JPH0535681B2

JPH0535681B2 -

Info

Publication number: JPH0535681B2
Application number: JP62108467A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Myamoto; Mitsue Koizumi; Hitoshi Sakagami; Hirohiko Nakada
Original assignee: Osaka University NUC; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Osaka University NUC; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1993-05-27
Also published as: JPS63274606A

Description

【発明の詳細な説明】

イ産業上の利用分野本発明は窒化アルミニウム粉末の製造方法に関
するものであり、特に高熱伝導性、高電気絶縁
性、耐熱耐食性等を必要とする、電子回路部材、
耐熱部材に用いられる窒化アルミニウム焼結体の
原料粉末として好適は、高純度で粒径の小さい窒
化アルミニウム粉末の製造方法に関するものであ
る。ロ従来技術従来窒化アルミニウム粉末の製造方法として
は、(1)金属アルミニウムの粉末または薄片を窒素
またはアンモニアガス中で加熱し、直接窒化する
方法、あるいは(2)酸化アルミニウム粉末に炭素粉
末を混合し、窒素またはアンモニアガス中で加熱
し、還元窒化する方法、(3)金属アルミニウムを溶
融し窒素ガス中でアトマイズにより霧状にして窒
化する方法、(4)アルミニウムのハロゲ化物とアン
モニアガスとを反応させる方法、(5)アルミニウム
塩化アンモニウムを熱分解する方法等が知られて
いる。しかし上記(1)の方法では、金属アルミニウム粉
末の融解、凝集による窒化率低下防止のために、
金属アルミニウムの融点以下の温度から窒化の完
了する1300〜1600℃まで長時間緩慢な加熱を行い
あるいは窒化反応の途中で粉末を粉砕して再び窒
化反応を行い、さらに窒化完了した粉末を粉砕し
て粒径の調整を行う必要があつた。このため製造
工程が繁雑で長時間を要し、また熱エネルギー消
費も大であつた。上記(2)の方法においても製造された窒化アルミ
ニウムの窒化率を向上させるために、カーボンを
過剰に添加し、窒素含有雰囲気中で1700℃〜2000
℃の高温で還元窒化後、残存カーボンを酸素含有
雰囲気中600〜800℃で除去する必要があり、(1)の
方法と同様に製造に長時間を要し、多大な熱エネ
ルギーが必要であつた。上記(3)の方法においては生成される窒化アルミ
ニウム粉末の粒径が最小でも約10μm程度と粗粒
である粒度分布も広いものであつた。上記(4)(5)の方法は、工業的規模で窒化アルミニ
ウムを作るのには適していない。ハ本発明が解決しようとする問題点本発明は、上記した従来の窒化アルミニウム粉
末製造の欠点に鑑み、高純度で微粒な粉末を短時
間でエネルギー効率よく製造する方法を提供する
ものである。ニ問題点を解決するための手段本発明は窒素含有雰囲気中で金属アルミニウム
粉末および窒化アルミニウム粉末より成る混合粉
末および又は成形体の１部を加熱し、窒化反応を
開始し、反応に際して生じる発熱により隣接する
部分の窒化反応を連鎖的に進行させ、短時間に系
全体の窒化反応を終了させることにより、高純度
で微粒な窒化アルミニウム粉末を短時間でエネル
ギー効率よく製造する方法である。窒化アルミニウムの標準生成熱は、−ΔH゜_298K＝
320KJ／molであり、金属アルミニウムの窒化時
に大量の熱を発生する。この発熱を窒化反応のエ
ネルギーとして利用して、連鎖的に窒化発熱反応
を進行させることにより、金属アルミニウム粉末
から窒化アルミニウム粉末を合成する方法が本発
明の要旨である。金属アルミニウム粉末の連鎖的窒化反応を進行
させるためには、反応が進行する部分にある粉末
の表面に反応に必要な十分の窒素源が存在する必
要があり、このため窒素含有雰囲気を10気圧以上
に加圧する。窒素含有雰囲気としては窒素又はア
ンモニアあるいは、それらを含有する非酸化性ガ
スが工業的に使用できる。但し圧力が1.0気圧未
満であると、窒素存在量が小となり、連鎖的窒化
反応が進行しない。さらに金属アルミニウム粉末に窒化アルミニウ
ム粉末を添加し、適当な比率で混合することによ
り窒化反応の制御が可能であり、その比率は金属
アルミニウ粉末、１重量部に対して窒化アルミニ
ウム粉末が0.05〜2.0重量部であることが好まし
い。窒化アルミニウム粉末が0.05重量部未満では窒
化反応時の発熱により金属アルミニウム粉末が融
解・凝集して窒化されないアルミニウムが残存
し、2.0重量部を越えると発熱量が不足して反応
が進行しない。金属アルミニウム粉末と窒化アル
ミニウム粉末との混合方法としてはボール・ミ
ル、振動ミル等の公知の方法でよい。また粉末お
よび成形体の１部を加熱する方法は特に限定はな
く、カーボン等の抵抗体加熱、電子ビーム、レー
ザー等を用いることが出来る。原料金属アルミニウム粉末は、平均粒径が
30μm以下、酸素含有量が２重量％以下および酸
素を除く不純物量が0.5重量％であることが好ま
しい。平均粒径が30μmを越えると未窒化アルミ
ニウムの残存や、中空の窒化アルミニウム粉末の
生成が生じる。また酸素含有量が２重量％を、酸
素を除く不純物が0.2重量％を越えると、生成さ
れた窒化アルミニウム粉末中の酸素および不純物
含有量が増大し、この窒化アルミニウム粉末を用
いた窒化アルミニウム焼結体の特性、特に熱伝導
率を低下させる。添加する窒化アルミニウム粉末は平均粒径が
8μm以下、酸素含有量が３重量％以下および酸素
を除く不純物量が0.2重量％以下であることが好
ましい。平均粒径が8μmを越えると生成された窒
化アルミニウム粉末の粒径が大となる。また酸素
含有量が２重量％を、酸素を除く不純物が0.2重
量％を越えると、添加された窒化アルミニウムの
割合に応じて生成された窒化アルミニウム粉末中
の酸素および不純物含有量が増大し、この窒化ア
ルミニウム粉末を用いた窒化アルミニウム焼結体
の特性、特に熱伝導率を低下させる。以下実施例により詳しく説明する。実施例１平均粒径8μm、酸素含有量0.8重量％、酸素を
除く不純物量0.3重量％の金属アルミニウム粉末
と平均粒径1.0μm、酸素含有量1.2重量％、酸素を
除く不純物量（0.01）重量％の窒化アルミニウム
粉末を金属アルミニウム粉末１重量部に対して１
重量部の割合で添加し、エタノールを媒液として
内面をナイロンでライニングしたボール・ミル・
ポツトと外面をナイロンでライニングしたボール
とにより８時間混合し、窒素ガス中で加熱乾燥
し、混合粉末を作製した。この混合粉末をφ11×
φ5×15mmのペレツト状に金型成形して試料とし
て図１に示す反応装置内にセツトした。圧力容器
５内にガス供給管４より窒素を導入して50気圧の
圧力とし、試料１の底部をリボンヒーター２に
700Wの電力を約３秒間通電して加熱し、窒化反
応を開始し、反応は底部から上部へ進行して約
1.5秒で完了した。この反応完了したペレツトを
解砕して粉末とし、Ｘ線回析パターンを測定した
所、窒化アルミニウムのみのピークを示した。酸
素および窒素の分析値はそれぞれ1.0重量％、
33.4重量％であつた。実施例２，３，４，５金属アルミニウム粉末１重量部に対して、窒化
アルミニウム粉末を0.05重量部、0.20重量部、
0.35重量部、2.0重量部とした以外はすべて実施
例１と同一条件で合成を行つた。その結果を第１
表に示した。実施例６，７，８，９窒素ガス圧力を1.5気圧、8.0気圧、20気圧、
100気圧とした以外はすべて実施例１と同一条件
で合成を行つた。その結果を第１表に示した。実施例 10 実施例１で合成された窒化アルミニウム粉末に
酸化イツトリウム粉末５重量％添加し、エタノー
ルを媒液として、内面をナイロンでライニングし
たボール・ミル・ポツトに窒素ガスを封入し、外
面をナイロンでライニングしたボールとにより24
時間混合後、窒素ガス中で加熱乾燥して混合粉末
を作製した。この混合粉末をφ12.5×3.5の寸法の
ペレツト状に成形し、窒素雰囲気中1900℃で焼結
した。焼結体の密度および熱伝導率とアルキメデ
ス法およびレーザー・フラツシユ法で測定したと
ころ、それぞれ3.28ｇ／cm³、175W／mKを示し、
緻密で高熱伝導性を有する多結晶窒化アルミニウ
ム焼結体となつていた。実施例 11，12 金属アルミニウム粉末の酸素含有量が1.1重量
％、窒化アルミニウム粉末の酸素含有量が1.8重
量％、2.6重量％以外はすべて実施例１と同一条
件で合成を行い、合成された窒化アルミニウム粉
末より実施例10と同一条件で焼結体を作製した。
その結果を第２表を示した。実施例 13 金属アルミニウム粉末の酸素を除く不純物量が
0.4重量％、窒化アルミニウム粉末の酸素を除く
不純物量が0.10重量％以外はすべて実施例１と同
一条件で合成を行い、合成された窒化アルミニウ
ム粉末より実施例10と同一条件で焼結体を作製し
た。その結果を第２表に示した。

【表】

【表】次に本発明の効果を明らかにするため比較例を
挙げる。比較例１金属アルミニウム粉末１重量部に対して、窒化
アルミニウム粉末を0.03重量部添加した以外はす
べて実施例１と同一条件で合成を行つた。生成さ
れた粉末のＸ線回析パターンを測定した所、窒化
アルミニウムのピークに他、アルミニウムのピー
クが認められた。比較例２金属アルミニウム粉末１重量部に対して、窒化
アルミニウム粉末を2.5重量部添加した以外はす
べて実施例１と同一条件で合成を行つたが、窒化
反応の進行が起こらなかつた。また、圧力容器内
の窒素圧力を0.1気圧とした以外はすべて実施例
１と同一条件で合成を行つたが、窒化反応の進行
が起こらなかつた。比較例３金属アルミニウム粉末の平均粒径が80μm以外
はすべて実施例１と同一条件で合成を行つた。生
成された粉末の窒素含有量は30.8重量％であつ
た。比較例４金属アルミニウムの酸素含有量が2.5重量％、
窒化アルミニウムの酸素含有量が2.5重量％以外
はすべて実施例１と同一条件で合成を行い、合成
された窒化アルミニウム粉末より実施例10と同一
条件で焼結体を作製した。この焼結体の密度は
3.26ｇ／cm³、熱伝導率は73W／mkであつた。比較例５金属アルミニウム粉末の酸素を除く不純物量が
0.7重量％、窒化アルミニウム粉末の酸素を除く
不純物が0.3重量％以外はすべて実施例１と同一
条件で合成を行い、合成された窒化アルミニウム
粉末より実施例10と同一条件で焼結体を作製し
た。この焼結体の密度は3.31ｇ／cm³、熱伝導率
81W／mkであつた。ホ発明の効果以上説明したように窒素含有雰囲気中で金属ア
ルミニウム粉末および窒化アルミニウム粉末より
成る混合粉末および又は成形体の１部を加熱し、
窒化反応を開始し、反応に際して生じる発熱によ
り隣接する部分の窒化反応を連鎖的に進行させ、
短時間に系全体の窒化反応を終了させることによ
り、高純度で微粒な窒化アルミニウム粉末を短時
間でエネルギー効率よく製造することが出来る。この窒化アルミニウム粉末組成物に用いた窒化
アルミニウム焼結体は、緻密で高熱伝導性を有
し、電子回路部材等に好適に用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造法を説明するための概念
図であり、１が混合粉末又は成型体、２が加熱リ
ボンヒーター、３，３′が通電加熱用電極、４が
ガス供給管、５が圧力容器である。

Claims

【特許請求の範囲】１平均粒径30μm以下・酸素含有量２重量％・
酸素を除く不純物量0.5重量％以下の金属アルミ
ニウム粉末１重量部に対し、平均粒径8μm以下・
酸素含有量３重量％以下・酸素を除く不純物量
0.2重量％以下の窒化アルミニウム粉末が0.05〜
0.2重量部となるように混合した後、その混合粉
末を、又はそれを加圧した成型体の一部を、雰囲
気圧1.0気圧以上の加圧された窒素含有雰囲気中
で通電加熱して窒化反応を開始し、反応によつて
生ずる発熱により隣接する部分の窒化反応を連鎖
的に順次進行させ、短時間で系全体の窒化反応を
終了させて、粒度2μm以下の微細な粒子の得られ
ることを特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造
方法。２該窒素含有雰囲気が窒素ガス、アンモニアガ
ス、又は加熱により窒素含有雰囲気ガスと成る化
合物の少くとも１種であ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粉末の
製造方法。