JP5495748B2 - Aluminum nitride powder - Google Patents

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Description

本発明は、新規な窒化アルミニウム(以下、AlNという。)粉末に関する。詳しくは、廃棄等によって発生するAlN焼結体を粉砕して得られ、AlN焼結体の焼結用原料として、安定した焼結性を有する窒化アルミニウム粉末を提供するものである。   The present invention relates to a novel aluminum nitride (hereinafter referred to as AlN) powder. Specifically, the present invention provides an aluminum nitride powder obtained by pulverizing an AlN sintered body generated by disposal or the like and having stable sinterability as a raw material for sintering the AlN sintered body.

窒化アルミニウムは、高熱伝導性、高耐プラズマ性、高電気絶縁性などの優れた特性を有している。そのため、高熱伝導性と高電気絶縁性を利用した絶縁放熱基板や耐プラズマ性、シリコンと同等の熱膨張係数、高熱伝導性を利用して半導体製造装置材料に用いられている。   Aluminum nitride has excellent properties such as high thermal conductivity, high plasma resistance, and high electrical insulation. For this reason, it is used as an insulating heat dissipation substrate utilizing high thermal conductivity and high electrical insulation, plasma resistance, thermal expansion coefficient equivalent to silicon, and high thermal conductivity for semiconductor manufacturing equipment materials.

上記用途に供するため、AlN粉末の成形体を焼成する際、或いは、焼成によって得られたAlN焼結体を加工する際に、割れ、クラックなどが生じたAlN焼結体製品や上記製造、加工の過程で必然的に生じるAlN焼結体の端材は廃棄処分されるのが一般的である。ところが、かかるAlN焼結体よりなる廃材(以下、廃AlN焼結体ともいう)等のAlN焼結体は、含窒素化合物であることから、そのまま埋め立て処理を行うとアンモニアが発生するおそれがあるため、酸化物に変換する処理を必要とするなど多大な労力を必要としていた。   In order to provide the above-mentioned use, when firing a molded body of AlN powder or when processing an AlN sintered body obtained by firing, an AlN sintered body product in which cracks, cracks, etc. are generated, and the above manufacturing and processing In general, the end material of the AlN sintered body that is inevitably generated in the process is discarded. However, since an AlN sintered body such as a waste material (hereinafter also referred to as a waste AlN sintered body) made of such an AlN sintered body is a nitrogen-containing compound, ammonia may be generated if the landfill process is performed as it is. For this reason, a great deal of labor is required, such as the need to convert it to an oxide.

近年、廃AlN焼結体を有効に活用する方法として、該AlN焼結体を粉砕して、樹脂添加用のフィラーとして活用することが提案されている。具体的には、廃AlN焼結体を粉砕し、これを樹脂と混合した樹脂複合物が知られている(特許文献1)
上記廃AlN焼結体の再利用方法では、その粉砕を振動ミルやロールクラッシャー、ボールミル、スタンプミルなど、廃AlN焼結体と粉砕メディアが直接触れる機械的破砕により行う方法が採用されている。
In recent years, as a method for effectively utilizing a waste AlN sintered body, it has been proposed to grind the AlN sintered body and utilize it as a filler for resin addition. Specifically, a resin composite obtained by pulverizing a waste AlN sintered body and mixing it with a resin is known (Patent Document 1).
In the reuse method of the waste AlN sintered body, a method of performing the grinding by mechanical crushing such as a vibration mill, a roll crusher, a ball mill, a stamp mill, or the like, in which the waste AlN sintered body and the grinding media are in direct contact with each other is adopted.

ところが、上記従来、一般に実施されている機械的破砕方法においては、焼結体原料として使用可能な数ミクロンレベルへ粉砕するためには、相応の応力と時間を必要とするため、AlN焼結体の粉砕において、該焼結体を構成する結晶粒子間の粒界破壊と共に、結晶粒内での破壊、特に、結晶粒子を構成する角部の破損が起こり、得られる粉砕粒子中には、焼結体を構成するAlN結晶粒子が粒内破壊した1μm以下の大きさの不定形の破片(以下、微粉という。)が多量に存在することが避けられなかった。かかる微粉はその表面積の大きさから容易に酸化されるため、得られるAlN粉末をAlN焼結体用の原料として使用した場合、酸素がAlN結晶粒子中に拡散し、熱伝導率が著しく低下するという問題があることが分かった。   However, in the conventional mechanical crushing methods that have been generally used, in order to pulverize to a few micron level that can be used as a raw material of the sintered body, it requires a corresponding stress and time. In the pulverization, the grain boundaries between the crystal grains constituting the sintered body and the breakage within the crystal grains, in particular, the breakage of the corners constituting the crystal grains, occur. It was inevitable that there were a large amount of irregularly shaped fragments (hereinafter referred to as fine powder) having a size of 1 μm or less in which the AlN crystal particles constituting the aggregate were broken in the grains. Since such fine powder is easily oxidized due to its surface area, when the obtained AlN powder is used as a raw material for an AlN sintered body, oxygen diffuses into the AlN crystal particles, and the thermal conductivity is remarkably reduced. It turns out that there is a problem.

尚、従来の機械的粉砕して得られたものから、粒内破砕によって生じる微粉を除去することが考えられるが、その量は多量であり、また、かかる微粉は凝集力が強く、更には大きい粒子に強固に付着するものも多いため、完全に分離することは困難である。また、複数回の分離処理を行った場合でも、なお微粉は残存するばかりでなく、かかる分離処理によって微粉以外の粒子も減少を伴うため、廃AlN焼結体の利用率が下がってしまい、前記問題を根本的に解決するものではない。   Although it is conceivable to remove fine powder produced by intragranular crushing from what was obtained by conventional mechanical pulverization, the amount thereof is large, and such fine powder has a strong cohesive force and is even larger. Since many particles adhere firmly to the particles, it is difficult to completely separate them. Further, even when the separation treatment is performed a plurality of times, not only the fine powder remains, but also the particles other than the fine powder are reduced by the separation treatment, so that the utilization rate of the waste AlN sintered body is lowered, It does not fundamentally solve the problem.

さらに、前記した一般の機械的粉砕方法によると、AlN焼結体は一般的に硬度が高いため粉砕メディア等の接触する部材が削られることによる装置由来の金属元素混入が避けられなかった。上記金属不純物の混入は、前記フィラー用途においての問題は少ないが、これをAlN焼結体用の原料として使用する場合、得られるAlN焼結体の熱伝導率を著しく低下させ、更には色調の変化や電気特性の低下という問題が懸念される。   Furthermore, according to the general mechanical pulverization method described above, since the AlN sintered body is generally high in hardness, mixing of metal elements derived from the apparatus due to scraping of the contacting member such as pulverization media is inevitable. The mixing of the metal impurities has few problems in the filler application, but when this is used as a raw material for an AlN sintered body, the thermal conductivity of the obtained AlN sintered body is remarkably lowered, and the color tone is further reduced. There are concerns about problems such as changes and deterioration of electrical characteristics.

このように金属不純物の混入は窒化アルミニウム焼結体特性の低下をもたらすため、金属不純物の混入を避けることを目的に、粉砕機械のAlNと接触する部分をアルミナでライニングすることが検討されている。前記手法を採用した場合、金属の代わりにアルミナが削られるため、金属元素の混入を抑制することが可能となる。しかしながら、この場合でも、通常の機械破砕と同様に微粉が多量に発生することが避けられず、微粉由来の酸素濃度の増加という問題も解決できない。   As described above, mixing of metal impurities causes deterioration of the characteristics of the aluminum nitride sintered body, and therefore, in order to avoid mixing of metal impurities, lining the portion of the crushing machine that contacts AlN with alumina has been studied. . In the case of adopting the above method, since alumina is cut instead of metal, it is possible to suppress mixing of metal elements. However, even in this case, it is unavoidable that a large amount of fine powder is generated as in normal mechanical crushing, and the problem of an increase in oxygen concentration derived from fine powder cannot be solved.

一方、AlN焼結体の粉砕粒子とガラスとを原料として焼結を行って得られた磁器が提案されている(特許文献2)。上記特許文献2には、AlN焼結体の粉砕(具体的方法は示されていない。)において、AlN焼結体は、粒界破壊するため、粉砕粒子は、正六八面体類似の構造を示すとされている。しかしながら、AlN焼結体は、粒界破壊により、細分化されることにより、正六八面体類似の構造を示すものも存在するが、前記したように、粒界破壊と共に、粒内破壊も同時に起こることは避けられず、得られる粉砕粒子中には、粒内破壊の結果としての微粉が多量に存在することは免れず、結果として焼結体の熱伝導率を低下させるという問題は解決できない。   On the other hand, a porcelain obtained by sintering using AlN sintered body pulverized particles and glass as raw materials has been proposed (Patent Document 2). In the above-mentioned Patent Document 2, in the pulverization of AlN sintered body (specific method is not shown), since the AlN sintered body breaks grain boundaries, the pulverized particles have a structure similar to a regular hexahedron. It is supposed to be shown. However, some AlN sintered bodies exhibit a structure similar to a regular hexahedron by being subdivided by grain boundary fracture, but as described above, intragranular fracture is simultaneously performed along with grain boundary fracture. It is inevitable that this occurs, and in the obtained pulverized particles, it is inevitable that a large amount of fine powder is present as a result of intragranular fracture, and as a result, the problem of reducing the thermal conductivity of the sintered body cannot be solved .

このように従来の機械的粉砕方法では微粉の発生と金属不純物の混入を同時に回避することは困難であった。   Thus, it is difficult to avoid the generation of fine powder and the mixing of metal impurities at the same time by the conventional mechanical pulverization method.

特許第3936990号公報Japanese Patent No. 3936990 特開平6−16477号公報JP-A-6-16477

従って、本発明の目的は、前記廃AlN焼結体を、AlN焼結体製造用の原料として、安定して使用可能な、微粉の発生及び金属不純物濃度の低減されたAlN粉末を効率よく提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to efficiently provide AlN powder with reduced generation of fine powder and reduced metal impurity concentration, which can be used stably as a raw material for the production of AlN sintered body. There is to do.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、AlN焼結体を特定の粉砕条件を選択して、粒界破壊を優先的に生じせしめながら、結晶粒径まで粉砕することにより、粉砕により発生する微粉と金属不純物の混入を殆ど無くした、新規なAlN粉末を得ることに成功した。また該窒化アルミニウム粉末は、AlN焼結体の原料AlN粉末として、単独で、或いは、直接窒化法や還元窒化法によって得られたAlN粉末と併用して使用することにより、安定してAlN焼結体を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention selected a specific pulverization condition for an AlN sintered body and pulverized to a crystal grain size while preferentially causing grain boundary fracture. The present inventors have succeeded in obtaining a novel AlN powder that is almost free from mixing of fine powder and metal impurities generated by pulverization. In addition, the aluminum nitride powder can be used as a raw material AlN powder of an AlN sintered body alone or in combination with an AlN powder obtained by a direct nitridation method or a reduction nitridation method. The present inventors have found that a body can be obtained and have completed the present invention.

即ち、本発明によれば、結晶粒子の平均粒径が2〜10μmの窒化アルミニウム焼結体を、粒界破壊を優先的に生じせしめて、相当径が1mm以上、30mm以下となる大きさに予備粉砕し、次いで、該予備粉砕物を、衝突対向式ジェットミルを用いて衝突粉砕することを特徴とする、平均粒子径が、2〜10μmであり、且つ、3000倍の電子顕微鏡写真において観察される、該粉末中の1μm以下の微粉の占める割合が、面積比率で5%以下であって、焼結助剤以外の金属不純物濃度が1500ppm以下である窒化アルミニウム粉末の製造方法が提供される。
That is, according to the present invention, an aluminum nitride sintered body having an average grain diameter of 2 to 10 μm is preferentially caused to cause grain boundary fracture, and the equivalent diameter is 1 mm to 30 mm. Preliminarily pulverized, and then the pulverized product is subjected to collision pulverization using a collision-opposing jet mill. Provided is a method for producing an aluminum nitride powder in which the proportion of fine powder of 1 μm or less in the powder is 5% or less in terms of area ratio and the metal impurity concentration other than the sintering aid is 1500 ppm or less. .

また、本発明の方法によって得られるAlN粉末は、前記微粉の占める割合が少ないことにより、タッピング試験による密度の安定化速度が速く、かさ密度に対するタップ密度の比(タップ密度/かさ密度)が、0.9〜1という特性を示す。
Further, the AlN powder obtained by the method of the present invention has a small proportion of the fine powder, so that the density stabilization rate by the tapping test is fast, and the ratio of tap density to bulk density (tap density / bulk density) The characteristic of 0.9-1 is shown.

記破砕方法によって得られた粉砕AlN粉末は前記微粉の量を満足するものであるが、微量存在する微粉分を分級装置によって更に除去してもよい。

Although pulverization AlN powder obtained by the upper Symbol crushing method is to satisfy the amount of the fine powder may be further removed by classification device fines fraction present trace amounts.

前記予備粉砕及び衝突粉砕は不活性ガス雰囲気下に行うことにより、酸素含量の上昇を防止することができ好ましい。   The preliminary pulverization and the collision pulverization are preferably performed in an inert gas atmosphere so that an increase in oxygen content can be prevented.

本発明のAlN粉末は、AlN焼結体を粉砕して得られた粉末であるにも拘わらず、微粉が殆ど存在せず金属不純物濃度が非常に少ないという、従来のAlN焼結体の破砕粉末の持たない特性を有している。そのため、かかる微粉の存在によって生じる、保管時の水分吸着による酸化や焼結体作製時の各工程における酸化が起こりにくく、酸素による熱伝導率の低下が抑制され、なおかつ金属不純物によって生じる熱伝導率や電気絶縁性の低下が殆ど起こらない、安定した特性を有する焼結体を製造することができる。
従って、従来、プラスチックの充填材としての用途しかなかった破砕粉末の使用範囲を拡大でき、廃AlN焼結体の廃棄による環境負荷の低減に貢献することができる。
Although the AlN powder of the present invention is a powder obtained by pulverizing an AlN sintered body, there is almost no fine powder and the metal impurity concentration is very low. It has the characteristics that do not have. For this reason, oxidation due to moisture adsorption during storage and oxidation in each process during the production of a sintered body are less likely to occur due to the presence of such fine powder, and the decrease in thermal conductivity due to oxygen is suppressed, and thermal conductivity caused by metal impurities In addition, it is possible to manufacture a sintered body having stable characteristics with almost no decrease in electrical insulation.
Therefore, the range of use of crushed powder, which has conventionally been used only as a plastic filler, can be expanded, and it can contribute to the reduction of the environmental burden due to the disposal of the waste AlN sintered body.

また、AlN製造プロセスにおいても、かかるプロセスで発生した不良AlN基板を廃棄することなく、AlN焼結体製造用の原料として再利用することができるため、AlNの回収率が向上し、低コストAlN焼結体の製造プロセスが実現可能となる。   Also, in the AlN manufacturing process, the defective AlN substrate generated in such a process can be reused as a raw material for manufacturing an AlN sintered body without being discarded, so that the recovery rate of AlN is improved and low-cost AlN A manufacturing process of the sintered body can be realized.

本発明の窒化アルミニウム粉末(実施例2)の粒子構造を示す走査電子顕微鏡写真Scanning electron micrograph showing the particle structure of the aluminum nitride powder of the present invention (Example 2) 本発明の窒化アルミニウム粉末(実施例4)の粒子構造を示す走査電子顕微鏡写真Scanning electron micrograph showing the particle structure of the aluminum nitride powder of the present invention (Example 4) 従来法によって得られた窒化アルミニウム粉末(比較例3)の粒子構造を示す走査電子顕微鏡写真Scanning electron micrograph showing the particle structure of aluminum nitride powder (Comparative Example 3) obtained by the conventional method

本発明のAlN粉末の特徴は、窒化アルミニウム焼結体を粉砕して得られる粉末であって、平均粒子径が、2〜10μmであり、且つ、3000倍の電子顕微鏡写真において観察される、該粉末中の1μm以下の微粉の占める割合が、面積比率で5%以下であって焼結助剤以外の金属不純物が1500ppm以下であることにある。   A characteristic of the AlN powder of the present invention is a powder obtained by pulverizing an aluminum nitride sintered body, having an average particle diameter of 2 to 10 μm and observed in an electron micrograph of 3000 times. The proportion of fine powder of 1 μm or less in the powder is 5% or less in terms of area ratio, and metal impurities other than the sintering aid are 1500 ppm or less.

尚、粉末中の1μm以下の微粉が占める割合は、後述する実施例において詳細に示すように、電子顕微鏡写真によって確認することができる。粉末の粒度を測定する方法としては、例えばレーザー回折法による測定が一般的に用いられているが、前記方法では凝集粒や付着粒と一次粒子を区別することができず、微粉の量(割合)を正しく評価することができないため、本発明の特色である微粉の低減を明確にできない。即ち、本発明においては、微粉の凝集粒や付着粒も把握するため、3000倍の倍率で撮影された顕微鏡写真について、その視野面積内における、全粒子の面積に対する1μm以下の微粉の占める面積の割合を求めた。上記割合の算出にあたり、粒子が重なって観察される場合は、それぞれの粒子の面積を上記面積として算入した。   In addition, the ratio for which the fine powder of 1 micrometer or less accounts in a powder can be confirmed with an electron micrograph, as shown in detail in the Example mentioned later. As a method for measuring the particle size of the powder, for example, measurement by a laser diffraction method is generally used. However, the above method cannot distinguish agglomerated particles or adhered particles from primary particles, and the amount of fine powder (ratio) ) Cannot be evaluated correctly, the reduction of fine powder, which is a feature of the present invention, cannot be made clear. That is, in the present invention, in order to grasp the agglomerated particles and adhered particles of the fine powder, the microphotograph taken at a magnification of 3000 times, the area occupied by the fine powder of 1 μm or less with respect to the area of all the particles in the visual field area. The percentage was determined. In the calculation of the above ratio, when the particles were observed to overlap each other, the area of each particle was included as the area.

本発明の目的であるAlN焼結体の製造原料として使用するためには、本発明である粉砕AlN粉末の平均粒子径は、焼結性、製造の容易性より、2〜10μm、好ましくは、3〜7μmであることが必要である。即ち、平均粒子径が大きくなるに連れて焼結性が低下する傾向があり、平均粒子径が10μmを超える場合には、多大の時間を必要とするか、焼結ができず、工業的な実施が困難である。工業的に許容できる焼結時間(約10時間)を確保するには、本発明のAlN粉末を単独で使用する場合、平均粒子径は7μm以下であることが好ましい。また、従来の還元窒化法、直接窒化法によって得られるAlN粉末(以下、市販AlN粉末ともいう。)と併用する場合は、該市販AlN粉末の混合比率が多くなるほど、焼結性は向上する。   In order to use it as a raw material for producing an AlN sintered body which is the object of the present invention, the average particle size of the pulverized AlN powder of the present invention is 2 to 10 μm, preferably from the viewpoint of sinterability and ease of production. It is necessary to be 3 to 7 μm. That is, as the average particle size increases, the sinterability tends to decrease. When the average particle size exceeds 10 μm, it takes a lot of time or cannot be sintered. Implementation is difficult. In order to ensure an industrially acceptable sintering time (about 10 hours), when the AlN powder of the present invention is used alone, the average particle size is preferably 7 μm or less. Moreover, when using together with the AlN powder (henceforth a commercial AlN powder) obtained by the conventional reductive nitriding method and the direct nitriding method, the sinterability improves as the mixing ratio of the commercial AlN powder increases.

一方、平均粒子径が2μmより小さいAlN粉末は、焼結性は良好であるものの、製造上、前記微粉の発生を十分に防止することが困難である。   On the other hand, AlN powder having an average particle diameter of less than 2 μm has good sinterability, but it is difficult to sufficiently prevent generation of the fine powder in production.

本発明のAlN粉末は、上記平均粒子径を有するAlN粉末を単独で構成してもよいし、かかる平均粒子径を有する複数種のAlN粉末を混合して構成してもよい。   The AlN powder of the present invention may be composed of the AlN powder having the above average particle diameter alone, or may be composed by mixing a plurality of types of AlN powders having such an average particle diameter.

また、本発明において、一種類のAlN焼結体を破砕して得られるAlN粉末は、一般に、D90とD10との粒径の差が、6μm以下、好ましくは5μm以下であることが望ましい。   In the present invention, the AlN powder obtained by crushing one kind of AlN sintered body generally has a difference in particle size between D90 and D10 of 6 μm or less, preferably 5 μm or less.

本発明のAlN粉末の最大の特徴は、上記平均粒子径を有する粉砕粉末において、該粉末中の1μm以下の微粉の占める割合が、面積比率で5%以下、好ましくは、3%以下、更に好ましくは1%以下であることにある。   The greatest feature of the AlN powder of the present invention is that in the pulverized powder having the above average particle diameter, the proportion of fine powder of 1 μm or less in the powder is 5% or less, preferably 3% or less, more preferably in area ratio. Is less than 1%.

本発明のAlN粉末は、AlN焼結体を粉砕して得られたものであり、上記物性値は、かかる本発明のAlN粉末が、結晶粒のレベルまで粉砕して得られ、しかも、個々の結晶粒において欠けによる、一般には不定形の微粉が殆どないことを示している。   The AlN powder of the present invention is obtained by pulverizing an AlN sintered body, and the above physical property values are obtained by pulverizing the AlN powder of the present invention to the level of crystal grains. This indicates that there are generally few irregularly shaped fine powders due to chipping in the crystal grains.

このように、本発明のAlN粉末は、結晶粒子の欠けにより生じる微粉が殆ど存在しないことにより、タッピング試験における密度変化が少ない回数で安定化する。特に、前記粒度分布がシャープなAlN粉末は、かさ密度に対するタップ密度の比(タップ密度/かさ密度)が、0.9〜1という安定性を示す。   As described above, the AlN powder of the present invention is stabilized with a small number of changes in density in the tapping test because there is almost no fine powder generated due to chipping of crystal particles. In particular, the AlN powder having a sharp particle size distribution exhibits a stability where the ratio of tap density to bulk density (tap density / bulk density) is 0.9 to 1.

これに対して、従来から提案されている破砕によって得られた、フィラー用途のAlN粉末は、粉砕物とメディアが直接接触する機械破砕により得られるものであり、AlN結晶粒子より硬度の高い破砕メディアとの接触により、AlN結晶粒子の角が破損し、前記微粉の存在量が著しく増大する。因みに、従来の機械粉砕を行って得られるAlN粉末中の1μm以下の微粉の占める割合は、面積比率で20%以上である。しかも、上記微粉は、凝集性、付着性が強く、サイクロンや篩等による分離装置により、粉末中の1μm以下の微粉の占める割合が面積比率で5%以下の粉末を得ることは困難である。特に、機械破砕においては比較的大きなAlN結晶粒子表面への付着した微粉が多く存在するが、これら付着している微粉や微粉同士が凝集して比較的おおきな凝集粒となっているものについては更に分離が困難であり、本発明の目的とする、AlN焼結体の製造用のAl粉末としては、不適である。但し、フィラー用途においては、上記の微粒子を含むAlN粉末が問題なく使用されている。   In contrast, the AlN powder for fillers obtained by the conventionally proposed crushing is obtained by mechanical crushing in which the pulverized product and the media are in direct contact with each other, and has a higher crushing media than the AlN crystal particles. The corners of the AlN crystal particles are broken by the contact with, and the abundance of the fine powder is remarkably increased. Incidentally, the proportion of fine powder of 1 μm or less in the AlN powder obtained by performing conventional mechanical pulverization is 20% or more in terms of area ratio. Moreover, the fine powder has strong cohesiveness and adhesiveness, and it is difficult to obtain a powder in which the proportion of fine powder of 1 μm or less in the powder is 5% or less in terms of area ratio by a separator using a cyclone or a sieve. In particular, in the mechanical crushing, there are many fine powders adhering to the surface of relatively large AlN crystal particles, but those adhering fine powders and fine powders aggregate to form relatively large agglomerated grains. Separation is difficult, and it is not suitable as an Al powder for producing an AlN sintered body, which is an object of the present invention. However, in filler applications, the AlN powder containing the fine particles is used without any problem.

上記本発明のAlN粉末は、従来の還元窒化法、直接窒化法によって得られる粒子とは、その外観において、AlN結晶の結晶面の境を形成する稜線が明確に確認できる点で相違し、これらの粉末と区別することができる。   The AlN powder of the present invention is different from the particles obtained by the conventional reductive nitriding method and direct nitriding method in that the ridgeline forming the boundary of the crystal plane of the AlN crystal can be clearly confirmed in its appearance. It can be distinguished from the powder.

本発明は、AlN焼結体の製造原料の少なくとも一部として有効に使用可能なAlN粉末を提供することを目的とするものであり、そのためには、AlN焼結体の特徴のひとつである、高い熱伝導率を低下させる原因となる不純物が極力少ないことが望ましい。この不純物としては、酸素、金属不純物などが挙げられる。   The present invention aims to provide an AlN powder that can be effectively used as at least a part of a raw material for producing an AlN sintered body, and for that purpose, is one of the characteristics of the AlN sintered body. It is desirable that impurities that cause a decrease in high thermal conductivity be as small as possible. Examples of the impurities include oxygen and metal impurities.

これら不純物は廃AlN基板そのものに含有されるものと粉砕する過程で混入する不純物に分けられる。本発明でいう不純物とは特に、粉砕する過程で混入するものを指し、廃AlN基板中に含まれる焼結助剤に由来する金属元素ならびに酸素以外のものを言う。具体的には、一般的に焼結助剤として使用されているアルカリ土類金属、希土類金属、ならびにアルミニウム以外の金属元素を金属不純物と呼ぶ。また、本発明において、焼結助剤以外の酸素濃度とは、後述する実施例において詳細に示すように、アルカリ土類金属や希土類金属を完全に酸化したときに金属と結合する酸素の量を、本発明の窒化アルミニウム粉末に含有される全酸素量から除いた酸素濃度のことを言う。   These impurities are classified into those contained in the waste AlN substrate itself and impurities mixed in during the grinding process. The impurities referred to in the present invention particularly refer to impurities mixed in the pulverizing process, and refer to metal elements other than metal elements derived from the sintering aid contained in the waste AlN substrate and oxygen. Specifically, alkaline earth metals, rare earth metals, and metal elements other than aluminum that are generally used as sintering aids are called metal impurities. In the present invention, the oxygen concentration other than the sintering aid is the amount of oxygen combined with the metal when the alkaline earth metal or rare earth metal is completely oxidized, as will be described in detail in the examples described later. The oxygen concentration removed from the total amount of oxygen contained in the aluminum nitride powder of the present invention.

上記金属不純物は、前述したような焼結助剤を構成する金属及び窒化アルミニウムを構成するアルミニウム以外の金属元素であり、特に、粉砕機械部材として用いられるSUS,WC,ZrO2などから混入しAlN焼結体物性に影響を与えやすいFe、Cr、Ni、Mn、W、Zrなどが極力少ないことが望ましい。また、半金属ではあるが熱伝導率の低下を招くSi(Si3N4製部材から混入),更には緻密化を阻害するカーボンの混入も少ないことが望ましい。   The metal impurity is a metal element other than the metal constituting the sintering aid and the aluminum nitride as described above, and is especially mixed from SUS, WC, ZrO2 or the like used as a grinding machine member and is burned with AlN. It is desirable that Fe, Cr, Ni, Mn, W, Zr, etc., which easily affect the physical properties of the aggregate, be as small as possible. In addition, it is desirable that Si (mixed from a member made of Si3N4) that is a semi-metal, which causes a decrease in thermal conductivity, and further that carbon that inhibits densification be mixed are also small.

また、本発明のAlN粉末は、焼結助剤以外の金属不純物濃度(Si含む)が1500ppm以下、望ましくは、1000ppm以下、更には500ppm以下であることが望ましい。上記範囲よりも金属不純物濃度が高い場合、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率の低下や外観不良を招く。   In addition, the AlN powder of the present invention has a metal impurity concentration (including Si) other than the sintering aid of 1500 ppm or less, desirably 1000 ppm or less, and more desirably 500 ppm or less. When the metal impurity concentration is higher than the above range, the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body is lowered and the appearance is deteriorated.

また、上記焼結助剤に由来する酸素以外の酸素濃度は微粉量に大きく依存するため、微粉量を低減させることによって本発明では低い酸素濃度の窒化アルミニウム粉末を得ることを可能としている。即ち、本発明のAlN粉末において、焼結助剤に由来する酸素以外の酸素濃度が0.2〜1.4重量%以下、好ましくは1.2%以下、更に好ましくは0.9%以下であることが望ましい。これはAlN結晶粒子中に溶存する酸素も含んだ値である。上記範囲よりも酸素濃度が高い場合、酸素分がAlN粒子中に固溶して熱伝導率を低下させるという問題が生じると同時に助剤染みが発生し易くなるため外観不良が起こり易くなる。また、酸素濃度は低いほど好ましいが、工業的な実施における経済性と効果とのバランスより、0.2重量%を下限とすることが好ましい。   In addition, since the oxygen concentration other than oxygen derived from the sintering aid greatly depends on the amount of fine powder, the present invention makes it possible to obtain aluminum nitride powder having a low oxygen concentration by reducing the amount of fine powder. That is, in the AlN powder of the present invention, the oxygen concentration other than oxygen derived from the sintering aid is 0.2 to 1.4% by weight or less, preferably 1.2% or less, more preferably 0.9% or less. It is desirable to be. This is a value including oxygen dissolved in the AlN crystal particles. When the oxygen concentration is higher than the above range, there arises a problem that the oxygen content is dissolved in the AlN particles and the thermal conductivity is lowered. Further, the lower the oxygen concentration, the better. However, it is preferable to set 0.2% by weight as the lower limit in view of the balance between economy and effect in industrial implementation.

かかる不純物の少ない粉砕AlN粉末は、後述する製造方法によって、好適に製造することが可能である。   Such a pulverized AlN powder with few impurities can be suitably produced by a production method described later.

<窒化アルミニウム粉末の製造方法>
本発明の窒化アルミニウム粉末の製造方法は特に制限されるものではないが、好適な製造方法を例示すれば、AlN焼結体を、粒界破壊を優先的に生じせしめて所定の大きさに予備粉砕し、次いで、該予備粉砕物を衝突粉砕する方法が挙げられる。また、上記粉砕において、AlN焼結体、予備粉砕物の破砕は、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。
<Method for producing aluminum nitride powder>
The production method of the aluminum nitride powder of the present invention is not particularly limited, but if a suitable production method is exemplified, the AlN sintered body is preliminarily produced to a predetermined size by causing grain boundary fracture preferentially. There is a method of pulverizing and then impact pulverizing the preliminary pulverized product. In the above pulverization, the AlN sintered body and the pre-ground product are preferably crushed in an inert atmosphere.

(AlN焼結体)
本発明のAlN粉末の製造方法に使用されるAlN焼結体は、前記廃AlN焼結体が一般に使用される。即ち、AlNを焼成する工程、或いは、焼成によって得られたAlN焼結体を加工する工程において、割れ、クラックなどが生じたAlN焼結体の不良品や、上記製造、加工の過程で必然的に生じるAlN焼結体の端材や出荷前の寸法検査や外観検査などで仕様から外れたAlN焼結体などが挙げられる。
(AlN sintered body)
As the AlN sintered body used in the method for producing an AlN powder of the present invention, the waste AlN sintered body is generally used. That is, in the process of firing AlN or the process of processing an AlN sintered body obtained by firing, it is inevitable in the process of manufacturing and processing of an AlN sintered body that has cracked or cracked. The end material of the AlN sintered body produced in the above, and the AlN sintered body which is out of the specifications by the dimensional inspection and the appearance inspection before shipment, etc. are mentioned.

また、本発明の窒化アルミニウム粉末は基本的に、破砕前のAlN焼結体の結晶粒子の粒径に依存し、その結晶粒子の平均粒径に近似した平均粒子径となる。そのため、焼結性の良い窒化アルミニウム粉末を得るためには、前記AlN焼結体の結晶粒子の平均粒径が2〜10μm、好ましくは、3〜7μmであることが、破砕により、目的の平均粒径を有するAlN粉末を得るために望ましい。   In addition, the aluminum nitride powder of the present invention basically depends on the particle size of the crystal particles of the AlN sintered body before crushing, and has an average particle size approximate to the average particle size of the crystal particles. Therefore, in order to obtain aluminum nitride powder having good sinterability, the average particle diameter of the crystal particles of the AlN sintered body is 2 to 10 μm, preferably 3 to 7 μm. It is desirable to obtain an AlN powder having a particle size.

前記AlN焼結体に使用される焼結助剤としてはYが一般的であるが、それ以外の焼結助剤も使用可能である。例えば、CaO、SrO、BaOなどの酸化物や各種塩類などのアルカリ土類化合物、あるいはLa、CeO、Nd、Gd、Dyと行った希土類化合物のような熱伝導率を阻害しないものが挙げられる。 Y 2 O 3 is generally used as the sintering aid used in the AlN sintered body, but other sintering aids can also be used. For example, alkaline earth compounds such as oxides and various salts such as CaO, SrO, BaO, or rare earth compounds such as La 2 O 3 , CeO 2 , Nd 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Dy 2 O 3 The thing which does not inhibit such heat conductivity is mentioned.

また、上記AlN焼結体の純度は、得られる窒化アルミニウム粉末の特性に反映されるため、少なくとも、前記還元窒化法や直接窒化法によって製造されるAlN粉末の純度と同等或いは高い純度を有するものを使用することが好ましい。
具体的には、上記焼結助剤以外の金属不純物濃度が500ppm以下であり、窒化アルミニウム結晶粒子中に固溶する酸素濃度と相関のあるc軸長さが4.975Å以上あることが好ましい。
In addition, since the purity of the AlN sintered body is reflected in the characteristics of the obtained aluminum nitride powder, it has at least a purity equal to or higher than that of the AlN powder produced by the reduction nitriding method or the direct nitriding method. Is preferably used.
Specifically, the metal impurity concentration other than the sintering aid is 500 ppm or less, and the c-axis length correlated with the oxygen concentration dissolved in the aluminum nitride crystal particles is preferably 4.975 mm or more.

勿論、製品として使用された後に、回収されたものも使用することができるが、この場合は、特に、付着する汚れ等を洗浄や研磨等によって除去することが好ましい。 (予備破砕)
上記AlN予備破砕物を得るための予備破砕は、AlN焼結体を、粒界破壊を優先的に生じせしめて所定の大きさにする操作である。
Of course, it is also possible to use a product recovered after it has been used as a product. In this case, it is particularly preferable to remove attached dirt and the like by washing or polishing. (Preliminary crushing)
Preliminary crushing to obtain the AlN preliminarily crushed material is an operation of preferentially causing the grain boundary fracture to make the AlN sintered body a predetermined size.

上記予備破砕用の好適な機具としては、粒界破壊を優先的に生じせしめることが可能な装置であれば、特に制限無く使用することができる。好適な破砕装置を例示すれば、スタンプミル、ハンマークラッシャー、ジョークラッシャーなどが挙げられる。   Any suitable device for pre-crushing can be used without particular limitation as long as it is a device capable of preferentially causing grain boundary destruction. Examples of suitable crushing apparatuses include a stamp mill, a hammer crusher, and a jaw crusher.

上記予備破砕は、金属汚染を防ぐためには相当径が1mm以上であることが好ましい。更に続く粉砕処理を効率よく行うためには上限が30mm以下であることが好ましい。   In order to prevent metal contamination, the preliminary crushing preferably has an equivalent diameter of 1 mm or more. In order to efficiently perform the subsequent pulverization treatment, the upper limit is preferably 30 mm or less.

また、上記予備破砕において得られるAlN予備破砕物の汚染や酸化を抑制し、AlN予備破砕物の純度を維持できるように、予備破砕における雰囲気は、酸素を含まない、不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。また、使用する破砕装置は、AlN焼結体への金属が混入を防止するために、耐磨耗処理を施したものや表面を樹脂被覆したものを使用することが好ましい。   The atmosphere in the preliminary crushing should be an inert gas atmosphere that does not contain oxygen so that the contamination and oxidation of the AlN preliminary crushed material obtained in the preliminary crushing can be suppressed and the purity of the AlN preliminary crushed material can be maintained. Is desirable. Moreover, it is preferable that the crushing apparatus to be used is one that has been subjected to wear resistance treatment or that has a surface coated with a resin in order to prevent metal from mixing into the AlN sintered body.

前記AlN焼結体の予備破砕においては、予備破砕物の大きさが大きいため、予備破砕時に微粉が発生した場合でも、容易に微粉を分離することが可能である。従って、本発明において、前記得られた予備破砕物は、必要に応じて、分級機、例えば、サイクロンなどを使用して粒径1μm以下の微粉を除去してもよい。   In the preliminary crushing of the AlN sintered body, since the size of the preliminary crushed material is large, it is possible to easily separate the fine powder even when the fine powder is generated during the preliminary crushing. Therefore, in the present invention, the obtained preliminarily crushed material may remove fine powder having a particle size of 1 μm or less using a classifier such as a cyclone, if necessary.

(粉砕)
本発明の窒化アルミニウム粉末の製造方法において、AlN粉末は、上記AlN予備破砕物を衝突粉砕することによって得ることができる。即ち、上記粉砕方法によれば、AlN結晶粒子より硬い物に衝突することなく従来の機械粉砕と比較してマイルドに粉砕が進行するため、AlN予備破砕物の粒界破壊が生じ易くなり、最小単位となる結晶粒子まで粉砕が進行した場合でも、該結晶粒子の角が破損し、前記微粉の存在量が著しく増大することを効果的に防止することができる。また、AlN同士の衝突により粉砕が進行することにより、従来の方法において見られる、金属の破砕メディアとの接触による金属不純物の混入も効果的に防止することが可能である。
(Pulverization)
In the method for producing an aluminum nitride powder of the present invention, the AlN powder can be obtained by impact pulverization of the AlN preliminary crushed material. That is, according to the above pulverization method, since the pulverization progresses mildly compared with the conventional mechanical pulverization without colliding with a harder material than the AlN crystal particles, the grain boundary fracture of the AlN preliminary crushed material easily occurs. Even when the pulverization proceeds to the unit crystal particles, it is possible to effectively prevent the corners of the crystal particles from being broken and the abundance of the fine powder from being significantly increased. Further, since the pulverization proceeds due to the collision of AlNs, it is possible to effectively prevent the mixing of metal impurities due to the contact with the metal crushing media, which is seen in the conventional method.

上記衝突粉砕に使用する装置は、衝突対向式ジェットミルが好適である。また、衝突粉砕に使用する搬送ガスは、希ガス、窒素ガス等の不活性ガスが好適に使用される。搬送ガスとして使用する上記不活性ガスは可及的に水分を含んでいないものが好ましく、一般に、−10℃以下の露点となるように水分を除去されたものが好ましい。また、乾燥空気も不活性ガスとして使用することも可能であり、その場合、−20℃以下の露点となるように、水分を除去されたものが推奨される。   The apparatus used for the collision pulverization is preferably a collision-opposed jet mill. Moreover, inert gas, such as a noble gas and nitrogen gas, is used suitably as carrier gas used for collision crushing. The inert gas used as the carrier gas is preferably one that does not contain water as much as possible, and generally one from which water has been removed so as to have a dew point of −10 ° C. or lower is preferred. Moreover, dry air can also be used as an inert gas, and in that case, it is recommended that the water is removed so that a dew point of −20 ° C. or lower is obtained.

また、搬送ガス中における前記AlN予備破砕物の濃度は、20〜50容量%程度が好ましく、また、衝突ガス圧力は、0.4〜0.6MPa程度より選択することが好ましい。   Further, the concentration of the AlN preliminary crushed material in the carrier gas is preferably about 20 to 50% by volume, and the collision gas pressure is preferably selected from about 0.4 to 0.6 MPa.

(分級)
本発明において、前記粉砕によって得られたAlN粉末は、分級によって更に1μm以下の微粉を除去することが望ましい。上記分級には、公知の分級装置が特に制限無く使用される。代表的な分級装置を例示すれば、気流式分級機等が好適である。また、分級における分級ポイントは、1.5〜3μmの範囲で決定することが好ましい。
(Classification)
In the present invention, it is desirable that the AlN powder obtained by the pulverization further removes fine powder of 1 μm or less by classification. For the classification, a known classification device is used without any particular limitation. For example, a typical classifier is preferably an air classifier. The classification point in classification is preferably determined in the range of 1.5 to 3 μm.

(AlN粉砕粉末を用いた焼結体の作製方法)
本発明によって得られた粉砕AlN粉末は単独で用いて焼結体を作製することも可能であるが、より熱伝導率の高い焼結体を得ようとする場合は本発明のAlN粉末を少なくとも原料の一部として使用し、残部には市販のAlN粉末を使用することが好ましい。かかる市販のAlN粉末としては、直接窒化法、還元窒化法等の公知の方法によって得られたAlN粉末が特に制限無く使用されるが、緻密化の容易さの観点から粒径はD50が1〜3μmであることが望ましい。
(Method for producing sintered body using AlN pulverized powder)
The pulverized AlN powder obtained by the present invention can be used alone to produce a sintered body. However, when obtaining a sintered body having a higher thermal conductivity, the AlN powder of the present invention is at least used. It is preferable to use it as a part of the raw material and use a commercially available AlN powder for the remainder. As such commercially available AlN powder, AlN powder obtained by a known method such as a direct nitriding method, a reductive nitriding method or the like is used without any particular limitation. It is desirable to be 3 μm.

また、本発明のAlN粉末を原料粉末の一部として使用する態様において、原料AlN粉末に占める割合は特に制限されないが、1〜60重量%、好ましくは1〜50重量%、さらに好ましくは1〜30%となる割合で配合することが望ましい。   Further, in the embodiment in which the AlN powder of the present invention is used as a part of the raw material powder, the proportion of the raw material AlN powder is not particularly limited, but is 1 to 60% by weight, preferably 1 to 50% by weight, more preferably 1 to It is desirable to blend at a ratio of 30%.

本発明において、上記原料窒化アルミニウム粉末は、次いで成形され、更に、焼成することによってAlN焼結体が得られる。そのための方法には公知の方法が特に制限なく採用されるが、具体例を挙げると、原料AlN粉末に、焼結助剤粉末を1〜10重量部の範囲で添加し、更には必要に応じて有機バインダー、可塑剤、分散剤などを添加し、遊星ボールなどで混合機によって、乾式または湿式により混合したものを、例えば、ドクターブレード法、プレス成形法、押出し成形法、射出成形法などによって成形することが好ましい。   In the present invention, the raw material aluminum nitride powder is then molded and further fired to obtain an AlN sintered body. For this purpose, a known method is employed without any particular limitation. To give a specific example, a sintering aid powder is added in the range of 1 to 10 parts by weight to the raw material AlN powder, and further if necessary. Organic binders, plasticizers, dispersants, etc. are added and mixed with a planetary ball or the like by a mixer or dry or wet, for example, by a doctor blade method, press molding method, extrusion molding method, injection molding method, etc. It is preferable to mold.

本発明において、前記有機バインダーによって成形された場合、その成形体は、焼成に先立ち、脱脂処理を行うのが一般的である。上記脱脂処理の条件は、公知の条件が特に制限なく採用されるが、例えば、酸化性雰囲気下或いは非酸化性雰囲気下で、温度300〜1000℃で1〜10時間処理する方法が一般的である。   In this invention, when shape | molded with the said organic binder, it is common that the molded object performs a degreasing process prior to baking. As the degreasing treatment, known conditions can be used without particular limitation. For example, a method of treating at a temperature of 300 to 1000 ° C. for 1 to 10 hours in an oxidizing atmosphere or a non-oxidizing atmosphere is common. is there.

本発明において、焼成は、公知の焼成条件が特に制限なく採用されるが、例えば、上記脱脂体を、窒素などの非酸化性雰囲気下で温度1600〜1900℃、好ましくは1650〜1850℃、さらに好ましくは1680〜1820℃で1〜100時間、好ましくは2〜50時間、更に好ましくは2〜30時間で焼成を行うことが好ましい。   In the present invention, known firing conditions are employed for firing without any particular limitation. For example, the degreased body is heated at a temperature of 1600 to 1900 ° C., preferably 1650 to 1850 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen. The firing is preferably performed at 1680 to 1820 ° C. for 1 to 100 hours, preferably 2 to 50 hours, more preferably 2 to 30 hours.

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

<測定方法>
1)微粉の割合
後述するレーザー回折法を用いた粒度分布測定法では微粉が凝集粒や付着粒としてカウントされ、微粉の量に大幅な誤差を生じさせるため、画像解析により微粉の割合を求めた。走査電子顕微鏡(株式会社日立製作所製S−2600N)にて倍率3.0K倍で20視野観察し、その視野面積内における、全粒子(1μm以下の粒子も含む)の面積の総和(SSUM(GRAIN))に対する1μm以下の微粉の占める面積(SSUM(FINE GRAIN))の割合を画像解析システム(IP−1000PC;旭化成工業製)を用いて解析し、(1)式に代入して微粉の面積占有率を算出した。
微粉面積占有率(%)=(SSUM(FINE GRAIN)/SSUM(GRAIN ))×100 (1)
上記割合の算出にあたり、粒子が重なって観察される場合は、それぞれの粒子の面積を上記面積として算入した。
<Measurement method>
1) Proportion of fine powder In the particle size distribution measurement method using the laser diffraction method, which will be described later, fine powder is counted as agglomerated particles and adhered particles, and causes a large error in the amount of fine powder. . 20 fields of view were observed with a scanning electron microscope (S-2600N manufactured by Hitachi, Ltd.) at a magnification of 3.0K, and the total area of all particles (including particles of 1 μm or less) within the field of view (S SUM ( The ratio of the area (S SUM (FINE GRAIN)) occupied by fine powder of 1 μm or less to (GRAIN)) is analyzed using an image analysis system (IP-1000PC; manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.). Area occupancy was calculated.
Fine powder area occupancy (%) = (S SUM (FINE GRAIN) / S SUM (GRAIN)) × 100 (1)
In the calculation of the above ratio, when the particles were observed to overlap each other, the area of each particle was included as the area.

2)金属不純物濃度
AlN焼結体及びその粉砕物中の金属濃度は、AlN粉砕粉末に硝酸及びリン酸を加え加熱分解し、島津製作所製ICPS−1000−IIを用いてICP発光分光分析法により測定した。
2) Metal Impurity Concentration The metal concentration in the AlN sintered body and the pulverized product was decomposed by adding nitric acid and phosphoric acid to the AlN pulverized powder, and ICP emission spectroscopic analysis using ICPS-1000-II manufactured by Shimadzu Corporation. It was measured.

なお、本発明においてはAlおよび焼結助剤(例えば一般的なYやCaO、SrO、BaOなどの酸化物や各種塩類などのアルカリ土類化合物、あるいはLa、CeO、Nd、Gd、Dyと行った希土類化合物のような熱伝導率を阻害しないものに含有される元素)以外の金属、具体的にはFe,Cr,Ni,Mn,Si,W,Zrなどの金属濃度を金属不純物濃度と呼ぶ。 In the present invention, Al and a sintering aid (for example, common Y 2 O 3 , CaO, SrO, BaO oxides such as alkaline earth compounds such as various salts, La 2 0 3 , CeO 2 , Metals other than Nd 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Dy 2 O 3 and other elements that do not inhibit thermal conductivity such as rare earth compounds, specifically Fe, Cr, Ni, Mn , Si, W, Zr, and other metal concentrations are called metal impurity concentrations.

3)焼結助剤に由来する酸素以外の酸素濃度
AlN焼結体粉砕物中の酸素濃度は(株)堀場製作所製 酸素・窒素同時分析装置(EMGA−620W/C)を用いて、不活性ガス中でインパルス加熱融解法によりAlNを融解して抽出された酸素を一酸化炭素の形態として、この一酸化炭素を非分散赤外線検出器にて測定した。この時の測定値をaとする。
3) Oxygen concentration other than oxygen derived from the sintering aid The oxygen concentration in the pulverized product of the AlN sintered body is inert using an oxygen / nitrogen simultaneous analyzer (EMGA-620W / C) manufactured by Horiba, Ltd. The oxygen extracted by melting AlN in the gas by the impulse heating melting method was converted into a form of carbon monoxide, and the carbon monoxide was measured with a non-dispersive infrared detector. The measured value at this time is a.

例えば、助剤の元素がYであった場合、ICPで定量したY量を、Yを完全に酸化したYに換算し、このY量中に含まれる酸素量をbとする。この酸素量bを焼結体中に占める酸素濃度に換算する。この換算した濃度をb’とする。aの酸素濃度からb’の酸素濃度を差し引いた量を焼結助剤に由来しない酸素濃度とした。 For example, the case element aid was Y, the Y amount was quantified by ICP, in terms of Y 2 O 3 was complete oxidation of Y, the amount of oxygen contained in the Y 2 O 3 amount b To do. This oxygen amount b is converted to the oxygen concentration in the sintered body. This converted concentration is defined as b ′. The amount obtained by subtracting the oxygen concentration of b ′ from the oxygen concentration of a was defined as the oxygen concentration not derived from the sintering aid.

4)かさ密度・タップ密度
JIS:R1628(−1997)を用いて求めた。
4) Bulk density and tap density JIS: R1628 (-1997) was used.

5)粒度分布
日機装製MICROTRACK−HRAを用いて、レーザー回折法により求めた。水90mlに対し、5%ピロリン酸ソーダ水溶液を加えた溶液の中に窒化アルミニウム粉末を加え、これをホモジナイザーにて出力200mA,3分間分散させたものを測定した。前記方法から平均粒径(D50)、D10並びにD90を求めた。なお、データは個数分布である。
5) Particle size distribution It calculated | required by the laser diffraction method using Nikkiso MICROTRACK-HRA. Aluminum nitride powder was added to a solution obtained by adding 5% sodium pyrophosphate aqueous solution to 90 ml of water, and this was measured by dispersing it with a homogenizer at an output of 200 mA for 3 minutes. The average particle diameter (D50), D10 and D90 were determined from the above method. The data is a number distribution.

6)密度
焼結体の密度はアルキメデス法により測定した。
6) Density The density of the sintered body was measured by the Archimedes method.

7)熱伝導率
作製したAlN焼結体の熱伝導率は京都電子工業製LFA−502を用いてレーザーフラッシュ法により測定した。
7) Thermal conductivity The thermal conductivity of the produced AlN sintered body was measured by a laser flash method using LFA-502 manufactured by Kyoto Electronics Industry.

8)曲げ強度
JIS R1601に従い、クロスヘッド速度0.5mm/分、スパン30mmで行った。試験片は幅4mm、厚み0.635mm、長さ40mmの基板を用いた。
8) Bending strength According to JIS R1601, the crosshead speed was 0.5 mm / min and the span was 30 mm. As the test piece, a substrate having a width of 4 mm, a thickness of 0.635 mm, and a length of 40 mm was used.

9)破壊靭性値
JIS R1607に準じた方法により、(株)アカシ製ビッカース硬さ試験機AVK−COにて測定されたビッカース硬さからIF法により算出した。
9) Fracture toughness value It calculated by IF method from the Vickers hardness measured with the Vickers hardness tester AVK-CO by Akashi Co., Ltd. by the method according to JIS R1607.

(AlN焼結体の製造)
破砕・粉砕するためのAlN焼結体は以下の方法により製造したものを使用した。内容積が20Lのナイロン製ボールミルに、直径15mmのアルミナボールを入れ、次いで、AlN粉末(トクヤマ製Hグレード)100重量部に対して、焼結助剤として酸化イットリウム5重量部と分散剤と溶媒を添加し14時間混合した。その後、バインダーとしてポリビニルブチラール及び可塑剤を添加して18時間混合してAlNスラリーを得た。AlNスラリーを脱泡後、粘度2万cpsに調整しドクターブレード法で厚み0.75mmの成形体を作製した。
(Manufacture of AlN sintered body)
The AlN sintered body for crushing and crushing was manufactured by the following method. An alumina ball with a diameter of 15 mm is placed in a nylon ball mill having an internal volume of 20 L, and then 5 parts by weight of yttrium oxide as a sintering aid, a dispersant and a solvent with respect to 100 parts by weight of AlN powder (H grade made by Tokuyama). And mixed for 14 hours. Thereafter, polyvinyl butyral and a plasticizer were added as binders and mixed for 18 hours to obtain an AlN slurry. After defoaming the AlN slurry, the viscosity was adjusted to 20,000 cps, and a molded body having a thickness of 0.75 mm was prepared by a doctor blade method.

得られた成形体を500℃、4時間、空気雰囲気中で脱脂し、窒素雰囲気中、1740℃、5時間で焼成してAlN焼結体を得た。   The obtained molded body was degreased in an air atmosphere at 500 ° C. for 4 hours, and fired in a nitrogen atmosphere at 1740 ° C. for 5 hours to obtain an AlN sintered body.

得られた焼結体を構成する結晶粒の平均粒径は、3.5μmであり、また、該AlN焼結体に含まれる焼結助剤以外の金属不純物濃度は100ppm、c軸長さは4.976Åであった。   The average grain size of the crystal grains constituting the obtained sintered body is 3.5 μm, the metal impurity concentration other than the sintering aid contained in the AlN sintered body is 100 ppm, and the c-axis length is It was 4.976 cm.

<実施例1〜3>
得られたAlN焼結体をハンマーを使用したハンマーミルにて、回転数750rpmの条件で、約1cmの大きさに予備破砕した後、対向式ジェットミル((株)アーステクニカ製EJM00型JEDI)を用いて粉砕した。尚、該粉砕機からのAlN粉砕粉末の取り出しは、付属の分級ローターの回転数1000〜2000rpm間に設定して行った。得られたAlN粉砕粉末の物性及び不純物濃度を表1にまとめた。
<Examples 1-3>
The obtained AlN sintered body was preliminarily crushed to a size of about 1 cm with a hammer mill using a hammer at a rotation speed of 750 rpm, and then an opposed jet mill (EJM00 type JEDI manufactured by Earth Technica) Was used to grind. The AlN pulverized powder was taken out from the pulverizer by setting the rotation speed of the attached classification rotor between 1000 and 2000 rpm. The physical properties and impurity concentration of the obtained AlN pulverized powder are summarized in Table 1.

尚、対向式ジェットミルにおいて使用した搬送ガスとして、露点−25℃の窒素ガスを使用した。1500rpmで分級した粉末の粒子構造のSEM写真を図1に示す。   In addition, nitrogen gas with a dew point of −25 ° C. was used as the carrier gas used in the opposed jet mill. An SEM photograph of the particle structure of the powder classified at 1500 rpm is shown in FIG.

上記粉砕AlN粉末を使用し、(AlN粉砕粉末:AlN粉末(Hグレード))の比率で混合して、この混合物であるAlN粉末100重量部に対して酸化イットリウムが5重量部となるように添加した。   Using the above pulverized AlN powder, mixing at a ratio of (AlN pulverized powder: AlN powder (H grade)), and adding yttrium oxide to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the AlN powder as the mixture did.

さらに、上記組成に分散剤と溶媒を添加し14時間混合した。その後、バインダーとしてポリビニルブチラール及び可塑剤を添加して18時間混合してAlNスラリーを得た。AlNスラリーを脱泡後粘度2万cpsに調整しドクターブレード法で厚み0.75mmの成形体を作製した。   Further, a dispersant and a solvent were added to the above composition and mixed for 14 hours. Thereafter, polyvinyl butyral and a plasticizer were added as binders and mixed for 18 hours to obtain an AlN slurry. The AlN slurry was defoamed, adjusted to a viscosity of 20,000 cps, and a molded body having a thickness of 0.75 mm was prepared by a doctor blade method.

得られた成形体を500℃、4時間、空気雰囲気中で脱脂し、窒素雰囲気中、1740℃、5時間で焼成してAlN焼結体を得た。AlN粉末の混合比率と得られた焼結体の物性を表2に示す。   The obtained molded body was degreased in an air atmosphere at 500 ° C. for 4 hours, and fired in a nitrogen atmosphere at 1740 ° C. for 5 hours to obtain an AlN sintered body. Table 2 shows the mixing ratio of the AlN powder and the physical properties of the obtained sintered body.

<実施例4>
実施例2で得られた粉末を気流式分級機にて、分級処理を1回行った。分級ポイントは2.5μmとし、供給量は1.5kg/hrとした。分級によって得られた粉末の収率は83%であった。得られたAlN粉砕粉末の物性及び不純物濃度を表1にまとめた。また、得られた粉末のSEM写真を図2に示す。
<Example 4>
The powder obtained in Example 2 was classified once with an airflow classifier. The classification point was 2.5 μm, and the supply amount was 1.5 kg / hr. The yield of the powder obtained by classification was 83%. The physical properties and impurity concentration of the obtained AlN pulverized powder are summarized in Table 1. Moreover, the SEM photograph of the obtained powder is shown in FIG.

上記粉末を使用し、実施例1〜3と同様の手順で焼結体を作製した。AlN粉末の混合比率と得られた焼結体の物性を表2に示す。   Using the powder, a sintered body was produced in the same procedure as in Examples 1 to 3. Table 2 shows the mixing ratio of the AlN powder and the physical properties of the obtained sintered body.

<実施例5>
窒化アルミニウム基板製造工場より得られた、結晶粒の平均粒径7.5μm、該AlN焼結体に含まれる焼結助剤以外の金属不純物濃度が100ppm、c軸長さが4.9801Åの廃AlN焼結体を、ハンマーを使用したハンマーミルにて、回転数750rpmの条件で、約1cmの大きさに予備破砕した後、対向式ジェットミル((株)アーステクニカ製EJM00型JEDI)を用いて粉砕した。尚、該粉砕機からのAlN粉砕粉末の取り出しは、付属の分級ローターの回転数700rpmに設定して行った。得られたAlN粉砕粉末の物性及び不純物濃度を表1にまとめた。
<Example 5>
Waste obtained from an aluminum nitride substrate manufacturing plant with an average grain size of 7.5 μm, a metal impurity concentration other than a sintering aid contained in the AlN sintered body of 100 ppm, and a c-axis length of 4.9801 mm The AlN sintered body was preliminarily crushed to a size of about 1 cm with a hammer mill using a hammer at a rotational speed of 750 rpm, and then an opposed jet mill (EJM00 type JEDI manufactured by Earth Technica Co., Ltd.) was used. And crushed. The AlN pulverized powder was taken out from the pulverizer by setting the rotation speed of the attached classification rotor to 700 rpm. The physical properties and impurity concentration of the obtained AlN pulverized powder are summarized in Table 1.

上記粉末を使用し、実施例1〜3と同様の手順で焼結体を作製した。AlN粉末の混合比率と得られた焼結体の物性を表2に示す。   Using the powder, a sintered body was produced in the same procedure as in Examples 1 to 3. Table 2 shows the mixing ratio of the AlN powder and the physical properties of the obtained sintered body.

<比較例1>
予備粉砕までは実施例1と同様に行った。ただし得られた予備粉砕物が200メッシュのふるいを通るまでハンマーミルによる粉砕を継続した。篩った予備粉砕物をφ=3mmのSi製ボールと共に、アルミナ製ポットに入れ、乾式のボールミルにかけて、マイクロトラックを用いた分析法でその平均粒径が3〜4μmになるまで粉砕を行った。得られたAlN粉砕粉末の物性及び不純物濃度を表1にまとめた。
<Comparative Example 1>
The same procedure as in Example 1 was performed until the preliminary pulverization. However, pulverization with a hammer mill was continued until the obtained preliminary pulverized material passed through a 200-mesh sieve. The sieved pre-ground material is put together with Si 3 N 4 balls of φ = 3 mm into an alumina pot, applied to a dry ball mill, and pulverized until the average particle size becomes 3 to 4 μm by an analysis method using a microtrack. Went. The physical properties and impurity concentration of the obtained AlN pulverized powder are summarized in Table 1.

上記粉末を使用し、実施例1〜3と同様の手順で焼結体を作製した。AlN粉末の混合比率と得られた焼結体の物性を表2に示す。   Using the powder, a sintered body was produced in the same procedure as in Examples 1 to 3. Table 2 shows the mixing ratio of the AlN powder and the physical properties of the obtained sintered body.

<比較例2>
予備粉砕までは実施例1と同様に行った。ただし得られた予備粉砕物が200メッシュのふるいを通るまでハンマーミルによる粉砕を継続した。篩った予備粉砕物をφ=3mmのアルミナ製ボールと共に、アルミナ製ポットに入れ、乾式のボールミルにかけて、マイクロトラックを用いた分析法でその平均粒径が3〜4μmになるまで粉砕を行った。得られたAlN粉砕粉末の物性及び不純物濃度を表1にまとめた。
<Comparative example 2>
The same procedure as in Example 1 was performed until the preliminary pulverization. However, pulverization with a hammer mill was continued until the obtained preliminary pulverized material passed through a 200-mesh sieve. The sieved pre-pulverized product was put into an alumina pot together with an alumina ball of φ = 3 mm, applied to a dry ball mill, and pulverized until the average particle size became 3 to 4 μm by an analysis method using a microtrack. . The physical properties and impurity concentration of the obtained AlN pulverized powder are summarized in Table 1.

上記粉末を使用し、実施例1〜3と同様の手順で焼結体を作製した。AlN粉末の混合比率と得られた焼結体の物性を表2に示す。   Using the powder, a sintered body was produced in the same procedure as in Examples 1 to 3. Table 2 shows the mixing ratio of the AlN powder and the physical properties of the obtained sintered body.

<比較例3>
比較例2で得られた粉末を気流式分級機にて分級処理を1回行った。分級ポイントは2.5μmとし、供給量は1.5kg/hrとした。分級によって得られた粉末の収率は72%であった。得られたAlN粉砕粉末の物性及び不純物濃度を表1にまとめた。また、得られた粉末のSEM写真を図3に示す。分級処理を行っても付着微粉や凝集粒が数多く残存していることが分かる。
<Comparative Example 3>
The powder obtained in Comparative Example 2 was classified once with an airflow classifier. The classification point was 2.5 μm, and the supply amount was 1.5 kg / hr. The yield of the powder obtained by classification was 72%. The physical properties and impurity concentration of the obtained AlN pulverized powder are summarized in Table 1. Moreover, the SEM photograph of the obtained powder is shown in FIG. It can be seen that many fine particles and agglomerated particles remain even after the classification treatment.

上記粉末を使用し、実施例1〜3と同様の手順で焼結体を作製した。AlN粉末の混合比率と得られた焼結体の物性を表2に示す。   Using the powder, a sintered body was produced in the same procedure as in Examples 1 to 3. Table 2 shows the mixing ratio of the AlN powder and the physical properties of the obtained sintered body.

<比較例4>
予備粉砕までは実施例1と同様に行った。ただし得られた予備粉砕物が200メッシュのふるいを通るまでハンマーミルによる粉砕を継続した。続いてSUS304製のピンミルを用いて、マイクロトラックを用いた分析法でその平均粒径が3〜4μmになるまで粉砕を行った。得られたAlN粉砕粉末の物性及び不純物濃度を表1にまとめた。
<Comparative Example 4>
The same procedure as in Example 1 was performed until the preliminary pulverization. However, pulverization with a hammer mill was continued until the obtained preliminary pulverized material passed through a 200-mesh sieve. Then, it grind | pulverized until the average particle diameter became 3-4 micrometers with the analysis method using a micro track | truck using the pin mill made from SUS304. The physical properties and impurity concentration of the obtained AlN pulverized powder are summarized in Table 1.

上記粉末を使用し、実施例1〜3と同様の手順で焼結体を作製した。AlN粉末の混合比率と得られた焼結体の物性を表2に示す。   Using the powder, a sintered body was produced in the same procedure as in Examples 1 to 3. Table 2 shows the mixing ratio of the AlN powder and the physical properties of the obtained sintered body.

Figure 0005495748
Figure 0005495748

Figure 0005495748
Figure 0005495748

Claims (2)

結晶粒子の平均粒径が2〜10μmの窒化アルミニウム焼結体を、粒界破壊を優先的に生じせしめて、相当径が1mm以上、30mm以下となる大きさに予備粉砕し、次いで、該予備粉砕物を、衝突対向式ジェットミルを用いて衝突粉砕することを特徴とする、平均粒子径が、2〜10μmであり、且つ、3000倍の電子顕微鏡写真において観察される、該粉末中の1μm以下の微粉の占める割合が、面積比率で5%以下であって、焼結助剤以外の金属不純物濃度が1500ppm以下である窒化アルミニウム粉末の製造方法。 An aluminum nitride sintered body having an average grain size of 2 to 10 μm is preliminarily pulverized to a size such that the equivalent diameter is 1 mm or more and 30 mm or less by causing grain boundary fracture preferentially, The pulverized product is subjected to collision pulverization using a collision-opposing jet mill , the average particle diameter is 2 to 10 μm, and 1 μm in the powder observed in an electron micrograph of 3000 times The manufacturing method of the aluminum nitride powder whose ratio which the following fine powder occupies is 5% or less by area ratio, and metal impurity concentrations other than a sintering auxiliary agent are 1500 ppm or less . 前記予備粉砕及び衝突粉砕を、不活性ガス雰囲気下に行う請求項記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。 The preliminary grinding and the collision pulverization method for producing an aluminum nitride powder according to claim 1, wherein carried out under an inert gas atmosphere.
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