JPH035310A - 窒化アルミニウムの製造方法およびその製造用連続炉 - 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ＩＣ基板等材料として用いられる窒化アルミニ
ウムの原料粉末の製造方法とその製造方法を行う連続炉
に関する。

〔従来の技術〕

窒化アルミニウム粉末の製法としては、金属アルミニウ
ム粉末を直接窒化する方法、アルミナ等酸化物と炭素粉
末の混合物を窒素ガス雰囲気中で加熱する方法の他に特
願昭６３−９３５００号に開示されているアルミニウム
酸化物、アルミニウム水酸化物等の粉末をアンモニアガ
ス、炭化水素ガスの混合ガス中で還元窒化する方法があ
る。

また上記製造方法を司る反応炉として、バッチ式が知ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記金属アルミニウム粉末を直接窒化する方法では生成
した窒化アルミニウムの粒度が粗く、焼結用原料粉末と
して使用するには、粉砕する工程が必要であるため、不
純物が生成窒化アルミニウムに混入しやすく、高純度製
品を得るのが困難である。

アルミナ等酸化物を炭素粉末と混合加熱する方法では、
窒化アルミニウム生成後に過剰の炭素粉末を空気雰囲気
下等で加熱除去する脱炭工程が必要であるため、当該高
温雰囲気下では目的生成物の窒化アルミニウムが同時に
酸化反応により変質する。

また、炭素に起因する灰分が窒化アルミニウムに混入す
る等の根本的な不都合があった。

更に、アンモニアおよび炭化水素により還元窒化する方
法においても上記の不都合は避けられるものの、能率良
く反応を進めるためには、Ａｌｚ０３＋２ＮＨ：＋　＋
　（３／ｍ）Ｃｍ　Ｈｎ　＝２ＡＪＮ＋３ＣＯ＋　（（
３ｎ／２ｍ）＋３）Ｈｚなる反応により一酸化炭素、水
素等の副生ガスが発生するので、当該副生ガスを可能な
限り除去して、分圧を低く保つ平文てを講じる必要があ
り、化学量論的に必要な量よりはるかに多量の原料ガス
が必要である。

上記還元窒化法をバッチ式の反応炉で行う場合、実際に
は合成反応は集中的に進行するので、上記副生ガスの分
圧を一定値以下に保つため、混合ガスの流量を大幅に変
化させる必要があり、コントロールが困難であるととも
に、無駄が多く、このような制御系の欠点を是正する解
決策の研究が行われてきた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明では、Ａｌｇｏｓ　
、Ａ　ｌ　（ＯＨ）ｓの一種または二種よりなる粉末を
アンモニアガス（ＮＨ３）と炭化水素ガス（ＣＩＩＨ３
）の混合ガスの中で温度１３００〜１６０００Ｃ１好ま
しくは１４００〜１６００℃で加熱還元し、且つ前記混
合ガスの容量比がＣｍＨｎをＣＨ，に換算して、ＮＨ，
／ＣＨ４＝　１０〜２０００、好ましくは３０〜１００
である窒化アルミニウムの製造方法において、前記加熱
処理直後に前記混合ガスまたはアンモニアガス存在下で
温度１０００〜１３００℃で後熱処理を行うことにより
、脱炭処理を行う窒化アルミニウムの製造方法を開発し
た。

尚、好ましくは、Ａ　ＩｔｔＯｚ　、Ａ　１２　（ＯＨ
）　３の一種または二種よりなる粉末中に、カーボン粉
末を、Ｃ／／１ｚ（ｈ　＝ｏ、ｏ　１〜０．３となる範
囲で添加する。

上記混合ガスまたはアンモニアガス存在下で温度１００
０〜１３００℃で後熱処理を行う方法によれば、１３０
０〜１６００”Ｃ（好ましくは１４００〜１６００℃）
（７）生成処理工程で、過剰の炭化水素ガスが分解して
生成した、窒化アルミニウム粒子に付着している炭素を
、生成窒化アルミニウムの酸化を伴わずに除去すること
ができるので問題点が併せて回避され、従来の製造方法
が直面していた難課題、即ち窒化アルミニウム生成系の
安定と高効率化および脱炭時の酸化防止により生成物の
高純度回収法を全て解決できた。

本発明の窒化アルミニウムの製造方法で使用される原料
のアルミナ粉末の平均粒径は２μｍ以下であることが好
ましい。

仮に、粒径が２μｍ以上である場合には、生成反応に長
時間を要し、また反応の進行が不十分で未反応のアルミ
ナが残り易く、更に合成された窒化アルミニウムの粒度
が粗くなり、生成後粉砕しないと焼結用粉末として適さ
ない。

本発明の窒化アルミニウムの製造方法の合成温度は１３
００〜１６００”Ｃであるが、仮に１３００℃以下の場
合には反応時間が長くなり、未反応のアルミナが残り易
く、逆に１６００℃以上ではアンモニアの分解が顕著と
なり反応が遅くなるほか、生成粒子間の結合が著しくな
り、後工程として粉砕が必要となることがある。

アンモニアを含む混合ガスによる脱炭工程では、温度１
０００℃以下、および１３００６Ｃ以上では、脱炭効果
が著しく劣る。

本発明では更に、上記窒化アルミニウムの合成および脱
炭工程を行わしめる反応炉についても、考察を加えた。

即ち、窒化アルミニウムの製造を行わせしめるプッシャ
ー式連続炉において、１３００〜１６００℃の反応域の
次に１０００〜１３００６Ｃの第２の反応域を設け、窒
化アルミニウム合成後の脱炭工程を連続的に行う反応炉
を開発した。

上記連続炉を使用することにより、窒化アルミニウムの
合成反応の際副生ずる一酸化炭素並びに水素等のガスの
除去を目的としたアンモニアガスと炭化水素ガスの混合
ガス流量の制御を効率良く行うことが可能で、前記混合
ガスないしアンモニアガスの存在下で生成物の酸化劣化
を伴うことなく付着炭素の脱炭処理も行うため、生産工
程が簡便になり、反応の管理、コントロールが容易・確
実となる。

更に、炉内壁材を純度９９．９％以上のアルミナ、また
は窒化アルミニウムとすることにより、炉材より生成窒
化アルミニウムに不純物が混入するのを防止することが
できる。

〔作用および実施例〕

（実施例１） 純度９９．９％（ＳｉＯｚ”　１００　ｐｐＨｌ　、Ｆ
ｅｚＯ３＝　７０　ｐｐｍ）、−次粒子径平均０．５μ
ｍのアルミナ粉末にカーボン粉末をＣ／Ａｇ□０３＝０
．０１〜０．３の範囲で添加混合した後に、アルミナ製
容器に約５鶴の深さに充填し、反応炉中央にセットして
ＮＨ３を２ｊ２　／ｍｉｎ　、およびＣ：＋Ｈｓを１０
０　ｃｃ／ｍｉｎの割合で炉内に供給しながら１５００
℃で２時間加熱する。

上記反応終了後、続いて炉内温度を１２００゜Ｃに下げ
、Ｃ’ｙＨｓの供給を止めてＮＨ，のみの雰囲気で２時
間保持して脱炭を行う。

得られた窒化アルミニウムを分析したデータを、他の実
施例１゛および比較例２〜５のデータとともに第１表に
示す。

この結果から本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、
酸素成分、残留炭素成分、金属不純物による汚染度とも
に従来方法を凌駕する優れた品質の窒化アルミニウムを
与えることが明らかになった。

尚、本実施例では１０００〜１３００℃の後熱処理工程
の脱炭効果を従来例と比較して調査するために、使用合
成炉は従来の簡易型汎用炉を用いた。

（実施例２） 第１図に本発明の窒化アルミニウム製造用連続炉の概略
を示す。

図示の反応炉は炉芯管および匣が純度９９．９％（Ｓｉ
Ｏｚ　＋　ＦｅｚＯ＝が約０．０５％）のアルミナ焼結
体よりなる気密な外熱式プッシャー炉であり、原料粉末
フィード側（２）から電気炉（１）によりそれぞれ加熱
温度の異なる予熱帯（４）、合成帯（・５）、脱炭帯（
６）、冷却帯（７）の４ゾーンにより構成される。

平均粒径約１μｍの水酸化アルミニウム粉末を約５　＋
ｎの深さで皿型のアルミナ製置に充填し、上記連続炉中
を移動させる。

電気炉（１）により合成帯（５）を１５００”Ｃに保持
し、反応用ガスのＮＨ，とＣ３ＨＢの比をＮＨ３／Ｃ：
＋　Ｈａ　＝２０に設定して、２時間反応させて窒化ア
ルミニウムの合成を行う。

上記反応終了後、生成窒化アルミニウムを、脱炭ゾーン
（６）に移動し、電気炉（１）により脱炭帯（６）を１
３００℃に保持し、２時間にわたって上記混合ガス（９
）を連続炉の生成物出口側（３）から供給し、窒化アル
ミニウムに含有される炭素分を除去する。

以上の諸操作により得られた窒化アルミニウム粉末は、
全酸素量１．２％、全炭素量０．０２％という優れた分
析値を示し、当該窒化アルミニウム粉末に焼結助剤とし
て５％のＹｚＯｘを添加して１８００℃１２時間の常圧
焼結を行うことにより、嵩密度３．３、熱伝導率１８０
Ｈ／ｍＫの良好な品質の窒化アルミニウム焼結体が得ら
れた。

尚、上記連続炉の炉内壁材としては、目的生成物である
窒化アルミニウムは勿論のことであるが、アルミナ焼結
体も表面から順次還元窒化されて窒化アルミニウムとな
るので好ましい。

この場合、アルミナ焼結体が窒化アルミニウム焼結体へ
変化する際の変形、割れ、強度劣化等は無視し得る。

また、脱炭過程においては炭化水素ガスは不必要である
ので、反応帯と脱炭帯の中間から炭化水素ガスを添加す
ると無駄がな（効果的である。

また、前記連続炉は、原料粉末を適当な粒度に造粒すれ
ば、縦型炉を用いても、同様な合成反応を行い得る。

〔発明の効果〕

本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、酸素含有量お
よび炭素含有量の少ない高品質の窒化アルミニウムを提
供し得る。

また、本発明の窒化アルミニウム製造用連続炉により、
むらの少ない均質な窒化アルミニウム粉末を連続的に製
造することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の窒化アルミニウム製造用連続炉の概略
図である。 （１）電気炉 （２）炉入口 （３）炉出口 （４）予熱帯 第１表 （５） （６） （７） （８） （９） 合成帯 脱炭帯 冷却帯 ガス置換室 混合ガス 第１図 （以下余白）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ａｌ＿２Ｏ＿３、Ａｌ（ＯＨ）＿３の一種または二
   種よりなる粉末をアンモニアガス（ＮＨ＿３）と炭化水
   素ガス（Ｃ＿ｍＨ＿ｎ）の混合ガスの中で温度１３００
   〜１６００℃で加熱還元し、且つ前記混合ガスの容量比
   がＣ＿ｍＨ＿ｎをＣＨ＿４に換算して、ＮＨ＿３／ＣＨ
   ＿４＝１０〜２０００である窒化アルミニウムの製造方
   法において、前記加熱処理直後に前記混合ガスまたはア
   ンモニアガス中で１０００〜１３００℃の温度で後熱処
   理を行うことを特徴とする窒化アルミニウムの製造方法
   。 ２、上記１項の窒化アルミニウムの製造を行わせしめる
   プッシャー式連続炉において、１３００〜１６００℃の
   反応域の次に１０００〜１３００℃の第２の反応域を設
   けたことを特徴とする窒化アルミニウム製造用連続炉。