JP3479160B2 - 窒化アルミニウム顆粒及びその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム顆粒及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な窒化アルミニウ
ム顆粒に関する。詳しくは、均一な密度を有し、変形が
小さく寸法精度の高い焼結体を得ることが可能なプレス
成形体の製造に好適な窒化アルミニウム顆粒及びその製
造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】最近のＬＳＩの集積度の飛躍的な向上に
伴うＩＣチップの発熱量増大により、従来より使用され
ているアルミナでは熱特性が不十分で、放熱が限界に達
しつつある。 【０００３】これに対し、窒化アルミニウム粉末は、高
熱伝導率、高絶縁性を有し、パッケ−ジ材料等のエレク
トロニクス材料として極めて有用な窒化アルミニウム焼
結体の原料として脚光を浴びている。 【０００４】従来、窒化アルミニウム焼結体を得る一つ
の方法として、窒化アルミニウム粉末を顆粒に造粒した
後、該窒化アルミニウム顆粒を成形型の中に詰めてプレ
ス成形機で加圧する、いわゆる乾式プレスにより成形し
てプレス成形体を得、焼成する方法が知られている。ま
た、上記方法において、窒化アルミニウム顆粒の製造に
は、一般にスプレ−ドライヤ−法が採用されている 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来よ
り採用されている方法によって得られた窒化アルミニウ
ム顆粒を用いてプレス成形を行った場合、得られる窒化
アルミニウム燒結体の変形が大きく、高い寸法精度を実
現することが困難であるという問題を有する。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、プレス成形
時の前記窒化アルミニウム顆粒の流動性が、得られるプ
レス成形体の均一性に影響を与え、ひいては得られる成
形体の変形を招くという知見を得た。 【０００７】そして、更に研究を重ねた結果、窒化アル
ミニウム顆粒の嵩比重、平均粒径、破壊強度等の諸物性
と共に、その流動性が特定の値以上に調整された窒化ア
ルミニウム顆粒が上記の目的を達成し得ることを見い出
し、本発明を提案するに至った。 【０００８】即ち、本発明は、窒化アルミニウム粉末１
００重量部に対して結合剤０．１〜３０重量部を配合し
てなり、嵩比重が０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3であり、平
均粒径が２０〜５００μｍであり、破壊強度が０．５〜
５ｇであり、且つ、流動度が５０ｓ／５０ｇ以下である
ことを特徴とする窒化アルミニウム顆粒である。 【０００９】本発明の窒化アルミニウム顆粒を構成する
窒化アルミニウム粉末は公知のものが何ら制限無く使用
される。特に、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結
体を得るためには、酸素含有量や陽イオン不純物の少な
いことが好ましい。即ち、不純物となる酸素含有量が
１．５重量％以下、陽イオン不純物が０．３重量％以下
である窒化アルミニウム粉末が好適である。更に、酸素
含有量が０．４〜１．３重量％、陽イオン不純物が０．
２重量％以下である窒化アルミニウム粉末がより好適で
ある。 【００１０】尚、上記不純物の表示は窒化アルミニウム
をアルミニウムと窒素の１：１の化合物とし、これ以外
のものをすべて不純物として扱う。但し、窒化アルミニ
ウム粉末の表面は空気中で不可避的に酸化され、Ａｌ−
Ｎ結合がＡｌ−Ｏ結合に置き換っているが、この結合Ａ
ｌは陽イオン不純物とみなさず、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｏの
結合をしていない金属アルミニウムを陽イオン不純物と
して扱った。 【００１１】また、本発明で用いられる窒化アルミニウ
ム粉末の粒子は、粒子径の小さいものが揃っているもの
が好ましい。例えば、遠心式粒度分布測定装置で測定さ
れる平均粒子径が５μｍ以下、さらには０．５〜３μｍ
であることが好ましい。 【００１２】本発明の窒化アルミニウム顆粒を構成する
結合剤は、一般にセラミック粉末の成形に用いられるも
のが何ら制限されず使用できる。例えば、ポリビニルブ
チラ−ル、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリエチルメタ
クリレ−ト、ポリ２−エチルヘキシルメタクリレ−ト、
ポリブチルメタクリレ−ト、ポリアクリレ−ト、セルロ
−スアセテ−トブチレ−ト、ニトロセルロ−ス、メチル
セルロ−ス、ヒドロキシメチルセルロ−ス、ポリビニル
アルコ−ル、ポリオキシエチレンオキサイド及びポリプ
ロピレンオキサイド等の含酸素有機高分子体；石油レジ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の
炭化水素系合成樹脂；ポリ塩化ビニ−ル；ワックス及び
そのエマルジョン等の有機高分子体が１種または２種以
上混合して使用される。結合剤として使用する有機高分
子体の分子量は特に制限されないが、一般には３０００
〜１００００００、好ましくは、５０００〜３００００
０のものを用いると、プレス成形により得られる窒化ア
ルミニウム粉末成形体の密度が上昇するために好まし
い。 【００１３】前記の窒化アルミニウム粉末と結合剤との
混合割合は、窒化アルミニウム１００重量部に対して結
合剤を０．１〜３０重量部である。結合剤の量が上記範
囲より少ない場合には、強度不足のために良好なプレス
成形体が成形できず、多い場合には、プレス成形し、焼
成して得られる窒化アルミニウム焼結体の物性が低下す
るため好ましくない。 【００１４】上記範囲のうち、特に良好な流動性を有す
る顆粒を得るために、該結合剤の混合割合は２〜１５重
量部であることがさらに好ましい。 【００１５】本発明の窒化アルミニウム顆粒の嵩比重は
０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3の範囲である。嵩比重が０．
５ｇ／ｃｍ3未満のときには、焼結体内部に空隙が多く
残ったりして焼結体の密度が低くなり、良好な焼結体が
得られない。一方、嵩比重が１．５ｇ／ｃｍ3を越える
窒化アルミニウム顆粒は製造が困難である。得られる窒
化アルミニウム粉末成形体の空隙発生を抑制するために
は、嵩比重０．８〜１．３ｇ／ｃｍ3の範囲であること
が好ましい。 【００１６】また、本発明の窒化アルミニウム顆粒の平
均粒径は２０〜５００μｍの範囲である。平均粒径が２
０μｍ未満のときは静電反発などにより嵩高くなり、結
果的に十分な嵩比重が得られず、前記のような不都合を
生じる。一方、５００μｍを越えるときは個々の顆粒間
の空隙が大きくなり、焼結後に内部空隙が残存し、良好
な焼結体が得られない。 【００１７】高密度の窒化アルミニウム粉末成形体を得
るためには、窒化アルミニウム顆粒の平均粒径は２５〜
３００μｍの範囲であることが特に好ましい。また、粗
大な粒子や微小な粒子は、得られる窒化アルミニウム粉
末成形体の密度に悪影響を及ぼすため、粒径が１０μｍ
未満及び８００μｍを越える窒化アルミニウム顆粒は、
それぞれ５重量％以下であることが好ましい。 【００１８】本発明の窒化アルミニウム顆粒の破壊強度
は０．５〜５ｇの範囲でなければならない。破壊強度が
０．５ｇより小さい場合には、輸送等の取り扱い中に窒
化アルミニウム顆粒が破壊したり、プレス成形時におい
て早期に顆粒が破壊されることによって顆粒相互の移動
による最密充填化が妨げられ、プレス成形体の密度が上
昇しないため好ましくない。また、破壊強度が５ｇを越
える場合には、プレス成形によって窒化アルミニウム粉
末成形体を製造する際に窒化アルミニウム顆粒の粒界に
よる空隙が多数残存するために好ましくない。上記窒化
アルミニウム顆粒の破壊強度は、プレス成形体の密度向
上を勘案すると、０．７〜４ｇの範囲であることが特に
好ましい。 【００１９】本発明の窒化アルミニウム顆粒の流動度
は、ＪＩＳ Ｚ−２５０２に準じて測定され、５０ｓ
（秒）／５０ｇ以下の範囲にあることに最大の特徴を有
する。即ち、流動度が５０ｓ／５０ｇより大きい窒化ア
ルミニウム顆粒は、プレス成形時に、成形型への顆粒の
充填が不均一になり、窒化アルミニウム粉末成形体内の
密度が不均一となる為、焼成後の焼結体の変形が大き
く、高い寸法精度を有する窒化アルミニウム焼結体を得
ることができない。 【００２０】上記窒化アルミニウム顆粒の流動度は、上
記したように５０ｓ／５０ｇ以下であれば良いが、密度
が均一な窒化アルミニウム粉末成形体を得るためには、
２５〜４５ｓ／５０ｇの範囲がさらに好ましい。因に、
本発明の後述する製法によれば、２０ｓ／５０ｇ程度の
ものまで製造可能である。 【００２１】本発明の窒化アルミニウム顆粒の形状は何
ら制限されず、任意の形状であってよいが、製造方法に
由来して球状またはそれに近い形状のものが一般的であ
る。本発明において空隙の少ない高密度の窒化アルミニ
ウム顆粒は真球状であることが好ましく、例えば、短径
と長径の比から求めた真球度が０．９３以上のものが好
ましく用いられる。本発明の窒化アルミニウム顆粒は、
どのような方法で製造されても良いが、次の方法が好ま
しく採用される。即ち、窒化アルミニウム粉末、結合剤
及び有機溶剤より成る混合物を造粒し、その後に、乱流
の気体中に顆粒を滞在させて窒化アルミニウム顆粒を製
造する方法である。 【００２２】本発明の窒化アルミニウム顆粒の製造にお
いて好ましく使用される有機溶媒としては、例えば、ア
セトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケト
ン等のケトン類；エタノ−ル、プロパノ−ル及びブタノ
−ル等のアルコ−ル類；ベンゼン、トルエン及びキシレ
ン等の芳香族炭化水素類；あるいはトリクロロエチレ
ン、テトラクロロエチレン及びブロムクロロメタン等の
ハロゲン化炭化水素類の１種または２種以上が混合物が
挙げられる。有機溶媒の量は、２０〜２００重量部の範
囲から選択され、使用される。 【００２３】上記組成に加えて、一般に、泥奬の分散性
を高めるため界面活性剤を採用される。界面活性剤は、
公知のものが何ら制限無く採用されるが、特に、親水性
親油性バランス（以下、ＨＬＢと略す。）が４．５〜１
８のもの、さらに好ましくは、６．０〜１０．０のもの
が窒化アルミニウム粉末成形体の成形密度が上がるため
に好適に採用される。尚、本発明におけるＨＬＢは、デ
−ビスの式により算出された値である。 【００２４】本発明において好適に使用しうる界面活性
剤を具体的に例示すると、カルボキシル化トリオキシエ
チレントリデシルエ−テル、ジグセリンモノオレ−ト、
ジグリセリンモノステアレ−ト、カルボキシル化ヘプタ
オキシエチレントリデシルエ−テル、テトラグリセリン
モノオレ−ト、ヘキサグリセリンモノオレ−ト、ポリオ
キシエチレンソルビタンモノラウレ−ト、ポリオキシエ
チレンソルビタンモノオレ−ト等が挙げられる。本発明
における界面活性剤は、２種以上を混合して使用しても
良く、そのときのＨＬＢは、それぞれの界面活性剤のＨ
ＬＢの相加平均で算出できる。 【００２５】これら表面活性剤は、良好な窒化アルミニ
ウム顆粒を製造するためには、通常、窒化アルミニウム
１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部、好まし
くは０．０２〜３．０重量部である。表面活性剤が０．
０１重量部より少ない場合は、泥奬の分散が不十分なた
め、本発明の効果があがらず、１０重量部より多い場合
は、顆粒間のブロッキングが発生することがあるため好
ましくない。 【００２６】さらに、上記組成に加えて、窒化アルミニ
ウム粉末の焼結に使用される公知の焼結助剤、例えば、
酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等のアルカリ土類
金属酸化物；酸化イットリウム、酸化ランタン等の希土
類酸化物；アルミン酸カルシウム等の複合酸化物等を窒
化アルミニウム粉末との合計量中に占める割合で０．１
〜１０重量部％の範囲で用いても良い。 【００２７】前記した各成分は混合され、一般に泥しょ
うと呼ばれる粘稠なスラリ−とした後、スプレ−ドライ
ヤ−法等の公知の造粒法により造粒される。 【００２８】造粒された窒化アルミニウム顆粒は、次い
で、本発明で特定した範囲の流動度とするために、乱流
の気体中に顆粒を滞留させ流動化される。 【００２９】この流動化に用いる気体は、窒化アルミニ
ウム粉末や結合剤等の添加剤と実質的に反応しない気体
であることが好ましく、例えば、空気、酸素、窒素など
が挙げられる。また、供給される気体の風速は、顆粒の
流動化に必要な風速であれば良い。顆粒の流動化に必要
な風速は、例えば、化学工学協会編「化学工学便覧改訂
４版」の１７６頁記載の流動化開始速度の式と１０５６
頁記載の終末速度の式で計算される値の範囲から任意に
選択される。また、顆粒の滞留時間は、１分〜３６時間
の範囲から選ぶことが好ましい。供給される気体の温度
は、任意の温度が採用されるが、適当な破壊強度を有す
る窒化アルミニウム顆粒を得る為に、０〜２５０℃の範
囲から選択することが好ましい。 【００３０】本発明の窒化アルミニウム顆粒の構成要件
の一つである嵩比重は、上記製造方法において、主に、
混合条件や混合時の溶剤の使用量により調整することが
できる。 【００３１】また、本発明の窒化アルミニウム顆粒の構
成要件の一つである平均粒径は、上記製造方法におい
て、主に、スプレ−ドライヤ−の運転条件によって調整
することができる。 【００３２】更に、本発明の窒化アルミニウム顆粒の構
成要件の一つである破壊強度は、上記製造方法におい
て、主に、結合剤の種類及び量によって調整することが
可能である。また、造粒後、例えば、５０〜２５０℃に
加熱することによっても破壊強度が上がるため、かかる
手段によって前記範囲に調節することも可能である。上
記加熱は、前記流動化処理において同時に行うことも可
能である。 【００３３】こうして得られた窒化アルミニウム顆粒
は、公知の方法、条件で乾式プレス成形することがで
き、得られる窒化アルミニウム粉末成形体は、公知の方
法によって脱脂、焼成することにより焼結体とされる。
上記脱脂は、一般に、空気や窒素雰囲気中で行われ、脱
脂温度は、結合剤の種類や雰囲気の違いによって、３０
０〜１０００℃の範囲から任意に選択される。また、脱
脂後の窒化アルミニウム粉末成形体は、非酸化雰囲気
中、１７００〜１９５０℃の範囲の任意の温度で焼成さ
れる。 【００３４】このようにして、変形が小さく高い寸法精
度を有する窒化アルミニウム焼結体を得ることができ
る。 【００３５】 【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム顆粒は、乾式
プレス成形による窒化アルミニウム粉末成形体の製造原
料として好適である。即ち、本発明の窒化アルミニウム
顆粒を用いて乾式プレス成形により窒化アルミニウム粉
末成形体を製造した場合、密度が均一な窒化アルミニウ
ム粉末成形体を得ることができる。そして、この窒化ア
ルミニウム粉末成形体は、密度の不均一によって発生す
る焼結時の変形が小さいため、高い寸法精度を有する窒
化アルミニウム焼結体を得ることができる。 【００３６】従って、本発明の窒化アルミニウム顆粒を
用いて得られた窒化アルミニウム焼結体は、非常に高精
度な電子材料等の基板や複雑形状品に対して、工業的に
極めて有用な材料となる。 【００３７】 【実施例】本発明をさらに具体的に説明するために、以
下に実施例及び比較例を揚げるが、本発明はこれらの実
施例に限定されるものではない。 【００３８】尚、以下の実施例及び比較例における各種
の物性の測定は次の方法により行った。 【００３９】１）嵩密度 筒井理化学機械（株）製「Ａ・Ｂ・Ｄ粉体特性測定器」
を用いて重装嵩密度を測定した。 【００４０】２）プレス成形体密度 プレス成形体の寸法と重量とから生密度を求め、この値
からＡｌＮ粉末だけのプレス成形体密度を計算して求め
た。 【００４１】 【数１】 【００４２】３）破壊強度 平均粒径±５μｍ以内の顆粒３ケを一辺５ｍｍの正三角
形の頂点に置き、上から静かに荷重をかけ、３ケ中１ケ
以上破壊した時の荷重を顆粒の破壊強度とした。測定を
１０回繰り返し、最低値と最高値を除いた８点平均値を
用いた。 【００４３】４）平均粒径 化学工学協会編「化学工学便覧 改訂４版」９７３頁記
載の粒度分布の累積分布の５０パ−セント値より求め
た。 【００４４】５）流動度 ＪＩＳ Ｚ−２５０２に従い、（株）蔵持科学器械製作
所製を用いて流動度を測定した。測定前の試料の乾燥
は、６０±５℃で３時間処理した。流動度は、ＪＩＳ
Ｚ−８４０１により求めた。 【００４５】６）焼結体密度 東洋精機（製）「高精密度比重計Ｄ−Ｈ」を使用し、ア
ルキメデス法により求めた。 【００４６】７）焼結体収縮率 焼結前後の寸法測定し、４辺の収縮率の平均値より求め
た。各辺の収縮率は下記式より計算した。 【００４７】 【数２】 【００４８】８）焼結体変形度 ４辺の焼結体収縮率の最大値と最小値の差より求めた。 【００４９】実施例１ 内容積２ｌのナイロン製ポットに鉄心入りナイロンボ−
ルを入れ、次いで、表１に示す窒化アルミニウム粉末１
００重量部（平均粒径は堀場製作所製のＣＡＰＡ５００
などで測定した）、酸化イットリウム４重量部、ヘキサ
グリセリンモノオレ−ト１重量部、メタクリル酸ブチル
５重量部、トルエン溶媒１００重量部を投入して、十分
にボ−ルミル混合した後、白色の泥奬を得た。 【００５０】 【表１】 【００５１】こうして得られた泥奬をスプレ−ドライヤ
−法により造粒し、その後に、室温で２時間流動処理を
行い、窒化アルミニウム顆粒を作製した。得られた顆粒
の嵩比重、粒径、破壊強度、流動度、真球度を測定し
た。 【００５２】この顆粒を用いて１．０ｔ／ｃｍ2で角３
０ｍｍ、厚さ１ｍｍのプレス成形体を作製し、プレス成
形体密度を測定した。その後、空気中６００℃で５時間
焼成し、次いで、内面に窒化ホウ素を塗布したカ−ボン
製るつぼに入れ、窒素雰囲気中１８００℃で１０時間焼
成し、焼結体を得た。焼結体の密度、収縮率、変形度を
測定し、その結果を表２に示した。 【００５３】比較例１ 実施例１において、流動処理を行わないこと以外は実施
例１と同様にして窒化アルミニウム顆粒を作製し、さら
にプレス成形体及び焼結体を得た。これらの性状を表２
に併記した。 【００５４】 【表２】 【００５５】実施例２ メタクリル酸ブチルを表３に示した量だけ添加したこと
以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム顆粒を作
製し、実施例１と同様にしてプレス成形体及び焼結体を
得た。結果を表３に示した。 【００５６】 【表３】 【００５７】実施例３ スプレ−ドライヤ−及び流動処理条件を変えて、各種の
窒化アルミニウム顆粒を製作した。さらに、実施例１と
同様にプレス成形体と焼結体を得、その性状を表４に示
した。 【００５８】 【表４】
ム顆粒に関する。詳しくは、均一な密度を有し、変形が
小さく寸法精度の高い焼結体を得ることが可能なプレス
成形体の製造に好適な窒化アルミニウム顆粒及びその製
造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】最近のＬＳＩの集積度の飛躍的な向上に
伴うＩＣチップの発熱量増大により、従来より使用され
ているアルミナでは熱特性が不十分で、放熱が限界に達
しつつある。 【０００３】これに対し、窒化アルミニウム粉末は、高
熱伝導率、高絶縁性を有し、パッケ−ジ材料等のエレク
トロニクス材料として極めて有用な窒化アルミニウム焼
結体の原料として脚光を浴びている。 【０００４】従来、窒化アルミニウム焼結体を得る一つ
の方法として、窒化アルミニウム粉末を顆粒に造粒した
後、該窒化アルミニウム顆粒を成形型の中に詰めてプレ
ス成形機で加圧する、いわゆる乾式プレスにより成形し
てプレス成形体を得、焼成する方法が知られている。ま
た、上記方法において、窒化アルミニウム顆粒の製造に
は、一般にスプレ−ドライヤ−法が採用されている 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来よ
り採用されている方法によって得られた窒化アルミニウ
ム顆粒を用いてプレス成形を行った場合、得られる窒化
アルミニウム燒結体の変形が大きく、高い寸法精度を実
現することが困難であるという問題を有する。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、プレス成形
時の前記窒化アルミニウム顆粒の流動性が、得られるプ
レス成形体の均一性に影響を与え、ひいては得られる成
形体の変形を招くという知見を得た。 【０００７】そして、更に研究を重ねた結果、窒化アル
ミニウム顆粒の嵩比重、平均粒径、破壊強度等の諸物性
と共に、その流動性が特定の値以上に調整された窒化ア
ルミニウム顆粒が上記の目的を達成し得ることを見い出
し、本発明を提案するに至った。 【０００８】即ち、本発明は、窒化アルミニウム粉末１
００重量部に対して結合剤０．１〜３０重量部を配合し
てなり、嵩比重が０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3であり、平
均粒径が２０〜５００μｍであり、破壊強度が０．５〜
５ｇであり、且つ、流動度が５０ｓ／５０ｇ以下である
ことを特徴とする窒化アルミニウム顆粒である。 【０００９】本発明の窒化アルミニウム顆粒を構成する
窒化アルミニウム粉末は公知のものが何ら制限無く使用
される。特に、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結
体を得るためには、酸素含有量や陽イオン不純物の少な
いことが好ましい。即ち、不純物となる酸素含有量が
１．５重量％以下、陽イオン不純物が０．３重量％以下
である窒化アルミニウム粉末が好適である。更に、酸素
含有量が０．４〜１．３重量％、陽イオン不純物が０．
２重量％以下である窒化アルミニウム粉末がより好適で
ある。 【００１０】尚、上記不純物の表示は窒化アルミニウム
をアルミニウムと窒素の１：１の化合物とし、これ以外
のものをすべて不純物として扱う。但し、窒化アルミニ
ウム粉末の表面は空気中で不可避的に酸化され、Ａｌ−
Ｎ結合がＡｌ−Ｏ結合に置き換っているが、この結合Ａ
ｌは陽イオン不純物とみなさず、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｏの
結合をしていない金属アルミニウムを陽イオン不純物と
して扱った。 【００１１】また、本発明で用いられる窒化アルミニウ
ム粉末の粒子は、粒子径の小さいものが揃っているもの
が好ましい。例えば、遠心式粒度分布測定装置で測定さ
れる平均粒子径が５μｍ以下、さらには０．５〜３μｍ
であることが好ましい。 【００１２】本発明の窒化アルミニウム顆粒を構成する
結合剤は、一般にセラミック粉末の成形に用いられるも
のが何ら制限されず使用できる。例えば、ポリビニルブ
チラ−ル、ポリメチルメタクリレ−ト、ポリエチルメタ
クリレ−ト、ポリ２−エチルヘキシルメタクリレ−ト、
ポリブチルメタクリレ−ト、ポリアクリレ−ト、セルロ
−スアセテ−トブチレ−ト、ニトロセルロ−ス、メチル
セルロ−ス、ヒドロキシメチルセルロ−ス、ポリビニル
アルコ−ル、ポリオキシエチレンオキサイド及びポリプ
ロピレンオキサイド等の含酸素有機高分子体；石油レジ
ン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の
炭化水素系合成樹脂；ポリ塩化ビニ−ル；ワックス及び
そのエマルジョン等の有機高分子体が１種または２種以
上混合して使用される。結合剤として使用する有機高分
子体の分子量は特に制限されないが、一般には３０００
〜１００００００、好ましくは、５０００〜３００００
０のものを用いると、プレス成形により得られる窒化ア
ルミニウム粉末成形体の密度が上昇するために好まし
い。 【００１３】前記の窒化アルミニウム粉末と結合剤との
混合割合は、窒化アルミニウム１００重量部に対して結
合剤を０．１〜３０重量部である。結合剤の量が上記範
囲より少ない場合には、強度不足のために良好なプレス
成形体が成形できず、多い場合には、プレス成形し、焼
成して得られる窒化アルミニウム焼結体の物性が低下す
るため好ましくない。 【００１４】上記範囲のうち、特に良好な流動性を有す
る顆粒を得るために、該結合剤の混合割合は２〜１５重
量部であることがさらに好ましい。 【００１５】本発明の窒化アルミニウム顆粒の嵩比重は
０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3の範囲である。嵩比重が０．
５ｇ／ｃｍ3未満のときには、焼結体内部に空隙が多く
残ったりして焼結体の密度が低くなり、良好な焼結体が
得られない。一方、嵩比重が１．５ｇ／ｃｍ3を越える
窒化アルミニウム顆粒は製造が困難である。得られる窒
化アルミニウム粉末成形体の空隙発生を抑制するために
は、嵩比重０．８〜１．３ｇ／ｃｍ3の範囲であること
が好ましい。 【００１６】また、本発明の窒化アルミニウム顆粒の平
均粒径は２０〜５００μｍの範囲である。平均粒径が２
０μｍ未満のときは静電反発などにより嵩高くなり、結
果的に十分な嵩比重が得られず、前記のような不都合を
生じる。一方、５００μｍを越えるときは個々の顆粒間
の空隙が大きくなり、焼結後に内部空隙が残存し、良好
な焼結体が得られない。 【００１７】高密度の窒化アルミニウム粉末成形体を得
るためには、窒化アルミニウム顆粒の平均粒径は２５〜
３００μｍの範囲であることが特に好ましい。また、粗
大な粒子や微小な粒子は、得られる窒化アルミニウム粉
末成形体の密度に悪影響を及ぼすため、粒径が１０μｍ
未満及び８００μｍを越える窒化アルミニウム顆粒は、
それぞれ５重量％以下であることが好ましい。 【００１８】本発明の窒化アルミニウム顆粒の破壊強度
は０．５〜５ｇの範囲でなければならない。破壊強度が
０．５ｇより小さい場合には、輸送等の取り扱い中に窒
化アルミニウム顆粒が破壊したり、プレス成形時におい
て早期に顆粒が破壊されることによって顆粒相互の移動
による最密充填化が妨げられ、プレス成形体の密度が上
昇しないため好ましくない。また、破壊強度が５ｇを越
える場合には、プレス成形によって窒化アルミニウム粉
末成形体を製造する際に窒化アルミニウム顆粒の粒界に
よる空隙が多数残存するために好ましくない。上記窒化
アルミニウム顆粒の破壊強度は、プレス成形体の密度向
上を勘案すると、０．７〜４ｇの範囲であることが特に
好ましい。 【００１９】本発明の窒化アルミニウム顆粒の流動度
は、ＪＩＳ Ｚ−２５０２に準じて測定され、５０ｓ
（秒）／５０ｇ以下の範囲にあることに最大の特徴を有
する。即ち、流動度が５０ｓ／５０ｇより大きい窒化ア
ルミニウム顆粒は、プレス成形時に、成形型への顆粒の
充填が不均一になり、窒化アルミニウム粉末成形体内の
密度が不均一となる為、焼成後の焼結体の変形が大き
く、高い寸法精度を有する窒化アルミニウム焼結体を得
ることができない。 【００２０】上記窒化アルミニウム顆粒の流動度は、上
記したように５０ｓ／５０ｇ以下であれば良いが、密度
が均一な窒化アルミニウム粉末成形体を得るためには、
２５〜４５ｓ／５０ｇの範囲がさらに好ましい。因に、
本発明の後述する製法によれば、２０ｓ／５０ｇ程度の
ものまで製造可能である。 【００２１】本発明の窒化アルミニウム顆粒の形状は何
ら制限されず、任意の形状であってよいが、製造方法に
由来して球状またはそれに近い形状のものが一般的であ
る。本発明において空隙の少ない高密度の窒化アルミニ
ウム顆粒は真球状であることが好ましく、例えば、短径
と長径の比から求めた真球度が０．９３以上のものが好
ましく用いられる。本発明の窒化アルミニウム顆粒は、
どのような方法で製造されても良いが、次の方法が好ま
しく採用される。即ち、窒化アルミニウム粉末、結合剤
及び有機溶剤より成る混合物を造粒し、その後に、乱流
の気体中に顆粒を滞在させて窒化アルミニウム顆粒を製
造する方法である。 【００２２】本発明の窒化アルミニウム顆粒の製造にお
いて好ましく使用される有機溶媒としては、例えば、ア
セトン、メチルエチルケトン及びメチルイソブチルケト
ン等のケトン類；エタノ−ル、プロパノ−ル及びブタノ
−ル等のアルコ−ル類；ベンゼン、トルエン及びキシレ
ン等の芳香族炭化水素類；あるいはトリクロロエチレ
ン、テトラクロロエチレン及びブロムクロロメタン等の
ハロゲン化炭化水素類の１種または２種以上が混合物が
挙げられる。有機溶媒の量は、２０〜２００重量部の範
囲から選択され、使用される。 【００２３】上記組成に加えて、一般に、泥奬の分散性
を高めるため界面活性剤を採用される。界面活性剤は、
公知のものが何ら制限無く採用されるが、特に、親水性
親油性バランス（以下、ＨＬＢと略す。）が４．５〜１
８のもの、さらに好ましくは、６．０〜１０．０のもの
が窒化アルミニウム粉末成形体の成形密度が上がるため
に好適に採用される。尚、本発明におけるＨＬＢは、デ
−ビスの式により算出された値である。 【００２４】本発明において好適に使用しうる界面活性
剤を具体的に例示すると、カルボキシル化トリオキシエ
チレントリデシルエ−テル、ジグセリンモノオレ−ト、
ジグリセリンモノステアレ−ト、カルボキシル化ヘプタ
オキシエチレントリデシルエ−テル、テトラグリセリン
モノオレ−ト、ヘキサグリセリンモノオレ−ト、ポリオ
キシエチレンソルビタンモノラウレ−ト、ポリオキシエ
チレンソルビタンモノオレ−ト等が挙げられる。本発明
における界面活性剤は、２種以上を混合して使用しても
良く、そのときのＨＬＢは、それぞれの界面活性剤のＨ
ＬＢの相加平均で算出できる。 【００２５】これら表面活性剤は、良好な窒化アルミニ
ウム顆粒を製造するためには、通常、窒化アルミニウム
１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部、好まし
くは０．０２〜３．０重量部である。表面活性剤が０．
０１重量部より少ない場合は、泥奬の分散が不十分なた
め、本発明の効果があがらず、１０重量部より多い場合
は、顆粒間のブロッキングが発生することがあるため好
ましくない。 【００２６】さらに、上記組成に加えて、窒化アルミニ
ウム粉末の焼結に使用される公知の焼結助剤、例えば、
酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等のアルカリ土類
金属酸化物；酸化イットリウム、酸化ランタン等の希土
類酸化物；アルミン酸カルシウム等の複合酸化物等を窒
化アルミニウム粉末との合計量中に占める割合で０．１
〜１０重量部％の範囲で用いても良い。 【００２７】前記した各成分は混合され、一般に泥しょ
うと呼ばれる粘稠なスラリ−とした後、スプレ−ドライ
ヤ−法等の公知の造粒法により造粒される。 【００２８】造粒された窒化アルミニウム顆粒は、次い
で、本発明で特定した範囲の流動度とするために、乱流
の気体中に顆粒を滞留させ流動化される。 【００２９】この流動化に用いる気体は、窒化アルミニ
ウム粉末や結合剤等の添加剤と実質的に反応しない気体
であることが好ましく、例えば、空気、酸素、窒素など
が挙げられる。また、供給される気体の風速は、顆粒の
流動化に必要な風速であれば良い。顆粒の流動化に必要
な風速は、例えば、化学工学協会編「化学工学便覧改訂
４版」の１７６頁記載の流動化開始速度の式と１０５６
頁記載の終末速度の式で計算される値の範囲から任意に
選択される。また、顆粒の滞留時間は、１分〜３６時間
の範囲から選ぶことが好ましい。供給される気体の温度
は、任意の温度が採用されるが、適当な破壊強度を有す
る窒化アルミニウム顆粒を得る為に、０〜２５０℃の範
囲から選択することが好ましい。 【００３０】本発明の窒化アルミニウム顆粒の構成要件
の一つである嵩比重は、上記製造方法において、主に、
混合条件や混合時の溶剤の使用量により調整することが
できる。 【００３１】また、本発明の窒化アルミニウム顆粒の構
成要件の一つである平均粒径は、上記製造方法におい
て、主に、スプレ−ドライヤ−の運転条件によって調整
することができる。 【００３２】更に、本発明の窒化アルミニウム顆粒の構
成要件の一つである破壊強度は、上記製造方法におい
て、主に、結合剤の種類及び量によって調整することが
可能である。また、造粒後、例えば、５０〜２５０℃に
加熱することによっても破壊強度が上がるため、かかる
手段によって前記範囲に調節することも可能である。上
記加熱は、前記流動化処理において同時に行うことも可
能である。 【００３３】こうして得られた窒化アルミニウム顆粒
は、公知の方法、条件で乾式プレス成形することがで
き、得られる窒化アルミニウム粉末成形体は、公知の方
法によって脱脂、焼成することにより焼結体とされる。
上記脱脂は、一般に、空気や窒素雰囲気中で行われ、脱
脂温度は、結合剤の種類や雰囲気の違いによって、３０
０〜１０００℃の範囲から任意に選択される。また、脱
脂後の窒化アルミニウム粉末成形体は、非酸化雰囲気
中、１７００〜１９５０℃の範囲の任意の温度で焼成さ
れる。 【００３４】このようにして、変形が小さく高い寸法精
度を有する窒化アルミニウム焼結体を得ることができ
る。 【００３５】 【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム顆粒は、乾式
プレス成形による窒化アルミニウム粉末成形体の製造原
料として好適である。即ち、本発明の窒化アルミニウム
顆粒を用いて乾式プレス成形により窒化アルミニウム粉
末成形体を製造した場合、密度が均一な窒化アルミニウ
ム粉末成形体を得ることができる。そして、この窒化ア
ルミニウム粉末成形体は、密度の不均一によって発生す
る焼結時の変形が小さいため、高い寸法精度を有する窒
化アルミニウム焼結体を得ることができる。 【００３６】従って、本発明の窒化アルミニウム顆粒を
用いて得られた窒化アルミニウム焼結体は、非常に高精
度な電子材料等の基板や複雑形状品に対して、工業的に
極めて有用な材料となる。 【００３７】 【実施例】本発明をさらに具体的に説明するために、以
下に実施例及び比較例を揚げるが、本発明はこれらの実
施例に限定されるものではない。 【００３８】尚、以下の実施例及び比較例における各種
の物性の測定は次の方法により行った。 【００３９】１）嵩密度 筒井理化学機械（株）製「Ａ・Ｂ・Ｄ粉体特性測定器」
を用いて重装嵩密度を測定した。 【００４０】２）プレス成形体密度 プレス成形体の寸法と重量とから生密度を求め、この値
からＡｌＮ粉末だけのプレス成形体密度を計算して求め
た。 【００４１】 【数１】 【００４２】３）破壊強度 平均粒径±５μｍ以内の顆粒３ケを一辺５ｍｍの正三角
形の頂点に置き、上から静かに荷重をかけ、３ケ中１ケ
以上破壊した時の荷重を顆粒の破壊強度とした。測定を
１０回繰り返し、最低値と最高値を除いた８点平均値を
用いた。 【００４３】４）平均粒径 化学工学協会編「化学工学便覧 改訂４版」９７３頁記
載の粒度分布の累積分布の５０パ−セント値より求め
た。 【００４４】５）流動度 ＪＩＳ Ｚ−２５０２に従い、（株）蔵持科学器械製作
所製を用いて流動度を測定した。測定前の試料の乾燥
は、６０±５℃で３時間処理した。流動度は、ＪＩＳ
Ｚ−８４０１により求めた。 【００４５】６）焼結体密度 東洋精機（製）「高精密度比重計Ｄ−Ｈ」を使用し、ア
ルキメデス法により求めた。 【００４６】７）焼結体収縮率 焼結前後の寸法測定し、４辺の収縮率の平均値より求め
た。各辺の収縮率は下記式より計算した。 【００４７】 【数２】 【００４８】８）焼結体変形度 ４辺の焼結体収縮率の最大値と最小値の差より求めた。 【００４９】実施例１ 内容積２ｌのナイロン製ポットに鉄心入りナイロンボ−
ルを入れ、次いで、表１に示す窒化アルミニウム粉末１
００重量部（平均粒径は堀場製作所製のＣＡＰＡ５００
などで測定した）、酸化イットリウム４重量部、ヘキサ
グリセリンモノオレ−ト１重量部、メタクリル酸ブチル
５重量部、トルエン溶媒１００重量部を投入して、十分
にボ−ルミル混合した後、白色の泥奬を得た。 【００５０】 【表１】 【００５１】こうして得られた泥奬をスプレ−ドライヤ
−法により造粒し、その後に、室温で２時間流動処理を
行い、窒化アルミニウム顆粒を作製した。得られた顆粒
の嵩比重、粒径、破壊強度、流動度、真球度を測定し
た。 【００５２】この顆粒を用いて１．０ｔ／ｃｍ2で角３
０ｍｍ、厚さ１ｍｍのプレス成形体を作製し、プレス成
形体密度を測定した。その後、空気中６００℃で５時間
焼成し、次いで、内面に窒化ホウ素を塗布したカ−ボン
製るつぼに入れ、窒素雰囲気中１８００℃で１０時間焼
成し、焼結体を得た。焼結体の密度、収縮率、変形度を
測定し、その結果を表２に示した。 【００５３】比較例１ 実施例１において、流動処理を行わないこと以外は実施
例１と同様にして窒化アルミニウム顆粒を作製し、さら
にプレス成形体及び焼結体を得た。これらの性状を表２
に併記した。 【００５４】 【表２】 【００５５】実施例２ メタクリル酸ブチルを表３に示した量だけ添加したこと
以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム顆粒を作
製し、実施例１と同様にしてプレス成形体及び焼結体を
得た。結果を表３に示した。 【００５６】 【表３】 【００５７】実施例３ スプレ−ドライヤ−及び流動処理条件を変えて、各種の
窒化アルミニウム顆粒を製作した。さらに、実施例１と
同様にプレス成形体と焼結体を得、その性状を表４に示
した。 【００５８】 【表４】
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−242379（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−317171（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−25481（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 35/58 - 35/84
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 窒化アルミニウム粉末１００重量部に対
して結合剤０．１〜３０重量部を配合した窒化アルミニ
ウム、結合剤及び有機溶剤より成る混合物を造粒した
後、乱流の気体中に該顆粒を滞留させることを特徴とす
る嵩比重が０．５〜１．５ｇ／ｃｍ３、平均粒径が２０
〜５００μｍ及び破壊強度が０．５〜５ｇであり、且
つ、ＪＩＳ Ｚ−２５０２に準じて測定した流動度が５
０ｓ／５０ｇ以下である窒化アルミニウム顆粒の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15197295A JP3479160B2 (ja) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | 窒化アルミニウム顆粒及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15197295A JP3479160B2 (ja) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | 窒化アルミニウム顆粒及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH092879A JPH092879A (ja) | 1997-01-07 |
| JP3479160B2 true JP3479160B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=15530254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15197295A Expired - Lifetime JP3479160B2 (ja) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | 窒化アルミニウム顆粒及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3479160B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020004304A1 (ja) | 2018-06-28 | 2020-01-02 | 株式会社トクヤマ | セラミックス製造用顆粒の製造方法 |
| JP2020001940A (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-09 | 株式会社トクヤマ | セラミック製造用顆粒の製造方法 |
| WO2021161883A1 (ja) | 2020-02-10 | 2021-08-19 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粉末および製造方法 |
-
1995
- 1995-06-19 JP JP15197295A patent/JP3479160B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020001940A (ja) * | 2018-06-25 | 2020-01-09 | 株式会社トクヤマ | セラミック製造用顆粒の製造方法 |
| WO2020004304A1 (ja) | 2018-06-28 | 2020-01-02 | 株式会社トクヤマ | セラミックス製造用顆粒の製造方法 |
| KR20210022588A (ko) | 2018-06-28 | 2021-03-03 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 세라믹스 제조용 과립의 제조 방법 |
| US11884596B2 (en) | 2018-06-28 | 2024-01-30 | Tokuyama Corporation | Method for producing granules for ceramic production |
| WO2021161883A1 (ja) | 2020-02-10 | 2021-08-19 | 株式会社トクヤマ | 窒化アルミニウム粉末および製造方法 |
| KR20220138379A (ko) | 2020-02-10 | 2022-10-12 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 질화알루미늄 분말 및 제조 방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH092879A (ja) | 1997-01-07 |
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