JPH04231310A - 窒化アルミニウムの製法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムの水酸化
物を炭素と（１：１．５）乃至（１：２．５）なるモル
比で反応させて微細な窒化アルミニウムを製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウム−　粉末は、電子回路
用基体として及び集積回路用キャビネットとして使用さ
れる窒化アルミニウム−　焼結体の製造に使用される。 この様なセラミックス焼結体には、熱伝導性、強度並び
に別の機械的及び工業的性質に関して著しく要求される
。この要求は、使用される窒化アルミニウム−　粉末が
純度、粒度、粒度分布、焼結性及び加工性に関して一定
の規定の性質を有する場合のみ、とどめることができる
。

【０００３】窒化アルミニウムを製造するために多数の
反応法、例えばアルミニウム金属と窒素との反応、アル
ミニウムハロン化物とアンモニアとの反応及び窒素の存
在下での炭素による酸化アルミニウムの還元が公知であ
る。

【０００４】米国特許第４６１８５９２号明細書中には
、最後に挙げた方法による微細な窒化アルミニウムの製
造が記載されている。これによれば、高純度の酸化アル
ミニウム（Ａｌ２　Ｏ３　９９．９９％、平均粒径０．
５２μｍ、不純物Ｍｇ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ
、Ｃａ、Ｎｉ、Ｔｉそれぞれ最高３０ｍｇ／ｋｇ）をカ
ーボンブラック（灰分：０．０８％）並びに窒素と１５
５０乃至１６５０℃と反応させ、引き続いてカーボンブ
ラック−　過剰を７５０乃至８００℃において酸素含有
ガスで分離して純粋で微細な及び焼結性窒化アルミニウ
ムが得られる。

【０００５】米国特許第４６１８５９２号明細書中に記
載の、窒化アルミニウムの製法の場合、高純度の及び非
常に微粒子のＡｌ２　Ｏ３　粉末が使用物質として使用
されねばならない欠点がある。何となればこの様なＡｌ
２　Ｏ３−品質を大工業的バイエル法によっては製造す
ることができないからである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】それゆえ本発明の課題
は、適当な純度でそして格安に利用できるアルミニウム
化合物が使用される、微細な窒化アルミニウムの製法を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
より、 ａ）アルミニウムの水酸化物を炭素、特にカーボンブラ
ックと共に非水性磨砕液の使用下激しく磨砕し、ｂ）非
水性磨砕液を懸濁液から磨砕物の取得下分離し、ｃ）磨
砕物を窒素の導通下４００乃至１０００℃において焼成
し、 ｄ）ｃ）により得られる材料を激しい撹拌下窒素で１乃
至１００時間１４００乃至１７００℃において処理し、
ｅ）ｄ）による反応生成物中に含まれる過剰の炭素を、
５００乃至９００℃への加熱により酸素を含有するガス
と接触させて除去することにより達成される。

【０００８】本発明による方法は、又アルミニウムの水
酸化物及び炭素をそれぞれ分けて非水性磨砕液の使用下
激しく磨砕し、得られる懸濁液を混合することで変える
ことができる。

【０００９】さらに本発明による方法は、選択的になお
、 ａａ）アルミニウムの水酸化物を非水性磨砕液へのその
導入前３００℃までの温度においてその付着水を除去す
るために乾燥し、 ｂｂ）アルミニウムの水酸化物は粒度ｄ５０＞２μｍを
有し、 ｃｃ）炭素は粒度＜２μｍを有し、 ｄｄ）磨砕物を焼成前３００℃までの温度において乾燥
し、 ｅｅ）焼成した材料を窒素の導通下０．１乃至１０時間
１１００乃至１３５０℃に加熱し、 ｆｆ）無水磨砕液として炭化水素を使用し、ｇｇ）無水
磨砕液として脂肪族アルコールを使用し、ｈｈ）２−　
プロパノールを使用し、 ｉｉ）アルミニウムの水酸化物としてＡｌＯＯＨを使用
し、 ｊｊ）アルミニウムの水酸化物としてＡｌ（ＯＨ）３を
使用することにより発展させることができる。

【００１０】本発明による方法により、明白に炭素によ
るアルミニウムの水酸化物の被覆がさもないと生ずる粒
子増大を妨げるから、微粒子の窒化アルミニウムが得ら
れる。

【００１１】本発明による方法において、酸素を含有す
るガスとして空気、二酸化炭素、窒素又はそれらの混合
物を使用することができる。

【００１２】

【実施例】本発明の対象を次の例により説明し、その際
ＢＥＴ−　表面積は　Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｅｍｍｅｔｔ
及びＴｅｌｌｅｒ　（Ｚ．　Ａｎａｌ．　Ｃｈｅｍ．２
３８（１９６８）第１８７乃至１９３頁参照）の方法に
より測定されそしてその際粒子−　等価−　直径ｄ９０
、ｄ５０及びｄ１０は分布曲線（質量）の値９０％、５
０％及び１０％と称され、これは　ＣｏｕｌｔｅｒＥｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　社のＳＥＤＩＧＲＡＰＨ　　５０
０　　ＥＴにより測定された。

【００１３】例１（本発明による）付着水含有ベーマイ
ト（ＡｌＯＯＨ；Ａｌ３７．５％、Ｎａ４０ｐｐｍ、Ｍ
ｇ２ｐｐｍ、Ｃａ８ｐｐｍ、Ｓｉ１０ｐｐｍ、Ｔｉ３ｐ
ｐｍ、Ｆｅ１６ｐｐｍ含有；ＢＥＴ−　表面積：１６０
ｍ２　／ｇ；粒度分布：ｄ９０２１μｍ、ｄ５０５．７
μｍ、ｄ１０＜０．３μｍ）８５ｇを５時間２５０℃に
おいて乾燥棚において空気に接触させて乾燥させ、その
後乾燥したベーマイト７３．２ｇが得られた。乾燥した
ベーマイトをカーボンブラック（揮発性成分：０．１％
；Ｎａ０．４ｐｐｍ、Ｍｇ０．３ｐｐｍ、Ｃａ２．５ｐ
ｐｍ、Ｓｉ６ｐｐｍ、Ｔｉ＜０．５ｐｐｍ、Ｆｅ１６ｐ
ｐｍ；ＢＥＴ−　表面積：６０ｍ２　／ｇ）２５．５ｇ
と共にモル比Ａｌ：ｃ＝１：１．８に相応して２−　プ
ロパノール１ｌ中に加え、全部で４時間ボールミル中で
磨砕した。得られる懸濁液から２−　プロパノールを留
出させ、磨砕物を乾燥した。

【００１４】上記種類の１０成分の磨砕物を一緒にし、
窒素の導通下まず１．５時間４５０℃において、引き続
いて２時間７００℃において焼成した。

【００１５】この焼成物８１５ｇを黒鉛るつぼ（内径１
２ｃｍ）中で窒素５００ｌ／ｈの導通下１．５時間１２
５０℃に加熱し、引き続いて１１．５時間１６００℃に
おいて処理した。冷却後重量損失３８．８％を測定した
。反応生成物を空気の存在下７００℃に１時間加熱した
後８．９％の重量損失下白色窒化アルミニウム（ＡｌＮ
；Ｏ　　１．１％、Ｃ０．０３％、Ｎａ＜２０ｐｐｍ、
Ｍｇ＜５ｐｐｍ、Ｃａ＜１０ｐｐｍ、Ｓｉ２０ｐｐｍ、
Ｔｉ＜５ｐｐｍ、Ｆｅ２８ｐｐｍ；ＢＥＴ−　表面積：
３．６ｍ２　／ｇ；粒度分布：ｄ９０２．４５μｍ、ｄ
５０１．２８μｍ、ｄ１００．８６μｍ；α−　Ａｌ２
　Ｏ３　は検出できない）が得られた。

【００１６】例２（本発明による）例１を繰り返したが
、但し乾燥したベーマイト及びカーボンブラックを単に
１時間２−　プロパノール中でボールミルにおいて磨砕
した。

【００１７】得られる窒化アルミニウムは、Ｏ　　０．
９％及びＣ０．０４％を含有し；そのＢＥＴ−　表面積
は２．５ｍ２　／ｇでありそしてその粒度分布はｄ９０
５．１μｍ、ｄ５０２．０μｍ、ｄ１００．８μｍであ
った。

【００１８】例３（本発明による）例１を繰り返したが
、但し乾燥したベーマイト及びカーボンブラックを単に
０．２５時間２−　プロパノール中でボールミルにおい
て磨砕した。

【００１９】得られる窒化アルミニウムは、Ｏ　　０．
８％及びＣ０．０５％を含有し；そのＢＥＴ−　表面積
は１．６ｍ２　／ｇでありそしてその粒度分布はｄ９０
１１μｍ、ｄ５０４．２μｍ、ｄ１０１．３５μｍであ
った。

【００２０】例４（本発明による）例１を繰り返したが
、但し焼成物２０５ｇを黒鉛るつぼ中で窒素２００ｌ／
ｈの導通下１４５０℃において処理した。

【００２１】得られる窒化アルミニウムはＯ　　１．３
％、Ｃ０．０３％及びα−　Ａｌ２　Ｏ３　０．３％を
含有し、その粒度分布はｄ９０１．６３μｍ、ｄ５００
．８４μｍ、ｄ１００．４５μｍであった。

【００２２】例５（本発明による）例１を繰り返したが
、但し焼成物を黒鉛るつぼ中で７時間１６５０℃におい
て処理した。

【００２３】得られる窒化アルミニウムはＯ　　１．１
％、Ｃ０．２０％を含有し、α−　Ａｌ２　Ｏ３　は検
出できず、その粒度分布はｄ９０１．９８μｍ、ｄ５０
１．１３μｍ、ｄ１００．７９μｍであった。

【００２４】例６（本発明による）水含有ベーマイト（
ＡｌＯＯＨ；Ａｌ４２．２％、Ｎａ＜２０ｐｐｍ、Ｃａ
＜１０ｐｐｍ、Ｓｉ４０ｐｐｍ、Ｆｅ４０ｐｐｍ、含有
；ＢＥＴ−　表面積：１４０ｍ２　／ｇ；粒度分布：ｄ
９０３７μｍ、ｄ５０７．２μｍ、ｄ１００．４μｍ）
７５ｇを乾燥棚において５時間２５０℃において空気に
接触させて乾燥ペーマイト７０．８ｇの生成下処理した
。

【００２５】乾燥したベーマイトを例１において使用し
たカーボンブラック２５．５ｇと共にモル比Ａｌ：Ｃ＝
１：１．８に相応して２−　プロパノール１ｌ中に加え
、全部で４時間ボールミル中で磨砕した。得られる懸濁
液から２−プロパノールを留出させ、磨砕物を乾燥した
。

【００２６】上記種類の１０磨砕成分を一緒にし、窒素
の導通下まず１．５時間４５０℃において、引き続いて
２時間７００℃において焼成した。

【００２７】この焼成物６５５ｇを黒鉛るつぼ（内径１
２ｃｍ）中で窒素２００ｌ／ｈの導通下１．５時間１２
５０℃に加熱し、引き続いて２０時間１５５０℃におい
て処理した。冷却後重量損失３８．７％を測定した。

【００２８】反応生成物を空気の存在下７００℃に１時
間加熱した後、８．８％の重量損失下白色乃至淡灰色窒
化アルミニウム（ＡｌＮ；Ｏ　　１．３％、Ｃ０．０４
％、Ｎａ＜２０ｐｐｍ、Ｃａ３０ｐｐｍ、Ｓｉ８０ｐｐ
ｍ、Ｆｅ２０ｐｐｍ；ＢＥＴ−　表面積：３．５ｍ２　
／ｇ；粒度分布：ｄ９０２．１８μｍ、ｄ５０１．１１
μｍ、ｄ１００．６８μｍ；α−　Ａｌ２　Ｏ３　は検
出できなかった）が得られた。

【００２９】例７（本発明による）例１において使用さ
れるカーボンブラック２５．５ｇを２−　プロパノール
０．５ｌ中に加え、４時間ボールミル中で磨砕した。

【００３０】同時に、例１において使用したベーマイト
７３ｇを２−　プロパノール０．５ｌを加え、４時間ボ
ールミル中で磨砕した。

【００３１】ＡｌＯＯＨ−　懸濁液中に５分以内にカー
ボンブラック−　懸濁液をかきまぜた。得られる全懸濁
液から２−　プロパノールを留出させ、磨砕物を乾燥し
た。

【００３２】磨砕物（上記種類の４成分からなる）２５
０ｇを窒素流中で２時間４３０℃において、引き続いて
１．５時間８００℃において焼成し、次に２０時間１５
５０℃において処理した。反応生成物を空気の存在下７
００℃に１時間加熱した後、白色乃至淡灰色窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ；Ｏ　　１．１％、Ｃ０．０７％、α−
　Ａｌ２　Ｏ３　０．９３％；粒度分布：ｄ９０２．５
μｍ、ｄ５０１．５μｍ、ｄ１００．９０μｍ）１１５
ｇが得られた。

【００３３】例８（比較例）例１において使用された水
酸化アルミニウム２００ｇを２−　プロパノール１ｌ中
に加え、４時間ボールミル中で磨砕した。

【００３４】得られる懸濁液から２−　プロパノールを
留出させ、磨砕物を乾燥させ、２時間空気を接触させて
９５０℃において焼成した。この場合得られる酸化アル
ミニウム（Ｎａ５０ｐｐｍ、Ｓｉ５０ｐｐｍ、Ｆｅ３５
ｐｐｍ含有；ＢＥＴ−　表面積：９１ｍ２　／ｇ；粒度
分布：ｄ９０３．５μｍ、ｄ５０１．４３μｍ、ｄ１０
０．４４μｍ）を、例１において使用したカーボンブラ
ックと共に３回装填してモル比Ａｌ：Ｃ＝１：１．６５
において混合し、４時間ボールミル（容積：２ｌ；内壁
：ポリエチレン；磨砕ボールは直径１５ｍｍを有するＡ
ｌ２　Ｏ３　からなる）中で磨砕液としての２−　プロ
パノールの使用下混合した。２−　プロパノールの留出
後混合物を乾燥した。

【００３５】乾燥した混合物を窒素の導通下１４時間１
５５０℃において処理した。

【００３６】反応生成物を空気の存在下７００℃に１時
間加熱した後、窒化アルミニウム（ＡｌＮ；Ｏ　　１．
３％、Ｃ０．０５％、α−　Ａｌ２　Ｏ３　；含有；Ｂ
ＥＴ−　表面積：２ｍ２　／ｇ；粒度分布：ｄ９０５．
８μｍ、ｄ５０３．０μｍ、ｄ１０１．４５μｍ）が得
られた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した様に、微細な窒化アルミニ
ウムを製造する公知方法によれば、高純度の及び非常に
微粒子のＡｌ２　Ｏ３−粉末を原料として使用しなけれ
ばならない欠点があるが、これに対し本発明による該製
法において、適度な純度でそして格安に利用できるアル
ミニウム化合物を原料として使用することができる利点
を有する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミニウムの水酸化物を炭素と（１
   ：１．５）乃至（１：２．５）なるモル比で反応させて
   微細な窒化アルミニウムを製造する方法において、ａ）
   アルミニウムの水酸化物を炭素、特にカーボンブラック
   と共に非水性磨砕液の使用下激しく磨砕し、ｂ）非水性
   磨砕液を懸濁液から磨砕物の取得下分離し、ｃ）磨砕物
   を窒素の導通下４００乃至１０００℃において焼成し、 ｄ）ｃ）により得られる材料を激しい撹拌下窒素で１乃
   至１００時間１４００乃至１７００℃において処理し、
   ｅ）ｄ）による反応生成物中に含まれる過剰の炭素を、
   ５００乃至９００℃への加熱により酸素を含有するガス
   と接触させて除去することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】　　アルミニウムの水酸化物及び炭素をそ
   れぞれ分けて非水性磨砕液の使用下激しく磨砕し、得ら
   れる懸濁液を混合することを特徴とする請求項１記載の
   変法。