JPH0323206A - 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウム粉末及びその製造方法Info
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- JPH0323206A JPH0323206A JP15752989A JP15752989A JPH0323206A JP H0323206 A JPH0323206 A JP H0323206A JP 15752989 A JP15752989 A JP 15752989A JP 15752989 A JP15752989 A JP 15752989A JP H0323206 A JPH0323206 A JP H0323206A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/072—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with aluminium
- C01B21/0726—Preparation by carboreductive nitridation
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。
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〕
本発明は高熱伝導性の窒化アルミニウムの製造方法に関
するものである. 〔従来の技術〕 窒化アル主ニウムは優れた熱伝導性のため,高熱伝導性
基板,放熱部品,放熱用フイラーなどとして注目されて
いる.これら用途のうち放熱用フィラー等として使用す
る場合,より粗粒で比較的粒径がそろっており丸味をお
びた形状である事が,放熱性,充填性,耐湿性の点で望
ましい。窒化アルミニウム原料粉末の製造方法は (1
)アルミナ質化合物の炭素粉末による還元窒化法. (
■)アルミニウムの直接窒化法, (■)プラズマ等
による気相合戒法等がある.しかしながら、 (1)の
方法では通常,高純度で分散性の良い平均粒子径3μm
未満程度の焼結体用の微粒の窒化アルミニウム粉末を得
るケースがほとんどである.また,平均粒子径3μm以
上の粗粒の窒化アルミニウム粉末は合或温度を高くする
ことによって得ることが可能であるが,粒径が不揃いに
なったり,熱伝導率が低い酸窒化アルミニウムスピネル
A1ON等の中間体を生じ,放熱用フイラー等の用途と
しては適当でない.また, (■)の方法では,m粒の
ものは得られるものの粒径が揃ったものが得られに<<
, (III)の方法ではコスト,量産性が難しいと
いう欠点がある. 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明はかかる現状に鑑み鋭意研究を行った結果なされ
たものであり、アルミナの炭化反応と炭化アルミニウム
の還元窒化反応をを組み合わせることにより、従来の方
法では得られなかった平均粒子径が大きく,粒径の揃っ
た分散性のよい丸味をおびた形状の高純度の窒化アルミ
ニウム及びその製造方法を提供するものである. 〔rlA!Plを解決するための手段〕本発明では,以
上のような目的を達或するためになされたものであり、
その要旨は,単一粒子の平均径が3μm以上で,丸味を
おびた形状を有し、実質的に酸窒化アルミニウムスピネ
ルを含まず、単一粒子径の揃った窒化アルミニウム粉末
及び、この窒化アルミニウム粉末の製造方法であり、こ
の製造方法はアルミナ粉末あるいはアルミナ前廂体と炭
素粉末あるいは炭素含有物質の混合物を真空中あるいは
不活性ガス雰囲気中で焼威し(第一段11W), 次
に窒素を含む非酸化性雰囲気中で焼成する(il二段階
)ことを特徴としている.ここで、不活性ガス雰囲気と
は、非酸化性及び非窒化性であることを意味する.また
単一粒子の粒径は,粉末を超音波分散により凝集をほぐ
した後にレーザー回折式粒度分析計で測定する。
するものである. 〔従来の技術〕 窒化アル主ニウムは優れた熱伝導性のため,高熱伝導性
基板,放熱部品,放熱用フイラーなどとして注目されて
いる.これら用途のうち放熱用フィラー等として使用す
る場合,より粗粒で比較的粒径がそろっており丸味をお
びた形状である事が,放熱性,充填性,耐湿性の点で望
ましい。窒化アルミニウム原料粉末の製造方法は (1
)アルミナ質化合物の炭素粉末による還元窒化法. (
■)アルミニウムの直接窒化法, (■)プラズマ等
による気相合戒法等がある.しかしながら、 (1)の
方法では通常,高純度で分散性の良い平均粒子径3μm
未満程度の焼結体用の微粒の窒化アルミニウム粉末を得
るケースがほとんどである.また,平均粒子径3μm以
上の粗粒の窒化アルミニウム粉末は合或温度を高くする
ことによって得ることが可能であるが,粒径が不揃いに
なったり,熱伝導率が低い酸窒化アルミニウムスピネル
A1ON等の中間体を生じ,放熱用フイラー等の用途と
しては適当でない.また, (■)の方法では,m粒の
ものは得られるものの粒径が揃ったものが得られに<<
, (III)の方法ではコスト,量産性が難しいと
いう欠点がある. 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明はかかる現状に鑑み鋭意研究を行った結果なされ
たものであり、アルミナの炭化反応と炭化アルミニウム
の還元窒化反応をを組み合わせることにより、従来の方
法では得られなかった平均粒子径が大きく,粒径の揃っ
た分散性のよい丸味をおびた形状の高純度の窒化アルミ
ニウム及びその製造方法を提供するものである. 〔rlA!Plを解決するための手段〕本発明では,以
上のような目的を達或するためになされたものであり、
その要旨は,単一粒子の平均径が3μm以上で,丸味を
おびた形状を有し、実質的に酸窒化アルミニウムスピネ
ルを含まず、単一粒子径の揃った窒化アルミニウム粉末
及び、この窒化アルミニウム粉末の製造方法であり、こ
の製造方法はアルミナ粉末あるいはアルミナ前廂体と炭
素粉末あるいは炭素含有物質の混合物を真空中あるいは
不活性ガス雰囲気中で焼威し(第一段11W), 次
に窒素を含む非酸化性雰囲気中で焼成する(il二段階
)ことを特徴としている.ここで、不活性ガス雰囲気と
は、非酸化性及び非窒化性であることを意味する.また
単一粒子の粒径は,粉末を超音波分散により凝集をほぐ
した後にレーザー回折式粒度分析計で測定する。
以下,この発明の内容を、製造方法を中心に工程順に詳
しく説明する。
しく説明する。
まず,アルミナ粉末あるいはアルミナ前駆体と,炭素粉
末あるいは炭素含有物質を均一に混合する。
末あるいは炭素含有物質を均一に混合する。
ここで使用するアルミナは炭素粉末等と均一に混合する
ために平均粒子径が10μm以下が好ましい.アルミナ
前駆体には,塩化アルミニウム,アンモニウムアルミニ
ウム咽ばん等の無機アルミニウム化合物,アルミニウム
アルコキシド等の有機アルミニウム化合物等を用いるこ
とができる.また,炭素粉末としてはカーボンブラック
,グラファイト,活性炭等の粉末の外に,炭素含有物質
として炭化水素,樹脂頽,その他の有機物質等の粉末が
利用できる.ここで混合した粉末は,反応を均一且つ定
常的に進行させるために予め直径3〜2 0 m m程
度のべレフトにしておくことが望ましい.こうして得た
混合粉末あるいはベレットをガスを流通できる容器に入
れ,電気炉で第一段噌として真空中あるいは不活性ガス
雰囲気(例えばAr,Heなど非酸化性,非窒化性のガ
ス雰囲気)中, 1400℃〜1800℃で焼成,す
る.これによって一部が炭化アルミニウムとなり,混合
粉末は均一に粒或長し且つ焼結を生じていないアルミナ
,炭化アルミニウム及び炭素の混合粉末あるいはベレッ
トとなる.この時,焼成温度はなるべく粒子を或長させ
且つ生或した炭化アルミニウムの揮散を防ぐため,15
00℃〜1700℃が望ましい. 次に第二段階として,窒素を含む非酸化性雰囲気中,1
400℃〜1800℃でこの混合粉末あるいはベレット
を焼戒する.この焼成は,第一段階の焼成雰囲気中に窒
素を含むガスを徐々に導入していくことによって連続化
した方がより操作性が良いことは言うまでもない.また
,この時焼成温度はAION等の中間体を生戒させない
ため,1500℃〜1 700℃が望ましい。
ために平均粒子径が10μm以下が好ましい.アルミナ
前駆体には,塩化アルミニウム,アンモニウムアルミニ
ウム咽ばん等の無機アルミニウム化合物,アルミニウム
アルコキシド等の有機アルミニウム化合物等を用いるこ
とができる.また,炭素粉末としてはカーボンブラック
,グラファイト,活性炭等の粉末の外に,炭素含有物質
として炭化水素,樹脂頽,その他の有機物質等の粉末が
利用できる.ここで混合した粉末は,反応を均一且つ定
常的に進行させるために予め直径3〜2 0 m m程
度のべレフトにしておくことが望ましい.こうして得た
混合粉末あるいはベレットをガスを流通できる容器に入
れ,電気炉で第一段噌として真空中あるいは不活性ガス
雰囲気(例えばAr,Heなど非酸化性,非窒化性のガ
ス雰囲気)中, 1400℃〜1800℃で焼成,す
る.これによって一部が炭化アルミニウムとなり,混合
粉末は均一に粒或長し且つ焼結を生じていないアルミナ
,炭化アルミニウム及び炭素の混合粉末あるいはベレッ
トとなる.この時,焼成温度はなるべく粒子を或長させ
且つ生或した炭化アルミニウムの揮散を防ぐため,15
00℃〜1700℃が望ましい. 次に第二段階として,窒素を含む非酸化性雰囲気中,1
400℃〜1800℃でこの混合粉末あるいはベレット
を焼戒する.この焼成は,第一段階の焼成雰囲気中に窒
素を含むガスを徐々に導入していくことによって連続化
した方がより操作性が良いことは言うまでもない.また
,この時焼成温度はAION等の中間体を生戒させない
ため,1500℃〜1 700℃が望ましい。
本発明の製造方法によって得られる窒化アルミニウムは
,単一粒子の平均径が3μm以上(通常は3〜10μm
)と大きく,粒径が揃っており,丸味をおびた形状であ
る為,従来のteaの窒化アルξニウムと比べて放熱性
,充填性,耐湿性に優れたものである。
,単一粒子の平均径が3μm以上(通常は3〜10μm
)と大きく,粒径が揃っており,丸味をおびた形状であ
る為,従来のteaの窒化アルξニウムと比べて放熱性
,充填性,耐湿性に優れたものである。
次に実施例により,本発明の内容をさらに詳しく説明す
る. 〔実施例〕 (実施例1) 平均粒子径0. 5μmのアルミナ100重量部に平
均粒子径0. 3μmのカーボンブラック60重量部
を加えボールミルで混合した.この混合粉末を造粒する
ため,ポリビニルアルコールの水溶液を加えパン型遣r
t.mで粒子径が5mmになる様に造粒した。造粒物を
乾燥した後,21の黒鉛ルツボに500g充填し,まず
10−2Torrの真空中で1700℃にて5時間焼成
した。続いてArガスを同じ流速のN2に置換し,5時
間焼成した。
る. 〔実施例〕 (実施例1) 平均粒子径0. 5μmのアルミナ100重量部に平
均粒子径0. 3μmのカーボンブラック60重量部
を加えボールミルで混合した.この混合粉末を造粒する
ため,ポリビニルアルコールの水溶液を加えパン型遣r
t.mで粒子径が5mmになる様に造粒した。造粒物を
乾燥した後,21の黒鉛ルツボに500g充填し,まず
10−2Torrの真空中で1700℃にて5時間焼成
した。続いてArガスを同じ流速のN2に置換し,5時
間焼成した。
次に,得られた粉末を650℃,4時間空気中で焼威し
て残留炭素の除去を行った。
て残留炭素の除去を行った。
こうして得られた粉末は,X線回折からAIN単相であ
り,平均粒径はレーザー回折方式の粒度分折ifで測定
したところ5.2μmであった. (AINI!l}末
0.02gをエタノール200c cに投入し、超音波
分散器で15分間分散させ凝集をほぐした後、Leed
s & Northrup社製のレーザー回折式の
粒度分析針マイクロトラックにて、粒度(実施例2) 水酸化アルミニウム100重jii!1f+とカーボン
ブラック40重Ik部を実施例1と同様の方法で混合,
造粒した.造粒物を乾燥した後,21の黒鉛ルツボに充
填し,*ずArガスを流速1 0 1 / m i n
で導入しながら1 700℃,5時間焼戊し,続いてN
2を流速1 0 1 / m i nで導入し,5時間
焼成した。次に,650℃,4時間空気中で焼戒して残
留炭素の除去を行った.得られた粉末は,X線回折から
AIN単相であり,実施例lと同様の方法で測定した平
均粒子径は6.5μmであった.(比較例l) 実施例1と同じ組或,方法で作製したアルミナとカーボ
ンブランクの混合ペレットを,21の黒鉛ルツボに50
0g充填し,N2ガスを流速1017 m i nで導
入しながら,1700℃,5時間で焼成した.続いて6
50℃,4時間空気中で焼成して残留炭素の除去を行っ
た.得られた粉末は,X線回折からAINとAIONの
混合物で,実施例1と同様の方法で測定した平均粒子径
は2.3μmであった・ (比較例2) 比較例1と同じ混合ペレントを,21黒鉛ルツボに50
0g充填し,N2ガスを流速1 0 1 / m in
で導入しながら,1750℃,5時間で焼成した.続い
て650℃,4時間空気中で焼成して残留炭素の除去を
行った。得られた粉末は,X線回折からAINとAIO
Nの混合物で,実施例工と同様の方法で測定した平均粒
子径は6.5μmであった。また,SEMによる観察か
ら,凝集粒が(第29 かなり見られ,rl径が不揃いであっへ〔発明の効果〕 上述の実施例から明かなように,本発明により,単一粒
子の平均粒子径が3μm以上と大きく,均質で丸味をお
びた形状の窒化アルミニウム粉末が得られるようになっ
た. この窒化アルミニウム粉末は,放熱用フイラー等として
放熱部品、IC基板等広い分野ですぐれた原料として利
用できる.
り,平均粒径はレーザー回折方式の粒度分折ifで測定
したところ5.2μmであった. (AINI!l}末
0.02gをエタノール200c cに投入し、超音波
分散器で15分間分散させ凝集をほぐした後、Leed
s & Northrup社製のレーザー回折式の
粒度分析針マイクロトラックにて、粒度(実施例2) 水酸化アルミニウム100重jii!1f+とカーボン
ブラック40重Ik部を実施例1と同様の方法で混合,
造粒した.造粒物を乾燥した後,21の黒鉛ルツボに充
填し,*ずArガスを流速1 0 1 / m i n
で導入しながら1 700℃,5時間焼戊し,続いてN
2を流速1 0 1 / m i nで導入し,5時間
焼成した。次に,650℃,4時間空気中で焼戒して残
留炭素の除去を行った.得られた粉末は,X線回折から
AIN単相であり,実施例lと同様の方法で測定した平
均粒子径は6.5μmであった.(比較例l) 実施例1と同じ組或,方法で作製したアルミナとカーボ
ンブランクの混合ペレットを,21の黒鉛ルツボに50
0g充填し,N2ガスを流速1017 m i nで導
入しながら,1700℃,5時間で焼成した.続いて6
50℃,4時間空気中で焼成して残留炭素の除去を行っ
た.得られた粉末は,X線回折からAINとAIONの
混合物で,実施例1と同様の方法で測定した平均粒子径
は2.3μmであった・ (比較例2) 比較例1と同じ混合ペレントを,21黒鉛ルツボに50
0g充填し,N2ガスを流速1 0 1 / m in
で導入しながら,1750℃,5時間で焼成した.続い
て650℃,4時間空気中で焼成して残留炭素の除去を
行った。得られた粉末は,X線回折からAINとAIO
Nの混合物で,実施例工と同様の方法で測定した平均粒
子径は6.5μmであった。また,SEMによる観察か
ら,凝集粒が(第29 かなり見られ,rl径が不揃いであっへ〔発明の効果〕 上述の実施例から明かなように,本発明により,単一粒
子の平均粒子径が3μm以上と大きく,均質で丸味をお
びた形状の窒化アルミニウム粉末が得られるようになっ
た. この窒化アルミニウム粉末は,放熱用フイラー等として
放熱部品、IC基板等広い分野ですぐれた原料として利
用できる.
第1図は,本発明の製造方法によって得られた粗大且つ
丸味をおびた形状の均質な窒化アルミニウム粉末の粒子
構造を示すSEM写真であり、第2図は,従来のアルミ
ナ還元法によって得られた窒化アル主ニウム粉末の粒子
構造を示すSEM写真である.
丸味をおびた形状の均質な窒化アルミニウム粉末の粒子
構造を示すSEM写真であり、第2図は,従来のアルミ
ナ還元法によって得られた窒化アル主ニウム粉末の粒子
構造を示すSEM写真である.
Claims (4)
- (1)単一粒子の平均径が3μm以上で、丸味をおびた
形状を有し、実質的に酸窒化アルミニウムスピネルを含
まず、単一粒子径の揃った窒化アルミニウム粉末。 - (2)アルミナ粉末あるいはアルミナ前駆体と炭素粉末
あるいは炭素含有物質の混合物を真空中あるいは不活性
ガス雰囲気中で焼成し(第一段階)、次に窒素を含む非
酸化性雰囲気中で焼成する(第二段階)ことを特徴とす
る請求項1記載の窒化アルミニウム粉末の製造方法。 - (3)第一段階及び第二段階の焼成温度が1400℃〜
1800℃の範囲であることを特徴とする請求項2記載
の窒化アルミニウム粉末の製造方法。 - (4)第一段階及び第二段階の焼成温度が1500℃〜
1700℃の範囲であることを特徴とする請求項2記載
の窒化アルミニウム粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP15752989A JPH0323206A (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法 |
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