JP2601487B2 - アルミナの炭素‐窒化による高純度、超微細、窒化アルミニウムの連続的製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 理論的には、窒化アルミニウムを調製するための最も
簡単な方法はアルミニウム金属を窒素の存在下に加熱す
ることである；この方法は直接窒化と呼ばれる。実際に
は、この方法は、最初考えるよりも、困難である。アル
ミニウムは約660℃において溶融し、そしてアルミニウ
ムと窒素との反応は一般に約800℃で開始するので、ア
ルミニウムは、反応の開始前に、溶融しかつ融合してプ
ールになり、これは反応成分の緊密な接触を妨害する。
さらに、窒化アルミニウムの被膜は、いったん形成する
と、それ以上の反応に対するスキンまたはバリヤーとし
て作用する。こうして、非常に低い収率が得られ、そし
て大量の未反応のアルミニウムが存在するので、生成物
の窒化アルミニウムの純度は低い。

また、窒化アルミニウムは、高温に上昇した酸化アル
ミニウムと炭素との混合物と窒素を反応させることによ
って得ることができる。酸化アルミニウムを窒化物に事
実上完全に転化させるためには、温度が1800℃を越えな
いと同時に、すべての時間において、原料の固体材料の
供給物で充填された全空間を通じて、十分な窒素の流れ
を保証することが重要である。過熱が起こると、これは
蒸発を包含し、この蒸発は反応の効率を悪くし、最終生
成物の品質に悪影響を及ぼし、そして炉の連続的運転を
妨害する焼結を起こすことがある。窒素の欠乏は、局所
的であってさえ、供給物の部分的焼結を伴なう溶融を生
じるので、窒化の完結は不可能となる。

上の問題のために、商業的に入手可能な窒化アルミニ
ウム粉末は非常に高価である。窒化アルミニウムは、通
常、純粋なアルミニウム粉末（ほぼ300メッシュ）を２
工程の作業で窒化することによって製造される。まず、
アルミニウム粉末を延長した期間のわたって約600℃で
窒化して、窒化アルミニウムの被膜を形成し、この被膜
は溶融アルミニウムの融合を防止する。次いで、窒素中
においてほぼ1200〜1400℃において第２の処理を実施す
る。1200〜1400℃における窒素中の生成物は、湿気に対
して不安定であり、そして非常に容易に加水分解する。
生成物を安定化するために、約2000℃における追加の溶
融物処理が必要である。簡単に述べると、この方法は遅
く、長たらしく、そして原価効率的ではない。

ビクター・マンドルフ（Victor Mandorf）,Jrへの米
国特許第3,307,908号は、窒化アルミニウムを製造する
他の方法を記載しており、この方法は30〜60重量％の量
の微粉砕したアルミニウム金属および70〜40重量％の量
の微粉砕した担体材料から成る混合物を形成することか
らなる。担体材料は、窒化アルミニウム、フッ化アルミ
ニウムおよびそれらの混合物から成る群より選択され
る。この方法において、混合物のまわりに窒化雰囲気を
形成し、この雰囲気は窒化アルミニウムに対して不活性
でありかつ酸素および窒化を妨害する他の物質を含有し
ない。一般に、この雰囲気は窒素およびアンモニアから
成る。次いで、この混合物を少なくとも800℃に過熱す
ると、同時に前記雰囲気を存在させ、これによってアル
ミニウムを窒化して窒化アルミニウムを生成する。

クレイア（Clair）への米国特許第3,032,398号におい
て、窒化アルミニウムを調製する他の方法が開示されて
いる。この方法は、酸化アルミニウム、炭素およびアル
ミン酸カルシウムの結合剤から構成された粒状材料を形
成し、この粒状材料を下方に重力によって、細長い外部
加熱された反応ゾーンの中へ連続的に通入し、ここで粒
状材料を1750℃を越えない温度に均一に加熱し、窒素の
流れを前記ゾーンの中に、下降する粒状材料に対して向
流で、連続的に通入して窒化アルミニウムを生成する。
この米国特許第3,032,398号の方法において、電気的に
加熱された高炉を使用して反応を実施し、そしてある量
の石灰のアルミン酸塩、結合剤、を全窒化法の間の崩壊
を防止するために必要とする。この結合剤は外皮を形成
させ、その外皮は酸化アルミニウム−炭素のペレットま
たは凝集の適切な下方の流れを妨害する。この系は、ま
た、反応温度を1750℃以下に保持することを必要とす
る。温度がその温度以下に保持されないかぎり、反応生
成物は粉砕が容易でなく、そしてその意図する目的に使
用できないように思われる。

米国特許第3,032,398号における要件は、向流の電気
高炉を使用して窒化アルミニウムの連続的製造を実施す
る結果であると感じられる。米国特許第3,032,398号に
開示される電気高炉は、この反応を実施するためのすぐ
れた反応器ではない。凝集物のコアへの窒素の流れを妨
害する、凝集物の焼結を回避するために、米国特許第3,
032,398号において、この方法は1750℃以下において実
施された。すぐれたガス粒子の混合はこの反応器におい
て存在せず、そして窒素の局所的欠乏は頻繁に起こる。
この因子は、反応器が外郭から内方への抵抗によって加
熱されるので、発生する付随する不均一な加熱と一緒に
なって、吸熱的転化反応を停止させ、そして供給物を反
応器の壁に過熱しかつ一緒に溶融させる。さらに、カル
シウムおよび炭素の硬い外皮は炉のより冷たい（1200〜
1300℃）部分において形成し、これは、また、凝集物の
適切な下方の流れを妨害する。要約すると、電気高炉は
劣ったガス凝集物の混合、不適切な熱的不均一性および
凝集物の流れの問題によって悩まされる。

過去において、触媒、例えば、フッ化カルシウムは、
使用されないか、あるいは無効であることが発見され
た。クレイアは、米国特許第3,032,398号において、ア
ルミン酸カルシウムを結合剤として使用することを述べ
ているが、触媒についてまったく述べていない。フッ化
ナトリウムは、アルミニウム粉末の直接窒化のための触
媒として使用されてきた。

したがって、本発明の１つの目的は、高速度の生産お
よびきわめて純粋な生成物を可能とする、窒化アルミニ
ウムを製造する方法および装置を提供することである。

本発明の他の目的は、高速度の生産およびきわめて純
粋な生成物を可能とする、炭素−窒化によって窒化アル
ミニウムを製造する方法および装置を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、高速度の生産、きわめて純粋な
生成物および原価効率的な生成物を可能とする、アルミ
ナの炭素−窒化によって窒化アルミニウムを製造する方
法および装置を提供することである。

本発明のほかの目的は、触媒が1600〜1850℃の範囲の
温度における反応の実施を可能とする、アルミナの炭素
−窒化によって窒化アルミニウムを製造する、効率的お
よび原価効率的な方法および装置を提供することであ
る。

本発明は、アルミナの炭素−窒化によって、高純度の
超微細窒化アルミニウム粉末を製造する多工程の統合さ
れた方法である。この方法は、アルミナおよび炭素の化
学量論的混合物を含有し、少量の触媒が添加された、大
きさおよび化学的組成の両者が均一である凝集物を形成
し、よく混合された反応器内でこれらの凝集物を精確に
制御された加熱（furnacing）に付して、均一かつ絶え
ず一定のレベルの転化を達成し、そして反応したばかり
の凝集物を制御された雰囲気中で微粉砕（mill）して、
高純度の、ミクロンの大きさの粉末を生成することから
なる。

アルミナの炭素−窒化は、次の全体の反応を時間て起
こる： Al₃O₃（固体）＋3C（固体）＋N₂（気体） ＝2AlN（固体）＋3CO（気体） 適切に制御すると、この反応を使用して99％より大き
い純度の、ミクロンの大きさの窒化アルミニウム粉末を
製造することができる。

高純度の窒化アルミニウムは、いくつかの高い温度の
方法によって製造できる。成功したもののうちには、ロ
ータリキルン、充填床の反応器および流動床の反応器が
ある。流動床の反応器の方法は、大きい体積の高純度の
窒化アルミニウムを製造するために、連続的モードの実
施について理想的である。

連続的流動床の反応器は、いくつかの理由でアルミナ
の炭素−窒化のための理想的プロセス反応器である。流
動床の反応器は、凝集物と気相との極めてすぐれた混合
およびすぐれた気体の利用を提供する。凝集物と気相と
の混合が極めてすぐれるため、反応器は、また、非常に
均一な温度のプロフィルを有する。すぐれた熱的混合
は、反応が、本発明の場合におけるように、発熱または
吸熱のいかんにかかわらず、均一な反応を生ずる。これ
らの因子は、アルミナ−炭素のペレットが、ここに記載
するように、適切に生成されるかぎり、連続的流動床を
使用するとき、かなり高くつく均一なレベルの転化を生
ずる。本発明の方法にとって好ましい反応器である流動
床の反応器を使用して本発明をさらに説明する。

本発明の方法は、アルミナおよび炭素の化学量論的混
合物を含有し、少量の触媒が添加された、大きさおよび
化学的組成の両者が均一である凝集物を形成し、よく混
合された反応器内でこれらの凝集物を精確に制御された
加熱に付して、均一かつ絶えず一定のレベルの転化を達
成し、そして反応したままの（as−reacted）凝集物を
制御された雰囲気中で微粉砕して、高純度の、ミクロン
の大きさの粉末を生成することからなる。本発明の方法
において最適化すべき変数のうちには、初期の反応成分
の品質、使用温度、窒素の流速、流動床の反応器内に滞
留時間、ペレットの大きさおよびペレットの供給速度が
ある。

最初に、大きさおよび化学的組成の両者が均一であ
り、アルミナおよび炭素の化学量論的混合物から成り、
少量の触媒が添加された凝集物を形成する。窒化アルミ
ニウムを製造する供給材料は、酸化アルミニウム（Al₂O
₃）および炭素のペレットと触媒とから成る。高い表面
積の窒化アルミニウムを得るために、高い表面積、好ま
しくは１〜50m²/gの表面積をもつアルミナを使用して出
発することが好ましい。触媒、好ましくはCaF₂は、窒化
アルミニウムの表面積または大きさに悪影響を及ぼさな
い。例えば、27kg（60ポンド）の供給物をつくるため
に、73.5重量％のアルミナ（Ａ−16）［これはアルコア
・コーポレーション（Alcoa Corporation）から入手で
きる］、26.0重量％の炭素［ターマックス（Thermax］
および0.5重量％のフッ化カルシウムをエイリヒ（Eiric
h）ミキサー［エイリヒ・マシン・インコーポレーテッ
ド（Eirich Machine Inc.）、ニューヨーク州ニュー
ヨークから入手できる］内で高い設定で５分間乾式混合
して、混合物を緊密の配合する。凝集は、12重量％のポ
リビニルアルコール溶液（25容量％のポリビニルアルコ
ールおよび75容量％の水）を高い設定で４分間湿式混合
することによって達成される。４分はポリビニルアルコ
ールを添加するために要する３分を含む。凝集した供給
物を炉内で120℃においてパン中で乾燥する。乾燥した
凝集物を14〜70メッシュで篩がけする。前述の手順は、
−14/＋70の大きさの分画であり、d₅₀がほぼ35メッシュ
である凝集物の80〜85％を生成する。

得ることができる究極の純度および粒子の大きさにと
って、凝集法が所望の大きさおよび化学的組成の高度に
均一なペレットを生成することが、ことに重要である。
アルミナまたは炭素は流動床の反応器内のペレットの間
で移送せずかつその中で移送が制限されるので、各ペレ
ットは成分の化学量論的なかつ均一な混合物を含有し
て、過度に粒子を成長させないで、高度の転化を達成し
なくてはならない。過度の粒子の成長は、窒化アルミニ
ウム粒子をより大きくさせかつ一緒に焼結するので、粉
砕をより困難とする。触媒を使用してこの反応を加速す
るとき、触媒は、また、凝集物内に均一に分布しなくて
はならない。

さらに、反応を続けるために、窒素ガスはペレットの
中に連続的に入らなくてはならず、そして一酸化炭素は
それらから解放されなくてはならない。したがって、ペ
レットは多孔質でなくてはならず、そしてそれらの多孔
度は転化反応の速度を制御する。化学的転化の速度は、
一部分、孔の大きさおよび密度に依存するので、各凝集
物内の孔の大きさおよび分布は均一であることが等しく
重要である。

均一な大きさのペレットは、また、本発明の方法にと
って重要である。よく制御された大きさの分布は、次の
理由で、連続的流動床の反応器の効率よい運転に必須で
ある。流動床内の凝集物の滞留時間は大きさの関数であ
り、転化速度はより小さいペレットについてより速い。
したがって、流動床内の大きさによる凝集物の分離は起
こり、それらの両者は反応したばかりの凝集物の均一性
を低下させるであろう。さらに、使用する反応器の型に
対して独立に、転化反応速度は凝集物の直径の関数であ
ることが示された。大きいペレットと小さいペレットを
反応器内に一緒に入れかつ、大きいペレットが反応して
しまうまで、ペレットを放置する場合、より小さいペレ
ットにおいて粒子の成長が起こるであろう。上の因子が
示すように、ペレットが適切に制御されない場合、生成
物は均一性に劣りかつ純度が低いであろう。

典型的には、流動化のためのガス速度は平均粒子大き
さに基づいて選択する。この例示の場合について、0.05
6m³/分［２標準立方フィート／分（SCFM）］のガス流速
は、500ミクロンの平均凝集物大きさについて最小の流
動化速度を生ずるので選択した。最小の流動化速度を使
用する利点は、すぐれた窒素の利用が達成されるという
ことにある。凝集物の大きさの分布が大きすぎる場合、
微細粒子は流動床の上部から吹出され、そして粗大粒子
は流動床の底に沈むであろう。

さらに、ペレットは多孔質であって、反応が加熱の間
に完結することを保証しなくてはならない。この例示の
ために使用する流動床の反応器は、20cm（８インチ）の
内径および51cm（20インチ）の流動床の高さを有する。
加熱は、流動床と同軸である、高さ107cm（42イン
チ）、直径56cm（22インチ）の誘導コイルによって提供
される。流動床は、2SCFMの窒素ガスの流速で、200時間
以上の間連続的に運転される。ペレットは、転化の温度
および所望レベルに依存して、２〜20時間の流動床内の
滞留時間を有するであろう。転化のレベルへの温度およ
び供給速度の効果は、表１に例示されている。より低い
反応温度において同一程度の転化を達成するために、よ
り低い供給速度を必要とする。供給速度と温度との間の
関係は直線ではなく、あるいは不明であり、それゆえ、
運転温度の注意した変動によって決定しなくてはならな
い。

ペレットが均一な多孔度をもたない場合、反応は均一
ではない。したがって、生成物の100％の転化率は所望
の目標である場合、ペレットは均一な多孔度をもちかつ
孔は均一でなくてはならない。ペレットの各々が多少の
大きい孔および多少の小さい孔を含有し、かつペレット
が炉内にペレットのすべてが反応するために、より長い
時間残留する場合、粒子の成長が起こるであろう。この
場合において、粒子の大きさは均一でなく、凝集物は均
一な粉末の大きさに粉砕することが困難でろう。

次いで、形成したばかりの凝集物を加熱（furnace）
する。所望のメッシュ大きさの酸化アルミニウム、炭素
および触媒のペレットを0.2〜2.7kg（２〜６ポンド）／
時間、好ましくは1.4kg（３ポンド）／時間の速度でグ
ラファイトの供給シュートから供給し、そしてこの供給
シュートはすべて道筋において流動床の表面より下を延
びる。超微細な粉末に微粉砕することのできる高純度の
窒化アルミニウムを製造するためには、炭素−窒化反応
を実施する温度を考慮しなくてはならない。より高い温
度において、窒化アルミニウム粒子は、粉砕が困難であ
る、大きい硬いペレツトと一緒に焼結する。温度は十分
に低い温度において実施して、認められうる焼結および
粒子の成長が回避されるようにすべきである。有意の量
の焼結が起こる場合、反応したばかりのペレットは微粉
砕が困難であり、過度の微粉砕時間を必要とする。ミク
ロンの大きさの粉末を生成するための微粉砕時間は、微
粉砕の間に汚染が時間の関数であるので、最小に保持す
べきである。したがって、反応温度の適切な制御は、微
粉砕が容易である、砕けやすい反応したばかりの凝集物
を製造するために必須であり、それゆえ、微粉砕後、そ
れらの純度を高く保持するであろう。本発明において、
反応は、触媒の作用のために、より低い温度において経
済的に実施できるであろう。

所望の砕けやすさを達成するために、反応は1850℃以
下、好ましくは1600〜1800℃の範囲内で実施しなくては
ならない。過去において、このような低い温度範囲にお
いて反応器を運転することは、生産速度をかんがみて望
ましくないと考えられた。なぜなら、この方法は、ほと
んどの高温転化反応におけるように、熱的に不活性化さ
れ、そして反応温度の低下は反応速度を著しく低下する
からである。より低い温度領域における生産を実際的と
するために、本発明は触媒を使用する。フッ化カルシウ
ムは、正しい量で添加するとき、問題の反応温度におい
て触媒として挙動することが決定された。0.1〜0.75重
量％のCaF₂の濃度は、すぐれた触媒作用を有することが
決定された。CaF₂の濃度が高すぎる（2.5重量％）と、
触媒活性は減少することが発見された。他のフッ化物、
例えば、フッ化イットリウム（YF₃）およびフッ化ナト
リウム（NaF）は、本発明の反応において、より高い温
度の代わりに1600〜1800℃の範囲において同様な触媒作
用を有すると信じられる。過度の焼結が起こるにつれ
て、転化反応は遅延し、そして大量の粒子の成長を起こ
させないで高い転化率を達成することは不可能となる。
加熱条件は、良好に制御して、過度の粒子の成長を回避
しなくてはならない。均一な窒化アルミニウム粒子の大
きさは、それ以上の処理のために適当なミクロンの大き
さの粉末を生成するために必要である。粒子の成長は、
超微細粉末を生成するために微粉砕を非常に困難とする
ので、望ましくない。

再び等は流動床の反応器内でほぼ３〜20時間加熱す
る。本発明の方法に対して好ましい流動床の反応器は、
「熱流動化ガスを生成するための方法および装置」と題
する、本願と同日付け提出のJ.キム（Kim）らの米国特
許出願第 号の同時係属出願に記載され
ており、その教示を引用によってここに記載する。

第２図に示すように、流動床の反応器１は、互いに連
絡する３つの室から構成された炉反応器１からなる。下
の炉室８、すなわち、反応室、は、閉じた床および機械
加工された上部を有する円筒形グラファイト管である。
中央の炉室12は、上部および底部が機械加工されて、下
の炉室８および上の炉室30としっかりスリーブ嵌合す
る、円筒形グラファイト管である。上の炉室30は、両端
がスリーブ嵌合するように機械加工された円筒形グラフ
ァイト管である。炉全体は４本の鋼の支柱46によって支
持されている。すべての金属部分は、後述するように、
誘導コイル15から安全な距離に保持されている。

熱入力は17回巻きの誘導コイル15によって提供され、
この誘導コイルは下の炉室８を取囲み、サセプター11を
加熱する。サセプターは、開口した底および開口した上
部を有する長いグラファイトのシリンダーであり、誘導
コイル15および下の炉室８によって境界される領域内に
位置する。絶縁体５は誘導コイル15とサセプター11との
間に空間において、好ましくはサーマックス（Therma
x）炭素粉末によって、設けられている。炭素のフェル
ト17は、誘導コイル15の上部のまわりの絶縁体として使
用される。木の板９はサセプター11から最も遠い誘導コ
イル15の側に位置して、誘導コイル15を保持しかつそれ
らを所定位置に保持する。カーボンブラック７は、効率
よい加熱のために反応器１内の追加の絶縁源を提供す
る。運転において、サセプター11は誘導コイル15からエ
ネルギーを誘導または引き出し、そして輻射により下の
炉室８を加熱する。サセプター11は、第１の壁が破壊し
た場合、反応室の第２壁として作用する。摩耗性凝集物
が室の壁を侵食するので、破壊はこのタイプの方法を実
施するとき普通に起こる。壁の破壊は熱を逃すことがあ
り、これはその区域における作業者を損傷することがあ
る。それは爆発を起こすことさえあり、反応器、取囲む
装置に損害を与え、そして人員に重大な損傷を与える可
能性を有する。

流動床43は下の炉室８内に位置する。流動床の反応器
１が正常な運転条件下に作動しているとき、流動床は誘
導コイル15の中央部分にまたがる。

調節された連続的供給のために、凝集した供給物を流
動床の反応器１の中に秤量した供給ピンまたはホッパー
41から導入する。フレキシブルシュート42によってホッ
パーへ接続されたスクリュー供給器40は、供給物を長い
グラファイトの供給シュート28を下降させて、中央の炉
室12内に位置する供給シュートの端29へ移送する。次い
で、供給物は下の炉室８の中に自由に落下し、ここで処
理が行なわれる。

同時に、窒素の流動化ガスは、炉50の上部からグラフ
ァイトの入口ラインまたは導管２を通して、バブルキャ
ップ60へ供給される。バブルキャップ60は、下の炉室８
内に位置し、そして流動床または反応ゾーン43より下に
位置する。ガス導管ライン２中の接合の数を最小にし
て、ガスの漏れを回避する。流動化ガスを炉の上部か
ら、誘導コイル15によって加熱されたゾーンを通して導
入すると、流動床43に入る前に、非常に高い温度をガス
は獲得する。加熱されたガスは、上部を通してバブルキ
ャップ60の中に入る。

第３図および第４図は、バブルキャップ60を詳細に例
示する。バブルキャップ60は、ねじの接合の使用によっ
て、室へ嵌合されたグラファイトの上部またはふた65を
有するグラファイトの室からなる。バブルキャップのふ
た65は、複数の孔68が形成されており、それらの孔を通
して熱流動化ガスは逃げることができる。流動化ガスの
ための入口ライン２は、バブルキャップ60のふた65と連
絡しかつそこにおいて終る。バブルキャップは加熱ゾー
ンの下端に位置し、流動化ガスは加熱ゾーンより上の源
から導管２を通してバブルキャップへ供給され、ガスが
加熱ゾーン全体を通過するとき、ガスは導管内で加熱さ
れる。

こうして、運転において、流動化ガスは入口ライン２
を下降してバブルキャップ60内に入る。次いで、流動化
ガスはバブルキャップのふた65を通して上昇して反応室
８内に入る。予熱された流動化ガスは、供給シュートの
端29から解放された供給物を、それが反応室８内にとど
まるとき、流動化する。より重要なことには、上昇する
排ガスは熱を失い始め、この熱は入口ライン２を下降し
て来る流動化ガスに移送され、それを加熱する。この移
送は、流動床の反応器において前に達成されなかった温
度に反応器を維持することを促進する。この向流の熱の
移送は、ガスと固体との間の一定の温度の維持を促進
し、転化率を一定にする。温度は反応室８において2000
℃までに維持することができ、これはパイロメーター
（図示せず）によって示され、のぞき管47から検査する
ことができる。

供給物は、所望の生成物の品質によって決定される特
定した時間の間、反応室８内にとどまる。生成物は、流
動床43の表面付近の下の炉室８の壁における排出シュー
トプラグ４を通すオーバーフローによって、連続的に排
出される。熱い生成物は生成物の排出シュート３（排出
シュートプラグ４中に存在する）を通して排出される。
この排出シュート３は、反応室８から、炉50より下にか
つ鋼のフレーム46内に位置する、回転水冷シリンダー24
の中に延びている。そこで、生成物はほぼ150℃に冷却
されて転化プロセスは消滅する。冷却された生成物は水
冷シリンダー24から重力作動ダンパー25を通してオーバ
ーフローする。重力作動ダンパー25は、水冷シリンダー
24より下に位置しかつそれと連絡し、そして鋼のフレー
ム46によって支持され、ここで生成物は更に低い温度に
さえ冷却する。水冷シリンダー62は水冷シリンダー24を
取囲んで冷却プロセスを促進する。回転クーラーを不活
性ガス、例えば、窒素でパージして、冷却の間生成物が
酸化されないようにすることができる。

反応室８からの熱流動床ガスを、水冷接続管61を通し
て、連行された固体を分離するサイクロンアセンブリー
（図示せず）に導く。水冷コイル62は接続管を取囲んで
冷却を行なう。サイクロンは、また、炉ガス中の存在す
るかもしれない一酸化炭素を燃焼するという追加の目的
をはたす。サイクロン／アフターバーナーは、絶縁体で
ライニングされていて、300℃においてサイクロンを去
るガスを単離する。

流動床の反応器アセンブリーは、５本の冷却水ライン
によて冷却される。30g/分（gpm）の容量のライン（図
示せず）を使用して、誘導コイル15の電力供給（図示せ
ず）を冷却する。４本のさらに他のラインが存在する：
誘導コイル15を冷却するための誘導コイルのライン；上
の炉室30を冷却するための炉ライン；接続器管アセンブ
リーを冷却するためのコネクター管アセンブリーライ
ン；および回転ドラム24を冷却するための回転ドラムラ
イン。これらの冷却ラインの各々は、添付図面において
62で示されている。この炉の合計の冷却水の要求量は43
g/分である。

反応器１は、ガスが反応室の中に導入される方法のた
め、既知の流動床の反応器よりもすぐれている。ガスは
反応器の上部から導入され、そしてバブルキャップに向
かって下方に移動する。ガスは下方に移動するとき、向
流熱移動によって、外に出るガスで加熱される。向流の
熱移動とは、反応器から上昇する廃ガスから失われる熱
が、バブルキャップへ向かって入口ライン２を下に移動
するガスへ移されるので、反応器内に非常に効率よい加
熱系が存在する。

次いで、反応したばかりの凝集物は、6.8kg/時間（15
ポンド／時間）の速度で粉砕される。前述のように、粉
砕前の反応温度の適切な制御は、ミクロンの大きさの粉
末を生成するために要する粉砕時間の量を減少するであ
ろう。また、粉砕時間を最小に保持することは、酸素の
吸収を最小に保持することを保証するであろう。不活性
雰囲気下に粉砕を実施することによって、酸素の吸収は
さらに最小となるであろう。粉砕は不活性雰囲気、例え
ば、窒素の雰囲気の下に実施することができる。第２粉
砕作業を実施して、なお高い表面積を達成することがで
きる。適当な粉砕機の例は、次の通りである:T−15型ジ
ェット・トロスト（Jet Trost）ミル［これはカールロ
チ（Garloch）のザ・プラストマー・ディビジョン（Pla
stomer Division）、トロスト・ミル・デパートメント
（Trost Mill Dept.）、ペンシルバニア州ニュートン
18940、から入手できる］およびスウェコ・ビブロ・エ
ナージー・グラインディング・ミル（Sweco VIBRO En
ergy Grinding Mill）［これはスウェコ・インコーポ
レーテッド（Sweco Inc.）、カリフォルニア州ロサン
ゼルス、から入手できる］。また、他の型のミルを使用
できる。この作業は、前もって、原料粉末、凝集したば
かりのペレットおよび化学反応の均一性を確保するよう
に注意することによって促進され、これらの因子のすべ
ては均一な反応したばかりの窒化アルミニウム粒子の大
きさの生成に必須である。

以上の発明を、次の非制限的実施例によってさらに例
示する。すべての実施例において、N₂の供給速度は0.05
7m³/分（２標準立方フィート／分）（SCFM）である。

実施例１ 温度： 1650±５℃ ペレットの組成： 73.5重量％のＡ−14（アルミナ） 26.0重量％のThermax（炭素） 0.5重量％のCaF₂ ペレットの大きさ： −14/＋70メッシュ（d₅₀＝500ミクロン） 生成物の大きさ： −14/＋70メッシュ（d₅₀＝400ミクロン） 生成物の組成 重量％ ２回標準偏差 試料の数 炭素 1.00 0.41 ７ 酸素 1.04 0.30 ８ 窒素 31.67 0.30 ８ アルミニウム 61.63 1.02 ２ 実施例２ 温度： 1700±５℃ ペレットの組成： 実施例１と同一 ペレットの大きさ： −14/＋70メッシュ（d₅₀＝500ミクロン） 生成物の大きさ： −14/＋70メッシュ（d₅₀＝300ミクロン） 生成物の組成 重量％ ２回標準偏差 試料の数 炭素 0.61 0.08 ５ 酸素 0.64 0.17 ５ 窒素 32.18 1.21 ２ アルミニウム 61.67 0.55 ２ 実施例３ 温度： 1750±５℃ ペレットの組成： 実施例１と同一 ペレットの大きさ： −14/＋70メッシュ（d₅₀＝500ミクロン） 生成物の大きさ： −14/＋70メッシュ（d₅₀＝600ミクロン） 生成物の組成 重量％ ２回標準偏差 試料の数 炭素 0.50 0.3 ７ 酸素 0.53 0.07 ７ 窒素 32.86 1.14 ５ アルミニウム 64.56 0.83 ５ 実施例４ ここに記載した本発明の多くの変更および変化はその
精神および範囲を逸脱しないで行なうことができること
は、明らかである。したがって、記載した特定の実施態
様は、すべての面において、例示的および非制限的であ
ると考慮すべきであり、本発明の範囲は上の説明によっ
てよりはむしろ特許請求の範囲に示されており、それゆ
え特許請求の範囲の同等の手段および範囲内に入るすべ
ての変化はその中に包含されることを意図する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法のフロータイヤグラムである。 第２図は、本発明の方法のための好ましい反応器であ
る、流動床の反応器の垂直断面図である。 第３図は、第２図に示す流動床の反応器のバブルキャッ
プのふたの平面図である。 第４図は、第２図に示す流動床の反応器のバブルキャッ
プのふたの垂直断面図である。 １……流動床の反応器 ２……グラファイトの入口ラインまたは導管 ３……排出シュート ４……排出シュートプラグ ５……絶縁体 ７……カーボンブラック ８……下の炉室 ９……木の板 11……サセプター 12……中央の炉室 15……誘導コイル 17……炭素のフェルト 24……回転水冷シリンダーまたは回転ドラム 25……重力作動ダンパー 28……長いグラファイトの供給シュート 29……供給シュートの端 30……上の炉室 40……スクリュー供給器 41……供給ピンまたはホッパー 42……フレキシブルシュート 43……流動床または反応ゾーン 46……鋼の支柱または鋼のフレーム 47……のぞき管 50……炉反応器または炉 60……バブルキャップ 61……水冷接続管 62……水冷コイル 65……グラファイトの上部またはふた 68……孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨエル・デイ・カツツ アメリカ合衆国ニユーメキシコ州87545 ロスアラモス・ピーオーボツクス1663・ メイルストツプジー‐770 (72)発明者 カール・エイチ・マクマートリイ アメリカ合衆国ニユーヨーク州14174ヤ ングズタウン・ロウアーリバーロード 3939 (72)発明者 アジト・ワイ・セイン アメリカ合衆国オハイオ州44256メジ ナ・トレイルズエンドドライブ 3535 (56)参考文献 特開 昭61−228288（ＪＰ，Ａ) 特公 昭43−25359（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化アルミニウムおよび炭素の化学量論的
   混合物、ならびに0.1ないし0.75重量％のフツ化カルシ
   ウムを緊密に配合して均一な粒径および均一な化学的組
   成を有する凝集物を形成し、 前記凝集物を流動床式反応器内で1850℃以下の温度にお
   いて酸素を除去した窒素含有雰囲気下で加熱して、窒化
   アルミニウムへの転化を達成し、そして 反応したままの凝集物を不活性雰囲気下に微粉砕して、
   ミクロン単位の粒径を有する高純度の窒化アルミニウム
   粉末を生成する、 ことを特徴とする窒化アルミニウムの連続的製造法。