JPH09202608A - 耐水性窒化アルミニウム粉末 - Google Patents

耐水性窒化アルミニウム粉末

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JPH09202608A
JPH09202608A JP1137196A JP1137196A JPH09202608A JP H09202608 A JPH09202608 A JP H09202608A JP 1137196 A JP1137196 A JP 1137196A JP 1137196 A JP1137196 A JP 1137196A JP H09202608 A JPH09202608 A JP H09202608A
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JP
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aluminum nitride
nitride powder
water
phosphoric acid
aluminum
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JP1137196A
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English (en)
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Manabu Shimoda
学 下田
Michio Iwama
道夫 岩間
Takashi Ono
隆 小野
Isao Harada
功 原田
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱湯中に長時間浸漬しても加水分解す
ることなく優れた耐水性を得る。 【解決手段】 窒化アルミニウム粉末の表面に燐酸ア
ルミニウム層を有し、該燐酸アルミニウムがP
算で0.1〜10重量%含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐水性に優れた窒
化アルミニウム粉末に関する。
【0002】
【従来の技術】窒化アルミニウムは熱伝導性、機械的強
度及び電気絶縁性に優れた特性を持った物質として知ら
れており、構造用材料、機能用材料等多方面に使用され
つつある。しかし、同時に窒化アルミニウム粉末は加水
分解しやすいという性質も有しており、大気中の水分で
さえも容易に分解し、下記(1)式に従って水酸化アル
ミニウムとアンモニアを生成し、上記した優れた窒化ア
ルミニウム粉末の特性を失ってしまうという問題点があ
る。
【0003】 AlN+3HO→Al(OH)+NH・・・・・ (1) 従って、高温用炉材等の構造用材料として使用する際、
成形時に使用するバインダーが水系の場合、加水分解し
窒化アルミニウム粉末の本来の特性を失うため、引火、
発火性、かつ有害な有機溶剤を使用せざるを得ない。ま
た、白板、メタライズ基板等の機能材料も加水分解によ
る性能劣化が問題となる。また、半導体用フィルムのフ
ィラーとして使用した場合も大気中の水分がフィルムを
透過し、窒化アルミニウム粉末が加水分解を受けてフィ
ルム劣化となる。このように上記用途に窒化アルミニウ
ム粉末を使用する際には、加水分解の進行を抑制する性
質(以下、耐水性と記す)を付与する必要がある。
【0004】そこで従来から窒化アルミニウム粉末に耐
水性を付与する検討がなされている。例えば、窒化アル
ミニウム粉末の表面被覆剤に重合性モノマーを使用する
方法(特開平1−179711号公報)、有機系珪素カ
ップリング剤を使用し、シロキサン結合を有するもの
(特開平7−33415号公報)、ヒドロキシル基、ア
ミン基、カルボキシル基によるもの(特開平3−261
665号公報、特開平6−345538号公報)、また
窒化アルミニウム粉末を若干の酸素を含む雰囲気で焼成
することによるα−アルミナを形成したもの(特開平4
−175209号公報)、さらに無機リン酸化合物、有
機リン酸化合物で処理する方法(特開平2−14140
9号公報、特開平2−141410号公報)等が開示さ
れている。しかしながらこれらの方法では、未だ充分な
耐水性を得ることができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は特定量の燐酸
アルミニウムを窒化アルミニウム層の表面に含有させる
ことにより、優れた耐水性を有する窒化アルミニウム粉
末を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
を重ねた結果、窒化アルミニウム層の表面に燐酸アルミ
ニウムを有する窒化アルミニウムが比較的高い耐水性を
有することを知見し、更に検討した結果、その量を特定
すれば、極めて高い耐水性を付与できることを見い出
し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明は表面
に燐酸アルミニウム層を有する窒化アルミニウム粉末で
あって、該燐酸アルミニウムがP換算で0.1〜
10重量%含有する耐水性窒化アルミニウム粉末に関す
る。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いる窒化アルミニウム粉末は、製法による差
異は認められず、通常用いられる窒化アルミニウム粉末
が使用できる。例えば、アルキルアルミニウムとアンモ
ニアを反応さた後、加熱するアルキルアルミ法、アルミ
ナと炭素の混合物を窒素中で加熱するアルミナ還元法、
アルミニウムと窒素で反応させる直接窒化法等で製造し
た窒化アルミニウム粉末がいずれも好適に使用可能であ
る。
【0008】本発明でいう表面に燐酸アルミニウム層を
有する窒化アルミニウムとは、窒化アルミニウム粉末表
面のアルミニウムの少なくとも一部が燐酸アルミニウム
結合(Al−O−P)を形成している窒化アルミニウム
粉末をいい、その周辺の結合状態が特定されるものでは
ない。おそらくは、この燐酸アルミニウムの層が耐水性
の層であると本発明者らは考えており、Al−O−P結
合の多少により、高温耐水性、長時間耐水性等の性能を
付与できることを実験的に確認している。
【0009】また、本発明では窒化アルミニウム粉末の
表面に存在する燐酸アルミニウムのP換算で含有
量を特定することによって、窒化アルミニウムに優れた
耐水性を付与することができる。
【0010】この耐水性窒化アルミニウム粉末は、燐酸
アルミニウムをP換算で0.1〜10重量%の範
囲で含有する必要があり、好ましくは、0.3〜8重量
%、更に好ましくは、0.5〜6重量の範囲が好適であ
る。耐水性窒化アルミニウム粉末のP含有量が
0.1重量%未満では、所望の耐水性を得ることができ
ず、また、10重量%を超えると、所望の耐水性は得ら
れるが、窒化アルミニウムの酸素含有量が高くなり窒化
アルミニウム本来の特性である熱伝導性を損なう。
【0011】本発明の耐水性窒化アルミニウム粉末は、
窒化アルミニウム粉末を燐酸化合物溶液で処理すること
で得られる。ここでいう窒化アルミニウム粉末を燐酸化
合物で処理することは、燐酸化合物と窒化アルミニウム
粉を接触させる操作をいい、例えば窒化アルミニウム粉
末を燐酸化合物溶液に分散させること等が挙げられる。
【0012】本発明でいう燐酸化合物とは、窒化アルミ
ニウム粉末表面のアルミニウムと反応して燐酸アルミニ
ウム結合(Al−O−P結合)を形成し、最終的には窒
化アルミニウムを燐酸アルミニウム層で被覆する能力を
有する燐酸化合物を意味し、例えば、オルソ燐酸、メタ
燐酸、ピロ燐酸、ポリ燐酸等の無機燐酸化合物やメチル
アシッドホスフェート、エチルアシッドホスフェート、
2−エチルヘキシルアシッドホスフェート等の有機燐酸
化合物等ががその例として挙げられる。
【0013】ここで用いる燐酸化合物の濃度は、特に限
定されるものではないが、濃度が0.01重量%以下で
は、所望の耐水性が得られないので好ましくない。窒化
アルミニウム粉末に対する燐酸化合物の使用量は、窒化
アルミニウム粉末100重量部に対して0.03〜20
0重量部の範囲が好ましく、更に好ましくは0.3〜1
00重量部、最も好ましくは0.3〜60重量部が好適
である。窒化アルミニウム粉末100重量部に対して
0.03重量部未満では、所望の耐水性を得ることがで
きず、また、200重量部を超えると、窒化アルミニウ
ムの酸素含有量が高くなり窒化アルミニウム本来の特性
である熱伝導性を損なうので、好ましくない。
【0014】窒化アルミニウム粉末を燐酸化合物で処理
する温度は、0〜70℃の範囲が好ましく、更に好まし
くは18〜50℃が好適である。処理する温度が0℃未
満では、燐酸化合物との反応が進行しないので、所望の
耐水性が得らない、また、処理する温度が70℃を超え
ると、耐水性は得られるが、窒化アルミニウム粉末と燐
酸化合物の反応が進行し過ぎて窒化アルミニウム粉末本
来の特性を損なってしまうので、好ましくない。
【0015】窒化アルミニウム粉末と燐酸化合物を処理
する時間は、燐酸化合物の濃度、使用量、温度等により
一概にはいえないが1〜120分が好ましく、更に好ま
しくは、5〜60分が好適である。
【0016】燐酸化合物で処理された窒化アルミニウム
のスラリーを濾過し、過剰の燐酸化合物を取り除くた
め、水または有機溶媒で洗浄を行った後、乾燥、粉砕す
る。この濾過〜乾燥を繰り返すことにより、より高純度
の耐水性窒化アルミニウム粉末が得られる。また、燐酸
化合物で処理した窒化アルミニウム粉末をそのままスプ
レードライを用いて乾燥する方法、また上記したように
濾過してそのケーキを乾燥する方法等、いずれの方法で
も構わない。
【0017】窒化アルミニウムスラリーの濾過は、ヌッ
チェ、遠心濾過機等を使用する。また、濾過を行わずそ
のまま乾燥を行ってもよい。ここで用いる水または有機
溶媒は、以下のものである。水としては、市水でも純水
でもよい。また、有機溶媒としては、水溶性で燐酸化合
物が溶解するものであれば種類を問わない。例えば、メ
タノール、エタノール、イソプロパノール等である。
【0018】乾燥方法としては、濾過したケーキまたは
スラリーを80〜300℃で3〜15時間乾燥させる。
用いる乾燥機には、熱風乾燥機、蒸気乾燥機等を用い
る。
【0019】粉砕には、ジェットミル、サンプルミル、
ボールミル等を用いる。また、ここでいう粉砕は、二次
粒子を一次粒子にすることであり、被覆表面を破壊する
ものではない。
【0020】本発明おいては、水の存在下で窒化アルミ
ニウム粉末処理を行うことが好ましい。また、発明者ら
は処理時に水の存在が窒化アルミニウム粉末の耐水性向
上に寄与していると考えている。推測ではあるが、水の
存在する燐酸化合物溶液で処理することで、窒化アルミ
ニウム粉末の表面が強制的に加水分解され、水酸化アル
ミニウムを生成し、燐酸化合物と反応する活性点が増加
し、このことによって燐酸化合物との反応が促進され、
耐水性の被膜(燐酸アルミニウム層)が窒化アルミニウ
ム粉末の表面に形成されることにある。本発明の耐水性
窒化アルミニウム粉末は、特願平7−287068号公
報で記載されている無機燐酸水溶液中で処理する方法で
製造することができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例をもって説明する。 実施例1 容量5Lのガラス製容器に純水2kgと75%オルト燐
酸水溶液300gを混合し、オルト燐酸水溶液を調製し
た後、このオルト燐酸水溶液に平均粒径1μmの窒化ア
ルミニウム粉末1kgを加えて水溶液中に分散させ、処
理温度30℃で10分間処理を行った。このスラリーを
濾過し、過剰のオルト燐酸水溶液を取り除くため2Lの
水で洗浄を行った後、120℃で乾燥し、乾燥後、ジェ
ットミルで粉砕し、耐水性窒化アルミニウム粉末を得
た。得られた耐水性窒化アルミニウム粉末表面の燐含有
量は、以下の方法で測定を行った。上記の窒化アルミニ
ウム粉末1.5gを水酸化ナトリウム水溶液中で、加熱
溶解し、中和後、比色分析を行い、耐水性窒化アルミニ
ウム粉末表面の燐含有量を測定したところ、燐含有量が
換算で4.07重量%であった。耐水性窒化ア
ルミニウム粉末の耐水性試験は、下記の方法で行った。
なお、窒化アルミニウム粉末1gを室温の純水100g
中に分散させ、この分散液を100℃まで加熱し、10
0℃に達した後の分散液のpH変化を経時的に測定し
た。その結果を、表1に示す。
【0022】実施例2〜3 処理温度をそれぞれ20℃と50℃に変更した以外は、
実施例1と同様の方法で行い、耐水性窒化アルミニウム
粉末を得た。実施例1と同様の方法で、燐含有量の測定
及び耐水性試験を行い、その結果を表1に示す。
【0023】実施例4〜5 実施例1の75%オルト燐酸水溶液をそれぞれ75%ピ
ロ燐酸水溶液225gと75%ポリ燐酸水溶液30gに
変更した以外は、実施例1と同様の方法で行い、耐水性
窒化アルミニウム粉末を得た。実施例1と同様の方法
で、燐含有量の測定及び耐水性試験を行い、その結果を
表1に示す。
【0024】実施例6 容量5Lのガラス製容器にイソプロパノール/水=10
/1の割合のものを1250mlとエチルアシッドホス
フェート150gを混合し、この混合液に平均粒径1μ
mの窒化アルミニウム粉末500gを加え分散させ、処
理温度30℃で30分間処理を行った。このスラリーを
濾過し、過剰のエチルアシッドホスフェートを取り除く
ため、5Lのイソプロパノールで洗浄を行った後、80
℃で乾燥し、乾燥後、ジェットミルで粉砕し、耐水性窒
化アルミニウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、
燐含有量の測定及び耐水性試験を行い、その結果を表1
に示す。
【0025】比較例1 容量1Lのガラス製容器に窒化アルミニウム粉末600
g、ステアリン酸120gとベンゼン750mlを混合
し、3時間加熱還流した。冷却後、濾過し、2Lのベン
ゼンで洗浄し、120℃で乾燥してステアリン酸処理を
した窒化アルミニウム粉末を得た。窒化アルミニウム粉
末表面にステアリン酸が存在することをFT−IRで確
認した。実施例1と同様の方法で、耐水性試験を行った
結果、1時間後のpHが8.35まで上昇し、耐水性が
得られなかった。その結果を表1に示す。
【0026】比較例2 75%オルト燐酸の使用量を0.2gに変更した以外
は、実施例1と同様の方法で行った。得られた窒化アル
ミニウム粉末について、燐含有量を実施例1と同様の方
法で測定したところ、0.05重量%であった。また、
実施例1と同様の方法で、耐水性試験を行った結果、1
時間後のpHが7.50まで上昇し、耐水性が得られな
かった。その結果を表1に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明の燐酸化合物で処理された窒化ア
ルミニウム粉末は空気中の水分で加水分解することがな
く、半導体用フィルム等のフィラーとして使用した場合
も樹脂の劣化が無く、半導体用フィルム等のフィラーと
して最適である。また、貯蔵・取扱い中にアンモニアが
発生したり、酸素含有量が増大する恐れがない。更に、
耐水性に優れているので、構造用材料に使用する際、成
形時にバイダーとして水を使用しても熱伝導性等の特性
を損なうことがなく、水への分散性も良いので、構造用
材料原料として最適である。つまり成形時に有機溶剤を
使用しないので、高温用炉材等の構造用材料を低コスト
で製造できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 功 山口県下関市彦島迫町七丁目1番1号 三 井東圧化学株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に燐酸アルミニウム層を有する窒
    化アルミニウム粉末であって、該燐酸アルミニウムがP
    換算で0.1〜10重量%含有する耐水性窒化ア
    ルミニウム粉末。
  2. 【請求項2】 水の存在下で窒化アルミニウム粉末を
    燐酸化合物で処理して得られる請求項1記載の耐水性窒
    化アルミニウム粉末。
JP1137196A 1996-01-26 1996-01-26 耐水性窒化アルミニウム粉末 Pending JPH09202608A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2620418A1 (en) 2012-01-26 2013-07-31 NGK Insulators, Ltd. Glass-ceramic composite material
WO2015133037A1 (ja) * 2014-03-04 2015-09-11 日東電工株式会社 窒化アルミニウム粉末、樹脂組成物、及び、熱伝導性成形体
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