JP6921671B2

JP6921671B2 - 窒化アルミニウム系粉末及びその製造方法

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Publication number: JP6921671B2
Application number: JP2017142159A
Authority: JP
Inventors: 橋詰　良樹; 良樹橋詰; 祥子鈴木; 健男杉田
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Current assignee: TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2021-08-18
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Description

本発明は、窒化アルミニウム系粉末及びその製造方法に関する。

従来より、パワー半導体、ＬＥＤ、高周波デバイスなど、発熱の大きい電子部品の冷却に用いられる高熱伝導性樹脂に、窒化アルミニウム原料粉末を造粒し、焼結して焼結体とした窒化アルミニウム系粉末を配合することが行われている。

例えば、特許文献１には、窒化アルミニウム原料粉末を造粒し、不活性ガス雰囲気中で焼結することにより平均粒径１０μｍ以上の球状粉末を得る方法が開示されている。この方法では焼結工程で粉末同士が融着し凝集するという問題が有り、凝集物を粉砕しても球状で充填性の良い粉末を得ることは困難である。同文献には焼結助剤の添加量を減らす事により、粉末の凝集が防止できる事も開示されているが、単に焼結助剤の添加量を減らすだけでは高密度で熱伝導率の高い窒化アルミニウム系粉末を得ることは困難である。

特許文献２には、窒化アルミニウム原料粉末を造粒・焼結した窒化アルミニウム系粉末を得る方法であって、脱脂温度を調整することにより脱脂体の強度を維持し、粉末の形状を保つ方法が開示されている。しかしながら、この方法でも凝集の問題が存在しており、焼結工程で粉末の凝集が発生し、後で粉砕する必要が生じるため、均一な粒径の球状粉末を得ることが難しい。

特許文献３にも、窒化アルミニウム原料粉末を造粒・焼結することにより、粒径の小さい窒化アルミニウム系粉末を得る方法が開示されている。しかしながら、この方法でも粉末の凝集が起こりやすく、後に粉砕する必要が生じるため、均一な粒径の球状粉末を得ることは難しい。

一方、特許文献４と特許文献５には、上記した窒化アルミニウム系粉末の凝集という課題を克服するために、窒化ホウ素粉末を原料粉末に添加し、焼結する方法が開示されている。しかしながら、かかる方法では窒化ホウ素粉末を後で分離する必要があり、且つ、完全には分離できない。その結果、高熱伝導性樹脂に窒化アルミニウム系粉末を配合した時に、樹脂の粘度が適正な粘度よりも高くなり過ぎてしまうという問題が生じる。

また、特許文献６には、窒化アルミニウム原料顆粒と少量の窒化ホウ素粉末を、ボールなどの分散媒体を使用することなく混合し、その後焼結することにより充填性に優れた球状窒化アルミニウム系粉末を製造する方法が、記載されている。しかしながら、かかる方法で製造する場合、窒化アルミニウム原料顆粒を混合する工程で、顆粒が崩壊しやすいという課題がある。また上述したような、高熱伝導性樹脂に窒化アルミニウム系粉末を配合した際の、樹脂粘度が高くなり過ぎるという問題もある。

一方、特許文献７には、アルミナ質原料に、アルカリ土類金属化合物及びカーボンを添加し、還元窒化することにより、平均粒径３〜３０μｍ、酸素量１％以下の球状窒化アルミニウム系粉末を製造する方法が開示されている。かかる方法では、アルミナを出発原料としているため、反応に長時間を要する上、その後の脱炭処理に時間を要する。また、３０μｍを超えるような粒径の大きい粉末を製造することは、困難である。

また、引用文献８には、アルミナ顆粒を、一酸化炭素及び窒素を含む雰囲気で二段階焼成することにより、酸窒化アルミニウムをコアとして含む、粒径１０〜２００μｍの球状窒化アルミニウム系粉末を製造する方法が、開示されている。かかる方法では、窒化アルミニウムの結晶内に固溶酸素が残存しやすくなり、その結果、フィラー材としての熱伝導率が低下するという問題がある。また、得られる粉体粒子の相対密度も９５％以下と低く、９９％以上にすることは困難である。

特開平３−２９５８６３号公報特開２００３−２６７７０８号公報特開２００６−２０６３９３号公報特開平４−１２４００６号公報特開平１１−２６９３０２号公報特開２０１７−０３６１８３号公報特開２０１２−０５６７７４号公報特開２０１６−０３７４３８号公報

上記のような事情に鑑み、本発明の目的とするところは、原料として窒化ホウ素を使用せずとも、焼結工程での凝集が生じにくい窒化アルミニウム系粉末を提供することにある。

本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、希土類元素と酸素とを所定の比率で含有し、さらには所定以上の見掛け密度を有する窒化アルミニウム系粉末とすることで、窒化ホウ素を使用せずとも焼結工程での凝集発生を抑制できることを見出した。本発明者らは、かかる知見に基づきさらに研究を重ね、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、以下の窒化アルミニウム系粉末を提供する。
項１．
酸素及び希土類元素を含む窒化アルミニウム系粉末であって、
該窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度は３．２ｇ／ｃｍ^３以上であり、
前記酸素の含有量は、前記窒化アルミニウム系粉末１００質量％中に０．０１〜１質量％であり、
前記希土類元素の含有量（Ｍ_Ｒ）と前記酸素の含有量（Ｍ_Ｏ）の質量比（Ｍ_Ｒ／Ｍ_Ｏ）は０．１〜１．５であることを特徴とする、窒化アルミニウム系粉末。
項２．
前記希土類元素はイットリウムである、項１に記載の窒化アルミニウム系粉末。
項３．
さらにアルカリ土類金属元素を、前記窒化アルミニウム系粉末に含まれる前記アルカリ土類金属元素以外の成分１００質量部に対して０．０１〜０．０５質量部含む、項１又は２に記載の窒化アルミニウム系粉末。
項４．
窒化アルミニウム系粉末における窒化アルミニウム系粉末粒子は、
窒化アルミニウム結晶粒である第１相成分と、
複合金属酸化物である第２相成分とを含んで構成され、
前記第２相成分全体の９５％以上が最長径１μｍ以下である、
項１〜３の何れかに記載の窒化アルミニウム系粉末。
項５．
前記複合金属酸化物は、
少なくともアルミニウム及び希土類を含む複合金属酸化物である、項４に記載の窒化アルミニウム系粉末。
項６．
（１）酸素を０．０１〜３質量％含有し、平均粒径が２μｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末、希土類化合物粉末、有機バインダー、及び溶剤を混合してスラリー化する工程１、
（２）前記工程１で得られたスラリーを造粒及び乾燥し、造粒物を得る工程２、及び
（３）前記工程２で得られた造粒物を脱脂し、還元性雰囲気中で１７００〜１９００℃の温度条件で焼結する工程３、
を有することを特徴とする窒化アルミニウム系粉末の製造方法。
項７．
前記工程１において、さらにアルカリ土類金属化合物粉末を混合してスラリー化する、項６に記載の製造方法。

本発明の窒化アルミニウム系粉末は、原料として窒化ホウ素を使用せずとも、焼結工程での凝集が生じにくい。

実施例１の窒化アルミニウム系粉末の外観写真。実施例１の窒化アルミニウム系粉末粒子の断面写真。比較例１の窒化アルミニウム系粉末粒子の断面写真。

窒化アルミニウム系粉末
本発明の窒化アルミニウム系粉末は、酸素及び希土類元素を含む窒化アルミニウム系粉末であって、該窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度は３．２ｇ／ｃｍ^３以上であり、前記酸素の含有量は、前記窒化アルミニウム系粉末１００質量％中に０．０１〜１質量％であり、前記希土類元素の含有量（Ｍ_Ｒ）と前記酸素の含有量（Ｍ_Ｏ）の質量比（Ｍ_Ｒ／Ｍ_Ｏ）は０．１〜１．５であることを特徴とする。

本明細書における窒化アルミニウム系粉末は、窒化アルミニウム原料粉末を造粒、焼結して焼結体とされた窒化アルミニウム系粉末粒子の集合体を、意味する。かかる窒化アルミニウム系粉末は、例えば高い熱伝導性が要求される樹脂製品の充填剤として好適に使用することができる。

窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度は、３．２ｇ／ｃｍ^３以上である。窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度が３．２ｇ／ｃｍ^３未満であると、製造時に焼結する際に、十分な焼結性を得ることができない。また、製造した窒化アルミニウム系粉末を充填材として得られる樹脂に、十分な熱伝導性を付与することができない。一方、窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度の上限としては、特に限定はないが、窒化アルミニウムと希土類酸化物の複合体の理論密度という観点から、３．３２ｇ／ｃｍ^３とすることが好ましい。

本明細書において見掛け密度とは、粉体を一定容積の容器に充填した場合の、容器の体積から、粉体間の隙間体積を除いた体積（但し、粉体内部に存在する空隙の体積は、除かない。）により、容器内の粉体の質量を除した密度を意味する。見掛け密度は、公知の方法で測定することができ、例えば、アルキメデス法により測定することができる。

酸素及び希土類元素
本発明の窒化アルミニウム系粉末は、酸素及び希土類元素を含む。窒化アルミニウム系粉末中の酸素の含有量は、窒化アルミニウム系粉末１００質量％中に、０．０１〜１質量％であり、０．５〜１質量％であることがより好ましく、０．７〜１質量％であることが更に好ましい。酸素の含有量が０．０１質量％に満たない場合、窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度が低下するという問題がある。一方、酸素の含有量が１質量％を超えると、窒化アルミニウム系粉末製造時の焼結工程において液相生成量が多くなってしまい、窒化アルミニウム系粉末粒子の凝集が生じやすくなるという問題がある。それと共に、窒化アルミニウム結晶粒内の酸素量が多くなるため、優れた熱伝導性を得ることができない。

窒化アルミニウム系粉末中の酸素の含有量は、不活性ガス融解・非分散型赤外線吸収法を用いて、例えば（株）堀場製作所製酸素窒素分析装置ＥＭＧＡ９２０により定量分析することにより、測定することができる。

希土類元素としては、公知の希土類元素を挙げることができる。かかる希土類元素としては、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、及びユウロピウム（Ｅｕ）からなる群より選ばれる１種以上を挙げることができ、これらに限定されない。中でもイットリウムは、焼結助剤として優れた性質を有しており、高密度で高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム系粉末粒子を得ることができる。

窒化アルミニウム系粉末中の希土類元素の含有量は、熱伝導率と凝集防止という観点から、０．１〜１．８質量％とすることが好ましく、０．３〜１．５質量％とすることがより好ましい。窒化アルミニウム系粉末中の希土類元素の含有量は、ＩＣＰ発光分光分析装置（例えばＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ｉＣＡＰ６１００）を用いて、試料を硫酸/硝酸溶液中でマイクロ波加熱し溶解した検体をICP発光分光分析することにより、測定することができる。

窒化アルミニウム系粉末中における希土類元素の含有量（Ｍ_Ｒ）と酸素の含有量（Ｍ_Ｏ）の質量比（Ｍ_Ｒ／Ｍ_Ｏ）は、０．１〜１．５であり、０．２〜１．３であることがより好ましい。質量比（Ｍ_Ｒ／Ｍ_Ｏ）が０．１未満であると、窒化アルミニウム系粉末粒子の密度が低くなってしまう。一方、１．５を超えると、焼結過程で生成する液相により窒化アルミニウム系粉末粒子同士が結合し、凝集するという問題を生じ、かつ焼結温度が低い場合に粉末粒子の密度も低くなる。このように、質量比（Ｍ_Ｒ／Ｍ_Ｏ）を上記の数値範囲内とすることにより、窒化アルミニウム系粉末の凝集を抑制することができる。その結果、窒化アルミニウム系粉末の凝集防止のために窒化ホウ素を添加する必要がなくなり、窒化アルミニウム系粉末の製造工程を簡略化することが可能となる。

アルカリ土類金属元素
本発明の窒化アルミニウム系粉末は、さらアルカリ土類金属元素を含んでもよい。アルカリ土類金属元素を含むことにより、より低い焼結温度で緻密な（内部に空隙を含まない）窒化アルミニウム系粉末を得ることができる。かかるアルカリ土類金属としては、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）及びラジウム（Ｒａ）からなる群より選ばれる１種以上を挙げることができ、勿論これらに限定されない。中でもカルシウムは、窒化アルミニウム系粉末に高い熱伝導性を付与できることから、好ましい。

アルカリ土類金属元素の含有量としては、窒化アルミニウム系粉末に含まれるアルカリ土類金属元素以外の成分１００質量部に対して、アルカリ土類金属元素を０．０１〜０．０５質量部含むことが好ましく、０．０１〜０．０５質量部含むことがより好ましい。アルカリ土類金属元素を０．０１質量部以上含むことにより、窒化アルミニウム系粉末製造の焼結工程における焼結温度を低くすることができる。また０．０８質量部以下とすることにより、得られる窒化アルミニウム系粉末の熱伝導性を高めることができる。

窒化アルミニウム系粉末粒子
窒化アルミニウム系粉末における窒化アルミニウム系粉末粒子は、窒化アルミニウム結晶粒である第１相成分と、複合金属酸化物である第２相成分とを含んで構成されることが好ましい。

ここで、第２相成分は、窒化アルミニウム系粉末に含まれる第２相成分全体のうちの９５％以上が、第１相成分を構成する結晶粒の粒界三重点（以下、単に三重点という。）に点在することが好ましい。つまり、第２相成分が連続して存在せず、第１相成分の三重点に点在していることが好ましい。第２相成分が結晶粒界に連続して面状に存在する場合、焼結工程で表面に液相が染み出しやすくなり、その結果、窒化アルミニウム系粉末が凝集しやすくなる。換言すると、第２相成分の９５％以上が、第１相成分の三重点に存在するという構成をとることにより、窒化アルミニウム系粉末の凝集を抑制することができる。

上述した、前記第２相成分全体の９５％以上が最長径１μｍ以下である。最長径が１μｍを超えると、第２相成分は前述の三重点に収まらず面状に拡がるおそれがある。第２相成分全体の９５％以上が最長径１μｍ以下であることは、窒化アルミニウム系粉末のイオンミリング等による断面のＳＥＭ観察により第１相成分（暗い部分）のマトリクス中に分布する第２相成分（明るい部分）の大きさを測定し、最長径１μｍ以下の大きさを有する第２相成分の数の全数量に対する割合を求めることによって算出することができる。

第２相成分における複合金属酸化物は、少なくともアルミニウム及び希土類を含む複合金属酸化物であることが好ましい。また、アルミニウム、希土類、及びアルカリ土類金属を含む複合金属酸化物であってもよい。かかる構成を有することにより、第２相成分の融点が低くなり、低温で焼結工程を行っても、高密度の窒化アルミニウム系粉末を得ることができる。

特に、希土類元素としてイットリウムを使用し、且つ、希土類元素の含有量（Ｍ_Ｒ）と酸素の含有量（Ｍ_Ｏ）の質量比（Ｍ_Ｒ／Ｍ_Ｏ）を、０．１〜１．５となる窒化アルミニウム系粉末を製造することにより、第２相成分の主成分がイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）となる。第２相成分の主成分がイットリウムアルミニウムガーネット（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）であることにより、第２相成分の融点が低くなり、低温で焼結工程を行っても、高密度の窒化アルミニウム系粉末を得ることができる。

窒化アルミニウム系粉末粒子の形状は、特に限定は無いが、球状度０．９以上の粒子であることが好ましい。また、平均粒度としては５〜２００μｍであることが好ましい。平均粒度が２００μｍを超えると、樹脂と混合してシート等に成形した場合に粉末粒子が突き出すという問題が生じる。ここで、窒化アルミニウム系粉末粒子の球状度は、粉末の投影画像を、画像解析装置（例えば、Ｍａｌｖｅｒｎ社製モフォロギＧ３）により個々の粒子の投影像の面積Ｓ、周囲長Ｌを求め、円形度４πＳ／Ｌ^２を計算しその個数当りの平均値を計算することにより、また、平均粒度は一般的なレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（例えば、日機装株式会社製ＭＴ３３００）により、界面活性剤（例えばダウケミカル社製ＴｒｉｔｏｎＸ−１００）を加えた水に超音波分散した窒化アルミニウム系粉末の体積平均粒径を測定することにより、算出することができる。

また窒化アルミニウム系粉末１００質量％中、粒径２μｍ以下の窒化アルミニウム系粉末粒子の存在比率は、０．０１〜１０質量％である事が望ましい。１０質量％を超えて存在していると、窒化アルミニウム系粉末を樹脂と複合化した時の充填密度が低くなる。また、窒化アルミニウム系粉末と樹脂を混合した場合の粘度が高くなるため、充填量を多くする事が出来ず、高い熱伝導率を得ることが困難となる。上述の通り、形状については原則的に球状度が０．９以上の球状粒子であることが好ましいが、用途に応じて扁平状あるいはブロック状に調整しても良い。

窒化アルミニウム系粉末の製造方法
本発明の窒化アルミニウム系粉末の製造方法は、
（１）酸素を０．０１〜３質量％含有し、平均粒径が２μｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末、希土類化合物粉末、有機バインダー、及び溶剤を混合してスラリー化する工程１、
（２）前記工程１で得られたスラリーを造粒及び乾燥し、造粒物を得る工程２、及び
（３）前記工程２で得られた造粒物を脱脂し、還元性雰囲気中で１７００〜１９００℃の温度条件で焼結する工程３、を有することを特徴とする。

工程１
工程１で使用する窒化アルミニウム原料粉末は、該窒化アルミニウム原料粉末１００質量％中に、酸素を０．０１〜３質量％含む。酸素含有量が３質量％を超えると、熱伝導率の高い窒化アルミニウム系粉末を得ることが難しくなる。

窒化アルミニウム原料粉末において、酸素は上記した含量が含まれていれば、その含まれる態様については特に限定はない。例えば、酸素の２質量％以上が窒化アルミニウムの表面に表面酸化膜（水和膜）として存在しているような態様を、挙げることができる。

また、工程１で使用する窒化アルミニウム原料粉末は、平均粒径２μｍ以下のものを使用する。平均粒径が２μｍを超えるものを使用した場合、緻密な窒化アルミニウム系粉末を得ることが難しい。窒化アルミニウム原料粉末の平均粒径の下限値としては特に限定はないが、たとえば０．１μｍ以上が好ましい。

窒化アルミニウム原料粉末は、分散のし易さ、造粒のし易さという観点から、工程１で得るスラリー１００質量％中に、２０〜６０質量％の含有量で添加することが好ましい。

希土類化合物粉末としては、公知のものを広く使用することが可能である。特に限定はないが、具体的にはＹ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３などを挙げることができる。これは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。粒径としては、平均粒径０．１〜２μｍのものを使用することが好ましい。

また、焼結しやすくし、得られる窒化アルミニウム系粉末の熱伝導率を良好なものとするという観点から、希土類化合物粉末の添加量は、窒化アルミニウム原料粉末１００質量部に対して、０．１〜１０質量部とするのが好ましく、０．１〜５質量部とするのがより好ましく、０．３〜３質量部とするのが更に好ましい。

有機バインダーとしては、窒化アルミニウム系粉末の製造に使用される公知の有機バインダーを広く使用することが可能である。具体的には、アクリル系樹脂、ワックス、ポリビニルブチラール系樹脂、ポリエステル系樹脂等を挙げることができ、勿論これらに限定されない。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

有機バインダーの添加量は、使用する窒化アルミニウム原料粉末や希土類化合物粉末の種類や添加量によって適宜調整すればよく、例えば、窒化アルミニウム原料粉末１００質量部に対して０．５〜１０質量部添加するのが好ましい。

溶剤としても、窒化アルミニウム系粉末の製造に使用される公知の溶剤を広く使用することが可能である。具体的には、エステル系溶剤、ケトン系溶剤、芳香族系溶剤、エーテル系溶剤などを挙げることができ、勿論これらに限定されない。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

溶剤の添加量についても、使用する窒化アルミニウム原料粉末や希土類化合物粉末の種類や添加量によって適宜調整すればよく、例えば、窒化アルミニウム原料粉末１００質量部に対して５０〜３００質量部添加するのが好ましい。

さらに、アルカリ土類金属化合物粉末を添加し、工程１のスラリーとしてもよい。かかるアルカリ土類金属化合物粉末の具体例としては、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＣ_２、ＣａＣＯ_３、ＣａＣＮ_２等を挙げることができ、これらに限定されない。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。粒径としては、平均粒径０．１〜２μｍのものを使用することが好ましい。

また、焼結しやすくし、得られる窒化アルミニウム系粉末の熱伝導率を良好なものとするという観点から、アルカリ土類金属化合物粉末の添加量は、窒化アルミニウム原料粉末１００質量部に対して０．０１〜０．１質量部とするのが好ましく、０．０１〜０．０８質量部とするのがより好ましい。

その他、工程１でスラリーを得るに際して、必要に応じてさらに、分散剤、チクソ剤、可塑剤、消泡剤などを加えてもよい。

スラリー化する方法としては、特に限定はなく、例えば、上記した各種の材料を混合し、ボールミル、ビーズミル、撹拌機等を使用して分散する方法を挙げることができる。

工程２
工程２では、工程１で得られたスラリーを造粒及び乾燥させる。造粒及び乾燥させるための方法としては特に限定はなく、公知の方法を広く採用することが可能である。具体的には、スプレードライや転動造粒などの方法を挙げることができる。

工程３
工程３では、工程２で得られた造粒物を脱脂し、還元性雰囲気中で１７００〜１９００度の温度条件で焼結を行う。

脱脂の具体的な方法としては、例えば、空気中又は不活性雰囲気中で、４００〜６００℃に加熱する方法が好ましい。かかる方法により、工程１において添加した有機バインダーの樹脂成分を効果的に除去することが可能であり、得られる脱脂体における、上記有機バインダー由来の残炭素量を、脱脂体１００質量％中０．１〜０．５質量％にまで減少させることができる。尚、脱脂体における有機バインダー由来の残炭素量が０．１質量％以上となることにより、得られる造粒物の脱脂体が崩れにくくなり、また残炭素量が０．５質量％以下となることにより、得られる窒化アルミニウム系粉末の密度が十分なものとなる。

さらに、得られた上記脱脂体を、還元性雰囲気中で１７００〜１９００℃の温度条件にて焼結する。

還元性雰囲気とする方法としては、例えば、還元性の窒素雰囲気とする方法を挙げることができる。

かかる還元性の窒素雰囲気とするための更に具体的な態様としては、炭素系材料を使用した焼結炉を用い、カーボン以外の材質（ＢＮ，ＷＣ，Ｍｏ，ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４など）で造粒粉末を包囲することにより、焼結体へのカーボン蒸気の浸入量を調節する方法を挙げることができる。

還元性の窒素雰囲気とするためのその他の具体的な態様としては、造粒粉末にカーボンまたは炭化物または有機物を添加し、焼結時に炭素を気化させる事により、弱還元性雰囲気を作る方法も挙げることができる。ここで、添加するカーボン量は脱脂体の段階で、原料窒化アルミニウム系粉末の酸素量１００質量部に対し、７０質量部以下である事が望ましい。

また、還元性の窒素雰囲気とするためのその他の具体的な態様としては、焼結を窒素と炭化水素の混合雰囲気中で行う方法も挙げることができる。雰囲気を還元性、好ましくは弱還元性にする事により、焼結窒化アルミニウム系粉末に含まれる酸素量を１質量％以下とすることができるため、過剰な液相生成による凝集を防止し、焼結粉末の熱伝導率を高くすることが可能となる。ここで、窒素中の炭化水素濃度は５体積％以下である事が望ましい。

また、焼結温度が１７００℃に満たない場合、得られる窒化アルミニウム系粉末粒子の密度が不十分となるおそれがある。一方、焼結温度が１９００℃を超えると、窒化アルミニウム系粉末粒子が凝集しやすくなる。かかる事情に鑑みて、焼結温度は１７５０〜１８５０℃とするのがより好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

以下、実施例に基づき、本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜７及び比較例１〜５）
下記表１の配合で、ボールミルにて２４時間混合することにより、スラリーを作製した。その後、得られたスラリーをスプレードライ法（装置：大川原化工機（株）製ＣＤＬ２０）により造粒・乾燥し、体積平均粒径７０μｍの造粒粉末を得た。この造粒粉末を、空気中４００℃で１時間脱脂した後、内面にＢＮ板を装着したカーボン容器に充填し、窒素中で３時間焼結した。得られた窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度は、アルキメデス法により測定を行った。また、窒化アルミニウム系粉末に含まれる酸素量は、不活性ガス融解・非分散型赤外線吸収法酸素窒素分析装置（堀場製作所株式会社製、ＥＮＧＡ−９２０）により測定を行った。窒化アルミニウムに含まれるイットリウム量は、ICP（高周波誘導結合プラズマ）発光分光分析装置（ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製、ｉＣＡＰ６１００）により、試料を硫酸/硝酸溶液中でマイクロ波加熱し溶解した検体を測定した。

尚、各実施例及び比較例において使用した材料に関する詳細は、表２の通りである。尚、実施例７及び比較例４の窒化アルミニウム原料粉末については表２中に表示していないが、東洋アルミニウム（株）製ＪＤを製造する際に、粉砕の程度を調整することにより、粒度を変えたものを窒化アルミニウム原料粉末として使用した。

実施例１の窒化アルミニウム系粉末を走査電子顕微鏡で観察したところ、図１のような、略球状の窒化アルミニウム系粉末粒子により構成されることが確認できた。

同じく実施例１の窒化アルミニウム系粉末粒子の断面を、イオンミリングによって研削することにより観察したところ、図２に示すように、第１相成分である窒化アルミニウムの結晶粒の間に、第２相成分である複合金属酸化物が点在している様子が確認され、その大きさは最長径として１μｍ以下のものが１００％であった。一方、比較例１の窒化アルミニウム系粉末粒子の断面を観察したところ、図３に示すように、最長径１μｍ以下の第２相成分の個数が６０％となっている様子が確認された。

凝集評価試験
各実施例及び各比較例の窒化アルミニウム系粉末の凝集の有無については、粒度を測定することによって評価した。具体的には、一次粒子に解砕し、解砕語後の粉末の粒度をレーザー回折法により測定し、体積平均粒径が８０μｍ以下の場合に、凝集が見られないと判断した。

熱伝導率評価試験
各実施例及び各比較例の窒化アルミニウム系粉末を、シリコーン樹脂（信越化学株式会社製、KE-1013）に、６５体積％配合し、混合攪拌及び脱泡を行った後に、厚み３ｍｍのシートを作製し、その熱伝導率を、熱伝導率測定装置（Ｃ−ＴＨＥＲＭＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ社製、ＴＣｉ）により測定した。

表３に示すように、各実施例の窒化アルミニウム系粉末は、優れた熱伝導率を有したうえで、なお且つ粒子同士の凝集も見られないことが確認できた。

Claims

酸素及び希土類元素を含む窒化アルミニウム系粉末であって、
該窒化アルミニウム系粉末の見掛け密度は３．２ｇ／ｃｍ^３以上であり、
前記酸素の含有量は、前記窒化アルミニウム系粉末１００質量％中に０．０１〜１質量％であり、
前記希土類元素の含有量（Ｍ_Ｒ）と前記酸素の含有量（Ｍ_Ｏ）の質量比（Ｍ_Ｒ／Ｍ_Ｏ）は０．２〜１．５であることを特徴とする、窒化アルミニウム系粉末。
前記希土類元素はイットリウムである、請求項１に記載の窒化アルミニウム系粉末。
さらにアルカリ土類金属元素を、前記窒化アルミニウム系粉末に含まれる前記アルカリ土類金属元素以外の成分１００質量部に対して０．０１〜０．０５質量部含む、請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム系粉末。
窒化アルミニウム系粉末における窒化アルミニウム系粉末粒子は、
窒化アルミニウム結晶粒である第１相成分と、
複合金属酸化物である第２相成分とを含んで構成され、
前記第２相成分全体の９５％以上が最長径１μｍ以下である、
請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化アルミニウム系粉末。
前記複合金属酸化物は、
少なくともアルミニウム及び希土類を含む複合金属酸化物である、請求項４に記載の窒化アルミニウム系粉末。
請求項１〜５の何れか１項に記載の窒化アルミニウム系粉末の製造方法であって、
（１）酸素を０．０１〜３質量％含有し、平均粒径が２μｍ以下の窒化アルミニウム原料粉末、希土類化合物粉末、有機バインダー、及び溶剤を混合してスラリー化する工程１、（２）前記工程１で得られたスラリーを造粒及び乾燥し、造粒物を得る工程２、及び
（３）前記工程２で得られた造粒物を脱脂し、還元性雰囲気中で１７００〜１９００℃の温度条件で焼結する工程３、
を有することを特徴とする窒化アルミニウム系粉末の製造方法。
前記工程１において、さらにアルカリ土類金属化合物粉末を混合してスラリー化する、請求項６に記載の製造方法。