JP7142464B2

JP7142464B2 - 窒化アルミニウム系粉末及びそれを含む高熱伝導材料

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Publication number: JP7142464B2
Application number: JP2018095780A
Authority: JP
Inventors: 克己中島; 潤楠井; 貴雅田中; 和哉東村; 周平菅野
Original assignee: TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Current assignee: TOYO ALMINIUM KABUSHIKI KAISHA
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: JP2019199383A

Description

本発明は、窒化アルミニウム系粉末に関する。特に樹脂をベースとした放熱性（高熱伝導性）のシート（成型品）、グリース、接着剤、塗料等に用いられるフィラー用粉末に適した高放熱性の窒化アルミニウム粒子群に関する。さらに、本発明は、当該窒化アルミニウム系粉末を含む高熱伝導材料に関する。

ノート型パソコン、タブレット等の電子製品の小型化・薄型化あるいは高機能化に伴って、そのコンピューターで使用されているＩＰＵ、集積回路等の高集積化の要請もますます高くなっている。このような高集積化が進めばそれだけ作動時の発熱量は増大するため、その放熱を効率良く行うことが必要となる。一般に、これら電子部品では高分子材料を放熱部材として使用されているが、それ自体の熱伝導率は極めて低いことから、高熱伝導性のフィラーと複合化する必要がある。

高熱伝導性のフィラーとして種々の材料があるが、特に窒化アルミニウムは金属に近い高熱伝導率を有していることから、高熱伝導材料として利用されている。例えば、窒化アルミニウムの焼結体は半導体の基板用として実用化されているほか、窒化アルミニウム粉末が放熱用フィラーとして使用されている。

一般に、フィラーとして使用されている窒化アルミニウム粉末は、平均粒径が１～１００μｍ程度の窒化アルミニウムであり、所望の熱伝導率を得るために樹脂中に充填率６０体積％以上（特に７０体積％以上）であることが望ましいとされている。また、より充填率を高めるため、異なる粒径分布のフィラーを組み合わせることも行われている。この場合、一般に１０μｍ以上という大きな平均粒径をもつ窒化アルミニウム粉末は、樹脂への充填性が優れていることから、微細な窒化アルミニウム粉末とともにフィラーとして重要な役割を果たす。

このため、このような比較的大きな粒径をもつ窒化アルミニウム粉末については、これまでに様々な製造方法が提案されている。

例えば、金属アルミニウム粉末３０～８０重量部と窒化アルミニウム粉末７０～２０重量部との合計１００重量部からなる混合粉末をプレス造粒した混合造粒体を窒素を含む非酸化性雰囲気中８００～１２００℃で焼成した後、解砕及び分級することを特徴とする大粒径の窒化アルミニウム粉末の製造方法がある（特許文献１）。

また例えば、多孔質アルミナ顆粒を、１４５０℃～１９００℃の温度で焼成し、窒化アルミニウム含有量が５０～９０質量％となるまで窒化させる焼成工程Ｉと、上記焼成工程Ｉにおいて得られた粒子を、焼成工程Ｉよりも還元性ガスの濃度が高い雰囲気下で、１５８０℃～１９００℃の温度で焼成し、窒化アルミニウム含有量が７５～９９質量％となるまで窒化させる焼成工程ＩＩとを含むことを特徴とする、平均粒径が１０～２００μｍ、粒子の真球度が０．８０以上である球状窒化アルミニウム系粒子であって、酸窒化アルミニウムを含むコアと、前記コアの表面に形成された厚さ２μｍ以上の窒化アルミニウムからなる表面層と、からなり、粒子中の窒化アルミニウム含有率が、７５～９９質量％、相対密度が８５％以上である球状窒化アルミニウム系粒子の製造方法が知られている（特許文献２）。

さらに例えば、多孔質アルミナ顆粒を１４００℃以上、１７００℃以下の温度で還元窒化して多孔質窒化アルミニウム顆粒とする還元窒化工程と、上記還元窒化工程において得られた多孔質窒化アルミニウム顆粒を、１５８０℃以上、１９００℃以下で焼結する焼結工程とを含むことを特徴とする窒化アルミニウム顆粒の製造方法も提案されている（特許文献３）。

別の方法として、例えば熱可塑性樹脂、窒化アルミニウム粉末及び焼結助剤を含有する樹脂組成物を押出成形してストランド状グリーン体に成形後、該ストランド状グリーン体を切断加工してグリーン片を得、次いで、得られたグリーン片を焼成することを特徴とする窒化アルミニウム焼結顆粒の製造方法が知られている（特許文献４）。

特開平７－２１５７０７号公報特開２０１６－３７４３８号公報特開２０１３－８７０４２号公報特開２０１３－６０３２２号公報

しかしながら、従来の窒化アルミニウム粉末の製造方法は、窒化アルミニウム粉末の焼結体を基板として用いることを前提としているため、結晶成長を抑えた製造方法となっている。このため、焼結体（多結晶体）を構成する各結晶子の粒径が小さくなっているのが特徴である。

例えば、特許文献１において、金属アルミニウム粉末と窒化アルミニウム粉末との混合粉末を焼成することにより反応熱が抑えられる結果、粉末中の結晶成長は抑えられている。このように、結晶成長が抑えられた場合、結晶子径が小さくなり、相対的に結晶子数が多くなる。その結果、結晶子間の界面が多くなるため、その界面の存在により熱伝導率が低下するおそれがある。

また、特許文献２～３の方法では、アルミナ顆粒中にバインダー樹脂、焼結助剤等の添加物が配合されると、これらの添加物中の成分（炭素、希土類元素等）が窒化アルミニウム粉末中に残存することになるため、窒化アルミニウムの本来の特性が十分に得られなくなるおそれがある。

特許文献４の方法では、イットリア等の焼結助剤の添加により焼結を促進できるものの、焼結助剤自体が熱伝導性を下げる原因となり得る。また、窒化アルミニウムにも不純物が含まれていれば、それも熱伝導性低下の原因となる。

従って、本発明の主な目的は、より高い熱伝導性を発揮できる窒化アルミニウム系粉末を提供することを目的とする。また、本発明は、前記窒化アルミニウム系粉末を含む高熱伝導材料を提供することも目的とする。

本発明者は、従来技術の問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、特定の製法により得られた窒化アルミニウム系粉末が特異な構成・特性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、下記の窒化アルミニウム系粉末及びそれを含む高熱伝導材料に係る。
１．窒化アルミニウム系粒子からなる粉末であって、
（１）平均粒径Ｄ５０が１５～２００μｍであり、
（２）シェラー（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）法による結晶子径が１３０ｎｍ以上であり、
（３）アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．１重量％以下であり、
（４）酸素含有量が０．５重量％以下であり、
（５）ケイ素含有量が１０００重量ｐｐｍ以下であり、鉄含有量が１０００重量ｐｐｍ以下である、ことを特徴とする窒化アルミニウム系粉末。
２．直接窒化法による粉末である、前記項１に記載の窒化アルミニウム系粉末。
３．比表面積が０．５ｍ^２／ｇ以下である、前記項１又は２に記載の窒化アルミニウム系粉末。
４．前記項１～３のいずれかに記載の窒化アルミニウム系粉末及び高分子材料を含む高熱伝導性組成物。
５．発熱する部品を搭載する機器の構成部材として用いられる、前記項４に記載の高熱伝導性組成物。

本発明によれば、より高い熱伝導性を発揮できる窒化アルミニウム系粉末を提供することができる。また、本発明は、前記窒化アルミニウム系粉末を含む高熱伝導材料を提供することもできる。本発明の窒化アルミニウム系粉末（粒子）においては、特にシェラー（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）法による結晶子径（以下、特にことわりのない限り、単に「結晶子径」という。）が１３０ｎｍ以上という比較的大きな結晶子を有するので、当該粉末を構成する各粒子内において、熱伝導性を低下させる結晶粒界を少なくできることから、高い熱伝導性の発現に寄与することができる。

このような特徴をもつ本発明の窒化アルミニウム系粉末は、例えば高分子材料（樹脂、ゴム等）をベースとした高熱伝導性の成型品のほか、グリース、接着剤、塗料等に用いられる高熱伝導性フィラーとして好適に用いることができる。より具体的には、発熱する部品を搭載する機器（例えばＩＰＵ、集積回路、パワーモジュール、ディスプレイ、ＬＥＤライト、コンバータ、充電器等）のハウジング、シャーシ、基板、封止材、伝熱板、ヒートシンク材、その他の高熱伝導材料として、本発明の窒化アルミニウム系粉末又はそれを含む樹脂組成物を用いることができる。

１．窒化アルミニウム系粉末
本発明の窒化アルミニウム系粉末（本発明粉末）は、窒化アルミニウム系粒子からなる粉末であって、
（１）平均粒径Ｄ５０が１５～２００μｍであり、
（２）シェラー（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）法による結晶子径が１３０ｎｍ以上であり、
（３）アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．１重量％以下であり、
（４）酸素含有量が０．５重量％以下であり、
（５）ケイ素含有量が１０００重量ｐｐｍ以下であり、鉄含有量が１０００重量ｐｐｍ以下である、ことを特徴とする。

本発明粉末の平均粒径Ｄ５０は、通常１５～２００μｍであり、好ましくは５０～１５０μｍである。平均粒径Ｄ５０が１５μｍ未満の場合は、高分子材料に対する充填性が低くなるおそれがある。また、平均粒径Ｄ５０が２００μｍを超える場合は、高分子材料と混合した場合、均一に混ざらずに分離することがある。

本発明粉末の比表面積は、特に限定されないが、より高い熱伝導性に寄与するという見地から、より低い比表面積であることが好ましい。より具体的には、比表面積が０．５ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。比表面積の下限値は、特に制限されないが、通常は０．０１ｍ^２／ｇ程度とすれば良い。

本発明粉末のシェラー（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）法による結晶子径が１３０ｎｍ以上であり、好ましくは１３５ｎｍ以上である。結晶子径の上限は、限定的ではないが、一般的には３００ｎｍ程度とし、特に２６０ｎｍとすれば良い。シェラー法による結晶子径は、Ｘ線回折装置においてシェラーの式：結晶子径Ｄ＝Ｋ×Λ／（β×ｃｏｓθ）（但し、Ｋはシェラー定数、Λは使用したＸ線の波長、βは回折線幅の拡がり、θはブラッグ角をそれぞれ示す。）に基づいて算出される値である。かかる値は、Ｘ線回折装置として市販の装置を使用し、上記式に従って求めることができる。本発明粉末は、このような結晶子径を有する粒子群から構成されるので、高い熱伝導性等を発揮することができる。

本発明粉末におけるアルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量は、通常０．１重量％以下であり、好ましくは０～０．０５重量％である。上記含有量が０．１重量％を超えると、窒化アルミニウム本来の特徴（特に熱伝導性）が十分に得られなくなることがある。なお、上記含有量は、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の合計含有量である（以下同じ。）。

アルカリ土類金属元素としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムの少なくとも１種が挙げられる。また、希土類元素としては、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムの少なくとも１種が挙げられる。従って、本発明粉末は、例えばイットリア等の焼結助剤又はその由来成分（上記元素）を含まない組成も好適に用いることができる。

本発明粉末の酸素含有量は、通常０．５重量％以下であり、好ましくは０．２重量％以下である。酸素含有量が０．５重量％を超えると、熱伝導性が低下する。酸素含有量の下限値は、限定的でないが、通常は０．０１重量％程度とすれば良い。

本発明粉末では、ケイ素含有量が通常１０００重量ｐｐｍ以下、好ましくは１００～１０００重量ｐｐｍであり、鉄含有量が通常１０００重量ｐｐｍ以下、好ましくは１００～１０００重量ｐｐｍである。従って、このような含有量を満たす本発明粉末として、いわゆる直接窒化法により得られる窒化アルミニウム粉末を本発明粉末として好適に用いることができる。より具体的には、アルミニウムと窒素ガスとを反応させて得られる反応物を粉砕することによって得られる窒化アルミニウム粉末を好適に使用することができる。

本発明粉末の炭素含有量は、特に限定されないが、通常０．１重量％以下であり、好ましくは０．０６重量％以下である。炭素含有量が０．１重量％を超えると、熱伝導性が低下するおそれがある。炭素含有量の下限値は、限定的でないが、通常は０．０１重量％程度とすれば良い。

２．窒化アルミニウム系粉末の製造方法
本発明粉末の製造方法は、限定的ではなく、例えばａ）０．２～３ＭＰａの窒素雰囲気中で金属アルミニウム粉末を単独で窒化する工程を含む方法、ｂ）直接窒化法で得られた窒化アルミニウム系粉末を非酸化性雰囲気下１６００～２０００℃で熱処理する工程を含む方法等により製造することができる。

特に、結晶子径は、製造工程で原料が受ける熱履歴（総熱量）によって適宜制御することができる。すなわち、加熱温度が高いほど又は加熱時間が長いほど結晶成長が促進される結果、より大きな結晶子径を得ることができるので、上記ａ）～ｂ）のいずれの方法においても、加熱温度（又は反応温度）及び／又は加熱時間（反応時間）を調整することによって所望の結晶子径を得ることができる。以下、上記ａ）～ｂ）の方法を代表例として説明する。

上記ａ）の方法
上記ａ）の方法は、０．２～３ＭＰａの窒素雰囲気中で金属アルミニウム粉末を単独で窒化する工程（窒化処理工程）を含む方法である。なお、前記「単独で」とは、少なくとも金属アルミニウム粉末以外の粉末として窒化アルミニウム粉末が含まれないことを意味する。その他の粉末は、本発明の効果を妨げない範囲内で微量に含まれていても良い。

出発原料となる金属アルミニウム粉末の組成としては、特に制限されないが、例えばＡｌ純度９９．５重量％以上であって、なおかつ、ａ）アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．１重量％以下であり、ｂ）酸素含有量が０．５重量％以下であり、ｃ）ケイ素含有量が０～１０００重量ｐｐｍであり、鉄含有量が０～１０００重量ｐｐｍであることが好ましい。これにより、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム系粉末をより確実に得ることができる。

金属アルミニウム粉末の粒径は、特に限定的ではないが、一般的には１０～２５０μｍ程度とし、特に３５～１５０μｍとすることが好ましい。これにより、より確実に本発明粉末を製造することができる。

金属アルミニウム粉末を窒化する方法自体は、公知の直接窒化法に従って実施すれば良い。直接窒化法による場合は、金属アルミニウム粉末を窒素ガス中で１０００℃以上に加熱する方法（狭義の直接窒化法）のほか、金属アルミニウム粉末の燃焼合成反応による方法を採用することができる。特に、本発明では、金属アルミニウム粉末を窒素ガス中で燃焼合成反応させる方法を好ましく採用することができる。燃焼合成反応は、窒素雰囲気（窒素ガス雰囲気）下で金属アルミニウム粉末に点火（着火）し、その反応熱（生成熱）により金属アルミニウム粉末を窒化する方法である。燃焼合成法により、比較的低コストで容易に窒化アルミニウム系原料粉末を製造できる。燃焼合成反応における反応温度、反応時間等は、用いる金属アルミニウム粉末の量、燃焼の程度等に応じて適宜決定することができる。

得られた反応生成物は、必要に応じて粉砕することもできる。すなわち、窒化処理工程で合成された反応生成物（窒化アルミニウム粗粉末又は塊状物）を機械的に粉砕することによって得られる粉砕品を本発明粉末として得ることができる。粉砕方法は、例えばボールミル、ジェットミル、クラッシャー等の公知の方法に従って実施することができる。

本発明では、上記のような粉砕品において、微細粒子（通常は粒径５μｍ以下、特に１μｍ以下）が含まれて、なおかつ、そのような微細粒子の一部又は全部が除去できない粉末から構成されている場合でも、後記の熱処理工程によって、より大きな粒子に微細粒子を特定の熱処理によって固着又は一体化させることにより、微細粒子による充填性の低下を効果的に抑制することもできる。

最終的に得られる粉末の平均粒径Ｄ５０は、特に限定されないが、通常は１～２００μｍ程度とし、特に１５～２００μｍとすることが好ましく、その中でも１５～１００μｍとすることがより好ましい。また、上記粉末を構成する粒子の形状も、限定的ではなく、例えば球状、扁平状、不定形状等のいずれであっても良い。但し、粉砕品を用いることができるので、角張った不定形状を有する粒子からなる粉末も好適に用いることができる。窒化処理工程後は、必要に応じて、分級等を実施しても良い。

上記粉末の組成としては、前記の場合と同様、ａ）アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．１重量％以下であり、ｂ）酸素含有量が０．５重量％以下であり、ｃ）ケイ素含有量が０～１０００重量ｐｐｍであり、鉄含有量が０～１０００重量ｐｐｍであることが好ましい。

なお、必要に応じて、第１の方法で得られた窒化アルミニウム系粉末の結晶子径をさらに制御すること等を目的として、第２の方法に供することもできる。すなわち、第１の方法で得られた窒化アルミニウム系粉末を第２の方法の窒化アルミニウム粉末原料として用い、所定の熱処理を施すことができる。

第２の方法
第２の方法は、直接窒化法で得られた窒化アルミニウム粉末原料を非酸化性雰囲気下１６００～２０００℃で熱処理する工程（熱処理工程）を含む方法である。

直接窒化法は、公知の直接窒化法（燃焼合成法も含む。）に従って実施すれば良く、特に限定されない。例えば、特許文献１に示された直接窒化法による窒化アルミニウム粉末も上記原料として用いることができる。また、直接窒化法で製造されている限り、市販品を使用することもできる。さらに、前記の第１の方法で得られた窒化アルミニウム系粉末を第２の方法の窒化アルミニウム粉末原料として用いることもできる。

熱処理工程では、窒化アルミニウム粉末原料を非酸化性雰囲気下１６００～２０００℃で熱処理する。これにより、本発明の窒化アルミニウム系粉末を得ることができる。

熱処理温度は、通常は１６００～２０００℃程度とすれば良く、特に１６５０～１９５０℃とすることが好ましい。このような温度で熱処理することにより、より確実に所望の結晶子径に制御できるとともに、より大きな粒子に微粉（特に粒径５μｍ以下の微細粒子）を効果的に固着又は一体化させることができる。同時に、角張った不定形状を有する粒子において、その角部がなくなって丸みを帯びた粒子とすることができる。

熱処理雰囲気は、非酸化性雰囲気とすれば良く、例えば還元性雰囲気、不活性ガス雰囲気、真空下等のいずれでも良い。熱処理時間は、例えば結晶子径が１３０ｎｍ以上となるのに十分な時間とすれば良く、通常は０．５～４８時間の範囲内で適宜設定することができるが、これに限定されない。

熱処理工程を実施した後、必要に応じて分級等の処理を実施しても良いが、本発明では粉砕工程を行わないことが望ましい。粉砕工程で微粉が発生するため、粒度を調整するための粉砕は、熱処理工程前に行うことが望ましい。

３．本発明粉末を含む組成物
本発明は、本発明粉末及び高分子材料を含む高熱伝導性組成物（本発明組成物）を包含する。本発明粉末は、公知又は市販の窒化アルミニウム粉末（特にフィラー用粉末）と同様にして用いることもできる。

高分子材料としては、例えば樹脂、ゴム、エラストマー等を挙げることができる。より具体的には、樹脂成分として、例えばシリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリブタジエン、フラン樹脂、ウレタン樹脂、アルキルベンゼン樹脂、グアナミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和アルキド樹脂（グリプタル樹脂、不飽和アルコール変性フタル酸樹脂、イソフタル酸系樹脂、テレフタル酸系樹脂、脂肪族ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂）等が挙げられる。ゴムとしては、例えばフッ素ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。エラストマーとしては、例えばスチレン系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリ塩化ビニル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等が挙げられる。これらの高分子材料は、常温で液状であっても、固体であっても良い。これらの各高分子材料自体は、公知又は市販のものを採用することができる。

また、本発明組成物では、本発明の効果を妨げない範囲において、本発明粉末以外の添加剤を配合することもできる。例えば、本発明粉末以外のフィラー、着色材、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等が挙げられる。

これらの各種材料に本発明粉末を含有させることによって、熱伝導性等に優れた組成物を調製することができる。この場合の本発明組成物中における本発明粉末の含有量は、特に限定されないが、通常は５０体積％以上、特に６０～９０体積％、さらには８０～９５体積％という高充填率の組成物を製造することができる。かかる組成物（複合材料）は、本発明粉末が高い充填率で配合されることにより、高い熱伝導性又は放熱性を発揮することができる。

本発明粉末と高分子材料との混合は、均一に混合できる限りいずれの方法を採用しても良い。例えば、ミキサー、ニーダー等の公知の混合機を用いて混合すれば良い。

このようにして得られた本発明組成物は、さらに成形することによって成形体の形態で提供することもできる。成形方法は、特に限定されず、例えばプレス成形、押出成形、射出成形等の公知の成形方法を採用することができる。

本発明の成形体においても、特定の窒化アルミニウム系粉末（フィラー）が比較的均一に分散していることから、高い熱伝導性を発揮することができる。そのため、例えば放熱用材料ないしは高熱伝導材料として各種の製品（電子機器、自動車部品、医療機器等）に幅広く用いることができる。特に、発熱する部品を搭載する機器の構成部材として好適に用いることができる。この場合、公知の放熱用材料又は高熱伝導材料と同様の条件で使用することで所望の効果を得ることができる。

以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。

実施例１
平均粒子径２５０μｍのアルミニウム粉末（純度９９．７重量％）を高さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×奥行き３００ｍｍ（外寸法）のカーボン製坩堝に６０ｍｍの高さまで充填した。幅１００ｍｍ×奥行き２４０ｍｍ（外寸法）のカーボン製板を前記坩堝に載せ、これを炉内に設置した。炉内は６気圧の窒素雰囲気とした。続いて、アルミニウム粉末の一端より電気ヒーターにて加熱（着火）し、燃焼合成反応させた。得られた粉末をアルミナ製乳鉢で粉砕した。粉砕に際し、都度粒度を確認しながら粉砕を進めることによって平均粒径Ｄ５０：６０μｍの粉末（第１粉末）を得た。第１粉末は、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．０重量％であり、酸素含有量が０．１重量％であり、ケイ素含有量が３４５重量ｐｐｍであり、鉄含有量が６７０重量ｐｐｍであった。

第１粉末５００ｇをカーボン容器に入れ、真空脱脂焼結炉（島津メクテム製）で窒素雰囲気中１８５０℃にて２４時間熱処理した。冷却した後、前記焼結炉から窒化アルミニウム系粉末を取り出した。

実施例２
平均粒径Ｄ５０：２００μｍとなるように粒度を調整しながら粉砕して第１粉末を調製したほかは、実施例１と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。上記の第１粉末は、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．０重量％であり、酸素含有量が０．１重量％であり、ケイ素含有量が３４３重量ｐｐｍであり、鉄含有量が６７２重量ｐｐｍであった。

実施例３
平均粒径Ｄ５０：３０μｍとなるように粒度を調整しながら粉砕して第１粉末を調製したほかは、実施例１と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。上記の第１粉末は、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．０重量％であり、酸素含有量が０．１重量％であり、ケイ素含有量が３４３重量ｐｐｍであり、鉄含有量が６７２重量ｐｐｍであった。

実施例４
熱処理温度を２０００℃とし、熱処理時間を１時間としたほかは、実施例１と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。

実施例５
熱処理を省略したほかは、実施例１と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。すなわち、実施例１の第１粉末を実施例５のサンプルとした。

実施例６
平均粒径Ｄ５０：２５μｍとなるように粒度を調整しながら粉砕して第１粉末を調製し、かつ、熱処理温度を１７１０℃とし、熱処理時間を１時間としたほかは、実施例１と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。上記の第１粉末は、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．０重量％であり、酸素含有量が０．１重量％であり、ケイ素含有量が３４６重量ｐｐｍであり、鉄含有量が６９６重量ｐｐｍであった。

実施例７
平均粒径Ｄ５０：１５μｍとなるように粒度を調整しながら粉砕して第１粉末を調製し、熱処理温度を１７１０℃とし、熱処理時間を１時間としたほかは、実施例１と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。上記の第１粉末は、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．０重量％であり、酸素含有量が０．１重量％であり、ケイ素含有量が３４７重量ｐｐｍであり、鉄含有量が６９７重量ｐｐｍであった。

比較例１
粒度を調整しながら粉砕して平均粒径Ｄ５０：２５０μｍの第１粉末を調製したほかは、実施例１と同様にして窒化アルミニウム系粉末を得た。上記の第１粉末は、アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量が０．０重量％であり、酸素含有量が０．１重量％であり、ケイ素含有量が３４９重量ｐｐｍであり、鉄含有量が６９１重量ｐｐｍであった。

比較例２
平均粒子径２５０μｍのアルミニウム粉末（純度９９．７重量％）５０重量％と実施例７で得られた窒化アルミニウム系粉末５０重量％となるよう混合し、高さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×奥行き３００ｍｍ（外寸法）のカーボン製坩堝に６０ｍｍの高さまで充填した。幅１００ｍｍ×奥行き２４０ｍｍ（外寸法）のカーボン製板を前記坩堝に載せ、これを炉内に設置した。炉内は６気圧の窒素雰囲気とした。続いて、アルミニウム粉末の一端より電気ヒーターにて加熱し、反応させた。得られた粉末をアルミナ製乳鉢で粉砕した。粉砕に際し、都度粒度を確認しながら粉砕を進めることによって平均粒径Ｄ５０：８μｍに調整し、窒化アルミニウム系粉末を得た。

比較例３
窒化アルミニウム粉末として市販の窒化アルミニウム粉末（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製「ＡＴ－９」、平均粒径Ｄ５０：１５μｍを用いた。

比較例４
窒化アルミニウム粉末として市販の窒化アルミニウム粉末（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製「Ｂ」、平均粒径Ｄ５０：３μｍを用いた。

比較例５
窒化アルミニウム粉末として市販の窒化アルミニウム粉末（株式会社トクヤマ製「Ｈ」、平均粒径Ｄ５０：１μｍを用いた。

比較例６
窒化アルミニウム粉末として市販の窒化アルミニウム粉末（古河電子株式会社製「ＦＡＮ－ｆ８０」、平均粒径Ｄ５０：８０μｍ）

試験例１
実施例及び比較例における粉末（試料）について、下記に示す各物性の評価を行った。その結果を表１に示す。

（１）粒度
レーザ回折・散乱式粒子径分布測定装置「ＭＴ３０００ＩＩ」（マイクロトラック・ベル株式会社製）にて測定を行った。

（２）組成・成分
（２－１）アルカリ土類金属元素及び希土類元素の含有量
試料を水酸化ナトリウム水溶液に加え、加圧容器内で１２０℃に加熱することによって溶解させた。溶解させた水溶液をＩＣＰ発光分光分析装置「ｉＣＡＰ６５００ＤｕｏＶｉｅｗ」（サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製）にて分析した。
（２－２）酸素含有量
試料を酸素・窒素分析装置「ＥＭＧＡ－９２０」（株式会社堀場製作所製）を用いて分析した。
（２－３）鉄含有量
試料を水酸化ナトリウム水溶液に加え、加圧容器内で１２０℃に加熱することによって溶解させた。溶解させた水溶液をＩＣＰ発光分光分析装置「ｉＣＡＰ６５００ＤｕｏＶｉｅｗ」（サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製）にて分析した。
（２－４）ケイ素含有量
試料を水酸化ナトリウム水溶液に加え、加圧容器内で１２０℃に加熱することによって溶解させた。溶解させた水溶液をＩＣＰ発光分光分析装置「ｉＣＡＰ６５００ＤｕｏＶｉｅｗ」（サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製）にて分析した。
（２－５）炭素含有量
試料を炭素・硫黄分析装置「ＥＭＩＡ－９２０Ｖ」（株式会社堀場製作所製）を用いて分析した。

（３）結晶子径測定方法
株式会社リガク製「ＳｍａｒｔＬａｂ」を用い、波長は０．１５４１８ｎｍのＸ線を使用し、試料のＸ線回折測定より得られた（１００）面２θ＝３３．２ｄｅｇ付近のピークを解析し、シェラー（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）法によってシェラー定数Ｋは「０．９４」を、ピークの幅は「半値幅」を使用し、結晶子径（ｎｍ）を算出した。

（４）試料及び高分子材料を含む組成物の熱伝導度測定
下記条件で試料粉末と高分子材料を混合し、組成物（測定用試料）を作製したうえでその熱伝導度測定した。
高分子材料として１７ｇのエポキシ樹脂（「ｊＥＲ８０７」三菱化学株式会社製）及び３．７ｇのエポキシ樹脂硬化剤（「ＥＤＲ－１４８」ハンツマン・ジャパン株式会社製）を用い、この材料と、評価する試料粉末１３８．５ｇとを混練し、脱泡した。この組成物を直径１０ｍｍ×厚さ３ｍｍとなる量で金型に充填し、温度１２０℃及び圧力６０ｋｇ／ｃｍ^２にて１０分で硬化させた。１００℃×１時間の条件でポストキュアし、熱伝導用試料とした。
熱伝導度については、熱定数測定装置「ＴＣ－１２００ＲＨ」（アドバンス理工株式会社製）を用いて測定した。なお、硬化しなかったもの（成形体としての形状を維持できなかったもの）は、表１中では「硬化不良」と表記した。

表１の結果からも明らかなように、実施例の窒化アルミニウム系粉末は、結晶子径が比較的大きく、また組成も所定の範囲内に制御されていることから、優れた熱伝導性等を発揮できることがわかる。

Claims

窒化アルミニウム系粒子からなる粉末であって、
（１）平均粒径Ｄ５０が１５～２００μｍであり、
（２）シェラー（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ）法による結晶子径が１３０ｎｍ以上であり、
（３）アルカリ土類金属元素及び希土類元素の合計含有量が０．１重量％以下であり、
（４）酸素含有量が０．５重量％以下であり、
（５）ケイ素含有量が１０００重量ｐｐｍ以下であり、鉄含有量が１０００重量ｐｐｍ以下である、ことを特徴とする窒化アルミニウム系粉末。
炭素含有量が０．１重量％以下である、請求項１に記載の窒化アルミニウム系粉末。
比表面積が０．５ｍ^２／ｇ以下である、請求項１又は２に記載の窒化アルミニウム系粉末。
請求項１～３のいずれかに記載の窒化アルミニウム系粉末及び高分子材料を含む高熱伝導性組成物。
発熱する部品を搭載する機器の構成部材として用いられる、請求項４に記載の高熱伝導性組成物