JPH03271108A - 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］ 本発明は窒化アルミニウム（ＡＤ　Ｎ）粉末の製造方法
に関する。

［従来の技術］ 窒化アルミニウムは、高熱伝導性、電気絶縁性を有する
が、従来安定で純度の高い窒化アルミニウムの粉末は製
造できなかったことから、熱伝導率の高い焼結体は得ら
れていなかった。しかし、この近年、窒化アルミニウム
粉末の製造技術並びに焼結技術の進歩によって、２００
ｗ／ＩＫ以上の高熱伝導性を有する焼結体が開発されて
いる。

また、一般に窒化アルミニウムには、酸素が固溶し易く
、酸素が固溶すると格子定数が小さくなり、熱伝導率が
大きく低下することが知られている。

これよりアルミナ（ＡＩＩ２０３）の還元窒化法による
窒化アルミニウム粉末の製造においても製造された窒化
アルミニウム粉末に残存する酸素量を下げる必要がある
が合理的に酸素が充分に低下したものは得られていない
。

窒化アルミニウムの代表的な製造方法として、アルミニ
ウムの直接窒化法、カーボンによるアルミナ還元窒化法
が挙げられる。

ここでアルミニウムの直接窒化法では、粉砕工程におけ
る不純分の混入等の問題点があり、実際工業的には後者
のアルミナ還元窒化法が主流となっている。

アルミナ還元窒化法としては、窒素（Ｎ）源として窒素
（Ｎ２）ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、またこれら
の混合ガスを用いることが知られている。

従来の還元窒化法においては、アルミナもしくはアルミ
ナ水和物とカーボンの混合物にＮ源となるＮ２．ＮＨ，
またはＮ２−ＮＨ，混合ガス、Ｎ２−Ｈ２混合ガス、Ｎ
２−Ａｒ混合ガスを雰囲気ガスとして接触させ、一般に
１４５０℃以上の高温で２〜６時間保持して窒化アルミ
ニウムを合成する方法が提案されている（特開昭６３−
２２５５０６号公報）。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の製造方法において、アルミナもしくはアルミナ水
和物とカーボンの混合粉末またはその造粒物をグラファ
イト製トレイに充填して行われるが、充填量を多くする
と充填層下部とＮ源となるガスとの接触性が悪くなり、
合成に長い時間を要するという欠点を有した。

そこで、本発明の技術的課題は、Ｎ源を効率良く供給し
、短時間で、効率良く窒化アルミニウム粉末を製造でき
る方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 反応物質であるアルミナもしくはアルミナ水和物とカー
ボンの混合物に回転炉を用いて新鮮なＮ含有ガスを連続
的に供給することにより、合成時間の短縮化を行う。

また、アルミナもしくはアルミナ水和物とカーボンの混
合物中にＮ源としてＮ含有物質である尿素（ＣＯ（ＮＨ
２）　２１を混入させることにより、Ｎ含有ガスのみを
Ｎ源とする場合と比較してより効率良く合成にＮを供給
することができ、更なる合成時間の短縮化を実現できる
。

本発明はこれらの方法を併用することにより、経済的に
低酸素濃度の窒化アルミニウム粉末を得ることができる
ものである。

本発明はアルミナもしくはアルミナ水和物とカーボンと
の混合物をＮを含む雰囲気中で加熱反応させて窒化アル
ミニウム粉末を製造する方法において、前記混合物にＮ
含有物質を添加して、回転炉を用いて加熱し、還元窒化
反応を行うことを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製
造方法を提供するものである。

本発明を更に詳述する。

本発明において、窒化アルミニウム粉末の原料であるア
ルミナは、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導度に悪影響
を及ぼすＦｅ、Ｍｇ、Ｓｉ等の元素が少ない高純度かつ
微粒のものを用いる必要がある。

本発明に使用されるカーボンとしては、板状粒子である
グラファイトは、反応ガス及び生成ガスの拡散の妨げと
なるため、また、硫黄分を多く含有するものは、反応性
が悪いだけでなく、合成炉内の汚れを引き起こす可能性
があるため好ましくなく、微粒で比較的反応性の良いア
セチレンブラックが好ましい。

本発明に使用される窒素含有物質としては、多くの無機
態窒素（硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸ア
ンモニウム等）、有機態窒素（石灰窒素、尿素、アンモ
ニア化泥炭等）が挙げられるが、不純物、Ｎ含有率、作
業性、経済性を考慮すると尿素（ＣＯ（ＮＩ（２）　２
　）が好ましい。

この尿素は肥料として多く用いられており、比較的安価
であるだけでなく、高純度である。

これらの原料の配合比は、アルミナとカーボンでモル比
Ｃ／ＡＤ　２０３−４〜６が好ましく、カーボンが少な
い場合、反応性か悪くなる。

逆にカーボンが多い場合は、窒化アルミニウム合成後の
余剰カーボン除去工程が難しくコストが高くなる。

尿素の添加量は、アルミナとモル比で、ＣＯ（ＮＨ２）
２　／Ａ１１２０３−０．１５〜１．００が好ましい。

モル比が０，１５以下の場合はその効果が薄く、１．０
０以上と大きくなると原料混合物単位体積当りの窒化ア
ルミニウム採取量が少なくなる。

これらの原料に増粘剤としてポリエチレングリコールな
どを、また、バインダーとしてイソプロピルアルコール
、エタノールなどを加え、充分に混合した後、造粒、乾
燥し、加熱処理を行う。

回転炉は反応ガスとしてＮ２．ＮＨ３、Ｎ２Ｈ２、Ｎ２
　　ＮＨＪガスのいずれかを向流式で用いることが望ま
しい。合成処理温度は、１６００〜１９５０℃の範囲で
、処理時間は、２０〜１２０分が望ましい。

ここで、合成温度が１６００℃以下の場合合成に長時間
を要し、また高温で長時間保持する場合、著しい粒成長
を起こす危険性があるので好ましくない。

この還元窒化反応による窒化アルミニウム合成の後、余
剰カーボンの除去は酸化性雰囲気中で６８０〜７５０℃
の温度で２〜４時間加熱処理して行うことが適当である
。その理由は、加熱温度が６８０℃以下の場合において
は、カーボン除去に長時間要し、７５０℃以上の場合、
窒化アルミニウムの急激な酸化が起こるからである。

本発明において得られた窒化アルミニウム粉末は、低酸
素濃度であり、高熱伝導性の焼結体の原料として有用で
ある。

［実施例］ 以下に本発明の実施例について説明する。

（実施例１） 純度９９．９％以上、中心粒径１μｍ以下のアルミナを
灰分０．４％のカーボンブラ・ツクとモル比ｃ／Ａ（１
２０，−６，０の割合で、またＮ源として第１表に示す
尿素（０産化学（株）製工業用尿素）をアルミナとのモ
ル比 ＣＯ（ＮＨ２）２７ＡＤ　２０ｓ−０，２５の割合で混
合した。その際バインダーとしてイソプロピルアルコー
ルをアルミナ、カーボンブラ・ツク総量の９０νｔ％、
増粘性剤としてポリエチレングリコールを２ｗｔ％添加
した。これらを充分に混合、混練した後、押出型成形機
にてφ１■、長さ２〜７自塵の円柱状ベレットに造粒す
る。

造粒したベレットを乾燥した後、回転炉で連続的に加熱
処理した。原料ベレットは１．０　［ｋｇ／ｈｒ］で投
入し、雰囲気ガスとしてＮ２ガスを５０［Ｎ　／ｓｉｎ
　］の速度で回転炉出口側から人口側へと向流式に供給
する。

第１表：尿素（０産化学（株）製工業用尿素）の不純物
調査結果 第２表から、尿素の添加により反応性が向上することが
わかる。

第２表 回転炉における加熱処理条件は、１６８０℃温度域を１
０厘ｉｎ通過させることとした。

回転炉において、窒化アルミニウムを合成したベレット
中に残存するカーボンを大気中で７００℃、３時間熱処
理することにより除去する。

このようにして得られた窒化アルミニウム粉末の窒素含
有量を第２表に示した。

また、尿素添加量を変化させて実施例１と同様に作製し
た粉末についても第２表に示した。更に、比較例として
尿素無添加のものについても実施例１と同様にして作製
した粉末も示した。

（実施例２） 実施例１と同様に原料ペレットを作製し、回転炉で連続
的に加熱処理した。

原料ペレットは、１．０　［ｋｇ／ｈｒ］で投入し、雰
囲気ガスとしてＮ２ガスを５０　［ｉｌ　／ｓｉｎ　］
の速度で回転炉出口側から人口側へと向流式に供給する
。

回転炉における加熱処理条件として、１６８０℃温度域
１０ｍ１ｎ通過後、１９５０℃温度域に１０厘ｉｎ通過
させるものとする。

回転炉において、窒化アルミニウムを合成したペレット
中に残存するカーボンを大ｆｉ中で７００℃、３時間熱
処理することにより除去する。

得られた窒化アルミニウム粉末の特性値を第３表に示し
た。また、走査型電子顕微鏡で観察した粉末を第１図に
示した。

これより得られた窒化アルミニウム粉末は、低酸素濃度
であり、−次粒子が１．０μｍ以下の微粒であった。

せることは、合成に必要なＮ源をＮ含有ガスにのみ求め
ることより効率的であるため反応性を大きく向上させる
ことができる。特に、Ｎ含有物質として尿素を用いた場
合には、この尿素は高純度であるものを比較的安価に購
入できるため、経済的である。

尚、更に、窒化アルミニウム粉末の合成に回転炉を用い
ることはよりいっそうの反応時間の短縮につながり、高
熱伝導性の窒化アルミニウム焼結体の原料として有用な
低酸素濃度の窒化アルミニウム粉末を工業的に安価に供
給できる。

第３表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例２に係る粉末の一次粒子の粒子
構造を示す走査型電子顕微鏡写真である。 ［発明の効果〕 本発明によれば、窒化アルミニウム粉末の合成において
、原料中にＮ含有物質（尿素）を添加さ？、１ １〆＼、 ′−１０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アルミナもしくはアルミナ水和物とカーボンとの混
   合物を窒素を含む雰囲気中で加熱反応させて窒化アルミ
   ニウム粉末を製造する方法において、前記混合物に窒素
   含有物質を添加して、回転炉を用いて加熱し、還元窒化
   反応を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。