JP4832048B2 - 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法 - Google Patents
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2. 窒化アルミニウム原料粉末の酸素含有量が1.2質量%以上である上記項1記載の製造方法。
本発明の窒化アルミニウム粉末の製造方法は、窒化アルミニウム原料粉末100重量部及び炭素質物質0.01〜15重量部を含む混合粉末を、炭酸ガス濃度が5容量ppm〜10容量%及び残部が非酸化性ガスからなる非酸化性雰囲気中1400〜1600℃で第1の熱処理をするに際し、非酸化性ガスを系内に補給しながら炭酸ガス濃度5容量ppm〜10容量%を維持して熱処理した後、酸化性雰囲気中500〜800℃で第2の熱処理することを特徴とする。
窒化アルミニウム原料粉末は、その組成(酸素含有量等)、平均粒子径等の制限はなく、どのようなAlN粉末も使用することができる。また、その製造法も限定されず、直接法、還元法等のいずれであっても良い。
炭素質物質としては炭素を主成分とするものであれば限定されず、例えばカーボンブラック、カーボンフレーク等の炭素単体、有機樹脂等を含む有機物等が使用できる。炭素質物質は、粉末状であることが好ましく、とりわけ平均粒子径10nm〜1μm程度の炭素質物質粉末を好適に用いることができる。
混合粉末の調製方法は特に限定されない。例えば、窒化アルミニウム原料粉末と炭素質物質とを混合すれば良い。混合は、例えばブレンダー、ミキサー等の公知の装置を用いて均一になるように混合すれば良い。
窒化アルミニウム原料粉末と炭素質物質とを混合して得られた混合粉末に対して第1の熱処理を実施する。すなわち、炭酸ガス濃度が5容量ppm〜10容量%及び残部が非酸化性ガスからなる非酸化性雰囲気中1400〜1600℃で第1の熱処理をするに際し、非酸化性ガスを系内に補給しながら炭酸ガス濃度5容量ppm〜10容量%を維持して熱処理を行う。
B=D/22.4 ( mol )
C=E×(F−G)/16 ( mol )
ここで
D=第一処理中の不活性ガス総量(L)
E=窒化アルミニウム原料粉末の質量 (g)
F=窒化アルミニウム原料粉末の酸素量 (wt%)
G=第一処理後の混合粉末の酸素量 (wt%)
第1の熱処理温度は、通常は1400〜1600℃程度とすれば良いが、特に1450〜1550℃とすることが望ましい。熱処理温度が1400℃未満になると、炭素質物質による還元反応によっても十分に酸素含有量を低減させることが困難になる。また、1600℃を超えると、AlN粉末が凝集し、第二熱処理に先立って凝集を解する粉砕工程を要する。粉砕工程中に酸素含有量及び比表面積が再増加し、脱酸素処理時の目的が達成できなくなる。
第1の熱処理を実施した後、酸化性雰囲気中500〜800℃で熱処理する。第2の熱処理では、主として第1の熱処理後において混合粉末に残存する炭素を除去することができる。
本発明の窒化アルミニウム粉末は、酸素含有量0.9質量%以下、炭素含有量0.2重量%以下、平均粒子径3μm以下及び比表面積が4.0m2/g以下である。
酸素含有量は、通常0.9質量%以下、好ましくは0.7質量%以下である。酸素含有量が0.9質量%を超えると、本発明粉末より得られる焼結体の熱伝導率が低くなり、例えば放熱基板等の用途に適さなくなる。なお、酸素含有量の下限値は限定されないが、一般的には0.5質量%程度とすれば良い。
炭素含有量は、通常0.2質量%以下、好ましくは0.1質量%以下である。炭素含有量が0.2質量%を超えると、焼結時に焼結助材の働きを妨げ、焼結性に悪影響を与えるおそれがある。なお、炭素含有量の下限値は特に限定されないが、一般的には0.01質量%程度とすれば良い。
平均粒子径は、通常3μm以下、好ましくは2μm以下である。平均粒子径が3μmを超えると、焼結温度が高くなる。なお、平均粒子径の下限値は特に限定されないが、一般的には0.5μm程度である。
比表面積は、通常4.0m2/g以下、好ましくは3.5m2/g以下である。比表面積が4.0m2/gを超えると、比較的多量のバインダーが必要となり、コスト高となるばかりでなく、焼結体の寸法精度も低下する。なお、比表面積の下限値は特に限定されないが、一般的には1m2/g程度である。
本発明AlN粉末は、例えば前記1.の製造方法(すなわち、本発明の製造方法)により好適に製造することができる。すなわち、本発明の製造方法により得られるAlN粉末も本発明粉末に包含される。
本発明AlN粉末を公知の方法に従って成形し、焼結することによってAlN焼結体を得ることができる。例えば、本発明AlN粉末、必要に応じて焼結助材(Y2O3、La2O3、CaO等)、バインダー等を含む原料をプレス成形して得られた成形体を窒素雰囲気中1600〜2000℃程度で焼結することによってAlN焼結体を製造できる。
実施例及び比較例で用いる窒化アルミニウム原料粉末を調製した。これは、直接窒化法で得られた塊状AlNを粉砕することにより、直接法粉末を得た。この粉末は、平均粒子径1.2μm、比表面積7.8m2/g、酸素含有量1.95質量%、炭素含有量0.03質量%であった。この粉末を窒化アルミニウム原料粉末として用いた。
窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対してカーボンブラック粉末(平均粒子径100nm)5重量部を添加・混合し、炭酸ガス濃度を0.5容量%とした窒素雰囲気中1400℃で4時間焼成した。このとき、反応系に窒素ガスを適宜注入することにより、上記炭酸ガス濃度の調整・維持を行った。焼成後、大気中600℃で8時間の加熱処理を行った。次いで、得られた粉末100重両部に対して焼結助剤(Y2O3)5重量部及びアクリル系バインダー5重量部を配合した後、プレス成形にてφ10mm×3mmの成形体を作製し、これを450℃で2時間加熱することにより脱脂した。次いで、窒素雰囲気中1800℃で3時間常圧焼結することによってAlN焼結体を得た。AlN焼結体の熱伝導率を測定した。得られたAlN粉末及びAlN焼結体の物性を表1に示す。
製造条件を表1のように変更したほかは、実施例1と同様にしてAlN粉末を製造し、さらにAlN焼結体を製造した。AlN焼結体の熱伝導率を測定した。AlN焼結体の熱伝導率を測定した。得られたAlN粉末及びAlN焼結体の物性を表1に示す。
窒化アルミニウム原料粉末100重量部に対してカーボンブラック粉末(平均粒子径100nm)5重量部を添加・混合し、炭酸ガス濃度を5容量%とした窒素雰囲気中1500℃で4時間焼成した。焼成後、大気中450℃で8時間の加熱処理を行った。次いで、得られた粉末100重両部に対して焼結助剤(Y2O3)5重量部及びアクリル系バインダー5重量部を配合した後、プレス成形にてφ10mm×3mmの成形体を作製し、これを450℃で2時間加熱することにより脱脂した。次いで、窒素雰囲気中1800℃で3時間常圧焼結することによってAlN焼結体を得た。AlN焼結体の熱伝導率を測定した。得られたAlN粉末及びAlN焼結体の物性を表1に示す。
製造条件を表1のように変更したほかは、実施例1と同様にしてAlN粉末を製造し、さらにAlN焼結体を製造した。AlN焼結体の熱伝導率を測定した。得られたAlN粉末及びAlN焼結体の物性を表1に示す。
Claims (2)
- 窒化アルミニウム原料粉末100重量部及び炭素質物質0.01〜15重量部を含む混合粉末を、炭酸ガス濃度が5容量ppm〜10容量%及び残部が非酸化性ガスからなる非酸化性雰囲気中1400〜1600℃で第1の熱処理をするに際し、非酸化性ガスを系内に補給しながら炭酸ガス濃度5容量ppm〜10容量%を維持して熱処理した後、酸化性雰囲気中500〜800℃で第2の熱処理することを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。
- 窒化アルミニウム原料粉末の酸素含有量が1.2質量%以上である請求項1記載の製造方法。
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