JPH02307813A - 窒化アルミニウム粉末の製造方法 - Google Patents

窒化アルミニウム粉末の製造方法

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JPH02307813A
JPH02307813A JP1128886A JP12888689A JPH02307813A JP H02307813 A JPH02307813 A JP H02307813A JP 1128886 A JP1128886 A JP 1128886A JP 12888689 A JP12888689 A JP 12888689A JP H02307813 A JPH02307813 A JP H02307813A
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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、−次粒子の凝集の種度が小さい窒化アルミニ
ウム粉末の製造方法に関する33(従来の技術) 最近、窒化アルミニウム粉末は、熱伝導率が高く、エレ
クトロニクス材料として極めて有用な窒化アルミニウム
焼結体の原料として脚光を浴びている。窒化アルミニウ
ム粉末は、例えば、特開昭59−50008号公報によ
り公知である。上記の公報に記載された窒化アルミニウ
ム粉末は、高純度且つ微粒子であり、高熱伝導率及び透
光性等の優れた性質を有する窒化アルミニウム焼結体の
原料として使用されている。即ち、上記公報には、平均
粒子径が2μm以下の粉末で、酸素含有量が1.5重量
%以下、且つ窒化アルミニウム組成をAtNとするとき
含有する陽イオン不純物カ0.6重量%以下である窒化
アルミニウム粉末が示されている。
(発明が解決しようとする課題) 上記の窒化アルミニウム粉末は、高純度且つ微粒子であ
るために優れた性質を有する窒化アルミニウム焼結体の
原料となる。しかしながら、上記の窒化アルミニウム粉
末は、シート等に成形した後に焼結した場合、焼結によ
る収縮率が大きく、寸法安定性の点で十分に満足できる
ものではなかった。
(a題を解決するための手段) そこで、本発明者らは、焼結時の収縮率が比較的小さく
1寸法安定性が良好な窒化アルミニウム粉末を得ろこと
を目的として研究を重ねてきた。その結果、比表面積か
ら換算した平均粒径と、沈降法で測定した平均粒径とが
特定の関係を有するアルミナ粉末を原料として得た窒化
アルミニウム粉末が、上記の目的を達成することを見い
出I1、本発明を完成させるに至った。
R口ち、本発明は、(a)比表面積から算出1−た粒径
(D1)と沈降法で測定した平均粒径(D2)とが下記
式 %式% を共に満足するアルミナと、 (b)カーボン との混合粉末を窒素を含む雰囲気下に1500〜170
0°Cで焼成することを特徴とする窒化アルミニウム粉
末の製造方法である。
本発明に於けるアルミナ粉末の比表面積は−BET法に
よる窒素ガス吸着で得られたものである。この比表面積
から真球換算により粒径(D1)を求めることができる
。この方法で求め九粒径(D1)は、アルミナ粉末の一
次粒径を表わす。
一方、沈降法1例えば、揚場製作所製自動粒度分布測定
器CAPA−500を用いて測定した平均粒径(D2)
は、−成粒子が凝集して形成された凝集粒子の平均粒径
な表わす。
本発明に於ては、上記の比表面積から算出した粒径(D
1)は0.1μm≦D1≦1.0μmの範囲でなければ
ならない。Dlが0.1μm未満のアルミナ粉末を原料
とした場合、アルミナとカーボンの相互分散が悪くなり
、窒化反応時にかえってアルミナが凝集し、目的とする
窒化アルミニウム粉末が得られない。Dlが1.0μm
を越えるアルミナ粉末を原料とした場合もまた。原因は
不明であるが著しく凝集し九窒化アルミニウム粉末とな
り、目的とする窒化アルミニウム粉末を得るには不適で
ある。上記の粒径(D1)はQ、1t1m≦D1≦1.
0μmの範囲であればよいが、0.1μm≦D1≦0.
8μmの範囲であることが好ましい。
次に、原料のアルミナ粉末において前記の比表面積から
算出した粒径(D1)と沈降法で測定した平均粒径(D
2)とは、D2 /D、≦8でなければならない。D2
 /D、の値が8を越えたアルミナを原料とした場合に
は生成された窒化アルミニウム粉末の凝集種度が著しく
犬きくなり、焼結時の収縮率が十分に小さい窒化アルミ
ニウム粉末を得ることができない。
D2 /D、は6以下であることが好ましく、さらに5
以下であることが生成された窒化アルミニウム粉末の凝
集を抑制する点からより好ましbo 本発明においては、上記したDlとD2が特定のアルミ
ナであれば、公知のものが何ら制限なく用いられる。例
えば、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アル
ミニウム。
ミョウバン、水酸化アルミニウム等を焼成することによ
り得たアルミナであって本上記の粒子径条件を満足する
ものであれば良い。
また、前記した粒子径条件を充たさないアルミナであっ
ても、分級や混合により上記粒子径条件を満足させるこ
とができれば、窒化アルミニウム粉末用原料として採用
することができる。また、粉砕処理を施すことで所定の
粒子径条件を満足したアルミナを得ろことができ、この
ようなアルミナも原料として採用することができる。粉
砕方法は一般に1築的方法として知られている方法であ
れば倒ら区別なく採用される。例えば、ボールミル粉砕
、気流粉砕(ジェットミル粉砕)、アトライター粉砕な
どを用いることが出来る、しかも、原料アルミナに前記
粉砕処理を施すことにより、窒化アルミニウム粉末の不
純物含量が、アルミナ中の不純物含量から計算される推
定値を大きく下まわるという効果も得られる。
本発明に於て原料となるカーボンは、公知の本のが何ら
制限なく採用される。特に得られる窒化アルミニウム粉
末を高純度とし、且つその凝集を抑制するためには灰分
0.3%以下、平均粒子径1μm以下、比表面積が6O
n?/11以上、吸油量が8Qcc、/、v以上である
カーボンが好適に用いられる。
窒化アルミニウム中の不純物は、原料のアルミナを粉砕
処理することによってアルミナ中の不純物量から計算さ
れる推定量より減少させ得るが、アルミナやカーボン中
の不純物は窒化アルミニウム中の不純物として少くとも
一部残存するため、高純度の窒化アルミニウム粉末を得
るためには、アルミナの純度は99重量%以上、好まし
くは99.5重量%以上であり、カーボンの灰分け0.
3重量%以下、好ましくは0.2重量%以下であること
が好適である。
本発明の方法におけるアルミナとカーボンの混合比は、
一般に1:0.4〜1;3の範囲、好ましくはカーボン
天分から混入する不純物量を低減する意味で1 : 0
.4〜1 : 0.7の範囲が好適であるっ 混合は乾式あるいは湿式のどちらでも良い。
通常、混合手段はボールミルによる混合が好適であるが
、この際使用す、る容器、ボール等は高純度アルミナ質
、ジルコニアI、窒化フルミニウム質あるいはプラスチ
ック質なトラ用い、不純物の混入を極力防止するのが好
ましい。ボールミルとしては、公知のもの、例エバ回転
式ボールミル、バイブロボールミル等が挙げられる。ま
た、アトライターによる混合も採用し得る。また反応車
を上げ未反応アルミナ分の量を極小とするため十分均一
な混合を行うのが好ましい。混合粉末は焼成炉によって
1300〜1700℃、好ましくは1450〜1650
”Cの温度で通常′5〜10時間焼成することにより窒
化アルミニウム粉末が得られるう焼成温度が上記の下限
温度より低い温度では窒化反応が十分進行せず、目的の
窒化アルミニウム粉末が得られない場合があるので好ま
しくない。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、しばしば生成す
る窒化アルミニウム粉末の粒子径が大きくなるか。
あるいは凝集が著しくなり、目的とする微粉末の窒化ア
ルミニウムを得ることができない場合があるので好まし
くない。
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のが好
ましい。また焼成の雰囲気は窒素を含む雰囲気、通常は
高純度の窒素ガス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よい。
上記焼成後の混合物は窒化アルミニウム粉末の他に未反
応のカーボンを含有するので一般には混合物を550℃
〜750℃の温度で空気中あるいは酸素中で焼成し、残
存するカーボンを酸化除去すると好ましい。酸化温度が
高すぎると窒化下ルミニウム粉末の表面が過剰に酸化さ
れ目的とする粉末が得られ帷い傾向があるので適当な酸
化温度と時間を選択するのが好ましい。
本発明の方法により得られる窒化アルミニウム粉末は、
−次粒子の凝集の程度が比較的小さい粉末であるといえ
る。即ち、窒化アルミニウム粉末の比表面積から算出し
九粒径なり5とし、沈降法で測定した平均粒径をD4と
するとり、 /D5≦2.60である窒化アルミニウム
粉末が得られる。
(効果) 本発明に於て、特定の粒子径条件のアルミナとカーボン
を原料として得た窒化アルミニウム粉末は、−次粒子の
凝集の程度が小さい。
このため、該3化アルミニウム粉末を用いて焼結を行な
〕た場合、線収縮率を20%以下、さらKは17%以下
、さらに好ましくは15%以下とすることができる。こ
のように、本発明の方法により得られた窒化アルミニウ
ム粉末は、寸法安定性が良好であり、特に高融点金属の
ペーストを表面に印刷して焼成する同時焼成法や、積層
パッケージ類の炸裂に於いて、金属との収縮率の差を小
さくすることができるために好適に使用される。
さらに、酸素含有量及び陽イオン不純物の少ない窒化ア
ルミニウム粉末を原料とl−て用いた場合には、上記の
効果に加えて、高熱伝導性、さらには透光性を有する窒
化アルミニウム焼結体を得ることができる。
(実施例) 本発明を更に具体的に説明するために以下に実施例およ
び比較例を掲げるが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れる本のではない。
尚、以下の実施例及び比較例に於ける各種の物性の測定
は次の方法により行なった。
1)カーボンの灰分量: J Is K −6221−
1970に従い、750℃の灰化後の重量から求めた。
2)カーボンの吸油量:JI8 K−6221−197
0に従い、ジブチルフタレートの滴下量から求めた。
3) 比表面積:N2吸着によるBET法で求めた。(
島津裂作所■製[フローソーブ2300Jを使用) 4)粉末の平均−次粒通 5)粉末の平均凝集粒径;遠心沈降法にて求めた。(堀
場製作所■製rcAPA500Jを使用) 6)粉末中の不純物量 陽イオン不純物量;粉末をアルカリ溶融後、酸で中和1
.溶液のICP発光分光分析により定量した。(島津裂
作所■製 [工aps−1oooJを使用) 不純物カーボン量:粉末を酸素気流中で燃焼させ、発生
したCo 、CO2ガス景から定量した。(堀場鯛作所
■製11MIA−1101を使用) 不純物酸素量:グラファイトるつは中での粉末の高温の
熱分解法により発生したCOガス量から求めた。(堀場
胸作所■製 rEM()A  2800」を使用) ツ)シート成形体密度(d (,9) ) : AtN
粉末と分散剤とを有機溶媒中に分散させてスラリーとし
、これをドクターブレード法により成形して得た成形体
の寸法と重量とから生密度を求め、この値からAtN粉
末だけの成形密度を計算して求めた。
8)AtN焼結体密度(d(s)):アルキメデス法に
より求めた。(東洋精機■製「高精度比重計D−HJを
使用) 9)  A4N 焼結体熱伝導基:レーザーフラッシュ
法により求め、検量線による厚さ補正を行った。(理学
電機■製「熱定数測定装置Pa−7Jを使用) 10)  焼結時の収縮率:焼結前後の寸法測定により
求めた。
実施例 1 純度99.9%、沈降法により測定1−た平均粒径CT
:)2”) 0.94 μm 、比表面積7.7n?/
9゜比表面積から計算した粒径(D1) 0.21μm
D2/D1 =4.5のAt205 5001と、灰分
量0.08重憧°石、比表面積158n?/1.吸油量
120cc/、9のカーボン500gとをナイロン表ボ
・ノドとボールを用い、混合1−た。
混合粉末を高純度黒鉛製るつぼに入れ、N2ガス流下で
1550”C,6時間加熱し、しかる後、未反応のカー
ボンを酸化除去した。1得られた粉末のX@回折パター
ンはA/、Nのピークのみを示した。得られた粉末の特
性は表1に示t、たとおりである。
表    1 次に、得られたktN 粉末400.9とCa5A12
06241 +ソルビタントリオレート4g、トルエン
132I!、エタノール108gとを内容積4.8tの
ナイロン與ポットに仕込みナイロン被覆ボールを用いて
24時間混合した。混合スラリーに1、ポリビニルブチ
ラール28II、ベンジルブチルフタレート28g、ト
ルエン441エタノール36gを加え、更に24時間ボ
ールミル混合した。得られたスラリーを粘度が2000
0 cps (at25℃)になるまで真空脱泡を行っ
た。脱泡後のスラリーをドクターブレードシート成形法
で成形し、厚さ1■の成形体を得た。この成形体を34
m口の金型で打ちぬき焼結テスト用サンプルとした。シ
ート成形体密度(d(!i))はi、91i/m)であ
った。打ちぬいた成形体をマツフル炉中で空気中、60
0℃、6時間脱脂処理した。ついでこの成形体を、内壁
にBNスラリーを塗布した黒鉛製るつぼに入れ、焼結テ
ストを行った。焼結はN2気流中で、室温から1800
゛Cまでの昇温速度を5℃/minとし、1800℃で
7時間保持後、自然冷却の条件下で行った。得られた焼
結体は熱伝導率1寸法および密度の測定に供(〜た。
得られた焼結体の密度は3.26.9/−であり、焼結
時の収縮車は16.5%であった。また熱伝導車は16
’5W/m−にであった。
実施例 2 様々な糧類のアルミナ粉末と、実施例1で用いたカーボ
ンとを実施例1と同様に混合し、次いで焼成した。得ら
れた粉末のX線回折パターンは、すべてAAN単相であ
った。次に実施例1と同様の方法で成形、焼成を行い。
焼結体物性と焼結時の収縮高を測定した。結果を表2に
示す。
−゛: 実施例 3 純度99.9%(Fe 76ppm、Si 130pp
m)沈降法により測定した平均粒径(D2) 1.83
μm、比表面積より計算した粒径(D1)0.20μm
のアルミナ粉末を、アルミナボールを媒体としてアトラ
イター粉砕した。こうして得られた粉砕アルミナは純度
99.9%以上で、Fe 80 ppm 、 8i 1
27 ppmであり、比表面積より計算した粒径(D1
)は0.19μm 。
沈降法により測定した平均粒径(D2)は0.65μm
であった。この粉砕アルミナ500gと、灰分量0.0
8重量%(Fe 23ppm 、 Si 4ppm)+
比表面積138n?/11 、吸油量120CL/11
のカーボン5oofIとを、ナイロン製ポットとボール
を用いて混合した混合粉末を高純度黒鉛製るつぼに入れ
−N2 ガス流下で1550°C,6時間加熱し、しか
る後、未反応のカーボンを酸化除去した。得られた粉末
の物性を表3に示した。
表    6 次に実施例1と同様の方法で、成形、焼成を行い、焼結
体物性と焼結時の収縮率を測定し友。結果を表4に示し
た。
表    4 比較例 実施例3で用いたアルミナ粉末を粉砕せずに原料とし、
実施例3と同様の方法で混合。
焼成を行い白色粉末を得た。得られた粉末の物性を表5
に示17た。
表    5 次に実施例1と同様の方法で成形、焼成を行い、焼結体
物性と焼結時の収縮率を測定した。結果を表6に示した
表    6

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)比表面積から算出した粒径(D_1)と沈降法で
    測定した平均粒径(D_2)とが、下記式0.1μm≦
    D_1≦1.0μm D_2/D_1≦8 を共に満足するアルミナと、 (b)カーボン との混合粉末を窒素を含む雰囲気下に1300〜170
    0℃で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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013209259A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Tokuyama Corp 金属窒化物粉末の製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5950008A (ja) * 1982-09-17 1984-03-22 Tokuyama Soda Co Ltd 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法

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