JPH02160611A - 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方法に関す
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、高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ｔＣ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通常原料のアルミナとしては反応装
置の保全や生成物に要求される物性等の条件より、微粒
で、高純度、低ソーダ濃度のアルミナが使用されている
。

それゆえ、金属アルミニウムを原料粉末として用いる場
合のように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成形した場合、得られ
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。

（課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
造方法において、平均粒径２μ以下のアルミナを用い且
つ該窒化還元反応をアルミナに対して０．１重量％〜２
重量％のナトリウム化合物（Ｎ　ａ　ｔｏ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
方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、ナトリウム化合物の存在
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ナトリウム化合物は、原
料として使用するアルミナに対しＮａ！ＯＩＡ算で約０
．１重量％〜約１重量％、好ましくは約０．５重量％〜
約１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ナトリウム化合物
が炉内に蓄積し炉材を侵食する等の不都合を生じるので
好ましくない。

ナトリウム化合物としては、酸化ナトリウム、水酸化ナ
トリウム、硝酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸
ナトリウム、アルミン酸ナトリウム、リン酸ナトリウム
、塩化ナトリウム、フン化ナトリウム、酢酸ナトリウム
、ステアリン酸ナトリウム等が挙げられるが、就中取扱
易さ、経済性或いは腐蝕性等より、炭酸ナトリウム、水
酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、硝酸ナトリウム
、水酸化ナトリウムが推奨される。

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２μｍ以下、好ましくは約１μｍ以下で
、純度約９８重量％以上、好ましくは約９９重量％以上
のものが使用される。平均粒子径が２μｍを超える場合
には完全窒化反応が生じ難く、結果として得られる焼結
体の物性が低下するので好ましくない。

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重置％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。この時ナトリウムを含有する、或いはナトリウムを
付着したアルミナやカーボンを用いてもよいし、勿論ナ
トリ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
ーボン或いはアルミナ、カーボンおよびナトリウム化合
物の均一撹拌が可能となる時間を設定すればよい。

混合処理後のナトリ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、窒化還元時にナトリウム化合物と併用してＣａＯ換
算で約０．１重量％〜約１重量％のカルシウム化合物を
存在させても高密度を有する成形体を得ることができる
。

（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 原料としてＮａｔＯ含有量が０．２５％でその他の不純
物が０．０２％以下で平均粒子径が０．４μのアルミナ
１６．３　ｋｇを、ポリオキシスチリルフェニルエーテ
ルからなるノニオン系界面活性剤０．５％含有イオン交
換水１６１に添加し、超音波混合し均一なアルミナスラ
リーを得、次いでこのスラリーに灰分０．０２％のアセ
チレンブランク７、７　ｋｇを添加し高速攪拌して混合
した後この混合物を熱風乾燥機にて１５０℃で乾燥した
。　乾燥後の混合粉末はカーボン／アルミナのモル比は
４．０であった。

この混合粉末をグラファイト製の容器に充填し窒素ガス
を流しながら１６００℃で８時間加熱し還元窒化反応を
行った後、空気中で７００℃、３時間加熱して余剰カー
ボンを燃焼除去した。

このようにして得られた窒化アルミニウム粉末は粒径１
．７μ、酸素含有量は０．９７％、炭素含有量０．０５
％の微粉末であった。

得られた粉末を１軸プレスによりＩｔ／−で圧縮成形し
た。この時の圧粉体成形密度は１．５８　ｇ　／　ｃｃ
であり、真比重（３，２ｇ／ｃｃとして）に対する割合
（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、ナトリウム化合物およびカ
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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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方法において、
   平均粒径２μ以下のアルミナを用い且つ該窒化還元反応
   をアルミナに対して０．１重量％〜２重量％のナトリウ
   ム化合物（Ｎａ＿２Ｏ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方法。