JP2736548B2 - 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉 - Google Patents
窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉Info
- Publication number
- JP2736548B2 JP2736548B2 JP1135835A JP13583589A JP2736548B2 JP 2736548 B2 JP2736548 B2 JP 2736548B2 JP 1135835 A JP1135835 A JP 1135835A JP 13583589 A JP13583589 A JP 13583589A JP 2736548 B2 JP2736548 B2 JP 2736548B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aluminum nitride
- producing
- gas
- furnace
- continuous furnace
- 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
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary 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
- C01B21/072—Binary 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
- C01B21/0726—Preparation by carboreductive nitridation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary 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
- C01B21/072—Binary 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
- C01B21/0728—After-treatment, e.g. grinding, purification
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はIC基板等材料として用いられる窒化アルミニ
ウムの原料粉末の製造方法とその製造方法を行う連続炉
に関する。
ウムの原料粉末の製造方法とその製造方法を行う連続炉
に関する。
窒化アルミニウム粉末の製法としては、金属アルミニ
ウム粉末を直接窒化する方法、アルミナ等酸化物と炭素
粉末の混合物を窒素ガス雰囲気中で加熱する方法の他に
特願昭63-93500号に開示されているアルミニウム酸化
物、アルミニウム水酸化物の粉末をアンモニアガス、炭
化水素ガスの混合ガス中で還元窒化する方法がある。
ウム粉末を直接窒化する方法、アルミナ等酸化物と炭素
粉末の混合物を窒素ガス雰囲気中で加熱する方法の他に
特願昭63-93500号に開示されているアルミニウム酸化
物、アルミニウム水酸化物の粉末をアンモニアガス、炭
化水素ガスの混合ガス中で還元窒化する方法がある。
また上記製造方法を司る反応炉として、バッチ式が知
られている。
られている。
上記金属アルミニウム粉末を直接窒化する方法では生
成した窒化アルミニウムの粒度が粗く、焼結用原料粉末
として使用するには、粉砕する工程が必要であるため、
不純物が生成窒化アルミニウムに混入しやすく、高純度
製品を得るのが困難である。
成した窒化アルミニウムの粒度が粗く、焼結用原料粉末
として使用するには、粉砕する工程が必要であるため、
不純物が生成窒化アルミニウムに混入しやすく、高純度
製品を得るのが困難である。
アルミナ等酸化物を炭素粉末と混合加熱する方法で
は、窒化アルミニウム生成後に過剰の炭素粉末を空気雰
囲気下等で加熱除去する脱炭工程が必要であるため、当
該高温雰囲気下では目的生成物の窒化アルミニウムが同
時に酸化反応により変質する。
は、窒化アルミニウム生成後に過剰の炭素粉末を空気雰
囲気下等で加熱除去する脱炭工程が必要であるため、当
該高温雰囲気下では目的生成物の窒化アルミニウムが同
時に酸化反応により変質する。
また、炭素に起因する灰分が窒化アルミニウムに混入
する等の根本的な不都合があった。
する等の根本的な不都合があった。
更に、アンモニアおよび炭化水素により還元窒化する
方法においても上記の不都合は避けられるものの、能率
良く反応を進めるためには、 Al2O3＋2NH3＋（3/m）CmHn＝ 2AlN＋3CO＋〔（3n/2m）＋３〕H2 なる反応により一酸化炭素、水素等の副生ガスが発生す
るので、当該副生ガスを可能な限り除去して、分圧を低
く保つ手立てを講じる必要があり、化学量論的に必要な
量よりはるかに多量の原料ガスが必要である。
方法においても上記の不都合は避けられるものの、能率
良く反応を進めるためには、 Al2O3＋2NH3＋（3/m）CmHn＝ 2AlN＋3CO＋〔（3n/2m）＋３〕H2 なる反応により一酸化炭素、水素等の副生ガスが発生す
るので、当該副生ガスを可能な限り除去して、分圧を低
く保つ手立てを講じる必要があり、化学量論的に必要な
量よりはるかに多量の原料ガスが必要である。
上記還元窒化法をバッチ式の反応炉で行う場合、実際
には合成反応は集中的に進行するので、上記副生ガスの
分圧を一定値以下に保つため、混合ガスの流量を大幅に
変化させる必要があり、コントロールが困難であるとと
もに、無駄が多く、このような制御系の欠点を是正する
解決策の研究が行われてきた。
には合成反応は集中的に進行するので、上記副生ガスの
分圧を一定値以下に保つため、混合ガスの流量を大幅に
変化させる必要があり、コントロールが困難であるとと
もに、無駄が多く、このような制御系の欠点を是正する
解決策の研究が行われてきた。
上記問題点を解決するために本発明では、Al2O3、Al
(OH)3の一種または二種よりなる粉末をアンモニアガス
(NH3)と炭化水素ガス(CmHn)の混合ガスの中で温度1300
〜1600℃、好ましくは1400〜1600℃で加熱還元し、且つ
前記混合ガスの容量比がCmHnをCH4に換算して、NH3／CH
4＝10〜2000、好ましくは30〜100である窒化アルミニウ
ムの製造方法において、前記加熱処理直後に前記混合ガ
スまたはアンモニアガス存在下で温度1000〜1300℃で後
熱処理を行うことにより、脱炭処理を行う窒化アルミニ
ウムの製造方法を開発した。
(OH)3の一種または二種よりなる粉末をアンモニアガス
(NH3)と炭化水素ガス(CmHn)の混合ガスの中で温度1300
〜1600℃、好ましくは1400〜1600℃で加熱還元し、且つ
前記混合ガスの容量比がCmHnをCH4に換算して、NH3／CH
4＝10〜2000、好ましくは30〜100である窒化アルミニウ
ムの製造方法において、前記加熱処理直後に前記混合ガ
スまたはアンモニアガス存在下で温度1000〜1300℃で後
熱処理を行うことにより、脱炭処理を行う窒化アルミニ
ウムの製造方法を開発した。
尚、好ましくは、Al2O3、Al(OH)3の一種または二種よ
りなる粉末中に、カーボン粉末を、C/Al2O3＝0.01〜0.3
となる範囲で添加する。
りなる粉末中に、カーボン粉末を、C/Al2O3＝0.01〜0.3
となる範囲で添加する。
上記混合ガスまたはアンモニアガス存在下で温度1000
〜1300℃で後熱処理を行う方法によれば、1300〜1600℃
（好ましくは1400〜1600℃）の生成処理工程で、過剰の
炭化水素ガスが分解して生成した、窒化アルミニウム粒
子に付着している炭素を、生成窒化アルミニウムの酸化
を伴わずに除去することができるので問題点が併せて回
避され、従来の製造方法が直面していた難課題、即ち窒
化アルミニウム生成系の安定と高効率化および脱炭時の
酸化防止により生成物の高純度回収法を全て解決でき
た。
〜1300℃で後熱処理を行う方法によれば、1300〜1600℃
（好ましくは1400〜1600℃）の生成処理工程で、過剰の
炭化水素ガスが分解して生成した、窒化アルミニウム粒
子に付着している炭素を、生成窒化アルミニウムの酸化
を伴わずに除去することができるので問題点が併せて回
避され、従来の製造方法が直面していた難課題、即ち窒
化アルミニウム生成系の安定と高効率化および脱炭時の
酸化防止により生成物の高純度回収法を全て解決でき
た。
本発明の窒化アルミニウムの製造方法で使用される原
料のアルミナ粉末の平均粒径は２μｍ以下であることが
好ましい。
料のアルミナ粉末の平均粒径は２μｍ以下であることが
好ましい。
仮に、粒径が２μｍ以上である場合には、生成反応に
長時間を要し、また反応の進行が不十分で未反応のアル
ミナが残り易く、更に合成された窒化アルミニウムの粒
度が粗くなり、生成後粉砕しないと焼結用粉末として適
さない。
長時間を要し、また反応の進行が不十分で未反応のアル
ミナが残り易く、更に合成された窒化アルミニウムの粒
度が粗くなり、生成後粉砕しないと焼結用粉末として適
さない。
本発明の窒化アルミニウムの製造方法の合成温度は13
00〜1600℃であるが、仮に1300℃以下の場合には反応時
間が長くなり、未反応のアルミナが残り易く、逆に1600
℃以上ではアンモニアの分解が顕著となり反応が遅くな
るほか、生成粒子間の結合が著しくなり、後工程として
粉砕が必要となることがある。
00〜1600℃であるが、仮に1300℃以下の場合には反応時
間が長くなり、未反応のアルミナが残り易く、逆に1600
℃以上ではアンモニアの分解が顕著となり反応が遅くな
るほか、生成粒子間の結合が著しくなり、後工程として
粉砕が必要となることがある。
アンモニアを含む混合ガスによる脱炭工程では、温度
1000℃以下、および1300℃以上では、脱炭効果が著しく
劣る。
1000℃以下、および1300℃以上では、脱炭効果が著しく
劣る。
本発明では更に、上記窒化アルミニウムの合成および
脱炭工程を行わしめる反応炉についても、考察を加え
た。
脱炭工程を行わしめる反応炉についても、考察を加え
た。
即ち、窒化アルミニウムの製造を行わせしめるプッシ
ャー式連続炉において、1300〜1600℃の反応域の次に10
00〜1300℃の第２の反応域を設け、窒化アルミニウム合
成後の脱炭工程を連続的に行う反応炉を開発した。
ャー式連続炉において、1300〜1600℃の反応域の次に10
00〜1300℃の第２の反応域を設け、窒化アルミニウム合
成後の脱炭工程を連続的に行う反応炉を開発した。
上記連続炉を使用することにより、窒化アルミニウム
の合成反応の際副生する一酸化炭素並びに水素等のガス
の除去を目的としたアンモニアガスと炭化水素ガスの混
合ガス流量の制御を効率良く行うことが可能で、前記混
合ガスないしアンモニアガスの存在下で生成物の酸化劣
化を伴うことなく付着炭素の脱炭処理も行うため、生産
工程が簡便になり、反応の管理、コントロールが容易・
確実となる。
の合成反応の際副生する一酸化炭素並びに水素等のガス
の除去を目的としたアンモニアガスと炭化水素ガスの混
合ガス流量の制御を効率良く行うことが可能で、前記混
合ガスないしアンモニアガスの存在下で生成物の酸化劣
化を伴うことなく付着炭素の脱炭処理も行うため、生産
工程が簡便になり、反応の管理、コントロールが容易・
確実となる。
更に、炉内壁材を純度99.9％以上のアルミナ、または
窒化アルミニウムとすることにより、炉材より生成窒化
アルミニウムに不純物が混入するのを防止することがで
きる。
窒化アルミニウムとすることにより、炉材より生成窒化
アルミニウムに不純物が混入するのを防止することがで
きる。
（実施例１） 純度99.9％（SiO2＝100ppm、Fe2O3＝70ppm）、一次粒
子径平均0.5μｍのアルミナ粉末にカーボン粉末をC/Al2
O3＝0.01〜0.3の範囲で添加混合した後に、アルミナ製
容器に約5mmの深さに充填し、反応炉中央にセットしてN
H3を2l/min、およびC3H8を100cc/minの割合で炉内に供
給しながら1500℃で２時間加熱する。
子径平均0.5μｍのアルミナ粉末にカーボン粉末をC/Al2
O3＝0.01〜0.3の範囲で添加混合した後に、アルミナ製
容器に約5mmの深さに充填し、反応炉中央にセットしてN
H3を2l/min、およびC3H8を100cc/minの割合で炉内に供
給しながら1500℃で２時間加熱する。
上記反応終了後、続いて炉内温度を1200℃に下げ、C3
H8の供給を止めてNH3のみの雰囲気で２時間保持して脱
炭を行う。
H8の供給を止めてNH3のみの雰囲気で２時間保持して脱
炭を行う。
得られた窒化アルミニウムを分析したデータを、他の
実施例１′および比較例２〜５のデータとともに第１表
に示す。
実施例１′および比較例２〜５のデータとともに第１表
に示す。
この結果から本発明の窒化アルミニウムの製造方法
は、酸素成分、残留炭素成分、金属不純物による汚染度
ともに従来方法を凌駕する優れた品質の窒化アルミニウ
ムを与えることが明らかになった。
は、酸素成分、残留炭素成分、金属不純物による汚染度
ともに従来方法を凌駕する優れた品質の窒化アルミニウ
ムを与えることが明らかになった。
尚、本実施例では1000〜1300℃の後熱処理工程の脱炭
効果を従来例と比較して調査するために、使用合成炉は
従来の簡易型汎用炉を用いた。
効果を従来例と比較して調査するために、使用合成炉は
従来の簡易型汎用炉を用いた。
（実施例２） 第１図に本発明の窒化アルミニウム製造用連続炉の概
略を示す。
略を示す。
図示の反応炉は炉芯管および匣が純度99.9％（SiO2＋
Fe2O3が約0.05％）のアルミナ焼結体よりなる気密な外
熱式プッシャー炉であり、原料粉末フィード側（２）か
ら電気炉（１）によりそれぞれ加熱温度の異なる予熱帯
（４）、合成帯（５）、脱炭帯（６）、冷却帯（７）の
４ゾーンにより構成される。
Fe2O3が約0.05％）のアルミナ焼結体よりなる気密な外
熱式プッシャー炉であり、原料粉末フィード側（２）か
ら電気炉（１）によりそれぞれ加熱温度の異なる予熱帯
（４）、合成帯（５）、脱炭帯（６）、冷却帯（７）の
４ゾーンにより構成される。
平均粒径約１μｍの水酸化アルミニウム粉末を約5mm
の深さで皿型のアルミナ製匣に充填し、上記連続炉中を
移動させる。
の深さで皿型のアルミナ製匣に充填し、上記連続炉中を
移動させる。
電気炉（１）により合成帯（５）を1500℃に保持し、
反応用ガスのNH3とC3H8の比をNH3／C3H8＝20に設定し
て、２時間反応させて窒化アルミニウムの合成を行う。
反応用ガスのNH3とC3H8の比をNH3／C3H8＝20に設定し
て、２時間反応させて窒化アルミニウムの合成を行う。
上記反応終了後、生成窒化アルミニウムを、脱炭ゾー
ン（６）に移動し、電気炉（１）により脱炭帯（６）を
1300℃に保持し、２時間にわたって上記混合ガス（９）
を連続炉の生成物出口側（３）から供給し、窒化アルミ
ニウムに含有される炭素分を除去する。
ン（６）に移動し、電気炉（１）により脱炭帯（６）を
1300℃に保持し、２時間にわたって上記混合ガス（９）
を連続炉の生成物出口側（３）から供給し、窒化アルミ
ニウムに含有される炭素分を除去する。
以上の諸操作により得られた窒化アルミニウム粉末
は、全酸素量1.2％、全炭素量0.02％という優れた分析
値を示し、当該窒化アルミニウム粉末に焼結助剤として
５％のY2O3を添加して1800℃、２時間の常圧焼結を行う
ことにより、嵩密度3.3、熱伝導率180W/mKの良好な品質
の窒化アルミニウム焼結体が得られた。
は、全酸素量1.2％、全炭素量0.02％という優れた分析
値を示し、当該窒化アルミニウム粉末に焼結助剤として
５％のY2O3を添加して1800℃、２時間の常圧焼結を行う
ことにより、嵩密度3.3、熱伝導率180W/mKの良好な品質
の窒化アルミニウム焼結体が得られた。
尚、上記連続炉の炉内壁材としては、目的生成物であ
る窒化アルミニウムは勿論のことであるが、アルミナ焼
結体も表面から順次還元窒化されて窒化アルミニウムと
なるので好ましい。
る窒化アルミニウムは勿論のことであるが、アルミナ焼
結体も表面から順次還元窒化されて窒化アルミニウムと
なるので好ましい。
この場合、アルミナ焼結体が窒化アルミニウム焼結体
へ変化する際の変形、割れ、強度劣化等は無視し得る。
へ変化する際の変形、割れ、強度劣化等は無視し得る。
また、脱炭過程においては炭化水素ガスは不必要であ
るので、反応帯と脱炭帯の中間から炭化水素ガスを添加
すると無駄がなく効果的である。
るので、反応帯と脱炭帯の中間から炭化水素ガスを添加
すると無駄がなく効果的である。
また、前記連続炉は、原料粉末を適当な粒度に造粒す
れば、縦型炉を用いても、同様な合成反応を行い得る。
れば、縦型炉を用いても、同様な合成反応を行い得る。
本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、酸素含有量
および炭素含有量の少ない高品質の窒化アルミニウムを
提供し得る。
および炭素含有量の少ない高品質の窒化アルミニウムを
提供し得る。
また、本発明の窒化アルミニウム製造用連続炉によ
り、むらの少ない均質な窒化アルミニウム粉末を連続的
に製造することが可能となった。
り、むらの少ない均質な窒化アルミニウム粉末を連続的
に製造することが可能となった。
第１図は本発明の窒化アルミニウム製造用連続炉の概略
図である。 （１）……電気炉 （２）……炉入口 （３）……炉出口 （４）……予熱帯 （５）……合成帯 （６）……脱炭帯 （７）……冷却帯 （８）……ガス置換室 （９）……混合ガス
図である。 （１）……電気炉 （２）……炉入口 （３）……炉出口 （４）……予熱帯 （５）……合成帯 （６）……脱炭帯 （７）……冷却帯 （８）……ガス置換室 （９）……混合ガス
Claims (2)
- 【請求項１】Al2O3、Al(OH)3の一種または二種よりなる
粉末をアンモニアガス(NH3)と炭化水素ガス(CmHn)の混
合ガスの中で温度1300〜1600℃で加熱還元し、且つ前記
混合ガスの容量比がCmHnをCH4に換算して、NH3／CH4＝1
0〜2000である窒化アルミニウムの製造方法において、
前記加熱処理直後に前記混合ガスまたはアンモニアガス
中で1000〜1300℃の温度で後熱処理を行うことを特徴と
する窒化アルミニウムの製造方法。 - 【請求項２】上記１項の窒化アルミニウムの製造を行わ
せしめるプッシャー式連続炉において、1300〜1600℃の
反応域の次に1000〜1300℃の第２の反応域を設けたこと
を特徴とする窒化アルミニウム製造用連続炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1135835A JP2736548B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1135835A JP2736548B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH035310A JPH035310A (ja) | 1991-01-11 |
| JP2736548B2 true JP2736548B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=15160884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1135835A Expired - Fee Related JP2736548B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2736548B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2694548B1 (fr) * | 1992-08-10 | 1994-10-07 | Catalyse Chimie Mate Lab | Procédé de préparation de nitrure d'aluminium. |
| US5279808A (en) * | 1992-12-17 | 1994-01-18 | United Technologies Corporation | Metal nitride powders |
| JP2002262612A (ja) * | 2001-03-07 | 2002-09-17 | Tsutomu Tomabechi | 播種用作業機 |
| WO2004108596A1 (ja) * | 2003-06-09 | 2004-12-16 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 非酸化物系粒子の製造方法 |
| JP7401330B2 (ja) * | 2020-02-03 | 2023-12-19 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粉末の製造方法および製造装置 |
| CN111825066B (zh) * | 2020-07-31 | 2022-03-01 | 山东恒晶新材料有限公司 | 一种自催化高纯氮化铝的制备方法 |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP1135835A patent/JP2736548B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH035310A (ja) | 1991-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Selvaduray et al. | Aluminium nitride: review of synthesis methods | |
| US5166103A (en) | Method of making monotunsten carbide and mixtures of monotungsten carbide-titanium carbide powders | |
| JPS6112844B2 (ja) | ||
| JP2736548B2 (ja) | 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉 | |
| KR20160020594A (ko) | 탄질화티타늄 분말의 제조 방법 | |
| US5338523A (en) | Method of making transition metal carbide and boride powders | |
| CN113493191B (zh) | 制备高纯度α-氮化硅粉的方法及高纯度α-氮化硅粉 | |
| EP0122897B1 (en) | A process for the production of silicon nitride | |
| EP0620803A1 (en) | Process for preparing ultrafine aluminum nitride powder | |
| JPS6111886B2 (ja) | ||
| JPH07309611A (ja) | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 | |
| CA2008645C (en) | Process for producing sinterable crystalline aluminum nitride powder | |
| JPH0352402B2 (ja) | ||
| KR102377938B1 (ko) | 다공성 카본도가니를 활용한 질화알루미늄의 제조방법 | |
| JP2852087B2 (ja) | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 | |
| JPH10203806A (ja) | 窒化硼素粉末の製造方法 | |
| JPS62100403A (ja) | 高純度六方晶窒化硼素微粉末の製造方法 | |
| JPS6042164B2 (ja) | 粉末の製造方法 | |
| JPS6259507A (ja) | Ｔｉ窒化物超微粉の製造方法及びその装置 | |
| JPH09156909A (ja) | 窒化ケイ素粉末の連続製造方法 | |
| JPS6168310A (ja) | シリコン切粉を原料とする高純度窒化けい素の製造方法 | |
| JP2003034511A (ja) | 窒化アルミニウム粉末の製造方法 | |
| JPS6227003B2 (ja) | ||
| JPS6117764B2 (ja) | ||
| JPH05310406A (ja) | 窒化アルミニウム粉末の純化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |