JP2683704B2 - Manufacturing method of aluminum nitride - Google Patents

Manufacturing method of aluminum nitride

Info

Publication number
JP2683704B2
JP2683704B2 JP63259720A JP25972088A JP2683704B2 JP 2683704 B2 JP2683704 B2 JP 2683704B2 JP 63259720 A JP63259720 A JP 63259720A JP 25972088 A JP25972088 A JP 25972088A JP 2683704 B2 JP2683704 B2 JP 2683704B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aln
powder
aluminum
nitriding
aluminum powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP63259720A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02107511A (en
Inventor
滋 伊藤
登 米田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Original Assignee
TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA filed Critical TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Priority to JP63259720A priority Critical patent/JP2683704B2/en
Publication of JPH02107511A publication Critical patent/JPH02107511A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2683704B2 publication Critical patent/JP2683704B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/072Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with aluminium
    • C01B21/0722Preparation by direct nitridation of aluminium

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、窒化アルミニウム(以下AlNと言う)の製
造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing aluminum nitride (hereinafter referred to as AlN).

従来技術とその問題点 AlNは、耐熱性、熱伝導性などに優れているので、近
時高温用容器、IC基板、LSI基板などの材料として注目
されている。これらの材料は、一般にAlN粉末に焼結助
剤および結合剤を混合し、1800〜2000℃程度の温度で焼
結することにより、製造される。AlN粉末の製造方法と
しては、N2またはNH3気流中でAlN2O3とCとの混合粉末
を加熱する還元窒化法、NH3気流中でアルミニウムハラ
イドを窒化する方法、N2またはNH3気流中でアルミニウ
ム粉を加熱する直接窒化法などが知られている。これら
の方法の中でも、直接窒化法は、高純度製品を安価に大
量生産することが出来るので、広く採用されている。
Conventional technology and its problems AlN has recently attracted attention as a material for high temperature containers, IC substrates, LSI substrates, etc. because it has excellent heat resistance and thermal conductivity. These materials are generally manufactured by mixing AlN powder with a sintering aid and a binder and sintering the mixture at a temperature of about 1800 to 2000 ° C. The AlN powder is produced by a reducing nitriding method of heating a mixed powder of AlN 2 O 3 and C in a N 2 or NH 3 stream, a method of nitriding aluminum halide in an NH 3 stream, N 2 or NH 3 A direct nitriding method in which aluminum powder is heated in an air stream is known. Among these methods, the direct nitriding method is widely adopted because it can mass-produce high-purity products at low cost.

しかしながら、直接窒化法においては、反応がアルミ
ニウムの融点よりも著るしく高い温度で行なわれるた
め、Al粉末が相互に融着してしまい、窒化反応が充分に
進行しないという問題点がある。この問題点を解決する
ためには、種々の工夫がなされている。例えば、部分的
に窒化した融着塊を粉砕した後再窒化したり、原料アル
ミニウム粉末にAlN粉末を混在させておくことにより、
アルミニウム粉末の融着を防止するなどの試みがなされ
ている。しかるに、前者の場合には、不純物混入の危険
性、エネルギー使用量の増大などを伴い、後者の場合に
は、生産性の低下を招くので、いずれも根本的な問題点
の解決策とはなり得ない。
However, in the direct nitriding method, since the reaction is performed at a temperature significantly higher than the melting point of aluminum, the Al powders are fused to each other, and the nitriding reaction does not proceed sufficiently. Various measures have been taken to solve this problem. For example, by crushing the partially nitrided fused mass and then renitriding it, or by mixing the raw aluminum powder with AlN powder,
Attempts have been made to prevent fusion of aluminum powder. However, in the former case, there is a risk of contamination with impurities and in an increase in energy consumption, and in the latter case, productivity is lowered, and both are solutions to the fundamental problems. I don't get it.

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて研
究を重ねた結果、窒化反応に供される原料アルミニウム
粉末の表面を予め焼結助剤の前駆体で被覆しておき、こ
れをN2および/またはNH3を含む気流中でアルミニウム
の融点以上で加熱する場合には、これの問題点が実質的
に解消されることを見出した。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted extensive research in view of the problems of the prior art as described above, and as a result, the surface of the raw material aluminum powder to be subjected to the nitriding reaction is preliminarily prepared as a precursor of the sintering aid. It has been found that when the above is coated with and heated at a temperature equal to or higher than the melting point of aluminum in an air stream containing N 2 and / or NH 3 , this problem is substantially eliminated.

すなわち、本発明は、「アルミニウム粉末を加熱下に
窒化して窒化アルミニウムを製造する方法において、原
料アルミニウム粉末を焼結助剤の前駆体で被覆しておく
ことを特徴とする窒化アルミニウムの製造方法」を提供
するものである。
That is, the present invention relates to a "method for producing aluminum nitride by nitriding aluminum powder under heating, wherein the raw material aluminum powder is coated with a precursor of a sintering aid. Is provided.

本発明で使用するアルミニウム粉末の形状、粒径など
は、特に制限されないが、アトマイズ法などにより得ら
れる球状乃至涙滴状のものが好ましく、通常粒径5〜20
0μm程度のものが使用される。
The shape and particle size of the aluminum powder used in the present invention are not particularly limited, but spherical or teardrop-shaped ones obtained by an atomizing method or the like are preferable, and usually a particle size of 5 to 20.
Those having a size of about 0 μm are used.

前述の様に、AlN粉末を焼結して各種の材料を得る際
には、焼結助剤を使用する。本発明においては、アルミ
ニウム粉末からAlNを製造する反応条件下に焼結助剤と
なり得る化合物(これを本明細書においては、焼結助剤
の前駆体若しくは単に前駆体という)により、アルミニ
ウム粉末を被覆しておく。この様な特定構成の原料アル
ミニウム粉末を使用することにより、原料の窒化率が高
まり、且つ生成されるAlNの焼結性が改善される。この
様な前駆体としては、アルカリ土類金属および希土類の
化合物であって、低級アルコール類(メタノール、エタ
ノール、イソプロパノール、n−ブタノールなど)、ケ
トン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)の単独ま
たは混合有機溶媒に溶解可能なものがあげられる。この
有機溶媒に溶解可能という条件は、原料アルミニウムに
対する被覆操作時のために、必要とされるものである。
前駆体としては、アルカリ土類金属および希土類の硝酸
塩、塩化物、臭化物などの無機化合物;アルカリ土類金
属および希土類のアルコキシドなどの有機化合物などが
挙げられる。より具体的には、硝酸イットリウム、塩化
イットリウム、硝酸セリウム、塩化ランタン、臭化カル
シウム、臭化マグネシウム、イットリウム−n−ブトキ
シド、カルシウムメトキシド、マグネシウムイソプロポ
キシドなどが例示される。アルミニウム粉末に対する付
与量は、生成されるAlN粉末表面の酸化物としての被覆
量が0.1〜5重量%(以下単に%とする)となる様な量
とすることが好ましい。この量が0.1%未満の場合に
は、アルミニウム粉末の窒化率および生成AlNの焼結性
が十分に改善されない。一方、5%を上回る場合には、
アルミニウム粉末の窒化率が低下する。
As described above, when sintering the AlN powder to obtain various materials, a sintering aid is used. In the present invention, a compound that can serve as a sintering aid under the reaction conditions for producing AlN from aluminum powder (this is referred to as a precursor or simply a precursor of the sintering aid in the present specification) is used to convert the aluminum powder into a powder. Cover. By using the raw material aluminum powder having such a specific structure, the nitriding rate of the raw material is increased and the sinterability of the generated AlN is improved. Such precursors are compounds of alkaline earth metals and rare earths, which are lower alcohols (methanol, ethanol, isopropanol, n-butanol, etc.) and ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.) alone or in a mixed organic solvent. Those that can be dissolved in. The condition of being soluble in the organic solvent is necessary for the coating operation on the raw material aluminum.
Examples of the precursor include inorganic compounds such as nitrates, chlorides and bromides of alkaline earth metals and rare earths; organic compounds such as alkoxides of alkaline earth metals and rare earths. More specific examples include yttrium nitrate, yttrium chloride, cerium nitrate, lanthanum chloride, calcium bromide, magnesium bromide, yttrium-n-butoxide, calcium methoxide, magnesium isopropoxide and the like. The amount applied to the aluminum powder is preferably such that the coating amount of the produced AlN powder surface as an oxide is 0.1 to 5% by weight (hereinafter simply referred to as%). If this amount is less than 0.1%, the nitriding ratio of the aluminum powder and the sinterability of the produced AlN are not sufficiently improved. On the other hand, if it exceeds 5%,
The nitriding rate of aluminum powder is reduced.

アルミニウム粉末に対する前駆体の付与は、前駆体を
有機溶媒に溶解させた溶液にアルミニウム粉末を浸漬す
るか、該溶液をアルミニウム粉末に散布するなどの任意
の方法で行うことが出来る。
The application of the precursor to the aluminum powder can be performed by any method such as immersing the aluminum powder in a solution in which the precursor is dissolved in an organic solvent, or spraying the solution on the aluminum powder.

前駆体で被覆されたアルミニウム粉末は、常法に従っ
て、N2および/またはNH3を含む気流中でアルミニウム
の融点以上で加熱される。この際、アルミニウム粉末を
被覆している前駆体は、窒化反応開始前に分解して焼結
助剤となるべき酸化物に変化するので、その内部で溶融
したアルミニウムの融着、塊状化などが防止される。窒
化反応が本格的に進行し始めると、酸化物被膜に生じた
クラックから溶融アルミニウムが流出して、直ちに窒化
され、所望のAlN粉末が焼結助剤を含んだ状態で得られ
る。
The aluminum powder coated with the precursor is heated in a stream containing N 2 and / or NH 3 at a temperature equal to or higher than the melting point of aluminum according to a conventional method. At this time, since the precursor coating the aluminum powder is decomposed before the start of the nitriding reaction and changed into an oxide that should serve as a sintering aid, fusion of the aluminum melted inside thereof, agglomeration, etc. To be prevented. When the nitriding reaction begins to proceed in earnest, molten aluminum flows out from the cracks formed in the oxide film and is immediately nitrided to obtain the desired AlN powder containing the sintering aid.

発明の効果 本発明によれば、直接窒化法によりAlNを製造するに
際し、アルミニウム粉末の融着若しくは塊状化を防止し
つつ、ほぼ完全に窒化反応を行わせることが出来る。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, when AlN is produced by the direct nitriding method, it is possible to almost completely carry out the nitriding reaction while preventing fusion or agglomeration of aluminum powder.

また、反応生成物は、柔らかなAlN塊であるため、簡
単に解砕することができ、サブミクロン級の微細なAlN
粉末が得られる。
In addition, the reaction product is a soft AlN mass, so it can be easily crushed, and fine AlN
A powder is obtained.

さらに、得られるAlN粉末には、すでに焼結助剤が均
一に分散された状態で含まれているので、焼結助剤の混
合操作は必ずしも必要ではなくなり、しかもこれを原料
とする焼結体のそりや寸法精度が改善される。
Furthermore, since the obtained AlN powder already contains the sintering aid in a uniformly dispersed state, it is not always necessary to mix the sintering aid, and moreover, a sintered body using this as a raw material The warpage and dimensional accuracy are improved.

実 施 例 以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをよ
り一層明確にする。
EXAMPLES Examples are shown below to further clarify features of the present invention.

実施例1 エタノール100mlにY(NO3・6H2O 1.46gを溶解
させ、これにアルミニウム粉末(商標“AC2500"、東洋
アルミニウム(株)製、250メッシュ通過95%以上、350
メッシュ通過80%以上、酸素含有量0.309%)57gを分散
させた後、恒温槽内でエアーポンプを使用してエタノー
ルを除去し、Y(NO3・6H2Oを2.5%含むアルミニウ
ム粉末を得た。この量は、最終的に得られるAlNを基準
とするY2O3量として、0.5%に相当する。走査電子顕微
鏡写真および電子プローブマイクロアナライザー写真に
より、得られた粉末の表面には、Yを含む化合物からな
る析出物が存在していることが、観察された。
Example 1 Ethanol 100ml to dissolve the Y (NO 3) 3 · 6H 2 O 1.46g, this aluminum powder (trademark "AC2500", Toyo Aluminum Co., Ltd., 250 mesh pass 95% or more, 350
Mesh pass 80% or more, the oxygen content of 0.309%) after the dispersing 57 g, the ethanol was removed using an air pump in a thermostat, Y (NO 3) 3 · 6H 2 O 2.5% containing aluminum powder Got This amount corresponds to 0.5% as the amount of Y 2 O 3 based on the finally obtained AlN. From the scanning electron microscope photograph and the electron probe microanalyzer photograph, it was observed that a precipitate consisting of a compound containing Y was present on the surface of the obtained powder.

次いで、得られたY化合物被覆アルミニウム粉末をN2
ガス流通下の電気炉内において昇温速度15℃/分で900
℃まで昇温し、同温度に2時間保持して窒化処理した。
Then, the obtained Y compound-coated aluminum powder was treated with N 2
900 at a heating rate of 15 ° C / min in an electric furnace under gas flow
The temperature was raised to 0 ° C. and the temperature was maintained for 2 hours for nitriding.

反応終了後のAlN塊の相対密度は、約50%であった。
また、破断面の走査電子顕微鏡写真により、塊状生成物
中の粒子の径は、全て2μm以下であり、サブミクロン
のものが多数を占めることが確認された。また、この塊
状生成物は、細かい粒子が緩やかに結合しているため、
容易に粉砕され、AlN微粉末を簡単に得ることができ
た。
The relative density of the AlN mass after the reaction was about 50%.
Moreover, it was confirmed from the scanning electron micrograph of the fracture surface that the particles in the agglomerated product all had a diameter of 2 μm or less, and many of them were submicron. In addition, this agglomerated product, because the fine particles are loosely bound,
It was easily crushed, and AlN fine powder could be easily obtained.

得られたAlN微粉末の平均粒径、窒化率および該AlN微
粉末を使用して得られたHIP成形体の相対密度を第1表
に示す。
Table 1 shows the average particle diameter of the obtained AlN fine powder, the nitriding ratio, and the relative density of the HIP compact obtained by using the AlN fine powder.

実施例2〜3 実施例1と同様の手法により、YCl3・6H2Oを5%含む
アルミニウム粉末(最終的に得られるAlNを基準とするY
2O3量として、1.35%に相当)およびCe(NO3・6H2O
を7.5%含むアルミニウム粉末(最終的に得られるAlNを
基準とするCeO2量として、2%に相当)を得た。
In the same manner as in Examples 2-3 Example 1, referenced to aluminum powder (the finally obtained AlN containing 5% YCl 3 · 6H 2 O Y
As 2 O 3 amount, equivalent to 1.35%) and Ce (NO 3) 3 · 6H 2 O
To obtain an aluminum powder containing 7.5% (corresponding to 2% of CeO 2 amount based on AlN finally obtained).

これらのY化合物またはCe化合物被覆アルミニウム粉
末を使用して、実施例1と同様にして、AlN微粉末を得
た。
Using these Y compound- or Ce compound-coated aluminum powders, AlN fine powders were obtained in the same manner as in Example 1.

得られたAlN微粉末の平均粒径、窒化率および該AlN微
粉末を使用して得られたHIP成形体の相対密度を第1表
に併せて示す。
Table 1 also shows the average particle diameter of the obtained AlN fine powder, the nitriding ratio, and the relative density of the HIP compact obtained by using the AlN fine powder.

比較例1 Y化合物による被覆を行わない以外は実施例1と同様
にしてAlN微粉末を得た。
Comparative Example 1 AlN fine powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that coating with the Y compound was not performed.

得られたAlN微粉末の平均粒径、窒化率および該AlN微
粉末を使用して得られたHIP成形体の相対密度を第1表
に併せて示す。
Table 1 also shows the average particle diameter of the obtained AlN fine powder, the nitriding ratio, and the relative density of the HIP compact obtained by using the AlN fine powder.

第 1 表 平均粒径 窒化率 相対密度 (μm) (%) (%) 実施例 1 0.85 99.8 98 2 0.83 99.3 97 3 0.90 99.0 99 比較例 1 2.0 5.9 − 注:(イ)平均粒径は、堀場製作所製の“CAPA700"型粒
度測定機により、測定した。
Table 1 Average particle size Nitriding rate Relative density (μm) (%) (%) Example 1 0.85 99.8 98 2 0.83 99.3 97 3 0.90 99.0 99 Comparative example 1 2.0 5.9 − Note: (a) Average particle size is HORIBA It was measured by a "CAPA700" type particle size measuring instrument manufactured by Seisakusho.

(ロ)窒化率は、ケルダール法により測定した。(B) The nitriding rate was measured by the Kjeldahl method.

(ハ)相対密度は、温度1600℃、圧力2000kg/cm2、時間
30分の条件下にホットアイソスタティックプレス法(HI
P)成形体の値である。
(C) Relative density is temperature 1600 ℃, pressure 2000kg / cm 2 , time
Hot isostatic press method (HI
P) The value of the molded product.

実施例4 実施例1と同様の手法により、CaBr2・6H2Oを3%含
むアルミニウム粉末(AlNを基準とするCaO量として、2.
7%に相当)を得た。
Example 4 By the same method as in Example 1, an aluminum powder containing 3% of CaBr 2 .6H 2 O (the amount of CaO based on AlN: 2.
Equivalent to 7%).

このCa化合物被覆アルミニウム粉末を使用し、実施例
1と同様にして、AlN微粉末を得た。
Using this Ca compound-coated aluminum powder, AlN fine powder was obtained in the same manner as in Example 1.

得られたAlN微粉末の平均粒径、窒化率および該AlN微
粉末を使用して得られたHIP成形体の相対密度は、下記
の通りであった。
The average particle size and nitriding rate of the obtained AlN fine powder and the relative density of the HIP compact obtained by using the AlN fine powder were as follows.

平均粒径 0.77μm 窒化率 99.5% 相対密度 97%Average particle size 0.77μm Nitriding rate 99.5% Relative density 97%

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アルミニウム粉末を加熱下に窒化して窒化
アルミニウムを製造する方法において、原料アルミニウ
ム粉末を焼結助剤の前駆体で被覆しておくことを特徴と
する窒化アルミニウムの製造方法。
1. A method for producing aluminum nitride, which comprises nitriding aluminum powder under heating to produce aluminum nitride, wherein raw material aluminum powder is coated with a precursor of a sintering aid.
【請求項2】焼結助剤の前駆体がアルカリ土類金属およ
び希土類の硝酸塩である請求項に記載の窒化アルミニ
ウムの製造方法。
2. The method for producing aluminum nitride according to claim 1, wherein the precursor of the sintering aid is a nitrate of an alkaline earth metal and a rare earth.
JP63259720A 1988-10-14 1988-10-14 Manufacturing method of aluminum nitride Expired - Fee Related JP2683704B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63259720A JP2683704B2 (en) 1988-10-14 1988-10-14 Manufacturing method of aluminum nitride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63259720A JP2683704B2 (en) 1988-10-14 1988-10-14 Manufacturing method of aluminum nitride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02107511A JPH02107511A (en) 1990-04-19
JP2683704B2 true JP2683704B2 (en) 1997-12-03

Family

ID=17338007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63259720A Expired - Fee Related JP2683704B2 (en) 1988-10-14 1988-10-14 Manufacturing method of aluminum nitride

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2683704B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03164476A (en) * 1989-08-07 1991-07-16 Sumitomo Chem Co Ltd Aluminum nitride powder, production thereof and composition for molding containing this powder

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02107511A (en) 1990-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pluym et al. Silver-palladium alloy particle production by spray pyrolysis
Bradshaw et al. Combustion synthesis of aluminum nitride particles and whiskers
WO2006106873A1 (en) Titanium carbide powder and titanium carbide-ceramics composite powder and method for production thereof, and sintered compact from the titanium carbide powder and sintered compact from the titanium carbide/ceramics composite powders and method for production thereof
Simonenko et al. Preparation of MB 2/SiC and MB 2/SiC-MC (M= Zr or Hf) powder composites which are promising materials for design of ultra-high-temperature ceramics
JPS6131358A (en) Silicon nitride sintered body for cutting tool and manufacture
Gandhi et al. Dense amorphous zirconia–alumina by low‐temperature consolidation of spray‐pyrolyzed powders
Chernyavskii Synthesis of ceramics based on titanium, zirconium, and hafnium nitrides
JP3636370B2 (en) Aluminum nitride powder and method for producing the same
JP2683704B2 (en) Manufacturing method of aluminum nitride
JPH07503695A (en) Moisture-proof aluminum nitride powder and its manufacturing and usage methods
EP0615952B1 (en) Method for preparing composite ultrafine particles of aluminum nitride and rare earth nitride
JPH07215707A (en) Large sized aluminum nitride powder and its production
US4528119A (en) Metal borides, carbides, nitrides, silicides, oxide materials and their method of preparation
KR100837357B1 (en) Fabrication method of alumina powders using microwave
Murthy et al. Influence of B 4 C particle size on the synthesis of ZrB 2 by boro/carbothermal reduction method
Castkova et al. Sintering of Ce, Sm, and Pr oxide nanorods
JP3311915B2 (en) Alumina sintered body
JP4958353B2 (en) Aluminum nitride powder and method for producing the same
JP2548192B2 (en) Method for manufacturing aluminum nitride sintered body
WO1991001953A1 (en) Aluminum nitride powder, production thereof, and molding composition containing the same
JPH0421605B2 (en)
JPS63139008A (en) Production of powdery aluminum nitride
JPH0465307A (en) Production of aluminum nitride powder
KR100785058B1 (en) Fabrication method of uniform alumina powder with low-agglomeration using microwave synthesis
KR100341723B1 (en) Process for producing hexagonal Boron Nitride using self-propagating high-temperature synthesis

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees