JPH0450107A - 窒化アルミニウム顆粒及びその製造方法 - 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、高密度の窒化アルミニウム粉末成形体の製造
に好適な窒化アルミニウム顆粒およびその製造方法に関
する。

（従来の技術） 窒化アルミニウム焼結体は、熱伝導率が高く。

エレクトロニクス材料として脚光を浴びている。

窒化アルミニウム焼結体を得る方法として、窒化アルミ
ニウム粉末を乾式プレスにより成形して焼成する方法や
窒化アルミニウム粉末を湿式成形してグリーンシートを
得、これを焼成する方法等がある。前者においては窒化
アルミニウム粉末をそのまま成形型の中に詰めてプレス
成形機で加圧する方法が採用されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、乾式プレスによる成形において窒化アル
ミニウム粉末を用いた場合、プレス成形圧力を高くして
も得られる窒化アルミニウム粉末成形体は密度が十分に
上がらない、窒化アルミニウム粉末成形体の密度が上が
らないと焼成したときに収縮が大きく、寸法安定性に欠
けるという問題がある。そこで、本発明者らは窒化アル
ミニウム粉末成形体の密度を上げるために、窒化アルミ
ニウム粉末を顆粒に成形し、これをプレス成形すること
を試みた。

しかし、窒化アルミニウム顆粒を用いた場合にはプレス
成形体の内部に顆粒の粒界に基づく微小な空隙が多数発
生し、これが窒化アルミニウム粉末成形体の密度の上昇
を阻害することがわかった。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、空隙の少ない窒化アルミニウム粉末成形
体を得るために、窒化アルミニウム粉末成形体の製造に
好適に使用しうる窒化アルミニウム顆粒を得ることを目
的として鋭意研究を続けてきた結果、特定の窒化アルミ
ニウム顆粒が上記の目的を達成するものであることを見
いだし１本発明を提案するに至った。

即ち、本発明は、嵩比重が０．５〜１．５ｇ／ｃｃであ
り、平均粒径が２０〜５００μｍであり。

破壊強度が０．５〜５．ｏｇであることを特徴とする窒
化アルミニウム顆粒である。

本発明の窒化アルミニウム顆粒を構成する窒化アルミニ
ウム粉末は公知のものが何ら制限なく使用しうる。一般
に熱伝導性に優れた窒化アルミニウム焼結体を得るため
には、酸素含有量や陽イオン不純物の少ないことが好ま
しい。即ち、ＡＩＮを窒化アルミニウム組成とするとき
、不純物となる酸素含有量が１．５重量％以下、陽イオ
ン不純物が０．３重量％以下である窒化アルミニラ・ム
粉末が好適である。さらに、酸素含有量が０．４〜１．
３重量％、陽イオン不純物が０．２重量％以下である窒
化アルミニウム粉末がより好適である。

尚、本発明における窒化アルミニウムはアルミニウムと
窒素の１＝１の化合物であり、これ以外のものをすべて
不純物として扱う。ただし、窒化アルミニウム粉末の表
面は空気中で不可避的に酸化され、ＡＡ−Ｎ結合がＡＡ
−０結合に置き変っているが、この結合へ！は陽イオン
不純物とはみなさない。従って、Ａｆｌ−Ｎ、ＡＡ−〇
の結合をしていない金属アルミニウムは陽イオン不純物
である。

また、本発明で用いられる窒化アルミニウム粉末の粒子
は、粒子径の小さいものが揃っているものが好ましい。

例えば、平均粒子径（遠心式粒度分布測定装置、例えば
、堀場製作所製のＣＡＰＡ５００などで測定した凝集粒
子の平均粒径を言う。）が５μｍ以下、さらには３μｍ
以下であることが好ましい。

本発明の窒化アルミニウム顆粒の嵩比重は０゜５〜１−
５ｇ／ｃｃの範囲である。嵩比重が０゜５ｇ／ｃｃ未滴
のときには、焼結体内部に空隙が多く残ったりして焼結
体の密度が低くなり、良好な焼結体が得られない、一方
、嵩比重が１．５ｇ／　ｃ　ｃを越える窒化アルミニウ
ム顆粒は製造が困難である。得られる窒化アルミニウム
粉末成形体の空隙発生を抑制するためには、嵩比重が０
．８〜１．３ｇ／ｃｃの範囲であることが好ましい６ま
た、本発明の窒化アルミニウム顆粒の平均粒径は２０〜
５００μｍの範囲である。平均粒径が２０μｍ未満のと
きは静電反発などにより嵩高くなり、結果的に十分な嵩
比重が得られず、前記のような不都合を生じる。一方、
５００μｍを越えるときは個々の顆粒間の空隙が大きく
なり、焼結後に内部空隙が残存し、良好な焼結体とはな
らない。

高密度の窒化アルミニウム粉末成形体を得るためには、
Ｗ化アルミニウム顆粒の平均粒径は２５〜３００μｍの
範囲であることが好ましい。また、粗大な粒子や微小な
粒子は、得られる窒化アルミニウム粉末成形体の密度に
悪影響を及ぼすため、粒径が１０μｍ未満及び８００μ
ｍを越える窒化アルミニウム顆粒は、それぞれ５重量％
以下であることが好ましい。

本発明の窒化アルミニウム顆粒の破壊強度は０゜５〜５
．０ｇの範囲でなければならない。破壊強度が０．５ｇ
より小さい場合には、輸送等の取扱い中に窒化アルミニ
ウム顆粒が破壊されたり、プレス成形時において早期に
顆粒が破壊されることによって顆粒相互の移動による最
密充填化が妨げられ、プレス成形体の密度が上昇しない
ために好ましくない。また、破壊強度が５．０ｇを越え
る場合には、プレス成形によって窒化アルミニウム粉末
成形体を製造するさいに窒化アルミニウム顆粒の粒界に
よる空隙が多数残存するために好ましくない。窒化アル
ミニウム顆粒の破壊強度は、プレス成形体の密度向上を
勘案すると、０．７〜４ｇの範囲であることが特に好ま
しい。

本発明の窒化アルミニウム顆粒の形状は何ら制限されず
、任意の形状であってよいが、製造方法に由来して球状
またはそれに近い形状のものが一般的である。本発明に
おいて空隙の少ない高密度の窒化アルミニウム粉末成形
体を得るためには、窒化アルミニウム顆粒は真球状であ
ることが好ましく、例えば、短径と長径の比が０．９３
以上のものが好ましく用いうる。

本発明の窒化アルミニウム顆粒は、どのような方法で製
造されても良いが、次の方法が好ましく採用される。即
ち、窒化アルミニウム粉末、界面活性剤、結合剤、有機
溶媒を混合し、スプレードライヤー法等の公知の造粒法
により造粒し、その後に加熱する方法である。

この方法で用いられる界面活性剤は、公知のものが何ら
制限なく採用できるが、特に、親水性親油性バランス（
以下、ＨＬＢと略す。）が４．５〜１８のもの、さらに
好ましくは６．０〜１０゜０のものが窒化アルミニウム
粉末成形体の成形密度が上がるために好適に採用される
。尚、本発明におけるＨＬＢは、デービスの式により算
出された値である。

本発明において好適に使用しうる界面活性剤を具体的に
例示すると、カルボキシル化トリオキシエチレントリデ
シルエーテル、ジグリセリンモノオレエート、ジグリセ
リンモノステアレート、カルボキシル化へブタオキシエ
チレントリデシルエーテル、テトラグリセリンモノオレ
エート、ヘキサグリセリンモノオレエート、ポリオキシ
エチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレ
ンソルビタンモノオレエート等が挙げられる。本発明に
おける界面活性剤は、２種以上を混合して使用しても良
く、そのときのＨＬＢは、それぞれの界面活性剤のＨＬ
Ｂの相加平均で算出できる。

本発明の窒化アルミニウム顆粒の製造における結合剤は
、一般にセラミック粉末の成形に用いられるものが何ら
制限されず使用できる。例えば、ポリビニルブチラール
、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレー
ト、ポリ２−エチルへキシルメタクリレート、ポリブチ
ルメタクリレート、ポリアクリレート、セルロースアセ
テートブチレート、ニトロセルロース、メチルセルロー
ス、ヒドロキシメチルセルロース、ポリビニルアルコー
ル、ポリエチレンオキサイド及びポリプロピレンオキサ
イド等の含酸素有機高分子体；石油レジン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の炭化水素系合成
樹脂；ポリ塩化ビニール；ワックス及びそのエマルジョ
ン等の有機高分子体が１種または２種以上混合して使用
される。結合剤として使用する有機高分子体の分子量は
特に制限されないが、一般には３．０００〜１．０００
．０００、好ましくは５．０００〜３００．０００のも
のを用いると、プレス成形により得られる窒化アルミニ
ウム粉末成形体の密度が上昇するために好ましい。

本発明の窒化アルミニウム顆粒の製造における有機溶媒
としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン及び
メチルイソブチルケトン等のケトン類；エタノール、プ
ロパツール及びブタノール等のアルコール類；ベンゼン
、トルエンおよびキシレン等の芳香族炭化水素類；ある
いはトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン及びブ
ロムクロロメタン等のハロゲン化炭化水素類の１種また
は２種以上が混合して使用される。

これら界面活性剤、結合剤及び有機溶媒の使用量は、良
好な窒化アルミニウム顆粒を製造するためには１通常、
窒化アルミニウム粉末１００重量部に対して、界面活性
剤が０．０１〜１ｏ重量部、好ましくは０．０２〜３．
０重量部であり、結合剤が０．１〜３０重量部、好まし
くは２．０〜１５重量部であり、有機溶媒が２０〜２０
０重量部の範囲から選択される。

前記した各成分は混合され、一般に泥漿と呼ばれる粘稠
なペンキ状のスラリーとされる。そして、スプレードラ
イヤー法等の公知の造粒法により造粒される。

造粒された窒化アルミニウム顆粒は、次いで、有機溶媒
の揮散と本発明で特定した範囲の破壊強度とするために
加熱される。加熱の温度は、有機溶媒が揮散する温度で
あればよいが、適当な破壊強度とするためには、一般に
５０〜２５０℃、好ましくは８０〜２００℃の範囲から
採用することが好適である。また、加熱時間は、顆粒の
破壊強度を本発明で特定した範囲とするためには、３０
分〜３６時間の範囲から選ぶことが好ましい。

このようにして、本発明の窒化アルミニウム顆粒を製造
することができる。

（効果） 本発明の窒化アルミニウム顆粒は、乾式プレス成形によ
る窒化アルミニウム粉末成形体の製造原料として好適で
ある。即ち、本発明の窒化アルミニウム顆粒を用いて乾
式プレス成形により窒化アルミニウム粉末成形体を製造
した場合、空隙の少ない高密度の窒化アルミニウム粉末
成形体を得ることができる。そして、この窒化アルミニ
ウム粉末成形体は焼成による収縮が小さいために寸法安
定性の良い窒化アルミニウム焼結が得られる。

従って１本発明の窒化アルミニウム顆粒を使用して得ら
れた窒化アルミニウム焼結体は、電子機器の放熱基板、
電子回路基板、各種放熱材料、絶縁材料として工業的に
極めて有用な材料となる。

（実施例） 本発明をさらに具体的に説明するために、以下に実施例
および比較例を掲げるが１本発明はこれらの実施例に限
定されるものではない。

尚、以下の実施例及び比較例における各種の物性の測定
は次の方法により行った。

１）嵩密度：筒弁理化学機械■製ｒＡ−Ｂ−Ｄ粉体特性
測定器」を用いて重装嵩密度を測定した。

２）破壊強度 平均粒掻出５μｍ以内の粒径３ケを一辺５ｍｍの正三角
形の頂点に置き、上から静かに荷重をかけ、３ヶ中１ヶ
以上破壊した時の荷重を顆粒の破壊強度とした。測定は
１０回繰り返し、最低値と最高値を除いた８点平均値を
用いた。

３）プレス成形体密度ニブレス成形体の寸法と重量とか
ら生密度を求め、この値からＡ１１Ｎ粉末だけのプレス
成形体密度を計算して求めた。

４）ＡｆｉＮ焼結体密度：アルキメデス法により求めた
。（東洋精機層「高精密度比重計Ｄ−ＨＪを使用） ５）焼結時の収縮率：焼結前後の寸法測定により求めた
。

実施例１ 内容積２２のナイロン製ポットに鉄心入りナイロンボー
ルを入れ、次いで、表１に示す窒化アルミニウム粉末１
００重量部、酸化カルシウム３゜０重量部及び界面活性
剤としてヘキサグリセリンモノオレート２．０重量部、
結合剤としてメタクリル酸ブチル５．０重量部、トルエ
ン溶媒１００重量部を投入して、十分にボールミル混合
した後、白色の泥漿を得た。

こうして得られた泥漿をスプレードライヤー法により造
粒し、その後に１８０℃で５時間加熱を行い、窒化アル
ミニウム顆粒を作製した。得られた顆粒の破壊強度、嵩
比重、平均粒径、粒度分布、真球度を測定した。

この顆粒を用いて１．Ｏｔ／ｃｍ２で１インチ角、厚さ
１ｍｍのプレス成形体を作製し、密度を測定した。さら
に、こめプレス成形体を空気中で６００℃５時間焼成し
、次いで、内面に窒化ホウ素を塗布したカーボン製るつ
ぼに入れ、窒素雰囲気中１８００℃で１０時間焼成し、
焼結体を得た。結果を表２に示した。

表１ 比較例１ 実施例１に於て、加熱を行わないこと以外は実施例１と
同様にして窒化アルミニウム顆粒を作製し、さらにプレ
ス成形体および焼結体を得た。これらの性状を表２に併
記した。

比較例２ 表１に示す窒化アルミニウム粉末を２．○ｔ／ｃｍ２で
２０ｍｍφ、厚さ１ｍｍのプレス成形体を作製し、さら
に実施例１と同様に焼結体を得た。これらの性状を表２
に併記した。

実施例２ スプレードライヤーおよび加熱条件を変えて、各種の窒
化アルミニウム顆粒を作製した。さらに、実施例１と同
様にプレス成形体と焼結体を得、その性状を表３に示し
た。尚、いずれの顆粒も１０μｍ未満および８００μｍ
を越える粒子はなかった。

手続補正書 平成２年７月　２日

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）嵩比重が０．５〜１．５ｇ／ｃｃであり、平均粒
   径が２０〜５００μｍであり、破壊強度が０．５〜５．
   ０ｇであることを特徴とする窒化アルミニウム顆粒。
2. （２）窒化アルミニウム粉末、界面活性剤、結合剤、有
   機溶媒を混合したのち造粒し、その後に加熱することを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の窒化アルミ
   ニウム顆粒の製造方法。