JPH0327481B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、窒化アルミニウム製造の分野に属
し、特にその微粉末を製造するに当つて粉砕を必
要とせず1μm以下の微粒で、かつ等軸（球状）に
近い形の窒化アルミニウム粉を工業的に量産する
有利な方法を提供する。 （従来の技術） 窒化アルミニウムの製造に関しては、従来金属
アルミニウム粉末を窒素ガスあるいはアンモニア
ガス気流中で加熱する直接金属窒化法が知られて
いる（特公昭36−21164号，特開昭59−3012号，
特公昭47−40640号，特公昭49−45479号）。とこ
ろで、金属アルミニウムの窒化反応は急激な発熱
を伴い約2000℃の高温になる。このように高温に
なるとアルミニウム粒は互にに凝集して大きくな
り、窒化反応速度が著しく低下する。さらには焼
結化が進み非常に固い塊状となり、次工程での粉
砕が必要となる。そこで上記各公報に開示されて
いる各発明は、いずれもこのような発熱を抑制す
る方法を述べている。 すなわち、発熱時に、アルミニウム粒の凝集
を防止するために、担体として窒化アルミニウム
粉末またはふつ化アルミニウムを添加する方法
（特公昭36−21164号）や同じ目的で窒化アルミ
ニウム粉のみを添加する方法（特公昭47−40640
号）、原料アルミニウムの反応性を小さくする
ためにけい素化合物でアルミニウム粉の表面を被
覆する方法（特開昭59−3012号）窒素源として
有機化合物を用いて窒化反応を促進する方法（特
公昭49−45479号）などがある。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの方法は前記やにお
いては、ふつ化アルミニウムや窒化アルミニウム
の添加量が多いため、新しく生成する窒化アルミ
ニウムの収率が悪く、そして前記の方法におい
ては、有機化合物の添加量が多いために同様に窒
化アルミニウム粉の収率が悪くなる。しかも、こ
れらの粉末中の不純物含有量が多くなり、前記
の方法ではふつ化アルミニウム中のふつ素、前記
の方法ではけい素、前記の方法では炭素など
が最終製品中に残留する可能性があること，ま
た、このように多量の添加量を混合して焼成して
も、前記，，各方法においては主として
700℃以上の高温焼成に頼るために、粒子が凝集
して焼結しやすくなる。そのため、1μm以下の超
微粒粉末を得ようとするには、粉砕に頼らざるを
得ないのが実情である。さらに、前記の方法に
いては、アルミニウムの融点以下で予備焼成する
が、このあと1000℃の高温で３時間保持するため
に、前記，，各方法と同様、高温域での反
応を主眼にしていることになる。 以上説明したように、従来の各方法では、アル
ミニウムの窒化に際して起こる大きな発熱による
アルミニウム粒子の凝集と焼結による固化を防止
するために多量の添加物を使用している。しかし
多量の添加物を使用するにもかかわらず、その効
用が小さく、その上、逆に不純物含有量を増加さ
せる結果になつているところに問題点があつた。 （問題点を解決するための手段） 上述したような従来技術が抱える各種の問題点
に対し本発明は、アルミニウム粉末を窒素ガス気
流中にて加熱窒化することによつて窒化アルミニ
ウム粉末を製造するに際し、従来法の欠点である
反応に伴う発熱を抑制し、そのことによつて合成
後に粉砕する必要のない軟質な超微粉を経済的に
量産する方法を提供する。 すなわち、本発明は金属アルミニウムに対し、
0.5〜8.0wt％のふつ素含有アンモニウム化合物と
５〜30wt％の窒化アルミニウム粉末とを加えて
なる混合物を、窒化性雰囲気中において430〜650
℃の温度範囲に一定時間保持する加熱を行い、そ
の後さらに同雰囲気中にて900〜1300℃の温度域
にて加熱することを特徴とする窒化アルミニウム
粉末の製造方法にかかるものである。 （作用） 本発明の着想の特徴は、アルミニウム粉末と窒
素ガスとの急激な反応による大きな発熱を抑える
ことによつて、粉末合成原料中のアルミニウム
純度を増加させ（収率向上）、粉砕工程を省略
できる微粒の窒化アルミニウム粉末を得るように
した点にある。 上述した急激な反応を防止するためには、アル
ミニウム粉末と、窒素ガスとの反応をできるだけ
低温で進める必要がある。もしこの反応を700℃
以上の高温で行うとすれば、発熱反応が激しく起
こり、上述したようにアルミニウム粒が凝集して
粗大粒となり、同時に焼結が起こり固くなる（凝
集と焼結を防ぐためには原料中の窒化アルミニウ
ム粉の添加量を従来法のように増加せねばならな
い）。 さて、このような低温で反応させるためには、
窒化率が低下しないような反応（窒化）促進剤
を準備する必要があり、このような窒化促進剤
によつて、生成する窒化アルミニウム粉の純度が
低下しないようにすること、反応促進剤の使用
量を微量でも窒化反応が進むようにしなければな
らない。 そこで本発明者らは、低温域でアルミニウムと
窒素ガスの反応を促進させる反応促進剤を選択す
べく検討をした結果、まず該促進剤の保持すべき
特性として、以下の条件を具備しなければならな
いことが判つた。 (1) アルミニウムの融点以下の温度で熱分解し含
窒素源となるもの。 (2) 上記(1)と同様に低温で分解して、ガス化し粉
体を多孔質とし、雰囲気，窒素ガスの侵入を良
くする組成のもの。 (3) 不純物元素を残留しない組成のもの（炭素，
酸素，けい素，鉄他） (4) 金属アルミニウム粉と表面の酸化膜を除去
し、窒素との反応を促進しやすくするもの。 (5) アルミニウム粉と反応して、低温で窒化しや
すい性質のアルミニウム複合体を形成するも
の。 結局、本発明に用いる反応促進剤は、基本的に
窒素とふつ素と水素を同時に含むような成分であ
れば全て使用可能である。一般的にはふつ素含有
アンモニウム化合物であるふつ化アンモニウム
（NH₄F），ふつ化水素アンモニウム（NH₄HF₂）
が使用できる。その他、N₂H₆F₂，NH₄H₄F₅，
NH₄H₃F₄，NH₃Fなどどの化合物も使用可能で
あると考えられる。 これらの化合物は、溶液中ではNH₄ ⁺，NH₃，
HFなどに分離している。一方、原料になる微粒
のアルミニウム粉は、表面がアルミナ被膜で覆わ
れている窒素との反応性が鈍くなつている。 そこで、このアルミニウム粉を前記化合物（例
えばふつ化アンモニウム｛NH₄F）の溶液に浸漬
すると、表面被膜は除去されて活性な面が現わ
れ、同時に（NH₄）₃AlF₆のアルミニウム複塩が
アルミニウム粒の表面に生成する。これを窒素気
流中で加熱すると、300〜400℃の比較的低温範囲
で分解し、ふつ化物ガス（NH₄HF₂）を放出し、
材料を多孔性にし、さらに窒素源（NH₃）との
反応時に担体となる分子状のAlF₃を提供するの
で、アルミニウム表面では低い温度で活発な窒化
反応が進行するようになる。 本発明は、上記反応（窒化）促進剤と粉末アル
ミニウムの混合物を、窒化ガスもしくはアンモニ
アガスまたはこれらの混合物ガスなどの窒化性ガ
ス気流中つまり窒化性雰囲気中で、まず430〜650
℃の低温度域で一定時間加熱焼成する。本発明の
場合、かかる低温域でも数時間の保持により窒化
反応をを著しく進行させることができる。温度範
囲の下限は、430℃より低くなると窒化率が小さ
くなり長い反応時間が必要となる。一方上限の温
度：650℃を越えると窒化反応による発熱量が大
きくなり焼結するので合成物を粉砕しなければな
らなくなる。好ましくは480℃〜560℃の温度範囲
で行うのがよい。 上記処理を経て窒化反応を行つた後の合成物
は、大部分窒化アルミニウムに転化しているが、
ごく一部には末反応のアルミニウムが残留してい
る。そこで該合成物粉末の温度を先と同様の窒素
ガス気流中で900〜1300℃に温度域に約１時間保
持することにより、窒化反応を急激に進行させ、
窒化反応を完全に完了させる。この温度加熱によ
り生成物中に残留するふつ素は分解され、ガス状
となつて除去される。この加熱は未反応のアルミ
ニウム粒にだけに寄与するのでアルミニウム粒子
間の凝集は生じず、得られた生成物は非常に軟質
となり、粉砕を必要とせず、解砕により0.7〜
1.0μmの微粉末が得られる。なお、上限・下限に
ついては900℃未満では未反応アルミニウムが残
留し、1300℃以上では窒化アルミニウムの焼結が
おこるので粉砕を要するようになる。 ふつ素含有アルミニウム化合物は原料アルミニ
ウムに対して0.5〜8.0wt％（0.004〜0.064モル）
に当る量の配合が適しており、0.5wt％以下では
窒化反応が十分に進まないし、8.0wt％以上では
生成物に残留するふつ素が多くなり、除去に時間
がかかる。好ましくは２〜6wt％である。これら
の反応促進剤は、粉末添加および水、アルコール
（有機溶媒）による溶液添加が有効であるが、溶
液添加が窒化率向上の点から適している。その場
合、溶液濃度は１〜20wt％の範囲が適している。
もし1wt％以下の濃度溶液を用いると溶液の量が
多くなり、その蒸発に時間がかかり過ぎる。一方
20wt％より大きくなると、使用する溶液の量が
少なくなるので原料全体に溶液が均一に混合しな
い。 本発明によれば原料中に配合する窒化アルミニ
ウム粉は、窒化反応を促進する担体となるので一
定割合添加するのが好ましい。添加量としては、
窒化率が高位に安定する5wt％以上から上限は製
造コストの観点から問題にならない範囲の30wt
％に決められる。 （実施例） 第１表は、本発明の効果を確めるために行つた
実験結果（29列）について示している。実験No.１
〜10は焼成温度と合成粉の窒化率（粉の純度）、
その他の特性値との対比を示している。実験結果
No.11〜21はふつ素含有アンモニウム化合物と粉の
特性値の対比を示し、実験No.22〜29は焼成前に配
合する原料中の窒化アルミニウム粉の配合比と粉
の特性値を示している。 本発明法につき第１表の実験No.５を用いて具体
的に説明する。まず原料のアルミニウム粉に対し
てNH₄Fの10％水溶液を、NH₄Fの量がアルミニ
ウム粉に対して3.8％になるように添加した。こ
れを乾燥後さらに窒化アルミニウムを、全原料に
対して15wt％になるように添加し、よく混合し、
窒素気流中で525℃に加熱し５時間保持した。そ
の後混合物を同じく窒素気流中で1150℃で１時間
加熱し、残りのアルミニウム粉の窒化反応を起こ
させた。その際に混合物中のフツ素は、ガス状で
除去できた。この反応により得られた合成物は非
常に軟質で、解砕すると0.5〜0.8μmの超微粉にな
つた。形状は等軸状で粒度分布も非常に狭い粉末
が得られた。

【表】

【表】 （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、得られた
窒化アルミニウム粉末について見ると、粒径は原
料アルミニウム粉末よりも細かく（0.7〜1.0μm）、
その粒径分布も狭くて異常粒（粗大粒）は全く見
られず、形状は等軸粒を示してした。しかも粉末
の焼結性も良く、緻密化し易いものが得られた。
要するに本発明に従うと、常圧焼結法によつて比
較的低い温度でしかも焼結助剤の量も僅かで、密
度の高い焼結磁器が得られるようになつた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属アルミニウム粉末に対し、0.5〜8.0wt％
   のふつ素含有アンモニウム化合物と５〜30wt％
   の窒化アルミニウム粉末とを加えてなる混合物
   を、窒化性雰囲気中において、430〜650℃の温度
   範囲に一定時間保持する加熱を行い、その後さら
   に同雰囲気中にて900〜1300℃の温度域にて加熱
   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。