JPH01160812A - 窒化アルミニウム粉体の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の、利用分野〉 本発明は新規な窒化アルミニウムの製造法に関し、詳し
くは粒径がきわめて小さく、反応が速やかに進行し、か
つ酸素濃度の低い窒化アルミニウム粉体の製造法に関す
る。

〈従来の技術〉 窒化アルミニウムは熱伝導性の大な・ることがら、高熱
伝導性基板、放熱部品など電子工業材料としての応用が
注目され出している。従来の窒化アルミニウム粉体の製
造法としては、例えば特公昭５９−５１４８３号の水酸
化アルミニウムにカーボンを混合し窒素雰囲気中で加熱
し低温で高純度の窒化アルミニウム粉体を高収率で得る
方法、特開昭６１−１５１００６号の水酸化アルミニウ
ムとカーボンの混合物に添加物を加え窒化還元処理する
ことによって粒径が小さくかつ揃った窒化アルミナ粉末
、粉体の製造法、あるいは特開昭５９−５０００８号の
２μｍ以下のアルミナ粉末とカーボン粉末との混合物を
窒素を含む高温雰囲気で窒化還元する方法などがある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら前記発明のうち、初めの２例に示されるよ
うな方法においては、出発原料として水酸化アルミニウ
ムを使用しているため、出発段階でカーボンと水酸化ア
ルミニウムがよく混合されていても、窒化還元工程にお
いて、加熱とともに１００〜７００℃の温度域で水酸化
アルミニウムは水分の蒸発とともにアルミナへの変態が
起き、粒子形状が大幅に変化し、結果的にカーボンとの
不充分な混合状態を惹き起す恐れがある。このため粒径
が小さく、反応が速やかに進行し、かつ酸素濃度の低い
窒化アルミニウムの製造法としては満足し得るものとは
言えない。さらには蒸発水分により炉内汚染を招き、ま
た水とカーボンが反応することでカーボン損失をも惹き
起す。前記発明の内、特開昭５９−５０００８号では窒
化還元反応に長時間を要し、また得られる窒化アルミニ
ウムの酸素濃度は高いものとなる。

本発明はこのような点に対処してなされたもので、窒化
還元反応を速やかに進行させ、酸素濃度も低く高熱伝導
性焼結体製造上好ましい微粒の粉体を得る新規な窒化ア
ルミニウムの製造法を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段χ 本発明に係る窒化アルミニウム粉体の製造法はアルミナ
とカーボンの混合物に窒素ガスを反応させて窒化アルミ
ニウムを製造する方法において、該アルミナの比表面積
（ＢＥＴ）が、２０ｍ２／ｇ以上、１３０ｍ２／ｇ以下
で、かつ付着水分１ｔ５゜５重量％以下であることを特
徴とするものである。

本発明で使用されるアルミナは常法で製造されたもので
よい。即ち、例えば比表面積（ＢＥＴ）が１１５ｍ２／
Ｈのアルミナ（商品名ｒＸＡ−１０」、日本軽金属（株
）！りが挙げられる。また水酸化アルミニウムを加熱処
理して得られたアルミナを用いてもよく、例えば水酸化
アルミニウム（商品名「Ｂ１１Ｐ３９Ｊ、日本軽金属（
株）製）を乾燥空気中６００〜８００℃に加熱処理して
本発明でいうアルミナを得ることができる。水酸化アル
ミニウムは加熱されると脱水反応が起こり、結晶水は蒸
発し各種の形態を持つアルミナ、例えばに−アルミナ、
γ−アルミナ、δ−アルミナ等を経て最後にはα−アル
ミナとなるが、この加熱条件を適当に選ぶことによって
、本発明でいう限定された比表面積（ＢＥＴ）を持ち、
付着水分量が限定されたアルミナを容易に製造すること
ができる。

前記水酸化アルミニウムｒＢ）ＩＰ３９Ｊを乾燥空気雰
囲気炉で仮焼したときの仮焼温度による比表面積（ＢＥ
Ｔ）の変化を第１図に示す。比表面積（ＢＥＴ）の測定
は比表面積自動測定装置（島津製作所製、２２００型）
で行なっ′た。

なお、アルミナの付着水分とは、無水のアルミナにアル
ミナの表面活性により吸着された水分を指すものとし、
アルミナの付着水分量はアルミナを１１００℃に強熱し
て、その減量から算出するＪＩＳ−Ｈ−１９０１−８０
の方法で求められる。

本発明において使用するカーボンはカーボンブラック、
グラファイト等の粉体であるが、この際本発明者らが既
に特許出願した加熱されると液相をとることなく固相の
まま、ないしは気相を経由して炭素化する固体の有機化
合物を添加することによって高熱伝導率を有する焼結体
を製造する上で好ましい微粒の粉体が得られ、且つ窒化
還元反応が速やかに進行するという優れた効果もある。

上記アルミナとカーボン混合物は窒素含有不活性ガス雰
囲気で１４００℃以上の高温に加熱された場合、次の式
（１）により窒化アルミニウムと一酸化炭素に変換する
ことが知られている。

Ａｌ２Ｏ３＋３Ｃ＋　Ｎ２　＝　２ＡＩＮ　＋　３ＣＯ
（１）本発明者らは、窒化還元反応を速やかに進行させ
、酸素濃度も低く焼結性に優れる微粉体である窒化アル
ミニウムの製造法を研究した結果、かかる目的を達成す
るためには、該アルミナが比表面積（Ｂ　Ｅ　Ｔ）が１
３０　ｍ２／　ｇ　を超え、かつ付着水分量が５．５重
量％を超えた場合、得られる窒化アルミニウムは粒が粗
く、酸素濃度が高いものとなり、一方アルミナの比表面
積（Ｂ　Ｅ　Ｔ）が２０ｍ２７ｇ未満で、かつ付着水分
量が５．５％を超えた場合、窒化還元反応に長時間を必
要とし、また得られる窒化アルミニウムは酸素濃度の高
いものとなる。

本発明で規定したアルミナを原料として窒化アルミニウ
ムを製造すると、窒化還元反応を速やかに進行させ、酸
素濃度も低く、高熱伝導性焼結体の製造上好ましい微粒
の製品が得られる。その理由は明確ではないが、次のよ
うに考えられる。

即ち、アルミナとカーボンの混合はζ例えば振動ボール
ミルとか回転ボールミルを長時間運転し均−混合物とさ
れる。この均一混合物は前記式（１）で窒化アルミニウ
ムに変換するが、本発明者らが種々の検討を加えた結果
、式（：）の反応に先立つ。

より低い１１００〜１２５０℃の温度でアルミナの粒成
長が始まるため、微粒の窒化アルミニウムを得るために
は、微粒のアルミナを原料とすることはもちろんのこと
、アルミナの粒成長を抑制することがきわめて重要であ
ることが明らかとなった。

一方、窒化還元反応は式（１）からも理解できるように
固体のアルミナと固体のカーボンが気体の窒素を介して
行われるものであり、固体粒子閏の距離が短かければ短
かい程反応の進行は速くなる。

加えて、本発明でいう原料のアルミナは表面に１０〜ｔ
　ｏｏｏオングストローム（八）程度の水分子の抜は道
となフた多数の空孔を有するものであり、比表面積（Ｂ
ＥＴ）が大きい程空孔の数は多く、その深さも深く、比
表面積（ＢＥＴ）が減少するとともに空孔が消滅したり
結合したりして、その数は減少し、その深さも浅いもの
となることが明らかとなった。付着水分は１２０〜２ｏ
ｏ℃程度での加熱処理では除くことは困難であり、その
理由は空孔深くに水分が取り込まれているためと思われ
る。

窒化アルミニウム中の酸素濃度は窒化アルミニウムの構
成物であるアルミニウムと酸素の強い親和力によるもの
であり、窒化還元工程での酸素分圧の影響を受は酸素分
圧が低い程得られる窒化アルミニウム中の酸素濃度も低
くなると思われる。

比表面積（ＢＥＴ）が２０ｍ２／ｇ　以上、　　１３０
ｍ２／ｇ以下で、かつ付着水分量が５．５重量％以下の
アルミナを原料とすると窒化還元反応は速やかに進行し
、得られる窒化アルミニウムの酸素濃度は低く、微粒と
なる理由としては前記した様に、混合工程でアルミナの
空孔内部にまでカーボンが入り込むためと考えられ、そ
の結果、アルミナの粒成長も抑制でき、かつアルミナと
カーボンの粒子間距離も短かくなり、加えて付着水分を
構成する酸素の分圧も低くなることに・よるものとも考
えられる。なお、原料カーボンとしては平均粒子径が２
０〜５０ｍμｍ程度のものが用いられる。

上記したようなアルミナとカーボンの混合物は慣用の窒
化還元反応炉を用いて１２５０℃〜１７００℃通常１４
００〜１６００℃の温度で４〜３０時間の短時間で窒素
ガス雰囲気中で反応を完了させることができる。

この際、混合物に前記したように固相のまま、ないしは
気相を経由して炭素化するフェノールホルムアルデヒド
樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレン、セルロー
スなどの有機化合物を添加して反応させる方法を採用す
れば、なお−層反応速度の向上が期待でき、より微細な
窒化アルミニウム粉体を得ることができる。

また、窒化還元反応に先立ち、本発明者らが既に特許出
願した１、０００℃以上１，４００℃以下の温度、０．
１気圧以下の圧力下で混合物を接触させる工程を含ませ
ることで、上記した本発明の効果に加え、陽イオン不純
物の含有率がきわめて少ない窒化アルミニウムを得るこ
ともで・きる。

〈実施例〉 以下に実施例、比較例を掲げて本発明を具体的に説明す
る。

実施例　１〜３ 窒化アルミニウムＩｌ造用アルミナとしては、それぞれ
第１表に示す比表面積（Ｂ　Ｅ　Ｔ）　、付着水分量を
有するアルミナ粉体を用いた。これらのアルミナは市販
品ｒＸＡ−１０Ｊ　（商品名９日本軽金属（株）！１）
もしくは水酸化アルミニウムの市販品ｒＢＨＰ３９」（
商品名９日本軽金属（株）製）を乾燥空気雰囲気炉で仮
焼して得たものである。

上記のアルミナ粉体１００ｇ（１００重量部）と平均粒
径２５ｗμ量のカーボン粉体４０ｇ　（４０重量部）を
ボールミルで２４時間混合した後、カーボン製のトレー
（縦２１０ｍｎ＋、　　横２１０＋ｎ＋ｗ、　　高さ４
０　ｍｍ）に充填した。このときの原料混合物の厚みは
３０ｍｍであった。このトレーを有効寸法が縦２３０　
ｒｍ、横２５０　！１１１１．　高さ２２０關の電気炉
内に配置し、窒素ガスを流通させながら常圧下で窒化反
応を行わせた。この窒化反応は・１５５０℃まで１００
℃／１１「で昇温させた後、窒化アルミニウ１１中のα
−アルミナが認められなくなるまで、この温度に維持し
た。

反応終了後、炉内から反応粉を取り出し、過剰カーボン
を酸化除去した。

得られた窒化アルミニウム粉体の粒子の大きさく平均粒
径）を光透過式粒径分布測定器（セイシン企業（株）製
、ＳＫＮ　１０００型）で測定した。

未反応α−アルミナの定量はＸ線回折で行なった。窒化
アルミニウム中の酸素濃度は蛍光Ｘ線分析（理化電機工
業（株）！！、システム３０７０）で定量した。結果を
まとめて第１表に示す。

実施例　４ 実施例１と同じアルミナを用い、カーボンにセルロース
（商品名「アビセルｌ’Ｈ３Ｏ２Ｊ、旭化成工業（株）
製）１７重量部を添加し混合した以外、実施例１〜３と
全く同一の方法で窒化アルミニウムを得た。結果を第１
表に示す。

なお、不純物のＦｅと５ｉｉｌ１度を蛍光Ｘ線分析（理
化電機工業（株）製、システム３０７０）で定量した結
果、それぞれ２５ｐｐｍ、　　３０ｐｐｎ＋であった。

実施例　５ 実施例４の方法で、窒化工程に１０００℃〜１２５０℃
の温度で０．０１気圧に維持させる工程を含ませた以外
、全く同一の方法で窒化アルミニウノ、を得た。結果を
第１表に示す。

なお、Ｆｅ、　Ｓｉの不純物濃度はいずれも１０ｐｐｍ
以下であった。

比較例　１ 水酸化アルミナ換算、（商品名ｒＢｌｌＰ３９Ｊ、　　
日本軽金属（株）製）１５５ｇ（アルミナ換算１００ｇ
）とカーボン粉体４０ｇを使用した以外は実施例と全く
同様な操作で窒化アルミニウム粉体を得た。この粉体を
実施例１〜３と同一の方法で分析した。

結果を第１表に示す。

比較例　２ 反応維持時間以外は比較例１と全く同様の方法で窒化ア
ルミニウノ、粉体を得た。結果を第１表に示す。

〈発明の効果〉 前記実施例から判るように、本発明方法によれば、従来
の技術に比べて、窒化還元反応を速やかに進行させ、酸
素濃度も低く、微粒を特長とした窒化アルミニウム粉体
に劣らない粒度９反応性を有する窒化アルミニウムを製
造することができる。

かかる窒化アルミニウム粉体は、放熱性基板等の高熱伝
導率を要求する製品の原料として好適であるから、本発
明は産業の発展のため極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は水酸化アルミニラＪ、　（商品名ｒＢＨＰ３Ｊ
。 日本軽金属（株）製）を乾燥空気雰囲気で仮焼したとき
の仮焼温度と比表面積（ＢＥＴ）の関係を示す図面であ
る。 特許出願人　日本軽金属株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アルミナとカーボンの混合物に窒素ガスを反応させ
   て窒化アルミニウムを製造する方法において、該アルミ
   ナの比表面積（ＢＥＴ）が、２０ｍ＾２／ｇ以上、１３
   ０ｍ＾２／ｇ以下で、かつ付着水分量５．５重量％以下
   であることを特徴とする窒化アルミニウム粉体の製造法
   。