JP6936442B2 - Method for manufacturing thermally conductive filler, thermally conductive composite material, and thermally conductive filler - Google Patents

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本発明は、熱伝導性フィラー及びそれを用いた熱伝導性複合材料、並びに熱伝導性フィラーの製造方法に関する。 The present invention relates to a thermally conductive filler, a thermally conductive composite material using the same, and a method for producing the thermally conductive filler.

窒化ホウ素は熱伝導性の高い高絶縁性の材料として知られており、窒化ホウ素粒子を熱伝導性フィラーとしてマトリックス中に分散させた様々な熱伝導性複合材料が開発されている。また、そのような窒化ホウ素粒子を、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化けい素、酸化亜鉛、黒鉛等の他の熱伝導性材料の粒子と組み合わせて用いた熱伝導性複合材料も開発されている。 Boron nitride is known as a highly insulating material having high thermal conductivity, and various thermally conductive composite materials in which boron nitride particles are dispersed in a matrix as a thermally conductive filler have been developed. Further, a thermally conductive composite material in which such boron nitride particles are used in combination with particles of other thermally conductive materials such as aluminum oxide, aluminum nitride, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, zinc oxide, and graphite. Has also been developed.

例えば、特開2001−158610号公報(特許文献1)では、窒化アルミニウム焼結体の粉砕物からなりかつ平均粒子径が50μm超である窒化アルミニウム粉末と、平均粒子径が3μm以下の、窒化アルミニウム、窒化けい素、窒化ホウ素、炭化けい素、黒鉛、アルミニウム、シリコン、銅、銀及び金から選ばれた1種又は2種以上の良熱伝導性超微粉とを混合してなる混合粉末、並びにその混合粉末を含有している樹脂組成物が開示されている。 For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-158610 (Patent Document 1), aluminum nitride powder composed of a pulverized product of an aluminum nitride sintered body and having an average particle size of more than 50 μm and aluminum nitride having an average particle size of 3 μm or less are used. , A mixed powder made by mixing one or more kinds of good thermal conductive ultrafine powders selected from silicon nitride, boron nitride, silicon carbide, graphite, aluminum, silicon, copper, silver and gold, and A resin composition containing the mixed powder is disclosed.

また、特開2014−162697号公報(特許文献2)では、成形体の高さ方向に平行方向から測定した面のX線回析の(002)回析線と(100)回析線との強度比、及び上記成形体の高さ方向に垂直方向から測定した面のX線回析の(002)回析線と(100)回析線との強度比から所定の式で求められる配向度が0.6〜1.4であり、カルシウムの含有率が500〜5000ppm、粉末X線回折法による黒鉛化指数が0.8〜4.0である窒化ホウ素成形体(焼結体)に、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛、窒化ケイ素、窒化アルミニウム及び水酸化アルミニウムの群から選ばれた1種又は2種以上のセラミックス粉末を含有する樹脂分散液を含浸してなる窒化ホウ素樹脂成形体が開示されている。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-162679 (Patent Document 2), the (002) diffraction line and the (100) diffraction line of the X-ray diffraction of the surface measured from the direction parallel to the height direction of the molded body are described. Degree of orientation obtained by a predetermined formula from the intensity ratio and the intensity ratio of the (002) diffraction line and the (100) diffraction line of the X-ray diffraction of the surface measured from the direction perpendicular to the height direction of the molded body. To a boron nitride molded body (sintered body) having a calcium content of 500 to 5000 ppm and a graphitization index of 0.8 to 4.0 by powder X-ray diffraction. A boron nitride resin molded body impregnated with a resin dispersion containing one or more ceramic powders selected from the group of aluminum oxide, silicon oxide, zinc oxide, silicon nitride, aluminum nitride and aluminum hydroxide. It is disclosed.

さらに、特開2014−172768号公報(特許文献3)では、六方晶窒化ホウ素の一次粒子が結合した窒化ホウ素粒子の集合体である窒化ホウ素粉末と、平均粒径0.1〜10μmであり、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、窒化ケイ素及び窒化アルミニウムからなる群より選ばれた1種以上のセラミックス粉末とを含有するスラリーをスプレー造粒した後に焼成して得られる複合粉末であって、空隙率が5〜55%、平均粒径が20〜100μm、粉末X線回折法における窒化ホウ素の(002)面と(100)面のピーク強度比I(002)/I(100)が9.0以下である窒化ホウ素複合粉末、並びにその複合粉末を含有している樹脂組成物が開示されている。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-172768 (Patent Document 3), boron nitride powder, which is an aggregate of boron nitride particles to which primary particles of hexagonal boron nitride are bonded, has an average particle size of 0.1 to 10 μm. A composite powder obtained by spray-granulating a slurry containing one or more ceramic powders selected from the group consisting of aluminum oxide, zinc oxide, silicon nitride, and aluminum nitride and then firing the powder, and having a void ratio of 5. The peak intensity ratio I (002) / I (100) of the (002) plane to the (100) plane of boron nitride in the powder X-ray diffractometry is 9.0 or less, with an average particle size of about 55% and an average particle size of 20 to 100 μm. A boron nitride composite powder and a resin composition containing the composite powder are disclosed.

また、特開2015−214639号公報(特許文献4)では、平均粒径が10〜100μmである窒化ホウ素板状粒子と、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、ベリリア、シリカ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、コーディエライト、フォルステライト、ジルコン、ムライト、炭化ケイ素、炭化ホウ素及び炭化チタンからなる群から選択される少なくとも1種の無機粒子とを混合し、高せん断力を与えつつ混合するメカノケミカル処理を施して得られる複合粉末、並びにその複合粉末を含有している樹脂組成物が開示されている。 Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-214339 (Patent Document 4), boron nitride plate-like particles having an average particle size of 10 to 100 μm, alumina, magnesium oxide, zinc oxide, beryllium, silica, boron nitride, aluminum nitride, and the like. Mechanochemical treatment is performed in which at least one inorganic particle selected from the group consisting of cordierite, forsterite, zircon, mulite, silicon carbide, boron carbide and titanium carbide is mixed and mixed while applying a high shearing force. The composite powder thus obtained and the resin composition containing the composite powder are disclosed.

しかしながら、このような従来の熱伝導性複合材料であっても、熱伝導性の向上に限界があり、必ずしも十分な熱伝導性を達成できるものではなかった。 However, even with such a conventional heat conductive composite material, there is a limit to the improvement of the heat conductivity, and it is not always possible to achieve sufficient heat conductivity.

特開2001−158610号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-158610 特開2014−162697号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-162679 特開2014−172768号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-172768 特開2015−214639号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-214339

本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、熱伝導性を効率良く向上させることが可能な熱伝導性フィラー及びその製造方法と、優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a heat conductive filler capable of efficiently improving heat conductivity, a method for producing the same, and heat conduction having excellent heat conductivity. It is an object of the present invention to provide a sex composite material.

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、熱伝導性材料として窒化ホウ素と窒化アルミニウムとの組み合わせを採用し、窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物を圧縮焼成体とした後に粉砕することにより、窒化アルミニウム粒子のうちの半数以上の粒子が窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている熱伝導性フィラーが得られるようになり、その熱伝導性フィラーを用いれば熱伝導性を効率良く向上させることが可能となり、優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to achieve the above object, the present inventors have adopted a combination of boron nitride and aluminum nitride as a heat conductive material, and compressed and calcined a mixture of boron nitride powder and aluminum nitride powder. By crushing the aluminum nitride particles after the above, a thermally conductive filler in which more than half of the aluminum nitride particles are contained in the boron nitride particles can be obtained. We have found that it is possible to efficiently improve the thermal conductivity and obtain a thermally conductive composite material having excellent thermal conductivity, and have completed the present invention.

なお、本明細書において、「窒化アルミニウム粒子が窒化ホウ素粒子に内包された状態」とは、「窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態」をいい、このような状態で窒化ホウ素粒子と複合粒子を形成している窒化アルミニウム粒子を「窒化ホウ素粒子に内包されている窒化アルミニウム粒子」としてカウントする。 In the present specification, the "state in which the aluminum nitride particles are encapsulated in the boron nitride particles" means that "50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is contained inside the boron nitride particles and the boron nitride particles are included." It refers to a "contacted state", and the aluminum nitride particles forming a composite particle with the boron nitride particles in such a state are counted as "aluminum nitride particles contained in the boron nitride particles".

すなわち、本発明の熱伝導性フィラーは、窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子とを含有する熱伝導性フィラーであって、
前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径が1〜100μmであり、
前記窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/30〜1/0.5の範囲内にあり、
前記窒化アルミニウム粒子の全粒子のうちの数基準で50%以上の粒子が、該窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態で、該窒化アルミニウム粒子と該窒化ホウ素粒子との複合粒子を形成しており、
焼結助剤としてのカルシウム化合物及びイットリウム化合物、並びにそれらの焼結助剤に由来する化合物からなる群から選択される少なくとも一種の焼結助剤成分を含有している、
ことを特徴とするものである。
That is, the thermally conductive filler of the present invention is a thermally conductive filler containing boron nitride particles and aluminum nitride particles.
The average particle size of the boron nitride particles is 1 to 100 μm.
The average particle size of the aluminum nitride particles is in the range of 1/30 to 1 / 0.5 of the average particle size of the boron nitride particles.
50% or more of the total particles of the aluminum nitride particles were included in the inside of the boron nitride particles and 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles was in contact with the boron nitride particles. In this state, composite particles of the aluminum nitride particles and the boron nitride particles are formed .
It contains at least one sintering aid component selected from the group consisting of calcium compounds and yttrium compounds as sintering aids, and compounds derived from these sintering aids.
It is characterized by that.

また、本発明の熱伝導性複合材料は、マトリックスと、前記マトリックス中に分散している前記本発明の熱伝導性フィラーとを備えることを特徴とするものである。 Further, the heat conductive composite material of the present invention is characterized by comprising a matrix and the heat conductive filler of the present invention dispersed in the matrix.

このような本発明の熱伝導性フィラー及び熱伝導性複合材料においては、前記窒化アルミニウム粒子の含有率が、前記窒化ホウ素粒子と前記窒化アルミニウム粒子との合計量に対して5〜95体積%であることが好ましい。 In such a heat conductive filler and a heat conductive composite material of the present invention, the content of the aluminum nitride particles is 5 to 95% by volume with respect to the total amount of the boron nitride particles and the aluminum nitride particles. It is preferable to have.

また、本発明の熱伝導性フィラー及び熱伝導性複合材料においては、前記熱伝導性フィラーが、窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物の圧縮焼成体の粉砕物であることが好ましい。 Further, in the heat conductive filler and the heat conductive composite material of the present invention, it is preferable that the heat conductive filler is a pulverized product of a compression-fired product of a mixture of boron nitride powder and aluminum nitride powder.

本発明の熱伝導性フィラーの製造方法は、
窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末と、カルシウム化合物及びイットリウム化合物からなる群から選択される少なくとも一種の焼結助剤との混合物を加圧して圧縮しつつ焼成せしめることにより圧縮焼成体を得る工程と、
前記圧縮焼成体を予備粉砕した後に、予備粉砕された前記圧縮焼成体を含有する流体を30〜250MPaの高圧で200〜800m/sの流速でノズルから噴射させて湿式衝突粉砕することにより、窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子とを含有する熱伝導性フィラーであって、前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径が1〜100μmであり、前記窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/30〜1/0.5の範囲内にあり、前記窒化アルミニウム粒子の全粒子のうちの数基準で50%以上の粒子が、該窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態で、該窒化アルミニウム粒子と該窒化ホウ素粒子との複合粒子を形成している熱伝導性フィラーを得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
The method for producing a thermally conductive filler of the present invention is
A step of obtaining a compressed fired body by pressurizing a mixture of boron nitride powder , aluminum nitride powder, and at least one sintering aid selected from the group consisting of a calcium compound and an yttrium compound and firing the mixture while compressing the mixture. ,
After pre-grinding the compression-fired body, the pre-crushed fluid containing the compression-fired body is jetted from a nozzle at a high pressure of 30 to 250 MPa at a flow velocity of 200 to 800 m / s to perform wet collision crushing, thereby nitriding. A thermally conductive filler containing boron particles and aluminum nitride particles, the average particle size of the boron nitride particles is 1 to 100 μm, and the average particle size of the aluminum nitride particles is the average particle size of the boron nitride particles. 50% or more of the total particles of the aluminum nitride particles are in the range of 1/30 to 1 / 0.5, and 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is the nitrided particles. A step of obtaining a thermally conductive filler forming a composite particle of the aluminum nitride particles and the boron nitride particles while being contained inside the boron particles and in contact with the boron nitride particles.
It is a method characterized by including.

このような本発明の熱伝導性フィラーの製造方法においては、前記窒化ホウ素粉末と前記窒化アルミニウム粉末との混合物を10〜500MPaの加圧条件下で圧縮しつつ焼成せしめることが好ましい。 In such a method for producing a thermally conductive filler of the present invention, it is preferable to bake a mixture of the boron nitride powder and the aluminum nitride powder while compressing it under a pressure condition of 10 to 500 MPa.

なお、本発明の熱伝導性フィラーによれば優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料が得られるようになる理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。 Although it is not always clear why the thermally conductive filler of the present invention makes it possible to obtain a thermally conductive composite material having excellent thermal conductivity, the present inventors presume as follows.

すなわち、先ず、熱伝導性フィラーをマトリックス中に分散せしめてなる熱伝導性複合材料の熱伝導性を向上させるためには、フィラー粒子として高い熱伝導性を有する材料からなる粒子を用いることが重要な要素であるが、かかる熱伝導性複合材料における熱伝導はフィラー粒子(熱伝導性粒子)同士が接触した部位を通じて熱が伝達されることにより達成されるため、フィラー粒子間の接触界面における熱抵抗を小さくすることも重要な要素である。ここで、本発明において熱伝導性材料として採用する窒化ホウ素(BN)及び窒化アルミニウム(AlN)を鑑みると、両者ともに優れた熱伝導性を有する材料であるが、AlNはBNよりも更に高い熱伝導率を有している。一方、AlNはBNよりも非常に硬質な材料であるため、AlN粒子はBN粒子に比べて接触界面において変形しにくく、AlN粒子が関与すると基本的に点接触となるため接触面積は小さくなり、接触界面における熱抵抗は大きくなってしまう。そのため従来は、BN粒子にAlN粒子を組み合わせて用いても、高熱伝導率を有するAlN粒子を用いたことによる熱伝導性の向上効果は十分に発揮されず、所期の優れた熱伝導率を有する複合材料を得ることができなかった。 That is, first, in order to improve the thermal conductivity of the thermally conductive composite material in which the thermally conductive filler is dispersed in the matrix, it is important to use particles made of a material having high thermal conductivity as the filler particles. However, since heat conduction in such a heat conductive composite material is achieved by transferring heat through a portion where the filler particles (heat conductive particles) are in contact with each other, heat at the contact interface between the filler particles is achieved. Reducing resistance is also an important factor. Here, in view of boron nitride (BN) and aluminum nitride (AlN) used as the thermally conductive materials in the present invention, both are materials having excellent thermal conductivity, but AlN has a higher thermal conductivity than BN. Has conductivity. On the other hand, since AlN is a material that is much harder than BN, AlN particles are less likely to be deformed at the contact interface than BN particles, and when AlN particles are involved, they basically form point contact, so the contact area becomes smaller. The thermal resistance at the contact interface increases. Therefore, conventionally, even if AlN particles are used in combination with BN particles, the effect of improving the thermal conductivity due to the use of AlN particles having high thermal conductivity is not sufficiently exhibited, and the desired excellent thermal conductivity is achieved. It was not possible to obtain the composite material to have.

それに対して、本発明においては、熱伝導性フィラーとして特定の平均粒子径を有するBN粒子と、それより小さい特定の平均粒子径を有するAlN粒子とを組み合わせて用いるとともに、AlN粒子のうちの半数以上の粒子がBN粒子に内包された状態、すなわち、AlN粒子の外表面の50%以上がBN粒子の内部に包含されかつBN粒子に当接した状態、となっている。そのため、内包されているAlN粒子とそのAlN粒子を内包しているBN粒子との接触界面は点接触ではなく面接触となっており、熱抵抗は小さくなっている。また、このような熱伝導性フィラーを用いて得られる本発明の熱伝導性複合材料においては、単にAlN粒子とBN粒子とが分散している状態と比較して、粒子同士の接触界面におけるAlN粒子が関与する接触界面の比率が低くなり、BN粒子が関与する接触界面の比率が相対的に高くなっている。BNは、モース硬度が約2の材料で、熱伝導性材料の中では比較的柔らかい材料であり、BN粒子は粒子間接触の際に若干変形して点接触の場合よりも大きな接触面積を確保することが可能となるため、本発明の熱伝導性複合材料においては粒子間の接触界面における熱抵抗も小さくなっている。そのため、本発明の熱伝導性フィラーを用いれば、得られる複合材料中の熱伝導パスにおける全界面熱抵抗は低減され、優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料が得られるようになると本発明者らは推察する。 On the other hand, in the present invention, BN particles having a specific average particle size and AlN particles having a specific average particle size smaller than the BN particles are used in combination as the heat conductive filler, and half of the AlN particles are used. The above particles are contained in the BN particles, that is, 50% or more of the outer surface of the AlN particles is contained inside the BN particles and is in contact with the BN particles. Therefore, the contact interface between the contained AlN particles and the BN particles containing the AlN particles is not a point contact but a surface contact, and the thermal resistance is small. Further, in the thermally conductive composite material of the present invention obtained by using such a thermally conductive filler, AlN at the contact interface between the particles is compared with the state where the AlN particles and the BN particles are simply dispersed. The proportion of contact interfaces involving particles is low, and the proportion of contact interfaces involving BN particles is relatively high. BN is a material having a Morse hardness of about 2, and is a relatively soft material among thermally conductive materials. The BN particles are slightly deformed during interparticle contact to secure a larger contact area than in the case of point contact. Therefore, in the heat conductive composite material of the present invention, the thermal resistance at the contact interface between particles is also small. Therefore, if the heat conductive filler of the present invention is used, the total interfacial thermal resistance in the heat conduction path in the obtained composite material is reduced, and the heat conductive composite material having excellent heat conductivity can be obtained. The inventors speculate.

また、本発明の熱伝導性フィラーの製造方法においては、BN粉末とAlN粉末との混合物を加圧して圧縮しつつ焼成せしめることにより圧縮焼成体とした後に粉砕することによって熱伝導性フィラーを得ている。そのため、本発明の製造方法においては、圧縮焼結体においてAlN粒子とBN粒子とが密着して接合しているため、粉砕される際に、AlNより硬度が小さくて劈開により亀裂を生じやすいBNの相が選択的に破壊(劈開や剥離)され、結果的にAlN粒子がBN粒子に内包された状態となっている複合粒子が効率良く得られる。また、本発明の製造方法においては、原料としてのBN粉末が焼結されて複合材料中のBN粒子となっているため、高せん断力を与えつつ混合するメカノケミカル処理のようにBNにおける高熱伝導性の結晶構造が破壊されることなく、BNにおける高熱伝導性の結晶構造が十分に保持されたままとなっている。そのため、本発明の製造方法によれば、優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料を得るために有効な熱伝導性フィラーが得られるようになると本発明者らは推察する。 Further, in the method for producing a heat conductive filler of the present invention, a mixture of BN powder and AlN powder is pressed and fired while being compressed to form a compressed fired body, and then pulverized to obtain a heat conductive filler. ing. Therefore, in the production method of the present invention, since the AlN particles and the BN particles are closely bonded to each other in the compression sintered body, the BN having a hardness smaller than that of the AlN and easily cracking due to opening when pulverized. Phases are selectively disrupted (opened or peeled off), and as a result, composite particles in which AlN particles are encapsulated in BN particles can be efficiently obtained. Further, in the production method of the present invention, since the BN powder as a raw material is sintered into BN particles in the composite material, high heat conduction in the BN is performed as in the mechanochemical treatment of mixing while applying a high shearing force. The high thermal conductivity crystal structure in the BN remains sufficiently retained without destroying the sex crystal structure. Therefore, the present inventors presume that according to the production method of the present invention, a heat conductive filler effective for obtaining a heat conductive composite material having excellent heat conductivity can be obtained.

本発明によれば、熱伝導性を効率良く向上させることが可能な熱伝導性フィラー及びその製造方法と、優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料とを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a heat conductive filler capable of efficiently improving heat conductivity, a method for producing the same, and a heat conductive composite material having excellent heat conductivity.

実施例及び比較例で作製した円柱状の熱伝導性複合材料及びそれから切り出した熱伝導率(x軸方向)測定用試料を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the columnar thermal conductivity composite material produced in Example and Comparative Example, and the thermal conductivity (x-axis direction) measurement sample cut out from it. 実施例1で得られた熱伝導性複合材料の断面のSEM像を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows the SEM image of the cross section of the heat conductive composite material obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた熱伝導性フィラーの断面のSEM像の一例を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows an example of the SEM image of the cross section of the heat conductive filler obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた熱伝導性フィラーの断面のSEM像の他の例を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows another example of the SEM image of the cross section of the heat conductive filler obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた熱伝導性複合材料の断面のSEM像を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows the SEM image of the cross section of the heat conductive composite material obtained in Example 2. FIG. 比較例1で得られた熱伝導性複合材料の断面のSEM像を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows the SEM image of the cross section of the heat conductive composite material obtained in the comparative example 1. FIG. 比較例2で得られた熱伝導性複合材料の断面のSEM像を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows the SEM image of the cross section of the heat conductive composite material obtained in the comparative example 2. FIG. 比較例3で得られた熱伝導性複合材料の断面のSEM像を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows the SEM image of the cross section of the heat conductive composite material obtained in the comparative example 3. FIG. 比較例4で得られた熱伝導性複合材料の断面のSEM像を示す走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph which shows the SEM image of the cross section of the heat conductive composite material obtained in the comparative example 4. FIG.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail according to the preferred embodiment thereof.

(熱伝導性フィラー)
先ず、本発明の熱伝導性フィラーについて説明する。本発明の熱伝導性フィラーは、窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子とを含有する熱伝導性フィラーであって、
前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径が1〜100μmであり、
前記窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/100〜1/0.2の範囲内にあり、
前記窒化アルミニウム粒子の全粒子のうちの数基準で50%以上の粒子が、該窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態で、該窒化アルミニウム粒子と該窒化ホウ素粒子との複合粒子を形成している、
ことを特徴とするものである。
(Thermal conductive filler)
First, the thermally conductive filler of the present invention will be described. The thermally conductive filler of the present invention is a thermally conductive filler containing boron nitride particles and aluminum nitride particles.
The average particle size of the boron nitride particles is 1 to 100 μm.
The average particle size of the aluminum nitride particles is in the range of 1/100 to 1 / 0.2 of the average particle size of the boron nitride particles.
50% or more of the total particles of the aluminum nitride particles were included in the inside of the boron nitride particles and 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles was in contact with the boron nitride particles. In this state, composite particles of the aluminum nitride particles and the boron nitride particles are formed.
It is characterized by that.

本発明においては、熱伝導性フィラーとして、窒化ホウ素(BN)の粒子と窒化アルミニウム(AlN)の粒子とを組み合わせて用いる。本発明で用いる窒化ホウ素粒子を構成する窒化ホウ素には、六方晶系の常圧相や立方晶系の高圧相等があるが、劈開のしやすさや熱伝導性の観点から六方晶系の板状窒化ホウ素粒子であることが好ましい。また、窒化アルミニウムは、ダイヤモンド、アルミナ等の他の硬質な高熱伝導性材料と比較して、焼結により窒化ホウ素との間に密に接触した界面を形成することができるため、窒化ホウ素と前記複合粒子を形成させることによって優れた熱伝導性が得られるようになる。 In the present invention, boron nitride (BN) particles and aluminum nitride (AlN) particles are used in combination as the heat conductive filler. The boron nitride that constitutes the boron nitride particles used in the present invention includes a hexagonal normal pressure phase and a cubic high pressure phase, but from the viewpoint of ease of opening and thermal conductivity, a hexagonal plate shape is used. It is preferably boron nitride particles. Further, since aluminum nitride can form an interface in close contact with boron nitride by sintering as compared with other hard high thermal conductive materials such as diamond and alumina, the boron nitride and the above-mentioned By forming composite particles, excellent thermal conductivity can be obtained.

本発明の熱伝導性フィラーにおける窒化ホウ素粒子の平均粒子径は1〜100μmであることが必要である。窒化ホウ素粒子の平均粒子径が1μm未満では、熱伝導性の発現に寄与する窒化ホウ素のシート状構造が寸断され、得られる複合材料において粒子間の界面数が増大するため全体の熱抵抗が増大する。他方、窒化ホウ素粒子の平均粒子径が100μmを超えると、得られる複合材料における熱伝導性フィラーの分散均一性及び充填率が低下して十分な熱伝導性が得られない。また、同様の観点から、前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径の下限及び上限はそれぞれ3μm及び50μmであることがより好ましい。なお、かかる窒化ホウ素粒子の平均粒子径は、熱伝導性フィラーに含まれている全ての窒化ホウ素粒子、すなわち前記複合材料を形成している窒化ホウ素粒子と前記複合材料を形成していない窒化ホウ素粒子との全体、の平均粒子径である。また、窒化ホウ素粒子が部分的に劈開して粒子の内部や端部に劈開面を有するものであっても、一部が連続している粒子を一つの窒化ホウ素粒子とする。 The average particle size of the boron nitride particles in the thermally conductive filler of the present invention needs to be 1 to 100 μm. When the average particle size of the boron nitride particles is less than 1 μm, the sheet-like structure of boron nitride that contributes to the development of thermal conductivity is cut off, and the number of interfaces between the particles increases in the obtained composite material, so that the overall thermal resistance increases. do. On the other hand, if the average particle size of the boron nitride particles exceeds 100 μm, the dispersion uniformity and filling rate of the thermally conductive filler in the obtained composite material are lowered, and sufficient thermal conductivity cannot be obtained. From the same viewpoint, it is more preferable that the lower and upper limits of the average particle size of the boron nitride particles are 3 μm and 50 μm, respectively. The average particle size of the boron nitride particles is such that all the boron nitride particles contained in the thermally conductive filler, that is, the boron nitride particles forming the composite material and the boron nitride not forming the composite material. It is the average particle size of the whole with the particles. Further, even if the boron nitride particles are partially cleaved and have cleavage planes inside or at the ends of the particles, the particles that are partially continuous are regarded as one boron nitride particle.

また、本発明の熱伝導性フィラーにおける窒化アルミニウム粒子の平均粒子径は、組み合わせて用いられる窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/100〜1/0.2であることが必要である。窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が組み合わせて用いられる窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/100未満では、得られる複合材料において窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子との間及び窒化アルミニウム粒子間の粒界数が増大するため全体の熱抵抗が増大する。他方、窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が組み合わせて用いられる窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/0.2を超えると、窒化アルミニウム粒子が窒化ホウ素粒子に内包されにくくなるため前記複合粒子の形成による熱伝導性の向上効果が十分に得られなくなり、また、得られる複合材料において窒化ホウ素粒子が窒化アルミニウム粒子と粒子間接触する際に変形により追随しにくくなるため全体の熱抵抗が増大する。また、同様の観点から、前記窒化アルミニウム粒子の平均粒子径の下限及び上限はそれぞれ、組み合わせて用いられる窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/30及び1/0.5であることがより好ましく、1/20及び1/1であることが更により好ましく、1/10及び1/2であることが特に好ましい。なお、かかる窒化アルミニウム粒子の平均粒子径は、熱伝導性フィラーに含まれている全ての窒化アルミニウム粒子、すなわち前記複合材料を形成している窒化アルミニウム粒子と前記複合材料を形成していない窒化アルミニウム粒子との全体、の平均粒子径である。また、窒化アルミニウム粒子が内部に亀裂(ひび)を有するものであっても、一体の粒子と認められるものは一つの窒化アルミニウム粒子とする。 Further, the average particle size of the aluminum nitride particles in the thermally conductive filler of the present invention needs to be 1/100 to 1 / 0.2 of the average particle size of the boron nitride particles used in combination. When the average particle size of the aluminum nitride particles is less than 1/100 of the average particle size of the boron nitride particles used in combination, the number of grain boundaries between the boron nitride particles and the aluminum nitride particles and between the aluminum nitride particles in the obtained composite material. Increases the overall thermal resistance. On the other hand, if the average particle size of the aluminum nitride particles exceeds 1 / 0.2 of the average particle size of the boron nitride particles used in combination, the aluminum nitride particles are less likely to be included in the boron nitride particles, resulting in the formation of the composite particles. The effect of improving the thermal conductivity cannot be sufficiently obtained, and in the obtained composite material, when the boron nitride particles come into contact with the aluminum nitride particles, it becomes difficult to follow them due to deformation, so that the overall thermal resistance increases. From the same viewpoint, it is more preferable that the lower and upper limits of the average particle size of the aluminum nitride particles are 1/30 and 1 / 0.5 of the average particle size of the boron nitride particles used in combination, respectively. It is even more preferably 1/20 and 1/1, and particularly preferably 1/10 and 1/2. The average particle size of the aluminum nitride particles is such that all the aluminum nitride particles contained in the heat conductive filler, that is, the aluminum nitride particles forming the composite material and the aluminum nitride not forming the composite material. It is the average particle size of the whole with the particles. Further, even if the aluminum nitride particles have cracks inside, those recognized as one particle are regarded as one aluminum nitride particle.

このような熱伝導性フィラーにおける窒化ホウ素粒子及び窒化アルミニウム粒子の「平均粒子径」は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察により測定することができる。具体的には、例えば、得られる複合材料中の熱伝導性フィラーの含有率が5体積%程度(希薄条件)となるように熱伝導性フィラーをエポキシ樹脂等のマトリックス中に分散させた後に硬化させて複合材料とする。そして、得られた複合材料の断面について、例えば、横60μm以上、縦40μm以上の測定領域を任意に10箇所以上抽出し、それぞれの測定領域のSEM像において窒化ホウ素粒子及び窒化アルミニウム粒子の粒子径をそれぞれ求め、さらに全ての測定領域の平均値を算出することにより、熱伝導性フィラーにおける窒化ホウ素粒子及び窒化アルミニウム粒子の「平均粒子径」がそれぞれ求められる。なお、粒子径とは、断面が円形でない場合には最小外接円の直径をいう。 The "average particle size" of the boron nitride particles and the aluminum nitride particles in such a thermally conductive filler can be measured by scanning electron microscope (SEM) observation. Specifically, for example, the thermally conductive filler is dispersed in a matrix such as an epoxy resin so that the content of the thermally conductive filler in the obtained composite material is about 5% by volume (diluted condition) and then cured. Let it be a composite material. Then, with respect to the cross section of the obtained composite material, for example, 10 or more measurement regions having a width of 60 μm or more and a length of 40 μm or more are arbitrarily extracted, and the particle diameters of the boron nitride particles and the aluminum nitride particles in the SEM image of each measurement region. , And further, by calculating the average value of all the measurement regions, the "average particle size" of the boron nitride particles and the aluminum nitride particles in the thermally conductive filler can be obtained. The particle size means the diameter of the minimum circumscribed circle when the cross section is not circular.

本発明の熱伝導性フィラーにおいては、熱伝導性粒子として前記窒化ホウ素粒子と前記窒化アルミニウム粒子とが含まれているとともに、前記窒化アルミニウム粒子の全粒子のうちの数基準で50%以上の粒子が、該窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態で、該窒化アルミニウム粒子と該窒化ホウ素粒子との複合粒子を形成している。このように本発明の熱伝導性フィラー中の前記窒化アルミニウム粒子のうちの半数以上の粒子が前記窒化ホウ素粒子に内包された状態となっていることによって、内包されている窒化アルミニウム粒子とその窒化アルミニウム粒子を内包している窒化ホウ素粒子との接触界面は点接触ではなく面接触となっており、熱抵抗は小さくなっている。窒化ホウ素粒子に内包された状態で前記複合粒子を形成している窒化アルミニウム粒子の比率が50%未満では、接触界面における熱抵抗は十分に低減せず、得られる複合材料の熱伝導性は十分に向上しない。また、同様の観点から、窒化ホウ素粒子に内包された状態で前記複合粒子を形成している窒化アルミニウム粒子の比率は、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることが特に好ましい。 In the heat conductive filler of the present invention, the boron nitride particles and the aluminum nitride particles are included as the heat conductive particles, and 50% or more of the total particles of the aluminum nitride particles are 50% or more. However, a composite particle of the aluminum nitride particles and the boron nitride particles is formed in a state where 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is contained inside the boron nitride particles and is in contact with the boron nitride particles. doing. As described above, more than half of the aluminum nitride particles in the thermally conductive filler of the present invention are contained in the boron nitride particles, so that the included aluminum nitride particles and their nitrides are encapsulated. The contact interface with the boron nitride particles containing the aluminum particles is not a point contact but a surface contact, and the thermal resistance is small. If the ratio of the aluminum nitride particles forming the composite particles in the state of being encapsulated in the boron nitride particles is less than 50%, the thermal resistance at the contact interface is not sufficiently reduced, and the thermal conductivity of the obtained composite material is sufficient. Does not improve. From the same viewpoint, the ratio of the aluminum nitride particles forming the composite particles in the state of being encapsulated in the boron nitride particles is more preferably 60% or more, and particularly preferably 70% or more. ..

このような熱伝導性フィラーにおける窒化ホウ素粒子に内包された状態で前記複合粒子を形成している窒化アルミニウム粒子の比率は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察により測定することができる。具体的には、例えば、得られる複合材料中の熱伝導性フィラーの含有率が5体積%程度(希薄条件)となるように熱伝導性フィラーをエポキシ樹脂等のマトリックス中に分散させた後に硬化させて複合材料とする。そして、得られた複合材料の断面について、例えば、横60μm以上、縦40μm以上の測定領域を任意に10箇所以上抽出し、それぞれの測定領域のSEM像において、外表面の50%以上が窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつその窒化ホウ素粒子に当接した状態となっていると認められる窒化アルミニウム粒子の比率(数基準)を求め、さらに全ての測定領域の平均値を算出することにより、熱伝導性フィラーにおいて窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている窒化アルミニウム粒子の比率が求められる。 The ratio of the aluminum nitride particles forming the composite particles in such a thermally conductive filler in a state of being encapsulated in the boron nitride particles can be measured by scanning electron microscope (SEM) observation. Specifically, for example, the thermally conductive filler is dispersed in a matrix such as an epoxy resin so that the content of the thermally conductive filler in the obtained composite material is about 5% by volume (diluted condition) and then cured. Let it be a composite material. Then, with respect to the cross section of the obtained composite material, for example, 10 or more measurement regions having a width of 60 μm or more and a length of 40 μm or more are arbitrarily extracted, and in the SEM image of each measurement region, 50% or more of the outer surface is boron nitride. By obtaining the ratio (number basis) of the aluminum nitride particles that are contained inside the particles and are recognized to be in contact with the boron nitride particles, and by calculating the average value of all the measurement regions, the heat is generated. The ratio of the aluminum nitride particles contained in the boron nitride particles in the conductive filler can be obtained.

なお、窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が窒化ホウ素粒子の内部に包含された状態とは、前記SEM像において、窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が連続的に又は断続的に窒化ホウ素粒子の内部に包み込まれている又は端部に嵌め込まれていると認められる状態をいう。また、窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が窒化ホウ素粒子に当接した状態とは、前記SEM像において、窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が連続的に又は断続的に窒化ホウ素粒子の表面に隙間なく接していると認められる状態をいう。 The state in which 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is contained inside the boron nitride particles means that 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is continuously or intermittently nitrided in the SEM image. A state in which it is recognized that the boron particles are wrapped inside or fitted at the edges. Further, the state in which 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is in contact with the boron nitride particles means that 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is continuously or intermittently in contact with the boron nitride particles in the SEM image. A state in which it is recognized that the particles are in close contact with the surface of the particle.

このような本発明の熱伝導性フィラー及び熱伝導性複合材料においては、前記窒化アルミニウム粒子の含有率が、前記窒化ホウ素粒子と前記窒化アルミニウム粒子との合計量に対して5〜95体積%であることが好ましく、20〜70体積%であることがより好ましい。前記窒化アルミニウム粒子の含有率が前記下限未満では、窒化ホウ素粒子と組み合わせてより高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム粒子を複合化することによる熱伝導性の向上効果が十分に得られず、得られる複合材料の熱伝導性が十分に向上しない傾向にある。他方、前記窒化アルミニウム粒子の含有率が前記上限を超えると、得られる複合材料において窒化アルミニウム粒子が関与する熱抵抗の大きい接触界面が相対的に増えるため、所期の優れた熱伝導率を有する複合材料が得られない傾向にある。 In such a heat conductive filler and a heat conductive composite material of the present invention, the content of the aluminum nitride particles is 5 to 95% by volume with respect to the total amount of the boron nitride particles and the aluminum nitride particles. It is preferably 20 to 70% by volume, and more preferably 20 to 70% by volume. If the content of the aluminum nitride particles is less than the lower limit, the effect of improving the thermal conductivity by combining the aluminum nitride particles having a higher thermal conductivity in combination with the boron nitride particles cannot be sufficiently obtained, and the effect can be obtained. The thermal conductivity of the composite material tends not to improve sufficiently. On the other hand, when the content of the aluminum nitride particles exceeds the upper limit, the contact interface having a large thermal resistance in which the aluminum nitride particles are involved relatively increases in the obtained composite material, so that the composite material has an expected excellent thermal conductivity. There is a tendency that composite materials cannot be obtained.

さらに、本発明の熱伝導性フィラーにおいては、焼結助剤としてのカルシウム化合物及びイットリウム化合物、並びにそれらの焼結助剤に由来する化合物からなる群から選択される少なくとも一種の焼結助剤成分が更に含有されていることが好ましい。本発明で用いる窒化アルミニウムは比較的難焼結性の物質であるため、後述する本発明の熱伝導性フィラーの製造方法において焼結助剤を添加して焼成することにより、窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との接合界面において焼結助剤が介在して焼結するため密着性(接合強度)が高くなり、その後の粉砕により前述の窒化アルミニウム粒子が窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている複合粒子がより効率良く得られるようになる。焼結助剤としてのカルシウム化合物としては、特に制限されず、酸化カルシウム、カルシウム−アルミニウム化合物、炭化カルシウム、フッ化カルシウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。また、焼結助剤としてのイットリウム化合物としては、特に制限されず、酸化イットリウム、フッ化イットリウム等が挙げられる。さらに、前記焼結助剤に由来する化合物としては、特に制限されず、前記焼結助剤の焼成による分解生成物等が挙げられる。本発明の熱伝導性フィラーにおいて前記焼結助剤成分が含有される場合、その含有量は前記熱伝導性フィラー中に0.2〜10質量%であることが好ましい。 Further, in the thermally conductive filler of the present invention, at least one sintering aid component selected from the group consisting of calcium compounds and yttrium compounds as sintering aids and compounds derived from these sintering aids. Is more preferably contained. Since the aluminum nitride used in the present invention is a relatively difficult-sintering substance, the aluminum nitride particles and nitride are nitrided by adding a sintering aid and firing in the method for producing a heat conductive filler of the present invention, which will be described later. Since the sintering aid intervenes and sinters at the bonding interface with the boron nitride, the adhesion (bonding strength) is increased, and the aluminum nitride particles described above are encapsulated in the boron nitride particles by subsequent pulverization. The composite particles that are present can be obtained more efficiently. The calcium compound as a sintering aid is not particularly limited, and examples thereof include calcium oxide, calcium-aluminum compound, calcium carbide, calcium fluoride, and calcium hydroxide. The yttrium compound as the sintering aid is not particularly limited, and examples thereof include yttrium oxide and yttrium fluoride. Further, the compound derived from the sintering aid is not particularly limited, and examples thereof include decomposition products obtained by firing the sintering aid. When the sintering aid component is contained in the heat conductive filler of the present invention, the content thereof is preferably 0.2 to 10% by mass in the heat conductive filler.

また、本発明において熱伝導性フィラーとして用いる前記窒化ホウ素粒子及び前記窒化アルミニウム粒子においては、後述するマトリックスへの分散性をより向上させる観点から、それらの表面に水酸基、カルボキシル基、エステル基、アミド基、アミノ基等の官能基が結合していてもよい。 Further, in the boron nitride particles and the aluminum nitride particles used as the thermally conductive filler in the present invention, hydroxyl groups, carboxyl groups, ester groups and amides are formed on their surfaces from the viewpoint of further improving dispersibility in the matrix described later. A functional group such as a group or an amino group may be bonded.

前述の本発明の熱伝導性フィラーは、以下に説明する本発明の熱伝導性フィラーの製造方法によって得られるようになったものであり、したがって、本発明の熱伝導性フィラーとしては、窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物の圧縮焼成体の粉砕物であることが好ましい。 The above-mentioned heat conductive filler of the present invention has been obtained by the method for producing the heat conductive filler of the present invention described below. Therefore, the heat conductive filler of the present invention includes boron nitride. It is preferably a pulverized product of a compression fired product of a mixture of the powder and the aluminum nitride powder.

(熱伝導性フィラーの製造方法)
本発明の熱伝導性フィラーの製造方法は、
窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物を加圧して圧縮しつつ焼成せしめることにより圧縮焼成体を得る工程と、
前記圧縮焼成体を粉砕することにより、窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子とを含有しており、該窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態で形成されている複合粒子を含む熱伝導性フィラーを得る工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
(Manufacturing method of thermally conductive filler)
The method for producing a thermally conductive filler of the present invention is
A process of obtaining a compressed fired body by pressurizing a mixture of boron nitride powder and aluminum nitride powder and firing it while compressing it.
By crushing the compression fired body, boron nitride particles and aluminum nitride particles are contained, and 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is contained inside the boron nitride particles and the boron nitride particles. The process of obtaining a thermally conductive filler containing composite particles formed in contact with the
It is a method characterized by including.

ここで用いる窒化ホウ素粉末は、前述の本発明の熱伝導性フィラーにおける窒化ホウ素粒子となる原料粉末であり、その平均粒子径は、1〜100μmであることが好ましく、3〜50μmであることがより好ましい。窒化ホウ素粉末の平均粒子径が前記下限未満では、粒子界面数の増大による熱抵抗の増加により熱伝導率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、粒子の均一な分散が困難となる傾向にある。 The boron nitride powder used here is a raw material powder that becomes boron nitride particles in the above-mentioned thermally conductive filler of the present invention, and the average particle size thereof is preferably 1 to 100 μm, and preferably 3 to 50 μm. More preferred. If the average particle size of the boron nitride powder is less than the lower limit, the thermal conductivity tends to decrease due to an increase in thermal resistance due to an increase in the number of particle interfaces, while if it exceeds the upper limit, uniform dispersion of particles becomes difficult. It tends to be.

また、ここで用いる窒化アルミニウム粉末は、前述の本発明の熱伝導性フィラーにおける窒化アルミニウム粒子となる原料粉末であり、その平均粒子径は、組み合わせて用いられる窒化ホウ素粉末の平均粒子径の1/100〜1/0.2であることが好ましく、1/30〜1/0.5であることがより好ましく、1/20〜1/1であることが更により好ましく、1/10〜1/2であることが特に好ましい。窒化アルミニウム粉末の平均粒子径が組み合わせて用いられる窒化ホウ素粉末の平均粒子径の前記下限未満では、粒子界面数の増大による熱抵抗の増加により熱伝導率が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、粒子の均一な分散が困難となる傾向にある。 The aluminum nitride powder used here is a raw material powder that becomes aluminum nitride particles in the above-mentioned heat conductive filler of the present invention, and its average particle size is 1 / of the average particle size of the boron nitride powder used in combination. It is preferably 100 to 1 / 0.2, more preferably 1/30 to 1 / 0.5, even more preferably 1 / 20-1 / 1, and 1/10 to 1/1. 2 is particularly preferable. If the average particle size of the aluminum nitride powder is less than the lower limit of the average particle size of the boron nitride powder used in combination, the thermal conductivity tends to decrease due to the increase in thermal resistance due to the increase in the number of particle interfaces, while the upper limit tends to decrease. If it exceeds, it tends to be difficult to uniformly disperse the particles.

なお、原料粉末として用いる窒化ホウ素粉末及び窒化アルミニウム粉末の「平均粒子径」はそれぞれ、レーザー回折・散乱法(あるいは電子顕微鏡による粒径測定)によって求めた粒度分布における累積50%粒子径(メディアン径:D50)として求めることができる。 The "average particle size" of the boron nitride powder and aluminum nitride powder used as the raw material powder is the cumulative 50% particle size (median size) in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method (or particle size measurement with an electron microscope), respectively. : D50).

本発明の熱伝導性フィラーの製造方法においては、先ず、前記窒化ホウ素粉末と前記窒化アルミニウム粉末との混合物(混合粉体)を得る。この混合工程における混合方法としては、特に制限されず、例えば、湿式ボールミル粉砕混合法、乾式ボールミル粉砕混合法、機械混合法、撹拌混合法、乳鉢等による混合法等が採用され、必要に応じて、ろ過、洗浄、乾燥、分粒等の処理を施して前記混合物が得られる。かかるろ過、洗浄、乾燥、分粒等の処理としてはいずれも特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。 In the method for producing a thermally conductive filler of the present invention, first, a mixture (mixed powder) of the boron nitride powder and the aluminum nitride powder is obtained. The mixing method in this mixing step is not particularly limited, and for example, a wet ball mill crushing and mixing method, a dry ball mill crushing and mixing method, a mechanical mixing method, a stirring mixing method, a mixing method using a mortar and the like are adopted, and if necessary. , Filtering, washing, drying, pulverization and the like to obtain the mixture. The treatments such as filtration, washing, drying, and granulation are not particularly limited, and known methods can be appropriately adopted.

この混合工程において前記窒化ホウ素粉末と前記窒化アルミニウム粉末とを混合する比率は、特に制限されないが、目的とする熱伝導性フィラーにおける前記窒化ホウ素粒子と前記窒化アルミニウム粒子との比率等に応じて適宜選択され、前記窒化ホウ素粉末と前記窒化アルミニウム粉末との合計量に対して前記窒化アルミニウム粉末の含有率が5〜95質量%であることが好ましく、20〜70質量%であることがより好ましい。前記窒化アルミニウム粒子の含有率が前記下限未満では、窒化ホウ素粒子と組み合わせてより高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム粒子を複合化することによる熱伝導性の向上効果が十分に得られず、得られる複合材料の熱伝導性が十分に向上しない傾向にある。他方、前記窒化アルミニウム粒子の含有率が前記上限を超えると、得られる複合材料において窒化アルミニウム粒子が関与する熱抵抗の大きい接触界面が相対的に増えるため、所期の優れた熱伝導率を有する複合材料が得られない傾向にある。 The ratio of the boron nitride powder and the aluminum nitride powder to be mixed in this mixing step is not particularly limited, but is appropriately determined according to the ratio of the boron nitride particles to the aluminum nitride particles in the target heat conductive filler. The content of the aluminum nitride powder is preferably 5 to 95% by mass, more preferably 20 to 70% by mass, based on the total amount of the selected boron nitride powder and the aluminum nitride powder. If the content of the aluminum nitride particles is less than the lower limit, the effect of improving the thermal conductivity by combining the aluminum nitride particles having a higher thermal conductivity in combination with the boron nitride particles cannot be sufficiently obtained, and the effect can be obtained. The thermal conductivity of the composite material tends not to improve sufficiently. On the other hand, when the content of the aluminum nitride particles exceeds the upper limit, the contact interface having a large thermal resistance in which the aluminum nitride particles are involved relatively increases in the obtained composite material, so that the composite material has an expected excellent thermal conductivity. There is a tendency that composite materials cannot be obtained.

さらに、本発明の熱伝導性フィラーの製造方法においては、前記混合物に、前述のカルシウム化合物及びイットリウム化合物からなる群から選択される少なくとも一種の焼結助剤が更に添加されていることが好ましい。本発明で用いる窒化アルミニウムは比較的難焼結性の物質であるため、焼結助剤を添加して焼成することにより、窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との接合界面において焼結助剤が介在して焼結するため密着性(接合強度)が高くなり、その後の粉砕により前述の窒化アルミニウム粒子が窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている複合粒子がより効率良く得られるようになる。このような前記焼結助剤が添加される場合、その添加量は前記混合物中に0.2〜10質量%であることが好ましい。 Further, in the method for producing a thermally conductive filler of the present invention, it is preferable that at least one sintering aid selected from the group consisting of the calcium compound and the yttrium compound described above is further added to the mixture. Since the aluminum nitride used in the present invention is a relatively difficult-to-sinter substance, by adding a sintering aid and firing, the sintering aid intervenes at the bonding interface between the aluminum nitride particles and the boron nitride particles. Then, the adhesion (bonding strength) is increased due to sintering, and the composite particles in which the above-mentioned aluminum nitride particles are encapsulated in the boron nitride particles can be obtained more efficiently by the subsequent pulverization. When such a sintering aid is added, the amount of the sintering aid added is preferably 0.2 to 10% by mass in the mixture.

次に、本発明の熱伝導性フィラーの製造方法においては、前記混合物(混合粉体)を加圧して圧縮しつつ焼成せしめることにより圧縮焼成体を得る。この焼成工程においては、前記混合物を型に入れて圧縮した加圧条件下で焼成(ホットプレス)する必要があり、その際の圧力は10〜500MPaであることが好ましく、50〜300MPaであることがより好ましい。前記圧力が前記下限未満では、焼成しても十分に密着した状態とならないため、その後の粉砕により窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との界面も破壊されてしまい、前述の複合粒子が得られにくくなる傾向にある。他方、前記圧力が前記上限を超えると、粒子の過度の割れが生じて熱伝導率が低下する傾向にある。なお、このような圧縮方法としては特に制限されず、一軸圧縮であっても二軸圧縮であってもよい。また、静水圧で等方的に圧縮してもよい。 Next, in the method for producing a thermally conductive filler of the present invention, a compressed fired product is obtained by pressurizing the mixture (mixed powder) and firing it while compressing it. In this firing step, it is necessary to fire (hot press) the mixture under pressurized conditions in which the mixture is placed in a mold and compressed, and the pressure at that time is preferably 10 to 500 MPa, preferably 50 to 300 MPa. Is more preferable. If the pressure is less than the lower limit, the particles will not be sufficiently adhered even after firing, and the interface between the aluminum nitride particles and the boron nitride particles will be destroyed by the subsequent pulverization, making it difficult to obtain the above-mentioned composite particles. There is a tendency. On the other hand, when the pressure exceeds the upper limit, the particles tend to be excessively cracked and the thermal conductivity tends to decrease. The compression method is not particularly limited, and may be uniaxial compression or biaxial compression. It may also be isotropically compressed with hydrostatic pressure.

また、この焼成工程における温度及び時間は、前記混合物が十分に焼結する条件であればよく、特に限定されないが、1000〜2500℃で1〜5時間であることが好ましい。さらに、焼成工程の雰囲気は、特に限定されないが、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。 The temperature and time in this firing step may be any condition as long as the mixture is sufficiently sintered, and is not particularly limited, but is preferably 1 to 5 hours at 1000 to 2500 ° C. Further, the atmosphere of the firing step is not particularly limited, but is preferably an atmosphere of an inert gas such as nitrogen or argon.

次いで、本発明の熱伝導性フィラーの製造方法においては、前記圧縮焼成体を粉砕することにより前記熱伝導性フィラーが得られる。すなわち、前述の圧縮焼結体においては窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子とが十分に密着して接合しているため、粉砕される際に、窒化アルミニウムより硬度が小さくて劈開により亀裂を生じやすい窒化ホウ素の相が選択的に破壊(劈開や剥離)され、結果的に窒化アルミニウム粒子が窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている複合粒子を含有する熱伝導性フィラーが効率良く得られる。 Next, in the method for producing a thermally conductive filler of the present invention, the thermally conductive filler can be obtained by crushing the compressed fired body. That is, in the above-mentioned compression sintered body, since the aluminum nitride particles and the boron nitride particles are sufficiently adhered to each other, the hardness is smaller than that of aluminum nitride when pulverized, and the nitride is liable to crack due to opening. A thermally conductive filler containing composite particles in which the boron nitride phase is selectively destroyed (opened or peeled off) and the aluminum nitride particles are encapsulated in the boron nitride particles can be efficiently obtained.

この粉砕工程における粉砕方法としては、特に制限されず、各種粉砕機(ミル)や乳鉢を用いた粉砕方法や湿式ボールミル粉砕、乾式ボールミル粉砕等でもよいが、前記圧縮焼成体を必要に応じて予備粉砕した後に、予備粉砕された前記圧縮焼成体粒子を含有する流体を高圧でノズルから噴射させて湿式衝突粉砕する方法(湿式粉砕方法)が好適に採用される。このような湿式粉砕方法によれば、窒化アルミニウムの相や窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との界面より窒化ホウ素の相がより選択的に破壊(劈開や剥離)される傾向にあり、さらに、得られる窒化ホウ素粒子の表面が部分的に劈開して部分劈開窒化ホウ素粒子が得られ易くなる傾向にある。そして、このように窒化ホウ素粒子の表面が部分的に劈開していると、粒子間接触の際に劈開した窒化ホウ素の部位が劈開により生じている空隙を減少させる形で変形し易いため、得られる複合材料において粒子間の密着性がより高い状態で接触することが可能となり、粒子間の接触界面の面積が増大して熱抵抗が小さくなり、熱伝導性がより向上する傾向にある。 The crushing method in this crushing step is not particularly limited, and a crushing method using various crushers (mills) or dairy pots, wet ball mill crushing, dry ball mill crushing, etc. may be used, but the compression fired body is prepared as necessary. After pulverization, a method (wet pulverization method) in which a fluid containing the pre-pulverized compressed fired body particles is injected from a nozzle at a high pressure to perform wet collision pulverization is preferably adopted. According to such a wet pulverization method, the boron nitride phase tends to be more selectively destroyed (opened or peeled off) from the aluminum nitride phase or the interface between the aluminum nitride particles and the boron nitride particles. The surface of the boron nitride particles to be formed is partially opened, and the partially opened boron nitride particles tend to be easily obtained. When the surface of the boron nitride particles is partially opened in this way, the portion of the boron nitride that is opened at the time of contact between the particles is easily deformed in a form that reduces the voids generated by the opening. In the composite material, the particles can be brought into contact with each other in a state of higher adhesion, the area of the contact interface between the particles is increased, the thermal resistance is reduced, and the thermal conductivity tends to be further improved.

このような湿式粉砕方法においては、原料粒子としての前記圧縮焼成体粒子を含有する流体を高圧でノズルから噴射させることにより、粒子同士が衝突あるいはせん断流動により微細化することによって結晶構造の破壊や過度の微細化を抑制しつつ湿式粉砕されるとともに、粒子が流体中で高圧でせん断流動圧縮させた状態から急激に圧力を低下させることにより、粒子に対して加わっていた圧力が急激に消失することで粒子内部から外部に向かって膨張する力が働き、それに伴って粒子が外側に引っ張られることによって粒子の内部や端部に部分的な劈開が生じて前述の複合材料及び部分劈開窒化ホウ素粒子が効率良く得られるようになる。 In such a wet pulverization method, by injecting a fluid containing the compressed calcined body particles as raw material particles from a nozzle at a high pressure, the particles collide with each other or become finer due to shear flow, thereby destroying the crystal structure. While wet pulverization is performed while suppressing excessive fineness, the pressure applied to the particles suddenly disappears by rapidly reducing the pressure from the state in which the particles are sheared, flowed and compressed at high pressure in the fluid. As a result, a force that expands from the inside of the particle to the outside acts, and the particle is pulled outward accordingly, causing partial opening inside and at the end of the particle, and the above-mentioned composite material and partially opened boron nitride particle. Will be obtained efficiently.

このような湿式粉砕方法に用いる装置としては、特に制限されず、原料粒子を含有する流体を高圧でノズルから噴射させて湿式衝突粉砕させて微細化する原理に基づく市販の湿式粉砕装置(湿式微細化装置)を用いることができる。また、結晶構造の破壊や過度の微細化を抑制しつつ湿式粉砕するという観点から、ストレート型のノズルを備える湿式粉砕装置を用いることが好ましい。 The apparatus used in such a wet pulverization method is not particularly limited, and is a commercially available wet pulverizer (wet pulverization) based on the principle of injecting a fluid containing raw material particles from a nozzle at a high pressure to perform wet collision pulverization to make the particles finer. A device) can be used. Further, from the viewpoint of wet pulverization while suppressing destruction of the crystal structure and excessive miniaturization, it is preferable to use a wet pulverizer provided with a straight nozzle.

また、原料粒子として用いる予備粉砕された前記圧縮焼成体粒子の平均粒子径は、特に制限されず、目的とする熱伝導性フィラーにおける窒化ホウ素粒子及び窒化アルミニウム粒子の平均粒子径等に応じて、2〜200μmであることが好ましく、10〜60μmであることがより好ましい。 The average particle size of the pre-crushed compressed calcined body particles used as the raw material particles is not particularly limited, and depends on the average particle size of the boron nitride particles and the aluminum nitride particles in the target heat conductive filler. It is preferably 2 to 200 μm, more preferably 10 to 60 μm.

さらに、前記圧縮焼成体粒子とともにノズルから噴射させる流体の分散媒も特に制限されず、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸アミル、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアルデヒド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、テトラエチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ジエチレングリコール、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、クロロフェノール、フェノール、テトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、γ−ブチロラクトン、N−ジメチルピロリドン、ペンタン、ヘキサン、ネオペンタン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、ジエチルエーテル等の有機溶媒が挙げられる。 Further, the dispersion medium of the fluid jetted from the nozzle together with the compressed calcined body particles is not particularly limited, and for example, N-methyl-2-pyrrolidone, chloroform, dichloromethane, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and diisobutyl ketone. , Methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, amyl acetate, tetrahydrofuran, dimethyl formaldehyde, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, acetonitrile, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol , Hexanol, octanol, hexafluoroisopropanol, ethylene glycol, propylene glycol, tetramethylene glycol, tetraethylene glycol, hexamethylene glycol, diethylene glycol, benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, chlorophenol, phenol, tetrahydrofuran, Examples thereof include organic solvents such as sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, γ-butyrolactone, N-dimethylpyrrolidone, pentane, hexane, neopentane, cyclohexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane and diethyl ether. ..

さらに、前記圧縮焼成体粒子を含有する流体(分散液)の濃度も特に制限されないが、前記圧縮焼成体粒子の含有率が0.1〜20体積%が好ましく、0.5〜10体積%がより好ましい。 Further, the concentration of the fluid (dispersion liquid) containing the compressed calcined particles is not particularly limited, but the content of the compressed calcined particles is preferably 0.1 to 20% by volume, preferably 0.5 to 10% by volume. More preferred.

また、前記湿式粉砕方法の際の諸条件としては、特に制限されるものではないが、前述の複合材料及び部分劈開窒化ホウ素粒子が効率良く得られるという観点から、以下の諸条件が好ましい。
噴射前圧力:30〜250MPa(より好ましくは50〜200MPa)
噴射後圧力:常圧
ノズル径:0.1〜0.5mm
流量:0.1〜7.0L/min(より好ましくは0.5〜1.1L/min)
ノズル噴射流速:200〜800m/s(より好ましくは300〜700m/s)。
The conditions for the wet pulverization method are not particularly limited, but the following conditions are preferable from the viewpoint of efficiently obtaining the above-mentioned composite material and partially cleaved boron nitride particles.
Pre-injection pressure: 30-250 MPa (more preferably 50-200 MPa)
Post-injection pressure: Normal pressure Nozzle diameter: 0.1 to 0.5 mm
Flow rate: 0.1 to 7.0 L / min (more preferably 0.5 to 1.1 L / min)
Nozzle injection flow rate: 200 to 800 m / s (more preferably 300 to 700 m / s).

前記湿式粉砕方法における噴射前圧力や流量やノズル噴射流速が前記下限未満では、前記窒化ホウ素粒子の劈開が進行しにくくなり、前述の複合材料及び部分劈開窒化ホウ素粒子が十分に得られなくなる傾向にある。他方、前記湿式粉砕方法における噴射前圧力や流量やノズル噴射流速が前記上限を超えると、前記窒化ホウ素粒子の劈開に加えて窒化アルミニウム粒子の劈開や窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との界面の劈開が進行し易くなり、前述の複合材料が十分に得られなくなる傾向にある。 If the pre-injection pressure, the flow rate, or the nozzle injection flow velocity in the wet pulverization method is less than the lower limit, it becomes difficult for the boron nitride particles to proceed, and the composite material and the partially opened boron nitride particles tend to be insufficiently obtained. be. On the other hand, when the pre-injection pressure, the flow rate, or the nozzle injection flow velocity in the wet pulverization method exceeds the upper limit, in addition to the opening of the boron nitride particles, the opening of the aluminum nitride particles and the opening of the interface between the aluminum nitride particles and the boron nitride particles Tends to proceed easily, and the above-mentioned composite material tends not to be sufficiently obtained.

さらに、前記圧縮焼成体粒子に前記湿式粉砕方法を施す回数は1回でもよいが、前記湿式粉砕方法を繰り返し施して所望量の前述の複合材料及び部分劈開窒化ホウ素粒子を含む熱伝導性フィラーを得るようにしてもよい。このように前記湿式粉砕方法を繰り返し施す場合、その繰り返す回数(パス数)は2〜20回(より好ましくは2〜10回)程度が好ましい。 Further, the wet pulverization method may be applied once to the compressed fired body particles, but the wet pulverization method may be repeatedly applied to obtain a thermally conductive filler containing the desired amount of the above-mentioned composite material and partially opened boron nitride particles. You may try to get it. When the wet pulverization method is repeatedly applied in this way, the number of repetitions (number of passes) is preferably about 2 to 20 times (more preferably 2 to 10 times).

前記湿式粉砕方法においては、前記湿式粉砕方法による処理の後に、必要に応じて、ろ過、遠心分離、洗浄、乾燥、分粒等の処理を施して前記熱伝導性フィラーを得るが、かかるろ過、洗浄、乾燥、分粒等の処理としてはいずれも特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。 In the wet pulverization method, after the treatment by the wet pulverization method, if necessary, treatments such as filtration, centrifugation, washing, drying, and granulation are performed to obtain the heat conductive filler. The treatments such as washing, drying, and granulation are not particularly limited, and known methods can be appropriately adopted.

(熱伝導性複合材料)
次に、本発明の熱伝導性複合材料について説明する。本発明の熱伝導性複合材料は、マトリックスと、前記マトリックス中に分散している前記本発明の熱伝導性フィラーとを備えることを特徴とするものである。
(Thermal conductive composite material)
Next, the heat conductive composite material of the present invention will be described. The thermally conductive composite material of the present invention is characterized by comprising a matrix and the thermally conductive filler of the present invention dispersed in the matrix.

このような本発明の熱伝導性複合材料におけるマトリックスとしては、好ましくは絶縁性の樹脂や絶縁性のオイルが用いられ、具体的には特に制限されないが、樹脂としては例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、ポリオレフィンエラストマー、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ABS樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、ブチルゴム、天然ゴム、ポリイソプレン、ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。また、オイルとしては例えば、シリコーンオイル、フルオロエーテルオイル、鉱物油、動植物性天然油、パラフィン等が挙げられる。これらの樹脂やオイルは、1種を単独で使用しても2種以上を併用してもよい。 As the matrix in such a thermally conductive composite material of the present invention, an insulating resin or an insulating oil is preferably used, and there is no particular limitation, but the resin is, for example, an epoxy resin or a phenol resin. , Thermocurable resins such as silicone resin, polystyrene, polymethylmethacrylate, polycarbonate, polyolefin (eg polyethylene, polypropylene), polyolefin elastomer, polyethylene terephthalate, nylon, ABS resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, ethylene-propylene- Examples thereof include thermoplastic resins such as diene rubber (EPDM), butyl rubber, natural rubber, polyisoprene, and polyetherimide. Examples of the oil include silicone oil, fluoroether oil, mineral oil, animal and vegetable natural oil, paraffin and the like. These resins and oils may be used alone or in combination of two or more.

また、本発明の熱伝導性複合材料において、前記熱伝導性フィラーの含有率は、特に制限されないが、前記複合材料の全量に対して10〜90体積%であることが好ましく、15〜70体積%であることがより好ましく、20〜60体積%であることが特に好ましい。前記熱伝導性フィラーの含有率が前記下限未満では、複合材料中で前記熱伝導性フィラー間の接触部位を通じて熱が拡散する熱伝導パスのネットワーク構造が十分に形成されず、得られる複合材料の熱伝導性が十分に向上しない傾向にある。他方、前記熱伝導性フィラーの含有率が前記上限を超えると、得られる複合材料が脆くなって自立した複合材料が得られにくくなる傾向にある。 Further, in the thermally conductive composite material of the present invention, the content of the thermally conductive filler is not particularly limited, but is preferably 10 to 90% by volume, preferably 15 to 70% by volume, based on the total amount of the composite material. It is more preferably%, and particularly preferably 20 to 60% by volume. If the content of the heat conductive filler is less than the lower limit, a network structure of heat conductive paths in which heat is diffused through the contact portion between the heat conductive fillers in the composite material is not sufficiently formed, and the resulting composite material Thermal conductivity tends not to improve sufficiently. On the other hand, when the content of the thermally conductive filler exceeds the upper limit, the obtained composite material tends to be brittle and it tends to be difficult to obtain a self-supporting composite material.

さらに、本発明の熱伝導性複合材料において、その空隙率は、特に制限されないが、30体積%以下であることが好ましく、10体積%以下であることがより好ましい。前記空隙率が前記上限を超えると、得られる複合材料においてマトリックス中で熱伝導性フィラー同士が十分に接触しなくなり、結果として熱伝導性の向上効果が十分に得られにくくなる傾向にあり、また、フィラー間のマトリックスによる結合の効果が十分に得られず脆い材料となる傾向にある。 Further, in the thermally conductive composite material of the present invention, the porosity is not particularly limited, but is preferably 30% by volume or less, and more preferably 10% by volume or less. When the void ratio exceeds the upper limit, the thermally conductive fillers do not sufficiently contact each other in the matrix in the obtained composite material, and as a result, it tends to be difficult to sufficiently obtain the effect of improving the thermal conductivity. , The effect of bonding by the matrix between the fillers is not sufficiently obtained, and the material tends to be brittle.

なお、「空隙率」は、下記式(1):
空隙率[体積%]={1−(ρmeas/ρcalc)}×100 (1)
{式(1)中、ρmeasはアルキメデス法により測定した複合材料の密度の実測値を示し、ρcalcは下記式(2):
ρcalc={ρBN×x+ρAlN×(1−x)}y+ρmatrix×(1−y) (2)
(式(2)中、ρBNはBNの密度(実施例及び比較例においてはρBN=2.27)、ρAlNはAlNの密度(実施例及び比較例においてはρAlN=3.26)、ρmatrixはマトリックスの密度(実施例及び比較例においてはρmatrix=1.16)、xはフィラー中のBNの体積分率、yは複合材料中のフィラーの体積分率を示す。)
によって求められる複合材料の密度の計算値(空隙はないと仮定した複合材料の密度の理論値)を示す。}
によって求められる値を意味する。
The "porosity" is calculated by the following formula (1):
Porosity [volume%] = {1- (ρ meas / ρ calc )} × 100 (1)
{In the formula (1), ρ meas indicates the measured value of the density of the composite material measured by the Archimedes method, and ρ calc is the following formula (2):
ρ calc = {ρ BN × x + ρ AlN × (1-x)} y + ρ matrix × (1-y) (2)
(In formula (2), ρ BN is the density of BN (ρ BN = 2.27 in Examples and Comparative Examples), and ρ AlN is the density of AlN (ρ AlN = 3.26 in Examples and Comparative Examples). , Ρ matrix is the density of the matrix (ρ matrix = 1.16 in Examples and Comparative Examples), x is the volume of BN in the filler, and y is the volume of the filler in the composite material.)
The calculated value of the density of the composite material obtained by (theoretical value of the density of the composite material assuming that there is no void) is shown. }
Means the value obtained by.

(熱伝導性複合材料の製造方法)
前述の本発明の熱伝導性複合材料を製造する方法は、特に制限されず、例えば以下のようにして前記本発明の熱伝導性フィラーを前記マトリックス中に分散させることによって得ることができる。
(Manufacturing method of thermally conductive composite material)
The method for producing the above-mentioned thermally conductive composite material of the present invention is not particularly limited, and can be obtained, for example, by dispersing the thermally conductive filler of the present invention in the matrix as follows.

すなわち、先ず、前記熱伝導性フィラーとマトリックスとを混合する。その際、得られる複合材料中の熱伝導性フィラーの含有率が目的の含有率となるように熱伝導性フィラーとマトリックスとの混合割合を定める。また、熱伝導性フィラーとマトリックスとを混合する方法は特に制限されず、公知の混合方法が適宜用いられる。 That is, first, the heat conductive filler and the matrix are mixed. At that time, the mixing ratio of the heat conductive filler and the matrix is determined so that the content of the heat conductive filler in the obtained composite material becomes the desired content. Further, the method of mixing the thermally conductive filler and the matrix is not particularly limited, and a known mixing method is appropriately used.

このようなマトリックスとして前記樹脂を用いる場合、前記熱伝導性フィラーと前記樹脂とを混合して均一混合物とし、得られた混合物を成形することにより前記熱伝導性複合材料を得ることができる。このように前記熱伝導性フィラーと前記樹脂とを混合して均一混合物とする際に、分散媒を更に加えて均一スラリーとしてもよく、その場合は真空乾燥等の公知の方法で分散媒を除去した後に成形することが好ましい。このような分散媒としては特に制限されず、前記圧縮焼成体粒子とともにノズルから噴射させる流体の分散媒として挙げた有機溶媒と同様の有機溶媒を適宜用いてもよい。 When the resin is used as such a matrix, the heat conductive filler and the resin are mixed to form a homogeneous mixture, and the obtained mixture is molded to obtain the heat conductive composite material. When the thermally conductive filler and the resin are mixed in this way to form a homogeneous mixture, a dispersion medium may be further added to form a homogeneous slurry. In that case, the dispersion medium is removed by a known method such as vacuum drying. It is preferable to mold after the above. The dispersion medium is not particularly limited, and an organic solvent similar to the organic solvent mentioned as the dispersion medium of the fluid jetted from the nozzle together with the compressed calcined body particles may be appropriately used.

また、このようなマトリックスとして前記オイルを用いる場合は、前記熱伝導性フィラーと前記オイルとを混合して均一スラリーとすることにより前記熱伝導性複合材料を得ることができる。 When the oil is used as such a matrix, the thermally conductive composite material can be obtained by mixing the thermally conductive filler and the oil to form a uniform slurry.

また、前記混合物を成形する際に加圧して圧縮することが好ましい。このような圧縮方法としては特に制限されず、一軸圧縮であっても二軸圧縮であってもよい。また、静水圧で等方的に圧縮してもよい。また、圧縮時の圧力も特に制限はないが、5〜20MPaが好ましい。圧縮時の圧力が前記下限未満になると、得られる複合材料に空隙が残存しやすくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、得られる複合材料内のフィラーの破壊変形が顕著となり、残留ひずみが発生する傾向にある。 Further, it is preferable to pressurize and compress the mixture when molding it. Such a compression method is not particularly limited, and may be uniaxial compression or biaxial compression. It may also be isotropically compressed with hydrostatic pressure. The pressure during compression is also not particularly limited, but is preferably 5 to 20 MPa. When the pressure at the time of compression is less than the lower limit, voids tend to remain in the obtained composite material, while when the pressure exceeds the upper limit, the fracture deformation of the filler in the obtained composite material becomes remarkable and the residual strain. Tends to occur.

さらに、前記混合物を成形する際に樹脂を固化させる方法としては特に制限はなく、公知の方法、例えば、樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合には放冷等の冷却による方法、各種(熱、光、水)硬化性樹脂を用いた場合にはそれぞれ適切な硬化方法を採用することができる。また、このような固化は、成形時又は成形後のいずれにおいて実施してもよい。 Further, the method for solidifying the resin when molding the mixture is not particularly limited, and a known method, for example, when a thermoplastic resin is used as the resin, a cooling method such as allowing to cool, various methods (heat, When a curable resin (light, water) is used, an appropriate curing method can be adopted for each. Moreover, such solidification may be carried out either at the time of molding or after molding.

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

(実施例1)
<熱伝導性フィラーの調製>
窒化ホウ素粒子としてデンカ株式会社製「デンカボロンナイトライド粉 GP」(平均粒子径:8μm)37.3g、窒化アルミニウム粒子として株式会社トクヤマ製「高純度窒化アルミニウム粉末・顆粒 Eグレード」(平均粒子径:1μm)12.4g、焼結助剤として予め乳鉢で粉砕した炭化カルシウム(平均粒子径:約10μm)0.25gを500mlのプラスチック容器に入れ、そこに予め合成ゼオライト(和光純薬工業株式会社製、「モレキュラシーブス 3A」)で乾燥したエタノール150mlを加えた後に、ジルコニアボール(直径:5mm)を用いて湿式ボールミル粉砕を20時間行ってスラリーを得た。次いで、得られたスラリー中の固形分をふるい(目開き:500μm)でろ過し、エタノールで洗浄した後にエバポレーターで減圧下にてエタノールを留去し、さらに真空乾燥した後、ふるい(目開き:200μm)を通して混合物(混合粉体)を得た。
(Example 1)
<Preparation of thermally conductive filler>
37.3 g of "Dencaboron nitride powder GP" (average particle size: 8 μm) manufactured by Denka Co., Ltd. as boron nitride particles, and "High-purity aluminum nitride powder / granules E grade" (average particle size) manufactured by Tokuyama Co., Ltd. as aluminum nitride particles. 12.4 g of 1 μm) and 0.25 g of calcium nitride (average particle size: about 10 μm) previously crushed in a ball mill as a sintering aid are placed in a 500 ml plastic container, and synthetic zeolite (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is placed therein. After adding 150 ml of ethanol dried with "Molecular Sieves 3A"), wet ball mill pulverization using zirconia balls (diameter: 5 mm) was carried out for 20 hours to obtain a slurry. Next, the solid content in the obtained slurry is filtered through a sieve (opening: 500 μm), washed with ethanol, the ethanol is distilled off under reduced pressure with an evaporator, and the mixture is further vacuum dried and then sieved (opening: 500 μm). A mixture (mixed powder) was obtained through 200 μm).

次に、得られた混合物(混合粉体)38.4gをカーボン製の型(内寸:縦30mm×横40mm)に入れ、窒素雰囲気下で1800℃にて2時間、40MPaの一軸加圧条件下で焼成処理(ホットプレス)を施し、冷却後に取り出して縦30mm×横40mm×厚さ10mmの圧縮焼成体を得た。 Next, 38.4 g of the obtained mixture (mixed powder) was placed in a carbon mold (inner dimensions: length 30 mm x width 40 mm), and under a nitrogen atmosphere at 1800 ° C. for 2 hours under uniaxial pressurization conditions of 40 MPa. A firing treatment (hot press) was performed underneath, and after cooling, the mixture was taken out to obtain a compressed fired body having a length of 30 mm, a width of 40 mm, and a thickness of 10 mm.

次いで、得られた圧縮焼成体をハンマーで直径5〜10mmの小片に切断し、さらにアルミナ乳鉢で粉砕した後、ステンレスふるい(目開き:53μm)を通して予備粉砕した圧縮焼成体(平均粒子径:約40μm)を得た。 Next, the obtained compression-fired body was cut into small pieces having a diameter of 5 to 10 mm with a hammer, further crushed in an alumina mortar, and then pre-crushed through a stainless sieve (opening: 53 μm) (average particle size: about). 40 μm) was obtained.

続いて、予備粉砕した圧縮焼成体3.3gをエタノール60mlに分散して分散液とし、市販のストレート型ノズルを備えた湿式粉砕装置を用い、噴射前のチャンバー内圧力を100MPaとし、前記分散液をノズル(ノズル径:0.2mm)から流量1.1L/min、流速約600m/sで噴射させ、高圧でせん断流動圧縮された状態から常圧まで急激に圧力を低下させることにより、湿式粉砕処理が施された分散液を得た。そして、得られた分散液から粉砕物をろ過し、エタノールで洗浄した後に真空乾燥して、前記圧縮焼成体が湿式粉砕された粉砕物として熱伝導性フィラーを得た。 Subsequently, 3.3 g of the pre-crushed compressed fired body was dispersed in 60 ml of ethanol to prepare a dispersion liquid, and a commercially available wet pulverizer equipped with a straight nozzle was used to set the pressure in the chamber before injection to 100 MPa, and the dispersion liquid was prepared. Is injected from a nozzle (nozzle diameter: 0.2 mm) at a flow rate of 1.1 L / min and a flow rate of about 600 m / s, and wet pulverization is performed by rapidly reducing the pressure from a state of shear flow compression at high pressure to normal pressure. A treated dispersion was obtained. Then, the pulverized product was filtered from the obtained dispersion liquid, washed with ethanol, and then vacuum dried to obtain a thermally conductive filler as the pulverized product obtained by wet pulverizing the compression fired product.

<熱伝導性複合材料の調製>
得られた熱伝導性フィラーと、マトリックスとしての一液熱硬化型エポキシ樹脂(セメダイン社製「エポキシ樹脂 EP160」)とを用いて、以下のようにして熱伝導性フィラー含有率が40体積%の熱伝導性複合材料を得た。すなわち、先ず、前記熱伝導性フィラー2.95gと前記エポキシ樹脂2.09gとをジクロロメタン10ml中で混合し、得られたスラリーを撹拌しながらジクロロメタンを揮発させた後に約15分真空乾燥してジクロロメタンを完全に除去して、前記熱伝導性フィラーが前記エポキシ樹脂中に分散した混合物を得た。次いで、得られた混合物を、120℃に予熱した円筒容器(内径:14mmφ)中に充填し、円筒容器の長手方向に7.5MPaの圧力で圧縮した状態で120℃に30分維持してエポキシ樹脂を硬化せしめて円柱状の熱伝導性複合材料を得た。
<Preparation of thermally conductive composite material>
Using the obtained thermally conductive filler and a one-component thermosetting epoxy resin (“epoxy resin EP160” manufactured by Cemedine Co., Ltd.) as a matrix, the thermally conductive filler content was 40% by volume as follows. A thermosetting composite material was obtained. That is, first, 2.95 g of the thermally conductive filler and 2.09 g of the epoxy resin are mixed in 10 ml of dichloromethane, and the obtained slurry is volatilized while stirring, and then vacuum dried for about 15 minutes to dichloromethane. Was completely removed to obtain a mixture in which the thermally conductive filler was dispersed in the epoxy resin. Next, the obtained mixture was filled in a cylindrical container (inner diameter: 14 mmφ) preheated to 120 ° C., and the epoxy was maintained at 120 ° C. for 30 minutes in a state of being compressed at a pressure of 7.5 MPa in the longitudinal direction of the cylindrical container. The resin was cured to obtain a columnar heat conductive composite material.

<熱伝導性複合材料の熱伝導率測定>
図1に示すように、円柱状の複合材料1から熱伝導率測定用試料2(x軸方向長さ:2mm、y軸方向長さ:10mm、z軸方向長さ:10mm)を切り出し、前記試料の厚さ方向(x軸方向)を熱流方向としてキセノンフラッシュアナライザー(NETZSCH社製「LFA 447 NanoFlash」)を用いて圧縮方向に垂直な方向(x軸方向)の熱拡散率を測定した。また、同様に、円柱状の複合材料1から熱伝導率測定用試料(z軸方向厚さ:2mm、直径:14mmφ、図示せず)を切り出し、前記試料の厚さ方向(z軸方向)を熱流方向としてキセノンフラッシュアナライザー(NETZSCH社製「LFA 447 NanoFlash」)を用いて圧縮方向に平行な方向(z軸方向)の熱拡散率を測定した。
<Measurement of thermal conductivity of thermally conductive composite materials>
As shown in FIG. 1, a sample 2 for measuring thermal conductivity (length in the x-axis direction: 2 mm, length in the y-axis direction: 10 mm, length in the z-axis direction: 10 mm) was cut out from the columnar composite material 1 and described above. The heat diffusion rate in the direction perpendicular to the compression direction (x-axis direction) was measured using a xenon flash analyzer (“LFA 447 NanoFlash” manufactured by NETZSCH) with the thickness direction (x-axis direction) of the sample as the heat flow direction. Similarly, a sample for measuring thermal conductivity (thickness in the z-axis direction: 2 mm, diameter: 14 mmφ, not shown) is cut out from the columnar composite material 1, and the thickness direction (z-axis direction) of the sample is determined. The heat diffusion rate in the direction parallel to the compression direction (z-axis direction) was measured using a xenon flash analyzer (“LFA 447 NanoFlash” manufactured by NETZSCH) as the heat flow direction.

また、前記試料の比熱を熱振動型示差走査熱量測定装置(ティー・エイ・インスツル社製)を用いてDSC法により測定した。さらに、前記試料の密度を水中置換法(アルキメデス法)により求めた。これらの結果から次式:
熱伝導率(W/(m・K))=比熱(J/(kg・K))×密度(kg/m)×熱拡散率(m/秒)
により、圧縮方向に垂直な方向(x軸方向)及び圧縮方向に平行な方向(z軸方向)の熱伝導率を求めた。得られた結果を表1に示す。
Further, the specific heat of the sample was measured by the DSC method using a thermal vibration type differential scanning calorimetry device (manufactured by TA Instruments). Further, the density of the sample was determined by the underwater substitution method (Archimedes method). From these results, the following equation:
Thermal conductivity (W / (m · K)) = specific heat (J / (kg · K)) x density (kg / m 3 ) x thermal diffusivity (m 2 / sec)
The thermal conductivity in the direction perpendicular to the compression direction (x-axis direction) and the direction parallel to the compression direction (z-axis direction) was determined. The results obtained are shown in Table 1.

<熱伝導性複合材料の空隙率測定>
前記熱伝導率測定において水中置換法(アルキメデス法)により求めた複合材料の密度の実測値(ρmeas)と、前記式(2)により求めた複合材料の密度の計算値(空隙はないと仮定した複合材料の密度の理論値:ρcalc)とから前記式(1)によって複合材料の空隙率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Measurement of porosity of thermally conductive composite material>
In the thermal conductivity measurement, the measured value (ρ meas ) of the density of the composite material obtained by the underwater substitution method (Archimedes method) and the calculated value of the density of the composite material obtained by the above formula (2) (assuming that there are no voids). From the theoretical value of the density of the composite material: ρ calc ), the void ratio of the composite material was determined by the above formula (1). The results obtained are shown in Table 1.

<熱伝導性複合材料の電子顕微鏡観察>
円柱状の複合材料から断面の電子顕微鏡観察用の試料を切り出し、任意の縦60μm、横40μmの領域について、ダイヤモンドペースト及びアルミナペーストを研磨剤として研磨機(ビューラー社製「ミニメットTM1000」)を用いて機械研磨を施した後、120Wで3分酸素プラズマエッチング(ヤマト科学社製「プラズマリアクタPR300」)を行い、オスミウムコーターでオスミウムコーティングを施して走査型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズ製「NB−5000」)を用いて断面の電子顕微鏡観察を行った。得られた走査型電子顕微鏡写真(SEM像)を図2に示す。なお、図2において、明灰色が窒化アルミニウム相、灰色が窒化ホウ素相、暗灰色がマトリックス樹脂相に相当する(以下のSEM像においても同じ)。
<Electron microscope observation of thermally conductive composite material>
A sample for electron microscope observation of the cross section is cut out from the columnar composite material, and a polishing machine (Buehler's "Minimet TM 1000") is used as a polishing agent for an arbitrary region of 60 μm in length and 40 μm in width using diamond paste and alumina paste. After mechanical polishing using, perform oxygen plasma etching ("Plasma Reactor PR300" manufactured by Yamato Scientific Co., Ltd.) at 120 W for 3 minutes, apply osmium coating with an osmium coater, and scan electron microscope (manufactured by Hitachi High Technologies Co., Ltd.). The cross section was observed with an electron microscope using "NB-5000"). The obtained scanning electron micrograph (SEM image) is shown in FIG. In FIG. 2, light gray corresponds to the aluminum nitride phase, gray corresponds to the boron nitride phase, and dark gray corresponds to the matrix resin phase (the same applies to the SEM image below).

<熱伝導性フィラーの電子顕微鏡観察及び構造解析>
得られる複合材料中の熱伝導性フィラー含有率が5体積%となるようにし、さらにエポキシ樹脂を硬化させる際の圧力を大気圧としたこと以外は前述の<熱伝導性複合材料の調製>と同様にして熱伝導性フィラーの電子顕微鏡観察用の複合材料を得た。
<Electron microscope observation and structural analysis of thermally conductive filler>
The above-mentioned <Preparation of thermally conductive composite material> except that the content of the thermally conductive filler in the obtained composite material was set to 5% by volume and the pressure at which the epoxy resin was cured was set to atmospheric pressure. Similarly, a composite material for observing the heat conductive filler under an electron microscope was obtained.

次に、得られた複合材料から断面の電子顕微鏡観察用の試料を切り出し、任意の10箇所の断面測定領域(縦60μm、横40μmの領域)について前述の<熱伝導性複合材料の電子顕微鏡観察>と同様にして断面の電子顕微鏡観察を行った。得られた走査型電子顕微鏡写真(SEM像)の一例(拡大したSEM像)を図3A及び図3Bに示す。 Next, a sample for electron microscope observation of the cross section was cut out from the obtained composite material, and the above-mentioned <electron microscope observation of the heat conductive composite material was performed for arbitrary 10 cross section measurement regions (regions of 60 μm in length and 40 μm in width). >, The cross section was observed with an electron microscope. An example (enlarged SEM image) of the obtained scanning electron micrograph (SEM image) is shown in FIGS. 3A and 3B.

次いで、各測定領域のSEM像において、明度と形状に基づいて、
(i)窒化アルミニウム粒子の総数
(ii)外表面の50%以上が窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつその窒化ホウ素粒子に当接した状態となっていると認められる窒化アルミニウム粒子(図3A及び図3Bにおいて矢印で示す)の数
をそれぞれ求め、各測定領域における(ii)/(i)の値を算出して全ての測定領域の平均値を算出することにより、測定対象の熱伝導性フィラーにおいて窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている窒化アルミニウム粒子の比率を求めた。得られた結果を表1に示す。
Then, in the SEM image of each measurement area, based on the brightness and shape,
(I) Total number of aluminum nitride particles (ii) Aluminum nitride particles recognized that 50% or more of the outer surface is contained inside the boron nitride particles and is in contact with the boron nitride particles (FIG. 3A and FIG. 3A). The number (indicated by the arrow in FIG. 3B) is obtained, the values of (ii) / (i) in each measurement region are calculated, and the average value of all the measurement regions is calculated. The ratio of the aluminum nitride particles contained in the boron nitride particles was determined in. The results obtained are shown in Table 1.

また、各測定領域のSEM像において、明度と形状に基づいて、
(iii)窒化ホウ素粒子の粒子径
(iv)窒化アルミニウム粒子の粒子径
をそれぞれ求め、全ての測定領域の平均値を算出することにより、測定対象の熱伝導性フィラーにおける窒化ホウ素粒子及び窒化アルミニウム粒子の平均粒子径をそれぞれ求めた。得られた結果を表1に示す。
Also, in the SEM image of each measurement area, based on the brightness and shape,
(Iii) Particle size of boron nitride particles (iv) Particle size of aluminum nitride particles is obtained, and the average value of all measurement regions is calculated to obtain boron nitride particles and aluminum nitride particles in the thermally conductive filler to be measured. The average particle size of each was determined. The results obtained are shown in Table 1.

(実施例2)
湿式粉砕処理における噴射前のチャンバー内圧力を200MPaとしたこと以外は実施例1と同様にして熱伝導性フィラーを得、その熱伝導性フィラーを用いて実施例1と同様にして熱伝導性複合材料を得た。
(Example 2)
A thermally conductive filler was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pressure inside the chamber before injection in the wet pulverization treatment was set to 200 MPa, and the thermally conductive filler was used in the same manner as in Example 1 to obtain a thermally conductive composite. Obtained the material.

得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして熱伝導率及び空隙率を測定し、得られた結果を表1に示す。また、得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして電子顕微鏡観察し、得られた走査型電子顕微鏡写真(SEM像)を図4に示す。さらに、用いた熱伝導性フィラーについて実施例1と同様にして電子顕微鏡観察及び構造解析を行い、得られた結果を表1に示す。 The thermal conductivity and porosity of the obtained thermally conductive composite material were measured in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1. Further, the obtained thermally conductive composite material was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, and the obtained scanning electron micrograph (SEM image) is shown in FIG. Further, the thermally conductive filler used was observed by an electron microscope and structural analysis in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1.

(比較例1)
窒化ホウ素粒子としてデンカ株式会社製「デンカボロンナイトライド粉 GP」(平均粒子径:8μm)37.3g、窒化アルミニウム粒子として株式会社トクヤマ製「高純度窒化アルミニウム粉末・顆粒 Eグレード」(平均粒子径:1μm)12.4gを500mlのプラスチック容器に入れ、そこに予め合成ゼオライト(和光純薬工業株式会社製、「モレキュラシーブス 3A」)で乾燥したエタノール150mlを加えた後に、ジルコニアボール(直径:5mm)を用いて湿式ボールミル粉砕を20時間行ってスラリーを得た。次いで、得られたスラリー中の固形分をふるい(目開き:500μm)でろ過し、エタノールで洗浄した後にエバポレーターで減圧下にてエタノールを留去し、さらに真空乾燥した後、ふるい(目開き:200μm)を通して混合物(混合粉体)を得た。
(Comparative Example 1)
37.3 g of "Dencaboron nitride powder GP" (average particle size: 8 μm) manufactured by Denka Co., Ltd. as boron nitride particles, and "High-purity aluminum nitride powder / granules E grade" (average particle size) manufactured by Tokuyama Co., Ltd. as aluminum nitride particles. 1 μm) 12.4 g is placed in a 500 ml plastic container, and 150 ml of ethanol dried with synthetic zeolite (“Molecular Sieves 3A” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added thereto, and then zirconia balls (diameter: 5 mm). ) Was carried out for 20 hours to obtain a slurry. Next, the solid content in the obtained slurry is filtered through a sieve (opening: 500 μm), washed with ethanol, the ethanol is distilled off under reduced pressure with an evaporator, and the mixture is further vacuum dried and then sieved (opening: 500 μm). A mixture (mixed powder) was obtained through 200 μm).

このようにして得られた混合物(混合粉体)を用い、その後の圧縮焼成処理及び湿式粉砕処理を施すことなく熱伝導性フィラーとして用いるようにしたこと以外は実施例1と同様にして熱伝導性複合材料を得た。 Heat conduction in the same manner as in Example 1 except that the mixture (mixed powder) thus obtained is used as a heat conductive filler without being subjected to subsequent compression firing treatment and wet pulverization treatment. A sex composite material was obtained.

得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして熱伝導率及び空隙率を測定し、得られた結果を表1に示す。また、得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして電子顕微鏡観察し、得られた走査型電子顕微鏡写真(SEM像)を図5に示す。さらに、用いた熱伝導性フィラーについて実施例1と同様にして電子顕微鏡観察及び構造解析を行い、得られた結果を表1に示す。 The thermal conductivity and porosity of the obtained thermally conductive composite material were measured in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1. Further, the obtained thermally conductive composite material was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, and the obtained scanning electron micrograph (SEM image) is shown in FIG. Further, the thermally conductive filler used was observed by an electron microscope and structural analysis in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1.

(比較例2)
実施例1において得られた混合物(混合粉体)、すなわち窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子と炭化カルシウムとを実施例1と同様に混合(湿式ボールミル粉砕)して得られた混合物(混合粉体)47.4gを用い、室温にて5MPaの加圧条件下で予備成形した後、窒素雰囲気下で1800℃にて2時間、大気圧条件下(無加圧)で焼成処理を施し、冷却後に取り出して縦30mm×横40mm×厚さ約15mmの焼成体を得た。次いで、得られた焼成体をミル(アズワン株式会社製「ミニブレンダー MB−2」)で10秒間粉砕して熱伝導性フィラーを得、その熱伝導性フィラーを用いて実施例1と同様にして熱伝導性複合材料を得た。
(Comparative Example 2)
The mixture (mixed powder) obtained in Example 1, that is, the mixture (mixed powder) obtained by mixing boron nitride particles, aluminum nitride particles, and calcium carbide in the same manner as in Example 1 (wet ball mill pulverization). Premolding using 47.4 g under pressurized conditions of 5 MPa at room temperature, firing treatment at 1800 ° C. for 2 hours under atmospheric pressure conditions (no pressurization) in a nitrogen atmosphere, and taking out after cooling. A fired body having a length of 30 mm, a width of 40 mm, and a thickness of about 15 mm was obtained. Next, the obtained fired body was pulverized with a mill (“Mini Blender MB-2” manufactured by AS ONE Co., Ltd.) for 10 seconds to obtain a thermally conductive filler, and the thermally conductive filler was used in the same manner as in Example 1. A thermally conductive composite material was obtained.

得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして熱伝導率及び空隙率を測定し、得られた結果を表1に示す。また、得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして電子顕微鏡観察し、得られた走査型電子顕微鏡写真(SEM像)を図6に示す。さらに、用いた熱伝導性フィラーについて実施例1と同様にして電子顕微鏡観察及び構造解析を行い、得られた結果を表1に示す。 The thermal conductivity and porosity of the obtained thermally conductive composite material were measured in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1. Further, the obtained thermally conductive composite material was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, and the obtained scanning electron micrograph (SEM image) is shown in FIG. Further, the thermally conductive filler used was observed by an electron microscope and structural analysis in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1.

(比較例3)
比較例2と同様にして得られた焼成体をアルミナ乳鉢で1分間粉砕して熱伝導性フィラーを得、その熱伝導性フィラーを用いて実施例1と同様にして熱伝導性複合材料を得た。
(Comparative Example 3)
The fired body obtained in the same manner as in Comparative Example 2 was pulverized in an alumina dairy pot for 1 minute to obtain a thermally conductive filler, and the thermally conductive filler was used to obtain a thermally conductive composite material in the same manner as in Example 1. rice field.

得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして熱伝導率及び空隙率を測定し、得られた結果を表1に示す。また、得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして電子顕微鏡観察し、得られた走査型電子顕微鏡写真(SEM像)を図7に示す。さらに、用いた熱伝導性フィラーについて実施例1と同様にして電子顕微鏡観察及び構造解析を行い、得られた結果を表1に示す。 The thermal conductivity and porosity of the obtained thermally conductive composite material were measured in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1. Further, the obtained thermally conductive composite material was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, and the obtained scanning electron micrograph (SEM image) is shown in FIG. Further, the thermally conductive filler used was observed by an electron microscope and structural analysis in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1.

(比較例4)
比較例2と同様にして得られた焼成体をアルミナ乳鉢で1分間粉砕した後にステンレスふるい(目開き:53μm)を通して熱伝導性フィラーを得、その熱伝導性フィラーを用いて実施例1と同様にして熱伝導性複合材料を得た。
(Comparative Example 4)
The fired body obtained in the same manner as in Comparative Example 2 was pulverized in an alumina dairy pot for 1 minute, and then passed through a stainless steel sieve (opening: 53 μm) to obtain a thermally conductive filler, and the thermally conductive filler was used in the same manner as in Example 1. A thermally conductive composite material was obtained.

得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして熱伝導率及び空隙率を測定し、得られた結果を表1に示す。また、得られた熱伝導性複合材料について実施例1と同様にして電子顕微鏡観察し、得られた走査型電子顕微鏡写真(SEM像)を図8に示す。さらに、用いた熱伝導性フィラーについて実施例1と同様にして電子顕微鏡観察及び構造解析を行い、得られた結果を表1に示す。 The thermal conductivity and porosity of the obtained thermally conductive composite material were measured in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1. Further, the obtained thermally conductive composite material was observed with an electron microscope in the same manner as in Example 1, and the obtained scanning electron micrograph (SEM image) is shown in FIG. Further, the thermally conductive filler used was observed by an electron microscope and structural analysis in the same manner as in Example 1, and the obtained results are shown in Table 1.

Figure 0006936442
Figure 0006936442

表1及び図2〜5に示した結果から明らかな通り、窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物を加圧して圧縮しつつ焼成せしめることにより圧縮焼成体とした後に粉砕することによって得られた実施例1〜2の熱伝導性フィラーにおいては、窒化アルミニウム粒子が窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている複合粒子が高い割合で含まれていることが確認された。そして、そのような本発明の熱伝導性フィラーを用いて得られた実施例1〜2の熱伝導性複合材料においては、窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末とを単に混合して得られた熱伝導性フィラーを用いて得られた比較例1の熱伝導性複合材料に比べて、窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との接触界面が点接触ではなく密着した面接触となっている割合が高く、また、粒子同士の接触界面において窒化アルミニウム粒子が関与する接触界面より窒化ホウ素粒子が関与する接触界面の比率が相対的に高くなっており、熱伝導性が向上していることが確認された。 As is clear from the results shown in Table 1 and FIGS. It was confirmed that the thermally conductive fillers of Examples 1 and 2 contained a high proportion of composite particles in which the aluminum nitride particles were encapsulated in the boron nitride particles. Then, in the heat conductive composite material of Examples 1 and 2 obtained by using such a heat conductive filler of the present invention, the heat conduction obtained by simply mixing the boron nitride powder and the aluminum nitride powder. Compared with the thermally conductive composite material of Comparative Example 1 obtained by using the sex filler, the contact interface between the aluminum nitride particles and the boron nitride particles has a high proportion of close surface contact rather than point contact. It was confirmed that the ratio of the contact interface involving the boron nitride particles was relatively higher than the contact interface involving the aluminum nitride particles at the contact interface between the particles, and the thermal conductivity was improved.

また、実施例1〜2で得られた熱伝導性フィラーにおいては、前記圧縮焼成体が湿式粉砕方法により粉砕されているため、窒化ホウ素粒子の表面が部分的に劈開して部分劈開窒化ホウ素粒子となっている割合が高いことが確認された。そのため、そのような本発明の熱伝導性フィラーを用いて得られた実施例1〜2の熱伝導性複合材料においては、粒子間接触の際に劈開した窒化ホウ素の部位が劈開により生じている空隙を減少させる形で変形し易く、粒子間の接触界面の面積が高くなっていることが確認された。 Further, in the thermally conductive fillers obtained in Examples 1 and 2, since the compression fired body is pulverized by a wet pulverization method, the surface of the boron nitride particles is partially opened to partially open the boron nitride particles. It was confirmed that the ratio of Therefore, in the thermally conductive composite materials of Examples 1 and 2 obtained by using such a thermally conductive filler of the present invention, a portion of boron nitride that is opened during particle-particle contact is generated by the opening. It was confirmed that the particles are easily deformed in a form that reduces the voids, and the area of the contact interface between the particles is large.

それに対して、表1及び図6〜8に示した結果から明らかな通り、窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物を加圧せずに焼成せしめた焼成体を粉砕することによって得られた比較例2〜4の熱伝導性フィラーにおいては、ミルや乳鉢で短時間粉砕しただけにも拘らず、焼成体における窒化アルミニウム粒子と窒化ホウ素粒子との界面が容易に破壊され、窒化アルミニウム粒子が窒化ホウ素粒子に内包された状態となっている複合粒子は殆ど含まれていないことが確認された。そして、そのような熱伝導性フィラーを用いて得られた比較例2〜4の熱伝導性複合材料においては、実施例1〜2の熱伝導性複合材料はもとより、比較例1の熱伝導性複合材料よりも熱伝導性が劣っていることが確認された。 On the other hand, as is clear from the results shown in Table 1 and FIGS. 6 to 8, the comparison obtained by pulverizing the calcined product obtained by calcining the mixture of the boron nitride powder and the aluminum nitride powder without pressurization. In the heat conductive fillers of Examples 2 to 4, the interface between the aluminum nitride particles and the boron nitride particles in the fired body is easily broken, and the aluminum nitride particles are nitrided, even though they are pulverized for a short time in a mill or a dairy pot. It was confirmed that the composite particles contained in the boron particles were hardly contained. Then, in the heat conductive composite materials of Comparative Examples 2 to 4 obtained by using such a heat conductive filler, not only the heat conductive composite materials of Examples 1 and 2 but also the heat conductivity of Comparative Example 1 It was confirmed that the thermal conductivity was inferior to that of the composite material.

以上説明したように、本発明によれば、熱伝導性を効率良く向上させることが可能な熱伝導性フィラー及びその製造方法と、優れた熱伝導性を有する熱伝導性複合材料を提供することが可能となる。したがって、本発明の複合材料は熱伝導性に優れているため、例えば、自動車用、電子機器用、電子素子用、各種電気製品用の放熱材料やヒーター材料等として有用である。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a thermally conductive filler capable of efficiently improving thermal conductivity, a method for producing the same, and a thermally conductive composite material having excellent thermal conductivity. Is possible. Therefore, since the composite material of the present invention is excellent in thermal conductivity, it is useful as, for example, a heat radiating material or a heater material for automobiles, electronic devices, electronic devices, and various electric products.

1:複合材料、2:熱伝導率(x軸方向)測定用試料。 1: Composite material 2: Sample for measuring thermal conductivity (x-axis direction).

Claims (7)

窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子とを含有する熱伝導性フィラーであって、
前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径が1〜100μmであり、
前記窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/30〜1/0.5の範囲内にあり、
前記窒化アルミニウム粒子の全粒子のうちの数基準で50%以上の粒子が、該窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態で、該窒化アルミニウム粒子と該窒化ホウ素粒子との複合粒子を形成しており、
焼結助剤としてのカルシウム化合物及びイットリウム化合物、並びにそれらの焼結助剤に由来する化合物からなる群から選択される少なくとも一種の焼結助剤成分を含有している、
ことを特徴とする熱伝導性フィラー。
A thermally conductive filler containing boron nitride particles and aluminum nitride particles.
The average particle size of the boron nitride particles is 1 to 100 μm.
The average particle size of the aluminum nitride particles is in the range of 1/30 to 1 / 0.5 of the average particle size of the boron nitride particles.
50% or more of the total particles of the aluminum nitride particles were included in the inside of the boron nitride particles and 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles was in contact with the boron nitride particles. In this state, composite particles of the aluminum nitride particles and the boron nitride particles are formed .
It contains at least one sintering aid component selected from the group consisting of calcium compounds and yttrium compounds as sintering aids, and compounds derived from these sintering aids.
A thermally conductive filler characterized by that.
前記窒化アルミニウム粒子の含有率が、前記窒化ホウ素粒子と前記窒化アルミニウム粒子との合計量に対して5〜95体積%であることを特徴とする請求項1に記載の熱伝導性フィラー。 The thermally conductive filler according to claim 1, wherein the content of the aluminum nitride particles is 5 to 95% by volume with respect to the total amount of the boron nitride particles and the aluminum nitride particles. 窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末との混合物の圧縮焼成体の粉砕物であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱伝導性フィラー。 The thermally conductive filler according to claim 1 or 2, wherein it is a pulverized product of a compression-fired body of a mixture of boron nitride powder and aluminum nitride powder. マトリックスと、前記マトリックス中に分散している請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の熱伝導性フィラーとを備えることを特徴とする熱伝導性複合材料。 A thermally conductive composite material comprising a matrix and the thermally conductive filler according to any one of claims 1 to 3 dispersed in the matrix. 窒化ホウ素粉末と窒化アルミニウム粉末と、カルシウム化合物及びイットリウム化合物からなる群から選択される少なくとも一種の焼結助剤との混合物を加圧して圧縮しつつ焼成せしめることにより圧縮焼成体を得る工程と、
前記圧縮焼成体を予備粉砕した後に、予備粉砕された前記圧縮焼成体を含有する流体を30〜250MPaの高圧で200〜800m/sの流速でノズルから噴射させて湿式衝突粉砕することにより、窒化ホウ素粒子と窒化アルミニウム粒子とを含有する熱伝導性フィラーであって、前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径が1〜100μmであり、前記窒化アルミニウム粒子の平均粒子径が前記窒化ホウ素粒子の平均粒子径の1/30〜1/0.5の範囲内にあり、前記窒化アルミニウム粒子の全粒子のうちの数基準で50%以上の粒子が、該窒化アルミニウム粒子の外表面の50%以上が前記窒化ホウ素粒子の内部に包含されかつ該窒化ホウ素粒子に当接した状態で、該窒化アルミニウム粒子と該窒化ホウ素粒子との複合粒子を形成している熱伝導性フィラーを得る工程と、
を含むことを特徴とする熱伝導性フィラーの製造方法。
A step of obtaining a compressed fired body by pressurizing a mixture of boron nitride powder , aluminum nitride powder, and at least one sintering aid selected from the group consisting of a calcium compound and an yttrium compound and firing the mixture while compressing the mixture. ,
After pre-grinding the compression-fired body, the pre-crushed fluid containing the compression-fired body is jetted from a nozzle at a high pressure of 30 to 250 MPa at a flow velocity of 200 to 800 m / s to perform wet collision crushing, thereby nitriding. A thermally conductive filler containing boron particles and aluminum nitride particles, the average particle size of the boron nitride particles is 1 to 100 μm, and the average particle size of the aluminum nitride particles is the average particle size of the boron nitride particles. 50% or more of the total particles of the aluminum nitride particles are in the range of 1/30 to 1 / 0.5, and 50% or more of the outer surface of the aluminum nitride particles is the nitrided particles. A step of obtaining a thermally conductive filler forming a composite particle of the aluminum nitride particles and the boron nitride particles while being contained inside the boron particles and in contact with the boron nitride particles.
A method for producing a thermally conductive filler, which comprises.
前記窒化ホウ素粉末と前記窒化アルミニウム粉末との混合物を10〜500MPaの加圧条件下で圧縮しつつ焼成せしめることを特徴とする請求項に記載の熱伝導性フィラーの製造方法。 The method for producing a thermally conductive filler according to claim 5 , wherein a mixture of the boron nitride powder and the aluminum nitride powder is fired while being compressed under a pressure condition of 10 to 500 MPa. 前記熱伝導性フィラーが、請求項1〜のうちのいずれか一項に記載の熱伝導性フィラーであることを特徴とする請求項5又は6に記載の熱伝導性フィラーの製造方法。 The method for producing a thermally conductive filler according to claim 5 or 6 , wherein the thermally conductive filler is the thermally conductive filler according to any one of claims 1 to 3.
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