JPH02120214A - 窒化アルミニウム粉末の製造方法 - 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） 本発明は高い熱伝導度を有する窒化アルミニウム焼結体
を得るための窒化アルミニウム粉末の製造方法に関する
ものである。

更に詳細には常温、大気中で長時間放置後もこれにより
得られる焼結体の熱伝導度の低下のない窒化アルミニウ
ム粉末の製造方法を提供するにある。

（従来の技術およびその問題点） 近年、基板材料はＩＣなどの高集積化に伴い発生する熱
を速やかに逃がすことが重要な課題となっており、従来
のアルミナを主体とする基板材料ではこれら熱除去の問
題に対応しきれなくなっている。アルミナに代わる基板
材料として最近では窒化アルミニウムが脚光を浴びてお
り、鋭意研究開発がなされている。

このような窒化アルミニウム基板を製造するための原料
粉末は現在衣の二種類の方法により製造されている。　
一つはアルミニウム金属粉を直接窒素と反応させて窒化
アルミニウムとする直接窒化法であり、他の一つはアル
ミナとカーボンと窒素による還元窒化法である。

直接窒化法では比較的粗粒の金属アルミニウム粉を使用
して窒化後長時間の粉砕により微粒化する必要がありこ
のため不純物が混入し易くまた、結晶表面に歪みが入り
やすく、酸素に対する安定性が悪く物性的に良好なもの
を得るのが難しいという欠点を有する。

他方還元窒化法では原料のアルミナとして非常に微粒の
粉末を使用することが出来るため強い粉砕は必要ではな
く、物性的に良好なものが得られやすいが、該方法にお
いては過剰のカーボンを使用するため反応後製品中に残
存するカーボンを除去する焼成工程が必要となる。

しかしながら該焼成による過剰カーボンの除去は窒化ア
ルミニウム粉末中の酸素含有量を著しく増加せしめ、こ
れを原料として用いた焼結体の熱伝導率を著しく低下せ
しめる。

かかる欠点の解決方法として、アルカリ金属、アルカリ
土類金属あるいは希土類金属の炭酸塩硝酸塩あるいは酸
化物の少なくとも１種からなる酸化触媒を過剰カーボン
の窒化アルミニウム粉末に添加混合し、６００℃以下の
温度域において焼成し過剰カーボンを選択的に除去する
方法が特開昭６２−１９１４０７号公報により開示され
ている。

しかるに上記方法により得られた窒化アルミニウム粉末
は酸化処理直後の酸素含存量は低いものの、経時安定性
が悪く、大気中に長時間放置したばあい粉末に付着する
酸素が徐々に増加し、結果として該粉末を原料として焼
結体とした場合の熱伝導性を低下するとの欠点を有する
。

（発明が解決すべき課Ｂ） かかる事情下に鑑み本発明者らは還元窒化法において過
剰カーボンの酸化処理後の酸素含有量が少なく、かつ大
気中、長時間放置においても酸素含を量の増加の極めて
少ない窒化アルミニウムの製造方法を見出すべく鋭意検
討した結果、本発明方法を完成するに至った。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明方法は還元窒化法により得たカーボン含
有窒化アルミニウム粉末にアルカリ土類金属或いは希土
類金属の化合物の少なくとも一種を添加混合し、次いで
、該混合物を酸素存在下、６５０〜９００℃、３０分〜
６時間焼成することを特徴とする窒化アルミニウム粉末
の製造方法を堤供するにある。

以下、本発明方法をさらに詳細に説明する。

本発明方法の実施において窒化アルミニウムはアルミナ
とカーボンとの混合物を窒素雰囲気下に反応させて得ら
れる、所謂還元窒化法を対象とするものである。

これらに使用する原料としては、通常アルミナとしては
平均粒子径が約５μｍ以下、好ましくは約３μｍ以下で
、純度約９８重量％以上、好ましくは約９９重量％以上
のものが、またカーボンとしては平均粒子径約５μｍ以
下、好ましくは約３μｍ以下で、灰分が約０，５重量％
以下、好ましくは約０．２重量％以下のものが使用され
る。このようなカーボンとしてはカーボンブランク、黒
鉛化カーボン等が挙げられる。

就中比表面積が大きく反応速度が速い点よりカーボンブ
ランクの使用が推奨されるが、上記物性を満足するもの
であればこれに限定されるものではない。

還元窒化反応に際し、アルミナとカーボンは予め混合す
る。混合方法は混合に使用する装置より焼成後も不純物
として残るような不純物が混入しない装置、および方法
が使用される。

このような条件を満たす方法であれば、湿式乾式何れの
方法を採用してもよく、例えばボールミルやミキサータ
イプの混合方法が適用される。

湿式混合の適用に際し使用する分散媒体は公知のもので
あればよく、例えば水、メタノール、エタノール、イソ
プロピルアルコール等の脂肪酸アルコール、炭化水素、
ベンゼン、トルエン、ヘキサン等が挙げられる。

混合に際して、原料としてのアルミナとカーボンの使用
割合は、該原料の製法、純度、さらには平均粒子径等に
より一義的ではないが、通常アルミナ１００重量部に対
しカーボン約３５〜約７０重量部、好ましくは約４０〜
５５重量部の範囲で実施される。

混合時間は使用する混合機、混合量により異なるので、
予め、使用する混合条件で混合試験を行いアルミナとカ
ーボンの均一攪拌が可能となる時間を設定すればよい。

混合処理後のアルミナとカーボンよりなる原料粉末は必
要により乾燥処理した後、窒素またはアンモニア雰囲気
下で約り５００℃〜約１７００℃の温度で焼成し窒化ア
ルミニウムを得る。

焼成温度が１５００℃より低い場合には十分な還元窒化
反応が得られず、他方１７００’Ｃを越える場合には焼
結時、得られる焼結体の強固な凝集が生じ、結果として
粉砕を必須とするようになるので好ましくない。

このようにして得られた窒化アルミニウム粉末は原料と
して添加した過剰のカーボン或いは未反応のカーボン粉
末を含むので、これを除去する必要がある。

本発明においては該カーボン含有窒化アルミニウム粉末
にアルカリ土類金属或いは希土類金属の化合物の少なく
とも一種を添加混合し、次いで、該混合物を酸素存在下
、約６５０〜約９００℃、約６０〜約６時間焼成するこ
とにより、該カーボンを選択的に燃焼除去させるもので
ある。

カーボン含有窒化アルミニウム粉末に加えるアルカリ土
類金属或いは希土類金属の化合物の具体例としては、カ
ルシウム、ストロンチウムバリウム、ベリリウム、マグ
ネシウム、インドリウム、ランタン、セリウム、プラセ
オジウム、ネオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユ
ーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウ
ム、ホルビウム、エルビウム、ツＩＪ　’７ム、イツト
リウムおよびルテチウムからなる金属の少なくとも１種
の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、塩化物、弗化物、窒化物、
炭化物等、就中カルシウム、ストロンチウム、イツトリ
ウム、ランタン、セリウム、プラセオジウム、ネオジウ
ム等の酸化物、硝酸塩、炭酸塩、塩化物、弗化物、窒化
物、炭化物が推奨される。

これらは窒化アルミニウムとの焼成において昇華焼失す
るもの、あるいは残存するものがあるが、残存するもの
の中には窒化アルミニウムの焼結助剤として働くものも
あり、生成した窒化アルミニウムの用途により選択使用
すればよい。

カーボン含有窒化アルミニウムに対するこれらアルカリ
土類金属或いは希土類金属の化合物の添加量は使用する
金属化合物の種類により−ａ的ではないが、通常残存す
るカーボンに対し約１重量％（金属換算）以上、好まし
くは約２重量％〜約８０重量％の範囲で使用される。

また、これら金属化合物のカーボン含有窒化アルミニウ
ムへの混合方法は均一な混合効果が期待し得る方法であ
れば、湿式、乾式の何れの公知方法を適用してもよく、
これら装置材料よりの不純物の混入を防上し実施すれば
よい。

混合処理後の粉末は必要に応じて乾燥処理をした後、酸
素含有ガス雰囲気下で約６５０〜約９００℃、約１０分
間〜約６時間、より好ましくは約７００℃〜８５０℃、
約３０分間〜約５時間焼成する。

焼成温度が上記範囲より商い場合、また焼成温度が上記
範囲にあっても、焼成時間が長い場合には生成した窒化
アルミニウムの酸素含有量が増加し好ましくなく、他方
焼成温度が上記範囲よりも低い場合には、例え長時間焼
成したとしても、焼成後の窒化アルミニウム粉末を長時
間大気中に放置する場合には徐々に酸素含有量が増加し
、焼結体とした場合優れた熱伝導特性を得ることが出来
ない、また焼成温度が上記範囲にあって、焼成時間が上
記範囲よりも短い場合には所望とする焼成効果が得られ
ない。

焼成温度と焼成時間は使用する焼成装置、焼成装置内の
被焼成原料の量、供給酸素含有ガス量等により一義的で
はないが、通常焼成処理後の窒化アルミニウム中に残存
するカーボンの量が約０．１重量％以下になるまで焼成
すればよく当然のことながらカーボンの燃焼に十分な酸
素存在下においては、焼成温度が高い程焼成時間は短く
、低い捏持間は長く必要とする。また必要以上の焼成、
すなわち残存するカーボンが認められなくなった後のさ
らなる焼成は逆に窒化アルミニウム中の酸素量を増加さ
せる結果となるので好ましくない。

それゆえ、工業的操作においては焼成炉内より排出され
るガス中のＣＯ＊４度を連続測定することにより、焼成
条件の設定をすればよい。

本発明に使用するカーボン焼成装置は反応雰囲気に水蒸
気の混入しないタイプの公知の焼成装置であればよく、
例えば電気炉、間接加熱型ガス炉、ロータリーキルン等
を使用すればよい。

（発明の効果） 以上詳述した本発明方法により得られた窒化アルミニウ
ム粉末は、酸素含有量が低く　　（ｉｊ１常１．０重量
％以下）、かつ長時間大気中に放置しても極めて酸素増
加量（通常０．２重量％以下）が少ない窒化アルミニウ
ム粉末であり、これにより熱伝導率の高い窒化アルミニ
ウム焼結体の供給を可能ならしめるもので、その産業的
価値は頗る大なるものである。

（実施例） 以下、本発明方法を実施例によりさらに詳細に説明する
が本発明はかかる実施例により制限を受けるものではな
い。

尚、実施例中の％は重量％を示す。

実施例１及び比較例１〜２ 粉砕媒体としてアルミナポールを用いた１００リツトル
ボールミルに、平均粒子径０．４μ、純度９９．５％の
アルミナ１０ｋｇ、灰分０．０２％のカーボンブラック
４．７　ｋｇおよび界面活性剤（ノイゲンＥＡ−１３７
、第一工業製薬製造）０．５％を含むイオン交換水５０
１を投入しｌＯ時間混合し、得られたスラリーを脱水乾
燥後、Ｎ２雰囲気下で１６００℃、８時間加熱し還元窒
化した後、得られた窒化アルミニウム（カーボンを約１
３％含有）粉末１０ｋｇに酸化イツトリウムを１００ｇ
添加し２００Ｉｌのボールミルで乾式混合した。

次いで、５　Ｑ　ｃｓ　Ｘ　９０　ｃ−の面積を持つ容
器に上記乾式混合した試料を厚さ２ｃｍに充填（試料重
さ２．８ｋｇ）Ｌ、この容器を６０ＣＪＸ　６０ＣＩＩ
Ｘ１ｍの箱型電気炉に３段積層し、露点−５０℃ノ空気
を３ＯＮＩＴｒ／ｈ吹き流しながら７５０℃で焼成し、
排出ガス中のＣＯ□濃度が０．１％以下になるまで約２
時間焼成（酸化）した。

このようにして得られた窒化アルミ粉末は粒径１．５μ
、酸素含有量（酸化イツトリウムの酸素は除いて）は０
．６２％であった。このものを大気中に１ケ月放置した
ところ酸素の増加は０゜１１％であった。（実施例１） 比較として上記で用いた酸化イツトリウム混合後の窒化
アルミニウム粉末を焼成温度を５００℃とした他は上記
と同様に焼成した。この場合排出ガス中のＣＯ□濃度が
０．１％以下になるまでの焼成時間は約１０時間であっ
た。

このようにして得られた窒化アルミ粉末は粒径１．５μ
、酸素含有量は０．６１％であった。このもの大気中に
１ケ月放置したところ酸素の増加は０．３２％であった
。（比較例１）さらに比較として上記還元窒化直後の窒
化アルミニウム粉末に添加剤としての酸化イツトリウム
を添加せず７５０℃で焼成した。　この場合排出ガス中
のｃｏｔｔＷ度が０．１％以下になるまでの焼成時間は
約４時間であった。

得られた窒化アルミ粉末は粒径１．５μ、酸素含有量は
０．９４％であった。（比較例２）実施例２〜４及び比
較例３〜５ 実験条件が第１表に記載されている以外は実施例１と同
一条件で還元窒化反応および残存カーボンの酸化処理を
行い、得られた窒化アルミニウムの酸素含有量および大
気中に１力月放置後の窒化アルミニウム中の酸素含有量
の経時変化を調べた。その結果を第１表に示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）還元窒化法により得たカーボン含有窒化アルミニ
   ウム粉末にアルカリ土類金属或いは希土類金属の化合物
   の少なくとも一種を添加混合し、次いで、該混合物を酸
   素存在下、６５０〜９００℃、１０分〜６時間焼成する
   ことを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。