JPH0264100A - AlNウィスカーの製法 - Google Patents

AlNウィスカーの製法

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JPH0264100A
JPH0264100A JP63212971A JP21297188A JPH0264100A JP H0264100 A JPH0264100 A JP H0264100A JP 63212971 A JP63212971 A JP 63212971A JP 21297188 A JP21297188 A JP 21297188A JP H0264100 A JPH0264100 A JP H0264100A
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carbon black
whiskers
aln
aluminum chloride
nitrogen gas
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Koji Sawada
康志 沢田
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Matsushita Electric Works Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/005Growth of whiskers or needles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38Nitrides

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  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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〕 この発明は、AlN (窒化アルミニウム)ウィスカー
の製法に関する。
〔従来の技術〕
高純度のAffNは、高熱伝性を有し、そのウィスカー
は、高強度、高靭性等のセラミック特有の性質を持つ。
従って、AANウィスカーは、各種の補強材として有用
であるほか、高放熱基板のフィラーとしても有望である
。AlNウィスカーは、また、近年注目を浴びるように
なった、Cv■(Chemical Vapor In
filtration)法のヘッドとしても利用できる
。すなわち、このAlNウィスカーを抄造法などで、あ
る一定の形状、大きさに成形し、多孔質のAANウィス
カーのベツドを作り、AlNあるいは他のセラミックを
気相浸透法によって、その多孔質ベツド(多孔体)の内
部に析出させ、高密度のセラミックスを合成できる。
AI!Nウィスカーの生成技術として、下記の方法が知
られている。
■ CVD法。この方法は、塩化アルミニウム(AIC
l、)とアンモニア(NH,)とを気相で反応させて、
AlNウィスカーを補集する方法である。
■ Alzox粉末に遷移金属化合物、特に、Fe、N
i、Coの塩化物または硝酸塩、比表面積の大きいカー
ボンブラックを添加し、窒素ガス(N、ガス)中で16
50〜1850℃に加熱する方法(特開昭62−283
900号公報)。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記■の方法は、プロセスが複雑でコストが高いという
問題点がある。また、上記■の方法は、遷移金属の不純
物が残存し、高放熱性を阻害する原因となる。
そこで、この発明は、プロセスが簡単でコストが低く、
得られたAiNウィスカーに不純物の残存がなく、しか
も、同ウィスカーの生成収率が良い/INウィスカーの
製法を提供することを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、請求項1の発明にかかる/
INウィスカーの製法は、アルミニウムの塩化物とカー
ボンブラックの混合物を、窒素ガスを含む非酸化性雰囲
気中で加熱してAlNウィスカーを得るものとされてい
る。
請求項2の発明にかかるAlNウィスカーの製法は、請
求項1の発明において、アルミニウムの塩化物が塩基性
塩化アルミニウムであるものとされている。
請求項3の発明にかかるA I Nウィスカーの製法は
、請求項1または2の発明において、カーボンブラック
が、BET比表面積50n?/g以上、かつ、DBP吸
油量70d/100g以上であるものとされている。
〔作   用〕
アルミニウムの塩化物とカーボン蒸気1.りの混合物を
、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気中で加熱すると、塩化
アルミニウム(、AjIC7!、)の蒸気が生じ、この
A I C1!蒸気と窒素ガスとが反応してAlNウィ
スカーを生成する。Al源として、アルミニウムの塩化
物を用いており、金属アルミニウムやアルミナなどを用
いていないので、粒状のAlNの生成が少なく、AlN
ウィスカーの生成収率が高い。原材料に遷移金属を用い
ておらず、不純物がウィスカー生成反応の起こる温度に
達する前の低温段階でほとんど気相中にとんでしまうの
で、生成したANNウィスカー中に不純物の残存がない
。また、上記CVD法などに比べると、プロセスが簡単
であり、したがって、コストが低い。
アルミニウムの塩化物として、化学式A1 (01()
mcnnで表される塩基性塩化アルミニウム(以下rB
AcJと称する)を用いることが好ましい。このように
することにより、AANウィスカーの収率がより高くな
る。BACは、他のアルミニウムの塩化物よりも高い温
度まで塩素が固相中に残留するため、加熱処理のときに
、−邪気化したAlCl!sが窒素ガスと反応してAl
Nウィスカーを生成するほか、前記残留した塩素が触媒
の役割を果たしてA120./10の蒸気を生しさせる
。これらの蒸気、カーボンブラックから生成したカーボ
ン蒸気および窒素ガスが気相中で還元窒化反応を起こし
、A2Nウィスカーを生成し、収率が高くなる。残留し
ていた塩素は、気相中へ移動してしまう。
使用するカーボンブラックは比表面積の大きいものが望
ましく、BET比表面積50n(7g以上、かつ、DB
P吸油970m7/100g以上が最適である。カーボ
ンブラックのBET比表面積が50m/gよりも小さい
か、または、DBP吸油量70 d / 100 gよ
りも少ないと、ウィスカーが生成しにくくなり、収率が
極端に低くなるおそれがある。
〔実 施 例〕
以下に、この発明を、その実施例を表す図面を参照しな
がら詳しく説明する。第1図は、この発明にがかるAl
Nウィスカーの製法の1実施例を表す工程図である。第
1図にみるように1、アルミニウムの塩化物1とカーボ
ンブラック(Cm)2とを混合する工程3、その混合物
を、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気中で加熱処理(焼成
)する工程4、加熱処理後、残留しているカーボンを除
去する塩カーボン工程5を経て、AlNウィスカー6が
得られる。
この発明では、Al源として、アルミニウムの塩化物を
用いる。アルミニウムの塩化物は、一般に低温で気化し
やすい性質を持つ。そのコストは、金属アルミニウムや
アルミナよりも安い。アルミニウムの塩化物としては、
通常の塩化アルミニウム(A It Cl s)、BA
Cなどが使用されるが、これらに限定するものではない
。BACは、上述のように、通常の塩化アルミニウムが
低温で気化してしまうのに対して、Cの還元および窒化
の始まる800〜1200℃の温度まで塩素が残留する
ため1.INウィスカーの収率をより高くするのに好ま
しい。
この発明に用いるカーボンブラックは、特に限定はない
が、上述のように、BET比表面債50m/g以上、か
つ、DBP吸油量70d/100g以上のものが好まし
い。
アルミニウムの塩化物とカーボンブラックとの混合物は
、乾式混合法および湿式混合法のいずれによっても得る
ことができ、特に限定はないが、湿式混合法の方が分散
性に優れる。たとえば、アルミニウムの塩化物を水に熔
解し、次いで所定量のカーボンブラックおよび必要に応
じて有機系界面活性剤を添加し、超音波分散する。なお
、皇后は十分に行う方がよい。次に、水分を蒸発除去し
、アルミニウムの塩化物とカーボンブラックとの混合物
を得る。
アルミニウムの塩化物とカーボンブラックの配合割合は
、特に限定はないが、アルミニウムの塩化物中のアルミ
ニウムのモル数から算出したアルミナ換算で、アルミナ
1重量部に対してカーボンブラック0.5重量部以上と
するのが好ましい。カーボンブラックの割合が0.5重
量部よりも少ないと、ウィスカーが生成しにくくなり、
収率が極端に低いことがある。また、カーボンブラック
の割合が、前記アルミナ1重量部に対して2重量部より
も多くなると、カーボンブラックの残存が多くなって無
駄である上、その除去に手間取るので、カーボンブラッ
クの割合は2重量部以下とするのが好ましい。
アルミニウムの塩化物とカーボンブラックの混合物を、
たとえば、黒鉛るつぼに入れ、窒素ガスを含む非酸化性
雰囲気中で加熱処理する。窒素ガスを含む非酸化性雰囲
気は、窒素ガスを含んでいて、高温で窒化物が酸化され
ないのであれば、特に限定はなく、また、純窒素ガス雰
囲気であってもよい。加熱の温度は、特に限定はないが
、1400〜1800℃とするのが好ましい。1400
°Cよりも低い温度で加熱処理すると、Al2Nウィス
カーが生成しにくくなり、収率が低くなるおそれがある
。また、1800℃よりも高い温度で加熱処理すると、
カーボンがAlNウィスカー中に不純物として残るおそ
れがある。
加熱処理により、AlNウィスカーが生成する。得られ
た粉末は、たとえば、AANウィスカーと1.IN粉末
、および、余分のカーボンブラックである。カーボンブ
ラックは燃焼などの処理により容易に除去できる。得ら
れたAlNウィスカーは、たとえば、径3μm以下、長
さ数百p1に及ぶ高アスペクト比のものである。
この発明により得られたAlNウィスカーは、不純物が
非常に少ないので、高熱伝性を有し、高強度、高靭性等
のセラミック特有の性質をもつ。
従って、上述のように、各種の補強材、高放熱基板のフ
ィラー、CVI法のヘッドなどとして有用である。なお
、用途はこれらに限定されない。
なお、この発明は、上述の実施例に限定されない。たと
えば、上記実施例のように、アルミニウムの塩化物とカ
ーボンブラックの混合物を凋恕する工程を備えていても
よいが、予め調製されたその混合物を用いるようにして
、同混合工程を備えていなくてもよい。また、加熱処理
後に、カーボンブラックが残存していなければ、脱カー
ボン工程は不要である。
以下に、より具体的な実施例および比較例を示すが、こ
の発明は下記具体的実施例に限定されない。
一実施例1− Logの多本化学■!1ljBAc (この10g中に
含まれるアルミニウムは、アルミナ換算で5gに相当す
る)を水に熔解させ、次いで10gのカーボンブラック
(BET比表面積1300 m / g、DBP吸油量
490d/100g)を添加し、0゜1gのPEG (
半井化学薬品@製#1000)を界面活性剤として添加
し、超音波分散させた後、水分を蒸発除去してアルミニ
ウムの塩化物とカーボンブラックとの混合物を得た。
この混合物を黒鉛るつぼに入れ、これをアルミナ製炉芯
管内で純窒素ガス雰囲気中(Nヨガス21/分フローの
条件下)で1600℃、3時間加熱処理して、AlNウ
ィスカーを得た。
得られたANNウィスカーは、収率70%、直1条3μ
m以下、長さ50〜300μ麿であった。また、AlN
ウィスカー中の不純物は、酸素(0)0゜5wt%以下
、かつ、カーボン(C)0.1wt%以下であった。
第2図は実施例1で得られたAlNウィスカーの析出状
態を示す走査型電子顕微鏡写真(SEM)である。この
写真の倍率は1000倍である。
この写真において、白っぽい線状物がAρNウィスカー
であり、黒い塊状物は、粒状に析出しなAlN、および
、残留しているカーボンである。
一実施例2一 実施例1において、BET比表比表面積1300ビ/D
BP吸油量490m7/100gのカーボンブラックの
代わりに、BET比表面積115rrr/g、DBP吸
油量113献/ 100 gのカーボンブラックを用い
たこと以外は、実施例1と同様にしてAlNウィスカー
を得た。
得られたAlNウィスカーは、収率60%、直径3μm
以下、長さ50〜300μmであった。また、AlNウ
ィスカー中の不純物は、酸素(0)0゜5wt%以下、
−かつ、カーボン(C)0.1wt%以下であった。
第3図は実施例2で得られたA7!Nウィスカーの析出
状態を示す走査型電子顕微鏡写真(SEM)である。こ
の写真の倍率は1000倍である。
この写真において、白っぽい線状物がAlNウィスカー
であり、塊状物は、粒状に析出したAlN、および、残
留しているカーボンである。
−比較例− 実施例1において、BAClogの代わりに粒i条0.
5μmのアルミナ5gを用いたこと以外は、実施例1と
同様にしたが、AlNウィスカーは得られなかった。
〔発明の効果〕
請求項1,2および3の各発明にがかるAρNウィスカ
ーの製法は、以上のように、プロセスが簡単でコストが
低く、得られたAlNウィスカーに不純物の残存がなく
、しかも、同ウィスカーの生成収率が良いものである。
請求項2の発明にかかるA I Nウィスカーの製法は
、AANウィスカーの収率をより高くすることができる
請求項3の発明にかかるAlNウィスカーの製法は、A
lNウィスカーの収率をより高くするごとができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にかかるAlNウィスカーの製法の1
実施例を表す工程図、第2図は実施例1におけるANN
ウィスカーの析出状態を表す走査型電子顕微鏡写真(倍
率1000倍)、第3図は実施例2におけるAlNウィ
スカーの析出状態を表す走査型電子顕微鏡写真(倍率1
000倍)である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アルミニウムの塩化物とカーボンブラックの混合物
    を、窒素ガスを含む非酸化性雰囲気中で加熱してAlN
    ウィスカーを得るAlNウィスカーの製法。 2 アルミニウムの塩化物が塩基性塩化アルミニウムで
    ある請求項1記載のAlNウィスカーの製法。 3 カーボンブラックが、BET比表面積50m^2/
    g以上、かつ、DBP吸油量70ml/100g以上で
    ある請求項1または2記載のAlNウィスカーの製法。
JP63212971A 1988-08-26 1988-08-26 AlNウィスカーの製法 Granted JPH0264100A (ja)

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JPH0524120B2 JPH0524120B2 (ja) 1993-04-06

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693305A (en) * 1995-10-19 1997-12-02 Advanced Refractory Technologies, Inc. Method for synthesizing aluminum nitride whiskers
WO2009066663A1 (ja) * 2007-11-22 2009-05-28 Meijo University 窒化アルミニウム単結晶多角柱状体及びそれを使用した板状の窒化アルミニウム単結晶の製造方法
JP2020070204A (ja) * 2018-10-30 2020-05-07 株式会社トクヤマ 窒化アルミニウム粒子
JP2022032638A (ja) * 2020-08-13 2022-02-25 古河電子株式会社 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法

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