JP7149379B1 - Spherical aluminum nitride powder and its production method - Google Patents

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Abstract

【課題】メジアン径が小さく、粒度分布がシャープでばらつきが小さく、凝集塊が少なく、もって粉末の流動性が高く、高分子材料等への充填性も高い球状窒化アルミニウム粉末を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム及び希土類化合物を含有し、メジアン径(D50)が1.9~4.0μmであり、粒子径0.9μm以下の粒子が10%以下であり、粒子径7μm以上の粒子が10%以下であり、球形度が0.8以上である球状窒化アルミニウム粉末。【選択図】図1A spherical aluminum nitride powder is provided which has a small median diameter, a sharp particle size distribution with little variation, few agglomerates, high fluidity of the powder, and high fillability in polymeric materials and the like. The particles contain aluminum nitride and a rare earth compound, have a median diameter (D50) of 1.9 to 4.0 μm, contain 10% or less of particles with a particle diameter of 0.9 μm or less, and have a particle diameter of 7 μm or more. is 10% or less and the sphericity is 0.8 or more. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、球状窒化アルミニウム粉末に関するものである。 The present invention relates to spherical aluminum nitride powder.

窒化アルミニウム粉末は、その優れた熱伝導性を活かし、樹脂、グリース、接着剤、塗料などの材料に混合するフィラーとして利用されている。フィラーに要求される材料特性には、充填性、混錬性及び熱伝導性があり、材料特性を改善する種々の取り組みがなされている。 Aluminum nitride powder is used as a filler mixed with materials such as resins, greases, adhesives, and paints, taking advantage of its excellent thermal conductivity. Material properties required for fillers include filling properties, kneadability and thermal conductivity, and various efforts have been made to improve the material properties.

例えば、特許文献1は、樹脂に配合する際の流動性や充填性を高める目的で球状化した球状窒化アルミニウム粉体とそのフラックス法による製造方法を開示する。しかし、フラックスを強酸で除去する過程において、粒子の表面が荒らされて各粒子の表面積が大きくなること、また、粒子の粒子径分布を制御することができないことから、混練性及び充填性が低下するという問題があった。 For example, Patent Literature 1 discloses a spherical aluminum nitride powder that is spheroidized for the purpose of enhancing fluidity and filling properties when blended with a resin, and a method for producing the same by a flux method. However, in the process of removing the flux with a strong acid, the surface area of each particle is roughened and the surface area of each particle increases, and because the particle size distribution of the particles cannot be controlled, the kneadability and filling properties are reduced. There was a problem of

これに対し、特許文献2は、フラックス法を採用せずに充填性及び混錬性を改善すべく、1μm以下の微粒子が少ないフィラー用窒化アルミニウム粉末及びその製造方法を開示する。しかし、そのほとんどの粒子が、表面に凹凸を有し、外面が角張っているため、充填性及び混練性が低下する。 On the other hand, Patent Literature 2 discloses an aluminum nitride powder for filler containing less fine particles of 1 μm or less and a method for producing the same, in order to improve the filling property and the kneading property without adopting the flux method. However, most of the particles have an uneven surface and an angular outer surface, which reduces filling and kneading properties.

そこで、本願発明者らは先に、さらなる充填性、混錬性及び熱伝導性の改善を図るべく、粉末の70%以上の粒子が角張った角部及び凹凸部を含まない外周形状を有している、球形度が高い球状窒化アルミニウム粉末を開発した(特許文献3)。 Therefore, the inventors of the present application have previously proposed that 70% or more of the particles of the powder have an outer peripheral shape that does not include angular corners and uneven portions in order to further improve the filling property, kneading property and thermal conductivity. (Patent Document 3).

特開2002-179413号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-179413 特開2017-114706号公報JP 2017-114706 A 特開2020-23435号公報(特許第6700460号)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-23435 (Patent No. 6700460)

特許文献3の窒化アルミニウム粉末は、球形度が高く、メジアン径(D50)が小さいもの(同文献の実施例2、3)も得られていたが、粒子径7μm以上の粒子が10%より多く、粒子径ばらつきが大きいため、粒子径を小さく制御するほど流動性が悪くなるという問題があった。 The aluminum nitride powder of Patent Document 3 has a high sphericity and a small median diameter (D50) (Examples 2 and 3 of the same document), but more than 10% of the particles have a particle size of 7 μm or more. Since the particle size variation is large, there is a problem that the smaller the particle size is controlled, the worse the fluidity becomes.

そこで、本発明は、(例えば特許文献3に対して)メジアン径(D50)が小さく、粒度分布がシャープでばらつきが小さく、凝集塊が少なく、もって粉末の流動性が高く、高分子材料等への充填性が高い球状窒化アルミニウム粉末を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has a small median diameter (D50) (for example, compared to Patent Document 3), a sharp particle size distribution, small variations, few agglomerates, and high fluidity of the powder. An object of the present invention is to provide a spherical aluminum nitride powder having a high fillability.

[1]窒化アルミニウム及び希土類化合物を含有し、メジアン径(D50)が1.9~4.0μmであり、粒子径0.9μm以下の粒子が10%以下(体積基準)であり、粒子径7μm以上の粒子が10%以下(体積基準)であり、球形度が0.8以上である球状窒化アルミニウム粉末。 [1] Contains aluminum nitride and a rare earth compound, has a median diameter (D50) of 1.9 to 4.0 μm, contains 10% or less (by volume) of particles having a particle diameter of 0.9 μm or less, and has a particle diameter of 7 μm A spherical aluminum nitride powder containing 10% or less (by volume) of the above particles and having a sphericity of 0.8 or more.

[2]窒化アルミニウム及び希土類化合物を含有し、メジアン径(D50)が1.9~4.0μmであり、球形度が0.8以上であり、圧縮度が40%以下である球状窒化アルミニウム粉末。 [2] Spherical aluminum nitride powder containing aluminum nitride and a rare earth compound, having a median diameter (D50) of 1.9 to 4.0 μm, a sphericity of 0.8 or more, and a degree of compaction of 40% or less. .

[3]前記[1]又は[2]において、カルシウムを酸化物換算で0.01~0.5質量%含有する球状窒化アルミニウム粉末。 [3] The spherical aluminum nitride powder of [1] or [2] above, containing 0.01 to 0.5% by mass of calcium in terms of oxide.

[4]前記[1]~[3]において、D50/D50BETが2以下である球状窒化アルミニウム粉末。 [4] A spherical aluminum nitride powder whose D50/D50 BET is 2 or less in the above [1] to [3].

[5]前記[1]~[4]において、前記球状窒化アルミニウム粉末150gとシリコーンオイル100gを混合したときの粘度が10000cps以下である球状窒化アルミニウム粉末。 [5] The spherical aluminum nitride powder of [1] to [4], wherein the viscosity of the mixture of 150 g of the spherical aluminum nitride powder and 100 g of silicone oil is 10,000 cps or less.

[6]前記[1]~[5]の球状窒化アルミニウム粉末を高分子材料に充填した高分子成形体。 [6] A polymer molded body in which the spherical aluminum nitride powder of [1] to [5] is filled in a polymer material.

[7]窒化アルミニウム粉末100質量%に対して、酸化物換算で0.5~3.0質量%の希土類化合物と、酸化物換算で0.3~1.0質量%のカルシウム化合物と、8~50質量%のカーボン粉末とを混合して混合粉末を得る原料混合工程と、
前記混合粉末を非酸化雰囲気中にて1450~1700℃で熱処理する第1熱処理工程と、
前記熱処理後に酸化雰囲気中にて500~800℃でさらに熱処理する第2熱処理工程と、
を含むことを特徴とする球状窒化アルミニウム粉末の製造方法。
[7] With respect to 100% by mass of aluminum nitride powder, 0.5 to 3.0% by mass of rare earth compounds in terms of oxides, and 0.3 to 1.0% by mass of calcium compounds in terms of oxides; A raw material mixing step of obtaining a mixed powder by mixing ~50% by mass of carbon powder;
A first heat treatment step of heat-treating the mixed powder at 1450 to 1700 ° C. in a non-oxidizing atmosphere;
a second heat treatment step of further heat-treating at 500 to 800° C. in an oxidizing atmosphere after the heat treatment;
A method for producing a spherical aluminum nitride powder, comprising:

[8]前記[7]において、前記希土類化合物は、Y、Yb、La、Nd、Smの酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アルコキシドよりなる群の少なくとも1種から選択され、
前記カルシウム化合物は、カルシウムの酸化物、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アルコキシドよりなる群の少なくとも1種から選択される球状窒化アルミニウム粉末の製造方法。
[8] In the above [7], the rare earth compound is at least one selected from the group consisting of oxides, halides, carbonates, nitrates, oxalates, hydroxides and alkoxides of Y, Yb, La, Nd and Sm. selected from seeds,
A method for producing a spherical aluminum nitride powder, wherein the calcium compound is selected from at least one selected from the group consisting of oxides, halides, sulfides, carbonates, nitrates, oxalates, hydroxides and alkoxides of calcium.

本発明によれば、(例えば特許文献3に対して)メジアン径(D50)が小さく、粒度分布がシャープでばらつきが小さく、凝集塊が少なく、もって粉末の流動性が高く、高分子材料等への充填性が高い球状窒化アルミニウム粉末を提供することができる。
従って、この球状窒化アルミニウム粉末を単独で高分子材料と混錬した場合、粒子径のばらつきが小さいため、高充填が可能であり、メジアン径(D50)が小さく、粒子径の大きい粉末が少ないため、従来よりも高分子成形体を薄くして使用することが可能である。
また、この球状窒化アルミニウム粉末を粒子径のより大きな粒子と併せて高分子材料と混錬した場合、粒子径のばらつきが少なく、凝集が少ないため、高充填が可能であり、粒子の分散性が良いため、混錬物の粘度が低くなり、高熱伝導率の樹脂成形体を得ることができる。さらに、軟質高分子材料と混ぜた場合は高分子材料本来の柔軟性が損なわれず、硬質高分子材料と混ぜた場合、3点曲げ強度が高くなる。
According to the present invention, the median diameter (D50) is small (for example, compared to Patent Document 3), the particle size distribution is sharp and the variation is small, there are few agglomerates, and the powder has high fluidity. It is possible to provide a spherical aluminum nitride powder with high filling properties.
Therefore, when this spherical aluminum nitride powder is kneaded alone with a polymer material, the variation in particle size is small, so high filling is possible, the median size (D50) is small, and there is little powder with a large particle size. , it is possible to use the polymer molded body thinner than before.
In addition, when this spherical aluminum nitride powder is kneaded with a polymer material together with particles having a larger particle size, there is little variation in particle size and there is little agglomeration, so high filling is possible and the dispersibility of the particles is improved. Since it is good, the viscosity of the kneaded product is low, and a resin molded product with high thermal conductivity can be obtained. Furthermore, when mixed with a soft polymer material, the original flexibility of the polymer material is not impaired, and when mixed with a hard polymer material, the three-point bending strength increases.

図1は実施例1の球状窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。1 is a SEM photograph of the spherical aluminum nitride powder of Example 1. FIG. 図2は実施例7の球状窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。2 is a SEM photograph of the spherical aluminum nitride powder of Example 7. FIG. 図3は実施例14の球状窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。3 is a SEM photograph of the spherical aluminum nitride powder of Example 14. FIG. 図4は比較例1の球状窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。4 is an SEM photograph of the spherical aluminum nitride powder of Comparative Example 1. FIG.

<1>球状窒化アルミニウム粉末
(ア)AlN及び希土類化合物について
球状窒化アルミニウム粉末における窒化アルミニウムと希土類化合物の比率は、特に限定されないが、窒化アルミニウム100質量%に対して酸化物換算で0.1~3.0質量%の希土類化合物を含有することが好ましく、同含有量は0.5~3.0質量%がより好ましい。希土類化合物が0.1質量%未満であると、球状窒化アルミニウム粉末中の固溶酸素の低減効果が十分に得られず、熱伝導率の低い球状窒化アルミニウム粉末となる。希土類化合物が3.0質量%超であると、窒化アルミニウムの純度が低下するため、熱伝導率の低下が懸念される。
希土類化合物としては、特に限定されないが、Y、Yb、La、Nd、Smの酸化物又はハロゲン化物、ないしは加熱中の分解により上記のものを生じる前駆体(炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アルコキシド等)よりなる群の少なくとも1種から選択されることが好ましい。
<1> Spherical aluminum nitride powder (a) Regarding AlN and rare earth compound The ratio of aluminum nitride to rare earth compound in the spherical aluminum nitride powder is not particularly limited, but is 0.1 to 0.1 in terms of oxide with respect to 100% by mass of aluminum nitride. It preferably contains 3.0% by mass of a rare earth compound, and more preferably 0.5 to 3.0% by mass. If the content of the rare earth compound is less than 0.1% by mass, the effect of reducing dissolved oxygen in the spherical aluminum nitride powder is not sufficiently obtained, resulting in a spherical aluminum nitride powder with low thermal conductivity. If the content of the rare earth compound exceeds 3.0% by mass, the purity of aluminum nitride is lowered, and there is a concern that the thermal conductivity may be lowered.
The rare earth compounds are not particularly limited, but oxides or halides of Y, Yb, La, Nd, and Sm, or precursors (carbonates, nitrates, oxalates, water oxides, alkoxides, etc.).

(イ)カルシウムを酸化物換算で0.01~0.5質量%含有することについて
球状窒化アルミニウム粉末がカルシウムを含有すること自体に利点はない。しかし、カルシウムは、熱処理時に消耗しながら窒化アルミニウムの球形化・粒成長に寄与し、熱処理の途中で消尽すると該寄与が途絶するため、熱処理後の球状窒化アルミニウム粉末に0.01質量%以上残留することが好ましい。一方、カルシウムが0.5質量%超であると、窒化アルミニウムの純度が低下するため、熱伝導率の低下が懸念される。
(b) Containing 0.01 to 0.5% by Mass of Calcium in Calculation of Calcium Including calcium in the spherical aluminum nitride powder itself is not advantageous. However, calcium contributes to spheroidization and grain growth of aluminum nitride while being consumed during heat treatment, and if it is exhausted during heat treatment, this contribution ceases. preferably. On the other hand, when calcium exceeds 0.5% by mass, the purity of aluminum nitride is lowered, and there is a concern that thermal conductivity may be lowered.

(ウ)メジアン径(D50)が1.9~4.0μmであることについて
メジアン径が1.9μm未満であると、下で詳述する圧縮度が上昇し、下で詳述する粘度が上昇する。
メジアン径が4.0μm超であると、当該球状窒化アルミニウム粉末を、粒子径がより大きい粒子と混ぜて作成した高分子成形体において、粘度が上昇し、硬度が上昇する。
(c) Regarding the median diameter (D50) being 1.9 to 4.0 μm When the median diameter is less than 1.9 μm, the degree of compression, which will be detailed below, increases, and the viscosity, which will be detailed below, increases. do.
When the median diameter is more than 4.0 μm, the viscosity and hardness of the polymer compact produced by mixing the spherical aluminum nitride powder with particles having a larger particle diameter increase.

(エ)粒子径0.9μm以下の粒子が10%以下であることについて
粒子径0.9μm以下の粒子が10%超であると、圧縮度が上昇し、粘度が上昇し、下で詳述するD50/D50BETが上昇する。
(d) About 10% or less of particles with a particle diameter of 0.9 μm or less When the particles with a particle diameter of 0.9 μm or less exceed 10%, the degree of compression increases and the viscosity increases, which will be described in detail below. The D50/D50 BET will rise.

(オ)粒子径7μm以上の粒子が10%以下であることについて
粒子径7μm以上の粒子が10%超であると、D50/D50BETが上昇する。
(e) About 10% or Less of Particles with a Particle Diameter of 7 μm or More When particles with a particle diameter of 7 μm or more account for more than 10%, the D50/D50 BET increases.

(カ)球形度が0.8以上であることについて
球形度は、粒子の平面投影形状が真円にどれだけ近似しているかを示す指標であり、真球の球形度は1である。球形度は、次の数式によって求められる。
4πS/L
ここで、Sが平面投影した粒子の面積であり、Lが平面投影した粒子の周囲長である。
球形度の値は、SEM写真を粒子ごとに画像解析することによって算出可能である。
粒子形状が真球に近い粒子が多いほど、充填性及び混練性が高いフィラー用粉末を得ることができる。
球形度が0.8未満であると、圧縮度が上昇し、粘度が上昇し、D50/D50BETが上昇する。
(f) Regarding sphericity of 0.8 or more The sphericity is an index that indicates how closely the plane projection shape of a particle approximates a perfect circle. The sphericity is determined by the following formula.
4πS/L 2
Here, S is the area of the grain projected on the plane, and L is the perimeter of the grain projected on the plane.
The sphericity value can be calculated by image analysis of the SEM photograph for each particle.
As the number of particles having a particle shape close to a true sphere increases, a powder for filler with high filling properties and kneading properties can be obtained.
If the sphericity is less than 0.8, the compressibility increases, the viscosity increases, and the D50/D50 BET increases.

(キ)圧縮度が40%以下であることについて
流動性の評価方法として圧縮度がある。圧縮度は、嵩密度(外力を加えずに容器に充填したときの密度)とタップ密度(外力を加えずに容器に充填後、所定の外力を加えたときの密度)とから、下記の計算式により算出できるパラメータであり、嵩密度とタップ密度はそれぞれJIS R1628に従って測定を行った。
圧縮度=(タップ密度-嵩密度)/(タップ密度)
流動性が悪い粉末は、外力を加えなければ容器に充填されにくく嵩密度が低くなるため圧縮度が大きい(比較例1~3)。
ただし、流動性が悪い粉末であっても、粒子径が大きい(粒子径7μm以上が10%以上である)と、流動性がある程度悪くても嵩密度が高くなる(比較例4~6)。この粉末をタップしたときの密度は、粒子径のバラツキが小さい(粒子径7μm以上が10%未満である)粉末をタップしたときの密度と比較して大きくなるため、嵩密度とタップ密度の差から算出する圧縮度が大きくなる。
(g) Compression degree of 40% or less A method for evaluating fluidity is the degree of compression. Compressibility is calculated as follows from bulk density (density when a container is filled without applying external force) and tap density (density when a predetermined external force is applied after filling a container without applying external force). It is a parameter that can be calculated by a formula, and bulk density and tap density were each measured according to JIS R1628.
Compression degree = (tapped density - bulk density) / (tapped density)
Powders with poor flowability are difficult to be filled into a container unless an external force is applied, resulting in a low bulk density and a high degree of compaction (Comparative Examples 1 to 3).
However, even if the powder has poor fluidity, if the particle size is large (10% or more has a particle size of 7 μm or more), the bulk density increases even if the fluidity is somewhat poor (Comparative Examples 4 to 6). The density when this powder is tapped is larger than the density when the powder with small variation in particle size (particle size of 7 μm or more is less than 10%) is tapped, so the difference between the bulk density and the tap density The degree of compression calculated from is increased.

(ク)D50/D50BETについて
粒子の凝集度を評価できるパラメータとしてD50/D50BETで評価を行った。
実測した比表面積SSAに対して、粒子が真球かつ凝集がないと仮定して算出した粒子径をD50BET(比表面積球相当径)とする。計算方法は以下の通りである。
凝集度D50/D50BET、粒子直径D、体積V、表面積S、密度ρ(AlNのρは3.26)、重量Mとし、公式より、
V=(π×D)/6
S=π×D
M=V×ρ=(π×D×ρ)/6
実測した比表面積SSA=S/M=6/(D50BET×ρ)
→比表面積球相当径D50BET=6/(ρ×SSA)
=6/(3.26×SSA)
ガス吸着法により測定される比表面積は、測定する粒子より十分に小さいガス分子の粒子表面への付着量から算出される。そのため、凝集粒子が多い粉末においても粒子間の隙間に入り込み測定することが可能である。
一方、レーザー回折散乱系による粒度分布測定では液体中に粉末を分散させて測定するが、凝集が解消されない粒子は凝集した粒子の大きさがそのまま測定されるため、レーザー回折散乱計により測定された粒子径D50は、比表面積から計算されたD50BETより大きな値を取る。
この影響を凝集の度合いとして数値化したものがD50/D50BETであり、凝集が少ない粉末のD50は、D50BETとの差が小さくなる(D50が小さくなり結果としてD50/D50BETが小さくなる)。
(h) About D50/D50 BET Evaluation was performed using D50/D50 BET as a parameter capable of evaluating the degree of aggregation of particles.
D50 BET (specific surface area equivalent sphere diameter) is a particle diameter calculated on the assumption that the particles are spherical and not aggregated with respect to the actually measured specific surface area SSA. The calculation method is as follows.
Aggregation degree D50/D50 BET , particle diameter D, volume V, surface area S, density ρ (ρ of AlN is 3.26), weight M, and from the formula,
V=(π×D 3 )/6
S=π×D 2
M=V×ρ=(π×D 3 ×ρ)/6
Measured specific surface area SSA = S / M = 6 / (D50 BET × ρ)
→ Specific surface area sphere equivalent diameter D50 BET = 6/(ρ x SSA)
= 6/(3.26 x SSA)
The specific surface area measured by the gas adsorption method is calculated from the amount of gas molecules sufficiently smaller than the particle to be measured attached to the particle surface. Therefore, it is possible to enter the gaps between the particles and perform measurement even in powders with many agglomerated particles.
On the other hand, in particle size distribution measurement using a laser diffraction scattering system, powder is dispersed in a liquid for measurement, but for particles that do not resolve aggregation, the size of the aggregated particles is measured as it is. The particle diameter D50 takes a larger value than the D50 BET calculated from the specific surface area.
D50/D50 BET quantifies this effect as the degree of agglomeration, and D50 of powder with less agglomeration has a smaller difference from D50 BET (D50 becomes smaller, resulting in smaller D50/D50 BET ). .

(ケ)上記粘度が10000cps以下であることについて
高分子材料への充填性の評価方法として、原料粉末とシリコーンオイルを所定量混合したときの粘度で評価する方法がある。
後述する比較例4~6(特許文献3の実施例1~3)は、粒度分布のばらつきがあるもののメジアン径(D50)が3.0μm以上であることから、高分子材料との濡れ性が良いため、従来の球状窒化アルミニウム粉末でも粘度が低く、高分子材料への充填性が良いものが得られていた。
本発明では、粒子径をさらに小さく(3.0μm以下に)してもシリコーンオイルと混合したときの粘度が低いため、高分子材料への充填性が向上したことが示された。
(i) Viscosity of 10,000 cps or less As a method for evaluating the fillability of a polymer material, there is a method of evaluating the viscosity when a predetermined amount of raw material powder and silicone oil are mixed.
In Comparative Examples 4 to 6 (Examples 1 to 3 of Patent Document 3) described later, although there is variation in the particle size distribution, the median diameter (D50) is 3.0 μm or more, so the wettability with the polymer material is good. Therefore, even conventional spherical aluminum nitride powder has a low viscosity and can be easily filled into polymeric materials.
In the present invention, even if the particle size is further reduced (3.0 μm or less), the viscosity is low when mixed with silicone oil, so it was shown that the fillability into polymeric materials was improved.

<2>高分子成形体
本発明の球状窒化アルミニウム粉末は高分子材料に充填することにより、熱伝導率が高い高分子成形体を作製して使用することができる。高分子材料としては、樹脂、ゴム、エラストマー等を例示できる。
ここで、粉末を高濃度で充填した方が、熱伝導率が高くなるため望ましく、樹脂中に多量の窒化アルミニウム粉末を充填する公知例は複数ある(例えば特開2020-125228号公報)。
しかし、多量の窒化アルミニウム粉末を充填すると、高分子成形体が硬くなり高分子材料の持つ柔軟性が損なわれ、凹凸部への密着性が悪化するという問題点がある。そのため、高充填しつつも柔軟性が保たれた高分子成形体が必要とされている。
粉末を高充填させるためには大粒子の隙間に小粒子が入り込む必要があり、理論上、粒子径のばらつきがない粒子同士(例えば全て30μmの粒子と全て2μmの粒子)を組み合わせることで高充填が可能となる。しかし、実際には粒子径には分布があり(例えば、中心径が30μmであっても7~50μmの粒子が含まれている粒子と、中心径が2μmであっても0.5~10μmの粒子が含まれている粒子)大粒子の隙間に入り込めない粒子や、隙間に対して小さい粒子が存在することで充填率が向上しない。この両者を同一の充填率で比較すると前者の方が混錬物の粘度が低くなり、硬化後の成形体硬度も低くなる。本発明の球状窒化アルミニウム粉末は粒子径のばらつきを抑えたことで、大粒子の隙間に入り込める粒子が増加しその結果として成形体の硬度が高くならず、柔軟性を備えた高分子成形体を得ることができる。
<2> Polymer Molded Body By filling a polymeric material with the spherical aluminum nitride powder of the present invention, a polymeric molded body having high thermal conductivity can be produced and used. Examples of polymer materials include resins, rubbers, elastomers, and the like.
Here, it is preferable to fill the powder at a high concentration because the thermal conductivity increases, and there are several known examples of filling a large amount of aluminum nitride powder in the resin (eg, Japanese Patent Laid-Open No. 2020-125228).
However, when a large amount of aluminum nitride powder is filled, there is a problem that the polymer molded body becomes hard and the flexibility of the polymer material is impaired, resulting in deterioration of adhesion to the irregularities. Therefore, there is a need for a polymer molded article that maintains flexibility while being highly filled.
In order to achieve high powder filling, it is necessary for small particles to enter the gaps between large particles. becomes possible. However, in reality, there is a distribution of particle sizes (for example, even if the center diameter is 30 μm, there are particles with a diameter of 7 to 50 μm, and even if the center diameter is 2 μm, there are particles with a diameter of 0.5 to 10 μm. Particles containing particles) Particles that cannot enter the gaps between large particles and particles that are small relative to the gaps do not improve the packing rate. When the two are compared at the same filling rate, the former has a lower viscosity of the kneaded material and a lower hardness of the compact after curing. Since the spherical aluminum nitride powder of the present invention suppresses the variation in particle size, the number of particles that can enter the gaps between the large particles increases, and as a result, the hardness of the molded body does not increase, and a flexible polymer molded body can be obtained. Obtainable.

<3>球状窒化アルミニウム粉末の製造方法
(ア)窒化アルミニウム原料粉末
母材としての窒化アルミニウム原料粉末は、金属不純物が少なく、酸素含有量が低い高純度微粉末であることが好ましい。窒化アルミニウム原料粉末は、還元窒化法、直接窒化法などの任意の方法によって合成され得る。
窒化アルミニウム原料粉末は、メジアン径(D50)0.01~2.0μmのものが採用され得る。出発原料としての窒化アルミニウム原料粉末のメジアン径が、最終製品である球状窒化アルミニウム粉末のメジアン径を左右する。本実施形態では、窒化アルミニウム原料粉末のメジアン径を1.9μm以下とすることにより、球状窒化アルミニウム粉末のメジアン径を1.9~4.0μmに制御し得る。より好ましくは、球状窒化アルミニウム粉末のメジアン径を1.94~3.98μmに制御し得る。
<3> Method for Producing Spherical Aluminum Nitride Powder (a) Aluminum Nitride Raw Material Powder The aluminum nitride raw material powder used as the base material is preferably a high-purity fine powder containing few metal impurities and a low oxygen content. The aluminum nitride raw material powder can be synthesized by any method such as a reduction nitriding method or a direct nitriding method.
Aluminum nitride raw material powder having a median diameter (D50) of 0.01 to 2.0 μm can be used. The median diameter of the raw aluminum nitride powder as the starting material determines the median diameter of the spherical aluminum nitride powder as the final product. In the present embodiment, by setting the median diameter of the aluminum nitride raw material powder to 1.9 μm or less, the median diameter of the spherical aluminum nitride powder can be controlled to 1.9 to 4.0 μm. More preferably, the median diameter of the spherical aluminum nitride powder can be controlled to 1.94-3.98 μm.

(イ)希土類化合物
第1の助剤である希土類化合物は、Y、Yb、La、Nd、Smの酸化物又はハロゲン化物、ないしは加熱中の分解により上記のものを生じる前駆体(炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アルコキシド等)よりなる群の少なくとも1種から選択され得る。第1の助剤粉末は、金属不純物が少ない高純度微粉末であることが好ましい。
希土類化合物の添加量が酸化物換算で0.5質量%未満であると、粒子径0.9μm以下の小粒子の割合が増加し、球形度が低下し、D50/D50BETが増加する。
希土類化合物の添加量が酸化物換算で3.0質量%超であると、粒子径7μm以上の大粒子の割合が増加し、球形度が低下し、D50/D50BETが増加する。
ここで、酸化物換算とは、金属元素を含む化合物を、金属元素の酸化物に換算して計算した値を意味する。
(B) Rare earth compound The rare earth compound, which is the first auxiliary agent, is an oxide or halide of Y, Yb, La, Nd, or Sm, or a precursor (carbonate, nitrate) that produces the above by decomposition during heating. , oxalates, hydroxides, alkoxides, etc.). The first auxiliary agent powder is preferably a high-purity fine powder containing few metal impurities.
When the amount of the rare earth compound added is less than 0.5% by mass in terms of oxide, the proportion of small particles having a particle diameter of 0.9 μm or less increases, the sphericity decreases, and the D50/D50 BET increases.
If the amount of the rare earth compound added exceeds 3.0% by mass in terms of oxide, the proportion of large particles having a particle diameter of 7 μm or more increases, the sphericity decreases, and the D50/D50 BET increases.
Here, the oxide conversion means a value calculated by converting a compound containing a metal element into an oxide of the metal element.

(ウ)カルシウム化合物
第2の助剤であるカルシウム化合物は、カルシウムの酸化物又はハロゲン化物、ないしは加熱中の分解により上記のものを生じる前駆体(硫化物、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アルコキシド等)よりなる群の少なくとも1種から選択され得るが、CaFが用いられることが好ましい。CaFを添加すると、低融点のCaF-CaO-Alを生成して、窒化反応や粒成長をより一層促進させる効果がある。
カルシウム化合物の粒子径は、目的とする球状窒化アルミニウム粉末のメジアン径(D50)よりも小さいものが望ましく、0.5~2μmが好ましい。メジアン径が2μmよりも大きな粉末を使用すると、粗大粒子が不均一に生成してしまう原因になり得る。
カルシウム化合物の添加量が0.3質量%未満であると、粒子径0.9μm以下の小粒子の割合が増加し、球形度が低下し、D50/D50BETが増加し、製造される球状窒化アルミニウム粉末のカルシウム含有量が低下する。
カルシウム化合物の添加量が1.0質量%超であると、粒子径7μm以上の大粒子の割合が増加し、球形度が低下し、D50/D50BETが増加し、製造される球状窒化アルミニウム粉末のカルシウム含有量が増加する。
特許文献3(CaF 2~8%)に対して、CaFの添加量を減らした(0.3~1.0%)ことにより、原料粉末の過剰な粒成長を抑えることができる。ただし、0.3%よりも少なくすると、0.9μm以下の微粒子が粒成長しにくくなり、0.9μm以下の微粒子が多く残存するため粒子径のばらつきが大きくなり充填性が悪くなる原因となる。焼成時にカルシウム成分が揮発するため、完成品としては0.01~0.5%程度が残存する。
(c) Calcium compound The calcium compound, which is the second auxiliary agent, is an oxide or halide of calcium, or a precursor (sulfide, carbonate, nitrate, oxalate, hydroxides, alkoxides, etc.), but preferably CaF2 is used. Addition of CaF 2 produces CaF 2 --CaO--Al 2 O 3 with a low melting point, which has the effect of further promoting the nitriding reaction and grain growth.
The particle diameter of the calcium compound is desirably smaller than the median diameter (D50) of the target spherical aluminum nitride powder, preferably 0.5 to 2 μm. The use of powder with a median diameter of more than 2 μm may cause non-uniform formation of coarse particles.
When the amount of the calcium compound added is less than 0.3% by mass, the proportion of small particles having a particle size of 0.9 μm or less increases, the sphericity decreases, the D50/D50 BET increases, and the produced spherical nitrided particles The calcium content of aluminum powder is reduced.
If the amount of the calcium compound added is more than 1.0% by mass, the proportion of large particles with a particle size of 7 μm or more increases, the sphericity decreases, the D50/D50 BET increases, and the produced spherical aluminum nitride powder. increases the calcium content of
By reducing the amount of CaF 2 added (0.3 to 1.0%) compared to Patent Document 3 (CaF 2 2 to 8%), excessive grain growth of the raw material powder can be suppressed. However, if it is less than 0.3%, fine particles of 0.9 μm or less will be difficult to grow, and a large amount of fine particles of 0.9 μm or less will remain. . Since the calcium component volatilizes during firing, approximately 0.01 to 0.5% remains in the finished product.

(エ)カーボン粉末
カーボン粉末は、第1熱処理工程における窒化アルミニウム同士の融着を防ぐために添加している。
さらに、カーボン粉末が、原料混合粉末中の酸素と高温で反応して酸素含有量を減少させることで、窒化アルミニウム粒子の高熱伝導率化にも寄与する。
カーボン粉末として、ファーネスブラックやアセチレンブラックのような炭素が主体となる微粒子を使用することができる。また、カーボン粉末は、メジアン径(D50)が10~50nm、灰分が0.1%以下のものを用いることが好ましい。
カーボン粉末の添加量が8質量%未満であると、粒子径7μm以上の大粒子の割合が増加し、球形度が低下し、D50/D50BETが増加する。
カーボン粉末の添加量が50質量%超であると、粒成長が抑制されるためメジアン径が低下し、粒子径0.9μm以下の小粒子の割合が増加する。加えて、第2熱処理工程時の脱炭に長時間を要するため生産効率が低下する。
(d) Carbon powder Carbon powder is added to prevent fusion between aluminum nitrides in the first heat treatment step.
Furthermore, the carbon powder reacts with oxygen in the raw material mixed powder at high temperature to reduce the oxygen content, thereby contributing to the improvement of the thermal conductivity of the aluminum nitride particles.
Fine particles mainly composed of carbon such as furnace black and acetylene black can be used as the carbon powder. It is preferable to use carbon powder having a median diameter (D50) of 10 to 50 nm and an ash content of 0.1% or less.
If the amount of carbon powder added is less than 8% by mass, the proportion of large particles having a particle diameter of 7 μm or more increases, the sphericity decreases, and the D50/D50 BET increases.
When the amount of carbon powder added exceeds 50% by mass, grain growth is suppressed, the median diameter decreases, and the ratio of small particles having a particle diameter of 0.9 μm or less increases. In addition, it takes a long time for decarburization in the second heat treatment step, resulting in a decrease in production efficiency.

(オ)原料混合工程
準備した原料粉末を振動ミル、ボールミル、Vブレンダー等の一般的な手法によって均一に混ざるまで混合することで、原料混合粉末を得ることができる。
(E) Raw material mixing step A raw material mixed powder can be obtained by mixing the prepared raw material powders until they are uniformly mixed by a general method such as a vibration mill, a ball mill, or a V-blender.

(カ)第1熱処理工程(球形化及び粒成長)
第1熱処理工程における非酸化雰囲気としては、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気等を例示できる。
第1熱処理工程において、1450~1700℃(以下「第1温度域」という。)まで温度上昇する際、添加したカルシウム化合物が、1230℃程度の比較的低温で液相を生成し、窒化アルミニウム粒子の表面を濡らすことで、粒子の最初の球形化及び粒成長を促す。このカルシウム化合物は、非酸化雰囲気中で分解しやすく、高温(例えば、約1350℃以上)で揮発しやすいため、窒化アルミニウム粒子がより粒成長する第1温度域などの高温域ではほとんど残っていない。
第1温度域に到達してカルシウム化合物の大部分がなくなった後、高温域では、続いて、希土類化合物等が窒化アルミニウム粒子の球形化及び粒成長を促すように働く。その結果、第1熱処理工程全体に亘って効果的な球形化及び粒成長が行われると考えられる。
つまり、助剤としてカルシウム化合物とともに希土類系化合物を併用したことで、低温域と高温域の2段階で効果的な球形化及び粒成長を行うことが可能となり、窒化アルミニウム粒子を従来よりもさらに球形化することが可能である。
(f) First heat treatment step (spheroidization and grain growth)
Examples of the non-oxidizing atmosphere in the first heat treatment step include a nitrogen atmosphere and an argon atmosphere.
In the first heat treatment step, when the temperature rises to 1450 to 1700° C. (hereinafter referred to as the “first temperature range”), the added calcium compound generates a liquid phase at a relatively low temperature of about 1230° C., aluminum nitride particles. Wetting the surface of the particles promotes initial spheronization and grain growth. Since this calcium compound is easily decomposed in a non-oxidizing atmosphere and easily volatilized at high temperatures (for example, about 1350° C. or higher), it hardly remains in high temperature ranges such as the first temperature range where aluminum nitride particles grow more. .
After reaching the first temperature range and most of the calcium compound disappears, in the high temperature range, rare earth compounds and the like subsequently act to promote spheroidization and grain growth of the aluminum nitride grains. It is believed that this results in effective spheroidization and grain growth throughout the first heat treatment step.
In other words, by using a rare earth compound together with a calcium compound as an auxiliary agent, it is possible to perform effective spheroidization and grain growth in two stages, a low temperature range and a high temperature range, and make aluminum nitride particles more spherical than before. It is possible to

ここで、第1温度域は、特許文献3における第1温度域(1450~1700℃)の下限付近及びそれ以下であるため、粒成長を抑えることができる。
第1温度域が1450℃未満であると、メジアン径(D50)が低下し、粒子径0.9μm以下の小粒子の割合が増加し、球形度が低下し、D50/D50BETが増加し、製造される球状窒化アルミニウム粉末のカルシウム含有量が増加する。
第1温度域が1700℃超であると、メジアン径が増加し、粒子径7μm以上の大粒子の割合が増加し、球形度が低下し、D50/D50BETが増加し、製造される球状窒化アルミニウム粉末のカルシウム含有量が減少する。
また、第1温度域での保持時間は、1~20時間であることが好ましい。保持時間が1時間未満であると、粒成長を抑えることができるが、粒子径が不均一になりやすく、保持時間が20時間超であると、生産効率が低下する。
Here, since the first temperature range is near or below the lower limit of the first temperature range (1450 to 1700° C.) in Patent Document 3, grain growth can be suppressed.
When the first temperature range is less than 1450 ° C., the median diameter (D50) decreases, the proportion of small particles with a particle size of 0.9 μm or less increases, the sphericity decreases, and the D50/D50 BET increases, The calcium content of the produced spherical aluminum nitride powder is increased.
When the first temperature range is higher than 1700 ° C., the median size increases, the proportion of large particles with a particle size of 7 μm or more increases, the sphericity decreases, the D50/D50 BET increases, and the produced spherical nitriding The calcium content of aluminum powder is reduced.
Also, the holding time in the first temperature range is preferably 1 to 20 hours. If the holding time is less than 1 hour, grain growth can be suppressed, but the particle size tends to be non-uniform, and if the holding time exceeds 20 hours, the production efficiency decreases.

(キ)第2熱処理工程(脱炭)
第2熱処理工程における酸化雰囲気としては、大気中等を例示できる。
第2熱処理工程において、球形化粒子粉末を500~800℃(以下「第2温度域」という。)で数時間、熱処理することにより、炭素を燃焼させて脱炭する。これにより、球形化粒子粉末から炭素成分が除去される。
第2温度域が500℃未満であると、カーボンが除去しきれないため、高分子材料と混ぜると粘度が上昇する。
第2温度域が800℃超であると、酸素量が増加するため、フィラーの熱伝導率が低下する。
(g) Second heat treatment step (decarburization)
As an oxidizing atmosphere in the second heat treatment step, the atmosphere or the like can be exemplified.
In the second heat treatment step, the spherical particles are heat treated at 500 to 800° C. (hereinafter referred to as “second temperature range”) for several hours to burn carbon and decarburize. This removes the carbon component from the spherical particle powder.
If the second temperature range is lower than 500° C., the carbon cannot be completely removed, and thus the viscosity increases when mixed with a polymer material.
If the second temperature range is higher than 800°C, the amount of oxygen increases and the thermal conductivity of the filler decreases.

脱炭後の炭素量は、理想的にはカーボン粉末混合前と同等(すなわち、略0)であることが望ましいが、粉末全体の0.15質量%以下であれば特性に影響を及ぼさないことが分かっている。よって、残留炭素が全体の0.15質量%となるまで、脱炭処理を実施した。温度や処理時間などの条件は、カーボン粉末の添加量などに応じて任意に定められる。なお、残留炭素の測定は、酸素気流中で試料を加熱し酸化反応させ、発生したCO2やCOを赤外線検出器で検出する酸素気流中燃焼-赤外線吸収方式などの既知の方法によって可能である。 Ideally, the amount of carbon after decarburization is the same as that before mixing the carbon powder (that is, approximately 0), but if it is 0.15% by mass or less of the entire powder, the characteristics are not affected. is known. Therefore, the decarburization treatment was performed until the residual carbon reached 0.15% by mass of the total. Conditions such as temperature and treatment time are arbitrarily determined according to the amount of carbon powder to be added. The residual carbon can be measured by a known method such as combustion in an oxygen stream-infrared absorption method, in which a sample is heated in an oxygen stream to cause an oxidation reaction, and the generated CO2 and CO are detected with an infrared detector.

<4>球状窒化アルミニウム粉末、高分子成形体の用途
球状窒化アルミニウム粉末の用途としては、特に限定されないが、高分子材料、グリース、接着剤、塗料などの材料に混合するフィラーを例示できる。
本発明の球状窒化アルミニウム粉末をフィラーとして高分子材料に充填してなる高分子成形体の用途としては、特に限定されないが、半導体モジュール、LEDパッケージ、ペルチェモジュール、プリンタ、複合機、半導体レーザー、光通信、高周波などで使用される回路基板や、汎用の放熱部材や、パワー半導体モジュール用放熱部材(ヒートシンク)や、絶縁板等を例示できる。
<4> Uses of Spherical Aluminum Nitride Powder and Polymer Molded Body Applications of the spherical aluminum nitride powder are not particularly limited, but examples thereof include fillers mixed with materials such as polymer materials, greases, adhesives, and paints.
Applications of the polymer molded body obtained by filling a polymer material with the spherical aluminum nitride powder of the present invention as a filler are not particularly limited. Examples include circuit boards used in communication, high frequency, etc., general-purpose heat dissipation members, power semiconductor module heat dissipation members (heat sinks), insulating plates, and the like.

次に、本発明を具体化した実施例について、比較例と比較しつつ、図面を参照して説明する。なお、実施例の各部の材料、数量及び条件は例示であり、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。 Next, examples embodying the present invention will be described with reference to the drawings while comparing them with comparative examples. The materials, quantities, and conditions of each part in the examples are examples, and can be changed as appropriate without departing from the scope of the invention.

表1に示す実施例1~14及び比較例1~6の球状窒化アルミニウム粉末を作製した。
なお、比較例4,5,6は、それぞれ特許文献3の実施例1,2,3に相当するものである。
以下「各例」というときは、実施例1~14及び比較例1~6の各々を指すものとする。
Spherical aluminum nitride powders of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 6 shown in Table 1 were prepared.
Comparative Examples 4, 5 and 6 correspond to Examples 1, 2 and 3 of Patent Document 3, respectively.
Hereinafter, "each example" refers to each of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 6.

Figure 0007149379000002
Figure 0007149379000002

[1]原料
主原料である窒化アルミニウム原料粉末として、メジアン径(D50)1.9μmのものを実施例及び比較例1~3に用い、メジアン径2.3μmのものを比較例4~6に用いた。
第1の助剤である希土類化合物として、Y23の粉末を、各例に用いた。
第2の助剤であるカルシウム化合物として、CaF2の粉末を、各例に用いた。
カーボン粉末として、メジアン径10~50nm、比表面積80m/g、灰分0.1%以下のものを、各例に用いた。
[1] Raw material As aluminum nitride raw material powder, which is the main raw material, a median diameter (D50) of 1.9 μm was used in Examples and Comparative Examples 1 to 3, and a median diameter of 2.3 μm was used in Comparative Examples 4 to 6. Using.
A powder of Y 2 O 3 was used as the rare earth compound as the first auxiliary agent in each case.
CaF 2 powder was used in each case as the second auxiliary calcium compound.
Carbon powder having a median diameter of 10 to 50 nm, a specific surface area of 80 m 2 /g, and an ash content of 0.1% or less was used in each example.

[2]製造方法
(i)材料の混合工程
窒化アルミニウム原料粉末100質量%に対して、表1に示すように各例によって異なる質量%の、希土類化合物粉末、カルシウム化合物粉末及びカーボン粉末を配合した。そして、準備した原料粉末をボールミルに投入して十分に混合することで、原料混合粉末を得た。
[2] Production method (i) Material mixing step With respect to 100% by mass of aluminum nitride raw material powder, different mass% of rare earth compound powder, calcium compound powder and carbon powder were blended according to each example as shown in Table 1. . Then, the prepared raw material powders were charged into a ball mill and sufficiently mixed to obtain a raw material mixed powder.

(ii)第1熱処理工程
次に、原料混合粉末を黒鉛製のサヤに敷き詰めて加熱炉に投入し、窒素雰囲気の下、表1に示すように1450~1700℃の範囲で各例によって異なる温度まで昇温させた後、各例によって異なる保持時間で保持する、第1の熱処理を行うことにより、球形化粒子粉末を得た。
(ii) First heat treatment step Next, the raw material mixed powder is spread in a graphite sagger and put into a heating furnace, and in a nitrogen atmosphere, the temperature varies from 1450 to 1700 ° C. in each case as shown in Table 1. After the temperature was raised to 100°C, a first heat treatment was carried out for a different holding time depending on each case to obtain a spherical particle powder.

(iii)第2熱処理工程
続いて、球形化粒子粉末を、酸化雰囲気中(大気雰囲気中)で、各例とも750℃で3時間、加熱して第2の熱処理(脱炭処理)を行った。そして、株式会社堀場製作所のEMIA-221Vを用いた酸素気流中燃焼-赤外線吸収法により、各サンプルの残留炭素を測定し、炭素含有量が0.15質量%未満になったことを確認した。
(iii) Second heat treatment step Subsequently, the spherical particle powder was subjected to a second heat treatment (decarburization treatment) by heating in an oxidizing atmosphere (air atmosphere) at 750°C for 3 hours in each case. . Then, residual carbon in each sample was measured by combustion in an oxygen stream-infrared absorption method using EMIA-221V manufactured by Horiba, Ltd., and it was confirmed that the carbon content was less than 0.15% by mass.

以上の工程を経て、実施例1~14及び比較例1~6の球状窒化アルミニウム粉末を得た。 Spherical aluminum nitride powders of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 6 were obtained through the above steps.

[3]特性
得られた実施例1~14及び比較例1~6の球状窒化アルミニウム粉末について、以下の方法により特性等を測定した(測定結果を表2及び表3に示す)。
[3] Properties Properties of the obtained spherical aluminum nitride powders of Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 6 were measured by the following methods (measurement results are shown in Tables 2 and 3).

(i)SEM写真観察
図1は実施例1、図2は実施例7、図3は実施例14、図4は比較例1のそれぞれ球状窒化アルミニウム粉末のSEM写真である。
実施例1,7,14の球状窒化アルミニウム粉末は、表面に角部や凹凸部を殆ど有しない球形をなし、かつ、粒度のばらつきが小さく、凝集塊が少ない。
これに対して、比較例1の球状窒化アルミニウム粉末は、表面に角部や凹凸部を殆ど有しない球形をなしているが、粒度のばらつきが大きく、凝集塊がみられる。
(i) SEM photograph observation FIG. 1 is a SEM photograph of the spherical aluminum nitride powder of Example 1, FIG. 2 is Example 7, FIG. 3 is Example 14, and FIG.
The spherical aluminum nitride powders of Examples 1, 7, and 14 had a spherical shape with almost no corners or irregularities on the surface, had a small variation in particle size, and had few agglomerates.
On the other hand, the spherical aluminum nitride powder of Comparative Example 1 has a spherical shape with almost no corners or irregularities on the surface, but the particle size varies greatly and agglomerates are observed.

(ii)Y量及びCa量
株式会社リガク製の蛍光X線分析装置(型式:ZSX Primus IV)を使用して、Y量(酸化物換算)及びCa量(酸化物換算)を測定した。
(ii) Amount of Y and Ca A fluorescent X-ray analyzer (model: ZSX Primus IV) manufactured by Rigaku Corporation was used to measure the amount of Y (in terms of oxide) and the amount of Ca (in terms of oxide).

(iii)メジアン径(D50)及び特定粒子径の粒子の割合
0.1質量%のピロリン酸ナトリウム水溶液50mlに、球状窒化アルミニウム粉末0.5gを投入し、株式会社日本精機製作所製の型式US-300Eを使用して出力80%で3分間分散させたものを、株式会社島津製作所製のレーザー回折式粒度分布測定装置、型式SALD-2200を使用して、メジアン径(D50)と、粒子径0.9μm以下の粒子の割合(体積基準)と、粒子径7μm以上の粒子の割合(体積基準)を測定した。
(iii) Ratio of particles with median diameter (D50) and specific particle diameter 0.5 g of spherical aluminum nitride powder was added to 50 ml of an aqueous solution of 0.1% by mass of sodium pyrophosphate, and a model US- manufactured by Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd. was added. Dispersed for 3 minutes at an output of 80% using 300E, using a laser diffraction particle size distribution analyzer, model SALD-2200 manufactured by Shimadzu Corporation, median diameter (D50) and particle diameter 0 The percentage of particles with a diameter of 9 μm or less (based on volume) and the percentage of particles with a diameter of 7 μm or more (based on volume) were measured.

(iv)球形度
球状窒化アルミニウム粉末と、エポキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製エポトートYH-300)と、硬化剤(日立化成株式会社製HN-2200)とを混合したものをシリコン型に入れて熱硬化させて成形体を得た。次に、成形体を研磨し、その研磨面を走査電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製 S-3400N)で倍率2000倍で撮影した。取得したSEM画像に対して、画像処理ソフト「ImageJ」を使用して任意の100個以上の粒子の画像解析を実行し、その全粒子の球形度を求めた上でその平均値を求めることによって、球形度(平均球形度)を算出した。
(iv) Sphericality A mixture of spherical aluminum nitride powder, epoxy resin (Epotato YH-300 manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd.), and curing agent (HN-2200 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was placed in a silicon mold. A molding was obtained by thermal curing. Next, the compact was polished, and the polished surface was photographed with a scanning electron microscope (S-3400N manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) at a magnification of 2000. For the acquired SEM image, image analysis of arbitrary 100 or more particles is performed using the image processing software "ImageJ", the sphericity of all the particles is obtained, and the average value is obtained. , the sphericity (average sphericity) was calculated.

(v)比表面積
比表面積を窒素ガス吸着法であるBET一点法により測定した。測定装置は、Quantachrome社製のMonosorb、型式MS-21を用いた。
(v) Specific Surface Area The specific surface area was measured by the BET one-point method, which is a nitrogen gas adsorption method. As a measurement device, Monosorb manufactured by Quantachrome, model MS-21 was used.

(vi)D50/D50BET
前述のとおり、次式により求めた。
D50/D50BET=D50/(6/(3.26*SSA))
(vi) D50/D50 BET
As described above, it was obtained by the following formula.
D50/D50 BET = D50/(6/(3.26*SSA))

(vii)嵩密度、タップ密度、圧縮度
前述のとおり、嵩密度とタップ密度はそれぞれJIS R1628に従って測定し、次式により圧縮度を求めた。
圧縮度=(タップ密度-嵩密度)/(タップ密度)
(vii) Bulk Density, Tap Density, and Degree of Compression As described above, the bulk density and tap density were each measured according to JIS R1628, and the degree of compression was determined by the following equation.
Compression degree = (tapped density - bulk density) / (tapped density)

(viii)シリコーンオイルに各例の球状窒化アルミニウム粉末を混合したスラリー粘度
シリコーンオイル(ダウ・東レ株式会社製:DOWSIL-510)100gに対して球状窒化アルミニウム粉末150gを混合した際のスラリーの粘度を、ブルックフィールド製DV1MHBTJ0を使用して100rpmで測定した。
(viii) Slurry viscosity obtained by mixing spherical aluminum nitride powder of each example with silicone oil , Brookfield DV1MHBTJ0 at 100 rpm.

(ix)シリコーン樹脂に各例の球状窒化アルミニウム粉末(単体フィラー)を混合して成形した成形体の特性
モメンティブ製シリコーン樹脂TSE3033AとTSE3033Bを重量比1:1で秤量し、自転公転ミキサーで混合した。
混合したシリコーン樹脂を16.6質量%(40体積%)、フィラーとしての各例の球状窒化アルミニウム粉末を83.4質量%(60体積%)となるように秤量して、自転公転ミキサーで混合した後、3本ロールミルで混錬した。混錬物をφ40mmの型に流し込み、150℃で2Hr硬化させ、φ40mm×厚み10mmの成形体を成形した。
TECLOCK製GS-721G TYPE Eを使用して、成形体の硬度を5回測定し、平均値を算出した。
また、成形体を厚み1.5mm×10mm×10mmに切り出し、ネッチ製LFA467を使用して、熱伝導率を測定した。
(ix) Characteristics of a molded product formed by mixing the spherical aluminum nitride powder (single filler) of each example with a silicone resin. Momentive silicone resins TSE3033A and TSE3033B were weighed at a weight ratio of 1:1 and mixed in a rotation-revolution mixer. .
16.6% by mass (40% by volume) of the mixed silicone resin and 83.4% by mass (60% by volume) of the spherical aluminum nitride powder of each example as a filler were weighed and mixed in a rotation-revolution mixer. After that, it was kneaded in a three-roll mill. The kneaded material was poured into a mold of φ40 mm and hardened at 150° C. for 2 hours to form a compact of φ40 mm×thickness 10 mm.
Using TECLOCK GS-721G TYPE E, the hardness of the molded body was measured five times, and the average value was calculated.
Moreover, the molded body was cut into a thickness of 1.5 mm×10 mm×10 mm, and the heat conductivity was measured using LFA467 manufactured by Netch.

(x)シリコーン樹脂に各例の球状窒化アルミニウム粉末と粒子径がより大きい球状窒化アルミニウム粉末との組み合わせ(組合せフィラー)を混合して成形した成形体の特性
シリコーン樹脂とフィラーの混合比は上記(ix)と同様に16.6質量%:83.4質量%とし、但しそのフィラーとして、各例の球状窒化アルミニウム粉末30質量%と、中心径80μmのAlN粉末40質量%と、中心径30μmのAlN粉末30質量%との組合せフィラーを用いた以外は、上記(ix)と同様に混錬物を作製し、成形体を成形した。
そして、上記(ix)と同様に、硬度及び熱伝導率を測定した。
さらに、同混錬物を厚み約1mmのシート状に成形し、150℃で2時間硬化させた後、金型を使用して全長120mm、平行部長さ40mm、平行部幅10mm、つかみ部幅25mmのダンベル形状の試験片を作製した。その試験片を株式会社島津製作所製の型式AG-ISを使用し、試験速度15mm/分で引張強度を5回測定し、平均値を算出した。
(x) Characteristics of a molded product obtained by mixing a combination of the spherical aluminum nitride powder of each example and a spherical aluminum nitride powder having a larger particle size (combination filler) into the silicone resin. As in ix), 16.6% by mass: 83.4% by mass, except that the fillers are 30% by mass of spherical aluminum nitride powder of each example, 40% by mass of AlN powder with a center diameter of 80 μm, and A kneaded material was produced in the same manner as in (ix) above, except that a combination filler with 30% by mass of AlN powder was used, and a compact was formed.
Then, hardness and thermal conductivity were measured in the same manner as in (ix) above.
Further, the same kneaded material was molded into a sheet with a thickness of about 1 mm, cured at 150° C. for 2 hours, and then using a mold, the total length was 120 mm, the parallel part length was 40 mm, the parallel part width was 10 mm, and the grip part width was 25 mm. A dumbbell-shaped test piece was produced. The tensile strength of the test piece was measured five times at a test speed of 15 mm/min using Model AG-IS manufactured by Shimadzu Corporation, and the average value was calculated.

(xi)エポキシ樹脂に各例の球状窒化アルミニウム粉末と粒子径がより大きい球状窒化アルミニウム粉末との組み合わせ(組合せフィラー)を混合して成形した成形体の特性
使用した樹脂を新日鐵化学株式会社製のエポキシ樹脂YH-300とHN-2200とした以外は、上記(x)と同様に、樹脂と組合せフィラーとの混錬物を作製し、その混錬物を型に流し込み150℃で2hr硬化させ、長さ40mm、幅10mm、厚み1mmに加工した。株式会社島津製作所製の型式AG-ISを使用し、クロスヘッドスピード0.5mm/分、支点間距離20mmで3点曲げ強度を5回測定し、平均値を算出した。
(xi) Characteristics of a molded product obtained by mixing epoxy resin with a combination of spherical aluminum nitride powder of each example and spherical aluminum nitride powder with a larger particle size (combination filler) The resin used was Nippon Steel Chemical Co., Ltd. In the same manner as in (x) above, except that the epoxy resins YH-300 and HN-2200 manufactured by Epson Co., Ltd. were used, a kneaded product of the resin and the combined filler was prepared, and the kneaded product was poured into a mold and cured at 150 ° C. for 2 hours. and processed into a length of 40 mm, a width of 10 mm and a thickness of 1 mm. Using a model AG-IS manufactured by Shimadzu Corporation, the three-point bending strength was measured five times at a crosshead speed of 0.5 mm/min and a distance between fulcrums of 20 mm, and the average value was calculated.

Figure 0007149379000003
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Figure 0007149379000004
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[評価]
比較例1~6に対して、実施例1~14は、
[1]メジアン径(D50)が1.9~4.0μmの範囲内にあり、粒子径0.9μm以下の粒子が10%以下であり、粒子径7μm以上の粒子が10%以下であり、球形度が0.8以上であることにより、又は、
[2]メジアン径(D50)が1.9~4.0μmの範囲内にあり、球形度が0.8以上であり、圧縮度が40%以下であることにより、
D50/D50BETが2以下であって凝集が少なく、上記粘度が10000cps以下であって樹脂への充填性が高い。
実施例1~14の球状窒化アルミニウム粉末は単独でシリコーン樹脂と混錬した場合、さほど低硬度・高熱伝導率の樹脂成形体とはならないが、高充填が可能で、メジアン径が小さく、粒子径の大きい粉末が少ないため、従来よりも樹脂成形体を薄くして使用することが可能である。
実施例1~14の球状窒化アルミニウム粉末を粒子径のより大きな粒子と組合せてシリコーン樹脂と混ぜた場合、低硬度(シリコーン樹脂本来の柔軟性が損なわれない)、高熱伝導率の樹脂成形体を得ることができる。また、同様に組み合わせてエポキシ樹脂と混ぜた場合、3点曲げ強度が高くなる。
[evaluation]
In contrast to Comparative Examples 1 to 6, Examples 1 to 14 are
[1] The median diameter (D50) is in the range of 1.9 to 4.0 μm, the particles having a particle diameter of 0.9 μm or less account for 10% or less, and the particles having a particle diameter of 7 μm or more account for 10% or less, By having a sphericity of 0.8 or more, or
[2] The median diameter (D50) is in the range of 1.9 to 4.0 μm, the sphericity is 0.8 or more, and the compressibility is 40% or less,
The D50/D50 BET is 2 or less, so there is little aggregation, and the viscosity is 10,000 cps or less, so that the resin is highly packed.
When the spherical aluminum nitride powders of Examples 1 to 14 were kneaded alone with a silicone resin, they did not form resin moldings with very low hardness and high thermal conductivity. Since there is little powder with a large , it is possible to use a thinner resin compact than before.
When the spherical aluminum nitride powders of Examples 1 to 14 are combined with particles having a larger particle diameter and mixed with a silicone resin, a low hardness (the original flexibility of the silicone resin is not impaired) and a high thermal conductivity resin molded body can be obtained. Obtainable. Moreover, when it is combined in the same manner and mixed with an epoxy resin, the three-point bending strength increases.

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be embodied with appropriate modifications within the scope of the invention.

Claims (8)

窒化アルミニウム及び希土類化合物を含有し、メジアン径(D50)が1.9~4.0μmであり、粒子径0.9μm以下の粒子が10%以下であり、粒子径7μm以上の粒子が10%以下であり、球形度が0.8以上である球状窒化アルミニウム粉末。 It contains aluminum nitride and a rare earth compound, has a median diameter (D50) of 1.9 to 4.0 μm, contains 10% or less particles with a particle diameter of 0.9 μm or less, and contains 10% or less particles with a particle diameter of 7 μm or more. and a spherical aluminum nitride powder having a sphericity of 0.8 or more. 窒化アルミニウム及び希土類化合物を含有し、メジアン径(D50)が1.9~4.0μmであり、球形度が0.8以上であり、圧縮度が40%以下である球状窒化アルミニウム粉末。 A spherical aluminum nitride powder containing aluminum nitride and a rare earth compound, having a median diameter (D50) of 1.9 to 4.0 μm, a sphericity of 0.8 or more, and a compaction of 40% or less. カルシウムを酸化物換算で0.01~0.5質量%含有する請求項1又は2に記載の球状窒化アルミニウム粉末。 3. The spherical aluminum nitride powder according to claim 1, containing 0.01 to 0.5% by mass of calcium in terms of oxide. D50/D50BETが2以下である請求項1~3のいずれか一項に記載の球状窒化アルミニウム粉末。 The spherical aluminum nitride powder according to any one of claims 1 to 3, wherein D50/D50 BET is 2 or less. 前記球状窒化アルミニウム粉末150gとシリコーンオイル100gを混合したときの粘度が10000cps以下である請求項1~4のいずれか一項に記載の球状窒化アルミニウム粉末。 5. The spherical aluminum nitride powder according to any one of claims 1 to 4, wherein 150 g of said spherical aluminum nitride powder and 100 g of silicone oil have a viscosity of 10,000 cps or less when mixed. 請求項1~5のいずれか一項に記載の球状窒化アルミニウム粉末を高分子材料に充填した高分子成形体。 A polymer molded body in which a polymer material is filled with the spherical aluminum nitride powder according to any one of claims 1 to 5. 窒化アルミニウム粉末100質量%に対して、酸化物換算で0.5~3.0質量%の希土類化合物と、酸化物換算で0.3~1.0質量%のカルシウム化合物と、8~50質量%のカーボン粉末とを混合して混合粉末を得る原料混合工程と、
前記混合粉末を非酸化雰囲気中にて1450~1700℃で熱処理する第1熱処理工程と、
前記熱処理後に酸化雰囲気中にて500~800℃でさらに熱処理する第2熱処理工程と、
を含むことを特徴とする球状窒化アルミニウム粉末の製造方法。
With respect to 100% by mass of aluminum nitride powder, 0.5 to 3.0% by mass of rare earth compounds in terms of oxides, 0.3 to 1.0% by mass of calcium compounds in terms of oxides, and 8 to 50% by mass % of carbon powder to obtain a mixed powder;
A first heat treatment step of heat-treating the mixed powder at 1450 to 1700 ° C. in a non-oxidizing atmosphere;
a second heat treatment step of further heat-treating at 500 to 800° C. in an oxidizing atmosphere after the heat treatment;
A method for producing a spherical aluminum nitride powder, comprising:
前記希土類化合物は、Y、Yb、La、Nd、Smの酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アルコキシドよりなる群の少なくとも1種から選択され、
前記カルシウム化合物は、カルシウムの酸化物、ハロゲン化物、硫化物、炭酸塩、硝酸塩、シュウ酸塩、水酸化物、アルコキシドよりなる群の少なくとも1種から選択されることを特徴とする請求項7に記載の球状窒化アルミニウム粉末の製造方法。
The rare earth compound is selected from at least one selected from the group consisting of oxides, halides, carbonates, nitrates, oxalates, hydroxides, and alkoxides of Y, Yb, La, Nd, and Sm,
8. The method according to claim 7, wherein the calcium compound is selected from at least one of the group consisting of oxides, halides, sulfides, carbonates, nitrates, oxalates, hydroxides and alkoxides of calcium. A method for producing the described spherical aluminum nitride powder.
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