JP7401330B2 - Aluminum nitride powder manufacturing method and manufacturing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、絶縁性高熱伝導部材の材料として好適に使用される窒化アルミニウム粉末の新規な製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a novel method and apparatus for producing aluminum nitride powder, which is suitably used as a material for insulating and highly thermally conductive members.

窒化アルミニウムは、高電気絶縁性、高耐プラズマ性、高熱伝導性などの優れた特性を有していることから、絶縁放熱基板、半導体製造装置材料などに広く使用されている。これらは、窒化アルミニウム粉末に必要により焼結助剤を添加し、常圧あるいは加圧下で焼結することによって製造されている。代表的な焼結助剤である酸化イットリウムを用いた場合、それが窒化アルミニウム中の不純物酸素をトラップすることにより、高熱伝導化が達成される。 Aluminum nitride has excellent properties such as high electrical insulation, high plasma resistance, and high thermal conductivity, and is therefore widely used for insulating heat dissipation substrates, semiconductor manufacturing equipment materials, and the like. These are manufactured by adding a sintering aid to aluminum nitride powder, if necessary, and sintering it under normal pressure or pressure. When yttrium oxide, which is a typical sintering aid, is used, high thermal conductivity is achieved by trapping impurity oxygen in aluminum nitride.

ところで、一般的な窒化アルミニウム粉末の製法として、酸化アルミニウム粉末とカーボン粉末の混合原料を窒素雰囲気に制御された窒化反応室中で加熱する還元窒化法が知られている。この還元窒化法により得られる窒化アルミニウム粉末は、粒径が10μmを超える粗大粒子が少ない上に粒子形状も球に近く高純度であるため、成形性、焼結性に優れており、焼結体としたときには高い熱伝導率を得やすい特徴がある。そのため、高熱伝導性セラミックス部材、特に、高純度が求められる半導体製造装置用部材の原料として、還元窒化法により製造した窒化アルミニウム粉末が好適である。
また本出願人は、このような還元窒化法に好適なグラファイト製焼成容器を特許文献1に提案している。
By the way, as a general method for producing aluminum nitride powder, a reduction nitriding method is known in which a mixed raw material of aluminum oxide powder and carbon powder is heated in a nitriding reaction chamber controlled to have a nitrogen atmosphere. The aluminum nitride powder obtained by this reduction nitriding method has few coarse particles with a particle size exceeding 10 μm, and the particle shape is close to a sphere and has high purity, so it has excellent formability and sinterability, and it can be made into a sintered body. It has the characteristic that it is easy to obtain high thermal conductivity when Therefore, aluminum nitride powder produced by the reduction nitriding method is suitable as a raw material for highly thermally conductive ceramic members, particularly for semiconductor manufacturing equipment members that require high purity.
The present applicant has also proposed a graphite firing container suitable for such a reductive nitriding method in Patent Document 1.

特公平5-013909号公報Special Publication No. 5-013909

ところが、前記還元窒化法による窒化アルミニウムの製造プラントで稼働開始数ヵ月経過後、窒化反応室内点検を実施した結果、室内の部材や焼成容器が著しく劣化するという問題点を発見した。そして、調査の結果、その原因は原料粉末(アルミナ・カーボンの混合粉末)の持ち込み水分による炉材や焼成容器に使用されるグラファイトの酸化消耗と判明した。 However, after several months had passed since the start of operation of the aluminum nitride manufacturing plant using the reductive nitriding method, an inspection of the nitriding reaction chamber revealed a problem in that the members and firing vessel inside the chamber had deteriorated significantly. As a result of the investigation, it was determined that the cause was the oxidation and consumption of the graphite used in the furnace material and firing container due to the moisture brought into the raw material powder (mixed powder of alumina and carbon).

原料アルミナの加熱減量は1質量%以下であるが、そのうち結合水(吸着水)は0.2~0.3質量%存在する。通常の乾燥機では乾燥温度200℃までが限界であるため、結合水がそのまま還元窒化炉に持ち込まれることになる。一方、アルミナの結合水の脱離が完了するには650℃以上の高温が必要となる。また、焼成容器のグラファイトも大気との接触において水分を吸着している。
そこで、本発明者らは、混合原料を充填した焼成容器を窒化反応室(還元窒化炉)に供給する前に、加熱処理する工程を設け、還元窒化炉に持ち込まれる水分を調整することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
The heating loss of raw material alumina is 1% by mass or less, but bound water (adsorbed water) is present in 0.2 to 0.3% by mass. Since the drying temperature of a normal dryer is limited to 200° C., bound water is directly carried into the reduction nitriding furnace. On the other hand, a high temperature of 650° C. or higher is required to complete the desorption of bound water from alumina. Furthermore, the graphite in the firing container also adsorbs moisture when it comes into contact with the atmosphere.
Therefore, the present inventors provided a heat treatment step before supplying the firing container filled with the mixed raw materials to the nitriding reaction chamber (reduction nitriding furnace), and by adjusting the moisture brought into the reducing nitriding furnace, The inventors have discovered that the above problems can be solved, and have completed the present invention.

本発明の窒化アルミニウム粉末の製造方法は、
酸化アルミニウム粉末とカーボンからなる混合原料を焼成容器に充填した状態で、窒素雰囲気下、1450~1800℃に加熱する窒化反応室に供給して窒化アルミニウム粉末を製造する方法であって、
酸化アルミニウムの窒化を行う前処理として、前記混合原料と焼成容器とを、窒素流通下で650℃以上、1250℃未満の温度で、30分以上加熱処理した後、前記加熱処理された混合原料と焼成容器とを外気と接触させることなく窒化反応室に供給することを特徴とする。
前記前処理では、焼成容器に混合原料を充填し、焼成容器と混合原料との合計重量に対し、1000℃における加熱減量(減量が無くなるまで加熱した際の減量)が5質量%以下となるように加熱処理することが好ましい。
The method for producing aluminum nitride powder of the present invention includes:
A method for producing aluminum nitride powder by filling a firing container with a mixed raw material consisting of aluminum oxide powder and carbon and supplying the mixture to a nitriding reaction chamber heated to 1450 to 1800°C in a nitrogen atmosphere, the method comprising:
As a pretreatment for nitriding aluminum oxide, the mixed raw material and the firing container are heat-treated at a temperature of 650° C. or more and less than 1250° C. for 30 minutes or more under nitrogen flow, and then the heated mixed raw material and It is characterized by supplying the nitriding reaction chamber to the nitriding reaction chamber without bringing the firing container into contact with outside air.
In the pretreatment, the firing container is filled with the mixed raw material, and the heating loss at 1000 ° C. (the loss when heated until there is no loss) is 5% by mass or less based on the total weight of the firing container and the mixed raw material. It is preferable to carry out a heat treatment.

また本発明に係る窒化アルミニウム粉末の製造装置は、
焼成容器に充填された酸化アルミニウム粉末とカーボンからなる混合原料を窒素置換する窒素置換室と、加熱処理室、窒化反応室を備え、
各室内にはガス流入口およびガス排出口を備え、かつ
焼成容器を移動させる移送手段および前記焼成容器の移動に合わせて各室間の隔壁を開閉する開閉手段を設けてなることを特徴とする。
Furthermore, the aluminum nitride powder manufacturing apparatus according to the present invention includes:
Equipped with a nitrogen purge chamber that replaces the mixed raw material of aluminum oxide powder and carbon filled in a firing container with nitrogen, a heat treatment chamber, and a nitriding reaction chamber,
Each chamber is equipped with a gas inlet and a gas outlet, and is also provided with a transfer means for moving the firing container and an opening/closing means for opening and closing the partition between the chambers in accordance with the movement of the firing container. .

また、前記加熱処理室は、ガスと接触する少なくとも一部の室内張材料が酸化アルミニウムからなり、窒化反応室は、ガスと接触する少なくとも一部の室内壁材料がカーボン材料からなることが好ましい。
さらに、窒化反応室から排出された、焼成容器内の得られた窒化アルミニウム粉末とともに存在する残存カーボンを、酸素含有ガスの存在下に加熱することにより酸化処理する酸化処理室を備えることが好ましい。
Further, it is preferable that at least a part of the interior lining material in the heat treatment chamber that comes into contact with the gas is made of aluminum oxide, and in the nitriding reaction chamber, at least a part of the interior wall material that comes in contact with the gas is made of a carbon material.
Furthermore, it is preferable to include an oxidation treatment chamber for oxidizing residual carbon discharged from the nitridation reaction chamber and existing together with the obtained aluminum nitride powder in the firing container by heating it in the presence of an oxygen-containing gas.

本発明の製造方法及び製造装置を採用することで、混合原料及び焼成容器より持ち込まれる水分による窒化反応室の内壁や焼成容器の侵食を防止しながら、品質に優れる窒化アルミニウム粉末を製造することができる。また、これにより、装置の耐用年数が飛躍的に伸び、長期連続運転が可能となる。 By adopting the manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention, it is possible to manufacture aluminum nitride powder of excellent quality while preventing corrosion of the inner wall of the nitriding reaction chamber and the firing container due to moisture brought in from the mixed raw materials and the firing container. can. Additionally, this dramatically extends the service life of the device and enables long-term continuous operation.

本発明の製造装置の概略図を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a schematic diagram of a manufacturing apparatus of the present invention. 本発明において使用する代表的な態様の焼成容器の斜視図である。1 is a perspective view of a typical embodiment of a firing container used in the present invention. 本発明において使用する他の代表的な態様の焼成容器の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of another typical embodiment of a firing container used in the present invention.

以下、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

〔混合原料〕
アルミナ粉末
本発明の窒化アルミニウム粉末の出発原料として用いるアルミナ粉末は、アルミナ又はその水和物が特に制限無く使用される。アルミナ粉末は、α、γ、θ、δ、η、κ、χ等の結晶構造を持つアルミナやベーマイトやダイアスポア、ギブサイト、バイヤライト、トーダイトなど加熱により脱水転移して最終的に全部又は一部がα-アルミナに転移するアルミナ水和物が全て利用可能である。
[Mixed raw materials]
alumina powder
As the alumina powder used as a starting material for the aluminum nitride powder of the present invention, alumina or a hydrate thereof can be used without particular limitation. Alumina powder is alumina with a crystal structure of α, γ, θ, δ, η, κ, χ, etc., as well as boehmite, diaspore, gibbsite, bayerite, todite, etc. Dehydration transition occurs when heated, and eventually all or part of it is All alumina hydrates that convert to α-alumina are available.

これらは単独或いは種類の異なるものが混合された状態で用いても良いが、特に反応活性が高く、制御が容易なα-アルミナ、γ-アルミナ、ベーマイトが好適に用いられる。 These may be used alone or in a mixture of different types, but α-alumina, γ-alumina, and boehmite are particularly preferably used because they have high reaction activity and are easy to control.

また、原料酸化アルミニウムとしてはできるだけ高純度のものを用いることが好ましく、具体的には、Fe、Ca、Si、Ti、V、Cr,Niの含有量の合計が500質量ppm以下、特に400質量ppm以下のものを採用することが好ましい。
酸化アルミニウム粉末の製造方法についても制限されず、ボーキサイトを出発原料とした、いわゆるバイヤー法によって製造されるアルミナ、アンモニウムミョウバンの熱分解法、アンモニウムアルミニウム炭酸塩の熱分解法、アルミニウムアルコキシドの加水分解法など、合成により製造される高純度アルミナが使用できる。得られる窒化アルミニウム粉末の金属成分の濃度を厳密に制御する場合には、合成により製造される高純度アルミナを原料として用いた方が好適である。
In addition, it is preferable to use raw material aluminum oxide with as high a purity as possible. Specifically, the total content of Fe, Ca, Si, Ti, V, Cr, and Ni is 500 mass ppm or less, particularly 400 mass ppm or less. It is preferable to use one with a content of ppm or less.
The method for producing aluminum oxide powder is not limited either, and includes alumina produced by the so-called Bayer method using bauxite as a starting material, a thermal decomposition method of ammonium alum, a method of thermal decomposition of ammonium aluminum carbonate, and a method of hydrolysis of aluminum alkoxide. High-purity alumina produced by synthesis can be used. When strictly controlling the concentration of metal components in the resulting aluminum nitride powder, it is preferable to use synthetically produced high-purity alumina as a raw material.

本発明に使用する酸化アルミニウム粉末の比表面積や平均粒子径は何等制限されないが、BET比表面積は2~20m2/g、平均粒子径は、0.1から10μmのものが好適に使用される。 The specific surface area and average particle size of the aluminum oxide powder used in the present invention are not limited in any way, but those with a BET specific surface area of 2 to 20 m 2 /g and an average particle size of 0.1 to 10 μm are preferably used. .

カーボン粉末
酸化アルミニウムを窒素雰囲気下で窒化するにあたっては、通常、還元のためにカーボン粉末を共存させる。
When carbon powder aluminum oxide is nitrided in a nitrogen atmosphere, carbon powder is usually used for reduction.

当該原料カーボン粉末は、カーボンブラック、黒鉛粉末が使用できる。上記カーボンブラックとしては、ファーネス法、チャンネル法のカーボンブラックおよび、アセチレンブラックが好適に用いられる。 As the raw material carbon powder, carbon black or graphite powder can be used. As the above-mentioned carbon black, furnace method carbon black, channel method carbon black, and acetylene black are preferably used.

これらのカーボン粉末の比表面積は、任意であるが0.01m2/gから500m2/gのものを用いるのが好ましい。 Although the specific surface area of these carbon powders is arbitrary, it is preferable to use one having a specific surface area of 0.01 m 2 /g to 500 m 2 /g.

また原料カーボン粉末としてはできるだけ高純度のものを用いることが好ましく、具体的には、例えば Na、Fe、Ca、Si、Ti、V、Cr、Niの含有量の合計が100質量ppm以下、特に70質量ppm以下のものを採用することが好ましい。 In addition, it is preferable to use raw carbon powder with as high a purity as possible, and specifically, for example, if the total content of Na, Fe, Ca, Si, Ti, V, Cr, and Ni is 100 mass ppm or less, especially It is preferable to use one having a content of 70 mass ppm or less.

また、本発明の効果を損なわない範囲で、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フランフェノール樹脂等の合成樹脂縮合物やピッチ、タール等の炭化水素化合物や、セルロース、ショ糖、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレン等の有機化合物等のカーボン源を原料として併用することもできる。 In addition, synthetic resin condensates such as phenol resins, melamine resins, epoxy resins, and furanphenol resins, hydrocarbon compounds such as pitch and tar, cellulose, sucrose, polyvinylidene chloride, A carbon source such as an organic compound such as polyphenylene can also be used in combination as a raw material.

原料混合
本発明の窒化アルミニウム粉末の製造方法において、原料の混合方法としては、酸化アルミニウム粉末およびカーボン粉末が均一な組成で存在する方法であれば、湿式、乾式を問わず、いずれの方法でも良いが、ブレンダー、ミキサー、ボールミルによる混合が好適である。
Mixing of raw materials In the method for producing aluminum nitride powder of the present invention, any method of mixing the raw materials, whether wet or dry, may be used as long as the aluminum oxide powder and carbon powder are present in a uniform composition. However, mixing using a blender, mixer, or ball mill is preferred.

カーボン粉末の使用量は、酸化アルミニウム粉末100質量部に対して、40~60質量部とすればよい。 The amount of carbon powder used may be 40 to 60 parts by mass per 100 parts by mass of aluminum oxide powder.

窒素
本発明において、窒化に用いる窒素ガスとしては、公知の還元窒化反応に用いる窒素ガスと同等のものを特に制限無く用いることができる。また、水素、一酸化炭素、アンモニアなどの還元性ガスを併用することも可能である。
Nitrogen In the present invention, as the nitrogen gas used for nitriding, any nitrogen gas equivalent to that used in a known reduction nitriding reaction can be used without particular limitation. It is also possible to use reducing gases such as hydrogen, carbon monoxide, and ammonia.

〔原料充填〕
酸化アルミニウム粉末とカーボンからなる混合原料を焼成容器に充填する。
焼成容器としては特に制限されないが、窒素ガスとの置換効率や窒素ガスの流通性などの観点から、特公平5-13909号公報に記載された焼成容器を用いることが好ましい。通常、上記焼成容器はグラファイトなどの炭素材料から構成される。
[Raw material filling]
A mixed raw material consisting of aluminum oxide powder and carbon is filled into a firing container.
Although the firing container is not particularly limited, it is preferable to use the firing container described in Japanese Patent Publication No. 5-13909 from the viewpoint of nitrogen gas replacement efficiency and nitrogen gas flowability. Typically, the firing vessel is constructed from a carbon material such as graphite.

たとえば、図2に示すような、被焼成物である混合原料を充填する原料室とガス排出室とを有する焼成容器を用いることができる。図2は、本発明の方法で使用される焼成容器の斜視図である。被焼成物の混合原料1は、底が浅く開口面積が大きい焼成容器2に入れられる。焼成容器2は、混合原料1を充填する原料室3と、該原料室3と隔壁4によって隔てられたガス排出室5とを有する。 For example, it is possible to use a firing container as shown in FIG. 2, which has a raw material chamber filled with a mixed raw material to be fired and a gas discharge chamber. FIG. 2 is a perspective view of a firing vessel used in the method of the invention. A mixed raw material 1 of the object to be fired is placed in a firing container 2 having a shallow bottom and a large opening area. The firing container 2 has a raw material chamber 3 filled with mixed raw materials 1 and a gas discharge chamber 5 separated from the raw material chamber 3 by a partition wall 4 .

焼成容器2は、生産性向上のために多段に積重ねられて使用可能である。
焼成容器を多段に積重ねた場合に、焼成容器内へガスの流通を行なうために、原料室3にはガス流入口6が設けられている。ガス流入口6を設ける位置は、原料室3を構成する側壁であることが好ましいが、特に限定されない。
焼成容器2のガス排出室5には、ガス排出口7が設けられている。ガス排出室5は、各焼成容器2の原料室3を通過したガスを焼成炉外に排出するために、該ガスを集めるためのものである。従って、ガス排出室5は、多段に積重ねられた焼成容器2の最上段から最下段迄、連通されていることが好ましい。このため、ガス排出口7は、ガス排出室5の底面に通常設けられている。
The firing containers 2 can be stacked in multiple stages to improve productivity.
A gas inlet 6 is provided in the raw material chamber 3 to allow gas to flow into the firing containers when the firing containers are stacked in multiple stages. The position where the gas inlet 6 is provided is preferably on the side wall of the raw material chamber 3, but is not particularly limited.
A gas exhaust port 7 is provided in the gas exhaust chamber 5 of the firing container 2 . The gas discharge chamber 5 is for collecting the gas that has passed through the raw material chamber 3 of each firing container 2 in order to discharge the gas to the outside of the firing furnace. Therefore, it is preferable that the gas discharge chamber 5 communicates with the firing containers 2 stacked in multiple stages from the uppermost stage to the lowermost stage. For this reason, the gas exhaust port 7 is usually provided on the bottom surface of the gas exhaust chamber 5.

上記した焼成容器2の原料室3とガス排出室5との間でガスの流通を行なうために、原料室3とガス排出室5とを隔てる隔壁4にガス通過孔8が設けられている。こうして、焼成炉内に導入されたガスは、原料室3に設けられたガス流入口6を通過して原料室3に導かれ、次いで、ガス通過孔8を通過してガス排出室5へ至り、そして、ガス排出口7を通って排出される。 In order to allow gas to flow between the raw material chamber 3 and the gas discharge chamber 5 of the firing container 2 described above, a gas passage hole 8 is provided in the partition wall 4 that separates the raw material chamber 3 and the gas discharge chamber 5. In this way, the gas introduced into the firing furnace passes through the gas inlet 6 provided in the raw material chamber 3 and is led to the raw material chamber 3, and then passes through the gas passage hole 8 and reaches the gas discharge chamber 5. , and is discharged through the gas outlet 7.

上記した焼成容器は、原料室とガス排出室とがそれぞれ1つからなるが、図3に示すようにガス排出室をはさんで2つの原料室からなる焼成容器であっても良い。
図2および図3は、最上段の焼成容器の内部が見えるように描いたが、焼成時には各段の焼成容器内へのガスの流入量が等しくなるようにするために、最上段の焼成容器は蓋で覆うことが好ましい。
Although the above-mentioned firing container has one raw material chamber and one gas discharge chamber, it may also have two raw material chambers with a gas discharge chamber in between, as shown in FIG.
2 and 3 are drawn so that the inside of the uppermost firing container can be seen, but in order to equalize the amount of gas flowing into each firing container during firing, the uppermost firing container It is preferable to cover it with a lid.

〔加熱処理〕
本発明では、酸化アルミニウムの窒化を行う前処理として、前記混合原料を充填した焼成容器とを、窒素流通下で650℃以上、1250℃未満、好ましくは800~1000℃の温度で、30分以上加熱処理する。前記温度であれば、酸化アルミニウムの窒化反応は起こらず、酸化アルミニウム中の付着水分が除去される。加熱温度が低いと水分が除去されず、炉の浸食を防ぐことが困難となる。また、加熱温度が高いと、酸化アルミニウム同士の焼結が始まるため、窒化アルミニウムの製造や最終的な粉末の物性に影響が出ることがある。
[Heat treatment]
In the present invention, as a pretreatment for nitriding aluminum oxide, a firing container filled with the mixed raw materials is heated under nitrogen flow at a temperature of 650°C or more and less than 1250°C, preferably 800 to 1000°C for 30 minutes or more. Heat treatment. At the above temperature, the nitriding reaction of aluminum oxide does not occur, and the moisture attached in the aluminum oxide is removed. If the heating temperature is low, moisture will not be removed and it will be difficult to prevent furnace erosion. Furthermore, if the heating temperature is high, sintering of aluminum oxide begins, which may affect the production of aluminum nitride and the physical properties of the final powder.

加熱処理は、30分以上、好ましくは200分以上行われる。その後、加熱処理された混合原料と焼成容器とを外気と接触させることなく、窒化反応室に移送させる。
上記加熱処理において、流通させる窒素ガスは、露点が低いほど好ましく、一般には、大気圧下で-70℃以下、好ましくは、-75℃以下のものが好適に使用される。また、窒素ガスの流通量は水分が除去可能な流量が確保されるように適宜決定すればよい。
なお、加熱処理を行う加熱処理室において、ガス接触部の材質はアルミナから構成されることが好ましい。通常、加熱処理は、乾燥炉や窒素置換室内で行われる。このため、ガスと接触する内張部分は、アルミナレンガから構成されることが好ましい。
The heat treatment is performed for 30 minutes or more, preferably 200 minutes or more. Thereafter, the heat-treated mixed raw material and the firing container are transferred to a nitriding reaction chamber without contacting with outside air.
In the above heat treatment, it is preferable that the nitrogen gas to be passed has a lower dew point, and in general, nitrogen gas of −70° C. or lower, preferably −75° C. or lower under atmospheric pressure is suitably used. Further, the flow rate of nitrogen gas may be appropriately determined so as to ensure a flow rate that can remove moisture.
In addition, in the heat treatment chamber in which the heat treatment is performed, the material of the gas contact portion is preferably made of alumina. Usually, the heat treatment is performed in a drying oven or a nitrogen purging room. For this reason, it is preferable that the lining portion that comes into contact with the gas be made of alumina brick.

前記加熱処理では、焼成容器に混合原料を充填し、焼成容器と混合原料との合計重量に対し、1000℃における加熱減量が5質量%以下となるように加熱処理することが好ましい。
因みに、原料アルミナの加熱減量は、1質量%以下であるが、吸着水を含む結合水は0.2~0.3質量%存在する。かかる加熱処理によって、結合水量が0.1質量%以下まで除去される。
In the heat treatment, it is preferable that the firing container is filled with the mixed raw materials and heat-treated so that the heating loss at 1000° C. is 5% by mass or less based on the total weight of the firing container and the mixed raw materials.
Incidentally, although the heating loss of raw alumina is 1% by mass or less, bound water including adsorbed water is present in 0.2 to 0.3% by mass. By this heat treatment, the amount of bound water is removed to 0.1% by mass or less.

尚、前記焼成容器に充填された混合原料は、焼成容器および原料中に含まれる窒素以外のガスが、窒素ガスに置換される。このような窒素置換は、上記加熱処理時に行ってもよいが、加熱処理に供される前に、別途実施することも可能である。かかる窒素置換は、混合原料を充填した焼成容器を収容する室内のガスを一端真空引きしたのち、窒素ガスを導入して行うのが一般的である。 In addition, in the mixed raw material filled in the firing container, gases other than nitrogen contained in the firing container and the raw materials are replaced with nitrogen gas. Such nitrogen substitution may be performed during the heat treatment, but it can also be performed separately before being subjected to the heat treatment. Such nitrogen substitution is generally performed by first evacuating the gas in the chamber housing the firing container filled with the mixed raw materials, and then introducing nitrogen gas.

〔窒化反応処理〕
加熱処理後の混合原料を充填した焼成容器を、窒素雰囲気下で、混合原料と焼成容器とを外気と接触させることなく窒化反応室に供給して、1450~1800℃、好ましくは1500~1700℃の温度に加熱する窒化反応室に供給して、酸化アルミニウムを窒化還元して、窒化アルミニウム粉末を製造する。
供給された窒素ガスは、前記した焼成容器内を通り、混合原料と接触して還元窒化反応が進む。
窒化反応処理では以下のような還元窒化反応が進行して、窒化アルミニウムが製造される。
Al23 + 3C + N2 → AlN + 3CO
この反応は吸熱反応(27kJ/AlN・mol、1800℃)であり、反応の制御が容易であり、粒径の揃った高純度窒化アルミニウム粉末が得られる。
[Nitriding reaction treatment]
The firing container filled with the mixed raw material after heat treatment is supplied to the nitriding reaction chamber under a nitrogen atmosphere without contacting the mixed raw material and the firing container with outside air, and heated to 1450 to 1800°C, preferably 1500 to 1700°C. The aluminum oxide is supplied to a nitriding reaction chamber that is heated to a temperature of 2,000 yen, and is reduced by nitriding to produce aluminum nitride powder.
The supplied nitrogen gas passes through the above-described firing vessel, contacts the mixed raw materials, and undergoes a reduction-nitridation reaction.
In the nitriding reaction treatment, the following reductive nitriding reaction proceeds to produce aluminum nitride.
Al 2 O 3 + 3C + N 2 → AlN + 3CO
This reaction is an endothermic reaction (27 kJ/AlN·mol, 1800° C.), the reaction can be easily controlled, and high purity aluminum nitride powder with uniform particle size can be obtained.

焼成温度は上記の下限温度より低い温度では窒化反応が十分進行せず、また、焼成温度が前記の上限温度を越える高い温度では窒化反応は十分進行するが、窒化アルミニウム粉末の凝集が著しくなることがある。 If the firing temperature is lower than the above-mentioned lower limit temperature, the nitriding reaction will not proceed sufficiently, and if the firing temperature is higher than the above-mentioned upper limit temperature, the nitriding reaction will proceed sufficiently, but the agglomeration of the aluminum nitride powder will become significant. There is.

前記焼成の際には焼成炉の炉材や焼成ボートなどの材質について不純物の原因とならないように配慮することが好ましい。また、窒素雰囲気は、高純度の窒素ガス流通下であるかあるいはそれにアンモニアガスなどを加えたガスが好適であり、通常これらの反応ガスを窒化反応が十分進行するだけの量、連続的又は間欠的に供給しつつ焼成すると良い。なお、窒化反応処理では、ガスと接触する少なくとも一部の室内張材料がカーボン材料からなることが好ましい。 During the firing, it is preferable to take care to ensure that the materials of the firing furnace and the firing boat do not cause impurities. In addition, the nitrogen atmosphere is preferably a high-purity nitrogen gas flow or a gas containing ammonia gas, etc., and these reaction gases are normally supplied continuously or intermittently in an amount sufficient for the nitriding reaction to proceed. It is best to bake it while supplying it. In addition, in the nitriding reaction treatment, it is preferable that at least a part of the interior lining material that comes into contact with the gas is made of a carbon material.

また、前記還元窒化反応において、還元窒化のための反応温度への昇温速度は、いかなる速度でもよいが、一般には、5~20℃/分が好ましい。
また、前記還元窒化温度にて還元窒化を行なう時間は、酸化アルミニウム粉末の窒化が完了するまでの時間を適宜決定すればよい。一般に、かかる時間は、2時間以上であり、好ましくは、5~50時間である。
Further, in the reductive nitriding reaction, the rate of temperature rise to the reaction temperature for reductive nitriding may be any rate, but is generally preferably 5 to 20° C./min.
Further, the time for performing the reductive nitriding at the reductive nitriding temperature may be appropriately determined by the time required to complete the nitriding of the aluminum oxide powder. Generally, such time will be 2 hours or more, preferably 5 to 50 hours.

また窒化反応処理では、少なくとも60%以上の転化率となるまで反応を進行させる第一の窒化反応処理と、第一の処理よりも高温の条件下で加熱する第二の窒化反応処理とから構成してもよく、第一の窒化反応処理の温度は1450℃以上1600℃以下で、第二の窒化反応処理の温度は1600℃を超え1800℃以下で行えばよい。
得られた窒化アルミニウム粉末は、焼成容器から回収される。
In addition, the nitriding reaction treatment consists of a first nitriding reaction treatment in which the reaction proceeds until a conversion rate of at least 60% is reached, and a second nitriding reaction treatment in which the reaction is heated at a higher temperature than the first treatment. The first nitriding reaction may be performed at a temperature of 1,450°C or more and 1,600°C or less, and the second nitriding reaction may be performed at a temperature of more than 1,600°C and 1,800°C or less.
The obtained aluminum nitride powder is recovered from the firing vessel.

〔酸化処理〕
回収された窒化アルミニウム粉末は、フリーの余剰カーボン粉末を含んでいるため、これを除去するために酸化処理を行うのが好ましい。酸化処理は高温で、酸化性ガスを用いて余剰のカーボン粉末を燃焼する方法が一般的である。
[Oxidation treatment]
Since the recovered aluminum nitride powder contains free excess carbon powder, it is preferable to perform an oxidation treatment to remove this. Oxidation treatment is generally performed by burning excess carbon powder using oxidizing gas at high temperatures.

酸化処理を行う際の酸化性ガスとしては、空気、酸素等の、カーボンを酸化し得るガスならば制限無く採用できるが、経済性や得られる窒化アルミニウムの酸素濃度を考慮して、空気が好適である。また、常圧の空気雰囲気下で酸化処理を行う場合、1200℃付近より窒化アルミニウムの急激な酸化が起こるため、処理温度は500~1100℃が好ましく、酸化の効率と窒化アルミニウム表面の過剰酸化を考慮して、600~900℃がさらに好ましい。 As the oxidizing gas for performing the oxidation treatment, any gas that can oxidize carbon, such as air or oxygen, can be used without restriction, but air is preferred in consideration of economic efficiency and the oxygen concentration of the resulting aluminum nitride. It is. In addition, when performing oxidation treatment in an air atmosphere at normal pressure, rapid oxidation of aluminum nitride occurs from around 1200°C, so the treatment temperature is preferably 500 to 1100°C, which reduces oxidation efficiency and excessive oxidation of the aluminum nitride surface. Considering this, 600 to 900°C is more preferable.

酸化処理の時間は、カーボンの減少具合に応じて適宜設定すればよいが、例えば600~900℃で行うのであれば、1~6時間でできる。
酸化処理は、酸化炉が使用されるが、その形式は特に制限されず、静置式酸化炉または、攪拌機能を有する酸化炉などを使用できる。具体的には、マッフル炉、箱型炉、ボックス炉、ロータリーキルン、攪拌羽根の如き粉末の攪拌機構を具備した箱型炉等が挙げられる。そのうち、ロータリーキルンは、連続処理に適しており好適に使用される。また、上記撹拌式酸化炉は、温度を所定の範囲に維持するために、加熱手段を具備することが好ましい。特に、ロータリーキルンは、その外周に加熱手段を具備したものが好適である。
The time for the oxidation treatment may be set as appropriate depending on the degree of carbon reduction, but for example, if the oxidation treatment is carried out at 600 to 900°C, it can be carried out for 1 to 6 hours.
For the oxidation treatment, an oxidation furnace is used, but its type is not particularly limited, and a stationary oxidation furnace, an oxidation furnace with a stirring function, or the like can be used. Specifically, examples include a muffle furnace, a box furnace, a box furnace, a rotary kiln, a box furnace equipped with a powder stirring mechanism such as a stirring blade, and the like. Among these, rotary kilns are suitable for continuous processing and are preferably used. Further, it is preferable that the above-mentioned stirring type oxidation furnace is equipped with a heating means in order to maintain the temperature within a predetermined range. In particular, a rotary kiln equipped with heating means on its outer periphery is suitable.

酸化処理後の窒化アルミニウム粉末は、ミキサーなどにより、品質を均一化させたのち、各種包袋や缶詰に充填され製品として出荷される。
本発明の製造方法で得られる窒化アルミニウム粉末は、一次粒子の平均の円形率が80%以上となる。多くの場合には90%以上である。高い円形率を有しているため、窒化アルミニウム粉末を原料として焼結体を得る際の成形性が良好である。このような高い円形率は窒化アルミニウム粉末を還元窒化法により製造することにより達成することができるものであり、直接窒化法では粉砕等の処理が入るため、円形率は極めて低いものとなってしまう。
After the oxidation treatment, the aluminum nitride powder is made uniform in quality using a mixer, etc., and then filled into various packaging bags and canned goods and shipped as products.
The aluminum nitride powder obtained by the production method of the present invention has an average circularity of primary particles of 80% or more. In many cases it is 90% or more. Since it has a high circularity, it has good formability when obtaining a sintered body using aluminum nitride powder as a raw material. Such a high degree of circularity can be achieved by manufacturing aluminum nitride powder using the reduction nitriding method, whereas the direct nitriding method requires processing such as pulverization, resulting in an extremely low degree of circularity. .

〔窒化アルミニウム粉末の製造装置〕
本発明の製造装置は、図1に示すように、前記酸化アルミニウム粉末とカーボンからなる混合原料を充填した焼成容器2を窒素置換するための窒素置換室10と、加熱処理室11、窒化反応室12とを備える。
各室内にはガス流入口およびガス排出口を備え、かつ焼成容器を各室に移動させる移送手段および前記焼成容器2の移動に合わせて各室を仕切る隔壁の開閉手段を設けてなる。これらは、公知の構造を有する装置が特に制限無く使用される。
[Aluminum nitride powder production equipment]
As shown in FIG. 1, the manufacturing apparatus of the present invention includes a nitrogen purge chamber 10 for purging a firing container 2 filled with a mixed raw material made of aluminum oxide powder and carbon with nitrogen, a heat treatment chamber 11, and a nitriding reaction chamber. 12.
Each chamber is provided with a gas inlet and a gas outlet, and is also provided with transfer means for moving the firing container to each chamber, and means for opening and closing a partition wall that partitions each chamber in accordance with the movement of the firing container 2. For these devices, devices having a known structure can be used without any particular restrictions.

・窒素置換室
窒素置換室10では、入口側の隔壁が開となり、酸化アルミニウム粉末およびカーボン粉末からなる原料粉末を充填した焼成容器2が供給される。
-Nitrogen substitution chamber In the nitrogen substitution chamber 10, the partition wall on the inlet side is opened, and the firing container 2 filled with raw material powder consisting of aluminum oxide powder and carbon powder is supplied.

窒素置換室10では、原料や焼成容器2に混在しているガスを窒素ガスと置換する。かかる窒素置換方法は、窒素置換室10内の窒素以外のガスが、窒素ガスに置換すればよく、例えば、窒素置換室10内を真空ポンプにより一端真空引きしたのち、窒素を導入することにより行う方法が確実であり、一般に好ましく採用される。勿論、窒素置換室10に窒素ガスを流し続けることによる置換方法も採用可能である。 In the nitrogen substitution chamber 10, the gas mixed in the raw materials and the firing container 2 is replaced with nitrogen gas. Such a nitrogen substitution method may be performed by replacing the gas other than nitrogen in the nitrogen substitution chamber 10 with nitrogen gas, for example, by first evacuating the nitrogen substitution chamber 10 with a vacuum pump, and then introducing nitrogen. The method is reliable and is generally preferred. Of course, a replacement method in which nitrogen gas continues to flow into the nitrogen replacement chamber 10 can also be adopted.

窒素置換室10の入口の隔壁、加熱処理室11との間の隔壁は、シャッター、バルブ等により構成され、入口の隔壁を開いて焼成容器2を装入したのち、隔壁を閉じ、窒素置換したのち、加熱処理室11との隔壁を開として、処理後の焼成容器2を窒化反応室12に移送する。移送手段の一例としては、例えば押し出し式移送機構で、容器ごと押されて、コンベヤーやローラーなどが設けられた移送路上を移動する。 The partition wall at the entrance of the nitrogen substitution chamber 10 and the partition wall between it and the heat treatment chamber 11 are composed of shutters, valves, etc. After opening the partition wall at the entrance and charging the firing container 2, the partition wall is closed and the partition wall is replaced with nitrogen. Thereafter, the partition wall between the heat treatment chamber 11 and the heat treatment chamber 11 is opened, and the fired vessel 2 after the treatment is transferred to the nitriding reaction chamber 12. An example of a transfer means is, for example, a push-type transfer mechanism, in which the entire container is pushed and moved on a transfer path provided with a conveyor, rollers, or the like.

・加熱処理室
加熱処理室11は、窒素ガスを導入・排出することにより、窒素ガスを流しながら、窒素置換室10にて窒素置換された混合原料と焼成容器2を所定の温度で加熱して、所定の量以下となるように水分量を減らす。加熱処理室11は、ガスと接触する少なくとも一部の室内張材料が酸化アルミニウムからなることが好ましい。炭素材料で構成すると、加熱処理で除去される水分によって、室内張材料が侵食されることがある。
加熱処理室11には、所定の温度に加熱するための加熱手段が設けられ、加熱手段は加熱処理室11内部に設けられても、外部に設けられ内部を加熱するように設けられてもよい。
尚、本発明において、加熱処理室11が前記窒素置換室10を兼ねることも可能である。即ち、加熱処理室11において窒素置換を行った後、加熱処理を行うことも可能であり、この場合、窒素置換室10は別途設ける必要は無い。
- Heat treatment chamber The heat treatment chamber 11 heats the mixed raw material that has been nitrogen-substituted in the nitrogen substitution chamber 10 and the firing container 2 at a predetermined temperature while flowing nitrogen gas by introducing and discharging nitrogen gas. , reduce the water content so that it is below a predetermined amount. It is preferable that at least a part of the interior lining material of the heat treatment chamber 11 that comes into contact with the gas is made of aluminum oxide. When made of carbon material, the interior lining material may be eroded by moisture removed during heat treatment.
The heat treatment chamber 11 is provided with a heating means for heating to a predetermined temperature, and the heating means may be provided inside the heat treatment chamber 11 or may be provided outside so as to heat the inside. .
In the present invention, the heat treatment chamber 11 can also serve as the nitrogen substitution chamber 10. That is, it is also possible to perform the heat treatment after nitrogen substitution in the heat treatment chamber 11, and in this case, there is no need to separately provide the nitrogen substitution chamber 10.

・窒化反応室
窒化反応室12では、窒素ガスを焼成容器2内に流通させて、酸化アルミニウム粉末を窒化する。窒化反応室12は、熱伝導性の観点などから、ガスと接触する少なくとも一部の室内張材料がカーボン材料から構成されることが好ましい。
窒化反応室12には、所定の温度に加熱するための加熱手段が設けられ、加熱手段は加熱処理室11内部に設けられても、外部に設けられ内部を加熱するように設けられてもよい。
加熱処理室11と窒化反応室12は、窒素ガスは焼成容器2内を通るように導入される。また、窒素置換室10には、直接、窒素ガスを流通させなくとも、加熱処理室11からの窒素が入るようになっている。
-Nitriding Reaction Chamber In the nitriding reaction chamber 12, nitrogen gas is passed through the firing container 2 to nitride the aluminum oxide powder. In the nitriding reaction chamber 12, from the viewpoint of thermal conductivity, it is preferable that at least a part of the interior lining material that comes into contact with the gas is made of a carbon material.
The nitriding reaction chamber 12 is provided with a heating means for heating to a predetermined temperature, and the heating means may be provided inside the heat treatment chamber 11 or may be provided outside so as to heat the inside. .
Nitrogen gas is introduced into the heat treatment chamber 11 and the nitriding reaction chamber 12 so as to pass through the firing container 2 . Furthermore, nitrogen from the heat treatment chamber 11 is allowed to enter the nitrogen substitution chamber 10 without directly passing nitrogen gas therethrough.

・酸化処理室
さらに、窒化反応室12から排出された、窒化アルミニウム粉末とともに存在する残存カーボンを、酸素含有ガスの存在下に加熱することにより酸化処理する酸化処理室(酸化炉)を備えることが好ましい。このため、本発明の製造装置には、窒化反応室12から排出された、窒化アルミニウム粉末と残存カーボンとを回収する回収手段が設けられていてもよく、具体的には、産業用ロボットなどにより自動で回収する方法が挙げられる。
酸化炉としては、前記したような静置式酸化炉または、攪拌機能を有する酸化炉などを使用できる。具体的には、マッフル炉、箱型炉、ボックス炉、ロータリーキルン、攪拌羽根のような粉末の攪拌機構を具備した箱型炉等が挙げられる。
- Oxidation treatment chamber Furthermore, an oxidation treatment chamber (oxidation furnace) may be provided for oxidizing residual carbon present together with the aluminum nitride powder discharged from the nitridation reaction chamber 12 by heating it in the presence of an oxygen-containing gas. preferable. For this reason, the manufacturing apparatus of the present invention may be provided with a recovery means for recovering the aluminum nitride powder and residual carbon discharged from the nitriding reaction chamber 12. Specifically, an industrial robot or the like may One example is an automatic collection method.
As the oxidation furnace, a stationary oxidation furnace as described above, an oxidation furnace with a stirring function, or the like can be used. Specifically, examples include a muffle furnace, a box furnace, a box furnace, a rotary kiln, and a box furnace equipped with a powder stirring mechanism such as a stirring blade.

本発明の製造方法で得られる窒化アルミニウム粉末は、適度な粒径で粗大粒子が少なく、球形で、不純物も極めて少ないため、焼結体原料やフィラー用途等の各種用途に好適に使用できる。焼結体原料として使用される場合、本発明の窒化アルミニウム粉末は、テープ成形、プレス成形などの公知の方法により成形され、常圧もしくは加圧化で焼結される。具体的な用途としては、LED、パワーモジュール等の放熱基板、半導体製造装置用のヒーター、静電チャック等の用途が挙げられる。 The aluminum nitride powder obtained by the production method of the present invention has an appropriate particle size, has few coarse particles, is spherical, and has extremely few impurities, so it can be suitably used for various applications such as raw materials for sintered bodies and filler applications. When used as a raw material for a sintered body, the aluminum nitride powder of the present invention is molded by a known method such as tape molding or press molding, and sintered under normal pressure or pressure. Specific uses include heat dissipation substrates for LEDs, power modules, etc., heaters for semiconductor manufacturing equipment, electrostatic chucks, and the like.

以下、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例、比較例における各種物性および関連する数値は、下記の方法により測定した。 The present invention will be explained in more detail below, but the present invention is not limited to these Examples. Various physical properties and related numerical values in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.

(1)体積基準での50%粒径(D50
酸化アルミニウム粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化アルミニウムと未反応原料酸化アルミニウムの混合粉末の平均粒子径(D50)は、試料をホモジナイザーにてピロリン酸ソーダ水溶液中に分散させ、日機装株式会社製 MICROTRAC HRAを用いてレーザー回折法により測定した。
(1) 50% particle size based on volume (D 50 )
The average particle diameter (D 50 ) of aluminum oxide powder, aluminum nitride powder, and mixed powder of aluminum nitride and unreacted raw material aluminum oxide was determined by dispersing the sample in a sodium pyrophosphate aqueous solution using a homogenizer, and using MICROTRAC HRA manufactured by Nikkiso Co., Ltd. The measurement was performed using a laser diffraction method.

(2)比表面積
酸化アルミニウム粉末、カーボン粉末、窒化アルミニウム粉末、窒化アルミニウムと未反応原料酸化アルミニウムの混合粉末の比表面積は、島津製作所製流動式表面積自動測定装置フローソーブ2300形を用いてBET法により測定した。
(2) Specific surface area The specific surface area of aluminum oxide powder, carbon powder, aluminum nitride powder, and mixed powder of aluminum nitride and unreacted raw material aluminum oxide was determined by the BET method using a flow-type surface area automatic measuring device Flowsorb 2300 manufactured by Shimadzu Corporation. It was measured.

〔実施例1〕
50が0.8μm、比表面積6.5m2/gであるα-アルミナ100質量部と、比表面積3.4m2/gのカーボンブラック50質量部とを振動ボールミルにより混合し、図2に示すグラファイト製の焼成容器に充填した。上記焼成容器を窒素置換室にて窒素置換した後、加熱処理室に送り、1000℃に加熱しながら、露点-70℃以下の窒素ガスを流通させ、3時間加熱処理を行った。上記加熱処理により、焼成容器と混合原料とを合わせた、1000℃における加熱減量は2質量%となった。
上記処理後、焼成容器を窒化反応室に送り、窒素雰囲気下において、1600℃、20時間の条件で窒化反応処理を行った。
[Example 1]
100 parts by mass of α-alumina with a D 50 of 0.8 μm and a specific surface area of 6.5 m 2 /g and 50 parts by mass of carbon black with a specific surface area of 3.4 m 2 /g were mixed in a vibrating ball mill. It was filled into the graphite firing container shown. After the firing container was purged with nitrogen in a nitrogen purging chamber, it was sent to a heat treatment chamber, and while being heated to 1000° C., nitrogen gas having a dew point of -70° C. or lower was passed through, and heat treatment was performed for 3 hours. As a result of the above heat treatment, the heating loss at 1000° C. of the firing container and mixed raw materials was 2% by mass.
After the above treatment, the firing container was sent to a nitriding reaction chamber, and a nitriding reaction treatment was performed at 1600° C. for 20 hours in a nitrogen atmosphere.

得られた反応混合粉末を、空気雰囲気下において、630℃、8時間の条件で酸化処理(脱炭処理)を行った後、解砕を行い、窒化アルミニウム粉末を得た。
上記一連の処理を、1年間継続して行った後に窒化反応室の内壁(グラファイト)及び繰り返して使用した焼成容器を観察したが、侵食箇所は全く存在しなかった。
The obtained reaction mixture powder was oxidized (decarburized) at 630° C. for 8 hours in an air atmosphere, and then crushed to obtain aluminum nitride powder.
After the above series of treatments had been carried out continuously for one year, the inner wall (graphite) of the nitriding reaction chamber and the repeatedly used firing vessel were observed, and no corrosion spots were found at all.

〔比較例1〕
前記加熱処理を行わずに、窒化反応室に混合原料を充填した焼成容器を直接供給して窒化反応処理を行った以外、実施例1と同様に窒化アルミニウム粉末を製造した。
上記一連の処理を、運転開始から1ヶ月経過後に焼成容器および窒化反応室内壁を観察したところ、焼成容器及び反応室内壁において激しい侵食が起こっていた。
[Comparative example 1]
Aluminum nitride powder was produced in the same manner as in Example 1, except that the nitriding reaction treatment was performed by directly supplying a firing container filled with mixed raw materials to the nitriding reaction chamber without performing the heat treatment.
When the firing vessel and the walls of the nitriding reaction chamber were observed one month after the start of the above series of treatments, severe erosion had occurred in the firing vessel and the walls of the reaction chamber.

1・・・混合原料
2・・・焼成容器
3・・・原料室
4・・・隔壁
5・・・ガス排出室
6・・・ガス流入口
7・・・ガス排出口
8・・・ガス通過孔
10・・・窒素置換室
11・・・加熱処理室
12・・・窒化反応室
1... Mixed raw materials 2... Firing container 3... Raw material chamber 4... Partition wall 5... Gas discharge chamber 6... Gas inlet 7... Gas outlet 8... Gas passage Hole 10...Nitrogen substitution chamber 11...Heat treatment chamber 12...Nitriding reaction chamber

Claims (5)

酸化アルミニウム粉末とカーボンからなる混合原料を焼成容器に充填した状態で、窒素雰囲気下、1450~1800℃に加熱する窒化反応室に供給して窒化アルミニウム粉末を製造する方法であって、
酸化アルミニウムの窒化を行う前処理として、前記混合原料と焼成容器とを、窒素流通下、650℃以上、1250℃未満の温度で、30分以上加熱処理した後、前記加熱処理された混合原料と焼成容器とを外気と接触させることなく窒化反応室に供給することを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。
A method for producing aluminum nitride powder by filling a firing container with a mixed raw material consisting of aluminum oxide powder and carbon and supplying the mixture to a nitriding reaction chamber heated to 1450 to 1800°C in a nitrogen atmosphere, the method comprising:
As a pretreatment for nitriding aluminum oxide, the mixed raw material and the firing container are heat-treated at a temperature of 650° C. or higher and lower than 1250° C. for 30 minutes or more under nitrogen flow, and then the heated mixed raw material and A method for producing aluminum nitride powder, characterized in that the aluminum nitride powder is supplied to a nitriding reaction chamber without bringing the firing container into contact with outside air.
前記前処理では、焼成容器に混合原料を充填し、焼成容器と混合原料との合計重量に対し、1000℃における加熱減量が5質量%以下となるように加熱処理することを特徴とする請求項1に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。 Claim characterized in that, in the pretreatment, a firing container is filled with the mixed raw material, and heat-treated so that the heating loss at 1000° C. is 5% by mass or less based on the total weight of the firing container and the mixed raw material. 1. The method for producing aluminum nitride powder according to 1. 焼成容器に充填された酸化アルミニウム粉末とカーボンからなる混合原料を窒素置換する窒素置換室と
窒素置換された混合原料と焼成容器とを、窒素流通下、650℃以上、1250℃未満の温度で、30分以上加熱処理して水分量を減らす加熱処理室と、
加熱処理された酸化アルミニウム粉末を窒素流通下に窒化反応させる窒化反応室を備え、
各室内にはガス流入口およびガス排出口を備え、かつ
焼成容器を移動させる移送手段および前記焼成容器の移動に合わせて各室間の隔壁を開閉する開閉手段、および、加熱処理後の混合原料と焼成容器を外気と接触させることなく窒化反応室に供給しうる移送機構を備えることを特徴とする、窒化アルミニウム粉末の製造装置。
a nitrogen purge chamber that purges the mixed raw material of aluminum oxide powder and carbon filled in the firing container with nitrogen ;
a heat treatment chamber in which the nitrogen-substituted mixed raw material and the firing container are heat-treated at a temperature of 650° C. or more and less than 1250° C. for 30 minutes or more under nitrogen flow to reduce the moisture content ;
Equipped with a nitriding reaction chamber for nitriding heat-treated aluminum oxide powder under nitrogen flow ,
Each chamber is equipped with a gas inlet and a gas outlet, and includes a transfer means for moving the firing container, an opening/closing means for opening and closing partition walls between the chambers in accordance with the movement of the firing container , and a mixed raw material after heat treatment. An apparatus for producing aluminum nitride powder, comprising a transfer mechanism capable of supplying the powder and the firing container to a nitriding reaction chamber without contacting the outside air .
前記加熱処理室は、ガスと接触する少なくとも一部の室内張材料が酸化アルミニウムからなり、窒化反応室は、ガスと接触する少なくとも一部の室内壁材料がカーボン材料からなる、請求項3に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。 According to claim 3, in the heat treatment chamber, at least a part of the interior wall material that comes into contact with the gas is made of aluminum oxide, and in the nitriding reaction chamber, at least a part of the interior wall material that comes in contact with the gas is made of a carbon material. production equipment for aluminum nitride powder. さらに、窒化反応室から排出された、焼成容器内の得られた窒化アルミニウム粉末とともに存在する残存カーボンを、酸素含有ガスの存在下に加熱することにより酸化処理する酸化処理室を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の窒化アルミニウム粉末の製造装置。
Furthermore, the present invention is characterized by comprising an oxidation treatment chamber for oxidizing residual carbon discharged from the nitridation reaction chamber and existing together with the obtained aluminum nitride powder in the firing container by heating it in the presence of an oxygen-containing gas. The apparatus for producing aluminum nitride powder according to claim 3 or 4.
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