JP6038886B2 - 窒化アルミニウム粉末の製造方法 - Google Patents
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Description
更に、前記焼成温度は、共融解剤の融点以上で、且つ、1620℃〜1800℃であることが安定して窒化反応を行うために好ましい。
本発明の球状窒化アルミニウム粉末の出発原料として用いるアルミナ等は、α、γ、θ、δ、η、κ、χ等の結晶構造を持つアルミナやベーマイトやダイアスポア、ギブサイト、バイヤライト、トーダナイトなど加熱により脱水転移して最終的に全部又は一部がα−アルミナに転移するものが全て使用可能である。これらは単独あるいは種類の異なるものを混合して用いても良いが、特に反応性が高く、制御が容易なα−アルミナ、γ−アルミナ、ベーマイトが好適に用いられる。
本発明で用いる還元剤としてのカーボン粉末は、カーボンブラック、黒鉛粉末等が使用できる。上記カーボンブラックはファーネス法、チャンネル法などにより得られるカーボンブラック及び、アセチレンブラックが好適に使用できる。これらのカーボンブラックの比表面積は任意であるが、0.01m2/g〜500m2/gのものを用いるのが好ましい。
本発明で用いる共融解剤は、アルミナと共融解し得る化合物であり、具体的には、アルカリ土類金属の化合物、希土類金属の化合物からなり、1200℃〜1800℃、好ましくは1300℃〜1750℃の温度でアルミナと共融解し得るものが、好適に用いられる。共融解剤として、アルミナと共融解し得る温度が1200℃未満の化合物を用いた場合、還元窒化反応が進行するような温度域では揮発してしまい、共融解剤としての効果が低減することがある。また、上記温度が1800℃を超える化合物を用いた場合、液相が生成する前に還元窒化反応が進行してしまうため、物質移動しにくくなることに加え、液相の生成量が減少するため、粒子の成長が十分進行しない虞がある。このような共融解剤としては、酸化イットリウム、酸化リチウム、酸化セリウム、酸化カルシウム等が好ましく用いられ、これらの中でも特に酸化イットリウム、酸化カルシウムが好ましく用いられる。また、共融解剤の平均粒子径は、好ましくは0.01〜100μm、さらに好ましくは0.1〜30μmの範囲にある。
本発明において、アルミナ粉末、カーボン粉末、及び、共融解剤の混合は、前記アルミナ粉末100重量部に対して、前記共融解剤を好ましくは0.5〜50重量部、さらに好ましくは1〜25重量部、特に好ましくは2〜10重量部、カーボン粉末を好ましくは30〜50重量部、さらに好ましくは40〜45重量部の割合となるように混合する。
本発明の球状窒化アルミニウム粉末の製造方法は、焼成炉内において、前記アルミナ粉末、共融解剤、及び、カーボン粉末の混合物を、窒化率が少なくとも50%に至るまで、窒素と一酸化炭素の混合ガス雰囲気中の窒素の割合が60〜85容量%、好ましくは65〜80容量%の範囲となる雰囲気に維持しながら、前記共融解剤の融点以上の温度で焼成して還元窒化を行うことを特徴とする。なお、一酸化炭素の一部をアルゴン等の不活性ガスに置き換えても良い。ただし、一酸化炭素に比べ窒化反応の抑制効果が薄いため、一酸化炭素を用いることが望ましい。
本発明において、反応後の窒化アルミニウム粉末は余剰のカーボン粉末を含んでいるため、必要に応じて、酸化処理により余剰カーボン粉末を除去するのが好ましい。酸化処理を行う際の酸化性ガスとしては、空気、酸素、二酸化炭素、など炭素を除去できるガスならば制限なく採用できるが、経済性や得られる窒化アルミニウムの酸素濃度を考慮して、空気が好適である。また、処理温度は一般的に500℃〜900℃がよく、600℃〜750℃とするのがより好ましい。
本発明の球状窒化アルミニウム粉末は、窒化アルミニウムの性質を生かした種々の用途、特に放熱シート、放熱グリース、放熱接着剤、塗料、熱伝導性樹脂などの放熱材料用フィラーとして広く用いることができる。
比表面積は、BET一点法にて測定を行った。
試料をホモジナイザーにて5%ピロリン酸ソーダ水溶液中に分散させ、レーザー回折粒度分布装置(日機装株式会社製MICROTRAC HRA)にて平均粒径(D50)を測定した。
X線回折(CuKα、10〜70°)にて、窒化アルミニウム(AlN)の主要ピーク((100)面に由来するピーク)と各アルミナ成分(α−アルミナ,θ−アルミナ,γ−アルミナ、δ−アルミナ等)の主要ピークのピーク強度合計の比より検量線法を用いて求めた(式(1))
α−アルミナ:(113)面に由来するピーク
γ−アルミナ:(400)面に由来するピーク
θ−アルミナ:(403)面に由来するピーク
δ−アルミナ:(046)面に由来するピーク
実施例1
平均粒径1.2μm、比表面積10.7m2/gのα−アルミナと比表面積125m2/gのカーボンブラック、平均粒径1μmの酸化イットリウムを混合した。
実施例1における焼成時間2時間までの雰囲気の窒素、一酸化炭素の割合をそれぞれ75容量%、25容量%とした以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた粉末を前述の方法にて、比表面積、および平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表1に示す。
実施例1における焼成時間2時間までの雰囲気の窒素、一酸化炭素の割合をそれぞれ67容量%、33容量%とした以外は窒化アルミニウム粉末を得た。得られた粉末を前述の方法にて、比表面積、および平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表1に示す。
実施例1における焼成時間2時間までの雰囲気の窒素、一酸化炭素の割合をそれぞれ90容量%、10容量%とした以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた粉末を前述の方法にて、比表面積、および平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表2に示す。
実施例1における窒素割合を80%とした時間を焼成時間0.5時間までとした以外は実施例1と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。得られた粉末を前述の方法にて、比表面積、および平均粒径、窒化アルミニウム転化率を測定した。結果を表2に示す。
Claims (3)
- アルミナ粉末を還元窒化して窒化アルミニウム粉末を製造するに際し、平均粒径が5μm以下のアルミナ粉末、共融解剤及び、カーボン粉末の混合物を、該アルミナ粉末の窒化率が少なくとも50%に至るまで、窒素と一酸化炭素の混合ガス雰囲気下において窒素の割合を60〜85容量%となる雰囲気に維持しながら、前記共融解剤の融点以上の温度で焼成して還元窒化を行うことを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。
- 前記アルミナ粉末100重量部に対して、前記共融解剤を0.5〜50重量部、カーボン粉末を30〜50重量部の割合で混合する請求項1記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
- 焼成温度が前記共融解剤の融点以上で、且つ、1620℃〜1800℃である請求項1又は2に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
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