、搬送部でさらに搬送されて、供給部4に送られる。 The recovery unit 5 recovers the produced powder in the reaction jig 2 by rotating and tilting the reaction jig 2 transported on the transport unit 6. The reaction jig fixed to the transport unit is further transported by the transport unit and sent to the supply unit 4.

回収部5では、受け容器を設置して生成粉末を回収されるが、上記受け容器の大きさを十分大きくして、一定の連続運転毎に交換してもよいし、高圧バルブを介してケーシングと切り離しが可能な構造とし、連続運転中に定期的に生成粉末を回収できるようにしてもよい。
上記回収部では、回収された窒化アルミニウム粉末の塊を解砕する機構が設けられていてもよい。解砕機構としては、たとえば所定の間隔を空けて配置された一対のロール、ロールクラッシャーなどのほかに、ジョークラッシャーなどを用いることも可能である。このようにすることで、本装置から取り出し後、さらに、ピンミル、ハンマーミル、ジェットミルなどで粉砕し、目的の粒度にそろえることが可能である。勿論、解砕する機構は、回収部から取り出した後の工程に設けることも可能である。
In the collection unit 5, a receiving container is installed to collect the produced powder. However, the receiving container may be sufficiently large in size and replaced at regular continuous operations, or the casing may be replaced via a high-pressure valve. The structure may be such that the produced powder can be collected periodically during continuous operation.
The recovery unit may be provided with a mechanism for crushing the recovered lump of aluminum nitride powder. As the crushing mechanism, for example, in addition to a pair of rolls and roll crushers arranged at predetermined intervals, a jaw crusher or the like can be used. By doing so, after being taken out from the present apparatus, it can be further crushed with a pin mill, a hammer mill, a jet mill, or the like to have the desired particle size. Of course, the crushing mechanism can also be provided in the process after being taken out from the collection unit.

通常、製造された窒化アルミニウム粉末は、冷却されてから、回収部5にて回収する前段に、冷却部(図示せず)が設けられていることが好ましい。冷却部では、製造された窒化アルミニウム粉末を回収できる程度の温度に冷却されればよく、冷却方式は自然冷却であっても、熱交換器などの冷却手段などを用いた冷却であってもよい。なお、冷却部では、製造した窒化アルミニウム粉末の酸化を防止する目的で、窒素雰囲気下であることが好ましい。
本発明では、少なくとも、前記供給部から前記着火部を経て窒化アルミニウムが合成されるまでの領域を覆い、内部を窒素ガス雰囲気に維持できるようにした窒素供給手段を備えたケーシング8を設けてなる。
Usually, it is preferable that the produced aluminum nitride powder is provided with a cooling unit (not shown) before being recovered by the recovery unit 5 after being cooled. The cooling unit may be cooled to a temperature at which the manufactured aluminum nitride powder can be recovered, and the cooling method may be natural cooling or cooling using a cooling means such as a heat exchanger. .. The cooling unit is preferably in a nitrogen atmosphere for the purpose of preventing oxidation of the produced aluminum nitride powder.
In the present invention, at least, a casing 8 provided with a nitrogen supply means that covers the region from the supply portion through the ignition portion to the synthesis of aluminum nitride so that the inside can be maintained in a nitrogen gas atmosphere is provided. ..

ケーシング8は、前記したように、窒素ガスを含む雰囲気を加圧状態に保持可能に搬送機構と反応用治具を覆うように構成されている。ケーシングの材料は耐熱および耐圧性の材料からなるものであれば特に制限されないが、通常はステンレス製のものを用いることができる。ケーシング8には、窒素ガスを導入するための窒素ガス供給口と排気口を有する。ケーシング内の圧力は燃焼合成反応時の圧力に相当する。 As described above, the casing 8 is configured to cover the transport mechanism and the reaction jig so that the atmosphere containing nitrogen gas can be maintained in a pressurized state. The material of the casing is not particularly limited as long as it is made of a heat-resistant and pressure-resistant material, but usually a stainless steel casing can be used. The casing 8 has a nitrogen gas supply port and an exhaust port for introducing nitrogen gas. The pressure inside the casing corresponds to the pressure during the combustion synthesis reaction.

ケーシング8は、着火部3、供給部4および窒化アルミニウムが合成される領域を覆うように構成されることが好ましい。またケーシング内に冷却部を設け、窒化アルミニウム粉末を冷却させることが好ましい。 The casing 8 is preferably configured to cover the ignition portion 3, the supply portion 4, and the region where the aluminum nitride is synthesized. Further, it is preferable to provide a cooling portion in the casing to cool the aluminum nitride powder.

図1に示されるように搬送部6上で、窒素雰囲気下にケーシング8で覆われた区分内を反応用冶具2が搬送され、反応用治具2が供給部4に到達すると、供給部4から原料が反応用冶具内に供給される。そして、所定の量の原料が供給部に供給されたのち、さらに反応用冶具が着火部3に搬送されてきた時に着火を行う。着火後、搬送中に燃焼反応が進行し、冷却部で冷却されたのち回収部5に反応用冶具は搬送され、製造された窒化アルミニウム粉末は回収される。本発明では燃焼波の伝播速度に合わせて搬送速度を調整させることが好ましく、これにより安定した窒化反応を行うことができる。 As shown in FIG. 1, when the reaction jig 2 is transported on the transport unit 6 in a section covered with the casing 8 under a nitrogen atmosphere and the reaction jig 2 reaches the supply unit 4, the supply unit 4 The raw material is supplied into the reaction jig. Then, after a predetermined amount of the raw material is supplied to the supply unit, ignition is performed when the reaction jig is further conveyed to the ignition unit 3. After ignition, the combustion reaction proceeds during transportation, and after being cooled by the cooling unit, the reaction jig is transported to the recovery unit 5, and the produced aluminum nitride powder is recovered. In the present invention, it is preferable to adjust the transport speed according to the propagation speed of the combustion wave, whereby a stable nitriding reaction can be performed.

粉末が回収された反応用冶具は、適宜不純物や異物を除去したのち、供給部4に送られ、再度原料が投入される。
このように本発明の製造装置は連続的に窒化アルミニウム粉末を製造できるので、生産効率を高くできる。
The reaction jig from which the powder has been recovered is appropriately removed from impurities and foreign substances, and then sent to the supply unit 4, where the raw material is put in again.
As described above, the manufacturing apparatus of the present invention can continuously manufacture the aluminum nitride powder, so that the production efficiency can be increased.

1…製造装置
2…反応用冶具
3…着火部
4…供給部
5…回収部
6…搬送機構
8…ケーシング
1 ... Manufacturing equipment 2 ... Reaction jig 3 ... Ignition part 4 ... Supply part 5 ... Recovery part 6 ... Conveyance mechanism 8 ... Casing

Claims (4)

金属アルミニウム粉末を含む原料粉末に着火し、該金属アルミニウム粉末の窒化燃焼熱を原料粉末全般に伝播させることにより窒化アルミニウムを合成するための装置であって、
前記原料粉末を充填可能な、上面が解放された容器よりなる反応用冶具と、
前記反応用冶具を一方向に移送する搬送部と、
前記搬送部による反応用冶具の移送方向に対して順に、該反応用冶具に前記原料粉末を供給する供給部と、前記反応用冶具に供給された原料粉末に着火する着火部、前記着火部を経て合成された窒化アルミニウムを含む生成物を前記反応用冶具から排出する回収部とを備え、
少なくとも、前記供給部から前記着火部を経て窒化アルミニウムが合成されるまでの領域を覆い、内部を窒素ガス雰囲気に維持できるようにした窒素供給手段を備えたケーシングを設けてなる、窒化アルミニウム製造装置。
A device for synthesizing aluminum nitride by igniting a raw material powder containing a metallic aluminum powder and transmitting the heat of combustion of nitrided combustion of the metallic aluminum powder to the entire raw material powder.
A reaction jig consisting of a container having an open top surface, which can be filled with the raw material powder,
A transport unit that transfers the reaction jig in one direction,
The supply unit that supplies the raw material powder to the reaction jig, the ignition unit that ignites the raw material powder supplied to the reaction jig, and the ignition unit are arranged in order with respect to the transfer direction of the reaction jig by the transport unit. It is provided with a recovery unit for discharging the product containing aluminum nitride synthesized through the process from the reaction jig.
An aluminum nitride manufacturing apparatus comprising at least a casing provided with a nitrogen supply means that covers a region from the supply portion to the ignition portion through the ignition portion until aluminum nitride is synthesized so that the inside can be maintained in a nitrogen gas atmosphere. ..
前記ケーシングは、窒素ガスを含む雰囲気を加圧状態に保持可能に構成されている、請求項1に記載の窒化アルミニウム製造装置。 The aluminum nitride manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the casing is configured to be able to hold an atmosphere containing nitrogen gas in a pressurized state. 前記搬送部が耐熱性の帯状体により形成されたベルトコンベアにより構成され、前記反応用冶具が前記ベルトコンベアに載置もしくは固定されることにより、移送されるように構成される、請求項1又は2に記載の窒化アルミニウム製造装置。 1. 2. The aluminum nitride manufacturing apparatus according to 2. 前記原料粉末を供給する供給部は、原料粉末を内の空気を窒素置換するための調圧タンクと接続され、雰囲気ガスが窒素置換された原料粉末を前記供給部より供給できるようにした、請求項1から3のいずれか1項に記載の窒化アルミニウム製造装置。 The supply unit for supplying the raw material powder is connected to a pressure adjusting tank for substituting the air inside the raw material powder with nitrogen so that the raw material powder in which the atmospheric gas is nitrogen-substituted can be supplied from the supply unit. Item 6. The aluminum nitride manufacturing apparatus according to any one of Items 1 to 3.
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