JPH02160610A

JPH02160610A - 窒化アルミニウム粉末の製造法

Info

Publication number: JPH02160610A
Application number: JP31701888A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Murase; 村瀬　光俊; Kazuhiko Nakano; 和彦中野; Norio Matsuda; 憲雄松田; Hideaki Murakami; 秀明村上
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1988-12-15
Filing date: 1988-12-15
Publication date: 1990-06-20

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）本発明は高い主成形密度を有する窒化アルミニウム成形
体を得るための窒化アルミニウム粉末の製造法に間する
ものである。

更に詳細には窒化反応時に原料アルミナ粉末の凝集が少
ない、畜生成形密度窒化アルミニウム成形体を得るため
の窒化アルミニウム粉末の製造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
粉末は現在次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
して窒化径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、原料粉末が
微粒のためか、窒化反応の際に凝集粒ができ易く、得ら
れた粉末を用いプレス成形やドクターブレード等により
得た成形体の成形密度が上がりにくいとの欠点を有して
いる。記載するまでもないが通常の焼結においては、焼
結前の成形体の密度が高い程得られる焼結体の収縮は少
なく、寸法精度の優れた成形体が得られる。それゆえ、
高い成形体密度の得られる粉末が要求されている。

（発明が解決すべき課題）かかる事情下に鑑み本発明者らは窒化アルミニウムの還
元窒化法において、成形体密度の高い窒化アルミニウム
粉末を得るべく鋭意検討した結果、本発明方法を完成す
るに至った。

（１１題を解決するための手段）すなわち本発明方法は、アルミナとカーボンを混合し窒
素雰囲気下で還元窒化を行う窒化アルミニウム粉末の製
造法において、該窒化還元反応をアルミナに対して０．
１重量％〜２重量％のカルシウム化合物（ＣａＯ換算）
の存在下で行うことを特徴とする窒化アルミニウム粉末
の製造法を提供するにある。

以下、本発明方法をさらに詳細に説明する。

本発明は、アルミナとカーボンの混合粉末を窒素雰囲気
下に焼成し、得られたカーボン含有窒化アルミニウム粉
末を酸素含有下に焼成し余剰カーボンを除去して窒化ア
ルミニウム粉末を得る、所謂、還元窒化法を対象とする
ものであり、該方法において、カルシウム化合物の存在
下にアルミナとカーボン混合粉末を窒素雰囲気下で反応
させることを必須とするものである。

還元窒化反応時に存在せしめるカルシウム化合物は、原
料として使用するアルミナに対しＣａＯ換算で約０．１
重量％〜約２重量％、好ましくは約０．２５重量％〜約
１．０重量％の範囲で存在させればよい、存在量が上記
範囲より少ない場合には、凝集粒の生成防止効果が少な
いためか高い成形密度を有する窒化アルミニウム粉末が
得難く、他方多すぎる場合には、揮散したカルシウム化
合物が炉内に多く堆積するので好ましくない。

カルシウム化合物としては、Ｃａｂ、Ｃａ　　（ＯＨ）
　ｔ、　　Ｃａ　ＣＯｓ、ＣａＣｔ、ＣａＣＮ＊、Ｃａ
　Ｆｚ、　　Ｃａ　ＣＩ！、　　Ｃａ　　（ＮＣ）＋）
　ｚ、Ｃａ　Ｓ　Ｏａリン酸カルシウム、アルミン酸カ
ルシウム、酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム等
が挙げられるが、就中取扱が容易であること、腐蝕性の
ないことよりＣａ　　（ＯＨ）　ｔ、　　Ｃａ　ＣＯｓ
、Ｃａ　　（ＮＯｓ）ｔおよびアルミン酸カルシウムが
推奨される。

反応に際し使用する原料として、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ック、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ッ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。この時カルシウムを含有する、或いはカルシウムを
付着したアルミナやカーボンを用いてもよいし、勿論カ
ルシウム化合物を添加し混合してもよい、混合方法は、
混合に使用する装置より焼成後不純物として残るような
不純物が混入しない装置や方法が使用される。

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７０ｆｆＥ量部、好ましくは約４
０〜５５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
ーボン或いはアルミナ、カーボンおよびカルシウム化合
物の均一攪拌が可能となる時間を設定すればよい。

混合処理後のカルシウム化合物を含有するアルミナとカ
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１７
００℃好ましくは約り５５０℃〜約１６５０℃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℃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。

該カーボンの除去はそのまま、あるいは必要によりアル
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、酸素存在下、約３００〜約９００℃、
約３００〜約６時間焼成することにより、該カーボンを
選択的に燃焼除去すればよい。

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、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、ツリウム、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一義的ではないが、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止し実施すれば
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。

尚、窒化還元時にカルシウム化合物と併用してＮａＯ換
算で約０．１重量％〜約２重量％のナトリウム化合物を
存在させても高密度を有する成形体をえることができる
。

（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、還元窒化反応時に生じるアルミナ粉末間の凝
集固着が少なく、これを用いて得た窒化アルミニウム成
形体は成形体密度が高いため、焼結時の収縮率が小さく
寸法精度の良い窒化アルミニウム焼結体を得ることを可
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粉砕媒体としてアルミナボールを用いた２００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（その他の主要不純物ＮａｔＯＯ，０４χ、Ｃ
ａ００．００５χ）１０ｋｇ、灰分０．０２％のカーボ
ンブランク４．７ｋｇ％ＣａＣＯ２粉末７２ｇ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５０１を投入しｌＯ時間混合
し、得られたスラリーを脱水乾燥後、Ｎ！雰囲気下で１
６００℃、８時間加熱し還元窒化した。

次いで、５０ｃｓｘ９０ｃｍの面積を持つ容器に上記窒
化アルミニウム粉末（カーボンを約１３％含有）を厚さ
２ＣＩＩに充填（試料重さ２．８ｋｇ）し、この容器を
６０　ｃｓ　Ｘ　６０　ｃｍ　Ｘ　ｌ　ｍの箱型電気炉
に３段積層し、露点−５０℃の空気を３ＯＮｎ？／ｈ吹
き流しながら７５０℃で焼成し、排出ガス中のｃｏｔ　
ｔ１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
、酸素含有量は０．９０％、炭素含有量０．０５％の微
粉末であった。

得られた粉末をｌ軸プレスによりＩｔ／ｃｔ！で圧縮成
形した。この時の圧粉体成形密度は１．５８ｇ／ｃｃで
あり、真比重に（３，２ｇ／ｃｃＯ値を使用した）対す
る割合（Ａ／Ｒ）は４９％であった。

実施例２〜５、比較例１〜２第１表に示す原料アルミナおよびカルシウム化合物を用
いた他は、実施例１と同様の方法で窒化アルミニウム粉
末を製造しこのものの成形体密度を調べた。結果を第１
表に示す。

尚カルシウム化合物の内Ｃａ　（ＮＯりｔはイオン交換
水に予め溶解し他の原料と混合した。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミナとカーボンを混合し窒素雰囲気下で還元
窒化を行う窒化アルミニウム粉末の製造法において、該
窒化還元反応をアルミナに対して０．１重量％〜２重量
％のカルシウム化合物（ＣａＯ換算）の存在下で行うこ
とを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造法。